(57)【要約】【課題】複数の移動体Ｍｘ  、Ｍｙ  の移動方向の真直度を一挙に検証する。【解決手段】レーザ発振器１１からのレーザ光Ｌを分光する真直度干渉計１２と、真直度干渉計１２からのレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の光路内に配設する第１の反射ミラー２１用のビームスプリッタ２１ａ、反射器１３、第２の反射ミラー２２とを設ける。ビームスプリッタ２１ａ、第１の反射ミラー２１を移動体Ｍｘ  に搭載し、第２の反射ミラー２２を移動体Ｍｙ  に搭載して、第１、第２の反射ミラー２１、２２からの反射光を真直度干渉計１２に個別に到達させると、移動体Ｍｘ  、Ｍｙ  の水平方向のシフトに基づく干渉光を得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器からのレーザ光を２偏光成分に分光する真直度干渉計と、該真直度干渉計からのレーザ光の光路内に配設する１または２以上のビームスプリッタと、該ビームスプリッタのそれぞれに組み合わせる第１の反射ミラーと、前記ビームスプリッタの後方に配設する第２の反射ミラーとを備えてなり、前記各第１の反射ミラーは、対応する前記ビームスプリッタとともに、該ビームスプリッタに入射するレーザ光の光路に沿って移動する移動体に搭載し、前記第２の反射ミラーは、該第２の反射ミラーに入射するレーザ光の光路に沿って移動する移動体に搭載し、前記第１、第２の反射ミラーは、それぞれに入射するレーザ光と平行な反射光を前記真直度干渉計に個別に到達させることを特徴とするレーザ干渉計。
【請求項２】
前記第１、第２の反射ミラーは、前記真直度干渉計からのレーザ光の光路を所定の角度に屈曲させる反射器を介して前方側、後方側の２群に分割することを特徴とする請求項１記載のレーザ干渉計。
【請求項３】
前記反射器は、レーザ光の光路を直角に屈曲させることを特徴とする請求項２記載のレーザ干渉計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の移動体の移動方向の真直度を同時に検証することができるレーザ干渉計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウォラストンプリズムによる真直度干渉計を用いる真直度測定用のレーザ干渉計が知られている（特開平８−３２７３４３号公報）。
【０００３】
このものは、１軸上を移動する移動体上に真直度干渉計を搭載し、固定の反射ミラーと組み合わせて構成されている。レーザ発振器からのレーザ光を真直度干渉計に投射し、偏光方向が互いに直交する２偏光成分に分光させ、反射ミラーを介して反射する反射光を真直度干渉計に戻して合成し、干渉させると、真直度干渉計から反射ミラーまでの間における２偏光成分の各光路差の変動を検出することにより、移動体の移動方向の真直度を測定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術によるときは、測定対象が１軸上を移動する単一の移動体に限られるので、工作機械などの精度検証の目的に適用しようとすると、測定操作が極めて煩雑であり、測定性能が不十分であるという問題があった。一般に、工作機械は、たとえばワーク搭載用のテーブルと工具搭載用のコラムのように、複数の軸上を移動する複数の移動体を含むので、単一の移動体を対象とするだけでは、各移動体を軸ごとに個別に検証しなければならない上、各移動体間の相対精度の検証が実質的に不可能であるからである。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、ビームスプリッタと組み合わせる第１の反射ミラーと、終端のビームスプリッタの後方の第２の反射ミラーとをそれぞれ移動体に搭載することによって、複数の移動体の移動方向の真直度を同時に検証することができるレーザ干渉計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、レーザ発振器からのレーザ光を２偏光成分に分光する真直度干渉計と、真直度干渉計からのレーザ光の光路内に配設する１または２以上のビームスプリッタと、ビームスプリッタのそれぞれに組み合わせる第１の反射ミラーと、ビームスプリッタの後方に配設する第２の反射ミラーとを備えてなり、各第１の反射ミラーは、対応するビームスプリッタとともに、ビームスプリッタに入射するレーザ光の光路に沿って移動する移動体に搭載し、第２の反射ミラーは、第２の反射ミラーに入射するレーザ光の光路に沿って移動する移動体に搭載し、第１、第２の反射ミラーは、それぞれに入射するレーザ光と平行な反射光を真直度干渉計に個別に到達させることをその要旨とする。
【０００７】
なお、第１、第２の反射ミラーは、真直度干渉計からのレーザ光の光路を所定の角度に屈曲させる反射器を介して前方側、後方側の２群に分割することができ、反射器は、レーザ光の光路を直角に屈曲させることができる。
【０００８】
【作用】
かかる発明の構成によるときは、各第１の反射ミラー、第２の反射ミラーは、それぞれ真直度干渉計からの２偏光成分からなるレーザ光を入射し、各偏光成分のレーザ光と平行な反射光を真直度干渉計に個別に到達させ、真直度干渉計において２偏光成分を合成して干渉させることにより、２偏光成分の光路差に基づき、それぞれを搭載する複数の移動体の移動方向の真直度を一挙に検証することが可能となる。ただし、真直度干渉計は、レーザ発振器からのレーザ光を水平方向に開く２偏光成分に分光し、各第１の反射ミラー、第２の反射ミラーは、入射する２偏光成分のそれぞれを、入射光の方向に、しかも入射光から所定の距離だけ上または下にシフトさせて反射させるために、たとえば平面ミラーを山形に組み合わせる一対の反射鏡を２偏光成分のそれぞれに直交させて水平に配置して構成するものとする。
【０００９】
なお、各第１の反射ミラーと組み合わせるビームスプリッタは、入射光の一部を反射し、一部を透過させるハーフミラーを使用するのがよい。また、真直度干渉計としては、ウォラストンプリズムまたはローションプリズムなどが使用可能である。
【００１０】
反射器を介して第１、第２の反射ミラーを２群に分割すれば、反射器の前方側（真直度干渉計側）、後方側（第２の反射ミラー側）にそれぞれ配置する各群の移動体の移動方向が異なる場合であっても、すべての移動体の移動方向の真直度を同時に一挙に検証することが可能である。ただし、反射器によるレーザ光の光路の屈曲角度は、各群の移動体が移動する軸の相対角度に一致させるものとする。また、反射器によるレーザ光の光路の屈曲角度を直角とすれば、直交する２軸上を移動する各群の移動体の移動方向の真直度、すなわち各群の移動体の移動方向の直角度を一挙に検証することができる。なお、反射器は、単純な平面ミラーやペンタミラーの他、直角プリズム、屋根形プリズム、ペンタプリズムなどの各種のプリズムを使用することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
レーザ干渉計は、レーザ発振器１１からのレーザ光Ｌの光路内に、真直度干渉計１２、第１の反射ミラー２１用のビームスプリッタ２１ａ、ペンタミラーを構成する反射器１３、第２の反射ミラー２２をこの順に配設してなる（図１、図２）。ただし、図２は、ビームスプリッタ２１ａ、反射器１３を省略して図示する図１の要部側面模式図である。
【００１３】
レーザ発振器１１からのレーザ光Ｌは、たとえばウォラストンプリズムからなる真直度干渉計１２に導かれている。ただし、レーザ発振器１１、真直度干渉計１２の間には、ハーフミラー１４ａが介装されている。ハーフミラー１４ａは、レーザ光Ｌの一部を参照光Ｌｏ  として受光器１４に導き、受光器１４の出力は、演算器１５に接続されている。
【００１４】
真直度干渉計１２は、レーザ発振器１１からのレーザ光Ｌを分光し、偏光方向が互いに直交する２偏光成分のレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  として出力する。ただし、レーザ光Ｌ１  、Ｌ２  は、水平方向に所定の角度２θに開いている。
【００１５】
ハーフミラーからなるビームスプリッタ２１ａは、レーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の一部を透過し、一部を第１の反射ミラー２１に導く。なお、ビームスプリッタ２１ａ、第１の反射ミラー２１は、共通の移動体Ｍｘ  に搭載されており、移動体Ｍｘ  は、ビームスプリッタ２１ａに入射するレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の光路に沿って移動するものとする（図１の矢印Ｘ方向）。
【００１６】
反射器１３は、２枚の平面ミラー１３ａ、１３ａを所定の角度に向き合わせることにより、ペンタミラーを構成している。反射器１３は、入射するレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の光路を水平方向に直角に屈曲させることができる。反射器１３は、レーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の光路内に固定されている。
【００１７】
反射器１３からのレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  は、第２の反射ミラー２２に入射する。第２の反射ミラー２２は、移動体Ｍｙ  に搭載されており、移動体Ｍｙ  は、レーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の光路に沿って移動する（図１の矢印Ｙ方向）。すなわち、移動体Ｍｘ  、Ｍｙ  は、それぞれ互いに直交するＸ軸、Ｙ軸上を任意に往復直線移動するものとする。
【００１８】
第１の反射ミラー２１は、下側、上側の左右の平面ミラー２１ｂ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｃを山形に組み合わせる一対の反射鏡を水平方向に配置して構成されている（図３）。第１の反射ミラー２１は、一対の山形の反射鏡の水平方向の開き角がレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の角度２θに設定され、各下側の平面ミラー２１ｂ、２１ｃがそれぞれレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の入射方向に対して水平方向に直交して対応するように配置されている。そこで、第１の反射ミラー２１は、入射するレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  に平行な反射光を、レーザ光Ｌ１  、Ｌ２  から所定の距離ｄだけ上にシフトして反射させることができる。
【００１９】
第２の反射ミラー２２は、第１の反射ミラー２１と同一形態に構成されている（図示せず）。ただし、第２の反射ミラー２２は、入射するレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  を距離ｄだけ下にシフトさせて反射するものとする（図２）。そこで、第１、第２の反射ミラー２１、２２は、それぞれからの反射光を真直度干渉計１２に個別に到達させることができる。
【００２０】
真直度干渉計１２は、第１、第２の反射ミラー２１、２２からの反射光としてのレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  を合成し、干渉させることにより、干渉光Ｌ３  、Ｌ３  として受光器１７、１７に個別に導くことができる。なお、各受光器１７の出力は、演算器１５に個別に接続されている（図１）。
【００２１】
いま、移動体Ｍｙ  がＹ軸に直交する水平方向に距離Ｄだけシフトすると、移動体Ｍｙ  上の第２の反射ミラー２２も、距離Ｄだけシフトする（図４の実線、点線）。そこで、図４の場合、真直度干渉計１２から第２の反射ミラー２２間において、レーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の光路差Ｌｄ  ＝４Ｄｓｉｎ  θを生じる。したがって、演算器１５は、参照光Ｌｏ  を基準にして、第２の反射ミラー２２からの反射光に基づく干渉光Ｌ３  を分析することにより、距離Ｄを演算して移動体Ｍｙ  の移動方向の真直度、すなわちＸ軸に対する移動体Ｍｙ  の移動方向の直角度を検証して評価することができる。
【００２２】
ビームスプリッタ２１ａ、第１の反射ミラー２１を搭載する移動体Ｍｘ  についても、全く同様である（図５）。移動体Ｍｘ  がＸ軸に直交する水平方向に距離Ｄだけシフトすると（図５の下側の点線、実線）、その効果は、ビームスプリッタ２１ａに関する鏡像（同図の右側の点線、実線）が距離Ｄだけシフトすることと同等であるからである。すなわち、演算器１５は、第１の反射ミラー２１からの反射光に基づく干渉光Ｌ３  を分析することにより、移動体Ｍｘ  の移動方向の真直度を同時に検証し、評価することができる。また、演算器１５は、移動体Ｍｘ  、Ｍｙ  の真直度の相対値から、移動体Ｍｘ  、Ｍｙ  の移動方向の直角度を併せて検証することができる。
【００２３】
かかるレーザ干渉計は、たとえばテーブル５１、コラム５２を有する工作機械に適用することができる（図６）。なお、テーブル５１は、ガイドレール５１ａ、５１ａを介してＸ軸上に直線移動することができ（図６の矢印Ｘ方向）、主軸５３、工具５４を搭載するコラム５２は、ガイドレール５２ａ、５２ａを介し、Ｘ軸に直交するＹ軸上を直線移動することができる（同図の矢印Ｙ方向）。レーザ発振器１１から真直度干渉計１２に至る各部材と、反射器１３とをテーブル５１に沿って図示しない機械本体に固定設置し、ビームスプリッタ２１ａ、第１の反射ミラー２１をテーブル５１に搭載し、第２の反射ミラー２２をコラム５２に搭載することにより、真直度干渉計１２から第２の反射ミラー２２に至るレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の光路を形成すればよい。ただし、図６において、レーザ発振器１１から真直度干渉計１２に至る各部材は、真直度干渉計１２として代表的に図示されており、ビームスプリッタ２１ａと組み合わせる第１の反射ミラー２１は、図示が省略されている。
【００２４】
また、測定対象としての工作機械は、テーブル５１、５５をスタック状に組み合わせる２軸直交テーブルなどであってもよい（図７）。テーブル５１は、ガイドレール５１ａ、５１ａを介してＸ軸上を直線移動し（図７の矢印Ｘ方向）、テーブル５５は、テーブル５１上のガイドレール５５ａを介してＹ軸上を直線移動する（同図の矢印Ｙ方向）。また、ビームスプリッタ２１ａ、第１の反射ミラー２１、反射器１３は、適当なブラケット５１ｂを介してテーブル５１に搭載され、第２の反射ミラー２２は、ブラケット５５ｂを介してテーブル５５に搭載されており、真直度干渉計１２とともに、全体としてレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の光路を形成している。ただし、図７の図示内容は、図６のそれに準ずるものとする。
【００２５】
なお、図６、図７のＸ軸、Ｙ軸は、三次元測定器の相異なる２軸に対応させてもよい。
【００２６】
【他の実施の形態】
Ｘ軸上、Ｙ軸上には、それぞれ複数の移動体Ｍｘ  、Ｍｘ  、Ｍｙ  、Ｍｙ  を配設してもよい（図８）。最終の移動体Ｍｙ  には、第２の反射ミラー２２が搭載され、それ以外の各移動体Ｍｘ  、Ｍｙ  には、それぞれビームスプリッタ２１ａ、第１の反射ミラー２１が搭載されている。すなわち、第２の反射ミラー２２は、移動体Ｍｙ  上の終端のビームスプリッタ２１ａの後方に配設されており、第２の反射ミラー２２に入射するレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の光路に沿って図８の矢印Ｙ方向に移動する最終の移動体Ｍｙ  に搭載されている。また、各第１の反射ミラー２１は、対応するビームスプリッタ２１ａとともに、そのビームスプリッタ２１ａに入射するレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  に沿って同図の矢印Ｘ方向に移動する移動体Ｍｘ  、または同図の矢印Ｙ方向に移動する移動体Ｍｙ  に搭載されている。
【００２７】
各第１の反射ミラー２１、第２の反射ミラー２２は、それぞれに入射するレーザ光Ｌ１  、Ｌ２  と平行な反射光を真直度干渉計１２に個別に到達させ（図９）、干渉光Ｌ３  、Ｌ３  …として対応する受光器１７、１７…に個別に入射させることができる。そこで、演算器１５は、各受光器１７の出力を個別に入力することにより、各移動体Ｍｘ  、Ｍｙ  の移動方向の真直度を一挙に検証し、評価することができる。
【００２８】
なお、図８において、第１の反射ミラー２１、２１…、第２の反射ミラー２２は、全体として、反射器１３を介して前方側、後方側の２群に分割されている。そこで、反射器１３の前方側のビームスプリッタ２１ａと第１の反射ミラー２１の数、すなわちＸ軸上の移動体Ｍｘ  の数と、反射器１３の後方側のビームスプリッタ２１ａと第１の反射ミラー２１、第２の反射ミラー２２の数、すなわちＹ軸上の移動体Ｍｙ  の数とは、それぞれ１以上の任意の数を取ることができる。
【００２９】
また、図１、図８において、反射器１３は、レーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の光路を直角以外の任意の角度に屈曲させてもよい。このとき、反射器１３の後方側の各移動体Ｍｙ  の移動方向は、前方側の各移動体Ｍｘ  の移動方向に対し、反射器１３による光路の屈曲角度相当の相対角度方向になっているものとする。
【００３０】
さらに、図１、図８において、反射器１３は、これを省略してもよい。レーザ光Ｌ１  、Ｌ２  の光路に沿ってＸ軸上を移動する少なくとも２個の移動体Ｍｘ  を対象とすることができる。ただし、このときのビームスプリッタ２１ａと、それに組み合わせる第１の反射ミラー２１の数は、それぞれ１または２以上とし、終端のビームスプリッタ２１ａの後方に第２の反射ミラー２２を設けるものとする。
【００３１】
なお、この発明は、２以上の移動体Ｍｘ  、Ｍｙ  の各移動方向の真直度、各移動方向の相対的な直角度などをリアルタイムに検出することができるから、それらを補正する適切な駆動系と組み合わせることにより、極めて高い精度の位置制御系を構築することが可能である。また、この発明は、移動体Ｍｘ  、Ｍｙ  の相対位置を高精度に検出するセンサとしても利用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、真直度干渉計と、移動体に搭載するビームスプリッタ、第１の反射ミラーと、終端のビームスプリッタの後方の移動体に搭載する第２の反射ミラーとを備えることによって、真直度干渉計は、第１、第２の反射ミラーから個別に到達する反射光から各移動体の移動方向の真直度を示す干渉光を作ることができるから、複数の移動体の移動方向の真直度を同時に一挙に検証することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】全体構成説明図（１）
【図２】全体構成説明図（２）
【図３】要部斜視説明図
【図４】要部動作説明図（１）
【図５】要部動作説明図（２）
【図６】使用状態説明図（１）
【図７】使用状態説明図（２）
【図８】他の実施の形態を示す図１相当図
【図９】他の実施の形態を示す図２相当図
【符号の説明】
Ｍｘ  、Ｍｙ  …移動体
Ｌ、Ｌ１  、Ｌ２  …レーザ光
１１…レーザ発振器
１２…真直度干渉計
１３…反射器
２１…第１の反射ミラー
２１ａ…ビームスプリッタ
２２…第２の反射ミラー
【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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