JPS58167907A - 回転物体の回転中心位置検出方法 - Google Patents

回転物体の回転中心位置検出方法

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JPS58167907A
JPS58167907A JP57051581A JP5158182A JPS58167907A JP S58167907 A JPS58167907 A JP S58167907A JP 57051581 A JP57051581 A JP 57051581A JP 5158182 A JP5158182 A JP 5158182A JP S58167907 A JPS58167907 A JP S58167907A
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interference fringes
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Joji Matsuda
浄史 松田
Tomoaki Nagasu
永寿 伴章
Suketsugu Enomoto
祐嗣 榎本
Yoshitaro Yoshida
嘉太郎 吉田
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • G01B11/272Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes using photoelectric detection means

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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】 この発明は回転物体の回転中心位置を検出するだめの装
置に関するものである。工作機械において、被加工物の
平面状の加工面を超精密仕上げする場合には、通常その
加工面を工作機械に取付けて回転させ、刃物台に取りつ
けたダイヤモンドバイト等を加工面の外周部から回転中
心部に向けて進める。而してこのバイト等を加工面の回
転中心に向けて正確に進めるためには、加工面の回転中
心位値を検出して、それを刃物台の制御にフィードバッ
クさせればよいわけであり、この発明の発明者等は先に
レーザードツプラ法を応用してこの身工面の回転中心位
置を検出するための装置を関1した。この新たに開発さ
れた回転物体の回転中:◆位置検出装置は回転面の回転
中心を高精度にか)簡単に検出することが出来るのであ
るが、回転面の中心部近傍のように回転速度の遅い部分
においてペデスタル成分と信号成分との分離がより簡単
に行えればいっそう!lましいと考えられる。
この発明は上記のごとき事情に鑑みてなされたものであ
って、レーザドツプラ法を応用して高精度にかつ簡単に
回転面の回転中心を検出する事ができ、かつ特に、回転
速度の遅い部分の測定においてペデスタル成分と信号成
分との分離が容易な回転中心位置検出部属を菱供するこ
とを目的とするものである。
この目的に対応して、この発明の回転物体の1転中心位
置検出装置は、二光束法もしくは参隔光異し〜ザドツプ
ラ用干渉縞発生装置と、顕微鏡と1.21□び干渉縞測
定装置とを備え、前記レーザトップ−)用干渉縞発生装
置によって発生したレーザトップう用干渉縞を被測定物
の表面に結像させ、前記干渉縞測定装置によって前記被
測定物の表面上の前記レーザドツプラ用干渉縞を測定す
るように構成し、二光束法もしくは自照先決における二
光束のうちの一方の光束の光路中に横状のプリズムを位
置させ、かつ前記光路における前記プリズムの厚さが変
化する方向に前記プリズムが移動し得るように構成した
ことを特徴と讐る。
以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。
第1図において、1は回転中心位置検出装置である。1
転中心位置検出鋏置1は干渉縞発生騎置2、顕微鏡3、
干渉縞測定装置4を備えている。干渉縞発生@I12は
レーザ発生装置5を備え、かつレーザ発生装置5からの
レーザの進行方向に順次ミラー6、ビームスプリッタ7
.2個のポラライザ8a 、8b 1他のポラライザ9
、レンズ11を備えている。特に重要なこととして光束
Fにはビームスプリンタ7とポラライザ8bとの間には
横状のプリズム10が挿入されている。このプリズム1
0はその厚みが変化する方向に移動し得るよう占構成さ
れている。2個のポラライザ8a 、 8b−;頃ビー
ムスプリッタ7からの光束F、、 F2の光量をH致さ
せるためのものであり、他のポラライザ9jポラライザ
sa、sbを使用したためにF、 F+    2 光束に生じた偏光状態の相違を一致させるためのもので
ある。顕微鏡3は対物レンズを被測定面に対向させて配
設される。被測定1i112は工作物の仕上げ面であっ
て、工作機械のチャック等に挾みつけられて回転するも
のであり、これがこの発明の装置によって回転中心位置
を検出しようとする対象物である。干渉縞測定装置4は
光電管13゜スペクトラムアナライザ14を備えている
レーザ発生装置5から発光したレーザ光はミラー6で光
路賓換したのちビームスプリッタ7へ入射し、ここで2
つの光束F、、F2に分割する。光束F1はポラライザ
8aで光量sniされ、ざらにポラライザ9で偏光調整
されたのち、レンズ11を通し・四焦点位lIOに結像
する。
゛、7Ii方光束Fはプリズム10で周波数変調され、
次掬でポラライザ8bで光量肩書され、さらにポラライ
ザ9で偏光調整されたのち、レンズ11を通して焦点位
置Oに結像する。したがって、この2つの光束F、、F
2が焦点位置Oで互いに重なり合い干渉縞が生じる。
この焦点位置Oにおける干渉縞は顕微鏡3を通して被測
定面12上に投影されるが、この干渉縞は回転移動する
1被測定1lli12上の微小な凹凸によって散乱され
、その光が光電管13で光電変換され電気信号がスペク
トラムアナライザ14によりて解゛析される。
第21!lIに示す如く、周波数1.1.  の光が被
測定面12上の被測定点に、その移動方向に各々(π/
2)−β、(π/2)+βの方向から入射したとすると
、■を被測定点の移動速度、λを波長とすると ’+−1(1+ (Vslnβ/λ))F2−F6(1
−(Vslnβ/λ))二光束差動型LDVのドツプラ
信号周波I!fはず −1f、  −ず、I−(2VS
ln  β ) /λであるから、このずを測定するこ
とによって被測(1点の速度Vを検出することができ、
さらにこの清度v−0の点を求めれば、被測定面12の
1転54心位−を検出することができる。速度v−0の
蓋を検出するためには第3図に示すごとく干渉縞の測定
を、被測定11i12上のX方向め複数の任意点、及、
びY方向の複数の任意点において行う。
ところで、ここで注意すべきことは、プリズム10の椿
花である。すなわち、プリズム10が存在せず、かつ、
被測定1112の1転速度が低い場合には第4118に
示すように、被測定fli12による散乱光からの信号
成分はペデスタル成分に埋もれた状態となって両者の弁
別が困難である。そこでこの弁別を可能にするために本
発明ではプリズム10を設けたのであるが、プリズム1
0は第5図に示すごとく、直行する2面S1、S2とプ
リズム頂角eの斜面S3とを持つ横状で、その材質はた
とプリズム10で光路長が変えられ、光束F1、F2の
位相関係が変化し、かつ、プリズム10′の厚みを連続
的に蛮えることによって位相関係も連続的に変化し、し
たがって二光束F2、F2の周波数に差が生じる。プリ
ズム10の厚みを連続的に変化させることは、プリズム
10を斜1IiS3と平行な方向に連続的に移動させる
ことによって行なう。この場合の二光束Fls F2の
周波数の差Δf、は、nをプリズム10の屈折率、Vd
をプリズム10の厚さの増加速度、vpをプリズム10
の移動速度とすると、 Δf、、−(1−n 、:、 )  ・Vd/λVd 
−vp −sin e したがって、光束F1、F、とに周波数の差Δf、が生
じる。このとき、二光束差動型り、D、V、のドツプラ
信号周波数tと被測定l1i12の回転速度との関係は f−2sinβ−f、−V/C−Δt0ただし、Cは光
速である。
このようにして、干渉縞からの信号をペデスタル干渉縞
の測定を第6図に示す如く行ってもよい。
すなわち、被測定面12上のXY座榔軸上に2個の干渉
縞A、Bが生ずるように干渉縞発生装置を構成する。こ
の様にt個の干渉縞A、Bを同時に被測定面12上に形
成すれば、それらの測定によりX軸上の8点の速度とY
軸上のA点の速度がプリズムによってシフトされた周波
数に対応する速度に等しくなる点を捜して被測定面12
の回転中心位置として検出することが出来る。駿だ、プ
リズムによってシフトされた周波数の位置に対して得ら
れたドツプラ信号の周波数が高い方にずれたか、低い方
にずれたかを調べiことにより、速度軸中心までの距離
rは、r−v/ω、によって与えられる。A点、8点の
検出から、それぞれV軸及び×軸方向の点A、Bからの
距離の大きさがr′の式から求まり、方向は速度の正負
から求められる。この場合には、回転面の角速度ωを回
転中心から光分離れた位置で前もって測定しておく必要
がある。(本発明のようにμオーダーの中心位1検出を
問題としている場合は、角速度ωを測定する位置は回転
中心から数センチメートル鐘れていれば十分である。)
この方法の利点は検出−を移動じなくても良い点にある
この様な干渉縞A、Bの形成のためには、レーザ光を分
割して必要数の多光束を得る必要があり、そのためには
、多光束ビームスプリッタを必要とするが、この多光束
ビームスプリッタを、多重露光したホログラムによって
構成する事ができ、これにともなってレーザドツプラ用
土渉縞発生装置の構成を簡単にすることができる。すな
わち、第7図にはこの発明の他の実施例に係わる回転中
心位置検出装置1aが示されており、この回転中心及び
レンズ17で構成されている。光束Fにはプリズム10
が挿入されている。レンズ15.16はビームエキスパ
ンダを構成し、レーザビームは拡大して平行光来となっ
たのちホログラムHを照明する。ホログラム′″Hから
は複数の物体光が再生されて、レンズ17を通り、焦点
位置d&:集光して干渉縞を形成する。
多光束ビームスプリッタとして機能するホログラムHを
作製する方法は次の通りである。すなわち、(1)まず
、物体光02を参照ビームR3,R4によりをおく。
(3)前と同様に、物体光へを参照光R,,R,によっ
て、ブロックH,,H4に記録°する。
これらの操作によりブロックH1に物体光04、ブロッ
クH8に物体光q1ブロックH4に物体光0□、04が
記録された。次に、これらを再生するときは第10.1
1aiに示すように、このホログラムHに参照ビームR
1、R8、へを包含するような参照光Rをあてると、ホ
ログラムHの作製されている部分から物体光02.04
が再生される。この場合参照ビームR1の光路のみには
プリズム10を挿入する。
このときひとつの物体光は二つの参照ビームによってホ
ログラムに記録されているので二つの平行に進むビーム
として再生される。従って二つづつ平行な2組の平行に
進むビームが再生されること1誓る。ビームは2組ある
ので2点に干渉縞が形成される。
なおホログラムにレンズ17の作用を同時に記録させて
、レンズ17を省略することも可能である。
この場合のホログラムHの作製は、ホログラムHの記録
を第10図のレンズ17の後方で行い、かつ、こうして
作製したホログラムHなホログラムHに代替する。また
、ホログラムHからの再生光をレンズ17を通してホロ
グラムHに他の参照光Rを用いて記録し、こうして作製
されたホログラムH′をホログラムHに代替して使用す
る。
次ぎに、これらを再生するときは、第12図及び第13
図に示すように、ホログラムHに参照ビー作によってそ
れぞれ被測定面のY−0μm。
Y−300μ−の位置をX方向にスキャンして測定した
結果のグラフであるが、それぞれX方向の距離とドツプ
ラ信号周波数tとが比例し、f−0となる点、すなわち
回転中心位置が良好に検出されることを確認することが
出来る。
以上の説明から明らかな通り、この発明によれば高精度
に、かつ簡単に回転面の回転・中心を検出することが出
来、特に被測定面の回転速度が低い場合にもペデスタル
成分と信号成分との弁別が容易に出来る回転中心位置検
出装置な豐ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に関わる回転中心位置検出
装置を示す構成説明図、第2図は干渉縞形成部位への光
束の入射角を示す説明図、第3図は被測定面上の測定部
位を示す説明図、第4図は信号成分とペデスタル成分を
示すグフフ、第5図はプリズムを示す説明図、第6N1
1は干渉縞を示すザ説明図、第10Illは多重露光ホ
ログラムの再生操作を示す斜I!説明図、第11図は多
重露光ホログラムの再生操作を示す側面説明図、第12
図はレンズ効果を記録したホログラムの再生操作を示す
斜視説明図、第13図はレンズ効果を記録したホログラ
ムの再生操作を示す側m*明図、第14図は測定結果を
示すグラフ、及び第15図は測定結果を示すグラフであ
る。 1・・・回転中心位置検出@胃  2・・・干渉縞発生
装置  3・・・顕微鏡  4・・・干渉縞測定装置 
 5・・・レーザ発生装置  6・・・ミラー  7・
・・ビーム第1図 3 第5図 ’アリrb $to+=aSJIJ& シフ11?ll
第6図 第7図 4−′ 第14図 第15図 手続補正書(芳入) 昭和57 年 9月2.?日 l、事件の表示 昭和 67年特許願第 61681    号2 発明
の名称 回転物体の回転中心位置検出装置 3、 補正をする者 事件との関係  特許出願人 住  所  東京都千代田区霞が関1丁目3番1号(1
14)氏  名  工業技術院長    石 坂 誠 
−4指定代理人  〒305 5 補正命令の日付 昭和67年6月1 i”” B 第5図 5■皮譬丈シフト量                
:Δf。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ;光束法もしくは参照光法レーザドツプラ用干渉−発生
    装置と、鎖倣鏡と、及び干渉縞測定装置とjF&−備え
    、前記レーザドツプラ用干渉縞発生装置に縫って発生し
    たレーザドツプラ用干渉縞を被測定物の表面に結像させ
    、前記干渉縞測定装置によっ工前記被測定物の表面上の
    前記レーザドツプラ用・干渉縞を測定するように構成し
    、二光束法もしく“は参照光法におけ−る二光束のうち
    の一方の光束の光路中に横状めプリズムを位置させ、か
    つ前記光路における前記プリズムの厚さが変化する方向
    に前記プリズムが移動し得るように構成したことを特徴
    とする回転物体の回転中心位置検出装置。
JP57051581A 1981-12-17 1982-03-30 回転物体の回転中心位置検出方法 Granted JPS58167907A (ja)

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US06/424,629 US4529310A (en) 1981-12-17 1982-09-27 Device for detection of center of rotation of rotating object

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60218123A (ja) * 1984-04-13 1985-10-31 Mitsubishi Electric Corp レ−ザビ−ムの位置決め装置
JPS61159104A (ja) * 1984-12-29 1986-07-18 Omron Tateisi Electronics Co 回転中心検出装置

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