(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発射する光源部と、
入射したレーザ光を分光させて、ＮＣ工作機の直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向に向けて出射させるとともに、測定光と参照光の干渉光を送出する干渉計本体と、その切替え機構とを内蔵した多軸干渉計と、
前記光源部と前記干渉計本体との間に設置され、前記光源部からのレーザ光を前記干渉計本体に導く光ファイバと、
前記ＮＣ工作機の測定位置に固定されて、前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向に出射したレーザ光を受けて前記干渉計本体側に反射する複数の反射ターゲットと、
前記干渉計本体からの干渉光を受光する受光部と、
前記切替え機構を制御するコントローラと、
前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向毎に前記ＮＣ工作機を所定の手順により動作させつつ、前記レーザーヘッドの受光部で得られる測長データと、予め設定される基準データとを比較し、前記ＮＣ工作機にその校正値を与えるとともに、前記ｘ，ｙ，ｚ軸の測定終了毎に前記コントローラに切替え動作を指令する制御部とを備えたことを特徴とする多軸レーザ測長機。
【請求項２】
前記多軸干渉計は、前記光ファイバに対向する入射窓部と、前記受光部に対向する出射窓部とを開口したケーシングと、
前記ケーシング内にあって、前記入，出射窓部に対向するように直線移動または回転移動可能に設置されたステージと、
入射したレーザ光をｘ，ｙ，ｚ軸方向に向けて出射する前記分光機構部と、干渉計部とを有する干渉計本体とを備え、
前記切替え機構は、前記ステージを直線移動または回転移動させて前記各分光機構部を前記入出射窓部に対面させる移動機構と、
前記ステージの停止位置を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の多軸レーザ測長機。
【請求項３】
前記干渉計本体は、前記移動機構の移動方向に沿って設けられ、前記ステージ上に固定設置された前記干渉計部と、前記ステージ上にあって、前記干渉計部の後方に設置された分光機構部とを備え、
前記分光機構部は、前記干渉計部からの入射光を直進させる部位と、前記干渉計部からの入射光を上または下方向に反射させる部位と、前記干渉計部からの入射光を横方向に反射させる部位とを有することを特徴とする請求項２記載の多軸レーザ測長機。
【請求項４】
前記干渉計本体は、前記入出射窓部の背面側に固定配置された前記干渉計部と、前記ステージ側に配置された分光機構部とを備え、
前記分光機構部は、前記干渉計部からの入射光を直進させる部位と、前記干渉計部からの入射光を上または下方向に反射させる部位と、前記干渉計部からの入射光を横方向に反射させる部位とを有することを特徴とする請求項２記載の多軸レーザ測長機。
【請求項５】
前記多軸干渉計は、前記光ファイバに対向する入射窓部と、前記受光部に対向する出射窓部とを開口したケーシングと、
前記ケーシング内にあって、前記入，出射窓部に対向するように直線移動可能に設置されたステージと、
入射したレーザ光をｘ，ｙ，ｚ軸方向に向けて出射する干渉計部を有する干渉計本体とを備え、
前記切替え機構は、前記ステージを直線移動させて前記干渉計部を前記入出射窓部に対面させる移動機構と、
前記ステージの停止位置を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の多軸レーザ測長機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多軸レーザ測長機に関し、特に、ＮＣ工作機の複数の軸に対する移動距離の測長が自動的に行える多軸レーザ測長機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＣ工作機の各軸毎の移動距離を高精度に測定する装置として、レーザ測長機が知られている。この種のレーザ測長機は、レーザ光の送光部と干渉光の受光部を備えたレーザヘッドと、送光部から出射したレーザ光を反射するターゲットプリズム（コーナキューブ）と、これらの間に設置される干渉計とを基本構成として備えている。
【０００３】
ＮＣ工作機の移動距離を測定する際には、ターゲットプリズムが移動するテーブルや主軸などに固設される。ところで、ＮＣ工作機の動作方向は、通常、ｘ，ｙ，ｚの３軸方向であり、例えば、図２４に示すように、ひざ型縦フライス盤Ａの移動テーブルの測長及び校正作業を行う場合には、作業者により先ず、ｘ軸方向に向けて三脚上にレーザヘッド１を固定し、レーザヘッドの光軸に一致させてフライス盤Ａの主軸位置に干渉計２を固定配置するとともに、これの延長上において移動テーブル上にターゲットプリズム３を固定配置する。
【０００４】
通常、この準備作業をアライメントと称しており、それぞれの光軸あわせ、ホームポジション設定などのために１５分程度の作業時間となる。
このｘ軸アライメント作業の後、ホームポジションを基準として実際にテーブルをｘ軸方向に移動させつつ測長機による測定及び校正を行うことができる。
この作業は、ＮＣコントローラに接続されたコンピュータなど制御部のプログラムに従って順次自動的に実行され、ｘ軸移動ピッチの確認及び補正、その他、例えば、ＩＳＯ試験の内容に従った各種精度試験が自動的に行われ、ＮＣコントローラにその測定結果及び校正内容を順次取込む。このような測定及び校正を完了するまでには、約５０分程度の時間がかかる。
【０００５】
ｘ軸方向の測定の終了後は、前記と同様な手順によって作業者により、レーザヘッド１、干渉計２、ターゲットプリズム３をｙ軸方向に向けて配置し、このｙ軸方向アライメント作業の後、同様にして自動的に精度試験を行い、次いで、ｚ軸方向アライメント作業を行い、自動的に精度試験を行えば、３軸方向の測定が完了する。
【０００６】
しかしながら、このような従来のＮＣ工作機の測長方法には、以下に説明する技術的な課題が指摘されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上述した従来の測長方法では、各軸（ｘ，ｙ，ｚ）毎に、光軸あわせ，ホームポジション設定などのために１５分程度の作業時間がかかり，しかも、これに各軸（ｘ，ｙ，ｚ）毎の測定，校正のための時間（約５０分）が加わるため、合計で約１９５分の時間がかかっていた。
【０００８】
この場合、各軸（ｘ，ｙ，ｚ）について自動測定を行っている間は、作業者は、別の作業を行うことができる。しかし、実際には、作業者にとって一測定毎の５０分の空き時間は、長いようで短かく、他の仕事に集中できなかったり、逆に他の仕事に時間をとられて、一測定毎のアライメント作業がずれ込む場合もあり、作業者にとっては、このような時間の管理が非常に煩わしいものとなっていた。
【０００９】
本発明は、以上の問題を解決するために案出されたものであって、その目的とするところは、光源と干渉計との間のアライメント作業を行うことなくｘ，ｙ，ｚ軸の全ての測定が自動的に行える多軸レーザ干渉測長機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、レーザ光を発射する光源部と、入射したレーザ光を分光させて、ＮＣ工作機の直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向に向けて出射させるとともに、測定光と参照光の干渉光を送出する干渉計本体と、その切替え機構とを内蔵した多軸干渉計と、前記光源部と前記干渉計本体との間に設置され、前記光源部からのレーザ光を前記干渉計本体に導く光ファイバと、前記ＮＣ工作機の測定位置に固定されて、前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向に出射したレーザ光を受けて前記干渉計本体側に反射する複数の反射ターゲットと、前記干渉計本体からの干渉光を受光する受光部と、前記切替え機構を制御するコントローラと、前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向毎に前記ＮＣ工作機を所定の手順により動作させつつ、前記レーザーヘッドの受光部で得られる測長データと、予め設定される基準データとを比較し、前記ＮＣ工作機にその校正値を与えるとともに、前記ｘ，ｙ，ｚ軸の測定終了毎に前記コントローラに切替え動作を指令する制御部とで構成した。
この構成を有する多軸レーザ干渉測長機によれば、光源部と多軸干渉計の分光機構部との間に設置され、光源部からのレーザ光を分光機構部に導く光ファイバを有しているので、多軸干渉計と、これのｘ，ｙ，ｚ軸方向に配置される反射ターゲットの光軸合わせを１回だけ行えば、各軸の測長毎に自動的に多軸干渉計の出射方向を切替えて測長が継続される。
また、請求項２では、前記多軸干渉計は、前記光ファイバに対向する入射窓部と、前記受光部に対向する出射窓部とを開口したケーシングと、前記ケーシング内にあって、前記入，出射窓部に対向するように直線移動または回転移動可能に設置されたステージと、入射したレーザ光をｘ，ｙ，ｚ軸方向に向けて出射する前記分光機構部と、干渉計部とを有する干渉計本体とを備え、前記切替え機構は、前記ステージを直線移動または回転移動させて前記各分光機構部を前記入出射窓部に対面させる移動機構と、前記ステージの停止位置を検出する検出手段とを備えている。
前記干渉計本体は、前記移動機構の移動方向に沿って設けられ、前記ステージ上に固定設置された前記干渉計部と、前記ステージ上にあって、前記干渉計部の後方に設置された分光機構部とを備え、前記分光機構部は、前記干渉計部からの入射光を直進させる部位と、前記干渉計部からの入射光を上または下方向に反射させる部位と、前記干渉計部からの入射光を横方向に反射させる部位とで構成することができる。
また、前記干渉計本体は、前記入出射窓部の背面側に固定配置された前記干渉計部と、前記ステージ側に配置された分光機構部とを備え、前記分光機構部は、前記干渉計部からの入射光を直進させる部位と、前記干渉計部からの入射光を上または下方向に反射させる部位と、前記干渉計部からの入射光を横方向に反射させる部位とで構成することができる。
さらに、請求項５では、多軸干渉計は、前記光ファイバに対向する入射窓部と、前記受光部に対向する出射窓部とを開口したケーシングと、前記ケーシング内にあって、前記入，出射窓部に対向するように直線移動可能に設置されたステージと、入射したレーザ光をｘ，ｙ，ｚ軸方向に向けて出射する干渉計部を有する干渉計本体とを備え、前記切替え機構は、前記ステージを直線移動させて前記干渉計部を前記入出射窓部に対面させる移動機構と、前記ステージの停止位置を検出する検出手段とで構成している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図９は、本発明にかかる多軸レーザ干渉測長機の第１実施例を示している。同図に示す測長機は、図１にそのシステム構成を示すように、所定波長のレーザ光を発射するレーザチューブが内蔵された光源部１２と、多軸干渉計１４と、光ファイバ１５と、３個の反射ターゲット１６と、多軸干渉計１４に設けられた受光部１７に接続されたディスプレイ１８と、コンピュータ（制御部）２０と、ＮＣ工作機を制御するＮＣコントローラ２２と、多軸干渉計１４のコントローラ２４とから構成されている。
【００１２】
光源部１２には、所定波長のレーザ光Ｌを多軸干渉計１４側に向けて発射するレーザチューブが内蔵されている。多軸干渉計１４の詳細構造を、図２〜図５に示している。図２は、多軸干渉計１４の全体構造の要部分解斜視図であり、図３は、その断面構造を示している。
本実施例の多軸干渉計１４は、ボックス型に形成されており、角箱状のケーシング３０と、ステージ３２と、干渉計本体３４と、切替え機構を構成する移動機構３６とおよび検出手段３８と、取付け基板３９とを備えている。ケーシング３０には、その一側面に光ファイバ１５の一端に集光レンズ２６を介して対向する入射窓部３０ａと、受光部１７に対向する出射窓部３０ｂが貫通形成されている。
【００１３】
また、ケーシング３０の上下面および入，出射窓部３０ａ，３０ｂと対向する面には、それぞれ貫通孔３０ｃ〜３０ｅが設けられていて、これらの貫通孔３０ｃ〜３０ｅを介して、測定光Ｍは、干渉計本体３４から出射して、各反射ターゲット１６に向かい、反射ターゲット１６で反射して再び干渉計本体３４側に戻る。
【００１４】
ステージ３２は、ケーシング３０内にあって、入，出射窓部３０ａ，３０ｂに対向するように直線移動可能に設置されている。干渉計本体３４は、干渉計部４０と、分光機構部４２とから構成されている。干渉計部４０は、偏光ビームスプリッタ４０ａと、この偏光ビームスプリッタ４０ａの下面と後面にそれぞれ配置された一対の１／４波長板４０ｂ，４０ｃと、１／４波長板４０ｂの下面側に固設されたコーナプリズム４０ｄとから構成されている。
【００１５】
この干渉計部４０は、ケーシング３０の内面に垂直部３９ａが固設されたＬ字状の取付け基板３９に支持されている。分光機構部４２は、４つの部位〔１〕〜〔４〕から構成されており、これらの各部位〔１〕〜〔４〕がステージ３２の移動方向に沿って、ステージ３２上に一列状に配置されている。部位〔１〕には、何も設けられていない。
【００１６】
部位〔２〕には、偏光ビームスプリッタ４０ａからの入射光を下方に反射するペンタプリズム４２０が設けられている。部位〔３〕には、偏光ビームスプリッタ４０ａからの入射光を上方に反射するペンタプリズム４２１が設けられている。部位〔４〕には、偏光ビームスプリッタ４０ａからの入射光を右方向に反射するペンタプリズム４２２が設けられている。
【００１７】
移動機構３６は、取付け基板３９の水平部３９ｂの上面に平行に固設された一対のリニアガイド３６ａと、このリニアガイド３６ａに摺動移動自在に嵌合された複数のスライダ３６ｂと、駆動モータ３６ｃ（超音波モータ）と、駆動モータ３６ｃの回転軸に固設されたピニオン３６ｄと、一方のスライダ３６ｂの内面側に固設され、ピニオン３６ｄと歯合するラック３６ｅとから構成されている。
【００１８】
各スライダ３６ｂは、ステージ３２の下面側に固設されている。このように構成された移動機構３６では、駆動モータ３６ｃを回転駆動すると、ステージ３２がリニアガイド３６ａに沿って直線移動する。検出手段３８は、移動機構３６でステージ３２を移動させた際に、ステージ３２上に設けられた分光機構部４２の各部位〔１〕〜〔４〕が、それぞれ干渉計部４０の偏光ビームスプリッタ４０ａと同じ光軸上に位置して、対向する位置を検出するものであり、取付け基板３９の垂直部３９ａの内面に固設された複数個のホトインタラプタ３８ａと、ステージ３２の側面に突設された検出子３８ｂとから構成されている。
【００１９】
複数のホトインタラプタ３８ａは、分光機構部４２の部位〔１〕〜〔４〕にそれぞれ対応している。駆動モータ３６ｃおよびホトインタラプタ３８ａのリード線は、ケーシング３０の側面に設けられたコネクタ４４を介して、外部に導出され、コントローラ２４に接続されている。なお、ステージ３０および取付け基板３２には、ハウジング３０の下面に設けられた貫通孔３０ｄに対応するようにして透孔３２ａ，３９ｃが設けられている。
【００２０】
図５には、上述した分光機構部４２の４つの部位〔１〕〜〔４〕の各光路の詳細が示されている。同図（ａ）に示した部位〔１〕では、光ファイバ１５からの入射光Ｌが偏光ビームスプリッタ４０ａで、これを直進透過する測定光Ｍと、この測定光Ｍと直交するように下方のコーナープリズム４０ｄ側に向かう参照光Ｒとに分けられ、干渉光（Ｍ＋Ｒ）が入射光Ｌの上方を逆方向に通過して受光部１７に受光される。
【００２１】
部位〔２〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム４２０により参照光Ｒと同じ方向で、かつ、平行になるように反射され、反射ターゲット１６側に向かう。
部位〔３〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム４２１により参照光Ｒと逆方向で、かつ、平行になるように反射され、反射ターゲット１６側に向かう。
【００２２】
部位〔４〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム４２２により入射光Ｌの光軸上で直交する方向に反射され、反射ターゲット１６側に向かう。
光ファイバ１５は、光源部１２と多軸干渉計１４との間に設置されて、光源部１２から発射されるレーザ光を多軸干渉計１４の干渉計本体３４に導入するものであって、その出射面がコリメータレンズ２６を介して、ケーシング３０の入射窓部３０ａの中心に支持されている。なお、図３中に符号２９で示した部材は、光ファイバ１５の支持用スペーサである。
【００２３】
受光部１７は、図２，３および図６に示すように、受光光学系１７ａと、干渉光伝送用光ファイバ１７ｂと、光電変換素子１７ｃとから構成されている。受光光学系１７ａは、ケーシング３０の側面に固設されたボックス３１内にあって、出射窓部３０ｂに入射面が対向するように設置されている。光ファイバ１７ｂは、ボックス３１を貫通するようにして取付けられている。
【００２４】
受光光学系１７ａは、偏光ビームスプリッタ４０ａから送出される干渉光（Ｍ＋Ｒ）を受光して、透過光と反射光に分割するビームスプリッタ１７０と、ビームスプリッタ１７０の反射光を受ける偏光板１７１および集光レンズ１７２と、ビームスプリッタ１７０の透過光を受ける１／４波長板１７３とを備えている。１／４波長板１７３の後部側には、入射光を透過光と反射光とに分割する偏光ビームスプリッタ１７４が設けられていおり、これらの透過光と反射光との光路中には、それぞれ集光レンズ１７５，１７６が介装されている。受光光学系１７ａで３つに分割された光Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ干渉光伝送用光ファイバ１７ｂに導入され、その他端側に設置された光電変換素子１７ｃにより電気信号に変換されて、ディスプレイ１８に送出される。
【００２５】
このように構成された受光部１７では、ビームスプリッタ１７０に入射した干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、２つに分割され、一方は、１／４波長板１７３を、他方は、偏光板１７１に入射する。偏光板１７１は、偏光ビームスプリッタ４０ａに対して、４５°傾いて配置されている。１／４波長板１７３も偏光ビームスプリッタも結晶軸が偏光ビームスプリッタ４０ａに対して、４５°傾いている。
【００２６】
この結果、光Ａと同Ｂとでは、位相が１８０°ずれた状態となり、また、光Ｃは、位相が９０°ずれている。従って、３個の光電変換素子１７ｃから出力される信号は、図７に示すような状態となり、これらの信号から、Ｘ＝Ａ−ＢおよびＹ＝２｛Ｃ−（Ａ＋Ｂ）／２｝を求め、この値（Ｘ，Ｙ）から反射ターゲット１６の変位ｄがコンピュータ２０で演算される。
【００２７】
なお、受光部１７の構成は、図６に示した構成に限られることはなく、同図において光ファイバ１７ｂを省略して、集光レンズ１７２，１７５，１７６からの光Ａ，Ｂ，Ｃを光電変換素子１７ｃでそれぞれ直接受光するようにしてもよい。次に、このように構成された多軸測長機を用いてＮＣ工作機の測定，校正を行う場合について説明する。図８には、本発明の多軸測長機を使用してＮＣ工作機（フライス盤Ａ）の３軸の移動精度を測定し、かつ、その精度を校正する際の状態が示されている。
【００２８】
同図に示すように、被測定物であるフライス盤Ａの固定部位の主軸位置に、例えば、スピンドル部に直接ないしはマグネットを用いて多軸干渉計１４が固設されている。
この干渉計１４に対向してフライス盤Ａの可動部分であるテーブルのｘ軸方向、ｙ軸方向及び多軸干渉計１４の真下であるｚ軸方向には、それぞれ反射ターゲット１６が固定配置される。
【００２９】
多軸干渉計１４は、この例では、上述した分光機構部４２の部位〔１〕がｙ軸方向に一致し、部位〔２〕がｚ軸方向に、また、部位〔４〕がｘ軸方向に一致するようにセットされる。各反射ターゲット１６は、多軸干渉計１４のケーシング３０に設けられている貫通孔３０ｃ〜３０ｅと同軸上に設置され、その後は、これを固定したまま全自動によりフライス盤Ａの計測が行われることになる。
【００３０】
なお、測定時における作業者による最初のアライメント作業は、反射ターゲット１６の光軸合わせ及び３軸方向のホームポジション設定作業となるが、この作業は、概ね２５分程度で終了する。
このときに行われるコンピュータ２０の制御手順の一例を図９に示している。同図に示した手順では、スタートすると、まず、ステップ１０１で、コントローラ２４に指令信号を送出して、駆動モータ３６ｃを駆動することにより、入射および出射窓部３０ａ，３０ｂに対向する位置に、分光機構部４２の部位〔４〕が対応するようにセットされる。
【００３１】
続くステップ１０２では、ＮＣコントローラ２２に制御信号が送出され、この信号を受けたＮＣコントローラ２２は、フライス盤Ａを移動させて、ｘ軸のホームポジションに位置させる。ステップ１０３では、コンピュータ２０に搭載されているフロッピーディスクなどのソフトウエアの計測プログラム内容に沿ってフライス盤ＡのＮＣコントローラ２２に順次駆動指令を与え、フライス盤Ａを所定の手順により動作させる。
【００３２】
そして、これらの動作に応じて変化する測定結果のデータと、プログラム中に内蔵されている基準データとを比較し、この比較結果によりピッチ誤差などの補正データを算出し、その校正値をＮＣコントローラ２２に取込ませる。
この場合の精度試験内容は、繰返し位置決め精度試験、繰返し反転位置決め精度試験、ＩＳＯ−２３０−２などであり、試験項目に応じてその作業時間が異なるものの、従来と同様に５０分程度である。
【００３３】
ｘ軸についての全ての試験項目が完了したとステップ１０４で判断されると、コンピュータ２０は、ステップ１０５でコントローラ２４の起動を指令し、駆動モータ３６ｃを駆動することにより、入射および出射窓部３０ａ，３０ｂに対向する位置に、分光機構部４２の部位〔１〕が対応するようにセットされる。
この動作の確認後、前記と同様な手順によってｙ軸に関する各種精度試験が実行され（ステップ１０６〜１０８）、さらに、ｙ軸の測定がステップ１０８で終了したと判断されると、測定光軸をｚ軸に切替え、同様な手順を繰返し、ｚ軸の精度試験完了後システムを停止させる（ステップ１０９〜ステップ１１２）。
【００３４】
この全作業時間は１７５分程度であり、そのうち作業員による最初のアライメント時間を除けば、自動計測時間は１５０分であるため、作業員にとっては十分な空き時間を得られ、その間を他の作業に有効活用できることになるうえ、作業完了後放置しておいても、実質的に全ての作業が完了しているので、作業時間の管理に煩わされることがない。
【００３５】
図１０〜図１２は、本発明の第２実施例を示しており、上記実施例と同一若しくは相当する部分に同符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。これらの図に示した第２実施例では、干渉計本体３４ａは、上記実施例と同様に、干渉計部４０と分光機構部４２ａとから構成されている。
【００３６】
干渉計部４０は、上記第１実施例と同様に、偏光ビームスプリッタ４０ａと、一対の１／４波長板１０ｂ，４０ｃと、コーナープリズム４０ｄとから構成されているが、分光機構部４２ａは、何も設けられていない部位〔１ａ〕と、入射光Ｌを下方に反射する三角ミラー４２０ａが設けられている部位〔２ａ〕と、入射光Ｌを上方に反射する三角ミラー４２１ａが設けられている部位〔３ａ〕と、入射光Ｌを右横方向に反射する三角ミラー４２２ａが設けられている部位〔４ａ〕とから構成されている。
【００３７】
このように構成された分光機構部４２ａによると、各部位〔１ａ〕〜〔４ａ〕の測定光Ｍ，参照光Ｒおよび干渉光（Ｍ＋Ｒ）が、図５に示した光路と同じ状態になるので、上記第１実施例と同等の作用効果が得られる。
図１３、図１４は、本発明の第３実施例を示しており、上記実施例と同一若しくは相当する部分に同符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。これらの図に示した第３実施例では、干渉計本体３４ｂは、上記実施例と同様に、干渉計部４０と分光機構部４２ｂとを有している。
【００３８】
干渉計部４０は、偏光ビームスプリッタ４０ａと、コーナープリズム４０ｄとから構成されていて、コーナープリズム４０ｄが偏光ビームスプリッタ４０ａの上部側に配置されていて、第１実施例の干渉計部４０から一対の１／４波長板４０ｂ，４０ｃを実質的に除去した構造になっている。
分光機構部４２ｂは、上記第１実施例と同様に何も設けない部位〔１ｂ〕と、偏光ビームスプリッタ４０ａからの入射光を下方に反射するペンタプリズム４２０ｂが設けられている部位〔２ｂ〕と、偏光ビームスプリッタ４０ａからの入射光を上方に反射するペンタプリズム４２１ｂが設けられている部位〔３ｂ〕と、偏光ビームスプリッタ４０ａからの入射光を右方に反射するペンタプリズム４２２ｂが設けられている部位〔４ｂ〕とから構成されている。
【００３９】
このように構成された干渉計本体３４ｂによると、図１４に各部位〔１ｂ〕〜〔４ｂ〕の光路を示すように、反射ターゲット１６に向かう測定光Ｍと、反射ターゲット１６で反射されて、分光機構部４２ｂに戻る測定光Ｍとが別の光路を辿り、また、参照光Ｒもコーナープリズム４０ｄ内で反射して別の位置に出射するが、干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、受光部１７に導かれるので、上記実施例と同様にＮＣ工作機の自動測長が行える。
【００４０】
このように構成した測長機によれば、反射ターゲット１６に向かう光路と、反射ターゲット１６から戻る光路とが全く異なっているので、偏光ビームスプリッタ４０ａやペンタプリズム４２０ｂ〜４２２ｂなどは、大型になるものの、この実施例では、１／４波長板を全く使用しないので、干渉計本体４２ｂが安価になる。
【００４１】
図１５は、本発明の第４実施例を示しており、上記実施例と同一若しくは相当する部分に同符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。同図に示す実施例では、干渉計本体３４ｃは、上記実施例と同様に、干渉計部４０’と分光機構部４２ｃとを有しており、これらはともにステージ３２上に設置されている。
【００４２】
干渉計部４０’は、偏光ビームスプリッタ４０ａ’と、この偏光ビームスプリッタ４０ａ’の上面側に接着された４個のコーナープリズム４０ｄ’とから構成されていて、偏光ビームスプリッタ４０ａ’は、ステージ３２の移動方向に沿って細長く形成され、その前面側がケーシング３０の入，出射窓部３０ａ，３０ｂに対向するようになっている。
【００４３】
分光機構部４２ｃは、上記第１実施例と同様に何も設けない部位〔１ｃ〕と、偏光ビームスプリッタ４０ａ’からの入射光を下方に反射するペンタプリズム４２０ｃが設けられている部位〔２ｂ〕と、偏光ビームスプリッタ４０ａ’からの入射光を上方に反射するペンタプリズム４２１ｃが設けられている部位〔３ｃ〕と、偏光ビームスプリッタ４０ａ’からの入射光を右方に反射するペンタプリズム４２２ｃが設けられている部位〔４ｃ〕とから構成されている。
【００４４】
このように構成した干渉計本体３４ｃでは、干渉計部４０’と分光機構部４２ｃとがともにステージ３２とともに移動するものの、分光機構部４２ｃの光路は、第３実施例の図１４と同様になり、その結果、第３実施例と同等の作用効果が得られる。
図１６は、本発明の第５実施例を示しており、上記実施例と同一若しくは相当する部分に同符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。同図に示す実施例では、第３実施例の分光機構部４２ｂのペンタプリズム４２０ｂ〜４２２ｂを三角ミラー４２０ｄ〜４２２ｄに替えている。
【００４５】
このように構成された干渉計本体３４ｄによっても上記各実施例と同様にＮＣ工作機の各軸に対する自動測長が行えるとともに、分光機構部４２ｄを三角ミラー４２０ｄ〜４２２ｄで構成しているので、実施例３の場合よりもさらに干渉計本体４２ｃが安価になる。
図１７および図１８は、本発明の第６実施例を示しており、上記実施例と同一若しくは相当する部分に同符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。同図に示す実施例では、干渉計本体３４ｅは、上記各実施例と同様に、干渉計部４０”と分光機構部４２ｅとを有しており、これらはともにステージ３２上に設置されている。
【００４６】
干渉計部４０”は、偏光ビームスプリッタ４０ａ”と、この偏光ビームスプリッタ４０ａ”の下面側に、１／４波長板４０ｂ”を介して接着された４個のコーナープリズム４０ｄ”とから構成されていて、偏光ビームスプリッタ４０ａ”は、ステージ３２の移動方向に沿って細長く形成され、その左端部側の出射面に１／４波長板４０ｃ”が配置され、その前面側がケーシング３０の入，出射窓部３０ａ，３０ｂに対向するようになっている。
【００４７】
分光機構部４２ｅは、何も設けない部位〔１ｅ〕と、偏光ビームスプリッタ４０ａ”からの入射光を下方に反射するペンタプリズム４２０ｅが設けられている部位〔２ｅ〕と、偏光ビームスプリッタ４０ａ”からの入射光を上方に反射するペンタプリズム４２１ｅが設けられている部位〔３ｅ〕と、偏光ビームスプリッタ４０ａ”からの入射光を右方に反射するペンタプリズム４２２ｅが設けられている部位〔４ｅ〕とから構成されている。
【００４８】
また、各ペンタプリズム４２０ｅ〜４２２ｅの出射面には、１／４波長版４２３ｅが固着されている。このように構成された干渉計本体３４ｅを採用した場合には、部位〔１ｅ〕〜〔４ｅ〕の各光路が、図５に示した第１実施例と実質的に同一になるので、上記実施例と同等の作用効果が得られる。なお、図１７中に符号８２で示した部材は、移動機構３６のラックピニオンのバックラッシ防止用のコイルバネである。
【００４９】
図１９は、本発明の第７実施例を示しており、上記実施例と同一若しくは相当する部分に同符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。同図に示す実施例では、干渉計本体３４ｆは、上記実施例と同様に、干渉計部４０と、その後方側に配置される分光機構部４２ｆとを有している。
【００５０】
干渉計部４０は、上記第３実施例と同様に、偏光ビームスプリッタ４０ａとコーナープリズム４０ｄとから構成されていて、偏光ビームスプリッタ４０ａは、その前面側がレーザ光の入，出射窓部３０ａ，３０ｂに対向するように固定配置されている。一方分光機構部４２ｆは、３個の反射ミラー４２０ｆ，４２１ｆ，４２２ｆから構成されていて、各ミラー４２０ｆ，４２１ｆ，４２２ｆは、円板状の回転ステージ３８０上に載置固定されている。
【００５１】
回転ステージ３８０は、取付け板３２に回転可能に支持されていて、その中心下面側に回転軸が固設された超音波モータ３６ｃより回転駆動される。このときの回転位置は、モータ３６ｃに連結されたロータリエンコーダ８０により検出される。反射ミラー４２０ｆ，４２１ｆ，４２２ｆは、偏光ビームスプリッタ４０ａに対向できるように回転ステージ３８０の外周縁側に設けられている。
【００５２】
回転ステージ３８０は、９０°の等間隔で４つの部位〔１ｆ〕〜〔４ｆ〕に分割されていて、これらの３つの部位〔２ｆ〕〜〔４ｆ〕に反射ミラー４２０ｆ，４２１ｆ，４２２ｆが配置されていて、残りの１つの部位〔１ｆ〕には、なにも配置されていない。このように構成された干渉計本体３４ｆでは、回転ステージ３８０を回転させて、なにも配置されていない部位〔１ｆ〕を偏光ビームスプリッタ４０ａに対向させると、偏光ビームスプリッタ４０ａからの入射光を、反射ターゲット１６側に直進させることができる。
【００５３】
また、回転ステージ３８０を回転させて、反射ミラー４２０ｆを偏光ビームスプリッタ４０ａに対向させると、偏光ビームスプリッタ４０ａからの入射光を下方向に反射させることができる。さらに、回転ステージ３８０を回転させて、反射ミラー４２１ｆを偏光ビームスプリッタ４０ａに対向させると、偏光ビームスプリッタ４０ａからの入射光を上方向に反射させることができる。
【００５４】
またさらに、回転ステージ３８０を回転させて、反射ミラー４２２ｆを偏光ビームスプリッタ４０ａに対向させると、偏光ビームスプリッタ４０ａからの入射光を右横方向に反射させることができる。
つまり、この第７実施例では、上記第６実施例までに示した分光機構部が、４つの部位を直線状に配列したのに対して、これを回転ステージ３８０の周方向に配列しており、このように構成された干渉計本体３４ｆにおいても上記各実施例と同等の作用効果が得られるとともに、このような構成を採用すると分光機構部４２ｆの移動および切替えが簡単になる。
【００５５】
図２０〜図２４は、本発明の第８実施例を示しており、上記実施例と同一若しくは相当する部分に同符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。同図に示す実施例では、干渉計本体３４ｇは、上記実施例と異なり、上述した各実施例の分光機構部を兼ねた干渉計部４０００を有している。
【００５６】
干渉計部４０００は、３個の偏光ビームスプリッタ４０００ａ  〜４０００ｃ  と、各偏光ビームスプリッタ４０００ａ  〜４０００ｃ  の一側面に固着されたコーナープリズム４０００ｄ  〜４０００ｆ  とを備え、偏光ビームスプリッタ４０００ａ  〜４０００ｃ  が光ファイバ１５の端面と受光部１７とにそれぞれ対向するように、ステージ３２上に一列状に配置されていて、以下の３つの部位〔１ｇ〕〜〔３ｇ〕を有している。
【００５７】
部位〔１ｇ〕では、入射光に対して、測定光が透過されるように、その上面側にコーナープリズム４０００ｄ  が配置されている。
部位〔２ｇ〕では、部位〔１ｇ〕と同様に、偏光ビームスプリッタ４０００ｂの内部に設けられた反射面が入射光に対して、４５°傾斜して、反射光が上方を向かうように配置され、その背面側にコーナープリズム４０００ｅ  が配置されている。部位〔３ｇ〕では、偏光ビームスプリッタ４０００ｃの内部に設けられた反射面が入射光に対して、４５°傾斜して、反射光が右側に向かうように配置され、その背面側にコーナープリズム４０００ｆが配置されている。
【００５８】
図２３に本実施例の干渉計部４０００の光路の詳細を示している。同図において部位〔１ｇ〕では、光ファイバ１５から出射したレーザ光Ｌは、偏光ビームスプリッタ４０００ａ  に入射し、ここで透過光と反射光とに分光され、透過光が測定光Ｍとなって背面側のコーナープリズム１６側に向かう。反射光は、参照光Ｒとしてコーナープリズム４０００ｄ  に向かう。コーナープリズム１６，４０００ｄで反射した光は、再び偏光ビームスプリッタ４０００ａ  に入射し、この部分で相互に干渉させられ、干渉光（Ｍ＋Ｒ）が受光部１７に入射する。
【００５９】
部位〔２ｇ〕では、光ファイバ１５から出射したレーザ光Ｌは、偏光ビームスプリッタ４０００ｂに入射し、ここで透過光と反射光とに分光され、反射光が測定光Ｍとなって上方のコーナープリズム１６側に向かう。透過光は、参照光Ｒとしてコーナープリズム４０００ｅに向かう。コーナープリズム１６，４０００ｅで反射した光は、再び偏光ビームスプリッタ４０００ｂ  に入射し、この部分で相互に干渉させられ、干渉光（Ｍ＋Ｒ）が受光部１７に入射する。
【００６０】
部位〔３ｇ〕では、光ファイバ１５から出射したレーザ光Ｌは、偏光ビームスプリッタ４０００ｃ  に入射し、ここで透過光と反射光とに分光され、反射光が測定光Ｍとなって右側方のコーナープリズム１６側に向かう。透過光は、参照光Ｒとしてコーナープリズム４０００ｆに向かう。コーナープリズム１６，４０００ｆで反射した光は、再び偏光ビームスプリッタ４０００ｃ  に入射し、この部分で相互に干渉させられ、干渉光（Ｍ＋Ｒ）が受光部１７に入射する。
このように構成された干渉計本体３４ｇによると、反射ターゲット１６に向かう測定光Ｍと、反射ターゲット１６で反射されて、干渉計部４０００ａ〜４０００ｃ  に戻る測定光Ｍとが別の光路を辿り、また、参照光Ｒもコーナープリズム４０００ｄ〜４０００ｆ内で反射して別の位置に出射することになるが、干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、受光部１７に導かれるので、例えば、図２２に示した状態から天地を逆にして、フライス盤Ａに装着すると、上記実施例と同様にＮＣ工作機の自動測長が行える。
【００６１】
このように構成した測長機によれば、反射ターゲット１６に向かう光路と、反射ターゲット１６から戻る光路とが全く異なっているので、偏光ビームスプリッタ４０００ａ  〜４０００ｃ  が大型になるものの、分光機構部の機能を干渉計部４０００で兼用しているので、部品点数が少なくなり、より一層実用性が増す。
なお、以上の実施例では作業手順としてｘ，ｙ，ｚ軸の順に行っているが、その順番は、任意に変更可能である。
【００６２】
また、実施例における多軸干渉計１４は、ｚ軸方向の上部側の計測と、下部側の測長とを行えるようにしているが、いずれか一方の測長を行うようにしても良いし、双方の測長を行うようにしても良い。
【００６３】
【発明の効果】
以上実施例で詳細に説明したように、本発明にかかるＮＣ工作機用多軸測長機によれば、多軸干渉計と光源部とのアライメント作業が不要になり、多軸干渉計とこれのｘ，ｙ，ｚ軸方向に配置されるターゲットの光軸合わせを行えば、各軸の測長が自動的に行われるため、作業者にとっては次の作業の待ち時間に拘束されることがなく、他の作業に専念できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第１実施例を示す全体システム構成図である。
【図２】同多軸レーザ測長機の多軸干渉計の分解斜視図である。
【図３】同干渉計の断面図である。
【図４】同干渉計の干渉計本体の説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図４に示した干渉計本体における各部位の光路説明図である。
【図６】同多軸レーザ測長機の受光部の一例を示す構成説明図である。
【図７】図６に示した受光部で検出される電気信号の波形図である。
【図８】本発明による多軸レーザ測長機をひざ型フライス盤の測定に適用した場合の配置を示す姿図である。
【図９】本発明の多軸レーザ測長機を用いた測定処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第２実施例を示す多軸干渉計の要部分解斜視図である。
【図１１】図１０の多軸干渉計の断面図である。
【図１２】同干渉計の干渉計本体の平面図である。
【図１３】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第３実施例を示す多軸干渉計の断面図である。
【図１４】図１３に示した干渉計の各部位における光路説明図である。
【図１５】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第４実施例を示す干渉計本体の正面図，平面図および側面図である。
【図１６】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第５実施例を示す多軸干渉計の要部分解斜視図である。
【図１７】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第６実施例を示す多軸干渉計の要部分解斜視図である。
【図１８】図１７に示した多軸レーザ測長機の干渉計本体の正面図，平面図および側面図である。
【図１９】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第７実施例を示す多軸干渉計の要部斜視図である。
【図２０】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第８実施例を示す多軸干渉計の要部分解斜視図である。
【図２１】図２０に示した多軸干渉計の組立状態の断面図である。
【図２２】図２０に示した多軸レーザ測長機の干渉計本体の正面図，平面図および側面図である。
【図２３】図２２に示した干渉計の各部位における光路説明図である。
【図２４】ひざ型縦フライス盤に対する従来の測長機の配置を示す姿図である。
【符号の説明】
１２    光源部
１４  多軸干渉計
１５  光ファイバ
１６  移動コーナキューブ（ターゲット）
２０  コンピュータ（制御部）
２４  コントローラ
３０  ケーシング
３２  ステージ
３６  移動機構
３８  検出手段
３９  取付け基板
３４，３４ａ〜３４ｇ      干渉計本体
４０，４０’，４０”４０００  干渉計部
４２，４２ａ〜４２ｇ      分光機構部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0003618450.tif 000018
【図１８】
0003618450.tif 000019
【図１９】
0003618450.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
0003618450.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
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