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JPH10103937A - Optical axis inclination measuring method for laser light and apparatus therefor - Google Patents

Optical axis inclination measuring method for laser light and apparatus therefor

Info

Publication number
JPH10103937A
JPH10103937A JP8275274A JP27527496A JPH10103937A JP H10103937 A JPH10103937 A JP H10103937A JP 8275274 A JP8275274 A JP 8275274A JP 27527496 A JP27527496 A JP 27527496A JP H10103937 A JPH10103937 A JP H10103937A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
jig
axis
laser sensor
optical axis
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP8275274A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Tsuchiya
秀雄 土屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nachi Fujikoshi Corp
Original Assignee
Nachi Fujikoshi Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nachi Fujikoshi Corp filed Critical Nachi Fujikoshi Corp
Priority to JP8275274A priority Critical patent/JPH10103937A/en
Publication of JPH10103937A publication Critical patent/JPH10103937A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical axis inclination measuring method of laser light which can conduct accurate calculation of an irradiated position on an object which is irradiated with the laser light and an optical axis inclination measuring device to which this method is applicable. SOLUTION: A laser sensor is set at an initial position to measure a first measuring distance L1 between the laser sensor and a jig when an angle of rotation of the jet is set at 0 deg. and then, a second measuring distance L2 is measured between the laser sensor and the jig when the angle of rotation of the jig is set at 180 deg.. When a difference (|IL1-L2|) between the measured distances is larger than a preset criterion value ε, the laser sensor is moved by a preset moving pitch on a linear axis to perform the processing again following the step 2. On the other hand, when the difference (|L1-L2|) is smaller than the preset criterion value ε, the inclination θ of the optical axis of a laser light is calculated based on the current position (d) of the laser sensor when the initial position at this moment is used as reference, the first measuring distance L1 or the second measuring distance L2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring the shape of an object to be measured by irradiating the surface of the object with laser light, and more particularly, to accurately irradiating a position of an object on the object irradiated with the laser light. The present invention relates to a method for calculating an irradiation position of a laser beam, which can be calculated.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In a method of measuring the shape of an object to be measured, a method using a laser beam having a high directivity can ensure a high measurement accuracy, and therefore requires a high accuracy such as a roundness measurement of a sphere or a cylindrical structure. It has been widely used for measurements to be made. When measuring the surface shape of an object to be measured by laser light emitted from an integrated light-emitting / light-receiving laser sensor that integrates a light emitter and a light receiver, either or both of the laser sensor and the object to be measured By moving the laser sensor and the object to be measured relatively,
In this way, scanning is performed on the measurement site of the measurement object, for example, the contour of an arbitrary cross section or the entire surface. Generally, in such a light emitting / receiving laser type integrated laser sensor, the object to be measured is irradiated with laser light, the reflected light is received, and the laser light on the object to be measured is applied using a principle such as trigonometry. The irradiation position is measured. Specifically, an irradiation position on the measurement object irradiated with the laser light is calculated from the position of the laser sensor and the light receiving position of the reflected light at the light receiving section of the laser sensor.

【0003】[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。
However, in the integrated light emitting / receiving laser sensor, the laser light radiated to the outside through the condensing lens is covered by an error in mounting the converging lens built in the sensor. There is a case where the irradiation position on the measurement object is not accurately irradiated. Specifically, the laser light is irradiated at an angle of about 0.1 ° with respect to the designed optical axis for projecting light to the irradiation position due to the mounting error of the condenser lens of about several μm. There is. And
By irradiating the laser beam at an angle of 0.1 ° with respect to the designed optical axis, the coordinates of the irradiation position calculated from the measurement data are shifted from the actual coordinates by several tens μm in the vertical direction. . For example, in a laser sensor having a focal length of 50 mm, when the laser beam is irradiated at an angle of 0.1 ° with respect to the designed optical axis, the irradiation position calculated from the measurement data is the position actually irradiated. 87 μm vertically
Measurement error occurs. This degree of measurement error is not so problematic when the object to be measured is sufficiently large compared to the focal length of the laser sensor.However, when the object to be measured is small compared to the focal length of the laser sensor, When the contour shape of an object is complicated, the measurement error cannot be ignored. Therefore, depending on an object to be measured, it is necessary to correct a measurement error caused by the inclination of the optical axis of the laser light.

【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。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and an optical axis of a laser beam, which makes it possible to accurately calculate an irradiation position on an object to be measured irradiated with the laser light. An object of the present invention is to provide a tilt measuring method and an optical axis tilt measuring device to which the measuring method is applied.

【0005】[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。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a measuring surface having a rotation axis and being inclined by a predetermined inclination angle α with respect to a plane perpendicular to the rotation axis. A jig having a rotation axis, a rotation axis driving mechanism for rotating the rotation axis, and a linear axis orthogonal to the rotation axis, and mounted on the linear axis such that the optical axis in design of the laser light is in a parallel relationship with the rotation axis. In the laser beam optical axis inclination measuring device having the integrated light emitting and receiving laser sensor and a linear axis driving mechanism for moving the laser sensor in the axial direction of the linear axis, the rotation angle of the jig is set to 0 °. The first measurement distance L1 between the laser sensor and the jig at this time is measured, and then the rotation angle of the jig is set to 180 °, and the second measurement between the laser sensor and the jig at this time is performed. Measure the distance L2, and finally, First distance L1, a second distance L2,
And a method for measuring the inclination of the optical axis of the laser light, wherein the inclination θ of the optical axis of the laser light is calculated from the inclination angle α of the jig.

【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。
[0006] With the configuration according to the first aspect,
The inclination θ of the optical axis of the laser beam can be easily calculated from the measured distances when the rotation angle of the jig is 0 ° and 180 ° and the inclination angle α set at the time of designing the jig.
Note that the measurement distance between the laser sensor and the jig refers to the distance between the laser sensor and a laser beam emitted from the laser sensor when the laser beam irradiates an arbitrary point on the measurement surface of the jig.

【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。
By the way, the jig inclination angle α when the jig 21 is mounted on the measuring device includes an error in the manufacture of the jig and an error in the mounting of the jig when compared with a design value. The inclination θ of the optical axis of the laser light calculated by the above is affected by the error of the jig inclination angle α. If the object to be measured is sufficiently large compared to the focal length of the laser sensor, the accuracy of the inclination θ of the optical axis of the laser light calculated by the influence of the error of the jig inclination angle α does not matter so much, When the size of the measured object is smaller than the focal length of the laser sensor and the contour shape of the measured object is complicated, the inclination θ of the optical axis of the laser light calculated by the measuring method according to claim 1 is calculated. The accuracy is not negligible.

【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。
Therefore, in the invention according to claim 2, a jig having a rotation axis and having a measurement surface inclined by a predetermined inclination angle with respect to a plane orthogonal to the rotation axis, a rotation axis driving mechanism for rotating the rotation axis, , A linear axis orthogonal to the rotation axis,
An integrated laser sensor that emits and receives light on a linear axis so that the designed optical axis of the laser beam is parallel to the rotation axis, and a straight line that moves this laser sensor in the axial direction of the linear axis The laser sensor is set to an initial position (step 1), the jig rotation angle is set to 0 ° (step 2), and the laser sensor at this time is set. And jig first
Is measured (step 3), the rotation angle of the jig is set to 180 ° (step 4), and the second measurement distance L2 between the laser sensor and the jig at this time is measured (step 3). 5) If the difference (| L1−L2 |) between the first measurement distance L1 and the second measurement distance L2 is larger than a predetermined judgment value ε (step 6N), the laser sensor is moved on the linear axis. It is moved by a predetermined moving pitch (step 7), and the processing after step 2 is performed again. On the other hand, when the difference (| L1−L2 |) is smaller than the predetermined judgment value ε (step 6Y) ), The inclination θ of the optical axis of the laser beam is calculated from the current position d of the laser sensor based on the initial position at this time and the first measurement distance L1 or the second measurement distance L2. The feature of It provided the optical axis inclination measuring method Heather light.

【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。
According to the configuration of the second aspect,
The inclination θ of the optical axis of the laser light is determined by comparing the current position d of the laser sensor with respect to the initial position and the first measurement distance L
This is calculated based on the first or second measurement distance L2, and the jig inclination angle α is not considered.

【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。
According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect, the initial position of the laser sensor is set on the rotation axis. As a result, the initial position is set at a position where the designed optical axis of the laser beam irradiates the intersection P between the rotation axis and the measurement surface 21a of the jig.
Difference between the measured distance L1 and the second measured distance L2 (| L1-
L2 |) quickly becomes smaller than the determination value ε (by a small number of loops).

【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。
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second or third aspect, the movement pitch of the laser sensor is equal to the difference (| L1-L1) between the first measurement distance L1 and the second measurement distance L2. L2 |) multiplied by a constant k. If the movement pitch of the laser sensor is too large, an oscillation phenomenon occurs, and the difference (| L1−L2 |) does not converge. Conversely, if the movement pitch is too small, the number of loops from step 2 to step 7 increases. Difference (| L1-L2
The processing time until |) converges becomes longer.
With the configuration described in claim 4, if the value of the constant k is properly selected, no oscillation phenomenon occurs, and the processing time does not become long.

【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。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an apparatus to which the method for measuring the optical axis inclination of a laser beam according to any one of the first to fourth aspects is applied. A jig with an inclined measurement surface, a rotation axis drive mechanism that rotates the rotation axis, a linear axis perpendicular to the rotation axis, and a linear axis so that the optical axis in the design of the laser beam is parallel to the rotation axis. And a linear axis drive mechanism for moving the laser sensor in the axial direction of the linear axis, wherein the jig rotation angles are 0 ° and 180 °, respectively. The inclination of the optical axis of the laser light is calculated based on two measurement values measured by the laser light irradiated on the measurement surface in the state of (1).

【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。
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fifth aspect, the rotary shaft driving mechanism is a servomotor with an encoder. This makes it possible to position the jig rotational position with high accuracy.

【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。
According to a seventh aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fifth or sixth aspect, the linear axis drive mechanism is a combination of a servo motor with an encoder and a ball screw. Thus, the position on the linear axis of the laser sensor can be positioned with high accuracy.

【0015】[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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 4, a jig 21 having a rotation axis in the horizontal direction and a measurement surface 21a inclined at a certain angle with respect to a plane orthogonal to the rotation axis is set. Furthermore, the optical axis in the design of the laser beam is
The laser sensor 23 is installed so as to be coaxial with the rotation axis of. At this time, if the laser beam emitted from the laser sensor 23 is irradiated in the true horizontal direction as designed, the actual optical axis of the laser beam will be coaxial with the rotation axis of the jig 21. Jig 2 shown in FIG.
1 and the posture when the posture of the jig 21 is rotated by 180 ° with respect to FIG. 4A, that is, the laser sensor 23 in the posture shown in FIG. 4B. Is equal to the distance measured because the point on the measurement surface 21a of the jig irradiated with the laser beam is the same.

【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。
However, assuming that the laser light emitted from the laser sensor 23 is not irradiated in the horizontal direction as designed as shown in FIG. 5, the laser in the posture of the jig 21 shown in FIG. The distance measured by the sensor 23;
The attitude when the attitude of the jig 21 is rotated by 180 ° with respect to FIG. 5A, that is, the distance measured by the laser sensor 23 in the attitude shown in FIG. Are not equal because the points on the measurement surface 21a are not the same. In the present embodiment, the inclination of the optical axis of the laser beam is obtained by utilizing this phenomenon.

【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。
FIG. 3 shows an example of a laser light optical axis inclination measuring apparatus to which the method for calculating a position to be irradiated with laser light in the present embodiment is applied. Rotary shaft drive mechanism 22
The jig 21 attached to the rotating shaft has a measuring surface 21a inclined at a fixed angle with respect to a surface orthogonal to the rotating shaft. The entire shape of the jig 21 may be a substantially cylindrical shape having a rotation axis as a central axis, but is not limited to this, and may be a substantially rectangular parallelepiped as long as it has an inclined cutout (cross section). On the other hand, the linear axis of the linear axis drive mechanism 24 is orthogonal to the rotation axis of the rotary axis drive mechanism 22, and the laser sensor 23 attached to the linear axis is movable along the linear axis. Fine adjustment is possible so that the optical axis in design is perpendicular to the linear axis.

【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。
The controller 26 inputs measurement data obtained by the laser sensor 23, performs predetermined processing, and outputs a movement command for operating the rotary shaft driving mechanism 22 and the linear shaft driving mechanism 24. Driver 25
Operates the rotation axis drive mechanism 22 and the linear axis drive mechanism 24 in accordance with the movement command from the controller 26. here,
Describing the configurations of the rotary axis drive mechanism 22 and the linear axis drive mechanism 24, both encoders (position detectors) and hydraulic or pneumatic actuators may be servo-controlled. In the present embodiment, the rotational position of the jig 21 is determined. In order to perform high-precision positioning, a servomotor with an encoder is used as the rotation axis drive mechanism 22, and the optical axis in design of the laser sensor 23 is made to exactly match the rotation axis of the rotation axis drive mechanism 22. It is necessary to use the linear axis drive mechanism 2
A servo motor provided with an encoder and a ball screw for accurately converting the rotary motion of the servo motor into a linear motion are used as 4.

【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。
The laser beam tilt measuring device shown in FIG. 3 can be used as a single measuring unit, but is generally used in combination as a part of a measuring device (not shown) for measuring an object to be measured. It is. in this case,
The linear axis drive mechanism 24 is used when the laser sensor 23 is moved to the measurement position of the optical axis shown in FIG.
It will also be used when measuring the shape of the object to be measured.

【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。
Next, a first measuring method for measuring the inclination of the optical axis of the laser light in this embodiment will be described. As shown in FIG. 6, the angle formed between the measurement surface 21a of the jig and the plane orthogonal to the rotation axis, that is, the inclination angle is α (hereinafter, referred to as “jig inclination angle α”). The jig inclination angle α is a value selected when designing the jig 21. As shown in FIG. 6A, the measured value of the laser sensor 23 when the rotation angle of the rotating shaft drive mechanism 22 is 0 ° is L1 (hereinafter referred to as “measured value L1 when the jig rotation angle is 0 °”). As shown in FIG. 6B, the measured value of the laser sensor 23 when the rotation angle of the rotation shaft drive mechanism 22 is set to 180 ° is L2 (hereinafter referred to as “jig rotation angle 180 °”).
In this case, the actual distance L (hereinafter, referred to as “actual distance L”) from the point of emission of the laser beam to the intersection P between the rotation axis and the measurement surface 21a of the jig is expressed as , (1) and (2). Here, θ is the angle between the designed optical axis of the laser light and the actual optical axis of the laser light, that is, the inclination of the optical axis of the laser light.

【0021】[0021]

【数1】 (Equation 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。
In Equations (1) and (2), the unknowns are the actual distance L and the inclination θ of the optical axis of the laser beam. Therefore, the actual distance L is calculated from Equations (1) and (2). Equation (3) for erasing and calculating the inclination θ of the optical axis of the laser beam is derived.

【0023】[0023]

【数2】 (Equation 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。
As shown in equation (3), the inclination θ of the optical axis of the laser beam is determined by the measured value L1 when the jig rotation angle is 0 °, the measured value L2 when the jig rotation angle is 180 °, and the jig inclination angle. α
It will be calculated from:

【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)。
FIG. 2 is a flowchart showing the first measuring method. That is, the rotation angle of the jig 21 is set to 0 ° (step 11), and the distance L1 between the laser sensor 23 and the jig 21 at this time is measured (step 12). Next, the rotation angle of the jig 21 is set to 180 ° (step 13), and the laser sensor 23 at this time is set.
The distance L2 between the tool and the jig 21 is measured (step 14).
Finally, the inclination θ of the optical axis of the laser beam is calculated by the equation (3) (step 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。
In equation (3), the jig inclination angle α affects the calculated inclination θ of the optical axis of the laser beam. The jig inclination angle α is an angle defined by design. The actual jig inclination angle α includes a slight error due to a jig manufacturing error as compared with a design value. To cope with this, even if the actual jig inclination angle α is measured for the manufactured jig 21, the measurement error at this time cannot be completely eliminated. Also, the mounting error when mounting the jig 21 to the measuring device shown in FIG. 3 cannot be completely excluded. Therefore, the jig inclination angle α when the jig 21 is attached to the measuring device includes the above error when compared with the design value, and the inclination θ of the optical axis of the laser light calculated by the equation (3) is And the error of the jig inclination angle α.

【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。
When the object to be measured is sufficiently large compared to the focal length of the laser sensor 23, the accuracy of the inclination θ of the optical axis of the laser light calculated due to the influence of the error of the jig inclination angle α is not so problematic. Therefore, there is no problem even in the first measuring method. However, when the size of the object to be measured is smaller than the focal length of the laser sensor 23 and the contour shape of the object to be measured is complicated, the optical axis of the laser light calculated by the first measuring method is used. The accuracy of the inclination θ cannot be ignored.

【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。
Therefore, even when the size of the object to be measured is smaller than the focal length of the laser sensor 23 and the contour of the object to be measured is complicated, the inclination θ of the optical axis of the laser beam is calculated with high accuracy. A second possible measurement method is proposed. In the first measurement method, the influence of the error of the jig inclination angle α has become a problem, and therefore, in the second measurement method, the jig inclination angle α
The inclination θ of the optical axis of the laser light is determined without using the equation.

【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。
If the point on the measuring surface 21a of the jig irradiated with the laser beam is a point P on the rotation axis of the jig 21,
Regardless of the rotation angle of the jig 21, the laser beam
So that the measured value of the laser sensor 23 is jig 2
It should always be the same regardless of the rotation angle of one. This is used in the second measurement method.

【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。
In other words, if the laser sensor 23 can be positioned on a linear axis so that the measured value of the laser sensor 23 does not change even if the jig 21 is rotated,
At this time, the inclination θ of the optical axis of the laser light is obtained by Expression (4) as shown in FIG. In the equation (4), d is the distance between the emission position of the laser beam and the rotation axis. Further, in the equation (4), instead of the measurement distance L1 when the rotation angle of the jig 21 is 0 °, a measurement distance L2 when the rotation angle is 180 ° may be used.

【0031】[0031]

【数3】 (Equation 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)。
FIG. 1 shows a flowchart of the second measuring method. First, the linear axis drive mechanism 24
Is operated to set the laser sensor 23 to the initial position (step 1). The initial position of the laser sensor 23 may be any position as long as the laser light irradiates the measurement surface 21a of the jig, but in the present embodiment, the designed optical axis of the laser light is parallel to the rotation axis. In consideration of this, the initial position may be set at a position where the designed optical axis of the laser beam irradiates the intersection P between the rotation axis and the measurement surface 21a of the jig. Thereby, the emission position of the laser beam at the initial position of the laser sensor 23 is present on the rotation axis. The following steps 2 to 5 are the same as steps 11 to 14 in the first measurement method described above. That is, the rotation angle of the jig 21 is set to 0 ° (Step 2), the distance L1 between the laser sensor 23 and the jig 21 at this time is measured (Step 3), and then the rotation angle of the jig 21 is set to 180 °. Then, the distance L2 between the laser sensor 23 and the jig 21 at this time is measured (Step 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。
As described above, the point on the measurement surface 21a of the jig irradiated with the laser beam is the point P on the rotation axis of the jig 21.
Then, the laser beam irradiates the point P irrespective of the rotation angle of the jig 21, so that the measured value of the laser sensor 23 is always the same regardless of the rotation angle of the jig 21. The difference between the measured value L1 when the jig rotation angle calculated at Step 3 is 0 ° and the measured value L2 when the jig rotation angle calculated at Step 5 is 180 ° (|
If L1−L2 |) becomes 0, the irradiation position of the laser light on the measurement surface 21a at this time becomes the point P on the rotation axis, and therefore, the inclination θ of the optical axis of the laser light is calculated by Expression (4). That's all I need to do. On the other hand, the difference (| L1-L2 |) is 0
If not, the laser light measurement surface 21 at this time
It is determined that the irradiation position on a is not the point P on the rotation axis, the laser sensor 23 is moved on the linear axis by a predetermined amount, and then the processing after step 2 is repeated again.

【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。
More specifically, the measured value L1 when the jig rotation angle is 0 ° and the measured value L1 when the jig rotation angle is 180 °
It is rare that the difference (| L1-L2 |) with respect to 2 completely becomes 0, so the determination value ε is set in advance, and the difference (| L1-L2 |
|) Is equal to or smaller than the determination value ε (step 6).
Y), the difference (| L1-L2 |) is determined to be almost 0,
The inclination θ of the optical axis of the laser light is calculated by the equation (4) (step 8). On the other hand, if the difference (| L1-L2 |) is larger than the judgment value ε (step 6N), the difference (| L1-L2 | )
Is determined not to be 0, the laser sensor 23 is moved by a predetermined pitch on the linear axis (Step 7), and Step 2 is performed again.
The following processing is performed. The magnitude of the determination value ε depends on the precision with which the inclination θ of the optical axis of the laser light is to be obtained, but generally a value of about several microns is sufficient.
When the determination value ε is set to be large, Steps 2 to 7
Since the number of times of the loop is reduced, the calculation time is reduced, but the accuracy of the inclination θ of the optical axis of the obtained laser light is reduced. Conversely, if the determination value ε is set to be small, the number of loops increases and the calculation time increases, but the accuracy of the inclination θ of the optical axis of the obtained laser light increases.

【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。
Here, the moving pitch and the moving direction of the laser sensor 23 in step 7 will be described in detail. The moving pitch of the laser sensor 23 is a value obtained by multiplying the difference (| L1-L2 |) by a constant k. If the constant k is too large, an oscillation phenomenon occurs, and the difference (| L1−L2 |) does not converge. Conversely, if the constant k is too small, the number of loops from step 2 to step 7 increases, and the difference (| | L1-L2
Since the processing time until |) converges becomes longer, it is necessary to set an appropriate value. As a result of several experiments, it has been found that if the constant k is selected in the range of 0.3 to 0.5, no oscillation phenomenon occurs and the processing time does not become long. The moving direction of the laser sensor 23 is a direction in which the difference (| L1-L2 |) converges, and (L1-L2)
It is determined by the sign of 2).

【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。
As described above, the laser sensor 2
Since the emission position of the laser light at the initial position of 3 exists on the rotation axis, the distance d between the emission position of the laser light and the rotation axis in Expression (4) is based on the initial position of the laser sensor 23. This is calculated as the cumulative value of the movement amount of the laser sensor 23 in Step 7 at that time.

【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。
Finally, based on the inclination θ of the optical axis of the laser light calculated in the first or second measuring method described above,
The true coordinates of a point on the measurement surface 21a of the jig irradiated with the laser light are obtained. As shown in FIG. 8, the measurement surface 21 of the jig illuminated by the coordinates calculated from the measurement values of the laser sensor 23, that is, the optical axis in the design of the laser light.
Assuming that the coordinates of a point on a are (x 0 , y 0 ) and the distance measured by the laser sensor 23 at this time is L 0 , the true value of the point on the measurement surface 21 a of the jig irradiated with the laser light is obtained. The coordinates (x 1 , y 1 ) are obtained by the equation (5) from the inclination θ of the optical axis of the laser light calculated in the first or second measurement method.

【0038】[0038]

【数4】 (Equation 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。
When the optical axis tilt measuring device of the laser beam is used as an independent measuring unit and only the first measuring method is used, the optical axis in the design of the laser sensor 23 is changed to the rotational axis driving mechanism 22. If the laser sensor 23 can be fixed so as to be exactly coincident with the rotation axis, there is no need to move the laser sensor 23, so that the linear axis drive mechanism 24 becomes unnecessary.

【0040】[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。
According to the first or fifth aspect of the present invention, a jig having a rotation axis and having a measurement surface inclined at a predetermined inclination angle α with respect to a plane perpendicular to the rotation axis; A rotation axis driving mechanism for rotating the rotation axis, a linear axis orthogonal to the rotation axis, and a light projection / light source mounted on the linear axis so that the designed optical axis of the laser light is in a parallel relationship with the rotation axis.
In a laser beam optical axis tilt measuring device having a light receiving integrated laser sensor and a linear axis drive mechanism for moving the laser sensor in the axial direction of the linear axis, the jig rotation angles are 0 ° and 180 °, respectively. In this case, the inclination θ of the optical axis of the laser beam can be easily calculated based on the measurement distance and the inclination angle α set at the time of designing the jig.

【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。
According to the second or fifth aspect of the present invention, the laser sensor is set at the initial position, the rotation angle of the jig is set to 0 °, and the first measurement between the laser sensor and the jig at this time is performed. The distance L1 is measured, then the rotation angle of the jig is set to 180 °, the second measurement distance L2 between the laser sensor and the jig at this time is measured, and the first measurement distance L1 is measured.
When the difference (| L1−L2 |) between the second measurement distance L2 and the second measurement distance L2 is larger than a predetermined determination value ε, the laser sensor is moved on a linear axis by a predetermined movement pitch,
The processing after step 2 is performed again. On the other hand, if the difference (| L1−L2 |) is smaller than the preset determination value ε, the current position of the laser sensor based on the initial position at this time is used. The inclination θ of the optical axis of the laser light is calculated based on d and the first measurement distance L1 or the second measurement distance L2. Therefore, the inclination θ of the optical axis of the laser light is calculated based on the initial position. Current position of the laser sensor at the time of the first measurement distance L1 or the second measurement distance L
Therefore, the jig inclination angle including a manufacturing error and a mounting error is not taken into consideration. This makes it possible to accurately calculate the inclination θ of the optical axis of the laser beam even when the size of the object is smaller than the focal length of the laser sensor and the contour of the object is complicated. It became.

【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。
According to the invention of claim 3, according to claim 2,
According to the invention, the initial position of the laser sensor is set on the rotation axis. Therefore, the initial position is set at a position where the designed optical axis of the laser beam irradiates the intersection of the rotation axis and the measurement surface of the jig, and the first measurement distance L1 and the second measurement distance L2 are set. Difference (| L1-L2
|) Quickly becomes smaller than the judgment value ε (by a small number of loops), thereby shortening the processing time.

【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。
According to the invention according to claim 4, claim 2 is provided.
In the invention according to the third aspect, the moving pitch of the laser sensor is a value obtained by multiplying a difference (| L1−L2 |) between the first measurement distance L1 and the second measurement distance L2 by a constant k. Therefore, by appropriately selecting the value of the constant k, it is possible to suppress the occurrence of an oscillation phenomenon due to the movement pitch being too large, and the increase in processing time due to the movement pitch being too small.

【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。
According to the invention of claim 6, according to claim 5,
In the present invention, the rotary shaft driving mechanism is a servomotor with an encoder. Therefore, it has become possible to position the jig rotational position with high accuracy.

【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。
According to the invention of claim 7, claim 5
In the invention according to the sixth aspect, the linear axis driving mechanism is a combination of a servomotor with an encoder and a ball screw. Therefore, the position on the linear axis of the laser sensor can be positioned with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a diagram illustrating a flowchart of a first measurement method according to an embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 2 is a view showing a flowchart of a second measurement method in the embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a laser light optical axis inclination measuring apparatus to which a method for calculating a position to be irradiated with laser light according to an embodiment of the present invention is applied.

【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。
FIG. 4 shows the laser sensor 23 and the jig 21 when the optical axis of the laser beam is emitted coaxially with the rotation axis of the jig 21.
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing a positional relationship between the jig 21 and the jig 21 when the rotation angle of the jig 21 is 0 °.
Respectively.

【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。
5A and 5B are diagrams illustrating a positional relationship between the laser sensor and the jig when the actual optical axis of the laser light is emitted obliquely with respect to the designed optical axis. FIG.
When the rotation angle of the jig 21 is 0 °, FIG.
80 ° is shown.

【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。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the inclination θ of the optical axis of the laser beam, the jig inclination angle α, and the measurement value of the laser sensor 23;
(A) shows the case where the rotation angle of the jig 21 is 0 °, and (b) shows the case where the rotation angle of the jig 21 is 180 °.

【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。
7A and 7B are diagrams showing the relationship between the inclination θ of the optical axis of the laser light, the distance d between the emission position of the laser light and the rotation axis, and the measurement value of the laser sensor 23. FIG. 7A shows the rotation angle of the jig 21. Is 0 °, and (b) shows the case where the rotation angle of the jig 21 is 180 °.

【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。
FIG. 8 shows the coordinates (x 0 , y 0 ) calculated from the measured value L 0 of the laser sensor 23 and the true coordinates (x 1 , y 1) of a point on the measurement surface 21a of the jig irradiated with the laser beam. FIG. 3) is a diagram showing the relationship between the optical axis of the laser beam and the inclination θ of the laser beam.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 Reference Signs List 21 Jig 21a Measurement surface of jig 22 Rotary axis drive mechanism 23 Laser sensor 24 Linear axis drive mechanism

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. A jig having a rotation axis and having a measurement surface inclined by a predetermined inclination angle α with respect to a plane orthogonal to the rotation axis, a rotation axis driving mechanism for rotating the rotation axis,
A linear axis orthogonal to the rotation axis, a light emitting / receiving integrated laser sensor mounted on the linear axis such that a designed optical axis of the laser light is in a parallel relationship with the rotation axis; A linear axis driving mechanism for moving a laser sensor in the axial direction of the linear axis; an optical axis tilt measuring device for laser light, wherein the rotation angle of the jig is set to 0 °, and the laser sensor and the jig at this time are set. Then, the rotation angle of the jig is set to 180 °, the second measurement distance L2 between the laser sensor and the jig at this time is measured, and finally, A method for measuring an inclination of an optical axis of a laser beam, wherein the inclination θ of the optical axis of the laser beam is calculated from the first distance L1, the second distance L2, and the inclination angle α of the jig.
【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。
2. A jig having a rotation axis and having a measurement surface inclined by a predetermined inclination angle with respect to a plane perpendicular to the rotation axis, a rotation axis drive mechanism for rotating the rotation axis, and a rotation axis driving mechanism. An orthogonal linear axis, a light emitting / receiving integrated laser sensor mounted on the linear axis such that the designed optical axis of the laser light is in parallel with the rotation axis, and the laser sensor In a laser beam optical axis tilt measuring device having a linear axis driving mechanism for moving in the axial direction of a linear axis, the laser sensor is set to an initial position (step 1), and the rotation angle of the jig is set to 0 ° (Step 2), a first measurement distance L between the laser sensor and the jig at this time.
1 is measured (Step 3). Next, the rotation angle of the jig is set to 180 ° (Step 4), and a second measurement distance L2 between the laser sensor and the jig at this time is measured (Step 5). If the difference (| L1−L2 |) between the first measurement distance L1 and the second measurement distance L2 is larger than a predetermined judgment value ε (step 6N), the laser sensor is moved to the linear axis. It is moved by the previously set moving pitch (step 7), and the processing after step 2 is performed again. On the other hand, if the difference (| L1-L2 |) is smaller than the predetermined judgment value ε, (Step 6Y), the current position d of the laser sensor based on the initial position at this time
And the first measurement distance L1 or the second measurement distance L2
Wherein the inclination θ of the optical axis of the laser light is calculated.
【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。
3. The method according to claim 2, wherein an initial position of the laser sensor is set on the rotation axis.
【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。
4. A movement pitch of the laser sensor is a difference (| L1) between the first measurement distance L1 and the second measurement distance L2.
The method for measuring the optical axis inclination of a laser beam according to claim 2 or 3, wherein a value obtained by multiplying -L2 |) by a constant k is used.
【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。
5. A jig having a rotation axis and having a measurement surface inclined at a predetermined angle with respect to a plane orthogonal to the rotation axis, a rotation axis driving mechanism for rotating the rotation axis, and a straight line orthogonal to the rotation axis. An axis, an integrated light emitting / receiving laser sensor mounted on the linear axis so that the designed optical axis of the laser light is in parallel with the rotation axis; and A linear axis drive mechanism for moving the jig in the axial direction, wherein the rotation angle of the jig is 0 ° and 180 °. An inclination of an optical axis of the laser light is calculated.
【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。
6. An apparatus according to claim 5, wherein said rotary shaft drive mechanism is a servomotor with an encoder.
【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。
7. An apparatus for measuring the inclination of an optical axis of a laser beam according to claim 5, wherein said linear axis drive mechanism is a mechanism combining a servomotor with an encoder and a ball screw.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009168658A (en) * 2008-01-17 2009-07-30 Nikon Corp Three-dimensional shape measuring device
US8588974B2 (en) 2008-12-24 2013-11-19 Canon Kabushiki Kaisha Work apparatus and calibration method for the same
US20140277722A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Robot system, calibration method, and method for producing to-be-processed material
CN107883986A (en) * 2017-11-03 2018-04-06 中国人民解放军63686部队 A kind of angle zero-bit accumulating method based on laser ranging

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