JPH07208914A

JPH07208914A - 大きな物体の光学座標測定装置

Info

Publication number: JPH07208914A
Application number: JP133794A
Authority: JP
Inventors: Daniel Gelbart; ゲルバートダニエル
Original assignee: KUREO PROD Inc; Creo Inc
Current assignee: KUREO PROD Inc; Creo Inc
Priority date: 1994-01-11
Filing date: 1994-01-11
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】大きな物体を高い精度で測定することのでき
る３次元座標測定装置を提供する。【構成】座標測定装置は部屋の壁１のような安定な基
準フレームに取り付けられた多光学トランシーバー（送
信機ー受信機）からなる。測定すべき物体２が手持ち測
定プローブ４と触れる。測定するために、プローブがト
ランシーバー３、３ａをトリガーしてプローブに設けら
れた２つの逆反射体までの距離を読む。基準フレームに
対するプローブ先端の位置が少なくとも６つのトランシ
ーバーの読み取り値から計算することができる。トラン
シーバーと逆反射体との間の距離の正確な決定は、光ビ
ームに重ねられた高い周波数変調の移相を測定すること
によってなされる。トランシーバーの最初の位置は、正
確に知られた物体のを測定し、トランシーバーの位置を
計算することによって求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三次元座標測定機械に
関し、特に高い精度で大きな物体を測定することに関す
る。この種の測定の必要は、自動車、機械、建設、ロボ
ット、航空、その他のような多くの産業で見られる。

【０００２】

【従来の技術】大きな物体の在来の座標測定機械の欠点
は主として、機械のコスト及び大きな物体を機械に持っ
ていく必要性である。これは、物体の大きさが数メート
ルを超えると、益々実用的でなくなる。この問題点を解
決する先行技術の試みは、米国特許第４，６０６，６９
６号のような関節アームの使用によって、或いは干渉計
使用に基づく光学方法の使用によって測定プローブを固
定基準点に連結することからなっていた。光学方法の例
は、限られた範囲及び精度を有する米国特許第４，７９
０，６５１号、又は高い精度を出すが、連続的な追跡を
必要とする米国特許第４，４５７，６２５号、同第４，
６２１，９２６号及び同第４，７０７，１２９号であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】これら４つの特許は
純粋に干渉計の原理で働くから、ビーム進路のいかなる
遮断も測定基準を失わせる。換言すれば、これらの特許
に記載の装置は正確ではあるが、インクリメン装置であ
る。インクリメント装置のこの欠点を解消し、かつ絶対
測定装置を作るために、レイカーカーン（スイス）は、
目標物の角度を測定しそしてその位置を計算するのに経
緯儀の組合せを使用する。これは、商業的に入手しうる
装置ではあるが、精度に限りがあり、遅い。トランシー
バーまでの視線の範囲にない測定点の問題点が、米国特
許第４，６９１，４４６号、フランス特許第２，５４
７，９１６号及びエスエーシー（ストラットフォード
シーテイ）製の音響デジタイザのような市販のユニット
によって論じられている。これらの装置は全て３点プロ
ーブを使用し、３点のうちの２点はトランシーバーまで
の視線の範囲内にある。これらの点は整列しており、そ
して点と点の間の距離は正確に知られているから、隠れ
た点の位置は可視点の位置から計算することができる。

【０００４】本発明の目的は、大きな物体を測定するこ
とのできる高精度絶対測定装置を有することにある。他
の目的は、生産フロア上の大きい領域のような大きな体
積に及び、かつあらゆる製造及び組立段階でその大きな
体積の各物体を測定することができる測定装置を提供す
ることにある。更なる目的は、かかる測定装置を低コス
トでかつモジュール方法で提供することにある。これら
及び他の目的は図面についての以下の説明から明らかに
なろう。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】本発明は、手持ちプロ
ーブ迄の距離を測定するのに光学トランシーバーを使用
することによって座標測定機械を安定な構造に作ること
ができる。プローブの先端がオペレータ又は測定すべき
物体によって遮られるから、２つの他の基準点はプロー
ブに置かれ、３点は全て直線上に置かれる。トランシー
バーからのこれらの基準点の距離を知ることによって、
プローブの基準点の位置を定めることができる。基準点
からプローブ先端までの距離は知られているから、プロ
ーブ先端の位置を計算することができる。プローブ先端
は通常は、在来の座標測定機械におけるのと同じ既知の
半径をもった球体からなる。プローブ先端の位置と半径
を知ると、測定した物体の表面を捜し当てることができ
る。幾何学的な配慮から、基準点当たりのトランシーバ
ーの最小の数は３であるが、トランシーバーの数が増え
れば、精度が増す。プローブの先端の位置の計算は次の
ようにして行うことができる。第１トランシーバーの位
置がＸ₁；Ｙ₁；Ｚ₁であり、「ｎ」番目のトランシー
バーがＸ_n；Ｙ_n；Ｚ_nであると仮定する。プローブの
第１基準点の位置はＸ _a；Ｙ_a；Ｚ_aであり、第２基準
点の位置はＸ_b；Ｙ_b；Ｚ_bである。プローブ先端の位
置はＸ_c；Ｙ_c；Ｚ_cである。ｄ_1aは第１基準点から第
１トランシーバーまでの距離であり、ｄ_2aは第１基準点
から第２トランシーバーまでの距離である。等。（１）ｄ_1a＝[(Ｘ₁−Ｘ_a）²＋（Ｙ₁−Ｙ_a）²＋（Ｚ₁＋Ｚ_a）²〕^1/2＋Ｌ₁ ｄ_2a＝[(Ｘ₂−Ｘ_a）²＋（Ｙ₂−Ｙ_a）²＋（Ｚ₂＋Ｚ_a）²〕^1/2＋Ｌ₂ ｄ_3a＝[(Ｘ₃−Ｘ_a）²＋（Ｙ₃−Ｙ_a）²＋（Ｚ₃＋Ｚ_a）²〕^1/2＋Ｌ₃ 上記の組の同時の式を解くことによって、Ｘ_a；Ｙ_a；
Ｚ_aの値が求められる。同様な組の式が、ｄ_1b；ｄ_2b；
ｄ_3bの測定値を使ってＸ_b；Ｙ_b；Ｚ_bを求めるのに用
いられる。

【０００６】Ｘ_a；Ｙ_a；Ｚ_a及びＸ_b；Ｙ_b；Ｚ_bが
知られれば、Ｘ_c；Ｙ_c；Ｚ_cの値は、プローブ先端及
び２つの基準点が直線上にある事実を使って計算され
る。基準点間の距離がｌ₁であり、先端に近い基準点と
先端との間の距離がｌ₂であると仮定すると、先端の座
標は次の通りである。この計算には余分の値が入っている。何故ならば、値ｌ
₁は知られているが、次の式から計算することができる
からである。ｌ₁＝〔（Ｘ_b−Ｘ_a）²＋（Ｙ_b−Ｙ_a）²＋（Ｚ_b−Ｚ_a）²〕^1/2 この余分の値は測定中セルフチエックとして用いられ
る。これはまたトランシーバーの１つから基準点の１つ
までの視線が遮られたときにも用いられる。トランシー
バーＸ_n；Ｙ_n；Ｚ_nの座標は、３つの正確に知られた
位置に基準点の１つを置くことによって、また式（１）
を逆に解くことによって換算することができる。Ｘ_a；
Ｙ_a；３_aは知られており、Ｘ_n；Ｙ_n；３_nは知られ
ていない。プローブ先端は有限の大きさのものである
から、先端の半径は先行技術の座標測定機械でなされた
と同じ方法で物体の測定値に加えられなければならな
い。

【０００７】ｄ_1a；ｄ_2a；ｄ_3a；ｄ_1b；ｄ_2b及びｄ_3bの
正確な決定はテルロメータ原理を使ってなされる。レー
ザダイオードの出力ビームは高周波数基準によって振幅
が変調される。このビームはプローブの基準点にある逆
反射体によって反射され、トランシーバーで検出された
戻ったビームは振幅が復調される。戻ったビームの位相
を基準周波数の位相（光キャリヤーではなく、変調信号
の位相）と比較することによって、移相が決定される。
変調周波数は正確に知られた波長を有するから、位相は
次の式を使って距離に変換することができる。（３）ｄ＝位相／３６０°×ｃ/f ｃ＝光
の速度ｆ＝変調周波数曖昧さを回避するために、少なくとも２つの周波数、即
ち荒い範囲については低周波数、高い解像については高
周波数が用いられる。位相の測定を用いる事による距離
の測定の詳細は周知であり、詳しく述べないこととす
る。何故ならば、距離の測定には、コロラド州ラーブラ
ンドのヒューレットーパッカード社製のヒューレットー
パッカードモデル３８０５Ａ距離計のような市販の計
器が用いられるからである。

【０００８】位相測定回路に高い信号対ノイズ比を維持
するために、トランシーバーに測定プローブを追跡させ
ることが望ましく、かくして、あらゆる送信エネルギー
が利用される。追跡方法は市販の計器でよく知られ、且
つ使用されている。

【０００９】

【実施例】今、図１を参照すると、測定すべき物体２が
部屋１の中に置かれる。部屋１の安定箇所に多トランシ
ーバー３及び３ａが設けられている。トランシーバーは
コードレスプローブ４を追跡する。今、図１と関連して
図２を参照すると、プローブ４は２つの逆反射体５及び
６を有する。トランシーバー３は逆反射体５を追跡し、
またトランシーバー３ａは逆反射体６を追跡する。各ト
ランシーバーの位置は後で説明する事前の換算から知ら
れている。トランシーバーから逆反射体までの距離を測
定することによって逆反射体の位置を前のセクションで
説明したように計算することができる。逆反射体５、６
の位置を見つけることによって、プローブの先端１１の
位置を計算することができる。何故ならば、先端１１の
中心と逆反射体の中心が直線上にあり、逆反射体と先端
との間の距離が知られているからである。追跡を容易に
するために、光源７、８が逆反射体５、６の中心に置か
れる。これらの光源の各々は唯一の周波数に変調された
光を放出する。トランシーバー３は光源７の放出にのみ
応答（追跡）し、トランシーバー３ａは光源８にのみ応
答（追跡）する。先端１１はステム１０を使用してプロ
ーブ４に取り付けられる。測定を開始するために、スイ
ッチ９を作動する。プローブには取り外し可能な再充電
可能な電池１２によって給電される。

【００１０】逆反射体及び光源の詳細を図３に示す。逆
反射体の完全な詳細は「全方向逆反射体」と称する出願
によって扱われている。先行技術の逆反射体は、本発明
によって要求される性能及び精度内で全方向ではない。
今、図３を参照すると、逆反射体５はトランシーバーの
波長及び光源７の波長を透過する材料の球体からなる。
球体５の中で、第２の球体２０が球体５と同心である。
球体２０は外側の球体５よりも高い屈折率を有する材料
で作られている。球体２０の半径は、逆反射体の球面収
差を最小にするように選択される。逆反射体５の外側表
面には、トランシーバーの波長で３３％の反射力を有
し、かつ光源７の波長で低反射力を有する半反射コーテ
イングが被覆してある。例示として、トランシーバー
３、３ａが１３００ｎｍの波長で操作するならば、逆反
射体５の外側の球体は、１３００ｎｍで１．４７７６５
の屈折率を有するアクリル材料ＰＭＭＡで作られる。内
側の球体２０は、１３００ｎｍで１．７６８０３の屈折
率を有するＳＦ６ガラスで作られる。コーテイングは１
３００ｎｍで３３％反射させ、かつ低吸収を有する。外
側の球体の半径は２５．４ｍｍ、そして球体２０の半径
は１６．３ｍｍである。これらの条件で、逆反射体の誤
差は逆反射体５の中心１０ｍｍについて１ｍＲ以下にな
る。逆反射体の効率は訳１５％である（即ち、入射光１
８の約１５％が反射ビーム１９としてトランシーバーに
戻る）。

【００１１】逆反射体５はベース１３を使用してプロー
ブ４に取り付けられる。光源７を形成するために、光学
光ガイド１４がベース１３及び内側球体２０にあけられ
た穴に差し込まれる。例示として、光ガイド１４は外側
表面に銀コーテイングを施した１ｍｍ直径のガラス棒で
ある。光ガイド１４の一端は屈折率の合った光学セメン
トを使って光放出ダイオード１６の放出領域１５に光学
的に結合されている。光ガイド１４の他端は拡散面に磨
かれて光源７を形成する。光線１７は光源７によって略
全方向パターンをなして放出される。完全な装置の操作
を図４、図５及び図６に詳細に示す。一般的な操作原理
は移相から距離への変換である。トランシーバー３、３
ａと逆反射体５、６との間の距離を測定するために、レ
ーザビームは振幅が変調される。変調信号の位相は、ト
ランシーバーに戻ったときに元の信号と比較され、移相
が距離に変換される。トランシーバーを簡単にするため
に、あらゆる光信号を単一の場所で発生させ（且つ検出
し）、光ファイバーを使ってトランシーバーに分配す
る。今、図５を参照すると、マスター発振器４５がデジ
タル周波数シンセサイザー４６、４７、４８の使用によ
って多周波数を発生させるのに用いられる。シンセサイ
ザーはコンピュター５５によって制御される。非常に高
い周波数が高い距離測定値解像度に要求されるから、マ
イクロ波フェーズロックループ４９、５０を使ってシン
セサイザー４７、４８の出力に高い比を掛ける。フェー
ズロックループ４９の出力は周波数f₀及びf₁を発生し、
フェーズロックループ５０は２つの周波数f₀＋Δｆ及び
f₁＋Δｆを発生する。代表的には、f₀及びf₁はＧＨ_zの
範囲の高い周波数であり、Δf はＫＨ_zの範囲にある。
周波数f₀及びf₁はレーザ発信器を変調するのに用いられ
る。レーザ送信機の出力は単一モード光ファイバー３３
を経て分割器３１に伝えられる。分割器は変調されたレ
ーザ光を光ファイバー３０を介して全てのトランシーバ
ー３、３ａに分配する（トランシーバーの作用は次のセ
クションで詳細に説明する）。プローブ４から逆反射し
た光は光ファイバー３６を経て光検出器３８に戻される
（光学の詳細は次のセクションで説明する）。光ファイ
バー３６は大コア多モード光ファイバーである。何故な
らば、逆反射体によって引き起こされる収差により、戻
った光を回析一定スポットに焦点合わせすることができ
ないからである。光ファイバー３６の利点は、この光フ
ァイバーがモードの波長を変えて検出器３８の照明を均
一にすることである。多モード光ファイバーの欠点は、
光ファイバーを動かしたときのひどい位相ノイズであ
る。この理由のために、光ファイバー３６は、需要の多
い応用では同軸ケーブルで置き換えられ、検出器３８は
トランシーバー３の中に置かれなければならない。光検
出器３８は変調された光を高周波数信号に変換し、この
信号は混合器５４に送られる。混合器５４の他の部分に
はΔf だけ高い周波数が送られる。混合器の出力は2 つ
の周波数、即ちΔf 及び２f₀＋Δf(又は２f₁＋Δf)から
なる。f₀は高い周波数( 代表的には、ＧＨ_zの範囲) で
あるから、２f₀＋Δf は位相メータ５１でΔf から容易
に分離される。位相メータ５１は基準シンセサイザー４
６からのΔf の位相を混合器５４からのΔf と比較す
る。位相差は１つの波長までの距離に比例する。１つの
波長の後、位相はそれ自身繰り返す。多波長の曖昧さを
回避するために、第２の周波数f₁が、逆反射体のトラン
シーバーからの距離の中に存在する整数の波長を決定す
るのに用いられる。装置の操作のこの部分は既存の距離
計即ちテルロメータと大変似ており、ここではさらに説
明する必要はない。詳細な説明は、ヘウレットパッカ
ード社（コロラド州ローブランド）製のモデル３８０５
Ａ距離計の取扱説明書になされている。また、混合器５
４及び位相メータ５１の数はトランシーバー３、３ａの
合計数に等しく、他のあらゆる部分は全てのトランシー
バーで共用されることは明らかである。

【００１２】プローブ４の電気回路を図５に示す。プロ
ーブは、３つの発振器、即ちf₃の周波数の発振器４３、
f₂の周波数の発振器４２及びf₄の周波数の発振器４１に
給電する再充電可能な電池パック１２を収容する。スイ
ッチ９の非作動位置では、発振器４３は光放出ダイオー
ド４４に接続され、発振器４２は光放出ダイオード１６
に接続される。測定が必要とされるときには、スイッチ
９を作動して両光放出ダイオード１６及び４４を周波数
f₄に変調させる。光放出ダイオード１６及び４４によっ
て放出された光はトランシーバー３及び３ａの検出器３
４でピックアップされて追跡サーボ３９に通される。周
波数f₂及びf₃は追跡に用いられ、しゅはすうf₄はバンド
パスフイルター４０によって分離されてコンピュータ５
５で測定サイクルを行なわせるのに用いられる。今、図
４を参照すると、光学系は、マイクロ波周波数によって
変調され、単一モード光ファイバー３３を介して、代表
的には１０：１分割器である分割器３１に接続されたレ
ーザダイオード送信機３２からなる。出力光ファイバー
３３は送信されたビームトランシーバー３、３ａに運
ぶ。各トランシーバーの中で、光ファイバー３０の先端
はミラー２８の小さな孔と整合し、屈折率の合致した光
学セメントでその場に保持される。光ファイバー３０か
らの出力ビーム１８はレンズ２６によって平行にされ、
ステアリングミラー２１、２２を使って逆反射体５又は
６のほうに差し向けられる。ミラー２１はモータ２３に
取付けられ、ミラー２２は、モータ２５によって回され
るフレーム２４に取付けられている。この追跡構造は在
来の設計のものであり、同様な追跡装置は先行技術、例
えば米国特許第４，７９０，６５１号に開示されてい
る。ビーム１８は逆反射体６によってビーム１９として
逆反射され、ミラー２１、２２で反射された後、レンズ
２６によって焦点合わせされる。逆反射体の収差によ
り、ビーム１９はミラー２８の回析一定孔径に焦点を結
ばず、かくして、ビーム１９のエネルギーの殆どはミラ
ー２８によって反射され、レンズ３５によって多モード
光ファイバー３６に焦点合わせされる。この光ファイバ
ーは光ファイバー３０よりも著しく大きいコアを有し、
かくして、ビーム１９の収差は有害ではない。光ファイ
バー３６は屈折率の合致した光学セメント３７を使って
高速光検出器３８に結合されている。変形例では、光検
出器３８はトランシーバー３の中に置かれ、光ファイバ
ー３６はマイクロ波同軸ケーブルで置き換えられる。

【００１３】追跡装置は、逆反射体５、６の中心に置か
れた全方向光源７、８からなる。光源８からの光ビーム
１７はミラー２１、２２によってレンズ２６を介して二
色性ミラー２７に反射される。ビーム１８、１９の波長
を透過されるミラー２７はビーム１７を位置感応検出器
３４に反射させる。検出器３４の出力信号は追跡制御装
置３９によって復調されて、ビーム１７を検出器３４上
の中心に保つためにモータ２３、２５を駆動する。追跡
機能の更なる詳細は、この種の追跡装置が商業的に使用
されているから、特定する必要はない。光源７、８は異
なる周波数（光源８についてはf₃、光源６については
f₂）に変調された光を放出して一方の組のトランシーバ
ーが一方の逆反射体を追跡し続け、他方の組のトランシ
ーバーが他方の逆反射体だけを追跡する。各逆反射体は
測定期間中少なくとも３つのトランシーバーによって見
られなければならない。逆反射体当たり３つの距離につ
いて式を解くことは二重の答えにより曖昧さをもたらす
ことがある。正確な測定に必要とされるトランシーバー
の最小の数は逆反射体当たり４つである。今、図６を参
照すると、代表的なシーケンスを示す。測定間に、周波
数f₂及びf₃が光源６及び８によって送信され、トランシ
ーバー組３、３ａによって追跡される。スイッチ９（図
２）を押して測定を開始するときには、両光源は周波数
f₄に変わる。追跡器でf₄の存在を検出するとき、コンピ
ュータは周波数シンセサイザーにf₀によって変調された
光のバーストを送りだすように指令し、この光に、f₁に
変調されたバーストが続く。戻ったf₀及びf₁の移相を測
定することによって、各トランシーバーからプローブま
での距離が定められる。各逆反射体までの少なくとも３
つの距離が知られていれば、逆反射体の位置を計算する
ことができる。

【００１４】今、図１及び図５を参照すると、各トラン
シーバーの座標は、光ファイバー３１、３１、３３、３
６の正確な遅れ即ち「光学長さ」及び電子回路から生じ
る遅れと同じ位正確に知られる必要はない。各トランシ
ーバーの遅れ（光学的及び電子的）を全て合計して単一
の等しい距離Ｌ_n（ｎ＝１，２，３など）にすると、
「発明の概要」のセツションで表された式（１）は次の
ように書き直すことができる。（３）Ｄ１_a＝[(Ｘ₁−Ｘ_a）²＋（Ｙ₁−Ｙ_a）²＋（Ｚ₁＋Ｚ_a）²〕^1/2＋Ｌ₁ Ｄ２_a＝[(Ｘ₂−Ｘ_a）²＋（Ｙ₂−Ｙ_a）²＋（Ｚ₂＋Ｚ_a）²〕^1/2＋Ｌ₂ Ｄ３_a＝[(Ｘ₃−Ｘ_a）²＋（Ｙ₃−Ｙ_a）²＋（Ｚ₃＋Ｚ_a）²〕^1/2＋Ｌ₃ Ｌ₁；Ｌ₂；Ｌ₃．．．．Ｌ_n及びＸ₁；Ｙ₁；Ｚ₁；
Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂，．．．．Ｘ_n；Ｙ_n；Ｚ_nを見いだ
すために、換算方法が用いられる。各トランシーバーが
４つの未知；Ｘ_n，Ｙ_n，Ｚ_n；Ｌ_nを表すから、各ト
ランシーバーについて１組の４つの独立の式が必要とさ
れる。これらの式は、４つの正確に知られた点を有する
既知の物体を用い、かつこれらの各点に一度に１つの逆
反射体を置くことによって生まれる。座標系の原点にな
る４つの既知の点のうちの第１の点を勝手に定めると、
４つの式は各点について式（３）と同様に書き直すこと
ができる。これらの式において、Ｘ_n，Ｙ_n，Ｚ_n；Ｌ
_nは未知であり、ｄ_na（及びｄ_nb）は測定から知られ、
Ｘ_a；Ｙ_a；Ｚ_a（及びＸ_b，Ｙ_b，Ｚ_b）は既知の物
体から知られている。

【００１５】別の換算方法は、トランシーバーをあらゆ
る組合せにおいて互いに向け、式（３）と同様に１組の
式を解くことによる。換算中に考慮すべき他の因子は、
図４のミラー２１、２２が同じ点の周りに回転しないこ
とである。ミラーの中心（ミラーの回転軸線がミラー面
と交差する点）間の距離はがＸであり、測定した距離が
ｄであれば、トランシーバーを表す等しい単一点までの
真の距離は√ｄ²＋Ｘ ²である。この因子は、式（３）
にｄ_na；ｄ_nbの値を入れるときに使用されなければなら
ない。各逆反射体を置くのに必要とされるトランシーバ
ーの最小の数は３つであるけれども、操作の大変良い精
度と信頼性は逆反射体当たりもっと多くのトランシーバ
ーをもつことによって生じる。好ましい実施例は逆反射
体当たり少なくとも５つのトランシーバーを使用する。
何故ならば、逆反射体当たり４つのトランシーバーは、
２つの答えを得ることなく、式（１）又は（３）を解く
のに必要とされる最小の数であり、オペレータが１つの
トランシーバーを遮ることがあるからである。プローブ
を人間の手で、又はロボット即ちコンピュータ制御機械
のような機械装置によって或る測定箇所から別の測定箇
所に移動させることができることは明白である。機械装
置の場合には、測定サイクルを開始するのにタッチセン
サーを使用することができる。適当な設計のタッチセン
サーはレニシャウピエルシー（英国）によって作られ
ている。

【００１６】例示として、次の値及び構成部品を用いる
ことができる。 f₀＝１５ＧＨ_z f₂＝８ＫＨ_z f₁＝１５．０１５ＧＨ_z f₃＝１０ＫＨ_z Δｆ＝１５ＫＨ_z f₄＝６ＫＨ_z レーザ送信機 − レーザトロンモデルＱＬ
ＸＳ１３００ＭＷ，λ＝１３００ｎｍ光検出器 − レーザトロンモデルＱＤ
ＥＭＷ１送信機及び検出器は両方とも、米国マサツセッツ州バー
リントンのレーザトロン社製。マスター発振器 − ウエンゼル社（米国）製
の１０ＭＨＺＴＣＸＯ，モデルＳＣＱフェーズロックループ − メリットマイクロウエ
ーブ（米国）製の１５００×倍数，モデル５２０５Ａ
ＤＲＯ光放出ダイオード − 米国カリフォルニア州ニ
ュウバーリのオプト（プローブ中の）ーダ
イオード社製のモデルＯＤー１００トランシーバーはマイクロステップモードのステップモ
ータを２つ使用し、追跡制御及びフイルタはコンピュー
タの中のデジタル信号処理カードによって行われる。コ
ンピュータは「ＰＣコンパーチブル」型である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体的な図である。

【図２】手持ちプローブの概略図である。

【図３】プローブに用いられる逆反射体の断面図であ
る。

【図４】本発明の光学のレイアウトを示す。

【図５】電子回路の概略図である。

【図６】電子回路のタイミンググラフである。

【符号の説明】

１部屋２測定すべき物体３トランシーバー３ａトランシーバー４プローブ５逆反射体６逆反射体７光源８光源１１プローブ先端

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定且つ安定な基準フレームの正確に知
られた位置に設けられた複数の光学送信器ー受信器（ト
ランシーバー）と、先端及び少なくとも２つの基準点を有する自由に移動で
きるプローブとを有し、先端から前記基準点までの距離
は正確に知られており、前記基準点の各々は、前記先端
の位置に関係なく、前記トランシーバーのうちの少なく
とも３つのトランシーバーへの視線内にあり、前記基準
点の各々に全方向逆反射体が置かれ、複数の正確に知ら
れた周波数によって変調され、かつ光ファイバーを使っ
て前記トランシーバーに連結されたレーザを有し、前記
トランシーバーは、前記光ファイバーの出力を、２次元
に操縦しうる平行な光ビームにするための光学装置を有
し、前記平行光ビームは前記各トランシーバーで独立に
操縦され、前記平行光ビームで前記トランシーバーを追
跡する装置、及び前記光ビームの各々の逆反射光を集光
し、その逆反射光を別の光検出器上に焦点を結ばせる装
置と、前記正確に知られた周波数の位相に対する前記各
光検出器の出力の移相を測定する装置及びこの移相を距
離の情報に変換する装置とを有し、複数の前記正確に知
られた周波数は、単一の周波数だけが用いられるときに
存在する前記距離の値の曖昧さを解決するのに用いら
れ、各逆反射体の、前記トランシーバーのうちの少なく
とも３つのトランシーバーまでの距離から各逆反射体の
位置を計算する装置と、前記逆反射体の計算された位置
から前記プローブの位置を計算する装置とを有する、３
次元座標測定装置。
【請求項２】全全方向逆反射体は透明な材料で作られ
た２つの同心の球体からなり、内側の球体の屈折率は外
側の球体の屈折率よりも大きく、外側の球体には半反射
コーテイングが被覆されている、請求項１に記載の装
置。
【請求項３】前記追跡装置は前記各逆反射体の中心に
置かれ且つ前記トランシーバーを前記逆反射体間で区別
させるために前記逆反射体について異なる周波数で変調
される光源であり、前記トランシーバーは前記光源に指
向させるサーボ機構装置を有する、請求項１に記載の装
置。
【請求項４】前記プローブは手持ちである、請求項１
に記載の装置。
【請求項５】前記プローブはコンピュータ制御機械に
よって動かされる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】前記プローブ先端は正確に知られた半径
をもつ球体である、請求項１に記載の装置。