レーザ干渉測長装置の絶対位置測定方法、及びレーザ干渉測長装置
【課題】レーザ干渉測長装置に対する再帰反射体の絶対位置を精度良く測定できる絶対位置測定方法を提供する。
【解決手段】絶対位置測定方法は、予め設定された３つ以上の各位置に再帰反射体をそれぞれ位置付ける工程Ｓ１，Ｓ４と、回転機構を動作させ、前記各位置にそれぞれ位置付けられた再帰反射体に対して測定光を出射可能とする各姿勢に干渉計を設定する工程Ｓ２と、回転機構の動作量に基づいて前記各姿勢間での測定光の光軸の角度変化量を算出する工程Ｓ５と、干渉計から出力される信号に基づいて前記各姿勢間での前記光軸に沿う方向の再帰反射体の位置変化量を算出する工程Ｓ６と、前記各位置、角度変化量、及び位置変化量に基づいて、レーザ干渉測長装置の基準位置を算出する工程Ｓ７と、基準位置に対する再帰反射体の絶対座標を算出する工程Ｓ８とを備える。
【解決手段】絶対位置測定方法は、予め設定された３つ以上の各位置に再帰反射体をそれぞれ位置付ける工程Ｓ１，Ｓ４と、回転機構を動作させ、前記各位置にそれぞれ位置付けられた再帰反射体に対して測定光を出射可能とする各姿勢に干渉計を設定する工程Ｓ２と、回転機構の動作量に基づいて前記各姿勢間での測定光の光軸の角度変化量を算出する工程Ｓ５と、干渉計から出力される信号に基づいて前記各姿勢間での前記光軸に沿う方向の再帰反射体の位置変化量を算出する工程Ｓ６と、前記各位置、角度変化量、及び位置変化量に基づいて、レーザ干渉測長装置の基準位置を算出する工程Ｓ７と、基準位置に対する再帰反射体の絶対座標を算出する工程Ｓ８とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ干渉測長装置の絶対位置測定方法、及びレーザ干渉測長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物までの距離を測定する装置として、例えば、追尾式レーザ干渉計（レーザ干渉測長装置（以下、測長装置）が利用されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の測長装置は、以下に示す再帰反射体、光学系（干渉計）、２軸回転機構、及びコントローラを備える。
再帰反射体は、被測定物に取り付けられ、入射光を入射方向に沿う方向に反射させる。
干渉計は、測定光を出射するとともに、以下に示す信号をコントローラに出力する。
すなわち、干渉計は、再帰反射体にて反射された戻り光と参照用の参照光との干渉に基づく第１の信号をコントローラに出力する。また、干渉計は、測定光と再帰反射体による戻り光との光軸のずれ量に基づく第２の信号をコントローラに出力する。
２軸回転機構は、コントローラによる制御の下、干渉計の姿勢を変更することで、測定光の出射方向を変更する。
【０００３】
コントローラは、干渉計からの第２の信号に基づいて、光軸のずれ量が０となるように、２軸回転機構の動作を制御し、再帰反射体を追尾する（測定光の出射方向を再帰反射体に向ける）。
ここで、再帰反射体を追尾するにあたって、すなわち、２軸回転機構の角度調整量を算出するにあたって、光軸のずれ量の他、測長装置の基準位置から再帰反射体までの距離が必要となる。
なお、コントローラが第１の信号に基づいて算出できるのは、戻り光と参照光との干渉による干渉縞の変化量、すなわち、再帰反射体における測定光の光軸に沿う方向の位置変化量（移動量）である。
【０００４】
そして、特許文献１に記載の測長装置では、距離を測定する距離センサ等を別途追加することなく、以下に示す方法（絶対距離推定方法）により、測長装置の基準位置から再帰反射体までの距離を算出している。
特許文献１に記載の技術では、光軸のずれ量と、２軸回転機構の角度調整量と、測長装置の基準位置から再帰反射体までの距離との間に所定の関係があることに着目している。
そして、光軸のずれ量が既知の値となるまで２軸回転機構を動作させ、当該動作させた際の２軸回転機構の角度調整量と既知の値である光軸のずれ量とに基づいて、上記関係から測長装置の基準位置から再帰反射体までの距離を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３０９６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の絶対距離推定方法では、光軸のずれ量を検出する位置検出器（例えば、受光素子）のダイナミックレンジが小さい場合には、測長装置の基準位置から再帰反射体までの距離が大きくなるにしたがって、算出される距離の精度が低下してしまう、という問題がある。
したがって、測長装置の基準位置から再帰反射体までの距離を精度良く測定できる、すなわち、測長装置（基準位置）に対する再帰反射体の絶対位置を精度良く測定できる技術が要望されている。
【０００７】
本発明の目的は、レーザ干渉測長装置に対する再帰反射体の絶対位置を精度良く測定できる絶対位置測定方法、及びレーザ干渉測長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の絶対位置測定方法は、入射光を反射させる再帰反射体と、測定光を出射するとともに前記再帰反射体による戻り光と参照用の参照光との干渉に基づく信号を出力する干渉計と、前記干渉計を回転させ前記測定光の出射方向を変更する回転機構とを備えたレーザ干渉測長装置の絶対位置測定方法であって、予め設定された３つ以上の各位置に前記再帰反射体をそれぞれ位置付ける反射体位置付け工程と、前記回転機構を動作させ、前記各位置にそれぞれ位置付けられた前記再帰反射体に対して前記測定光を出射可能とする各姿勢に前記干渉計を設定する干渉計回転工程と、前記回転機構の動作量に基づいて、前記各姿勢間での前記測定光の光軸の角度変化量を算出する角度変化量算出工程と、前記干渉計から出力される信号に基づいて、前記各姿勢間での前記光軸に沿う方向の前記再帰反射体の位置変化量を算出する位置変化量算出工程と、前記各位置、前記角度変化量、及び前記位置変化量に基づいて、前記レーザ干渉測長装置の基準位置を算出する基準位置算出工程と、前記基準位置に対する前記再帰反射体の絶対座標を算出する絶対座標算出工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の絶対位置測定方法では、測長装置に対する再帰反射体の絶対位置（絶対座標）を精度良く測定するために、以下に示すように測長装置の基準位置（空間座標）を把握した上で、当該基準位置に対する再帰反射体の絶対座標（絶対位置）を算出するものとしている。
先ず、基準位置と、再帰反射体を位置付ける位置として予め設定された２つの位置とを結ぶ三角形を考える。
この場合、（１）基準位置、（２）前記２つの位置、（３）前記２つの位置間の距離、（４）前記２つの位置のうち一方の位置と基準位置とを結ぶ直線と他方の位置と基準位置とを結ぶ直線とのなす角度、（５）前記一方の位置及び基準位置間の距離と前記他方の位置及び基準位置間の距離との差の間には、所定の関係式が成り立つ。
【００１０】
ここで、上記（２）については、予め設定された既知のものである。上記（３）も同様である。
また、上記（４）について、前記一方の位置と基準位置とを結ぶ直線は、干渉計から再帰反射体に出射される測定光の光軸に相当する。前記他方の位置と基準位置とを結ぶ直線も同様である。
このため、上記（４）は、回転機構を動作させて、前記一方の位置に位置付けられた再帰反射体に測定光を出射可能とする姿勢から前記他方の位置に位置付けられた再帰反射体に測定光を出射可能とする姿勢に干渉計を回転させた際の回転機構の動作量に基づいて算出することができる（角度変化量算出工程）。
【００１１】
また、上記（５）については、再帰反射体が前記一方の位置に位置付けられている場合に干渉計から出力される信号と、前記他方の位置に位置付けられている場合に干渉計から出力される信号とに基づいて、算出することができる（位置変化量算出工程）。
したがって、上述した関係式は、上記（１）の基準位置のみを変数とする関係式とすることができる。
【００１２】
そして、上述した三角形については、再帰反射体を位置付ける位置として少なくとも３つ以上の各位置を設定しておけば、少なくとも３つの異なる三角形を想定することができる。
すなわち、少なくとも３つの異なる三角形に基づいて、上記（１）の基準位置のみを変数とする関係式を少なくとも３つ得ることができる。
したがって、３つの関係式を連立方程式として解けば、上記（１）の基準位置を算出することができる（基準位置算出工程）。
そして、基準位置が算出されれば、例えば、算出された基準位置を原点とした場合での前記各位置のいずれかの位置の空間座標を求めれば、基準位置に対する再帰反射体の絶対座標を算出できる（絶対座標算出工程）。
以上のように、本発明の絶対位置測定方法は、反射体位置付け工程、干渉計回転工程、角度変化量算出工程、位置変化量算出工程、基準位置算出工程、及び絶対座標算出工程を備えるので、測長装置（基準位置）に対する再帰反射体の絶対位置を測定できる。
また、従来のように測定光と戻り光との光軸のずれ量に基づいて再帰反射体の絶対位置を測定するものではないため、測長装置（基準位置）から再帰反射体までの距離が大きくなった場合であっても、当該距離を精度良く算出できる。
【００１３】
本発明の絶対位置測定方法では、前記反射体位置付け工程、前記干渉計回転工程、前記角度変化量算出工程、前記位置変化量算出工程、及び前記基準位置算出工程を複数回、繰り返し実施する繰返実施工程と、前記繰返実施工程により算出される複数の前記基準位置を平均化して平均基準位置を算出する平均化工程とを備え、前記絶対座標算出工程は、前記平均基準位置に対する前記再帰反射体の絶対座標を算出することが好ましい。
【００１４】
ところで、反射体位置付け工程において、予め設定された３つ以上の各位置に再帰反射体をそれぞれ位置付ける際、前記各位置に再帰反射体が精度良く位置決めされていない場合には、当該誤差に応じて、算出される基準位置の精度が低下してしまう。すなわち、基準位置に対する再帰反射体の絶対座標も同様である。
本発明では、反射体位置付け工程、干渉計回転工程、角度変化量算出工程、位置変化量算出工程、及び基準位置算出工程を複数回、繰り返し実施する（繰返実施工程）。
このことにより、繰返実施工程を実施することで複数の基準位置が算出されることとなり、複数の基準位置を平均化すれば（平均化工程）、測長装置の基準位置（平均基準位置）を精度良く算出できる。すなわち、基準位置に対する再帰反射体の絶対座標を精度良く算出できる。
【００１５】
本発明の絶対位置測定方法では、前記反射体位置付け工程は、前記再帰反射体を３つの前記各位置にのみそれぞれ位置付けることが好ましい。
本発明では、基準位置を算出できる最低限の数である３つの位置のみに再帰反射体を位置付けるため、短時間で基準位置に対する再帰反射体の絶対座標を算出できる。
【００１６】
本発明のレーザ干渉測長装置は、入射光を反射させる再帰反射体と、測定光を出射するとともに前記再帰反射体による戻り光と参照用の参照光との干渉に基づく信号を出力する干渉計と、前記干渉計を回転させ前記測定光の出射方向を変更する回転機構とを備えたレーザ干渉測長装置であって、前記回転機構の動作により、予め設定された３つ以上の各位置にそれぞれ位置付けられた前記再帰反射体に対して前記測定光を出射可能とする各姿勢に前記干渉計が回転された際に、前記回転機構の動作量に基づいて、前記各姿勢間での前記測定光の光軸の角度変化量を算出する角度変化量算出手段と、前記干渉計から出力される信号に基づいて、前記各姿勢間での前記光軸に沿う方向の前記再帰反射体の位置変化量を算出する位置変化量算出手段と、前記各位置、前記角度変化量、及び前記位置変化量に基づいて、当該レーザ干渉測長装置の基準位置を算出する基準位置算出手段と、前記基準位置に対する前記再帰反射体の絶対座標を算出する絶対座標算出手段とを備えることを特徴とする。
本発明の測長装置は、上述した絶対位置測定方法を実施する装置であるため、上述した絶対位置測定方法と同様の作用及び効果を享受できる。
【００１７】
本発明のレーザ干渉測長装置では、前記測定光及び前記戻り光の光軸のずれ量を検出するずれ量検出手段と、前記ずれ量が所定の範囲内となるように前記回転機構の動作を制御する追尾制御手段とを備えることが好ましい。
本発明では、測長装置は、上述したずれ量検出手段及び追尾制御手段を備えるため、上述した絶対位置測定方法を実施するにあたり、干渉計回転工程において、再帰反射体を追尾して、再帰反射体に対して測定光を出射可能とする姿勢に干渉計を容易に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態における追尾式レーザ干渉測長装置を示すブロック図。
【図２】第１実施形態における干渉計の光学系を模式的に示す図。
【図３】第１実施形態における干渉計の光学系を模式的に示す図。
【図４】第１実施形態における絶対位置測定方法を説明するフローチャート。
【図５】第１実施形態における絶対位置測定方法を説明するための図。
【図６】第１実施形態における絶対位置測定方法を説明するための図。
【図７】第１実施形態における絶対位置測定方法を説明するための図。
【図８】第２実施形態における追尾式レーザ干渉測長装置を示すブロック図。
【図９】第２実施形態における絶対位置測定方法を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔追尾式レーザ干渉測長装置の構成〕
図１は、第１実施形態における追尾式レーザ干渉測長装置１（以下、測長装置１）を示すブロック図である。
測長装置１は、被測定物Ｗを追尾し、当該測長装置１（後述する基準位置Ｐ）から被測定物Ｗ（後述する再帰反射体１０）までの距離を測定する装置である。
この測長装置１は、図１に示すように、再帰反射体１０と、干渉計２０と、２軸回転機構３０と、制御装置４０とを備える。
【００２０】
〔再帰反射体の構成〕
再帰反射体１０は、レトロリフレクタやキャッツアイ等で構成され、入射光を入射方向に沿って反射させる。
より具体的に、再帰反射体１０は、入射光と反射光とが平行となるとともに、入射光と反射光とが再帰反射体１０の中心に対して点対称となるように入射光を反射させる。したがって、再帰反射体１０の中心から離れた位置に光が入射した場合には、入射光と反射光とがずれることとなる。
そして、再帰反射体１０は、図１に示すように、被測定物Ｗに取り付けられる。
【００２１】
〔干渉計の構成〕
図２及び図３は、干渉計２０の光学系を模式的に示す図である。
干渉計２０は、図１ないし図３に示すように、再帰反射体１０までの距離を測定するための測長光学系２１と、再帰反射体１０を追尾するための追尾光学系２２とを備える。
なお、各光学系２１，２２の構成については、公知であるので簡略に説明する。
【００２２】
測長光学系２１は、図２または図３に示すように、レーザ光源２１１と、スプリッタ２１２と、参照面としての平面鏡（図示略）と、ＰＤ（Photo Detector）を有する第１受光手段２１３とを備える。
追尾光学系２２は、図２または図３に示すように、スプリッタ２２１と、４分割ＰＤ（Photo Diode）または二次元ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）を有するずれ量検出手段としての第２受光手段２２２とを備える。
【００２３】
このような干渉計２０では、レーザ光源２１１から出射されたレーザ光は、スプリッタ２１２にて参照用の参照光（図示略）と、測定光とに分割される。前記参照光は、前記平面鏡にて反射された後、スプリッタ２１２にて第１受光手段２１３側に反射される。
一方、測定光は、スプリッタ２２１を透過した後、再帰反射体１０にて向けて出射され、再帰反射体１０にて反射されて戻り光となった後、再度、干渉計２０に入射する。この際、再帰反射体１０が移動しているために、測定光が再帰反射体１０の中心に対してはなれた位置に入射した場合（図３）には、測定光が入射方向に対してずれて反射されることとなり、測定光と戻り光とがずれることとなる。
【００２４】
干渉計２０に入射した戻り光は、一部がスプリッタ２２１にて反射され、第２受光手段２２２に受光される。この際、戻り光は、ずれ量に応じて第２受光手段２２２（４分割ＰＤ）の受光面の中心からずれて入射することとなる。第２受光手段２２２は、受光面が上下左右に４分割されており、各分割面に入射する戻り光の受光量に応じた４つの受光信号を制御装置４０に出力する。すなわち、第２受光手段２２２は、戻り光のずれ量及び受光量に応じた第２受光信号を出力する。
【００２５】
一方、スプリッタ２２１を透過した残りの戻り光は、スプリッタ２１２を透過した後、前記平面鏡にて反射された前記参照光との干渉光となり、第１受光手段２１３に受光される。戻り光と参照光との干渉光を受光した第１受光手段２１３は、干渉計２０と再帰反射体１０との距離の変位及び受光量に応じた第１受光信号を制御装置４０に出力する。
【００２６】
〔２軸回転機構の構成〕
２軸回転機構３０は、制御装置４０による制御の下、干渉計２０からの測定光の出射方向を変更する機構である。
この２軸回転機構３０は、図１に示すように、測定光の方位角θaを変更する第１回転機構３１と、測定光の仰角θeを変更する第２回転機構３２とを備える。
そして、各回転機構３１，３２には、図１に示すように、各回転機構３１，３２の所定位置からの回転角度、すなわち、測定光の方位角θa及び仰角θeを検出する角度検出センサ３３が取り付けられている。
この角度検出センサ３３は、検出した方位角θa及び仰角θeに応じた角度検出信号を制御装置４０に出力する。
なお、各回転機構３１，３２の回転軸が交わる点は、基準位置Ｐ（図１）とされる。
【００２７】
〔制御装置の構成〕
制御装置４０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)や、メモリ等を備え、メモリに記憶されたプログラムにしたがって、測長装置１全体を制御する。
なお、以下では、制御装置４０において、再帰反射体１０を追尾する機能、及び基準位置Ｐに対する再帰反射体１０の絶対位置（絶対座標）を測定する機能を説明し、その他の機能については説明を省略する。
この制御装置４０は、図１に示すように、追尾制御手段４１と、角度変化量算出手段４２と、位置変化量算出手段４３と、基準位置算出手段４４と、絶対座標算出手段４５と、距離算出手段４６と、メモリ４７等を備える。
【００２８】
追尾制御手段４１は、距離算出手段４６にて算出された基準位置Ｐから再帰反射体１０までの距離と、第２受光手段２２２からの第２受光信号（戻り光のずれ量）とに基づいて、２軸回転機構３０の角度調整量（方位角θa及び仰角θeの角度調整量）を算出する。
そして、追尾制御手段４１は、算出した角度調整量にて２軸回転機構３０を動作させ、再帰反射体１０を追尾する（再帰反射体１０の中心に測定光を出射可能とする姿勢に干渉計２０を回転させる）。
【００２９】
角度変化量算出手段４２は、角度検出センサ３３からの角度検出信号に基づいて、干渉計２０から出射される測定光の光軸の角度変化量を算出する。
例えば、再帰反射体１０がある位置から別の位置に移動したとする。
この場合に、角度変化量算出手段４２は、角度検出信号に基づいて、前記ある位置に位置付けられた再帰反射体１０の中心に出射される測定光の光軸と、前記別の位置に位置付けられた再帰反射体１０の中心に出射される測定光の光軸とのなす角度を角度変化量として算出する。
【００３０】
位置変化量算出手段４３は、第１受光手段２１３からの第１受光信号に基づいて、前記ある位置に位置付けられた再帰反射体１０と、前記別の位置に位置付けられた再帰反射体１０との測定光の光軸に沿う方向の位置変化量を算出する。
ここで、再帰反射体１０による戻り光と前記参照光との干渉により生じる干渉縞の変化量は、再帰反射体１０における測定光の光軸に沿う方向の移動量（位置変化量）に相当する。
したがって、位置変化量算出手段４３は、前記ある位置に位置付けられた再帰反射体１０による戻り光と前記参照光との干渉による干渉縞（第１受光信号）と、前記別の位置に位置付けられた再帰反射体１０による戻り光と前記参照光との干渉による干渉縞（第１受光信号）との変化量から位置変化量を算出する。
【００３１】
基準位置算出手段４４は、具体的には後述するが、再帰反射体１０が位置付けられる予め設定された４つの位置Ｐ１〜Ｐ４、角度変化量、及び位置変化量に基づいて、基準位置Ｐを算出する。
絶対座標算出手段４５は、具体的には後述するが、基準位置算出手段４４にて算出された基準位置Ｐに基づいて、基準位置Ｐに対する４つの位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置の絶対座標を算出する。
【００３２】
距離算出手段４６は、絶対座標算出手段４５にて算出された絶対座標に基づいて、基準位置Ｐから前記いずれかの位置までの距離（基準距離）を算出する。
また、距離算出手段４６は、算出した基準距離に対して、位置変化量算出手段４３にて算出された位置変化量を適宜、加えていくことで、基準位置Ｐから再帰反射体１０が位置付けられた任意の位置（位置Ｐ１〜Ｐ４以外）までの距離を算出する。
【００３３】
メモリ４７は、測長装置１全体を制御するためのプログラムや、上述した各手段４１〜４６にて用いられる情報の他、後述する式（１）に示す位置Ｐ１〜Ｐ４の空間座標等が記憶されている。
【００３４】
〔絶対位置測定方法〕
次に、基準位置Ｐに対する４つの位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの絶対位置（絶対座標）を測定する方法（絶対位置測定方法）について説明する。
図４は、絶対位置測定方法を説明するフローチャートである。
図５ないし図７は、絶対位置測定方法を説明するための図である。
なお、以下で説明する位置Ｐ１〜Ｐ４は、所定のＸＹＺ直交座標系（基準位置Ｐが原点とは限らない直交座標系）において、空間座標が既知の値に設定されているものである。
以下では、説明の便宜上、位置Ｐ１〜Ｐ４の空間座標を以下の式（１）に示す空間座標とする。
また、位置Ｐ１〜Ｐ４は、全ての位置Ｐ１〜Ｐ４が同一平面上にあるものではない。
【００３５】
［数１］
Ｐ１＝（Ｐ１Ｘ，Ｐ１Ｙ，Ｐ１Ｚ）
Ｐ２＝（Ｐ２Ｘ，Ｐ２Ｙ，Ｐ２Ｚ）
Ｐ３＝（Ｐ３Ｘ，Ｐ３Ｙ，Ｐ３Ｚ）
Ｐ４＝（Ｐ４Ｘ，Ｐ４Ｙ，Ｐ４Ｚ）・・・（１）
【００３６】
先ず、作業者は、再帰反射体１０を位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置に位置付ける（ステップＳ１）。
本実施形態では、被測定物Ｗは、被測定物Ｗを移動させることで対象物を測定または加工する産業機械に設けられ、当該産業機械により駆動されるものである。
すなわち、作業者は、前記産業機械を動作させることで、再帰反射体１０を位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置に位置付ける。
ここで、前記産業機械としては、例えば、三次元測定機が挙げられ、被測定物Ｗとしては、例えば、対象物を測定するためのプローブが取り付けられた三次元測定機のスライダが挙げられる。
なお、ステップＳ１において、測長装置１も動作しているものとする。
そして、追尾制御手段４１は、上述した処理により、２軸回転機構３０の動作を制御し、再帰反射体１０の中心に向けて測定光を出射可能な姿勢に干渉計２０を回転させる（Ｓ２：干渉計回転工程）。
【００３７】
次に、制御装置４０は、ステップＳ１において再帰反射体１０が位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置に位置付けられた際に、第１受光手段２１３から出力される第１受光信号、及び角度検出センサ３３から出力される角度検出信号を取得する。
そして、制御装置４０は、第１受光信号に応じた情報と、角度検出信号に応じた情報とをメモリ４７に記憶させる（ステップＳ３）。
なお、以下では、説明の便宜上、メモリ４７に記憶させた情報として、再帰反射体１０が位置Ｐ１に位置付けられた際に記憶させた情報を第１情報とし、位置Ｐ２に位置付けられた際に記憶させた情報を第２情報とし、位置Ｐ３に位置付けられた際に記憶させた情報を第３情報とし、位置Ｐ４に位置付けられた際に記憶させた情報を第４情報とする。
【００３８】
そして、位置Ｐ１〜Ｐ４の全ての位置に再帰反射体１０を位置付けるまで上述したステップＳ１〜Ｓ３を繰り返し実施する（ステップＳ４）。
なお、上述したステップＳ１，Ｓ４が本発明に係る反射体位置付け工程に相当する。
ステップＳ１〜Ｓ３を繰り返し実施することでメモリ４７に第１〜第４情報を記憶させた後、角度変化量算出手段４２は、メモリ４７に記憶された第１〜第４情報に基づいて、角度変化量を算出する（ステップＳ５：角度変化量算出工程）。
具体的に、角度変化量算出手段４２は、第１，第２情報に含まれる角度検出信号に応じた各情報（２軸回転機構３０の動作量に相当）に基づいて、位置Ｐ１に位置付けられた再帰反射体１０の中心に出射される測定光の光軸と、位置Ｐ２に位置付けられた再帰反射体１０の中心に出射される測定光の光軸とのなす角度θ１２（図５）を算出する。
また、同様の処理により、角度変化量算出手段４２は、第２，第３情報に含まれる角度検出信号に応じた各情報に基づいて角度θ２３（図６）、第３，第４情報に含まれる角度検出信号に応じた各情報に基づいて角度θ３４（図７）を算出する。
そして、角度変化量算出手段４２は、算出した角度θ１２，θ２３，θ３４をメモリ４７に記憶させる。
【００３９】
ステップＳ５の後、位置変化量算出手段４３は、メモリ４７に記憶された第１〜第４情報に基づいて、位置変化量を算出する（ステップＳ６：位置変化量算出工程）。
具体的に、位置変化量算出手段４３は、第１，第２情報に含まれる第１受光信号に応じた各情報に基づいて、位置Ｐ１に位置付けられた再帰反射体１０と、位置Ｐ２に位置付けられた再帰反射体１０との測定光の光軸に沿う方向の位置変化量ΔＬ１２（図５）を算出する。
また、同様の処理により、位置変化量算出手段４３は、第２，第３情報に含まれる第１受光信号に応じた各情報に基づいて位置変化量ΔＬ２３（図６）、第３，第４情報に含まれる第１受光信号に応じた各情報に基づいて位置変化量ΔＬ３４（図７）を算出する。
そして、位置変化量算出手段４３は、算出した位置変化量ΔＬ１２，ΔＬ２３，ΔＬ３４をメモリ４７に記憶させる。
【００４０】
ステップＳ６の後、基準位置算出手段４４は、メモリ４７に記憶された位置Ｐ１〜Ｐ４の空間座標（式（１））、角度θ１２，θ２３，θ３４、及び位置変化量ΔＬ１２，ΔＬ２３，ΔＬ３４に基づいて、前記所定のＸＹＺ直交座標系での基準位置Ｐ（空間座標）を算出する（ステップＳ７：基準位置算出工程）。
なお、基準位置算出手段４４にて基準位置Ｐを算出する原理は、以下の通りである。
【００４１】
〔基準位置Ｐの算出原理〕
先ず、前記所定のＸＹＺ直交座標系での基準位置Ｐの空間座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とし、図５に示すように、基準位置Ｐと位置Ｐ１，Ｐ２との位置関係に着目する。
そして、基準位置Ｐと位置Ｐ１，Ｐ２との各距離をＬ１，Ｌ２（図５）とすると、以下の式（２），（３）の関係が成り立つ。
なお、距離Ｌ２は、Ｌ１＋ΔＬ１２に相当するものである。
【００４２】
［数２］
（Ｘ−Ｐ１ｘ）２＋（Ｙ−Ｐ１Ｙ）２＋（Ｚ−Ｐ１Ｚ）２＝Ｌ１２・・・（２）
【００４３】
［数３］
（Ｘ−Ｐ２ｘ）２＋（Ｙ−Ｐ２Ｙ）２＋（Ｚ−Ｐ２Ｚ）２＝（Ｌ１＋ΔＬ１２）２
・・・（３）
【００４４】
ここで、式（２），（３）は、共に球の方程式であるため、式（２），（３）を連立方程式として解くことで、式（２）に示す球と、式（３）に示す球との複数の交点を含む平面１２（図５）の方程式を得ることができる。
なお、平面１２は、以下の式（４）で与えられる。
【００４５】
［数４］
(−２Ｐ１ｘ＋２Ｐ２ｘ)Ｘ＋(−２Ｐ１Ｙ＋２Ｐ２Ｙ)Ｙ＋(−２Ｐ１Ｚ＋２Ｐ２Ｚ)Ｚ
＋Ｐ１ｘ２＋Ｐ１Ｙ２＋Ｐ１Ｚ２−Ｐ２ｘ２−Ｐ２Ｙ２−Ｐ２Ｚ２
＝−２ΔＬ１２・Ｌ１−ΔＬ１２２
・・・（４）
【００４６】
また、図５に示すように、基準位置Ｐ、位置Ｐ１，Ｐ２で結ばれる三角形を考えた場合に、余弦定理から以下の式（５）が成り立つ。
式（５）中、ＬＰ１２は、位置Ｐ１と位置Ｐ２との距離である。
なお、各位置Ｐ１，Ｐ２の空間座標は、上述したように既知の値に設定されているため、距離ＬＰ１２も既知の値である。
【００４７】
［数５］
ＬＰ１２２＝（Ｌ１＋ΔＬ１２）２＋Ｌ１２−２Ｌ１（Ｌ１＋ΔＬ１２）cosθ１２
・・・（５）
【００４８】
そして、式（５）からＬ１を求め、Ｌ１を式（４）に代入することで、式（４）からＬ１を消去する。
なお、以下では、説明の便宜上、式（５）から求めたＬ１を式（４）に代入してＬ１を消去した数式を第１の数式と記載する。
【００４９】
次に、図６に示すように、基準位置Ｐと位置Ｐ２，Ｐ３との位置関係に着目する。
そして、基準位置Ｐと位置Ｐ３との距離をＬ３（図６）とすると、式（１）〜（４）と同様の考え方から、平面２３（図６）の方程式を得ることができる。
なお、距離Ｌ３は、Ｌ２＋ΔＬ２３に相当するものである。
そして、平面２３は、以下の式（６）で与えられる。
【００５０】
［数６］
(−２Ｐ２ｘ＋２Ｐ３ｘ)Ｘ＋(−２Ｐ２Ｙ＋２Ｐ３Ｙ)Ｙ＋(−２Ｐ２Ｚ＋２Ｐ３Ｚ)Ｚ
＋Ｐ２ｘ２＋Ｐ２Ｙ２＋Ｐ２Ｚ２−Ｐ３ｘ２−Ｐ３Ｙ２−Ｐ３Ｚ２
＝−２ΔＬ２３・Ｌ２−ΔＬ２３２
・・・（６）
【００５１】
また、図６に示すように、基準位置Ｐ、位置Ｐ２，Ｐ３で結ばれる三角形を考えた場合に、余弦定理から以下の式（７）が成り立つ。
式（７）中、ＬＰ２３は、位置Ｐ２と位置Ｐ３との距離である。
なお、距離ＬＰ２３は、距離ＬＰ１２と同様に、既知の値である。
【００５２】
［数７］
ＬＰ２３２＝（Ｌ２＋ΔＬ２３）２＋Ｌ２２−２Ｌ２（Ｌ２＋ΔＬ２３）cosθ２３
・・・（７）
【００５３】
そして、式（７）からＬ２を求め、Ｌ２を式（６）に代入することで、式（６）からＬ２を消去する。
なお、以下では、説明の便宜上、式（７）から求めたＬ２を式（６）に代入してＬ２を消去した数式を第２の数式と記載する。
【００５４】
次に、図７に示すように、基準位置Ｐと位置Ｐ３，Ｐ４との位置関係に着目する。
そして、基準位置Ｐと位置Ｐ４との距離をＬ４（図７）とすると、式（１）〜（４）と同様の考え方から、平面３４（図７）の方程式を得ることができる。
なお、距離Ｌ４は、Ｌ３＋ΔＬ３４に相当するものである。
そして、平面３４は、以下の式（８）で与えられる。
【００５５】
［数８］
(−２Ｐ３ｘ＋２Ｐ４ｘ)Ｘ＋(−２Ｐ３Ｙ＋２Ｐ４Ｙ)Ｙ＋(−２Ｐ３Ｚ＋２Ｐ４Ｚ)Ｚ
＋Ｐ３ｘ２＋Ｐ３Ｙ２＋Ｐ３Ｚ２−Ｐ４ｘ２−Ｐ４Ｙ２−Ｐ４Ｚ２
＝−２ΔＬ３４・Ｌ３−ΔＬ３４２
・・・（８）
【００５６】
また、図７にしめすように、基準位置Ｐ、位置Ｐ３，Ｐ４で結ばれる三角形を考えた場合に、余弦定理から以下の式（９）が成り立つ。
式（９）中、ＬＰ３４は、位置Ｐ３と位置Ｐ４との距離である。
なお、距離ＬＰ３４は、距離ＬＰ１２，ＬＰ２３と同様に、既知の値である。
【００５７】
［数９］
ＬＰ３４２＝（Ｌ３＋ΔＬ３４）２＋Ｌ３２−２Ｌ３（Ｌ３＋ΔＬ３４）cosθ３４
・・・（９）
【００５８】
そして、式（９）からＬ３を求め、Ｌ３を式（８）に代入することで、式（８）からＬ３を消去する。
なお、以下では、説明の便宜上、式（９）から求めたＬ３を式（８）に代入してＬ３を消去した数式を第３の数式と記載する。
【００５９】
平面１２、平面２３、及び平面３４で表される３つの平面は、全て基準位置Ｐを通るものである。
そこで、基準位置算出手段４４は、メモリ４７に記憶された位置Ｐ１，Ｐ２の空間座標、角度θ１２、及び位置変化量ΔＬ１２と位置Ｐ１，Ｐ２の空間座標から得られる距離ＬＰ１２とを第１の数式に代入して得られる数式と、位置Ｐ２，Ｐ３の空間座標、角度θ２３、及び位置変化量ΔＬ２３と位置Ｐ２，Ｐ３の空間座標から得られる距離ＬＰ２３とを第２の数式に代入して得られる数式と、位置Ｐ３，Ｐ４の空間座標、角度θ３４、及び位置変化量ΔＬ３４と位置Ｐ３，Ｐ４の空間座標から得られる距離ＬＰ３４とを第３の数式に代入して得られる数式との３つの数式を連立方程式として解くことで、Ｘ，Ｙ，Ｚの値、すなわち、前記所定のＸＹＺ直交座標系での基準位置Ｐ（空間座標）を算出する。
【００６０】
そして、図４に戻って、絶対座標算出手段４５は、ステップＳ７において基準位置算出手段４４にて算出された基準位置Ｐの空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて、基準位置Ｐに対する４つの位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置の絶対座標を算出する（ステップＳ８：絶対座標算出工程）。
具体的に、絶対座標算出手段４５は、基準位置Ｐの空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を原点（０，０，０）とした時の位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置の絶対座標を算出する。
以上のステップＳ１〜Ｓ８により、基準位置Ｐに対する位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの絶対座標を測定できる。
【００６１】
上述した第１実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、絶対位置測定方法は、反射体位置付け工程Ｓ１，Ｓ４、干渉計回転工程Ｓ２、角度変化量算出工程Ｓ５、位置変化量算出工程Ｓ６、基準位置算出工程Ｓ７、及び絶対座標算出工程Ｓ８を備えるので、基準位置Ｐに対する再帰反射体１０の絶対座標を測定できる。
また、従来のように測定光と戻り光との光軸のずれ量に基づいて再帰反射体１０の絶対座標を測定するものではないため、基準位置Ｐから再帰反射体１０までの距離が大きくなった場合であっても、前記絶対座標に基づいて、当該距離を精度良く算出できる。
また、測長装置１は、第２受光手段２２２及び追尾制御手段４１を備えるため、絶対位置測定方法を実施するにあたり、干渉計回転工程Ｓ２において、再帰反射体１０を追尾して、再帰反射体１０に対して測定光を出射可能とする姿勢に干渉計２０を容易に設定できる。
【００６２】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
図８は、第２実施形態における測長装置１を示すブロック図である。
なお、以下では、前記第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
本実施形態では、前記第１実施形態に対して、絶対位置測定方法が異なるものである。そして、当該絶対位置測定方法を実現するために、前記第１実施形態に対して、図８に示すように、制御装置４０に平均化手段４８を追加している。
【００６３】
図９は、第２実施形態における絶対位置測定方法を説明するフローチャートである。
前記第１実施形態の絶対位置測定方法では、４つの位置Ｐ１〜Ｐ４に再帰反射体１０をそれぞれ位置付けて、基準位置Ｐに対する位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置の絶対座標を算出していた。
これに対して、本実施形態では、４つの位置を一組とし、位置Ｐ１〜Ｐ４、位置Ｐ５〜Ｐ８、・・・位置Ｐ（４ｎ−３）〜Ｐ（４ｎ）のｎ（ｎは２以上）組の計４ｎ個の位置に再帰反射体１０を位置付けて、基準位置Ｐに対する位置Ｐ１〜Ｐ（４ｎ）のいずれかの位置の絶対座標を算出する。
なお、各組の４つの位置は、当該４つの位置全てが同一平面上にあるものではない。
【００６４】
具体的に、先ず、ステップＳ１〜Ｓ７により、１組目の４つの位置Ｐ１〜Ｐ４に再帰反射体１０をそれぞれ位置付けて、基準位置Ｐを算出する。
そして、上記ｎ組の計４ｎ個の全ての位置に再帰反射体１０を位置付けるまで、上記組を変更しながら（ステップＳ９）、ステップＳ１〜Ｓ７を繰り返し実施する（ステップＳ１０：繰返実施工程）。
ステップＳ１〜Ｓ７をｎ回実施した後、平均化手段４８は、ステップＳ１〜Ｓ７をｎ回実施することで得られたｎ個の基準位置Ｐ（空間座標）を平均化して平均基準位置を算出する（ステップＳ１１：平均化工程）。
そして、絶対座標算出手段４５は、ステップＳ１１で算出された平均基準位置に基づいて、前記第１実施形態と同様に、位置Ｐ１〜Ｐ（４ｎ）のいずれかの位置の絶対座標を算出する（ステップＳ８）。
【００６５】
上述した第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果の他、以下の効果がある。
本実施形態では、絶対位置測定方法は、反射体位置付け工程Ｓ１，Ｓ４、干渉計回転工程Ｓ２、角度変化量算出工程Ｓ５、位置変化量算出工程Ｓ６、及び基準位置算出工程Ｓ７を複数回、繰り返し実施する（繰返実施工程Ｓ１０）。
このことにより、繰返実施工程Ｓ１０を実施することで複数の基準位置Ｐが算出されることとなり、複数の基準位置Ｐを平均化すれば（平均化工程Ｓ１１）、基準位置Ｐ（平均基準位置）を精度良く算出できる。すなわち、基準位置に対する再帰反射体１０の絶対座標を精度良く算出できる。
【００６６】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態では、前記第１実施形態に対して、絶対位置測定方法が異なるものである。
具体的に、前記第１実施形態の絶対位置測定方法では、４つの位置Ｐ１〜Ｐ４に再帰反射体１０をそれぞれ位置付けて、基準位置Ｐに対する位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置の絶対座標を算出していた。
これに対して、本実施形態では、３つの位置Ｐ１〜Ｐ３にのみ再帰反射体１０をそれぞれ位置付けて、基準位置Ｐに対する位置Ｐ１〜Ｐ３のいずれかの位置の絶対座標を算出するものである。
なお、３つの位置Ｐ１〜Ｐ３は、同一直線上にないものとする。
【００６７】
上記相対位置の算出原理で説明したように、３つの平面（前記第１実施形態では、平面１２、平面２３、及び平面３４）の数式が得られれば、基準位置Ｐを算出できるものである。
すなわち、３つの位置Ｐ１〜Ｐ３に再帰反射体１０を位置付けた場合であっても、基準位置Ｐ、位置Ｐ１，Ｐ２で結ばれる三角形に着目した場合での平面１２（図５）と、基準位置Ｐ、位置Ｐ２，Ｐ３で結ばれる三角形に着目した場合での平面２３（図６）の他、基準位置Ｐ、位置Ｐ３，Ｐ１で結ばれる三角形に着目した場合での平面も得ることができる。
したがって、上記３つの平面の数式から、基準位置Ｐを算出できる。
【００６８】
上述した第３実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果の他、以下の効果がある。
本実施形態では、基準位置Ｐを算出できる最低限の数である３つの位置のみに再帰反射体１０を位置付けるため、短時間で基準位置Ｐに対する再帰反射体１０の絶対座標を算出できる。
【００６９】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、測長装置１は、第２受光手段２２２及び追尾制御手段４１を備えた追尾式レーザ干渉測長装置で構成されていたが、これに限らず、追尾制御手段４１を省略し、すなわち、自動的に再帰反射体１０を追尾する機能を省略しても構わない。
前記各実施形態では、絶対位置測定方法を実施する際に、産業機械を駆動することで再帰反射体１０を位置Ｐ１〜Ｐ４等に位置付けていたが、これに限らない。例えば、絶対位置測定方法を実施する際に、予め用意した複数の再帰反射体１０を位置Ｐ１〜Ｐ４等にそれぞれ位置付けても構わない。
前記実施形態では、回転機構３０は、２つの回転軸を中心として干渉計２０を回転させていたが、これに限らない。例えば、回転機構としては、１つの回転軸のみを中心として干渉計２０を回転させてもよく、３つの以上の回転軸を中心として干渉計２０を回転させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、入射光を反射させる再帰反射体と、測定光を出射するとともに、再帰反射体による戻り光と参照用の参照光との干渉に基づく信号を出力する干渉計と、干渉計を回転させ測定光の出射方向を変更する回転機構とを備えたレーザ干渉測長装置に利用できる。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・レーザ干渉測長装置
１０・・・再帰反射体
２０・・・干渉計
３０・・・回転機構
４１・・・追尾制御手段
２２２・・・第２受光手段（ずれ量検出手段）
Ｓ１，Ｓ４・・・反射体位置付け工程
Ｓ２・・・干渉計回転工程
Ｓ５・・・角度変化量算出工程
Ｓ６・・・位置変化量算出工程
Ｓ７・・・基準位置算出工程
Ｓ８・・・絶対座標算出工程
Ｓ１０・・・繰返実施工程
Ｓ１１・・・平均化工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ干渉測長装置の絶対位置測定方法、及びレーザ干渉測長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物までの距離を測定する装置として、例えば、追尾式レーザ干渉計（レーザ干渉測長装置（以下、測長装置）が利用されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の測長装置は、以下に示す再帰反射体、光学系（干渉計）、２軸回転機構、及びコントローラを備える。
再帰反射体は、被測定物に取り付けられ、入射光を入射方向に沿う方向に反射させる。
干渉計は、測定光を出射するとともに、以下に示す信号をコントローラに出力する。
すなわち、干渉計は、再帰反射体にて反射された戻り光と参照用の参照光との干渉に基づく第１の信号をコントローラに出力する。また、干渉計は、測定光と再帰反射体による戻り光との光軸のずれ量に基づく第２の信号をコントローラに出力する。
２軸回転機構は、コントローラによる制御の下、干渉計の姿勢を変更することで、測定光の出射方向を変更する。
【０００３】
コントローラは、干渉計からの第２の信号に基づいて、光軸のずれ量が０となるように、２軸回転機構の動作を制御し、再帰反射体を追尾する（測定光の出射方向を再帰反射体に向ける）。
ここで、再帰反射体を追尾するにあたって、すなわち、２軸回転機構の角度調整量を算出するにあたって、光軸のずれ量の他、測長装置の基準位置から再帰反射体までの距離が必要となる。
なお、コントローラが第１の信号に基づいて算出できるのは、戻り光と参照光との干渉による干渉縞の変化量、すなわち、再帰反射体における測定光の光軸に沿う方向の位置変化量（移動量）である。
【０００４】
そして、特許文献１に記載の測長装置では、距離を測定する距離センサ等を別途追加することなく、以下に示す方法（絶対距離推定方法）により、測長装置の基準位置から再帰反射体までの距離を算出している。
特許文献１に記載の技術では、光軸のずれ量と、２軸回転機構の角度調整量と、測長装置の基準位置から再帰反射体までの距離との間に所定の関係があることに着目している。
そして、光軸のずれ量が既知の値となるまで２軸回転機構を動作させ、当該動作させた際の２軸回転機構の角度調整量と既知の値である光軸のずれ量とに基づいて、上記関係から測長装置の基準位置から再帰反射体までの距離を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３０９６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の絶対距離推定方法では、光軸のずれ量を検出する位置検出器（例えば、受光素子）のダイナミックレンジが小さい場合には、測長装置の基準位置から再帰反射体までの距離が大きくなるにしたがって、算出される距離の精度が低下してしまう、という問題がある。
したがって、測長装置の基準位置から再帰反射体までの距離を精度良く測定できる、すなわち、測長装置（基準位置）に対する再帰反射体の絶対位置を精度良く測定できる技術が要望されている。
【０００７】
本発明の目的は、レーザ干渉測長装置に対する再帰反射体の絶対位置を精度良く測定できる絶対位置測定方法、及びレーザ干渉測長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の絶対位置測定方法は、入射光を反射させる再帰反射体と、測定光を出射するとともに前記再帰反射体による戻り光と参照用の参照光との干渉に基づく信号を出力する干渉計と、前記干渉計を回転させ前記測定光の出射方向を変更する回転機構とを備えたレーザ干渉測長装置の絶対位置測定方法であって、予め設定された３つ以上の各位置に前記再帰反射体をそれぞれ位置付ける反射体位置付け工程と、前記回転機構を動作させ、前記各位置にそれぞれ位置付けられた前記再帰反射体に対して前記測定光を出射可能とする各姿勢に前記干渉計を設定する干渉計回転工程と、前記回転機構の動作量に基づいて、前記各姿勢間での前記測定光の光軸の角度変化量を算出する角度変化量算出工程と、前記干渉計から出力される信号に基づいて、前記各姿勢間での前記光軸に沿う方向の前記再帰反射体の位置変化量を算出する位置変化量算出工程と、前記各位置、前記角度変化量、及び前記位置変化量に基づいて、前記レーザ干渉測長装置の基準位置を算出する基準位置算出工程と、前記基準位置に対する前記再帰反射体の絶対座標を算出する絶対座標算出工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の絶対位置測定方法では、測長装置に対する再帰反射体の絶対位置（絶対座標）を精度良く測定するために、以下に示すように測長装置の基準位置（空間座標）を把握した上で、当該基準位置に対する再帰反射体の絶対座標（絶対位置）を算出するものとしている。
先ず、基準位置と、再帰反射体を位置付ける位置として予め設定された２つの位置とを結ぶ三角形を考える。
この場合、（１）基準位置、（２）前記２つの位置、（３）前記２つの位置間の距離、（４）前記２つの位置のうち一方の位置と基準位置とを結ぶ直線と他方の位置と基準位置とを結ぶ直線とのなす角度、（５）前記一方の位置及び基準位置間の距離と前記他方の位置及び基準位置間の距離との差の間には、所定の関係式が成り立つ。
【００１０】
ここで、上記（２）については、予め設定された既知のものである。上記（３）も同様である。
また、上記（４）について、前記一方の位置と基準位置とを結ぶ直線は、干渉計から再帰反射体に出射される測定光の光軸に相当する。前記他方の位置と基準位置とを結ぶ直線も同様である。
このため、上記（４）は、回転機構を動作させて、前記一方の位置に位置付けられた再帰反射体に測定光を出射可能とする姿勢から前記他方の位置に位置付けられた再帰反射体に測定光を出射可能とする姿勢に干渉計を回転させた際の回転機構の動作量に基づいて算出することができる（角度変化量算出工程）。
【００１１】
また、上記（５）については、再帰反射体が前記一方の位置に位置付けられている場合に干渉計から出力される信号と、前記他方の位置に位置付けられている場合に干渉計から出力される信号とに基づいて、算出することができる（位置変化量算出工程）。
したがって、上述した関係式は、上記（１）の基準位置のみを変数とする関係式とすることができる。
【００１２】
そして、上述した三角形については、再帰反射体を位置付ける位置として少なくとも３つ以上の各位置を設定しておけば、少なくとも３つの異なる三角形を想定することができる。
すなわち、少なくとも３つの異なる三角形に基づいて、上記（１）の基準位置のみを変数とする関係式を少なくとも３つ得ることができる。
したがって、３つの関係式を連立方程式として解けば、上記（１）の基準位置を算出することができる（基準位置算出工程）。
そして、基準位置が算出されれば、例えば、算出された基準位置を原点とした場合での前記各位置のいずれかの位置の空間座標を求めれば、基準位置に対する再帰反射体の絶対座標を算出できる（絶対座標算出工程）。
以上のように、本発明の絶対位置測定方法は、反射体位置付け工程、干渉計回転工程、角度変化量算出工程、位置変化量算出工程、基準位置算出工程、及び絶対座標算出工程を備えるので、測長装置（基準位置）に対する再帰反射体の絶対位置を測定できる。
また、従来のように測定光と戻り光との光軸のずれ量に基づいて再帰反射体の絶対位置を測定するものではないため、測長装置（基準位置）から再帰反射体までの距離が大きくなった場合であっても、当該距離を精度良く算出できる。
【００１３】
本発明の絶対位置測定方法では、前記反射体位置付け工程、前記干渉計回転工程、前記角度変化量算出工程、前記位置変化量算出工程、及び前記基準位置算出工程を複数回、繰り返し実施する繰返実施工程と、前記繰返実施工程により算出される複数の前記基準位置を平均化して平均基準位置を算出する平均化工程とを備え、前記絶対座標算出工程は、前記平均基準位置に対する前記再帰反射体の絶対座標を算出することが好ましい。
【００１４】
ところで、反射体位置付け工程において、予め設定された３つ以上の各位置に再帰反射体をそれぞれ位置付ける際、前記各位置に再帰反射体が精度良く位置決めされていない場合には、当該誤差に応じて、算出される基準位置の精度が低下してしまう。すなわち、基準位置に対する再帰反射体の絶対座標も同様である。
本発明では、反射体位置付け工程、干渉計回転工程、角度変化量算出工程、位置変化量算出工程、及び基準位置算出工程を複数回、繰り返し実施する（繰返実施工程）。
このことにより、繰返実施工程を実施することで複数の基準位置が算出されることとなり、複数の基準位置を平均化すれば（平均化工程）、測長装置の基準位置（平均基準位置）を精度良く算出できる。すなわち、基準位置に対する再帰反射体の絶対座標を精度良く算出できる。
【００１５】
本発明の絶対位置測定方法では、前記反射体位置付け工程は、前記再帰反射体を３つの前記各位置にのみそれぞれ位置付けることが好ましい。
本発明では、基準位置を算出できる最低限の数である３つの位置のみに再帰反射体を位置付けるため、短時間で基準位置に対する再帰反射体の絶対座標を算出できる。
【００１６】
本発明のレーザ干渉測長装置は、入射光を反射させる再帰反射体と、測定光を出射するとともに前記再帰反射体による戻り光と参照用の参照光との干渉に基づく信号を出力する干渉計と、前記干渉計を回転させ前記測定光の出射方向を変更する回転機構とを備えたレーザ干渉測長装置であって、前記回転機構の動作により、予め設定された３つ以上の各位置にそれぞれ位置付けられた前記再帰反射体に対して前記測定光を出射可能とする各姿勢に前記干渉計が回転された際に、前記回転機構の動作量に基づいて、前記各姿勢間での前記測定光の光軸の角度変化量を算出する角度変化量算出手段と、前記干渉計から出力される信号に基づいて、前記各姿勢間での前記光軸に沿う方向の前記再帰反射体の位置変化量を算出する位置変化量算出手段と、前記各位置、前記角度変化量、及び前記位置変化量に基づいて、当該レーザ干渉測長装置の基準位置を算出する基準位置算出手段と、前記基準位置に対する前記再帰反射体の絶対座標を算出する絶対座標算出手段とを備えることを特徴とする。
本発明の測長装置は、上述した絶対位置測定方法を実施する装置であるため、上述した絶対位置測定方法と同様の作用及び効果を享受できる。
【００１７】
本発明のレーザ干渉測長装置では、前記測定光及び前記戻り光の光軸のずれ量を検出するずれ量検出手段と、前記ずれ量が所定の範囲内となるように前記回転機構の動作を制御する追尾制御手段とを備えることが好ましい。
本発明では、測長装置は、上述したずれ量検出手段及び追尾制御手段を備えるため、上述した絶対位置測定方法を実施するにあたり、干渉計回転工程において、再帰反射体を追尾して、再帰反射体に対して測定光を出射可能とする姿勢に干渉計を容易に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態における追尾式レーザ干渉測長装置を示すブロック図。
【図２】第１実施形態における干渉計の光学系を模式的に示す図。
【図３】第１実施形態における干渉計の光学系を模式的に示す図。
【図４】第１実施形態における絶対位置測定方法を説明するフローチャート。
【図５】第１実施形態における絶対位置測定方法を説明するための図。
【図６】第１実施形態における絶対位置測定方法を説明するための図。
【図７】第１実施形態における絶対位置測定方法を説明するための図。
【図８】第２実施形態における追尾式レーザ干渉測長装置を示すブロック図。
【図９】第２実施形態における絶対位置測定方法を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔追尾式レーザ干渉測長装置の構成〕
図１は、第１実施形態における追尾式レーザ干渉測長装置１（以下、測長装置１）を示すブロック図である。
測長装置１は、被測定物Ｗを追尾し、当該測長装置１（後述する基準位置Ｐ）から被測定物Ｗ（後述する再帰反射体１０）までの距離を測定する装置である。
この測長装置１は、図１に示すように、再帰反射体１０と、干渉計２０と、２軸回転機構３０と、制御装置４０とを備える。
【００２０】
〔再帰反射体の構成〕
再帰反射体１０は、レトロリフレクタやキャッツアイ等で構成され、入射光を入射方向に沿って反射させる。
より具体的に、再帰反射体１０は、入射光と反射光とが平行となるとともに、入射光と反射光とが再帰反射体１０の中心に対して点対称となるように入射光を反射させる。したがって、再帰反射体１０の中心から離れた位置に光が入射した場合には、入射光と反射光とがずれることとなる。
そして、再帰反射体１０は、図１に示すように、被測定物Ｗに取り付けられる。
【００２１】
〔干渉計の構成〕
図２及び図３は、干渉計２０の光学系を模式的に示す図である。
干渉計２０は、図１ないし図３に示すように、再帰反射体１０までの距離を測定するための測長光学系２１と、再帰反射体１０を追尾するための追尾光学系２２とを備える。
なお、各光学系２１，２２の構成については、公知であるので簡略に説明する。
【００２２】
測長光学系２１は、図２または図３に示すように、レーザ光源２１１と、スプリッタ２１２と、参照面としての平面鏡（図示略）と、ＰＤ（Photo Detector）を有する第１受光手段２１３とを備える。
追尾光学系２２は、図２または図３に示すように、スプリッタ２２１と、４分割ＰＤ（Photo Diode）または二次元ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）を有するずれ量検出手段としての第２受光手段２２２とを備える。
【００２３】
このような干渉計２０では、レーザ光源２１１から出射されたレーザ光は、スプリッタ２１２にて参照用の参照光（図示略）と、測定光とに分割される。前記参照光は、前記平面鏡にて反射された後、スプリッタ２１２にて第１受光手段２１３側に反射される。
一方、測定光は、スプリッタ２２１を透過した後、再帰反射体１０にて向けて出射され、再帰反射体１０にて反射されて戻り光となった後、再度、干渉計２０に入射する。この際、再帰反射体１０が移動しているために、測定光が再帰反射体１０の中心に対してはなれた位置に入射した場合（図３）には、測定光が入射方向に対してずれて反射されることとなり、測定光と戻り光とがずれることとなる。
【００２４】
干渉計２０に入射した戻り光は、一部がスプリッタ２２１にて反射され、第２受光手段２２２に受光される。この際、戻り光は、ずれ量に応じて第２受光手段２２２（４分割ＰＤ）の受光面の中心からずれて入射することとなる。第２受光手段２２２は、受光面が上下左右に４分割されており、各分割面に入射する戻り光の受光量に応じた４つの受光信号を制御装置４０に出力する。すなわち、第２受光手段２２２は、戻り光のずれ量及び受光量に応じた第２受光信号を出力する。
【００２５】
一方、スプリッタ２２１を透過した残りの戻り光は、スプリッタ２１２を透過した後、前記平面鏡にて反射された前記参照光との干渉光となり、第１受光手段２１３に受光される。戻り光と参照光との干渉光を受光した第１受光手段２１３は、干渉計２０と再帰反射体１０との距離の変位及び受光量に応じた第１受光信号を制御装置４０に出力する。
【００２６】
〔２軸回転機構の構成〕
２軸回転機構３０は、制御装置４０による制御の下、干渉計２０からの測定光の出射方向を変更する機構である。
この２軸回転機構３０は、図１に示すように、測定光の方位角θaを変更する第１回転機構３１と、測定光の仰角θeを変更する第２回転機構３２とを備える。
そして、各回転機構３１，３２には、図１に示すように、各回転機構３１，３２の所定位置からの回転角度、すなわち、測定光の方位角θa及び仰角θeを検出する角度検出センサ３３が取り付けられている。
この角度検出センサ３３は、検出した方位角θa及び仰角θeに応じた角度検出信号を制御装置４０に出力する。
なお、各回転機構３１，３２の回転軸が交わる点は、基準位置Ｐ（図１）とされる。
【００２７】
〔制御装置の構成〕
制御装置４０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)や、メモリ等を備え、メモリに記憶されたプログラムにしたがって、測長装置１全体を制御する。
なお、以下では、制御装置４０において、再帰反射体１０を追尾する機能、及び基準位置Ｐに対する再帰反射体１０の絶対位置（絶対座標）を測定する機能を説明し、その他の機能については説明を省略する。
この制御装置４０は、図１に示すように、追尾制御手段４１と、角度変化量算出手段４２と、位置変化量算出手段４３と、基準位置算出手段４４と、絶対座標算出手段４５と、距離算出手段４６と、メモリ４７等を備える。
【００２８】
追尾制御手段４１は、距離算出手段４６にて算出された基準位置Ｐから再帰反射体１０までの距離と、第２受光手段２２２からの第２受光信号（戻り光のずれ量）とに基づいて、２軸回転機構３０の角度調整量（方位角θa及び仰角θeの角度調整量）を算出する。
そして、追尾制御手段４１は、算出した角度調整量にて２軸回転機構３０を動作させ、再帰反射体１０を追尾する（再帰反射体１０の中心に測定光を出射可能とする姿勢に干渉計２０を回転させる）。
【００２９】
角度変化量算出手段４２は、角度検出センサ３３からの角度検出信号に基づいて、干渉計２０から出射される測定光の光軸の角度変化量を算出する。
例えば、再帰反射体１０がある位置から別の位置に移動したとする。
この場合に、角度変化量算出手段４２は、角度検出信号に基づいて、前記ある位置に位置付けられた再帰反射体１０の中心に出射される測定光の光軸と、前記別の位置に位置付けられた再帰反射体１０の中心に出射される測定光の光軸とのなす角度を角度変化量として算出する。
【００３０】
位置変化量算出手段４３は、第１受光手段２１３からの第１受光信号に基づいて、前記ある位置に位置付けられた再帰反射体１０と、前記別の位置に位置付けられた再帰反射体１０との測定光の光軸に沿う方向の位置変化量を算出する。
ここで、再帰反射体１０による戻り光と前記参照光との干渉により生じる干渉縞の変化量は、再帰反射体１０における測定光の光軸に沿う方向の移動量（位置変化量）に相当する。
したがって、位置変化量算出手段４３は、前記ある位置に位置付けられた再帰反射体１０による戻り光と前記参照光との干渉による干渉縞（第１受光信号）と、前記別の位置に位置付けられた再帰反射体１０による戻り光と前記参照光との干渉による干渉縞（第１受光信号）との変化量から位置変化量を算出する。
【００３１】
基準位置算出手段４４は、具体的には後述するが、再帰反射体１０が位置付けられる予め設定された４つの位置Ｐ１〜Ｐ４、角度変化量、及び位置変化量に基づいて、基準位置Ｐを算出する。
絶対座標算出手段４５は、具体的には後述するが、基準位置算出手段４４にて算出された基準位置Ｐに基づいて、基準位置Ｐに対する４つの位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置の絶対座標を算出する。
【００３２】
距離算出手段４６は、絶対座標算出手段４５にて算出された絶対座標に基づいて、基準位置Ｐから前記いずれかの位置までの距離（基準距離）を算出する。
また、距離算出手段４６は、算出した基準距離に対して、位置変化量算出手段４３にて算出された位置変化量を適宜、加えていくことで、基準位置Ｐから再帰反射体１０が位置付けられた任意の位置（位置Ｐ１〜Ｐ４以外）までの距離を算出する。
【００３３】
メモリ４７は、測長装置１全体を制御するためのプログラムや、上述した各手段４１〜４６にて用いられる情報の他、後述する式（１）に示す位置Ｐ１〜Ｐ４の空間座標等が記憶されている。
【００３４】
〔絶対位置測定方法〕
次に、基準位置Ｐに対する４つの位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの絶対位置（絶対座標）を測定する方法（絶対位置測定方法）について説明する。
図４は、絶対位置測定方法を説明するフローチャートである。
図５ないし図７は、絶対位置測定方法を説明するための図である。
なお、以下で説明する位置Ｐ１〜Ｐ４は、所定のＸＹＺ直交座標系（基準位置Ｐが原点とは限らない直交座標系）において、空間座標が既知の値に設定されているものである。
以下では、説明の便宜上、位置Ｐ１〜Ｐ４の空間座標を以下の式（１）に示す空間座標とする。
また、位置Ｐ１〜Ｐ４は、全ての位置Ｐ１〜Ｐ４が同一平面上にあるものではない。
【００３５】
［数１］
Ｐ１＝（Ｐ１Ｘ，Ｐ１Ｙ，Ｐ１Ｚ）
Ｐ２＝（Ｐ２Ｘ，Ｐ２Ｙ，Ｐ２Ｚ）
Ｐ３＝（Ｐ３Ｘ，Ｐ３Ｙ，Ｐ３Ｚ）
Ｐ４＝（Ｐ４Ｘ，Ｐ４Ｙ，Ｐ４Ｚ）・・・（１）
【００３６】
先ず、作業者は、再帰反射体１０を位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置に位置付ける（ステップＳ１）。
本実施形態では、被測定物Ｗは、被測定物Ｗを移動させることで対象物を測定または加工する産業機械に設けられ、当該産業機械により駆動されるものである。
すなわち、作業者は、前記産業機械を動作させることで、再帰反射体１０を位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置に位置付ける。
ここで、前記産業機械としては、例えば、三次元測定機が挙げられ、被測定物Ｗとしては、例えば、対象物を測定するためのプローブが取り付けられた三次元測定機のスライダが挙げられる。
なお、ステップＳ１において、測長装置１も動作しているものとする。
そして、追尾制御手段４１は、上述した処理により、２軸回転機構３０の動作を制御し、再帰反射体１０の中心に向けて測定光を出射可能な姿勢に干渉計２０を回転させる（Ｓ２：干渉計回転工程）。
【００３７】
次に、制御装置４０は、ステップＳ１において再帰反射体１０が位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置に位置付けられた際に、第１受光手段２１３から出力される第１受光信号、及び角度検出センサ３３から出力される角度検出信号を取得する。
そして、制御装置４０は、第１受光信号に応じた情報と、角度検出信号に応じた情報とをメモリ４７に記憶させる（ステップＳ３）。
なお、以下では、説明の便宜上、メモリ４７に記憶させた情報として、再帰反射体１０が位置Ｐ１に位置付けられた際に記憶させた情報を第１情報とし、位置Ｐ２に位置付けられた際に記憶させた情報を第２情報とし、位置Ｐ３に位置付けられた際に記憶させた情報を第３情報とし、位置Ｐ４に位置付けられた際に記憶させた情報を第４情報とする。
【００３８】
そして、位置Ｐ１〜Ｐ４の全ての位置に再帰反射体１０を位置付けるまで上述したステップＳ１〜Ｓ３を繰り返し実施する（ステップＳ４）。
なお、上述したステップＳ１，Ｓ４が本発明に係る反射体位置付け工程に相当する。
ステップＳ１〜Ｓ３を繰り返し実施することでメモリ４７に第１〜第４情報を記憶させた後、角度変化量算出手段４２は、メモリ４７に記憶された第１〜第４情報に基づいて、角度変化量を算出する（ステップＳ５：角度変化量算出工程）。
具体的に、角度変化量算出手段４２は、第１，第２情報に含まれる角度検出信号に応じた各情報（２軸回転機構３０の動作量に相当）に基づいて、位置Ｐ１に位置付けられた再帰反射体１０の中心に出射される測定光の光軸と、位置Ｐ２に位置付けられた再帰反射体１０の中心に出射される測定光の光軸とのなす角度θ１２（図５）を算出する。
また、同様の処理により、角度変化量算出手段４２は、第２，第３情報に含まれる角度検出信号に応じた各情報に基づいて角度θ２３（図６）、第３，第４情報に含まれる角度検出信号に応じた各情報に基づいて角度θ３４（図７）を算出する。
そして、角度変化量算出手段４２は、算出した角度θ１２，θ２３，θ３４をメモリ４７に記憶させる。
【００３９】
ステップＳ５の後、位置変化量算出手段４３は、メモリ４７に記憶された第１〜第４情報に基づいて、位置変化量を算出する（ステップＳ６：位置変化量算出工程）。
具体的に、位置変化量算出手段４３は、第１，第２情報に含まれる第１受光信号に応じた各情報に基づいて、位置Ｐ１に位置付けられた再帰反射体１０と、位置Ｐ２に位置付けられた再帰反射体１０との測定光の光軸に沿う方向の位置変化量ΔＬ１２（図５）を算出する。
また、同様の処理により、位置変化量算出手段４３は、第２，第３情報に含まれる第１受光信号に応じた各情報に基づいて位置変化量ΔＬ２３（図６）、第３，第４情報に含まれる第１受光信号に応じた各情報に基づいて位置変化量ΔＬ３４（図７）を算出する。
そして、位置変化量算出手段４３は、算出した位置変化量ΔＬ１２，ΔＬ２３，ΔＬ３４をメモリ４７に記憶させる。
【００４０】
ステップＳ６の後、基準位置算出手段４４は、メモリ４７に記憶された位置Ｐ１〜Ｐ４の空間座標（式（１））、角度θ１２，θ２３，θ３４、及び位置変化量ΔＬ１２，ΔＬ２３，ΔＬ３４に基づいて、前記所定のＸＹＺ直交座標系での基準位置Ｐ（空間座標）を算出する（ステップＳ７：基準位置算出工程）。
なお、基準位置算出手段４４にて基準位置Ｐを算出する原理は、以下の通りである。
【００４１】
〔基準位置Ｐの算出原理〕
先ず、前記所定のＸＹＺ直交座標系での基準位置Ｐの空間座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とし、図５に示すように、基準位置Ｐと位置Ｐ１，Ｐ２との位置関係に着目する。
そして、基準位置Ｐと位置Ｐ１，Ｐ２との各距離をＬ１，Ｌ２（図５）とすると、以下の式（２），（３）の関係が成り立つ。
なお、距離Ｌ２は、Ｌ１＋ΔＬ１２に相当するものである。
【００４２】
［数２］
（Ｘ−Ｐ１ｘ）２＋（Ｙ−Ｐ１Ｙ）２＋（Ｚ−Ｐ１Ｚ）２＝Ｌ１２・・・（２）
【００４３】
［数３］
（Ｘ−Ｐ２ｘ）２＋（Ｙ−Ｐ２Ｙ）２＋（Ｚ−Ｐ２Ｚ）２＝（Ｌ１＋ΔＬ１２）２
・・・（３）
【００４４】
ここで、式（２），（３）は、共に球の方程式であるため、式（２），（３）を連立方程式として解くことで、式（２）に示す球と、式（３）に示す球との複数の交点を含む平面１２（図５）の方程式を得ることができる。
なお、平面１２は、以下の式（４）で与えられる。
【００４５】
［数４］
(−２Ｐ１ｘ＋２Ｐ２ｘ)Ｘ＋(−２Ｐ１Ｙ＋２Ｐ２Ｙ)Ｙ＋(−２Ｐ１Ｚ＋２Ｐ２Ｚ)Ｚ
＋Ｐ１ｘ２＋Ｐ１Ｙ２＋Ｐ１Ｚ２−Ｐ２ｘ２−Ｐ２Ｙ２−Ｐ２Ｚ２
＝−２ΔＬ１２・Ｌ１−ΔＬ１２２
・・・（４）
【００４６】
また、図５に示すように、基準位置Ｐ、位置Ｐ１，Ｐ２で結ばれる三角形を考えた場合に、余弦定理から以下の式（５）が成り立つ。
式（５）中、ＬＰ１２は、位置Ｐ１と位置Ｐ２との距離である。
なお、各位置Ｐ１，Ｐ２の空間座標は、上述したように既知の値に設定されているため、距離ＬＰ１２も既知の値である。
【００４７】
［数５］
ＬＰ１２２＝（Ｌ１＋ΔＬ１２）２＋Ｌ１２−２Ｌ１（Ｌ１＋ΔＬ１２）cosθ１２
・・・（５）
【００４８】
そして、式（５）からＬ１を求め、Ｌ１を式（４）に代入することで、式（４）からＬ１を消去する。
なお、以下では、説明の便宜上、式（５）から求めたＬ１を式（４）に代入してＬ１を消去した数式を第１の数式と記載する。
【００４９】
次に、図６に示すように、基準位置Ｐと位置Ｐ２，Ｐ３との位置関係に着目する。
そして、基準位置Ｐと位置Ｐ３との距離をＬ３（図６）とすると、式（１）〜（４）と同様の考え方から、平面２３（図６）の方程式を得ることができる。
なお、距離Ｌ３は、Ｌ２＋ΔＬ２３に相当するものである。
そして、平面２３は、以下の式（６）で与えられる。
【００５０】
［数６］
(−２Ｐ２ｘ＋２Ｐ３ｘ)Ｘ＋(−２Ｐ２Ｙ＋２Ｐ３Ｙ)Ｙ＋(−２Ｐ２Ｚ＋２Ｐ３Ｚ)Ｚ
＋Ｐ２ｘ２＋Ｐ２Ｙ２＋Ｐ２Ｚ２−Ｐ３ｘ２−Ｐ３Ｙ２−Ｐ３Ｚ２
＝−２ΔＬ２３・Ｌ２−ΔＬ２３２
・・・（６）
【００５１】
また、図６に示すように、基準位置Ｐ、位置Ｐ２，Ｐ３で結ばれる三角形を考えた場合に、余弦定理から以下の式（７）が成り立つ。
式（７）中、ＬＰ２３は、位置Ｐ２と位置Ｐ３との距離である。
なお、距離ＬＰ２３は、距離ＬＰ１２と同様に、既知の値である。
【００５２】
［数７］
ＬＰ２３２＝（Ｌ２＋ΔＬ２３）２＋Ｌ２２−２Ｌ２（Ｌ２＋ΔＬ２３）cosθ２３
・・・（７）
【００５３】
そして、式（７）からＬ２を求め、Ｌ２を式（６）に代入することで、式（６）からＬ２を消去する。
なお、以下では、説明の便宜上、式（７）から求めたＬ２を式（６）に代入してＬ２を消去した数式を第２の数式と記載する。
【００５４】
次に、図７に示すように、基準位置Ｐと位置Ｐ３，Ｐ４との位置関係に着目する。
そして、基準位置Ｐと位置Ｐ４との距離をＬ４（図７）とすると、式（１）〜（４）と同様の考え方から、平面３４（図７）の方程式を得ることができる。
なお、距離Ｌ４は、Ｌ３＋ΔＬ３４に相当するものである。
そして、平面３４は、以下の式（８）で与えられる。
【００５５】
［数８］
(−２Ｐ３ｘ＋２Ｐ４ｘ)Ｘ＋(−２Ｐ３Ｙ＋２Ｐ４Ｙ)Ｙ＋(−２Ｐ３Ｚ＋２Ｐ４Ｚ)Ｚ
＋Ｐ３ｘ２＋Ｐ３Ｙ２＋Ｐ３Ｚ２−Ｐ４ｘ２−Ｐ４Ｙ２−Ｐ４Ｚ２
＝−２ΔＬ３４・Ｌ３−ΔＬ３４２
・・・（８）
【００５６】
また、図７にしめすように、基準位置Ｐ、位置Ｐ３，Ｐ４で結ばれる三角形を考えた場合に、余弦定理から以下の式（９）が成り立つ。
式（９）中、ＬＰ３４は、位置Ｐ３と位置Ｐ４との距離である。
なお、距離ＬＰ３４は、距離ＬＰ１２，ＬＰ２３と同様に、既知の値である。
【００５７】
［数９］
ＬＰ３４２＝（Ｌ３＋ΔＬ３４）２＋Ｌ３２−２Ｌ３（Ｌ３＋ΔＬ３４）cosθ３４
・・・（９）
【００５８】
そして、式（９）からＬ３を求め、Ｌ３を式（８）に代入することで、式（８）からＬ３を消去する。
なお、以下では、説明の便宜上、式（９）から求めたＬ３を式（８）に代入してＬ３を消去した数式を第３の数式と記載する。
【００５９】
平面１２、平面２３、及び平面３４で表される３つの平面は、全て基準位置Ｐを通るものである。
そこで、基準位置算出手段４４は、メモリ４７に記憶された位置Ｐ１，Ｐ２の空間座標、角度θ１２、及び位置変化量ΔＬ１２と位置Ｐ１，Ｐ２の空間座標から得られる距離ＬＰ１２とを第１の数式に代入して得られる数式と、位置Ｐ２，Ｐ３の空間座標、角度θ２３、及び位置変化量ΔＬ２３と位置Ｐ２，Ｐ３の空間座標から得られる距離ＬＰ２３とを第２の数式に代入して得られる数式と、位置Ｐ３，Ｐ４の空間座標、角度θ３４、及び位置変化量ΔＬ３４と位置Ｐ３，Ｐ４の空間座標から得られる距離ＬＰ３４とを第３の数式に代入して得られる数式との３つの数式を連立方程式として解くことで、Ｘ，Ｙ，Ｚの値、すなわち、前記所定のＸＹＺ直交座標系での基準位置Ｐ（空間座標）を算出する。
【００６０】
そして、図４に戻って、絶対座標算出手段４５は、ステップＳ７において基準位置算出手段４４にて算出された基準位置Ｐの空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて、基準位置Ｐに対する４つの位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置の絶対座標を算出する（ステップＳ８：絶対座標算出工程）。
具体的に、絶対座標算出手段４５は、基準位置Ｐの空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を原点（０，０，０）とした時の位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置の絶対座標を算出する。
以上のステップＳ１〜Ｓ８により、基準位置Ｐに対する位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの絶対座標を測定できる。
【００６１】
上述した第１実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、絶対位置測定方法は、反射体位置付け工程Ｓ１，Ｓ４、干渉計回転工程Ｓ２、角度変化量算出工程Ｓ５、位置変化量算出工程Ｓ６、基準位置算出工程Ｓ７、及び絶対座標算出工程Ｓ８を備えるので、基準位置Ｐに対する再帰反射体１０の絶対座標を測定できる。
また、従来のように測定光と戻り光との光軸のずれ量に基づいて再帰反射体１０の絶対座標を測定するものではないため、基準位置Ｐから再帰反射体１０までの距離が大きくなった場合であっても、前記絶対座標に基づいて、当該距離を精度良く算出できる。
また、測長装置１は、第２受光手段２２２及び追尾制御手段４１を備えるため、絶対位置測定方法を実施するにあたり、干渉計回転工程Ｓ２において、再帰反射体１０を追尾して、再帰反射体１０に対して測定光を出射可能とする姿勢に干渉計２０を容易に設定できる。
【００６２】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
図８は、第２実施形態における測長装置１を示すブロック図である。
なお、以下では、前記第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
本実施形態では、前記第１実施形態に対して、絶対位置測定方法が異なるものである。そして、当該絶対位置測定方法を実現するために、前記第１実施形態に対して、図８に示すように、制御装置４０に平均化手段４８を追加している。
【００６３】
図９は、第２実施形態における絶対位置測定方法を説明するフローチャートである。
前記第１実施形態の絶対位置測定方法では、４つの位置Ｐ１〜Ｐ４に再帰反射体１０をそれぞれ位置付けて、基準位置Ｐに対する位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置の絶対座標を算出していた。
これに対して、本実施形態では、４つの位置を一組とし、位置Ｐ１〜Ｐ４、位置Ｐ５〜Ｐ８、・・・位置Ｐ（４ｎ−３）〜Ｐ（４ｎ）のｎ（ｎは２以上）組の計４ｎ個の位置に再帰反射体１０を位置付けて、基準位置Ｐに対する位置Ｐ１〜Ｐ（４ｎ）のいずれかの位置の絶対座標を算出する。
なお、各組の４つの位置は、当該４つの位置全てが同一平面上にあるものではない。
【００６４】
具体的に、先ず、ステップＳ１〜Ｓ７により、１組目の４つの位置Ｐ１〜Ｐ４に再帰反射体１０をそれぞれ位置付けて、基準位置Ｐを算出する。
そして、上記ｎ組の計４ｎ個の全ての位置に再帰反射体１０を位置付けるまで、上記組を変更しながら（ステップＳ９）、ステップＳ１〜Ｓ７を繰り返し実施する（ステップＳ１０：繰返実施工程）。
ステップＳ１〜Ｓ７をｎ回実施した後、平均化手段４８は、ステップＳ１〜Ｓ７をｎ回実施することで得られたｎ個の基準位置Ｐ（空間座標）を平均化して平均基準位置を算出する（ステップＳ１１：平均化工程）。
そして、絶対座標算出手段４５は、ステップＳ１１で算出された平均基準位置に基づいて、前記第１実施形態と同様に、位置Ｐ１〜Ｐ（４ｎ）のいずれかの位置の絶対座標を算出する（ステップＳ８）。
【００６５】
上述した第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果の他、以下の効果がある。
本実施形態では、絶対位置測定方法は、反射体位置付け工程Ｓ１，Ｓ４、干渉計回転工程Ｓ２、角度変化量算出工程Ｓ５、位置変化量算出工程Ｓ６、及び基準位置算出工程Ｓ７を複数回、繰り返し実施する（繰返実施工程Ｓ１０）。
このことにより、繰返実施工程Ｓ１０を実施することで複数の基準位置Ｐが算出されることとなり、複数の基準位置Ｐを平均化すれば（平均化工程Ｓ１１）、基準位置Ｐ（平均基準位置）を精度良く算出できる。すなわち、基準位置に対する再帰反射体１０の絶対座標を精度良く算出できる。
【００６６】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態では、前記第１実施形態に対して、絶対位置測定方法が異なるものである。
具体的に、前記第１実施形態の絶対位置測定方法では、４つの位置Ｐ１〜Ｐ４に再帰反射体１０をそれぞれ位置付けて、基準位置Ｐに対する位置Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの位置の絶対座標を算出していた。
これに対して、本実施形態では、３つの位置Ｐ１〜Ｐ３にのみ再帰反射体１０をそれぞれ位置付けて、基準位置Ｐに対する位置Ｐ１〜Ｐ３のいずれかの位置の絶対座標を算出するものである。
なお、３つの位置Ｐ１〜Ｐ３は、同一直線上にないものとする。
【００６７】
上記相対位置の算出原理で説明したように、３つの平面（前記第１実施形態では、平面１２、平面２３、及び平面３４）の数式が得られれば、基準位置Ｐを算出できるものである。
すなわち、３つの位置Ｐ１〜Ｐ３に再帰反射体１０を位置付けた場合であっても、基準位置Ｐ、位置Ｐ１，Ｐ２で結ばれる三角形に着目した場合での平面１２（図５）と、基準位置Ｐ、位置Ｐ２，Ｐ３で結ばれる三角形に着目した場合での平面２３（図６）の他、基準位置Ｐ、位置Ｐ３，Ｐ１で結ばれる三角形に着目した場合での平面も得ることができる。
したがって、上記３つの平面の数式から、基準位置Ｐを算出できる。
【００６８】
上述した第３実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果の他、以下の効果がある。
本実施形態では、基準位置Ｐを算出できる最低限の数である３つの位置のみに再帰反射体１０を位置付けるため、短時間で基準位置Ｐに対する再帰反射体１０の絶対座標を算出できる。
【００６９】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、測長装置１は、第２受光手段２２２及び追尾制御手段４１を備えた追尾式レーザ干渉測長装置で構成されていたが、これに限らず、追尾制御手段４１を省略し、すなわち、自動的に再帰反射体１０を追尾する機能を省略しても構わない。
前記各実施形態では、絶対位置測定方法を実施する際に、産業機械を駆動することで再帰反射体１０を位置Ｐ１〜Ｐ４等に位置付けていたが、これに限らない。例えば、絶対位置測定方法を実施する際に、予め用意した複数の再帰反射体１０を位置Ｐ１〜Ｐ４等にそれぞれ位置付けても構わない。
前記実施形態では、回転機構３０は、２つの回転軸を中心として干渉計２０を回転させていたが、これに限らない。例えば、回転機構としては、１つの回転軸のみを中心として干渉計２０を回転させてもよく、３つの以上の回転軸を中心として干渉計２０を回転させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、入射光を反射させる再帰反射体と、測定光を出射するとともに、再帰反射体による戻り光と参照用の参照光との干渉に基づく信号を出力する干渉計と、干渉計を回転させ測定光の出射方向を変更する回転機構とを備えたレーザ干渉測長装置に利用できる。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・レーザ干渉測長装置
１０・・・再帰反射体
２０・・・干渉計
３０・・・回転機構
４１・・・追尾制御手段
２２２・・・第２受光手段（ずれ量検出手段）
Ｓ１，Ｓ４・・・反射体位置付け工程
Ｓ２・・・干渉計回転工程
Ｓ５・・・角度変化量算出工程
Ｓ６・・・位置変化量算出工程
Ｓ７・・・基準位置算出工程
Ｓ８・・・絶対座標算出工程
Ｓ１０・・・繰返実施工程
Ｓ１１・・・平均化工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を反射させる再帰反射体と、測定光を出射するとともに前記再帰反射体による戻り光と参照用の参照光との干渉に基づく信号を出力する干渉計と、前記干渉計を回転させ前記測定光の出射方向を変更する回転機構とを備えたレーザ干渉測長装置の絶対位置測定方法であって、
予め設定された３つ以上の各位置に前記再帰反射体をそれぞれ位置付ける反射体位置付け工程と、
前記回転機構を動作させ、前記各位置にそれぞれ位置付けられた前記再帰反射体に対して前記測定光を出射可能とする各姿勢に前記干渉計を設定する干渉計回転工程と、
前記回転機構の動作量に基づいて、前記各姿勢間での前記測定光の光軸の角度変化量を算出する角度変化量算出工程と、
前記干渉計から出力される信号に基づいて、前記各姿勢間での前記光軸に沿う方向の前記再帰反射体の位置変化量を算出する位置変化量算出工程と、
前記各位置、前記角度変化量、及び前記位置変化量に基づいて、前記レーザ干渉測長装置の基準位置を算出する基準位置算出工程と、
前記基準位置に対する前記再帰反射体の絶対座標を算出する絶対座標算出工程とを備える
ことを特徴とする絶対位置測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の絶対位置測定方法において、
前記反射体位置付け工程、前記干渉計回転工程、前記角度変化量算出工程、前記位置変化量算出工程、及び前記基準位置算出工程を複数回、繰り返し実施する繰返実施工程と、
前記繰返実施工程により算出される複数の前記基準位置を平均化して平均基準位置を算出する平均化工程とを備え、
前記絶対座標算出工程は、
前記平均基準位置に対する前記再帰反射体の絶対座標を算出する
ことを特徴とする絶対位置測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の絶対位置測定方法において、
前記反射体位置付け工程は、
前記再帰反射体を３つの前記各位置にのみそれぞれ位置付ける
ことを特徴とする絶対位置測定方法。
【請求項４】
入射光を反射させる再帰反射体と、測定光を出射するとともに前記再帰反射体による戻り光と参照用の参照光との干渉に基づく信号を出力する干渉計と、前記干渉計を回転させ前記測定光の出射方向を変更する回転機構とを備えたレーザ干渉測長装置であって、
前記回転機構の動作により、予め設定された３つ以上の各位置にそれぞれ位置付けられた前記再帰反射体に対して前記測定光を出射可能とする各姿勢に前記干渉計が回転された際に、前記回転機構の動作量に基づいて、前記各姿勢間での前記測定光の光軸の角度変化量を算出する角度変化量算出手段と、
前記干渉計から出力される信号に基づいて、前記各姿勢間での前記光軸に沿う方向の前記再帰反射体の位置変化量を算出する位置変化量算出手段と、
前記各位置、前記角度変化量、及び前記位置変化量に基づいて、当該レーザ干渉測長装置の基準位置を算出する基準位置算出手段と、
前記基準位置に対する前記再帰反射体の絶対座標を算出する絶対座標算出手段とを備える
ことを特徴とするレーザ干渉測長装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ干渉測長装置において、
前記測定光及び前記戻り光の光軸のずれ量を検出するずれ量検出手段と、
前記ずれ量が所定の範囲内となるように前記回転機構の動作を制御する追尾制御手段とを備える
ことを特徴とするレーザ干渉測長装置。
【請求項１】
入射光を反射させる再帰反射体と、測定光を出射するとともに前記再帰反射体による戻り光と参照用の参照光との干渉に基づく信号を出力する干渉計と、前記干渉計を回転させ前記測定光の出射方向を変更する回転機構とを備えたレーザ干渉測長装置の絶対位置測定方法であって、
予め設定された３つ以上の各位置に前記再帰反射体をそれぞれ位置付ける反射体位置付け工程と、
前記回転機構を動作させ、前記各位置にそれぞれ位置付けられた前記再帰反射体に対して前記測定光を出射可能とする各姿勢に前記干渉計を設定する干渉計回転工程と、
前記回転機構の動作量に基づいて、前記各姿勢間での前記測定光の光軸の角度変化量を算出する角度変化量算出工程と、
前記干渉計から出力される信号に基づいて、前記各姿勢間での前記光軸に沿う方向の前記再帰反射体の位置変化量を算出する位置変化量算出工程と、
前記各位置、前記角度変化量、及び前記位置変化量に基づいて、前記レーザ干渉測長装置の基準位置を算出する基準位置算出工程と、
前記基準位置に対する前記再帰反射体の絶対座標を算出する絶対座標算出工程とを備える
ことを特徴とする絶対位置測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の絶対位置測定方法において、
前記反射体位置付け工程、前記干渉計回転工程、前記角度変化量算出工程、前記位置変化量算出工程、及び前記基準位置算出工程を複数回、繰り返し実施する繰返実施工程と、
前記繰返実施工程により算出される複数の前記基準位置を平均化して平均基準位置を算出する平均化工程とを備え、
前記絶対座標算出工程は、
前記平均基準位置に対する前記再帰反射体の絶対座標を算出する
ことを特徴とする絶対位置測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の絶対位置測定方法において、
前記反射体位置付け工程は、
前記再帰反射体を３つの前記各位置にのみそれぞれ位置付ける
ことを特徴とする絶対位置測定方法。
【請求項４】
入射光を反射させる再帰反射体と、測定光を出射するとともに前記再帰反射体による戻り光と参照用の参照光との干渉に基づく信号を出力する干渉計と、前記干渉計を回転させ前記測定光の出射方向を変更する回転機構とを備えたレーザ干渉測長装置であって、
前記回転機構の動作により、予め設定された３つ以上の各位置にそれぞれ位置付けられた前記再帰反射体に対して前記測定光を出射可能とする各姿勢に前記干渉計が回転された際に、前記回転機構の動作量に基づいて、前記各姿勢間での前記測定光の光軸の角度変化量を算出する角度変化量算出手段と、
前記干渉計から出力される信号に基づいて、前記各姿勢間での前記光軸に沿う方向の前記再帰反射体の位置変化量を算出する位置変化量算出手段と、
前記各位置、前記角度変化量、及び前記位置変化量に基づいて、当該レーザ干渉測長装置の基準位置を算出する基準位置算出手段と、
前記基準位置に対する前記再帰反射体の絶対座標を算出する絶対座標算出手段とを備える
ことを特徴とするレーザ干渉測長装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ干渉測長装置において、
前記測定光及び前記戻り光の光軸のずれ量を検出するずれ量検出手段と、
前記ずれ量が所定の範囲内となるように前記回転機構の動作を制御する追尾制御手段とを備える
ことを特徴とするレーザ干渉測長装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１３２８２０（Ｐ２０１２−１３２８２０Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８６０２９（Ｐ２０１０−２８６０２９）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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