JP2005147824A - 真直・平面度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定装置に簡易な測定治具を組み合わせ、被検査製品の形状に左右されることなく、測定対象の平面度，真直度を適正かつ作業能率よく行えるように改良する。
【解決手段】レーザ光源１と、該レーザ光源から出射するレーザ光１ａの光路上に配置したウォラストンプリズム干渉器２と、該干渉器のウォラストンプリズムで直線偏光された干渉光１ｂ，１ｃをウォラストンプリズムへ反射させる反射ミラー３とを備え、干渉器２を測定対象面上に沿い移動してその平面度，真直度を測定する平面・真直度測定装置において、前記ウォラストンプリズム干渉器を直線状のガイドレール６ａと移動テーブル６ｂからなる水平ガイドモジュール６に、垂直ガイドレール７ａ，移動テーブル７ｂからなる垂直ガイドモジュール７を組み合わせたリニアガイド８に搭載するとともに、ガイドレール６ａの両端にレーザ光源，反射ミラーを連結し、リニアガイドを被測定面上にセットした状態で干渉器を移動して測定対象の平面度，ないし真直度を測定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タービンケーシングなどの大形機器を対象に、その加工面の平面度検査に適用するのに好適なレーザ干渉計方式の真直・平面度測定装置に関する。

頭記タービンケーシングなどの大形，重量機器は据付け状況によってたわみ量が微妙に変化してタービンの運転に影響を及ぼすことから、その製品検査（加工面（例えば、ケーシングの分割フランジ面）の真直度，平面度）には高い測定精度が要求される。
一方、検査対象の真直度，ないし平面度の高精度な測定にレーザ干渉計を採用した測定法が従来から知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
図２はレーザ干渉計を応用した上記測定装置の従来構成図である。図において、１はレーザ光源、２はレーザ光源１から出射したレーザ光１ａの光路上に配置したウォラストンプリズム干渉器、３は反射ミラー、４は干渉器２を搭載した移動テーブル、５は移動テーブル４の移動を案内するガイド板（定規）である。
ここで、前記したタービンケーシングなどの大形機器について、その製品の測定対象となる検査面の真直度，平面度を測定する場合には、測定対象となる加工面上の測定ポイントに沿ってガイド板５を配置した上で、このガイド板５の側方に添わせて配置した移動テーブル４に干渉器２を搭載し、さらに干渉器２のウォラストンプリズムに光路を合わせてその前後位置にレーザ光源１，反射ミラー４を配置し、さらに各光学機器の相互間で光軸を合わせるように調整した状態で、移動テーブル４をガイド板５に沿ってレーザ光の光路上を移動しながら次記のように検査面の平面度１を測定する。なお、平面度は真直度（１次元の幾何学量）を２次元に拡張したものであり、基本的には真直度の測定をその測定ポイントを変えて行なうことで平面度の測定が行える。

ここで、レーザ干渉計による真直度，平面度の測定原理を図３に示す。すなわち、レーザ光源１から出射した二つの周波数ｆ1 ，ｆ2 をもつレーザ光１ａをウォラストンプリズム干渉器２（偏光用の光学素子）に通すと、レーザ光１ａは光軸に対して互いに反対方向に等しい角度（θはビーム分離角度）で分割された二つの干渉光１ｂ（周波数ｆ1 ），１ｃ（周波数ｆ2 ）に直線偏光される。この干渉光１ｂ，１ｃはそれぞれの光路に対して直角となるように配置した２枚の反射ミラー３ａ，３ｂに当たって反射され、再びウォラストンプリズム干渉器２で再結合した後に、非偏光ビーム分割器１０を経て光検出器（一般にはレーザ光源１に装備されている）で検出される。このときに、干渉器２が光軸に対して上下方向に変位すると、その動きに応じて干渉器２から反射ミラー３ａ，３ｂまでの見かけの光路長が変化する。例えば、干渉器２が上方に移動すると、反射ミラー３ａとの間の光路長が短くなり、逆に反射ミラー３ｂとの間の光路長が増加する。これをｆ1 ±Δｆ1 ，ｆ2 ±Δｆ2 に対応する干渉縞の変化としてその変化を検出することにより、前記変位Δλを測定できる。

従ってより、ウォラストンプリズム干渉器２を測定対象となる面上に載置した上で、レーザ光１ａの光路に沿って干渉器２で測定対象面をなぞるように連続的に移動させることにより、検査面の平面度，真直度を測定することができる。
特開昭４９−６２１５３号公報 特開平８−３２７３４３号公報

ところで、図２に示した従来の測定装置をそのまま用いて頭記したタービンケーシングなどのような大形機器の測定対象となる検査面（タービンケーシングの分割フランジ面，据付面など）が単純な直線，平坦面を呈してない製品の検査を行う場合には、次記のような測定上の不具合がある。
すなわち、図２に示した従来構成では、レーザ光源１，ウォラストンプリズム干渉器２，反射ミラー３の各光軸部品が分離独立していて個別に測定対象の経路にセットし、この状態で干渉器２をガイド板５に添わせて案内させながらレーザ光線１ａの光路上を移動して測定を行うようにしている。このために、図４で表すように測定対象面１０が平坦な直線状を呈してなく、レーザ光１ａの光軸に沿った測定経路の途中に図２に示した移動テーブル４の外形サイズよりも大きな凹所（または穴）１１あるいは不連続部１２などが存在していると、測定を中断して干渉器２を凹所１１，不連続部１２を跨ぐように移し変えるなど、レーザ光の光路から外れないように移動して連続的に測定を行うことできなくなる。すなわち、レーザ干渉計による測定装置は、測定を途中で中断して干渉器を測定範囲を逸脱して移動したりすると、測定にエラーが生じて装置がリセットされてしまって、正しい測定データが得られないといった問題が生じる。

また、被検査製品について測定対象となる検査面が複数箇所に分散している場合（例えばケーシングの左右のフランジ面など）に、その平面度の測定を行うには、その都度レーザ光源１，ウォラストンプリズム干渉器２，反射ミラー３を新たな測定対象部位に移してセットするための準備作業として、各光学部品の光軸を正確に合わせる調整作業が必要であり、その調整作業には手間と時間を要する。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、測定装置に簡易な測定治具を組み合わせることにより、図４のような不連続の測定対象面に対しても支障なく測定が行え、また測定装置を別な測定箇所に移して測定を行う場合でもその都度光軸を合わせる調整作業を必要とせずに、測定作業を能率よく行えるように改良した真直・平面度測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、レーザ光源と、該レーザ光源から出射するレーザ光の光路上に配置したウォラストンプリズム干渉器と、該干渉器のウォラストンプリズムで直線偏光された干渉光をウォラストンプリズムへ反射させる反射ミラーとを備え、前記干渉器を測定対象面上に沿い移動してその真直度，平面度を測定する真直・平面度測定装置において、
前記ウォラストンプリズム干渉器を水平ガイドモジュールに垂直ガイドモジュールを組み合わせたリニアガイドに搭載し、該リニアガイドを被測定面上にセットした状態で干渉器を移動して真直度，ないし平面度の測定を行うようにする（請求項１）。
また、前記の構成において、リニアガイドの水平ガイドモジュールの両端に、ウォラストンプリズム干渉器と光路を合わせてレーザ光源，および反射ミラーを連結し、測定装置全体を一体化した構成とする（請求項２）。

上記のようにウォラストンプリズム干渉器を、水平ガイドモジュールと垂直ガイドモジュールを組み合わせたリニアガイドに搭載した構成として測定対象（製品の被検査面）にセットすることにより、その測定対象に図４で述べたように凹所，不連続部が存在している場合でも、これら部分に阻害されることなしに干渉器をレーザ光の光路に沿って測定対象面をなぞるように移動して連続的に真直度，平面度の測定が行える。
また、前記水平ガイドモジュールの両端にウォラストンプリズム干渉器と光路を合わせてレーザ光源，および反射ミラーを連結し、測定装置全体を一体化した構成によれば、測定装置を別な測定箇所に移して測定を行う場合でも、従来装置のようにその準備作業として各光学部品の光軸を合わせる面倒な調整作業が不要となり、これにより測定作業を短時間で能率よく行える。

以下、本発明の実施の形態を図１に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図２に対応する同一部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
すなわち、図１に示す実施例の測定装置では、水平ガイドモジュール６と垂直ガイドモジュール７を組み合わせたリニアガイド８に、図示のようにレーザ光源１，ウォラストンプリズム干渉器２，および反射ミラー３を装着して一体化されている。ここで、水平ガイドモジュール６は真直度が高い（真っ直ぐ）直線状の長尺ガイドレール６ａに可動テーブル６ｂを矢印Ｈ方向に案内支持した構成になる。また、垂直ガイドモジュール７は前記可動テーブル６ｂの側面に敷設した垂直方向のガイドレール７ａに可動テーブル７ｂを矢印Ｖ方向へ移動自在に案内支持した構成になり、この可動テーブル７ｂに干渉器２が装着されている。なお、前記のガイドレール７ａにはストッパを設けて可動テーブル７ｂの上下移動範囲を測定範囲（例えば±２mm）に規正するようにしている。一方、レーザ光源１，反射ミラー３は、干渉器２のウォラストンプリズムに光路を合わせて前記水平ガイドモジュール６のガイドレール６ａの両端に連結されている。

そして、被検査製品の平面度を測定する場合には、前記測定装置の組立体を測定対象となる検査面上に定めた測定ポイントに沿って載置セットし、この状態で前記干渉器２を測定対象面になぞらせながら(実際の装置では、干渉器２を搭載した可動テーブル７ｂの下面にプローバとなる触針を設けておく)、水平ガイドモジュール６の移動テーブル６ｂをガイドレール６ａに沿って移動し、図３の測定原理で述べた方法により平面度を測定する。この場合に図４で述べたように測定対象となる検査面の経路１０に凹所１１，不連続部１２が存在していても、干渉器２はリニアガイド８に案内支持されているので、レーザ光１ａの光路から大きく逸脱することなく、所定の測定経路に沿った平面度を適正，かつ連続的に測定できる。
また、測定装置を別な測定箇所に移して測定を行う場合でも、装置全体を組立状態のまま新たな測定位置に移してセッティングすることにより、従来装置のように測定に先立って行う光軸の調整作業が必要なく、直ちに測定を開始できる。

なお、図示実施例では測定対象の平面度を測定する場合について述べたが、同じ測定装置を用いて干渉器２が測定対象の側縁をなぞるように配置することにより真直度を測定することができる。

本発明の実施例による平面度測定装置の構成図 従来における平面度測定装置の構成図 レーザ干渉計を応用した真直・平面度測定の原理図 平面度測定装置を適用する被検査製品における検査対象面の一例を表す図

符号の説明

１ レーザ光源
１ａ レーザ光
１ｂ，１ｃ 干渉光
２ ウォラストンプリズム干渉器
３ 反射ミラー
６ 水平ガイドモジュール
７ 垂直ガイドモジュール
８ リニアガイド

Claims (2)

1. レーザ光源と、該レーザ光源から出射するレーザ光の光路上に配置したウォラストンプリズム干渉器と、該干渉器のウォラストンプリズムで直線偏光された干渉光をウォラストンプリズムへ反射させる反射ミラーとを備え、前記干渉器を測定対象面上に沿い移動してその真直度，平面度を測定する真直・平面度測定装置において、
   前記ウォラストンプリズム干渉器を水平ガイドモジュールに垂直ガイドモジュールを組み合わせたリニアガイドに搭載し、該リニアガイドを被測定面上にセットした状態で干渉器を移動して真直度，ないし平面度の測定を行うようにしたことを特徴とする真直・平面度測定装置。
2. 請求項１に記載の真直・平面度測定装置において、リニアガイドの水平ガイドモジュールの両端に、ウォラストンプリズム干渉器と光路を合わせてレーザ光源，および反射ミラーを連結して装置全体を一体化した構成としたことを特徴とする真直・平面度測定装置。

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