JPS6237325B2 - - Google Patents

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
ための方法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
心位置を検出して、それを刃物台の制御にフイー
ドバツクさせればよいわけであるが、この加工面
の回転中心位置を検出するための装置としては未
だ満足すべきものを得るに到つていない。

この発明は上記のごとき事情に鑑みてなされた
ものであつて、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
できる回転中心位置検出方法を提供することを目
的とするものである。

この目的に対応して、こ発明の回転物体の回転
中心位置検出方法は、光電管とスペクトルアナラ
イザを有する干渉縞測定装置と、レーザドツプラ
用干渉縞発生装置と、及び顕微鏡、とを使用し、
前記レーザドツプラ用干渉縞発生装置によつて発
生したレーザドツプラ用干渉縞を前記顕微鏡によ
つて被測定物の表面に結像させ、前記被測定物の
表面からの反射光を前記干渉縞測定装置の光電管
によつて光電変換して前記スペクトルアナライザ
によつて前記被測定物の表面上の前記レーザドツ
プラ用干渉縞のドツプラ信号周波数を測定し、そ
のような測定を前記被測定物の表面上の複数箇所
で行つて前記ドツプラ信号周波数が０になる前記
表面上の位置を検出し、その位置をもつて前記表
面の回転中心とすることを特徴としている。

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方法に
おいて使用する回転中心位置検出装置である。回
転中心位置検出装置１は干渉縞発生装置２、顕微
鏡３、干渉縞測定装置４を備えている。干渉縞発
生装置２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、ビームスプリツタ７、２個のポラライザ８
ａ，８ｂ、他のポラライザ９、レンズ１１を備え
ている。２個のポラライザ８ａ，８ｂはビームス
プリツタ７からの光束F₁，F₂の光量を一致させ
るためのものであり、他のポラライザ９はポララ
イザ８ａ，８ｂを使用したためにF₁，F₂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。被測定面１２は工作物の仕上げ
面であつて、工作機械のチヤツク等に挟みつけら
れて回転するものであり、これがこの発明の装置
によつ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で光路変換したのちビームスプリツタ７へ入
射し、ここで２つの光束F₁，F₂分割する。光束
F₁はポラライザ８ａで光量調整され、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０に結像する。

一方光束F₂はポラライザ８ｂで光量調整さ
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０に結像する。した
がつて、この２つの光束F₁，F₂が焦点位置０で
互いに重なり合い干渉縞が生じる。

この焦点位置０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
は回転移動する被測定面１２上の微小な凹凸によ
つて散乱され、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によつ
て解析される。

第２図に示す如く、周波数_０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、その
散乱光をπ／２の方向から観測したときに、それ
ぞれの方向からの散乱光の周波数が_１・_２に
なるものとすれば、Ｖを被測定点の移動速度、λ
を波長として、 〓_１＝〓_０＋（Vsinβ／λ） 〓_２＝〓_０−（Vsinβ／λ） 二光束差動型LDVのドツプラ信号周波数〓は 〓＝｜〓−〓_２｜＝（2Vsinβ／λ であるから、この〓を測定することによつて被測
定点の速度Ｖを検出することができ、さらにこの
速度Ｖ＝０の点を求めれば、被測定面１２の回転
中心位置を検出することができる。速度Ｖ＝０の
点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、被測定面１２上の×方向の複数の任意
点、及びＹ方向の複数の任意点において行う。こ
の場合、観測方向は被測定点の移動方向に垂直で
ある。この発明では、特定の場所のみにレーザ光
を照射しているので、例えば、＋側にドツプラシ
フトが生じているときのみ信号が取り込まれるよ
うにしているので、得られる信号にはドツプラシ
フトが観測される。

なお、ドツプラビート周波数については次の
ようにも説明できる。

測定位置に生じている干渉縞の明暗の１周期の
間隔αは同一条件の場合 α＝Ｘ／2sinβ となるので、ここを速度Ｖの被測定物体が通過す
ると、散乱光の強弱の周期〓は 〓＝Ｖ／α＝2Vsinβ／λ となり、これは先に計算された〓と一致する。な
お、この第３図に示す如き検出操作において、被
測定面１２上のＸ，Ｙ方向の複数点での干渉縞の
測定をより簡略化することが望まれる場合及び被
測定面１２の中心部近傍での測定がペデスタル成
分の存在によつて困難である場合には、干渉縞の
測定を第４図及び第５図に示す如く行つてもよ
い。すなわち、被測定面１２上のXY座標軸上に
４個の干渉縞Ａ，A′，Ｂ，B′が生ずるように干
渉縞発生装置を構成する。この様に４個の干渉縞
Ａ，A′，Ｂ，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Ｂ，B′点の
速度が等しくなり、かつＹ軸上のＡ，A′点の速
度が等しくなる点を被測定面１２の回転中心位置
として検出することが出来る。この様な干渉縞
Ａ，A′，Ｂ，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ツタを必要とする
が、この多光束ビームスプリツタを、多重露光し
たホログラムによつて構成する事ができ、これに
ともなつてレーザドツプラ用干渉縞発生装置の構
成を簡単にすることができる。すなわち、第６図
にはこの発明の他の実施例に係わる回転中心位置
検出方法において使用する回転中心位置検出装置
１ａが示されており、この回転中心位置検出装置
１ａでは、干渉縞発生装置２ａがレーザ発生装置
５と、レーザ発生装置５からのレーザの進行方向
に順次配置されたミラー６、ミラー６ａ、レンズ
１５、レンズ１６、ホログラムＨ、及びレンズ１
７で構成されている。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
平行光束となつたのちホログラム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０′に集光して干渉
縞を形成する。

多光束ビームスプリツタとして機能するホログ
ラムＨを作製する法は次の通りである。すなわ
ち、第７図及び第８図に示す如く、角度の異なる
４本の平行光束からなる物体光０_１〜０_４を平行
な４光束からなる参照ビームR₁〜R₄によつて、
ホログラムＨに記録するが、その際ホログラムを
小ブロツクにわけ、各部分に名物体光を記録す
る。（全面に一度に記録することも可能だが、コ
ントラストや不必要な干渉がおこるのを防ぐため
である。） (1) まず物体光O₁を参照ビームR₁とR₂によつ
て、ホログラムＨのH₁，H₂のブロツクに記録
する。

参照ビームR₁はブロツクH₁を、また参照ビ
ームR₂はブロツクH₂を照射し、物体光O₁はブ
ロツクH₁，H₂両方を照射する。

(2) 同様に、物体光O₂を参照ビームR₃，R₄によ
つてブロツクH₃，H₄に記録する。

(3) 次に、第８図示す如く、物体光O₁，O₂の中
心光線を含む面と垂直な面内に物体光O₃，O₄
の中心光線をおく。

(4) 前と同様に、物体光O₃を参照光R₁，R₄によ
つて、ブロツクH₁，H₄に記録する。

(5) 物体光O₄を参照ビームR₂，R₃によつてブロ
ツクH₂，H₃に記録する。

これらの操作によりブロツクH₁に物体光O₁，
O₃、ブロツクH₂に物体光O₁，O₄、ブロツクH₃に
物体光O₂，O₄、ブロツクH₄に物体光O₂，O₃が記
録された。次に、これらを再生するときは第９図
に示すように、このホログラムＨに参照ビーム
R₁〜R₄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
O₁〜O₄が再生される。このときひとつの物体光
は二つの参照ビームによつてホログラム記録され
ているので二つの平行に進むビームとして再生さ
れる。従つて二つづつ平行な４組の平行に進むビ
ームが再生されることになる。

この後方にレンズ１７をおくことにより、一組
の平行なビームは焦点上で１点に重なり干渉縞を
形成する。ビームは４組あるので４点に干渉縞が
形成される。１ビームの参照光を４ビームに分割
する場合には、第１０図に示すように２枚の平行
平面板１８，１９を使用してもよく、また、第１
１図に示す如く、２個のケスタープリズム２１，
２２を使用してもよい。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_bの作製は、第１２図に示すごとくホログラム
Ｈ_bの記録をレンズ１７の後方で行い、かつ、こ
うして作製したホログラムＨ_bをホログラムＨに
代替する。また、第１３図に示すごとく、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_cに他の参照光R₅を用いて記録し、こうし
て作製されたホログラムＨ_cをホログラムＨに代
替して使用する。

第１４図及び第１５図には、第３図に示す測定
操作によつてそれぞれ被測定面のＹ＝Ｏμｍ、Ｙ
＝300μｍの位置をＸ方向にスキヤンして測定し
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とが比例し、〓＝Ｏ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
することが出来る回転中心位置検出方法を得るこ
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
位置検出方法において使用す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図は他の実施
例における干渉縞形成部位を示す斜視説明図、第
５図は他の実施例における干渉縞形成部位を示す
正面説明図、第６図はこの発明の他の実施例に係
わる回転中心位置検出方法において使用する回転
中心位置検出装置を示す構成説明図、第７図は多
重露光ホログラムの作製過程を示す説明図、第８
図は多重露光ホログラムの他の作製過程を示す説
明図、第９図は多重露光ホログラムの再生操作を
示す説明図、第１０図は参照光分割操作の一例を
示す斜視説明図、第１１図は参照光分割操作の他
の例を示す斜視説明図、第１２図はレンズ効果を
記録したホログラムの作製操作を示す説明図、第
１３図はレンズ効果を記録した他のホログラムの
作製操作を示す説明図、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。 １，１ａ…回転中心位置検出装置、２，２ｂ…
干渉縞発生装置、３…顕微鏡、４…干渉縞測定装
置、１２…被測定面、Ｈ，Ha，Hb，Hc…ホログ
ラム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光電管とスペクトルアナライザを有する干渉
   縞測定装置と、レーザドツプラ用干渉縞発生装置
   と、及び顕微鏡、とを使用し、前記レーザドツプ
   ラ用干渉縞発生装置によつて発生したレーザドツ
   プラ用干渉縞を前記顕微鏡によつて被測定物の表
   面に結像させ、前記被測定物の表面からの反射光
   を前記干渉縞測定装置の前記光電管によつて光電
   変換して前記スペクトルアナライザによつて前記
   被測定物の表面上の前記レーザドツプラ用干渉縞
   のドツプラ信号周波数を測定し、そのような測定
   を前記被測定物の表面上の複数箇所で行つて前記
   ドツプラ信号周波数が０になる前記表面上の位置
   を検出し、その位置をもつて前記表面の回転中心
   とすることを特徴とする回転物体の回転中心位置
   検出方法。