JP2001249014A - 対向平面平行度測定装置 - Google Patents

対向平面平行度測定装置

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JP2001249014A
JP2001249014A JP2000058986A JP2000058986A JP2001249014A JP 2001249014 A JP2001249014 A JP 2001249014A JP 2000058986 A JP2000058986 A JP 2000058986A JP 2000058986 A JP2000058986 A JP 2000058986A JP 2001249014 A JP2001249014 A JP 2001249014A
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Hirohisa Handa
博久 半田
Naoki Mitsuya
直樹 光谷
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Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像手段を1つのみ使用して対向平面の平行
度を測定することができる対向平面平行度測定装置を提
供する。 【解決手段】 マイクロメータ2のアンビル41の先端
面(被測定面M1)とスピンドル42の先端面(被測定
面M2)との平行度を測定する対向平面平行度測定装置
1において、基準平面S1,S2と被測定面M1,M2
とで反射されて干渉した2つのレーザ光を偏光ビームス
プリッタ45,46により同一方向に折り曲げ、単一の
撮像素子48aで1度に撮像できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、相対向する2つの
平面の平行度を測定する対向平面平行度測定装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、物体の寸法を精密に測定する器具
としてマイクロメータがあり、このマイクロメータは、
寸法測定を行う物体をアンビル先端面(固定側平面)と
回転しながら線形移動するスピンドル先端面(回転側平
面)との間に挟持して両平面間の距離を測定することで
物体の寸法を測定する。従って、上記アンビル先端面と
スピンドル先端面とが高精度に平行に保たれていないと
物体の寸法を正確に測定することができない。
【0003】そこで、従来より、このような一対の対向
平面の平行度を高精度に測定する装置として、特開平1
1−293145号公報に記載された対向平面平行度測
定装置がある。
【0004】図5は、従来の対向平面平行度測定装置の
概略構成図である。測定対象であるマイクロメータ2
は、製造最終工程又は検査工程において、マイクロ搬送
・プローブ支持機構3によって搬送される。対向平面平
行度測定装置1は、マイクロメータ2と一緒にマイクロ
搬送・プローブ支持機構3によって搬送されるプローブ
本体11と、このプローブ本体11に光を供給するLD
(レーザ・ダイオード)光源回路12と、マイクロメー
タ2の被測定面に適度な測定圧を加えるための測定圧付
加機構13と、マイクロメータ2のスピンドル42を1
80度回転させるための回転駆動機構10と、これら各
部やマイクロ搬送・プローブ支持機構3を制御すると共
に測定に必要な演算処理を実行するコントローラ14と
を備えている。LD光源回路12とプローブ本体11と
は、偏波面保持光ファイバ15及び光ファイバコネクタ
17を介して光学的に接続されている。測定圧付加機構
13とプローブ本体11とはワイヤ16を介して機械的
に接続されている。
【0005】プローブ本体11は、内部に各被測定面を
計測するための別々の光学経路を形成する干渉光学系1
8を備えると共に、この干渉光学系18を介して抽出さ
れた干渉像をそれぞれ撮像する撮像手段であるCCDカ
メラ19,20を設けたものである。プローブ本体11
の図中下端部に後述する測定ヘッド部27が形成され、
この測定ヘッド部27の両端部に被測定面であるマイク
ロメータ2のアンビル41の先端面(被測定面M1)と
スピンドル42の先端面(被測定面M2)とを挟みこん
で測定が行われる。
【0006】図6は従来の対向平面平行度測定装置にお
ける干渉光学系18の概略正面図、図7は干渉光学系1
8の偏光ビームスプリッタの斜視図である。
【0007】図6において、干渉光学系18はフィゾー
型干渉計を用いている。LD光源回路12から出射され
たレーザ光は、偏波面保持光ファイバ15及びコリメー
タレンズ22を介して偏光ビームスプリッタ23に入射
され、当該偏光ビームスプリッタ23及び直角プリズム
24により平行な2つの光学経路C1、C2に分割さ
れ、直角プリズム28,29に導かれる(図7)。
【0008】直角プリズム28,29に導入されたレー
ザ光は、この直角プリズム28,29でそれぞれ進行方
向を90度曲げられて互いに逆方向で外向きに進行し、
ガラスで形成された平面基準板31,32の基準平面S
1,S2と被測定面M1,M2とで反射する。
【0009】これらの反射光は、夫々もと来た光路を逆
に進み、偏光ビームスプリッタ25,26により夫々進
行方向を90度曲げられ、別々の撮像素子19a,20
aに干渉縞を生成する(図7)。
【0010】撮像素子19a,20aでそれぞれ撮像さ
れた干渉縞は、コントローラ14に入力されて解析処理
に供せられ、被測定面M1,M2の平行度が求められ
る。
【0011】このように、従来の対向平面平行度測定装
置は、2組の撮像素子19a,20aを有している。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記対
向平面平行度測定装置は2組の撮像素子19a,20a
を有しているため、以下に示すような問題点がある。
【0013】2組の撮像素子19a,20aから干渉
縞を入力するコントローラ14は2系統入力できるもの
が必要となるため、コントローラ14の製造が複雑でコ
スト高となっている。
【0014】2組の撮像素子19a,20aからの2
系統の画像は、被測定物の位置決め又は測定時の利便性
のために、夫々同時に動画像として観測できることが必
要である。2系統の画像を同時に動画像として観測でき
るようにするコントローラは、非常に高価であり、ま
た、2系統の画像を同時に動画像として観測できない一
般的なコントローラを用いる場合は、ソフトウェアによ
り2系統の画像入力を高速度で切り替え、擬似的に同時
入力で動画像を表示するので、ソフトウェアが煩雑にな
る。
【0015】対向平面平行度測定装置を測定範囲に合
わせて小型化する場合には、干渉光学系18自体の小型
化は比較的容易であるが、CCDカメラ19,20は小
型化が困難であり、そのCCDカメラ19,20を2台
持つことは、対向平面平行度測定装置の小型化に限界を
もたらす結果となっている。
【0016】本発明は、上記点に着目してなされたもの
であり、撮像手段を1つのみ使用して対向平面の平行度
を測定することができる対向平面平行度測定装置を提供
することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の対向平面平行度測定装置は、相対向する
2つの平面を同時に2つの干渉画像として観測する2組
の干渉光学系を有し、該相対向する2つの平面の平行度
を測定する対向平面平行度測定装置において、前記2組
の干渉光学系から出射された2つの光束の光路を同一方
向に変更する光路変更手段と、該光路変更手段により光
路を変更された2つの光束を2つの干渉画像として撮像
する単一の撮像手段とを備えることを特徴とする。
【0018】請求項1の対向平面平行度測定装置によれ
ば、光路変更手段が2組の干渉光学系から出射された2
つの光束の光路を同一方向に変更し、単一の撮像手段が
該光路変更手段により光路を変更された2つの光束を2
つの干渉画像として撮像するので、撮像手段を1つのみ
使用して対向平面の平行度を測定することができる。ま
た、撮像手段を1つのみにしたことから、対向平面平行
度測定装置の小型化を可能にすると共に該装置のコスト
を安価にすることができる。また、1つの撮像面上に2
つの干渉画像を投影するため、撮像手段の画素を有効に
活用することができる。
【0019】請求項2の対向平面平行度測定装置は、請
求項1記載の対向平面平行度測定装置において、前記撮
像手段で撮像された2つの干渉画像を夫々分離し、該分
離された干渉画像を使用して前記相対向する2つの平面
の平行度を測定する平行度測定手段を備えたことを特徴
とする。
【0020】請求項2の対向平面平行度測定装置によれ
ば、平行度測定手段が撮像手段で撮像された2つの干渉
画像を夫々分離し、該分離された2つの干渉画像を使用
して相対向する2つの平面の平行度を測定するので、解
像度を落す作業や画像サイズの変更作業が不要となり、
解析速度を向上させることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【0022】図1は本発明の実施の形態に係る対向平面
平行度測定装置の概略構成図である。測定対象であるマ
イクロメータ2は、製造最終工程又は検査工程におい
て、マイクロ搬送・プローブ支持機構3によって搬送さ
れる。対向平面平行度測定装置1は、マイクロメータ2
と一緒にマイクロ搬送・プローブ支持機構3によって搬
送されるプローブ本体11と、このプローブ本体11に
光を供給するLD(レーザ・ダイオード)光源回路12
と、マイクロメータ2の被測定面に適度な測定圧を加え
るための測定圧付加機構13と、マイクロメータ2のス
ピンドル42を180度回転させるための回転駆動機構
10と、これら各部やマイクロ搬送・プローブ支持機構
3を制御すると共に測定に必要な演算処理を実行するコ
ントローラ14とを備えている。LD光源回路12とプ
ローブ本体11とは、偏波面保持光ファイバ15及び光
ファイバコネクタ17を介して光学的に接続されてい
る。測定圧付加機構13とプローブ本体11とはワイヤ
16を介して機械的に接続されている。
【0023】プローブ本体11は、内部に各被測定面を
計測するための別々の光学経路を形成する干渉光学系1
8aを備えると共に、この干渉光学系18aを介して抽
出された干渉像をそれぞれ撮像する撮像手段であるCC
Dカメラ48を設けたものである。プローブ本体11の
図中下端部に後述する測定ヘッド部27が形成され、こ
の測定ヘッド部27の両端部に被測定面であるマイクロ
メータ2のアンビル41の先端面(以下、「被測定面M
1」という)とスピンドル42の先端面(以下、「被測
定面M2」という)とを挟みこんで測定が行われる。
【0024】図2は本発明の実施の形態に係る対向平面
平行度測定装置における干渉光学系18aの概略正面
図、図3は図2の干渉光学系18aの概略側面図、図4
は図2の干渉光学系18aの偏光ビームスプリッタの斜
視図である。
【0025】本発明の実施の形態に係る対向平面平行度
測定装置1の干渉光学系18aはフィゾー型干渉計を用
いている。この干渉光学系18aは図1に示すように偏
波面保持光ファイバ15を介してレーザ光を出射するL
D光源回路12に接続されている。当該LD光源回路1
2から出射されたレーザ光は、偏波面保持光ファイバ1
5及び光ファイバコネクタ17を介して筐体21の内部
に導入される。導入されたレーザ光は、まずコリメータ
レンズ22で約7mmφ程度の光束にコリメートされ
る。コリメータレンズ22からのレーザ光は、偏光ビー
ムスプリッタ23に入射され、ここで一部が透過し、残
りが反射して進行方向を90度曲げられる。進行方向を
90度曲げられたレーザ光は、直角プリズム24にて再
度90度進行方向を曲げられる。これにより、レーザ光
は、平行な2つの光学経路C1、C2に分割される(図
4)。
【0026】各光学経路C1,C2を進行するレーザ光
は、偏光ビームスプリッタ45,46をそれぞれ透過し
て、直角プリズム28,29に導入される。直角プリズ
ム28,29に導入されたレーザ光は、この直角プリズ
ム28,29でそれぞれ進行方向を90度曲げられて互
いに逆方向で外向きに進行する。
【0027】筐体21は、直角プリズム28,29から
のレーザ光を透過するように開口されている。この開口
を塞ぐように透明の平面基準板31,32が筐体22の
側壁外面にそれぞれ添接されている。平面基準板31,
32は、例えばガラスで形成されており、直角プリズム
28,29に対向する面には、被測定面M1,M2の反
射率に応じたハーフミラーコーディングが施され、この
面が基準平面S1,S2となる。フィゾー型干渉計は、
この基準平面S1,S2と被測定面M1,M2とで反射
された2つのレーザ光を干渉させる干渉計である。
【0028】この対向平面平行度測定装置1では、2枚
の平面基準板31,32を密着固定する測定ヘッド部2
7の平面基準板固定面をゲージブロック並の良好な平行
平面にラッピング加工し、その上で平面基準板31,3
2の基準平面をリンキングによって固定しているので、
基準平面S1,S2は、極めて高精度な干渉計の閉口基
準面として用いることができる。また、適当なるキャリ
ブレーション法を併用すれば、更に一致度は高まる。
【0029】平面基準板31には、中央部に測定用の開
口部を有する固定保護板33がリンギングによって添接
されている。固定保護板33は、焼き入れされた鋼又は
超硬合金を用い、平面基準板31の基準平面S1と平行
になるように高精度にラッピング加工されている。一
方、平面基準板32には、中央部に測定用の開口部を有
する可動加圧板34が設けられている。この可動加圧板
34は、測定圧付加機構13により図中矢印方向に移動
して被測定面M1,M2に適当な測定圧を付与する。
【0030】平面基準板31,32の各基準平面S1,
S2と被測定面M1,M2とで反射された2つのレーザ
光は、直角プリズム28,29で反射して進行方向を9
0度曲げられ、偏光ビームスプリッタ45,46で図2
の紙面に垂直に共に同一方向に折り曲げられて、光学経
路P1,P2を通る(図3,図4)。
【0031】そして、1つの撮像素子48aで光学経路
P1,P2からのそれぞれのレーザ光を干渉縞として撮
像するため、ビームスプリッタ45,46で図2の紙面
に垂直に共に同一方向に折り曲げられた2つのレーザ光
は、縮小投影レンズ光学系47により縮小され、撮像素
子48aに干渉縞として撮像される。撮像素子48aに
撮像された2つの干渉縞は、コントローラ14に入力さ
れて、分離され、解析処理に供せられて、被測定面M
1,M2の平行度が求められる。このとき、撮像素子4
8aは2つの干渉縞を並べて撮像しているため、コント
ローラ14は入力された画像から必要部分を切り出して
そのまま解析処理を行うことができ、解像度を落す作業
や画像サイズの変更作業が不要となり、解析速度を向上
させることが可能である。
【0032】上述したように、本発明の実施の形態によ
れば、干渉した2つのレーザ光を偏光ビームスプリッタ
45,46により同一方向に折り曲げ、単一の撮像素子
48aで1度に撮像できるようにしたので、撮像素子を
1つのみ使用して対向平面の平行度を測定することがで
きる。また、撮像素子を1つのみにしたことから、対向
平面平行度測定装置1の小型化を可能にすると共に該装
置のコストを安価にすることができる。また、1つの撮
像面上に2つの干渉縞を投影するため、撮像素子48a
の画素を有効に活用することができる。
【0033】上述した撮像素子48aが2つの干渉像を
並べて撮像可能な画素数の多い大面積撮像面を有する場
合には、上述の縮小投影レンズ光学系47を使用しなく
てもよい。
【0034】尚、本実施の形態では、1つの撮像素子4
8aしか使用しないため、2系統の画像を同時に動画像
として観測できるコントローラの使用を不要にして、製
造コストの大幅な削減が可能であり、加えて、一般的な
コントローラとした場合でも2系統の画像入力を高速で
切り換えるためのソフトウェアを必要としない。
【0035】また、本実施の形態の偏光ビームスプリッ
タ45,46はサイズの大きい1つの偏光ビームスプリ
ッタに置き換えることもできる。
【0036】また、本発明はマイクロメータの測定面の
平行度を高精度に測定することに適用でき、これ以外に
も、直方体等の構造体の内壁の平行平面に対し、干渉画
像情報を取得する干渉光学系を有する測定装置全般に適
用できる。
【0037】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項1の
対向平面平行度測定装置によれば、光路変更手段が2組
の干渉光学系から出射された2つの光束の光路を同一方
向に変更し、単一の撮像手段が該光路変更手段により光
路を変更された2つの光束を2つの干渉画像として撮像
するので、撮像手段を1つのみ使用して対向平面の平行
度を測定することができる。また、撮像手段を1つのみ
にしたことから、対向平面平行度測定装置の小型化を可
能にすると共に該装置のコストを安価にすることができ
る。また、1つの撮像面上に2つの干渉画像を投影する
ため、撮像手段の画素を有効に活用することができる。
【0038】請求項2の対向平面平行度測定装置によれ
ば、平行度測定手段が撮像手段で撮像された2つの干渉
画像を夫々分離し、該分離された2つの干渉画像を使用
して相対向する2つの平面の平行度を測定するので、解
像度を落す作業や画像サイズの変更作業が不要となり、
解析速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る対向平面平行度測定
装置の概略構成図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る対向平面平行度測定
装置における干渉光学系18aの概略正面図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る対向平面平行度測定
装置における干渉光学系18aの概略側面図である。
【図4】干渉光学系18aの偏光ビームスプリッタの斜
視図である。
【図5】従来の対向平面平行度測定装置の概略構成図で
ある。
【図6】従来の対向平面平行度測定装置における干渉光
学系18の概略正面図である。
【図7】干渉光学系18の偏光ビームスプリッタの斜視
図である。
【符号の説明】
15 偏波面保持光ファイバ 17 光ファイバコネクタ 21 筐体 22 コリメータレンズ 23,45,46 偏光ビームスプリッタ 24,28,29 直角プリズム 31,32 平面基準板 33 固定保護板 34 可動加圧板 47 縮小投影レンズ光学系 48a 撮像素子
フロントページの続き Fターム(参考) 2F064 AA04 EE05 FF02 GG04 GG13 GG23 GG44 HH03 HH08 JJ01 KK04 2F065 AA47 BB25 CC00 FF51 GG06 HH03 HH04 HH13 JJ03 JJ26 LL02 LL04 LL37 LL46 QQ28

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相対向する2つの平面を同時に2つの干
    渉画像として観測する2組の干渉光学系を有し、該相対
    向する2つの平面の平行度を測定する対向平面平行度測
    定装置において、 前記2組の干渉光学系から出射された2つの光束の光路
    を同一方向に変更する光路変更手段と、該光路変更手段
    により光路を変更された2つの光束を2つの干渉画像と
    して撮像する単一の撮像手段とを備えることを特徴とす
    る対向平面平行度測定装置。
  2. 【請求項2】 前記撮像手段で撮像された2つの干渉画
    像を夫々分離し、該分離された干渉画像を使用して前記
    相対向する2つの平面の平行度を測定する平行度測定手
    段を備えたことを特徴とする請求項1記載の対向平面平
    行度測定装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1304818C (zh) * 2003-12-01 2007-03-14 富士能株式会社 平行度测定方法
JP2008008816A (ja) * 2006-06-30 2008-01-17 Mitsutoyo Corp 干渉測長機
KR102691449B1 (ko) * 2023-09-15 2024-08-05 고동한 단일빔과 단일 오토콜리메이터를 이용한 2평면 평행도 계측 장치

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