(57)【要約】【課題】光線追尾式レーザ干渉測長装置において、光線走査範囲が広く小形の首振り運動光てこ駆動装置を提供する。【解決手段】円弧形モータ２個を可動子１０が直交し、その交点が半球ミラー３の反射中心点に位置するように配置する。半球ミラー３を保持する三球球面座フレーム１３を前記半球ミラー３によって走査される光線走査範囲を妨げない形状とし、モータの２軸動作を前記半球ミラー３に伝達するとともに半球ミラー３の球面部を三球球面座に設座させるためのバネ１６を内蔵した動力伝達装置１４〜１８を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線追尾式レーザ干渉測長装置の首振り運動光てこ駆動装置において、半球ミラーの球面部を三球球面座に設座することによって構成した首振り運動光てこを駆動するため、２個の外側と内側の円弧形モータを可動子が直交するように配置して、その交点が前記半球ミラーの反射中心点に合致するように構成するとともに、前記半球ミラーを保持する三球球面座フレームを前記半球ミラーによって走査される光線走査範囲を妨げない形状にすることを特徴とする首振り運動光てこ駆動装置。
【請求項２】
前記首振り運動光てこ駆動装置において、前記円弧形モータの内側モータ可動子に固定した２個の小球と前記半球ミラーに固定したシャフト先端の接触子に設けた平面部とをバネにより押圧し、モータの２軸動作を前記半球ミラーに伝達するとともに、前記半球ミラーの球面部を三球球面座に設座させるためのバネを内蔵した動力伝達装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の首振り運動光てこ駆動装置。
【請求項３】
前記円弧形モータについて、動作範囲内に、モータ可動子の自重保持トルクより大きなディテントトルクによってモータ可動子が保持されるディテント停止位置を持つように構成することを特徴とする請求項１記載の首振り運動光てこ駆動装置。
【請求項４】
前記円弧形モータについて、電源遮断時には前記ディテント停止位置へ動作後、電源を遮断するシステムに構成し、電源投入時には、前記ディテント停止位置から前記円弧形モータに取付けた位置検出器のＺ相信号の方向へ動作してＺ相信号を検出し、原点復帰を行なうことを特徴とする請求項１記載の首振り運動光てこ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元空間内を移動するレトロリフレクタを追尾しつつ、該レトロリフレクタの座標を計測する光線追尾式レーザ干渉測長装置における首振り運動光てこ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の首振り運動光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長装置の断面図を図４に示す（特許文献１参照）。この装置は光路中に首振り運動光てこ２０１を設け、反射面である半球２０２の上面にレーザ光線を入射して、反射光線を任意の方向へ変化可能にしたものである。
首振り運動光てこ２０１の拡大図を図５に示す。首振り運動光てこ２０１は、半球２０２の上面中心２２０の偏心精度を０．１〜０．２５μｍ程度に抑えて、要求される計測原点の偏心を１μｍ以下に保持できるようにしたもので、半球２０２は、その球面部で三球球面座に設座しており、また，球状接触子２０４はＸ移動テーブル２１０の上面に固定されたＶ板２０５のＶ形面に接触している。すなわち、垂直方向から傾斜した左右２本の引張りバネ２０７が連結軸２０３とＶ板２０５にそれぞれピン２０６、２０８を介して取付けられており、この引張りバネ２０７の張力で半球２０２が三球球面座の３個の鋼球２４１と、また、球状接触子２０４がＶ形面と同時に加圧接触するようになっている。
首振り運動光てこ駆動装置としては、半球２０２を動作させる移動テーブルをモータと送りねじで駆動している。
図４において、Ｘ軸移動テーブル１１０は、モータ１１５によりカップリング１１６と送りねじ１１４を介してＸ方向に移動できる。Ｙ移動テーブル１１１は、図示しないがＸ軸と同様にモータにより、カップリングと送りねじを介してＹ方向に移動できる。このＹ移動系は、ガイドウエー１１９を介してベース板１１２上に組付けられている。
【特許文献１】特許第３４２７１８２号（請求項２、図１、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の光線追尾式レーザ干渉測長装置における首振り運動光てこ駆動装置では、半球ミラー２０２の回転に伴って、下端の球状接触子２０４が上方へ移動する。従って、球状接触子２０４とＶ板２０５の接触が保たれる範囲内に半球ミラーの回転角が制限されてしまい、光線追尾式レーザ干渉測長装置の光線走査範囲が狭くなるという問題があった。また、駆動にモータと送りねじを用いており、さらに、それぞれを直角方向に配置するので、装置が大形になるという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、光線追尾式レーザ干渉測長装置において、光線走査範囲が広く小形の首振り運動光てこ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、光線追尾式レーザ干渉測長装置の首振り運動光てこ駆動装置において、半球ミラーの球面部を三球球面座に設座することによって構成した首振り運動光てこを駆動するため、２個の外側と内側の円弧形モータを可動子が直交するように配置して、その交点が前記半球ミラーの反射中心点に合致するように構成するとともに、前記半球ミラーを保持する三球球面座フレームを前記半球ミラーによって走査される光線走査範囲を妨げない形状にする。
請求項２記載の発明は、前記首振り運動光てこ駆動装置において、前記円弧形モータの内側モータ可動子に固定した２個の小球と前記半球ミラーに固定したシャフト先端の接触子に設けた平面部とをバネにより押圧し、モータの２軸動作を前記半球ミラーに伝達するとともに、前記半球ミラーの球面部を三球球面座に設座させるためのバネを内蔵した動力伝達装置を備える。
請求項３記載の発明は、前記円弧形モータについて、動作範囲内に、モータ可動子の自重保持トルクより大きなディテントトルクによってモータ可動子が保持されるディテント停止位置を持つように構成する。
請求項４記載の発明は、前記円弧形モータについて、電源遮断時には前記ディテント停止位置へ動作後、電源を遮断するシステムに構成し、電源投入時には、前記ディテント停止位置から前記円弧形モータに取付けた位置検出器のＺ相信号の方向へ動作してＺ相信号を検出し、原点復帰を行なう。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１記載の発明によると、光線追尾式レーザ干渉測長装置の首振り運動光てこ駆動装置において、半球ミラーの球面部を三球球面座に設座することによって構成した首振り運動光てこを駆動するため、２個の外側と内側の円弧形モータを可動子が直交するように配置して、その交点が前記半球ミラーの反射中心点に合致するように構成するとともに、前記半球ミラーを保持する三球球面座フレームを前記半球ミラーによって走査される光線走査範囲を妨げない形状にしたので、光線追尾式レーザ干渉測長装置の光線走査範囲を拡大して、測定範囲を従来に比較して拡大できる。
また、首振り運動光てこ駆動装置を小形に構成できるので、光線追尾式レーザ干渉測長装置を４セット使用して、計測対象であるレトロリフレクタの位置を所定回数追尾計測する場合でも、省スペースの設置が可能となり、光線追尾式レーザ干渉測長装置の設置作業性も向上できる。
さらに、半球ミラーの傾き角と首振り運動光てこ駆動装置の各モータの回転角が一致するため、Ｘ、Ｙテーブル、送りねじで構成した駆動装置のようにＸ、Ｙテーブルの送り量と半球ミラーの傾き角を換算する必要なく、制御が簡単で、追尾性能を向上できる。
請求項２記載の発明によると、前記首振り運動光てこ駆動装置において、前記円弧形モータの内側モータ可動子に固定した２個の小球と前記半球ミラーに固定したシャフト先端の接触子に設けた平面部とをバネにより押圧し、モータの２軸動作を前記半球ミラーに伝達するとともに、前記半球ミラーの球面部を三球球面座に設座させるためのバネを内蔵した動力伝達装置を備えることにしたので、２個の円弧モータによる２軸動作を半球ミラーにバックラッシュなしで伝達することができ、各円弧形モータの回転軸と半球ミラーの傾き角が一致し、各円弧形モータの動作量だけ半球ミラーを動作できる。
また、半球ミラー保持バネを半球ミラーが保持できる最適なバネ力に設定することにより、モータの駆動トルクを小さくして、モータ部の小形化を図り、首振り運動光てこ駆動装置を小形に構成できる。
請求項３記載の発明によると、前記円弧形モータについて、動作範囲内に、モータ可動子の自重保持トルクより大きなディテントトルクによってモータ可動子が保持されるディテント停止位置を持つように構成するので、電源遮断時には動作範囲内に設けたディテント停止位置で停止してモータ可動子がメカストッパに当たることがなく、その衝撃による首振り運動光てこ駆動装置の精度低下が発生しないので、装置をどの向きにでも設置することができる。
請求項４記載の発明によると、前記円弧形モータについて、電源遮断時には前記ディテント停止位置へ動作後、電源を遮断するシステムに構成し、電源投入時には、前記ディテント停止位置から前記円弧形モータに取付けた位置検出器のＺ相信号の方向へ動作してＺ相信号を検出し、原点復帰を行なうので、電源投入時にモータ可動子の位置を確認する必要がなく、光線追尾式レーザ干渉測長装置を４セット使用して、計測対象であるレトロリフレクタの位置を所定回数追尾計測する場合について、計測対象が大形であって光線追尾式レーザ干渉測長装置を距離的に離して設置する必要があるときでも、効率的に計測を行なうことができる。  また、精密計測を行なうために、温度管理された空間に装置を設置する必要があるときでも、温度管理された空間に立ち入ることなく計測を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の実施の形態に係る首振り運動光てこ駆動装置を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
図２は、図１に示す首振り運動光てこ駆動装置における半球ミラーとモータ可動子の動力伝達装置を示す図で、（ｂ）は縦断面図、（ａ）は（ｂ）の断面Ａ−Ａ矢視図である。
図３は、首振り運動光てこ駆動装置の円弧形モータのディテントトルク特性を示す図である。
【０００８】
図１において、１は首振り運動光てこ駆動装置、２は首振り運動光てこ、３は上面にレーザ光をレトロリフレクタへ照射するための反射面を備えた半球ミラーである。４は首振り運動光てこ駆動装置１の可動子の動力が伝達されるシャフトである。５は半球ミラー４が設座される球面座の鋼球である。６は半球ミラー４の反射中心点である。７は内側に配置した円弧形モータの内側軸可動子である。８は内側軸可動子７を駆動する内側軸固定子であり、内側軸可動子７と内側軸固定子８で円弧形モータを構成している。９は内側軸の位置を検出する内側軸位置検出器である。１０は回転軸が内側軸の回転軸と直交し、その交点が半球ミラーの反射中心点に位置するように内側軸モータの外側に配置した円弧形モータの外側軸可動子で、１１は外側軸可動子１０を駆動する外側軸固定子であり、外側軸可動子１０と外側軸固定子１１で円弧形モータを構成している。１２は外側軸の位置を検出する外側軸位置検出器である。１３は首振り運動光てこ２における半球ミラー保持用三球球面座フレームである。
図２において、１４は半球ミラー３に固定したシャフト４の先端に設けた平面部を持つ接触子である。１５は内側軸可動子７に設けた凹部７ａ内に固定した２個の動力伝達用鋼球（１５ａ、１５ｂ）である。１６は接触子１４を介して２個の動力伝達用鋼球１５ａ、１５ｂを押圧するための動力伝達用バネで、内側軸可動子７に設けられている。１７は、半球ミラー３を三球球面座に設座させるための半球ミラー保持バネである。１８は半球ミラー保持バネ１７を保持するバネホルダで、このバネホルダ１８内に保持された半球ミラー保持バネ１７によってシャフト４の接触子１４を押圧することで、半球ミラー３を三球球面座に設座させている。
【０００９】
次に、動作について説明する。
首振り運動光てこ駆動装置１については、図２に示すように、内側軸可動子７に固定した２個の動力伝達用鋼球１５ａ、１５ｂと小球首振り運動光てこ２の半球ミラー３に固定したシャフト４の先端の接触子１４に設けた平面部とを動力伝達用バネ１６により押圧することにより２個の円弧モータによる２軸動作を半球ミラー３に伝達する。接触子１４は略円板状をしておりその周囲の３カ所に平面１４ａ、１４ｂ、１４ｃが形成されている。これらの３平面のうち平面１４ａは互いに９０°に曲折して成る平面１４ａ１と１４ａ２から構成され、ここに動力伝達用鋼球１５ａが２点で接触している。また、平面１４ｂは動力伝達用鋼球１５ｂに１点で接触し、平面１４ｃは動力伝達用バネ１６に接触し押圧されている。
【００１０】
これら２個の動力伝達用鋼球１５ａ、１５ｂは、円板状接触子１４の中心から互いの位置が１２０°配置になるように固定し、その反対側に配置した動力伝達用バネ１６で接触子１４を２個の動力伝達用鋼球１５ａ、１５ｂに押圧している。このようにすることで、接触子１４、シャフト４および半球ミラー３は回転することなく、内側軸可動子７の動作を接触子１４に伝達することができ、これにより２個の円弧モータによる２軸動作を半球ミラー３にバックラッシュなしで伝達することができることとなる。
なお、内側軸可動子７および内側軸固定子８は外側軸可動子１０（図１（ｂ））上に配置しているので、外側軸可動子１０の動作が内側軸可動子７を介して接触子１４に伝達される。これにより、内側軸可動子７と外側軸可動子１０の回転軸は直交し、かつ、その交点は半球ミラー３の反射中心点６上に位置するように配置するので、首振り運動光てこ駆動装置１の各円弧形モータの回転軸と半球ミラー３の傾き角が一致し、各円弧形モータの動作量だけ半球ミラー３を動作できることとなる。
また、シャフト４の接触子１４側の外側にバネホルダ１８を配置し、このバネホルダ１８を内側軸可動子２１に固定し、かつシャフト４の外周に半球ミラー保持バネ１７を配置し、この半球ミラー保持バネ１７を接触子１４とバネホルダ１８との間に介在させることにより、半球ミラー保持バネ１７を保持して、半球ミラー３を三球球面座に設座させている。
半球ミラー３と三球球面座との接触による摩擦抵抗は、モータの駆動トルクに含まれることになるが、半球ミラー保持バネ１７を半球ミラー３が保持できる最適なバネ力に設定することにより、モータの駆動トルクを小さくし、モータ部の小形化を図ることができる。
なお、動力伝達装置を小形に構成するため、半球ミラー保持バネ１７に圧縮バネを用いた例を示したが、引張りバネを用いて構成することもできる。
また、半球ミラー保持用三球球面座のフレーム１３は、半球ミラー３によって走査される光線走査範囲を妨げない形状で構成する。
以上、述べた構造により、２個のモータの２軸動作を半球ミラー３に伝達するので、光線追尾式レーザ干渉測長装置の光線走査範囲を拡大して、測定範囲を従来に比較して拡大できる。
また、首振り運動光てこ駆動装置１を小形に構成できるので、光線追尾式レーザ干渉測長装置を４セット使用して、計測対象であるレトロリフレクタの位置を所定回数追尾計測する場合でも、省スペースの設置が可能となり、光線追尾式レーザ干渉測長装置の設置作業性も向上できる。
さらに、半球ミラー３の傾き角と首振り運動光てこ駆動装置１の各モータの回転角が一致するため、Ｘ、Ｙテーブル、送りねじで構成した駆動装置のようにＸ、Ｙテーブルの送り量と半球ミラーの傾き角を換算する必要なく、制御が簡単で、追尾性能を向上できる。
【００１１】
次に、電源遮断時のモータ可動子保持および原点復帰方法について説明する。
電源遮断時のモータ可動子保持について、本モータは、円弧形モータであるため、モータ可動子７、１０の両端の端末効果によるディテントトルク（無励磁状態でも可動子を特定の回転位置に引き込もうとする磁気吸引力）が発生する一方、首振り運動光てこ駆動装置１の設置姿勢によっては、モータ可動子７、１０を保持するためのトルクが必要である。そのディテントトルクは、モータの形状等によって値を設定することができる。
そこで、各モータの動作範囲内に、電源遮断時には、モータ可動子の自重保持トルクより大きなディテントトルクによってモータ可動子７、１０が保持されるディテント停止位置を持つように構成する。
図３において、横軸がモータ可動子の位置、縦軸がディテントトルクを示している。この例では、動作範囲：±２０°の中にディテントトルクが＋から−になる位置が２カ所あり、その２カ所がディテント停止位置となる。
以上の構成により、電源遮断時には動作範囲内に設けたディテント停止位置で停止してモータ可動子がメカストッパに当たることがなく、その衝撃による首振り運動光てこ駆動装置１の精度低下が発生しないので、装置をどの向きにでも設置することができる。
原点復帰の方法としては、別途原点センサを設ける方法があり、電源遮断時のモータ可動子保持には、別途ブレーキを設ける方法がある。しかし、首振り運動光てこ駆動装置１を小形に構成するため、原点センサやブレーキを用いない以下の方法で構成した。電源遮断時には前記ディテント停止位置へ動作後、電源を遮断するシステムに構成し、電源投入時には、前記ディテント停止位置から前記２個の円弧形モータに取付けた位置検出器９、１２のＺ相信号の方向へ動作してＺ相信号を検出して原点復帰を行なう。
図３の例では、ディテント停止位置は２カ所存在するので、２カ所のディテント停止位置はのうちどちらか一方を選択すればよい。この原点復帰方法によれば、電源投入時にモータ可動子の位置を確認する必要がないので、光線追尾式レーザ干渉測長装置を４セット使用して、計測対象であるレトロリフレクタの位置を所定回数追尾計測する場合について、計測対象が大形であって光線追尾式レーザ干渉測長装置を距離的に離して設置する必要があるときでも、効率的に計測を行なうことができる。また、精密計測を行なうために、温度管理された空間に装置を設置する必要があるときでも、温度管理された空間に立ち入ることなく計測を行なうことができる。
【００１２】
本発明によれば、光線追尾式レーザ干渉測長装置の光線走査範囲を拡大して、測定範囲を従来に比較して拡大でき、首振り運動光てこ駆動装置を小形に構成できるので、光線追尾式レーザ干渉測長装置を４セット使用して、計測対象であるレトロリフレクタの位置を所定回数追尾計測する場合でも、省スペースの設置が可能となり、光線追尾式レーザ干渉測長装置の設置作業性も向上できる。
また、半球ミラーの傾き角と首振り運動光てこ駆動装置の各モータの回転角が一致するため、Ｘ、Ｙテーブル、送りねじで構成した駆動装置のようにＸ、Ｙテーブルの送り量と半球ミラーの傾き角を換算する必要なく、制御が簡単で、追尾性能を向上できる。
さらに、電源遮断時には動作範囲内に設けたディテント停止位置で停止してモータ可動子がメカストッパに当たることがないので、装置をどの向きにでも設置することができ、電源投入時にモータ可動子の位置を確認することなく原点復帰できる。
以上の特長により、光線追尾式レーザ干渉測長装置を距離的に離して設置する必要がある大形対象物の計測用途や温度管理された空間に装置を設置する必要がある精密計測の用途にも適用できる。
また、産業用ロボットの作業軸端にレトロリフレクタを取付けて、レーザ干渉測長器で追尾させ、ロボットの位置決め誤差を検出する用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る首振り運動光てこ駆動装置を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図２】図１に示す首振り運動光てこ駆動装置における半球ミラーとモータ可動子の動力伝達装置を示す図で、（ｂ）は縦断面図、（ａ）は（ｂ）の断面Ａ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る首振り運動光てこ駆動装置の円弧形モータのディテントトルク特性を示す図である。
【図４】従来の光線追尾式レーザ干渉測長装置の断面図である。
【図５】従来の光線追尾式レーザ干渉測長装置に用いた首振り運動光てこの断面図である。
【符号の説明】
【００１４】
１  首振り運動光てこ駆動装置
２  首振り運動光てこ
３  半球ミラー
４  シャフト
５  鋼球
６  反射中心点
７  内側軸可動子
７ａ  内側軸可動子に設けた凹部
８  内側軸固定子
９  内側軸位置検出器
１０  外側軸可動子
１１  外側軸固定子
１２  外側軸位置検出器
１３  半球ミラー保持用三球球面座フレーム
１４  接触子
１４ａ１、１４ａ２、１４ｂ、１４ｃ  接触子に形成された平面
１５（１５ａ、１５ｂ）  動力伝達用鋼球
１６  動力伝達用バネ
１７  半球ミラー保持バネ
１８  バネホルダ
【図１】
2006071439.tif 000003
【図２】
2006071439.tif 000004
【図３】
2006071439.tif 000005
【図４】
2006071439.tif 000006
【図５】
2006071439.tif 000007