JPH02297010A

JPH02297010A - 測長装置

Info

Publication number: JPH02297010A
Application number: JP1119556A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Shiratori; 白鳥　和男
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1989-05-12
Publication date: 1990-12-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ＮＣ工作機械、マシニングセンター等の工作
機械をはじめ電子線描画装置等の寸法情報が必要な機器
全般に利用可能な測長装置に関する。

（従来の技術）従来から、工作機械における被加工物の長さ測定をはじ
めとして寸法情報が必要とされる種々の分野で測長装置
が使用されている。

測定に際して種々の測定誤差が伴うため、高精度な測定
を行うためには、かかる誤差を除去する必要がある。ア
ツベ（Ａｂｂｅ）の原理に反する測定によって生じる誤
差もその一つであり、幾何学的誤差の原因となる。

第６図、第７図を用いてアツベの原理を説明する。

第６図において、６０１は被測定物、６０２は標準尺で
あり、これらは同一直線上に配設されている。

６０３．６０４は相対距離を一定値Ｅに保って移動する
移動部である。本図の例では、移動部６０３は被測定物
の測定点に当接するプローブとしての機能を、移動部６
０４は標準尺６０２の目盛り読取り器としての機能を備
えている。移動部６０３．６０４を結ぶ直線は、被測定
物６０１を載置するテーブルの傾斜等の原因で、被測定
物６０１、標準尺６０２を結ぶ直線に対して微小角度ｅ
だけ傾斜しているものとする。

この場合、本来の測定は破線で示す移動部６０５により
なされるべきであるが、テーブルの傾斜等の原因で実際
には移動部６０４により測定されることになる。従って
、測定値Ｌ２には真の長さＬｌに対してΔＬの測定誤差
が生じる。

ここで、ΔＬ　＝　Ｅ（１−ｃｏｓθ）＝Ｅｅ２と表さ
れる。ｅは微小角度であるから、ΔＬは極めて小さな値
となり無視できる。よって、前記アツベの原理に基づく
測定には測定値に影響を及ぼすような誤差は発生しない
。

一方、アツベの原理に反した測定を行うと無視できない
誤差が発生する。これを第７図により説明する。

第７図において、被測定物６０１と標準尺６０２は間隔
Ａで平行に配設されている。６０３，６０４は相対距離
を一定値に保ちながら被測定物６０１および標準尺６０
２に沿って移動する移動部である。本図の例では、移動
部６０３は被測定物の測定点に当接するプローブとして
の機能を、移動部６０４は目盛り読取り器としての機能
を備えている。移動部６０３．６０４を結ぶ直線は本来
、標準尺６０２と垂直になるべきであるが、被測定物６
０１を載置するテーブルの傾斜等の原因で、被測定物６
０１、標準尺６０２を結ぶ直線に対して微小角度０だけ
傾斜しているものとする。

この場合、本来の測定は破線で示す移動部６０５により
なされるべきであるが、実際には移動部６０４により測
定されることになる。従って、測定値Ｌ２には真の長さ
Ｌｌに対してΔＬの測定誤差が生じる。ここで、ΔＬ、
、ＡＯと表され、無視できない測定誤差となる。

従って、測定誤差を軽減するためには、第７図のような
配置ではなく、アツベの原理に従う第６図の幾何学的配
置が必要となる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、第６図のように被測定物６０１と標準尺
６０２を直線上に配置すると、これらを設置するテーブ
ルが大きくなり、寸法の長い被測定物６０１を測定する
場合には測定設備が極めて大がかりになるという問題が
あった。

また、被測定物６０１の測定点と標準尺６０２の対応す
る測定点とが大きく離れていると、周囲温度が均一でな
い場合、温度変動によりこれらの間隔が場所により異な
り、測定誤差が発生するという問題もあった。

これらの測定誤差を除去するために、測定値に所定の補
正係数を掛けることにより誤差を除去するようにした測
長装置があるが、長期的変動、被測定物の重量変化によ
るテーブルの傾きの変動等については変動値が一定でな
い等のため対応困難という問題があったわ本発明は前記問題点に鑑みなされたもので、アツベの原
理に反する幾何学的配置を採るとともに、これによる測
定誤差の影響を除去した測長装置を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段）本発明の測長装置は、測定軸線と平行な第１、第２軸線
上を移動する移動部と、前記第１、第２軸線上の前記移
動部の移動量を検出する検出部と、前記検出部の出力信
号を前記測定軸線、第１軸線および第２軸線間の距離に
基づき前記測定軸線上での前記検出部の移動量を算出す
る演算部とを備えている。

（作用）第１、第２軸線上における移動部の移動量に対応する検
出部の出力信号を測定軸、第１、第２軸線間の距離で演
算処理することにより前記測定軸上での前記検出部の移
動量を算出する。

（実施例）第５図は本発明の原理を示す図である。

第５図において、被測定物５０１は測定軸線と平行に配
置され、第１標準尺５０２、第２標準尺５０３は各々測
定軸線に対して平行に配置されている。被測定物５０１
と第１標準尺５０２は距離Ａ、第１標準尺５０２と第２
標準尺５０３は距離Ｂをおいて配置されている。

また、移動部５０４．５０５．５０６は直線上に配置さ
れ、この直線関係を保ちながら測定軸方向に移動する。

移動部５０４はプローブとしての機能を、移動部５０５
．５０６は目盛り読取り器としての機能を有する。移動
部５０４は、測定軸線上を移動する。理想状態では移動
部５０４．５０５．５０６を結ぶ直線は測定軸線に対し
て垂直であるため移動部５０５．５０６は破線５０７．
５０８の位置にあるが、実際にはテーブルの傾斜等の影
響で微小角度０だけ傾斜した位置にある。

この状態で、移動部５０５．５０６によって測定された
長さが各々、Ｌ２、Ｌａであったとすると、被測定物５
０１の真の長さＬｌについては、Ｌ１＝Ｌ２＋ΔＬ２　　　　　　　　　　　　（１）な
る関係が成立する。ここで、 ΔＬ２＝Ａ−ｓｉｎθ ＝Ａ・（Ｌ２−　Ｌａ）／Ｂ　　　　　　　　　　（２
）と表せる。

したがって、真の長さＬｌは式（１）、（２）がら、Ｌ
ｌ　＝　Ｌ２　＋　Ａ・（Ｌ２　　Ｌａ）／Ｂ＝（１＋
ん［Ｆ］）・Ｌ２−　Ａ−Ｌａ７Ｂ　　　　　　　（３
）として求められる。

また、式（３）において、Ａ＝Ｈに設定しておけば、Ｌｌ　＝　２Ｌ２−　Ｌａ　　　　　　　　　　　　　
（４）となり、後述するレーザ干渉測長装置の場合には
特別な計算無しに測定できる。

第１図は、本発明の第１の実施例を示す図である。

第１図において、１０１．１０２．１０３はコーナーキ
ューブであり、コーナーキューブ１０２．１０３は移動
部１０４内に一定距離Ａをおいて配置されている。

コーナーキューブ１０３は被測定物が配置される測定軸
線から距離Ａ離れている。コーナーキューブ１０２．１
０３は測定軸線と平行に移動する移動部として働く。１
０５は偏光ビームスプリッタであり、相互に９０度偏光
した入射光の一方を透過し、他方を反射する。１０６は
、その入射光を４５度偏光し出力する４分の１波長板で
ある。また、１０７は平面鏡である。

以下、第１図に示した装置の動作を説明する。

尚、図では、説明の便宜のため実線と破線を用いてあた
かも２つの光源から出力されているかのように描いてい
るが、実際には単一の光源から出力され、実線と破線は
一部重なるものである。

レーザ光源（図示せず）からのレーザ光は偏光ビームス
プリッタ１０５に入射する。入射光のうち一方の偏光成
分光は実線で示す様に、測定系光として偏光ビームスプ
リッタ１０５を通過し、４分の１波長板１０６によって
４５度偏光される。この偏光された光はコーナーキュー
ブ１０３によって反射された後、再び４分の１波長板１
０６によって４５度偏光され、偏光ビームスプリッタ１
０５に入射する。偏光ビームスプリッタ１０５に入射し
た光は、４分の１波長板１０６によって計９０度偏光さ
れていることになるので、反射され、コーナーキューブ
１０１に入射する。コーナーキューブ１０１によって反
射された光は、偏光ビームスプリッタ１０５で反射され
た後、再び４分の１波長板１０６による４５度の偏光、
コーナーキューブ１０３による反射、４分の１波長板１
０６による４５度の偏光を経て偏光ビームスプリッタ１
０５に入射する。こ°のとき、レーザ光源からの入射光
は４分の１波長板１０６を計４回通過するため、１８０
度偏光されていることになり、偏光ビームスプリッタ１
０５を通過する。この光は出力光として光検出器（図示
せず）によって検出される。

一方、レーザー光源から偏光ビームスプリッタ１０５へ
の入射光のうち他方の偏光成分光は、参照系光として破
線で示すように反射され、平面鏡１０７、コーナーキュ
ーブ１０２によって反射された後、再び平面鏡１０７に
よって反射される。平面鏡１０７によって反射された光
は、偏光ビームスプリッタ１０５によって反射され、光
検出器により検出される。

以上のようにして検出器により検出された測定系光およ
び参照系光の到達時間差を利用して測定系光および参照
系光の光路長を求め、式（３）に基づき演算部で演算処
理すればＬｌが得られる。

本実施例の場合、Ａ＝Ｂでありまた、測定系光は２往復
し、参照系光は１往復するので、特別な演算処理をする
ことなく式（４）から真の測定値Ｌｌ（＝　２Ｌ２−　
Ｌａ）が得られる。

第２図は、本発明の第２の実施例である。第１図と同一
部分には同一符号を付している。第１図と異なる点は、
コーナーキューブ２０１と平面鏡２０２とが設けられて
いる点である。これらを設けることにより、偏光ビーム
スプリッタ１０５とコーナーキューブ１０２との間の光
路および偏光ビームスプリッタ１０５とコーナーキュー
ブ１０３との間の光路が第１図に比べて２倍となり、測
定分解能を向上させることが可能となる。測定値は、第
１図の場合と同様にして得られる。

第３図は、本発明の第３の実施例である。第１図、第２
図と同一部分には同一符号を付している。第１図、第２
図と異なる点は、コーナーキューブ３０１、偏光ビーム
スプリッタ３０２．４分の１波長板３０３を設けるとと
もに移動部としての平面鏡３０４を設けている点である
。

実線で示す測定光は、偏光ビームスプリッタ１０５．４
分の１波長板１０６、平面鏡３０４、偏光ビームスプリ
ッタ１０５、コーナーキューブ１０１．４分の１波長板
１０６、平面鏡３０４．４分の１波長板１０６、偏光ビ
ームスプリッタ１０５、平面鏡２０２、コーナーキュー
ブ２０１、偏光ビームスプリッタ１０５．４分の１波長
板１０６、平面鏡３０４．４分の１波長板１０６、偏光
ビームスプリッタ１０５、コーナーキューブ１０１、偏
光ビームスプリッタ１０５．４分の１波長板１０６、平
面鏡３０４．４分の１波長板１０６、偏光ビームスプリ
ッタ１０５の順で通過または反射し出力される。

一方、破線で示す参照光は、偏光ビームスプリッタ１０
５、偏光ビームスプリッタ３０２．４分の１波長板３０
３、平面鏡３０４．４分の１波長板３０３、偏光ビーム
スプリッタ３０２、コーナーキューブ３０１、偏光ビー
ムスプリッタ３０２．４分の１波長板３０３、平面鏡３
０４．４分の１波長板３０３、偏光ビームスプリッタ３
０２１、偏光ビームスプリッタ１０５の順で通過または
反射し出力される。

したがって、光路長を長くでき、測定分解能を向上でき
る。尚、測定値は第１図の場合と同様にして求められる
。

以上の説明はレーザ干渉測長装置の例を説明したが、モ
アレ縞を利用した光学式測長装置や磁気方式測長装置等
の周知のデジタルスケールを使用しても同様に適用でき
る。

第４図は、デジタルスケールを使用した測定装置の概略
図である。

第４図において、測定装置本体４０１の上部には２方向
に移動可能な可動部４０３が設けられている。

可動部４０３の先端にはプローブ４０２が設けられまた
、その基部には検出器４０５が設けられている。

検出器４０５は、測定装置本体４０１に設けられた主ス
ケール４０４とともに、プローブ４０２の２軸方向の移
動量を測定する測長器を構成している。

一方、測定装置本体４０１の台部には、Ｘ方向に移動可
能なテーブル４０６、テーブル４０６に連結されＸ方向
に移動可能な移動部４０８およびスケール４０７．４０
９が設けられている。スケール４０７と４０９との間の
距離は所定値（前述のＢ）に設定されている。

以上のように構成された測定装置を用いて測定を行う場
合、まずテーブル４０６上に被測定物（図示せず）を載
置し、プローブ４０２が被加工物に当接するまで可動部
４０３を下方に移動させ、プローブ４０２とスケール４
０７どの距離Ａを測定する。次に、テーブル４０６をＸ
方向に移動させ、プローブ４０２を被測定物の所望の測
定点に当接させる。プローブ４０２がテーブル４０６に
対して相対的に移動する線が測定軸線となる。このとき
、移動部４０８はテーブル４０６と一体となって移動し
、その移動距離Ｌ２、Ｌ３が測定される。

以上の測定値および既知の値に基づき、前記式（３）ま
たは式（４）から被測定物の長さが求められる。

また、レーザ干渉測長装置を使用する場合には、移動部
４０８およびスケール４０７．４０９を第１図乃至第３
図に示した測長装置で置き換えればよい。

このとき、測定光路系と参照光路系との間の距離が前記
距離Ｂに相当する。

（効果）第１、第２軸線上における移動部の移動量に対応する検
出部の出力信号を測定軸、第１、第２軸線間の距離で演
算処理することにより前記測定軸上での前記検出部の移
動量を算出するようにしているので、アラへの原理に反
する場合の測定誤差が発生せず、高精度な測定が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は各々本発明の第１乃至第３実施例、
第４図は本発明を利用した測定装置の概略図、第５図は
本発明の原理図、第６図、第７図はアツベの原理の説明
図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）測定軸線と平行な第１、第２軸線上を移動する移
動部と、前記第１、第２軸線上の前記移動部の移動量を検出する
検出部と、前記測定軸線、第１軸線および第２軸線間の距離に基づ
き前記検出部の出力信号を演算処理し、前記測定軸線上
での前記移動部の移動量を算出する演算部とを備えてな
る測長装置。
（２）前記第１軸線および第２軸線間の距離を測定する
測長器を備えたことを特徴とする請求項１記載の測長装
置。