(57)【要約】【課題】移動体の移動量と、移動体の移動方向と直交する方向におけるずれ量との測定にかかる測定時間を短くすることができるとともに、測定にかかるコストを低減できる追尾式レーザ干渉計を提供する。【解決手段】追尾式レーザ干渉計１は、レトロリフレクタＲで反射される測定光Ｌ２２を用いて移動体Ｍまでの距離を測定する測長部２１と、レトロリフレクタＲで反射された測定光Ｌ２１を受光する検出器２２２を備える追尾用光学部２２とを有する本体２と、検出器２２２からの受光信号に基づいて本体２の姿勢を制御し、本体２にレトロリフレクタＲを追尾させる制御手段３とを備え、制御手段３は、本体２にレトロリフレクタＲを追尾させることを停止させた状態で、レトロリフレクタＲで反射された測定光Ｌ２１の検出器２２２における受光位置Ｑ２に基づいて、移動体Ｍの移動方向に対して直交する方向における移動体Ｍのずれ量を測定するずれ量測定部３２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光が分割された光であって、移動体に取り付けられた再帰反射体で反射される測定光を用いて前記移動体までの距離を測定する測長部と、前記再帰反射体で反射された測定光を受光する検出器を備える追尾用光学部とを有する本体と、前記検出器からの受光信号に基づいて前記本体の姿勢を制御し、前記本体に前記再帰反射体を追尾させる制御手段とを備える追尾式レーザ干渉計であって、前記制御手段は、前記本体に前記再帰反射体を追尾させることを停止させた状態で、前記再帰反射体で反射された測定光の前記検出器における受光位置に基づいて、前記移動体の移動方向に対して直交する方向における前記移動体のずれ量を測定するずれ量測定部を備えることを特徴とする追尾式レーザ干渉計。
【請求項２】
請求項１に記載の追尾式レーザ干渉計において、
前記再帰反射体で反射された測定光を通して前記検出器に入射させるレンズが設けられていることを特徴とする追尾式レーザ干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は追尾式レーザ干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、三次元測定機などの産業機械に設けられて直線移動する移動体の移動方向における距離を測定し、その測定された距離から移動体の移動量を測定するレーザ干渉計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、変位計などを用いて、移動体の移動方向と直交する方向におけるずれ量（真直度）が測定されている。
【０００３】
また、従来、移動体に取り付けられた再帰反射体で反射される測定光を用いて移動体までの距離を測定する測長部と、再帰反射体で反射された測定光を受光する追尾用光学部とを有する本体と、本体の姿勢を制御する制御手段とを備え、制御手段によって本体に再帰反射体を追尾させる追尾式レーザ干渉計が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６９４９８６号公報
【特許文献２】特開２００７−５７５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来は、移動体の移動量と、移動体の移動方向と直交する方向におけるずれ量とは、前述のレーザ干渉計や変位計などといった別の測定装置を用いて別個に測定されていたため、測定装置の入換え作業や調整作業などが必要となり、測定時間が長くなる。また、複数の測定装置を用いるため、測定にコストもかかる。
【０００６】
本発明の目的は、移動体の移動量と、移動体の移動方向と直交する方向におけるずれ量との測定にかかる測定時間を短くすることができるとともに、測定にかかるコストを低減できる追尾式レーザ干渉計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の追尾式レーザ干渉計は、光源からの光が分割された光であって、移動体に取り付けられた再帰反射体で反射される測定光を用いて前記移動体までの距離を測定する測長部と、前記再帰反射体で反射された測定光を受光する検出器を備える追尾用光学部とを有する本体と、前記検出器からの受光信号に基づいて前記本体の姿勢を制御し、前記本体に前記再帰反射体を追尾させる制御手段とを備える追尾式レーザ干渉計であって、前記制御手段は、前記本体に前記再帰反射体を追尾させることを停止させた状態で、前記再帰反射体で反射された測定光の前記検出器における受光位置に基づいて、前記移動体の移動方向に対して直交する方向における前記移動体のずれ量を測定するずれ量測定部を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、本体に再帰反射体を追尾させることを停止させた状態では、移動体のずれは、再帰反射体で反射された測定光の検出器における受光位置のずれとなるので、再帰反射体で反射される測定光を用いて、移動体までの距離に基づく移動体の移動方向の移動量に加えて、ずれ量測定部で移動体のずれ量が測定される。単独の追尾式レーザ干渉計によって、移動体の移動方向の移動量が測定され、かつ移動体のずれ量も測定されるため、移動体の移動量を測定するためと移動体のずれ量を測定するために別々の測定装置などを用いて別々の測定を行うことが不要となる。また、測定装置などの入換え作業や調整作業なども不要となり、測定時間を短くすることができ、測定にかかるコストも低減できる。
また、従来のレーザ干渉計では、測定対象物には、複数の再帰反射体とこれら複数の再帰反射体を保持するための保持部材が装着されているため、複数の再帰反射体と保持部材との重さにより、測定対象物の本来の特性が変化し、適切な測定が困難であった。しかし、本願の上記構成では、再帰反射体が単一であるため、測定対象物の本来の特性は変化せず、適切な測定が可能となる。
また、従来のレーザ干渉計では、複数の再帰反射体が設けられているため、測定対象物に複数のレーザ光が出射され、個々のレーザ光に対して光軸調整が必要となり、測定時間がかかって測定作業の効率も上がらず、調整作業には熟練度も必要となる。そして、調整作業に時間がかかると、測定時に、調整作業する人が熱源となって温度の影響を受ける可能性もでてきてしまう。しかし、本願の上記構成では、単一の再帰反射体に単一のレーザ光が入射し、単一の再帰反射体で単一のレーザ光が反射するので、単一のレーザ光に対してのみ光軸調整すればよく、光軸調整が容易となり、測定時間を短くすることができ、適切な測定も可能となる。
また、従来のレーザ干渉計では、１つの光源からの光を複数のレーザ光に分けているため、複数のレーザ光に分けるためのプリズムやレンズ等の光学部品を多数使用する必要があり、測定装置の製造コストが高くなる。しかし、本願の上記構成では、１つの光源からの光は単一のレーザ光に分けられるので、必要な光学部品を少なくでき、測定装置の製造コストを低減できる。
【０００９】
本発明の追尾式レーザ干渉計において、前記再帰反射体で反射された測定光を通して前記検出器に入射させるレンズが設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、レンズが設けられていない場合には、移動体の実際のずれ量の２倍の距離が検出器を介してずれ量測定部で測定されるが、レンズが設けられているため、例えば、レンズから、レンズの焦点距離よりも大きい距離だけ離れた位置に検出器を配置すると、移動体の実際のずれ量の２倍の距離よりも大きな距離を検出器を介してずれ量測定部で測定できるため、検出器の分解能を上げて測定精度を高めることができる。また、例えば、レンズから、レンズの焦点距離よりも小さい距離だけ離れた位置に検出器を配置すると、移動体の実際のずれ量の２倍の距離よりも小さな距離を検出器を介してずれ量測定部で測定でき、検出器を介して測定する距離の測定可能な範囲が広がるため、移動体のずれ量を広範囲に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の構成を示す図。
【図２】本発明の第１実施形態の変形例に係る追尾式レーザ干渉計の構成を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、各実施形態において、同一の構成部分には同じ符号を付すとともに、それらの説明を省略または簡略化する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１に示す追尾式レーザ干渉計１（以下、干渉計１とする。）はマイケルソン型の干渉計であり、本体２と、本体２の姿勢を制御する制御手段３とを備え、本体２は、制御手段３によって、図示しない三次元測定機などの産業機械に設けられた移動体Ｍに取り付けられた再帰反射体としてのレトロリフレクタＲを追尾するように制御される。
光源としてのレーザ光源２１１からのレーザ光Ｌ１が分割された測定光Ｌ２はレトロリフレクタＲに向けて出射され、レトロリフレクタＲに入射されて反射される。移動体Ｍは測定光Ｌ２の光軸方向と平行な方向（図１中左右方向）に移動する。レトロリフレクタＲで反射された測定光Ｌ２と、レーザ光Ｌ１が分割された参照光Ｌ３との干渉光に基づいて、レトロリフレクタＲまでの距離が測定され、それによって移動体Ｍの移動方向における移動体Ｍまでの距離が測定される。移動体Ｍとしては、例えば測定対象物を測定するためのプローブが取りつけられた三次元測定機のスライダが挙げられる。
【００１３】
本体２は測長部２１と追尾用光学部２２とを備えている。
測長部２１は、レーザ光源２１１と、ビームスプリッタ２１２と、ミラー２１３と、検出器２１４とを備え、追尾用光学部２２はビームスプリッタ２２１と検出器２２２とを備えている。
レーザ光源２１１から出射されたレーザ光Ｌ１は、図示しないコリメータレンズを通ってビームスプリッタ２１２に入射される。ビームスプリッタ２１２は、光Ｌ１を測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とに分割する。
【００１４】
測定光Ｌ２がレトロリフレクタＲの中心Ｐ０から距離δ／２離れた位置Ｐ１に入射すると、中心Ｐ０に対して位置Ｐ１と点対称な位置Ｐ２で測定光Ｌ２が反射され、位置Ｐ２で反射された測定光Ｌ２は位置Ｐ１に入射してきた測定光Ｌ２と平行となる。よって、位置Ｐ２で反射された測定光Ｌ２の光軸と位置Ｐ１に入射した測定光Ｌ２の光軸とが距離δだけずれる。この場合には、位置Ｐ２で反射された測定光Ｌ２は、ビームスプリッタ２２１に再び入射し、図１に実線で示されるように、一部の測定光Ｌ２１がビームスプリッタ２２１で反射されて、検出器２２２の基準受光位置Ｑ１から距離δ離れた位置Ｑ２で受光される。基準受光位置Ｑ１は、図１に点線で示されるように、移動体ＭおよびレトロリフレクタＲが図１に示す位置よりも図１中上方向の位置にあり、測定光Ｌ２がレトロリフレクタＲの中心Ｐ０に入射してその中心Ｐ０で反射された場合に、その反射された測定光Ｌ２がビームスプリッタ２２１で反射されて検出器２２２で受光される位置である。
レトロリフレクタＲの位置Ｐ２で反射された測定光Ｌ２のうち測定光Ｌ２２は、ビームスプリッタ２２１を透過してビームスプリッタ２１２に入射する。
【００１５】
参照光Ｌ３は、ミラー２１３に向かって進み、ミラー２１３で反射されてビームスプリッタ２１２に入射し、ビームスプリッタ２１２で検出器２１４に向かって反射される。
ビームスプリッタ２１２では、入射してくる測定光Ｌ２２と入射してくる参照光Ｌ３とが合成される。この合成によって光の干渉が起こり、干渉光が生成されて検出器２１４に送られる。
【００１６】
制御手段３は、移動量測定部３１とずれ量測定部３２とを備えている。
移動量測定部３１は、検出器２１４での干渉光の受光量に応じた受光信号を用いて、測定光Ｌ２の光軸方向におけるレトロリフレクタＲまでの距離を測定し、それによって移動体Ｍの移動方向における移動体Ｍまでの距離を測定する。そして、移動量測定部３１は、測定された移動体Ｍまでの距離に基づいて、図１中左右方向における移動体Ｍの移動量を測定する。
【００１７】
ずれ量測定部３２は、検出器２２２での測定光Ｌ２１の受光位置に応じた受光信号に基づいて、測定光Ｌ２１の検出器２２２における受光位置の基準受光位置Ｑ１からの離間距離、すなわち移動体Ｍの移動方向に対して直交する例えば図１中上下方向における移動体Ｍのずれ量を測定する。
例えば、測定光Ｌ２がレトロリフレクタＲの中心Ｐ０に入射するような本体２の姿勢で、移動体ＭおよびレトロリフレクタＲが図１中右方向に移動されているときに、移動体ＭおよびレトロリフレクタＲが移動体Ｍの移動方向と直交する図１中下方向にずれた場合には、測定光Ｌ２のレトロリフレクタＲへの入射位置が中心Ｐ０からずれ、よって、レトロリフレクタＲで反射された測定光Ｌ２１の検出器２２２における受光位置が基準受光位置Ｑ１から離れる。このとき、その離間距離がδであれば、移動体ＭおよびレトロリフレクタＲが図１中下方向に、ずれ量としての距離δ／２だけずれたことがわかる。
なお、本実施形態および第２実施形態において、ずれ量測定部３２で移動体Ｍのずれ量を測定するときには、本体２にレトロリフレクタＲを追尾させる制御は停止される。
【００１８】
以上のような本実施形態の干渉計１では、以下の効果がある。
本実施形態の干渉計１では、本体２にレトロリフレクタＲを追尾させることを停止させた状態では、移動体Ｍのずれは、レトロリフレクタＲで反射された測定光Ｌ２１の検出器２２２における受光位置のずれとなるので、レトロリフレクタＲで反射される測定光Ｌ２を用いて、移動体Ｍまでの距離に基づく移動体Ｍの移動方向の移動量が移動量測定部３１で測定されることに加えて、ずれ量測定部３２で移動体Ｍのずれ量が測定される。単独の干渉計１によって、移動体Ｍの移動方向の移動量が測定され、かつ移動体Ｍのずれ量も測定されるため、移動体Ｍの移動量を測定するためと移動体Ｍのずれ量を測定するために別々の測定装置などを用いて別々の測定を行うことが不要となる。また、測定装置などの入換え作業や調整作業なども不要となり、測定時間を短くすることができ、測定にかかるコストも低減できる。
【００１９】
追尾式レーザ干渉計は、図１に示すマイケルソン型の干渉計１には限定されず、図２に示すようなフィゾー型の追尾式レーザ干渉計１Ａ（以下、干渉計１Ａとする。）であってもよい。
干渉計１Ａでは、測長部２１は、レーザ光源２１１と、ビームスプリッタ２１２と、ハーフミラー２１３Ａと、検出器２１４とを備え、追尾用光学部２２はビームスプリッタ２２１と検出器２２２とを備えている。
【００２０】
レーザ光源２１１から出射されたレーザ光Ｌ１は、図示しないコリメータレンズを通ってビームスプリッタ２１２を透過し、ハーフミラー２１３Ａに入射される。ハーフミラー２１３Ａに入射された光Ｌ１は、ハーフミラー２１３Ａに形成された参照面２１３Ａ１において、参照面２１３Ａ１を透過する測定光Ｌ２と、参照面２１３Ａ１で反射される参照光Ｌ３とに分けられる。
【００２１】
測定光Ｌ２は、ビームスプリッタ２２１を通ってレトロリフレクタＲの位置Ｐ１に入射して位置Ｐ２で反射され、ビームスプリッタ２２１に再度入射する。ビームスプリッタ２２１に入射した測定光Ｌ２のうち測定光Ｌ２１はビームスプリッタ２２１で反射され、検出器２２２の位置Ｑ２で受光される。
ビームスプリッタ２２１に入射した測定光Ｌ２のうち測定光Ｌ２２は、ビームスプリッタ２２１とハーフミラー２１３Ａとを透過してビームスプリッタ２１２に入射し、ビームスプリッタ２１２で検出器２１４に向かって反射される。
【００２２】
参照光Ｌ３は、ビームスプリッタ２１２に入射し、ビームスプリッタ２１２で検出器２１４に向かって反射される。
ビームスプリッタ２１２では、入射してくる測定光Ｌ２２と入射してくる参照光Ｌ３とが合成されて光の干渉が起こり、干渉光が生成されて検出器２１４に送られる。
そして、図１に示す干渉計１と同様に、移動量測定部３１が移動体Ｍの移動量を測定し、ずれ量測定部３２が移動体Ｍのずれ量を測定する。
【００２３】
＜第２実施形態＞
次に、図３に基づき、本発明の第２実施形態について説明する。
図３に示すように、本実施形態の追尾式レーザ干渉計１Ｂ（以下、干渉計１Ｂとする。）では、第１実施形態の干渉計１と異なり、ビームスプリッタ２２１と検出器２２２との間に、レトロリフレクタＲで反射された測定光Ｌ２のうち測定光Ｌ２１を通して検出器２２２に入射させるレンズ２２３が設けられている。他の構成は図１に示す干渉計１の構成と同様である。
【００２４】
本実施形態では、ビームスプリッタ２２１で反射された測定光Ｌ２１はレンズ２２３に入射し、レンズ２２３の焦点ｆを通って検出器２２２の位置Ｑ３で受光される。位置Ｑ３の基準受光位置Ｑ１からの離間距離δ１は距離δのｋ（＝Ｆ２／Ｆ１）倍となる。ｋは拡大率で、Ｆ１はレンズ２２３の焦点距離であり、Ｆ２は焦点ｆから検出器２２２までの距離である。
よって、距離Ｆ２が焦点距離Ｆ１よりも大きいときは拡大率ｋが１より大きくなり、検出器２２２における離間距離δ１が距離δより大きくなって検出器２２２の分解能が上がる。逆に、距離Ｆ２が焦点距離Ｆ１よりも小さいときや、検出器２２２がレンズ２２３と焦点ｆとの間に配置されているときには、検出器２２２における離間距離δ１が距離δより小さくなって距離δの測定可能な範囲が広がる。
【００２５】
このような干渉計１Ｂでは、図１に示す干渉計１や図２に示す干渉計１Ａと同様に、移動量測定部３１が移動体Ｍの移動量を算出する。
ずれ量測定部３２は、検出器２２２からの測定光Ｌ２１の受光信号に基づいて離間距離δ１を測定し、この離間距離δ１と拡大率ｋから距離δを測定して、図１中下方向における移動体Ｍのずれ量δ／２を測定する。
【００２６】
以上のような本実施形態の干渉計１Ｂでは、以下の効果がある。
本実施形態の干渉計１Ｂでは、ビームスプリッタ２２１と検出器２２２との間にレンズ２２３が設けられているため、例えば、焦点距離Ｆ１よりも大きい距離Ｆ２だけレンズ２２３から離れた位置に検出器２２２を配置すると、距離δよりも大きな距離δ１を検出器２２２を介してずれ量測定部３２で測定できるため、検出器２２２の分解能を上げて測定精度を高めることができる。また、例えば、焦点距離Ｆ１よりも小さい距離Ｆ２だけレンズ２２３から離れた位置に検出器２２２を配置すると、距離δよりも小さな距離δ１を検出器２２２を介してずれ量測定部３２で測定でき、検出器２２２を介して測定する距離δの測定可能な範囲が広がるため、移動体のずれ量を広範囲に測定できる。
なお、図２に示す干渉計１Ａにおいても、ビームスプリッタ２２１と検出器２２２との間にレンズ２２３を設けることで、本実施形態のような干渉計を実現できる。
【００２７】
なお、本発明は前述の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、移動体ＭおよびレトロリフレクタＲが図１中右方向に移動しているときに、移動体ＭおよびレトロリフレクタＲが図１中下方向にずれた場合について説明しているが、移動体ＭおよびレトロリフレクタＲが図１中右方向に移動していてその移動方向と直交する図１中上方向にずれた場合や図１中紙面と直交する方向にずれた場合についても、干渉計１，１Ａ，１Ｂによって移動体Ｍのずれ量を測定できる。また、移動体ＭおよびレトロリフレクタＲが図１中左方向に移動している場合にも同様に、移動体Ｍのずれ量を測定できる。
また、前記各実施形態では、再帰反射体としてレトロリフレクタＲについて説明したが、入射してくる測定光Ｌ２をその光軸と平行に反射するものであれば、屈折率２の球面レンズなどであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は追尾式レーザ干渉計に利用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１，１Ａ，１Ｂ…追尾式レーザ干渉計、
２…本体
２１…測長部、
２２…追尾用光学部、
３… 制御手段、
３２…ずれ量測定部、
２１１…レーザ光源（光源）
２２２…検出器、
２２３…レンズ、
Ｌ２，Ｌ２１，Ｌ２２…測定光、
Ｍ…移動体、
Ｑ２…位置
Ｒ…レトロリフレクタ（再帰反射体）
δ…距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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