JPS6197504A - 3-d position measurement - Google Patents
3-d position measurementInfo
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- JPS6197504A JPS6197504A JP22010684A JP22010684A JPS6197504A JP S6197504 A JPS6197504 A JP S6197504A JP 22010684 A JP22010684 A JP 22010684A JP 22010684 A JP22010684 A JP 22010684A JP S6197504 A JPS6197504 A JP S6197504A
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- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(a)、産業上の利用分野
本発明はレーザ光を用いて被測定物の所定の点の座標位
置を測定する三次元測定装置に適用されろ三次元位置測
定方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Industrial Application Field The present invention is applied to a three-dimensional measuring device that measures the coordinate position of a predetermined point on an object to be measured using a laser beam. Regarding.
(b)、従来の技術
第10図は、従来の三次元位置測定方法が用いられた三
次元測定装置の一例を示す斜視図である。(b), Prior Art FIG. 10 is a perspective view showing an example of a three-dimensional measuring device using a conventional three-dimensional position measuring method.
従来、この種の三次元測定装置1は、第10図に示すよ
うに、例えばテーブル2上にガータ3がX軸方向に移動
自在に設け゛られており、ガータ3にはヘッド5がX軸
に直角なY軸方向に移動自在に設けられている。また、
ヘッド5には、先端にプローブ7の装着されたスピンド
ル6がx及びY軸に直角な方向であるZ軸方向に移動自
在に設けられている。テーブル2、ガータ3、ヘッド5
には、ガータ3、ヘッド5、スピンドル6のそれぞれX
軸、Y軸、Z軸の移1iII量を測定するためのリニア
スケール9等の測定手段が設けられており、プローブ7
の三次元空間中での座標位置は、プローブ7を支持移動
する、ガータ3、ヘッド5及びスピンドル6の移動量を
、リニアスケール9により測定することにより求めてい
た。Conventionally, in this type of three-dimensional measuring device 1, as shown in FIG. 10, a gutter 3 is provided on a table 2 so as to be movable in the X-axis direction, and a head 5 is mounted on the gutter 3 in a manner that the head 5 is aligned along the X-axis. It is provided so as to be movable in the Y-axis direction perpendicular to . Also,
The head 5 is provided with a spindle 6 having a probe 7 attached to its tip so as to be movable in the Z-axis direction, which is perpendicular to the x- and Y-axes. table 2, garter 3, head 5
, each of the gutter 3, head 5, and spindle 6
Measuring means such as a linear scale 9 for measuring the amount of displacement of the axis, Y axis, and Z axis is provided, and the probe 7
The coordinate position in the three-dimensional space was determined by measuring the amount of movement of the gutter 3, head 5, and spindle 6, which support and move the probe 7, using a linear scale 9.
(C)0発明が解決しようとする問題点しかし、こうし
た構造では、各リニアスケール9はそれぞれガータ3の
X軸方向の、ヘッド5のY軸方向の、スピンドル6のZ
軸方向の移動量を測定し、間接的にプローブ7の座標を
演算する形となり、その測定値はガータ3、ヘッド5、
スピンドル6に生じろ熱変位、各構成部品の組み立て上
の直角度、各座標軸に対する真直度の狂い等の機械的特
性の影響を受けることになる。従って、実際のプローブ
7の位置と、測定されたプローブ7の位置には少なから
ず誤差や測定値のバラツキ等が生じ、機械的特性を上回
る測定精度の達成は不可能であった。(C) 0 Problems to be Solved by the Invention However, in such a structure, each linear scale 9 is moved in the X-axis direction of the gutter 3, in the Y-axis direction of the head 5, and in the Z-axis direction of the spindle 6.
The amount of movement in the axial direction is measured and the coordinates of the probe 7 are indirectly calculated, and the measured values are transmitted to the gutter 3, head 5,
It is affected by mechanical properties such as thermal displacement occurring in the spindle 6, perpendicularity of each component in assembly, and deviations in straightness with respect to each coordinate axis. Therefore, considerable errors and variations in measured values occur between the actual position of the probe 7 and the measured position of the probe 7, making it impossible to achieve measurement accuracy exceeding the mechanical properties.
本発明は、前述の欠点を解消すべく、熱変位や各構成部
品の組み立て上の直角度、各座標軸に対する真直度の狂
い等の影響を排除した形での測定が可能で、機械的特性
に左右されることのない高精度の測定が可能な三次元位
置測定方法を提供することを目的とするものである。In order to eliminate the above-mentioned drawbacks, the present invention makes it possible to perform measurements in a manner that eliminates the effects of thermal displacement, perpendicularity in assembly of each component, and deviations in straightness with respect to each coordinate axis, and improves mechanical properties. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional position measuring method that allows highly accurate measurement without being influenced by other factors.
(d)0問題点を解決するための手段
即ち、本発明は、特定の座標平面内におけるプローブの
座標位置をレーザ測長器により三角測量法を用いて、固
定された外部定点から測定すると共に、前記特定の座標
平面と交差する座標軸に沿ったプローブの座標位置を、
同様に固定された外部定点からレーザ測長器により測定
することにより、プローブの三次元空間中での座標位置
を求めるようにして構成される。(d) Means for solving the zero problem, that is, the present invention measures the coordinate position of the probe in a specific coordinate plane from a fixed external fixed point using a laser length measuring device using triangulation method. , the coordinate position of the probe along the coordinate axis intersecting the specific coordinate plane,
Similarly, the coordinate position of the probe in three-dimensional space is determined by measuring with a laser length measuring device from a fixed external fixed point.
(e)0作用
上記した構成により、本発明は、プローブの位置が特定
の座標平面内でレーザ測長器により直接的に測定され、
更に該座標平面に交差する座標軸に係わるプローブの座
標位置がレーザ測長器により直接的に測定されて、三次
元空間におけろプローブの座標位置がプローブを支持駆
動する機械系の特性に左右されることなく測定されるよ
うに作用する。(e) 0 effect With the above configuration, the present invention allows the position of the probe to be directly measured by a laser length measuring device within a specific coordinate plane,
Furthermore, the coordinate position of the probe related to the coordinate axis intersecting the coordinate plane is directly measured by a laser length measuring device, and the coordinate position of the probe in three-dimensional space is influenced by the characteristics of the mechanical system that supports and drives the probe. It acts so that it can be measured without being affected.
(f)、実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。(f), Example Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
第1図は本発明による三次元位置測定方法の一実施例が
適用された三次元測定装置の一例を示す斜視図、第2図
は第1図の三次元測定装置における測定光学系を示す斜
視図、第3図は第1図の三次元測定装置における補正光
学系を示す斜視図、第4図はスピンドル付近の拡大図、
第5図は第1図の三次元測定装置における駆動系の制御
ブロック図、第6図は第1図の三次元測定装置における
光学系の制御ブロック図、第7図は本発明による測定方
法の一例を示す平面図、第8図は第7図の正面図、第9
図は各軸の振れの補正方法を示す図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of a three-dimensional measuring device to which an embodiment of the three-dimensional position measuring method according to the present invention is applied, and FIG. 2 is a perspective view showing a measurement optical system in the three-dimensional measuring device of FIG. Figure 3 is a perspective view showing the correction optical system in the three-dimensional measuring device of Figure 1, Figure 4 is an enlarged view of the vicinity of the spindle,
5 is a control block diagram of the drive system in the three-dimensional measuring device shown in FIG. 1, FIG. 6 is a control block diagram of the optical system in the three-dimensional measuring device shown in FIG. 1, and FIG. 7 is a control block diagram of the optical system in the three-dimensional measuring device shown in FIG. A plan view showing an example, Fig. 8 is a front view of Fig. 7, and Fig. 9 is a front view of Fig. 7.
The figure is a diagram showing a method for correcting shake in each axis.
三次元測定装置1は、第1図に示すように、被測定物が
載置されるテーブル2を有しており、テーブル2上には
ガイドレール2aがX軸方向に設置されている。ガイド
レール2aにはガータ3がX軸方向に移動駆動自在に設
けられており、ガータ3にはヘッド5がX軸と直角なY
軸方向に移動駆動自在に設けられている。ヘッド5には
先端にプローブ7が装着されたスピンドル6がX軸及び
Y軸に直角なZ軸方向に移動駆動自在に設けられている
。As shown in FIG. 1, the three-dimensional measuring device 1 includes a table 2 on which an object to be measured is placed, and a guide rail 2a is installed on the table 2 in the X-axis direction. A gutter 3 is provided on the guide rail 2a so as to be movable and driven in the X-axis direction, and a head 5 is mounted on the gutter 3 in a Y direction perpendicular to the X-axis.
It is provided so that it can be freely moved and driven in the axial direction. The head 5 is provided with a spindle 6 having a probe 7 attached to its tip so as to be movable in the Z-axis direction perpendicular to the X-axis and the Y-axis.
次に、三次元空間中N1の光学系について、説明する。Next, the optical system N1 in the three-dimensional space will be explained.
三次元測定装置1は測定光学系OMSと補正光学系OA
Sを有しており、測定光学系OMSは、第6図に示すよ
うに、3個のレーザ測長@10.11.12を有し、ツ
レ等測長器10゜11.12にはレーザ発振器13がレ
ーザ光15を測長器10のビームスプリッタ10aに供
給自在に設置されている。各測長器10.11.12に
はビームスプリッタl Oa、 11 a、 12 a
が設けられており、ビームスプリッタ10a、11a、
12aにはそれぞれ干渉計10b、llb。The three-dimensional measurement device 1 includes a measurement optical system OMS and a correction optical system OA.
As shown in Fig. 6, the measuring optical system OMS has three laser length measuring units @10, 11, and 12, and the laser length measuring device 10°, 11, and 12 is An oscillator 13 is installed to freely supply a laser beam 15 to a beam splitter 10a of the length measuring device 10. Each length measuring device 10.11.12 has a beam splitter lOa, 11a, 12a
are provided, and beam splitters 10a, 11a,
Interferometers 10b and 12a are interferometers 10b and llb, respectively.
12bを介してリトロリフレクタであるコーナキューブ
10 c、 11 c、 12 cが設けられている。Corner cubes 10c, 11c, 12c, which are retroreflectors, are provided via 12b.
また、各測長器10.11.12にはレシーバ10d1
lid、12gが設けられている。更に、測定光学系
OMSには補正光学系OASが接続されており、補正光
学系OASには、Y−Z平面内のスピンドル6の振れを
測定する振れ測定装置16、Z−X平面内のスピンドル
6の振れを測定する振れ測定袋W117及びZ軸方向の
位置ズレを測定する位置ズレ測定装置19が設けられて
いる。In addition, each length measuring device 10, 11, 12 has a receiver 10d1.
A lid, 12g is provided. Furthermore, a correction optical system OAS is connected to the measurement optical system OMS, and the correction optical system OAS includes a deflection measuring device 16 that measures the deflection of the spindle 6 in the Y-Z plane, and a deflection measuring device 16 that measures the deflection of the spindle 6 in the Z-X plane. A runout measuring bag W117 for measuring the runout of 6 and a positional shift measuring device 19 for measuring the positional shift in the Z-axis direction are provided.
各振れ測定装置16.17及び位置ズレ測定装置19に
は集光レンズ16 a、 17 a、 19 aを介し
てフォトダイオード16b、17b、19bが設けられ
ており、各フォトダイオード16b、17b、19bに
は増幅器20がそれぞれ接続している。増幅器20には
補正量演算部21を介して主制御部22が接続しており
、主制御部22には表示制御部23、プローブ制御部2
5、レーザ制御部26等が接続している。表示制御部2
3にはディスプレイ27が接続し、プローブ制御部25
にはプローブ7が、更にレーザ制御部26にはレーザ発
振器13が接続している。一方、測定光学系OMSの各
レシーバ10d11id、12gには距離演算部29が
接続しており、距離演算部29には前述の主制御部22
が接続している。Each shake measuring device 16, 17 and positional deviation measuring device 19 are provided with photodiodes 16b, 17b, 19b via condensing lenses 16a, 17a, 19a, and each photodiode 16b, 17b, 19b An amplifier 20 is connected to each. A main control section 22 is connected to the amplifier 20 via a correction amount calculation section 21, and a display control section 23 and a probe control section 2 are connected to the main control section 22.
5. A laser control unit 26 and the like are connected. Display control section 2
A display 27 is connected to the probe controller 25.
A probe 7 is connected to the probe 7 , and a laser oscillator 13 is further connected to the laser control section 26 . On the other hand, a distance calculation section 29 is connected to each receiver 10d11id, 12g of the measurement optical system OMS, and the distance calculation section 29 is connected to the above-mentioned main control section 22.
is connected.
次に三次元測定装置1における駆動制御系について説明
する。前述の主制御部22には、第5図に示すように、
駆動制御部30が接続しており、駆動制御部30にはA
/D変換器31を介してジョイステイクレバ等の移動方
向指示手段32が接続している。また、駆動制御部30
には、パルス分配器33.35及びパルス発生器36が
接続しており、パルス分配器33及びパルス発生器36
には3個の駆動回路37を介してX軸、Y軸及びZ軸駆
動用のパルスモータ39.40,41が接続している。Next, the drive control system in the three-dimensional measuring device 1 will be explained. As shown in FIG. 5, the main control section 22 described above includes:
A drive control unit 30 is connected to the drive control unit 30.
A moving direction indicating means 32 such as a joystick lever is connected via a /D converter 31 . In addition, the drive control section 30
A pulse distributor 33, 35 and a pulse generator 36 are connected to the pulse distributor 33 and pulse generator 36.
Pulse motors 39, 40, 41 for driving the X, Y, and Z axes are connected via three drive circuits 37 to.
なお、パルスモータ39を駆動すると、ボールネジ42
を介してガータ3がX軸方向に移動駆動され、パルスモ
ータ40を駆動するとボールネジ43を介してヘッド5
がY軸方向に移動駆動され、更にパルスモータ41を駆
動するとボールネジ45を介してスピンドル6がZ軸方
向に移動駆動される。Note that when the pulse motor 39 is driven, the ball screw 42
When the pulse motor 40 is driven, the head 5 is moved through the ball screw 43.
is driven to move in the Y-axis direction, and when the pulse motor 41 is further driven, the spindle 6 is driven to move in the Z-axis direction via the ball screw 45.
また、パルス分配器35には4個の駆動回路46を介し
て4個のミラー駆動用パルスモータ47・49・50・
51が接続しており・″ルスモ 1−タ4
7にはコーナキューブllcが、第2図に示すように、
X−Y面内で回転自在に設けられている。パルスモータ
49にはコーナキューブ10C及び、第2図に示すよう
に、干渉計12bとビームスプリツタ12a間に設けら
れた3個の反射鏡12 d、 12 e、 12 fの
うちの反射鏡1211、更に補正光学系0’A Sの反
射鏡52が同軸上にX−Y面内で回転自在に設けられて
いる。なお°、これ等パルスモータ47.49は、Y軸
方向に移動するヘッド5内に収納されている。また、パ
ルスモータ50には、第2図に示すように、干渉計11
bとコーナキューブlie間に設けられた反射鏡lie
がX−Y面内で回転駆動自在に設けられており、パルス
モータ51には干渉計10bとコーナキューブ10c間
に設けられた反射鏡10e1前述の反射鏡12d及び補
正光学系0−Asの反射鏡53が同軸上にX−Y面内で
回転自在に設けられている。なお、これ等パルスモータ
50.51は移動するガータ3やヘッド5とは独立した
、外部の固定された外部定点SPに設けられている。The pulse distributor 35 also has four mirror drive pulse motors 47, 49, 50,
51 is connected and ``Lusumo 1-ta 4
7 has a corner cube llc, as shown in Figure 2,
It is provided rotatably within the X-Y plane. The pulse motor 49 includes a corner cube 10C and, as shown in FIG. 2, a reflecting mirror 1211 among three reflecting mirrors 12 d, 12 e, and 12 f provided between the interferometer 12 b and the beam splitter 12 a. Furthermore, a reflecting mirror 52 of the correction optical system 0'AS is provided coaxially and rotatably within the XY plane. Note that these pulse motors 47 and 49 are housed in the head 5 that moves in the Y-axis direction. The pulse motor 50 also includes an interferometer 11 as shown in FIG.
Reflector lie installed between b and corner cube lie
is provided rotatably in the X-Y plane, and the pulse motor 51 has a reflection mirror 10e1 provided between the interferometer 10b and the corner cube 10c, the reflection mirror 12d mentioned above, and the correction optical system 0-As. A mirror 53 is provided coaxially and rotatably within the XY plane. Note that these pulse motors 50 and 51 are provided at an external fixed point SP that is independent of the movable gutter 3 and the head 5.
ここで、測定光学系OMSと補正光学系OASにおける
各反射鏡やコーナキューブ等の配置状態を説明する。測
定光学系OMSは前述の固定された外部定点SPに、第
2図に示すように、レーザ発振器13からのレーザ光1
5を透過及び反射分配するビームスプリッタ10 a、
11 all 2aが設けられており、更に干渉計1
0b、llb。Here, the arrangement of each reflecting mirror, corner cube, etc. in the measurement optical system OMS and the correction optical system OAS will be explained. As shown in FIG.
a beam splitter 10a for transmitting and reflecting 5;
11 all 2a is provided, and an interferometer 1
0b,llb.
レシーバ10d、lid、更に前述のパルスモータ50
.51が反射鏡と共に設けられている。また、Y軸方向
に移動するヘッド5上(ヘッド5に装着されたスピンド
ル6も含む。以下同様。)には、前述のパルスモータ4
7.49がコーナキューブ、反射鏡等と共に設けられて
おり、更にレーザ測長器12を構成する干渉計12b1
コーナキユーブ12cし・リーバ1261反射鏡12f
等が設けられている。Receiver 10d, lid, and the above-mentioned pulse motor 50
.. 51 is provided together with a reflecting mirror. Further, on the head 5 that moves in the Y-axis direction (including the spindle 6 attached to the head 5; the same applies hereinafter), the above-mentioned pulse motor 4 is mounted.
7.49 is provided together with a corner cube, a reflecting mirror, etc., and an interferometer 12b1 constituting the laser length measuring device 12 is also provided.
Corner cube 12c/Reba 1261 reflector 12f
etc. are provided.
また、補正光学系OASは、第3図に示すように、外部
定点SPにパルスモータ51と共に設けられた反射鏡5
3を有し、更にヘッド5上にはパルスモータ49に装着
された反射鏡52、更に2個のビームスプリッタ55.
56を介して振れ測定装置16.17及び位置ズレ測定
装置19が設けられており、それらにおける各構成部品
の位置関係は、第4図に示すように、ビームスプリッタ
55.56がヘッド5上に固着されたブラツク)5aに
設けられ、振れ測定値w16.17はスピンドル6に設
けられたブラケット6a上に設けられている。また、ブ
ラケット5aには位置ズレ測定装置19及び干渉計12
bも設けられ、更にブラケット6aにはコーナキューブ
12cが設けられている。Further, as shown in FIG. 3, the correction optical system OAS includes a reflecting mirror 5 provided together with a pulse motor 51 at an external fixed point SP.
3, a reflector 52 mounted on a pulse motor 49 on the head 5, and two beam splitters 55.
A deflection measuring device 16, 17 and a positional deviation measuring device 19 are provided via the beam splitter 55, 56, and the positional relationship of each component therein is as shown in FIG. The runout measurement value w16.17 is provided on a bracket 6a provided on the spindle 6. Further, the bracket 5a includes a positional deviation measuring device 19 and an interferometer 12.
b is also provided, and the bracket 6a is further provided with a corner cube 12c.
三次元測定装置1は以上のような構成を有するので、テ
ーブル2上に置かれた被測定物の特定の点の座標を測定
する場合には、第5図に示すように、ジョイスティック
レバ等の移動方向指示手段3,2を操作してプ覧−ブ7
をXSY、Z軸の適宜な方向に移動駆動する。即ち、移
動方向指示手段32を操作することにより、A/D変換
@31を介して駆動制御部30にプローブ7の移動方向
が指示されるので、駆動制御部30はパルス分配器33
及びパルス発生器36に移動方向指示手段32に指示さ
れた方向への適宜な駆動パルスDPの分配及び出力を指
令し、パルス分配器33及びパルス発生器36はそれを
受けて各駆動回路37に駆動パルスDPを出力する。各
駆動回路37は駆動パルスDPの量に応じて各パルスモ
ータ39.40.41を回転駆動してボールネジ42.
43.45を介してガータ3、ヘッド5及びスピンドル
6をそれぞれx、y、z軸方向に移動させる。すると、
スピンドル6先端に装着されたプローブ7もXSY、Z
軸方向に移動して、被測定物の測定点に徐々に接近して
ゆく。こうして、移動するプルーブ7が被測定物の持点
の点に接触すると、プローブ7から信号S1がプローブ
制御部25を介して主制御部22に出力され、主制御部
22は、距離演算部29及び補正量演算部21にプロー
ブ7の座標値の演算を指令する。Since the three-dimensional measuring device 1 has the above configuration, when measuring the coordinates of a specific point on the object to be measured placed on the table 2, as shown in FIG. Preview 7 by operating the movement direction indicating means 3 and 2
is moved and driven in appropriate directions of the XSY and Z axes. That is, by operating the moving direction indicating means 32, the moving direction of the probe 7 is instructed to the drive control unit 30 via the A/D conversion @31, so the drive control unit 30 controls the pulse distributor 33.
and instructs the pulse generator 36 to distribute and output appropriate drive pulses DP in the direction instructed by the movement direction instructing means 32, and the pulse distributor 33 and pulse generator 36 receive this and instruct the respective drive circuits 37. Outputs drive pulse DP. Each drive circuit 37 rotates each pulse motor 39, 40, 41 according to the amount of the drive pulse DP, and rotates the ball screw 42.
43. The gutter 3, head 5 and spindle 6 are moved in the x, y and z axes directions through the shafts 43 and 45, respectively. Then,
The probe 7 attached to the tip of the spindle 6 also has XSY, Z
It moves in the axial direction and gradually approaches the measurement point of the object to be measured. In this way, when the moving probe 7 contacts the fixed point of the object to be measured, the signal S1 is outputted from the probe 7 to the main control section 22 via the probe control section 25, and the main control section 22 outputs the signal S1 to the main control section 22. and instructs the correction amount calculation section 21 to calculate the coordinate values of the probe 7.
ここで、三次元測定装置i!1の測定方法を説明してお
く。まず、主制御部22は、第6図に示すように、レー
ザ制御部26を介してレーザ発振器13を駆動し、レー
ザ発振器13からレーザ光15をレーザ測長器10のビ
ームスプリッタ10aに発射する。レーザ光重5はビー
ムスプリッタ10aにより一部はビームスプリッタ10
aを透過して干渉計10bに入射し、そこで測定光と参
照光に分離され、測定光は、第2図における反射鏡10
eを介してコーナキューブ10cに入射し、そこで同一
人射角で反射鏡10e側に反射されて干渉計10bに再
度入射する。干渉計iobでは、再度入射した測定光と
参照光を干渉させて干渉縞を発生させ、その干渉縞をレ
シーバ10dにより受光して距離演算部29が干渉計1
0bからコーナキューブ10cまでの距離LL1を演算
する。Here, the three-dimensional measuring device i! The first measurement method will be explained. First, as shown in FIG. 6, the main controller 22 drives the laser oscillator 13 via the laser controller 26, and emits the laser beam 15 from the laser oscillator 13 to the beam splitter 10a of the laser length measuring device 10. . The laser light weight 5 is partially transmitted by the beam splitter 10a.
a and enters the interferometer 10b, where it is separated into measurement light and reference light.
The light enters the corner cube 10c via the angle e, where it is reflected to the reflecting mirror 10e at the same angle of incidence and enters the interferometer 10b again. In the interferometer iob, interference fringes are generated by interfering the measurement light and the reference light that are incident again, and the interference fringes are received by the receiver 10d, and the distance calculating section 29 calculates the interferometer 1.
A distance LL1 from 0b to the corner cube 10c is calculated.
レーザ測長器10等による距離の測定方法については、
すでに多くの商品が流通しており、本発明による三次元
測定装置1もそうした公知のレーザ測長器の利用が可能
なので、ここではその概略だけを述べて詳細な説明は省
略する。Regarding the distance measurement method using the laser length measuring device 10, etc.,
Many products are already on the market, and the three-dimensional measuring device 1 according to the present invention can also utilize such a known laser length measuring device, so only an outline thereof will be described here and a detailed explanation will be omitted.
また、レーザ光15の一部はビームスプリッタ10aで
反射されてビームスプリッタllaに入射し、レーザ測
長器11により干渉計11b1反射鏡11e1コーナキ
ューブllc間の距fiLL2が測定される。なお、レ
ーザ光15は外部定点SPから移動するヘッド5上に設
けられたコーナキューブ10c、llcに入射し、更に
外部定点SPの干渉計10b、llbに入射するが、コ
ーナキューブ10c、lieを駆動するパルスモータ4
9.47、反射鏡10e、lieを駆動するパルスモー
タ51.50は、第5図に示すように、ff動ff、1
4m部30によりX、Y軸のパルスモータ39.40を
駆動する駆動量に応じてそのレーザ光15の光軸が一定
となるように制御されるので、レーザ光15はヘッド5
及びガータ3のY1X方向の移動にも拘わらず、コーナ
キューブ10c、llcの一定の点で受光反射され、従
ってレーザ測、長器10.11は常に適正な距離LLI
、LL2を測定することが出来る−。Further, a part of the laser beam 15 is reflected by the beam splitter 10a and enters the beam splitter lla, and the distance fiLL2 between the interferometer 11b, the reflecting mirror 11e, and the corner cube llc is measured by the laser length measuring device 11. Note that the laser beam 15 enters the corner cubes 10c, llc provided on the moving head 5 from the external fixed point SP, and further enters the interferometers 10b, llb of the external fixed point SP; Pulse motor 4
9.47, the pulse motor 51.50 that drives the reflecting mirrors 10e and
The laser beam 15 is controlled so that the optical axis of the laser beam 15 is constant according to the driving amount of the pulse motors 39 and 40 of the X and Y axes by the 4m section 30.
Despite the movement of the gutter 3 in the Y1X direction, the light is received and reflected at certain points on the corner cubes 10c and llc.
, LL2 can be measured.
レーザ測長器10.11は、第7図及び第8図に示すよ
うに、X−Y面内におけるプローブ7の座標位置を測定
演算するが、この際の測定演算は三角測量法に基づいて
行われろ。即ち、プローブ7のX−Y面内における装着
点PXYからコーナキューブ10c、lieまでのX軸
方向の距離を、第7図に示すように、P4とし、装着点
PxYからコーナキューブ10cまでのY軸方向の距離
をP5、更にコーナキューブ10cから コーナキュー
ブllcまでのY軸方向の距離をP2と1、 (コ−t
*5−)10 c、 11 cハfQl−XFj5標上
にあるものとする。)、また、反射鏡10e。As shown in FIGS. 7 and 8, the laser length measuring device 10.11 measures and calculates the coordinate position of the probe 7 in the X-Y plane, but the measurement calculation at this time is based on the triangulation method. Be done. That is, the distance in the X-axis direction from the attachment point PXY of the probe 7 in the X-Y plane to the corner cube 10c, lie is P4, as shown in FIG. The distance in the axial direction is P5, and the distance in the Y-axis direction from corner cube 10c to corner cube llc is P2 and 1, (co-t
*5-) 10c and 11c are assumed to be on the fQl-XFj5 mark. ), and a reflecting mirror 10e.
lie間のY軸方向の距離をPlとし、反射鏡10eと
コーナキューブ10c間の距離を11、反射鏡lieと
コーナキューブllc間の距離を12とし、反射i+H
oes lie間の距$11P1を底辺とした三角形A
DEを考える。また、反射鏡10eと干渉計11b間の
Y軸方向の距離を、第8図に示すように、P3とすると
、距111iLL1、LL2は、
LLI、、j 1+P3
LL2=j2+P1+P3
従って、
11=LL1−P3
12=LL2−Pi−P3
ΔADEとΔABCが相似であるので、AB=α、AC
=βとして、
a=P2 ・j 1/ (Pi−P2)β=P2・t
2/ (PL−p2)
これにより、ΔADEの各辺の長さが与えられ、角AD
E冨θとすると、
これにより、反射鏡10eの置かれたX−Y座標の原点
りを基準とする、コーナキューブ10cの点Bの座標位
置x、yは、
x=11 ・sinθ
y==11−eosθ
従って、プローブ7の装着点PXYの座標をX′、y′
とすると、
X’ =l 1 ・sinθ+P 4
−=(11y’ =11 ・cose+p s
・・=(21となる。The distance in the Y-axis direction between the reflector 10e and the corner cube 10c is 11, the distance between the reflector lie and the corner cube llc is 12, and the reflection i+H
Triangle A whose base is the distance between oes lie $11P1
Consider DE. Further, if the distance in the Y-axis direction between the reflecting mirror 10e and the interferometer 11b is P3 as shown in FIG. P3 12=LL2-Pi-P3 Since ΔADE and ΔABC are similar, AB=α, AC
= β, a=P2 ・j 1/ (Pi−P2)β=P2・t
2/ (PL-p2) This gives the length of each side of ΔADE, and the angle AD
Assuming E-tension θ, then the coordinate position x, y of point B of the corner cube 10c, based on the origin of the X-Y coordinates where the reflecting mirror 10e is placed, is x=11 ・sin θ y== 11-eosθ Therefore, the coordinates of the attachment point PXY of the probe 7 are X', y'
Then, X' = l 1 ・sin θ + P 4
-=(11y' = 11 ・cose+ps
...=(21.
なお、ビームスプリッタllaを透過したレーザ光15
は、ビームスプリッタ12aに入射し、そこで一部のレ
ーザ光15はレーザ測長器12に入射して、第2図に示
すように、外部定点SPに設けられた反射鏡12d、Y
方向に移動するヘッド5に設けられた反射鏡12e11
2f、更にはブラケット5a上に設けられた干渉計12
bを介して、Z軸方向に移動駆動す」(るスピンドル6
にブラケット6aを介して装着されたコーナキューブ1
2cに入射し、レシーバ12gにより受光されて、干渉
計12bとコーナキューブ12c間の2軸方向の距gi
LL3を測定する。今、干渉計12bの位置をZ軸方向
の原点とすると、プローブ7のZ座標2′は、
z’ =LL3+P6 =j 3
・・・・・・(3)となる(P6はコーナキューブ1
2cとプローブ7の中心までのZ軸方向の距離)。Note that the laser beam 15 transmitted through the beam splitter lla
is incident on the beam splitter 12a, where a part of the laser beam 15 is incident on the laser length measuring device 12, and as shown in FIG.
A reflecting mirror 12e11 provided on the head 5 moving in the direction
2f, and further an interferometer 12 provided on the bracket 5a.
The spindle 6 is driven to move in the Z-axis direction via b.
Corner cube 1 attached via bracket 6a to
2c, is received by the receiver 12g, and the distance gi in the two axial directions between the interferometer 12b and the corner cube 12c is
Measure LL3. Now, assuming that the position of the interferometer 12b is the origin in the Z-axis direction, the Z coordinate 2' of the probe 7 is z' = LL3 + P6 = j 3
......(3) (P6 is corner cube 1
2c and the distance in the Z-axis direction from the center of the probe 7).
こうして、(1)、(2)、(3)式からプローブ7の
X1Y、Z座標空間中での座標位置X″、Y’、z′が
距離演算部29により演算される。次に、今度はそれら
演算された値に対する補正動作を行う。In this way, the coordinate positions X'', Y', and z' of the probe 7 in the X1Y, Z coordinate space are calculated by the distance calculating section 29 from equations (1), (2), and (3). performs a correction operation on these calculated values.
即ち、可動部分の動きによるガータ3の上下方向の微小
変位、倒れ、スピンドル6の上下移動に伴う、z−x、
y−z平面内での振れ等を測定して、その値から(1)
、(2)、(3)式で求めたプローブ7の座標位置を補
正する(レーザ測長910,11.12により測定され
る距離は、プローブ7そのものまでの距離ではなく、プ
ローブ7に対して所定距離P4、P5、P6だけ離れた
位置の座標なので、ガータ3、ヘッド5、スピンドル6
の振れ等によりプローブ7の実際の座標位置がレーザ測
長器10.11.12によって演算された座標位置に対
してズレる可能性が有る。)。That is, due to the movement of the movable part, the gutter 3 undergoes slight vertical displacement and collapse, and the vertical movement of the spindle 6 causes z-x,
Measure the runout, etc. in the y-z plane, and from that value (1)
, (2), correct the coordinate position of the probe 7 determined by equations (3) (the distance measured by the laser length measurement 910, 11.12 is not the distance to the probe 7 itself, but the distance to the probe 7 Since the coordinates are located at predetermined distances P4, P5, and P6, the gutter 3, head 5, and spindle 6
There is a possibility that the actual coordinate position of the probe 7 may deviate from the coordinate position calculated by the laser length measuring device 10.11.12 due to vibration or the like. ).
即ち、第6図に示すように、ビームスプリッタ12mを
透過したレーザ光15は、ビームスプリッタS5.56
により振れ測定装置16.17及び位置ズレ測定装置1
9に入射し、集光レンズ16 a、 17 all 9
aを介して各フォトダイオード16b、17b、19
bに入射する。フォト 7ダイオード16b117b
は、第4図に示すように、プローブ7が装着されたスピ
ンドル6のブラケット6aに設けられており、レーザ光
15は、第3図に示すように、外部定点SPから反射鏡
57.53、ヘッド5の反射鏡52を介して、ビームス
プリッタ55.56に入射し、一部は、Y方向に測定の
方向性を有するフォトダイオード16bに、一部は、X
方向に測定の方向性を有するフォトダイオード1?bに
入射する。また、残りのレーザ光15は、ブラケットs
a上に設けられた位置ズレ測定装置19の、Z方向に測
定の方向性を有するフォトダイオード19bに入射する
。補正及演算部21は、各フォトダイオード16b11
7b、19bの出力から、第9図に示すように、プロー
ブ7の三次元空間中における装着位置PxYZに対する
補正値ε8、ε2、ε2を求め、主制御部22に出力す
る。主制御部22は補正値ε 、ε2、ε2と距離演算
部29から出力されるプローブ7の座標値x’ 、y’
、z’から、各三次元測定装置1固有の組み付は誤差
、テーブル2の平面度等の機械固有の補正値α 、α
、α をも考慮して、補正後のプローブ7の座標値xS
y、zを(第9図における、Z軸方向のズレ角γ墳2”
程度であルノテ、eos7 辷1 トシT、z−x、y
−z平面内における揺れの、Z座標値への影響は無視す
る。)x= 11 ・sinθ+P4±ε+αY=j
1 ・cosθ+P5±ε+αZ=13±ε十〇
(士は測定点、移動方向により選択する)とする。That is, as shown in FIG. 6, the laser beam 15 transmitted through the beam splitter 12m is transmitted through the beam splitter S5.56.
Runout measuring device 16,17 and positional deviation measuring device 1
9 and the condenser lenses 16 a, 17 all 9
a to each photodiode 16b, 17b, 19
incident on b. Photo 7 diode 16b117b
As shown in FIG. 4, is provided on the bracket 6a of the spindle 6 on which the probe 7 is attached, and the laser beam 15 is transmitted from the external fixed point SP to the reflecting mirrors 57, 53, The beam enters the beam splitter 55.56 via the reflecting mirror 52 of the head 5, and part of the beam enters the photodiode 16b having measurement directionality in the Y direction, and the other part of the beam enters the X
Photodiode 1 with measurement directionality in the direction? incident on b. In addition, the remaining laser beam 15 is transmitted through the bracket s
The light is incident on the photodiode 19b of the positional deviation measuring device 19 provided on the top a, which has measurement directionality in the Z direction. The correction and calculation section 21 includes each photodiode 16b11.
From the outputs of 7b and 19b, as shown in FIG. 9, correction values ε8, ε2, and ε2 for the mounting position PxYZ of the probe 7 in the three-dimensional space are determined and output to the main controller 22. The main control unit 22 outputs the correction values ε, ε2, ε2 and the coordinate values x', y' of the probe 7 output from the distance calculation unit 29.
, z', the assembly error inherent to each three-dimensional measuring device 1, the machine-specific correction values α, α, such as the flatness of the table 2, etc.
, α, the corrected coordinate value xS of the probe 7
y, z (displacement angle γ mound 2" in the Z-axis direction in Fig. 9)
At the level of Renote, eos7 arm 1 Toshi T, z-x, y
The influence of shaking in the −z plane on the Z coordinate value is ignored. )x= 11 ・sinθ+P4±ε+αY=j
1 ・cosθ+P5±ε+αZ=13±ε10 (select according to measurement point and direction of movement).
なお、補正光学系OASの各反射鏡53.52も、第3
図に示すように、パルスモータ51.49によりガータ
3及びヘッド5のX、Y方向の移動に連動する形で、レ
ーザ光15の光軸がビームスプリッタ55.56に対し
て変化しないように回転駆動されるので、常に適正な補
正値ε8、ε2、ε2の演算が可能となる。Note that each of the reflecting mirrors 53 and 52 of the correction optical system OAS is also
As shown in the figure, the pulse motor 51.49 rotates the optical axis of the laser beam 15 so that it does not change with respect to the beam splitter 55.56 in conjunction with the movement of the gutter 3 and head 5 in the X and Y directions. Since it is driven, it is possible to always calculate appropriate correction values ε8, ε2, and ε2.
なお、主制御部22において演算されたプローブ7の座
標値X、Y、Zは、表示制御部23を介してディスプレ
イ27上に表示される。Note that the coordinate values X, Y, and Z of the probe 7 calculated by the main control section 22 are displayed on the display 27 via the display control section 23.
また、上述の実施例においては、x−y平面内におけろ
プローブ7の装着位置を、三角測量法により基準となる
△ADEの3辺の長さを求め、それにより角度θを求め
ることにより求めたが、プローブ7の座標位置は三角測
量法により求める限りどのような方法で求めてもよく、
三角形の決定条件である1辺の長さとその両端の角度、
2辺の長さとその挟角を測定することにより基準となる
三角形を決定し、それにより、座標位置を演算するよう
に構成することも当然可能である。In addition, in the above embodiment, the mounting position of the probe 7 in the x-y plane is determined by triangulation to determine the lengths of the three sides of the reference ΔADE, and from that, the angle θ is determined. However, the coordinate position of probe 7 may be determined by any method as long as it is determined by triangulation.
The length of one side and the angles at both ends are the conditions for determining a triangle.
Of course, it is also possible to determine a reference triangle by measuring the lengths of two sides and its included angle, and calculate the coordinate position based on this.
(g)0発明の効果
以上、説明したように、本発明によれば、X−Y平面等
の特定の座標平面内におけるプローブ7の座標位置をレ
ーザ測長器10.11により三角測量法を用いて、固定
された外部定点spから測定すると共に、前記特定の座
標平面と交差するZ軸等の座標軸に沿ったプローブの座
標位置を、同様に固定された外部定点SPからレーザ測
長器12により測定することにより、プローブ7の三次
元空間中での座標位置を求めるようにしなので、プ四−
ブ7の三次充交1間中での座標位置を直接測定すること
が出来、ガータ3、ヘッド5及びスピンドル6のx、y
Sz軸方向の移動量を測定する場合に見られた、熱変位
や各構成部品の組み立て上の直角度、各座標軸に対する
真直度の狂いの影響を排除した形での測定が可能となり
、三次光測′定装置1の機械的特性に左右されることの
ない高精度の測定が可能となる。(g) 0 Effects of the Invention As explained above, according to the present invention, the coordinate position of the probe 7 within a specific coordinate plane such as the X-Y plane is determined by the triangulation method using the laser length measuring device 10.11. The laser length measuring device 12 measures the coordinate position of the probe along a coordinate axis such as the Z-axis that intersects with the specific coordinate plane from a similarly fixed external fixed point SP. Since the coordinate position of the probe 7 in three-dimensional space is determined by measuring the
It is possible to directly measure the coordinate position of the block 7 during the cubic intersection 1, and the x, y position of the gutter 3, head 5 and spindle 6 can be directly measured.
This makes it possible to perform measurements that eliminate the effects of thermal displacement, perpendicularity during assembly of each component, and deviations in straightness with respect to each coordinate axis, which were observed when measuring the amount of movement in the Sz-axis direction. Highly accurate measurement is possible without being influenced by the mechanical characteristics of the measuring device 1.
第1図は本発明による三次元位置測定方法の一実施例が
適用された三次元測定装置の一例を示す斜視図、第2図
は第1図の三次元測定装置における測定光学系を示す斜
視図、第3図は第1図の三次元測定装置における補正光
学系を示す斜視図、第4図はスピンドル付近の拡大図、
第5図は第1図の三次元測定装置における駆動系の制御
ブロック図、第6図は第1図の三次元測定装置における
光学系の制御ブロック図、第7図は本発明による測定方
法の一例を示す平面図、第8図は第7図の正面図、第9
図は各軸の振れの補正方法を示す図、第10図は、従来
の三次元測定装置の一例を示す斜視図である。
1・・・・・三次元測定装置
3・・・・・移動機構(ガータ)
5・・・・・・移動機構(ヘッド)
6・・・・・移動機構(スピンドル)
7・・・・・ブ四−ブ
10.11.12・・・・・・レーザ測長蕾sp・・・
用外部定点
出願人 株式会社 出端鉄工所
代理人 弁理士 相1)伸二
(ほか1名)FIG. 1 is a perspective view showing an example of a three-dimensional measuring device to which an embodiment of the three-dimensional position measuring method according to the present invention is applied, and FIG. 2 is a perspective view showing a measurement optical system in the three-dimensional measuring device of FIG. Figure 3 is a perspective view showing the correction optical system in the three-dimensional measuring device of Figure 1, Figure 4 is an enlarged view of the vicinity of the spindle,
5 is a control block diagram of the drive system in the three-dimensional measuring device shown in FIG. 1, FIG. 6 is a control block diagram of the optical system in the three-dimensional measuring device shown in FIG. 1, and FIG. 7 is a control block diagram of the optical system in the three-dimensional measuring device shown in FIG. A plan view showing an example, Fig. 8 is a front view of Fig. 7, and Fig. 9 is a front view of Fig. 7.
The figure shows a method for correcting shake of each axis, and FIG. 10 is a perspective view showing an example of a conventional three-dimensional measuring device. 1...Three-dimensional measuring device 3...Moving mechanism (garter) 5...Moving mechanism (head) 6...Moving mechanism (spindle) 7... B4-B10.11.12...Laser length measurement bud sp...
Outside fixed point applicant Debata Iron Works Co., Ltd. Agent Patent attorney Phase 1) Shinji (and 1 other person)
Claims (1)
の点の座標位置を測定する三次元測定装置において、特
定の座標平面内におけるプローブの座標位置をレーザ測
長器により三角測量法を用いて、固定された外部定点か
ら測定すると共に、前記特定の座標・平面と交差する座
標軸に沿った前記プローブの線源位置を、同様に固定さ
れた外部定点からレーザ測長器により測定することによ
り、プローブの三次元空間中での座標位置を求めるよう
に構成した三次元位置測定方法。[Scope of Claims] A three-dimensional measuring device in which a probe is driven to move freely in a three-dimensional space by a moving mechanism, and the probe measures the coordinate position of a specific point on an object to be measured. The coordinate position of the probe is measured from a fixed external fixed point using a triangulation method with a laser length measuring device, and the radiation source position of the probe along the coordinate axis intersecting the specific coordinate/plane is similarly determined. A three-dimensional position measuring method configured to determine the coordinate position of a probe in three-dimensional space by measuring from a fixed external point using a laser length measuring device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22010684A JPS6197504A (en) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 3-d position measurement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22010684A JPS6197504A (en) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 3-d position measurement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6197504A true JPS6197504A (en) | 1986-05-16 |
JPH0467602B2 JPH0467602B2 (en) | 1992-10-28 |
Family
ID=16746003
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22010684A Granted JPS6197504A (en) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 3-d position measurement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6197504A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002257535A (en) * | 2001-03-05 | 2002-09-11 | Mitsutoyo Corp | Position measuring device |
JP2005017062A (en) * | 2003-06-25 | 2005-01-20 | Hitachi Ltd | Three-dimensional shape measuring apparatus, processing apparatus, and semiconductor device manufacturing method |
-
1984
- 1984-10-19 JP JP22010684A patent/JPS6197504A/en active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002257535A (en) * | 2001-03-05 | 2002-09-11 | Mitsutoyo Corp | Position measuring device |
JP2005017062A (en) * | 2003-06-25 | 2005-01-20 | Hitachi Ltd | Three-dimensional shape measuring apparatus, processing apparatus, and semiconductor device manufacturing method |
US7511828B2 (en) | 2003-06-25 | 2009-03-31 | Hitachi, Ltd. | Three-dimensional shape measuring unit, processing unit, and semiconductor device manufacturing method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0467602B2 (en) | 1992-10-28 |
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