JP2012112919A - Laser tracker - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、レーザートラッカーに関し、例えば、生産分野、計測分野において、素材、生産物や建築物、自然物等の物体の空間的座標を測定する技術に関する。 The present invention relates to a laser tracker and, for example, relates to a technique for measuring spatial coordinates of an object such as a material, a product, a building, or a natural object in a production field or a measurement field.
従来、ガイドとなるレーザー光の方向を、2軸のモータで制御し、移動するターゲットに追従させるレーザートラッキング技術が公知である(特許文献1)。この場合、モータに取り付けた2軸のエンコーダを用いて、移動するターゲットの空間的な方向を知ることができる。
ターゲットはレトロリフレクターあるいは単にリフレクターと呼ばれるそれぞれ直交する3枚の鏡を使用した反射鏡を用いるのが一般的である。このリフレクターは、どのような場合でも入射した方向に光を返すことができる。
Conventionally, a laser tracking technique in which the direction of a laser beam serving as a guide is controlled by a biaxial motor to follow a moving target is known (Patent Document 1). In this case, the spatial direction of the moving target can be known using a biaxial encoder attached to the motor.
The target is generally a retro-reflector or a reflector using three mirrors each called an orthogonal reflector. In any case, the reflector can return light in the incident direction.
また、レーザーで距離を測る技術は確立されており、例えば、アジレント社(旧ヒューレット・パッカード社)、レニショー社等のレーザー干渉計では、数メートルの距離を、ナノメートル単位の分解能で測定することができる(特許文献2)。 In addition, laser distance measurement technology has been established. For example, laser interferometers such as Agilent (formerly Hewlett-Packard), Renishaw, etc., measure distances of several meters with a resolution of nanometers. (Patent Document 2).
これら二つの技術を組み合わせた装置は、レーザートラッカーと称されて、その装置からターゲットまでの距離と空間的な角度を測定し、その装置を基準とした、ターゲットの空間位置を特定することが可能である。それらは、API(Automated Precision Inc.)社、FARO社等から商品化されており、その原理が公開されている(特許文献3)。 A device that combines these two technologies, called a laser tracker, can measure the distance and spatial angle from the device to the target and determine the spatial position of the target relative to the device. It is. They are commercialized by API (Automated Precision Inc.), FARO, etc., and the principle is disclosed (Patent Document 3).
図1に示すレーザートラッカーにおいて、ターゲットの座標(X,Y,Z)は、レーザー光で測定した距離 L とその空間的な角度(θ、ψ)の3つの数値から決定することができる。この測定の場合、ターゲットを、ある基準点から非測定物まで移動させ、その間、角度(θ、ψ)をターゲットの方向に従って連続的に追従させる必要がある。 In the laser tracker shown in FIG. 1, the coordinates (X, Y, Z) of the target can be determined from three numerical values of the distance L measured with the laser beam and its spatial angle (θ, ψ). In the case of this measurement, it is necessary to move the target from a certain reference point to a non-measurement object, and continuously follow the angles (θ, ψ) according to the direction of the target.
ターゲットが水平方向に移動した場合、レーザービームをターゲットに追従させるためθ軸モータ9を回転させなければならない。このθ軸モータ9の回転に伴い、レーザー光源2、測長器4、受光部7、およびハーフミラー8(以下、「受光部等」と称す)を、θ軸モータ9と同時に回転させなければならない。受光部等を回転させない場合、θ軸モータ9の回転につれ、θ、ψ方向に分離させなければならない受光部7でのレーザービームの位置の変化情報が、交じり合って分離できなくなる。その結果、角度θが大きくなると、サーボ系が発振するなどの悪影響を与える。
そのため、一般的なレーザートラッカーにおいて、受光部等をθ軸モータ9と同時に回転させる機構が必要になるが、回転部分が複雑になり、ケーブルの処理が困難になるなどの問題がある。
When the target moves in the horizontal direction, the θ-
Therefore, in a general laser tracker, a mechanism for rotating the light receiving portion and the like simultaneously with the θ-
角度θが0で、ターゲットがY軸方向に動いた場合、受光部7上のレーザービームの軌跡は、図4に示すように、受光部7上のY軸方向に平行に動く。そのため、受光部7上のレーザービームの軌跡の移動量を(x,y)、電圧への変換率をeとすると、受光部7の出力(X,Y)は、
When the angle θ is 0 and the target moves in the Y axis direction, the locus of the laser beam on the
となる。
It becomes.
次に、角度θが必ずしも0でなく、受光部等がθ軸モータ9の回転角度θと同期して回転しない場合の、受光部7上のレーザービームの軌跡を、図4を用いて説明する。
先ず、θ軸モータ9が角度θだけ回転した場合、受光部7上のx方向、y方向のレーザービームの軌跡はθだけ回転する。すると、x方向のレーザービームの軌跡は、xcosθと−xsinθに、また、y方向のレーザービームの軌跡は、ycosθとysinθにそれぞれ分解される。
したがって、受光部7上のレーザービームの軌跡の移動量を(x,y)、電圧への変換率をeとすると、受光部7の出力(X,Y)は、
Next, the locus of the laser beam on the
First, when the θ-
Therefore, if the movement amount of the locus of the laser beam on the
となる。
この場合、sinθ分だけ、xからYに、また、yからXにクロストークが発生し、θが大きくなると、制御が不安定になるなどの問題が発生する。
It becomes.
In this case, crosstalk occurs from x to Y and from y to X by the amount of sin θ, and problems such as unstable control occur when θ increases.
この発明の目的は、ターゲットが移動するとき、レーザービームをターゲットに追従させる駆動源を駆動させる場合に、クロストークの発生を抑え安定したサーボをかけられるようにするレーザートラッカーを提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser tracker that suppresses the occurrence of crosstalk and enables stable servo control when driving a drive source that causes a laser beam to follow the target when the target moves. .
この発明のレーザートラッカーは、測定物上に設けられた一つのターゲットの空間座標を求めるレーザートラッカーであって、前記ターゲットに対しレーザービームを照射するレーザー光源と、移動するターゲットに対し、前記レーザービームを直交する2軸回りにそれぞれ角度調整可能な角度調整手段と、前記ターゲットで反射されたレーザービームの反射光の位置情報を認識する受光部と、前記ターゲットで反射されたレーザービームの反射光を受光し、前記レーザー光源の照射するレーザービームと受光した反射光とから前記ターゲットまでの距離を測定する測定手段と、前記受光部で認識された位置情報から可変ゲイン設定部に設定されたゲインに基づいて、前記角度調整手段による角度を制御する制御手段と、前記角度調整手段で調整するレーザービームの角度情報から、前記受光部におけるレーザービームの2つの角度成分のクロストーク量を演算し、そのクロストーク量を打ち消すゲインを求めて前記可変ゲイン設定部に設定するゲイン指令手段と、を有することを特徴とする。
前記位置情報とは、受光部上での直交する2軸方向におけるレーザースポットの変位量を表すものである。
The laser tracker according to the present invention is a laser tracker for obtaining a spatial coordinate of one target provided on a measurement object, the laser light source for irradiating the target with a laser beam, and the laser beam for the moving target. Angle adjusting means that can adjust the angle around two axes orthogonal to each other, a light receiving unit that recognizes position information of reflected light of the laser beam reflected by the target, and reflected light of the laser beam reflected by the target Measuring means for measuring the distance from the laser beam irradiated by the laser light source and the reflected light received to the target to the gain set in the variable gain setting unit from the position information recognized by the light receiving unit On the basis of the control means for controlling the angle by the angle adjusting means, and the angle adjusting means. Gain command means for calculating a crosstalk amount of two angle components of the laser beam in the light receiving unit from the angle information of the laser beam to be adjusted, obtaining a gain for canceling the crosstalk amount, and setting the gain in the variable gain setting unit; It is characterized by having.
The position information represents the amount of displacement of the laser spot in two orthogonal directions on the light receiving unit.
この構成によると、レーザー光源から発せられたレーザービームは、角度調整手段を経由してターゲットに到達する。このターゲットで反射された反射光は、略同じ経路を通り照射元のレーザートラッカーに戻る。測定手段は、前記反射光を受光し、レーザー光源の照射するレーザービームと受光した反射光とからターゲットまでの距離を測定する。ターゲットが移動するとき、制御手段は、受光部で認識された前記レーザービームの軌跡の移動量から、可変ゲイン設定部に設定されたゲインに基づいて、前記角度調整手段による角度を制御する。これにより、レーザービームをターゲットに追従させる。 According to this configuration, the laser beam emitted from the laser light source reaches the target via the angle adjusting means. The reflected light reflected by the target returns to the irradiation laser tracker through substantially the same path. The measuring means receives the reflected light and measures the distance from the laser beam irradiated by the laser light source and the received reflected light to the target. When the target moves, the control unit controls the angle by the angle adjustment unit based on the gain set in the variable gain setting unit from the movement amount of the locus of the laser beam recognized by the light receiving unit. This causes the laser beam to follow the target.
ターゲットが例えば水平方向に移動する場合に、ゲイン指令手段は、角度調整手段で調整するレーザービームの角度情報から、受光部におけるレーザービームの軌跡の2つの角度成分のクロストーク量を演算する。レーザービームの角度情報が角度θである場合、受光部上のx方向、y方向のレーザービームの軌跡はθだけ回転する。するとx方向のレーザービームの軌跡は、xcosθと−xsinθに、また、y方向のレーザービームの軌跡は、ycosθとysinθにそれぞれ分解される。
したがって、受光部6上のレーザービームの軌跡の移動量を(x,y)、電圧への変換率をeとすると、受光部6の出力(X,Y)は、
For example, when the target moves in the horizontal direction, the gain command unit calculates the crosstalk amount of two angle components of the laser beam trajectory in the light receiving unit from the angle information of the laser beam adjusted by the angle adjusting unit. When the angle information of the laser beam is the angle θ, the locus of the laser beam in the x direction and the y direction on the light receiving unit rotates by θ. Then, the trajectory of the laser beam in the x direction is decomposed into xcosθ and −xsinθ, and the trajectory of the laser beam in the y direction is decomposed into ycosθ and ysinθ, respectively.
Therefore, if the movement amount of the locus of the laser beam on the
となる。この場合、xからYへのクロストーク量、yからXへのクロストーク量は、ゲイン指令手段によりそれぞれsinθと求められる。受光部等を同期回転する回転機構を有することなく、角度調整手段の角度調整に伴い、直交する各軸方向の信号を分離するために、式(2)の行列式の逆行例を求めると、
It becomes. In this case, the crosstalk amount from x to Y and the crosstalk amount from y to X are respectively determined as sin θ by the gain command means. In order to separate the signals in the directions of the orthogonal axes in accordance with the angle adjustment of the angle adjusting means without having a rotating mechanism for synchronously rotating the light receiving unit or the like, a reverse example of the determinant of the equation (2) is obtained.
となる。このように式(4)を適用することで、レーザービームをターゲットに追従させる場合に、クロストークの発生を抑え安定したサーボをかけることができる。
It becomes. By applying the formula (4) in this way, when the laser beam is made to follow the target, the occurrence of crosstalk can be suppressed and stable servo can be applied.
前記可変ゲイン設定部はプログラマブルゲインアンプであり、前記ゲイン指令手段は、前記プログラマブルゲインアンプに、求めたゲインを指令するものとしても良い。
前記可変ゲイン設定部は乗算器であり、制御手段は、ゲインに相当する電圧を前記乗算器を用いて信号に乗じたものとしても良い。
前記可変ゲイン設定部は、マイクロコンピュータ、パーソナルコンピュータ、およびプログラマブルロジックコントローラ(略称PLC)のいずれか一つと、ADコンバータと、DAコンバータとを含み、制御手段は、ADコンバータから入力した信号に、適切なゲインを持たせて、DAコンバータで出力するものとしても良い。
The variable gain setting unit may be a programmable gain amplifier, and the gain command means may command the obtained gain to the programmable gain amplifier.
The variable gain setting unit may be a multiplier, and the control unit may multiply the signal by a voltage corresponding to a gain using the multiplier.
The variable gain setting unit includes any one of a microcomputer, a personal computer, and a programmable logic controller (abbreviated as PLC), an AD converter, and a DA converter, and the control means is suitable for a signal input from the AD converter. It is also possible to output with a DA converter with a certain gain.
前記可変ゲイン設定部は、ゲインを変更可能なスイッチを設けたものとしても良い。例えば、複数個のスイッチを用いる場合、移動するターゲットに対する角度を、スイッチと同数のエリアに分割して、それぞれのエリアで適切なゲインになるように各スイッチでのゲインを決定し、エリア毎に指定されたスイッチに切り替える。 The variable gain setting unit may be provided with a switch capable of changing the gain. For example, when using a plurality of switches, divide the angle with respect to the moving target into the same number of areas as the switches, and determine the gain in each switch so that the appropriate gain is obtained in each area. Switch to the specified switch.
前記制御手段は、前記角度調整手段の各軸の角度を検出する角度検出手段と、この角度検出手段の検出値を用いて前記角度調整手段を制御する各軸のフィードバック制御部を有し、前記可変ゲイン設定部は、前記角度情報によるゲインの変更に加えて、前記各軸のフィードバック制御部のゲインを調整するものであっても良い。
前記可変ゲイン設定部を、各軸のフィードバック制御部のゲインを調整する調整手段として用いる場合に、前記制御手段は、サーボ系の状態を観察してゲインを自動的に変更可能としても良い。この構成によると、サーボが発振気味の場合は、サーボゲインを自動的に小さく変更してサーボを安定方向に持っていくことができる。
The control means includes an angle detection means for detecting an angle of each axis of the angle adjustment means, and a feedback control unit for each axis for controlling the angle adjustment means using a detection value of the angle detection means, The variable gain setting unit may adjust the gain of the feedback control unit of each axis in addition to the gain change based on the angle information.
When the variable gain setting unit is used as an adjustment unit that adjusts the gain of the feedback control unit of each axis, the control unit may be configured to automatically change the gain by observing the state of the servo system. According to this configuration, when the servo seems to oscillate, the servo gain can be automatically changed to a smaller value to bring the servo in a stable direction.
この発明のレーザートラッカーは、測定物上に設けられた一つのターゲットの空間座標を求めるレーザートラッカーであって、前記ターゲットに対しレーザービームを照射するレーザー光源と、移動するターゲットに対し、前記レーザービームを直交する2軸回りにそれぞれ角度調整可能な角度調整手段と、前記ターゲットで反射されたレーザービームの反射光の位置情報を認識する受光部と、前記ターゲットで反射されたレーザービームの反射光を受光し、前記レーザー光源の照射するレーザービームと受光した反射光とから前記ターゲットまでの距離を測定する測定手段と、前記受光部で認識された位置情報から可変ゲイン設定部に設定されたゲインに基づいて、前記角度調整手段による角度を制御する制御手段と、前記角度調整手段で調整するレーザービームの角度情報から、前記受光部におけるレーザービームの2つの角度成分のクロストーク量を演算し、そのクロストーク量を打ち消すゲインを求めて前記可変ゲイン設定部に設定するゲイン指令手段とを有するため、ターゲットが移動するとき、レーザービームをターゲットに追従させる駆動源を駆動させる場合に、クロストークの発生を抑え安定したサーボをかけられるようにすることができる。 The laser tracker according to the present invention is a laser tracker for obtaining a spatial coordinate of one target provided on a measurement object, the laser light source for irradiating the target with a laser beam, and the laser beam for the moving target. Angle adjusting means that can adjust the angle around two axes orthogonal to each other, a light receiving unit that recognizes position information of reflected light of the laser beam reflected by the target, and reflected light of the laser beam reflected by the target Measuring means for measuring the distance from the laser beam irradiated by the laser light source and the reflected light received to the target to the gain set in the variable gain setting unit from the position information recognized by the light receiving unit On the basis of the control means for controlling the angle by the angle adjusting means, and the angle adjusting means. Gain command means for calculating a crosstalk amount of two angle components of the laser beam in the light receiving unit from the angle information of the laser beam to be adjusted, obtaining a gain for canceling the crosstalk amount, and setting the gain in the variable gain setting unit; Therefore, when the target moves, when driving a drive source that causes the laser beam to follow the target, generation of crosstalk can be suppressed and stable servo can be applied.
この発明の第1の実施形態を図1ないし図5と共に説明する。
この実施形態に係るレーザートラッカーは、測定物上に設けられた一つのターゲットの動きに追従し、空間座標を求めるものである。以下の説明は、空間座標測定方法についての説明をも含む。図1に示すように、この例では、前記ターゲットTgは、測定物W上の一箇所に静止した状態で取り付けられるものである。ターゲットTgとして、例えば、球状のレトロリフレクターが用いられる。ただし、球状のレトロリフレクターに限定されるものではない。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The laser tracker according to this embodiment follows the movement of one target provided on the measurement object and obtains spatial coordinates. The following description also includes a description of the spatial coordinate measurement method. As shown in FIG. 1, in this example, the target Tg is attached in a stationary state at one place on the measurement object W. As the target Tg, for example, a spherical retro reflector is used. However, it is not limited to a spherical retro reflector.
レーザートラッカー1は、主に、レーザー光源2、角度調整手段3、測定手段4、および制御手段5を有する。レーザー光源2は、ターゲットTgにレーザービームLbを照射させるものであり、測定手段4は、前記ターゲットTgで反射したレーザービームLbを用いて前記ターゲットTgまでの距離を測定するものである。測定手段4として、例えば、干渉計または絶対距離計等から成る測長器が使用される。前記レーザー光源2および測長器は、一体化した機器であるレーザー測長器を構成して例えば筒状のケーシング6の内部に収容される。
The
前記角度調整手段3は、移動するターゲットTgに対し、レーザービームLbを直交する2軸回りにそれぞれ角度調整可能なものであり、光学機器を含む。
前記光学機器は、ハーフミラー8、θ軸モータ9,角度検出手段であるθ軸エンコーダ10、ψ軸モータ11,角度検出手段であるψ軸エンコーダ12、およびミラー13を有する。θ軸モータ9,ψ軸モータ11におけるθ軸(Y軸),ψ軸(X軸)は直交する2軸であり、θ軸が筒状の前記ケーシング6の軸心と平行に配置される。ケーシング6の上端部に、θ軸モータ9およびθ軸エンコーダ10が設けられ、前記θ軸モータ9を介して回転体14が回転駆動可能に支持されている。
The angle adjusting means 3 is capable of adjusting the angle of the laser beam Lb around two orthogonal axes with respect to the moving target Tg, and includes an optical device.
The optical apparatus includes a
したがって、回転体14は、ケーシング6の上端部においてこのケーシング6に対し相対的にθ軸回りに角変位可能に構成されている。回転体14の上端部に、凹形状のフレーム15を介してθ軸モータ11およびθ軸エンコーダ12が支持されている。ψ軸モータ11およびψ軸エンコーダ12の軸心は、θ軸に直交するψ軸に平行であり、前記ミラー13は、このψ軸モータ11およびψ軸エンコーダ12の軸に角変位可能に支持されている。なお、ケーシング6の上端部、回転体14、およびフレーム15には、レーザービーム(反射光も含む)Lbを通す孔hが形成されている。
Therefore, the rotating
レーザー光源2から発せられたレーザービームLbは、ハーフミラー8を透過し、ミラー13で反射した後前記ターゲットTgに到達する。このターゲットTgで反射したレーザービームLbつまり反射光は、略同じ経路を通り照射元のレーザートラッカー1に戻り、前記ハーフミラー8で反射され、ケーシング6内に配置された受光部7に到達する。この受光部7は、レーザービームLbの反射光の位置情報、つまり反射光の基準位置に対する位置ずれ量を認識するものであり、例えば、半導体位置検出素子(略称PSD)または4分割フォトダイオード等により構成される。前記反射光の「位置情報」とは、受光部7上での直交する2軸方向におけるレーザースポットの変位量を表す。制御手段5は、この受光部7に到達した反射光が同受光部7の中心に戻るように、θ軸モータ9,ψ軸モータ11を制御する。
The laser beam Lb emitted from the
受光部7が、例えば、二次元の半導体位置検出素子から成る場合、受光部表面に到達したレーザースポットにおける受光部表面上の中心位置等の、基準位置に対する直交2軸方向(X,Y軸方向)の位置ずれ量として、座標(x,y)にて表される電流が得られる。座標(x,y)のxは、受光部表面上のレーザースポットのうちX軸方向の位置ずれ量のみを示し、座標(x,y)のyは、受光部表面上のレーザースポットのうちY軸方向の位置ずれ量のみを示す。この電流は電圧に変換されて後述するプログラマブルゲインアンプ17(図3)に入力される。レーザービームLbがターゲットTgの中心から外れると、受光部表面に到達するレーザースポットは、半導体位置検出素子から外れエラー信号が生成される。多数の空間座標を求めるためにターゲットTgを移動させ、レーザートラッカー1でターゲットTgの動きを追尾させる場合に、前記受光部7からの位置データにより、各ターゲットTgの中心をレーザービームLbで追尾し得る。
For example, when the
図4に示すように、受光部7が、例えば、4分割フォトダイオードから成る場合、受光部表面に到達したレーザースポットの投影像の重心位置の変化を計測する。つまり4分割の各領域のフォトダイオードの差動出力から変位を電圧として計測する。フォトダイオードの4分割の各領域の出力(電流値)を受光部表面上の時計回りにA,B,C,Dとすると、受光部表面上の基準位置に対する直交2軸方向の位置ずれ量のうち、X軸方向の変位が(B+C)−(D+A)として表され、Y軸方向の変位が(A+B)−(C+D)として表される。これらX,Y軸方向の変位は、前記二次元の半導体位置検出素子の場合と同様に、電圧に変換されてプログラマブルゲインアンプ17(図3)に入力される。
前記レーザートラッカー1に戻った反射光の一部は、ハーフミラー8で反射されずに前記測長器に入り、この測長器は、反射光を受光しレーザー光源2の投光するレーザービームLbと受光した反射光とからターゲットTgまでの距離を測定する。
As shown in FIG. 4, when the
Part of the reflected light returning to the
図3に示すように、制御手段5は、ゲイン指令手段16と、可変ゲイン設定部としてのプログラマブルゲインアンプ17と、θ軸制御部18と、ψ軸制御部19と、θ軸ドライバ20と、ψ軸ドライバ21とを有する。これらθ軸制御部18,ψ軸制御部19は、例えばマイクロコンピュータやその他の電子機器で構成される。θ軸制御部18,ψ軸制御部19は、それぞれ受光部7からの信号に基づいて、θ軸ドライバ20,ψ軸ドライバ21に、常にレーザービームLbが受光部中心に戻るように指令する。θ軸モータ9,ψ軸モータ11は指令値に基づいてミラー13を直交するθ軸,ψ軸回りに角変位させる。これによりミラー13を常に適切な方向に向ける。なお参考提案例として図2には、ゲイン指令手段16、およびプログラマブルゲインアンプ17が設けられていない制御手段を含むレーザートラッカーの制御系のブロック図が示されている。この場合、θ軸制御部18、ψ軸制御部19には、それぞれ、固定されたゲインΚθ、Κψが設定されている。この参考提案例の制御手段は、受光部表面に到達したレーザースポットの位置ずれ量(電流)を電圧に変換した出力(X,Y)に、それぞれゲインΚθ、Κψを用いて、角度調整手段3による角度を制御する。
As shown in FIG. 3, the
図1に示すように、前記測長器およびθ軸エンコーダ10,ψ軸エンコーダ12には、演算手段22が電気的に接続されている。この演算手段22は、測長器により測定されたターゲットTgまでの距離の測定値と、θ軸エンコーダ10,ψ軸エンコーダ12の測定値より、ターゲットTgの空間座標を求める。
測定物Wの形状を測定するためには、多数の空間座標を求める必要がある。そのため、ターゲットTgを手動または自動的に移動させ、レーザートラッカー1をターゲットTgの動きに追尾させる。つまり移動するターゲットTgに対し、レーザービームLbの角度を変位させ、各位置のターゲットTgにレーザービームLbを照射させる。
As shown in FIG. 1, a calculation means 22 is electrically connected to the length measuring device, the θ-
In order to measure the shape of the workpiece W, it is necessary to obtain a large number of spatial coordinates. Therefore, the target Tg is moved manually or automatically, and the
本発明の実施形態では、レーザートラッカー1に、受光部等を同期回転する回転機構を持たせずに、θ軸モータ9の回転に伴い、直交するθ,ψ各軸方向の信号を分離して、安定したサーボがかけられるように、図2の制御回路に、後述の式(4)を適用できる構造にしている。その結果、図3に示すように、ゲイン指令手段16とプログラマブルゲインアンプ17を回路上に設けている。プログラマブルゲインアンプ17は、ゲインの入力端子から入力されたゲインによって、増幅率を可変としたアンプである。受光部7の後段に、プログラマブルゲインアンプ17を介して、θ軸制御部18、ψ軸制御部19が電気的に接続される。角度調整手段3のうち、角度検出手段であるθ軸エンコーダ10に、ゲイン指令手段16を介してプログラマブルゲインアンプ17が電気的に接続されている。
In the embodiment of the present invention, the
ターゲットTgが例えば水平方向に移動する場合に、ゲイン指令手段16は、θ軸エンコーダ10の角度の測定値から、受光部7におけるレーザービームLbの受光部表面上の基準位置に対する直交2軸方向の位置ずれ量として2つの角度成分のクロストーク量を演算する。レーザービームLbの角度の測定値がθである場合、図5に示すように、受光部7上のX軸方向、Y軸方向のレーザービームLbの軌跡、つまり受光部表面上のレーザースポットの基準位置に対する位置ずれ量はθだけ回転する。するとX軸方向のレーザービームLbの座標xは、xcosθと−xsinθに、Y軸方向のレーザービームLbの座標yは、ycosθとysinθにそれぞれ分解される。
したがって、受光部7上のレーザービームLbの基準位置に対する位置ずれ量である座標を(x,y)、電圧への変換率をeとすると、受光部7の出力(X,Y)は、
For example, when the target Tg moves in the horizontal direction, the gain command means 16 determines the angle in the biaxial direction perpendicular to the reference position on the surface of the light receiving unit of the laser beam Lb in the
Therefore, assuming that the coordinate which is the positional deviation amount with respect to the reference position of the laser beam Lb on the
となる。この場合、xからYへのクロストーク量、yからXへのクロストーク量は、ゲイン指令手段によりそれぞれsinθと求められる。受光部等を同期回転する回転機構を持たせずに、θ軸モータ9の回転に伴い、直交するθ方向,ψ方向の信号を分離するために、式(2)の行列式の逆行列を求めると、
It becomes. In this case, the crosstalk amount from x to Y and the crosstalk amount from y to X are respectively determined as sin θ by the gain command means. In order to separate the orthogonal θ direction and ψ direction signals with the rotation of the θ-
と表される。
It is expressed.
ゲイン指令手段16は、θ軸エンコーダ10のθ角度の測定値から前記式(4)に従い、プログラマブルゲインアンプ17における、A1アンプのゲインをa1、A2アンプのゲインをa2、A3アンプのゲインをa3、A4アンプのゲインをa4として、指令する。それぞれのゲインは、
The gain command means 16 determines the gain of the A1 amplifier as a1, the gain of the A2 amplifier as a2, and the gain of the A3 amplifier as a3 in the
となる。このように式(4)を適用することで、レーザービームをターゲットに追従させる場合に、クロストークの発生を抑え安定したサーボをかけることができる。
It becomes. By applying the formula (4) in this way, when the laser beam is made to follow the target, the occurrence of crosstalk can be suppressed and stable servo can be applied.
この発明の他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
Another embodiment of the present invention will be described.
In the following description, the same reference numerals are given to the portions corresponding to the matters described in the preceding forms in each embodiment, and the overlapping description is omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as those described in the preceding section. Not only the combination of the parts specifically described in each embodiment, but also the embodiments can be partially combined as long as the combination does not hinder.
前記プログラマブルゲインアンプに代えて乗算器を設け、制御手段5は、ゲインに相当する電圧を前記乗算器を用いて信号に乗じたものとしても良い。
前記プログラマブルゲインアンプに代えて、マイクロコンピュータ、パーソナルコンピュータ、およびプログラマブルロジックコントローラ(略称PLC)のいずれか一つと、ADコンバータと、DAコンバータとを設け、制御手段5は、ADコンバータから入力した信号に、適切なゲインを持たせて、DAコンバータで出力するものとしても良い。
A multiplier may be provided instead of the programmable gain amplifier, and the control means 5 may multiply the signal by a voltage corresponding to the gain using the multiplier.
Instead of the programmable gain amplifier, any one of a microcomputer, a personal computer, and a programmable logic controller (abbreviated as PLC), an AD converter, and a DA converter are provided, and the control means 5 receives the signal input from the AD converter. Alternatively, an appropriate gain may be given and output by a DA converter.
前記プログラマブルゲインアンプに代えて、ゲインを変更可能なスイッチを設けたものとしても良い。例えば、複数個のスイッチを設ける場合、移動するターゲットTgに対する角度θを、スイッチと同数のエリアに分割して、それぞれのエリアで適切なゲインになるように各スイッチでのゲインを決定し、エリア毎に指定されたスイッチに切り替える。
具体的には、先ず、ターゲットTgまでの距離をもとに測定空間を数箇所ないし数十箇所のエリアに分けておく。ターゲットTgの任意の位置にてレーザービームLbを照射するとき、演算手段22は、測長器により測定されたターゲットTgまでの距離の測定値から存在するエリアを特定する。これにより、特定されたエリアに関連付けられたスイッチに切り替えられる。
Instead of the programmable gain amplifier, a switch capable of changing the gain may be provided. For example, when a plurality of switches are provided, the angle θ with respect to the moving target Tg is divided into the same number of areas as the switches, and the gain in each switch is determined so as to obtain an appropriate gain in each area. Switch to the specified switch every time.
Specifically, first, the measurement space is divided into several to several tens of areas based on the distance to the target Tg. When irradiating the laser beam Lb at an arbitrary position of the target Tg, the calculation means 22 specifies an existing area from the measured value of the distance to the target Tg measured by the length measuring device. Thereby, it switches to the switch linked | related with the specified area.
また、各スイッチ毎にゲインが定められており、これによりθ軸制御部18,ψ軸制御部19は、それぞれθ軸ドライバ20,ψ軸ドライバ21に対し、角度調整手段3で調整するレーザービームLbの角度情報を加味したサーボゲインに基づく指令を与える。θ軸モータ9,ψ軸モータ11は指令値に基づいてミラー13を直交するθ軸,ψ軸回りに角変位させる。したがって、ターゲットTgに対しレーザービームLbの角度情報を加味したサーボ系をもつレーザートラッカー1を実現できる。
In addition, a gain is determined for each switch, whereby the θ-
さらに他の実施形態として、前記プログラマブルゲインアンプ17を、レーザービームLbの角度情報によるゲインの変更だけでなく、サーボゲインそのものを調整する調整手段としても用いても良い。すなわち制御手段5は、角度調整手段3の各軸(θ軸,ψ軸)の角度を検出するθ軸エンコーダ10,ψ軸エンコーダ12と、これらθ軸エンコーダ10,ψ軸エンコーダ12の検出値を用いて角度調整手段3を制御する前記θ軸,ψ軸のフィードバック制御部のゲインを調整するものとしてもよい。
この場合、θ軸,ψ軸のサーボゲインをgθ、gψとすると、全体のゲインは下記式(7)のように表される。
As yet another embodiment, the
In this case, if the servo gains of the θ-axis and the ψ-axis are g θ and g ψ , the overall gain is expressed by the following equation (7).
前記プログラマブルゲインアンプ17を、各軸のフィードバック制御部のゲインを調整する調整手段として用いる場合に、制御手段5は、サーボ系の状態を観察してゲインを自動的に変更可能としても良い。この構成によると、サーボが発振気味の場合は、サーボゲインgを自動的に小さく変更してサーボを安定方向に持っていくことができる。
When the
1…レーザートラッカー
2…レーザー光源
3…角度調整手段
4…測定手段
5…制御手段
7…受光部
16…ゲイン指令手段
17…プログラマブルゲインアンプ
Lb…レーザービーム
Tg…ターゲット
W…測定物
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ターゲットに対しレーザービームを照射するレーザー光源と、
移動するターゲットに対し、前記レーザービームを直交する2軸回りにそれぞれ角度調整可能な角度調整手段と、
前記ターゲットで反射されたレーザービームの反射光の位置情報を認識する受光部と、
前記ターゲットで反射されたレーザービームの反射光を受光し、前記レーザー光源の照射するレーザービームと受光した反射光とから前記ターゲットまでの距離を測定する測定手段と、
前記受光部で認識された位置情報から可変ゲイン設定部に設定されたゲインに基づいて、前記角度調整手段による角度を制御する制御手段と、
前記角度調整手段で調整するレーザービームの角度情報から、前記受光部におけるレーザービームの2つの角度成分のクロストーク量を演算し、そのクロストーク量を打ち消すゲインを求めて前記可変ゲイン設定部に設定するゲイン指令手段と、を有することを特徴とするレーザートラッカー。 A laser tracker for obtaining a spatial coordinate of one target provided on a measurement object,
A laser light source for irradiating the target with a laser beam;
Angle adjusting means capable of adjusting the angle of the laser beam about two axes orthogonal to the moving target;
A light receiving unit for recognizing position information of reflected light of a laser beam reflected by the target;
Measuring means for receiving reflected light of the laser beam reflected by the target and measuring a distance from the laser beam irradiated by the laser light source and the received reflected light to the target;
Control means for controlling the angle by the angle adjusting means based on the gain set in the variable gain setting section from the position information recognized by the light receiving section;
The crosstalk amount of two angle components of the laser beam in the light receiving unit is calculated from the angle information of the laser beam adjusted by the angle adjusting means, and a gain for canceling the crosstalk amount is obtained and set in the variable gain setting unit A laser tracker comprising gain command means.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010264572A JP2012112919A (en) | 2010-11-29 | 2010-11-29 | Laser tracker |
PCT/JP2011/075937 WO2012067012A1 (en) | 2010-11-15 | 2011-11-10 | Laser tracker |
Applications Claiming Priority (1)
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JP (1) | JP2012112919A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018025483A (en) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 株式会社ミツトヨ | Method and device for adjusting feedback gain of tracking type laser interferometer |
JP2019095205A (en) * | 2017-11-17 | 2019-06-20 | 株式会社ミツトヨ | Laser tracker and method for adjusting gain of laser tracker |
-
2010
- 2010-11-29 JP JP2010264572A patent/JP2012112919A/en active Pending
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