JP3289865B2 - 双方向光ビームによる部品の設置状態測定方法及び装置 - Google Patents
双方向光ビームによる部品の設置状態測定方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光部品や機械部品等の
位置や角度すなわち設置状態を測定する方法及びその測
定装置に関するものである。
位置や角度すなわち設置状態を測定する方法及びその測
定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】光部品や
機械部品等の位置や角度である設置状態の測定では、こ
れまでにいろいろな原理に基づいた多くの方法が実用化
され、測定の目的に応じて使い分けられている。そのう
ちの一方法として、１本の光ビームによる測定法があ
る。図４は１本の光ビームによる２枚レンズの相対精度
の測定法を示している。基準線１に対して２枚のレンズ
３Ａ，３Ｂが理想的（誤差無し）に配置されている場合
には、左から右に進む光ビーム２はレンズ３Ａ，３Ｂを
透過してもその方向は変わらず基準線１の上を直進し、
基準線１がスクリーン４と交差する点Ｏと同じ位置に到
達する。
機械部品等の位置や角度である設置状態の測定では、こ
れまでにいろいろな原理に基づいた多くの方法が実用化
され、測定の目的に応じて使い分けられている。そのう
ちの一方法として、１本の光ビームによる測定法があ
る。図４は１本の光ビームによる２枚レンズの相対精度
の測定法を示している。基準線１に対して２枚のレンズ
３Ａ，３Ｂが理想的（誤差無し）に配置されている場合
には、左から右に進む光ビーム２はレンズ３Ａ，３Ｂを
透過してもその方向は変わらず基準線１の上を直進し、
基準線１がスクリーン４と交差する点Ｏと同じ位置に到
達する。
【０００３】いま、図４（ａ）のようにレンズ３Ａと３
Ｂの中心は基準線１上にあって、レンズ３ＢがΔθだけ
傾斜しているとすれば、光ビーム２はレンズ３Ｂに入る
までは基準線１上を直進してくるが、レンズ３Ｂを出た
光ビーム２は基準線１から外れてスクリーン４上のＯ点
とは異なる点Ｐ1 の位置に達する。
Ｂの中心は基準線１上にあって、レンズ３ＢがΔθだけ
傾斜しているとすれば、光ビーム２はレンズ３Ｂに入る
までは基準線１上を直進してくるが、レンズ３Ｂを出た
光ビーム２は基準線１から外れてスクリーン４上のＯ点
とは異なる点Ｐ1 の位置に達する。
【０００４】一方、図４（ｂ）のようにレンズ３Ａと３
Ｂはともに基準線１と直交しているがレンズ３Ｂの中心
が距離ｄだけ基準線１から離れているとすると、レンズ
３Ａを出た光ビーム２はレンズの光軸とは違う位置でレ
ンズ３Ｂに入るため、ここで進行方向が変えられスクリ
ーン４上の点Ｐ2 に到達する。この方法ではスクリーン
上での光ビームの位置ずれ距離ＯＰ1 やＯＰ2 を測定す
ることでレンズの傾斜角Δθあるいは位置ずれ量ｄを求
めることはできるが、光ビームの位置ずれが傾斜角と位
置ずれのどちらの原因によるものか区別することはでき
ない。
Ｂはともに基準線１と直交しているがレンズ３Ｂの中心
が距離ｄだけ基準線１から離れているとすると、レンズ
３Ａを出た光ビーム２はレンズの光軸とは違う位置でレ
ンズ３Ｂに入るため、ここで進行方向が変えられスクリ
ーン４上の点Ｐ2 に到達する。この方法ではスクリーン
上での光ビームの位置ずれ距離ＯＰ1 やＯＰ2 を測定す
ることでレンズの傾斜角Δθあるいは位置ずれ量ｄを求
めることはできるが、光ビームの位置ずれが傾斜角と位
置ずれのどちらの原因によるものか区別することはでき
ない。
【０００５】図５は傾斜面を有する機械部品の傾斜角の
測定法を示している。基準線１に対して機械部品５の平
坦面Ｂが直交している場合、左からきた光ビーム２が傾
斜面Ａで反射するとき入射光と反射光の角度がθA と測
定されると平坦面Ｂに対する傾斜面Ａの角度θ0 は角度
θA の半分として求められる。もし平坦面ＢがΔθだけ
傾斜していると図５の方法で測定された角度θA はθA
＝２（θ0 ＋Δθ）となりΔθが誤差として測定値に含
まれる。ここでΔθの影響を除くには機械部品の平坦面
Ｂが基準線１と直交するように部品を設置することが必
要不可欠となり、この場合、その操作に時間がかかると
いう問題が起きる。
測定法を示している。基準線１に対して機械部品５の平
坦面Ｂが直交している場合、左からきた光ビーム２が傾
斜面Ａで反射するとき入射光と反射光の角度がθA と測
定されると平坦面Ｂに対する傾斜面Ａの角度θ0 は角度
θA の半分として求められる。もし平坦面ＢがΔθだけ
傾斜していると図５の方法で測定された角度θA はθA
＝２（θ0 ＋Δθ）となりΔθが誤差として測定値に含
まれる。ここでΔθの影響を除くには機械部品の平坦面
Ｂが基準線１と直交するように部品を設置することが必
要不可欠となり、この場合、その操作に時間がかかると
いう問題が起きる。
【０００６】このように従来の１本の光ビームによる測
定では、例えば２枚レンズの相対的な誤差がレンズの位
置ずれによるものか角度ずれによるものかその原因を区
別できないとか、あるいは部品の傾斜角の測定では測定
部品を設置したときの傾斜角度の影響が除去できないた
め測定精度が低下するという問題がある。
定では、例えば２枚レンズの相対的な誤差がレンズの位
置ずれによるものか角度ずれによるものかその原因を区
別できないとか、あるいは部品の傾斜角の測定では測定
部品を設置したときの傾斜角度の影響が除去できないた
め測定精度が低下するという問題がある。
【０００７】本発明は、上述の問題に鑑み、位置ずれか
角度ずれかの誤差を区別でき、また傾斜角測定にあって
は測定精度を向上させるようにした双方向光ビームによ
る部品の設置状態測定方法及び装置の提供を目的とす
る。
角度ずれかの誤差を区別でき、また傾斜角測定にあって
は測定精度を向上させるようにした双方向光ビームによ
る部品の設置状態測定方法及び装置の提供を目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、（１）互いに反対方向に進む２本の光ビームを
重ね合わせて一本の双方向光ビームとし、この双方向光
ビーム中に置いた測定対象部品を透過した上記双方向光
ビームのうちの一方向に進む光ビームと、上記測定対象
部品を透過しない前の上記双方向光ビームのうちの他方
向に進む光ビームと、の相互の距離を測定することを特
徴とし、（２）測定対象部品の双方向光ビームに沿う一
側にて透過後の光ビームと透過前の光ビームとの相互の
距離に相応する角θA と、他側にて透過後の光ビームと
透過前の光ビームとの相互の距離に相応する角θB とを
決め、角度ずれによる偏向角と位置ずれによる偏向角と
は、（θA ＋θB ）／２と（θA −θB ）／２とにより
求めることを特徴とし、（３）互いに反対方向に進む２
本の光ビームを重ね合わせて一本の双方向光ビームと
し、この双方向光ビーム中に置いた測定対象部品の一方
の表面一点にて上記双方向光ビームのうちの一方向に進
む光ビームを反射させると共に、上記一方の表面に対応
する他方の表面一点にて上記双方向光ビームのうちの他
方向に進む光ビームを反射させ、それぞれの光ビームの
入射光と反射光との相互の距離を測定することを特徴と
し、（４）測定対象部品の双方向光ビームに沿う一側に
て入射光と反射光との相互の距離に相応する角θA と、
他側にて入射光と反射光との相互の距離に相応する角θ
B とを決め、双方向光ビームの基準線に対する上記一側
の傾斜角θ0 は、θ 0 ＝θA ／２＋θB により求めるこ
とを特徴とし、（５）可視光レーザ発振器から出た光ビ
ームをコリメートレンズと光ビーム径を縮小する逆エク
スパンダで細径光コリメートビームを形成する部分を備
え、この光コリメートビームをビームスプリッタで２本
の光ビームに分岐しそれぞれの分岐した光コリメートビ
ームを反射ミラーとハーフミラーを介して互いに反対方
向に進む２本のビームとし、さらに反射ミラーやハーフ
ミラーに位置や角度の調整機構を付加して２本の光ビー
ムを重合わせて一本の双方向光ビームを形成するマッハ
ツェンダ型光学系の測定部分を備え、ハーフミラーに対
して光コリメートビームの進行方向と反対側に設置した
撮像カメラ及びＴＶモニタの観察評価部分を備え、たこ
とを特徴とする。
発明は、（１）互いに反対方向に進む２本の光ビームを
重ね合わせて一本の双方向光ビームとし、この双方向光
ビーム中に置いた測定対象部品を透過した上記双方向光
ビームのうちの一方向に進む光ビームと、上記測定対象
部品を透過しない前の上記双方向光ビームのうちの他方
向に進む光ビームと、の相互の距離を測定することを特
徴とし、（２）測定対象部品の双方向光ビームに沿う一
側にて透過後の光ビームと透過前の光ビームとの相互の
距離に相応する角θA と、他側にて透過後の光ビームと
透過前の光ビームとの相互の距離に相応する角θB とを
決め、角度ずれによる偏向角と位置ずれによる偏向角と
は、（θA ＋θB ）／２と（θA −θB ）／２とにより
求めることを特徴とし、（３）互いに反対方向に進む２
本の光ビームを重ね合わせて一本の双方向光ビームと
し、この双方向光ビーム中に置いた測定対象部品の一方
の表面一点にて上記双方向光ビームのうちの一方向に進
む光ビームを反射させると共に、上記一方の表面に対応
する他方の表面一点にて上記双方向光ビームのうちの他
方向に進む光ビームを反射させ、それぞれの光ビームの
入射光と反射光との相互の距離を測定することを特徴と
し、（４）測定対象部品の双方向光ビームに沿う一側に
て入射光と反射光との相互の距離に相応する角θA と、
他側にて入射光と反射光との相互の距離に相応する角θ
B とを決め、双方向光ビームの基準線に対する上記一側
の傾斜角θ0 は、θ 0 ＝θA ／２＋θB により求めるこ
とを特徴とし、（５）可視光レーザ発振器から出た光ビ
ームをコリメートレンズと光ビーム径を縮小する逆エク
スパンダで細径光コリメートビームを形成する部分を備
え、この光コリメートビームをビームスプリッタで２本
の光ビームに分岐しそれぞれの分岐した光コリメートビ
ームを反射ミラーとハーフミラーを介して互いに反対方
向に進む２本のビームとし、さらに反射ミラーやハーフ
ミラーに位置や角度の調整機構を付加して２本の光ビー
ムを重合わせて一本の双方向光ビームを形成するマッハ
ツェンダ型光学系の測定部分を備え、ハーフミラーに対
して光コリメートビームの進行方向と反対側に設置した
撮像カメラ及びＴＶモニタの観察評価部分を備え、たこ
とを特徴とする。
【０００９】
【作用】レンズ等の光透過部品を測定対象部品とすると
き、中心位置ずれと角度ずれとの違いにより双方向光ビ
ームの透過光が双方向光ビームの基準線に対して同じ側
に屈折するか互いに反対側に屈折するかの違いにより区
別・測定でき、また、傾斜角の測定に当っては双方向光
ビームの反射光によって一表面に対する他表面の傾斜を
加味して反射角を測定することができる。
き、中心位置ずれと角度ずれとの違いにより双方向光ビ
ームの透過光が双方向光ビームの基準線に対して同じ側
に屈折するか互いに反対側に屈折するかの違いにより区
別・測定でき、また、傾斜角の測定に当っては双方向光
ビームの反射光によって一表面に対する他表面の傾斜を
加味して反射角を測定することができる。
【００１０】
【実施例】ここで、図１および図２を参照して本発明の
実施例を説明する。図１は、双方向光ビームによる２枚
レンズの設置状態の測定図で、２Ａは左から右方向に進
む光ビームで、２Ｂは２Ａと反対方向に進む光ビーム
で、光ビーム２Ａと２Ｂは空間的に重なり１本の双方向
光ビームとなり、３Ａと３Ｂはレンズで、レンズ３Ｂは
レンズ３Ａに対してΔθ傾斜していたり（図１
（ａ））、距離ｄだけ位置ずれしている（図１
（ｂ））。レンズ３Ｂを透過した光ビーム２Ａを２Ａ
Ｔ、レンズ３Ａを透過した光ビーム２Ｂを２ＢＴとす
る。図１（ａ）において、光ビーム２Ａはレンズ３Ａの
中心を通ってレンズ３Ｂの中心に向かって直進するが、
レンズ３Ｂを透過するときレンズ３Ｂの傾きΔθに対応
した角度αだけ偏向（図では光ビーム２Ｂの下側）した
光ビーム２ＡＴとなって光ビーム２Ｂと重なることなく
右方向に進む。また、右から進行してきてレンズ３Ｂの
中心に入った光ビーム２Ｂもレンズ３Ｂの傾きにより角
度αだけ光ビーム２ＡＴと反対方向（図では光ビーム２
Ａの上側）に傾いた光ビーム２ＢＴとなってレンズ３Ｂ
から出ていく。レンズ３Ｂを出た光ビーム２ＢＴは、レ
ンズ３Ａに対してその中心とは離れた位置でレンズ３Ａ
に入射するため、レンズ３Ａを出る光ビーム２ＢＴも光
ビーム２Ａとは重ならない。
実施例を説明する。図１は、双方向光ビームによる２枚
レンズの設置状態の測定図で、２Ａは左から右方向に進
む光ビームで、２Ｂは２Ａと反対方向に進む光ビーム
で、光ビーム２Ａと２Ｂは空間的に重なり１本の双方向
光ビームとなり、３Ａと３Ｂはレンズで、レンズ３Ｂは
レンズ３Ａに対してΔθ傾斜していたり（図１
（ａ））、距離ｄだけ位置ずれしている（図１
（ｂ））。レンズ３Ｂを透過した光ビーム２Ａを２Ａ
Ｔ、レンズ３Ａを透過した光ビーム２Ｂを２ＢＴとす
る。図１（ａ）において、光ビーム２Ａはレンズ３Ａの
中心を通ってレンズ３Ｂの中心に向かって直進するが、
レンズ３Ｂを透過するときレンズ３Ｂの傾きΔθに対応
した角度αだけ偏向（図では光ビーム２Ｂの下側）した
光ビーム２ＡＴとなって光ビーム２Ｂと重なることなく
右方向に進む。また、右から進行してきてレンズ３Ｂの
中心に入った光ビーム２Ｂもレンズ３Ｂの傾きにより角
度αだけ光ビーム２ＡＴと反対方向（図では光ビーム２
Ａの上側）に傾いた光ビーム２ＢＴとなってレンズ３Ｂ
から出ていく。レンズ３Ｂを出た光ビーム２ＢＴは、レ
ンズ３Ａに対してその中心とは離れた位置でレンズ３Ａ
に入射するため、レンズ３Ａを出る光ビーム２ＢＴも光
ビーム２Ａとは重ならない。
【００１１】一方、図１（ｂ）ではレンズ３Ａを透過し
て直進してきた光ビーム２Ａは、レンズ３Ｂの位置ずれ
によりその中心から距離ｄだけ離れた位置で入射する。
そして光ビーム２Ａがレンズ３Ｂを出るときには、位置
ずれｄに対応して光ビーム２Ａに対して角度β（図では
光ビーム２Ｂの下側に）傾いた光ビーム２ＡＴとなって
出射し光ビーム２Ｂとは重ならない。また光ビーム２Ｂ
のレンズ３Ｂに対する入射条件は、光ビーム２Ａのレン
ズ３Ｂに対する入射と同じで進行方向が反対になってい
るだけであるため、その透過した光ビーム２ＢＴの偏向
の方向と角度は光ビーム２ＡＴと同じで進む方向だけが
反対になる。そしてこの光ビーム２ＢＴはレンズ３Ａに
対してそのレンズ中心から外れた位置（図では光ビーム
２Ａの下側）を透過するので、レンズ３Ａを出た光ビー
ム２ＢＴはレンズ中心からの位置ずれ距離に依存した角
度でレンズ３Ａを出射し、光ビーム２Ａとは重ならな
い。
て直進してきた光ビーム２Ａは、レンズ３Ｂの位置ずれ
によりその中心から距離ｄだけ離れた位置で入射する。
そして光ビーム２Ａがレンズ３Ｂを出るときには、位置
ずれｄに対応して光ビーム２Ａに対して角度β（図では
光ビーム２Ｂの下側に）傾いた光ビーム２ＡＴとなって
出射し光ビーム２Ｂとは重ならない。また光ビーム２Ｂ
のレンズ３Ｂに対する入射条件は、光ビーム２Ａのレン
ズ３Ｂに対する入射と同じで進行方向が反対になってい
るだけであるため、その透過した光ビーム２ＢＴの偏向
の方向と角度は光ビーム２ＡＴと同じで進む方向だけが
反対になる。そしてこの光ビーム２ＢＴはレンズ３Ａに
対してそのレンズ中心から外れた位置（図では光ビーム
２Ａの下側）を透過するので、レンズ３Ａを出た光ビー
ム２ＢＴはレンズ中心からの位置ずれ距離に依存した角
度でレンズ３Ａを出射し、光ビーム２Ａとは重ならな
い。
【００１２】この結果、レンズ３Ａに対するレンズ３Ｂ
の角度ずれ量または位置ずれ量は、レンズ３Ｂの右側の
空間においてレンズ３Ｂからの一定の距離だけ離れた場
所での光ビーム２Ｂと透過光ビーム２ＡＴの間隔から求
めることができる。そして２本の光ビームのずれがレン
ズの角度ずれと位置ずれのどちらが原因であるかは、双
方向光ビームに対する透過光ビームの現れる位置で区別
できる。すなわち、双方向光ビームの基準位置に対して
透過光ビーム２ＡＴと２ＢＴがそれぞれ反対側に現れる
（図１（ａ）ではレンズ３Ａの左空間において光ビーム
２Ａに対する透過光ビーム２ＢＴが上側にある）場合は
角度ずれによるもので、双方向光ビームの基準位置に対
して透過光ビーム２ＡＴと２ＢＴが同じ側に現れる（図
１（ｂ）では透過光ビーム２ＢＴが下側にある）場合は
位置ずれによるものと判定することができる。
の角度ずれ量または位置ずれ量は、レンズ３Ｂの右側の
空間においてレンズ３Ｂからの一定の距離だけ離れた場
所での光ビーム２Ｂと透過光ビーム２ＡＴの間隔から求
めることができる。そして２本の光ビームのずれがレン
ズの角度ずれと位置ずれのどちらが原因であるかは、双
方向光ビームに対する透過光ビームの現れる位置で区別
できる。すなわち、双方向光ビームの基準位置に対して
透過光ビーム２ＡＴと２ＢＴがそれぞれ反対側に現れる
（図１（ａ）ではレンズ３Ａの左空間において光ビーム
２Ａに対する透過光ビーム２ＢＴが上側にある）場合は
角度ずれによるもので、双方向光ビームの基準位置に対
して透過光ビーム２ＡＴと２ＢＴが同じ側に現れる（図
１（ｂ）では透過光ビーム２ＢＴが下側にある）場合は
位置ずれによるものと判定することができる。
【００１３】角度と位置の両方がずれている場合には、
左右への角度ずれと上下への位置ずれとの組合せ方によ
り４通りの場合が考えられ、いずれの場合でも図１の
（ａ）と（ｂ）を基本として角度ずれと位置ずれを区別
し、それぞれの大きさを求めることができる。一例とし
て、図１（ｃ）を用いて図１（ａ）の角度ずれと（ｂ）
の位置ずれの両方が起きている場合について説明する。
光ビーム２Ｂに対する透過光ビーム２ＡＴの偏向はどち
らも同じ方向になるので、その偏向角θA は位置ずれに
よる偏向角αと角度ずれによる偏向角βを加えた（α＋
β）となる。一方、光ビーム２Ａに対する透過光ビーム
２ＢＴの偏向方向は、角度ずれと位置ずれとでは異なり
光ビーム２Ａに対して反対側に存在することになるの
で、その偏向角θB は両者の差に等しく、ここで角度ず
れによる偏向角αが位置ずれによる偏向角βより大きい
とすると、レンズ３Ｂを出た透過光２ＢＴは光ビーム２
Ａの上側に存在しその偏向角θB は（α−β）となる。
偏向角θA はレンズ３Ｂの右側で、二つの光ビームの距
離およびレンズ３Ｂから光ビーム間の距離測定を行う位
置（図示せず）までの距離とから求めることができる。
一方、レンズ３Ｂを出た偏向角θB を有する透過光ビー
ム２ＢＴは、そのままの角度でレンズ２Ａに入射し、偏
向角γとなってレンズ２Ａから出ていく。偏向角γはレ
ンズ２Ａの左側の異なる二つの場所（図示せず）での二
つの光ビームの距離測定から得られ、偏向角γが明らか
になるとよく知られた光線行列式を用いて偏向角θB が
求められる。このようにして得られた二つの偏向角
θA ，θB の測定値から角度ずれによる偏向角αと位置
ずれによる偏向角βは次式から求められる。 α＝（θA ＋θB ）／２ β＝（θA −θB ）／２
左右への角度ずれと上下への位置ずれとの組合せ方によ
り４通りの場合が考えられ、いずれの場合でも図１の
（ａ）と（ｂ）を基本として角度ずれと位置ずれを区別
し、それぞれの大きさを求めることができる。一例とし
て、図１（ｃ）を用いて図１（ａ）の角度ずれと（ｂ）
の位置ずれの両方が起きている場合について説明する。
光ビーム２Ｂに対する透過光ビーム２ＡＴの偏向はどち
らも同じ方向になるので、その偏向角θA は位置ずれに
よる偏向角αと角度ずれによる偏向角βを加えた（α＋
β）となる。一方、光ビーム２Ａに対する透過光ビーム
２ＢＴの偏向方向は、角度ずれと位置ずれとでは異なり
光ビーム２Ａに対して反対側に存在することになるの
で、その偏向角θB は両者の差に等しく、ここで角度ず
れによる偏向角αが位置ずれによる偏向角βより大きい
とすると、レンズ３Ｂを出た透過光２ＢＴは光ビーム２
Ａの上側に存在しその偏向角θB は（α−β）となる。
偏向角θA はレンズ３Ｂの右側で、二つの光ビームの距
離およびレンズ３Ｂから光ビーム間の距離測定を行う位
置（図示せず）までの距離とから求めることができる。
一方、レンズ３Ｂを出た偏向角θB を有する透過光ビー
ム２ＢＴは、そのままの角度でレンズ２Ａに入射し、偏
向角γとなってレンズ２Ａから出ていく。偏向角γはレ
ンズ２Ａの左側の異なる二つの場所（図示せず）での二
つの光ビームの距離測定から得られ、偏向角γが明らか
になるとよく知られた光線行列式を用いて偏向角θB が
求められる。このようにして得られた二つの偏向角
θA ，θB の測定値から角度ずれによる偏向角αと位置
ずれによる偏向角βは次式から求められる。 α＝（θA ＋θB ）／２ β＝（θA −θB ）／２
【００１４】図２は部品の角度測定例で、２Ａ，２Ｂは
双方向光ビームを構成する光ビーム、２ＡＲ，２ＢＲは
反射光、５は被測定部品、Ｂ面は部品の基準面でＡ面は
Ｂ面に対して角度θ0 だけ傾斜している。双方向光ビー
ムに対してＢ面が角度Δθだけ傾いて設置されている部
品５のＡ面に光ビーム２Ａを照射したとき、その反射光
２ＡＲと光ビーム２Ａのなす角をθA とすると、光ビー
ム２Ａに対するＡ面の傾斜角（θ0 ＋Δθ）の間には次
式の関係がある。 θA ＝２（θ0 ＋Δθ） 同様にして、光ビーム２Ｂとその反射光２ＢＲのなす角
をθB とすれば、Ｂ面の傾斜角Δθとの間にも、次式の
関係がある。 θB ＝２Δθ 上記２式により角度θ0 の値が次式にて求められる。 θ0 ＝θA ／２＋θB
双方向光ビームを構成する光ビーム、２ＡＲ，２ＢＲは
反射光、５は被測定部品、Ｂ面は部品の基準面でＡ面は
Ｂ面に対して角度θ0 だけ傾斜している。双方向光ビー
ムに対してＢ面が角度Δθだけ傾いて設置されている部
品５のＡ面に光ビーム２Ａを照射したとき、その反射光
２ＡＲと光ビーム２Ａのなす角をθA とすると、光ビー
ム２Ａに対するＡ面の傾斜角（θ0 ＋Δθ）の間には次
式の関係がある。 θA ＝２（θ0 ＋Δθ） 同様にして、光ビーム２Ｂとその反射光２ＢＲのなす角
をθB とすれば、Ｂ面の傾斜角Δθとの間にも、次式の
関係がある。 θB ＝２Δθ 上記２式により角度θ0 の値が次式にて求められる。 θ0 ＝θA ／２＋θB
【００１５】図３は、前記の測定を実施した装置構成
で、６のＨｅ−Ｎｅレーザ、７のピンホール、８のコリ
メートレンズ、９の光ビーム径を１／２０に縮小する逆
エクスパンダとからなる細径平行光ビーム形成部と、１
０の全反射ミラー、１１のビームスプリッタ、１２のハ
ーフミラー、１３のＸＹＺ並行軸とαβγ回転軸の６軸
が調整可能なステージ、１４の被測定物とからなるマッ
ハツェンダ型測定光学系、および１５Ａ，１５Ｂの同軸
照明とズーム拡大光学系を有するＣＣＤカメラと画像処
理機能を有する１６Ａ，１６Ｂのテレビモニタからなる
観察評価部の３つの主要部分からなっている。
で、６のＨｅ−Ｎｅレーザ、７のピンホール、８のコリ
メートレンズ、９の光ビーム径を１／２０に縮小する逆
エクスパンダとからなる細径平行光ビーム形成部と、１
０の全反射ミラー、１１のビームスプリッタ、１２のハ
ーフミラー、１３のＸＹＺ並行軸とαβγ回転軸の６軸
が調整可能なステージ、１４の被測定物とからなるマッ
ハツェンダ型測定光学系、および１５Ａ，１５Ｂの同軸
照明とズーム拡大光学系を有するＣＣＤカメラと画像処
理機能を有する１６Ａ，１６Ｂのテレビモニタからなる
観察評価部の３つの主要部分からなっている。
【００１６】レーザ６を出た光はピンホール７とコリメ
ートレンズ８により直径２ｍｍの光ビームとなり、さら
に逆エクスパンダ９を経て０．１ｍｍの平行光ビームに
変換される。この平行光ビームは全反射ミラー１０Ａに
て直角に曲げられ、ビームスプリッタ１１で２本の光ビ
ームに分岐され、１本はハーフミラー１２Ｂで進路を直
角に曲げられて右方向から被測定物１４に当たる光ビー
ム２Ｂとなり、もう１本は全反射ミラー１０Ｂで直角に
進路を曲げられた後、ハーフミラー１２Ａに入りもう一
度進路は直角に曲げられて左方向から被測定物１４に当
たる光ビーム２Ａとなる。このようにして形成した２本
の光ビーム２Ａと２Ｂは空間的に重なり合って１本のビ
ームになったときに双方向光ビームが得られたことにな
る。このためには被測定物１４の位置に半透過性スクリ
ーン（図示せず）を置き、このスクリーンがハーフミラ
ー１２Ａと１２Ｂの間のどの位置にあってもスクリーン
上で２本の光ビーム２Ａと２Ｂが１つのスポットになる
よう、ハーフミラーを載せた２つの６軸ステージをそれ
ぞれ調整する。スクリーン上で２つの光ビームスポット
が１つになったかどうかはＣＣＤカメラ１５Ａ，１５Ｂ
とテレビモニタ１６Ａ，１６Ｂを通して確認する。実際
の測定は図３の所定位置に被測定物１４と、被測定物１
４とハーフミラー１２Ａおよび１２Ｂの間の２ヶ所に被
測定物１４から一定距離離れた位置に半透過性スクリー
ン（図示せず）を設置し、このスクリーン上に現れるス
ポットの間隔を測定するだけである。なお、本願発明の
測定装置の各光学部品の配置は図５に限定されるもので
なく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
ートレンズ８により直径２ｍｍの光ビームとなり、さら
に逆エクスパンダ９を経て０．１ｍｍの平行光ビームに
変換される。この平行光ビームは全反射ミラー１０Ａに
て直角に曲げられ、ビームスプリッタ１１で２本の光ビ
ームに分岐され、１本はハーフミラー１２Ｂで進路を直
角に曲げられて右方向から被測定物１４に当たる光ビー
ム２Ｂとなり、もう１本は全反射ミラー１０Ｂで直角に
進路を曲げられた後、ハーフミラー１２Ａに入りもう一
度進路は直角に曲げられて左方向から被測定物１４に当
たる光ビーム２Ａとなる。このようにして形成した２本
の光ビーム２Ａと２Ｂは空間的に重なり合って１本のビ
ームになったときに双方向光ビームが得られたことにな
る。このためには被測定物１４の位置に半透過性スクリ
ーン（図示せず）を置き、このスクリーンがハーフミラ
ー１２Ａと１２Ｂの間のどの位置にあってもスクリーン
上で２本の光ビーム２Ａと２Ｂが１つのスポットになる
よう、ハーフミラーを載せた２つの６軸ステージをそれ
ぞれ調整する。スクリーン上で２つの光ビームスポット
が１つになったかどうかはＣＣＤカメラ１５Ａ，１５Ｂ
とテレビモニタ１６Ａ，１６Ｂを通して確認する。実際
の測定は図３の所定位置に被測定物１４と、被測定物１
４とハーフミラー１２Ａおよび１２Ｂの間の２ヶ所に被
測定物１４から一定距離離れた位置に半透過性スクリー
ン（図示せず）を設置し、このスクリーン上に現れるス
ポットの間隔を測定するだけである。なお、本願発明の
測定装置の各光学部品の配置は図５に限定されるもので
なく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、部品相互の位置誤
差要因の決定や部品の姿勢に影響されやすい傾斜角の高
精度測定など１本の光ビームでは困難な測定が、本発明
によれば双方向光ビームを用いて被測定物の両側の空間
で二つの光ビームの距離を測定するだけの簡単な操作で
容易に可能となり、しかもこの測定を行うための装置は
レーザ、エクスパンダ、ＣＣＤカメラ、ビームスプリッ
タなどの光学部品および６軸調整ステージといった一般
市販品のみを用いた簡単な構成で実現できる。なお、図
１の実施例においてレンズを透過した光ビームとレンズ
を透過する前の光ビームの２本の光ビームが１本に重な
るように、一方のレンズに対する他方のレンズの位置調
整を行うと、図２の例ではＢ面に対する入射光と反射光
が一致するように部品の姿勢を調整することにより、本
発明を部品の位置調整方法とその装置としても応用でき
ることは明らかである。
差要因の決定や部品の姿勢に影響されやすい傾斜角の高
精度測定など１本の光ビームでは困難な測定が、本発明
によれば双方向光ビームを用いて被測定物の両側の空間
で二つの光ビームの距離を測定するだけの簡単な操作で
容易に可能となり、しかもこの測定を行うための装置は
レーザ、エクスパンダ、ＣＣＤカメラ、ビームスプリッ
タなどの光学部品および６軸調整ステージといった一般
市販品のみを用いた簡単な構成で実現できる。なお、図
１の実施例においてレンズを透過した光ビームとレンズ
を透過する前の光ビームの２本の光ビームが１本に重な
るように、一方のレンズに対する他方のレンズの位置調
整を行うと、図２の例ではＢ面に対する入射光と反射光
が一致するように部品の姿勢を調整することにより、本
発明を部品の位置調整方法とその装置としても応用でき
ることは明らかである。
【図１】本発明による２枚レンズの相対精度の測定方法
の説明図。
の説明図。
【図２】機械部品の傾斜角測定方法の説明図。
【図３】装置の構成図。
【図４】従来の１本の光ビームの２枚レンズの相対精度
の測定方法の説明図。
の測定方法の説明図。
【図５】従来の機械部品の傾斜角測定方法の説明図。
１ 基準線 ２，２Ａ，２Ｂ，２ＡＴ，２ＢＴ，２ＡＲ，２ＢＲ 光
ビーム ３Ａ，３Ｂ レンズ ４ スクリーン ５ 被測定物 ６ Ｈｅ−Ｎｅレーザ ７ ピンホール ８ コリメートレンズ ９ 逆エクスパンダ １０Ａ，１０Ｂ 全反射ミラー １１ ビームスプリッタ １２Ａ，１２Ｂ ハーフミラー １３Ａ，１３Ｂ ６軸ステージ １４ 被測定物 １５Ａ，１５Ｂ ＣＣＤカメラ １６Ａ，１６Ｂ テレビモニタ
ビーム ３Ａ，３Ｂ レンズ ４ スクリーン ５ 被測定物 ６ Ｈｅ−Ｎｅレーザ ７ ピンホール ８ コリメートレンズ ９ 逆エクスパンダ １０Ａ，１０Ｂ 全反射ミラー １１ ビームスプリッタ １２Ａ，１２Ｂ ハーフミラー １３Ａ，１３Ｂ ６軸ステージ １４ 被測定物 １５Ａ，１５Ｂ ＣＣＤカメラ １６Ａ，１６Ｂ テレビモニタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00
Claims (5)
- 【請求項１】 互いに反対方向に進む２本の光ビームを
重ね合わせて一本の双方向光ビームとし、 この双方向光ビーム中に置いた測定対象部品を透過した
上記双方向光ビームのうちの一方向に進む光ビームと、
上記測定対象部品を透過しない前の上記双方向光ビーム
のうちの他方向に進む光ビームと、の相互の距離を測定
することを特徴とする双方向光ビームによる部品の設置
状態測定方法。 - 【請求項２】 測定対象部品の双方向光ビームに沿う一
側にて透過後の光ビームと透過前の光ビームとの相互の
距離に相応する角θA と、他側にて透過後の光ビームと
透過前の光ビームとの相互の距離に相応する角θB とを
決め、角度ずれによる偏向角と位置ずれによる偏向角と
は、（θA ＋θB ）／２と（θA −θ B ）／２とにより
求めることを特徴とする請求項１記載の双方向光ビーム
による部品の設置状態測定方法。 - 【請求項３】 互いに反対方向に進む２本の光ビームを
重ね合わせて一本の双方向光ビームとし、 この双方向光ビーム中に置いた測定対象部品の一方の表
面一点にて上記双方向光ビームのうちの一方向に進む光
ビームを反射させると共に、上記一方の表面に対応する
他方の表面一点にて上記双方向光ビームのうちの他方向
に進む光ビームを反射させ、それぞれの光ビームの入射
光と反射光との相互の距離を測定することを特徴とする
双方向光ビームによる部品の設置状態測定方法。 - 【請求項４】 測定対象部品の双方向光ビームに沿う一
側にて入射光と反射光との相互の距離に相応する角θA
と、他側にて入射光と反射光との相互の距離に相応する
角θB とを決め、双方向光ビームの基準線に対する上記
一側の傾斜角θ0 は、θ0 ＝θA ／２＋θB により求め
ることを特徴とする請求項３記載の双方向光ビームによ
る部品の設置状態測定方法。 - 【請求項５】 可視光レーザ発振器から出た光ビームを
コリメートレンズと光ビーム径を縮小する逆エクスパン
ダで細径光コリメートビームを形成する部分を備え、こ
の光コリメートビームをビームスプリッタで２本の光ビ
ームに分岐しそれぞれの分岐した光コリメートビームを
反射ミラーとハーフミラーを介して互いに反対方向に進
む２本のビームとし、さらに反射ミラーやハーフミラー
に位置や角度の調整機構を付加して２本の光ビームを重
合わせて一本の双方向光ビームを形成するマッハツェン
ダ型光学系の測定部分を備え、ハーフミラーに対して光
コリメートビームの進行方向と反対側に設置した撮像カ
メラ及びＴＶモニタの観察評価部分を備え、たことを特
徴とする双方向光ビームによる部品の設置状態測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14438594A JP3289865B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 双方向光ビームによる部品の設置状態測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14438594A JP3289865B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 双方向光ビームによる部品の設置状態測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0814818A JPH0814818A (ja) | 1996-01-19 |
| JP3289865B2 true JP3289865B2 (ja) | 2002-06-10 |
Family
ID=15360912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14438594A Expired - Fee Related JP3289865B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 双方向光ビームによる部品の設置状態測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3289865B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116202425B (zh) * | 2022-06-15 | 2023-09-12 | 武汉鑫岳光电科技有限公司 | 一种激光测距装置 |
-
1994
- 1994-06-27 JP JP14438594A patent/JP3289865B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0814818A (ja) | 1996-01-19 |
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