JPH0726811B2 - 光学式精密測長法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエンジン部品，タービンローター等の寸法測定
に適用される光学式精密測長法に関する。

〔従来の技術〕

機械部品の高精度加工を必要とする分野では、精密測長
つまりサブミクロンオーダーの測長が要求されており、
その方法としては二波長干渉レーザー測長法が知られて
いる。

その基本構成は、第６図系統図に示すように、二波長レ
ーザー光源1,スキャニング反射鏡2,半透明鏡3,センター
ミラー4,全反射鏡5,基準ワーク6,被測定物7,光強度検出
器8,信号処理部９から成っており、二波長レーザー光源
１の干渉によって第７図に示すように干渉信号を生成さ
せ、信号処理部９で基準ワーク６及び被測定物７の２点
からの反射光の位相差から光路差を求めるのである。

ところが被測定物７の面は完全なフラット面ではなく粗
さを持っており、第８図に示すように、表面粗さの形状
に対して光の反射位置が明確でないために表面粗さの山
部あるいは谷部で反射した場合、山部と谷部との寸法差
が常に誤差となって測長されるから、従来、前もって接
触式表面粗さ計で粗さを測定して補正を行っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような手段では、下記のような欠点
がある。

（１） 表面粗さに対して、光の反射位置が不明であ
る。

（２） 表面粗さと光の反射光量との関係が定量的に把
握されていない。

（３） 前もって接触式表面粗さ計で測定しているので
時間がかゝる。

（４） 粗さピッチの小さいものは接触式では正確な値
がわからない。

本発明はこのような事情に鑑みて提案されたもので、非
接触的に高精度で被測定物を精密測長することのできる
光学式精密測定法を提案することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明は、二波長レーザー光源を使用して基
準ワーク，被測定物よりの反射光をそれぞれ第１の光強
度検出器，第２の光強度検出器を介して検出し、上記両
反射光の位相差に基づいて上記被測定物を精密測長する
方法において、上記被測定物の反射光を検出する光強度
検出器の出力に基づいて関数発生器を介して表面粗さを
求め、上記位相差により求めた測長値と上記関数発生器
を介して求めた上記被測定物の表面粗さとの差を求めて
表面粗さを補正することにより上記被測定物の真の測長
値を求めることを特徴とする。

〔作 用〕

このような構成により、位相差により基準ワークと被測
定物との光での測長値の差（前者）が検出され、一方、
光強度検出器８−２の出力に基づいて関数発生器9a−２
を介して補正量（後者）が出力され、両者を減算するこ
とにより、真の測長値が求められるのである。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面について説明すると、第１図は
その全体系統図、第２図は第１図における被測定物の反
射面の部分拡大図、第３図は被測定物反射面におけるビ
ーム径及び反射光の関係を示す説明図、第４図は第３図
における表面粗さと反射光量との関係を示す線図、第５
図は表面粗さと反射光量との関係を示す線図である。

まず、第１図において、第６図と同一の記号はそれぞれ
第６図と同一の部材，機器を示し、本装置が第６図と異
なるところは、第６図の信号処理部９の代わりに位相検
出器9a−1,関数発生器9a−２及び減算器9a−３よりなる
信号処理部9aを設けたことである。

このような装置において、被測定物７からの干渉信号を
光強度検出器８−２で検出し、信号処理9a内の関数発生
器9a−２と位相検出器9a−１に入力する。

位相検出器9a−１では光強度検出器８−１の出力との位
相差が検出され、この位相差と関数発生器9a−２で求め
た出力（粗さ）とが減算器9a−３で減算されて、真の測
長値が求められる。

その理由は下記の通りである。すなわち、第２図におい
て、レーザービーム径は被測定物の表面の粗さピッチよ
りも大であるから、第３図に示すように、その反射光は
表面の山による反射光ａと谷による反射光ｂとのベクト
ル和ｃ＝ａ＋ｂとなり、従来は、第２図に示すように、
ｃの平均値すなわち同図で「光での測長値」を求め、こ
れに基づいて被測定物の測長を行っていたので、「真の
測長値」との間には1/2×表面粗さの差が発生した。

このことは、第４図に示すように、三角波状標準粗さを
有する基準ワークにその表面粗さピッチよりも小さいビ
ーム径を有するレーザー光を投射すると、その反射光は
表面粗さの山による反射光と谷による反射光のみである
ことから判明するのである。

一方、表面粗さと反射光量との間には、統計的に第５図
に示すように表面粗さが反射光量に反比例する関係が認
められる。

そこで、本発明では、第２図に示すように、「光での測
長値」から「補正値＝1/2表面粗さ」を減ずることによ
り真の測長値を求めるもので、この演算が、第１図の信
号処理9aにて行われるのである。

〔発明の効果〕

このような方法によれば、前もって、接触式粗さ計で表
面粗さを測定する必要がないので、測長時間の短縮がで
き、制度よく補正ができる。

要するに本発明によれば、二波長レーザー光源を使用し
て基準ワーク，被測定物よりの反射光をそれぞれ第１の
光強度検出器，第２の光強度検出器を介して検出し、上
記両反射光の位相差に基づいて上記被測定物を精密測長
する方法において、上記被測定物の反射光を検出する光
強度検出器の出力に基づいて関数発生器を介して表面粗
さを求め、上記位相差により求めた測長値と上記関数発
生器を介して求めた上記被測定物の表面の粗さとの差を
求めて表面粗さを補正することにより上記被測定物の真
の測長値を求めることにより、非接触的に高精度で被測
定物を精密測長することのできる光学式精密測定法を得
るから、本発明は産業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体系統図、第２図は
第１図における被測定物の反射面の部分拡大図、第３図
は被測定物反射面におけるビーム径及び反射光の関係を
示す説明図、第４図は第３図における表面粗さと反射光
量との関係を示す線図、第５図は表面粗さと反射光量と
の関係を示す線図である。 第６図は従来の光学式精密測定装置を示す全体系統図、
第７図は第６図における光強度検出器の出力を示す波形
図、第８図は第６図における被測定物反射面の部分拡大
図である。 １……二波長レーザー光源、２……スキャニング反射
鏡、３……半透明鏡、４……センターミラー、５……全
反射鏡、６……基準ワーク、７……被測定物、８……光
強度検出器、9a……信号処理部、9a−１……位相検出
器、9a−２……関数発生器、9a−３……減算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二波長レーザー光源を使用して基準ワー
   ク，被測定物よりの反射光をそれぞれ第１の光強度検出
   器，第２の光強度検出器を介して検出し、上記両反射光
   の位相差に基づいて上記被測定物を精密測長する方法に
   おいて、上記測定物の反射光を検出する光強度検出器の
   出力に基づいて関数発生器を介して表面粗さを求め、上
   記位相差により求めた測長値と上記関数発生器を介して
   求めた上記被測定物の表面粗さとの差を求めて表面粗さ
   を補正することにより上記被測定物の真の測長値を求め
   ることを特徴とする光学式精密測長法。