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JPH0481602A - 極座標型非接触測距装置 - Google Patents

極座標型非接触測距装置

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Publication number
JPH0481602A
JPH0481602A JP2195961A JP19596190A JPH0481602A JP H0481602 A JPH0481602 A JP H0481602A JP 2195961 A JP2195961 A JP 2195961A JP 19596190 A JP19596190 A JP 19596190A JP H0481602 A JPH0481602 A JP H0481602A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arm
polar coordinate
stator
laser
base
Prior art date
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Granted
Application number
JP2195961A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2947894B2 (ja
Inventor
Takayuki Kataoka
隆之 片岡
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.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP2195961A priority Critical patent/JP2947894B2/ja
Publication of JPH0481602A publication Critical patent/JPH0481602A/ja
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は非接触測距装置、特に光ヘテロゲイン法による
非接触測距装置に関する。
(従来の技術) 従来の光ヘテロダイン法では、測定用レーザーがミラー
により方向を変えられたのち測定対象物へ照射されるも
のであった。このため、精密測定にとって重要なレーザ
ーの偏波面が所要の方向を保持できる直交座標型動作製
置にのみ適用されている。
極座標型に動作する装置ではミラーによる方向変更の際
に偏波面がねしれる。従って、この型の場合は機械的計
測(モーターの回転量の計測等)による他なかった。
(発明が解決しようとする課題) 現在、検査の際に要求される測定精度は土1万レベルも
しくはサブミクロンレヘルが要求されており、レーザー
光ヘテロダイン法によれば極小波長を利用するためこれ
を容易に実現できる。しかし、この光ヘテロダイン法は
光の偏波を利用しているから、単なる鏡による反射等を
用いる方法では回転部分を有する極座標型アームへ正し
い偏光面のレーザーを供給することが不可能であった。
このような実情に鑑み、本発明の目的は基部の周りに回
動する極座標型アームに対し、反射鏡によることなく、
歪みのないレーザー光線が導かれる構成の光ヘテロダイ
ン法による非接触測距装置を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明による極座標型非接触測距装置は、光ヘテロゲイ
ン法による計測回路へのレーザ受信結果出力信号発信器
と、レーザー照射用の固定子とが、基部の周りの回動と
テレスコピック伸縮とが可能な極座標型アームの該基部
に並置され、2周波レーザー光源と前記固定子とが偏波
保存性の光ファイバーで接続されでいると共に、該固定
子から前記極座標型アームの先端近傍に設けた反射鏡に
至る往路と該反射鏡から前記発信器へ帰還する帰路とか
らなるレーザー光路が該アームに沿って形成されている
ことを特徴とする。
そして、前記レーザー光路における反射鏡と前記固定子
及び発信器との間に、前記往路と帰路とが通る干渉計が
前記基部からの距離を不変に介装され、該反射鏡の背面
側からは非接触型の測定子が前記アームの先端に突設さ
れていることが望ましい。
さらに具体的には、前記干渉計が前記基部から延長した
支持板に固定され、該支持板に対し相対動、つまり前記
の如くテレスコピックに伸縮するようアーム本体が設け
られた構成である。
(作 用) 前記の極座標型アームの基部に固定されたレーザー光線
照射用の固定子へは、可撓性のガラスファイバーを通し
て光源から2周波レーザー光線か導かれるので、アーム
がどのように回動してもレーザー光線の偏光面は変化し
ない。尚、アーム先端近傍の1対の反射鏡における反射
の態様、つまり反射角度は該アームの回動・伸縮とは無
関係に一定であるから、前記光路中においてレーザー偏
光面が捩じれる恐れはない。
前記アームの固定中心軸と被測定物体との間の距離が変
わると、該アームがテレスコピック、つまり望遠鏡の筒
のように伸縮し、該アーム先端の反射鏡は該固定中心軸
からの距離を変える。
これに反し、前記干渉計は該固定中心軸からの距離が常
に一定であるから、結局該干渉計と反射鏡との間の光路
長が被測定物体の距離に応して変化する。その結果、該
干渉計を通る往路のレーザー光線と、同じく該干渉計を
通る帰路のレーザー光線との間における干渉の状態も前
記距離の変化につれて変化することになる。従って、こ
の干渉状態の変化を検出すれば対物距離を測定できる。
光ヘテロダイン法による測距原理は第2図の通りである
即ち、測定光f1と参照光f2の周波数をずらせ、ビー
ト周波数f2−f、と、被測定物からの反射光f1+Δ
fを参照光から引いた値f2   (r+ +Δf)、
との差Δfをカウントして被測定物の変位を測定する。
被測定物が光スX ここの測定光f1と参照光f2は互いに直交する偏波で
あり、−本のレーザー光乙こまとめられ照射されている
具体的には例えば2周波ヘリウムネオンレーザー発振器
1から出て基準ビームスプリンター2を通過した周波数
f1 ・f2の偏波レーザービームは、ミラー3.4で
反射されてレシーバ−5に至る。このとき、例えば周波
数f、の方のレーザービームの周波数はf7士Δfとな
っているものとし、これと周波数f2との差f2f1±
Δfはレシーバ−5により該差に相当した電気信号に変
換されて、例えば差動回路などを含んだ出力回路6へ測
定信号Sとして供給される。
一方基準ビームスプリンター2から反射されたレーザー
ビームは、偏光ビームスプリッタ−7からミラー8を経
て光電変換素子9で電気信号に変えられ、増幅器10を
経て、2周波数f1とf2の差fz   f+ に相当
した参照信号Rとして前記出力回路6へ供給される。
該出力回路6では、前記両信号の差±Δfが求められ出
力信号Tとして、図外の、例えばリバーシブルカウンタ
ーへ送られ、そこでアーム回動中心軸から先端の測定子
までの距離χがこのように求められる。
他方、該測定子には、これから測定対象物までの間の距
離yを非接触方式で簡単に求めることができる手段、例
えばレーザによる三角測量方式のV字形先端形状の非接
触形状測定子などを備えているから、x + yの計算
(但しx:>y)によりアームの回動中心軸から測定対
象物までの距離が、偏波レーザービームを利用して極座
標方式で測定されるのである。
(実施例) 次に、本発明の具体的な一実施例を図面を参照しつつ説
明する。第1図に示されるように、支持台20には、周
波数の異なる2条の偏波レーザービームを発振する構成
の、2周波ヘリウムネオンレーザー発振器11が設置さ
れている。
このレーザー発振器11で発生され集光レンズ12で集
光されたレーザービームは、偏波保存性の光ファイバー
13によって極座標型アーム21の基部22上の固定子
23へ導かれる。該基部22には同軸芯上にモーター1
5が取付けられ、該モーター15を介して架台14へ該
アームが枢着されている。
前記極座標型アーム21はテレスコピック構造であり、
基部22に内嵌されこの基部22からの摺動的突出と引
込みが制御される第1延長部22aと、該第1延長部2
2aに内嵌され、この第1延長部22aからの摺動的突
出と引込みが制御される第2延長部22bを備えている
。第1および第2延長部22a、22bの引込み時のほ
ぼ全長に相当した長さの固定突出部22cは前記基部2
2と一体に形成され、該基部22から離隔した側の端部
近傍には干渉計17が取付けられている。一方、第2延
長部22bの先端側には反射鏡18と、更にこれよりも
前方へ突出した非接触型測定子19とが取付けられてい
る。
前記基部22において前記固定子23と並置されている
のはレシーバ−16であり、従って該極座標型アーム2
1上には、固定子23から干渉計17を通り反射鏡18
に至る往路(1点鎖線)30と、該反射鏡18から干渉
計17を経て出力信号発信器としてのレシーバ−16に
帰還する帰路(2点鎖線)31とからなる光路が形成さ
れ、該光路は第2図右上部の1点鎖線枠に内の構成部分
に対応している。
使用に当っては、前記モーター15の回転による矢印U
方向の、前記極座標型アーム基部22の回動と、前記第
1および第2延長部22a、22bの出退量の調節とに
よって測定対象物(図示せず)表面に倣うように非接触
型測定子19が合致させられる。
その結果、干渉計17と反射鏡18までの距離が変わり
、第3図に示されるように基部22から該反射鏡18ま
での間の距離Xが前記第2図の原理により測定されるこ
とになる。その際、レシーバ−16から制御装置32へ
図外のケーブルを通し送られる出力信号と、同しく前記
レーザー発振器11及び第2図の2点鎖線り内に示した
各部から図外のケーブルを通し制御装置32へ送られる
各種信号とが距離の演算に利用されるのである。
上記実施例は次のように改変できる。例えば、アームの
先端にアーム先端から対象物Wまての距離を非接触で計
測する測定子19をとりつけ、その距離yを求め、これ
乙こ極座標用測距装置で求めたアーム中心からアーム先
端までの直線距gl xを足し合わすと、このx−5y
はアーム中心から測定対象物Wまでの高精度な距離を示
す。
これを用いれば検査用、測定用三次元非接触測定機に応
用できる。
そのほか、前記モーター15を介し架台14へ連結され
ているアーム基部22を、該架台14に対し平行に移動
できるようにいわばX−Y移動型に近い構成とすれば、
測定対象製図が拡大し好都合である。
(発明の効果) 偏波保存性の光ファイバーを用いることにより、本発明
によれば極座標型に動くアームの半径方向の移動量測定
に光へテロゲイン法を用いることが可能となった。これ
により従来の機械的な計測(アーム先端の移動量をモー
ターの回転等で知る)より格段に高精度(分解能はヘリ
ウムネオンレーザ−使用で0.1582n)な計測が可
能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る装置の斜視説明図、第
2図は測定原理を示した光路・回路図、第3図は要部拡
大斜視図であるとともに応用例を示す図である。 1・・・・・・2周波ヘリウムネオンレーザー発振器2
・・・・・・基準ビームスプリッタ−3,4,8・・・
・・・ミラー 5・・・・・・レシーバ− 6・・・・・・出力回路 7・・・・・・a光ビームスブυツタ−9・・・・・・
光電変換素子 10・・・・・・増幅器 11・・・・・・2周波ヘリウムネオンレーサー発振器
12・・・・・・集光レンズ 13・・・・・・光ファイバー 14・・・・・・架 台 15・・・・・・モーター 16・・・・・・レシーバ− 17・・・・・・干渉計 18・・・・・・反射鏡 19・・・・・・非接触型測定子 20・・・・・・支持台 21・・・・・・極座標型アーム 22・・・・・・基部 23・・・・・・固定子 30・・・・・・往 路 31・・・・・・帰 路 32・・・・・・制御装置

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光ヘテロダイン法による計測回路へのレーザ受信結
    果出力信号発信器と、レーザー照射用の固定子とが、基
    部の周りの回動とテレスコピック伸縮とが可能な極座標
    型アームの該基部に並置され、2周波レーザー光源と前
    記固定子とが偏波保存性の光ファイバーで接続されてい
    ると共に、該固定子から前記極座標型アームの先端近傍
    に設けた反射鏡に至る往路と該反射鏡から前記発信器へ
    帰還する帰路とからなるレーザー光路が該アームに沿っ
    て形成されていることを特徴とする極座標型非接触測距
    装置。 2 前記レーザー光路における反射鏡と前記固定子及び
    発信器との間に、前記往路と帰路とが通る干渉計が前記
    基部からの距離を不変に介装され、該反射鏡の背面側か
    らは非接触型の測定子が前記アームの先端に突設されて
    いる請求項1に記載の極座標型非接触測距装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018100762A1 (ja) * 2016-11-30 2018-06-07 株式会社ジャスティ 変位計測装置
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