JPH10103937A - レーザー光の光軸傾斜測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー光が照射された被測定物上の被照射
位置を正確に算出することを可能にするレーザー光の光
軸傾斜測定方法及びこの測定方法が適用される光軸傾斜
測定装置を提供する。 【解決手段】 レーザーセンサを初期位置にセットし、
ジグの回転角を０°としたときのレーザーセンサとジグ
との第１の測定距離Ｌ１を測定し、次に、ジグの回転角
を１８０°としたときのレーザーセンサとジグとの第２
の測定距離Ｌ２を測定し、これらの測定距離の差（｜Ｌ
１−Ｌ２｜）が予め設定された判定値εより大きい場合
は、レーザーセンサを直線軸上に予め設定された移動ピ
ッチだけ移動させ、再度ステップ２以降の処理を行うよ
うにし、一方、差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が予め設定された
判定値εより小さい場合は、このときの初期位置を基準
にしたときのレーザーセンサの現在位置ｄと、第１の測
定距離Ｌ１または第２の測定距離Ｌ２とにより、レーザ
ー光の光軸の傾きθを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】被測定物の表面にレーザー光
を照射することにより被測定物の形状を測定する方法に
関し、特に、レーザー光が照射された被測定物上の被照
射位置を正確に算出することが可能な、レーザー光の被
照射位置算出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定物の形状測定において、指向性の
高いレーザー光を使用する方法は、高い測定精度が確保
できるので、例えば球体や円筒構造物の真円度測定等の
高精度が要求される測定に従来から多く利用されてい
る。投光器と受光器が一体化された投光・受光一体型レ
ーザーセンサから照射されたレーザー光により被測定物
の表面形状を測定する場合には、レーザーセンサと被測
定物の両方かあるいはいずれか一方を移動させることに
よりレーザーセンサと被測定物とを相対的に移動させ、
これにより被測定物の被測定部位、例えば任意の断面の
輪郭や表面全体の走査を行わせている。このような投光
・受光一体型レーザーセンサでは、一般に、被測定物に
対してレーザー光を照射し、その反射光を受光し、三角
法等の原理を用いて被測定物上のレーザー光の被照射位
置の測定を行うようにしている。具体的には、レーザー
センサの位置及びレーザーセンサの受光部における反射
光の受光位置より、レーザー光が照射された被測定物上
の被照射位置を算出するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、投光・受光一
体型レーザーセンサでは、これに内蔵された集光レンズ
の取り付け誤差等により、集光レンズを介して外部へ放
射されたレーザー光が被測定物上の被照射位置に対して
正確には照射されない場合がある。具体的には、集光レ
ンズの数μｍ程度の取り付け誤差の影響により、被照射
位置に投光するための設計上の光軸に対して０．１°程
度傾いてレーザー光が照射されることがある。そして、
レーザー光が設計上の光軸に対して０．１°傾いて照射
されることにより、測定データより算出された被照射位
置の座標が実際の座標とは垂直方向に数十μｍ程度ずれ
てくる。例えば、焦点距離が５０mmのレーザーセンサに
おいて、レーザー光が設計上の光軸に対して０．１°傾
いて照射された場合、測定データより算出された被照射
位置は実際に照射された位置に対して垂直方向に87μｍ
の測定誤差が生ずる。この程度の測定誤差は、被測定物
がレーザーセンサの焦点距離に比して十分大きい場合に
はそれほど問題とはならないが、被測定物がレーザーセ
ンサの焦点距離に比して小さく、しかも被測定物の輪郭
形状が複雑な場合においては、測定誤差は無視できなく
なる。したがって、測定対象となる被測定物によって
は、レーザー光の光軸の傾きに起因する測定誤差を補正
する必要性が生じる。

【０００４】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、レーザー光が照射された被測定物上の
被照射位置を正確に算出することを可能にする、レーザ
ー光の光軸傾斜測定方法、及びこの測定方法が適用され
る光軸傾斜測定装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１にかかる発明では、回転軸を有するとと
もに回転軸と直交する面に対して所定の傾斜角αだけ傾
斜した測定面を有するジグと、回転軸を回転させる回転
軸駆動機構と、回転軸と直交する直線軸と、レーザー光
の設計上の光軸が前記回転軸と平行関係にあるように直
線軸上に載置された投光・受光一体型のレーザーセンサ
と、このレーザーセンサを直線軸の軸方向に移動させる
直線軸駆動機構と、を有するレーザー光の光軸傾斜測定
装置において、ジグの回転角を０°に設定し、このとき
のレーザーセンサとジグとの第１の測定距離Ｌ１を測定
し、次に、ジグの回転角を１８０°に設定し、このとき
のレーザーセンサとジグとの第２の測定距離Ｌ２を測定
し、最後に、これら第１の距離Ｌ１、第２の距離Ｌ２、
及びジグの傾斜角αより、レーザー光の光軸の傾きθを
算出するようにしたことを特徴とするレーザー光の光軸
傾斜測定方法を提供した。

【０００６】請求項１に記載の構成としたことにより、
ジグの回転角が０°と１８０°のそれぞれの場合におけ
る測定距離と、ジグの設計時に設定された傾斜角αとに
より、レーザー光の光軸の傾きθが容易に算出できる。
なお、レーザーセンサとジグとの測定距離とは、レーザ
ーセンサから放射されたレーザー光がジグの測定面上の
任意の１点を照射したときの、この点とレーザーセンサ
との距離をいう。

【０００７】ところで、ジグ２１を測定装置に取り付け
た際のジグ傾斜角αは設計上の値と比較すると、ジグの
製作上の誤差及びジグの取り付け上の誤差を含んだもの
となり、請求項１により算出されたレーザー光の光軸の
傾きθは、ジグ傾斜角αの誤差の影響を受けることにな
る。被測定物がレーザーセンサの焦点距離に比して十分
大きい場合には、ジグ傾斜角αの誤差の影響による算出
されたレーザー光の光軸の傾きθの精度はそれほど問題
とはならないが、被測定物の大きさがレーザーセンサの
焦点距離に比して小さく、しかも被測定物の輪郭形状が
複雑な場合では、請求項１の測定方法にて算出されたレ
ーザー光の光軸の傾きθの精度の良否は無視できないも
のとなる。

【０００８】そこで請求項２にかかる発明では、回転軸
を有するとともに回転軸と直交する面に対して所定の傾
斜角だけ傾斜した測定面を有するジグと、回転軸を回転
させる回転軸駆動機構と、回転軸と直交する直線軸と、
レーザー光の設計上の光軸が回転軸と平行関係にあるよ
うに直線軸上に載置された投光・受光一体型のレーザー
センサと、このレーザーセンサを直線軸の軸方向に移動
させる直線軸駆動機構と、を有するレーザー光の光軸傾
斜測定装置において、レーザーセンサを初期位置にセッ
トし（ステップ１）、ジグの回転角を０°に設定し（ス
テップ２）、このときのレーザーセンサとジグとの第１
の測定距離Ｌ１を測定し（ステップ３）、次に、ジグの
回転角を１８０°に設定し（ステップ４）、このときの
レーザーセンサとジグとの第２の測定距離Ｌ２を測定し
（ステップ５）、第１の測定距離Ｌ１と第２の測定距離
Ｌ２との差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が予め設定された判定値
εより大きい場合は（ステップ６Ｎ）、レーザーセンサ
を直線軸上に予め設定された移動ピッチだけ移動させ
（ステップ７）、再度ステップ２以降の処理を行うよう
にし、一方、差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が予め設定された判
定値εより小さい場合は（ステップ６Ｙ）、このときの
初期位置を基準にしたときのレーザーセンサの現在位置
ｄと、第１の測定距離Ｌ１または第２の測定距離Ｌ２と
により、レーザー光の光軸の傾きθを算出するようにし
たことを特徴とするレーザー光の光軸傾斜測定方法を提
供した。

【０００９】請求項２に記載の構成としたことにより、
レーザー光の光軸の傾きθは、初期位置を基準にしたと
きのレーザーセンサの現在位置ｄと、第１の測定距離Ｌ
１または第２の測定距離Ｌ２とにより算出されることに
なり、ジグ傾斜角αは考慮されないものとなる。

【００１０】請求項３にかかる発明では、請求項２に記
載の構成に加えて、レーザーセンサの初期位置は回転軸
上に設定するようにした。これにより、レーザー光の設
計上の光軸が回転軸とジグの測定面２１ａとの交点Ｐを
照射する位置に初期位置が設定されることになり、第１
の測定距離Ｌ１と第２の測定距離Ｌ２との差（｜Ｌ１−
Ｌ２｜）が速やかに（少ないループにより）判定値εよ
り小さくなるようになる。

【００１１】請求項４にかかる発明では、請求項２また
は３に記載の構成に加えて、レーザーセンサの移動ピッ
チは第１の測定距離Ｌ１と第２の測定距離Ｌ２との差
（｜Ｌ１−Ｌ２｜）に定数ｋを乗じた値とするようにし
た。レーザーセンサの移動ピッチは大きくとり過ぎると
発振現象が発生し、差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が収束しない
ことになり、逆に小さくとり過ぎるとステップ２〜ステ
ップ７のループの回数が多くなり、差（｜Ｌ１−Ｌ２
｜）が収束するまでの処理時間が長くなることになる。
請求項４に記載の構成としたことにより、定数ｋの値を
適正に選定すれば、発振現象は発生せず、処理時間も長
くはならない。

【００１２】請求項５にかかる発明では、請求項１乃至
４に記載のレーザー光の光軸傾斜測定方法が適用される
装置として、回転軸を有するとともに回転軸と直交する
面に対して所定角度傾斜した測定面を有するジグと、回
転軸を回転させる回転軸駆動機構と、回転軸と直交する
直線軸と、レーザー光の設計上の光軸が回転軸と平行関
係にあるように直線軸上に載置された投光・受光一体型
のレーザーセンサと、このレーザーセンサを直線軸の軸
方向に移動させる直線軸駆動機構と、を有し、ジグの回
転角が０°及び１８０°のそれぞれの状態における測定
面に照射されるレーザー光によって測定される２つの測
定値を基にレーザー光の光軸の傾きを算出することを特
徴とするレーザー光の光軸傾斜測定装置を提供した。

【００１３】請求項６にかかる発明では、請求項５に記
載の構成に加えて、回転軸駆動機構はエンコーダ付きの
サーボモータとした。これにより、ジグの回転位置を高
精度に位置決めすることが可能となる。

【００１４】請求項７にかかる発明では、請求項５また
は６に記載の構成に加えて、直線軸駆動機構はエンコー
ダ付きのサーボモータとボールねじとを組み合わせたも
のとした。これにより、レーザーセンサの直線軸上の位
置を高精度に位置決めすることが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図４に示すように、水平方向
に回転軸を有し、さらにその回転軸と直交する面に対し
て一定角度傾斜した測定面２１ａを有するジグ２１を設
定する。さらに、レーザー光の設計上の光軸がジグ２１
の回転軸と同軸上にあるようにレーザーセンサ２３を設
置する。このときレーザーセンサ２３から放射されたレ
ーザー光が設計通りに真に水平方向に照射されていれ
ば、レーザー光の実際の光軸はジグ２１の回転軸と同軸
上に存在することになるので、図４（ａ）に示すジグ２
１の姿勢でのレーザーセンサ２３が測定した距離と、ジ
グ２１の姿勢を図４（ａ）に対して１８０°回転させた
ときの姿勢、すなわち図４（ｂ）に示す姿勢でのレーザ
ーセンサ２３が測定した距離とは、レーザー光が照射さ
れるジグの測定面２１ａ上の点が同一となるため等しく
なる。

【００１６】しかし、図５に示すようにレーザーセンサ
２３から放射されたレーザー光が設計通りに水平方向に
照射されていないとしたならば、図５（ａ）に示すジグ
２１の姿勢でのレーザーセンサ２３が測定した距離と、
ジグ２１の姿勢を図５（ａ）に対して１８０°回転させ
たときの姿勢、すなわち図５（ｂ）に示す姿勢でのレー
ザーセンサ２３が測定した距離とは、レーザー光が照射
されるジグの測定面２１ａ上の点が同一とはならないた
め等しくはならない。本実施形態はこの現象を利用する
ことによりレーザー光の光軸の傾きを求めようとするも
のである。

【００１７】図３は本実施形態におけるレーザー光の被
照射位置算出方法が適用されるレーザー光の光軸傾斜測
定装置の一例を示したものである。回転軸駆動機構２２
の回転軸に取り付けられたジグ２１は回転軸と直交する
面に対して一定角度傾斜した測定面２１ａを有するよう
にされている。ジグ２１の全体形状は回転軸を中心軸と
する略円筒形であればよいが、これに限定されず、傾斜
した切り口（断面）を有するものであれば略直方体でも
構わない。一方、直線軸駆動機構２４の直線軸は回転軸
駆動機構２２の回転軸と直交関係にあり、この直線軸に
取り付けられたレーザーセンサ２３は、直線軸に沿って
移動可能にされるとともに、その設計上の光軸が直線軸
と垂直になるように微調整可能にされている。

【００１８】コントローラ２６はレーザーセンサ２３に
よって得られた測定データを入力し所定の処理を行うと
ともに、回転軸駆動機構２２及び直線軸駆動機構２４を
動作させるための移動指令を出力する。ドライバー２５
はコントローラ２６からの移動指令に従い回転軸駆動機
構２２及び直線軸駆動機構２４を動作させる。ここで、
回転軸駆動機構２２及び直線軸駆動機構２４の構成につ
いて述べると、ともにエンコーダ（位置検出器）と油圧
または空圧のアクチュエータをサーボ制御してもよい
が、本実施形態ではジグ２１の回転位置を高精度に位置
決めするために、回転軸駆動機構２２としてはエンコー
ダを付属したサーボモータを使用し、また、レーザーセ
ンサ２３の設計上の光軸を回転軸駆動機構２２の回転軸
に正確に一致させる必要があるため、直線軸駆動機構２
４としてはエンコーダを付属したサーボモータ、及びサ
ーボモータの回転運動を精度良く直線運動に変換するボ
ールねじを使用する。

【００１９】この図３に示したレーザー光の光軸傾斜測
定装置は、単独の測定ユニットとして使用することがで
きるが、被測定物の図示しない測定装置の一部分として
組み合わせて使用する形態が一般的である。この場合、
直線軸駆動機構２４はレーザーセンサ２３を図３に示す
光軸の測定位置に移動させる際に使用されるとともに、
被測定物の形状測定の際にも使用されることになる。

【００２０】次に、本実施形態におけるレーザー光の光
軸の傾きを測定するための第１の測定方法について説明
する。図６に示すようにジグの測定面２１ａの回転軸の
直交面とのなす角すなわち傾斜角をα（以下「ジグ傾斜
角α」と記す）とする。ジグ傾斜角αはジグ２１の設計
時に選定する値である。図６（ａ）に示すように回転軸
駆動機構２２の回転角を０°にしたときのレーザーセン
サ２３の測定値をＬ１（以下「ジグ回転角０°のときの
測定値Ｌ１」と記す）、図６（ｂ）に示すように回転軸
駆動機構２２の回転角を１８０°にしたときのレーザー
センサ２３の測定値をＬ２（以下「ジグ回転角１８０°
のときの測定値Ｌ２」と記す）とすれば、レーザー光の
発射点から回転軸とジグの測定面２１ａとの交点Ｐまで
の実際の距離Ｌ（以下「実際の距離Ｌ」と記す）は、式
（１）及び式（２）により表される。ここで、θは設計
上のレーザー光の光軸と実際のレーザー光の光軸とのな
す角すなわちレーザー光の光軸の傾きである。

【００２１】

【数１】

【００２２】式（１）及び式（２）において未知数は実
際の距離Ｌ及びレーザー光の光軸の傾きθの２つである
ので、式（１）及び式（２）から実際の距離Ｌを消去
し、レーザー光の光軸の傾きθを算出するための式
（３）を導出する。

【００２３】

【数２】

【００２４】式（３）に示すように、レーザー光の光軸
の傾きθは、ジグ回転角０°のときの測定値Ｌ１、ジグ
回転角１８０°のときの測定値Ｌ２、及びジグ傾斜角α
より算出されることになる。

【００２５】この第１の測定方法をフローチャートにて
表すと図２に示すようになる。すなわち、ジグ２１の回
転角を０°に設定し（ステップ１１）、このときのレー
ザーセンサ２３とジグ２１との距離Ｌ１を測定する（ス
テップ１２）。次に、ジグ２１の回転角を１８０°に設
定し（ステップ１３）、このときのレーザーセンサ２３
とジグ２１との距離Ｌ２を測定する（ステップ１４）。
最後に、式（３）によりレーザー光の光軸の傾きθを算
出する（ステップ１５）。

【００２６】ところで、式（３）においては、ジグ傾斜
角αが、算出されたレーザー光の光軸の傾きθに影響を
及ぼすことになるが、ジグ傾斜角αは設計上定義づけら
れた角度であり、ジグの製作上の誤差により実際のジグ
傾斜角αは設計上の値と比較すると僅かながら誤差を含
むものとなる。これに対処するために、製作されたジグ
２１について実際のジグ傾斜角αを測定するようにして
も、このときの測定誤差を完全に排除することはできな
い。また、ジグ２１を図３に示す測定装置に取り付ける
際の取り付け誤差についても、これを完全に排除するこ
とはできない。したがって、ジグ２１を測定装置に取り
付けた際のジグ傾斜角αは設計上の値と比較すると上記
の誤差を含んだものとなり、式（３）により算出された
レーザー光の光軸の傾きθは、ジグ傾斜角αの誤差の影
響を受けることになる。

【００２７】被測定物がレーザーセンサ２３の焦点距離
に比して十分大きい場合には、ジグ傾斜角αの誤差の影
響による算出されたレーザー光の光軸の傾きθの精度は
それほど問題とはならないので、上記の第１の測定方法
でも問題はない。しかし、被測定物の大きさがレーザー
センサ２３の焦点距離に比して小さく、しかも被測定物
の輪郭形状が複雑な場合では、第１の測定方法にて算出
されたレーザー光の光軸の傾きθの精度の良否は無視で
きないものとなる。

【００２８】そこで、被測定物の大きさがレーザーセン
サ２３の焦点距離に比して小さく、しかも被測定物の輪
郭形状が複雑な場合でも、レーザー光の光軸の傾きθを
精度良く算出することが可能な第２の測定方法を提案す
る。第１の測定方法ではジグ傾斜角αの誤差の影響が問
題となっていたので、第２の測定方法ではジグ傾斜角α
を用いることなくレーザー光の光軸の傾きθを求めるこ
とにする。

【００２９】もし、レーザー光が照射されるジグの測定
面２１ａ上の点がジグ２１の回転軸上の点Ｐであれば、
ジグ２１の回転角の如何にかかわらずレーザー光は点Ｐ
を照射し、よってレーザーセンサ２３の測定値はジグ２
１の回転角の如何にかかわらず常に同一となるはずであ
る。第２の測定方法ではこれを利用することにする。

【００３０】言い換えれば、ジグ２１を回転させてもレ
ーザーセンサ２３の測定値が変化しないようにレーザー
センサ２３を直線軸上に位置決めすることができれば、
このときのレーザー光の光軸の傾きθは、図７（ａ）に
示すように、式（４）により求められることになる。式
（４）において、d はレーザー光の発射位置と回転軸と
の距離である。また、式（４）においては、ジグ２１の
回転角が０°のときの測定距離Ｌ１の代わりに、回転角
が１８０°のときの測定距離Ｌ２を用いてもよい。

【００３１】

【数３】

【００３２】この第２の測定方法をフローチャートで示
すと図１に示すようになる。まず、直線軸駆動機構２４
を動作させ、レーザーセンサ２３を初期位置にセットす
る（ステップ１）。レーザー光がジグの測定面２１ａを
照射する位置であれば、レーザーセンサ２３の初期位置
は任意でよいが、本実施形態ではレーザー光の設計上の
光軸は回転軸と平行関係となるようにされていることを
考慮し、レーザー光の設計上の光軸が回転軸とジグの測
定面２１ａとの交点Ｐを照射する位置に初期位置を設定
すればよい。これにより、レーザーセンサ２３の初期位
置におけるレーザー光の発射位置は回転軸上に存在する
ようになる。次のステップ２〜ステップ５は、前述の第
１の測定方法におけるステップ１１〜ステップ１４と同
様である。すなわち、ジグ２１の回転角を０°に設定し
（ステップ２）、このときのレーザーセンサ２３とジグ
２１との距離Ｌ１を測定し（ステップ３）、次いでジグ
２１の回転角を１８０°に設定し（ステップ４）、この
ときのレーザーセンサ２３とジグ２１との距離Ｌ２を測
定する（ステップ５）。

【００３３】前述したように、レーザー光が照射される
ジグの測定面２１ａ上の点がジグ２１の回転軸上の点Ｐ
であれば、ジグ２１の回転角の如何にかかわらずレーザ
ー光は点Ｐを照射し、よってレーザーセンサ２３の測定
値はジグ２１の回転角の如何にかかわらず常に同一とな
るから、もし、ステップ３において算出されたジグ回転
角０°のときの測定値Ｌ１とステップ５において算出さ
れたジグ回転角１８０°のときの測定値Ｌ２との差（｜
Ｌ１−Ｌ２｜）が０となれば、このときのレーザー光の
測定面２１ａ上の照射位置は回転軸上の点Ｐとなるの
で、式（４）によりレーザー光の光軸の傾きθを算出す
ればよいことになる。一方、差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が０
にならない場合は、このときのレーザー光の測定面２１
ａ上の照射位置は回転軸上の点Ｐとはなっていないもの
と判断し、レーザーセンサ２３を直線軸上に所定量移動
させたのち、再度ステップ２以降の処理を繰り返すこと
にする。

【００３４】より具体的にいうと、ジグ回転角０°のと
きの測定値Ｌ１とジグ回転角１８０°のときの測定値Ｌ
２との差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が完全に０になることは稀
であるので、予め判定値εを設定し、差（｜Ｌ１−Ｌ２
｜）がこの判定値εの値以下であれば（ステップ６
Ｙ）、差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）はほぼ０であると判定し、
式（４）によりレーザー光の光軸の傾きθを算出し（ス
テップ８）、一方、差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が判定値εよ
り大きければ（ステップ６Ｎ）、差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）
は０ではないと判定し、レーザーセンサ２３を直線軸上
に所定ピッチ移動させ（ステップ７）、再度ステップ２
以降の処理を行うようにする。判定値εの大きさはレー
ザー光の光軸の傾きθをどの程度の精度で求めたいかに
よって異なるが、一般には数ミクロン程度の値でよい。
判定値εを大きく設定すると、ステップ２〜ステップ７
のループの回数が減るので演算時間は少なくなるが、得
られるレーザー光の光軸の傾きθの精度は低くなる。逆
に、判定値εを小さく設定すると、ループの回数が増え
るので演算時間は多くなるが、得られるレーザー光の光
軸の傾きθの精度は高くなる。

【００３５】ここでステップ７におけるレーザーセンサ
２３の移動ピッチと移動方向について詳述すると、レー
ザーセンサ２３の移動ピッチは差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）に
定数ｋを掛けた値とする。定数ｋは、大きくとり過ぎる
と発振現象が発生し、差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が収束しな
いことになり、逆に小さくとり過ぎるとステップ２〜ス
テップ７のループの回数が多くなり、差（｜Ｌ１−Ｌ２
｜）が収束するまでの処理時間が長くなることになるの
で、適度な値を設定する必要がある。数例の実験の結
果、定数ｋは０．３〜０．５の範囲内に選定すれば、発
振現象は発生せず、処理時間も長くはならないことが判
明した。また、レーザーセンサ２３の移動方向は、差
（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が収束する方向であり、（Ｌ１−Ｌ
２）の正負の符号により決定する。

【００３６】また、前述したように、レーザーセンサ２
３の初期位置におけるレーザー光の発射位置は回転軸上
に存在しているので、式（４）におけるレーザー光の発
射位置と回転軸との距離d は、レーザーセンサ２３の初
期位置を基準としたときのステップ７におけるレーザー
センサ２３の移動量の累積値として算出されることにな
る。

【００３７】最後に、上述した第１または第２の測定方
法において算出されたレーザー光の光軸の傾きθより、
レーザー光が照射されているジグの測定面２１ａ上の点
の真の座標を求める。図８に示すように、レーザーセン
サ２３の測定値より算出された座標すなわちレーザー光
の設計上の光軸により照射されているジグの測定面２１
ａ上の点の座標を（ｘ₀ ，ｙ₀ ）とし、このときレーザ
ーセンサ２３により測定された距離をＬ₀ とすると、レ
ーザー光が照射されているジグの測定面２１ａ上の点の
真の座標（ｘ₁ ，ｙ₁ ）は、第１または第２の測定方法
において算出されたレーザー光の光軸の傾きθより式
（５）により求められる。

【００３８】

【数４】

【００３９】なお、レーザー光の光軸傾斜測定装置を単
独の測定ユニットとして使用し、なおかつ第１の測定方
法のみ使用する場合は、レーザーセンサ２３の設計上の
光軸を回転軸駆動機構２２の回転軸に正確に一致させる
ように固定することができればレーザーセンサ２３を移
動させる必要はなくなるので、直線軸駆動機構２４は不
要となる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１または請求項５にかかる発明に
よれば、回転軸を有するとともに回転軸と直交する面に
対して所定の傾斜角αだけ傾斜した測定面を有するジグ
と、回転軸を回転させる回転軸駆動機構と、回転軸と直
交する直線軸と、レーザー光の設計上の光軸が前記回転
軸と平行関係にあるように直線軸上に載置された投光・
受光一体型のレーザーセンサと、このレーザーセンサを
直線軸の軸方向に移動させる直線軸駆動機構と、を有す
るレーザー光の光軸傾斜測定装置において、ジグの回転
角が０°と１８０°のそれぞれの場合における測定距離
と、ジグの設計時に設定された傾斜角αとにより、レー
ザー光の光軸の傾きθが容易に算出できるようになっ
た。

【００４１】請求項２または請求項５にかかる発明によ
れば、レーザーセンサを初期位置にセットし、ジグの回
転角を０°に設定し、このときのレーザーセンサとジグ
との第１の測定距離Ｌ１を測定し、次に、ジグの回転角
を１８０°に設定し、このときのレーザーセンサとジグ
との第２の測定距離Ｌ２を測定し、第１の測定距離Ｌ１
と第２の測定距離Ｌ２との差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が予め
設定された判定値εより大きい場合は、レーザーセンサ
を直線軸上に予め設定された移動ピッチだけ移動させ、
再度ステップ２以降の処理を行うようにし、一方、差
（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が予め設定された判定値εより小さ
い場合は、このときの初期位置を基準にしたときのレー
ザーセンサの現在位置ｄと、第１の測定距離Ｌ１または
第２の測定距離Ｌ２とにより、レーザー光の光軸の傾き
θを算出するようにしたので、レーザー光の光軸の傾き
θは、初期位置を基準にしたときのレーザーセンサの現
在位置と、第１の測定距離Ｌ１または第２の測定距離Ｌ
２とにより算出されることになり、製作上の誤差や取り
付け上の誤差を含んだジグ傾斜角は考慮されないものと
なった。これにより、被測定物の大きさがレーザーセン
サの焦点距離に比して小さく、しかも被測定物の輪郭形
状が複雑な場合でも、レーザー光の光軸の傾きθを精度
良く算出することが可能となった。

【００４２】請求項３にかかる発明によれば、請求項２
にかかる発明において、レーザーセンサの初期位置は回
転軸上に設定するようにした。そのため、レーザー光の
設計上の光軸が回転軸とジグの測定面との交点を照射す
る位置に初期位置が設定されることになり、第１の測定
距離Ｌ１と第２の測定距離Ｌ２との差（｜Ｌ１−Ｌ２
｜）が速やかに（少ないループにより）判定値εより小
さくなるようになり、処理時間の短縮がはかれるものと
なった。

【００４３】請求項４にかかる発明によれば、請求項２
または３にかかる発明において、レーザーセンサの移動
ピッチは第１の測定距離Ｌ１と第２の測定距離Ｌ２との
差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）に定数ｋを乗じた値とするように
した。そのため、定数ｋの値を適正に選定することによ
り、移動ピッチは大きくとり過ぎることによる発振現象
の発生や、小さくとり過ぎることによる処理時間の増大
を抑えることができるようになった。

【００４４】請求項６にかかる発明によれば、請求項５
にかかる発明において、回転軸駆動機構はエンコーダ付
きのサーボモータとした。そのため、ジグの回転位置を
高精度に位置決めすることが可能となった。

【００４５】請求項７にかかる発明によれば、請求項５
または６にかかる発明において、直線軸駆動機構はエン
コーダ付きのサーボモータとボールねじとを組み合わせ
たものとした。そのため、レーザーセンサの直線軸上の
位置を高精度に位置決めすることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における第１の測定方法のフ
ローチャートを示す図である。

【図２】本発明の実施形態における第２の測定方法のフ
ローチャートを示す図である。

【図３】本発明の実施形態におけるレーザー光の被照射
位置算出方法が適用されるレーザー光の光軸傾斜測定装
置の一例を示す図である。

【図４】レーザー光の光軸がジグ２１の回転軸と同軸上
に放射されている場合のレーザーセンサ２３とジグ２１
との位置関係を示す図であり、（ａ）はジグ２１の回転
角が０°の場合、（ｂ）はジグ２１の回転角が１８０°
の場合をそれぞれ示している。

【図５】レーザー光の実際の光軸が設計上の光軸に対し
て傾いて放射されている場合のレーザーセンサ２３とジ
グ２１との位置関係を示す図であり、（ａ）はジグ２１
の回転角が０°の場合、（ｂ）はジグ２１の回転角が１
８０°の場合をそれぞれ示している。

【図６】レーザー光の光軸の傾きθ、ジグ傾斜角α、及
びレーザーセンサ２３の測定値の関係を示す図であり、
（ａ）はジグ２１の回転角が０°の場合、（ｂ）はジグ
２１の回転角が１８０°の場合をそれぞれ示している。

【図７】レーザー光の光軸の傾きθ、レーザー光の発射
位置と回転軸との距離ｄ、及びレーザーセンサ２３の測
定値の関係を示す図であり、（ａ）はジグ２１の回転角
が０°の場合、（ｂ）はジグ２１の回転角が１８０°の
場合をそれぞれ示している。

【図８】レーザーセンサ２３の測定値Ｌ₀ より算出され
た座標（ｘ₀ ，ｙ₀）、レーザー光が照射されているジ
グの測定面２１ａ上の点の真の座標（ｘ₁ ，ｙ₁ ）、及
びレーザー光の光軸の傾きθの関係を示す図である。

【符号の説明】

２１ ジグ ２１ａ ジグの測定面 ２２ 回転軸駆動機構 ２３ レーザーセンサ ２４ 直線軸駆動機構

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸を有するとともに該回転軸と直交す
   る面に対して所定の傾斜角αだけ傾斜した測定面を有す
   るジグと、前記回転軸を回転させる回転軸駆動機構と、
   前記回転軸と直交する直線軸と、レーザー光の設計上の
   光軸が前記回転軸と平行関係にあるように前記直線軸上
   に載置された投光・受光一体型のレーザーセンサと、該
   レーザーセンサを前記直線軸の軸方向に移動させる直線
   軸駆動機構と、を有するレーザー光の光軸傾斜測定装置
   において、 前記ジグの回転角を０°に設定し、このときの前記レー
   ザーセンサとジグとの第１の測定距離Ｌ１を測定し、 次に、前記ジグの回転角を１８０°に設定し、このとき
   の前記レーザーセンサとジグとの第２の測定距離Ｌ２を
   測定し、 最後に、これら第１の距離Ｌ１、第２の距離Ｌ２、及び
   前記ジグの傾斜角αより、レーザー光の光軸の傾きθを
   算出するようにしたことを特徴とするレーザー光の光軸
   傾斜測定方法。
2. 【請求項２】回転軸を有するとともに該回転軸と直交す
   る面に対して所定の傾斜角だけ傾斜した測定面を有する
   ジグと、前記回転軸を回転させる回転軸駆動機構と、前
   記回転軸と直交する直線軸と、レーザー光の設計上の光
   軸が前記回転軸と平行関係にあるように前記直線軸上に
   載置された投光・受光一体型のレーザーセンサと、該レ
   ーザーセンサを前記直線軸の軸方向に移動させる直線軸
   駆動機構と、を有するレーザー光の光軸傾斜測定装置に
   おいて、 前記レーザーセンサを初期位置にセットし（ステップ
   １）、 前記ジグの回転角を０°に設定し（ステップ２）、この
   ときの前記レーザーセンサとジグとの第１の測定距離Ｌ
   １を測定し（ステップ３）、 次に、前記ジグの回転角を１８０°に設定し（ステップ
   ４）、このときの前記レーザーセンサとジグとの第２の
   測定距離Ｌ２を測定し（ステップ５）、 前記第１の測定距離Ｌ１と第２の測定距離Ｌ２との差
   （｜Ｌ１−Ｌ２｜）が予め設定された判定値εより大き
   い場合は（ステップ６Ｎ）、前記レーザーセンサを前記
   直線軸上に予め設定された移動ピッチだけ移動させ（ス
   テップ７）、再度ステップ２以降の処理を行うように
   し、 一方、前記差（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が予め設定された判定
   値εより小さい場合は（ステップ６Ｙ）、このときの初
   期位置を基準にしたときのレーザーセンサの現在位置ｄ
   と、前記第１の測定距離Ｌ１または第２の測定距離Ｌ２
   とにより、レーザー光の光軸の傾きθを算出するように
   したことを特徴とするレーザー光の光軸傾斜測定方法。
3. 【請求項３】前記レーザーセンサの初期位置は前記回転
   軸上に設定するようにしたことを特徴とする請求項２に
   記載のレーザー光の光軸傾斜測定方法。
4. 【請求項４】前記レーザーセンサの移動ピッチは前記第
   １の測定距離Ｌ１と第２の測定距離Ｌ２との差（｜Ｌ１
   −Ｌ２｜）に定数ｋを乗じた値とするようにしたことを
   特徴とする請求項２または３に記載のレーザー光の光軸
   傾斜測定方法。
5. 【請求項５】回転軸を有するとともに該回転軸と直交す
   る面に対して所定角度傾斜した測定面を有するジグと、 前記回転軸を回転させる回転軸駆動機構と、 前記回転軸と直交する直線軸と、 レーザー光の設計上の光軸が前記回転軸と平行関係にあ
   るように前記直線軸上に載置された投光・受光一体型の
   レーザーセンサと、 該レーザーセンサを前記直線軸の軸方向に移動させる直
   線軸駆動機構と、を有し、前記ジグの回転角が０°及び
   １８０°のそれぞれの状態における前記測定面に照射さ
   れるレーザー光によって測定される２つの測定値を基に
   レーザー光の光軸の傾きを算出することを特徴とするレ
   ーザー光の光軸傾斜測定装置。
6. 【請求項６】前記回転軸駆動機構はエンコーダ付きのサ
   ーボモータであることを特徴とする請求項５に記載のレ
   ーザー光の光軸傾斜測定装置。
7. 【請求項７】前記直線軸駆動機構はエンコーダ付きのサ
   ーボモータとボールねじとを組み合わせた機構であるこ
   とを特徴とする請求項５または６に記載のレーザー光の
   光軸傾斜測定装置。