JPH05302813A - Laser length measuring device - Google Patents
Laser length measuring deviceInfo
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- JPH05302813A JPH05302813A JP22647791A JP22647791A JPH05302813A JP H05302813 A JPH05302813 A JP H05302813A JP 22647791 A JP22647791 A JP 22647791A JP 22647791 A JP22647791 A JP 22647791A JP H05302813 A JPH05302813 A JP H05302813A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はレーザ光源を用いた測長
器に係り、特に自由に空間を移動する被制御物体の相対
移動距離測定、絶対移動距離測定および絶対位置測定を
行うレーザ測長器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a length measuring device using a laser light source, and more particularly to a laser measuring device for measuring a relative moving distance, an absolute moving distance and an absolute position of a controlled object which freely moves in space. Regarding vessels.
【０００２】[0002]
【従来技術とその問題点】レーザ測長器は、例えば集積
回路の製造における位置決め装置として使用される高確
度測定器であり、本出願人が以前に出願した実公昭５４
年第３４６０１号（登録新案第１３２９９７７号）にも
述べられており公知である。かかる測長器はレーザ光源
から発射されるレーザ光軸上に、被制御物体に装着され
た反射鏡（例えばコーナーキューブ・ミラー）を配置
し、反射鏡の相対移動距離を測定するものである。した
がって次に述べる欠点があった。(1) 反射鏡は常にレー
ザ光軸上に存在せねばならないので、反射鏡が自由に空
間を移動する制御系においては測長できない。(2) 測長
はドプラー効果を使用しているため、反射鏡の始動点よ
り停止点までの距離測定、即ち相対移動距離測定（相対
値測定）であり、ある基準点から反射鏡までの絶対距離
測定（絶対値測定) をすることはできない。(3)反射鏡
が装着された被制御物体は制御指令（例えばコンピュー
タからの移動命令）に従うのみで、レーザ光源側に対応
制御信号を帰還送出しないので、両者の間に何らの制御
系も存在せず、したがって被制御物体の自由に動ける空
間が制限されていた。(4) レーザ測長に付随する芯出し
作業に長時間を要した。即ち、反射鏡がＡ点から最大Ｂ
点まで移動するとき、Ａ〜Ｂの範囲で反射光ビームが必
ずレーザ光源側の所定位置に常時帰還するように、測長
前にレーザ光源側および／または被制御側を調整する必
要があった。2. Description of the Related Art A laser length measuring device is a high-accuracy measuring device used as a positioning device in the manufacture of integrated circuits, for example.
No. 34601 (registered new model No. 1329977) is described and publicly known. Such a length measuring device arranges a reflecting mirror (for example, a corner cube mirror) attached to a controlled object on the laser optical axis emitted from a laser light source, and measures a relative moving distance of the reflecting mirror. Therefore, there are the following drawbacks. (1) Since the reflecting mirror must always exist on the laser optical axis, the length cannot be measured in a control system in which the reflecting mirror freely moves in space. (2) Since the length measurement uses the Doppler effect, it is the distance measurement from the starting point to the stopping point of the reflector, that is, the relative moving distance measurement (relative value measurement), and the absolute distance from a certain reference point to the reflector Distance measurement (absolute value measurement) is not possible. (3) The controlled object with the reflecting mirror only follows the control command (for example, the movement command from the computer) and does not send back the corresponding control signal to the laser light source side, so there is no control system between them. Therefore, the space in which the controlled object can move freely was limited. (4) It took a long time to perform the centering work accompanying the laser measurement. That is, the reflector is at maximum B from point A
When moving to a point, it was necessary to adjust the laser light source side and / or the controlled side before the length measurement so that the reflected light beam always returned to a predetermined position on the laser light source side in the range of A to B. ..
【０００３】[0003]
【発明の目的】本発明は上述した全ての欠点を除去する
ためになされたもので、被制御系および制御系の両方に
頭脳を持たせ、反射鏡が自由に空間を移動しても相対お
よび絶対値測定が可能で且つ芯出し作業を不要としたレ
ーザ測長器を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to eliminate all the above-mentioned drawbacks, and has a brain for both the controlled system and the control system so that even if the reflector freely moves in space, the relative and An object of the present invention is to provide a laser length measuring device that can measure an absolute value and does not require centering work.
【０００４】[0004]
【発明の概要】本発明は、反射鏡が自由に空間を移動し
ても相対値測定をなすこと、反射鏡が自由に空間を移動
しても絶対値測定をなすことの二つを含んでいる。まず
前者について説明する。主レーザ光源、光検出器、角度
エンコーダ等を含むレーザを発射する部分は二軸ジンバ
ル装置に装着され、一方反射鏡（コーナーキューブ・ミ
ラー）、光検出器等を含むレーザを反射する部分は二軸
ジンバル装置に装着される。そしてさらに前者の二軸ジ
ンバル装置には、主レーザ光源と同軸上に補助レーザが
装着される。また両二軸ジンバル装置には、モータが装
着される。それにより反射鏡が移動しても、主レーザ光
源からの光ビームが反射鏡中の所定位置に常時当たるよ
うに自動的に制御される。即ち反射鏡が移動したとき、
レーザ発射部が常時反射鏡を追尾するように制御され
る。したがって、反射鏡が自由に空間を移動しても相対
値測定が可能となる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention includes two things: relative value measurement is performed even when a reflecting mirror freely moves in space, and absolute value measurement is performed even when the reflecting mirror freely moves in space. There is. First, the former will be described. The laser emitting part including the main laser light source, the photodetector and the angle encoder is mounted on the biaxial gimbal device, while the reflecting part (corner cube mirror), the laser reflecting part including the photodetector, etc. Attached to the axis gimbal device. Further, in the former two-axis gimbal device, an auxiliary laser is mounted coaxially with the main laser light source. A motor is attached to both the biaxial gimbal devices. Thus, even if the reflecting mirror moves, the light beam from the main laser light source is automatically controlled so as to always strike a predetermined position in the reflecting mirror. That is, when the reflector moves,
The laser emitting unit is controlled so as to always follow the reflecting mirror. Therefore, the relative value can be measured even if the reflecting mirror freely moves in space.
【０００５】次に後者について説明する。絶対値測定の
ためには、前述した自動追尾機構の外に、レーザ測長付
絶対値測定用治具が使用される。この治具は前述した登
録新案に示すレーザ測長器を含む移動ステージより成
り、移動ステージ上を移動した反射鏡の距離とそのとき
のレーザ発射部の二軸ジンバル装置の回転角より、ジン
バル回転中心（基準点）より反射鏡の測定点、即ちノー
ダルポイントまでの絶対距離（絶対位置）を測定する。
したがって、反射鏡が空間を自由に移動したときの絶対
値測定は、まず上述したように絶対位置を求め、次に前
述した方法で相対値測定を行なえば、結果として絶対値
測定を行うことができる。Next, the latter will be described. In order to measure the absolute value, a jig for measuring the absolute value with laser length measurement is used in addition to the automatic tracking mechanism described above. This jig consists of a moving stage that includes the laser length measuring device shown in the registration model mentioned above, and the gimbal rotation is determined by the distance of the reflecting mirror moved on the moving stage and the rotation angle of the biaxial gimbal device of the laser emitting part at that time. The absolute distance (absolute position) from the center (reference point) to the measurement point of the reflecting mirror, that is, the nodal point is measured.
Therefore, in the absolute value measurement when the reflecting mirror freely moves in space, if the absolute position is first obtained as described above and then the relative value measurement is performed by the method described above, the absolute value measurement can be performed as a result. it can.
【０００６】[0006]
【発明の実施例】第１図は本発明によるレーザ測長器の
分解斜視図、第２図はレーザ発射部の斜視図、第４図は
レーザ反射部の一部斜視図である。これら図において、
レーザ発射部１はエレベション（仰角）回転軸ＥＬ、ア
ジマス（方位角）回転軸ＡＺが別個に回転できる二軸ジ
ンバル装置５を含む。ＥＬ軸を基準とする回転はモータ
ｌ、歯車ｍで行なわれ、ＡＺ軸を基準とする回転はモー
タにｕ、歯車ｎで行なわれる。ジンバル装置５の固定台
６の下側にレーザトランスジューサａが固定される（第
４図参照）。レーザトランスジューサａは主レーザ光
源、基準光と反射光とを合成検出する手段等を含む。レ
ーザトランスジューサａの直前には干渉計ｂ（前述登録
新案に述べられている、いわゆるデッド・パスを除去す
る受動装置）がそしてその前にハーフミラーｃが、その
前にマスクｇが装着される。したがってレーザトランス
ジューサａから発射された測長用光ビームは干渉計ｂ、
ハーフミラーｃ、マスクｇの第１穴ｇ1 を通過してレー
ザ反射部に行き、そしてそこで反射してマスクｇの第３
穴ｇ3 、ハーフミラーｃを通って干渉計ｂに入り、そこ
で基準光と合成され、レーザトランスジューサａにもど
る。固定台６の上側に補助レーザ光源ｈが主レーザ光源
と同軸的に固定される。この光源ｈはレーザ反射部３が
自由に空間を移動しても測定可能とするために使用され
る。補助レーザ光源ｈの前にハーフミラーｉ、その前に
反射鏡４方向規正センサｓが装着される。したがって補
助レーザ光源ｈから発射された光ビームはハーフミラー
ｉで分割される。分割された一方の光ビーム（イ）は４
方向規正センサｓ、マスクｇの第４穴ｇ4 を通過してレ
ーザ反射部３に行き、そしてそこで反射して４方向規正
センサｓにもどる。分割された他方の光ビーム（ロ）は
ハーフミラーｃで反射され、マスクｇの第２穴ｇ2 を通
過しレーザ反射部３中の４方向規正センサｋに照射され
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an exploded perspective view of a laser length measuring device according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a laser emitting section, and FIG. 4 is a partial perspective view of a laser reflecting section. In these figures,
The laser emitting unit 1 includes a biaxial gimbal device 5 that can rotate an elevation (elevation angle) rotation axis EL and an azimuth (azimuth angle) rotation axis AZ separately. The rotation about the EL axis is performed by the motor 1 and the gear m, and the rotation around the AZ axis is performed by the motor and the gear n. The laser transducer a is fixed to the lower side of the fixed base 6 of the gimbal device 5 (see FIG. 4). The laser transducer a includes a main laser light source, a unit for combining and detecting reference light and reflected light, and the like. Immediately before the laser transducer a, an interferometer b (a passive device for eliminating a so-called dead path described in the above-mentioned registered model) is mounted, a half mirror c is mounted in front of it, and a mask g is mounted in front of it. Therefore, the light beam for length measurement emitted from the laser transducer a is interferometer b,
It goes through the half mirror c, the first hole g 1 of the mask g to the laser reflection part, and is reflected there to reflect the third part of the mask g.
The light enters the interferometer b through the hole g 3 and the half mirror c, where it is combined with the reference light and returns to the laser transducer a. An auxiliary laser light source h is fixed to the upper side of the fixed base 6 coaxially with the main laser light source. This light source h is used to enable measurement even if the laser reflecting portion 3 freely moves in space. A half mirror i is mounted in front of the auxiliary laser light source h, and a reflector 4 direction regulating sensor s is mounted in front of it. Therefore, the light beam emitted from the auxiliary laser light source h is split by the half mirror i. One of the split light beams (a) is 4
After passing through the direction regulating sensor s and the fourth hole g 4 of the mask g, the laser beam goes to the laser reflecting portion 3 and is reflected there to return to the four-direction regulating sensor s. The other split light beam (b) is reflected by the half mirror c, passes through the second hole g 2 of the mask g, and is applied to the four-direction regulation sensor k in the laser reflecting portion 3.
【０００７】上述した各構成要素は第２図に示すように
一体的に構成されジンバルＥＬ軸に固定される。ＡＺ軸
は三点水平出架台２の上にセットされる。移動角度を検
出するエンコーダ、例えば移動角度当り多数の電気的パ
ルスを発生する高感度ＥＬ軸エンコーダＰ、ＡＺ軸エン
コーダＯもジンバル装置５に装着される。The above-mentioned components are integrally formed as shown in FIG. 2 and fixed to the gimbal EL shaft. The AZ axis is set on the three-point horizontal pedestal 2. An encoder that detects a movement angle, for example, a high-sensitivity EL axis encoder P and an AZ axis encoder O that generate a large number of electric pulses per movement angle are also mounted on the gimbal device 5.
【０００８】レーザ反射部３は第１図および第３図に示
すように構成される。第３図はレーザ反射部３の斜視図
である。レーザ反射部３はＥＬ軸およびＡＺ軸が別個に
回転できる二軸ジンバル装置７を含む。トランスジュー
サａから出た光ビームはマスクｄの第１穴ｄ1 を通過し
て、反射鏡（コーナキューブ・ミラー）ｅで反射し、マ
スクｄの第３穴ｄ3 を通ってもどる。レーザ発射部１の
マスクｇの第４穴ｇ4を通って入射した光ビームはマス
クｄの第４穴ｄ4 を通過し、Ｑ検出用センサｑおよび反
射鏡傾き検出ミラーｆ（正常時において）に照射される
と共に反射され、第４穴ｄ4 を通ってレーザ発射部１に
戻る。レーザ発射部１のマスクｇの第２穴ｇ2 を通って
入射した光ビームは、マスクｄの第２穴ｄ2 を通って入
射され、４方向規正センサｋに照射される。４方向規正
センサｋは後述するように、入射光ビームが常時センサ
ｋの中央部に照射されるようレーザ発射部１を制御す
る。上述した各構成要素、ｑ，ｆ，ｄ，ｅ，ｋは第３図
に示すように一体的に構成されてセンサ部を構成し、こ
れらはＡＺ軸用モータｊにより一体的に回転される。ま
たＡＺ軸ｊ部枠８をＥＬ軸用モータｔにより回転させ
る。さらにＥＬ軸部およびＡＺ軸部をモータｒにより全
体的にθ回転させる。なおモータｊ，ｔ，ｒに対する回
転機構（例えば歯車）は省略して図示してある。The laser reflector 3 is constructed as shown in FIGS. 1 and 3. FIG. 3 is a perspective view of the laser reflector 3. The laser reflector 3 includes a biaxial gimbal device 7 that can rotate the EL axis and the AZ axis separately. The light beam emitted from the transducer a passes through the first hole d 1 of the mask d, is reflected by the reflecting mirror (corner cube mirror) e, and returns through the third hole d 3 of the mask d. The light beam incident through the fourth hole g 4 of the mask g of the laser emitting section 1 passes through the fourth hole d 4 of the mask d, and the Q detection sensor q and the reflector tilt detection mirror f (in normal time) And is reflected by it, and returns to the laser emitting section 1 through the fourth hole d 4 . The light beam incident through the second hole g 2 of the mask g of the laser emitting unit 1 is incident through the second hole d 2 of the mask d and is applied to the four-direction regulation sensor k. As will be described later, the four-direction regulation sensor k controls the laser emitting unit 1 so that the incident light beam is always applied to the central portion of the sensor k. The above-mentioned components q, f, d, e and k are integrally configured as shown in FIG. 3 to form a sensor portion, which are integrally rotated by the AZ axis motor j. Further, the AZ axis j part frame 8 is rotated by the EL axis motor t. Further, the EL shaft portion and the AZ shaft portion are rotated by θ by the motor r as a whole. A rotation mechanism (for example, a gear) for the motors j, t, and r is omitted in the drawing.
【０００９】以上の説明より明らかなように、レーザト
ランスジューサａから発射される光ビームは測長用に使
用される。そして他の構成要素は、反射鏡ｅが装着され
た被制御系（例えばロボット）が自由に空間を移動した
場合、レーザトランスジューサａから発射された光ビー
ムが常時反射鏡の所定位置に入射し、反射するよう自動
追尾機構を提供するものである。以下動作について詳述
する。As is clear from the above description, the light beam emitted from the laser transducer a is used for length measurement. And the other component is that when the controlled system (for example, a robot) to which the reflecting mirror e is attached moves freely in space, the light beam emitted from the laser transducer a is always incident on a predetermined position of the reflecting mirror, It provides an automatic tracking mechanism to reflect. The operation will be described in detail below.
【００１０】初期設定と自動追尾動作 レーザ発射部１とレーザ反射部３とが正しく芯出しされ
ている場合には、光ビームはマスクｄの第１穴ｄ1 に入
り、第３穴ｄ3 から出ていなければならない（このこと
は目で確認できる）。このことは反射鏡ｅが自由に空間
を移動しても常時達成されていなければならない。この
動作について以下に説明する。Initialization and Automatic Tracking Operation When the laser emitting section 1 and the laser reflecting section 3 are correctly centered, the light beam enters the first hole d 1 of the mask d and from the third hole d 3. Must be out (this is visible). This must always be achieved even if the reflecting mirror e freely moves in space. This operation will be described below.
【００１１】第５図に示すように反射鏡がθだけずれて
いると仮定する。モータｒを手動または自動的に駆動し
てセンサ部を回転させ、第６図に示すように、補助レー
ザ光源ｈからの一方の光ビーム（イ）がθ検出用センサ
ｑの左側（または右側）へ当たるように制御する。なお
トランスジューサａからの光ビームはマスクｄへ当た
り、第１穴ｄ1 には入射していない。ここでセンサｑは
反射鏡傾き検出ミラー（平面鏡）ｆ上に所定間隔を離し
て装着された左センサと右センサより成る。今光ビーム
（イ）は左センサに当たっているので、左センサは第７
図に示すようにバランス回路を介してモータｒに左回転
するよう信号を発生する。このように左右センサに同一
光量の光が照射されるよう、つまり左右センサから同出
力の信号が出るようにモータｒを回転させる。このとき
左右センサの中間には平面鏡ｆがあるので、中央の光は
レーザ発射部１に向って反射される。しかしながら、左
右センサｑのバランスがとれたとしても、第８図のよう
にレーザ反射部３がずれていると、反射ビーム（イ）は
図示の矢印方向に進んでしまう。この場合には、手動ま
たは自動的にモータｊ，ｔおよび／またはモータｌ，ｕ
を駆動し、反射ビーム（イ）がマスクｇの大きい穴ｇ4
（第４穴）中に入るようにする。反射ビーム（イ）が第
４穴ｇ4 中に入射されると、これは次にコーナーキュー
ブミラー４方向規正センサｓに照射される（第１０図参
照）。規正センサｓは中央部に貫通孔を有しその上下、
左右に配置された４個のセンサより成る。第１１図に示
すように規正センサｓの役割は、反射ビーム（イ）を受
け、電気信号に変換し、バランス回路を介してモータ
ｔ，ｊを駆動させ、反射ビーム（イ）を４方向に位置さ
れた規正センサｓの中央に導くことである。このよう
に、反射ビーム（イ）が第４穴ｇ4 に導かれた後は自動
的にサーボが働き、レーザ発射部１と反射部３との光軸
が合うように制御される。It is assumed that the reflecting mirror is displaced by θ as shown in FIG. The motor r is driven manually or automatically to rotate the sensor unit, and as shown in FIG. 6, one light beam (a) from the auxiliary laser light source h is left side (or right side) of the θ detection sensor q. Control to hit. The light beam from the transducer a hits the mask d and does not enter the first hole d 1 . Here, the sensor q is composed of a left sensor and a right sensor which are mounted on a reflecting mirror tilt detecting mirror (flat mirror) f at a predetermined distance. Since the light beam (a) is now hitting the left sensor, the left sensor is
As shown in the figure, a signal is generated to rotate the motor r counterclockwise through a balance circuit. In this way, the motor r is rotated so that the left and right sensors are irradiated with the same amount of light, that is, the left and right sensors output the same output signal. At this time, since the plane mirror f is located between the left and right sensors, the central light is reflected toward the laser emitting section 1. However, even if the left and right sensors q are balanced, if the laser reflecting portion 3 is displaced as shown in FIG. 8, the reflected beam (a) will proceed in the direction of the arrow shown. In this case, the motors j and t and / or the motors l and u are manually or automatically operated.
And the reflected beam (a) has a large hole g 4 in the mask g.
(4th hole) Make sure it goes inside. When the reflected beam (a) is incident into the fourth hole g 4 , it is then irradiated on the corner cube mirror 4 direction regulating sensor s (see FIG. 10). The train wheel setting sensor s has a through hole in the center,
It consists of four sensors arranged on the left and right. As shown in FIG. 11, the role of the train wheel setting sensor s is to receive the reflected beam (a), convert it into an electric signal, and drive the motors t and j through the balance circuit to move the reflected beam (a) in four directions. To guide it to the center of the train wheel setting sensor s positioned. As described above, after the reflected beam (a) is guided to the fourth hole g 4 , the servo automatically operates and the laser emitting unit 1 and the reflecting unit 3 are controlled so that their optical axes are aligned with each other.
【００１２】次にビーム（ロ）がマスクｄの第２穴ｄ2
に入射しているかどうか目で確認する。光ビーム（イ）
は前述したようにセンサｑとｓでオートガイドされてい
るが、光ビーム（ロ）はまだ第２穴ｄ2 に導かれていな
い。この場合には手動または自動的にモータｕとｌを駆
動し、マスクｄに当たっている光ビームを第２穴ｄ2に
導く。第１２図に示すように、マスクｄの後方にコーナ
キューブミラーｅがあり、その光軸中芯、即ちノーダル
ポイントの位置に４方向規正センサｋが固定されてい
る。センサｋはジンバル装置のＥＬ軸とＡＺ軸にそれぞ
れ対応された位置、即ちノーダルポイントの位置に固定
され、このノーダルポイントの位置が後述する絶対値測
定のための測定点になる（第１３図参照）。ノーダルポ
イントの位置は反射鏡の頂点の位置である。なお反射鏡
にプリズム・コーナーキューブミラーを使用する場合に
はプリズム材質の屈折率が関係してくる。センサｋは第
１２図、第１４図に示すように、上下左右の４個のセン
サより成り、上下センサに等光量の光が当たるように、
光ビーム発射部１のモータｌ（ＥＬ軸回りの回転）を、
左右センサに等光量の光が当たるようにモータｕ（ＡＺ
軸回りの回転）を制御し、光ビーム（ロ）がセンサｋの
中心に当たるように制御する。かかる制御の間でもセン
サｑ，ｓは自動的にサーボ動作を行っていることは勿論
である。Next, the beam (b) is the second hole d 2 of the mask d.
Visually check if it is incident on. Light beam (a)
Is automatically guided by the sensors q and s as described above, but the light beam (b) is not yet guided to the second hole d 2 . In this case, the motors u and l are driven manually or automatically to guide the light beam impinging on the mask d to the second hole d 2 . As shown in FIG. 12, there is a corner cube mirror e behind the mask d, and a four-direction regulation sensor k is fixed at the center of the optical axis, that is, at the position of the nodal point. The sensor k is fixed at the position corresponding to the EL axis and the AZ axis of the gimbal device, that is, at the position of the nodal point, and the position of the nodal point becomes a measurement point for absolute value measurement described later (thirteenth position). See figure). The position of the nodal point is the position of the apex of the reflecting mirror. When a prism / corner cube mirror is used as the reflecting mirror, the refractive index of the prism material is relevant. As shown in FIG. 12 and FIG. 14, the sensor k is composed of four sensors on the upper, lower, left and right sides, so that the upper and lower sensors are irradiated with an equal amount of light.
The motor l (rotation around the EL axis) of the light beam emitting unit 1 is
The motor u (AZ
Rotation about the axis) is controlled so that the light beam (b) strikes the center of the sensor k. It goes without saying that the sensors q and s automatically perform the servo operation even during such control.
【００１３】以上説明したように、補助レーザ光源より
発射された光ビーム（イ）がセンサｓの所定位置に帰還
し、光ビーム（ロ）がセンサｋの所定位置に照射された
場合、レーザトランスジューサａからの主光ビームと光
ビーム（イ，ロ）とは同軸上にあるので、主光ビームの
光軸は自動的に合っており、マスクｄの第１穴ｄ1 を通
過し、反射鏡で反射し、さらに第３穴ｄ3 を通って干渉
計ｂに戻ることになる。そして補助レーザ光源からの光
ビームは制御可能範囲に入っているので、反射鏡ｅ（被
制御系）が自由に空間を移動しても、サーボ動作がかか
り、レーザ発射部１とレーザ反射部３とは相互に補完し
合って自動追尾動作を行うことになる。As described above, when the light beam (a) emitted from the auxiliary laser light source is returned to the predetermined position of the sensor s and the light beam (b) is irradiated to the predetermined position of the sensor k, the laser transducer. Since the main light beam from a and the light beams (a, b) are on the same axis, the optical axes of the main light beam are automatically aligned, pass through the first hole d 1 of the mask d, and are reflected by the reflecting mirror. Then, the light returns to the interferometer b through the third hole d 3 . Since the light beam from the auxiliary laser light source is within the controllable range, even if the reflecting mirror e (controlled system) freely moves in space, the servo operation is performed and the laser emitting unit 1 and the laser reflecting unit 3 are operated. And will complement each other and perform an automatic tracking operation.
【００１４】相対値測定 第１５図に示すように、反射鏡ｅが、即ちセンサｋの測
定点が自由に移動しても、前述したように自動追尾動作
により、相対距離ｚ1 〜ｚ4 が測定できる。第１６図は
被制御系をロボットとし、その腕にレーザ反射部を装着
した場合の実際の応用例を示す。第１６図に示したレー
ザ反射部３の外観は第３図に示したものと若干相違する
が基本的には同一である。レーザ反射部３はロボット腕
１０に取付けられ、前述した初期設定の後、測定が開始
される。この場合ロボット腕１０の移動に対応して自動
追尾が行なわれる。ロボット腕１０は例えば（Ｅ）点か
ら（Ｆ）点に自由に移動する。Relative value measurement As shown in FIG. 15, even if the reflecting mirror e, that is, the measuring point of the sensor k is freely moved, the relative distances z 1 to z 4 are maintained by the automatic tracking operation as described above. Can be measured. FIG. 16 shows an actual application example in the case where the controlled system is a robot and the arm is equipped with a laser reflector. The appearance of the laser reflector 3 shown in FIG. 16 is basically the same as that shown in FIG. The laser reflector 3 is attached to the robot arm 10, and measurement is started after the above-described initial setting. In this case, automatic tracking is performed corresponding to the movement of the robot arm 10. The robot arm 10 freely moves from point (E) to point (F), for example.
【００１５】絶対値測定 絶対値測定のためには、別にレーザ測長付絶対値測定用
治具が使用される。第１７図は測定原理を示す図であ
り、第１６図の一部に測定用治具の斜視図を示す。Absolute value measurement An absolute value measurement jig with laser length measurement is separately used for absolute value measurement. FIG. 17 is a view showing the principle of measurement, and a perspective view of a measuring jig is shown in part of FIG.
【００１６】絶対値を測定するためには、測定点の位
置、即ち基準点から測定点までの距離を測定（基準絶対
位置測定）することが必要である。ここで、基準点とは
レーザ発射部１のレーザトランスジューサａのジンバル
回転中心であり、測定点とはレーザ反射部３の反射鏡ｅ
のノーダルポイントである。第１６図において測定用治
具１２はレーザ反射部３を搭載した移動ステージより成
り、レーザ反射部３は移動台１１に装着される。そして
測長用補助レーザ発射部１３は移動ステージの固定台１
６の一方の端部に、測長用補助レーザ反射部１４は移動
台１１にそれぞれ取付けられる。移動台１１はモータ１
５により制御され、例えばスクリュー１７上を直線的に
移動する。次に第１７図および第１８図を用いて測定方
法を説明する。なお、この測定は前述した初期設定が完
成した後に行なわれる。測定点をＡからＢへ矢印方向に
直線移動する。ここで半径Ｒで移動すれば、測定値は変
化しないが、直線移動なので、徐々に増加し、Ｃ点で最
大となり、その後徐々に減少し、Ｂ点で元の値（例えば
零）に戻る。即ち、二等辺三角形を形成する。このとき
の移動距離Ｌ（Ａ−Ｂ間の距離）を測長用レーザ１３，
１４で測定する。そしてＡＺエンコーダ０で回転角φを
測定する。Ｌ，φの値より半径Ｒを求める。即ちレーザ
発射部１のジンバル回転中心ｍより、測定点ＡまたはＢ
までの距離が求ったことになる。In order to measure the absolute value, it is necessary to measure the position of the measurement point, that is, the distance from the reference point to the measurement point (reference absolute position measurement). Here, the reference point is the gimbal rotation center of the laser transducer a of the laser emitting unit 1, and the measurement point is the reflecting mirror e of the laser reflecting unit 3.
It is the nodal point of. In FIG. 16, the measuring jig 12 is composed of a moving stage on which the laser reflecting portion 3 is mounted, and the laser reflecting portion 3 is mounted on the moving base 11. The length measuring auxiliary laser emitting unit 13 is the fixed base 1 of the moving stage.
The length-measuring auxiliary laser reflecting portion 14 is attached to the movable table 11 at one end of each of the six. The moving table 11 is the motor 1
5 and moves linearly on the screw 17, for example. Next, the measuring method will be described with reference to FIGS. 17 and 18. Note that this measurement is performed after the above-described initial settings are completed. The measurement point is linearly moved from A to B in the arrow direction. Here, if the radius R moves, the measured value does not change, but since it is a linear movement, it gradually increases, reaches a maximum at point C, then gradually decreases, and returns to the original value (for example, zero) at point B. That is, an isosceles triangle is formed. The moving distance L (distance between A and B) at this time is measured by the length measuring laser 13,
Measure at 14. Then, the AZ encoder 0 measures the rotation angle φ. The radius R is calculated from the values of L and φ. That is, from the gimbal rotation center m of the laser emitting unit 1 to the measurement point A or B
The distance to is obtained.
【００１７】次に反射鏡ｅが自由に空間を移動した場合
の測定方法を説明する。この場合は第１６図に示すよう
に、まずレーザ反射部３を測定用治具１２に装着して、
前述の測定点の基準絶対位置測定を行う。そして次にロ
ボット腕１０がレーザ反射部３を掴み、自由に空間を動
くことになる。例えば簡単化のため測定点が同一平面を
Ａ→Ｂ→Ｄの順に動いたとき、Ｄ点の絶対値測定を仮定
する。第１７，１８図の説明よりＢ点の位置が求まる。
さらにＢ→Ｄへの移動に対する相対値測定より距離Ｚが
求まり、回転中心ｍからＤ点までの距離Ｓが求まる。ま
た回転角φ2 より回転角φ3 が求まる。したがってＡ−
Ｄ間の距離ｘおよびＤ点の絶対位置測定ができる。反射
鏡ｅは空間を自由に動くが、基準絶対位置測定、相対値
測定、およびＡＺ，ＥＬ軸エンコーダＯ，Ｐによる角度
測定を行うことにより、移動した測定点の絶対位置を測
定することができる。なお、本発明をロボットに使用す
る場合には、ロボットが移動した位置を測定することが
できることは勿論、ロボットに所定位置を指令して、そ
こまで移動させることができることは勿論である。ロボ
ット系の座標系はレーザ系の座標系と対応関係があるか
らである。Next, a measuring method when the reflecting mirror e freely moves in space will be described. In this case, as shown in FIG. 16, the laser reflecting portion 3 is first mounted on the measuring jig 12,
The reference absolute position of the measurement point is measured. Then, next, the robot arm 10 grasps the laser reflecting portion 3 and freely moves in the space. For example, for simplification, when the measurement point moves on the same plane in the order of A → B → D, it is assumed that the absolute value of the point D is measured. The position of point B can be obtained from the description of FIGS.
Further, the distance Z is obtained from the relative value measurement for the movement from B to D, and the distance S from the rotation center m to the point D is obtained. Further, the rotation angle φ 3 can be obtained from the rotation angle φ 2 . Therefore A-
The distance x between D and the absolute position of point D can be measured. Although the reflecting mirror e freely moves in space, the absolute position of the moved measurement point can be measured by performing the reference absolute position measurement, the relative value measurement, and the angle measurement by the AZ and EL axis encoders O and P. .. When the present invention is applied to a robot, it is needless to say that the position to which the robot has moved can be measured and that the robot can be instructed to a predetermined position and moved to that position. This is because the coordinate system of the robot system has a correspondence relationship with the coordinate system of the laser system.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば従来装置の欠点を全て解決することがで
きる。即ち、反射鏡が自由に空間を移動しても相対値測
定および絶対値測定の両測定を行なうことができるか
ら、被制御系の移動した位置測定は勿論、所定位置に被
制御系を移動させることができる。また一つの点におい
てレーザ発射部とレーザ反射部との芯出し作業を行なえ
ば、後は自動追尾動作を行うので、レーザ測長に付随す
る芯出し作業に要する時間を大幅に短縮することができ
る。As is clear from the above description,
According to the present invention, all the drawbacks of the conventional device can be solved. That is, even if the reflecting mirror freely moves in space, both relative value measurement and absolute value measurement can be performed, so that the controlled system is moved to a predetermined position as well as the moved position of the controlled system. be able to. Further, if the laser emitting unit and the laser reflecting unit are centered at one point, the automatic tracking operation is performed thereafter, so that the time required for the centering work associated with the laser length measurement can be significantly reduced. ..
【図１】本発明によるレーザ測長器の分解斜視図FIG. 1 is an exploded perspective view of a laser length measuring device according to the present invention.
【図２】レーザ発射部の斜視図FIG. 2 is a perspective view of a laser emitting unit.
【図３】レーザ反射部の斜視図FIG. 3 is a perspective view of a laser reflector.
【図４】レーザ反射部の一部斜視図FIG. 4 is a partial perspective view of a laser reflector.
【図５】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 5 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
【図６】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 6 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
【図７】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 7 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
【図８】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 8 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
【図９】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 9 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
【図１０】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 10 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
【図１１】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 11 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
【図１２】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 12 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
【図１３】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 13 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
【図１４】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 14 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
【図１５】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 15 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
【図１６】被制御系をロボットとし、その腕にレーザ反
射鏡を装着した場合の本発明の応用例を示した図FIG. 16 is a diagram showing an application example of the present invention when a controlled system is a robot and a laser reflecting mirror is attached to its arm.
【図１７】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 17 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
【図１８】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 18 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
【図１９】本発明によるレーザ測長器の動作説明図FIG. 19 is an operation explanatory view of the laser length measuring device according to the present invention.
ａ：レーザトランスジューサ、ｂ：干渉計 ｃ：ハーフミラー、ｄ、ｅ：マスク ｅ：コーナキューブミラー ｆ：コーナキューブミラー傾き検出ミラー ｈ：補助レーザ、ｉ：ハーフミラー ｊ、ｔ、ｕ、ｌ：モータ ｋ：４方向規正センサ、ｏ：ＡＺ軸エンコーダ ｐ：ＥＬ軸エンコーダ、ｑ：θ検出用センサ ｓ：コーナキューブミラー４方向規正センサ １：レーザ反射部、３：レーザ反射部 ５：二軸ジンバル装置、６：固定台 １０：ロボット腕、１１：移動台 １２：絶対値測定用治具、１３：測長用補助レーザ発射
部 １４：測長用補助レーザ反射部、１５：モータ １７：スクリューa: laser transducer, b: interferometer c: half mirror, d, e: mask e: corner cube mirror f: corner cube mirror tilt detection mirror h: auxiliary laser, i: half mirror j, t, u, l: motor k: 4-direction calibration sensor, o: AZ-axis encoder p: EL-axis encoder, q: θ detection sensor s: Corner cube mirror 4-direction calibration sensor 1: Laser reflection part, 3: Laser reflection part 5: Biaxial gimbal device , 6: Fixed stand 10: Robot arm, 11: Moving stand 12: Absolute value measuring jig, 13: Auxiliary laser emitting part for length measurement 14: Auxiliary laser reflecting part for length measurement, 15: Motor 17: Screw
Claims (4)
レーザ発射部と、発射された前記主光ビームを前記レー
ザ発射部に反射するレーザ反射体を含むレーザ反射部と
を含み、前記レーザ反射部の移動を測定するレーザ測長
器において、前記レーザ反射部を直線移動させるための
移動手段と、前記直線移動距離を測定する測定手段と、
前記レーザ発射部を頂点として前記レーザ反射部が移動
した２点間の角度を測定する角度測定手段とを含む絶対
値測定用手段を有し、前記測定手段は補助レーザ光源
と、前記移動手段に装着され該補助レーザ光源からの光
ビームを受光する前記レーザ反射体とで構成され、前記
レーザ反射体が前記レーザ発射部から等距離の２点間を
直線移動したことを検出する手段であるレーザ測長器。1. A laser emitting unit including a main laser light source for emitting a main light beam, and a laser reflecting unit including a laser reflector for reflecting the emitted main light beam to the laser emitting unit. In a laser length measuring device for measuring the movement of the reflecting portion, a moving means for linearly moving the laser reflecting portion, a measuring means for measuring the linear moving distance,
Absolute value measuring means including an angle measuring means for measuring an angle between two points where the laser reflecting portion moves with the laser emitting portion as an apex, and the measuring means includes an auxiliary laser light source and the moving means. A laser that is mounted and configured to receive the light beam from the auxiliary laser light source, and is a means for detecting that the laser reflector linearly moves between two points equidistant from the laser emitting portion. Length measuring device.
び角度測定手段の出力信号により、前記レーザ反射部の
位置を検出する特許請求の範囲第１項記載のレーザ測長
器。2. The laser length measuring device according to claim 1, wherein said absolute value measuring means detects the position of said laser reflecting portion by the output signals of said measuring means and angle measuring means.
能に装着される特許請求の範囲第２項記載のレーザ測長
器。3. The laser length measuring device according to claim 2, wherein the laser reflecting portion is detachably attached to the moving means.
て自由に移動できる特許請求の範囲第３項記載のレーザ
測長器。4. The laser length-measuring device according to claim 3, wherein the laser reflecting portion is free to move away from the moving means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22647791A JPH0641847B2 (en) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | Laser length measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22647791A JPH0641847B2 (en) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | Laser length measuring device |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59093929A Division JPS60237307A (en) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | Laser length measuring machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05302813A true JPH05302813A (en) | 1993-11-16 |
| JPH0641847B2 JPH0641847B2 (en) | 1994-06-01 |
Family
ID=16845717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22647791A Expired - Lifetime JPH0641847B2 (en) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | Laser length measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0641847B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6744102B2 (en) | 1999-08-30 | 2004-06-01 | Micron Technology, Inc. | MOS transistors with nitrogen in the gate oxide of the p-channel transistor |
| JP2007309677A (en) * | 2006-05-16 | 2007-11-29 | Mitsutoyo Corp | Method of estimating absolute distance in tracking laser interferometer, and tracking laser interferometer |
| CN110470270A (en) * | 2019-09-23 | 2019-11-19 | 南通斯密特森光电科技有限公司 | The manual theodolite device of telescope |
-
1991
- 1991-08-12 JP JP22647791A patent/JPH0641847B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6744102B2 (en) | 1999-08-30 | 2004-06-01 | Micron Technology, Inc. | MOS transistors with nitrogen in the gate oxide of the p-channel transistor |
| JP2007309677A (en) * | 2006-05-16 | 2007-11-29 | Mitsutoyo Corp | Method of estimating absolute distance in tracking laser interferometer, and tracking laser interferometer |
| CN110470270A (en) * | 2019-09-23 | 2019-11-19 | 南通斯密特森光电科技有限公司 | The manual theodolite device of telescope |
| CN110470270B (en) * | 2019-09-23 | 2024-04-19 | 南通斯密特森光电科技有限公司 | Manual theodolite device for telescope |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0641847B2 (en) | 1994-06-01 |
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