JPH0467602B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 産業上の利用分野 本発明はレーザ光を用いて被測定物の所定の点
の座標位置を測定する三次元測定装置に適用され
る三次元位置測定方法及び装置に関する。

(b) 従来の技術 第１０図は、従来の三次元位置測定方法が用い
られた三次元測定装置の一例を示す斜視図であ
る。

従来、この種の三次元測定装置１は、第１０図
に示すように、例えばテーブル２上にガータ３が
Ｘ軸方向に移動自在に設けられており、ガータ３
にはヘツド５がＸ軸に直角なＹ軸方向に移動自在
に設けられている。また、ヘツド５には、先端に
プローブ７の装着されたスピンドル６がＸ及びＹ
軸に直角な方向であるＺ軸方向に移動自在に設け
られている。テーブル２、ガータ３、ヘツド５に
は、ガータ３、ヘツド５、スピンドル６のそれぞ
れＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の移動量を測定するためのリ
ニアスケール９等の測定手段が設けられおり、プ
ローブ７の三次元空間中での座標位置は、プロー
ブ７を支持移動する、ガータ３、ヘツド５及びス
ピンドル６の移動量を、リニアスケール９により
測定することにより求めていた。

(c) 発明が解決しようとする問題点 しかし、こうした構造では、各リニアスケール
９はそれぞれガータ３のＸ軸方向の、ヘツド５の
Ｙ軸方向の、スピンドル６のＺ軸方向の移動量を
測定し、間接的にプローブ７の座標を演算する形
となり、その測定値はガータ３、ヘツド５、スピ
ンドル６に生じる熱変位、各構成部品の組み立て
上の直角度、各座標軸に対する真直度の狂い等の
機械的特性の影響を受けることになる。従つて、
実際のプローブ７の位置と、測定されたプローブ
７の位置には少なからず誤差や測定値のバラツキ
等が生じ、機械的特性を上回る測定精度の達成は
不可能であつた。

本発明は、前述の欠点を解消すべく、熱変位や
各構成部品の組み立て上の直角度、各座標軸に対
する真直度の狂い等の影響を排除した形での測定
が可能で、機械的特性に左右されることのない高
精度の測定が可能な三次元位置測定方法及び装置
を提供することを目的とするものである。

(d) 問題点を解決するための手段 即ち、本発明の内、測定方法の発明は、プロー
ブが移動機構により三次元空間内を自由に移動駆
動され、該プローブにより被測定物の特定の点の
座標位置を測定する三次元測定装置において、特
定の座標平面に対して投影された当該座標平面上
のプローブの座標位置をレーザ測長器により三角
測量法を用いて、固定された外部定点から前記プ
ローブの移動をレーザ光追尾制御手段により追尾
する形で測定すると共に、前記特定の座標平面と
交差する座標軸に沿つた前記プローブの座標位置
を、固定された外部定点から前記プローブの移動
をレーザ光追尾制御手段により追尾する形でレー
ザ測長器により測定することにより、プローブの
三次元空間中での座標位置を求めるようにして構
成される。

また、本発明の内、測定装置の発明は、プロー
ブ支持体に支持されたプローブが移動機構により
三次元空間内を自由に移動駆動され、該プローブ
により被測定物の特定の点の座標位置を測定する
三次元測定装置において、前記プローブ支持体
は、特定の座標平面に対して平行な方向に移動自
在に支持された第１の移動部材及び、該第１の移
動部材に、前記特定の座標平面に対して交差する
座標軸に平行な方向に移動自在に支持された第２
の移動部材を有し、前記第２の移動部材に前記プ
ローブを装着し、前記第１の移動部材に第１のリ
トロリフレクタを、特定の座標平面に平行な面内
でレーザ光を反射し得る形で回転駆動自在に設け
ると共に、外部定点に第１のレーザ光の射出手段
をレーザ光を前記特定の座標平面に平行な方向に
射出自在に設け、前記第１のレーザ光の射出手段
と前記第１のリトロリフレクタ間に、第１のレー
ザ光の干渉手段を設けると共に、第１のレーザ光
の反射手段を前記特定の座標平面に平行な面内で
前記レーザ光を反射し得るように回転駆動自在に
設け、前記第１のリトロリフレクタと前記第１の
レーザ光の反射手段に、前記第１のレーザ光の射
出手段から射出されたレーザ光が前記第１のレー
ザ光の干渉手段、第１のレーザ光の反射手段、第
１のリトロリフレクタを経由して再度前記第１の
レーザ光の干渉手段に常に入射するように、前記
プローブの移動動作に対応する形で前記第１のリ
トロリフレクタと前記第１のレーザ光の反射手段
を回転制御する第１のレーザ光追尾制御手段を設
け、前記第１のレーザ光の干渉手段で生じるレー
ザ光の測定光と参照光の干渉から、前記プローブ
の前記特定の座標平面に対して投影された当該座
標平面上における座標位置を三角測量法により演
算する第１の演算手段を設け、前記第２の移動部
材に第２のリトロリフレクタを前記特定の座標平
面に対して交差する座標軸に平行な方向にレーザ
光を反射し得る形で設けると共に、外部定点に第
２のレーザ光の射出手段をレーザ光を射出自在に
設け、前記第２のレーザ光の射出手段と前記第２
のリトロリフレクタ間に第２のレーザ光の反射手
段を、前記第２のレーザ光の射出手段から射出さ
れるレーザ光を前記特定の座標平面に対して交差
する座標軸に平行な方向に反射し得るように設
け、前記第２のレーザ光の射出手段と前記第２の
反射手段との間に第３のレーザ光の反射手段を前
記第２のレーザ光の射出手段から射出されるレー
ザ光を前記第２のレーザ光の反射手段に向けて反
射し得るように回転駆動自在に設け、前記第２の
レーザ光の反射手段と前記第２のリトロリフレク
タ間に、第２のレーザ光の干渉手段を設け、前記
第３のレーザ光の反射手段に、前記第２のレーザ
光の射出手段からのレーザ光が前記第２及び第３
レーザ光の反射手段及び第２のレーザ光の干渉手
段を通過して前記第２のリトロリフレクタで反射
し、再度前記第２のレーザ光の干渉手段に常に入
射するように、前記プローブの移動動作に対応す
る形で前記第３のレーザ光の反射手段を回転制御
する第２のレーザ光追尾制御手段を設け、前記第
２のレーザ光の干渉手段で生じるレーザ光の測定
光と参照光の干渉から前記プローブの前記特定の
座標平面に対して交差する座標軸上の座標位置を
演算する第２の演算手段を設けて構成される。

(e) 作 用 上記した構成により、本発明は、プローブの特
定の座標平面に対して投影された当該座標平面上
の座標位置がレーザ測長器により直接的に測定さ
れ、更に該座標平面に交差する座標軸に係わるプ
ローブの座標位置がレーザ測長器により直接的に
測定されて、三次元空間におけるプローブの座標
位置がプローブを支持駆動する機械系の特性に左
右されることなく測定されるように作用する。

(f) 実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。

第１図は本発明による三次元位置測定方法の一
実施例が適用された三次元測定装置の一例を示す
斜視図、 第２図は第１図の三次元測定装置における測定
光学系を示す斜視図、 第３図は第１図の三次元測定装置における補正
光学系を示す斜視図、 第４図はスピンドル付近の拡大図、 第５図は第１図の三次元測定装置における駆動
系の制御ブロツク図、 第６図は第１図の三次元測定装置における光学
系の制御ブロツク図、 第７図は本発明による測定方法の一例を示す平
面図、 第８図は第７図の正面図、 第９図は各軸の振れの補正方法を示す図であ
る。

三次元測定装置１は、第１図に示すように、被
測定物が載置されるテーブル２を有しており、テ
ーブル２上にはガイドレール２ａがＸ軸方向に設
置されている。ガイドレール２ａにはガータ３が
Ｘ軸方向に移動駆動自在に設けられており、ガー
タ３にはヘツド５がＸ軸と直角なＹ軸方向に移動
駆動自在に設けられている。ヘツド５には先端に
プローブ７が装着されたスピンドル６がＸ軸及び
Ｙ軸に直角なＺ軸方向に移動駆動自在に設けられ
ている。

次に、三次元測定装置１の光学系について、説
明する。三次元測定装置１は測定光学系OMSと
補正光学系OASを有しており、測定光学系OMS
は、第６図に示すように、３個のレーザ測長器１
０，１１，１２を有し、それ等測長器１０，１
１，１２にはレーザ発振器１３がレーザ光１５を
測長器１０のビームスプリツタ１０ａに供給自在
に設置されている。各測長器１０，１１，１２に
はビームスプリツタ１０ａ，１１ａ，１２ａが設
けられており、ビームスプリツタ１０ａ，１１
ａ，１２ａにはそれぞれ干渉計１０ｂ，１１ｂ，
１２ｂを介してリトロリフレクタであるコーナキ
ユーブ１０ｃ，１１ｃ，１２ｃが設けられてい
る。また、各測長器１０，１１，１２にはレシー
バ１０ｄ，１１ｄ，１２ｇが設けられている。更
に、測定光学系OMSには補正光学系OASが接続
されており、補正光学系OASには、Ｙ−Ｚ平面
内のスピンドル６の振れを測定する振れ測定装置
１６、Ｚ−Ｘ平面内のスピンドル６の振れを測定
する振れ測定装置１７及びＺ軸方向の位置ズレを
測定する位置ズレ測定装置１９が設けられてい
る。各振れ測定装置１６，１７及び位置ズレ測定
装置１９には集光レンズ１６ａ，１７ａ，１９ａ
を介してフオトダイオード１６ｂ，１７ｂ，１９
ｂが設けられており、各フオトダイオード１６
ｂ，１７ｂ，１９ｂには増幅器２０がそれぞれ接
続している。増幅器２０には補正量演算部２１を
介して主制御部２２が接続しており、主制御部２
２には表示制御部２３、プローブ制御部２５、レ
ーザ制御部２６等が接続している。表示制御部２
３にはデイスプレイ２７が接続し、プローブ制御
部２５にはプローブ７が、更にレーザ制御部２６
にはレーザ発振器１３が接続している。一方、測
定光学系OMSの各レシーバ１０ｄ，１１ｄ，１
２ｇには距離演算部２９が接続しており、距離演
算部２９には前述の主制御部２２が接続してい
る。

次に三次元測定装置１における駆動制御系につ
いて説明する。前述の主制御部２２には、第５図
に示すように、駆動制御部３０が接続しており、
駆動制御部３０にはＡ／Ｄ変換器３１を介してジ
ヨイステイクレバ等の移動方向指示手段３２が接
続している。また、駆動制御部３０には、パルス
分配器３３，３５及びパルス発生器３６が接続し
ており、パルス分配器３３及びパルス発生器３６
には３個の駆動回路３７を介してＸ軸、Ｙ軸及び
Ｚ軸駆動用のパルスモータ３９，４０，４１が接
続している。なお、パルスモータ３９を駆動する
と、ボールネジ４２を介してガータ３がＸ軸方向
に移動駆動され、パルスモータ４０を駆動すると
ボールネジ４３を介してヘツド５がＹ軸方向に移
動駆動され、更にパルスモータ４１を駆動すると
ボールネジ４５を介してスピンドル６がＺ軸方向
に移動駆動される。

また、パルス分配器３５には４個の駆動回路４
６を介して４個のミラー駆動用パルスモータ４
７，４９，５０，５１が接続しており、パルスモ
ータ４７にはコーナキユーブ１１ｃが、第２図に
示すように、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面内で回転自
在に設けられている。パルスモータ４９にはコー
ナキユーブ１０ｃ及び、第２図に示すように、干
渉計１２ｂとビームスプリツタ１２ａ間に設けら
れた３個の反射鏡１２ｄ，１２ｅ，１２ｆのうち
の反射鏡１２ｅ、更に補正光学系OASの反射鏡
５２が同軸上にＸ−Ｙ平面に平行な平面内で回転
自在に設けられている。なお、これ等パルスモー
タ４７，４９は、Ｙ軸方向に移動するヘツド５内
に収納されている。また、パルスモータ５０に
は、第２図に示すように、干渉計１１ｂとコーナ
キユーブ１１ｃ間に設けられた反射鏡１１ｅがＸ
−Ｙ平面に平行な平面内で回転駆動自在に設けら
れており、パルスモータ５１には干渉計１０ｂと
コーナキユーブ１０ｃ間に設けられた反射鏡１０
ｅ、前述の反射鏡１２ｄ及び補正光学系OASの
反射鏡５３が同軸上にＸ−Ｙ平面に平行な平面内
で回転自在に設けられている。なお、これ等パル
スモータ５０，５１は移動するガータ３やヘツド
５とは独立した、外部の固定された外部定点SP
に設けられている。

ここで、測定光学系OMSと補正光学系OASに
おける各反射鏡やコーナキユーブ等の配置状態を
説明する。測定光学系OMSは前述の固定された
外部定点SPに、第２図に示すように、レーザ発
振器１３からのレーザ光１５を透過及び反射分配
するビームスプリツタ１０ａ，１１ａ，１２ａが
設けられており、更に干渉計１０ｂ，１１ｂ、レ
シーバ１０ｄ，１１ｄ、更に前述のパルスモータ
５０，５１が反射鏡と共に設けられている。ま
た、Ｙ軸方向に移動するヘツド５上（ヘツド５に
装着されたスピンドル６も含む。以下同様。）に
は、前述のパルスモータ４７，４９がコーナキユ
ーブ、反射鏡等と共に設けられており、更にレー
ザ測長器１２を構成する干渉計１２ｂ、コーナキ
ユーブ１２ｃレシーバ１２ｇ、反射鏡１２ｆ等が
設けられている。

また、補正光学系OASは、第３図に示すよう
に、外部定点SPにパルスモータ５１と共に設け
られた反射鏡５３を有し、更にヘツド５上にはパ
ルスモータ４９に装着された反射鏡５２、更に２
個のビームスプリツタ５５，５６を介して振れ測
定装置１６，１７及び位置ズレ測定装置１９が設
けられており、それらにおける各構成部品の位置
関係は、第４図に示すように、ビームスプリツタ
５５，５６がヘツド５上に固着されたブラケツト
５ａに設けられ、振れ測定装置１６，１７はスピ
ンドル６に設けられたブラケツト６ａ上に設けら
れている。また、ブラケツト５ａには位置ズレ測
定装置１９及び干渉計１２ｂも設けられ、更にブ
ラケツト６ａにはコーナキユーブ１２ｃが設けら
れている。

三次元測定装置１は以上のような構成を有する
ので、テーブル２上に置かれた被測定物の特定の
点の座標を測定する場合には、第５図に示すよう
に、ジヨイステイツクレバ等の移動方向指示手段
３２を操作してプローブ７をＸ、Ｙ、Ｚ軸の適宜
な方向に移動駆動する。即ち、移動方向指示手段
３２を操作することにより、Ａ／Ｄ変換器３１を
介して駆動制御部３０にプローブ７の移動方向が
指示されるので、駆動制御部３０はパルス分配器
３３及びパルス発生器３６に移動方向指示手段３
２に指示された方向への適宜な駆動パルスDPの
分配及び出力を指令し、パルス分配器３３及びパ
ルス発生器３６はそれを受けて各駆動回路３７に
駆動パルスDPを出力する。各駆動回路３７は駆
動パルスDPの量に応じて各パルスモータ３９，
４０，４１を回転駆動してボールネジ４２，４
３，４５を介してガータ３、ヘツド５及びスピン
ドル６をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させ
る。すると、スピンドル６先端に装着されたプロ
ーブ７もＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動して、被測定物
の測定点に徐々に接近してゆく。こうして、移動
するプローブ７が被測定物の特点の点に接触する
と、プローブ７から信号S1がプローブ制御部２
５を介して主制御部２２に出力され、主制御部２
２は、距離演算部２９及び補正量演算部２１にプ
ローブ７の座標値の演算を指令する。

ここで、三次元測定装置１の測定方法を説明し
ておく。まず、主制御部２２は、第６図に示すよ
うに、レーザ制御部２６を介してレーザ発振器１
３を駆動し、レーザ発振器１３からレーザ光１５
をレーザ測長器１０のビームスプリツタ１０ａに
発射する。レーザ光１５はビームスプリツタ１０
ａにより一部はビームスプリツタ１０ａを透過し
て干渉計１０ｂに入射し、そこで測定光と参照光
に分離され、測定光は、第２図における反射鏡１
０ｅを介してコーナキユーブ１０ｃに入射し、そ
こで同一入射角で反射鏡１０ｅ側に反射されて干
渉計１０ｂに再度入射する。干渉計１０ｂでは、
再度入射した測定光と参照光を干渉させて干渉縞
を発生させ、その干渉縞をレシーバ１０ｄにより
受光して距離演算部２９が干渉計１０ｂからコー
ナキユーブ１０ｃまでの距離LL1角演算する。レ
ーザ測長器１０等による距離の測定方法について
は、すでに多くの商品が流通しており、本発明に
よると三次元測定装置１もそうした公知のレーザ
測長器の利用が可能なので、ここではその概略だ
けを述べて詳細な説明は省略する。

また、レーザ光１５の一部はビームスプリツタ
１０ａで反射されてビームスプリツタ１１ａに入
射し、レーザ測長器１１により干渉計１１ｂ、反
射鏡１１ｅ、コーナキユーブ１１ｃ間の距離LL2
が測定される。なお、レーザ光１５は外部定点
SPから移動するヘツド５上に設けられたコーナ
キユーブ１０ｃ，１１ｃに入射し、更に外部定点
SPの干渉計１０ｂ，１１ｂに入射するが、コー
ナキユーブ１０ｃ，１１ｃを駆動するパルスモー
タ４９，４７、反射鏡１０ｅ，１１ｅを駆動する
パルスモータ５１，５０は、第５図に示すよう
に、駆動制御部３０によりＸ、Ｙ軸のパルスモー
タ３９，４０を駆動する駆動量に応じてそのレー
ザ光１５の光軸が一定となるように制御されるの
で、レーザ光１５はヘツド５及びガータ３のＹ、
Ｘ方向の移動にも拘わらず、コーナキユーブ１０
ｃ，１１ｃの一定の点で受光反射され、従つてレ
ーザ測長器１０，１１は常に適正な距離LL1、
LL2を測定することが出来る。

レーザ測長器１０，１１は、第７図及び第８図
に示すように、Ｘ−Ｙ座標平面に対して投影され
たプローブ７の座標位置を測定演算するが、この
際の測定演算は三角測量法に基づいて行われる。
即ち、プローブ７のＸ−Ｙ平面に投影された装着
点PXYからコーナキユーブ１０ｃ，１１ｃまで
のＸ軸方向の距離を、第７図に示すように、P4
とし、装着点PXYからコーナキユーブ１０ｃま
でのＹ軸方向の距離をP5、更にコーナキユーブ
１０ｃからコーナキユーブ１１ｃまでのＹ軸方向
の距離をP2とし（コーナキユーブ１０ｃ，１１
ｃは同一Ｘ座標上にあるものとする。）、また、反
射鏡１０ｅ，１１ｅ間のＹ軸方向の距離をP1と
し、反射鏡１０ｅとコーナキユーブ１０ｃ間の距
離をl1、反射鏡１１ｅとコーナキユーブ１１ｃ間
の距離をl2とし、反射鏡１０ｅ，１１ｅ間の距離
P1を底辺とした三角形ADEを考える。また、反
射鏡１０ｅと干渉計１１ｂ間のＹ軸方向の距離
を、第８図に示すように、P3とすると、距離
LL1，LL2は、 LL1＝l1＋P3 LL2＝l2＋P1＋P3 従つて、 l1＝LL1−P3 l2＝LL2−P1−P3 △ADEと△ABCが相似であるので、AB＝α、
AC＝βとして、 α＝P2・l1／（P1−P2） β＝P2・l2／（P1−P2） これにより、△ADEの各辺の長さが与えられ、
角ADE＝θとすると、 θ＝cos^-1〔（l1＋α）²＋P1²−（l2＋β）²／２（l1
＋α）（l2＋β）〕 これにより、反射鏡１０ｅの置かれたＸ−Ｙ座
標の原点Ｄを基準とする、コーナキユーブ１０ｃ
の点Ｂの座標位置ｘ、ｙは、 ｘ＝l1・sinθ ｙ＝l1・cosθ 従つて、プローブ７の装着点PXYの座標をx′、
y′とすると、 x′＝l1・sinθ＋P4 ……(1) y′＝l1・cosθ＋P5 ……(2) となる。

なお、ビームスプリツタ１１ａを透過したレー
ザ光１５は、ビームスプリツタ１２ａに入射し、
そこで一部のレーザ光１５はレーザ測長器１２に
入射して、第２図に示すように、外部定点SPに
設けられた反射鏡１２ｄ、Ｙ方向に移動するヘツ
ド５に設けられた反射鏡１２ｅ，１２ｆ、更には
ブラケツト５ａ上に設けられた干渉計１２ｂを介
して、Ｚ軸方向に移動駆動されるスピンドル６に
ブラケツト６ａを介して装着されたコーナキユー
ブ１２ｃに入射し、レシーバ１２ｇにより受光さ
れて、干渉計１２ｂとコーナキユーブ１２ｃ間の
Ｚ軸方向の距離LL3を測定する。今、干渉計１２
ｂの位置をＺ軸方向の原点とすると、プローブ７
のＺ座標z′は、 z′＝LL3＋P6＝L3 ……(3) となる（P6はコーナキユーブ１２ｃとプローブ
７の中心までのＺ軸方向の距離）。

こうして、(1)、(2)、(3)式からプローブ７のＸ、
Ｙ、Ｚ座標空間中での座標位置x′、y′、z′が距離
演算部２９により演算される。次に、今度はそれ
ら演算された値に対する補正動作を行う。即ち、
可動部分の動きによるガータ３の上下方向の微小
変位、倒れ、スピンドル６の上下移動に伴う、Ｚ
−Ｘ、Ｙ−Ｚ平面内での振れ等を測定して、その
値から(1)、(2)、(3)式で求めたプローブ７の座標位
置を補正する（レーザ測長器１０，１１，１２よ
り測定される距離は、プローブ７そのものまでの
距離ではなく、プローブ７に対して所定距離P4，
P5，P6だけ離れた位置の座標なので、ガータ３、
ヘツド５、スピンドル６の振れ等によりプローブ
７の実際の座標位置がレーザ測長器１０，１１，
１２によつて演算された座標位置に対してズレる
可能性が有る。）。

即ち、第６図に示すように、ビームスプリツタ
１２ａを透過したレーザ光１５は、ビームスプリ
ツタ５５，５６により振れ測定装置１６，１７及
び位置ズレ測定装置１９に入射し、集光レンズ１
６ａ，１７ａ，１９ａを介して各フオトダイオー
ド１６ｂ，１７ｂ，１９ｂに入射する。フオトダ
イオード１６ｂ，１７ｂは、第４図に示すよう
に、プローブ７が装着されたスピンドル６のブラ
ケツト６ａに設けられており、レーザ光１５は、
第３図に示すように、外部定点SPから反射鏡５
７，５３、ヘツド５の反射鏡５２を介して、ビー
ムスプリツタ５５，５６に入射し、一部は、Ｙ方
向に測定の方向性を有するフオトダイオード１６
ｂに、一部は、Ｘ方向に測定の方向性を有するフ
オトダイオード１７ｂに入射する。また、残りの
レーザ光１５は、ブラケツト５ａ上に設けられた
位置ズレ測定装置１９の、Ｚ方向に測定の方向性
を有するフオトダイオード１９ｂに入射する。補
正量演算部２１は、各フオトダイオード１６ｂ，
１７ｂ，１９ｂの出力から、第９図に示すよう
に、プローブ７の三次元空間中における装着位置
PXYZに対する補正値ε_x、ε_y、ε_zを求め、主制御
部２２に出力する。主制御部２２は補正値ε_x、
ε_y、ε_zと距離演算部２９から出力されるプローブ
７の座標値x′、y′、z′から、各三次元測定装置１
個有の組み付け誤差、テーブル２の平面度等の機
械固有の補正値α_x、α_y、α_zをも考慮して、補正後
のプローブ７の座標値Ｘ、Ｙ、Ｚを（第９図にお
ける、Ｚ軸方向のズレ角γ≒2″程度であるので、
cosγ≒１として、Ｚ−Ｘ、Ｙ−Ｚ平面内におけ
る揺れの、Ｚ座標値への影響は無視する。） Ｘ＝l1・sinθ＋P4±ε_x＋α_x Ｙ＝l1・cosθ＋P5±ε_y＋α_y Ｚ＝L3±ε_z＋α_z （±は測定点、移動方向により選択する）とす
る。

なお、補正光学系OASの各反射鏡５３，５２
も、第３図に示すように、パルスモータ５１，４
９によりガータ３及びヘツド５のＸ、Ｙ方向の移
動に連動する形で、レーザ光１５の光軸がビーム
スプリツタ５５，５６に対して変化しないように
回転駆動されるので、常に適正な補正値ε_x、ε_y，
ε_zの演算が可能となる。

なお、主制御部２２において演算されたプロー
ブ７の座標値Ｘ、Ｙ、Ｚは、表示制御部２３を介
してデイスプレイ２７上に表示される。

また、上述の実施例においては、Ｘ−Ｙ平面内
におけるプローブ７の装着位置を、三角測量法に
より基準となる△ADEの３辺の長さを求め、そ
れにより角度θを求めることにより求めたが、プ
ローブ７の座標位置は三角測量法により求める限
りどのような方法で求めてもよく、三角形の決定
条件である１辺の長さとその両端の角度、２辺の
長さとその挾角を測定することにより基準となる
三角形を決定し、それにより、座標位置を演算す
るように構成することも当然可能である。

(g) 発明の効果 以上、説明したように、本発明のうち方法の発
明によれば、プローブが移動機構により三次元空
間内を自由に移動駆動され、該プローブ７により
被測定物の特定の点の座標位置を測定する三次元
測定装置において、Ｘ−Ｙ平面などの特定の座標
平面に対して投影された当該座標平面上のプロー
ブ７の座標位置をレーザ測長器１０，１１により
三角測量法を用いて、固定された外部定点SPか
ら前記プローブの移動を駆動制御部３０などのレ
ーザ光追尾制御手段により追尾する形で測定する
と共に、前記特定の座標平面と交差するＺ軸など
の座標軸に沿つた前記プローブの座標位置を、固
定された外部定点SPから前記プローブの移動を
駆動制御部３０などのレーザ光追尾制御手段によ
り追尾する形でレーザ測長器１２により測定する
ことにより、プローブの三次元空間中での座標位
置を求めるようにして構成したので、プローブ７
の三次元空間中での座標位置を直接測定すること
が出来、ガータ３、ヘツド５及びスピンドル６の
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の移動量を測定する場合に見ら
れた、熱変位や各構成部品の組み立て上の直角
度、各座標軸に対する真直度の狂いの影響を排除
した形での測定が可能となり、三次元測定装置１
の機械的特性に左右されることのない高精度の測
定が可能となる。

また、本発明のうちの装置の発明によれば、プ
ローブ支持体に支持されたプローブ７が移動機構
により三次元空間内を自由に移動駆動され、該プ
ローブにより被測定物の特定の点の座標位置を測
定する三次元測定装置において、前記プローブ支
持体は、Ｘ−Ｙ平面などの特定の座標平面に対し
て平行な方向に移動自在に支持されたヘツド５な
どの第１の移動部材及び、該第１の移動部材に、
前記特定の座標平面に対して交差するＺ軸などの
座標軸に平行な方向に移動自在に支持されたスピ
ンドル６などの第２の移動部材を有し、前記第２
の移動部材に前記プローブを装着し、前記第１の
移動部材にリトロリフレクタ１０ｃ，１１ｃなど
の第１のリトロリフレクタを、特定の座標平面に
平行な面内でレーザ光を反射し得る形で回転駆動
自在に設けると共に、外部定点SPにレーザ発振
器１３、ビームスプリツタ１０ａ，１１ａなどの
第１のレーザ光の射出手段をレーザ光を前記特定
の座標平面に平行な方向に射出自在に設け、前記
第１のレーザ光の射出手段と前記第１のリトロリ
フレクタ間に、干渉計１０ｂ，１１ｂなどの第１
のレーザ光の干渉手段を設けると共に、反射鏡１
０ｅ，１１ｅなどの第１のレーザ光の反射手段を
前記特定の座標平面に平行な面内で前記レーザ光
を反射し得るように回転駆動自在に設け、前記第
１のリトロリフレクタと前記第１のレーザ光の反
射手段に、前記第１のレーザ光の射出手段から射
出されたレーザ光が前記第１のレーザ光の干渉手
段、第１のレーザ光の反射手段、第１のリトロリ
フレクタを経由して再度前記第１のレーザ光の干
渉手段に常に入射するように、前記プローブの移
動動作に対応する形で前記第１のリトロリフレク
タと前記第１のレーザ光の反射手段を回転制御す
る駆動制御部３０などの第１のレーザ光追尾制御
手段を設け、前記第１のレーザ光の干渉手段で生
じるレーザ光の測定光と参照光の干渉から、前記
プローブの前記特定の座標平面に対して投影され
た当該座標平面上における座標位置を三角測量法
により演算する距離演算部２９などの第１の演算
手段を設け、前記第２の移動部材にリトロリフレ
クタ１２ｃなどの第２のリトロリフレクタを前記
特定の座標平面に対して交差する座標軸に平行な
方向にレーザ光を反射し得る形で設けると共に、
外部定点にレーザ発振器１３、ビームスプリツタ
１０ａ，１１ａ，１２ａなどの第２のレーザ光の
射出手段をレーザ光を射出自在に設け、前記第２
のレーザ光の射出手段と前記第２のリトロリフレ
クタ間に反射鏡１２ｆなどの第２のレーザ光の反
射手段を、前記第２のレーザ光の射出手段から射
出されるレーザ光を前記特定の座標平面に対して
交差する座標軸に平行な方向に反射し得るように
設け、前記第２のレーザ光の射出手段と前記第２
の反射手段との間に反射鏡１２ｄ，１２ｅなどの
第３のレーザ光の反射手段を前記第２のレーザ光
の射出手段から射出されるレーザ光を前記第２の
レーザ光の反射手段に向けて反射し得るように回
転駆動自在に設け、前記第２のレーザ光の反射手
段と前記第２のリトロリフレクタ間に、干渉計１
２ｂなどの第２のレーザ光の干渉手段を設け、前
記第３のレーザ光の反射手段に、前記第２のレー
ザ光の射出手段からのレーザ光が前記第２及び第
３レーザ光の反射手段及び第２のレーザ光の干渉
手段を通過して前記第２のリトロリフレクタで反
射し、再度前記第２のレーザ光の干渉手段に常に
入射するように、前記プローブの移動動作に対応
する形で前記第３のレーザ光の反射手段を回転制
御する駆動制御部３０などの第２のレーザ光追尾
制御手段を設け、前記第２のレーザ光の干渉手段
で生じるレーザ光の測定光と参照光の干渉から前
記プローブの前記特定の座標平面に対して交差す
る座標軸上の座標位置を演算する距離演算部２９
などの第２の演算手段を設けて構成したので、プ
ローブの三次元空間中での座標位置を、熱変位や
各構成部品の組立て上の直角度、真直度の狂いの
影響を排除した形での測定が可能となり、高精度
の位置測定の可能な三次元位置測定装置の提供が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による三次元位置測定方法の一
実施例が適用された三次元測定装置の一例を示す
斜視図、第２図は第１図の三次元測定装置におけ
る測定光学系を示す斜視図、第３図は第１図の三
次元測定装置における補正光学系を示す斜視図、
第４図はスピンドル付近の拡大図、第５図は第１
図の三次元測定装置における駆動系の制御ブロツ
ク図、第６図は第１図の三次元測定装置における
光学系の制御ブロツク図、第７図は本発明による
測定方法の一例を示す平面図、第８図は第７図の
正面図、第９図は各軸の振れの補正方法を示す
図、第１０図は、従来の三次元測定装置の一例を
示す斜視図である。 １……三次元測定装置、３……ガータ、５……
ヘツド、６……スピンドル、７……プローブ、１
０，１１，１２……レーザ測長器、SP……外部
定点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プローブが移動機構により三次元空間内を自
   由に移動駆動され、該プローブにより被測定物の
   特定の点の座標位置を測定する三次元測定装置に
   おいて、 特定の座標平面に対して投影された当該座標平
   面上のプローブの座標位置をレーザ測長器により
   三角測量法を用いて、固定された外部定点から前
   記プローブの移動をレーザ光追尾制御手段により
   追尾する形で測定すると共に、前記特定の座標平
   面と交差する座標軸に沿つた前記プローブの座標
   位置を、固定された外部定点から前記プローブの
   移動をレーザ光追尾制御手段により追尾する形で
   レーザ測長器により測定することにより、プロー
   ブの三次元空間中での座標位置を求めるようにし
   て構成した三次元位置測定方法。 ２ プローブ支持体に支持されたプローブが移動
   機構により三次元空間内を自由に移動駆動され、
   該プローブにより被測定物の特定の点の座標位置
   を測定する三次元測定装置において、 前記プローブ支持体は、特定の座標平面に対し
   て平行な方向に移動自在に支持された第１の移動
   部材及び、該第１の移動部材に、前記特定の座標
   平面に対して交差する座標軸に平行な方向に移動
   自在に支持された第２の移動部材を有し、 前記第２の移動部材に前記プローブを装着し、 前記第１の移動部材に第１のリトロリフレクタ
   を、前記特定の座標平面に平行な面内でレーザ光
   を反射し得る形で回転駆動自在に設けると共に、
   外部定点に第１のレーザ光の射出手段をレーザ光
   を前記特定の座標平面に平行な方向に射出自在に
   設け、 前記第１のレーザ光の射出手段と前記第１のリ
   トロリフレクタ間に、第１のレーザ光の干渉手段
   を設けると共に、第１のレーザ光の反射手段を前
   記特定の座標平面に平行な面内で前記レーザ光を
   反射し得るように回転駆動自在に設け、 前記第１のリトロリフレクタと前記第１のレー
   ザ光の反射手段に、前記第１のレーザ光の射出手
   段から射出されたレーザ光が前記第１のレーザ光
   の干渉手段、第１のレーザ光の反射手段、第１の
   リトロリフレクタを経由して再度前記第１のレー
   ザ光の干渉手段に常に入射するように、前記プロ
   ーブの移動動作に対応する形で前記第１のリトロ
   リフレクタと前記第１のレーザ光の反射手段を回
   転制御する第１のレーザ光追尾制御手段を設け、 前記第１のレーザ光の干渉手段で生じるレーザ
   光の測定光と参照光の干渉から、前記プローブの
   前記特定の座標平面に対して投影された当該座標
   平面上における座標位置を三角測量法により演算
   する第１の演算手段を設け、 前記第２の移動部材に第２のリトロリフレクタ
   を前記特定の座標平面に対して交差する座標軸に
   平行な方向にレーザ光を反射し得る形で設けると
   共に、外部定点に第２のレーザ光の射出手段をレ
   ーザ光を射出自在に設け、 前記第２のレーザ光の射出手段と前記第２のリ
   トロリフレクタ間に第２のレーザ光の反射手段
   を、前記第２のレーザ光の射出手段から射出され
   るレーザ光を前記特定の座標平面に対して交差す
   る座標軸に平行な方向に反射し得るように設け、 前記第２のレーザ光の射出手段と前記第２の反
   射手段との間に第３のレーザ光の反射手段を前記
   第２のレーザ光の射出手段から射出されるレーザ
   光を前記第２のレーザ光の反射手段に向けて反射
   し得るように回転駆動自在に設け、 前記第２のレーザ光の反射手段と前記第２のリ
   トロリフレクタ間に、第２のレーザ光の干渉手段
   を設け、 前記第３のレーザ光の反射手段に、前記第２の
   レーザ光の射出手段からのレーザ光が前記第２及
   び第３レーザ光の反射手段及び第２のレーザ光の
   干渉手段を通過して前記第２のリトロリフレクタ
   で反射し、再度前記第２のレーザ光の干渉手段に
   常に入射するように、前記プローブの移動動作に
   対応する形で前記第３のレーザ光の反射手段を回
   転制御する第２のレーザ光追尾制御手段を設け、 前記第２のレーザ光の干渉手段で生じるレーザ
   光の測定光と参照光の干渉から前記プローブの前
   記特定の座標平面に対して交差する座標軸上の座
   標位置を演算する第２の演算手段を設けて構成し
   た三次元位置測定装置。