球状フォトダイオードを用いた位置姿勢センサの研究開発

• 研究課題/領域番号: 16560221
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 知能機械学・機械システム
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 金森 哉吏 電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (50233862)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 2005年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2004年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
• キーワード: 位置姿勢センサ / 位置計測 / 姿勢計測 / 球状フォトダイオード / 位置姿勢設定装置 / 計測シミュレータ

研究概要

本研究は、三次元空間の位置座標を3つの平面の交点として計測することを基本原理をとし、線状に拡散させたレーザ光(レーザ光平面と呼ぶ)を回転走査する3台のスキャナと複数の光センサを有するディテクタにより、ディテクタを設置した場所の三次元の位置と姿勢を同時に計測するシステムの開発に関するものである。
当該研究期間に、研究計画に基づき研究を実施した結果、下記の成果を得た。
1)姿勢計測機能を実現するため、4つの測定点を持つマルチヘッドディテクタを設計、試作した。
2)回転するレーザ光平面を球状フォトダイオードで正確に検出するために、高速プリアンプを設計、試作した。また、周波数変調された各スキャナからのレーザ光を高精度で弁別することのできるスーパーヘテロダイン方式検波回路を設計、試作した。
3)姿勢計測機能を実現するため、4つの測定点を同時に測定することのできる高分解能角度計測装置を設計、試作した。
4)システムの角度計測分解能は0.03"(スキャナ回転数が2rpsの場合)であり、角度計測のばらつきは標準偏差で4"であった。これに相当する位置計測のばらつきは,スキャナから2m離れた位置で±0.04mmである。
5)3次元座標測定機にディテクタを取り付けて1軸方向に移動させ、スキャナ1台を用いて一次元の位置姿勢計測を行った。簡易キャリブレーション後の一次元位置計測誤差は、±0.2mmであった。また、同時に測定したディテクタの姿勢変化はX軸方向の倒れ量で最大0.06mmと計測することができた。