JPH06502803A - レーザー整列、制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザー整列、制御装置 発明の背景 本発明は３次元のディジタル写像に関し、とくに、対象物の表面輪郭を写像する 過程の中で、対象物に対してレーザーエネルギーを制御的に向けさせるための装 置に関する。

３次元のレーザーディジタル化は、検討している対象物の表面輪郭に関する情報 を集めるための効果的な技術であることとして知られている。典型的には、レー ザービームが対象物の表面上へ向けられる。反射された光が計測されて、表面輪 郭に関する情報を得る。この情報がディジタル情報に転換されて、対象物の線図 的な像をビデオ表面端末上に投影することができる。３次元レーザーディジタル 化によって、接触型のプローブあるいは針からなる初期の外径測定技術を上回る 相当な利点が得られる。レーザーディジタル化では測定しようとしている対象物 に接触することがなく、柔らか（て壊れやすい対象物（例えば、粘土あるいは弾 力性のある泡）の表面測定を、対象物を損傷したりあるいは表面を変形させるこ となしに行うことができる。レーザー装置はまたより大きな解像力と精度を得る ことができ、オフセット計算を必要としない。

レーザーディジタル化のより挑戦的な観点の１つは、複雑で不規則な表面輪郭を 有した対象物に関するものである。レーザービームか走査の中の表面に対して直 角からかなりずれていても、幾つかの点・領域レーサープローブは正確な測定を 行うことかできる。それにも拘らず、レーザービームをその様な表面に対してほ ぼ直角に位置させることかできれば、結像も強化され、ディジタルデータもより 信頼性か高くなる。さらに、走査を自動的に行い。また“オンザフライ“状態で 行うことか望ましく、このことは、レーザープローブを移動させることによる輪 郭情報の誤差がでる機会を最少にするために、レーザープローブを正確に回転さ せ、正確に移行させることを必要とする。

従って、本発明の目的は、レーザープローブを正確に位置付け、移行させ、レー ザービームを走査対象物の表面輪郭に関して制御可能的に位置付け、方向付ける ことにある。

本発明の他の目的は、３つの相互に直角な直線移行軸線と、１つの回転軸線とに 基づいて、２次元空間内でのとのようなベクトルにも平行になるようにレーザー ビームを位置付けるための装置を提供することにある。

本発明のさらに特別な目的は、３つの相互に直角な直線移行軸線と、２つの全く 別な回転軸線とに基づいて、３次元空間内でのとのようなベクトルにも平行にな るようにレーザービームを位置付けるための装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、正確な機械加工装置に対して取付けるためのレーザ ー支持ヘッドを提供することにあり、これには少なくとも１つの回転軸線と、前 記機械加工装置に関して各回転軸線を正確に整列させるための装置とを有してい る。

発明の要約 これら及びその他の目的を達成するために、レーザーを制御的に移行、回転させ るために支持するための装置か設けられる。この装置は参考面を画定する参考表 面を有した静止ベースを育している。相互に直角をなした第１、第２、第３方向 において直角移行するための剛的な支持部材を取付けるための装置が設けられて いる。第１及び第２の方向は参考表面に対して平行になっており、第３の方向は 参考表面に対して直角になっている。レーザー取付装置はこの剛的な支持部材に 関してレーザーエネルギー源を調節的に固定する。前記レーザー取付装置は、前 記レーザーエネルギー源と一体構造的になった剛的な支持装置と、剛的な第１枠 部材と、前記支持装置と前記第１枠部材に連結して、参考面に対して平行な第１ 調節軸線上で第１枠部材に関して枢軸運動をさせ、また前記第１調節軸線に沿っ て第１枠部材に関して直線的に移行させるための第１連結装置とを含む。前記第 １枠部材に関して前記支持装置の直線位置を調節的に固定し、第２調節装置は第 １枠部材に関して前記支持装置の角度位置を調節的に固定する。前記取付装置は さらに、参考面に対して平行な第１回転軸線の周りで、前記支持部材に関して回 転するように前記第１枠部材を連結するだめの第２連結装置を含む。本装置はさ らに前記支持部材を第１、第２、第３の方向へ制御可能的に移動させるための第 １駆動装置と、前記第１枠部材を前記支持部材に関して回転させるための第２駆 動装置を含む。

好ましくは、前記第１回転軸線は第１調節軸線に対して直角である。本発明の１ つの変形例においては、前記第１枠部材が第１回転軸線に対して少なくともほぼ 直角な主面を存したほぼ平坦な支持板を含んでいる。前記支持装置か、第１回転 軸線の方向において前記支持板から隔置され、かつ前記支持板に対して少なくと もほぼ平行なほぼ平坦な支持板を含む。前記連結装置は、支持板の中で細長くな った、かつ第１調節軸線の方向において互いに他から隔置された一対の第１チヤ ネルと、互いか第１チヤネルの１つづつと対向した一対の半球状の第２チヤネル と、各々の対向した一対のチャネル内に収納された球状のベアリングと、前記板 を互いに他に対して押し付け、従って、ベアリングを保持するために、支持板と 枢軸板とに対して連結された張力ばねのようなバイアス装置とを含むことかでき る。枢軸板の中でねじ係合し、かつ支持板と係合する棒か回転可能になっていて 、これか第１調節装置となって、枢軸板を支持板に関して直線的に移行させる。

第２調節装置も同様に、枢軸板の中でねじ係合した部材を含むことかできる。こ の場合、前記ねじ部材は第１回転軸線の方向に延在し、支持板と係合し、はね装 置か枢軸板と支持板とを互いに他に対して向かい合うように角度的に押付けてい る。

前記連結装置と調節装置とはレーサー源を参考面に関して正確に整列させること を可能にする。さらに詳しく言うと、レーサーを支持している支持装置は、レー ザービームを第１回転軸線に対して直角になるように角度的に位置付けるように 整列可能であり、またレーザービームか第１回転軸線と交差するようにレーザー ビームを直線的に位置付けるように整列可能である。結果として、対象物の完全 自動走査が達成され、対象物は静止的に保持させるか、あるいは参考面に関して 既知の位置にあって参考軸線の周りで回転することかできる。レーザープローブ は３次元空間の中で直線的に移行可能であり、またレーザービームを２次元空間 内のどのようなベクトルに対しても平行に位置付けるために、第１回転軸線の周 りで回転させることかできる。レーザープローブの位置あるいは角度方向に無関 係に、ビームは第１回転軸線と交差し、それに対して直角を維持する。

他の実施例においては、レーザー取付装置は、第１枠部材を支持部材に連結して 、参考面に平行でかつ第１調節軸線から直角的にずれた（好ましくは直角な）第 ２調節軸線に沿って、支持部材に関して直線的に移行させるための第３連結装置 を含む。第４の連結装置が第１枠部材を参考面に直角な第２回転軸線の周りて、 支持部材に関して回転させるために連結するために設けられている。第３駆動装 置か設けられていて、第１枠部材を第２回転軸線の周りに回転させる。また、第 ３調節装置か、第１枠部材の直線位置を、第２調節軸線に沿って支持部材に関し て調節的に固定する。

この装置に関していうと、前記支持装置はレーザービームか第１回転軸線に対し て直角になり、かつそれと交差するように、再び調節可能的に位置付けられる。

さらに、しかしなから、ビームは第２回転軸線と、同期するために直線的に移行 される。従って、ビームは第１回転軸線に対して直角を維持し、レーザープロー ブの位置あるいは角度方向とは無関係に第２回転軸線と同期する。

このことによって自動走査か可能となり、レーザービームは３次元空間内のとの ようなベクトルに対しても平行に位置付けることかできる。

いずれの実施例の場合においても、本発明は相当な利点を有しており、レーザー ビームは、対象物の輪郭における包旋状態や、不規則性及びその他の複雑さには 無関係に、すへての対象物の表面上の事実上全ての点に関して、適正に位置付け 、方向付けることかてきる。この改良されたレーザー位置付けによって、輪郭を 表すより正確で信頼性のあるデータを得ることかでき、走査線パターンの中へ対 象物のより正確な写像をもたらすことになる。

図面の簡単な説明 上述及びその他の特徴及び利点をさらに理解するために、以下の詳細の説明と図 面を参照するとよい。

図において 第１図は、３次元ディジタル化過程の中で、対象物の表面を走査するレーザープ ローブの概略図である。

第２図は、本発明に関して、レーザープローブを支持するための装置と走査する ための対象物との概略図である。

第３図は、第２図のプローブ組立体の透視図である。

第４図は、プローブ組立体の前図面である。

第５図は、第４図の線５−５に沿ってみた断面図である。

第６図は、第４図の線６−６に沿ってみた断面図である。

第７図及び第８図は第１の実施例におけるプローブ組立体を整列するための装置 の概略図である。

第９図は、本発明に関して構成された第２の実施例のヘッド組立体の側面図であ る。

第１０図は、第９図のプローブ組立体の前面図である。

第１１図は、第２の実施例のプローブ組立体を整列するための装置の概略図であ る。

添付図面に戻ると第１図は、平坦な水平の参考表面２０を有したベース１８に対 して離隔的に支持されたレ−ザーカメラあるいはレーザープローブ１６か示され ている。対象物２２は前記参考表面上に静止している。レーザープローブ１６は レーザーのエネルギー源を取囲んだケーシング２４を含んでいる。レーザー源に よって生産されたレーザービーム２６は、レーザー源の開口２８を通ってケーシ ングから放出され、対象物２２の露出外部表面３０上の点あるいは領域３２に到 り、そこから前記ビームは受け開口３４を介してプローブへ反射される。

プローブ１６と表面３０との間の距離（Ｄ）の変化は全て、レーザービーム２６ と反射ビームとの間の角度（Ａ）における対応的な変化に基づいた三角測量によ って画定される。反射ビームは開口３４において受け止められ、検出器（図示せ ず）上で点として投影される。プローブ１６は対象物２２の縦方向及び横方向に 動くことができ、情報は点３２のような何千もの点に基づいて得られる。本明細 書においてはこれ以上説明はしないが既知の方法においては、これらの多数の点 からの情報は３次元座標に基づいたディジタル情報に転換され、走査線パターン を創り出し、走査している対象物の表面輪郭あるいは体形を模写するために使用 することができる。

対象物２２の全ての外表面を模写しなければならない場合には、対象物を参考表 面に対して平行な軸線、例えば、対象物の縦方向軸線の周りの各種異なった位置 へ回転させる必要がある。このことによって、結果的には、レーサービーム２６ が垂直方向であるのにも拘らず、全体表面３０か走査のために露出される。十分 満足のいく走査は、はとんど不規則部分を有しておらず、かづこの繰返しの回転 走査に含まれる取扱いによっても損傷あるいは変形を受けない、滑らかな表面を 有した対象物から得られる。

壊れやすいあるいは変形しやすい対象物を３次元走査するためには、走査中に対 象物を取り扱うことが対象物を一時的に変形させたり、あるいは永久的な損傷を 与えてしまったりするという相当な危険性かあり、いずれの場合にも表面輪郭の 走査線表現を歪ませてしまう。さらに、対象物を回転させる際に含まれる公差も 走査の正確性を減じさせることかある。従って、第２図は３次元係数化装置３６ を示しており、レーザープローブのヘッド組立体３８は、水平（Ｘ）軸線と水平 （Ｙ）軸線と垂直　。

（Ｚ）軸線とからなる３つの相互に直角をなす軸線に沿って直線状に移行できる ようにして支持されている。プローブ組立体３８はさらにレーザープローブを、 好ましくは（Ｙ）軸線に平行な（Ｖ）軸線の周りに回転させる。

前記装置３６は参考面を形成する平坦で水平な表面４２を有した剛的なベース４ ０を含んでいる。第１の支持ステージ４４は、サーボモータ５０によって制御さ れた、一対の対向配置された平行な軌道４６．４８に沿って、（Ｙ）方向に動く ようにしてベース上で支持されている。

第２の支持ステージ５２は前記第１支持ステージ上に支持されており、第１ステ ージに形成された軌道５４に沿って第１ステージに関して（Ｘ）方向に動くよう になっている。サーボモータ５６が第２支持ステージの動きを制御している。第 ３支持ステージ５８は第２支持ステージ上に支持されており、サーボモータ６０ によって制御されるようにして、第２支持ステージに関して（Ｚ）方向に動くよ うになっている。第３ステージ５８はサーボモータ５０，５６、及び６０によっ て制御されるような、ベース４０に関して（Ｘ）、（Ｙ）、（Ｚ）方向に動くこ とのできる支持部材゛Ｃある。

ベース４０の上にはスタンド６２が走査のために対象物６４を支持するために取 付けられている。もし望みならば、スタンド６２は、（Ｖ）軸線と（Ｙ）軸線と に対して平行な軸線（Ｂ）の周りで対象物を回転させるための回転ステージを含 んでいてもよい。しかしながら、第１図に関連して説明した方法に比較して、装 置２は走査しようとしている対象物を回転あるいは動かす必要を最少にして、完 全な走査を達成容易にしていることか理解できるはずである。このことは、走査 しようとしている対象物か弾性的に変形あるいは壊れやすい場合に特に有利な点 てあり、走査は、対象物を静止状態に維持しながら、レーザープローブの動きに よって完全に達成させることかできる。

コンピュータ６６（例えば１８Ｍ社のＰＣＡＴ）がサーボモータ５０，５６．６ ０と、レーザープローブを支持部材５８に関して（Ｖ）軸線の周りに回転させる 回転駆動装置とを制御する。コンピュータ６６は、レーサープローブの角度位置 と、第３ステージ５８の第２ステージ５２に関する直線位置と、第２ステージ５ ２の第１ステージ４４に関する直線位置と、第１ステージ４４のベース４０に沿 った位置との情報を受け、これらの情報の全てはレーザープローブの位置と方向 に関する絶対的な３次元座標表現に転換される。コンピュータ６６はサーボモー タ５０，５６．６０と回転駆動装置とを駆動するサーボ信号を発生し、さらに、 受は止められたプローブの位置と方向の信号に基づいて、完全自動の輪郭走査の ための走査プログラムに応じて各種のサーボ信号を変化させる。

レーザープローブのヘッド組立体３８か第３図に示されている。前記ヘッド組立 体は支持部材５８に対して一体構造的に固定された裏板６８を有し、これによっ てプローブヘッドは支持部材とともに（Ｘ）軸線、（Ｙ）軸線、（Ｚ）軸線に沿 って直線的に移行される。剛的なシュラウド７０がレーザープローブを取り囲ん だ保護的な格納部材を形成し、前壁７２と、裏板６８に固定された後壁と２つの 対向した側壁（そのうちの１つが７４で示されている）とからなっている。側壁 には７５に示したようなノツチが形成されており、レーザープローブの角度的な 動きを吸収するようになっている。前記回転駆動装置はシュラウドから上へ延在 したサーボモータ７６を含む。シュラウドの下方へはベロー７８か延在しており 、ベローの底部における板金ケージ８０が下からのレーサープローブを保護して いる。

第４図、第５図、第６図はソユラウト７０とベロー７８とによって囲まれたヘッ ド組立体３８のある種の特徴を示している。さらに詳しくいうと、第４図におい ては、ベローとケージ８０の一部分が取り除かれていて、レーザープローブ８２ と、レーザープローブに対して一体構造的に固定され、かつそれを支持している レーザー取付板８４と、主板８６とを示している。前記主板は（Ｖ）軸線の周り に回転させるためにロータ８８に固定されている。

レーザー取付板８４は主板８６に関して水平方向、すなわち、第４図で見て左右 方向に動くようにして支持されている。さらに詳しくいうと、１対のブロック９ ０゜９２か底部において主板８６の対向端部に固定されていて、レーザー取付板 ８４の方へ向かって延在している。

ブロック９０におけるチャネル９４は球形のベアリング９６を受け止めるために 開いている。チャネル９４はその幅がヘアリングの直径とほぼ等しくなるように して、ベアリングと形を合わせている。チャネル９０はまた板８４．８６の幅の 方向（すなわち、（Ｕ）軸線）に沿って細長くなっている。同様なチャネル９８ かブロック９２に形成されており、前記チャネル９４と整列されている。取付板 ８４の対向端部においてはチャネル１００と１０２とか形成されていて、これら はそれぞれベアリング９６と１０４とを収納するためにほぼ半球状態になってい る。ばね１０６．１０８，１１０，１１２の各々か主板８６とレーザー取付板８ ４とに結合されており（ばね１０８に関する１１４，１１６で示している）、レ ーザー取付板をブロック９０．９２の方へ連続的に下に押付けている。従って、 球形ベアリング９６，１０４はそれぞれの対になった対向するチャネルとチャネ ルとの中に閉し込められている。これらのベアリングは前記チャネルにたいして 相対的に動き、（１）レーザー取付板８４を主板８６に関して枢軸回転させる（ Ｕ）軸線を画定し、（２）それに関連するチャネルに沿った、かつその中での各 々のベアリングの移動によって、取付板８４を主板８６に関して直線移動させる ことができる。

主板に対する取付板の直線位置は、取付板における細長い棒１１８と、主板８６ の両側に固定されたブラケッ）１２０，１２２との組み合わせによって制御され ている。棒１１８はレーザー取付板とねじ係合し、その反対端はブラケットと係 合している。従って、棒が回転すると、取付板は主板８６に関して横方向、即ち 、第４図で見て左右に移動させられる。この横方向の動きは限定されているが、 これから説明する必要な調節に関しては十分である。

回転移動用のサーボモータ７６は第４図で点線によって示された駆動シャフト１ ２４を回転させる。前記シャフト１２４はロータ８８（回転ステージ）と駆動的 、即ち、つす−ム歯市的に係合し、従って、回転ステージは駆動シャフトに応答 して、（Ｖ）軸線の周り−に回転する。

第５図においては、上下の隔離部材１２６．１２８か主板８６を（Ｙ）軸線方向 において回転ステージ８８の前面から隔置支持していることかわかる。同様に、 レーサー取付板８４は、ブロック９０．９２によって、（Ｙ）軸線方向において 、主板から隔置されている。ヘアリング９６，１０４によって画定された（Ｕ） 軸線の周りにおける、主板８６に関する板８４の傾きは、ピン１３０と１対の引 っ張りばね１３２，１３４、（第６図参照）とによって制御されている。さらに 詳しくいうと、ピン１３０は主板８６を貫通し、その中でねじ保合している。ピ ンの先端はレーザー取付板８４と係合している。

はね１３２は一端において主板に固定され、その他端においては取付板の前方へ 延在しているアーム１３６に固定されている。ばね１３４も同様に、主板とアー ム１３８とに対して結合されており、ばね１３６と協働して取付板８４を主板の 方、即ち、第５図において時計方向に連続的に押付けている。この様にして、ピ ン１３０は、主板の中で回転すると、取付板の相対的な傾斜と、同様にレーザー プローブ８２と１４０で示したレーサービームとの傾斜を調節する。

装置を走査のために使用する前に、レーサービーム１４０を（Ｘ）、（Ｙ）、（ Ｚ）軸線に関して適当に位置付け、方向付けしなければならない。最初の整列段 階では、（Ｖ）軸線、即ち、ロータ８８の回転軸か参考面に対して平行を確保す ることを含む。この目的のために、ロータの前面か垂直になっていて、特に、支 持部材５８の垂直面に対して平行になることを確保するためにダイ　−ヤル　イ ンジケータが用いられる。

次に、レーサービーム１４０の角度か調節され、ビームか参考面４２に対して垂 直になるようにする。このことは、ビームを２つの垂直な軸線、即ち、第７図に 示したベアリングによって画定された（Ｕ）軸線と、第８図に示した（Ｖ）軸線 あるいはロータ８８の回転軸線との周りで枢軸回転させることを含む。これらの 各々の場合に、参考面４２に対して４５度傾いた面１４４を有したアングルブロ ック１４２が、ビーム１４０をスケール１４６に対して反射させるように位置付 けられ、その間にサーボモータ６０が付勢されて、プローブヘッド組立体を垂直 方向に移動させる。もしビーム１４０が参考面に対して真に垂直あるいは直角で あれば、スケール１４６上に反射されるビームの位置は一定である。さもなけれ ば、ビームは上昇あるいは下降し、ピン１３０（第７図参照）を調節するか、あ るいは、サーボモータ７６を付勢して回転ステージ（第８図参照）を調節するこ とか必要となる。

一旦ビーム＋４０か垂直であることが画定されたら、ビームが回転ステージの中 心にあるか、即ち、ビームか回転軸線（Ｖ）と交差することを確保する必要があ る。

このことは、回転ステージ８８を垂直線から既知の増分（例えば、５度、１０度 、１５度等）だけ回転させてずらすことを含み、その読みは参考面４２に沿って 読取られる。もし取付板８４かビーム１４０か（Ｖ）軸線と交差するように適正 に整列されていると、それに対応した読み（＋５度−５度、＋１０度−１０度等 ）か等しくなる。さもないと、捧１１８か回転されて、レーザー取付板か調節さ れる。

Ｒ後に、回転軸線（Ｖ）の参考面４２からの距離、即ち、第８図における（ｄ） で示した距離が参考面４２に沿った読みに基づいて画定され、一旦対応的な読み が等しくなると、反対方向にずれた対の読みか既知の角度の正弦にビームの長さ を掛けた値を表しているという事実に基づいて、距離（ｄ）はこの同じ長さにそ の角度の余弦を掛けた値を表している。

これらの調節か完了すると、プローブヘッド組立体３８は参考面４２に関して整 列され、回転軸線（Ｖ）は参考面に対して平行になり、またビーム１４０は、ロ ータ８８とともに回転するときに、（ＸＺ）平面の中で回転、即ち、（Ｙ）軸線 及び（Ｖ）軸線に対して直角をなしている。ビーム１４０は（Ｖ）軸線と交差し 、回転ステージ８８によって画定されるような参考面に対する角度とは無関係に 、ビームの中には、ずれは存在しないことが確実に言える。

サーボモータ７６は、ロータ８８を介して、レーザービーム１４０を（ＸＺ）平 面内のとのようなベクトルに対しても平行に位置付けることかでき、サーボモー タ５０．５６及び６０はビームを所定の３次元容積の中にとのような位置にでも 位置付けることかできる。

この装置は多くの走査目的のためには満足的であるが、不規則的あるいは複雑な 表面輪郭を有した対象物はレーザービームの方向付けの必要性をもたらし、この ことは走査中の対象物を移動させるか、あるいはレーザービームを（ＸＹ）面の 外へ向けるかのいずれかが必要となる。

この目的のために、第９図及び第１０図には５軸のプローブヘッド組立体１５０ か示されている。このプローブヘッド組立体は３つの水平延長部１５４，１５６ ．１５８と１つの垂直延長部１６０とからなる枠１５２を含み、これはプローブ ヘッド組立体３８の裏板６８の方法によって支持部材５８に固定することができ る。

プローブヘッド組立体１５０の柱状部分の中にはサーボモータ１６２と調和駆動 装置１６４とが取付けられており、これらは残りのプローブヘッド組立体を支持 枠に関して（Ｗ）軸線の周りで回転させる。前記（Ｗ）軸線は参考面に対して直 角になっている。

ヘッド組立体の回転部分はサーボモータ１６８を支持する上部枠１６６と、上部 プーリー１７２を（Ｖ）軸線の周りに回転させる調和駆動装置１７０とを含む。

ベルト１７４が上部プーリーとともに下部プーリー１７６と係合し、上部プーリ ーか回転されると（Ｖ）軸線の周りに回転させる。

逆Ｕ字形の枠１７８か、上部枠１６６に関して、（Ｖ）軸線の方向あるいは第９ 図で見て左右方向へ滑るようにして取付けられている。マイクロメータのバレル １８０か枠１７８の直線部分を枠１６６に対して調節的に固定している。

第２の逆Ｕ字形の枠１８２が、シャフト１８４，１８６を介して、枠１７８に対 して枢軸的に取付けられている。従って、サーボモータ１６８と調和駆動装置１ ７０とは枠１８２を枠＋７８に関して（Ｖ）軸線の周りに回転させることかでき る。

一対の対向したローブ１８８，１９０か枠１８２の上部水平部分１９２から下方 へ延在している。細長いシリンダー１９４（第１θ図参照）か枠１８２に対して 回転的かつ滑動的に取付けられており、その両端はローブ１８８．１９０の中に 取込まれている。シリンダー１９４はブロック１９６を支持し、このブロックと シリンダーとの両者は枠１８２に対して（Ｕ）軸線の周りに回転可能となってい る。ブロック１９６からはレッジ１９８か（Ｖ）軸線に平行な方向に延在してい る。前記レッジ１９８を介して延在した部分を含み、かつＵ字形の枠１８２に接 触したマイクロメータのバレル２００が、ブロック１９６の枠１８２に関する傾 きあるいは角度位置を制御的に調節する。

柱状物２０２かレーサープローブ２０４を支持し、ブロック１９６の中に取付け られている。従って、プローブはブロックと一体構造的になって−いて、その逆 Ｕ字形枠１８２に対する角度位置はマイクロメータのノくレル２００によって画 定される。対向的なビン２０６．２０８かそれぞれローブ１８８，１９０の中に ねじ係合していて、シリンダー１９４の両端と係合している。ビン２０６と２０ ８は、回転されると、シリンダー１９４（従ってレーザープローブ２０４）のＵ 軸線に沿った枠１８２に対する位置を制御的に調節する。

このように、プローブヘッド組立体１５０は、プローブヘッド組立体３８と同様 に、ｘ、ｙ、ｚ方向において直線的に位置付けることができ、またサーボモータ １６８と、上下のプーリーを連結するベルト１７４とによって（Ｖ）軸線の周り て回転することができる。プローブヘッド組立体１５０はさらに、サーボモータ １６２によって、（Ｖ）軸線を（Ｗ）軸線の周りに回転させることができ、従っ て、レーザープローブ２０４のビーム２１Ｏは（ＸＺ）平面の中ではなくて、３ 次元空間内のどのようなベクトルに対しても平行になるように方向付けることが できる。

付加的な回転軸線（この場合には（Ｗ）軸線）は、整列手順の時にもう１つの手 順段階を必要とする。レーザービーム２１０を整列させて、それが（Ｖ）軸線と 直角に交差させるのに必要なある種の整列手順段階は、第７図と第８図を参照し て前述した手順段階とほぼ同じである。マイクロメータのバレル２００か（Ｖ） 軸線に関する（Ｕ）軸線周りでのレーザービーム２１０の傾斜を調節し、ビン２ ０６と２０８とかシリンダー１９４に作用して、レーザービーム２１０の（Ｖ） 軸線に沿った直線位置を調節し、また（Ｖ）軸線周りでの回転調節はベルトとプ ーリーとによって行われる。

レーザープローブヘット組立体１５０に関連していうと、さらに必要な整列作業 としては、サーボモータ１６２によるレーザープローブと枠１６６．１７８．１ ８２との回転軸線（Ｗ）に対してレーザービーム２１０を同期させなければなら ない点がある。

レーザービーム２１０はマイクロメータのバレル１８０を用いてビームをＵ字形 枠１７８に沿って、かつ上部枠１６６に関して動かすことにより（Ｗ）軸線と同 期される。この調節を行っている途中に、第１１図でわかるように、プローブ２ ０４は（Ｗ）軸線の周りに回転され、ビーム２１０はアングルブロック１４２の 上へ投射され、スケール１４６へ反射される。適正に同期されたビームならスケ ール１４６上では点として残るか、ずれたビームならスケール上で円を描く。こ のようにしてビームが整列されると、レーザープローブ２０４は３次元空間のと こにても配置することかでき、またその３次元空間内のどのベクトルにでも平行 に方向付けることかできる。

このようにして、本発明によると、レーザープローブは、たとえ完全自動の走査 においても望み通りに位置付け、方向付けかでき、対象物に対する正確な３次元 レーザー走査かできることになる。単純な輪郭を有する対象物なら大部分は第１ 図から第６図までに示した４軸装置て走査することかでき、他方、複雑な表面輪 郭は第９図及び第１Ｏ図に示した５軸のヘッド組立体で走査することかできる。

いずれの場合においても、レーザープローブは、瞬時走査しようとしている表面 の点あるいは領域に関して、望み通りのほぼ直角な方向付けをするために方向付 は操作をすることができ、従って、次の走査上の連続点に対してうまく方向付け を維持するのに必要な調節を急速に行うことができる。もし望みならば、走査は レーザープローブの動きによって全て行うことかでき、従って、走査中の対象物 は静止状態に保持し、こわれ易いかあるいは弾性変形しやすい対象物の場合にも 大きな正確性と相当な取扱上の利点を得ることができる。

補正書の写しく翻訳文）提出書（曲法組８４虹７組槻輻平成−５年　５月１４日 輪

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．レーザーを支持して制御的に移行、回転させるための装置において、 参考面を画定する参考表面を有する静止ベースと、剛的な支持部材、および前記 支持部材を、前記参考面に関して、互いに直角な第１、第２、第３の方向におい て直線的に移行させるために前記支持部材を取付けるための装置であって、前記 第３の方向は前記参考面に対して直角になっている、その支持部材取付装置と、 前記剛的な支持部材に関してレーザーエネルギー源を調節可能的に固定するため のレーザー取付装置であって、ａ．前記レーザーエネルギー源と一体構造的にな った剛的な支持装置と、 ｂ．剛的な第１枠部材と、前記支持装置を前記第１枠部材に連結して、参考面に 対して平行な第１調節軸線上で第１枠部材に関して枢動運動をさせ、また前記第 １調節軸線に沿って第１枠部材に関して直線的に移行させるための第１連結装置 と、 ｃ．参考面に対して平行な第１回転軸線の周りで、前記支持部材に関して回転す るように前記第１枠部材を連結するための第２連結装置と、 ｄ．前記第１枠部材に関して前記支持装置の直線位置を調節的に固定するための 第１調節装置と、第１枠部材に関して前記支持装置の角度位置を調節的に固定す るための第２調節装置とを有する、該レーザー取付装置と、前記支持部材を第１ 、第２、第３の方向へ制御可能的に移行させるための第１駆動装置と、前記第１ 枠部材を前記支持部材に関して回転させるための第１２駆動装置とを含むことを 特徴とするレーザー支持装置。
2. ２．請求の範囲第１項記載の装置において、前記第１回転軸線が第１調節軸線に 対して直角であるレーザー取付装置。
3. ３．請求の範囲第２項記載の装置において、前記第１枠部材が第１回転軸線に対 して少なくともほぼ直角な主面を有したほぼ平坦な支持板を含んでいるレーザー 取付装置。
4. ４．請求の範囲第３項記載の装置において、前記支持装置が、第１回転軸線の方 向において前記支持板から隔置され、かつ前記支持板に対して少なくともほぼ平 行なほぼ平坦な支持板を含むレーザー取付装置。
5. ５．請求の範囲第４項記載の装置において、前記第１連結装置が前記支持板の中 で第１調節軸線の方向に延在した第１チャネルと、前記枢軸板における第２チャ ネルと、前記第１および第２チャネルの外形に合致した複数個のベアリングと、 前記ベアリングを第１および第２チャネルの中に保持しておくために、前記支持 板と枢軸板とを互いに他に対して押付けておくためのバイアス装置を有するレー ザー取付装置。
6. ６．請求の範囲第５項記載の装置において、前記ベアリングが球状になっており 、前記第１チャネルが２つの細長くて隔置された第１チャネルからなり、前記第 ２チャネルが２つの半球状チャネルからなり、その各々が第１チャネルの１つづ つに対向しており、前記バイアス装置が少なくとも１つのばねからなっていて、 これには張力がかかっていて、支持板及び枢軸板に連結されているレーザー取付 装置。
7. ７．請求の範囲第５項記載の装置において、前記第１調節装置が第１調節軸線に 平行な細長い棒からなり、これが枢軸板に対してねじ係合し、支持板とも係合し ていて、それによって枢軸板を支持板に関して直線的に移行させるために回転可 能となっているレーザー取付装置。
8. ８．請求の範囲第７項記載の装置において、前記第２調節装置が、支持板の中で ねじ係合し、かつ第１回転軸線の方向に枢軸板の方向へ延在していて、前記枢軸 板と係合しているピンと、支持板と枢軸板とを互いに他に対して角度的にバイア スをかけるためのばねとを有するレーザー取付装置。
9. ９．請求の範囲第２項記載の装置において、前記レーザー取付装置が、さらに、 第１枠部材を支持部材に連結して、参考面に平行でかつ第１調節軸線に直角な第 ２調節軸線に沿って、支持部材に関して直線的に移行させるための第３連結装置 と、第１枠部材の直線的な位置を第２調節軸線に関して調節可能的に固定するた めの第３調節装置と、第１枠部材を参考面に直角な第２回転軸線の周りで、支持 部材に関して回転させるために連結するための第４連結装置とを有するレーザー 取付装置。
10. １０．請求の範囲第９項記載の装置において、さらに、第１枠部材を第２回転軸 線の周りで、支持部材に関して回転させるための第３運動装置とを有するレーザ ー取付装置。
11. １１．請求の範囲第１０項記載の装置において、前記第１連結装置が、剛的な支 持装置と一体構造的になっていて、かつ前記第１調節軸線に沿って延在した第１ 枠部材に対して取付けられた細長いシリンダーを有し、前記シリンダーが第１調 節軸線に沿って第１枠部材に関して滑動可能であり、第１調節軸線の周りで第１ 枠部材に関して回転可能であるレーザー取付装置。
12. １２．請求の範囲第１１項記載の装置において、前記第１連結装置が、さらに、 前記シリンダーを取囲み、かつ前記シリンダーに関して滑動的に係合するが回転 的に固定されたブロックとを有し、前記ブロックが第１枠に関して第１調節軸線 の周りで回転可能であり、前記第１調節装置がブロック内でのシリンダーの直線 位置を調節的に固定するための装置を有し、第２調節装置が第１枠に関するブロ ックの角度位置を調節的に固定するためのマイクロメータを有するレーザー取付 装置。
13. １３．請求の範囲第１０項記載の装置において、前記第３連結装置が第４連結装 置によって支持部材に回転的に連結された第２枠と、第１枠部材を支持し、かつ 参考面に平行な第２調節軸線に沿って第２枠部材に対して滑動的に連結された第 ３枠部材とを有するレーザー取付装置。
14. １４．請求の範囲第１３項記載の装置において、前記第２調節軸線が第１調節軸 線に対して直角であるレーザー取付装置。
15. １５．請求の範囲第１４項記載の装置において、前記第３調節装置が第２枠部材 に関する第３枠部材の直線位置を調節的に固定するための装置を有するレーザー 取付装置。
16. １６．請求の範囲第１４項記載の装置において、前記第３枠部材が第２枠部材に 関して回転しないように拘束され、前記第２連結装置が第１枠要素を第３枠部材 に関して第１回転軸線の周りで回転的に支持するための装置を有するレーザー取 付装置。
17. １７．請求の範囲第１６項記載の装置において、前記第２駆動装置が第２枠部材 に取り付けられ、第２連結装置が第２駆動装置および第１枠部材と駆動的に係合 するベルトを有するレーザー取付装置。