JP2016211957A - Contactless distance measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非接触距離測定方法に関し、向きが異なる2面間の距離を非接触で高精度に測定する方法に関する。 The present invention relates to a non-contact distance measuring method, and relates to a method for measuring a distance between two surfaces having different directions with high accuracy without contact.
従来、正確な高さ設定を行うためにハイトマスターが用いられ、三次元座標測定機の空間補正データを得るためにステップゲージが用いられている。これらのハイトマスターやステップゲージは、いずれも直方体状のブロックゲージを多数、各々の測定面(端度器として測定に供する対象面)が所定の間隔あるいは一定のピッチとなるように配列された基準器である。 Conventionally, a height master is used to set an accurate height, and a step gauge is used to obtain spatial correction data of a three-dimensional coordinate measuring machine. Each of these height masters and step gauges has a large number of rectangular parallelepiped block gauges, each of which is arranged so that each measurement surface (target surface to be used for measurement as an end measure) has a predetermined interval or a constant pitch. It is a vessel.
このような基準器においては、各測定面の位置測定を高精度に行うことで、各測定面の位置精度が担保される。さらに、測定面の位置測定が正確にできれば、任意のブロックゲージの一方の表面と反対側の表面との距離(ブロックゲージの寸法)、あるいは、任意のブロックゲージの表面とこれに隣接するブロックゲージの表面との距離(ブロックゲージの間隙)を、測定することができる。 In such a reference device, the position accuracy of each measurement surface is ensured by measuring the position of each measurement surface with high accuracy. In addition, if the position of the measurement surface can be accurately measured, the distance between the surface of one block gauge and the opposite surface (dimension of the block gauge), or the surface of any block gauge and the adjacent block gauge The distance from the surface (block gauge gap) can be measured.
このような基準器の測定面の位置測定として、基準器の各測定面に接触式の検出器を接触させ、この検出器の位置をレーザ干渉計で測定する方法が用いられている。
しかし、接触式の検出器では、温度などの環境変動による誤差が避けられない。とくに、測定面が多数ある場合、各測定面に対する接触動作を繰り返す必要があり、作業時間が長大化し、前述した環境変動による誤差が更に拡大することもある。
これに対し、各測定面に直接レーザ光を照射する、非接触式の測定が行われている。
As a method for measuring the position of the measurement surface of the reference device, a method in which a contact-type detector is brought into contact with each measurement surface of the reference device and the position of the detector is measured with a laser interferometer is used.
However, in a contact-type detector, errors due to environmental fluctuations such as temperature are inevitable. In particular, when there are a large number of measurement surfaces, it is necessary to repeat the contact operation with respect to each measurement surface, which increases the work time and further increases the error due to environmental fluctuations described above.
On the other hand, non-contact measurement is performed in which each measurement surface is directly irradiated with laser light.
ただし、非接触式のレーザ干渉による測定では、多数の配列された測定面に対して、レーザ光を測定面に斜めに入射・反射させる必要がある。また、測定面を、レーザ光の干渉が得られる狭小な測位領域に確実に配置する必要があり、各測定面をレーザ干渉計に対して正確に位置決めする操作が必要である。
つまり、基準器などの所期のピッチで配列された多数の測定面の各々に対し、レーザ干渉計を用いた非接触式の位置測定を行うためには、各測定面とレーザ干渉計とを正確に位置決めする非接触位置決め装置が必要とされる。
However, in the measurement by the non-contact type laser interference, it is necessary to make the laser beam incident and reflected on the measurement surface obliquely with respect to a large number of measurement surfaces arranged. In addition, it is necessary to reliably arrange the measurement surface in a narrow positioning region where laser beam interference can be obtained, and an operation for accurately positioning each measurement surface with respect to the laser interferometer is necessary.
In other words, in order to perform non-contact position measurement using a laser interferometer for each of a large number of measurement surfaces arranged at a predetermined pitch such as a reference device, each measurement surface and the laser interferometer are provided. There is a need for a non-contact positioning device that accurately positions.
このような非接触位置決め装置として、ホログラフィ干渉を利用した非接触位置決め装置が開発されている(特許文献1参照)。
特許文献1では、光源からのレーザ光を参照光と測定光とに分け、配列された周期的な測定面に測定光を斜めに入射させて反射させ、反射光を先の参照光と合わせてホログラムを生成させ、記録しておく。そして、位置決めの際には、同様な配置において、記録しておいたホログラムと実際に生成されるホログラムとが一致した状態を検出し、当該位置を選択することで、高精度の位置決めを実現している。
As such a non-contact positioning device, a non-contact positioning device using holographic interference has been developed (see Patent Document 1).
In
同様な非接触位置決め装置として、可干渉距離(コヒーレンス長)が短い白色光源を用いた非接触位置決め装置も開発されている(特許文献2参照)。
特許文献2は、一般の白色光源のコヒーレンス長が短いことを利用し、マイケルソン形光波干渉計の参照光と測定光との光路長が一致したところで、測定面の位置決めを行うものである。
As a similar non-contact positioning device, a non-contact positioning device using a white light source having a short coherence distance (coherence length) has been developed (see Patent Document 2).
前述した特許文献2の白色光源干渉計による位置決めでは、多波長が混ざり合った白色光のコヒーレンス長が極端に短いため、マイケルソン干渉計の構成で位置決め信号を得るようにするには、参照光と測定光との光路長差を約1mm以内に揃えなければならない。このような光路長調整の厳しさから、光学部品の配置や干渉光学系の構成の自由度や応用範囲が、極端に制限されるという問題がある。
In the positioning by the white light source interferometer of
特許文献2においては、ステップゲージのブロックゲージ面を測定対象面とする例も開示されている。しかし、長尺のステップゲージに多数セットされたブロックゲージに対して、その測定面方向の微妙な傾きによる位置決め誤差の影響に配慮した光学系とはなっていない。
さらに、現状の白色光源干渉計による位置決めでは、位置決め対象面への照明が垂直方向に限定され、かつ粗面の位置決めが不可能であり、測定対象物が限定され、前述した多数の測定面が繰り返される基準器への適用が困難である。
Furthermore, in the positioning by the current white light source interferometer, the illumination on the positioning target surface is limited to the vertical direction, and the positioning of the rough surface is impossible, the measuring object is limited, and the above-described many measuring surfaces are limited. It is difficult to apply to repeated reference devices.
加えて、特許文献2において、測長用レーザ干渉計が、測定対象である長尺ステップゲージに対して、アッベの原理に従って一直線上に配置されている。このような状況では、測定系全体の占める空間が、測定対象の長さの2倍以上必要になり、測定中の温度管理が厄介になる。また、アッベの原理に従っているがゆえに、長尺ステップゲージの位置検出面の測定点と測長用レーザ干渉計の測長点が測長方向に沿って空間で離れた配置となる。そのため温度変化の影響や幾何学的な測長誤差の影響を受け、高精度測定の観点から信頼性が劣るという問題がある。
In addition, in
このような特許文献2の位置決めに対し、特許文献1の位置決めでは、ホログラフィ干渉を利用した位置決めを行うことで、特許文献2における問題を回避することができる。
しかし、特許文献1のような位置決めを採用するとしても、例えば、ブロックゲージの前面と後面のように、測定すべき測定面が向きの異なる2面である場合など、それぞれに対する位置決めが容易でないという問題があった。
In contrast to such positioning in
However, even if the positioning as in
すなわち、前述した特許文献1の非接触位置決め装置では、基準器を挟んで両側に、測定光を測定面に入射させる投光装置と、測定面からの反射光を受光する受光装置とが設置される。
これらの投光装置および受光装置は、基準器(その長手方向軸線)を挟んで一対に設置されるとともに、測定面に対して測定光を斜めに入射させ、あるいは斜めに反射してくる反射光を受光するために、それぞれ測定面(基準器の長手方向とは交差する)に対しては同じ側に配置される。
That is, in the non-contact positioning device of
These light projecting device and light receiving device are installed as a pair with a reference device (its longitudinal axis) in between, and the measurement light is incident on the measurement surface obliquely or is reflected obliquely. Are received on the same side with respect to the measurement surface (crossing the longitudinal direction of the reference device).
このような構成によれば、基準器の測定面、例えばステップゲージに配列されたブロックゲージの前面(基準器の前端側の表面)または後側(同後端側の表面)を、順次測定してゆくことができる。
しかし、ブロックゲージの前面および後面の両方を測定したい場合、前述のような一対の投光装置および受光装置では、簡単に対応することができない。
According to such a configuration, the measurement surface of the reference device, for example, the front surface (front end side surface of the reference device) or the rear side (surface of the rear end side) of the block gauge arranged in the step gauge is sequentially measured. I can go.
However, when it is desired to measure both the front and rear surfaces of the block gauge, the pair of light projecting device and light receiving device as described above cannot be easily handled.
これに対し、一対の投光装置および受光装置だけでも、例えば、先ず各ブロックゲージの前面の測定を順次行い、ステップゲージを逆向きに載せ替え、各ブロックゲージの後面の測定を順次行うことが考えられる。
しかし、このような2回の測定を順次行う必要があり、かつ前側および後側の測定データの関連を正確にするためには、各回の測定における共通の測定位置を設定しておく等の対応も必要になる。
On the other hand, even with only a pair of light projecting device and light receiving device, for example, the front surface of each block gauge can be measured first, the step gauge can be replaced in the reverse direction, and the rear surface of each block gauge can be measured sequentially. Conceivable.
However, it is necessary to sequentially perform such two measurements, and in order to accurately relate the measurement data of the front side and the rear side, it is necessary to set a common measurement position in each measurement. Is also required.
これに対し、ブロックゲージの前面および後面に斜めに入反射する2種類の光路を形成することで、一回の測定動作で前面および後面の測定を実施できる可能性がある。
このような2種類の光路を形成するために、例えば、投光装置および受光装置の向きを、動作のつど、基準器の前端向きおよび後端向きのいずれかに変更することが考えられる。
しかし、投光装置および受光装置を移動させると、ホログラムを生成する光学経路の位置や角度の調整が改めて必要になる。
とくに、逆向きの測定面が交互に繰り返される基準器であると、順次位置決めする測定面ごとに投光装置および受光装置の調整が必要となり、現実的に採用困難である。
On the other hand, by forming two types of optical paths that enter and reflect obliquely on the front and rear surfaces of the block gauge, there is a possibility that the front and rear surfaces can be measured with a single measurement operation.
In order to form such two types of optical paths, for example, it is conceivable that the directions of the light projecting device and the light receiving device are changed to either the front end direction or the rear end direction of the reference device for each operation.
However, when the light projecting device and the light receiving device are moved, the position and angle of the optical path for generating the hologram need to be adjusted again.
In particular, if the reference device has alternately opposite measurement surfaces, adjustment of the light projecting device and the light receiving device is required for each measurement surface to be sequentially positioned, which is difficult to adopt in practice.
これとは別に、基準器の前端向きの投光装置および受光装置と、後端向きの投光装置および受光装置との2セットを設置することが考えられる。
このような2セットを用いることで、逆向きの測定面が交互に繰り返される基準器であっても、順次位置決めする測定面の向きに応じて投光装置および受光装置のセットを切り替えるだけでよく、十分に採用可能である。
Apart from this, it is conceivable to install two sets of a light projecting device and a light receiving device facing the front end of the reference device and a light projecting device and a light receiving device facing the rear end.
By using such two sets, it is only necessary to switch the set of the light projecting device and the light receiving device in accordance with the orientation of the measurement surface to be sequentially positioned, even if the reference device alternately repeats the measurement surface in the opposite direction. It is fully employable.
しかし、2セットの投光装置および受光装置を併用する場合、第1のセットと第2のセットとで、各々の光学系の測定位置あるいは座標系を完全に一致させることが困難であり、測定にあたって2セットの光学系のずれ量を考慮する必要がある。 However, when two sets of light projecting device and light receiving device are used in combination, it is difficult to completely match the measurement position or coordinate system of each optical system between the first set and the second set. In this case, it is necessary to consider the deviation amount of the two sets of optical systems.
以上に述べた問題は、多数の測定面が所期のピッチで配列される基準器のほか、歯面が所期のピッチで配列されるラック、ねじ、ボールねじや、同様な表面が所期のピッチで配列されるコイルその他の部材など、向きが異なる多数の測定対象面が配列された測定対象物において共通する問題であり、向きが異なる多数の測定対象面に対する測定が繰り返される点で、個々の操作の煩雑さは全体の作業効率にも影響する。 The problems mentioned above are not only due to the reference device in which many measurement surfaces are arranged at the desired pitch, but also to racks, screws, ball screws and similar surfaces where the tooth surfaces are arranged at the desired pitch. It is a problem common to measurement objects in which a large number of measurement target surfaces with different orientations are arranged, such as coils and other members arranged at a pitch of, and in that measurement on a large number of measurement target surfaces with different orientations is repeated, The complexity of each operation affects the overall work efficiency.
本発明の目的は、測定対象物に複数配列された互いに逆向きの第1対象面および第2対象面の距離を、ホログラフィ干渉を利用して高精度かつ効率よく測定することができる非接触距離測定方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a non-contact distance capable of measuring the distance between the first and second target surfaces opposite to each other arranged in a plurality of measurement objects with high accuracy and efficiency using holographic interference. It is to provide a measurement method.
本発明の非接触距離測定方法は、測定対象物に形成された互いに逆向きの第1対象面および第2対象面の距離を非接触で測定する非接触距離測定方法であって、下記の工程を有する。
準備工程として、前記測定対象物の基準となるとともに第1対象面と第2対象面との基準距離が高精度に測定された基準対象物と、互いに逆向きに配置されかつ各々の検出面が所定の検出面距離で配置された第1ホログラム光学系および第2ホログラム光学系を有する非接触距離測定装置と、を準備する。
基準ホログラム作製工程として、前記基準対象物を前記非接触距離測定装置に装着し、前記基準対象物の前記第1対象面を前記第1ホログラム光学系の検出面に配置して第1基準ホログラムを作製し、前記非接触距離測定装置に装着された前記基準対象物を移動させ、前記基準対象物の前記第2対象面を前記第2ホログラム光学系の検出面に配置して第2基準ホログラムを作製する。
The non-contact distance measuring method of the present invention is a non-contact distance measuring method for measuring the distance between a first target surface and a second target surface that are opposite to each other formed on a measurement object in a non-contact manner. Have
As a preparatory step, a reference object that is used as a reference for the measurement object and whose reference distance between the first object surface and the second object surface is measured with high accuracy, and a detection surface that is arranged opposite to each other and each detection surface is provided. A non-contact distance measuring device having a first hologram optical system and a second hologram optical system arranged at a predetermined detection surface distance is prepared.
As a reference hologram production step, the reference object is mounted on the non-contact distance measuring device, the first object surface of the reference object is arranged on the detection surface of the first hologram optical system, and a first reference hologram is formed. The second reference hologram is produced by moving the reference object mounted on the non-contact distance measuring device and placing the second object surface of the reference object on the detection surface of the second hologram optical system. Make it.
基準実測工程として、前記基準対象物を前記非接触距離測定装置に装着し、前記基準対象物の前記第1対象面を前記第1ホログラム光学系の検出面に配置し、前記第1基準ホログラムとのホログラム干渉により前記第1対象面の位置を測定し、前記非接触距離測定装置に装着された前記基準対象物を移動させ、前記基準対象物の前記第2対象面を前記第2ホログラム光学系の検出面に配置し、前記第2基準ホログラムとのホログラム干渉により前記第2対象面の位置を測定し、測定した前記第1対象面および前記第2対象面の各位置と、前記検出面距離との演算により、前記基準対象物の前記第1対象面と前記第2対象面との間の実測距離を測定する。
基準ずれ量測定工程として、前記基準対象物の実測距離と前記基準距離との差から基準ずれ量を計算しておく。
As a reference actual measurement step, the reference object is mounted on the non-contact distance measuring device, the first object surface of the reference object is disposed on a detection surface of the first hologram optical system, and the first reference hologram and The position of the first target surface is measured by hologram interference of the reference object, the reference object mounted on the non-contact distance measuring device is moved, and the second target surface of the reference object is moved to the second hologram optical system. The position of the second target surface is measured by hologram interference with the second reference hologram, the measured positions of the first target surface and the second target surface, and the detection surface distance Is used to measure the measured distance between the first target surface and the second target surface of the reference target object.
As a reference deviation amount measuring step, a reference deviation amount is calculated from a difference between an actually measured distance of the reference object and the reference distance.
対象物実測工程として、前記測定対象物を前記非接触距離測定装置に装着し、前記測定対象物の前記第1対象面を前記第1ホログラム光学系の検出面に配置し、前記第1基準ホログラムとのホログラム干渉により前記第1対象面の位置を測定し、前記非接触距離測定装置に装着された前記測定対象物を移動させ、前記測定対象物の前記第2対象面を前記第2ホログラム光学系の検出面に配置し、前記第2基準ホログラムとのホログラム干渉により前記第2対象面の位置を測定し、測定した前記第1対象面および前記第2対象面の各位置と、前記検出面距離との演算により、前記測定対象物の前記第1対象面と前記第2対象面との間の実測距離を測定する。
対象物距離補正工程として、前記測定対象物の実測距離と基準ずれ量とから前記測定対象物の前記第1対象面と前記第2対象面との距離を計算する。
In the object measurement step, the measurement object is mounted on the non-contact distance measuring device, the first object surface of the measurement object is disposed on the detection surface of the first hologram optical system, and the first reference hologram The position of the first target surface is measured by the hologram interference with the non-contact distance measuring device, the measurement target mounted on the non-contact distance measuring device is moved, and the second target surface of the measurement target is moved to the second hologram optics. The position of the second target surface is measured by hologram interference with the second reference hologram, the position of the first target surface and the second target surface measured, and the detection surface An actual distance between the first target surface and the second target surface of the measurement object is measured by calculating the distance.
In the object distance correction step, the distance between the first object surface and the second object surface of the measurement object is calculated from the measured distance of the measurement object and the reference deviation amount.
このような本発明では、準備工程および基準ホログラム作製工程を行うことで、測定対象物の第1対象面と第2対象面との距離を測定することが可能となる。
すなわち、準備工程および基準ホログラム作製工程に続いて、対象物実測工程を行うことで、前記第1対象面と前記第2対象面との間の実測距離を測定することができる。
しかし、ここでの実測距離の計算では、数値としての第1ホログラム光学系および第2ホログラム光学系の検出面距離の精度や、対象物実測工程における測定誤差要因によって、本来の測定結果となる距離に対してずれ量が生じている。
In the present invention, it is possible to measure the distance between the first target surface and the second target surface of the measurement object by performing the preparation process and the reference hologram manufacturing process.
That is, the measured distance between the first target surface and the second target surface can be measured by performing the target object measuring step following the preparation step and the reference hologram manufacturing step.
However, in the calculation of the actual measurement distance here, the distance that is the original measurement result depends on the accuracy of the detection surface distance of the first hologram optical system and the second hologram optical system as numerical values and the measurement error factor in the object actual measurement process. There is a deviation amount.
これに対して、本発明では、基準実測工程において、基準距離が高精度に測定された基準対象物を用い、この基準対象物に対して、対象物実測工程と同様な基準実測工程と、基準ずれ量測定工程とを先行実施することで、基準ずれ量を計算しておく。
すなわち、基準対象物に対して基準実測工程を実施することで、基準対象物の実測距離が得られる。この実測距離は、前述のようにずれ量を含んでいることになる。ここで、基準ずれ量測定工程を実施することで、前述したずれ量を含む実測距離と、予め高精度に測定されている基準距離との差から、基準ずれ量を計算することができる。
On the other hand, in the present invention, in the reference actual measurement process, a reference object whose reference distance is measured with high accuracy is used, and for this reference object, a reference actual measurement process similar to the object actual measurement process, The reference deviation amount is calculated by performing the deviation amount measuring step in advance.
In other words, the actual measurement distance of the reference object can be obtained by performing the reference measurement process on the reference object. This measured distance includes the amount of deviation as described above. Here, by performing the reference deviation amount measurement step, the reference deviation amount can be calculated from the difference between the actual distance including the aforementioned deviation amount and the reference distance measured in advance with high accuracy.
こうして得られた基準ずれ量は、基準実測工程および対象物実測工程に共通して発生する誤差要因を反映したものであり、対象物実測工程で得られる実測距離に対して、この基準ずれ量分の補正を加えることで、ずれ量を含まない正確な距離を計算することができる。
このように、本発明の非接触距離測定方法によれば、位置決め対象物に複数配列された互いに逆向きの第1対象面および第2対象面に対する位置決めを、ホログラフィ干渉を利用して高精度かつ効率よく行うことができる。
The reference deviation amount thus obtained reflects an error factor that occurs in common in the reference actual measurement process and the object actual measurement process, and this reference deviation amount corresponds to the actual measurement distance obtained in the target actual measurement process. By adding this correction, it is possible to calculate an accurate distance that does not include the shift amount.
As described above, according to the non-contact distance measuring method of the present invention, positioning with respect to the first target surface and the second target surface, which are arranged in a plurality of positions on the positioning target object, is performed with high accuracy using holographic interference. It can be done efficiently.
本発明の非接触距離測定方法において、前記第1ホログラム光学系および前記第2ホログラム光学系は、各々の検出面が同一平面に設定された共通の検出面とされ、前記検出面距離が0であることが望ましい。
このような本発明では、前記第1ホログラム光学系および前記第2ホログラム光学系の検出面距離が0となり、計算手順を省略できる。さらに、第1ホログラム光学系による測定と第2ホログラム光学系による測定との間で、基準対象物または測定対象物の移動距離として、基準対象物の基準距離をそのまま用いることができる。
In the non-contact distance measuring method of the present invention, the first hologram optical system and the second hologram optical system are common detection surfaces in which the detection surfaces are set to the same plane, and the detection surface distance is zero. It is desirable to be.
In the present invention, the detection surface distance of the first hologram optical system and the second hologram optical system is 0, and the calculation procedure can be omitted. Furthermore, the reference distance of the reference object can be used as it is as the movement distance of the reference object or the measurement object between the measurement by the first hologram optical system and the measurement by the second hologram optical system.
すなわち、基準対象物または測定対象物の第1対象面を共通の検出面に合わせ、その位置を第1ホログラム光学系で測定した後、基準対象物または測定対象物を基準距離だけ移動させる。この移動により、第1対象面があった位置、つまり共通の検出面には、基準距離だけ隔たった第2対象面が入れ替わりに配置される。これにより、共通の検出面には、基準対象物または測定対象物の第2対象面が配置され、その位置を第2ホログラム光学系で検出することができる。
このように、同一平面に設定された共通の検出面を用いることで、第1ホログラム光学系および第2ホログラム光学系による位置測定の間の移動を、既知の基準距離を用いて精度よくかつ簡単に行うことができる。
That is, the first target surface of the reference object or the measurement object is aligned with the common detection surface, the position is measured by the first hologram optical system, and then the reference object or the measurement object is moved by the reference distance. By this movement, the second target surface separated by the reference distance is alternately arranged at the position where the first target surface is located, that is, the common detection surface. Thereby, the second object surface of the reference object or the measurement object is arranged on the common detection surface, and the position can be detected by the second hologram optical system.
In this way, by using a common detection surface set on the same plane, movement between position measurements by the first hologram optical system and the second hologram optical system can be accurately and easily performed using a known reference distance. Can be done.
なお、第1ホログラム光学系および第2ホログラム光学系について、各々の検出面を完全に一致させることは構造的に困難があり、各々の検出面を同一面として取り扱うことによる誤差が生じる可能性がある。しかし、本発明においては、第1および第2のホログラム光学系の検出面を同一面とすることによる誤差についても、前述した基準ずれ量として包含することができる。
従って、第1ホログラム光学系および第2ホログラム光学系に共通の検出面を用いても、測定結果を高精度にすることができる。
In addition, regarding the first hologram optical system and the second hologram optical system, it is structurally difficult to completely match each detection surface, and an error may occur due to handling each detection surface as the same surface. is there. However, in the present invention, an error caused by making the detection surfaces of the first and second hologram optical systems the same surface can be included as the above-described reference deviation amount.
Therefore, even if a common detection surface is used for the first hologram optical system and the second hologram optical system, the measurement result can be made highly accurate.
本発明の非接触距離測定方法において、第1ホログラム光学系および第2ホログラム光学系は、それぞれの光学要素および光路が、前記共通の検出面を基準として対称形に配置されるとともに、それぞれ光源として同一のレーザ光源を用いていることが望ましい。 In the non-contact distance measuring method of the present invention, the first hologram optical system and the second hologram optical system are configured such that the optical elements and the optical paths are symmetrically arranged with respect to the common detection surface, and are used as light sources, respectively. It is desirable to use the same laser light source.
このような本発明では、第1ホログラム光学系および第2ホログラム光学系が対称性を有し、測定条件が均等になることで、各々により測定される第1対象面および第2対象面の測定結果も均等化できる。 In the present invention as described above, the first hologram optical system and the second hologram optical system have symmetry, and the measurement conditions are uniform, so that the measurement of the first object surface and the second object surface measured by each is performed. Results can be equalized.
本発明の非接触距離測定方法によれば、測定対象物に複数配列された互いに逆向きの第1対象面および第2対象面の距離を、ホログラフィ干渉を利用して高精度かつ効率よく測定することができる。 According to the non-contact distance measuring method of the present invention, the distance between the first target surface and the second target surface that are arranged in a plurality of opposite directions on the measurement object is measured with high accuracy and efficiency using holographic interference. be able to.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第1実施形態〕
図1ないし図9には、本発明の第1実施形態が示されている。
図1において、本実施形態では、2系統のホログラム光学系を有するステップゲージ測定装置1を用いて、長尺の基準器であるステップゲージ2におけるピッチや間隙等の距離を測定する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
1 to 9 show a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, in this embodiment, a step
測定対象物であるステップゲージ2は、長尺のゲージホルダ2Hにより、同寸で形成された多数のブロックゲージ2Bを、ステップゲージ2の長手方向Eに沿って、所定ピッチの一定間隔で配列したものである。
ステップゲージ2において、各ブロックゲージ2Bは、それぞれ長手方向Eの一端側が第1測定面2F、反対側が第2測定面2Sとされている。
The
In the
第1測定面2Fおよび第2測定面2Sは、それぞれ同じ側にあるものどうしのピッチが一定に形成されている。また、各ブロックゲージ2Bにおける第1測定面2Fおよび第2測定面2Sの距離(長手方向Eの寸法)と、隣接するブロックゲージ2Bの向かい合う第1測定面2Fおよび第2測定面2Sの距離(長手方向Eの間隙)も、それぞれ一定に形成されている。
The
本実施形態では、ステップゲージ測定装置1により、各ブロックゲージ2Bの第1測定面2Fおよび第2測定面2Sを第1対象面および第2対象面として各々の位置の測定を行うとともに、本発明に基づいて演算を行うことで、前述したブロックゲージ2Bのピッチ、寸法および間隙をそれぞれ正確に測定することができる。
先ず、本実施形態のステップゲージ測定装置1について説明する。
In the present embodiment, the step
First, the step
〔ステップゲージ測定装置1の構成〕
ステップゲージ測定装置1は、第1対象面および第2対象面である各測定面2F,2S(そのいずれか)について、各々の配列方向(ゲージホルダ2Hの長手方向E)の位置を決めることで、各ブロックゲージ2Bにおける各々の位置を測定する。そして、測定された各位置から、測定面2F,2Sの各々のピッチ(第1測定面2Fの配列ピッチおよび第2測定面2Sの配列ピッチ)を測定する。
[Configuration of Step Gauge Measuring Device 1]
The step
このような測定を行うために、ステップゲージ測定装置1は、移動装置3、測定ヘッド4、ヘッド機構5、非接触位置決め装置6、レーザ干渉測長機7および制御装置8を備えている。
制御装置8は、移動装置3、ヘッド機構5、非接触位置決め装置6およびレーザ干渉測長機7を連携させて制御することで、ステップゲージ2における各測定面2F,2Sのピッチの測定を実行するものである。
In order to perform such measurement, the step
The
移動装置3は、ステップゲージ2を保持する移動台31と、移動台31を支持する基礎台32と、レーザ干渉測長機7の一部が設置される設置台33とを備えている。
移動台31および基礎台32は、ステップゲージ2の長手方向Eに沿って延びる長尺の部材で構成されている。
The moving
The movable table 31 and the base table 32 are constituted by long members extending along the longitudinal direction E of the
基礎台32は、安定した定盤上に設置される。基礎台32と移動台31との間には、ボールねじ等を利用した高精度の送り機構(図示省略)が設置され、移動台31は基礎台32に対してステップゲージ2の長手方向Eに沿って移動可能である。
設置台33は、移動台31の端部に設置され、移動台31とは交差する方向へ水平に延びている。設置台33の端部には、それぞれレーザ干渉測長機7の投光部71および受光部72(詳細は後述)が設置されている。
The
The installation table 33 is installed at an end of the movable table 31 and extends horizontally in a direction intersecting with the movable table 31. A
移動装置3においては、測定対象であるステップゲージ2を移動台31に載置し、制御装置8からの動作指令により、ステップゲージ2を長手方向Eの任意の位置へと移動させることができる。
具体的には、ステップゲージ2の測定位置から各測定面2F,2Sまでの距離を測定するために、各測定面2F,2Sが順次、測定ヘッド4に対して所定の目標位置にくるように、ステップゲージ2を移動させる。
In the moving
Specifically, in order to measure the distance from the measurement position of the
更に詳細には、一つのブロックゲージ2Bに対し、先ず一方の測定面である第1測定面2Fを位置決めし、その測定位置からの距離をレーザ干渉測長機7で測定しつつ、次に反対側の測定面である第2測定面2Sを位置決めし、その測定位置からの距離(ステップゲージ2における位置)を測定し、これらを順次記録して各側ピッチの演算を行うことになる。
なお、移動装置3の総移動量(基礎台32に対する移動台31の最大移動量)は、ステップゲージ2の全長に相当するものとされる。
More specifically, the
The total moving amount of the moving device 3 (the maximum moving amount of the moving table 31 with respect to the base table 32) corresponds to the entire length of the
測定ヘッド4は、ヘッド機構5により、移動装置3の上方に支持されている。
測定ヘッド4は、逆U字形のプレート41を有し、移動装置3に載置されたステップゲージ2は、プレート41の中央の凹みを通過可能である。
プレート41には、レーザ干渉測長機7の3つの反射鏡73,74,75(詳細は後述)が設置されている。
The measuring
The measuring
On the
プレート41の逆U字形の先端には、それぞれ平面H字状の延長プレート42が接続されている。各側の延長プレート42には、それぞれ非接触位置決め装置6の投光装置61および受光装置62(詳細は後述)が設置されている。
投光装置61および受光装置62は、移動装置3に載置されたステップゲージ2に平行とされ、かつステップゲージ2を両側から挟むように一対に配置されている。
A flat H-shaped
The light projecting
ヘッド機構5は、移動装置3の上方に測定ヘッド4を支持するとともに、非接触位置決め装置6の調整の際などでは、測定ヘッド4をステップゲージ2の長手方向Eに沿って移動可能である。
この際、ヘッド機構5の総移動量は微小(数mm程度)である。ただし、測定ヘッド4の支持剛性、つまり測定ヘッド4の位置の保持能力は比較的高く設計される。
The
At this time, the total movement amount of the
本実施形態のステップゲージ測定装置1では、前述した通り、2系統のホログラム光学系を用いて、ステップゲージ2における各測定面2F,2Sの位置を順次測定する。
このために、ステップゲージ測定装置1では、非接触位置決め装置6により、測定する測定面2F,2Sと測定ヘッド4とを位置合わせし、レーザ干渉測長機7により、測定ヘッド4の位置を測定する。
In the step
For this purpose, in the step
つまり、位置決め機能を発揮する2系統のホログラム光学系を搭載した測定ヘッド4を介して間接的に、ステップゲージ2における各測定面2F,2Sの位置を、レーザ干渉測長機7で高精度に測定する。この測定を、各ブロックゲージ2Bの各測定面2F,2Sに対して順次繰り返すことで、ステップゲージ2における測定面2F,2Sのそれぞれの位置が非接触測定される。
That is, the position of each
このような測定では、測定する測定面2F,2Sを測定ヘッド4の測定位置に配置するために、移動装置3でステップゲージ2を移動させる。そして、測定する測定面2F,2Sを移動させて、測定ヘッド4の測定位置に配置した際に、各々の相対位置が高精度に位置決めされていることが重要である。
In such a measurement, the
そこで、本実施形態では、測定ヘッド4のホログラフィ干渉を利用した非接触位置決め装置6を用い、移動装置3でステップゲージ2を移動させつつ、測定面2F,2Sと測定ヘッド4が全ての測定面2F,2Sで互いに同じ条件となるように、高精度に位置決めする。
以下、レーザ干渉測長機7、非接触位置決め装置6、および、これらの測定結果に基づくステップゲージ2の測定手順について、順次説明する。
Therefore, in this embodiment, the measurement surfaces 2F and 2S and the
Hereinafter, the measurement procedure of the
〔レーザ干渉測長機7〕
レーザ干渉測長機7は、非接触位置決め装置6により測定面2F,2Sと測定ヘッド4とが同じ条件で位置決めされた状態で、測定ヘッド4の位置を高精度に測定することで、ステップゲージ2に配列された測定面2F,2Sの位置を高精度に非接触測定するものである。
[Laser interferometer 7]
The laser interference
レーザ干渉測長機7は、レーザ光の投光部71および受光部72を有するとともに、光路を構成するための3つの反射面が互いに直角を成す反射鏡73,74,75を有する。
投光部71および受光部72は、移動装置3の設置台33の互いに反対側の端部にそれぞれ固定されている。
The
The
3つの反射鏡73,74,75は、それぞれ測定ヘッド4のプレート41に固定され、ステップゲージ2と一緒に移動する投光部71および受光部72と相対的な距離変化(長さ変化)を起こしたとき、レーザ干渉測長機7の反射体としての機能を発揮する。
反射鏡73,74は、それぞれ移動装置3を挟んで反対側に配置されている。反射鏡75は、移動装置3の上方であって移動装置3の中心軸線上に配置されている。
The three reflecting
The reflecting mirrors 73 and 74 are disposed on the opposite sides with the moving
これらの投光部71、受光部72および反射鏡73,74,75は、次のような光路を構成するように、その位置および姿勢が調整されている。
図2(A)および図2(B)に示すように、投光部71から出射されたレーザ光は、移動装置3に載置されたステップゲージ2の長手方向Eに沿って進み、反射鏡73に入射される。反射鏡73で反射されたレーザ光は、反射鏡75に入射され、さらに反射されて反射鏡74に入射される。反射鏡74で反射されたレーザ光は、移動装置3に載置されたステップゲージ2の長手方向Eに沿って先ほどとは逆向きに進み、受光部72で受光される。
The positions and postures of the
As shown in FIG. 2A and FIG. 2B, the laser light emitted from the
このような光路を有するレーザ干渉測長機7では、移動装置3の移動台31が移動することで、ステップゲージ2の長手方向Eに沿った区間である、投光部71から反射鏡73までの間および反射鏡74から受光部72までの間の光路長が変化する。
従って、受光部72で受光した測定レーザ光を、投光部71から受光部72に直接送られる参照レーザ光と干渉させることで、移動台31の変位を測定し、測定ヘッド4までの距離の変化を測長することができる。
In the laser interference
Therefore, the measurement laser beam received by the
また、3つの反射鏡73,74,75により、ステップゲージ2を片側から反対側へ跨ぐような光路を形成することができる。
すなわち、ステップゲージ2の両側の反射鏡73,74に対し、反射鏡75を高く配置することで、投光部71から反射鏡73までの間の光路および反射鏡74から受光部72までの間の光路を、それぞれ測長対象であるブロックゲージ2Bおよび測定面2F,2Sの高さに維持することができる。
このような構成により、測定軸線を近づけて誤差の発生を抑制することができ、ステップゲージ2の姿勢変化に因る測定誤差、とくにピッチング誤差およびヨーイング誤差を解消することができる。
Further, the three reflecting
That is, by arranging the reflecting
With such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of errors by bringing the measurement axis close to each other, and it is possible to eliminate measurement errors caused by a change in the posture of the
さらに、図2(A)および図2(B)に示すように、反射鏡73,74,75の反射位置を点A,B,Cとし、点Aと点Cを結ぶ線分の中点を点N、測定面2F,2Sの点N(図2では測定面2Sを例示)と同じ高さでステップゲージ2の長手方向Eと同じ軸線位置を点Mとすると、線分ABおよび線分BCの空間における長さの和は、線分MNの往復の長さに等しい。このことは、反射鏡73,74,75のような、直角三面鏡固有の光学物理的性質に基づく。
Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, the reflection positions of the reflecting mirrors 73, 74, and 75 are points A, B, and C, and the midpoint of the line segment that connects the point A and the point C Assuming that the point N is the same height as the point N of the measurement surfaces 2F and 2S (the
これにより、前述のような3つの反射鏡73,74,75によりステップゲージ2を跨ぐことができるとともに、測定面2F,2S上の点Mでレーザ光を反射させるのと等価な光路(測定面2F,2S上の点Mからステップゲージ2の長手方向Eに沿った投光部71または受光部72までの距離に等価な光路)を確保することができる。
As a result, the
〔非接触位置決め装置6の光学系〕
図3に示すように、非接触位置決め装置6は、ステップゲージ2の第1測定面2Fおよび第2測定面2Sの位置を測定する2系統のホログラム光学系HS1,HS2を有する。
第1ホログラム光学系HS1では、ステップゲージ2の第1測定面2Fへ斜めにレーザ光LFを入射させ、第1測定面2Fで反射されたレーザ光LFSと、同じ光源からの参照光(図示省略)とのホログラフィ干渉による位置決めを行う。
第2ホログラム光学系HS2では、第2測定面2Sにレーザ光LSを入射させ、第2測定面2Sで反射されたレーザ光LSSと、同じ光源からの参照光(図示省略)とのホログラフィ干渉による位置決めを行う。
[Optical system of non-contact positioning device 6]
As shown in FIG. 3, the
In the first hologram optical system HS1, laser light LF is incident obliquely on the
In the second hologram optical system HS2, laser light LS is incident on the
ここで、本実施形態の非接触位置決め装置6では、第1および第2のホログラム光学系HS1,HS2の共通の検出面として、仮想的な検出面Dが設定される。
検出面Dは、ステップゲージ2の長手方向Eと直交する平面であり、長手方向Eに沿った位置は、測定面2F,2Sを位置決めすべき目標位置(ステップゲージ測定装置1における所定位置、測定ヘッド4に対して所定の位置)とされる。
Here, in the
The detection surface D is a plane orthogonal to the longitudinal direction E of the
本実施形態では、このような共通の検出面Dに対し、各ブロックゲージ2Bの測定面2F,2Sを配置し、ホログラフィ干渉用のレーザ光LF,LSを投光し、反射光に基づいて高精度な位置決めを行う。
すなわち、第1ホログラム光学系HS1として、第1測定面2Fを検出面Dに合わせ、第1測定面2Fに対応した側のレーザ光LFを入射させ、ホログラフィ干渉による位置決めを行う。
また、第2ホログラム光学系HS2として、第2測定面2Sを検出面Dに合わせ、第2測定面2Sに対応した側のレーザ光LSを入射させ、ホログラフィ干渉による位置決めを行う。
In the present embodiment, the measurement surfaces 2F and 2S of the block gauges 2B are arranged on such a common detection surface D, the laser beams LF and LS for holographic interference are projected, and the height is increased based on the reflected light. Perform accurate positioning.
That is, as the first hologram optical system HS1, the
Further, as the second hologram optical system HS2, the
本実施形態の非接触位置決め装置6において、レーザ光LF,LSは、検出面Dに対して、互いに反対側から、同じ位置に同じ角度で入射される。
これにより、検出面Dに測定面2F,2Sが配置された状態でレーザ光LF,LSを投稿することで、検出面Dの測定面2F,2Sで反射されたレーザ光LFS,LSSが得られる。
さらに、測定面2F,2Sが配置されていない状態では、レーザ光LFは検出面Dを通過してレーザ光LSSと同じ光路を進み、レーザ光LSは検出面Dを通過してレーザ光LFSと同じ光路を進む構成とされている(詳細は図4〜図6により説明)。
In the
Thus, by posting the laser beams LF and LS with the measurement surfaces 2F and 2S arranged on the detection surface D, the laser beams LFS and LSS reflected by the measurement surfaces 2F and 2S of the detection surface D are obtained. .
Further, in a state where the measurement surfaces 2F and 2S are not arranged, the laser beam LF passes through the detection surface D and travels on the same optical path as the laser beam LSS, and the laser beam LS passes through the detection surface D and the laser beam LFS. It is configured to travel along the same optical path (details will be described with reference to FIGS. 4 to 6).
本実施形態の非接触位置決め装置6は、前述した図3の光路構成とされる2系統の光学系により、検出面Dに配置された互いに逆向きの測定面2F,2Sに対して、ホログラフィ干渉式の位置決めを行うことができる。そして、測定面2F,2Sを検出面Dに配置するために必要な動作は、ステップゲージ2をブロックゲージ2Bの1個の長さ分移動させるだけでよい。
The
〔非接触位置決め装置6の機器構成〕
前述したように、本実施形態の非接触位置決め装置6は、位置決め対象面(第1測定面2Fおよび第2測定面2S)が所定の配列方向(長手方向E)に配列された位置決め対象物(ステップゲージ2)を、配列方向に移動させ、これらの測定面2F,2Sを所定の目標位置(前述したレーザ干渉測長機7の測長可能領域内の所定位置)に位置決めするものである。
[Device configuration of non-contact positioning device 6]
As described above, the
このために、非接触位置決め装置6は、図1で説明した通り、一対の投光装置61および受光装置62を有し、これらの投光装置61および受光装置62は移動装置3に載置されたステップゲージ2を両側から挟むように配置されている。
さらに、非接触位置決め装置6は、投光装置61および受光装置62で得られるホログラフィ干渉を利用して、ステップゲージ2の位置決めを行う制御装置(前述した制御装置8で兼用)を有する。
For this purpose, the
Further, the
図4には、非接触位置決め装置6の投光装置61および受光装置62が示されている。
投光装置61および受光装置62は、ステップゲージ2の長手方向Eの軸線を挟むように配置されている。
ステップゲージ2の長手方向Eの軸線上には、前述した測定面2F,2Sの目標位置となる検出面Dが設定されている。
検出面Dは長手方向Eに直交する向きとされ、投光装置61および受光装置62の中間位置を横断するように設定されている。
FIG. 4 shows a light projecting
The light projecting
On the axis of the
The detection surface D has a direction orthogonal to the longitudinal direction E, and is set so as to cross an intermediate position between the light projecting
投光装置61および受光装置62の各光学要素(詳細は後述)は、第1ホログラム光学系HS1の主要構成である第1セット6Fと、第2ホログラム光学系HS2の主要構成である第2セット6Sとの一対が、互いに検出面Dを挟んで対称に設置されている。
Each optical element (details will be described later) of the light projecting
すなわち、検出面Dの一方の側(ブロックゲージ2Bで第1測定面2Fが形成されている側)が第1セット6F、他方の側(ブロックゲージ2Bで第2測定面2Sが形成されている側)が第2セット6Sとされ、これら一対の第1セット6Fおよび第2セット6Sは互いに同じ要素を対称に配置されたものである。
そして、第1セット6Fの要素により、ブロックゲージ2Bで第1測定面2Fの位置決めが行われ、第2セット6Sの要素により、ブロックゲージ2Bで第2測定面2Sの位置決めが行われる。
次に、投光装置61および受光装置62の各要素について説明する。
That is, one side of the detection surface D (the side where the
Then, the
Next, each element of the light projecting
投光装置61は、レーザ光Loを供給するレーザ光源610と、供給されたレーザ光Loを分割する直角プリズム611とを有する。レーザ光源610および直角プリズム611は、検出面Dの延長上に設置されている。
直角プリズム611の第1セット6F側(ブロックゲージ2Bにおける第1測定面2Fがある側)には、ビームスプリッタ613および反射鏡612が配置されている。
直角プリズム611の第2セット6S側(ブロックゲージ2Bにおける第2測定面2Sがある側)には、ビームスプリッタ614および反射鏡615が配置されている。
The light projecting
A
A
これらのビームスプリッタ613,614および反射鏡612,615は、検出面Dに対して対称に配置されている。
投光装置61の受光装置62側には、前述したビームスプリッタ613,614および反射鏡612,615に沿って、投光用のレンズ616,617および618,619が配置されている。
These
On the
受光装置62は、第1セット6F側に第1生成面P1を有し、第2セット6S側に第2生成面P2を有する。
第1生成面P1は、投光装置61のレンズ616と向かい合わせに配置されている。レンズ616から第1生成面P1に至る軸線の延長上には、ホログラムを記録可能な記録媒体621、レンズ622、光センサ623が設置されている。
第2生成面P2は、投光装置61のレンズ619と向かい合わせに配置されている。レンズ619から第2生成面P2に至る軸線の延長上には、ホログラムを記録可能な記録媒体624、レンズ625、光センサ626が設置されている。
The
The first generation surface P <b> 1 is disposed to face the
The second generation surface P <b> 2 is disposed to face the
〔非接触位置決め装置6における光路構成の詳細〕
図4において、前述のように構成された非接触位置決め装置6では、投光装置61および受光装置62の間に、2系統の光路(図3のレーザ光LF,LS)が形成される。
投光装置61において、レーザ光源610からのレーザ光Loが直角プリズム611で分割され、分割されたレーザ光L1,L2は、互いに同一軸線上を反対向き(第1セット6F向きおよび第2セット6S向き)の光路へ送られる。
[Details of optical path configuration in non-contact positioning device 6]
4, in the
In the light projecting
第1セット6Fにおいて、レーザ光L1は、ビームスプリッタ613に入射され、反射された分がレーザ光L1S、透過された分がレーザ光L1Rとされる。
レーザ光L1Rは、反射鏡612で反射され、レンズ616を通り、長手方向Eと直交し、第1セット6Fの第1生成面P1へ送られる。
レーザ光L1Sは、レンズ617を通り、検出面Dと斜めに交差して、第2セット6Sの第2生成面P2へ送られる。
In the
The laser beam L1R is reflected by the reflecting
The laser light L1S passes through the
第2セット6Sにおいて、レーザ光L2は、ビームスプリッタ614に入射され、反射された分がレーザ光L2S、透過された分がレーザ光L2Rとされる。
レーザ光L2Rは、反射鏡615で反射され、レンズ619を通り、長手方向Eと直交し、第2セット6Sの第2生成面P2へ送られる。
レーザ光L2Sは、レンズ618を通り、検出面Dと斜めに交差して、第1セット6Fの第1生成面P1へ送られる。
In the
The laser beam L2R is reflected by the reflecting
The laser beam L2S passes through the
従って、ブロックゲージ2Bが検出面Dに配置されていない状態では、第1生成面P1には、レーザ光L1Rおよび検出面Dを透過してきたレーザ光L2Sが入射され、第2生成面P2には、レーザ光L2Rおよび検出面Dを透過してきたレーザ光L1Sが入射される。
Therefore, in a state where the
ここで、図5のように、ステップゲージ2のいずれかのブロックゲージ2Bが、検出面Dの第2セット6S側に配置され、その第1測定面2Fが検出面Dに配置されていれば、レーザ光L1Sは、検出面Dに配置されている第1測定面2Fで反射され、前述した図3のレーザ光LFとして機能することができる。
If any one of the block gauges 2B of the
さらに、図6のように、ステップゲージ2のいずれかのブロックゲージ2Bが、検出面Dの第1セット6F側に配置され、その第2測定面2Sが検出面Dに配置されていれば、レーザ光L2Sは、検出面Dに配置されている第2測定面2Sで反射され、前述した図3のレーザ光LSとして機能することができる。
Further, as shown in FIG. 6, if any one of the block gauges 2B of the
なお、第1測定面2Fで反射されたレーザ光L1S(図3のレーザ光LFSに相当)は、第1生成面P1に入射される。この際、反射されたレーザ光L1Sの光路は、検出面Dにブロックゲージ2Bがない状態(図4参照)で、レンズ618から第1生成面P1に向けて投光され、検出面Dを通過してきたレーザ光L2S(図3のレーザ光LSに相当)の光路と同じとなる。
The laser light L1S reflected by the
また、第2測定面2Sで反射されたレーザ光L2S(図3のレーザ光LSSに相当)は、第2生成面P2に入射される。この際、反射されたレーザ光L2Sの光路は、検出面Dにブロックゲージ2Bがない状態(図4参照)で、レンズ617から第2生成面P2に向けて投光され、検出面Dを通過してきたレーザ光L1S(図3のレーザ光LFに相当)の光路と同じとなる。
Further, the laser beam L2S reflected by the
〔非接触位置決め装置6による位置決め動作〕
図4において、前述した非接触位置決め装置6では、第1生成面P1に、ブロックゲージ2Bの第1測定面2Fに対応する第1ホログラムH1が生成され、第2生成面P2に、ブロックゲージ2Bの第2測定面2Sに対応する第2ホログラムH2が生成される。
また、第1セット6Fの記録媒体621には、第1ホログラムH1との比較に用いられる第1基準ホログラムRH1が記録され、第2セット6Sの記録媒体624には、第2ホログラムH2との比較に用いられる第2基準ホログラムRH2が記録されている。
[Positioning operation by non-contact positioning device 6]
4, in the
Further, the first reference hologram RH1 used for comparison with the first hologram H1 is recorded on the
第1の基準ホログラムRH1は、非接触位置決め装置6上に基準となるブロックゲージ2Bを設置し、その第1測定面2Fを検出面Dに高精度に位置決めした状態(図5参照)で、第1生成面P1に生成される第1ホログラムH1を記録したものである。
第2の基準ホログラムRH2は、非接触位置決め装置6上に基準となるブロックゲージ2Bを設置し、その第2測定面2Sを検出面Dに高精度に位置決めした状態(図6参照)で、第2生成面P2に生成される第2ホログラムH2を記録したものである。
In the first reference hologram RH1, the
In the second reference hologram RH2, the
このようにして作製された第1および第2の基準ホログラムRH1,RH2は、それぞれブロックゲージ2Bの第1測定面2Fあるいは第2測定面2Sが検出面Dに高精度に位置決めされている状態を写したものとなる。
The first and second reference holograms RH1 and RH2 produced in this way are in a state where the
従って、実際のブロックゲージ2Bの測定にあたって、現在の第1ホログラムH1(生のホログラム)と第1基準ホログラムRH1(凍結ホログラム)とが完全に重なり合った状態では、ブロックゲージ2Bの第1測定面2Fが、測定ヘッド4の検出面Dに高精度に位置決めされたことになる。この状態で、レーザ干渉測長機7により、測定ヘッド4の位置を測定することで、現在の第1測定面2Fの位置を高精度に測定することができる。
Therefore, in the actual measurement of the
同様に、現在の第2ホログラムH2(生のホログラム)と第2基準ホログラムRH2(凍結ホログラム)とが完全に重なり合った状態では、ブロックゲージ2Bの第2測定面2Sが、測定ヘッド4の検出面Dに高精度に位置決めされたことになる。この状態で、レーザ干渉測長機7により、測定ヘッド4の位置を測定することで、現在の第2測定面2Sの位置を高精度に測定することができる。
Similarly, in a state where the current second hologram H2 (raw hologram) and the second reference hologram RH2 (freezing hologram) are completely overlapped, the
このような検出面Dへの位置決め動作は、実際の測定動作においては、非接触位置決め装置6の光センサ623,626に接続された制御装置8(図1参照)により実行される。
制御装置8は、光センサ623,626からの光強度信号S1,S2に基づいて、第1生成面P1に生成される第1ホログラムH1および第2生成面P2に生成される第2ホログラムH2を検出する。また、第1ホログラムH1と第1基準ホログラムRH1とを用いた第1測定面2Fの位置決め動作(図5参照)、および第2ホログラムH2と第2基準ホログラムRH2とを用いた第2測定面2Sの位置決め動作(図6参照)を実行させる。
Such a positioning operation on the detection surface D is executed by the control device 8 (see FIG. 1) connected to the
The
〔非接触位置決め装置6による位置決め動作の詳細〕
以上により、記録媒体621,624に基準ホログラムRH1,RH2が準備できたら、非接触位置決め装置6によるステップゲージ2の位置決めを行うことができる。
[Details of positioning operation by non-contact positioning device 6]
As described above, when the reference holograms RH1 and RH2 are prepared on the
非接触位置決め装置6によるステップゲージ2の位置決め(検出面Dに対する第1測定面2Fおよび第2測定面2Sの高精度位置決め)は、次のような手順で行う。
先ず、図1に示すように、測定対象物であるステップゲージ2を、移動装置3に装着する。この装着と前後して、前述した基準ホログラムRH1,RH2の準備(前述した作製、または外部からの基準ホログラムRH1,RH2データのロード)を行っておく。
Positioning of the
First, as shown in FIG. 1, a
次に、図5に示すように、ステップゲージ2を移動させ、ブロックゲージ2Bの第1測定面2Fを検出面Dに合わせる。
そして、第1セット6Fにおいて、レンズ616,617からレーザ光L1R,L1Sを出射させる。レーザ光L1Rはそのまま第1生成面P1に入射され、レーザ光L1Sは検出面Dにある第1測定面2Fで反射されて第1生成面P1に入射される。
Next, as shown in FIG. 5, the
Then, in the
第1生成面P1には、入射されたレーザ光L1R,L1Sにより、第1ホログラムH1が生成される。したがって、記録媒体621では、既に作製されている第1基準ホログラムRH1と第1ホログラムH1とが重ね合わせられてレンズ622を通して光センサ623で検出される。
On the first generation surface P1, the first hologram H1 is generated by the incident laser beams L1R and L1S. Therefore, in the
光センサ623は、第1ホログラムH1と第1基準ホログラムRH1との重ね合わせ状態を反映した光強度信号S1を検出する。この重ね合わせ状態を反映した光の強度変化は、移動装置3を動作させつつステップゲージ2を移動させるとき、第1ホログラムH1と第1基準ホログラムRH1との重ね合わせが最も良く合致した瞬間に最大となる。その瞬間がブロックゲージ2Bの第1測定面2Fの位置決め信号であり、制御装置8で認識される。
The
このような機能により、第1測定面2Fは、検出面Dに対して高精度に位置決めされる。従って、この状態でレーザ干渉測長機7により距離を測定することで、現在測定対象となっているブロックゲージ2Bの第1測定面2Fの位置(レーザ干渉測長機7の基準位置からの距離)が測定できる。
With such a function, the
続いて、図6に示すように、ステップゲージ2を移動させ、ブロックゲージ2Bの第2測定面2Sを検出面Dに合わせる。
そして、第2セット6Sにおいて、レンズ619,618からレーザ光L2R,L2Sを出射させる。レーザ光L2Rはそのまま第2生成面P2に入射され、レーザ光L2Sは検出面Dにある第2測定面2Sで反射されて第2生成面P2に入射される。
Subsequently, as shown in FIG. 6, the
Then, in the
第2生成面P2には、入射されたレーザ光L2R,L2Sにより、第2ホログラムH2が生成される。また、記録媒体624では、第2基準ホログラムRH2が再生される。これらの第2ホログラムH2および第2基準ホログラムRH2とが重ね合わせられ、レンズ625を通して光センサ626で検出される。
On the second generation surface P2, the second hologram H2 is generated by the incident laser beams L2R and L2S. On the
光センサ626は、第2ホログラムH2と第2基準ホログラムRH2との重ね合わせ状態を反映した光強度信号S2を検出する。この重ね合わせ状態を反映した光の強度変化は、移動装置3を動作させつつステップゲージ2を移動させるとき、第2ホログラムH2と第2基準ホログラムRH2との重ね合わせが最も良く合致した瞬間に最大となる。その瞬間がブロックゲージ2Bの第2測定面2Sの位置決め信号であり、制御装置8で認識される。
The
このような機能により、第2測定面2Sは、検出面Dに対して高精度に位置決めされる。従って、この状態でレーザ干渉測長機7により距離を測定することで、現在測定対象となっているブロックゲージ2Bの第2測定面2Sの位置(レーザ干渉測長機7の基準位置からの距離)が測定できる。
With such a function, the
以上のようなステップゲージ測定装置1を用いることにより、ステップゲージ2における各ブロックゲージ2Bの第1測定面2Fおよび第2測定面2Sの位置(レーザ干渉測長機7の基準位置からの距離)を逐次測定することができる。
By using the step
〔ステップゲージ2の測定手順〕
前述した通り、本実施形態のステップゲージ測定装置1により測定された各ブロックゲージ2Bの第1測定面2Fおよび第2測定面2Sの位置から、ステップゲージ2における各ブロックゲージ2Bのピッチ、寸法および間隙を測定することができる。
さらに、本実施形態では、本発明に基づいて予め選択した1個の基準となるブロックゲージ2Bの基準ずれ量δ(図7参照)を測定しておくことで、第1基準面2F(第1対象面)および第2基準面2S(第2対象面)の両方に関係する各ブロックゲージ2Bの寸法および間隙を高精度に測定することができる。
[Measurement procedure of step gauge 2]
As described above, from the positions of the
Further, in the present embodiment, by measuring a reference deviation amount δ (see FIG. 7) of one
図7で説明するならば、選択した1個の基準となるブロックゲージ2Bは、第1基準面2Fおよび第2基準面2Sを有し、その長手方向Eの距離つまり基準となるブロックゲージ2Bの長手方向Eに沿った寸法は基準距離moである。
基準となるブロックゲージ2Bの寸法(mo)を改めて測定するためには、第1の光学系で第1基準面2Fの位置D1を測定し、第2の光学系で第2基準面2Sの位置D2を測定し、各々の差分である距離dDを計算する方法が採用できる。
If FIG. 7 demonstrates, the
In order to measure the dimension (mo) of the
ここで、第1基準面2Fを測定する第1の光学系は基準位置01であり、第2基準面2Sを測定する第2の光学系は基準位置02であるとする。
距離dDが正しく基準距離moとなるためには、双方の基準位置01,02が一致することが必要である。このため、第1および第2の光学系は基準位置01,02が一致するように設定される。
しかし、精密な調整を行ったとしても、環境要因などにより、基準位置01,02のずれは避けられない。その結果、第1および第2の光学系の座標系には、ずれ量δ=01−02が発生する。
Here, it is assumed that the first optical system that measures the
In order for the distance dD to be the reference distance mo correctly, it is necessary that both
However, even if precise adjustment is performed, deviation of the reference positions 01 and 02 is unavoidable due to environmental factors. As a result, a deviation amount δ = 01-02 occurs in the coordinate system of the first and second optical systems.
前述した第1基準面2Fの位置D1は基準位置01からの距離に相当し、第2基準面2Sの位置D2は基準位置02からの距離に相当する。ここで、基準となるブロックゲージ2Bの基準距離moおよびずれ量δを用いれば、第2基準面2Sの位置D2はD2=D1−mo−δと表すことができる。
従って、基準となるブロックゲージ2Bの正しい寸法である基準距離moが解っていれば、位置D1,D2から、ずれ量δ=D1−mo−D2が計算できる。
The position D1 of the
Therefore, if the reference distance mo, which is the correct dimension of the
そして、第1および第2の光学系のずれ量δ(基準ずれ量)が計算できていれば、これら第1および第2の光学系により位置D1,D2を測定することで、ブロックゲージ2Bの寸法mc=D1−D2−δ=dD−δを計算することができ、計算された寸法mcがmoに一致するものとなる。
このように、第1および第2の光学系の基準ずれ量δを測定しておくことで、2系統の光学系を用いて、複数のブロックゲージ2Bについて、その寸法や間隙あるいはピッチを正確に計算することができるようになる。
If the shift amount δ (reference shift amount) of the first and second optical systems can be calculated, the positions D1 and D2 are measured by the first and second optical systems, so that the
Thus, by measuring the reference deviation amount δ of the first and second optical systems, the dimensions, gaps, or pitches of the plurality of block gauges 2B can be accurately determined using two systems of optical systems. Be able to calculate.
このような基準ずれ量δを考慮するために、本実施形態では、ステップゲージ2における各ブロックゲージ2Bの第1測定面2Fおよび第2測定面2Sの順次測定に先立って、2系統の光学系に起因する基準ずれ量δの測定を行うための処理を実行する。
In order to consider such a reference deviation amount δ, in this embodiment, prior to the sequential measurement of the
すなわち、本実施形態の実際の測定手順は、図8の測定手順の工程に示すように、先ず、基準となるブロックゲージ2Bに対して、準備工程ST1、基準ホログラム作製工程ST2、基準実測工程ST3、基準ずれ量測定工程ST4を実行する。
そして、得られた基準ずれ量δを距離の補正値として用い、ステップゲージ2における各ブロックゲージ2Bに対して、実際の測定となる対象物実測工程ST5、対象物距離補正工程ST6、演算工程ST7を繰り返し実行し、ステップゲージ2の高精度な非接触測定を実現する。
以下、図8および図9により、本実施形態の測定手順における各工程を説明する。
That is, as shown in the measurement procedure step of FIG. 8, the actual measurement procedure of this embodiment is as follows. First, the preparation step ST1, the reference hologram production step ST2, and the reference measurement step ST3 are performed on the
Then, using the obtained reference deviation amount δ as a distance correction value, for each
Hereafter, each process in the measurement procedure of this embodiment is demonstrated with FIG. 8 and FIG.
準備工程ST1では、測定対象物であるステップゲージ2の複数のブロックゲージ2Bの基準となる基準対象物を準備する。
具体的には、先ず、ステップゲージ2のいずれかのブロックゲージ2Bを基準となるブロックゲージとして1個選択する。そして、選択した1個の基準となるブロックゲージ2Bの第1基準面2Fおよび第2基準面2S(第1対象面および第2対象面)の基準距離mo(長手方向Eに沿った寸法)を予め高精度に測定しておく。
この測定にあたっては、前述したステップゲージ測定装置1を用いてもよいし、ステップゲージ測定装置1以外の測定手段を用いてもよい。また、測定対象物であるステップゲージ2とは別の、基準となるブロックゲージ2Bに相当するマスターピース等の測定であってもよい。
In the preparation step ST1, a reference object serving as a reference for the plurality of block gauges 2B of the
Specifically, first, one
In this measurement, the above-described step
本実施形態の準備工程ST1では、互いに逆向きに配置された第1ホログラム光学系HS1および第2ホログラム光学系HS2を有する非接触距離測定装置として、前述したステップゲージ測定装置1を用いる。
なお、本実施形態のステップゲージ測定装置1では、第1ホログラム光学系HS1および第2ホログラム光学系HS2が共通の検出面Dとされ、検出面距離は0である。
In the preparation step ST1 of the present embodiment, the above-described step
In the step
基準ホログラム作製工程ST2は、ステップゲージ2をステップゲージ測定装置1に装着し、基準対象物となるいずれかのブロックゲージ2Bの第1基準面2Fおよび第2基準面2Sをそれぞれ検出面Dに合わせ、各々について基準ホログラムを作製する工程である。
In the reference hologram manufacturing step ST2, the
先ず、図5のように、基準となるブロックゲージ2Bの第1基準面2Fが正確に検出面Dに配置できるように、レーザ干渉測長機7による測長値を見ながらステップゲージ2の位置を調節する。そして、第1基準面2Fがステップゲージ2における正確な位置にある状態で、第1生成面P1に生成されるホログラムを、第1基準ホログラムRH1として記録する。
First, as shown in FIG. 5, the position of the
続いて、ステップゲージ2を長手方向Eに沿って、基準となるブロックゲージ2Bの寸法分だけ移動させる。
そして、図6のように、基準となるブロックゲージ2Bの第2基準面2Sの位置が、正確に検出面Dに配置できるようにレーザ干渉測長機7による測長値を見ながらステップゲージ2の位置を調節する。
この第2基準面2Sがステップゲージ2における正確な位置にある状態で、第2生成面P2に生成されるホログラムを、第2基準ホログラムRH2として記録する。
Subsequently, the
Then, as shown in FIG. 6, the
A hologram generated on the second generation surface P2 is recorded as the second reference hologram RH2 in a state where the
以上の準備工程ST1および基準ホログラム作製工程ST2が終了したら、基準実測工程ST3および基準ずれ量測定工程ST4を実行する。 When the above preparation step ST1 and reference hologram production step ST2 are completed, a reference measurement step ST3 and a reference deviation amount measurement step ST4 are executed.
基準実測工程ST3は、ステップゲージ2をステップゲージ測定装置1に装着した状態で、基準となるブロックゲージ2Bの第1基準面2Fの位置、第2基準面2Sの位置およびこれらの距離を実測する工程である。
In the reference actual measurement step ST3, the position of the
先ず、図5のように、基準となるブロックゲージ2Bの第1基準面2Fを検出面Dに配置する。そして、第1ホログラム光学系HS1により、第1基準面2Fの位置を検出する。同時に制御装置8からの指令で計測カウンターを作動させ、レーザ干渉測長機7による干渉縞の計数を開始する。
図9(A)で説明するならば、第1基準面2Fが検出面Dにあるとき、レーザ干渉測長機7では第1ホログラム光学系HS1の基準位置01からの距離D1が測定され、これが基準となるブロックゲージ2Bの第1基準面2Fのステップゲージ2における位置D1となる。
First, as shown in FIG. 5, the
9A, when the
続いて、図6のように、基準となるブロックゲージ2Bの第2基準面2Sを検出面Dに配置する。そして、第2ホログラム光学系HS2により、第2基準面2Sの位置を検出する。同時に制御装置8からの指令で計測カウンターを作動させ、レーザ干渉測長機7による干渉縞の計数を停止する。
従って、基準となるブロックゲージ2Bの基準距離moが、ステップゲージ測定装置1を用いてdDと実測される。
図9(B)で説明するならば、第2基準面2Sを検出面Dに配置するために、基準となるブロックゲージ2Bを長手方向Eに沿って距離Tだけ移動させる。この距離Tを予め測定しておいた基準となるブロックゲージ2Bの基準距離moとすることで、検出面Dに基準となるブロックゲージ2Bの第2基準面2Sが配置される。
Subsequently, the
Accordingly, the reference distance mo of the
9B, the
第2基準面2Sが検出面Dにあるとき、レーザ干渉測長機7では第2ホログラム光学系HS2の基準位置02からの距離D2が測定され、これが基準となるブロックゲージ2Bの第2基準面2Sのステップゲージ2における位置D2となる。
本実施形態では、検出面距離が0であるから、測定した各位置D1,D2から、基準となるブロックゲージ2Bの第1基準面2Fから第2基準面2Sまでの実測距離dD=D1−D2を求めることができる。
When the
In this embodiment, since the detection surface distance is 0, the measured distance dD = D1-D2 from the measured positions D1 and D2 from the
基準ずれ量測定工程ST4は、基準となるブロックゲージ2Bの実測距離dDと基準距離moとの差から基準ずれ量δを計算する工程である。
前述した図9(B)の状態では、距離Tの移動により、第1ホログラム光学系HS1の基準位置01’は元の基準位置01から距離Tだけ移動している。
ここで、第1ホログラム光学系HS1の基準位置01’と第2ホログラム光学系HS2の基準位置02との間には、前述した基準ずれ量δが生じている。
従って、測定された位置D2=D1−mo−δであり、基準ずれ量δ=D1−D2−moを計算することができる。
The reference deviation amount measuring step ST4 is a step of calculating the reference deviation amount δ from the difference between the measured distance dD of the
In the state of FIG. 9B described above, the
Here, the reference deviation amount δ described above is generated between the
Therefore, the measured position D2 = D1−mo−δ, and the reference deviation amount δ = D1−D2−mo can be calculated.
以上の工程ST1〜ST4により、第1ホログラム光学系HS1と第2ホログラム光学系HS2との間に生じる基準ずれ量δが測定される。
そして、測定された基準ずれ量δを用いて、本来の測定対象物であるステップゲージ2の各ブロックゲージ2Bの寸法測定を順次行うべく、以下の工程ST5〜ST7を実行する。
Through the above-described steps ST1 to ST4, the reference deviation amount δ generated between the first hologram optical system HS1 and the second hologram optical system HS2 is measured.
Then, the following steps ST5 to ST7 are performed in order to sequentially measure the dimensions of the block gauges 2B of the
このうち、各ブロックゲージ2Bに関する工程ST5〜ST6は、例えば測定対象物であるステップゲージ2の一端側からブロックゲージ2Bを個々に選択し、選択したブロックゲージ2Bについて工程ST5〜ST6を実行することができる。そして、全てのブロックゲージ2Bについての測定ができたら、工程ST7により所期の寸法あるいは間隙などを計算することができる。
Among these, the steps ST5 to ST6 related to each
対象物実測工程ST5は、測定対象物であるステップゲージ2の各ブロックゲージ2Bの第1測定面2Fおよび第2測定面2Sの位置決めを逐次実行しつつ、距離を測定する工程である。
The object measurement step ST5 is a step of measuring a distance while sequentially positioning the
先ず、図5のように、測定対象として選択した未知の寸法Miをもつ現在のブロックゲージ2Bの第1測定面2Fを検出面Dに配置する。そして、第1ホログラム光学系HS1により、第1測定面2Fの位置を検出する。
同じく図9(A)で説明するならば、第1測定面2Fが検出面Dにあるとき、第1ホログラム光学系HS1の基準位置01からの距離L1がレーザ干渉測長機7で実測され、これが現在のブロックゲージ2Bの第1測定面2Fのステップゲージ2における実測位置L1となる。
First, as shown in FIG. 5, the
Similarly, in FIG. 9A, when the
続いて、図6のように、測定対象物であるステップゲージ2の現在のブロックゲージ2Bの第2測定面2Sを検出面Dに配置する。そして、第2ホログラム光学系HS2により、第2基準面2Sの位置を検出する。
同じく図9(B)で説明するならば、第2測定面2Sを検出面Dに配置するために、現在のブロックゲージ2Bを長手方向Eに沿って距離T=Miだけ移動させる。
Subsequently, as shown in FIG. 6, the
9B, in order to place the
第2基準面2Sが検出面Dにあるとき、レーザ干渉測長機7では第2ホログラム光学系HS2の基準位置02からの距離L2が実測され、これが現在のブロックゲージ2Bの第2測定面2Sのステップゲージ2における実測位置L2となる。
本実施形態では、検出面距離が0であるから、測定した各位置L1,L2から、現在のブロックゲージ2Bの第1測定面2Fから第2測定面2Sまでの実測距離dL=L1−L2を求めることができる。
When the
In the present embodiment, since the detection surface distance is 0, the actual measurement distance dL = L1-L2 from the measured positions L1 and L2 to the
対象物距離補正工程ST6は、現在のブロックゲージ2Bの実測距離dLを基準ずれ量δで補正し、現在のブロックゲージ2Bの第1測定面2Fから第2測定面2Sまでの正確な距離dL−δを計算する工程である。すなわち、現在のブロックゲージ2Bの寸法Miを求めるため、dL−δを計算すればよく、dL−δ=L1−L2−δ=Miであるから、現在のブロックゲージ2Bの寸法Miが求められる。
In the object distance correcting step ST6, the actual measured distance dL of the
以上の工程ST5およびST6を繰り返すことで、ステップゲージ2の全てのブロックゲージ2Bについて、その第1測定面2Fの位置L1、第2測定面2Sの位置L2、実測距離dL、および寸法Mi=dL−δが得られる。
ステップゲージ2における各ブロックゲージ2Bの寸法Miについては、既に得られているが、各々のピッチおよび間隙については、次の演算工程ST7で計算する。
By repeating the above steps ST5 and ST6, the position L1 of the
The dimension Mi of each
演算工程ST7では、各ブロックゲージ2Bの第1測定面2Fの位置L1に対して、順次差分をとることで、各ブロックゲージ2Bのピッチを計算することができる。
また、計算された各ブロックゲージ2Bのピッチから、各ブロックゲージ2Bの寸法Miを減算することで、隣り合う2つのブロックゲージ2Bの間隙を計算することができる。
In the calculation step ST7, the pitch of each
Further, the gap between two adjacent block gauges 2B can be calculated by subtracting the dimension Mi of each
演算工程ST7において、隣り合う2つのブロックゲージ2Bの間隙については、任意のブロックゲージ2Bの第2基準面2Sの位置L2から、これに対向する隣のブロックゲージ2Bの第1基準面2Fの位置L1を減算することで計算することもできる。
さらに、演算工程ST7では、計算された各寸法Mi、ピッチ、間隙について、それらの統計的処理を併せて行ってもよい。
In the calculation step ST7, with respect to the gap between two adjacent block gauges 2B, from the position L2 of the
Furthermore, in the calculation step ST7, the statistical processing may be performed on the calculated dimensions Mi, pitch, and gap.
このような本実施形態においては、次のような効果が得られる。
本実施形態では、準備工程ST1および基準ホログラム作製工程ST2により準備を行い、そのうえで対象物実測工程ST5を行うことで、測定対象物であるステップゲージ2の各ブロックゲージ2Bにおける第1測定面2Fおよび第2測定面2S(第1対象面および第2対象面)の位置L1,L2および距離dLを測定することができる。
In this embodiment, the following effects can be obtained.
In the present embodiment, the
ここで、準備工程ST1および基準ホログラム作製工程ST2に続いて対象物実測工程ST5を実行しただけでは、第1ホログラム光学系HS1および第2ホログラム光学系HS2、対象物実測工程ST5における測定誤差要因によって、本来の測定結果となる距離に対してずれ量が生じている。 Here, only by executing the object measurement step ST5 following the preparation step ST1 and the reference hologram production step ST2, the first hologram optical system HS1, the second hologram optical system HS2, and the measurement error factor in the object measurement step ST5 The amount of deviation occurs with respect to the distance that is the original measurement result.
これに対して、本実施形態では、対象物実測工程ST5と同様な基準実測工程ST3および基準ずれ量測定工程ST4とを先行実施することで、基準ずれ量δを計算しておく。
すなわち、測定対象物であるステップゲージ2の各ブロックゲージ2Bのいずれかを基準測定物とし、高精度に測定された基準距離moを参照して、基準となるブロックゲージ2Bの第1基準面2Fおよび第2基準面2Sに対して基準実測工程ST3を実施することで、基準対象物の位置D1,D2および実測距離dDが得られる。そして、基準ずれ量測定工程ST4を実施することで、基準ずれ量δを計算することができる。
On the other hand, in this embodiment, the reference deviation amount δ is calculated by performing the reference measurement step ST3 and the reference deviation amount measurement step ST4 similar to the object measurement step ST5 in advance.
That is, any one of the block gauges 2B of the
こうして得られた基準ずれ量δは、第1ホログラム光学系HS1および第2ホログラム光学系HS2、対象物実測工程ST5における測定誤差要因などに起因し、基準実測工程ST3および対象物実測工程ST5に共通して発生する誤差要因を反映したものであり、対象物実測工程ST5で得られる実測距離dLに対して、この基準ずれ量δ分の補正を加えることで、ずれ量を含まない正確な距離(寸法Mi)を計算することができる。 The reference deviation amount δ thus obtained is common to the reference actual measurement step ST3 and the target actual measurement step ST5 due to the measurement error factors in the first hologram optical system HS1 and the second hologram optical system HS2 and the target actual measurement step ST5. Therefore, by correcting the measured distance dL obtained in the object measuring step ST5 by this reference deviation amount δ, an accurate distance that does not include the deviation amount ( The dimension Mi) can be calculated.
このように、本実施形態の非接触距離測定方法によれば、測定対象物であるステップゲージ2に複数配列された互いに逆向きの第1対象面および第2対象面(第1測定面2Fおよび第2測定面2S)の位置を、ホログラフィ干渉を利用して高精度かつ効率よく測定することができる。
As described above, according to the non-contact distance measuring method of the present embodiment, a plurality of first target surfaces and second target surfaces (
本実施形態では、第1ホログラム光学系HS1および第2ホログラム光学系HS2は、各々の検出面が同一平面に設定された共通の検出面Dとされていた。
このため、第1ホログラム光学系HS1および第2ホログラム光学系HS2の検出面の距離が0であり、計算手順を省略できる。
In the present embodiment, the first holographic optical system HS1 and the second holographic optical system HS2 are common detection surfaces D in which the respective detection surfaces are set to the same plane.
For this reason, the distance between the detection surfaces of the first hologram optical system HS1 and the second hologram optical system HS2 is 0, and the calculation procedure can be omitted.
さらに、共通の検出面Dを用いたため、基準実測工程ST3および対象物実測工程ST5においては、第1ホログラム光学系HS1による測定と第2ホログラム光学系HS2による測定との間でのブロックゲージ2B(基準対象物または測定対象物)の移動距離Tとして、基準対象物の基準距離moをそのまま用いることができる。
Further, since the common detection surface D is used, in the reference actual measurement step ST3 and the object actual measurement step ST5, a
さらに、本実施形態では、第1ホログラム光学系HS1および第2ホログラム光学系HS2は、それぞれの光学要素および光路が、共通の検出面Dを基準として対称形に配置されるとともに、それぞれ光源として同一のレーザ光源610を用いている。
このため、第1ホログラム光学系HS1および第2ホログラム光学系HS2が対称性を有し、測定条件が均等になることで、各光学系HS1,HS2の測定結果も均等化することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the first hologram optical system HS1 and the second hologram optical system HS2 are arranged symmetrically with respect to the common detection surface D, and the same optical elements and optical paths are used as the light sources. The
For this reason, the first hologram optical system HS1 and the second hologram optical system HS2 have symmetry and the measurement conditions are equalized, whereby the measurement results of the optical systems HS1 and HS2 can be equalized.
〔第2実施形態〕
図10および図11には、本発明の第2実施形態が示されている。
前述した第1実施形態では、ステップゲージ測定装置1のレーザ干渉測長機7において、投光部71、受光部72および3つの反射鏡73,74,75を用いていた。
[Second Embodiment]
10 and 11 show a second embodiment of the present invention.
In the first embodiment described above, in the laser interference
このような第1実施形態のレーザ干渉測長機7では、投光部71から反射鏡73までの間の光路および反射鏡74から受光部72までの間の光路を、それぞれ測長対象であるブロックゲージ2Bおよび測定面2Sの高さに維持している。このような構成により、測定軸線を近づけて誤差を抑制できるとともに、ステップゲージ2の姿勢変化、とくにヨーイングに基づく誤差を解消することができる。
In the laser interference
また、反射鏡73から反射鏡75を経て反射鏡74に至る光路の長さと、図2に示す点Nから測定対象である測定面2Sの点Mまでの往復の仮想的な光路の長さとが、一致するように設定されている。これにより、測定面2S上の点Mでレーザ光を反射させるのと等価な光路を確保することができる。
これに対し、本実施形態のレーザ干渉測長機7Aは、投光部71、受光部72および2つの反射鏡73,74を用いることで、光路構成の簡略化が図られている。
Further, the length of the optical path from the reflecting
On the other hand, in the
図10において、レーザ干渉測長機7Aは、前述した第1実施形態のレーザ干渉測長機7と同様に、非接触位置決め装置6により測定面2F,2S(第1測定面2Fおよび第2測定面2Sのいずれか)と測定ヘッド4とが同じ条件で位置決めされた状態で、測定ヘッド4の位置を高精度に測定することで、ステップゲージ2に配列されたブロックゲージ2Bの寸法、間隙あるいはピッチを高精度に測定することができる。
In FIG. 10, the laser interference
投光部71および受光部72は、移動装置3の設置台33の両端部に設置され、移動台31およびこれに保持されたステップゲージ2とともに移動する。投光部71および受光部72は、設置台33に設置され、移動台31を挟んで等距離の反対側に設置されている。このような光路構成により、測長時に移動装置3およびステップゲージ2にヨーイング誤差が発生しても、これを相殺することができる。
2つの反射鏡73,74は、それぞれ測定ヘッド4に固定され、投光部71および受光部72との相対的な距離変化を可能にする。
The
The two reflecting
反射鏡73,74は、それぞれ、移動装置3を挟んで反対側に配置されている。
この際、反射鏡73,74は、ステップゲージ2よりも高い位置に支持されており、反射鏡73,74の間の光路がブロックゲージ2B等と干渉しないように配置される。
The reflecting mirrors 73 and 74 are respectively arranged on the opposite sides with the moving
At this time, the reflecting mirrors 73 and 74 are supported at a position higher than the
また、投光部71および受光部72も設置台に載せ、反射鏡73,74に対応した高さでステップゲージ2と共通の基板に固定されており、投光部71から反射鏡73までの間および反射鏡74から受光部72までの間の各光路は、それぞれステップゲージ2の長手方向E(ブロックゲージ2Bの配列方向)と平行とされている。
In addition, the
これらの投光部71、受光部72および反射鏡73,74は、次のような光路を構成するように、その位置および姿勢が調整されている。
図11(A)および図11(B)に示すように、投光部71から出射されたレーザ光は、移動装置3に保持されたステップゲージ2の長手方向Eに沿って進み、反射鏡73に入射される。反射鏡73で反射されたレーザ光は、直交方向に向きを変え、ステップゲージ2の上方を横断して反射鏡74に入射される。反射鏡74で反射されたレーザ光は、移動装置3に保持されたステップゲージ2の長手方向Eに沿って先ほどとは逆向きに進み、受光部72で受光される。
The positions and postures of the
As shown in FIGS. 11A and 11B, the laser light emitted from the
このような光路を有するレーザ干渉測長機7Aでは、前述の移動台が移動することで、ステップゲージ2の長手方向Eに沿った区間である、投光部71から反射鏡73までの間および反射鏡74から受光部72までの間の光路長が変化する。従って、受光部72で受光した測定レーザ光を、投光部71から受光部72に直接送られる参照レーザ光と干渉させることで、前述の移動台31の変位を測定し、測定ヘッド4までの距離を測長することができる。
In the laser interference
また、図11(A)および図11(B)に示すように、反射鏡73,74の反射位置を点A,点Cとし、点Aと点Cを結ぶ線分の中点を点N、測定面2F,2S(図11では測定面2Sを例示)と同じ高さでステップゲージ2の長手方向E軸線位置を点Mおよび点N’とすると、線分ANと線分NCとの長さの和は2D、線分MN’の往復の長さも2Dとなる。このことは、反射鏡73,74のような直角二面鏡の光学的性質に基づく。
Further, as shown in FIGS. 11A and 11B, the reflection positions of the reflecting mirrors 73 and 74 are point A and point C, and the midpoint of the line segment connecting point A and point C is point N, If the longitudinal direction E-axis line position of the
これにより、前述のような2つの反射鏡73,74を用いて、測定面2F,2S上の点Mでレーザ光を反射させるのと等価な光路(測定面2F,2S上の点Mからステップゲージ2の長手方向に沿って投光部71および受光部72までの距離に等価な光路)を確保することができる。
Thus, using the two reflecting
なお、前述した第1実施形態では、3つの反射鏡73,74,75によりステップゲージ2を跨ぐことで、投光部71から反射鏡73までの間の光路および反射鏡74から受光部72までの間の光路を、それぞれ測長対象であるブロックゲージ2Bおよび測定面2F,2Sの高さに維持することができ、ステップゲージ2の姿勢変化とくにピッチング誤差およびヨーイング誤差を解消するようにしていた。
In the first embodiment described above, the
これに対し、本実施形態では、測定面2F,2Sのヨーイング誤差は解消できるが、ピッチング誤差が生じる可能性がある。
すなわち、本実施形態では、投光部71から反射鏡73までの間の光路および反射鏡74から受光部72までの間の光路が、ステップゲージ2よりも高い位置に設定されるため、測定軸線が高さhだけオフセットし、ピッチング誤差が生じる可能性がある。
On the other hand, in this embodiment, yawing errors on the measurement surfaces 2F and 2S can be eliminated, but pitching errors may occur.
That is, in the present embodiment, the optical path between the light projecting
しかし、ピッチング誤差に関しては、高さhのオフセット量を予め小さく設計すること、また、移動装置3をはじめとする装置全体の基板剛性を高めることで、その影響を十分に解消可能である。
従って、本実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様な効果を得ることができる。
However, with respect to the pitching error, the influence can be sufficiently eliminated by designing the offset amount of the height h to be small in advance and increasing the substrate rigidity of the entire apparatus including the moving
Therefore, according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.
〔変形例〕
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形等は本発明に含まれるものである。
前述した各実施形態では、本発明の適用対象をステップゲージ測定装置1とし、長尺の基準器であるステップゲージ2において、各ブロックゲージ2Bの第1測定面2Fおよび第2測定面2Sのそれぞれの実測位置L1,L2を高精度に測定し、各ブロックゲージ2Bの寸法Mi、間隙などを計算するものであった。
[Modification]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and the like within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In each of the embodiments described above, the application object of the present invention is the step
しかし、本発明は、ステップゲージ2のような、一対の測定面2F,2Sが多数、所期のピッチで配列される基準器のほか、例えば、一対の歯面が多数、所期のピッチで配列されるラック、ねじ、ボールねじや、同様な対をなす表面が多数、所期のピッチで配列されるコイルその他の部材など、一対の測定対象面が多数配列された測定対象物に対する測定装置に適用することもできる。
However, in the present invention, in addition to a reference device in which a large number of pairs of
本発明は、非接触距離測定方法に関し、向きが異なる2面間の距離を非接触で高精度に測定する方法として利用できる。 The present invention relates to a non-contact distance measuring method and can be used as a method for measuring a distance between two surfaces having different directions with high accuracy without contact.
1…ステップゲージ測定装置(非接触距離測定装置)
2…ステップゲージ(測定対象物)
2B…ブロックゲージ(測定対象物および基準対象物)
2F…第1基準面または第1測定面(第1対象面)
2H…ゲージホルダ
2S…第2基準面または第2測定面(第2対象面)
3…移動装置
31…移動台
32…基礎台
33…設置台
4…測定ヘッド
41…プレート
42…延長プレート
5…ヘッド機構
6…非接触位置決め装置
61…投光装置
610…レーザ光源
611…直角プリズム
612…反射鏡
613,614…ビームスプリッタ
615…反射鏡
616〜619,622,625…レンズ
62…受光装置
621,624…記録媒体
623,626…光センサ
6F…第1セット
6S…第2セット
7,7A…レーザ干渉測長機
71…投光部
72…受光部
73,74,75…反射鏡
8…制御装置
D…検出面
D1…第1基準面の実測位置
D2…第2基準面の実測位置
dD…第1基準面と第2基準面との実測距離
T・・・・ステップゲージ2の移動距離
L1・・・第1測定面の実測位置
L2・・・第2測定面の実測位置
dL・・・第1測定面と第2測定面との実測距離
E…長手方向(配列方向)
H1…第1ホログラム
H2…第2ホログラム
HS1…第1ホログラム光学系
HS2…第2ホログラム光学系
Lo,L1,L2…レーザ光
L1R,L2R…レーザ光(参照光)
L1S,L2S…レーザ光(信号光)
LF,LFS,LS,LSS…レーザ光
mo…基準となるブロックゲージ2Bの基準寸法
mc…計算された基準となるブロックゲージ2Bの寸法
Mi…計算された現在のブロックゲージ2Bの寸法
P1…第1生成面
P2…第2生成面
RH1…第1基準ホログラム
RH2…第2基準ホログラム
S1,S2…光強度信号
ST1…準備工程
ST2…基準ホログラム作製工程
ST3…基準実測工程
ST4…基準ずれ量測定工程
ST5…対象物実測工程
ST6…対象物距離補正工程
ST7…演算工程
δ…基準ずれ量
1 ... Step gauge measuring device (non-contact distance measuring device)
2 ... Step gauge (object to be measured)
2B ... Block gauge (measurement object and reference object)
2F ... 1st reference surface or 1st measurement surface (1st object surface)
2H:
DESCRIPTION OF
H1 ... 1st hologram H2 ... 2nd hologram HS1 ... 1st hologram optical system HS2 ... 2nd hologram optical system Lo, L1, L2 ... Laser beam L1R, L2R ... Laser beam (reference beam)
L1S, L2S ... Laser light (signal light)
LF, LFS, LS, LSS... Laser beam mo... Reference dimension mc of
Claims (3)
準備工程として、前記測定対象物の基準となるとともに第1対象面と第2対象面との間の基準距離が高精度に測定された基準対象物と、互いに逆向きに配置されかつ各々の検出面が所定の検出面距離で配置された第1ホログラム光学系および第2ホログラム光学系を有する非接触距離測定装置と、を準備し、
基準ホログラム作製工程として、前記基準対象物を前記非接触距離測定装置に装着し、前記基準対象物の前記第1対象面を前記第1ホログラム光学系の検出面に配置して第1基準ホログラムを作製し、前記非接触距離測定装置に装着された前記基準対象物を移動させ、前記基準対象物の前記第2対象面を前記第2ホログラム光学系の検出面に配置して第2基準ホログラムを作製し、
基準実測工程として、前記基準対象物を前記非接触距離測定装置に装着し、前記基準対象物の前記第1対象面を前記第1ホログラム光学系の検出面に配置し、前記第1基準ホログラムとのホログラム干渉により前記第1対象面の位置を測定し、前記非接触距離測定装置に装着された前記基準対象物を移動させ、前記基準対象物の前記第2対象面を前記第2ホログラム光学系の検出面に配置し、前記第2基準ホログラムとのホログラム干渉により前記第2対象面の位置を測定し、測定した前記第1対象面および前記第2対象面の各位置と、前記検出面距離との演算により、前記基準対象物の前記第1対象面と前記第2対象面との間の実測距離を測定し、
基準ずれ量測定工程として、前記基準対象物の実測距離と前記基準距離との差から基準ずれ量を計算しておき、
対象物実測工程として、前記測定対象物を前記非接触距離測定装置に装着し、前記測定対象物の前記第1対象面を前記第1ホログラム光学系の検出面に配置し、前記第1基準ホログラムとのホログラム干渉により前記第1対象面の位置を測定し、前記非接触距離測定装置に装着された前記測定対象物を移動させ、前記測定対象物の前記第2対象面を前記第2ホログラム光学系の検出面に配置し、前記第2基準ホログラムとのホログラム干渉により前記第2対象面の位置を測定し、測定した前記第1対象面および前記第2対象面の各位置と、前記検出面距離との演算により、前記測定対象物の前記第1対象面と前記第2対象面との間の実測距離を測定し、
対象物距離補正工程として、前記測定対象物の実測距離と基準ずれ量とから前記測定対象物の前記第1対象面と前記第2対象面との距離を計算する
ことを特徴とする非接触距離測定方法。 A non-contact distance measuring method for measuring a distance between a first target surface and a second target surface opposite to each other formed on a measurement object in a non-contact manner,
As a preparatory step, a reference object that is used as a reference for the measurement object and whose reference distance between the first object surface and the second object surface is measured with high accuracy is disposed opposite to each other and each detection is performed Preparing a non-contact distance measuring device having a first hologram optical system and a second hologram optical system whose surfaces are arranged at a predetermined detection surface distance;
As a reference hologram production step, the reference object is mounted on the non-contact distance measuring device, the first object surface of the reference object is arranged on the detection surface of the first hologram optical system, and a first reference hologram is formed. The second reference hologram is produced by moving the reference object mounted on the non-contact distance measuring device and placing the second object surface of the reference object on the detection surface of the second hologram optical system. Made,
As a reference actual measurement step, the reference object is mounted on the non-contact distance measuring device, the first object surface of the reference object is disposed on a detection surface of the first hologram optical system, and the first reference hologram and The position of the first target surface is measured by hologram interference of the reference object, the reference object mounted on the non-contact distance measuring device is moved, and the second target surface of the reference object is moved to the second hologram optical system. The position of the second target surface is measured by hologram interference with the second reference hologram, the measured positions of the first target surface and the second target surface, and the detection surface distance By measuring the measured distance between the first target surface and the second target surface of the reference object,
As a reference deviation amount measuring step, a reference deviation amount is calculated from a difference between an actually measured distance of the reference object and the reference distance,
In the object measurement step, the measurement object is mounted on the non-contact distance measuring device, the first object surface of the measurement object is disposed on the detection surface of the first hologram optical system, and the first reference hologram The position of the first target surface is measured by the hologram interference with the non-contact distance measuring device, the measurement target mounted on the non-contact distance measuring device is moved, and the second target surface of the measurement target is moved to the second hologram optics. The position of the second target surface is measured by hologram interference with the second reference hologram, the position of the first target surface and the second target surface measured, and the detection surface By measuring the distance, the measured distance between the first target surface and the second target surface of the measurement object is measured,
Non-contact distance characterized in that, as the object distance correction step, the distance between the first object surface and the second object surface of the measurement object is calculated from the measured distance of the measurement object and a reference deviation amount. Measuring method.
本発明の非接触距離測定方法において、前記第1ホログラム光学系および前記第2ホログラム光学系は、各々の検出面が同一平面に設定された共通の検出面とされ、前記検出面距離が0であることを特徴とする非接触距離測定方法。 In the non-contact distance measuring method according to claim 1,
In the non-contact distance measuring method of the present invention, the first hologram optical system and the second hologram optical system are common detection surfaces in which the detection surfaces are set to the same plane, and the detection surface distance is zero. A non-contact distance measuring method, characterized in that:
第1ホログラム光学系および第2ホログラム光学系は、それぞれの光学要素および光路が、前記共通の検出面を基準として対称形に配置されるとともに、それぞれ光源として同一のレーザ光源を用いていることを特徴とする非接触距離測定方法。 In the non-contact distance measuring method according to claim 2,
In the first hologram optical system and the second hologram optical system, the optical elements and the optical paths are arranged symmetrically with respect to the common detection surface, and the same laser light source is used as the light source. A characteristic non-contact distance measuring method.
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