JP2947894B2 - 極座標型非接触測距装置 - Google Patents
極座標型非接触測距装置Info
- Publication number
- JP2947894B2 JP2947894B2 JP2195961A JP19596190A JP2947894B2 JP 2947894 B2 JP2947894 B2 JP 2947894B2 JP 2195961 A JP2195961 A JP 2195961A JP 19596190 A JP19596190 A JP 19596190A JP 2947894 B2 JP2947894 B2 JP 2947894B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polar coordinate
- arm
- stator
- reflector
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は非接触測距装置、特に光ヘテロダイン法によ
る非接触測距装置に関する。
る非接触測距装置に関する。
（従来の技術） 従来の光ヘテロダイン法では、測定用レーザーがミラ
ーにより方向を変えられたのち測定対象物へ照射される
ものであった。このため、精密測定にとって重要なレー
ザーの偏波面が所要の方向を保持できる直交座標型動作
装置にのみ適用されている。
ーにより方向を変えられたのち測定対象物へ照射される
ものであった。このため、精密測定にとって重要なレー
ザーの偏波面が所要の方向を保持できる直交座標型動作
装置にのみ適用されている。
極座標型に動作する装置ではミラーによる方向変更の
際に偏波面がねじれる。従って、この型の場合は機械的
計測（モーターの回転量の計測等）による他なかった。
際に偏波面がねじれる。従って、この型の場合は機械的
計測（モーターの回転量の計測等）による他なかった。
（発明が解決しようとする課題） 現在、検査の際に要求される測定精度は±１μｍレベ
ルもしくはサブミクロンレベルが要求されており、レー
ザー光ヘテロダイン法によれば極小波長を利用するため
これを容易に実現できる。しかし、この光ヘテロダイン
法は光の偏波を利用しているから、単なる鏡による反射
等を用いる方法では回転部分を有する極座標型アームへ
正しい偏光面のレーザーを供給することが不可能であっ
た。
ルもしくはサブミクロンレベルが要求されており、レー
ザー光ヘテロダイン法によれば極小波長を利用するため
これを容易に実現できる。しかし、この光ヘテロダイン
法は光の偏波を利用しているから、単なる鏡による反射
等を用いる方法では回転部分を有する極座標型アームへ
正しい偏光面のレーザーを供給することが不可能であっ
た。
このような実情に鑑み、本発明の目的は基部の周りに
回動する極座標型アームに対し、反射鏡によることな
く、歪みのないレーザー光線が導かれる構成の光ヘテロ
ダイン法による非接触測距装置を提供することにある。
回動する極座標型アームに対し、反射鏡によることな
く、歪みのないレーザー光線が導かれる構成の光ヘテロ
ダイン法による非接触測距装置を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明による極座標型非接触測距装置は、架台に枢着
されて回動可能な基部と、この基部に対してテレスコピ
ック伸縮が可能な延長部とを有する極座標型アームが設
けられ、この極座標型アームの前記基部に、光ヘテロダ
イン法による計測回路へのレーザー受信結果出力信号発
信器とレーザー照射用の固定子とが並置され、２周波レ
ーザー光源と前記固定子とが偏波保存性の光ファイバー
で接続されていると共に、該固定子から前記延長部の先
端近傍に設けた反射鏡に至る往路と該反射鏡から前記発
信器へ帰還する帰路となるからレーザー光路が前記極座
標型アームに沿って形成されていることを特徴とする。
されて回動可能な基部と、この基部に対してテレスコピ
ック伸縮が可能な延長部とを有する極座標型アームが設
けられ、この極座標型アームの前記基部に、光ヘテロダ
イン法による計測回路へのレーザー受信結果出力信号発
信器とレーザー照射用の固定子とが並置され、２周波レ
ーザー光源と前記固定子とが偏波保存性の光ファイバー
で接続されていると共に、該固定子から前記延長部の先
端近傍に設けた反射鏡に至る往路と該反射鏡から前記発
信器へ帰還する帰路となるからレーザー光路が前記極座
標型アームに沿って形成されていることを特徴とする。
本発明において、前記レーザー光路における反射鏡と
前記固定子及び発信器との間に、前記往路と帰路とが通
る反射鏡を含む干渉計が前記基部からの距離を不変に介
装され、前記延長部の先端近傍に設けた反射鏡の背面側
からは非接触型の測定子が前記極座標型アームの先端に
突設されているのが好ましい。
前記固定子及び発信器との間に、前記往路と帰路とが通
る反射鏡を含む干渉計が前記基部からの距離を不変に介
装され、前記延長部の先端近傍に設けた反射鏡の背面側
からは非接触型の測定子が前記極座標型アームの先端に
突設されているのが好ましい。
（作 用） 前記の極座標型アームの基部に固定されたレーザー光
線照射用の固定子へは、可撓性のガラスファイバーのよ
うな偏波保存性の光ファイバーを通して光源から２周波
レーザー光線が導かれるので、アームがどのように回動
してもレーザー光線の偏光面は変化しない。尚、アーム
先端近傍の１対の反射鏡における反射の態様、つまり反
射角度は該アームの回動・伸縮とは無関係に一定である
から、前記光路中においてレーザー偏光面が捩じれる恐
れはない。
線照射用の固定子へは、可撓性のガラスファイバーのよ
うな偏波保存性の光ファイバーを通して光源から２周波
レーザー光線が導かれるので、アームがどのように回動
してもレーザー光線の偏光面は変化しない。尚、アーム
先端近傍の１対の反射鏡における反射の態様、つまり反
射角度は該アームの回動・伸縮とは無関係に一定である
から、前記光路中においてレーザー偏光面が捩じれる恐
れはない。
前記アームの固定中心軸と被測定物体との間の距離が
変わると、該アームがテレスコピック、つまり望遠鏡の
筒のように伸縮し、該アーム先端の反射鏡は該固定中心
軸からの距離を変える。これに反し、前記干渉計は該固
定中心軸からの距離が常に一定であるから、結局該干渉
計と反射鏡との間の光路長が被測定物体の距離に応じて
変化する。その結果、該干渉計を通る往路のレーザー光
線と、同じく該干渉計を通る帰路のレーザー光線との間
における干渉の状態も前記距離の変化につれて変化する
ことになる。従って、この干渉状態の変化を検出すれば
対物距離を測定できる。
変わると、該アームがテレスコピック、つまり望遠鏡の
筒のように伸縮し、該アーム先端の反射鏡は該固定中心
軸からの距離を変える。これに反し、前記干渉計は該固
定中心軸からの距離が常に一定であるから、結局該干渉
計と反射鏡との間の光路長が被測定物体の距離に応じて
変化する。その結果、該干渉計を通る往路のレーザー光
線と、同じく該干渉計を通る帰路のレーザー光線との間
における干渉の状態も前記距離の変化につれて変化する
ことになる。従って、この干渉状態の変化を検出すれば
対物距離を測定できる。
光ヘテロダイン法による測距原理は第２図の通りであ
る。
る。
即ち、測定光f1と参照光f2の周波数をずらせ、ビート
周波数f2−f1と、被測定物からの反射光f1＋Δｆを参照
光から引いた値f2−（f1＋Δｆ）、との差Δｆをカウン
トして被測定物の変位を測定する。被測定物が光の進行
方向に速度ｖで動くと、反射光の周波数はドップラーシ
フトし、 となるので となる。
周波数f2−f1と、被測定物からの反射光f1＋Δｆを参照
光から引いた値f2−（f1＋Δｆ）、との差Δｆをカウン
トして被測定物の変位を測定する。被測定物が光の進行
方向に速度ｖで動くと、反射光の周波数はドップラーシ
フトし、 となるので となる。
ここの測定光f1と参照光f2は互いに直交する偏波であ
り、一本のレーザー光にまとめられ照射されている。
り、一本のレーザー光にまとめられ照射されている。
具体的には例えば２周波ヘリウムネオンレーザー発信
器１から出て基準ビームスプリッター２を通過した周波
数f1・f2の偏波レーザービームは干渉計17で別れ、周波
数f1のレーザービームはミラー3,4で反射されてレシー
バー５に至り、周波数f2のレーザービームは反射鏡17′
で反射されそのままレシーバー５に至る。このとき、例
えば周波数f1の方のレーザービームの周波数はf1±Δｆ
となっているものとし、これと周波数f2との差f2−f1±
Δｆはレシーバー５により誤差に相当した電気信号に変
換されて、例えば差動回路などを含んだ出力回路６へ測
定信号Ｓとして供給される。
器１から出て基準ビームスプリッター２を通過した周波
数f1・f2の偏波レーザービームは干渉計17で別れ、周波
数f1のレーザービームはミラー3,4で反射されてレシー
バー５に至り、周波数f2のレーザービームは反射鏡17′
で反射されそのままレシーバー５に至る。このとき、例
えば周波数f1の方のレーザービームの周波数はf1±Δｆ
となっているものとし、これと周波数f2との差f2−f1±
Δｆはレシーバー５により誤差に相当した電気信号に変
換されて、例えば差動回路などを含んだ出力回路６へ測
定信号Ｓとして供給される。
一方基準ビームスプリッター２から反射されたレーザ
ービームは、偏光ビームスプリッター７からミラー８を
経て光電変換素子９で電気信号に変えられ、増幅器10を
経て、２周波数f1とf2の差f2−f1に相当した参照信号Ｒ
として前記出力回路６へ供給される。
ービームは、偏光ビームスプリッター７からミラー８を
経て光電変換素子９で電気信号に変えられ、増幅器10を
経て、２周波数f1とf2の差f2−f1に相当した参照信号Ｒ
として前記出力回路６へ供給される。
該出力回路６では、前記両信号の差±Δｆが求められ
た出力信号Ｔとして、図外の、例えばリバーシブルカウ
ンターへ送られ、そこでアーム回動中心軸から先端の測
定子までの距離ｘがこのように求められる。
た出力信号Ｔとして、図外の、例えばリバーシブルカウ
ンターへ送られ、そこでアーム回動中心軸から先端の測
定子までの距離ｘがこのように求められる。
他方、該測定子には、これから測定対象物までの間の
距離ｙを非接触方式で簡単に求めることができる手段、
例えばレーザによる三角測量方式のＶ字形先端形状の非
接触形状測定子などを備えているから、ｘ＋ｙの計算
（但しｘ≫ｙ）によりアームの回動中心軸から測定対象
物までの距離が、偏波レーザービームを利用して極座標
方式で測定されるのである。
距離ｙを非接触方式で簡単に求めることができる手段、
例えばレーザによる三角測量方式のＶ字形先端形状の非
接触形状測定子などを備えているから、ｘ＋ｙの計算
（但しｘ≫ｙ）によりアームの回動中心軸から測定対象
物までの距離が、偏波レーザービームを利用して極座標
方式で測定されるのである。
（実施例） 次に、本発明の具体的な一実施例を図面を参照しつつ
説明する。第１図に示されるように、支持台20には、周
波数の異なる２条の偏波レーザービームを発振する構成
の、２周波ヘリウムネオンレーザー発振器11が設置され
ている。
説明する。第１図に示されるように、支持台20には、周
波数の異なる２条の偏波レーザービームを発振する構成
の、２周波ヘリウムネオンレーザー発振器11が設置され
ている。
このレーザー発振器11で発生され集光レンズ12で集光
されたレーザービームは、偏波保存性の光ファイバー13
によって極座標型アーム21の基部22上の固定子23へ導か
れる。該基部22には同軸芯上にモーター15が取付けら
れ、該モーター15を介して架台14へ該アームが枢着され
ている。
されたレーザービームは、偏波保存性の光ファイバー13
によって極座標型アーム21の基部22上の固定子23へ導か
れる。該基部22には同軸芯上にモーター15が取付けら
れ、該モーター15を介して架台14へ該アームが枢着され
ている。
前記極座標型アーム21はテレスコピック構造であり、
基部22に内嵌されこの基部22からの摺動的突出と引込み
が制御される第１延長部22aと、該第１延長部22aに内嵌
され、この第１延長部22aからの摺動的突出と引込みが
制御される第２延長部22bを備えている。第１および第
２延長部22a,22bの引込み時のほぼ全長に相当した長さ
の固定突出部22cは前記基部22と一体に形成され、該基
部22から離隔した側の端部近傍には干渉計17と反射鏡17
とが取付けられている。一方、第２延長部22bの先端側
には反射鏡18と、更にこれよりも前方へ突出した非接触
型測定子19とが取付けられている。
基部22に内嵌されこの基部22からの摺動的突出と引込み
が制御される第１延長部22aと、該第１延長部22aに内嵌
され、この第１延長部22aからの摺動的突出と引込みが
制御される第２延長部22bを備えている。第１および第
２延長部22a,22bの引込み時のほぼ全長に相当した長さ
の固定突出部22cは前記基部22と一体に形成され、該基
部22から離隔した側の端部近傍には干渉計17と反射鏡17
とが取付けられている。一方、第２延長部22bの先端側
には反射鏡18と、更にこれよりも前方へ突出した非接触
型測定子19とが取付けられている。
前記基部22において前記固定子23と並置されているの
はレシーバー16であり、従って該極座標型アーム21上に
は、固定子23から干渉計17を取り反射鏡17′に、ならび
に固定子23から干渉計17を通り反射鏡18に至る往路（１
点鎖線）30と、該反射鏡18から干渉計17を経て出力信号
発信器としてのレシーバー16に帰還する帰路（２点鎖
線）31とからなる光路が形成され、該光路は第２図右上
部の１点鎖線枠Ｋ内の構成部分に対応している。
はレシーバー16であり、従って該極座標型アーム21上に
は、固定子23から干渉計17を取り反射鏡17′に、ならび
に固定子23から干渉計17を通り反射鏡18に至る往路（１
点鎖線）30と、該反射鏡18から干渉計17を経て出力信号
発信器としてのレシーバー16に帰還する帰路（２点鎖
線）31とからなる光路が形成され、該光路は第２図右上
部の１点鎖線枠Ｋ内の構成部分に対応している。
使用に当っては、非接触型測定子19からの測定対象物
位置情報にもとづいて前記モーター15の回転による矢印
Ｕ方向の、前記極座標型アーム基部22の回動と、前記第
１および第２延長部22a,22bの出退量の調節とによって
測定対象物（図示せず）表面から常に一定距離離れた位
置で倣うように非接触型測定子19が合致させられる。
位置情報にもとづいて前記モーター15の回転による矢印
Ｕ方向の、前記極座標型アーム基部22の回動と、前記第
１および第２延長部22a,22bの出退量の調節とによって
測定対象物（図示せず）表面から常に一定距離離れた位
置で倣うように非接触型測定子19が合致させられる。
その結果、干渉計17と反射鏡18までの距離が変わり、
第３図に示されるように基部22から該反射鏡18までの間
の距離ｘが前記第２図の原理により測定されることにな
る。その際、レシーバー16から制御装置32へ図外のケー
ブルを通じ送られる出力信号と、同じく前記レーザー発
振器11及び第２図の２点鎖線Ｌ内に示した各部から図外
のケーブルを通じ制御装置32へ送られる各種信号とが距
離の演算に利用されるのである。
第３図に示されるように基部22から該反射鏡18までの間
の距離ｘが前記第２図の原理により測定されることにな
る。その際、レシーバー16から制御装置32へ図外のケー
ブルを通じ送られる出力信号と、同じく前記レーザー発
振器11及び第２図の２点鎖線Ｌ内に示した各部から図外
のケーブルを通じ制御装置32へ送られる各種信号とが距
離の演算に利用されるのである。
上記実施例は次のように改変できる。例えば、アーム
の先端にアーム先端から対象物ｗまでの距離を非接触で
計測する測定子19をとりつけ、その距離ｙを求め、これ
に極座標用測距装置で求めたアーム中心からアーム先端
までの直線距離ｘを足し合わすと、このｘ＋ｙはアーム
中心から測定対象物ｗまでの高精度な距離を示す。
の先端にアーム先端から対象物ｗまでの距離を非接触で
計測する測定子19をとりつけ、その距離ｙを求め、これ
に極座標用測距装置で求めたアーム中心からアーム先端
までの直線距離ｘを足し合わすと、このｘ＋ｙはアーム
中心から測定対象物ｗまでの高精度な距離を示す。
これを用いれば検査用、測定用三次元非接触測定機に
応用できる。
応用できる。
そのほか、前記モーター15を介し架台14へ連結されて
いるアーム基部22を、該架台14に対し平行に移動できる
ようにいわばＸ−Ｙ移動型に近い構成とすれば、測定対
象製図が拡大し好都合である。
いるアーム基部22を、該架台14に対し平行に移動できる
ようにいわばＸ−Ｙ移動型に近い構成とすれば、測定対
象製図が拡大し好都合である。
（発明の効果） 偏波保存性の光ファイバーを用いることにより、本発
明によれば極座標型に動くアームの半径方向の移動量測
定に光ヘテロダイン法を用いることが可能となった。こ
れにより例えば球面の測定を行う場合などに、従来の機
械的な計測（アーム先端の移動量をモーターの回転等で
知る）より格段に高精度（分解能はヘリウムネオンレー
ザー使用で0.1582μｍ）な計測が可能である。
明によれば極座標型に動くアームの半径方向の移動量測
定に光ヘテロダイン法を用いることが可能となった。こ
れにより例えば球面の測定を行う場合などに、従来の機
械的な計測（アーム先端の移動量をモーターの回転等で
知る）より格段に高精度（分解能はヘリウムネオンレー
ザー使用で0.1582μｍ）な計測が可能である。
第１図は本発明の一実施例に係る装置の斜視説明図、第
２図は測定原理を示した光路・回路図、第３図は要部拡
大斜視図であるとともに応用例を示す図である。 １……２周波ヘリウムネオンレーザー発振器 ２……基準ビームスプリッター 3,4,8……ミラー ５……レシーバー ６……出力回路 ７……偏光ビームスプリッター ９……光電変換素子 10……増幅器 11……２周波ヘリウムネオンレーザー発振器 12……集光レンズ 13……光ファイバー 14……架台 15……モーター 16……レシーバー 17……干渉計、17′……反射鏡 18……反射鏡 19……非接触型測定子 20……支持台 21……極座標型アーム 22……基部 23……固定子 30……往路 31……帰路 32……制御装置
２図は測定原理を示した光路・回路図、第３図は要部拡
大斜視図であるとともに応用例を示す図である。 １……２周波ヘリウムネオンレーザー発振器 ２……基準ビームスプリッター 3,4,8……ミラー ５……レシーバー ６……出力回路 ７……偏光ビームスプリッター ９……光電変換素子 10……増幅器 11……２周波ヘリウムネオンレーザー発振器 12……集光レンズ 13……光ファイバー 14……架台 15……モーター 16……レシーバー 17……干渉計、17′……反射鏡 18……反射鏡 19……非接触型測定子 20……支持台 21……極座標型アーム 22……基部 23……固定子 30……往路 31……帰路 32……制御装置
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01B 21/00 - 21/30 G01B 9/02
Claims (2)
- 【請求項１】架台に枢着されて回動可能な基部と、この
基部に対してテレスコピック伸縮が可能な延長部とを有
する極座標型アームが設けられ、この極座標型アームの
前記基部に、光ヘテロダイン法による計測回路へのレー
ザー受信結果出力信号発信器とレーザー照射用の固定子
とが並置され、２周波レーザー光源と前記固定子とが偏
波保存性の光ファイバーで接続されていると共に、該固
定子から前記延長部の先端近傍に設けた反射鏡に至る往
路と該反射鏡から前記発信器へ帰還する帰路とからなる
レーザー光路が前記極座標型アームに沿って形成されて
いることを特徴とする極座標型非接触測距装置。 - 【請求項２】前記レーザー光路における反射鏡と前記固
定子及び発信器との間に、前記往路と帰路とが通る反射
鏡を含む干渉計が前記基部からの距離を不変に介装さ
れ、前記延長部の先端近傍に設けた反射鏡の背面側から
は非接触型の測定子が前記極座標型アームの先端に突設
されている請求項１に記載の極座標型非接触測距装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2195961A JP2947894B2 (ja) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | 極座標型非接触測距装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2195961A JP2947894B2 (ja) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | 極座標型非接触測距装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0481602A JPH0481602A (ja) | 1992-03-16 |
| JP2947894B2 true JP2947894B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=16349868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2195961A Expired - Fee Related JP2947894B2 (ja) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | 極座標型非接触測距装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2947894B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3355025B1 (en) | 2016-11-30 | 2021-11-10 | Ishikawa, Teruko | Displacement measurement device |
-
1990
- 1990-07-24 JP JP2195961A patent/JP2947894B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0481602A (ja) | 1992-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10302413B2 (en) | Six degree-of-freedom laser tracker that cooperates with a remote sensor | |
| US9476695B2 (en) | Laser tracker that cooperates with a remote camera bar and coordinate measurement device | |
| US4969736A (en) | Integrated fiber optic coupled proximity sensor for robotic end effectors and tools | |
| EP1407291B1 (en) | Chopper-stabilized absolute distance meter | |
| US5530549A (en) | Probing retroreflector and methods of measuring surfaces therewith | |
| US4824251A (en) | Optical position sensor using coherent detection and polarization preserving optical fiber | |
| WO2018103268A1 (zh) | 用于测量转轴六自由度几何误差的激光测量***及方法 | |
| US3768910A (en) | Detecting the position of a surface by focus modulating the illuminating beam | |
| JP2008514967A (ja) | 移動再帰反射器を測定する絶対距離計 | |
| US3909131A (en) | Surface gauging by remote image tracking | |
| JPH02502755A (ja) | 干渉測定装置用光学装置 | |
| US4775236A (en) | Laser based roundness and diameter gaging system and method of using same | |
| EP0208276A1 (en) | Optical measuring device | |
| US4678337A (en) | Laser based gaging system and method of using same | |
| JP2947894B2 (ja) | 極座標型非接触測距装置 | |
| US4929082A (en) | Laser linear distance measurement system and apparatus | |
| JP2016212098A (ja) | 焦点調整機構を有するスキャナ・トラッカ複合装置 | |
| JP2795613B2 (ja) | 移動体の位置及び姿勢の測定方法 | |
| JP2823112B2 (ja) | 測距儀 | |
| US3820902A (en) | Measuring method and apparatus which compensate for abbe s error | |
| JPH0754802Y2 (ja) | 接触式表面形状測定器 | |
| JPH0452402B2 (ja) | ||
| JP3448779B2 (ja) | 光ファイバーセンサー | |
| JP3045567B2 (ja) | 移動***置測定装置 | |
| JPS6029684Y2 (ja) | 光学的微小変位測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |