JPS60237307A - レ−ザ測長器 - Google Patents
レ−ザ測長器Info
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- JPS60237307A JPS60237307A JP59093929A JP9392984A JPS60237307A JP S60237307 A JPS60237307 A JP S60237307A JP 59093929 A JP59093929 A JP 59093929A JP 9392984 A JP9392984 A JP 9392984A JP S60237307 A JPS60237307 A JP S60237307A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- light beam
- sensor
- length measuring
- auxiliary light
- Prior art date
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- Granted
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/0207—Error reduction by correction of the measurement signal based on independently determined error sources, e.g. using a reference interferometer
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（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。
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。
（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。
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。
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月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服されテイタ。 （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８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。
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月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服されテイタ。 （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８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。
（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。
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。
（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光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。
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光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。
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、シンバル回転中心（
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。
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、シンバル回転中心（
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。
（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Ｉ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β、歯車■で行な
われ、ＡＺ軸を基準とする回転はモータ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−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−Ｃ、マ
スクｇの第１六ｇ、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３六ｇ７、ハーフミラ
−Ｃを通って干渉針すに入り、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
に補助レーザ光源りが主レーザ光源と同軸的に固定され
る。この光源りはレーザ反射部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
りの前にハーフミラ−１、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りから
発射された光ビームはハーフミラ−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ｇ、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−９′ｓにもど
る。分割された他方の光ビーム（ロ）はハーフミラ−Ｃ
で反射され、マスクｇの第２穴ｇ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。
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Ｉ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β、歯車■で行な
われ、ＡＺ軸を基準とする回転はモータ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−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−Ｃ、マ
スクｇの第１六ｇ、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３六ｇ７、ハーフミラ
−Ｃを通って干渉針すに入り、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
に補助レーザ光源りが主レーザ光源と同軸的に固定され
る。この光源りはレーザ反射部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
りの前にハーフミラ−１、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りから
発射された光ビームはハーフミラ−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ｇ、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−９′ｓにもど
る。分割された他方の光ビーム（ロ）はハーフミラ−Ｃ
で反射され、マスクｇの第２穴ｇ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。
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
されジンバル装置軸に固定される。ＡＺ軸は三点水平自
架台２の上にセントされる。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ｅ、、Ａｚ軸エンコーダＯも
ジンバル装置５に装着される。
されジンバル装置軸に固定される。ＡＺ軸は三点水平自
架台２の上にセントされる。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ｅ、、Ａｚ軸エンコーダＯも
ジンバル装置５に装着される。
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ｄ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
ｄ、を通ってもどる。レーザ反射部１のマスクｇの第４
穴ｇ、を通って入射した光ビームはマスクｄの第４穴ｄ
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ｄ、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。
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ｄ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
ｄ、を通ってもどる。レーザ反射部１のマスクｇの第４
穴ｇ、を通って入射した光ビームはマスクｄの第４穴ｄ
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ｄ、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方向規正セン号には後述するように、入射光ビームが
常時センサに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軸軸部部枠８ＣＬ軸期用モータ
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
示しである。
常時センサに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軸軸部部枠８ＣＬ軸期用モータ
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
示しである。
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・ノド）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寓時反
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。
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・ノド）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寓時反
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。
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ｄｌに入
り、第３穴ｄ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。
ている場合には、光ビームはマスクｄの第１穴ｄｌに入
り、第３穴ｄ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。
第５図に示すように反射鏡がθだけずれていると仮定子
る。モータｒを手動または自動的に駆動してセン置部を
回転させ、第６図に示すように、補助レーザ光源りから
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ｌランスジュ
ーサａがらの光ビームはマスクｄ −・当たり、第２穴
ｄには入射していない。ここでセンサｑは反射鏡伸き検
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、つまり左右センサがら同出カの信号が
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Ｚ、Ｕを駆動
し、反射ビーム（≧）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
穴れ中に入射されると、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個のンセサより成る。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孔に導かれた後は自動的に号−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。
る。モータｒを手動または自動的に駆動してセン置部を
回転させ、第６図に示すように、補助レーザ光源りから
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ｌランスジュ
ーサａがらの光ビームはマスクｄ −・当たり、第２穴
ｄには入射していない。ここでセンサｑは反射鏡伸き検
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、つまり左右センサがら同出カの信号が
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Ｚ、Ｕを駆動
し、反射ビーム（≧）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
穴れ中に入射されると、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個のンセサより成る。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孔に導かれた後は自動的に号−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。
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ｄ、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。センサには
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 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
。センサには第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＃”（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）がセンサに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。
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ｄ、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。センサには
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 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
。センサには第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＃”（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）がセンサに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。
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）がセンサにの所定位置に照射された場合、レーザ
１ランスジユーサａからの主光ビームと光ビーム（４１
口）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を通って干渉計すに戻るこ
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ｌ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。
ビーム（イ）がセンサＳの所定位置に帰還し、光ビーム
（ロ）がセンサにの所定位置に照射された場合、レーザ
１ランスジユーサａからの主光ビームと光ビーム（４１
口）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を通って干渉計すに戻るこ
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ｌ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。
相対値測定
第１５図に示すように、反射鏡ｅが、部ちセンサにの測
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Ｚｌ−２４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はロボソｌ−
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。ロボフト腕１０は例えば０点から
０点に自由に移動する。
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Ｚｌ−２４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はロボソｌ−
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。ロボフト腕１０は例えば０点から
０点に自由に移動する。
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。
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。
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ｌ
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。
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ｌ
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１６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１５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
点を八から８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
、除々に増加し、０点で最大となり、その後陣々に減少
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 （＾−Ｂ間の
距離）を測長用レーザ１３．１４で測定する。そして＾
Ｚ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ｎまたはＢまでの距離がったことにな
る。
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１６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１５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
点を八から８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
、除々に増加し、０点で最大となり、その後陣々に減少
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 （＾−Ｂ間の
距離）を測長用レーザ１３．１４で測定する。そして＾
Ｚ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ｎまたはＢまでの距離がったことにな
る。
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＠１
０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＾→Ｂ−１
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点の位置がまる。さらに１３
−Ｄへの移動に対する相対値測定より距離２がまり、回
転中心ｍからＤ点までの距離Ｓがまる。また回転角φユ
より回転角ψ３ がまる。したがって＾−Ｄ間の距１１
１ｘおよびＤ点の絶対位置測定ができる。反射鏡ｅは空
間を自由にく動くが、基準絶対位置測定、相対値測定、
および＾Ｚ、 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。
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＠１
０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＾→Ｂ−１
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点の位置がまる。さらに１３
−Ｄへの移動に対する相対値測定より距離２がまり、回
転中心ｍからＤ点までの距離Ｓがまる。また回転角φユ
より回転角ψ３ がまる。したがって＾−Ｄ間の距１１
１ｘおよびＤ点の絶対位置測定ができる。反射鏡ｅは空
間を自由にく動くが、基準絶対位置測定、相対値測定、
および＾Ｚ、 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。
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。
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。
（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。
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。
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３図はし−ザ反射部の斜
視図、第４図はレーザ反射部の一部斜視図、第５図から
第１５図および第１７図から第１９図は本発明によるし
゛−ザ測長器の動作説明図、第１６図は被制御系をロボ
ノｌ−とじ、その腕にレーザ反射部を装着した場合の本
発明の応用例を示した図である。 ａ：レーザトランスジューサ、 ｂ：干渉針Ｃ：ハーフ
ミラー、ｄ、、ｇ：マスク、ｅ：コーナーキューブミラ
ー、 ｆ：コーナーキューブミラー（頃き検出ミラー、ＩＩ：
補助レーザ、ｉコハーフミラー、Ｊ＋ ｒ＋ ｔ＋ ｔ
ｌ＋ ｌ ：モータ、ｋ：４方向規正セン号、 −〇：
＾Ｚ軸エンコーダ、ｐ：Ｅｔ、軸エンコーダ、ｑ：θ検
出用センサ、Ｓ：コーナーキューブミラ−４方向規正セ
ンサ、１：レーザ発射部、３：レーザ反射部、５：二輪
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、１
７：スクリュー。 出願人 横河・ヒユーレット・バッカー１−株式会社代
理人 弁理士 長 谷 川 次 男 Ｍ２図 第３図 ） 第７図 （Ａ） （Ｂ）
図はレーザ発射部の斜視図、第３図はし−ザ反射部の斜
視図、第４図はレーザ反射部の一部斜視図、第５図から
第１５図および第１７図から第１９図は本発明によるし
゛−ザ測長器の動作説明図、第１６図は被制御系をロボ
ノｌ−とじ、その腕にレーザ反射部を装着した場合の本
発明の応用例を示した図である。 ａ：レーザトランスジューサ、 ｂ：干渉針Ｃ：ハーフ
ミラー、ｄ、、ｇ：マスク、ｅ：コーナーキューブミラ
ー、 ｆ：コーナーキューブミラー（頃き検出ミラー、ＩＩ：
補助レーザ、ｉコハーフミラー、Ｊ＋ ｒ＋ ｔ＋ ｔ
ｌ＋ ｌ ：モータ、ｋ：４方向規正セン号、 −〇：
＾Ｚ軸エンコーダ、ｐ：Ｅｔ、軸エンコーダ、ｑ：θ検
出用センサ、Ｓ：コーナーキューブミラ−４方向規正セ
ンサ、１：レーザ発射部、３：レーザ反射部、５：二輪
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、１
７：スクリュー。 出願人 横河・ヒユーレット・バッカー１−株式会社代
理人 弁理士 長 谷 川 次 男 Ｍ２図 第３図 ） 第７図 （Ａ） （Ｂ）
Claims (8)
- （１）主光ビームを発射する主レーザ光源、補助光ビー
ムを発射する補助レーザ光源、反射鏡で反射された前記
補助光ビームを検出する第１七ンサを具備し、これらを
二輪ジンバル装置に搭載したレーザ発射部と、前記反射
鏡、前記補助光ビームを検出する第２センサを具備し、
これらを二軸ジンバル装置に搭載したレーザ反射部とで
成るレーダ測長器。 - （２）前記反射鏡はキューブコーナ反射鏡でなる特許請
求の範囲第１項記載のレーザ測長器。 - （３）前記レーザ反射部はその全体が回転できるように
した特許請求の範囲第１項記載のレーザ測長器。 - （４）前記補助光ビームは、第１．第２補助光ビームに
分割されて、前記レーザ反射部に送出するようにした特
許請求の範囲第３項記載のレーザ測長器。 - （５）前第２センサは、第３及び第４センサより成り、
前記第３センサは平面鏡と−・対の光センサで成り、レ
ーザ発射部に前記１補助光ビームを反射すると共に、前
記レーザ反射郡全体を特徴とする特許請求の範囲第４項
記載のレーザ測長器。 - （６）前記第４センサは、前記反射鏡のノーダルポイン
トに配置された４個の光センサで成り、前記第２補助光
ビームを受光して前記レーザ発射部の二軸回転方向を別
個に制御する特許請求の範囲第５項記載のレーザ測長器
。 - （７）前記第１センサは前記平面鏡で反射された第１補
助光ビームを検出する光セン号で成り、前記レーザ反射
部の二軸回転方向を別個に制御する特許請求の範囲第６
項記載のレーザ測長器。 - （８）主光ビームを発射する主レーザ光源、補助光ビー
ムを発射する補助レーザ光源、反射鏡で反射された前記
補助光ビームを検出する第１センサを具備し、これらを
二軸ジンバル装置に搭載したレーザ発射部と、前記反射
鏡、前記補助光ビームを検出する第２センサを具備し、
これらを二軸ジンバル装置に搭載したレーザ反射部と、
固定台、前記固定台上を直線移動し、前記レーザ反射部
が搭載可能な直線移動台、前記固定台及び直線移動台に
装着された測長用補助レーザを具備する絶対値測定用治
具とで成るレーザ測長器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59093929A JPS60237307A (ja) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | レ−ザ測長器 |
| DE8585105739T DE3579358D1 (de) | 1984-05-11 | 1985-05-10 | Lagemessanordnung. |
| US06/733,558 US4707129A (en) | 1984-05-11 | 1985-05-10 | Three dimensional position measurement system using an interferometer |
| EP85105739A EP0160999B1 (en) | 1984-05-11 | 1985-05-10 | Position measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59093929A JPS60237307A (ja) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | レ−ザ測長器 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22647791A Division JPH0641847B2 (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | レーザ測長器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60237307A true JPS60237307A (ja) | 1985-11-26 |
| JPH051882B2 JPH051882B2 (ja) | 1993-01-11 |
Family
ID=14096118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59093929A Granted JPS60237307A (ja) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | レ−ザ測長器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4707129A (ja) |
| EP (1) | EP0160999B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60237307A (ja) |
| DE (1) | DE3579358D1 (ja) |
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| JP2006276012A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Leica Geosystems Ag | 物体の六つの自由度を求めるための測定システム |
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| JP5199452B2 (ja) * | 2008-03-21 | 2013-05-15 | ヴァリエーション リダクション ソリューションズ、インコーポレイテッド | ロボット精度向上のための外部システム |
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| US9377885B2 (en) | 2010-04-21 | 2016-06-28 | Faro Technologies, Inc. | Method and apparatus for locking onto a retroreflector with a laser tracker |
| US8619265B2 (en) | 2011-03-14 | 2013-12-31 | Faro Technologies, Inc. | Automatic measurement of dimensional data with a laser tracker |
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| US4707129A (en) | 1987-11-17 |
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