JP2010054429A - Laser tracker - Google Patents

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Shinichiro Yanaka
慎一郎 谷中
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser tracker with good ease of operation capable of performing high accuracy measurement, even if the measurement is interrupted while maintaining required performances with a simple structure. <P>SOLUTION: The laser tracker comprises an optical comb distance meter 201 for measuring an absolute distance from a body to a target 106, a biaxial rotation mechanism capable of changing a direction of a laser light 3 by using motors 113, 115, angle measuring means 114, 116 for two axes for measuring a relative angle of the target and the body, a data processing apparatus 110 for calculating spatial coordinates of the target from data of the absolute distance output by the optical comb distance meter and data of the angle for the two axes output by the angle measuring means, a light position detecting means 109 for outputting a signal in accordance with an amount and a direction of movement when the target is moved in a direction perpendicular to an optical axis of a laser light entering into the target, and a controlling means 111, 112 for controlling the biaxial rotation mechanism using the signal output by the light position detecting means such that an amount of movement becomes zero. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ光を用いてターゲットを追尾しつつ、本体からターゲットまでの距離を測定するレーザトラッカに係り、特に、簡単な構成で要求される性能を維持しつつ、測定が中断しても高精度な測定をそのまま再開することができ、測定中断前後でデータの整合性をとる必要が無く、使い勝手の良いレーザトラッカに関する。   The present invention relates to a laser tracker that measures the distance from a main body to a target while tracking the target using a laser beam, and in particular, even if the measurement is interrupted while maintaining the required performance with a simple configuration. The present invention relates to an easy-to-use laser tracker in which high-precision measurement can be resumed as it is, and it is not necessary to maintain data consistency before and after the interruption of measurement.

例えば、大型のロボットハンド先端の動きの検出や、飛行機等の大型装置の組立に際して、目標部品にターゲットを配設し、レーザ光を用いて該ターゲットを追尾しつつ、本体からターゲットまでの距離（例えば１〜１０ｍ程度）を測定するレーザトラッカが知られている（特許文献１参照）。   For example, when detecting the movement of the tip of a large robot hand or assembling a large apparatus such as an airplane, a target is placed on a target part, and the target is tracked using a laser beam while the distance from the main body to the target ( For example, a laser tracker that measures 1 to 10 m) is known (see Patent Document 1).

このレーザトラッカは、「レーザ干渉計」と「レーザを使用した絶対距離計」を両方備えることが一般的である。これは（１）レーザ干渉計のみを使用した場合、変位の測定精度は高いものの絶対距離の測定ができない、これに対し（２）絶対距離計のみを使用した場合、絶対距離の測定はできるものの、測定精度は１００μｍ程度と要求される精度に達しないことによる。絶対距離の測定が可能であれば任意の位置で測定を開始することができるため測定に要する時間を短縮することができる。   This laser tracker generally includes both a “laser interferometer” and an “absolute distance meter using a laser”. This is because (1) when using only a laser interferometer, the displacement measurement accuracy is high, but absolute distance cannot be measured. On the other hand, (2) when only an absolute distance meter is used, absolute distance can be measured. The measurement accuracy is about 100 μm and does not reach the required accuracy. If the absolute distance can be measured, the measurement can be started at an arbitrary position, so that the time required for the measurement can be shortened.

したがって、従来のレーザトラッカでは、「レーザ干渉計」と「絶対距離計」の２つの装置を組み込まなければならないという問題があった。   Therefore, the conventional laser tracker has a problem that two devices of “laser interferometer” and “absolute distance meter” have to be incorporated.

従来のレーザトラッカの一例の構成を図１に示す。レーザ干渉計１０１から出射された、例えば可視域の波長６３３ｎｍの連続光でなるレーザ光１は、ハーフミラー１０２、レーザ光１の波長近傍の波長の光のみを通過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０３、ハーフミラー１０４、方位角用モータ１１３および仰角用モータ１１５を用いて２軸の回転を行うことができるジンバルミラー１０５を介して、例えばレトロリフレクタでなるターゲット１０６に到達し、同じ経路を通ってレーザ干渉計１０１に再び入射する。レーザ干渉計１０１は、公知のマイケルソン型もしくはフィゾー型の干渉計で、レーザ光１の光軸に沿ったターゲット１０６の変位を測定することができる。レーザ干渉計１０１で測定したターゲット１０６の変位のデータは、パソコン（ＰＣ）１１０を用いて収集する。   A configuration of an example of a conventional laser tracker is shown in FIG. The laser light 1 emitted from the laser interferometer 101, which is continuous light having a wavelength of, for example, 633 nm in the visible range, for example, is a half-mirror 102 and a bandpass filter (BPF) 103 that passes only light having a wavelength near the wavelength of the laser light 1. The target 106 made of, for example, a retroreflector is reached through the same path through the gimbal mirror 105 that can perform two-axis rotation using the half mirror 104, the azimuth angle motor 113, and the elevation angle motor 115. The light enters the laser interferometer 101 again. The laser interferometer 101 is a well-known Michelson type or Fizeau type interferometer, and can measure the displacement of the target 106 along the optical axis of the laser beam 1. Data on the displacement of the target 106 measured by the laser interferometer 101 is collected using a personal computer (PC) 110.

レーザ光１がターゲット１０６で反射されてレーザ干渉計１０１に戻るとき、ハーフミラー１０２においてレーザ光１の一部が反射されて２次元ＰＳＤ１０９に入射する。ターゲット１０６に入射するレーザ光１の光軸と直角方向にターゲットが移動すると、この移動量と移動する方向に応じて２次元ＰＳＤ１０９に入射するレーザ光１の位置が変化する。このレーザ光１の位置の変化を２次元ＰＳＤ１０９を用いて検出し、このレーザ光１の位置が常に一定になるようにＰＣ１１０、モータ駆動回路１１１、１１２、方位角用モータ１１３および仰角用モータ１１５を用いて、ジンバルミラー１０５の方向を制御する。これによりターゲット１０６をレーザ光１を用いてトラック（追尾）することができる。   When the laser beam 1 is reflected by the target 106 and returns to the laser interferometer 101, a part of the laser beam 1 is reflected by the half mirror 102 and enters the two-dimensional PSD 109. When the target moves in a direction perpendicular to the optical axis of the laser beam 1 incident on the target 106, the position of the laser beam 1 incident on the two-dimensional PSD 109 changes according to the amount and direction of movement. The change in the position of the laser beam 1 is detected using the two-dimensional PSD 109, and the PC 110, the motor drive circuits 111 and 112, the azimuth angle motor 113, and the elevation angle motor 115 so that the position of the laser beam 1 is always constant. Is used to control the direction of the gimbal mirror 105. As a result, the target 106 can be tracked (tracked) using the laser beam 1.

公知の絶対距離計１０７から出射された、レーザ光１とは異なる波長、例えば赤外域の波長７８０ｎｍのパルス光でなるレーザ光２は、該レーザ光２の波長近傍の波長の光のみを透過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０８、前記ハーフミラー１０４、ジンバルミラー１０５を介してターゲット１０６で反射され、同じ経路を通って絶対距離計１０７に入射する。絶対距離計１０７は、レーザトラッカ本体からターゲット１０６までの絶対距離を測定することができ、絶対距離の測定値はＰＣ１１０を用いて収集する。   A laser beam 2 emitted from a known absolute distance meter 107 and having a wavelength different from that of the laser beam 1, for example, pulsed light having a wavelength of 780 nm in the infrared region, transmits only light having a wavelength in the vicinity of the wavelength of the laser beam 2. The light is reflected by the target 106 via a band pass filter (BPF) 108, the half mirror 104, and the gimbal mirror 105, and enters the absolute distance meter 107 through the same path. The absolute distance meter 107 can measure the absolute distance from the laser tracker main body to the target 106, and the measurement value of the absolute distance is collected using the PC 110.

レーザトラッカがターゲット１０６を追尾しているとき、レーザトラッカとターゲット１０６との相対的な角度は、方位角用ロータリーエンコーダ１１４と仰角用ロータリーエンコーダ１１６を用いて測定される。これら２つの角度データはＰＣ１１０を用いて収集する。   When the laser tracker is tracking the target 106, the relative angle between the laser tracker and the target 106 is measured using the azimuth rotary encoder 114 and the elevation rotary encoder 116. These two angle data are collected using the PC 110.

ＰＣ１１０は、これら２つの角度データと、前述の絶対距離計１０７による絶対距離のデータ、および前述のレーザ干渉計１０１による変位のデータを用いて、ターゲット１０６の三次元座標を算出することができる。   The PC 110 can calculate the three-dimensional coordinates of the target 106 using these two angle data, the absolute distance data obtained by the absolute distance meter 107, and the displacement data obtained by the laser interferometer 101.

以上が従来のレーザトラッカの構成である。   The above is the configuration of the conventional laser tracker.

また、従来技術として、１μｍオーダの精度の絶対距離測定が可能な「光コム距離計」が知られている（特許文献２、非特許文献１参照）。   As a conventional technique, an “optical comb distance meter” capable of measuring an absolute distance with an accuracy of the order of 1 μm is known (see Patent Document 2 and Non-Patent Document 1).

特開２００７−５７５２２号公報JP 2007-57522 A 特開２００１−１３２４５号公報JP 2001-13245 A 美濃島 薫「フェムト秒光パルスの時間・周波数関係を利用した空間精密計測」電子情報通信学会誌Ｖｏｌ．８６ Ｎｏ．８（２００３年8月）ｐｐ６３２〜６３６Satoshi Minoshima “Precise spatial measurement using time / frequency relationship of femtosecond optical pulses”, IEICE Journal Vol. 86 no. 8 (August 2003) pp 632-636

しかしながら従来は、（１）レーザ干渉計１０１と絶対距離計１０７が両方必要であり、構成が複雑である。   However, conventionally, (1) both the laser interferometer 101 and the absolute distance meter 107 are necessary, and the configuration is complicated.

又、（２）絶対距離計１０７で測定した絶対距離のデータの精度は、レーザ干渉計１０１で測定した変位データの精度に比べて低い。従って、測定が中断しなければレーザ干渉計１０１の精度で測定できるが、測定が中断すると、絶対距離計１０７で絶対距離を測定し直す必要があり、絶対距離計の誤差の分だけデータの精度が悪化するため、高精度の測定をそのまま再開することができない。   (2) The accuracy of the absolute distance data measured by the absolute distance meter 107 is lower than the accuracy of the displacement data measured by the laser interferometer 101. Therefore, if the measurement is not interrupted, the measurement can be performed with the accuracy of the laser interferometer 101. However, if the measurement is interrupted, it is necessary to measure the absolute distance again with the absolute distance meter 107. Because of this, high-precision measurement cannot be resumed as it is.

更に、（３）測定が中断した場合、座標が既知の一点に一度戻るなど、測定中断前後でのデータの整合性を取る作業を行なわなければ、測定が中断しなかった場合と同程度の精度で測定を行うことができず、使い勝手が悪い等の問題点を有していた。   In addition, (3) if the measurement is interrupted, the accuracy will be the same as when the measurement is not interrupted unless the data consistency before and after the measurement is interrupted, such as returning the coordinates to a known point once. In other words, the measurement could not be performed and the user-friendliness was poor.

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、簡単な構成で要求される性能を維持しつつ、測定が中断しても高精度な測定をそのまま再開することができ、測定中断前後でデータの整合性をとる作業を行なう必要が無く、使い勝手の良いレーザトラッカを提供することを課題とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and while maintaining the performance required with a simple configuration, high-precision measurement can be resumed as it is even if measurement is interrupted. It is an object of the present invention to provide an easy-to-use laser tracker that does not require data consistency before and after interruption.

本発明は、レーザ光を用いてターゲットを追尾しつつ、本体からターゲット迄の距離を測定するレーザトラッカにおいて、本体からターゲット迄の絶対距離を測定する光コム距離計と、モータを用いてレーザ光の方向を変えることのできる２軸の回転機構と、ターゲットと本体との相対的な角度を測定する２軸分の角度測定手段と、前記光コム距離計が出力する絶対距離のデータと前記角度測定手段が出力する２軸分の角度データから、ターゲットの空間座標を算出するデータ処理装置と、ターゲットに入射するレーザ光の光軸と直角方向にターゲットが移動すると、この移動量と移動する方向に応じた信号を出力する光位置検出手段と、該光位置検出手段から出力された信号を用いて、前記移動量がゼロになるように前記２軸の回転機構を制御する制御手段と、を備えることにより、前記課題を解決したものである。   The present invention relates to a laser tracker that measures a distance from a main body to a target while tracking the target using a laser light, and an optical comb distance meter that measures an absolute distance from the main body to the target, and a laser beam using a motor. A biaxial rotation mechanism capable of changing the direction of the angle, a biaxial angle measuring means for measuring a relative angle between the target and the main body, absolute distance data output by the optical comb distance meter, and the angle A data processing device that calculates the spatial coordinates of the target from the angle data for two axes output from the measuring means, and the amount and direction of movement when the target moves in a direction perpendicular to the optical axis of the laser light incident on the target. And an optical position detecting means for outputting a signal corresponding to the optical position detecting means, and using the signal output from the optical position detecting means, the two-axis rotating mechanism is set so that the movement amount becomes zero. And Gosuru control means, by providing, is obtained by solving the above problems.

ここで、前記光コム距離計を２軸回転機構とは別に配設し、該２軸回転機構上に、レーザ光を反射するジンバルミラーを設けることができる。   Here, the optical comb distance meter can be provided separately from the biaxial rotating mechanism, and a gimbal mirror that reflects the laser light can be provided on the biaxial rotating mechanism.

あるいは、前記前記光コム距離計を２軸回転機構上に配設することができる。   Alternatively, the optical comb distance meter can be disposed on a biaxial rotating mechanism.

あるいは、前記光コム距離計のヘッドとレーザ光源を別体とし、該光コム距離計のヘッドを２軸回転機構上に配設することができる。   Alternatively, the head of the optical comb distance meter and the laser light source can be provided separately, and the head of the optical comb distance meter can be disposed on a biaxial rotating mechanism.

更に、前記２軸回転機構に、固定データムと、該固定データムに対する光距離計のヘッドの変位を測定する変位計を配設することができる。   Further, a fixed datum and a displacement meter for measuring the displacement of the optical distance meter head with respect to the fixed datum can be disposed in the biaxial rotation mechanism.

又、前記光コム距離計による絶対距離の測定を複数の波長で行って、空気の屈折率変化の影響を補償することができる。   Further, the measurement of the absolute distance by the optical comb distance meter can be performed at a plurality of wavelengths, and the influence of the change in the refractive index of air can be compensated.

本発明によれば、（１）従来のような絶対距離計１０７及び、その関連部品（１０３、１０４、１０８）が不要となり、簡単な構成で、要求される性能を維持することができる。また、（２）絶対距離のデータの精度が高いため、測定が途中で中断しても、データの精度が悪化せず、高精度な測定をそのまま再開することができる。更に、（３）測定が中断しても高精度な測定を行うことができるので、測定中断前後でデータの整合性をとる作業を行なう必要が無い。従って、レーザトラッカの使い勝手が向上する。   According to the present invention, (1) the conventional absolute distance meter 107 and its related parts (103, 104, 108) are not required, and the required performance can be maintained with a simple configuration. Further, (2) since the accuracy of the absolute distance data is high, even if the measurement is interrupted in the middle, the accuracy of the data is not deteriorated, and the high-accuracy measurement can be resumed as it is. Furthermore, (3) since the measurement can be performed with high accuracy even if the measurement is interrupted, it is not necessary to perform an operation for obtaining data consistency before and after the measurement is interrupted. Therefore, the usability of the laser tracker is improved.

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の第１実施形態を図２に示す。図２において、１μｍオーダの精度の絶対距離測定が可能な光コム距離計２０１から出射されたレーザ光３は、ハーフミラー１０２、方位角用モータ１１３および仰角用モータ１１５を用いて２軸の回転を行うことができるジンバルミラー１０５を介して、例えばレトロリフレクタでなるターゲット１０６に到達し、同じ経路を通って光コム距離計２０１に再び入射する。光コム距離計２０１によって測定したレーザトラッカとターゲット１０６との絶対距離は、ＰＣ１１０を用いて収集される。   A first embodiment of the present invention is shown in FIG. In FIG. 2, a laser beam 3 emitted from an optical comb distance meter 201 capable of measuring an absolute distance with an accuracy of the order of 1 μm is rotated biaxially using a half mirror 102, an azimuth motor 113, and an elevation motor 115. The target 106 made of, for example, a retro-reflector is reached via the gimbal mirror 105 that can perform the above operation, and enters the optical comb distance meter 201 again through the same path. The absolute distance between the laser tracker and the target 106 measured by the optical comb distance meter 201 is collected using the PC 110.

レーザ光３がターゲット１０６で反射されて光コム距離計２０１に戻るとき、ハーフミラー１０２においてレーザ光３の一部が反射されて２次元ＰＳＤ１０９に入射する。ターゲット１０６に入射するレーザ光３の光軸と直角方向にターゲットが移動すると、この移動量と移動する方向に応じて２次元ＰＳＤ１０９に入射するレーザ光３の位置が変化する。このレーザ光３の位置の変化を２次元ＰＳＤ１０９を用いて検出し、このレーザ光３の位置が常に一定になるようにＰＣ１１０、モータ駆動回路１１１、１１２、方位角用モータ１１３および仰角用モータ１１５を用いて、ジンバルミラー１０５の方向を制御する。これによりターゲット１０６をレーザ光３を用いてトラック（追尾）することができる。   When the laser beam 3 is reflected by the target 106 and returns to the optical comb distance meter 201, a part of the laser beam 3 is reflected by the half mirror 102 and enters the two-dimensional PSD 109. When the target moves in a direction perpendicular to the optical axis of the laser beam 3 incident on the target 106, the position of the laser beam 3 incident on the two-dimensional PSD 109 changes according to the amount and direction of movement. The change in the position of the laser beam 3 is detected using the two-dimensional PSD 109, and the PC 110, the motor drive circuits 111 and 112, the azimuth angle motor 113, and the elevation angle motor 115 so that the position of the laser beam 3 is always constant. Is used to control the direction of the gimbal mirror 105. Accordingly, the target 106 can be tracked (tracked) using the laser beam 3.

レーザトラッカがターゲット１０６を追尾しているとき、レーザトラッカとターゲット１０６との相対的な角度は、方位角用ロータリーエンコーダ１１４と仰角用ロータリーエンコーダ１１６を用いて測定される。これら２つの角度データは、ＰＣ１１０を用いて収集する。   When the laser tracker is tracking the target 106, the relative angle between the laser tracker and the target 106 is measured using the azimuth rotary encoder 114 and the elevation rotary encoder 116. These two angle data are collected using the PC 110.

ＰＣ１１０は、これら２つの角度データと前述の光コム距離計２０１による絶対距離のデータを用いてターゲット１０６の三次元座標を算出する。   The PC 110 calculates the three-dimensional coordinates of the target 106 using these two angle data and the absolute distance data obtained by the optical comb distance meter 201 described above.

本実施形態においては、従来のレーザ干渉計１０１を光コム距離計２０１に置き換えるだけで、絶対距離計１０７及びバンドパスフィルタ１０３、１０８、ハーフミラー１０４を省略できるので、構成が簡略である。又、従来のようにレーザ干渉計１０１と絶対距離計１０７のレーザ光１と２の波長を変えたり、あるいは時分割にして、これらを区別する必要もない。   In the present embodiment, the configuration can be simplified because the absolute distance meter 107, the bandpass filters 103 and 108, and the half mirror 104 can be omitted by simply replacing the conventional laser interferometer 101 with the optical comb distance meter 201. Further, it is not necessary to change the wavelengths of the laser beams 1 and 2 of the laser interferometer 101 and the absolute distance meter 107 or distinguish them by time division as in the prior art.

なお、第１実施形態では、ジンバルミラー１０５を用いてレーザ光３の出射方向を変更するようにされていたが、図３に示す第２実施形態のように、光コム距離計２０１と２次元ＰＳＤ１０９及びハーフミラー１０２を２軸の回転機構上に設けたキャリッジ３０１に搭載することによって、ジンバルミラーを省略することも可能である。本実施形態によれば、第１実施形態よりも更に構成が簡略である。   In the first embodiment, the emission direction of the laser beam 3 is changed using the gimbal mirror 105. However, as in the second embodiment shown in FIG. The gimbal mirror can be omitted by mounting the PSD 109 and the half mirror 102 on a carriage 301 provided on a biaxial rotation mechanism. According to the present embodiment, the configuration is simpler than that of the first embodiment.

なお、前記第２実施形態では、光コム距離計２０１の全体がキャリッジ３０１上に搭載されていたが、図４に示す第３実施形態のように、光源部分のフェムト秒ファイバレーザ４０１を切り離して外部に設置し、光ファイバ４０２により光コム距離計ヘッド４０３に導くことにより、キャリッジ３０１に搭載する要素を小型軽量化して、キャリッジ３０１の回転の応答速度を上げることができる。   In the second embodiment, the entire optical comb rangefinder 201 is mounted on the carriage 301. However, as in the third embodiment shown in FIG. 4, the femtosecond fiber laser 401 in the light source portion is separated. By installing it outside and guiding it to the optical comb distance meter head 403 through the optical fiber 402, the elements mounted on the carriage 301 can be reduced in size and weight, and the response speed of rotation of the carriage 301 can be increased.

次に、図５を参照して、特許文献１に記載した、固定データム型のレーザトラッカの干渉計として光コム距離計を用いた本発明の第４実施形態を説明する。   Next, a fourth embodiment of the present invention using an optical comb distance meter as an interferometer of a fixed datum type laser tracker described in Patent Document 1 will be described with reference to FIG.

本実施形態においては、ベース板５０１上に設置した固定データム（例えば基準球）５０２とキャリッジ３０１との相対的な変位を静電容量変位計５０３で検出して補正することにより、固定データム５０２の中心を基準とした高精度な測定を行うことができる。ここで、固定データム５０２は、例えば真球度８０ｎｍ程度の金属製の球を用いることができる。   In the present embodiment, the relative displacement between a fixed datum (for example, a reference sphere) 502 installed on the base plate 501 and the carriage 301 is detected and corrected by the capacitance displacement meter 503, thereby correcting the fixed datum 502. It is possible to perform highly accurate measurement with the center as a reference. Here, as the fixed datum 502, for example, a metal sphere having a sphericity of about 80 nm can be used.

次に、図６を参照して、２色法を用いて空気の屈折率変化の影響を受け難いロバストな測定を行うようにした本発明の第５実施形態を説明する。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 in which a robust measurement that is hardly affected by the change in the refractive index of air is performed using the two-color method.

図６において、フェムト秒ファイバレーザ４０１からは、広帯域のレーザが発振されているので、図７に詳細に示すような構成の光コム距離計ヘッド６０１を用いて、例えば、ある基本波と、その第２高調波を用いて絶対距離測定を行う。基本波による絶対距離の測定値と、第２高調波による絶対距離の測定値に対して、非特許文献１の６３４頁〜６３５頁の２．３項に記載されているような２色法による屈折率補正のアルゴリズムを用いれば、測定環境に存在する空気の屈折率変化を補償できるため、１波長のレーザで絶対距離測定を実施した場合と比較して、高精度な測定を行うことができる。   In FIG. 6, since a broadband laser is oscillated from the femtosecond fiber laser 401, an optical comb distance meter head 601 having a configuration as shown in detail in FIG. Absolute distance measurement is performed using the second harmonic. Non-Patent Document 1, page 634 to page 635, section 2.3 on the absolute distance measurement value by the fundamental wave and the absolute distance measurement value by the second harmonic wave, by the two-color method. If the refractive index correction algorithm is used, it is possible to compensate for the change in the refractive index of air existing in the measurement environment, and therefore, it is possible to perform measurement with higher accuracy than when absolute distance measurement is performed with a laser of one wavelength. .

前記２色法による測定のアルゴリズムは、次に示す非特許文献１中の式（２）で示されている。   The measurement algorithm by the two-color method is expressed by the following equation (2) in Non-Patent Document 1.

Ｄ＝Ｄ２ω−Ａ（Ｄ２ω−Ｄω） D = D 2ω -A (D 2ω -D ω )

ここで、Ｄは、レーザトラッカ本体からターゲット１０６までの距離、Ｄωは、基本波を用いた絶対距離の測定値、Ｄ２ωは、第２高調波を用いた絶対距離の測定値、Ａは定数である。 Here, D is the distance from the laser tracker body to the target 106, D ω is the measured value of the absolute distance using the fundamental wave, D 2ω is the measured value of the absolute distance using the second harmonic, and A is It is a constant.

前記光コム距離計ヘッド６０１の詳細を図７に示す。図７において、７０１は、基本波用のハーフミラー、７０２、７０３は同じくバンドパスフィルタ、７０４、７０５は同じく光検出器、７０６〜７０８は同じくバンドパスフィルタ、７０９は同じくダブルバランスドミキサ、７１０は同じく位相計、７１１は、第２高調波用のハーフミラー、７１２、７１３は同じくバンドパスフィルタ、７１４、７１５は同じく光検出器、７１６〜７１８は同じくバンドパスフィルタ、７１９は同じくダブルバランスドミキサ、７２０は同じく位相計であり、７２１はコリメータである。   Details of the optical comb rangefinder head 601 are shown in FIG. In FIG. 7, reference numeral 701 denotes a fundamental half mirror, 702 and 703 are also bandpass filters, 704 and 705 are photodetectors, 706 to 708 are also bandpass filters, 709 is also a double balanced mixer, and 710. Is a phase meter, 711 is a second half mirror, 712 and 713 are bandpass filters, 714 and 715 are photodetectors, 716 to 718 are bandpass filters, and 719 is double balanced. The mixer 720 is also a phase meter, and 721 is a collimator.

前記光コム距離計ヘッド６０１の構成は、非特許文献１の図２に示される構成でも良く、非特許文献１の図２には示されていない色ガラスフィルタを用いて、基本波による測定と第２高調波による測定を交互に実施することができる。   The configuration of the optical comb distance meter head 601 may be the configuration shown in FIG. 2 of Non-Patent Document 1, and using a colored glass filter not shown in FIG. Measurements by the second harmonic can be performed alternately.

又、図７に示したように、検出系を２系統（基本波用の検出系と第２高調波用の検出系）設けておけば、基本波を用いた絶対距離の測定値と、第２高調波を用いた絶対距離の測定値を同時に取得できるので、検出系が１系統の場合よりも、更に空気の屈折率変化の影響を受け難いロバストな測定が可能である。即ち、空気の屈折率は時間的に変動しているため、交互に測定を行うより、同時に測定を行ったほうが、空気の屈折率変化の影響を受け難いロバストな測定が可能である。   In addition, as shown in FIG. 7, if two detection systems (a detection system for the fundamental wave and a detection system for the second harmonic) are provided, the measured value of the absolute distance using the fundamental wave, Since the measurement value of the absolute distance using the second harmonic can be acquired at the same time, it is possible to perform a robust measurement that is less affected by the change in the refractive index of the air than in the case of a single detection system. That is, since the refractive index of air fluctuates with time, it is possible to perform a robust measurement that is less affected by the change in the refractive index of air, if the measurement is performed simultaneously rather than alternately.

なお、前記実施形態においては、いずれも、２軸回転機構の回転角度を、モータ１１３、１１５に付設されたロータリエンコーダ１１４、１１６で検出していたが、回転角度を検出する手段は、これに限定されない。   In each of the above embodiments, the rotation angle of the biaxial rotation mechanism is detected by the rotary encoders 114 and 116 attached to the motors 113 and 115. However, the means for detecting the rotation angle is not limited to this. It is not limited.

従来のレーザトラッカの一例の構成を示す、一部斜視図を含むブロック図A block diagram including a partial perspective view showing a configuration of an example of a conventional laser tracker 本発明の第１実施形態の構成を示す、一部斜視図を含むブロック図The block diagram including a partial perspective view which shows the structure of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態の構成を示す、一部斜視図を含むブロック図The block diagram including a partial perspective view which shows the structure of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態の構成を示す、一部斜視図を含むブロック図The block diagram including a partial perspective view which shows the structure of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態の構成を示す、一部斜視図を含むブロック図The block diagram including a partial perspective view which shows the structure of 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５実施形態の構成を示す、一部斜視図を含むブロック図The block diagram including a partial perspective view which shows the structure of 5th Embodiment of this invention. 第５実施形態で用いられる光コム距離計ヘッドの構成例を示すブロック図The block diagram which shows the structural example of the optical comb rangefinder head used in 5th Embodiment

符号の説明Explanation of symbols

３…レーザ光
１０５…ジンバルミラー
１０６…ターゲット
１０９…二次元ＰＳＤ
１１０…パソコン（ＰＣ）
１１１、１１２…モータ駆動回路
１１３…方位角用モータ
１１４…方位角用ロータリーエンコーダ
１１５…仰角用モータ
１１６…仰角用ロータリーエンコーダ
２０１…光コム距離計
３０１…キャリッジ
４０１…フェムト秒ファイバレーザ
４０２…光ファイバ
４０３、６０１…光コム距離計ヘッド
５０２…固定データム
５０３…静電容量変位計
５０４…静電容量変位計用信号処理回路 3 ... Laser beam 105 ... Gimbal mirror 106 ... Target 109 ... Two-dimensional PSD
110 ... Personal computer (PC)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 111, 112 ... Motor drive circuit 113 ... Azimuth angle motor 114 ... Azimuth angle rotary encoder 115 ... Elevation angle motor 116 ... Elevation angle rotary encoder 201 ... Optical comb distance meter 301 ... Carriage 401 ... Femtosecond fiber laser 402 ... Optical fiber 403, 601 ... Optical comb distance meter head 502 ... Fixed datum 503 ... Capacitance displacement meter 504 ... Signal processing circuit for capacitance displacement meter

Claims (6)

レーザ光を用いてターゲットを追尾しつつ、本体からターゲット迄の距離を測定するレーザトラッカにおいて、
本体からターゲット迄の絶対距離を測定する光コム距離計と、
モータを用いてレーザ光の方向を変えることのできる２軸の回転機構と、
ターゲットと本体との相対的な角度を測定する２軸分の角度測定手段と、
前記光コム距離計が出力する絶対距離のデータと前記角度測定手段が出力する２軸分の角度データから、ターゲットの空間座標を算出するデータ処理装置と、
ターゲットに入射するレーザ光の光軸と直角方向にターゲットが移動すると、この移動量と移動する方向に応じた信号を出力する光位置検出手段と、
該光位置検出手段から出力された信号を用いて、前記移動量がゼロになるように前記２軸の回転機構を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするレーザトラッカ。 In a laser tracker that measures the distance from the main body to the target while tracking the target using laser light,
An optical comb rangefinder that measures the absolute distance from the main unit to the target,
A biaxial rotation mechanism that can change the direction of the laser beam using a motor;
Angle measuring means for two axes for measuring the relative angle between the target and the main body;
A data processing device for calculating spatial coordinates of a target from absolute distance data output by the optical comb distance meter and angle data for two axes output by the angle measuring means;
When the target moves in a direction perpendicular to the optical axis of the laser light incident on the target, an optical position detecting means for outputting a signal corresponding to the moving amount and the moving direction;
Control means for controlling the biaxial rotation mechanism so that the amount of movement becomes zero using the signal output from the optical position detection means;
A laser tracker comprising: 前記光コム距離計が２軸回転機構とは別に配設され、該２軸回転機構上に、レーザ光を反射するジンバルミラーが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザトラッカ。   2. The laser tracker according to claim 1, wherein the optical comb distance meter is disposed separately from the biaxial rotating mechanism, and a gimbal mirror that reflects laser light is provided on the biaxial rotating mechanism. . 前記光コム距離計が２軸回転機構上に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザトラッカ。   2. The laser tracker according to claim 1, wherein the optical comb distance meter is disposed on a biaxial rotating mechanism. 前記光コム距離計のヘッドとレーザ光源が別体とされ、該光コム距離計のヘッドが２軸回転機構上に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザトラッカ。   2. The laser tracker according to claim 1, wherein a head of the optical comb distance meter and a laser light source are provided separately, and the head of the optical comb distance meter is disposed on a biaxial rotating mechanism. 前記２軸回転機構に、固定データムと、該固定データムに対する光コム距離計のヘッドの変位を測定する変位計が配設されていることを特徴とする請求項４に記載のレーザトラッカ。   5. The laser tracker according to claim 4, wherein the biaxial rotation mechanism is provided with a fixed datum and a displacement meter for measuring the displacement of the head of the optical comb distance meter with respect to the fixed datum. 前記光コム距離計による絶対距離の測定を複数の波長で行って、空気の屈折率変化の影響を補償することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のレーザトラッカ。   6. The laser tracker according to claim 1, wherein measurement of an absolute distance by the optical comb distance meter is performed at a plurality of wavelengths to compensate for an influence of a change in the refractive index of air.
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