(57)【要約】【課題】回転体の軸方向の移動量を非接触で高精度に、しかも広測定範囲で測定することのできる変位測定装置を提供すること。【解決手段】回転体Ｗの回転軸延長線上に干渉光学ヘッド２０を配置するると共に、回転体Ｗの中心部にコーナーキューブ３１を取付け、光束干渉を利用して干渉光学ヘッド２０からコーナーキューブ３１までの光路長の変化を求めることにより、回転体Ｗの軸方向変位を計測するように構成した。また、コーナーキューブ３１の質量を、回転体Ｗに載置する載置物の質量と同じにした。【選択図】          図１
2004151044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転軸延長線上に配置された干渉光学ヘッドと、
前記回転体の中心部に取付けられた反射部材と、
前記干渉光学ヘッドからの干渉信号を計数するカウント部と、を備え、
前記干渉光学ヘッドから前記反射部材に光を照射し、該反射部材からの反射光と前記干渉光学ヘッド内の参照光とで干渉光を生成させ、該干渉光による干渉信号を前記カウント部で計数して前記干渉光学ヘッドから前記反射部材までの光路長の変化を求めることにより、前記回転体の軸方向変位を測定することを特徴とする変位測定装置。
【請求項２】
前記反射部材がコーナーキューブであることを特徴とする、請求項１に記載の変位測定装置。
【請求項３】
前記変位測定装置は、回転軸が鉛直線方向に配置された回転体の軸方向浮上量を測定する測定装置であって、
前記反射部材の質量が前記回転体に載置される載置物の質量と同一であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は測定対象物の変位測定装置に関するものであり、特に回転体の軸方向変位を測定する変位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転体の軸方向変位を測定する変位測定装置として、静電容量センサ等を用いて、磁気デスク装置などの駆動機構に用いられるスピンドルモータ等の半径方向及び軸方向の振れを測定する検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１４５６５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この特許文献１に記載された検査装置は、回転体の軸方向の振れを測定するもので、回転体１回転当たりの端面の変位を測定することはできるが、例えば回転体の軸方向浮上量等の回転体全体の軸方向変位を測定することはできない。また、振れの検出に用いられている静電容量センサは、被測定物に極めて近づけて使用する必要があるためワーキングディスタンスが数１０μｍ程度と狭いので、測定子と被測定物が接触する危険性が高いという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、回転体の軸方向の移動量を非接触で高精度に、しかも広測定範囲で測定することのできる変位測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の変位測定装置は、回転体の回転軸延長線上に配置された干渉光学ヘッドと、前記回転体の中心部に取付けられた反射部材と、前記干渉光学ヘッドからの干渉信号を計数するカウント部と、を備え、前記干渉光学ヘッドから前記反射部材に光を照射し、該反射部材からの反射光と前記干渉光学ヘッド内の参照光とで干渉光を生成させ、該干渉光による干渉信号を前記カウント部で計数して前記干渉光学ヘッドから前記反射部材までの光路長の変化を求めることにより、前記回転体の軸方向変位を測定することを特徴としている。
【０００７】
請求項１の発明によれば、回転体の回転軸延長線上に干渉光学ヘッドが配置されると共に、回転体の中心部に反射部材が取付けられ、干渉光学ヘッドから反射部材までの光路長の変化を求めることにより、回転体の軸方向変位を計測しているので、回転体の軸方向の移動量を非接触で高精度に、しかも広測定範囲で測定することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記反射部材がコーナーキューブであることを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明によれば、コーナーキューブを反射部材としているので、反射光は常に入射光と平行に戻るため、回転体の面振れによって反射部材が傾いても測定に影響することがない。
【００１０】
更に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項１の発明において、前記変位測定装置は、回転軸が鉛直線方向に配置された回転体の軸方向浮上量を測定する測定装置であって、前記反射部材の質量が前記回転体に載置される載置物の質量と同一であることを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明によれば、鉛直線方向に回転軸が配置された回転体の軸方向浮上量を測定する測定装置は、回転体に載置される載置物の質量と同一の質量を有する反射部材を用いているので、例えばエアーベアリング等で支持された回転体の、実際の使用に即した浮上量を測定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る回転体の軸方向変位を測定する変位測定装置の好ましい実施の形態について詳説する。尚各図において、同一の部材については同一の番号又は符号を付している。
【００１３】
図１は、本発明に係る変位測定装置の概念を示す構成図である。変位測定装置１０は、図１に示すように、軸受Ｂで支持され、モータＭによって回転される回転体Ｗの回転軸延長線上に設けられた干渉光学ヘッド２０、回転体Ｗの回転中心部に取付けられた反射部材であるコーナーキューブ３１、干渉光学ヘッド２０から発信される干渉信号をカウントするカウント部４１等から構成されている。
【００１４】
干渉光学ヘッド２０は、シングルビームを発光させる光源２１、干渉光を生成させる干渉部２２、干渉光を受光して干渉信号をカウント部４１に発信する受光部２３とからなっている。
【００１５】
また、干渉部２２は、偏光ビームスプリッタ２２Ａ、及びコーナーキューブ２２Ｂとからなっている。
【００１６】
光源２１としては、波長６００ｎｍのレーザーダイオード又は波長６３３ｎｍのＨｅーＮｅレーザが用いられているが、これに限らず、シングルビームを出射する種々の発光源を用いることができる。また、受光部２３にはフォトダイオードが用いられているが、受光部２３もこれに限らず、太陽電池等の受光手段を用いてもよい。
【００１７】
反射部材としてのコーナーキューブ２２Ｂ、及び３１は、コーナーキューブプリズムが用いられているが、反射光が常に入射光と平行に戻ってくるものであればよいので、コーナーキューブミラーであってもよい。
【００１８】
次に、このように構成された回転体Ｗの軸方向移動量を測定する変位測定装置１０の作用について説明する。光源２１から放射されたレーザービームは、偏光ビームスプリッタ２２Ａで透過光と反射光とに分けられる。透過光は、回転体Ｗの回転中心に取付けられたコーナーキューブ３１で反射され、物体光として再び偏光ビームスプリッタ２２Ａに入射し、偏光面を透過する。
【００１９】
一方、最初に偏光ビームスプリッタ２２Ａで反射されたレーザービームは、コーナーキューブ２２Ｂによって反射され、参照光として再び偏光ビームスプリッタ２２Ａに入射し、偏光面にて受光部２３の方向に反射される。
【００２０】
ここで物体光及び参照光の両者のビームは干渉をおこし、コーナーキューブ３１の移動量に応じて干渉縞が変化する。この場合、参照光と物体光の１往復の光路差がレーザービームの波長になるごとに、明暗の干渉を１周期繰り返す。このため、明と暗の干渉縞を受光部２３で検出し、これをカウント部４１でカウントする。これにより、コーナーキューブ３１の移動量即ち回転体Ｗの軸方向の変位をレーザー光の１／４波長単位で測定することができる。
【００２１】
たとえば、波長６００ｎｍのレーザー光を用いた場合、６００ｎｍを４で除した値１５０ｎｍ、即ち０．１５μｍの分解能で測定することができる。さらに、一般的なレーザー干渉計では、光学的、又は電気的な分割手段を用いて、０．０１μｍの分解能で測定することができる。
【００２２】
また、回転体Ｗが面振れを起こすような場合、反射部材が傾くので反射部材が平面鏡の場合は反射光が受光部２３に届かず、測定不能になることがあるが、反射部材としてコーナーキューブ３１を用いているので、反射光はコーナーキューブ３１の傾きに係らず常に入射光と平行に戻るので、回転体Ｗの面振れがあっても測定不能になることがない。
【００２３】
また、光束干渉を利用しているのでワークディスタンスはいくらでも多くとれ、広範囲の測定を非接触で高精度で行うことができる。
【００２４】
図２は、鉛直方向の回転軸を有する回転体Ｗの回転軸方向の移動量を測定する場合を表わす側面図である。回転体Ｗは、エアーベアリング等の流体軸受Ｅで支持され、モータＭで回転される。回転体Ｗは、流体軸受Ｅによってラジアル方向だけでなくスラスト方向も支持されているので、流体軸受Ｅに流体を供給することにより軸方向に浮上する。このときの浮上量が規定の値になっているか否かを正確に測定する必要が生じる場合がある。
【００２５】
図２に示す構成では、流体軸受Ｅで支持された回転体Ｗの回転中心部にコーナーキューブ３１が取付けられている。また、鉛直方向の回転軸の延長線上には干渉光学ヘッド２０がセットされている。
【００２６】
光源２１から放出された光は干渉部２２を経由してコーナーキューブ３１に入射し、コーナーキューブ３１で入射光と平行に反射する。この反射光が干渉部２２内で参照光と干渉し、この干渉光が受光部２３で検出される。この干渉光の明暗をカウントすることによって回転体Ｗの回転軸方向の浮上量が得られる。
【００２７】
また、回転体Ｗの回転中心部に取付けられるコーナーキューブ３１の質量が、実際の使用時に回転体Ｗに載置される載置物の質量と同一になっている。このため、回転体Ｗの実際の使用時と同じ状態での回転体Ｗの回転軸方向浮上量を正確に測定することができる。
【００２８】
更に、回転体Ｗに取付ける反射部材としてコーナーキューブ３１を用いているので、回転体Ｗの面振れによって反射部材が傾いても測定に影響しない。
【００２９】
以上説明した実施の形態では、光源２１及び受光部２３を干渉光学ヘッド２０内に組込み、回転体Ｗの回転軸延長線上に配置したが、光源２１と干渉部２２との間、及び干渉部２２と受光部２３との間を光ファイバで接続し、干渉部２２のみを回転体Ｗの回転軸延長線上に配置してもよい。これにより、干渉部２２を小型化することができ、狭い場所においても容易に測定を行うことができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の回転体の軸方向変位を測定する変位測定装置によれば、干渉光学系を用いた光束干渉を利用して回転体の軸方向変位を計測しているので、回転体の軸方向の移動量を非接触で高精度に、しかも広測定範囲で測定することができる。
【００３１】
また、回転体に取付ける反射部材にコーナーキューブを用いているので、反射光は常に入射光と平行に戻るため、回転体の面振れによって反射部材が傾いても測定に影響を与えることがない。
【００３２】
更に、鉛直線方向に回転軸が配置された回転体の軸方向浮上量を測定する場合、回転体に取付ける反射部材の質量を回転体に載置される載置物の質量と同一にしているので、例えばエアーベアリング等で支持された回転体の、実際の使用に即した浮上量を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転体の軸方向変位を測定する変位測定装置を表わす構成図
【図２】鉛直方向の回転軸を有する回転体の軸方向浮上量を測定する場合を表わす側面図
【符号の説明】
１０…変位測定装置、２０…干渉光学ヘッド、２１…光源、２２…干渉部、２２Ａ…偏光ビームスプリッタ、２２Ｂ、３１…コーナーキューブ（反射部材）、２３…受光部、４１…カウント部、Ｗ…回転体
【図１】
2004151044.tif 000003
【図２】
2004151044.tif 000004