JPH10103918A - レーザ測長器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の測定用レーザビームが高い方向精度で
出射されるレーザ測長器を低コストで実現する。 【解決手段】 レーザビーム11を、測定反射ユニット20
1,202,203 に向かう測定レーザビームと参照レーザビー
ムに分割すると共に、逆方向に反射されて戻ってくる測
定レーザビームと参照レーザビームを干渉するように合
成して生じた干渉縞の変化をカウントすることにより、
測定反射ユニットの移動距離を測定するレーザ測長器で
あって、レーザビーム11を第１の測定レーザビームと第
２の測定ビームに分割する第１のビームスプリッタ14
と、第１と第２の測定レーザビームのそれぞれの光路中
に移動可能な２つの参照用反射ユニット21,22 とを備
え、参照用反射ユニットを測定レーザビームとして使用
しない側の光路中の位置に移動させ、参照用反射ユニッ
トで反射されたレーザビームを参照レーザビームとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２つに分割したレ
ーザ光の一方を測定物体に取り付けられる反射鏡（コー
ナーキューブ）で反射させ、もう一方を固定の参照用コ
ーナーキューブで反射させて戻ってきたレーザ光と干渉
させ、測定物体の移動に伴い変化する干渉縞の本数を計
数して移動距離を測定するレーザ測長器に関し、特に数
値制御（ＮＣ）工作機械において、ＩＳＯ２３０−２や
ＪＩＳ−Ｂ−６２０１-1990 等に規定されている各移動
軸方向の移動量誤差を測定するのに適したレーザ測長器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、一般的な干渉光学ユニットの構
成を示す図である。レーザ光は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等か
ら出射された可干渉性の良好な（干渉距離の長い）光ビ
ームであり、偏光ビームスプリッタ１３１で２つのレー
ザビームに分けられる。この時、偏光ビームスプリッタ
１３１の光軸は入射するレーザ光の偏光面に対して４５
°になるように調整されている。この場合、偏光ビーム
スプリッタ１３１を透過するレーザ光はＰ偏光、偏光ビ
ームスプリッタ１３１で反射するレーザ光はＳ偏光と呼
ばれ、互いに偏光方向が直交している。一方のレーザビ
ーム（Ｐ偏光）は、移動量を測定する対象物に配置され
たコーナーキューブ１７に入射し、そこで逆方向に反射
されて再び偏光ビームスプリッタ１３１に入射する。他
方のレーザビーム（Ｓ偏光）は干渉光学ユニットに設け
られた参照用コーナーキューブ１３２に入射し、そこで
逆方向に反射されて再び偏光ビームスプリッタ１３１に
入射する。コーナーキューブ１７から偏光ビームスプリ
ッタ１３１に入射したレーザビームと参照用コーナーキ
ューブ１３２から偏光ビームスプリッタ１３１に入射し
たレーザビームは、偏光ビームスプリッタ１３１で重な
り合い、偏光板１３８を通過した後光検出器１３３に入
射する。これらの２つのレーザビームは相互に干渉し干
渉縞を生じるが、干渉縞の強度は２つのレーザビームの
光路差がレーザビームの波長の整数倍の時にもっとも大
きくなり、光路差が波長の整数倍と１／２異なる時にも
っとも小さくなる。そのため、載物台９３が移動し、そ
の端に配置されたコーナーキューブ１７が移動すると光
検出器１３３の出力強度が周期的に変化する。具体的に
はコーナーキューブ１７が１／２波長分移動すると、往
復で波長分の光路差が生じるため、光検出器１３３の出
力強度が変化するサイクル数に１／２波長を乗じた値が
コーナーキューブ１７、すなわち載物台９３の移動距離
である。

【０００３】光検出器１３３の出力信号は、増幅器１３
４で増幅された後、比較器１３５で出力信号の中間レベ
ルと比較されて２値信号に変換され、それをカウンタ１
３６で計数する。測長値算出部１３７は、カウンタ１３
６の値から移動距離を算出する。ＮＣ工作機械の精度に
ついては、ＩＳＯ２３０−２やＪＩＳ−Ｂ−６２０１-1
990 等の規格に試験項目や試験方法が規定されており、
ここで規定されている項目の各移動軸方向の移動量誤差
は、レーザ測長器を使用して測定するのが一般的であ
る。従来は、図１に示した干渉ユニットを工作機械に取
付けた上で、外部に設けたレーザ光源から干渉ユニット
にレーザ光を入射させるようにセットし、工作機械の載
物台に反射鏡（コーナーキューブ）を配置し、載物台の
移動距離を測定していた。しかし、レーザ光源から干渉
ユニットに入射するレーザ光が各移動軸に平行になるよ
うにセッティングするのは煩雑であるだけでなく、その
ようなセッティングが行えない場合もある。実願昭６２
−５２８６９号にはレーザ光源から干渉光学ユニットへ
のレーザビームの伝達を光ファイバで行うことにより配
置の自由度を大幅に向上させた分離型レーザ干渉計が提
案されており、このような分離型レーザ干渉計を使用す
ることにより、上記の問題は解決される。

【０００４】しかし、工作機械では移動軸は通常３軸あ
り、これらのすべての移動軸方向について移動量誤差を
測定する必要がある。そのため、１つの移動軸の測定が
終了すると、別の移動軸の測定を行うように干渉ユニッ
トの方向やコーナーキューブの配置を変更する必要があ
り、調整作業が煩雑であるという問題があった。このよ
うな問題を解決するため、本出願人は、特願平８−５６
０８２号で、相互に直角をなす３方向に測定レーザビー
ムを出射するように切り換えられるレーザ干渉器を開示
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】工作機械の３軸が相互
になす角度の精度は非常な高精度であり、各軸の移動誤
差を測定するためのレーザ測長器が出射する３方向の測
定レーザビームのなす角度も正確に９０度であることが
要求される。そのため、上記の特願平８−５６０８２号
に開示されたレーザ測長器を実現する場合、３方向の測
定レーザビームの出射方向を正確に設定する必要がある
が、単にビームスプリッタやミラーの角度を調整するだ
けでは出射方向を正確に調整することが難しく、十分な
精度が得られないだけでなく、作業時間も長くなるとい
う問題があった。

【０００６】また、上記の特願平８−５６０８２号で
は、測定レーザビームの光路中に反射ミラーを移動させ
ることにより出射する測定レーザビームの方向を切り換
える構成が開示されているが、反射ミラーを機械的に移
動させる機構であるため、反射ミラーの角度を正確に保
持したまま移動させるには精密な移動機構が必要で、コ
ストが高くなるという問題があった。特願平８−５６０
８２号では、更に、無偏光ビームスプリッタを使用して
３方向に常時測定ーザビームが出射され、使用する測定
レーザビーム以外のビームを遮断することにより、測定
する方向にのみ測定レーザビームが出射される構成を開
示している。この構成であれば、出射する測定レーザビ
ームを切り換える場合にも測定ーザビームの出射方向は
変化しないので、上記のような問題は生じないが、無偏
光ビームスプリッタを使用しているため、ビームスプリ
ッタに入射する度に入射レーザビームの半分が無駄にな
るため、レーザビームの使用効率が悪く、大きな出力の
レーザ光源を使用する必要があるという問題があった。

【０００７】また、図１で説明したように、従来のレー
ザ測長器では、内部に測定レーザビームと参照用レーザ
ビームに分割し、再び合成するビームスプリッタ１３１
と参照用コーナーキューブ１３２が設けられている。特
願平８−５６０８２号に開示されている３方向に測定レ
ーザビームを出射するためにビームスプリッタを更に２
個設ける構成では、ビームスプリッタの個数が合計で３
個になる。ビームスプリッタは大きなコスト要因であ
り、ビームスプリッタの個数が大きくなるとコストが増
加するという問題がある。

【０００８】本発明は、このような問題を解決するため
のもので、複数の測定用レーザビームが高い方向精度で
出射されるレーザ測長器を低コストで実現することを目
的とし、具体的には、第１の目的はビームスプリッタの
個数を削減することであり、第２の目的はレーザビーム
の使用効率を向上させることであり、第３の目的は出射
される測定用レーザビームの相対角度の調整が容易に且
つ高精度で行えるようにすることをである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】図２は、本発明の第１の
態様の基本構成を説明する図である。図２に示すよう
に、２個のビームスプリッタ１４と１５によりレーザビ
ームが３本の測定レーザビームに分割される。参照番号
２０１、２０２、２０３は移動量を測定する物体に取り
付けられる測定反射ユニットであり、入射した測定レー
ザビームを正確に逆方向に反射するものであればミラー
でもよいが、一般的にはコーナーキューブが使用され
る。このような構成において、上記第１の目的を実現す
るため、本発明の第１の態様では、２本の測定レーザビ
ームの光路中に移動してその光路のレーザビームを逆方
向に反射する位置と、その光路から退避して光路を遮断
しない位置の間で移動可能な参照用反射ユニット２１、
２２を設け、測定用レーザビームとして使用しないレー
ザビームの光路中にいずれかの参照用反射ユニット２
１、２２を移動させ、その参照用反射ユニットで反射さ
れたレーザビームを参照用レーザビームとして使用す
る。

【００１０】第１の態様の構成であれば、参照用レーザ
ビームを分割するビームスプリッタを設ける必要がな
く、その分ビームスプリッタの個数を削減でき、コスト
を低減することができる。また、参照用反射ユニット２
１、２２として、コーナーキューブを使用すれば、コー
ナーキューブは位置や傾きにかかわらず入射したレーザ
ビームを正確に逆方向に反射するため、精度の低下等の
問題は生じない。

【００１１】なお、図２では３本の測定レーザビームが
出射される例を示してあるが、測定レーザビームは２本
でも４本以上でもよい。測定レーザビームが２本の場合
には、ビームスプリッタ１５が除かれ、４本以上の場合
には更にビームスプリッタが設けられ、いずれかの測定
レーザビームを分割するように配置される。いずれの場
合も、光路中に参照用反射ユニットが移動する測定レー
ザビームを測定に使用する場合には、その測定レーザビ
ームの光路から参照用反射ユニットを退避させ、他の測
定レーザビームの光路中に参照用反射ユニットを移動さ
せて参照レーザビームとする必要があるので、参照用反
射ユニットは少なくとも２個必要である。また、参照用
反射ユニットを設ける位置も変更可能で、ビームスプリ
ッタ１５から測定用反射ユニット２０３に向う光路に対
して、参照反射ユニットが入るようにしてもよい。

【００１２】図３は、本発明の第２の態様の基本構成を
説明する図である。図３において、参照番号１１は干渉
ユニットに入射するレーザビームであり、１２は干渉ユ
ニットで合成されて出射される干渉レーザビームであ
り、１３は偏光板であり、１６’は参照用レーザビーム
と測定用レーザビームに分割する偏光ビームスプリッタ
であり、２０５は参照用コーナーキューブである。ここ
までの構成は、図１に示した従来技術と同じである。参
照番号１４’と１５’は測定レーザビームを第１から第
３の測定レーザビームに分割する偏光ビームスプリッタ
であり、３０と３１は、通過するレーザビームの偏光方
向を９０度回転させるか偏光方向を変化させないかの切
り換えが可能な偏光調整手段であり、例えば、光路中の
位置と光路を遮断しない位置との間で移動可能な１／２
波長板や、印加信号に応じて通過するレーザビームの偏
光方向を９０度回転させるかさせないかの切り換えが可
能な電気光学素子又は液晶光学素子で実現される。

【００１３】第２の態様においては、偏光ビームスプリ
ッタ１６’から出射される測定レーザビームは一方に偏
光した光である。そのため、この偏光した測定レーザビ
ームが偏光ビームスプリッタ１４’に入射すると通過す
るか反射するかのいずれかで、ビームの分割は行われな
いことになる。例えば、偏光ビームスプリッタ１６’と
１４’と１５’はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射し、偏
光調整手段３０と３１が偏光方向を変化させないとする
と、偏光ビームスプリッタ１６’から出射されるＰ偏光
の測定レーザビームは、偏光ビームスプリッタ１４’で
反射されることなく透過され、更に偏光ビームスプリッ
タ１５’も透過し、コーナーキューブ２０１に向かって
出射されることになる。この場合、測定レーザビームは
分割されないので、偏光ビームスプリッタ１５’から出
射されるレーザビームの強度は、偏光ビームスプリッタ
１６’から出射されるレーザビームの強度に等しい。更
に、コーナーキューブ２０１で反射されたレーザビーム
は逆の経路を通って、偏光ビームスプリッタ１６’に入
射し、参照用レーザビームと合成され、偏光板１３を通
過して干渉縞を生じる。逆の経路を通って戻る場合も、
レーザビームの分割は行われないので、表面反射等の要
因によるロスだけでこのロスを無視すれば、偏光ビーム
スプリッタ１６’に入射するコーナーキューブ２０１で
反射されたレーザビームの強度は、偏光ビームスプリッ
タ１６’から出射されるレーザビームの強度にほぼ等し
い。測定レーザビームは、更に偏光ビームスプリッタ１
６’で参照用レーザビームと合成されるが、この場合に
もロスは無視できるので、合成されたレーザビーム１２
は干渉ユニットに入射したレーザビームに近い強度を有
する。

【００１４】コーナーキューブ２０２の方向に測定用レ
ーザビームを出射する場合には、偏光調整手段３０で通
過するレーザビームの偏光方向を９０度回転させる。こ
れにより、偏光調整手段３０を透過した測定レーザビー
ムはＰ偏光になり、偏光ビームスプリッタ１４’で透過
することなしに反射され、コーナーキューブ２０２に向
かって出射される。コーナーキューブ２０２で反射され
た測定レーザビームは逆の経路を通って偏光ビームスプ
リッタ１６’で参照用レーザビームと合成される。この
場合も、測定レーザビームは分割されないので、レーザ
ビームのロスは小さい。コーナーキューブ２０３の方向
に測定用レーザビームを出射する場合には、偏光調整手
段３０は偏光方向を変化させず、偏光調整手段３１は偏
光方向を９０度回転させるように設定する。これによ
り、偏光ビームスプリッタ１６’から出射された測定レ
ーザビームは、偏光ビームスプリッタ１４’を透過し、
偏光ビームスプリッタ１５で反射され、コーナーキュー
ブ２０３に向かって出射される。この場合も、測定レー
ザビームは分割されないので、レーザビームのロスは小
さい。

【００１５】このように、図３の構成であれば、レーザ
ビームの分割によるロスをなくしてレーザビームを有効
に利用することができる。これにより、干渉ユニットに
入射するレーザビームの強度を小さくしても高い強度の
光信号を得ることができるようになる。なお、図３では
３本の測定レーザビームが出射される例を示してある
が、測定レーザビームは２本でも４本以上でもよい。測
定レーザビームが２本の場合には、偏光ビームスプリッ
タ１５’と偏光調整手段３１が除かれ、４本以上の場合
には１本の測定レーザビームを増加させるのに更に偏光
ビームスプリッタと偏光調整手段の組みが必要である。

【００１６】図４は、本発明の第３の態様の基本構成を
説明する図である。図４に示した構成では、参照用レー
ザビームに関係する部分は示していないが、図２や図３
に示した参照用レーザビームに関係する構成を適用する
ことが可能である。図４では、ビームスプリッタ１４と
１５により、測定レーザビームは第１から第３の３本の
測定レーザビームに分割されて出力される。このような
構成において、２本の測定レーザビームの出射方向を正
確に調整するため、２個のオプティカルウエッジ４１，
４２；４３，４４で構成されるビーム出射方向調整手段
が、２つの測定レーザビームの光路中に設けられてい
る。このビーム出射方向調整手段は、オプティカルウエ
ッジの回転量に応じて測定レーザビームの出射方向を微
少に変化させるもので、オプティカルウエッジの回転量
に対する出射方向の変化量が小さいため、微少な方向調
整が容易に行える。これらのビーム出射方向調整手段を
利用して、３本の測定レーザビームの出射方向が所定の
角度関係になるように調整すれば、出射方向の正確な設
定が可能である。

【００１７】なお、第１から第３の態様は、相互に組み
合わせることが可能であり、組み合わせ方により多数の
変形例が可能であるが、ここでは説明を省略する。ま
た、工作機械の各軸方向の移動誤差を測定する場合に
は、上記の実願昭６２−５２８６９号に記載されている
分離型レーザ干渉計を使用することが望ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】図５は、実施例の干渉光学ユニッ
トの構成を示す図である。図５において、１２１は別に
設けたレーザ光源から干渉光学ユニット１００にレーザ
ビームを伝達する光ファイバであり、１２２は干渉光学
ユニット１００で生成された干渉レーザビームを別に設
けた信号処理ユニットに伝達する光ファイバであり、５
１は光ファイバ１２１の端部から出射されるレーザビー
ムを平行レーザビームにするコリメータレンズであり、
５２は合成された干渉レーザビームを光ファイバ１２２
の端部に集光するコリメータレンズであり、１３は偏光
板であり、１４’と１５’は偏光ビームスプリッタであ
り、２１と２２は参照用コーナーキューブであり、３２
は１／２波長板であり、４１から４４はオプティカルウ
エッジである。

【００１９】参照用コーナーキューブ２１は、偏光ビー
ムスプリッタ１５’から出射される測定レーザビームＡ
の光路中に移動し且つ光路外に退避することが可能で、
参照用コーナーキューブ２２は、偏光ビームスプリッタ
１４’から出射される測定レーザビームＢの光路中に移
動し且つ光路外に退避することが可能である。参照用コ
ーナーキューブ２１と２２を移動させる機構について
は、移動はあまり高精度である必要はなく、簡単な機構
で実現できるので、省略してある。また、１／２波長板
の移動機構についても同様である。コリメータレンズ５
１から出射されたレーザビームは、偏光ビームスプリッ
タ１４’の光軸に対して４５°になるように調整されて
いる。偏光ビームスプリッタ１４’と１５’は、Ｐ偏光
の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射するように構成されて
いる。

【００２０】図６は、測定レーザビームＡをその延長上
に設けられた測定用コーナーキューブ２０１に出射し
て、測定用コーナーキューブが取り付けられた物体の測
定レーザビームＡの方向の移動距離を測定する場合の状
態を示した図であり、偏光板１３は省略してある。この
場合、参照用コーナーキューブ２１を光路外に退避さ
せ、参照用コーナーキューブ２２を光路中に移動させ、
１／２波長板３２を光路中に移動させる。レーザビーム
１１は、偏光ビームスプリッタ１４’で、Ｐ偏光成分が
透過して１／２波長板３２に出射され、Ｓ偏光成分が反
射されて参照用コーナーキューブ２２に出射される。参
照用コーナーキューブ２２で逆方向に反射された参照用
レーザビームはＳ偏光であり、偏光ビームスプリッタ１
４’で完全に反射されてレーザビーム１２に合成され
る。１／２波長板３２に入射したＰ偏光のレーザビーム
は、そこで偏光状態が９０°回転され、偏光の方向が図
示のようになる。この偏光方向は、偏光ビームスプリッ
タ１５’に対してはＰ偏光であり、偏光ビームスプリッ
タ１５を反射されることなしに透過し、測定レーザビー
ムＡとして出射される。この測定レーザビームＡは、測
定しようとする移動物体に取り付けられた測定用コーナ
ーキューブ２０１で逆方向に反射され、偏光ビームスプ
リッタ１５’に入射する。このレーザビームの偏光状態
は、偏光ビームスプリッタ１５’に対してＰ偏光であ
り、偏光ビームスプリッタ１５’を反射されることなく
透過して、１／２波長板３２で偏光ビームスプリッタ１
４’に対してＰ偏光になるように偏光方向が９０°回転
され、偏光ビームスプリッタ１４’を反射されることな
く透過して、参照用レーザビームと合成されて、レーザ
ビーム１２になる。合成されたレーザビーム１２は、偏
光板１３で合成されたそれぞれのレーザビームの４５°
の偏光成分が抜き出され干渉縞が生じる。この干渉した
レーザビームはコリメータレンズ５２で光ファイバ１２
２の端部に集光され、信号処理部で干渉縞の変化数がカ
ウントされる。

【００２１】図７は、測定レーザビームＢをその延長上
に設けられた測定用コーナーキューブ２０２に出射し
て、測定用コーナーキューブが取り付けられた物体の測
定レーザビームＢの方向の移動距離を測定する場合の状
態を示した図である。この場合、参照用コーナーキュー
ブ２１を光路中に移動させ、参照用コーナーキューブ２
２を光路外に退避させ、１／２波長板３２を光路中に移
動させる。図６と同様に、偏光ビームスプリッタ１４’
で反射されたＳ偏光のレーザビームは測定レーザビーム
Ｂとして、オプティカルウエッジ４１と４２で出射方向
が測定レーザビームＡとＣに対して９０°になるように
変化され、測定用コーナーキューブ２０２に出射され
る。測定用コーナーキューブ２０２で逆方向に反射され
た参照用レーザビームはＳ偏光であり、偏光ビームスプ
リッタ１４’で完全に反射されてレーザビーム１２に合
成される。１／２波長板３２に入射したＰ偏光のレーザ
ビームは、そこで偏光ビームスプリッタ１５’に対して
Ｐ偏光になるように偏光状態が９０°回転されて偏光ビ
ームスプリッタ１５’を反射されることなしに透過し、
参照用コーナーキューブ２１で逆方向に反射され、逆の
経路を通って偏光ビームスプリッタ１４’を反射される
ことなく透過して合成される。

【００２２】更に、図８は、測定レーザビームＣをその
延長上に設けられた測定用コーナーキューブ２０３に出
射して、測定用コーナーキューブ２０３が取り付けられ
た物体の測定レーザビームＣの方向の移動距離を測定す
る場合の状態を示した図である。この場合、参照用コー
ナーキューブ２２を光路中に移動させ、１／２波長板３
２を光路外に退避させる。参照用コーナーキューブ２１
は測定には影響しないのでどの位置にいても問題ない
が、ここでは光路外に退避させている。図６と同様に、
偏光ビームスプリッタ１４’で反射されたＳ偏光のレー
ザビームは参照用コーナーキューブ２２で反射され、偏
光ビームスプリッタ１４’で合成される。偏光ビームス
プリッタ１４’を透過したＰ偏光のレーザビームは、１
／２波長板３２がないので、そのまま偏光ビームスプリ
ッタ１５’に入射する。このレーザビームの偏光方向は
偏光ビームスプリッタ１５’に対してＳ偏光であり、透
過することなしに反射されて、オプティカルウエッジ４
３と４４で出射方向が測定レーザビームＡとＢに対して
９０°になるように変化され、測定用コーナーキューブ
２０３に出射される。後の説明は上記の例と同じであ
る。

【００２３】図９は、オプティカルウエッジによる出射
方向の調整を説明する図である。図９の（１）に示すよ
うに、オプティカルウエッジ４は２つの対向する平面が
微少な角度αをなす平板に近い形状をしている。このオ
プティカルウエッジ４の一方の平面に略垂直に光線が入
射すると、光線の方向はくさびをなす平面内でθだけ変
化する。そこで、図９の（２）に示すように、オプティ
カルウエッジ４を回転すると、光線の方向は図示のよう
に円錐状の軌跡を描くことになる。ここで、オプティカ
ルウエッジ４の回転角をωとすると、ωが小さい範囲で
あれば、オプティカルウエッジ４をωだけ回転すると光
線の方向はω・θだけ変化することになる。θはαを小
さくすれば小さくなるので、回転量ωをθを乗じた小さ
な回転量に変換することになる。従来レーザビームの出
射方向を調整するにはミラーやビームスプリッタの角度
を調整して行っていたが、秒単位で出射方向を調整する
ことは難しかったが、オプティカルウエッジを使用すれ
ばその回転量により出射方向を微少に調整することが可
能になる。実際には、あらかじめビームスプリッタの角
度を調整して出射方向がある程度の範囲内に入るように
した上で、オプティカルウエッジを使用して微少な方向
調整を行う。なお、方向調整は１方向だけでなく２方向
について行う必要があり、図９の（３）に示すように、
くさびの方向を９０°異ならせた２枚のオプティカルウ
エッジを組み合わせて、２方向について方向を調整でき
るようにする。

【００２４】以上説明したように、本実施例の干渉ユニ
ットを使用すれば、機械的な移動機構が測定レーザビー
ムの出射方向に影響しないので、出射方向が相互に正確
な測定レーザビームを出射するレーザ測長器が実現でき
る。しかも、レーザの使用効率が良いので低出力のレー
ザ光源を使用すればよく、部品点数も削減できるので、
低コストで実現できる。更に、出射方向の調整も容易に
行え、組み立て作業の工数が削減できる。

【００２５】次に、本発明のレーザ測長器が有する特徴
の重要性が理解されるように、本発明のレーザ測長器を
使用して縦型のマシニングセンタの各軸方向の移動誤差
を測定する場合について説明する。図１０は、この測定
における構成を示す図である。図１０に示すように、Ｎ
Ｃ工作機械は従来のものと同じであり、加工ツール部９
２、載物台９３、ＮＣコントローラ９７等を備える。従
来のＮＣ工作機械のＮＣコントローラ９７は、一般にＲ
Ｓ−２３２Ｃ用ターミナル等のデータ入出力ポートを備
えおり、本発明のレーザ測長器もこのデータ入出力ポー
トを介してＮＣコントローラ９７と接続され、測定は自
動的に行われる。

【００２６】本実施例で使用されるレーザ測長器は実願
昭６２−５２８６９号に記載されている分離型レーザ干
渉計である。この分離型レーザ干渉計は、レーザ光源と
干渉光学ユニットの間を単一モードファイバ又は偏波面
保存ファイバ等の光ファイバで接続することにより、レ
ーザ光源と干渉光学ユニットの間のアラインメント調整
を不要にすると共にその間の配置の自由度を高めたレー
ザ測長器である。更に、信号処理部を干渉光学ユニット
から分離することも可能であり、干渉光学ユニットに光
検出器を設けて干渉縞の信号を電気信号に変換し、電気
信号用ケーブルで信号処理部に送ることも可能である
が、ここでは信号処理部に光検出器を設けて干渉縞の光
信号を光ファイバを介して信号処理部の光検出器に送信
する形式のものを使用する。これにより、干渉光学ユニ
ットをより小型にできる。

【００２７】図１０において、参照番号８１はＨｅ−Ｎ
ｅレーザ等の可干渉距離の長いレーザ光を出力するレー
ザ光源であり、１００は図５に示した本発明の干渉光学
ユニットであり、８２は信号処理ユニットであり、８４
は干渉光学ユニット１００内の光路切り換えユニットを
駆動する光路切り換えコントローラであり、８３は測定
制御部に相当するノート型パーソナルコンピュータ（Ｐ
Ｃ）である。レーザ光源８１と干渉光学ユニット１００
の間は単一モードファイバ又は偏波面保存ファイバ等の
光ファイバ１２１で接続され、干渉光学ユニット１００
と信号処理ユニット８２の間は光ファイバ１２２で接続
されている。干渉光学ユニット１００内と光路切り換え
コントローラ８４の間は電気ケーブル８６で接続されて
いる。また、ノート型ＰＣ８３とＮＣコントローラ９
７、信号処理ユニット８２、及び光路切り換えコントロ
ーラ８４の間はデータ通信ケーブルで接続されており、
制御信号やデータの送受信が可能である。信号処理ユニ
ット８２は光検出器とその出力の変化から干渉縞の本数
を計数するカウンタを備えている。

【００２８】図１０に示した構成で、前述のＩＳＯ２３
０−２やＪＩＳ−Ｂ−６２０１-1990 等の規格に従った
測定が行われる。ここでは、ＩＳＯ２３０−２やＪＩＳ
−Ｂ−６２０１-1990 等の規格に沿った形で測定が自動
的に行えるように、ノート型ＰＣ８３にそのためのプロ
グラムが格納されており、ノート型ＰＣ８３はこのプロ
グラムに基づいてＮＣコントローラ９７、信号処理ユニ
ット８２、及び光路切り換えコントローラ８４を制御
し、自動的に測定を行う。測定開始時には、作業者は、
干渉光学ユニット１００を加工ツール部９２のツール軸
に取り付ける。そしてＺ軸方向に平行にレーザビームが
出力されるように設定した上で調整を行ってＺ軸用のコ
ーナーキューブ２０３を配置する。更に、ツール軸を所
定位置まで降下させ、光路切り換えコントローラ８４を
介してＸ軸方向に測定レーザビームが出力されるように
切り換え、レーザビームがＸ軸方向に出力されるように
する。この状態でレーザビームの出射方向がＸ軸方向に
平行になるようにツール軸を回転して調整する。図１の
状態でＺ軸方向に平行にレーザビームが出力されるよう
に調整されているので、出射されるレーザビームはかな
らずＸＹ平面に平行に出力されるので、単にツール軸を
回転するだけで調整可能である。レーザビームがＸ軸方
向に平行なツール軸の回転位置が測定における回転基準
になる。この状態で、光路切り換えコントローラ８４を
介して測定レーザビームがＹ軸方向に出力されるように
切り換えると、その方向はＹ軸に平行である。従って、
レーザビームの出射方向をＹ軸方向に合わせる調整は必
要ない。

【００２９】以上のような設定が完了すると、ノート型
ＰＣ８３が自動的に測定動作を実行する。まず、光路切
り換えコントローラ８４を介してレーザビームがＺ軸方
向に出力されるように戻し、Ｚ軸方向の移動量誤差の測
定を行う。Ｚ軸方向の移動量誤差の測定が終了すると、
レーザビームがＸ軸方向に出力されるように切り換えて
Ｘ軸方向の移動量誤差の測定を行い、更にレーザビーム
がＹ軸方向に出力されるように切り換えてＸ軸方向の移
動量誤差の測定を行う。

【００３０】このように、本発明のレーザ測長器をＮＣ
工作機械の移動量誤差を自動的に行う測定システムと組
み合わせれば、３軸方向の移動量誤差がすべて自動的に
行え、特に工数の大幅な削減が可能である。以上、分離
型レーザ干渉計を使用するレーザ測長器を例として説明
したが、本発明はレーザ光源から出射されるレーザビー
ムを干渉光学ユニットに直接入射させる形式にも適用可
能である。このレーザ測長器は分離型に比べて配置の自
由度が少ないが、本発明の出射方向が３軸方向に切り換
え可能な干渉光学ユニットや同時に３軸方向にレーザビ
ームが出射される干渉光学ユニットを使用すれば、配置
の自由度が少ないことによる問題は大幅に低減される。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の測定用レーザビームが高い方向精度で出射される
レーザ測長器を低コストで実現できる。また、このレー
ザ測長器を使用すれば、ＮＣ工作機械の精度測定を行う
場合の軸合わせ（アラインメント）作業が容易になり、
各軸方向の精度測定が連続して行えるようになるので、
測定に要する工数が低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の干渉ユニットの構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の態様の基本構成を示す図であ
る。

【図３】本発明の第２の態様の基本構成を示す図であ
る。

【図４】本発明の第３の態様の基本構成を示す図であ
る。

【図５】実施例の干渉ユニットの構成を示す図である。

【図６】実施例の干渉ユニットで第１軸方向に測定レザ
ビームを出射する時の配置を示す図である。

【図７】実施例の干渉ユニットで第２軸方向に測定レザ
ビームを出射する時の配置を示す図である。

【図８】実施例の干渉ユニットで第３軸方向に測定レザ
ビームを出射する時の配置を示す図である。

【図９】オプティカルウエッジを使用して出射方向を調
整する原理を説明する図である。

【図１０】実施例のレーザ測長器を使用して縦型マシニ
ングセンタの各軸の移動誤差を全自動で測定する測定シ
ステムの構成を示す図である。

【符号の説明】 １１…入射レーザ光ビーム １２…出射レーザ光ビーム １３…偏光板 １４、１５…ビームスプリタ １４’、１５’、１６’…偏光ビームスプリタ ２１、２２…参照用反射ユニット（参照用コーナーキュ
ーブ） ３０、３１…偏光調整手段 ４１、４２、４３、４４…オプティカルウエッジ ２０１、２０２、２０３…測定用反射ユニット（測定用
コーナーキューブ）

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビーム（１１）を、測定反射ユニ
   ット（２０１、２０２、２０３）に向かう測定レーザビ
   ームと参照レーザビームに分割すると共に、逆方向に反
   射されて戻ってくる前記測定レーザビームと前記参照レ
   ーザビームを干渉するように合成し、合成された前記測
   定レーザビームと前記参照レーザビームの干渉縞の変化
   をカウントすることにより、前記測定反射ユニット（２
   ０１、２０２、２０３）の移動距離を測定するレーザ測
   長器であって、 前記レーザビーム（１１）を第１の測定レーザビームと
   第２の測定ビームに分割する第１のビームスプリッタ
   （１４）と、 前記第１と第２の測定レーザビームのそれぞれの光路に
   対し、当該光路中の位置と、当該光路を遮断しない位置
   との間で移動可能で、入射するレーザビームを入射方向
   に反射する２つの参照用反射ユニット（２１、２２）と
   を備え、 前記第１と第２の測定レーザビームのいずれを前記測定
   レーザビームとするかに応じて、前記２つの参照用反射
   ユニット（２１、２２）のいずれかを測定レーザビーム
   として使用しない側の光路中の位置に移動させ、光路中
   の位置に移動した参照用反射ユニットで反射されたレー
   ザビームを参照レーザビームとすることを特徴とするレ
   ーザ測長器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザ測長器であっ
   て、 前記第２の測定レーザビームを別の２つの測定レーザビ
   ームに分割する第２のビームスプリッタ（１５）を備
   え、 ３方向に出射される３つの測定レーザビームのいずれか
   を前記測定レーザビームとするかに応じて、前記２つの
   参照用反射ユニット（２１、２２）のいずれかを前記光
   路中の位置に移動させ、光路中の位置に移動した参照用
   反射ユニットで反射されたレーザビームを参照レーザビ
   ームとするレーザ測長器。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のレーザ測長器であっ
   て、 前記第１のビームスプリッタ（１４）に入射する前記レ
   ーザビーム（１１）を第３の測定レーザビームと前記第
   １のビームスプリッタ（１４）に入射するレーザビーム
   に分割する第２のビームスプリッタを備え、 ３方向に出射される３つの測定レーザビームのいずれか
   を前記測定レーザビームとするかに応じて、前記２つの
   参照用反射ユニット（２１、２２）のいずれかを前記光
   路中の位置に移動させ、光路中の位置に移動した参照用
   反射ユニットで反射されたレーザビームを参照レーザビ
   ームとすることを特徴とするレーザ測長器。
4. 【請求項４】 請求項２又は３に記載のレーザ測長器で
   あって、 前記第１と第２のビームスプリッタ（１４’、１５’）
   は、偏光ビームスプリッタであり、 前記第１のビームスプリッタ（１４’）と前記第２のビ
   ームスプリッタ（１５’）の間に、通過するレーザビー
   ムの偏光方向を９０度回転させるか偏光方向を変化させ
   ないかの切り換えが可能な偏光調整手段（３１）を備え
   るレーザ測長器。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のレーザ測長器であっ
   て、 前記偏光調整手段（３１）は、光路中の位置と、当該光
   路を遮断しない位置との間で移動可能な、１／２波長板
   （３２）であるレーザ測長器。
6. 【請求項６】 請求項４に記載のレーザ測長器であっ
   て、 前記偏光調整手段（３１）は、印加信号に応じて通過す
   るレーザビームの偏光方向を９０度回転させるかさせな
   いかの切り換えが可能な電気光学素子であるレーザ測長
   器。
7. 【請求項７】 請求項４に記載のレーザ測長器であっ
   て、 前記偏光調整手段（３１）は、印加信号に応じて通過す
   るレーザビームの偏光方向を９０度回転させるかさせな
   いかの切り換えが可能な液晶光学素子であるレーザ測長
   器。
8. 【請求項８】 請求項１に記載のレーザ測長器であっ
   て、 ２個のオプティカルウエッジ（４１，４２；４３，４
   ４）で構成されるビーム出射方向調整手段を、前記第１
   又は第２の測定レーザビームの光路中に備えるレーザ測
   長器。
9. 【請求項９】 請求項２から７のいずれか１項に記載の
   レーザ測長器であって、 ２個のオプティカルウエッジ（４１，４２；４３，４
   ４）で構成されるビーム出射方向調整手段を、前記第１
   から第３の測定レーザビームの少なくとも２つのビーム
   の光路中に備えるレーザ測長器。
10. 【請求項１０】 レーザビーム（１１）を、測定反射ユ
    ニット（２０１、２０２、２０３）に向かう測定レーザ
    ビームと参照レーザビームに分割すると共に、逆方向に
    反射されて戻ってくる前記測定レーザビームと前記参照
    レーザビームを干渉するように合成し、合成された前記
    測定レーザビームと前記参照レーザビームの干渉縞の変
    化をカウントすることにより、前記測定反射ユニット
    （２０１、２０２、２０３）の移動距離を測定するレー
    ザ測長器であって、 前記測定ビームが入射され、入射される前記測定ビーム
    の偏光状態に応じて、方向の異なる第１と第２の測定レ
    ーザビームを出射する第１の偏光ビームスプリッタ（１
    ４’）と、 該第１の偏光ビームスプリッタ（１４’）の前に設けら
    れ、当該第１の偏光ビームスプリッタ（１４’）に入射
    及び当該第１の偏光ビームスプリッタ（１４’）から出
    射されるレーザビームの偏光方向を９０度回転させるか
    偏光方向を変化させないかの切り換えが可能な第１の偏
    光調整手段（３０）とを備え、 前記第１と第２の測定レーザビームが選択的に出射可能
    であることを特徴とするレーザ測長器。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のレーザ測長器であ
    って、 前記第１のビームスプリッタ（１４’）から出射された
    前記第２の測定レーザビームの偏光方向を９０度回転さ
    せるか偏光方向を変化させないかの切り換えが可能な第
    ２の偏光調整手段（３１）と、 該第２の偏光調整手段（３１）を通過した前記第２の測
    定レーザビームが入射され、入射される前記第２の測定
    ビームの偏光状態に応じて、方向の異なる２つの測定レ
    ーザビームを出射する第２の偏光ビームスプリッタ（１
    ５’）とを備え、 ３つの測定レーザビームが選択的に出射可能であること
    を特徴とするレーザ測長器。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載のレーザ測長器であ
    って、 前記第１と第２の偏光調整手段（３０、３１）は、光路
    中の位置と、当該光路を遮断しない位置との間で移動可
    能な、１／２波長板（３２）であるレーザ測長器。
13. 【請求項１３】 請求項１１に記載のレーザ測長器であ
    って、 前記第１と第２の偏光調整手段（３０、３１）は、印加
    信号に応じて通過するレーザビームの偏光方向を９０度
    回転させるかさせないかの切り換えが可能な電気光学素
    子であるレーザ測長器。
14. 【請求項１４】 請求項１１に記載のレーザ測長器であ
    って、 前記第１と第２の偏光調整手段（３０、３１）は、印加
    信号に応じて通過するレーザビームの偏光方向を９０度
    回転させるかさせないかの切り換えが可能な液晶光学素
    子であるレーザ測長器。
15. 【請求項１５】 請求項１０に記載のレーザ測長器であ
    って、 ２個のオプティカルウエッジ（４１，４２；４３，４
    ４）で構成されるビーム出射方向調整手段を、前記第１
    から第３の測定レーザビームの少なくとも２つのビーム
    の光路中に備えるレーザ測長器。
16. 【請求項１６】 請求項１１から１４のいずれか１項に
    記載のレーザ測長器であって、 ２個のオプティカルウエッジ（４１，４２；４３，４
    ４）で構成されるビーム出射方向調整手段を、前記第１
    から第３の測定レーザビームの少なくとも２つのビーム
    の光路中に備えるレーザ測長器。
17. 【請求項１７】 レーザビーム（１１）を、測定反射ユ
    ニット（２０１、２０２、２０３）に向かう測定レーザ
    ビームと参照レーザビームに分割すると共に、逆方向に
    反射されて戻ってくる前記測定レーザビームと前記参照
    レーザビームを干渉するように合成し、合成された前記
    測定レーザビームと前記参照レーザビームの干渉縞の変
    化をカウントすることにより、前記測定反射ユニット
    （２０１、２０２、２０３）の移動距離を測定するレー
    ザ測長器であって、 少なくとも２方向に前記測定ビームを、同時又は切り換
    えて出射することが可能なレーザ測長器において、 前記測定ビームの光路中に、２個のオプティカルウエッ
    ジ（４１，４２；４３，４４）で構成されるビーム出射
    方向調整手段を備えるレーザ測長器。
18. 【請求項１８】 請求項１から１７のいずれか１項に記
    載のレーザ測長器であって、 前記レーザビームは、離れた位置に設けられたレーザ光
    源（８１）から光ファイバ（１２１）を介して伝達され
    るレーザ測長器。
19. 【請求項１９】 請求項１から１７のいずれか１項に記
    載のレーザ測長器であって、 前記測定レーザビームと前記参照レーザビームを合成し
    た干渉レーザビームは、離れた位置に設けられた受光手
    段（１６）まで光ファイバ（１２２）を介して伝達され
    るレーザ測長器。