Performance Test of Laser Tracker Leica AT-401 compared with API T3
Jun Kiuchi #,A), Tomoya KaiA), Sakuo Matsui B), Hiroaki KimuraB,)
A)

SPring-8 Service Co., Ltd. / 1-20-5 Koto, Shingu-cho, Tatsuno-shi, Hyogo, 678-1205 JapanB)
RIKEN / SPring-8, 1-1-1 Kouto, Sayo-cho, Sayo-gun, Hyogo, 679-5148 Japan

Abstract
We have carried out performance test of Leica Absolute Laser Tracker AT401. It was needed for its warming up timefor 5 hours, and its measuring time was enough in 3 seconds. An accuracy of the inner level was within ±1 arcsec.
Precision of horizontal angle and the distance measurement was as same as API Interferometer Laser Tracker T3.

レーザートラッカーAT-401 (Leica)の性能調査と T3(API)との比較

1.

2.

はじめに

AT-401 性能調査

SPring-8 の X 線自由電子レーザー施設(SACLA)で 2.1 サンプリング時間の選定
は現在、加速管やアンジュレータなどの機器のアラ
AT-401 は絶対距離計での測定が 2～3 回/sec、エイメント及び基準モニュメントの測量に、API 社製 ンコーダによる測定が 250 回/sec となっており、のレーザートラッカーT3(Tracker 3)を使用している。 メーカー初期値では、スタンダード測定が 3sec、精今回導入した、絶対距離計のみ搭載の Leica 社製 密測定が 5sec となっている。サンプリング時間のAT-401 の基本性能を調査すると共に、実績のある 違いによる再現性の違いと測定値のバラつきを確認
レーザー干渉計搭載の T3 との比較も行った。
するため、架台直線上にトラッカーを設置し(図 2)、まず、風速が 0.05m/sec 以下の室内で、約 8m お 1.8m 地点(P1)、26m 地点(P4)、42m 地点(P6)にてそきに 6 つの架台を直線上に設置した。(図 1)
れぞれ 50 回、3sec・5sec・10sec のサンプリング時
性能調査と比較には、この架台を使用し以下の測 間による測定を行った。(図 3)定を行った。本報告ではこれらの調査結果を述べる。
1.8m 地点では水平方向で若干のバラつきが見ら①サンプリング時間の選定れるが、±20μm 程度であるためサンプリング時間②電源投入時からの安定度調査による影響はそれ程無いと思われる。26m 地点でも③Dini0.3 とのレベル精度比較
大きなバラつきは見られなかった。42m 地点になる④TDA5005 との水平角の精度比較と 3sec の距離方向の値が 5sec・10sec と比較し約 15⑤T3 との距離の精度比較
μm シフトしたが、サンプリング時間の違いによる⑥T3 との近距離の精度比較測定結果への影響はそれほどないと考えられる。
(a)

(b)

(c)

架台
架台

(d)
図 2. トラッカー設置位置と測点

図 1. (a):ターゲット用架台 (b) (c):レーザート
ラッカーAT-401 (d) :ターゲット架台設置位置___________________________________________#

kiuchi@spring8.or.jp- 809 -

(a)

(b)

センサー

図 4. (a):温度センサー取付位置(b):測定位置

図 3. サンプリング時間変更測定結果
2.2 電源投入時からの安定度調査
AT-401 は本体電源投入後、90～120 分間のウォームアップが推奨されている。SACLA では通常、電源入の状態で機器の保管をしているため、作業時も安定状態で使用すると考えられるが、確認のため調査を行った。
まず、AT-401 の Initialize 推奨距離である 8m 付近にリフレクターを設置し、次に AT-401 本体とトラッカー設置箇所室温を計測するため温度センサーを取り付けた。(図 4)
電源投入直後から本体の表面温度は上昇し、機器本体の温度が安定するまでに約 5 時間を要した。一方、水平方向・距離方向の測定値が安定するまでには約 3 時間程度であったが、上下方向に関しては以降も緩やかな上昇を続け安定には 8 時間程度を要している。今回の測定がビニルハウス内であるため温度勾配が大きくなりやすくそのためにより高く見える成分も含まれているかもしれない。高さの異なる点での温度測定でこの成分は見積もれるが、また三脚の安定度に起因する成分を含めてもいずれにしろ8m の距離で 1 時間で 5μm の傾斜とかなり小さいことがわかる。メーカー推奨の 90～120 分程度でも測定は可能であるが水平・上下方向に関しては 8m付近で約 40μm 程度バラつく可能性がある。AT401 は内部の温度安定度が重要であり、使用にあたっては装置が十分に暖気された状態が望ましいと考える。(図 5)

図 5. 安定度測定結果
2.3 Dini0.3 との直線のレベル精度比較
AT-401 の 内 蔵水準レベルの性能比較には ニコン・トリンブル社製 DiNi0.3 デジタルレベル(1km 往復標準偏差は 0.3mm)を使用した。機器を架台の中間地点(約 20m)に設置し、P1 を原点としレベル差を算出した。参考データとして T3 の結果も記載した。
(図 6.図 7)- 810 -

最もレベル差の大きい地点は 15m 地点で 33μmとなり、40m 地点でも 26μm の差であった。AT401 の内蔵水準レベル性能±1arc sec 2σ内に入る、良好な結果であると思われる。
AT401 は設置時にヘッドの傾きを水平に調整してから使用するのに対し T3 では±2°（ごく最近±0.2°に変更）以内であればそのまま測定できるとのことなので設置時の傾きが大きければこのように40m で 0.3mm あるいはもっと大きくなった。実際に T3 のヘッドに Wyler の水準器を図 8 のように固定し T3 内部の水準器の値と比較した。図 9 上段にWyler の値の変化を示す。また二つの水準器の軸の向きを補正するため Wyler の方をわずかに回転（今回は 0.28 度）し、内部の水準器の値を 0.23％ほど大きくした値との差も示している。下段は内部の水準器の値の増大率を 0、0.23、0.46％と変化させた
ときの Wyler の値との差で、0.23％で良くあっている。Wyler の水準器は長さ 500mm の水準器検査器（大菱計器製）でダイアルゲージを用いエラーは0.1％以下であることをチェックした。0.23％を考慮
するとこの時のデジタルレベルの測定結果との差40m で 0.7mm がよく説明できた。
このような結果から、T3 のヘッドに小さな水準器を固定し、内部の水準器を使用する場合は設置時に三脚の床に接するところのねじで調整することにした。
(a)

Dini0.3

図 8. Wyler 水準器設置位置

(b)
バーコード
標尺

(c)
図 9. T3 ヘッド回転角と Wyler 水準器の比較

図 6. (a) (b):Dini 設置位置(c):測定位置

2.4 Dini0.3 との平面のレベル精度比較
AT-401 はホームポジションが無く、全方位の測定が可能である。しかし、本体を設置する向きを常に一定にするのは困難であるため、全方位でのレベル差比較を行い再現性の確認をした。まず、6m×6m の平面に 1m 間隔で計 49 点の測点を作成した。
次に、測点を Dini0.3 と AT-401 で測定し Dini0.3 とのレベル差を算出した。Dini0.3 と比較し全体的にレベルが下る傾向にあり、本体から一番近い距離(2m)で約 60μm 程度下がったが、全方位測定においても本体の向きにより水準レベルが著しく変化する箇所はないと思われる。(図 10.図 11)

図 7. 直線レベル差比較結果- 811 -

(a)(a)(b)(b)(c)(c)

リフレクター

図 12. トラッカー設置位置と測点
図 10. (a)平面測定位置 (b)(c):AT-401 測定状況

図 13. TDA5005 との水平方向比較

3.

T3 との性能比較

3.1
T3 との距離の精度比較
現在、SACLA 光源棟ではモニュメントの定期測量として T3 を使用した網測量を行なっている。細
長い領域での測量網ではミクロンオーダーの距離の精度が必要とされ、これまで干渉計を搭載した T3で行ってきた。同様のことが AT-401 で可能か、距離測定精度を調査した。
架台の直線上に T3 を設置し、次に AT-401 を T3の真横に設置した。ミクロンオーダーでの比較を行うには、極力人的な誤差を減らす必要があるため、測定時にリフレクターに触れること無く双方が測定
図 11. 平面レベル差比較結果可能な状態を作った。まず、T3 にて測定を行い、終了後レーザーを遮断する。T3 はホームポジショ
2.5 TDA5005 との水平角の精度比較ンに戻るため、続いて AT-401 のレーザーをリフレ
AT-401 の 水 平 角 の 性 能 比 較 に は 、 Leica 社 製 クターにロックさせ測定を行った。この方法により、TDA5005 を使用した。まず、装置を架台直線上に 同じリフレクターを使用し、且つリフレクターを動設置し架台 P1 を原点に、架台 P6 を原点軸上の点と かすこと無く精度の良い測定を行うことが出来た。
した。(図 12)各測点にてそれぞれ 5 回の測定を行い、 この測定は架台 P1 側に設置した時と架台 P6 側に再 現 性 の 確 認 を 行 っ た 後 、 結 果 を 平 均 化 し た 。 設置した時の 2 箇所にて行い、測定値が再現するかTDA5005 を基準とし AT-401 と T3 の水平レベルの の確認も行った。(図 14)差を算出した。(図 13)15m 付近の変位量が特に大きくなったが、40m 以25m 地点で約 40μm の変位量となったが、全体 上離れた測点においても T3 との誤差は 10μm 以内的にズレ量は僅かであり、TDA5005 との水平角の に入っており、P1 側・P6 側の設置位置の違いにお相違は小さいと思われる。
いても同等な結果となっている。(図 15)- 812 -

(a)

(b)

Z(a)
YX(c)

図 14. (a) (b):AT-401・T3 設置位置(c):測定位置(b)

0.9m
1.2m(c)

図 16. (a):左手系作成位置
位置 (c):測定位置(b):AT-401・T3 設置

図 17. 近距離の性能比較

4.

図 15. T3 との距離方向比較

おわりに

今回新たに導入した AT-401 は絶対距離計による測定のため途中でレーザーが途切れても、再度トラッキングを行えば測定可能なので、現場での作業が容易になり、作業効率の向上が出来ると考えられる。さらに、本体内部にバッテリーとワイヤレスLAN を搭載していることから、完全ケーブルレスでの測定も可能となった。今回の調査で SACLA での本格的な使用を前に AT-401 の基本性能を知ることが出来たと考える。電源投入から機器が安定するまでにかなりの時間を要するが、常に電源を入れた安定状態で使用すれば、絶対距離計の精度も T3 と概ね同等であると思われる。今後は、実際の定期測量を AT-401 で行い、T3 とのさらなる比較を行いた
いと考えている。

3.2
T3 との近距離の精度比較
AT-401 の最短距離測定のメーカー保証は 1.5m であるが、実際にどこまで計測できるのかを T3 と比較した。測定には SACLA のアライメント環境と同様の状況で行った。SACLA ではアライメントに 2つのモニュメントを使用し、左手系を作成している。
まず、架台 P3 と架台 P4 を使用し、左手系を作成 [1] M. Yamashita, et al. “XFEL加速管・Q電磁石BPM用架台した。次にトラッカーからの距離 1.2m 地点と 0.9mのアライメント”, 本学会2010年
地点をそれぞれ 20 回測定し、測定値の差を算出し [2] Y. Maeda, et al., “API社製レーザートラッカーの性能調査”, 本学会2011年
た。(図 16)1.2m 地点・0.9m 地点ともに測定値は T3 の結果とほぼ同じになり、測定自体は可能であると思われる。
しかし、0.9m よりリフレクター近づけるとトラッキングせず測定自体が出来なくなった。

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