JPH07110207A - レーザ測定装置の回転支持機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】移動する被測定物の変位を正確に測定すること
ができるレーザ測定装置の回転支持機構を提供する。 【構成】レーザ測定装置の回転支持機構１０を、一対の
ＤＤモータ１２、１４、球面軸受１６等で構成する。Ｄ
Ｄモータ１２のロータにＬ字状のブラケット１８を固着
し、このブラケット１８の側面にＤＤモータ１４を固着
する。ＤＤモータ１２、１４の各ロータ中心軸の延長線
は直交しており、この直交位置に球面軸受１６の鋼球２
０を配置する。鋼球２０は、マグネット２３の磁力によ
り球面座２２に３点支持される。また、鋼球２０は、レ
ーザ測定装置のレーザ干渉計本体２６に固着される。レ
ーザ干渉計本体２６は、その後端部がカップリング３０
を介してブラケット２８に連結され、このブラケット２
８はＤＤモータ１４のロータに固着される。カップリン
グ３０は、板バネを有しており、この板バネによってブ
ラケット２８からレーザ干渉計本体２６に加わる余分な
力を吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ測定装置の回転支
持機構に係り、特に２次元平面内、又は３次元空間内を
移動する被測定物にレーザ光を照射し、この被測定物か
ら反射されるレーザ光を追尾して被測定物の変位を測定
するレーザ測定装置の回転支持機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、２次元平面内、又は３次元空
間内を移動するロボット等の動的精度を評価する装置と
して、ロボットの所定位置に取り付けた光学的リトロリ
フレクタにレーザ光を照射して、光学的リトロリフレク
タから反射したレーザ光を追尾することによりロボット
の変位をレーザ干渉計によって測定するレーザ測定装置
がある。

【０００３】このレーザ測定装置は、ジンバル機構等の
ように、各々の回転軸が直交するように配置された一対
の回転軸に回転自在に支持され、回転軸をモータで駆動
し前記レーザ光を全方位で追尾できるようになってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザ測定装置の回転支持機構では、構成する各部品の
精度誤差、組立誤差、偏心誤差等により、レーザ光の基
準点がレーザ測定装置の回転位置によってズレるので、
被測定物の変位を正確に測定できないという欠点があ
る。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、移動する被測定物の変位を正確に測定するこ
とができるレーザ測定装置の回転支持機構を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する為に、２次元平面内、又は３次元空間内を移動す
る被測定物に、レーザ光を照射し、その反射レーザ光と
参照光との干渉によって前記被測定物の変位を測定する
レーザ測定装置の回転支持機構に於いて、前記レーザ測
定装置は、球面軸受を介して全方位に回転自在に支持さ
れると共に球面軸受の回動中心を測定の基準点としたこ
とを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明によれば、レーザ測定装置は球面軸受に
よって全方位の方向に回転される。これにより、レーザ
測定装置の回転時によるレーザ光の基準点は、球面軸受
の回動中心であり、前記球面軸受の精度のみに影響され
るようになるので、その位置ズレが小さくなる。従っ
て、本発明によれば、被測定物の変位を正確に測定する
ことができる。

【０００８】また、本発明によれば、第１のモータを駆
動すると、レーザ測定装置はブラケット部材を介して第
１の方向に回転し、また、第２のモータを駆動すると、
レーザ測定装置は第１の方向と直交する第２の方向に回
転する。これにより、第１、第２のモータを駆動させる
と、レーザ測定装置は、３次元空間内の全方位の方向に
自動で回転する。

【０００９】

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係るレーザ測
定装置の回転支持機構の好ましい実施例を詳説する。図
１は本発明に係るレーザ測定装置の回転支持機構を示す
正面図、図２は図１に於ける右側面図である。

【００１０】図１に示すように、レーザ測定装置の回転
支持機構１０は、一対のダイレクトドライブモータ（以
下、「ＤＤモータ」と称す）１２、１４と球面軸受１６
を主な構成としている。前記ＤＤモータ１２は、図示し
ないロータを鉛直方向に向けて設置されており、このロ
ータにはＬ字状のブラケット１８が固着されている。ま
た、前記ＤＤモータ１４は、前記ブラケット１８の側面
に固着されると共に、そのロータ中心軸の延長線が前記
ＤＤモータ１２のロータ中心軸の延長線と直交するよう
に配置される。

【００１１】前記球面軸受１６は図１、図２に示すよう
に、鋼球２０と球面座２２とから構成される。球面座２
２は３つの微少球面で構成される。また、球面軸受１６
は支柱２４によって支持されて、ＤＤモータ１２、１４
のロータ中心軸の延長線が直交する位置に鋼球２０が設
置されている。この支柱２４は、ＤＤモータ１２の貫通
孔内に遊びを持って固定配置されて上方に延在して球面
座２２を上端に有し、鋼球２０を前記した位置に支持す
る。鋼球２０は、高精度のものが使用されると共に、前
記球面座２２の下方の磁石２３により球面座２２に吸着
され、その中心Ｐを支点として回転自在となっている。

【００１２】また、前記鋼球２０は図３に示すように、
ピン２５によってレーザ測定装置のレーザ干渉計本体２
６に固着される。従って、レーザ干渉計本体２６は、鋼
球２０を介して球面座２２に載置される。前記レーザ干
渉計本体２６は、その後端部（図２中右端部）がカップ
リング３０を介してブラケット２８に連結され、ブラケ
ット２８は前記ＤＤモータ１４のロータに固着される。
前記カップリング３０は、板バネを有しており、この板
バネによって前記ブラケット２８からレーザ干渉計本体
２６に加わる余分な力が吸収される。

【００１３】また、レーザ干渉計のコリメータユニット
２７の前方部（図２中左部）には、プリズム４４が配置
される。このコリメータユニット２７には、光ファイバ
ケーブル３４、３６を介して光源部３８、光検部４０が
接続される。レーザ干渉計本体２６内にはレーザ光学系
３２が配置される。前記光源部３８で発生したＨｅ−Ｎ
ｅレーザ４２は、光ファイバケーブル３４を介してコリ
メータユニット２７に送られ、そして、図４に示すよう
にプリズム４４によって下側に９０°方向を曲げられ、
レーザ光学系３２のビームスプリッタ４６に出射され
る。そして、レーザ４２は、ビームスプリッタ４６によ
って参照光４８と測定光５０とに光学的に分割される。
前記参照光４８は、波長板５２を介してリフレクタ５４
に照射され、そして、リフレクタ５４で反射されて再び
ビームスプリッタ４６に送られる。

【００１４】一方、測定光５０は、プリズム５６によっ
て前方に９０°方向を曲げられた後、波長板５８を介し
て、ロボット等のアームに取り付けられた図２に示す光
学的リトロリフレクタ６０に照射される。光学的リトロ
リフレクタ６０で反射された測定光５０は図４に示すよ
うに、前記波長板５８、後述するビームスプリッタ６
４、プリズム５６を介して再びビームスプリッタ４６に
送られる。

【００１５】ビームスプリッタ４６に送られた参照光４
８と測定光５０は、プリズム６２によって上方に９０°
曲げられた後、前記プリズム４４によって後方に９０°
曲げられコリメータユニット２７に入射する。コリメー
タユニット２７では、参照光４８と測定光５０とが干渉
し、この干渉光は光信号として、図２に示す光ファイバ
ケーブル３６を介して光検部４０に送られる。そして、
光検部４０は、送られてきた干渉光を電気信号に変換
し、前記ロボット等のアームの変位を測定する。

【００１６】また、レーザ干渉計本体２６には、前記光
学的リトロリフレクタ６０を検出する位置検出器が設け
られ、この位置検出器によって前記ＤＤモータ１２、１
４がフィードバック制御されることによりレーザ干渉計
本体２６が、移動する光学的リトロリフレクタ６０を追
尾することができる。即ち、位置検出器は、図４に示す
ように、ビームスプリッタ６４と４分割位置センサ６６
とから構成される。ビームスプリッタ６４で分割された
レーザ光６８が４分割位置センサ６６の図５に示す中心
位置７０から外れると、ＤＤモータ１２、１４が駆動さ
れ、レーザ干渉計本体２６は移動する光学的リトロリフ
レクタ６０を追尾する。

【００１７】次に、前記の如く構成されたレーザ測定装
置の回転支持機構の作用について説明する。ＤＤモータ
１２のロータを回転してブラケット１８を図１中水平方
向に回転すると、ブラケット１８の回転力がＤＤモータ
１４、ブラケット２８、及びカップリング３０を介して
レーザ干渉計本体２６に伝達される。これにより、レー
ザ干渉計本体２６は、球面軸受１６の鋼球２０の中心Ｐ
を支点として水平方向に回転する。

【００１８】また、ＤＤモータ１４のロータを回転する
と、その回転力がブラケット２８、及びカップリング３
０を介してレーザ干渉計本体２６に伝達される。これに
より、レーザ干渉計本体２６は、前記鋼球２０の中心Ｐ
を支点として鉛直方向に回転する。従って、前記ＤＤモ
ータ１２、１４を同時に駆動すると、レーザ干渉計本体
２６は鋼球２０の中心Ｐを支点として３次元空間内の全
方位の方向に回転し、ロボットに取り付けた光学的リト
ロリフレクタ６０を全方位で追尾する。

【００１９】このように、本実施例では、球面軸受１６
によってレーザ干渉計本体２６を回転自在に支持したの
で、レーザ干渉計本体２６の回転時によるレーザ光の基
準点（例えば、鋼球２０の中心Ｐ）の位置はズレない。
即ち、レーザ干渉計本体２６の回動中心と、ビームスプ
リッタ４６、参照光５４との位置関係が測定中は常に一
定に保たれる。従って、本実施例の回転支持機構１０を
使用することにより、ロボット等のアームの変位を正確
に測定することができる。

【００２０】また、本実施例では、ブラケット２８とレ
ーザ干渉計本体２６との間にカップリング３０を介在さ
せ、このカップリングの板バネによってレーザ干渉計本
体２６を回転させる力以外の余分な力を吸収するように
している。これにより、本実施例では、レーザ干渉計本
体２６を常に鋼球２０の中心Ｐを支点として円滑に回転
させることができる。

【００２１】尚、本実施例では、３次元空間の追尾につ
いて述べたが、ＤＤモータ１２、１４のうちいずれか一
方を駆動することにより、２次元平面内の追尾も行うこ
とができる。また、本願明細書で使用した全方位とは、
水平方向の回転角と上下方向の仰角との全ての方位を含
むものとする。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るレーザ
測定装置の回転支持機構によれば、レーザ測定装置を球
面軸受を介して回転させるようにしたので、被測定物の
変位を正確に測定することができる。また、本発明によ
れば、第１のモータを駆動してレーザ測定装置を第１の
方向に回転させ、そして、第２のモータを駆動してレー
ザ測定装置を第１の方向と直交する第２の方向に回転さ
せるようにしたので、第１、第２のモータを駆動させる
ことにより、レーザ測定装置を全方位の方向に自動で回
転させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ測定装置の回転支持機構の
実施例を示す正面図

【図２】図１に於ける右側面図

【図３】レーザ干渉計本体と鋼球との連結状態を示す断
面図

【図４】レーザ干渉光学系の構成を示す説明図

【図５】４分割位置センサの実施例を示す平面図

【符号の説明】 １０…回転支持機構 １２、１４…ＤＤモータ １６…球面軸受 １８…ラケット ２０…鋼球 ２２…球面座 ２６…レーザ干渉計本体 ３２…レーザ干渉光学系 ３８…光源部 ４０…光検部 ６０…光学的リトロリフレクタ

フロントページの続き (72)発明者 後藤 充夫 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院 計量研究所内 (72)発明者 中村 収 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院 計量研究所内 (72)発明者 中俣 透 東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号 株式 会社東京精密内 (72)発明者 黒沢 俊郎 東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号 株式 会社東京精密内 (72)発明者 高井 望 東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号 株式 会社東京精密内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元平面内、又は３次元空間内を移動
   する被測定物に、レーザ光を照射し、その反射レーザ光
   と参照光との干渉によって前記被測定物の変位を測定す
   るレーザ測定装置の回転支持機構に於いて、 前記レーザ測定装置は、球面軸受を介して全方位に回転
   自在に支持されると共に球面軸受の回動中心を測定の基
   準点としたことを特徴とするレーザ測定装置の回転支持
   機構。
2. 【請求項２】 第１のモータによりブラケット部材を第
   １の方向に回転させ、第２のモータが前記ブラケット部
   材に支持されると共に前記球面軸受に支持された前記レ
   ーザ測定装置に連結されて、該レーザ測定装置を前記第
   １の方向と直交する第２の方向に回転させ、前記第１、
   第２のモータを駆動させて該レーザ測定装置を３次元空
   間内の全方位の方向に回転させることを特徴とする請求
   項１記載のレーザ測定装置の回転支持機構。