(57)【要約】第２の本体に対する第１の本体の運動において直線からの軌跡のずれを測定するための装置が、本体の一方に取り付けられたトランスミッタ・ユニットと、本体の他方に取り付けられた光学ユニットとを含む。トランスミッタ・ユニットは、２つ又はそれ以上の光ビームがその内部に受け取られるように、少なくとも１つの光ビームを光学ユニットに向けて指向させる。光学ユニットに送られるか又は該光学ユニットから反射される光ビームを検出するために、ユニットのうちの一方に２つ又はそれ以上の検出器が設けられる。少なくとも１自由度で、本体の他方に対する一方における直線からの軌跡のずれを計算するために、検出器上の光ビームの位置が用いられる。このことが、真直度、ピッチ、ロール、ヨー、及び直角度誤差の測定を可能にする。
2005532544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の本体に対する第１の本体の移動におけるずれを測定するための装置であって、
前記第１の本体上に取り付け可能なトランスミッタ・ユニットと、
前記第２の本体上に取り付け可能な光学ユニットと、
を備え、
前記トランスミッタ・ユニットは、少なくとも１つの光ビームを前記光学ユニットに向かって指向させ、
前記光学ユニットに送られる又は該光学ユニットから反射される２つ又はそれ以上の光ビームを検出するために、前記トランスミッタ・ユニットと前記光学ユニットのうちの一方に２つ又はそれ以上の検出器が設けられ、
各々の光ビームのランチ及び検出のための光学構成が実質的に同じであることを特徴とする装置。
【請求項２】
異なるずれを求めるために、共通の方程式が用いられ得ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
５自由度でずれが求められるように、３つの光ビームが、前記光学ユニットに送られるか又は該光学ユニットから反射されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
それぞれの２つ又はそれ以上の光ビームを前記トランスミッタ・ユニットに向けて反射させるために、前記光学ユニットに２つ又はそれ以上の光学素子の各々が設けられることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記２つ又はそれ以上の光学素子が３つのリトロリフレクタを備えることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記リトロリフレクタのうちの２つが、前記光学ユニット内に並列配置され、前記第３のリトロリフレクタが、前記第１のリトロリフレクタ及び第２のリトロリフレクタのうちの一方の後方に配置されること特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第３のリトロリフレクタが、概念上、前記第１のリトロリフレクタ及び第２のリトロリフレクタのうちの一方の後方に配置されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記２つ又はそれ以上の検出器が画素化された（pixelated）イメージ・センサを備えることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記２つ又はそれ以上の光ビームが、前記システムの全体にわたってほぼ平行のままであることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記２つ又はそれ以上の光ビームが前記システムの全体にわたってほぼコリメートされたままであることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの光源が非コヒーレント光源から生成され、前記トランスミッタ・ユニットから前記光学ユニットまでの距離を測定するために、コヒーレント光源を有する線形変位測定装置が設けられることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記光ビームが、少なくとも１つのコヒーレント光源から送られ、それらのコヒーレンス長を減少させるように強度変調されることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記光ビームが、前記検出されたビームのコヒーレンス・パターンを減少させる周波数のばらつきを生じさせるように強度変調されることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記光ビームが、前記少なくとも１つの光源のスイッチを入れたり切ったりすることによって強度変調されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのビームを生成するための光源が設けられ、光ファイバが、前記発射された光ビームの放出部から前記光源を分離することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
膨張に起因する前記光学素子の移動を減少させるために、前記システム内の少なくとも１つの光学素子がバー上に取り付けられることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記バーが該バーの膨張を最小にするように冷却され、該バー上に取り付けられた前記少なくとも１つの光学素子の移動が最小にされることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
第１の本体と第２の本体との間の相対的移動におけるずれを測定するための装置であって、
前記第１の本体上に取り付け可能なトランスミッタ・ユニットと前記第２の本体上に取り付け可能な光学ユニットとを備え、
前記トランスミッタ・ユニットに１つ又はそれ以上の検知器が設けられ、該トランスミッタ・ユニットが少なくとも１つの光ビームを前記光学ユニットに向けて指向させ、
３つの光ビームを前記トランスミッタ・ユニットに向けて反射させるために、前記光学ユニットに３つのリトロリフレクタが設けられ、
５自由度で直線からの軌跡のずれを求めるために、前記１つ又はそれ以上の検出器上の前記３つの反射された光ビームの位置が用いられることを特徴とする装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの光ビームを３つの光ビームに分割するために、前記光学ユニット内に光学素子が設けられることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの光ビームが３つの光ビームを含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記１つ又はそれ以上の検出器が３つの検出器を含むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
互いに対して移動可能な第１の部品及び第２の部品を有する機械の軸の直角度を測定するための装置であって、前記装置が、
前記第１の機械部分上に取り付け可能なベースユニットと、
前記ベースユニット上に取り付け可能なトランスミッタ・ユニットであって、前記トランスミッタ・ユニットの複数の周知の相対的配向における該ベースユニットに対する該トランスミッタ・ユニットの位置を求めるために、該ベースユニット及び該トランスミッタ・ユニットのうちの少なくとも一方に協働する素子が設けられ、少なくとも１つの光ビームの方向が定められるようになるトランスミッタ・ユニットと、
前記第２の機械部分上に取り付けられた光学ユニットと、
を備え、
前記トランスミッタ・ユニットは、少なくとも１つの光ビームを前記光学ユニットに向けて指向させ、
前記光学ユニットに送られるか又は該光学ユニットから反射される１つ又はそれ以上の光ビームを検出するために、前記トランスミッタ・ユニット及び前記光学ユニットのうちの一方に１つ又はそれ以上の検出器が設けられ、
前記トランスミッタ・ユニットを前記ベースユニットの２つの軸に沿って配向し、前記少なくとも１つの検出器上の前記少なくとも１つの光ビームにおけるずれを測定することによって、これらの２つの軸の直角度を求めることが可能になることを特徴とする装置。
【請求項２３】
第２の本体に対する第１の本体の移動におけるずれを測定するための装置であって、
前記第１の本体に取り付け可能なトランスミッタ・ユニットと、
前記第２の本体に取り付け可能な光学ユニットと、
を備え、
前記トランスミッタ・ユニットが、少なくとも１つの光ビームを前記光学ユニットに向けて指向させ、
前記光学ユニットに送られるか又は該光学ユニットから反射される１つ又はそれ以上の光ビームを検出するために、前記トランスミッタ・ユニット及び該光学ユニットのうちの一方に１つ又はそれ以上の検出器が設けられ、
前記第１の本体及び前記第２の本体の相対的な移動の際に前記光ビームを前記検出器上に維持するために、該検出器上の該光ビームの位置が、前記トランスミッタ・ユニットの前記位置を調整するためのフィードバック又は該第２の本体の運動ベクトルを変えるためのフィードバックとして用いられることを特徴とする装置。
【請求項２４】
前記トランスミッタ・ユニットの前記位置又は前記第２の本体の前記運動ベクトルが、前記光ビームを前記検出器上のほぼ同じ位置に保持するように調整されることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記トランスミッタ・ユニットが、前記第１の本体上に取り付けられる調整可能なベースユニット上に取り付けられ、該トランスミッタ・ユニットの前記位置が、前記調整可能なベースユニットによって調整されることを特徴とする請求項２３又は請求項２４のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線からの軌跡のずれを測定するための光学装置に関する。より具体的には、本発明は、第２の機械部品に対する第１の機械部品の移動における、直線からの軌跡のずれを測定するための光学装置に関する。機械部品は、例えば、機械工具又は座標測定機などを含むことができる座標位置決め装置の部品とすることができる。
【背景技術】
【０００２】
軌跡に沿って動く際の機械部品の移動のずれは、一般に、通常Ｘ、Ｙ、及びＺ軸と呼ばれる１つ又はそれ以上の機械軸の周りの部品の回転を含み、ピッチ誤差、ロール誤差、及びヨー誤差と呼ばれる。主移動軸からの機械部品の横方向のずれを含む、移動の真直度誤差も存在する。
【０００３】
特許文献１は、レーザ測定ヘッドが機械の第１部分上に取り付けられ、反射組立体が該機械の第２部分上に取り付けられた座標測定機の較正方法を開示する。一対の光ビームが、レーザ測定ヘッドから送られ、反射器組立体によって、該レーザ測定ヘッド内の一対のカッド・セル（quad cell）に向けて反射される。これらのカッド・セルへの戻りビームの位置により、反射器組立体の真直度及びロールを測定することが可能になる。ピッチ及びヨーを測定するために、別個のビーム、平面ミラー、及び検出器構成が用いられる。このシステムは、１８自由度が測定されることを可能にするにすぎない。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４９３９６７８号明細書
【特許文献２】国際公開ＷＯ０２／０４８９０号パンフレット
【特許文献３】英国特許第２２９６７６６号明細書
【特許文献４】国際特許出願番号ＰＣＴ／ＧＢ０３／０００１７５号明細書
【発明の開示】
【０００５】
本発明の第１の態様は、
第１の本体上に取り付け可能なトランスミッタ・ユニットと、
第２の本体上に取り付け可能な光学ユニットと、
を含み、
トランスミッタ・ユニットが少なくとも１つの光ビームを光学ユニットに向けて指向させ、
光学ユニットに送られるか又は該光学ユニットから反射される２つ又はそれ以上の光ビームを検出するために、該トランスミッタ・ユニットと該光学ユニットのうちの一方に２つ又はそれ以上の検出器が設けられ、
各々の光ビームのランチ及び検出のための光学構成が実質的に同じである、第２の本体に対する第１の本体の移動におけるずれを測定するための装置を提供する。
【０００６】
ランチ（launch）は、光ビームの効果的な放出部であり、例えば、光ファイバ端部を含むことができる。
【０００７】
検出器は、２次元アレイの画素を含むことが好ましい。検出器は、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）、ＣＭＯＳセンサ、又は電荷注入素子（ＣＩＤ）などを含むことができる。
【０００８】
光学ユニットは、移動可能な本体上に取り付けられることが好ましい。光学ユニットは、不必要な移動を生じさせ、精度に影響を及ぼす後部リード線を有していないことが好ましい。この装置が、干渉計のような線形変位測定装置も含むことが好ましい。この装置は、光学ユニットに指向された光ビームを生成するためのトランスミッタ・ユニットの光源と、該光ビームを該トランスミッタ・ユニット内に反射させるための該光学ユニット内のリトロリフレクタと、戻り光ビームを検出するための該トランスミッタ・ユニット内の第４の検出器とを含むことができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、
第１の本体上に取り付け可能なトランスミッタ・ユニットと第２の本体上に取り付け可能な光学ユニットとを含み、
トランスミッタ・ユニットに１つ又はそれ以上の検知器が設けられ、該トランスミッタ・ユニットが少なくとも１つの光ビームを光学ユニットに向けて指向させ、
３つの光ビームをトランスミッタ・ユニットに向けて反射させるために、光学ユニットに３つのリトロリフレクタが設けられ、
５自由度で直線からの軌跡のずれを求めるために、１つ又はそれ以上の検出器上の３つの反射された光ビームの位置が用いられる、第１の本体と第２の本体との間の相対的運動におけるずれを測定するための装置を提供する。
【００１０】
５自由度は、ピッチ、ヨー、ロール、及び第１又は第２の本体の運動の軸に垂直な２つの軸に沿った真直度であることが好ましい。
【００１１】
本発明の第３の態様は、
第１の機械部分上に取り付け可能なベースユニットと、
ベースユニット上に取り付け可能なトランスミッタ・ユニットであって、該トランスミッタ・ユニットの複数の周知の相対的配向における該ベースユニットに対する該トランスミッタ・ユニットの位置を求めるために、該ベースユニット及び該トランスミッタ・ユニットの少なくとも１つの面に協働する素子が設けられ、これにより少なくとも１つの光ビームの方向が定められるようになるトランスミッタ・ユニットと、
第２の機械部分上に取り付けられた光学ユニットと、
を含み、
トランスミッタ・ユニットは、少なくとも１つの光ビームを光学ユニットに向けて指向させ、
光学ユニットに送られるか又は該光学ユニットから反射される１つ又はそれ以上の光ビームを検出するために、トランスミッタ・ユニット及び光学ユニットのうちの一方に１つ又はそれ以上の検出器が設けられ、
トランスミッタ・ユニットをベースユニットの２つの軸に沿って配向し、少なくとも１つの検出器上の少なくとも１つの光ビームにおけるずれを測定することによって、これらの２つの軸の直角度が求められ得る、互いに対して移動可能な第１の部品及び第２の部品を有する機械の軸の直角度を測定するための装置を提供する。
【００１２】
本発明の第４の態様は、
第１の本体に取り付け可能なトランスミッタ・ユニットと、
第２の本体に取り付け可能な光学ユニットと、
を含み、
トランスミッタ・ユニットが、少なくとも１つの光ビームを光学ユニットに向けて指向させ、
光学ユニットに送られるか又は該光学ユニットから反射される１つ又はそれ以上の光ビームを検出するために、トランスミッタ・ユニット及び該光学ユニットのうちの一方に１つ又はそれ以上の検出器が設けられ、
第１の本体及び第２の本体の相対的な移動の際に光ビームを該検出器上に維持するために、検出器上の該光ビームの位置が、トランスミッタ・ユニットの位置を調整するため又は該第２の本体の運動ベクトルを変えるためのフィードバックとして用いられる、第２の本体に対して第１の本体の移動におけるずれを測定するための装置を提供する。
【００１３】
ここで、本発明の実施形態が、例として、添付の図面を参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、座標測定機（ＣＭＭ）上に取り付けられた較正装置を示す。トランスミッタ・ユニット１０が、ＣＭＭの工作台１４上に取り付けられる。本発明者らの特許文献２に記載されるように、トランスミッタ・ユニット１０のベース１８及び工作台１４上に取り付けられたベースユニット２０には、該トランスミッタ・ユニット１０が、ＣＭＭのＸ、Ｙ、Ｚ、−Ｘ、及び−Ｙ軸のいずれかに沿って又は他の何らかの所望の方向に沿って正確に位置合わせされるのを可能にする運動学的支持２２の補完部分が設けられる。光学ユニット１２が、ＣＭＭのクイル（quill）１６上に取り付けられる。同じく特許文献２に記載されるように、トランスミッタ・ユニット１０及び光学ユニット１２は、これらが接触した時に互いに正確に位置合わせされるように、運動学的支持２４Ａ、２４Ｂの補完部分を有する。
【００１５】
このように、トランスミッタ・ユニット１０は、工作台１４上に取り付けられ、機械のＸ、Ｙ、Ｚ、−Ｘ、及び−Ｙ軸の１つ又はいずれかの所望の方向と位置合わせされる。光学ユニット１２は、トランスミッタ・ユニット１０と位置合わせされ、機械のクイル１６上に取り付けられる。光学ユニット１２及びクイル１６は、トランスミッタ・ユニット１０が位置合わせされる方向に、経路に沿って動かされる。この装置を用いて、トランスミッタ・ユニット１０から光学ユニット１２までの距離を測定し、この経路に沿った運動時の該光学ユニット１２の移動におけるずれを測定することができる。
【００１６】
図２乃至図４は、トランスミッタ・ユニット１０及び光学ユニット１２内の光学素子の構成を示す。第１のグループの光学素子２６−４０が、トランスミッタ・ユニットから光学ユニットまでの距離を測定するために、例えば、干渉計のような線形変位測定装置として用いられる。これらの光学素子２６−４０は、明確にするために図２及び図３から省かれているが、図４に別個に示されている。ある特定の種類の干渉計が記載されているが、これは、他の何らかの適切な種類の線形変位測定装置と置き換えられてもよい。干渉計装置は、光ビーム２８を生成する光源２６を装置１０内に含む。ビーム・スプリッタ３０が、ビーム２８を分割し、第１のビーム３２を光学ユニット１２内の第１のリトロリフレクタ３６に向けて送り、第２のビーム３４をトランスミッタ・ユニット１０内の第２のリトロリフレクタ３８に向けて送る。両ビーム３２、３４は、それぞれのリトロリフレクタ３６、３８によって反射され、ビーム・スプリッタ３０及び検出ユニット４０に戻される。この干渉計は、特許文献３により詳細に記載されている。
【００１７】
線形変位測定装置のために用いられるリトロリフレクタ３６、３８は、サイズ及びコストを減少させるために、光学ユニット内の既存の干渉計を含むことができる（すなわち、真直度／角度ずれ光学系と共有される）。この場合、ビームが重なり合わないように、入射光ビームが回転配置されることが可能である。
【００１８】
図２及び図３を参照すると、３つの光源４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃが、３つのほぼ平行な光ビーム４４、４６、４８を、トランスミッタ・ユニット１０から光学ユニット１２に発射する。３つの光源は、例えば、周知の方法で３つの光ファイバ端部を含むことができる。代替的に、ビーム・スプリッタ及びミラーのような光学系を用いることによって例えば３つといった複数の平行な光ビームを生成する単一の光源が用いられてもよい。
【００１９】
光学ユニット１２には、離間配置された３つのリトロリフレクタ６２、６４、６６が設けられる。リトロリフレクタ６２、６４、６６は、ビーム４４、４６、４８を反射させ、トランスミッタ・ユニット１０内に配置された３つの検出器６８、７０、７２に向けて戻す。これらの検出器６８、７０、７２は、検出器上の光ビームの位置を測定することを可能にする２次元アレイの画素を含むＣＭＯＳセンサを備えることができる。代替的に、ＣＭＯＳセンサの代わりに、電荷結合素子（ＣＣＤ）が用いられてもよい。光ビームの位置を求めることを可能にする、２次元アレイの画素から構成されるイメージ・センサを含む他の種類の画素化された（pixelated）イメージ・センサが用いられてもよい。位置感受性検出器（ＰＳＤ）も適切なものである。これらは、検出器の両側の間の電圧差を用いて、入射光ビームの位置を示す。ＰＳＤは、特定の周波数で作動するように調整されることができ、よって、室内照明より高い周波数又は低い周波数に該ＰＳＤを調整することによって、室内照明の影響を排除するように調整されることができる。ＰＳＤは、ＡＣモードである。ＰＳＤへの入射ビームは強度変調され、ＰＳＤの周波数は、同じ周波数まで調整される。例えば、カッド・セルのような他の種類のセンサが用いられてもよい。
【００２０】
光学ユニット１２がその経路に沿って移動する際、この経路からの該光学ユニット１２の移動のずれのために、検出器６８、７０、７２上の戻り光ビーム４４、４６、４８の位置が変わる。互いに対して横方向に配置された、像を有する３つのリトロリフレクタ６２、６４、６６を用いることにより、光学ユニットの２つの真直度、ピッチ、ロール、及びヨーを推定することが可能になる。
【００２１】
図２に示されるように、この例において、光学ユニットの動きは、機械のＸ軸に沿ったものである。リトロリフレクタ６２及び６４は、光学ユニット１２においてＹ方向に離間配置される。光学ユニットの移動軸（Ｘ軸）の真直度は、運動方向に垂直な軸の方向（すなわち、この場合はＹ軸及びＺ軸）における検出器６８、７０上の光ビーム４４、４６の位置変化の平均変位の半分である。以下に述べられるように、検出器が光学ユニット１２内に配置された場合には、該光学ユニットの移動軸の真直度は、動方向に垂直な軸の方向における検出器６８、７０上の光ビーム４４、４６の位置変化の平均変位となる。
【００２２】
光学ユニット１２に向けて指向された３つの光ビーム４４、４６、４８が平行でない場合には、この誤差を修正するために、検出器の出力に修正が適用されなければならない。ビーム４４、４６、４８の心がずれた場合には、測定値は、２つのユニット１０、１２の較正によって修正される。
【００２３】
光学ユニット１２のロールは、それぞれの検出器６８、７０上の２つの同じビーム４４、４６間のＺ方向の示差変位によって測定される。ロール中心が、２つのビーム４４、４６間に位置する場合には、検出器６８、７０からの情報は、該ロールを計算するのに十分なものである。しかしながら、ロール中心がオフセットしている場合には、検出器６８、７０からの情報は、線形データ及び回転データの両方を含み、もはや該ロールを正確に計算するのに十分なものではない。本発明の構成は、リトロリフレクタ６６がリトロリフレクタ６２から垂直方向に変位された時、ロール中心がどこに位置しようと、全ての検出器６８、７０、７２からの情報を用いて、純粋なロールを測定することを可能にするという利点を有する。
【００２４】
ロール測定の精度を向上させるために、同じ検出器を用いて２つのビームの位置を測定することが有利である。図１４に示される構成は、２つの光ビーム１８０、１８２のずれが、単一の検出器１８４によって検出されることを可能にする。光ビーム１８０、１８２は、リトロリフレクタ１８６、１８８によって反射され、ミラー及びビーム・スプリッタを介して検出器１８４に向けて指向される。孔が設けられたディスク１９０が、両方のビーム１８０、１８２の経路内に配置され、該検出器の捕捉速度と同期化された速度で回転する。したがって、ビーム１８０、１８２の各々からの光は、検出器１８４に交互に入射し、細断された信号を生成する。代替的に、２つのビーム１８０、１８２を変調して、細断された信号を生成してもよい。
【００２５】
第３のリトロリフレクタ６６は、光学ユニット１２のピッチ及びヨーを測定することを可能にする。この第３のリトロリフレクタ６６は、概念上、光学ユニット１２内の第１及び第２のリトロリフレクタ６２、６４のうちの１つの後方に配置される。この例においては、第３のリトロリフレクタ６６は、第１又は第２のリトロリフレクタの上に垂直方向に配置される。このことは、トランスミッタ・ユニット１０からの出力ビーム４８の１つを垂直方向に移動させ、ミラー５４をリトロリフレクタ６２の１つの上に配置し、該ビーム４８を、他のリトロリフレクタ６４の上に配置されたリトロリフレクタ６６に向けて指向させることによって達成される。ピッチ及びヨーは、それぞれＺ方向及びＸ方向の２つのビーム４４、４８の間の検出器６８、７２の示差変位によって測定される。
【００２６】
この手法は、６自由度全てが同時に測定され得るという利点を有する。
【００２７】
１つ又は２つの光ビームが、トランスミッタ・ユニットから光学ユニットに送られ、該光学ユニット内で分割して３つのビームを生成する、代替的な構成も可能である。図１３Ａは、光学ユニットに向けてビーム１５２を発射する単一の光源１５０を示す。発射されたビーム１５２は、ビーム・スプリッタ１５４及び１５６によって、３つのビーム１５８、１６０、１６２に分割される。これらの３つのビームは、リトロリフレクタ１６４、１６６、１６８によって、検出器１７０、１７２、１７４に向けて反射される。このことは、共通の光源を用いて、３つのビーム全てを生成するという利点を有する。したがって、何らかのビーム照準誤差は、３つのビーム全てについて共通であり、よって、数学的に取り除かれることができる。しかしながら、この欠点は、変位されたビームからのゲインの損失がある点である。前の実施形態において、各ビームは、リトロリフレクタの使用のために、検出器において２つのゲインを有していた。しかしながら、ビーム・スプリッタ１５４が光学ユニットの移動と共に傾斜するので、該検出器において１つのゲインしかない。例えば、θのロール角の場合には、検出器は、この構成においてＬθの変位を検知し、ここで、Ｌは、リトロリフレクタ間の距離である。前の例において、３つの外向きビームの場合には、変位は２Ｌθである。
【００２８】
図１３Ｂに示されるように、このことは、リトロリフレクタ１６６に向けて別個の光ビーム１７５を発射する第２の光源１５１を用いることによって克服され、反射されたビームは、１７４の方向に検出される。このことは、ロール測定におけるゲインを維持するが、２つの別個の光源が用いられるという欠点を有する。
【００２９】
真直度、ピッチ、ロール、ヨーの測定が、特定のビーム及びリトロリフレクタに関して説明されたが、何らかの自由度におけるずれを測定するために３つビーム全て及び３つ検出器全てを用いることが可能であり、よって、一般化された方程式は、
直線からの軌跡のずれ＝ｆ（Ｓ１ｘ，Ｓ１ｙ，Ｓ２ｘ，Ｓ２ｙ，Ｓ３ｘ，Ｓ３ｙ，ＩＲ）＝ｋ１Ｓ１ｘ＋ｋ2Ｓ１ｙ＋ｋ3Ｓ2ｘ＋ｋ4Ｓ2ｙ＋ｋ5Ｓ3ｘ＋ｋ6Ｓ3ｙ＋ｋ7ＩＲ
と書かれることができ、
ここで、ｋ１、ｋ２、・・・・ｋ７は、定数であり、
Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙは、それぞれｘ及びｙにおけるセンサ１上のビーム中心の位置であり、
ＩＲは、干渉測定の読み取り値である。
【００３０】
定数ｋ１−ｋ７は、較正手順中に推定され、異なる自由度（すなわち、真直度、ピッチ、ロール、及びヨー）におけるずれに対して異なるものとなり得る。したがって、較正手順中に全体で３５の定数（すなわち、５自由度の各々について７つの定数（ｋ１−ｋ７））が推定される。
【００３１】
方程式内のｋ７ＩＲという語は、平行でないビームを適合させることを可能にする。
【００３２】
ビームの変位を検出するためにカッド・セルを用いることは、真直度及びロールを測定するための従来技術のシステムにおいて周知である。しかしながら、カッド・セルは、幾つかの欠点を有する。カッド・セルを正確なものにするために、ビーム中心が、該カッド・セルのほぼ中心と位置合わせされなければならない。直線性の範囲を向上させるために、カッド・セルが、モータ上に取り付けられ、システムのセットアップ中に所望の位置にサーボ制御されなければならない。さらに、サーボ制御されたカッド・セルは、一次的にこの問題を克服するが、該カッド・セル内のケイ素の均一性は、本発明に必要とされる精度には不十分なものである。
【００３３】
非サーボ制御カッド・セルの別の欠点は、ビームが該セルの中心から遠ざかるように移動するにつれて、直線性が減少するという点である。ビーム中心位置への出力に関する非線形方程式を線形化するために、ビームのサイズを知らなければならない。さらに、ビームが、カッド・セルの四分円内に完全に移動する場合には、該四分円内の位置を求めることは不可能である。
【００３４】
本発明においては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、又はＣＩＤのような画素化されたイメージ・センサが用いられる。これらは、カッド・セル検出器の使用に優る幾つかの利点を有する。
【００３５】
第１の利点は、画素化されたイメージ・センサ上のどこでもビームが検出され得ることである。ビームはセンサ中心と位置合わせされる必要がないので、システムの最初のセットアップ時に、該センサが所定の位置にサーボ制御されることが必要とされない。さらに、以下により詳細に説明されるように、ビームがセンサのエッジ上にある場合でさえも、該センサは、ビーム中心を検出することができる。
【００３６】
画素化されたイメージ・センサの使用は、検出されたスポットの直径を知ることを可能にし、さらに、該スポットの直径の最大信号強度の割合を求めることを可能にする。スポットがセンサのエッジにあるかどうかを判断するために、しきい値（例えば、４０９６の最大センサ読み取り値のうちの１００の読み取り値）が、センサ読み取り値から推定される。センサエッジとスポットとの間の画素がゼロを示す場合には、該スポットは、センサのエッジにない。スポットがエッジにある場合には、該スポットとエッジとの間の画素がゼロを示すまで、しきい値を大きくすることができる。次に、スポット中心を求めることができる。図１２Ａは、画素化されたセンサ１４２のエッジ上のスポット１４０ａを示す。図１２Ｂは、しきい値が減算された際のスポット１４０ｂを示す。ここでは、スポット全体がセンサ１４２上にあり、その中心を求めることが可能である。
【００３７】
図心は、以下の方法で計算されることができる。２つの像がセンサによって検出され、ｉｍ１は、該センサに入射する光ビームを有する像であり、ｉｍ２は、該センサに入射する光ビームを有していない像である。各画素の光応答の差を処理し、異なる領域の感応度をも考慮するように、必要に応じてセンサが較正されてきた。異なる感応度の考慮は、信号レベルを調整することによって又は非整数の指標値を用いることによって、行われることができる。
【００３８】
真の信号レベルｉｍを推定するために、２つの像ｉｍ１、ｉｍ２が、画素ベースによる画素上で互いから減算され、しきい値ｔもまた減算される。すなわち、
ｉｍｉｊ＝ｉｍ１ｉｊ−ｉｍ２ｉｊ−ｔ
であり、全てのｉｍｉｊ＜０に対し、その値はゼロに設定される。
【００３９】
簡単なアルゴリズムを用い、空間的な幾何学的中心を計算することによって、図心を計算することができる。
【００４０】
所定のしきい値ｔについての図心のｘ及びｙ座標は、
【００４１】
【数１】
2005532544.tif 000003
【００４２】
及び
【００４３】
【数２】
2005532544.tif 000004
【００４４】
によって与えられ、
ここで、Ｓｉｊは、ｉ、ｊ番目の画素の信号又は強度読み取り値である。
【００４５】
この計算は、図心位置、すなわち：
【００４６】
【数３】
2005532544.tif 000005
【００４７】
及び
【００４８】
【数４】
2005532544.tif 000006
【００４９】
（ここで、ｗは、その特定のしきい値に与えられた重量である）
についての加重平均全体を計算するために、異なるしきい値について繰り返されることができる。
【００５０】
非常に高いしきい値の場合は、図心を推定する際に少数の画素しか含まれていないので、重み係数は小さいものである。低いしきい値の場合には、たとえこれらの図心計算が最大数の画素を含むものであっても、どの画素を計算に含ませるべきか、含ませないようにすべきかの決定に関連したノイズのために、重み係数は同様に小さいものとなる。
【００５１】
エッジ検出の際に、スポットと画素化されたセンサのエッジとの間に少なくとも１列の画素がなくてはならないという基準を用いることができる。少なくとも１列の画素がない場合には、基準を満たすしきい値だけが用いられる。
【００５２】
スポットの図心を見つけるために、例えば、スポットの強度プロフィールをガウス又はローレンツ分布に適合させるといった、例えば、曲線当てはめのような代替的なアルゴリズムが用いられ得る。図心を求める他の方法は、最大勾配の円を見つけ、次にその中心を求める段階を含む。代替的に、最小勾配の平均位置を見つけることによって、図心が求められることもできる。
【００５３】
代替的に、スポットがセンサのエッジにある場合には、中心が数学的に推定され得る。例えば、図１２Ｃに示されるように、例えば、最小二乗当てはめ又は最小・最大半径の最小のずれを用いて、円形輪郭に当てはめられ、スポット中心を推定された、スポット１４０ｃの輪郭１４４、１４６、１４８の最大信号強度の割合（例えば、１０％、２０％など）が求められ得る。この方法は、全てのデータが存在しない場合でも、図心を推定することを可能にする。
【００５４】
画素化されたイメージ・センサを用いる別の利点は、センサ上のケイ素のばらつきのマッピングが容易である点である。このことは、例えば、センサを均一に照らし、これにより、ｘ及びｙの関数としてケイ素のばらつきを計算することによって行うことができる。
【００５５】
従来技術のオートコリメータにおいて、光ビームは、ＰＳＤ（位置感受性検出器）上のスポットに合焦される。ビームの角度の変化は、ＰＳＤ上のスポットの変位をもたらすが、ビームの直線的な動きは、ＰＳＤ上のスポットの変位をもたらさない。しかしながら、ＰＳＤの使用には、精度に影響を及ぼすケイ素が非均質であるという欠点がある。合焦されたスポットが単一の画素より小さい直径を有するので、この構成において、画素化されたイメージ・センサを用いることはできない。しかしながら、検出器６８、７２上の２つのビーム４４、４８の示差変位が測定される、本発明におけるピッチ及びヨーの測定方法においては、ビームをスポットに合焦させる必要がないので、画素化されたイメージ・センサが用いられ得る。したがって、この方法は、上述の画素化されたイメージ・センサの利点から恩恵を受ける。
【００５６】
代替的な実施形態において、第３のリトロリフレクタが、実際に、第２のリトロリフレクタの後方に配置され得る。図５は、大型の第３のリトロリフレクタが、小型の第２のリトロリフレクタの後方に配置された、そうした構成を示す。出ていく光ビーム１４４、１４８は、大型の第３のリトロリフレクタ１６６に向けて指向されたビーム１４８が、小型の第２のリトロリフレクタ１６２によって遮られないように構成される。しかしながら、この構成は、光学ユニット１２に余分の体積を付加するという欠点を有する。
【００５７】
第３のリトロリフレクタ２６６が第２のリトロリフレクタ２６２の後方に配置された、第２及び第３のリトロリフレクタの別の構成が、図６に示される。第２のリトロリフレクタ２６２は、ビーム・スプリッタ面２６１と、その後面上に配置されたプリズム２６３とを有し、一部の光が、該一部の光自体を反射させながら、該プリズムを通り第３のリトロリフレクタまで進むことを可能にする。この構成は、比較的費用がかかり、光学ユニットの体積を付加し、出入りするビームに垂直な一部の光２６５が失われるという欠点を有する。
【００５８】
第３のリトロリフレクタが、概念上、第２のリトロリフレクの後方にある図２及び図３に示される第１の構成は、該第２及び第３のリトロリフレクタに向けられた光ビームが互いに角度をつけられた時に、システムにクロス・カップリングを生じさせる。この構成は、よりコンパクトな設計であり、光学ユニットの体積を節減するので有利なものである。
【００５９】
本発明の利点は、各々の軸に沿って６自由度を求めることに加えて、直角度（すなわち、別の軸に対する一方の軸の角度における誤差）を求めることも可能にする点である。
【００６０】
図１に関して前述されたように、トランスミッタ・ユニット１０のベース１８及び工作台１４上に取り付けられたベースユニット２０には、ＣＭＭのＸ、Ｙ、Ｚ、−Ｘ、及び−Ｙ軸のいずれかに沿って該トランスミッタ・ユニット１０を正確に位置合わせすることを可能にする運動学的支持２２の補完的部分が設けられる。トランスミッタ・ユニットをいずれかの軸と正確に位置合わせできるように、運動学的支持の組の間の直角度は、非常に精密に作られることができる。代替的に、運動学的支持の直角度の精度を抑えて作ることもでき、結果として精度の損失がもたらされる、すなわち、直角度の誤差が較正によって適合される。この較正は、例えば、トランスミッタ・ユニットがベースプレートの各配向上に取り付けられた時に送られるビームの角度と、正確に較正されたＣＭＭからの周知の軸の比較によって提供される。
【００６１】
直角度を測定するために、ベースプレートとトランスミッタ・ユニットとの間の運動学を、該トランスミッタ・ユニットの軸が正方形となるように精密なものにするか、又は該ベースプレートの直角度の誤差が公差の範囲内にある（すなわち、較正されている）ことを知らなければならない。
【００６２】
トランスミッタ・ユニットは、第１の軸と位置合わせされるようにベースプレート上に配置される。機械のクイルによって真直度が測定される間、光軸は、第１の軸に沿って送信機から遠ざかるように移動される。このことは、第２の軸に沿って繰り返される。
【００６３】
図１５は、光学ユニットによってトランスミッタ・ユニットから遠ざかるように移動された距離に対する、測定された真直度の誤差のグラフである。線９２は、Ｘ軸に沿った真直度である。この場合、トランスミッタ・ユニットは、グラフのＸ軸に沿ったＸ軸の線９２と正確に位置合わせされる。線９４は、Ｙ軸に沿った真直度である。この場合、機械のＸ軸及びＹ軸が正確に垂直ではないので、Ｙ軸に沿った真直度誤差は、光学ユニットによって移動された距離と共に増大する。線９２と線９４との間の角９６は、Ｘ軸とＹ軸との間の測定された機械直角度である。ベースプレートとトランスミッタ・ユニットとの間の運動学が精密である場合には、この測定された直角度９６が、実際の機械直角度である。しかしながら、ベースプレートが、ベースプレート直角度誤差について較正された場合には、真直度を求める際に、このことが考慮されなければならない。角９８は、ベースプレートにおける直角度誤差であり、実際の機械直角度１００を求めるために、測定された機械直角度から推定される。
【００６４】
各々の軸についての６自由度に加えて３つの軸の間の直角度を測定することによって、全体で２１自由度が測定される。２１自由度の全てが、測定体積の何れかの点で誤差を計算することを必要とする。光源（図２の４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ）は、一般的に、ダイオードを含む。しかしながら、レーザは熱源であり、熱的安定性の欠如により、該レーザがわずかに移動されることがある。レーザの移動がビーム指向を動かし、よってセンサ上のビーム図心も動かし、このことが精度に影響を与える。図９に示されるように、この問題は、光源から熱源を取り除くように光ファイバを用いることによって克服される。光ファイバは、光が放出される安定孔を提供する。
【００６５】
図９は、レンズ９４によって光ファイバ９８の第１端部９６に合焦された、レーザ９２からの光を示す。光ファイバ９８の第２端部１００によって放出された光は、レンズ１０４によってほぼ平行なビーム１０６にコリメートされる前に、取付け部１０２を通過する。光ファイバ９８の第２端部１００は、光ビームのためのランチ、すなわち該光ビームの有効な放出部として働き、ランチ（有効な光源）（端部１００）と熱源（レーザ９２）が分離されるという効果を有する。熱のために、レーザ９２の移動は、光ファイバ９８の端部１００によって放出される光のビーム指向に影響を与えない。さらに、取付け部１０２及びレンズ１０４は、均等に膨張するように軸方向対称にされており、該取付け部の移動がある場合には、該取付け部は、ビーム指向に影響を与える傾斜運動ではなく、軸の周りに対称的に膨張するか、又は該軸に沿って膨張する。取付け部は、全て同じ材料から作られることができるので、膨張係数は、全体にわたって同じになる。このことにより、マイクロ・ラジアンより優れたビーム指向安定性を達成することが可能になる。
【００６６】
これがロール誤差を引き起こすので、発射された光ビームが互いに対してねじれていないことが重要である。図１０は、ロッド１１６上に取り付けられた３つの光ファイバ端部１１０、１１２、１１４を示す。光ファイバ端部をロッド上に取り付けることで、温度勾配によりロッドがねじれることなく、よってこの温度勾配によってロール誤差が生じないという利点を有する。ロッド１１６には、中空のコア１１８が設けられてもよく、該コアを通して冷気を吹き込むことによって、該ロッドを冷却することができ、そのため、該ロッドの湾曲及び延びが最小になる。
【００６７】
光ファイバ端部１１０、１１２、１１４の各々は、ロッド１１６の球形状部分１２０、１２２、１２４上に取り付けられている。各々の光ファイバ端部を取り付けるために用いられるクランプの断面が、図１１に示される。クランプ１２６は、バーの球状部分１２０に挿入される孔１２８を有する。クランプ１２６と、締め付けねじ１３６によって固定される前に、該クランプ１２６をＸ、Ｙ、及びＺの周りに傾斜させることを可能にする球状部分１２０との間には、３つの接触点１３０、１３２、１３４がある。したがって、クランプに接続された光ファイバ端部は、ビームを所望の方向に指向させるように、Ｘ、Ｙ、及びＺの周りに調整されることができる。
【００６８】
単一の光ファイバ、及びミラーとビーム・スプリッタの組み合わせが、３つの光ビームを生成するために用いられる場合には、光ファイバ、ミラー、及びビーム・スプリッタは、類似した方法でバー上に取り付けられることが可能である。
【００６９】
検出器のような他の光学素子は、ロッド上に取り付けられることも可能である。光ファイバ又は検出器のような光学素子は、これをクランプの上部ではなく下部に取り付けることによって、他の光学素子の面の外に取り付けられることが可能である。
【００７０】
それぞれの検出器６８、７０、７２上の光ビーム４４、４６、４８の中心を正確に求めるために、ビームが、最小の迷光反射用部品を有することが必要である。しかしながら、実際には、コリメート・レンズ及びリトロリフレクタに起因する干渉パターンを取り除くことは困難である。これらの影響を減少させるために、非コヒーレント光源が必要であるが、非コヒーレント光源を、この装置の必要レベルまでコリメートすることは困難である。この問題は、時間と共に強度変調され、周波数のばらつきをもたらすコヒーレント光源を用いることによって部分的に解決される。強度変調のための関連する時間間隔は、検出器内の所定の画素の露光時間である。
【００７１】
検出器には、所定の画素についての最小露光時間がある。例えば、所定の画素についての露光時間が１０μｓであり、輝度が１％以内の精度まで測定された場合には、露光時間を強度変調信号に固定することなく、光源を１０ＭＨｚより大きく変調させ、所望の効果を有することができる。
【００７２】
コヒーレント光源は、他の手段によって強度変調されることもできる。例えば、圧電材料の周りに巻き付けられた光ファイバを通して、光が通るようにしてもよい。圧電材料をパルス化することで、その直径が変化し、光ファイバの光路長のばらつきが生じ、よって光ビームの変調がコヒーレンス距離を減少させる。
【００７３】
光路内の薄型光学系に起因するビームの自己干渉は、像上に干渉パターンを生成する。これは、一部の光が光学系を素通りし、他方の光が後面及び前面に二重反射されることに起因する。このことは、２つの光源を用いて、異なる波長を有し及び／又は異なる周波数で変調されることが好ましい光ビームを生成することによって、克服されることができる。その結果、光ビームは、短いコヒーレンス長を生成する高周波数を打つようになる。この技術は、ほこり及び一般的な点欠陥に起因する像上のスペックル・パターンを取り除く助けにもなる。
【００７４】
上述のような、薄型光学系に二重反射することに起因するビームの自己干渉が、図８Ａに示され、この自己干渉は、図８Ｂ及び図８Ｃに示されるような楔形光学系を用いることによって回避され得る。図８Ａにおいて、薄板状の光学素子８１が、センサ８３の前に配置される。光ビーム８０が、平坦な光学素子８１に入射する。光ビーム８０の一部は、光学素子を素通りしてセンサに進み、光ビームの別の部分８３は、該光学素子によって二重反射され、該ビーム８０と干渉して像上に大きな縞を形成する。図８Ｂにおいて、大きな楔角を有する楔形光学素子８２が、センサ８３の前に配置される。光ビーム８０が、楔形光学素子８２に入射する。光ビーム８６の一部は、光学素子を素通りしてセンサ８３に進み、光ビームの別の部分８８は、該光学素子によって二重反射され、該センサ８３に当たらないような角度で該光学素子を出て進む。図８Ｃにおいて、楔形光学素子８４が、細い楔角を有するので、二重反射されたビーム９０は、素通りするビーム８６に対して小さな角度でセンサ８３に接近し、像にわずかな影響しか及ぼさない多くの狭い縞を生成する。
【００７５】
室内照明が、検出器に入射するビーム中心の検出に影響を有することが見出された。例えば、背景光は像をフラッターさせる。この影響を取り除くために、検出器の像捕獲周期が、室内照明、例えば主周波数に同期される必要がある。さらに、室内照明の影響を取り除くために、２つの像、すなわち戻りビームを有する像と戻りビームを有していない像が必要とされる。図心を計算するために、２つの像の間の差が用いられる。
【００７６】
画素化されたイメージ・センサは、センサ出力に対する強度が非線形になる飽和レベルを有する。光ビームから検出された光がセンサの飽和レベルに接近している場合には、非線形の応答があり、背景光を減算する際にこのことが考慮されるべきである。
【００７７】
背景光の影響を最小にするために、他の解決法も可能である。こうした１つの解決法において、狭い帯域フィルタが、センサの前に配置される。この狭い帯域フィルタは、光源の波長だけを透過させ、他の波長すなわち背景光を受けつけない。
【００７８】
第２の解決法において、減光フィルタが、センサの前に配置される。この減光フィルタは、全ての入射光（光源からの入射光及び背景光からの入射光の両方）の特定の割合（例えば、１０％）だけを透過させる。光源の強度を大きくすることによって、背景光に対する光源の強さが増大される。
【００７９】
第３の解決法において、背景光の影響を最小にするために、例えば、検出器を孔又はチューブの後方に配置することによって、該検出器が遮光される。これを、リトロリフレクタのために用いることもでき、１つより多いビームがリトロリフレクタを用いる場合に、迷光が減少されるという利点を有する。
【００８０】
別の解決法において、画素化されたセンサの積分時間が、背景光の影響を減少させるように選択される。センサの特定の積分時間の場合には、背景光は、静的で均一の背景照明を与えるものとして現れる。このセンサの積分時間は、背景光の周波数によって変わる。特定の背景条件についての最適なセンサの積分時間は、該センサにおける異なる積分時間によって循環させ、検出されたビーム図心を見ることによって求められることができる。ビーム図心に最小の歪みをもたらす積分時間が選択される。この解決法は、フィルタに対する必要性を減少させるという利点を有する。
【００８１】
好ましい実施形態において、光学ユニットは、光学素子だけ、すなわちリトロリフレクタ及びミラーだけを含む。このことは、可動の機械部品上に取り付けられた光学ユニットの移動に影響を与えるケーブルの引きずりなどによって、測定値が影響を受けないことを確実にする。この装置において、検出器及び後部リード線が結合された光源の全てが、固定された機械部品上に取り付けられたトランスミッタ・ユニット内に配置される。座標位置決め装置が機械工具である場合には、光学ユニットはスピンドル上に取り付けられ、トランスミッタ・ユニットは機械ベッド上に取り付けられることができる。機械ベッドは、非常に大きく重いものであり、トランスミッタ・ユニットの移動にほとんど影響を有さない後部リード線を該トランスミッタ・ユニット上にもたらす。逆に、スピンドル上に取り付けられた光学ユニット上の後部リード線は、その移動に影響を及ぼし、よってシステムの精度に影響を及ぼす。
【００８２】
本発明は、光学ユニットが光学素子だけを含む実施形態に限られるものではない。図７は、検出器６８、７０、７２が光学ユニット１２内に配置された実施形態を示す。しかしながら、この実施形態は、両方のユニットが後部リード線（すなわち、トランスミッタ・ユニット内の光源及び光学ユニット内の検出器へのリード線）を有するという欠点をもつ。これらの後部リード線は、システムの精度に影響を与えることがある。
【００８３】
本発明の利点は、両方のユニットが静止している時に測定値を取ることに限定されないことである。光学ユニットを新しい位置に移動させ、静止時に測定値を取り、さらに新しい位置で繰り返すという段階的方法は、時間効率の良いものでない。本発明は、光学ユニットが動いている間に像を取得することを可能にする。
【００８４】
検出器は、像を検出し、該像が処理され、信号が生成されるのを可能にするために、時間を必要とする。光学ユニットが動いている間に検出された像は、ぼやけたものである。これらの像は、光学ユニットによって移動された距離にわたって平均化される。
【００８５】
検出器からの信号は、ユニットが移動していようと、静止していようと、乱気流のために雑音がある。このことは、データのパラメータ適合によって克服される。例えば、以下
の、
Ｓｘ＝ａ＋ｂｙ＋ｃｚ２
に示されるように、真直度の読み取り値Ｓｘは、二次曲線に適合されることができる。
【００８６】
例えば、乱気流のために、干渉計によってとられた読み取り値について、時間平均が必要とされることがある。
【００８７】
好ましい実施形態においては、５自由度全てにおけるずれを検出するために、３つの検出器及び３つの平行なビームが必要とされるが、いずれか１つの面におけるずれを検出するための装置においては、２つの検出器と２つのビームだけが必要とされる。
【００８８】
３つより多いビーム、リトロリフレクタ、及び検出器をもつシステムを有することも可能である。例えば、上記の例におけるように、２つのリトロリフレクタを並列配置し、該２つのリトロリフレクタの各々が、概念上後方に配置された別のリトロリフレクタを有し、合計で４つのリトロリフレクタにすることも可能である。この構成により、平均化するべきより多くのデータが提供され、精度が向上する。
【００８９】
光学ユニットが機械の軸に沿って移動された時に発射されたビームが検出器の中心にとどまるように、トランスミッタ・ユニットが該機械の軸と有利に位置合わせされるべきである。しかしながら、トランスミッタ・ユニットが取り付けられたベースプレートを機械の軸と正確に位置合わせすることは困難である。図１６Ａは、機械軸のＸ軸に対してある角度で配置されたトランスミッタ・ユニット１０及び光学ユニット１２を示す。したがって、光ビーム１０２、１０４、１０６は、Ｘ軸に対してある角度でトランスミッタ・ユニットから発射される。図１６Ｂに示されるように、光学ユニット１２がＸ軸に沿って移動された時には、光学ユニット１２に対する入射ビーム１０２、１０４、１０６の位置が変わり、このことは、検出器上のスポットの移動をもたらし、該検出器のエッジから完全に外れるように該スポットを移動させることがある。
【００９０】
検出器上のスポットの位置は周知なので、この情報を用いて、該スポットが該検出器の中心にとどまるように、光学ユニットの運動ベクトルを変えることが可能である。
【００９１】
第１のステップにおいて、光学ユニットは、機械軸に沿って移動される。この移動は、所定の距離としてもよく、又はスポットが検出器のエッジから外れるまで移動するようにしてもよい。次に、検出器上のスポット位置についての情報を用いて、光学ユニットが取り付けられた機械のクイルがサーボ制御されて、該スポットが検出器の中心に戻される。光学ユニットの元の位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）と新しい位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、並びにこれらの間を移動した距離は周知なので、スポットを中心に維持するために該光学ユニットが移動すべきベクトルを求めることができる。光学ユニットは、この軸に沿って滑らかに又は段階的に駆動されることができる。
【００９２】
このベクトルが１つの軸について定められると、同じベクトルを他の全ての軸に用いることができる。ベクトルが各々の軸について別個に定められた場合には、ベクトルの直角度を求めるために、ベースプレートの直角度誤差及び測定された誤差の全てが知られていなければならない。
【００９３】
機械軸に対するトランスミッタ・ユニットの心ずれの問題は、ベースプレートの調整によっても克服されることができる。トランスミッタ・ユニットが取り付けられるベースプレートには、ピッチ、ロール、及びヨーにおいて該トランスミッタ・ユニットの位置を調整するための調整機構が設けられることが好ましい。調整可能なベースプレートについての可能な機構が、特許文献４に記載されている。
【００９４】
前の方法におけるように、光学ユニットは機械軸に沿って移動される。この移動は、所定の距離としてもよく、又はスポットが検出器のエッジを外れるまで移動するようにしてもよい。検出器上のスポットの位置は周知であり、この情報を用いて、該スポットが検出器の中心まで戻り、これによりトランスミッタ・ユニットが機械軸と位置合わせされるまで、ベースプレートの角度が調整される。ベースプレートがどの軸をどれくらい調整すべきかについてユーザに知らせるために、検出器からのフィードバックが用いられる。これは、手動の調整装置としてもよく、或いは、カメラからのフィードバックを用いてベースプレートが自動的に調整されるように、ベースプレート調整機構が電動式にされてもよい。電動式にされる場合には、この位置合わせ手順にモータが用いられ、次いで、スイッチが切られる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】座標測定機上に取り付けられた測定装置の概略的な図である。
【図２】トランスミッタ・ユニット及び光学ユニット内の光学部品の平面図である。
【図３】トランスミッタ・ユニット及び光学ユニット両方における光学部品の斜視図である。
【図４】トランスミッタ・ユニット及び光学ユニット内の線形変位測定装置の平面図である。
【図５】光学ユニット内のリトロリフレクタの第１の代替的な構成の平面図である。
【図６】光学ユニット内のリトロリフレクタの第２の代替的な構成の平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による、トランスミッタ・ユニット及び光学ユニットの平面図である。
【図８Ａ】薄板状光学素子への二重反射を示す。
【図８Ｂ】厚型楔形光学素子への二重反射を示す。
【図８Ｃ】薄型楔形光学素子への二重反射を示す。
【図９】レーザ光源に連結された光ファイバを示す。
【図１０】バー上に取り付けられた光ファイバ端部を示す。
【図１１】図１０の光ファイバ端部を取り付けるために用いられるクランプを示す。
【図１２Ａ】センサのエッジ上のスポットを示す。
【図１２Ｂ】一旦しきい値が推定された、図２Ａのスポットを示す。
【図１２Ｃ】図心を計算するために用いられる、センサのエッジ上のスポットの輪郭を示す。
【図１３Ａ】１つのビームだけが送られる、図２に代替的な光学スキームを示す。
【図１３Ｂ】２つのビームが送られる、図２に代替的な光学スキームを示す。
【図１４】２つの光ビームのために単一の検出器が用いられる光学スキームを示す。
【図１５】送られた距離に対する真直度誤差のグラフである。
【図１６Ａ】機械の軸に位置合わせされていないトランスミッタ・ユニットを示す。
【図１６Ｂ】機械の軸に位置合わせされていないトランスミッタ・ユニットを示す。
【図１】
2005532544.tif 000007
【図２】
2005532544.tif 000008
【図３】
2005532544.tif 000009
【図４】
2005532544.tif 000010
【図５】
2005532544.tif 000011
【図６】
2005532544.tif 000012
【図７】
2005532544.tif 000013
【図８Ａ】
2005532544.tif 000014
【図８Ｂ】
2005532544.tif 000015
【図８Ｃ】
2005532544.tif 000016
【図９】
2005532544.tif 000017
【図１０】
2005532544.tif 000018
【図１１】
2005532544.tif 000019
【図１２Ａ】
2005532544.tif 000020
【図１２Ｂ】
2005532544.tif 000021
【図１２Ｃ】
2005532544.tif 000022
【図１３Ａ】
2005532544.tif 000023
【図１３Ｂ】
2005532544.tif 000024
【図１４】
2005532544.tif 000025
【図１５】
2005532544.tif 000026
【図１６Ａ】
2005532544.tif 000027
【図１６Ｂ】
2005532544.tif 000028
【国際調査報告】
2005532544.tif 000029
2005532544.tif 000030
2005532544.tif 000031