JP6637827B2 - Combined scanner / tracker with focus adjustment mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、次元座標を測定する光学測定機器に関し、特に、物体を測定するための複数の光学装置を備える非接触光学測定機器に関する。 The present invention relates to an optical measurement device for measuring dimensional coordinates, and more particularly to a non-contact optical measurement device including a plurality of optical devices for measuring an object.
関連出願との相互参照
本願は、2013年2月12日に出願された「マルチモード光学測定機器および動作方法(Multi−Mode Optical Measurement Device and Method of Operation)」と題する米国特許出願第13/765,014号の一部継続出願であり、同出願の内容の全体を参照によって本願に援用する。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a U.S. patent application Ser. No. 13/765, filed Feb. 12, 2013, entitled "Multi-Mode Optical Measurement Device and Method of Operation." No. 014, which is incorporated herein by reference in its entirety.
非接触光学測定機器は、物体上の点の座標を測定するために使用されてもよい。1つの種類の光学測定機器は、ある点の三次元(3D)座標を、レーザビームをその点に送ることによって測定する。レーザビームは、その点に直接衝突しても、またはその点と接触するレトロリフレクタターゲットに衝突してもよい。何れの場合も、機器はその点の座標を、ターゲットまでの距離と2つの角度を測定することによって特定する。距離は、絶対距離計または干渉計等の距離測定器で測定される。角度は、角度エンコーダ等の角度測定器で測定される。機器の中のジンバル式ビームステアリング機構がレーザビームを関心対象点へと方向付ける。 Non-contact optical measurement equipment may be used to measure the coordinates of points on an object. One type of optical measurement instrument measures the three-dimensional (3D) coordinates of a point by sending a laser beam to that point. The laser beam may strike the point directly or may strike a retro-reflector target in contact with the point. In each case, the device determines the coordinates of the point by measuring the distance to the target and two angles. The distance is measured by a distance measuring device such as an absolute distance meter or an interferometer. The angle is measured by an angle measuring device such as an angle encoder. A gimbaled beam steering mechanism in the instrument directs the laser beam to a point of interest.
レーザトラッカは特定の種類の座標測定器であり、それが発する1つまたは複数のレーザビームによりレトロリフレクタターゲットを追跡する。レーザトラッカと密接に関係する光学測定機器は、レーザスキャナとトータルステーションである。レーザスキャナは1つまたは複数のレーザビームで表面上の点をステップ走査する。これは表面から散乱した光をピックアップし、この光から各点までの距離と2つの角度を特定する。トータルステーションは、測量分野で使用されることが最も多く、拡散的に散乱する(非協力的)ターゲットまたはレトロリフレクタ型(協力的)ターゲットの座標を測定するために使用されてもよい。 A laser tracker is a specific type of coordinate measuring machine that tracks a retro-reflector target with one or more laser beams emitted by it. Optical measuring instruments closely related to the laser tracker are the laser scanner and the total station. Laser scanners step scan points on a surface with one or more laser beams. It picks up light scattered from the surface and specifies the distance from this light to each point and two angles. Total stations are most often used in the field of surveying and may be used to measure the coordinates of diffusely scattered (non-cooperative) or retroreflector-type (cooperative) targets.
レーザトラッカはレーザビームをレトロリフレクタターゲットに送ることによって動作し、これが特定の点の座標の測定に使用される。一般的な種類のレトロリフレクタターゲットは、測定球(spherically mounted retroreflector)(SMR)であり、これは金属球内に埋め込まれたキューブコーナレトロリフレクタを含む。キューブコーナレトロリフレクタは、相互に垂直な3つのミラーを含む。3つのミラーの共通の交差点である頂点が球の中心に位置付けられる。球内のキューブコーナの配置の測定点に対する機械的関係はわかっている(即ち、頂点からSMRが載置されているどの表面までの垂直距離も、SMRが回転しても一定に保たれる)ため、測定点の位置を特定できる。その結果、レーザトラッカはある表面の3D座標を、SMRが表面上で移動する間にその位置を追うことによって測定できる。言い換えれば、レーザトラッカは、3自由度だけ(半径方向の距離1つと2つの角度)を測定すれば、表面の3D座標を十分に特徴付けることができる。 Laser trackers operate by sending a laser beam to a retro-reflector target, which is used to measure the coordinates of a particular point. A common type of retro-reflector target is a spherically mounted retroreflector (SMR), which includes a cube-corner retroreflector embedded within a metal sphere. The cube corner retroreflector includes three mutually perpendicular mirrors. The vertex, which is the common intersection of the three mirrors, is located at the center of the sphere. The mechanical relationship of the cube corner placement within the sphere to the measurement point is known (ie, the vertical distance from the apex to any surface on which the SMR rests remains constant as the SMR rotates). Therefore, the position of the measurement point can be specified. As a result, the laser tracker can measure the 3D coordinates of a surface by following its position as the SMR moves over the surface. In other words, a laser tracker can fully characterize the 3D coordinates of a surface if it measures only three degrees of freedom (one and two radial distances).
1つの種類のレーザトラッカは、干渉計(interferometer)(IFM)のみを含み、絶対距離計(absolute distance meter)(ADM)を持たない。物体によってこれらのトラッカのうちの1つからのレーザビームの経路が遮断されると、IFMはその距離基準を失う。するとオペレータは、レトロリフレクタを既知の位置まで追跡して、基準距離をリセットしてからでなければ測定を継続できない。この制限の回避策は、ADMをトラッカ内に含めることである。ADMは、狙い撃ち方式で距離を測定できる。 One type of laser tracker includes only an interferometer (IFM) and does not have an absolute distance meter (ADM). If the object blocks the path of the laser beam from one of these trackers, the IFM loses its distance reference. The operator can then follow the retro-reflector to a known position and reset the reference distance before continuing the measurement. A workaround for this limitation is to include the ADM in the tracker. The ADM can measure the distance in a shooting manner.
トラッカはある地点に留まるため、レーザ出力に制約を設けて、所望の分類をIEC 60825−1の標準内に保つことが望ましい。それゆえ、トラッカが低いレーザ出力で動作することが望まれる。測定点を明確に定義することに加えて、SMRはレーザ出力の大部分を戻す。これに対して、レーザスキャナは連続的に移動するように構成されてもよく、これによって、動作領域内にいる人物の一部分に堆積する全エネルギーが小さいため、所望のIEC 60825−1分類を実現できる。それゆえ、レーザスキャナは、より高いレーザ出力レベルで動作し、また非協力的ターゲットでも動作できるが、一般的にはレーザトラッカより精度が低く、距離が短い。 Since the tracker stays at a certain point, it is desirable to place constraints on the laser power and keep the desired classification within the IEC 60825-1 standard. Therefore, it is desired that the tracker operate at low laser power. In addition to clearly defining the measurement points, SMR returns most of the laser power. In contrast, laser scanners may be configured to move continuously, thereby achieving the desired IEC 60825-1 classification because the total energy deposited on a portion of the person in the operating area is small. it can. Thus, laser scanners operate at higher laser power levels and can operate with non-cooperative targets, but are generally less accurate and have a shorter distance than laser trackers.
レーザスキャナはまた、レーザビームを物体に向けて送る。レーザトラッカはオペレータと(レトロリフレクタターゲットを介して)相互作用するため、レーザが目に見えることが望ましい。しかしながら、レーザスキャナはその他の波長、例えば赤外または可視波長で動作してもよく、これは、オペレータにとって光ビームが目に見えなくてもよいからである。レーザスキャナは、物体から反射された光を受け取り、一部に、光が物体に当たってスキャナに戻るまでの飛行時間に基づいて物体上の点までの距離を判断する。一部のレーザスキャナは、ゼニス軸の周囲で連続的に回転し、同時にレーザビームをアジマス軸の周囲で回転させ、レーザスキャナ周辺の領域内の点の座標を特定できる。また別のレーザスキャナは、光ビームを単独の点に、または所定のパターン、例えばラスタパターンで方向付ける。 Laser scanners also direct a laser beam toward an object. Since the laser tracker interacts with the operator (via a retro-reflector target), it is desirable that the laser be visible. However, laser scanners may operate at other wavelengths, such as infrared or visible wavelengths, because the light beam may not be visible to the operator. Laser scanners receive light reflected from an object and determine, in part, the distance to a point on the object based on the time of flight before the light hits the object and returns to the scanner. Some laser scanners rotate continuously around the zenith axis while simultaneously rotating the laser beam around the azimuth axis to identify the coordinates of points in the area around the laser scanner. Still other laser scanners direct the light beam to a single point or in a predetermined pattern, for example, a raster pattern.
理解すべき点として、レーザスキャナは複数の点の座標をレーザトラッカよりはるかに高速で取得できる。しかしながら、レーザトラッカは、より高い精度で距離を測定する。さらに、レーザトラッカは特定の点に留まるため、測定は一般に1秒の何分の1かに統合されて、電子部品および大気乱流のノイズが低減される。レーザスキャナは一般に、1秒に数百万というオーダの点を測定するため、測定値は一般にマイクロ秒または1マイクロ秒の何分の1かのオーダで行われる。それゆえ、スキャナでは電子部品と大気乱流からのノイズははるかに大きい可能性がある。 It should be understood that a laser scanner can acquire coordinates of multiple points much faster than a laser tracker. However, laser trackers measure distance with greater accuracy. In addition, since the laser tracker stays at a particular point, the measurements are typically integrated in a fraction of a second to reduce the noise of electronic components and atmospheric turbulence. Because laser scanners typically measure points on the order of millions of seconds, measurements are typically made on the order of microseconds or fractions of a microsecond. Therefore, noise from electronic components and atmospheric turbulence can be much higher in a scanner.
したがって、既存の非接触光学測定機器はその所期の目的には適しているが、依然として改善の必要があり、特にオペレータが複数の動作モードの中から動作モードを選択できるような光学測定機器を提供する必要がある。 Therefore, while existing non-contact optical measuring instruments are suitable for their intended purpose, they still need to be improved, especially optical measuring instruments that allow the operator to select one of several operating modes. Must be provided.
本発明の1つの態様によれば、座標測定機器は、光伝送システムと、第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含む第一の絶対距離計であって、第一の光源は光伝送システムを通じて第一の光をレトロリフレクタターゲットに送るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットによって反射されたことに応答して第一の電気信号を生成して、第一の電気信号を第一の電気回路に送信するように構成され、第一の電気回路は、座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第一の絶対距離計と、第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含む第二の絶対距離計であって、第二の光源は調節可能焦点調整機構光伝送システムを通じて第二の光を物体表面へと送るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、第二の光が物体表面により反射されたことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第二の絶対距離計と、光伝送システムと第一の絶対距離計と第二の絶対距離計に動作的に連結された構造と、構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、構造を第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸が第一の軸に対して実質的に垂直であるような第二のモータと、構造に動作的に連結された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、位置検出器であって、座標測定機器により発せられ、レトロリフレクタターゲットによって反射された放射の一部を受け取るように構成され、少なくとも一部に放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて第三の電気信号を生成するように構成された位置検出器と、プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、を含み、第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第二の角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、第二の光を物体表面に向けるステップと、物体表面上のある点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその点までの第一の回転角度と物体表面上のその点の第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む。 According to one aspect of the present invention, the coordinate measuring device is a first absolute distance meter including an optical transmission system, a first light source, a first light detector, and a first electric circuit, The first light source is configured to send the first light to the retro-reflector target through the light transmission system, and the first light detector further includes a second light source responsive to the first light being reflected by the retro-reflector target. Generating a first electrical signal and transmitting the first electrical signal to a first electrical circuit, wherein the first electrical circuit includes a first distance from the coordinate measuring device to the retro-reflector target; A first absolute distance meter configured to determine based at least in part on the first electrical signal; a second light source; an adjustable focus adjustment mechanism; a second photodetector; A second absolute distance meter including an electrical circuit, The second light source is configured to send the second light to the object surface through the adjustable focusing mechanism light transmission system, and the second light detector is reflected by the object surface and passes through the light transmission system. The second light detector is further configured to receive the second light, the second light detector further generating a second electrical signal in response to the second light being reflected by the object surface, and generating the second electrical signal. Configured to transmit to a second electrical circuit, wherein the second electrical circuit determines a second distance from the coordinate measuring device to the object surface, at least in part, based on the second electrical signal. A second absolute distance meter as configured, a structure operatively connected to the optical transmission system and the first and second absolute distance meters, and rotating the structure about the first axis. A first motor configured to cause the first motor to be operatively coupled to the structure; A first angle transducer, wherein the first angle transducer is configured to measure a first rotational angle about the first axis, and the structure is rotated about the second axis. A second motor, the second axis of which is substantially perpendicular to the first axis, and a second angle operatively connected to the structure. A second angle transducer configured to measure a second rotation angle about the second axis, and a position detector, emitted by the coordinate measuring device, the retroreflector. A position detector configured to receive a portion of the radiation reflected by the target, and configured to generate a third electrical signal based at least in part on a location where the portion of the radiation strikes the position detector; , The processor, operating in the first mode and the second mode A first mode of tracking the retro-reflector target based at least in part on the third electrical signal, the first mode of the retro-reflector target. The three-dimensional coordinates are determined, at least in part, by a first rotation angle to the retro-reflector target at the first position, a second angle of the retro-reflector target at the first position, and a first angle of the retro-reflector target at the first position. Determining based on the distance of the second mode, directing a second light to the surface of the object, the second three-dimensional coordinates of a point on the surface of the object, at least in part, the surface of the object The first rotation angle to that point on the object, the second rotation angle of the point on the object surface, and the second distance of the point on the object surface Comprising the step of determining by Zui, second mode, further comprising the step of adjusting the adjustable focus adjustment mechanism.
本発明の座標測定機器において、光伝送システムは、内側光路と外側光路を有し、外側光路は内側光路と同軸で、内側光路の外側にあり、第一の光検出器は、レトロリフレクタターゲットにより反射され、光伝送システムの内側光路を通過した第一の光を受け取るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムの外側光路を通過した第二の光を受け取るように構成されることとしても好適である。 In the coordinate measuring device of the present invention, the optical transmission system has an inner optical path and an outer optical path, the outer optical path is coaxial with the inner optical path, and is outside the inner optical path, and the first photodetector is provided by a retroreflector target. The second light detector is configured to receive the first light reflected and passed through the inner light path of the light transmission system, and the second light detector is configured to receive the first light reflected by the object surface and passed through the outer light path of the light transmission system. Is also suitable.
また、本発明の座標測定機器において、構造を一方向に回転させることによって、螺旋状の経路に沿って第二の光を発することとしても好適であるし、光伝送システムは、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取るように位置付けられた環状開口をさらに含むこととしても好適である。 Further, in the coordinate measuring device of the present invention, it is preferable that the structure is rotated in one direction so that the second light is emitted along a spiral path, and the optical transmission system is reflected by the object surface. It is also suitable to further include an annular aperture positioned to receive a part of the second light.
また、本発明の座標測定機器において、プロセッサは、第二の絶対距離計が第二の光を発しているときに第一の光を発するように構成されることとしても好適である。 Further, in the coordinate measuring device of the present invention, it is preferable that the processor is configured to emit the first light when the second absolute distance meter emits the second light.
また、本発明の座標測定機器において、第一の光の波長は約700ナノメートルであることとしても好適であるし、第二の光の波長は約1550ナノメートルであることとしても好適である。 In the coordinate measuring instrument of the present invention, the wavelength of the first light is preferably about 700 nm, and the wavelength of the second light is also preferably about 1550 nm. .
本発明の他の態様によれば、座標測定機器は、構造と、構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、構造を第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸が第一の軸に対して実質的に垂直であり、第二の軸の投影が第一の軸の投影とジンバル点で交差するような第二のモータと、構造に動作的に連結された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、構造に動作的に連結された光伝送システムと、構造に動作的に連結された第一の絶対距離計であって、第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含み、第一の光源は第一の光伝送システムを通じて第一の光を、ジンバル点からレトロリフレクタターゲットまで延びる第一の線の一部に沿って送るように構成され、第一の線は第一の軸に垂直であり、第一の光検出器はレトロリフレクタターゲットにより反射され、光伝送システムを通過した第一の光を受け取るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットにより反射されたことに応答して第一の電気信号を生成し、第一の電気信号を第一の電気回路に伝送するように構成され、第一の電気回路は座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第一の絶対距離計と、構造に動作的に連結された第二の絶対距離計であって、第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含み、第二の光源は、調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を、ジンバル点から物体表面まで延びる第二の線の一部に沿って送るように構成され、第二の線は第一の軸に垂直であり、第二の線は第一の線とは異なり、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、第二の光が物体表面によって反射されたことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第二の絶対距離計と、位置検出器であって、座標測定機器によって発せられ、レトロリフレクタターゲットによって反射された放射の一部を受け取るように構成され、第三の電気信号を、少なくとも一部に光放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて生成するように構成されるような位置検出器と、プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、を含み、第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを、少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第二の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で回転させるステップと、物体表面上の点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその点までの第一の回転角度と物体表面上のその点までの第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む。 According to another aspect of the invention, a coordinate measuring device includes a structure, a first motor configured to rotate the structure about a first axis, and a first motor operatively coupled to the structure. An angle transducer, wherein the first angle transducer is configured to measure a first rotation angle about a first axis, and the structure is configured to rotate the structure about a second axis. A second motor, wherein the second axis is substantially perpendicular to the first axis and the projection of the second axis intersects the projection of the first axis at a gimbal point. A second angle transducer operatively coupled to the second motor and the structure, the second angle transducer configured to measure a second rotation angle about the second axis. An optical transmission system operatively connected to the structure, and a first absolute distance meter operatively connected to the structure, wherein the first light source and the first A first light source includes a detector and a first electrical circuit, the first light source transmitting the first light through a first light transmission system along a portion of a first line extending from a gimbal point to a retroreflector target. Wherein the first line is perpendicular to the first axis and the first photodetector is configured to receive the first light reflected by the retro-reflector target and passing through the optical transmission system; The light detector is further configured to generate a first electrical signal in response to the first light being reflected by the retroreflector target, and to transmit the first electrical signal to the first electrical circuit. Wherein the first electrical circuit is configured to determine a first distance from the coordinate measuring device to the retro-reflector target based at least in part on the first electrical signal. And the structure An operably coupled second absolute distance meter, the second absolute light meter including a second light source, an adjustable focus adjustment mechanism, a second light detector, and a second electrical circuit, wherein the second light source is adjustable. Configured to send a second light through the focusing mechanism and the light transmission system along a portion of a second line extending from the gimbal point to the object surface, the second line being perpendicular to the first axis; The second line is different from the first line and the second light detector is configured to receive the second light reflected by the object surface and passing through the light transmission system, the second light detection The device is further configured to generate a second electrical signal in response to the second light being reflected by the object surface, and to transmit the second electrical signal to the second electrical circuit. The electrical circuit of at least partly measures the second distance from the coordinate measuring device to the surface of the object. A second absolute distance meter, such as configured to make a decision based on the signal, and a position detector for receiving a portion of the radiation emitted by the coordinate measuring instrument and reflected by the retroreflector target. A position detector configured to generate the third electrical signal based at least in part on a position at which a portion of the light radiation impinges on the position detector; and And a processor having a computer readable medium configured to operate in a second mode, wherein the first mode comprises a step of providing a retroreflector target based at least in part on a third electrical signal. Tracking and the first three-dimensional coordinates of the retro-reflector target at least in part at a first position of the retro-reflector target at the first location. Determining based on the rotation angle and a second rotation angle to the retro-reflector target at the first position and a first distance of the retro-reflector target at the first position, wherein the second mode comprises: Rotating about one axis, and converting the second three-dimensional coordinates of the point on the object surface, at least in part, to a first rotation angle to that point on the object surface and to that point on the object surface And the second mode further comprises adjusting the adjustable focus adjustment mechanism based on the second angle of rotation and the second distance of the point on the object surface.
また、本発明の座標測定機器において、第一の線は第一の半径方向に延び、第二の線は第二の半径方向に延びて、それらの間に角度をなし、角度が5度〜180度であることとしても好適であるし、角度が90度であること、としても好適である。 Also, in the coordinate measuring device of the present invention, the first line extends in the first radial direction, and the second line extends in the second radial direction, forming an angle between them, and an angle of 5 degrees or more. It is also preferable that the angle is 180 degrees, and that the angle is 90 degrees.
本発明の他の態様によれば、座標測定機器は、光伝送システムと、第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含む第一の絶対距離計であって、第一の光源は、光伝送システムを通じて第一の光をレトロリフレクタターゲットへと送るように構成され、第一の光検出器はレトロリフレクタターゲットによって反射され、光伝送システムを通過した第一の光を受け取るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットにより反射されたことに応答して第一の電気信号を生成し、第一の電気信号を第一の電気回路に送信するように構成され、第一の電気回路は、座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第一の絶対距離計と、第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含む第二の絶対距離計であって、第二の光源は、調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を物体表面へと送るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、第二の光が物体表面により反射されたことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第二の絶対距離計と、光伝送システムと第一の絶対距離計と第二の絶対距離計に動作的に連結された構造であって、回転するように取り付けられたミラーを含み、ミラーは第一の光と第二の光の光路内に配置されているような構造と、構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、ミラーを第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸は第一の軸に実質的に垂直であるような第二のモータと、ミラーに動作的に接続された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、位置検出器であって、座標測定機器により発せられ、レトロリフレクタターゲットにより反射された放射の一部を受け取るように構成され、第三の電気信号を、少なくとも一部に放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて生成するように構成された位置検出器と、プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、を含み、第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを、少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第二の回転角度と、第一の位置におけるレトロリフレクタの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で回転させるステップと、物体表面上のある点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその位置までの第一の回転角度と物体表面上のその位置までの第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む。
According to another aspect of the present invention, the coordinate measuring device is a first absolute distance meter including an optical transmission system, a first light source, a first light detector, and a first electric circuit, One light source is configured to send the first light through the light transmission system to the retro-reflector target, and the first light detector reflects the first light reflected by the retro-reflector target and passing through the light transmission system. The first light detector is further configured to generate a first electrical signal in response to the first light being reflected by the retro-reflector target, and to generate the first electrical signal in the first light detector. The first electrical circuit is configured to determine a first distance from the coordinate measuring device to the retro-reflector target based at least in part on the first electrical signal. ing Such a first absolute distance meter, a second absolute distance meter including a second light source, an adjustable focus adjustment mechanism, a second photodetector and a second electric circuit, wherein the second light source, The second light detector is configured to send the second light to the object surface through the adjustable focus adjustment mechanism and the light transmission system, and the second light detector reflects the second light reflected by the object surface and passing through the light transmission system. The second light detector is further configured to generate a second electrical signal in response to the second light being reflected by the object surface, and to generate the second electrical signal in the second electrical detector. A second electrical circuit configured to transmit to the circuit, wherein the second electrical circuit is configured to determine a second distance from the coordinate measuring device to the object surface, based at least in part on the second electrical signal. Such as the second absolute distance meter, the optical transmission system and the first absolute distance meter A structure operatively connected to the absolute distance meter of
また、本発明の座標測定機器において、第二のモードにおいて、第一のモータは構造を第一の速度で回転させ第二のモータはミラーを第二の速度で回転させ、第二の速度は第一の速度より速いこととしても好適であるし、第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で一方向に回転させるステップを含むこととしても好適である。 In the coordinate measuring device of the present invention, in the second mode, the first motor rotates the structure at the first speed, the second motor rotates the mirror at the second speed, and the second speed is It is also preferred that the speed is higher than the first speed, and that the second mode includes rotating the structure in one direction about the first axis.
上記およびその他の利点と特徴は、以下の説明を図面と共に読むことによってより明らかとなるであろう。 These and other advantages and features will become more apparent when the following description is read in conjunction with the drawings.
本発明とみなされる主旨は明細書の末尾の特許請求の範囲において具体的に指摘され、明確に請求されている。本発明の上記およびその他の特徴と利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と共に読むことから明らかとなる。 The subject matter which is regarded as the invention is particularly pointed out and distinctly claimed in the concluding portion of the specification. The above and other features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings.
本発明は、オペレータが複数の動作モードの中から動作モードを選択できるような光学測定機器を提供することができる。 The present invention can provide an optical measuring device that allows an operator to select an operation mode from a plurality of operation modes.
詳細な説明では、本発明の実施形態を例として、図を参照しながら利点と特徴と共に説明する。 The detailed description explains embodiments of the invention, together with advantages and features, by way of example with reference to the drawings.
本発明の実施形態は、レーザトラッカとしても、レーザスキャナとしても動作できる光学測定機器を提供する。これは、通常はオペレータが手に持つ協力的ターゲットを用いるより高精度の測定と、通常はオペレータが積極的に支援しない高速で(通常は)より低精度の測定の何れも可能であるという利点を提供する。これら2つの動作モードは、単独の一体型機器で提供される。 Embodiments of the present invention provide an optical measurement device that can operate as both a laser tracker and a laser scanner. This has the advantage that both higher accuracy measurements are usually possible, using a cooperative target that the operator has in hand, and faster (usually) lower accuracy measurements, which are usually not actively supported by the operator. I will provide a. These two modes of operation are provided by a single integrated device.
ここで、図1−2を参照すると、複数の動作モードを提供する座標測定機器30が示されている。機器30は筐体32を有し、その中にレーザトラッキング機能をサポートするトラッカ部分34とスキャナ機能をサポートするスキャナ部分36が含まれる。例示的なジンバル式ビームステアリング機構38はゼニスキャリッジ42を含み、これはアジマスベース40の上に取り付けられ、アジマス軸44の周囲で回転する。ペイロード構造46は、ゼニス軸48の周囲で回転するゼニスキャリッジ42の上に取り付けられる。ゼニス軸48とアジマス軸44は、機器30の内部で、ジンバル点50において垂直に交差する。ジンバル点50は一般に、距離および角度測定の原点である。1つまたは複数の光ビーム52は事実上、ジンバル点50を通過する。発せられた光ビームはゼニス軸48に垂直な方向に向けられる。換言すれば、光ビーム52は、ゼニス軸48に略垂直でアジマス軸44を含む平面内にある。光ビーム52は、ペイロード構造46をゼニス軸48の周囲で回転させ、およびゼニスキャリッジ42をアジマス軸44の周囲で回転させることによって、所望の方向に向けられる。
Referring now to FIGS. 1-2, there is shown a coordinate measuring
ゼニスモータ51とゼニス角度エンコーダ54が筐体32の内部に配置され、ゼニス軸48と一直線にされたゼニス機械軸に取り付けられる。アジマスモータ55とアジマス角度エンコーダ56もまた機器30の内部に配置され、アジマス軸44と一直線にされたアジマス機械軸に取り付けられる。ゼニスモータ51およびアジマスモータ55は、ペイロード構造46を軸44、48の周囲で同時に回転させるように動作する。より詳しくは後述するように、スキャナモードでは、ゼニスモータ51およびアジマスモータ55は各々、単独の方向に動作させられ、その結果、スキャナ光は方向を逆転させない連続的経路をたどる。ゼニスおよびアジマス角度エンコーダ54,56は、ゼニスおよびアジマス回転角度を比較的高い精度で測定する。
A
光ビーム52はターゲット58まで進み、これが光ビーム52を反射して機器30へと戻す。ターゲット58は非協力的ターゲットであってもよく、これは例えば物体表面58´である。あるいは、ターゲット58はレトロリフレクタであってもよく、これは例えば測定球(spherically mounted retroreflector)(SMR)である。ジンバル点50とターゲット58との間の半径方向の距離とゼニス軸48の周囲の回転角度とアジマス軸44の周囲の回転角度を測定することによって、ターゲット58の位置が機器30の球座標系内で見つけられてもよい。本明細書中でより詳しく述べるように、機器30は1つまたは複数のミラー、レンズ、または開口を含み、これらが光を方向付け、受け取る光伝送システムを画定する。
光ビーム52は、1つまたは複数の光波長を含んでいてもよく、これは例えば可視および赤外波長である。理解すべき点として、本明細書中の実施形態は、ジンバル式ビームステアリング機構38に関して説明されているが、他の種類のステアリング機構も使用できる。他の実施形態においては、例えばミラーがアジマスおよびゼニス軸44,48の周囲で回転させられてもよい。他の実施形態において、ガルボミラーを使って光を誘導してもよい。例示的実施形態と同様に、これらの他の実施形態(例えばガルボミラー)は、以下により詳しく述べるように方向を逆転させないある経路に沿った単独の方向に光を誘導するために使用されてよい。
1つの実施形態において、磁気ネスト60がアジマスベース40の上に配置されてもよい。磁気ネスト60は、トラッカを大きさの異なるSMR、例えば1.5、7/8、および0.5インチ(38.1mm,22.225mm,12.7mm)SMR等の「ホームポジション」にリセットするためにトラッカ部分34と共に使用される。そして、機器上のレトロリフレクタが、トラッカ部分34を基準距離へとリセットするために使用されてもよい。さらに、ミラー(図示せず)をレトロリフレクタと共に使用して、自己補正の実行を可能にしてもよく、これは特許文献1に記載されており、特許文献1の全体を参照によって援用する。
In one embodiment, a
ここで、図3を参照すると、機器30の動作を制御するための例示的コントローラ64が示されている。コントローラ64は分散型処理システム66、温度センサ68、携帯情報端末72のための処理システム、外部コンピュータ74、およびここでは雲として示されているその他のネットワークコンポーネント76を含む。分散型処理システム66の例示的実施形態は、マスタプロセッサ78と、ペイロード機能電子部品ユニット80と、アジマスエンコーダ電子部品82と、ゼニスエンコーダ電子部品86と、ディスプレイおよびユーザインタフェース(UI)88と、リムーバブルストレージハードウェア90と、無線識別(radio frequency identification)(RFID)無線電子部品92と、アンテナ94と、を含む。ペイロード機能電子部品ユニット80は、例えばスキャナ電子部品96、カメラ電子部品98(図11のカラーカメラ168用)、ADM電子部品100、位置検出器(PSD)電子部品102、およびレベル電子部品104等の多数の機能を含む。ペイロード機能電子部品ユニット80の中の従属機能の一部または全部は少なくとも1つの処理ユニットを有し、これは例えばデジタル信号プロセッサ(DSP)またはフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)であってもよい。
Referring now to FIG. 3, an
多くの種類の周辺機器を使用でき、例えば温度センサ68と携帯情報端末72がある。携帯情報端末72は、セルラー電気通信機器、例えばスマートフォンであってもよい。機器30は、周辺機器と様々な方法で通信してよく、例えばアンテナ94を通じた無線通信、カメラ等の映像システムによるもの、およびレーザトラッカから協力的ターゲットまでの距離と角度の読取りによる。周辺機器はプロセッサを含んでいてもよい。一般に、スキャナ電子部品、レーザトラッカ電子部品、または測定機器プロセッサという用語が使用される場合、これは使用可能な外部コンピュータとクラウドサポートを含むものとする。
Many types of peripherals can be used, such as a
ある実施形態において、別の通信媒体またはバスがマスタプロセッサ78からペイロード機能電子部品ユニット80、82、86、88、90、92の各々へと延びる。各通信媒体は、例えば、データライン、クロックライン、フレームラインを含む3本のシリアルラインを有していてもよい。フレームラインは、電子部品ユニットはクロックラインに注意を払うべきであるか否かを示す。それが注意を払うべきであると示していれば、電子部品ユニットは、各クロック信号でデータラインの電流値を読み出す。クロック信号は、例えば、クロックパルスの立ち上がりエッジに対応してもよい。1つの実施形態において、情報はデータライン上でパケットの形態で伝送される。他の実施形態において、各パケットはアドレス、数値、データメッセージ、およびチェックサムを含む。アドレスは、電子部品ユニット内のどこにデータメッセージが向けられるべきかを示す。場所は、例えば電子部品ユニット内のプロセッササブルーチンに対応してもよい。数値は、データメッセージの長さを示す。データメッセージは、電子部品ユニットが実行するデータまたは命令を含む。チェックサムは、通信ライン上で伝送されるデータ内のエラーの発生確率を最小化するために使用される数値である。
In some embodiments, another communication medium or bus extends from the
ある実施形態において、マスタプロセッサ78は情報パケットをバスライン106上でペイロード機能電子部品ユニット80に、バスライン108でアジマスエンコーダ電子部品82に、バスライン110上でゼニスエンコーダ電子部品86に、バス112上でディスプレイおよびUI電子部品88に、バス114上でリムーバブルストレージハードウェア90に、およびバス116上でRFIDおよび無線電子部品92へと伝送する。
In one embodiment, the
ある実施形態において、マスタプロセッサ78はまた、synchバス118上で同期パルスを電子部品ユニットの各々に同時に送信する。synchパルスは機器30の測定機能により収集された数値を同期させる方法を提供する。例えば、ゼニスエンコーダ電子部品86内のアジマスエンコーダ電子部品82は、synchパルスが受信され次第、そのエンコーダ値をラッチする。同様に、ペイロード機能電子部品ユニット80は、ペイロード構造内に収容された電子部品により収集されたデータをラッチする。ADMおよび位置検出器はすべて、synchパルスが付与された時にデータをラッチする。ほとんどの実施形態において、カメラと傾斜計はsynchパルスレートより低速でデータを収集するが、synch期間の倍数ごとにデータをラッチしてもよい。
In one embodiment,
1つの実施形態において、アジマスエンコーダ電子部品82とゼニスエンコーダ電子部品86は、相互から、およびペイロード機能電子部品ユニット80からスリップリング(図示せず)によって分離される。スリップリングが使用される場合、バスライン106、108、110は別々のバスであってもよい。分散型処理システム66は、外部コンピュータ74と通信してもよく、あるいは機器30内の通信、ディスプレイ、UI機能を提供してもよい。機器30は、通信リンク120、例えばイーサネットラインまたは無線接続上で外部コンピュータ74と通信する。機器30はまた、雲76により表されるその他の要素とも通信リンク122上で通信してもよく、これは1本または複数の電気ケーブル、例えばイーサネットケーブル、または1つまたは複数の無線接続を含んでいてもよい。要素76は、例えば関節アームCMM等、他の三次元試験機器であってもよく、これは、機器30によって移動されてもよい。外部コンピュータ74と要素76との間の通信リンク124は、有線でも無線でもよい。外部コンピュータ74の前に座っているオペレータは、雲76で表されているインターネットにイーサネット(登録商標)または無線リンクで接続し、それがこれらをマスタプロセッサ78にイーサネット(登録商標)または無線リンク上で接続する。このようにして、利用者はリモート機器、例えばレーザトラッカの動作を制御できる。
In one embodiment,
ここで図4を参照すると、トラッカ部分34とスキャナ部分36を有する機器30内のペイロード構造46のある実施形態が示されている。トラッカ部分34およびスキャナ部分36は統合されて、トラッカ部分34およびスキャナ部分36からの光を実質的に共通の内側光路上で発し、これは図1および1〜13の中で、光ビーム52により示されている。しかしながらトラッカ部分34およびスキャナ部分36により発せられた光は実質的に共通の光路上で移動するが、ある実施形態において、トラッカ部分34およびスキャナ部分36からの光ビームは異なるタイミングで発せられる。他の実施形態において、ビームは同時に発せられる。
Referring now to FIG. 4, one embodiment of a
トラッカ部分34は、光源126と、アイソレータ128と、ファイバネットワーク136と、ADM電子部品140と、ファイバ入射システム130と、ビームスプリッタ132と、位置検出器134と、を含む。ある実施形態において、光源126は可視光を発する。光源は例えば、赤色または緑色ダイオードレーザか、垂直キャビティ面発光レーザであってもよい。アイソレータは、ファラデーアイソレータ、減衰器、または光源126に戻される光の量を十分に減らすことのできるその他のあらゆる適当な機器であってもよい。アイソレータ128からの光はファイバネットワーク136へと進む。1つの実施形態において、ファイバネットワーク136は、図6に示されるファイバネットワークであり、これについては以下により詳しく説明する。位置検出器134は、光源126によって発せられ、ターゲット58によって反射された放射の一部を受け取るように配置される。位置検出器134は、信号をコントローラ64に供給するように構成される。信号は、コントローラ64によって、モータ51、55を作動させて、ターゲット58を追跡するように光ビーム52を誘導するために使用される。
The
ファイバネットワーク136に入射する光のうちの一部は、光ファイバ138上でADM電子部品140の基準チャネルへと伝送される。ファイバネットワーク136に入射する光のうちの他の部分は、ファイバネットワーク136とビームスプリッタ132を通過する。光はダイクロイックビームスプリッタ142に到達し、これはADM光源の波長の光を伝送するように構成される。トラッカ部分34からの光はペイロード構造46から開口146を通じて光路144に沿って射出する。トラッカ部分34からの光は、光路144に沿って進み、ターゲット58により反射され、光路144に沿って戻り、ペイロード構造46に開口146を通って再び入る。この戻り光は、ダイクロイックビームスプリッタ142を通過して、トラッカ部分34に戻る。戻り光の第一の部分はビームスプリッタ132を通過して、ファイバ入射システム130に入り、ファイバネットワーク136に入る。光の一部は光ファイバ148へと通過し、ADM電子部品140の測定チャネルの中に入る。戻り光の第二の部分は、ビームスプリッタ132により反射されて位置検出器134に入る。
Some of the light incident on
1つの実施形態において、ADM電子部品140は図5に示されているものである。ADM電子部品140は、周波数基準3302と、シンセサイザ3304と、測定検出器3306と、基準検出器3308と、測定ミキサ3310と、基準ミキサ3312と、コンディショニング電子部品3314、3316、3318、3320と、N分周プリスケーラ3324と、アナログ−デジタル変換器(ADC)3322と、を含む。周波数基準は、例えば恒温槽付水晶発振器であってもよく、例えば10MHzの基準周波数fREFをシンセサイザに送り、これが2つの電気信号、すなわち周波数fRFの1つの信号と周波数fLOの2つの信号を生成する。周波数fRFの信号は光源126に入る。周波数fLOの2つの信号は測定ミキサ3310と基準ミキサ3312に入る。光ファイバ138、148からの光はそれぞれ基準および測定チャネルに入射する。基準検出器3308と測定検出器3306は、光信号を電気信号に変換する。これらの信号をそれぞれコンディショニング電子部品3316、3314によってコンディショニングされ、それぞれミキサ3312、3310に送信される。ミキサは、絶対値fLO−fRFに等しい周波数fIFの信号を生成する。周波数fRFの信号は比較的高い周波数、例えば2GHzであり、その一方で周波数fIFの信号は比較的低い周波数、例えば10kHzを有していてもよい。
In one embodiment,
基準周波数fREFはプリスケーラ3324に送信され、これが周波数を整数で割る。例えば、10MHzの周波数を40で割り、250kHzの出力周波数を得てもよい。この例において、ADC 3322に入る10kHzの信号は、20kHzのレートでサンプリングされ、これによって1サイクルあたり25のサンプルが生成される。ADC 3322からの信号はデータプロセッサ3400、例えば1つまたは複数のデジタル信号プロセッサに送信される。
The reference frequency f REF is sent to a
距離を抽出するための方法は、基準および測定チャネル用のADC信号の位相の計算に基づく。この方法は、Bridgesらの特許文献2に詳しく説明されており、特許文献2の内容を参照によって本願に援用する。計算は、特許文献2の等式(1)〜(8)の使用を含む。これに加えて、ADMが最初にターゲットの測定を開始するとき、シンセサイザにより生成された周波数が何回か(例えば3回)変更され、毎回ありうるADM距離が計算される。選択された周波数の各々についてありうるADM距離を比較することによって、ADM測定の曖昧さが排除される。特許文献2の等式(1)〜(8)を特許文献2に記載されている同期方法およびカルマンフィルタ方法と組み合わせることにより、ADMは移動するターゲットを測定できる。他の実施形態では、絶対距離測定値を得るのに他の方法を使用してもよく、これは例えばパルス式飛行時間法である。
The method for extracting the distance is based on calculating the phase of the ADC signal for the reference and measurement channels. This method is described in detail in Bridges et al., US Pat. The calculation involves the use of equations (1)-(8) of US Pat. In addition, when the ADM first starts measuring the target, the frequency generated by the synthesizer is changed several times (eg, three times) and the possible ADM distance is calculated each time. By comparing the possible ADM distances for each of the selected frequencies, the ambiguity of the ADM measurement is eliminated. By combining the equations (1) to (8) of
図4のファイバネットワーク136のある実施形態が、図6の中にファイバネットワーク420Aとして示されている。この実施形態は、第一の光ファイバカプラ430と、第二の光ファイバカプラ436と、低透過率リフレクタ435、440と、を含む。第一と第二の光ファイバカプラは、2×2カプラであり、各々が2つの入力ポートと2つの出力ポートを有する。この種のカプラは通常、2つのファイバコアを近接させて設置し、その後、ファイバを線引きすることによって製作される。このようにして、ファイバ間のエバネセント結合が、隣接するファイバへの光の所望の部分を分離することができる。光は第一の光ファイバカプラ430を通って進み、2つの経路、すなわち光ファイバ433を通って第二の光ファイバカプラ436に至る第一の経路と光ファイバ422とファイバ長等化手段423を通る第二の経路に分かれる。ファイバ長等化手段423は図4の光ファイバ138につながり、これはADM電子部品140の基準チャネルへと至る。ファイバ長等化手段423の目的は、基準チャネル内で光が通る光ファイバの長さを測定チャネル内で光が横断する光ファイバの長さと一致させることである。このようにしてファイバ長を一致させると、周辺温度の変化に起因するADMエラーが減少する。このようなエラーは、光ファイバの有効光路長が光ファイバの平均屈折率にファイバの長さを乗じたものと等しいために生じるかもしれない。光ファイバの屈折率はファイバの温度に依存するため、光ファイバの温度の変化によって、測定および基準チャネルの有効光路長を変化させる。測定チャネル内の光ファイバの有効光路長が基準チャネル内の光ファイバの有効光路長に関して変化すると、ターゲット58が静止したままにされたとしても、ターゲット58の位置が変化したように見える。この問題を回避するために、2つのステップが取られる。第一に、基準チャネル内のファイバ長を測定チャネル内のファイバ長にできるだけ一致させる。第二に、測定および基準ファイバをできるだけ横並びの状態で設置して、2つのチャネル内の光ファイバがほぼ同じ温度変化に曝されるようにする。
One embodiment of the
光は光ファイバ433を通って第二の光ファイバカプラ436に進み、2つの経路、すなわち低反射ファイバターミネータ440までの第一の経路と、それがファイバネットワークから出る光ファイバ438までの第二の経路に分かれる。
The light travels through optical fiber 433 to a second
ファイバネットワーク136の他の実施形態が図7に示されている。この実施形態において、ファイバネットワーク136は第一の光ファイバカプラ457と、第二の光ファイバカプラ463と、2つの低反射ターミネータ462、467と、光スイッチ468と、レトロリフレクタ472と、光スイッチ468の電気入力469と、を含む。光スイッチ468にはいくつかの種類がある。市販され、比較的安価な種類はMEMS(micro−electro−mechanical system)型である。この種類は、例えば半導体構造の一部として構成される小型ミラーを使用してもよい。あるいは、スイッチはモジュレータとすることもでき、これは特定の波長での非常に高速な切り換えに利用でき、MEMS型スイッチより若干コストが高い。スイッチはまた、光減衰器から構成されてもよく、これは電気信号に応答してもよく、減衰器に送信される電気信号によりオン、オフされてもよい。光ファイバスイッチの選択において考慮してもよい仕様の説明は、Bridgesの特許文献3に記載されており、その内容を参照によって援用する。一般に、所望の性能と単純さを実現するために、スイッチは光ファイバスイッチであってもよい。理解するべき点として、上述の光スイッチの概念は、2色に基づくファイバネットワークにおいても同等に良好な性能を示すべきである。
Another embodiment of the
ファイバネットワーク136は、光スイッチ468とレトロリフレクタ472を含む。通常、光はファイバ465から光スイッチ468の上側ポートを通り、光ファイバ470へと出る。しかしながら、時々、レーザトラッカがターゲットを測定していない時には、光スイッチ468は光信号を光ファイバ465から光ファイバ471へ、さらにレトロリフレクタ472へと分岐させる。光をレトロリフレクタ472に切り換える目的は、ADMシステムのコンポーネント内で熱ドリフトが発生しているかもしれない場合、これを取り除くことである。このようなコンポーネントは、例えば、光検出器等の光電子コンポーネント、ADMシステムの光ファイバ、ミキサ、アンプ、シンセサイザ、アナログ−デジタル変換器等のコンディショニング電子部品、およびレンズとレンズマウント等の光学コンポーネントを含んでいてもよい。例えば、初めに、測定チャネルの経路長が光をレトロリフレクタ472に分岐させる光スイッチ468を有する基準チャネルより20mm長いことがわかったと仮定する。その後、測定チャネルの経路長が光をレトロリフレクタ472へと分岐させる光スイッチ468を有する基準チャネル経路長より20.003mm長いことがわかったとする。ADMデータプロセッサは、その後のADM読取値から0.003mm差し引く。理解するべき点として、この手順は、トラッカがADM値をレーザトラッカのホームポジションに設定するたびに更新されるであろう。
The
ある実施形態において、レトロリフレクタ472は図8の光ファイバレトロリフレクタ472Aである。この種のレトロリフレクタ472は一般にフェルールであり、光ファイバがフェルールの端において研磨され、コーティング473で被覆され、これは例えば金または複数の層の誘電性薄膜であってもよい。他の実施形態において、レトロリフレクタ472は図9のフリースペース型レトロリフレクタ472Bであり、これはコリメータ474とレトロリフレクタ476を含み、これらは例えばキューブコーナレトロリフレクタスラグであってもよい。
In one embodiment,
ファイバネットワーク136のまた別の実施形態が図10に示されている。この実施形態において、ファイバネットワーク136は第一の光ファイバカプラ1730と、第二の光ファイバカプラ1740と、第三のファイバカプラ1750と、3つの低反射ターミネータ1738、1748、1758と、を含む。光ファイバ1781からの光は、入力ポートでファイバネットワーク136に入射する。光は第一の光ファイバカプラ1730を通って進む。光の一部は光ファイバ138とファイバ長補正手段423を通ってからADM電子部品140の基準チャネルに入る。光の一部は第二の光ファイバカプラ1740と第三のファイバカプラ1750を通ってから、光ファイバ1753上に乗ってファイバネットワークから出る。光ファイバ1743からの光は第三のファイバカプラ1750に入射し、ここで第二の光源(図示せず)から光ファイバ1790を介した光と結合されて、複合光ビームを形成し、それが光ファイバ1753上で進む。光カプラ1750はダイクロイックカプラであり、それは、これが2つの波長を使用するように設計されているからである。光ファイバ1753内で運ばれた複合光ビームがレーザトラッカから出て、ターゲット58で反射された後、これはファイバネットワーク136に戻る。第一の光源からの光は第三のファイバカプラ1750、第二の光ファイバカプラ1740を通過して光ファイバ148に入り、これはADM電子部品140の測定チャネルへと至る。第二の光源(図示せず)からの光は光ファイバ1790に戻り、第二の光源(図示せず)へと戻る。
Another embodiment of the
カプラ1730、1740、および1750は溶融型であってもよい。この種の光カプラにより、2つのファイバコア/クラッド領域が相互に近付けられ、溶融される。その結果、コア間の光は、エバネセント結合により交換される。2つの異なる波長の場合、第一の波長を当初のファイバに沿って完全に伝送し、第二の波長を同じファイバ上で完全に結合することのできるエバネセント結合装置を設計することが可能である。通常、光がカプラ1750に完全に(100%)結合されることはない。しかしながら、2つまたはそれ以上の異なる波長のための良好な結合を提供する光ファイバカプラは、980nm、1300nm、および1550nm等の一般的な波長で市販されている。これに加えて、光ファイバカプラは、他の波長、例えば可視波長についても市販品を購入でき、それ以外の波長用に設計、製造されてもよい。例えば、図10おいて、光ファイバカプラ1750を、第一の波長の第一の光が光ファイバ1743から光ファイバ1753へと進み、光損失が低くなるように構成することが可能である。それと同時に、この装置を、光ファイバ1790上の第二の光を光ファイバ1753上で略完全に結合するように構成してもよい。したがって、第一の光と第二の光を、光ファイバカプラを通じて同じファイバ1753へと、わずかな損失で伝送することが可能である。波長が大きく異なる波長を結合する光カプラも市販されている。例えば、1310nmの波長の光を550nmの波長の光に結合するカプラが市販されている。単一横モードで両方の波長を伝播し、その一方で光ファイバ内での伝播中の光パワーの損失が比較的少なくなる長距離伝播のために、2つの波長が比較的相互に近いことが一般に望ましい。例えば、2つの選択された波長は633nmと780nmであり、これらは波長の数値において比較的相互に近く、長距離にわたり、高い損失を伴わずに、シングルモード光ファイバを通じて伝送できる。ファイバネットワーク136内のダイクロイックファイバカプラ1750の利点は、それがフリースペース型ビームスプリッタよりコンパクトである点である。これに加えて、ダイクロイックファイバカプラによれば、第一の光と第二の光が非常に良好に整列して、生産中に特別な光学的整合手順が不要となる。
図4に戻ると、スキャナ部分36は、例えば後述の図11に示されるようなスキャナの中に埋め込まれてもよい。スキャナ部分36からの、例えば約1550nmの赤外光等の光は、光路150に沿ってダイクロイックビームスプリッタ142へと進む。ダイクロイックビームスプリッタ142は、スキャナからの光を反射し、その一方で、レーザトラッカからの光は通過させように構成される。スキャナ部分36からの光はターゲット58へと進み、光路152に沿って環状開口154へと戻る。戻り光は環状開口154を通過して、外側光路に沿ってダイクロイックビームスプリッタ142で反射され、光路156に沿ってスキャナ部分36に戻る。1つの実施形態において、外側光路(環状開口154により画定される)は、内側光路(開口146により画定される)と同軸である。スキャナ光を、環状開口154を通して戻すことにより、ターゲット58から反射された光を損傷する可能性のある開口146からの不要な光が回避されるという利点を取得しうる。
Returning to FIG. 4, the
この例示的実施形態において、開口146と環状開口154は、同心円状に配置されている。この実施形態において、開口146の口径は約15mmであり、環状開口154の内径は15mm、外径は3mmである。
In this exemplary embodiment, the
理解するべき点として、この例示的実施形態において、ダイクロイックビームスプリッタ142はジンバル点50に位置付けられる。このようにして、スキャナ部分36とトラッカ部分34のどちらからの光も、機器30内の同じ点から発せられているように見えるかもしれない。この例示的実施形態において、トラッカ部分34は可視レーザ光を発し、スキャナ部分36は近赤外スペクトル内の光を発する。トラッカ部分34からの光の波長は約70nmであってもよく、スキャナ部分36からの光の波長は約1550nmであってもよい。
It should be understood that in this exemplary embodiment,
スキャナ部分36の1つの実施形態が図11に示されている。この実施形態において、スキャナ部分36は、光ビーム162を、コリメータ165を通じて発する光エミッタ160を含む。光エミッタ160は、約1550nmの範囲の波長の光を発するレーザダイオードであってもよい。理解するべき点として、例えば、それより小さい、または大きい波長を有するその他の電磁波を使用してもよい。光ビーム162は、例えば正弦または方形波形変調信号により強度変調または振幅変調されてもよい。光ビーム162は、ダイクロイックビームスプリッタ172に送られ、これは光ビーム162を反射して、開口146を通ってターゲット58に向かわせる。この例示的実施形態において、光ビーム162は、ミラー170とダイクロイックビームスプリッタ172で反射され、光ビーム162は光ビーム52、150の所望の光路に沿って進むことができる。以下により詳しく説明するように、ダイクロイックビームスプリッタ172を使用することは、動作中に画像を取得するカラーカメラ168の組込みを可能にするという利点を提供する。他の実施形態において、光エミッタ160は、光をダイクロイックビームスプリッタ142に直接伝送するように配置され、まずミラー170とダイクロイックビームスプリッタ172で反射させなくてよい。
One embodiment of the
図4および11に示されるように、トラッカ部分34およびスキャナ部分36からの射出光はどちらも同じ開口146を通過する。これらのトラッカ部分34およびスキャナ部分36からの光は実質的に直線的であり、図1の光ビーム52の光路に沿って進む。戻り経路上で、トラッカ部分34からの光はレトロリフレクタターゲットにより反射されるため、それが機器30に戻る時に略直線となる。トラッカ光の戻りビームは、開口146を通過して戻り、これはそれが機器30から出る時と同じ開口である。これに対して、スキャナ部分36から光は通常、拡散的に散乱させる物体表面58´に当たり、そが戻る際には広い角度に広がる。反射光のわずかな部分が、内径が開口146の外径と同じ(またはそれと同心)となるように位置付けられた環状開口154を通過する。戻り光163は、ダイクロイックビームスプリッタ172で反射され、レンズ160を光ビーム163として通過し、反射面180、178、176で反射され、受光器182内のレンズ群を通過してから、光検出器に到達する。戻りスキャナ光は環状開口154を通るように方向付けられ、内側開口146を通って戻る光を一切含まない。これは、射出光の光パワーが物体表面58´により戻される光のそれよりはるかに大きく、光素子での反射が内側開口146の経路に沿って戻されるのを回避することが望ましいため、有利である。
As shown in FIGS. 4 and 11, both the emitted light from the
ある実施形態において、任意選択によるカラーカメラ168は、物体表面58´により反射された光の一部がダイクロイックビームスプリッタ172を通過してカラーカメラ168に入る。ダイクロイックビームスプリッタ172上のコーティングは、カラーカメラによってピックアップされる可視波長を通過させ、その一方で、光エミッタ160により発せられる波長の光を反射させるように選択される。カラーカメラ168は受光レンズ160に、例えば接着剤で、または窪みの中に入れて連結されてもよい。カラーカメラ168によってカラー画像を取得することができ、これは通常、スキャナ内の距離計によってデータポイントを取得した後のある時点でいくつかの個別のステップを踏むことによって行われる。
In some embodiments, the
ある実施形態において、マスク174は受光レンズ160の背後の光軸上に同軸的に配置される。マスク174は、戻り光ビーム163が妨害されずに通過できる大きな面積を有する。マスク174は、光軸から半径方向に外側に位置付けられる遮蔽領域を有し、それによって戻り光ビーム163の強度を、戻り光の強度が機器30から物体表面58´の距離が異なってもより等しくなるように低減させる。
In some embodiments, the
ある実施形態において後方ミラー176がマスク174の背後の光軸上に配置される。後方ミラー176は、戻り光ビーム163を反射し、これが受光レンズ166により屈折させられ、中央ミラー178へと向かう。中央ミラー178は、マスク174の中央の光軸上に配置される。カラーカメラ168を有する実施形態において、この領域は、カラーカメラ168で陰になるかもしれない。中央ミラー178は、非球面ミラーであってもよく、これは負レンズ(すなわち、焦点距離を延ばす)としても、近接場補正レンズ(すなわち、ターゲットにより反射された戻り光ビーム163の焦点をシフトさせる)としても機能する。これに加えて、反射は、戻り光ビーム163が中央ミラー178の上に配置されたマスク174を通過する範囲でのみ提供される。中央ミラー178は、戻り光ビームを反射して、後方ミラー176の中央開口180を通過させる。
In some embodiments, a
入射絞りと、フィルタ付コリメータと、集光レンズと、光検出器と、を有する受光器182が、後方ミラー176の付近の、マスク174と反対に配置される。1つの実施形態において、ミラー184は戻り光ビーム163を90°偏向させる。
A
1つの実施形態において、スキャナ部分36は1つまたは複数のプロセッサ186を有していてもよく、これは図3のスキャナ電子部品96と同じでも、これを補完するものであってもよい。プロセッサ186は、スキャナ部分36のための制御および評価機能を実行する。プロセッサ186は、光エミッタ160および受光器182に連結され、これらと通信する。プロセッサ186は、各測定点について、機器30とターゲット58との間の距離を、発せられたビーム162と戻り光ビーム163の飛行時間に基づいて判断する。他の実施形態において、プロセッサ186とその機能は、コントローラ64に組み込まれてもよく、これは図3のスキャナ電子部品96、マスタプロセッサ78、外部コンピュータ74、またはネットワーク要素76に対応してもよい。
In one embodiment, the
トラッカ部分34とスキャナ部分36の光学距離計は、飛行時間の原理を利用して距離を判断してもよい。理解するべき点として、飛行時間という用語はここでは、変調光を評価してターゲットまでの距離を判断するあらゆる方法を示すために使用される。例えば、トラッカ部分34またはスキャナ部分36からの光は、正弦波を使って光学パワーが変調されてもよい(強度変調)。検出された光が評価されて、基準ビームと測定ビームとの間の位相シフトが判断され、ターゲットまでの距離が特定される。他の実施形態において、光の光学パワーは、略方形のパルス光によって変調されてもよい。この場合、パルスの前端は、機器30から出る途中および機器30に戻る時に測定されてもよい。この場合は、経過時間を使ってターゲットまでの距離が特定される。他の方法では、外部モジュレータの変調によって時間に関して光の偏向状態を変化させ、その後、戻り光が偏光板を通過した後に消える変調周波数を記録することが含まれる。距離測定のためのその他の多くの方法が、一般的な飛行時間型の分類に含まれる。
The optical rangefinder of the
距離を測定するための他の一般的な方法は、コヒーレントまたは干渉計方式と呼ばれる。光ビームの光パワーが評価される上述の方法と異なり、コヒーレントまたは干渉計方式では、相互にコヒーレントな2つの光ビームを結合して、電界の光学的干渉が発生するようにする。光パワーではなく電場を加えることは、電力ではなく電圧を加えることと同じである。1つの種類のコヒーレント距離計では、光の波長を時間に関して変化させる。例えば、波長は鋸歯パターンで変化されてもよい(周期的に反復しながら直線的に変化させる)。このような方法で作られた機器は、周波数変調コヒーレントレーザ(FMCL)レーダと呼ばれることがある。コヒーレント型か飛行時間型か、何れの方法でもトラッカ部分34とスキャナ部分36の距離計に使用できる。
Another common method for measuring distance is called coherent or interferometric. Unlike the above-described method in which the optical power of the light beam is evaluated, the coherent or interferometric method combines two mutually coherent light beams so that optical interference of the electric field occurs. Applying an electric field instead of optical power is the same as applying a voltage instead of electric power. One type of coherent distance meter varies the wavelength of light over time. For example, the wavelength may be changed in a sawtooth pattern (change linearly with periodic repetition). Equipment made in this manner is sometimes referred to as a frequency modulated coherent laser (FMCL) radar. Either the coherent type or the time-of-flight type can be used for the distance meter of the
ここで、図12〜14を参照すると、機器のある実施形態が示され、前カバーが取り除かれ、明瞭にするためにいくつかの光学およびコンディショニング電子部品が省略されている。この実施形態において、機器30はジンバルアセンブリ3610を含み、これはゼニスシャフト3630と、結合チューブ3622を有する光学部品ベンチアセンブリ3620と、を含む。ゼニスシャフトは、シャフト3634と結合スリーブ3632を含む。ゼニスシャフト3630は、単独の金属片から製造されてもよく、それによって剛性と温度安定性が向上する。図14は、光学部品ベンチアセンブリ3720とゼニスシャフト3630のある実施形態を示している。光学部品ベンチアセンブリ3720は、主要光学部品アセンブリ3650と二次的光学部品アセンブリ3740を含む。主要光学部品アセンブリ3650の筐体は、単独の金属片から製造されてもよく、それによって剛性と温度安定来が向上し、また結合チューブ3622を含む。ある実施形態において、結合チューブ3622の中心軸は、結合スリーブ3632の中心軸と一致する。1つの実施形態において、4つのファスナ3664が二次的光学部品アセンブリ3740を主要光学部品アセンブリ3650に取り付ける。結合チューブ3622は、結合スリーブ3632の中に挿入されて、3本のねじ3662によりその位置に保持される。ある実施形態において、結合チューブ3622はこの結合スリーブ3632と、結合チューブ3622の一方の端において2本のピンによって整合され、ピンは穴3666に嵌め込まれる。
Referring now to FIGS. 12-14, one embodiment of the instrument is shown, the front cover has been removed, and some optics and conditioning electronics have been omitted for clarity. In this embodiment,
ジンバルアセンブリ3610は光学部品ベンチアセンブリ3620を保持するように設計されているが、他の種類の機器、例えばカメラ、レーザエングレーバ、ビデオトラッカ、レーザポインタ、および角度測定器等の機器や、Light Detection and Ranging(LIDAR)システムをゼニスシャフト3630に設置することもできる。結合スリーブ3632によって提供される位置合わせレジストレーションにより、このような機器は容易に、正確にジンバルアセンブリ3610に取り付けることができる。この例示的実施形態において、トラッカ部分34は、主要光学部品アセンブリ3650の中に配置され、スキャナ部分36は二次的光学部品アセンブリ3740の中に設置される。ダイクロイックビームスプリッタ142は、図14に示されるように、主要光学部品アセンブリ3650の中に配置される。
The
動作中、機器30は希望する精度レベルに応じて、図15と図16に示されるような2つの動作モードを有する。第一のモード(図15)は、トラッカ部分34を、例えば測定球(spherically mounted retroreflector)(SMR)であってもよいレトロリフレクタターゲット等の協力的ターゲット58と共に使用する。この第一のモードでは、機器30は光ビーム52を発し、これは事実上、ジンバル点50、ダイクロイックビームスプリッタ142、および開口146を通過して、ターゲット58に向かう。光52はターゲット58に当たり、光の一部は同じ光軸に沿って開口146とダイクロイックビームスプリッタ142を通ってトラッカ部分34へと戻る。機器30は次に、機器30からターゲット58までの距離を図4〜10に関して前述したように判断する。ある実施形態において、この第一の動作モード中、スキャナ部分36は動作しない。
In operation,
図16に示される第二の動作モードにおいて、スキャナ部分36は光ビーム162を発し、これはダイクロイックビームスプリッタ142で反射され、開口146を通ってターゲット58に向けて発せられる。理解するべき点として、スキャナ部分36は、非協力的ターゲットまでの距離を測定してもよく、測定値を得るのにレトロリフレクタ等のターゲットを必要としない。光はターゲット58で反射され(散乱し)、光の一部163は環状開口154を通過して戻る。前述のように、戻り光163は環状開口154を通過することが望ましく、それは、これによって戻り光信号を破損する可能性のある光学部品からの後方反射を縮小するという利点を提供するからである。戻り光163は、ダイクロイックビームスプリッタ142で反射されてスキャナ部分36に戻り、そこで機器30からターゲット58までの距離が、図11に関して前述したように特定される。スキャナ部分36はペイロード構造46がアジマス軸44とゼニス軸48の周囲で同時に回転されながら連続的に動作する。この例示的実施形態において、光ビーム162がたどる経路は、ペイロード構造46が軸44、48の周囲で回転する間に単独の方向に進む(例えば、逆転しない)。この経路は、ゼニスおよびアジマスモータの各々を単独の方向に連続的に回転させることによって実現されてもよい。これを言い換えれば、第二のモードにおいて、ビームは物体表面58´へと方向付けられ、その一方で、ゼニスおよびアジマス角度は連続的に単調に変化する。ビームは、1つの軸(ゼニスまたはアジマス軸)の周囲で高速で誘導され、それと同時にもう一方の軸の周囲では比較的低速で誘導されてもよい点に注意されたい。1つの実施形態において、ペイロード構造46の運動によって、光ビームは螺旋状の経路をたどる。
In the second mode of operation, shown in FIG. 16, the
理解するべき点として、スキャナ部分36を、光ビーム162の経路を逆転させなくてもよいように動作させることによって、ラスタ型パターンまたはランダムパターンをたどるスキャナに対するいくつかの利点が得られる。第一に、方向の逆転が不要であるため、大量のデータを効率的に収集できる。その結果、スキャナ部分36は、大きい領域を有効に走査し、その間に1秒あたり100万を超える三次元地点等、高いサンプリングレートでデータを取得することができる。第二に、単方向に連続的に進むことによって、光ビームが人物と交差した場合に、その人物のある領域に当たる全エネルギーが小さくてすむ。これによって、より望ましいIEC 60825−1準拠のレーザ分類を実現できる。
It should be understood that operating
1つの実施形態において、トラッカ部分34は、可視光スペクトル内の光ビーム52を発する。この実施形態において、トラッカ部分34は、スキャナ部分36が光162を発している間に光ビーム52を発してもよい。これは、トラッカ部分34からの可視光52がオペレータにとって目に見える基準となるため、有利である。
In one embodiment,
ここで、図17〜18を参照すると、機器30の動作方法が示されている。方法190は、ブロック192でトラッカ部分34の動作モードを選択することから始まる。方法は次にブロック194に進み、ここでトラッカ部分34をアクティベートする。ブロック196で、次にジンバル機構をゼニスおよびアジマス軸の周囲で移動させ、光ビームをターゲット58に向けて誘導する。ブロック198で、光は協力的ターゲット58で反射され、開口146を通って機器30に戻る。ブロック200で、次に機器30は、機器30からターゲット58までの距離を計算する。ブロック202で、アジマスおよびゼニス角度を特定し、測定点の三次元座標(距離と2つの角度)を特定する。このプロセスを、すべての所望の測定点が特定されるまで繰り返すことができる。
Here, referring to FIGS. 17 and 18, a method of operating the
次に図18を参照すると、方法203が示されており、その中ではブロック204でスキャナ部分36を選択する。次に方法203はブロック206に進み、ここでスキャナ部分36をアクティベートする。可視基準光を提供することが望ましい場合、ブロック208でトラッカ部分34からの光をアクティベートする。光はスキャナ部分36から開口146を通ってターゲット58へと伝送される。この例示的実施形態において、ブロック209に示されるように、スキャナ部分36からの光は経路に沿って1つの方向に(例えば、螺旋状に)発せられ、方向は逆転されない。光はターゲット58で反射され、機器30に戻る。ブロック210で、戻り光が環状開口154を通じて受け取られる。ブロック212で、機器30からターゲット58までの距離を特定する。ブロック214でアジマスおよびゼニス角度を特定し、ターゲット58上の測定点までの座標(距離と2つの角度)を特定する。
Referring now to FIG. 18, a
スキャナ部分36からの光ビームを物体表面58´に方向付ける方法は、上記以外で実行されてもよい。第一の実施形態において、スキャナ部分36からの光は同じ方向に面するジンバルアセンブリ3610で方向付けられる。この動作モードでは、ビームは何れの所望の点にも方向付けられる。第二の実施形態において、スキャナ部分36からの光は、アジマス軸またはゼニス軸の何れでもよい軸の周囲で比較的速い一定の速度で旋回するジンバルアセンブリ3610で方向付けられる。もう一方の軸もまた移動されるが、速度は比較的低速である。このようにして、ビームは低速の螺旋状に方向付けられる。第二の実施形態では、大きい体積の完全な走査を素早く実行できる。第二の実施形態の他の利点は、常に移動するビームがその連続移動中に人物の目の瞳と交差する時間がより短い点である。そのため、より強力なレーザパワーを使用しながら、所望のIEC 60825−1の分類を提供できる。
The method of directing the light beam from the
ここで、図19を参照すると、機器30の他の実施形態が示されており、これはトラッカ部分34の中の第一の絶対距離計とスキャナ部分36の中の第二の絶対距離計を有し、トラッカ部分34およびスキャナ部分36はペイロード構造46に連結される。この実施形態において、トラッカ部分34とスキャナ部分36は、共通の光路上で光を発しない。トラッカ部分34は光ビーム52を第一の半径方向に方向付けるように配置され、その一方で、スキャナ部分36は光ビーム162を物体表面58´に向かう第二の半径方向に方向付けるように配置される。第一の半径方向と第二の半径方向は、それらの間に角度θをなす。この例示的実施形態において、角度θは90°である。他の実施形態おいて、角度θは5度〜180度である。しかしながら、トラッカ部分34とスキャナ部分36をペイロード構造46の中に位置付けることができれば、何れの適当な角度でも使用できる。理解するべき点として、ペイロード構造46がアジマス軸44の周囲で回転されると、トラッカ部分34とスキャナ部分36は同じアジマス角度に向き付けられる。
Referring now to FIG. 19, another embodiment of the
ここで、図20を参照すると、機器30の他の実施形態が示されており、これはトラッカ部分34とスキャナ部分36を有する。この実施形態において、トラッカ部分34はスキャナ部分36と平行に向き付けられ、ミラー216を使って光52をダイクロイックビームスプリッタ142に向けて反射する。この実施形態において、ダイクロイックビームスプリッタ142は、光52を反射しながら、スキャナ部分36からの光162を透過させるように構成される。
Referring now to FIG. 20, another embodiment of the
光ビーム52、162は、開口146を通過し、光軸Aに沿って、水平軸48の周囲で回転するように配置された斜めの回転ミラー218に向かって方向付けられる。外向きの光52、162は、ミラーの中心C10によって反射され、ここでは、それが反射されてターゲット58(トラッカ部分34の場合)または物体表面58´(スキャナ部分36の場合)に向かうように偏向される。中心C10は、基準系の原点を画定する。ターゲット58または物体表面58´により反射された光は、回転ミラー218から反射されて、開口146に向かって戻される。光52は、回転ミラー218の中心C10で反射されて、開口146を通って戻される。光52はダイクロイックビームスプリッタ142とミラー216により反射されてから、トラッカ部分34へと戻る。戻り光163は、回転ミラー218で反射され、環状開口154を通過してから、スキャナ部分36に戻る。
The light beams 52, 162 pass through the
発せられた光52、162と反射光の方向は、水平軸48と垂直軸44の周囲の回転ミラー218の角度位置から決まる。角度位置は、それぞれエンコーダ54、56によって測定される。理解するべき点として、1つの動作モードで、トラッカ部分34とスキャナ部分36による測定は、回転ミラー218の高速回転とペイロード構造46の低速回転によって実行される。それゆえ、機器が円状に前進する間に、空間全体がステップごとに測定される。
The directions of the emitted
ある実施形態において、スキャナからの光ビームは、コリメートされずに調節可能に合焦される。幾何光学では、合焦された光ビームはある点となるが、現実には、光ビームは計算された焦位置付近のビームウェストとなる。ビームウェスト位置において、ビームの幅はビームが伝播する際に最小となる。 In some embodiments, the light beam from the scanner is adjustably focused without collimation. In geometric optics, a focused light beam is a point, but in reality, the light beam is a beam waist near the calculated focal position. At the beam waist position, the width of the beam is minimized as the beam propagates.
スキャナから合焦された光ビームを送ることの1つの利点は、より小さいビームにより、縁辺でより正確に3D座標を判断できる点である。例えば、より小さい合焦ビームによって、穴の直径または特徴の大きさをより正確に特定できる。スキャナから合焦された光ビームを送ることの他の利点は、合焦されたビームにより、単純に、輝く/高反射金属球であるツーリングボールレトロリフレクタからの光の最大反射位置を見つけるように誘導できる点である。光ビームをスキャナからツーリングボールに方向付けるこのような方法によって、ツーリングボールまでの距離と角度を正確に測定できる。このため、ツーリングボールをターゲットとして使用できる。スキャナとトラッカの機能を統合した機器により、本明細書で説明するように、2種類のターゲット、すなわちSMRとツーリングボールを利用できることになる。2種類のターゲットの使用により、トラッカ部分34およびスキャナ部分36を同じ基準フレームの中に容易に入れることができ、それは、SMRとツーリングボールの両方を環境中に分散された同じ磁気ネスト内に保持できるからである。
One advantage of sending a focused light beam from a scanner is that smaller beams allow more accurate 3D coordinate determination at the edges. For example, a smaller focused beam can more accurately identify the hole diameter or feature size. Another advantage of sending the focused light beam from the scanner is that the focused beam simply finds the position of maximum reflection of light from the touring ball retro-reflector, which is a shiny / highly reflective metal sphere. It is a point that can be guided. Such a method of directing the light beam from the scanner to the tooling ball allows the distance and angle to the tooling ball to be accurately measured. Therefore, a touring ball can be used as a target. An instrument that integrates the functions of a scanner and a tracker allows the use of two types of targets, SMR and tooling ball, as described herein. With the use of two types of targets, the
ある実施形態において、調節可能焦点調整機構39がスキャナ部分36の他の要素に追加される。このような追加の調節可能焦点調整機構が図21〜26に示されている。図21は図4と同様であるが、スキャナ部分36が2つの内部要素、すなわちスキャナ要素37と調節可能焦点調整機構39を有するように示されている点が異なる。図22は図11と同様であるが、調節可能焦点調整機構39がスキャナ部分36の中に含まれる点が異なる。図23、24は図15、16と同様であるが、スキャナ部分36がスキャナ要素37と調節可能焦点調整機構39を有するように示されている点が異なる。図25は図19と同様であるが、スキャナ部分36がスキャナ要素37と調節可能焦点調整機構39を含むように示されている点が異なる。
In some embodiments, an adjustable
ある実施形態において、調節可能焦点調整機構39は、図26に示すように、いくつかの基本的レンズ要素を含み、これには任意選択の要素2604、2606が含まれていてもよい。これに加えて、調節可能焦点調整機構39はレンズ要素2602を含み、これはレンズ2602を前後に移動させて、所望のように調節できるように構成されたモータ式調節可能ステージ2610に取り付けられる。ある実施形態において、図3のスキャナ電子部品96は、モータ式調節可能ステージ2610を電気的に制御する。
In certain embodiments, the adjustable
レンズアセンブリの中に調節可能な焦点を提供するために、様々なレンズアセンブリと調節方法が当業界で知られている。当業者であれば、こその中の何れの方法を使用して本発明の中の調節可能焦点を提供してもよいことが分かる。 Various lens assemblies and methods of adjustment are known in the art to provide an adjustable focus within the lens assembly. One skilled in the art will appreciate that any of the methods described herein may be used to provide an adjustable focus within the present invention.
本発明を、限定的な数の実施形態のみに関連して詳しく説明したが、本発明は開示されたこのような実施形態に限定されないことが容易に理解できるはすである。むしろ、本発明は、上述されていないが、本発明の主旨と範囲と等しい変化形、代替案、置換、または等価配置をいくつでも組み込むように改造できる。これに加えて、本発明の各種の実施形態を説明したが、本発明の態様は説明された実施形態の中のいくつかだけしか含んでいなくてもよいと理解する。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されるとみなされるのではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。さらに、第一の、第二の、等々の用語の使用はいかなる順番または重要性も意味せず、第一の、第二の、等々の用語は、1つの要素を他の要素から区別するために使用されている。さらに、冠詞(a、an)等の用語の使用は、数量の限定を意味するのではなく、言及されている品目が少なくとも1つ存在することを意味する。 Although the invention has been described in detail with reference to only a limited number of embodiments, it should be readily understood that the invention is not limited to such disclosed embodiments. Rather, the present invention can be modified to incorporate any number of variations, alternatives, permutations, or equivalent arrangements not described above but equivalent to the spirit and scope of the present invention. Additionally, while various embodiments of the invention have been described, it is to be understood that aspects of the invention may include only some of the described embodiments. Accordingly, the invention is not to be considered as limited by the foregoing description, but is only limited by the appended claims. Further, use of the terms first, second, etc., does not imply any order or importance, and the terms first, second, etc., are used to distinguish one element from another. Used in Further, use of terms such as articles (a, an) does not imply a limitation on the quantity, but implies that there is at least one item referred to.
30 座標測定機器、32 筐体、34 トラッカ部分、36 スキャナ部分、37 スキャナ要素、38 ジンバル式ビームステアリング機構、39 調節可能焦点調整機構、40 アジマスベース、42 ゼニスキャリッジ、44 アジマス軸、46 ペイロード構造、48 ゼニス軸、50 ジンバル点、51 ゼニスモータ、52,162,163 光ビーム、54 ゼニス角度エンコーダ、55 アジマスモータ、56 アジマス角度エンコーダ、58 ターゲット(レトロリフレクタターゲット)、58´ 物体表面、60 磁気ネスト、64 コントローラ、66 分散型処理システム、68 温度センサ、72 携帯情報端末、74 外部コンピュータ、76 ネットワークコンポーネント、78 マスタプロセッサ、80 ペイロード機能電子部品ユニット、82 アジマスエンコーダ電子部品、86 ゼニスエンコーダ電子部品、88 ディスプレイおよびUI電子部品、90 リムーバブルストレージハードウェア、92 無線電子部品、94 アンテナ、96 スキャナ電子部品、98 カメラ電子部品、100,102,104 電子部品、106,108,110 バスライン、112,114,116,118 バス、120,122,124 通信リンク、126 光源、128 アイソレータ、130 ファイバ入射システム、132 ビームスプリッタ、134 位置検出器、136 ファイバネットワーク、138,148,422,433,438,465,470,471,1743,1753,1781,1790 光ファイバ、140 電子部品、142,172 ダイクロイックビームスプリッタ、144,150,152,156 光路、146 内側開口、154 環状開口、160 光エミッタ、165 コリメータ、166 受光レンズ、168 カラーカメラ、170,184,216 ミラー、174 マスク、176 後方ミラー、178 中央ミラー、180 反射面、180 中央開口、182 受光器、186 プロセッサ、218 回転ミラー、420A ファイバネットワーク、423 ファイバ長等化手段(ファイバ長補正手段)、430,1740,1750 光ファイバカプラ、435 低透過率リフレクタ、436,457,463,1730 光ファイバカプラ、440 低反射ファイバターミネータ、462,1738 低反射ターミネータ、468 光スイッチ、469 電気入力、472,476 レトロリフレクタ、472A 光ファイバレトロリフレクタ、472B フリースペース型レトロリフレクタ、473 コーティング、474 コリメータ、2602,2604,2606 レンズ要素、2610 モータ式調節可能ステージ、3302 周波数基準、3304 シンセサイザ、3306 測定検出器、3308 基準検出器、3310 測定ミキサ、3312 基準ミキサ、3314,3316 コンディショニング電子部品、3324 分周プリスケーラ、3400 データプロセッサ、3610 ジンバルアセンブリ、3620,3720 光学部品ベンチアセンブリ、3622 結合チューブ、3630 ゼニスシャフト、3632 結合スリーブ、3634 シャフト、3650 主要光学部品アセンブリ、3664 ファスナ、3666 穴、3740 二次的光学部品アセンブリ。 30 coordinate measuring equipment, 32 housing, 34 tracker part, 36 scanner part, 37 scanner element, 38 gimbal type beam steering mechanism, 39 adjustable focus adjustment mechanism, 40 azimuth base, 42 zenith carriage, 44 azimuth axis, 46 payload structure 48 Zenith axis, 50 gimbal points, 51 Zenith motor, 52, 162, 163 light beam, 54 Zenith angle encoder, 55 azimuth motor, 56 Azimuth angle encoder, 58 target (retro reflector target), 58 'object surface, 60 magnetic nest , 64 controllers, 66 distributed processing systems, 68 temperature sensors, 72 personal digital assistants, 74 external computers, 76 network components, 78 master processors, 80 payload function electronics Product unit, 82 azimuth encoder electronics, 86 Zenith encoder electronics, 88 display and UI electronics, 90 removable storage hardware, 92 wireless electronics, 94 antenna, 96 scanner electronics, 98 camera electronics, 100, 102, 104 electronic components, 106, 108, 110 bus lines, 112, 114, 116, 118 buses, 120, 122, 124 communication links, 126 light sources, 128 isolators, 130 fiber launch systems, 132 beam splitters, 134 position detectors, 136 Fiber network, 138, 148, 422, 433, 438, 465, 470, 471, 1743, 1753, 1781, 1790 Optical fiber, 140 electronic components, 142, 172 Croik beam splitter, 144, 150, 152, 156 Optical path, 146 Inner aperture, 154 Ring aperture, 160 light emitter, 165 Collimator, 166 Light receiving lens, 168 Color camera, 170, 184, 216 Mirror, 174 Mask, 176 Rear mirror 178 central mirror, 180 reflecting surface, 180 central aperture, 182 receiver, 186 processor, 218 rotating mirror, 420A fiber network, 423 fiber length equalization means (fiber length correction means), 430, 1740, 1750 optical fiber coupler, 435 low transmittance reflector, 436, 457, 463, 1730 optical fiber coupler, 440 low reflection fiber terminator, 462, 1738 low reflection terminator, 468 optical switch, 469 electrical input, 72,476 Retroreflector, 472A Fiber Optic Retroreflector, 472B Free Space Retroreflector, 473 Coating, 474 Collimator, 2602, 2604, 2606 Lens Element, 2610 Motorized Adjustable Stage, 3302 Frequency Reference, 3304 Synthesizer, 3306 Measurement and Detection , 3308 reference detector, 3310 measurement mixer, 3312 reference mixer, 3314, 3316 conditioning electronics, 3324 divide prescaler, 3400 data processor, 3610 gimbal assembly, 3620, 3720 optics bench assembly, 3622 coupling tube, 3630 Zenith shaft 3632 coupling sleeve, 3634 shaft, 3650 primary optics assembly, 36 4 fastener, 3666 hole, 3740 secondary optics assembly.
Claims (22)
光伝送システムと、
第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含む第一の絶対距離計であって、第一の光源は光伝送システムを通じて第一の光をレトロリフレクタターゲットに送るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットによって反射されたことに応答して第一の電気信号を生成して、第一の電気信号を第一の電気回路に送信するように構成され、第一の電気回路は、座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第一の絶対距離計と、
第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含む第二の絶対距離計であって、第二の光源は調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を物体表面へと送るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光の一部を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取ったことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第二の絶対距離計と、
光伝送システムと第一の絶対距離計と第二の絶対距離計に動作的に連結された構造と、
構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、
構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、
構造を第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸が第一の軸に対して実質的に垂直であるような第二のモータと、
構造に動作的に連結された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、
位置検出器であって、座標測定機器により発せられ、レトロリフレクタターゲットによって反射された放射の一部を受け取るように構成され、少なくとも一部に放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて第三の電気信号を生成するように構成された位置検出器と、
プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、
を含み、
第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第二の角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、
第二のモードは、第二の光を物体表面に向けるステップと、物体表面上のある点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその点までの第一の回転角度と物体表面上のその点の第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む
ことを特徴とする座標測定機器。 In coordinate measuring equipment,
An optical transmission system,
A first absolute distance meter including a first light source, a first photodetector, and a first electrical circuit, wherein the first light source transmits the first light to the retro-reflector target through an optical transmission system. The first light detector is further configured to generate a first electrical signal in response to the first light being reflected by the retro-reflector target, and to generate the first electrical signal in a first electrical circuit. Wherein the first electrical circuit is configured to determine a first distance from the coordinate measuring device to the retroreflector target based at least in part on the first electrical signal. The first absolute distance meter,
A second absolute distance meter including a second light source, an adjustable focus adjustment mechanism, a second photodetector, and a second electrical circuit, wherein the second light source is through the adjustable focus adjustment mechanism and the optical transmission system. A second light detector configured to send the second light to the object surface, the second light detector configured to receive a portion of the second light reflected by the object surface and passing through the optical transmission system; The second photodetector further generates a second electrical signal in response to receiving a portion of the second light reflected by the object surface, and transfers the second electrical signal to a second electrical circuit. A second electrical circuit configured to transmit, the second electrical circuit being configured to determine a second distance from the coordinate measuring device to the object surface based at least in part on the second electrical signal. Two absolute distance meters,
A structure operatively connected to the optical transmission system, the first absolute distance meter, and the second absolute distance meter;
A first motor configured to rotate the structure about the first axis;
A first angle transducer operatively coupled to the structure, the first angle transducer configured to measure a first rotation angle about the first axis; and
A second motor configured to rotate the structure about a second axis, the second motor being substantially perpendicular to the first axis;
A second angle transducer operatively coupled to the structure, the second angle transducer configured to measure a second rotation angle about the second axis;
A position detector, configured to receive a portion of the radiation emitted by the coordinate measuring instrument and reflected by the retroreflector target, at least in part based on a position at which a portion of the radiation strikes the position detector. A position detector configured to generate three electrical signals;
A processor having a computer readable medium configured to operate in a first mode and a second mode;
Including
A first mode comprises: tracking a retroreflector target based at least in part on a third electrical signal; and providing a first three-dimensional coordinate of the retroreflector target at least partially to a retroreflector at a first location. Determining based on a first rotation angle to the target and a second angle of the retro-reflector target at the first position and a first distance of the retro-reflector target at the first position;
The second mode is a step of directing a second light toward the object surface, and converting a second three-dimensional coordinate of a point on the object surface into a first rotation angle at least partially to the point on the object surface. Determining based on a second rotation angle of the point on the object surface and a second distance of the point on the object surface, wherein the second mode comprises adjusting the adjustable focus adjustment mechanism. A coordinate measuring device further comprising:
光伝送システムは、内側光路と外側光路を有し、外側光路は内側光路と同軸で、内側光路の外側にあり、
第一の光検出器は、レトロリフレクタターゲットにより反射され、光伝送システムの内側光路を通過した第一の光を受け取るように構成され、
第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムの外側光路を通過した第二の光を受け取るように構成される
ことを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 1,
The optical transmission system has an inner optical path and an outer optical path, wherein the outer optical path is coaxial with the inner optical path and outside the inner optical path;
A first light detector configured to receive the first light reflected by the retro-reflector target and passing through the inner light path of the light transmission system;
A coordinate measuring device, wherein the second photodetector is configured to receive second light reflected by the object surface and passing through an outer optical path of the optical transmission system.
構造を一方向に回転させることによって、螺旋状の経路に沿って第二の光を発することを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 1,
A coordinate measuring device that emits second light along a spiral path by rotating the structure in one direction.
光伝送システムは、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取るように位置付けられた環状開口をさらに含むことを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 1,
The coordinate measuring device, wherein the optical transmission system further comprises an annular aperture positioned to receive a portion of the second light reflected by the object surface.
プロセッサは、第二の絶対距離計が第二の光を発しているときに第一の光を発するように構成されることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 4,
A coordinate measuring device, wherein the processor is configured to emit the first light when the second absolute distance meter is emitting the second light.
第一の光の波長は約700ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 1,
A coordinate measuring instrument wherein the wavelength of the first light is about 700 nanometers.
第二の光の波長は約1550ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 6,
A coordinate measuring device wherein the wavelength of the second light is about 1550 nanometers.
構造と、
構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、
構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、
構造を第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸が第一の軸に対して実質的に垂直であり、第二の軸の投影が第一の軸の投影とジンバル点で交差するような第二のモータと、
構造に動作的に連結された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、
構造に動作的に連結された光伝送システムと、
構造に動作的に連結された第一の絶対距離計であって、第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含み、第一の光源は第一の光伝送システムを通じて第一の光を、ジンバル点からレトロリフレクタターゲットまで延びる第一の線の一部に沿って送るように構成され、第一の線は第一の軸に垂直であり、第一の光検出器はレトロリフレクタターゲットにより反射され、光伝送システムを通過した第一の光を受け取るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットにより反射されたことに応答して第一の電気信号を生成し、第一の電気信号を第一の電気回路に伝送するように構成され、第一の電気回路は座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第一の絶対距離計と、
構造に動作的に連結された第二の絶対距離計であって、第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含み、第二の光源は、調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を、ジンバル点から物体表面まで延びる第二の線の一部に沿って送るように構成され、第二の線は第一の軸に垂直であり、第二の線は第一の線とは異なり、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光の一部を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、物体表面によって反射された第二の光の一部を受け取ったことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第二の絶対距離計と、
位置検出器であって、座標測定機器によって発せられ、レトロリフレクタターゲットによって反射された放射の一部を受け取るように構成され、第三の電気信号を、少なくとも一部に光放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて生成するように構成されるような位置検出器と、
プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、
を含み、
第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを、少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第二の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、
第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で回転させるステップと、物体表面上の点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその点までの第一の回転角度と物体表面上のその点までの第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む
ことを特徴とする座標測定機器。 In coordinate measuring equipment,
Structure and
A first motor configured to rotate the structure about the first axis;
A first angle transducer operatively coupled to the structure, the first angle transducer configured to measure a first rotation angle about the first axis; and
A second motor configured to rotate the structure about a second axis, wherein the second axis is substantially perpendicular to the first axis, and wherein the projection of the second axis is A second motor that intersects the projection of the first axis at the gimbal point,
A second angle transducer operatively coupled to the structure, the second angle transducer configured to measure a second rotation angle about the second axis;
An optical transmission system operatively connected to the structure;
A first absolute distance meter operatively connected to the structure, the first absolute distance meter including a first light source, a first photodetector, and a first electrical circuit, wherein the first light source passes through a first light transmission system. Configured to send a first light along a portion of a first line extending from the gimbal point to the retroreflector target, wherein the first line is perpendicular to the first axis and the first light detector Is configured to receive the first light reflected by the retro-reflector target and passing through the optical transmission system, the first photodetector further responsive to the first light reflected by the retro-reflector target. Generating a first electrical signal and transmitting the first electrical signal to a first electrical circuit, the first electrical circuit comprising a first distance from the coordinate measuring device to the retro-reflector target, First electricity at least partially A first absolute distance meter as configured to determine, based on the item,
A second absolute distance meter operatively connected to the structure, the second absolute distance meter including a second light source, an adjustable focusing mechanism, a second photodetector, and a second electrical circuit, wherein the second light source comprises: Configured to send a second light through the adjustable focusing mechanism and the light transmission system along a portion of a second line extending from the gimbal point to the object surface, the second line being perpendicular to the first axis. Wherein the second line is different from the first line and the second light detector is configured to receive a portion of the second light reflected by the object surface and passing through the light transmission system; The second photodetector further generates a second electrical signal in response to receiving a portion of the second light reflected by the object surface, and converts the second electrical signal to a second electrical circuit. The second electrical circuit is configured to transmit a second distance from the coordinate measuring device to the object surface, An absolute distance meter second as being configured to determine on the basis of the second electrical signal to a portion of even without,
A position detector, configured to receive a portion of the radiation emitted by the coordinate measuring instrument and reflected by the retroreflector target, the third electrical signal comprising at least a portion of the light radiation; A position detector configured to generate based on a position hitting the detector;
A processor having a computer readable medium configured to operate in a first mode and a second mode;
Including
The first mode includes: tracking a retro-reflector target based at least in part on a third electrical signal; and relocating a first three-dimensional coordinate of the retro-reflector target at least partially to a retro-position at a first location. Determining based on a first rotation angle of the reflector target and a second rotation angle to the retro-reflector target at the first position and a first distance of the retro-reflector target at the first position;
A second mode includes rotating the structure about a first axis and converting a second three-dimensional coordinate of a point on the object surface to at least in part a first rotation to that point on the object surface. Determining based on the angle and a second rotation angle to the point on the object surface and a second distance to the point on the object surface, the second mode adjusting the adjustable focus adjustment mechanism A coordinate measuring device, further comprising a step.
第一の線は第一の半径方向に延び、第二の線は第二の半径方向に延びて、それらの間に角度をなし、角度が5度〜180度であることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 8,
A first line extending in a first radial direction and a second line extending in a second radial direction, forming an angle therebetween, wherein the angle is between 5 degrees and 180 degrees. measuring equipment.
角度が90度であることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 9,
A coordinate measuring device having an angle of 90 degrees.
第一の光の波長は約700ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 8,
A coordinate measuring instrument wherein the wavelength of the first light is about 700 nanometers.
第二の光の波長は約1550ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 9,
A coordinate measuring device wherein the wavelength of the second light is about 1550 nanometers.
光伝送システムは、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取るように位置付けられた環状開口をさらに含むことを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 8,
The coordinate measuring device, wherein the optical transmission system further comprises an annular aperture positioned to receive a portion of the second light reflected by the object surface.
プロセッサは、第二の絶対距離計が第二の光を発しているときに第一の光を発するように構成されることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 8,
A coordinate measuring device, wherein the processor is configured to emit the first light when the second absolute distance meter is emitting the second light.
光伝送システムと、
第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含む第一の絶対距離計であって、第一の光源は、光伝送システムを通じて第一の光をレトロリフレクタターゲットへと送るように構成され、第一の光検出器はレトロリフレクタターゲットによって反射され、光伝送システムを通過した第一の光を受け取るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットにより反射されたことに応答して第一の電気信号を生成し、第一の電気信号を第一の電気回路に送信するように構成され、第一の電気回路は、座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第一の絶対距離計と、
第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含む第二の絶対距離計であって、第二の光源は、調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を物体表面へと送るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光の一部を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取ったことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第二の絶対距離計と、
光伝送システムと第一の絶対距離計と第二の絶対距離計に動作的に連結された構造であって、回転するように取り付けられたミラーを含み、ミラーは第一の光と第二の光の光路内に配置されているような構造と、
構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、
構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、
ミラーを第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸は第一の軸に実質的に垂直であるような第二のモータと、
ミラーに動作的に接続された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、
位置検出器であって、座標測定機器により発せられ、レトロリフレクタターゲットにより反射された放射の一部を受け取るように構成され、第三の電気信号を、少なくとも一部に放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて生成するように構成された位置検出器と、
プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、
を含み、
第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを、少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第二の回転角度と、第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、
第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で回転させるステップと、物体表面上のある点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその位置までの第一の回転角度と物体表面上のその位置までの第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む
ことを特徴とする座標測定機器。 In coordinate measuring equipment,
An optical transmission system,
A first absolute distance meter including a first light source, a first light detector, and a first electrical circuit, wherein the first light source sends the first light to a retro-reflector target through an optical transmission system. Wherein the first photodetector is configured to receive the first light reflected by the retro-reflector target and passing through the optical transmission system, the first photodetector further comprising: Generating a first electrical signal in response to being reflected by the retro-reflector target and transmitting the first electrical signal to a first electrical circuit, the first electrical circuit comprising a coordinate measuring device; A first absolute distance meter configured to determine a first distance from the retroreflector target based at least in part on the first electrical signal;
A second absolute distance meter including a second light source, an adjustable focus adjustment mechanism, a second photodetector, and a second electrical circuit, wherein the second light source includes an adjustable focus adjustment mechanism and an optical transmission system. A second light detector configured to receive a portion of the second light reflected by the object surface and passing through the light transmission system; The second photodetector further generates a second electrical signal in response to receiving a portion of the second light reflected by the object surface, and converts the second electrical signal to a second electrical circuit. The second electrical circuit is configured to determine a second distance from the coordinate measuring device to the object surface, at least in part, based on the second electrical signal. A second absolute distance meter,
A structure operatively coupled to the optical transmission system, the first absolute distance meter, and the second absolute distance meter, the mirror including a mirror mounted for rotation, the mirror comprising a first light and a second light; A structure arranged in the optical path of light,
A first motor configured to rotate the structure about the first axis;
A first angle transducer operatively coupled to the structure, the first angle transducer configured to measure a first rotation angle about the first axis; and
A second motor configured to rotate the mirror about a second axis, the second axis being substantially perpendicular to the first axis;
A second angle transducer operatively connected to the mirror, wherein the second angle transducer is configured to measure a second rotation angle about the second axis;
A position detector configured to receive a portion of the radiation emitted by the coordinate measuring instrument and reflected by the retro-reflector target, wherein the third electrical signal is at least partially localized. A position detector configured to generate based on the position of the device;
A processor having a computer readable medium configured to operate in a first mode and a second mode;
Including
The first mode includes: tracking a retro-reflector target based at least in part on a third electrical signal; and relocating a first three-dimensional coordinate of the retro-reflector target at least partially to a retro-position at a first location. Determining based on a first rotation angle to the reflector target and a second rotation angle to the retro-reflector target at the first position, and a first distance of the retro-reflector target at the first position;
A second mode includes rotating the structure about a first axis and converting a second three-dimensional coordinate of a point on the object surface to a first position at least partially to that position on the object surface. Determining based on the rotation angle and a second rotation angle to the position on the object surface and a second distance of the point on the object surface, the second mode adjusting the adjustable focus adjustment mechanism A coordinate measuring device, further comprising the step of:
第二のモードにおいて、第一のモータは構造を第一の速度で回転させ第二のモータはミラーを第二の速度で回転させ、第二の速度は第一の速度より速いことを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 15,
In a second mode, the first motor rotates the structure at a first speed, the second motor rotates the mirror at a second speed, and the second speed is faster than the first speed. Coordinate measuring equipment.
第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で一方向に回転させるステップを含むことを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 16,
The second mode comprises rotating the structure in one direction about a first axis.
第一の軸の一方向の回転は、螺旋状の経路に沿って第二の光を発することを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 17,
A coordinate measuring device, wherein rotation of the first axis in one direction emits second light along a spiral path.
第一の光の波長は約700ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 15,
A coordinate measuring instrument wherein the wavelength of the first light is about 700 nanometers.
第二の光の波長は約1550ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 19,
A coordinate measuring device wherein the wavelength of the second light is about 1550 nanometers.
光伝送システムは、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取るように位置付けられた環状開口をさらに含むことを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 15,
The coordinate measuring device, wherein the optical transmission system further comprises an annular aperture positioned to receive a portion of the second light reflected by the object surface.
プロセッサは、第二の絶対距離計が第二の光を発しているときに第一の光を発するように構成されることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 15,
A coordinate measuring device, wherein the processor is configured to emit the first light when the second absolute distance meter is emitting the second light.
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