JP5452391B2 - 追尾式レーザ干渉計および追尾式レーザ干渉計の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は追尾式レーザ干渉計および追尾式レーザ干渉計の制御方法に関する。

従来、移動体に取り付けられたレトロリフレクタで反射される測定光を用いてレトロリフレクタまでの距離を測定する追尾式レーザ干渉計（以下、干渉計とする。）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図３に示すように、このような干渉計１００は、測長部１１０と追尾用光学部１２０とを有する本体１０１を備えている。測長部１１０は、レーザ光源１１１と、ハーフミラー１１２と、参照ミラー１１３と、検出器１１４とを備えている。追尾用光学部１２０はハーフミラー１２１と検出器１２２とを備えている。
干渉計１００を組み立てたときに、ハーフミラー１１２が、規定の配置位置Ａ０から所定距離ｄだけオフセットした位置Ａ１に配置されている場合には、まず、レーザ光源１１１から出射されたレーザ光Ｌ１はハーフミラー１１２で測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とに分割される。そして、測定光Ｌ２は、ハーフミラー１２１を通ってレトロリフレクタＲの位置Ｐ１に入射され、中心Ｐ０に対して位置Ｐ１と点対称な位置Ｐ２で反射される。配置位置Ａ０は、本体１０１の回転中心ＯとレトロリフレクタＲの中心Ｐ０とを結ぶ直線Ｏ−Ｐ０と、レーザ光Ｌ１の光軸との交点である。

レトロリフレクタＲで反射された測定光Ｌ２のうち一部の測定光Ｌ２１がハーフミラー１２１で反射され、検出器１２２の規定位置Ｑ１から距離ｄだけ離れた図３に示す位置Ｑ２に入射されて検出器１２２で受光される。規定位置Ｑ１は、ハーフミラー１１２が規定の配置位置Ａ０に配置されているとき（ｄ＝０のとき）に、測定光Ｌ２１が検出器１２２で受光される位置である。一方、レトロリフレクタＲで反射された測定光Ｌ２のうち他の測定光Ｌ２２は、ハーフミラー１２１を透過してハーフミラー１１２に入射する。
参照光Ｌ３は、参照ミラー１１３に向かって進み、参照ミラー１１３で反射されてハーフミラー１１２に入射し、ハーフミラー１１２で検出器１１４に向かって反射される。
ハーフミラー１１２では、入射してくる測定光Ｌ２２と入射してくる参照光Ｌ３とが合成されて光の干渉が起こり、干渉光が生成されて検出器１１４に送られる。

特開２００７−５７５２２号公報

しかし、このような従来の干渉計１００では、本体１０１の姿勢は、レトロリフレクタＲで反射された測定光Ｌ２が常に検出器１２２の規定位置Ｑ１に入射するように制御される。この場合には、図４に示すように、レトロリフレクタＲで反射された測定光Ｌ２の光軸の方向は、本体１０１を回転させないときの測定光Ｌ２の光軸の方向（直線Ｏ−Ｐ０と平行な方向）に対して回転角度θだけ傾いてしまう。光軸が回転角度θだけ傾いた測定光Ｌ２に基づいて測定されるレトロリフレクタＲまでの距離は、本体１０１を回転させずに、直線Ｏ−Ｐ０と平行な方向の光軸を有する測定光Ｌ２に基づいて測定されるレトロリフレクタＲまでの距離に対して測定誤差が生じる。

なお、ハーフミラー１１２や検出器１２２を移動させる移動機構を設けて、その移動機構によってハーフミラー１１２や検出器１２２を位置調整することにより、距離ｄを０とすることも考えられるが、干渉計１００の構成が複雑になり、コストが増加する。

本発明の目的は、測定される距離の測定誤差を容易に低減できる追尾式レーザ干渉計および追尾式レーザ干渉計の制御方法を提供することである。

本発明の追尾式レーザ干渉計は、移動体に取り付けられた再帰反射体で反射された測定光を受光する検出器を備える追尾用光学部を有する本体と、前記追尾用光学部からの受光信号に基づいて前記本体の姿勢を制御し、前記本体に前記再帰反射体を追尾させる制御手段とを備える追尾式レーザ干渉計であって、前記制御手段は、前記再帰反射体に入射する測定光と前記再帰反射体で反射される測定光とを平行とするように前記検出器で受光される前記測定光の目標位置を設定する目標位置設定部と、前記本体の姿勢を制御し、前記再帰反射体で反射された測定光を前記目標位置に入射させる姿勢変更部とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、再帰反射体で反射された測定光は常に目標位置に入射される。この場合には、再帰反射体に入射された測定光は、再帰反射体の中心に対して入射位置と点対称な位置で反射され、反射された測定光は入射してきた測定光と常に平行となる。よって、従来のように距離ｄが０でない場合でも、再帰反射体で反射される測定光の光軸が傾くことがなくなり、再帰反射体までの距離の測定誤差を容易に低減できる。

本発明の追尾式レーザ干渉計の制御方法は、移動体に取り付けられた再帰反射体で反射された測定光を受光する検出器を備える追尾用光学部を有する本体と、前記追尾用光学部からの受光信号に基づいて前記本体の姿勢を制御し、前記本体に前記再帰反射体を追尾させる制御手段とを備える追尾式レーザ干渉計の制御方法であって、前記再帰反射体に入射する測定光と前記再帰反射体で反射される測定光とを平行とするように前記検出器で受光される前記測定光の目標位置を設定する目標位置設定工程と、前記本体の姿勢を制御し、前記再帰反射体で反射された測定光を前記目標位置に入射させる姿勢変更工程とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、再帰反射体で反射された測定光を目標位置に適切に入射させることができる。よって、再帰反射体に入射された測定光は、再帰反射体の中心に対して入射位置と点対称な位置で反射され、反射された測定光は入射してきた測定光と常に平行となる。このため、従来のように距離ｄが０でない場合でも、再帰反射体で反射される測定光の光軸が傾くことがなくなり、再帰反射体までの距離の測定誤差を容易に低減できる。

本発明の実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の測長部および追尾用光学部の構成と光路とを示す図。 本発明の実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の制御方法を示すフローチャート。 従来の追尾式レーザ干渉計の構成を示す概略図。 従来の制御方法によって制御されたときの追尾式レーザ干渉計を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す追尾式レーザ干渉計１（以下、干渉計１とする。）は、本体２と、図示しない姿勢変更機構を制御して本体２の姿勢を制御する制御手段３とを備え、図示しない三次元測定機などの産業機械に設けられた移動体に取り付けられた再帰反射体としてのレトロリフレクタＲを追尾し、本体２の回転中心ＯからレトロリフレクタＲまでの距離Ｘを測定するものである。移動体としては、例えば測定対象物を測定するためのプローブが取りつけられた三次元測定機のスライダが挙げられる。

本体２は測長部２１と追尾用光学部２２とを備えている。
測長部２１は、レーザ光源２１１と、ハーフミラー２１２と、参照ミラー２１３と、検出器２１４とを備えている。追尾用光学部２２はハーフミラー２２１と検出器２２２とを備えている。

制御手段３は、距離算出部３１と、目標位置設定部３２と、姿勢変更部３３とを備えている。
距離算出部３１は、検出器２１４での干渉光の受光量に応じた受光信号を検出器２１４から受け取り、この受光信号を用いて、測長部２１の固定面２１５からレトロリフレクタＲまでの距離Ｘ１を算出する。そして、算出された距離Ｘ１に、干渉計１の組み立て時に決まる回転中心Ｏから測長部２１の固定面２１５までの距離Ｘ０を加えることにより距離Ｘが求められる。

目標位置設定部３２は、レトロリフレクタＲの位置Ｐ１に入射する測定光Ｌ２と位置Ｐ２で反射される測定光Ｌ２とを平行とするように検出器２２２で受光される測定光Ｌ２１の目標位置Ｑ２を設定する。測定光Ｌ２１は、レトロリフレクタＲで反射された測定光Ｌ２のうちハーフミラー２２１で反射される光である。
姿勢変更部３３は、検出器２２２での測定光Ｌ２１の受光信号を検出器２２２から受け取り、レトロリフレクタＲで反射され且つハーフミラー２２１で反射された測定光Ｌ２１が常に目標位置Ｑ２に入射するように、検出器２２２での測定光Ｌ２１の受光信号に基づいて図示しない姿勢変更機構を制御して本体２の姿勢を制御する。

図１に示すように、干渉計１を組み立てたときに、ハーフミラー２１２が、本体２の回転中心ＯとレトロリフレクタＲの中心Ｐ０とを結ぶ直線Ｏ−Ｐ０と、レーザ光Ｌ１の光軸との交点である規定の配置位置Ａ０から図１中上側に距離ｄだけオフセットした位置Ａ１に配置されている場合には、目標位置Ｑ２は規定位置Ｑ１から距離ｄだけ離れた位置となる。規定位置Ｑ１は、ハーフミラー２１２が規定の配置位置Ａ０に配置されているとき（ｄ＝０のとき）に、測定光Ｌ２１が検出器２２２で受光される位置である。

次に、以上のような干渉計１の制御方法について図２に基づいて説明する。以下では、各制御工程をＳ１，Ｓ２で示す。
Ｓ１の目標位置設定工程で、まず、例えば図示しない三次元測定機を稼動させることなどによって移動体を移動させ、レトロリフレクタＲを本体２から、距離ｄに対して十分遠く離れた位置に移動させる。このとき、レトロリフレクタＲが本体２から、距離ｄに対して十分遠く離れた位置にあるため、位置Ａ１で分割された測定光Ｌ２の光軸は直線Ｏ−Ｐ０と略一致する。その後、制御手段３の目標位置設定部３２によって本体２のレトロリフレクタＲへの追尾が止められ、レトロリフレクタＲが無限遠方から図１に示す位置に戻される。そうすると、図１に示すように、位置Ａ１で分割された測定光Ｌ２はレトロリフレクタＲに位置Ｐ１で入射し、位置Ｐ２で反射されて目標位置Ｑ２に入射する。このとき、目標位置設定部３２が目標位置Ｑ２を記憶して設定する。

次に、Ｓ２の姿勢変更工程で、制御手段３の姿勢変更部３３が本体２の姿勢を制御し、位置Ａ１で分割された測定光Ｌ２の出射方向を変更して、この測定光Ｌ２をレトロリフレクタＲに入射させる。そして、姿勢変更部３３のこの制御によって、レトロリフレクタＲで反射され且つハーフミラー２２１で反射された測定光Ｌ２１を常に目標位置Ｑ２に入射させる。
このとき、位置Ａ１で分割された測定光Ｌ２は、レトロリフレクタＲの中心Ｐ０とは距離ｄだけオフセットした位置Ｐ１に常に入射して位置Ｐ２で常に反射され、位置Ｐ２で反射された測定光Ｌ２は位置Ｐ１に入射してきた測定光Ｌ２と常に平行となる。よって、位置Ｐ１に入射してきた測定光Ｌ２および位置Ｐ２で反射された測定光Ｌ２が、直線Ｏ−Ｐ０と常に平行となる。

この場合には、レーザ光Ｌ１は、ハーフミラー２１２に入射され、ハーフミラー２１２で測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とに分割される。
測定光Ｌ２は、ハーフミラー２２１を通ってレトロリフレクタＲの位置Ｐ１に入射されて、位置Ｐ２で反射される。位置Ｐ２で反射された測定光Ｌ２は、ハーフミラー２２１に再び入射し、一部の測定光Ｌ２１がハーフミラー２２１で反射され、検出器２２２の目標位置Ｑ２に入射されて検出器２２２で受光される。位置Ｐ２で反射された測定光Ｌ２のうち測定光Ｌ２２は、ハーフミラー２２１を透過してハーフミラー２１２に入射する。

参照光Ｌ３は、参照ミラー２１３に向かって進み、参照ミラー２１３で反射されてハーフミラー２１２に入射し、ハーフミラー２１２で検出器２１４に向かって反射される。
ハーフミラー２１２では、入射してくる測定光Ｌ２２と入射してくる参照光Ｌ３とが合成される。この合成によって光の干渉が起こり、干渉光が生成されて検出器２１４に送られる。
制御手段３の距離算出部３１は、検出器２１４での干渉光の受光量に応じた受光信号を用いて距離Ｘ１を算出する。この算出された距離Ｘ１に距離Ｘ０を加えることにより距離Ｘが求められる。

ここで、図１では、レーザ光Ｌ１、測定光Ｌ２、参照光Ｌ３が１本の線で示されており、測定光Ｌ２２と参照光Ｌ３とが干渉していないように見えるが、実際にはレーザにはビーム径があるため、測定光Ｌ２２と参照光Ｌ３とは合成されて光の干渉が起こり、図示しない干渉光が生成される。なお、距離ｄの２倍の長さ２ｄがレーザのビーム径の半分以下である場合に、測定光Ｌ２２と参照光Ｌ３とが確実に干渉する。
また、レトロリフレクタＲの位置Ｐ１に入射して位置Ｐ２で反射される測定光Ｌ２の光路長と、中心Ｐ０に入射して中心Ｐ０で反射される測定光Ｌ２の光路長とが同じであるため、距離Ｘ１を確実に測定できる。

以上のような本実施形態の干渉計１および干渉計１の制御方法では、以下の効果がある。
本実施形態では、レトロリフレクタＲで反射され且つハーフミラー２２１で反射された測定光Ｌ２１を常に目標位置Ｑ２に入射させる。このようにすると、測定光Ｌ２は、レトロリフレクタＲの中心Ｐ０とは距離ｄだけオフセットした位置Ｐ１に入射して位置Ｐ２で反射され、位置Ｐ２で反射された測定光Ｌ２は位置Ｐ１に入射してきた測定光Ｌ２と常に平行となる。よって、距離ｄが０でない場合でも、従来のように、レトロリフレクタＲで反射される測定光Ｌ２の光軸が傾くことがなくなり、レトロリフレクタＲで反射された測定光Ｌ２を用いて測定される距離Ｘ１の測定誤差を容易に低減できる。また、干渉計１を組み立てるときに、直線Ｏ−Ｐ０と、レトロリフレクタＲに出射する測定光Ｌ２の光軸とを一致させることが不要となる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、再帰反射体としてレトロリフレクタＲについて説明したが、入射してくる測定光Ｌ２をその光軸と平行に反射するものであれば、屈折率２の球面レンズなどであってもよい。
また、前記実施形態では、ハーフミラー２１２が、直線Ｏ−Ｐ０と交わる規定の配置位置Ａ０から図１中上側に距離ｄだけオフセットした位置に配置されたときについて説明したが、配置位置Ａ０から図１中下側に所定距離だけオフセットした位置に配置されたときや、配置位置Ａ０から、図１中紙面と直交する方向に所定距離だけオフセットした位置に配置されたときにも、本発明の制御方法は適用可能である。

本発明は追尾式レーザ干渉計および追尾式レーザ干渉計の制御方法に利用することができる。

１…追尾式レーザ干渉計、
２…本体、
３…制御手段、
２２…追尾用光学部、
３２…目標位置設定部、
３３…姿勢変更部、
２２２…検出器、
Ｌ２，Ｌ２１，Ｌ２２…測定光、
Ｑ２…目標位置、
Ｒ…レトロリフレクタ（再帰反射体）、
Ｓ１…目標位置設定工程、
Ｓ２…姿勢変更工程

Claims (2)

1. 移動体に取り付けられた再帰反射体で反射された測定光を受光する検出器を備える追尾用光学部を有する本体と、前記追尾用光学部からの受光信号に基づいて前記本体の姿勢を制御し、前記本体に前記再帰反射体を追尾させる制御手段とを備える追尾式レーザ干渉計であって、
   前記制御手段は、前記再帰反射体に入射する測定光と前記再帰反射体で反射される測定光とを平行とするように前記検出器で受光される前記測定光の目標位置を設定する目標位置設定部と、前記本体の姿勢を制御し、前記再帰反射体で反射された測定光を前記目標位置に入射させる姿勢変更部とを備えることを特徴とする追尾式レーザ干渉計。
2. 移動体に取り付けられた再帰反射体で反射された測定光を受光する検出器を備える追尾用光学部を有する本体と、前記追尾用光学部からの受光信号に基づいて前記本体の姿勢を制御し、前記本体に前記再帰反射体を追尾させる制御手段とを備える追尾式レーザ干渉計の制御方法であって、
   前記再帰反射体に入射する測定光と前記再帰反射体で反射される測定光とを平行とするように前記検出器で受光される前記測定光の目標位置を設定する目標位置設定工程と、
   前記本体の姿勢を制御し、前記再帰反射体で反射された測定光を前記目標位置に入射させる姿勢変更工程とを備えることを特徴とする追尾式レーザ干渉計の制御方法。

Images