JP3621774B2

JP3621774B2 - Multi-axis measuring machine for NC machine tools

Info

Publication number: JP3621774B2
Application number: JP07599396A
Authority: JP
Inventors: 和規田中; 達也青木
Original assignee: 株式会社ソキア
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JPH09183042A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＣ工作機用多軸測長機に関し、特に、ＮＣ工作機の複数の軸に対する移動距離の測長が自動的に行える多軸測長機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＣ工作機の各軸毎の移動距離を高精度に測定する装置として、レーザ測長機が知られている。この種のレーザ測長機は、レーザ光の送光部と干渉光の受光部を備えたレーザヘッドと、送光部から出射したレーザ光を反射するターゲットプリズム（コーナキューブ）と、これらの間に設置される干渉計とを基本構成として備えている。
【０００３】
ＮＣ工作機の移動距離を測定する際には、ターゲットプリズムが移動するテーブルや主軸などに固設される。ところで、ＮＣ工作機の動作方向は、通常、ｘ，ｙ，ｚの３軸方向であり、例えば、図３０に示すように、ひざ型縦フライス盤Ａの移動テーブルの測長及び校正作業を行う場合には、作業者により先ず、ｘ軸方向に向けて三脚上にレーザヘッド１を固定し、レーザヘッドの光軸に一致させてフライス盤Ａの主軸位置に干渉計２を固定配置するとともに、これの延長上において移動テーブル上にターゲットプリズム３を固定配置する。
【０００４】
通常、この準備作業をアライメントと称しており、それぞれの光軸あわせ、ホームポジション設定などのために１５分程度の作業時間となる。
このｘ軸アライメント作業の後、ホームポジションを基準として実際にテーブルをｘ軸方向に移動させつつ測長機による測定及び校正を行うことができる。
この作業は、ＮＣコントローラに接続されたコンピュータなど制御部のプログラムに従って順次自動的に実行され、ｘ軸移動ピッチの確認及び補正、その他、例えば、ＩＳＯ試験の内容に従った各種精度試験が自動的に行われ、ＮＣコントローラにその測定結果及び校正内容を順次取込む。このような測定及び校正を完了するまでには、約５０分程度の時間がかかる。
【０００５】
ｘ軸方向の測定の終了後は、前記と同様な手順によって作業者により、レーザヘッド１、干渉計２、ターゲットプリズム３をｙ軸方向に向けて配置し、このｙ軸方向アライメント作業の後、同様にして自動的に精度試験を行い、次いで、ｚ軸方向アライメント作業を行い、自動的に精度試験を行えば、３軸方向の測定が完了する。
【０００６】
しかしながら、このような従来のＮＣ工作機の測長方法には、以下に説明する技術的な課題が指摘されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上述した従来の測長方法では、各軸（ｘ，ｙ，ｚ）毎に、光軸あわせ，ホームポジション設定などのために１５分程度の作業時間がかかり，しかも、これに各軸（ｘ，ｙ，ｚ）毎の測定，校正のための時間（約５０分）が加わるため、合計で約１９５分の時間がかかっていた。
【０００８】
この場合、各軸（ｘ，ｙ，ｚ）について自動測定を行っている間は、作業者は、別の作業を行うことができる。しかし、実際には、作業者にとって一測定毎の５０分の空き時間は、長いようで短かく、他の仕事に集中できなかったり、逆に他の仕事に時間をとられて、一測定毎のアライメント作業がずれ込む場合もあり、作業者にとっては、このような時間の管理が非常に煩わしいものとなっていた。
【０００９】
本発明は、以上の問題を解決するために案出されたものであって、その目的とするところは、一回のアライメント作業によってｘ，ｙ，ｚ軸の全ての測定が自動的に行えるＮＣ工作機用多軸測長機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、レーザ光の送光部と干渉光の受光部とを内蔵したレーザヘッドと、前記送光部及び受光部の光軸上に配置され、かつ入射したレーザ光を分光させて、ＮＣ工作機の直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向に向けて出射させる分光機構部とその切替え機構とを内蔵した多軸干渉計と、前記ＮＣ工作機の測定位置に固定されて、前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向に出射したレーザ光を受けて前記多軸干渉計側に反射する複数の反射ターゲットと、前記切替え機構を制御するコントローラと、前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向毎に前記ＮＣ工作機を所定の手順により動作させつつ、前記レーザーヘッドの受光部で得られる測長データと、予め設定される基準データとを比較し、前記ＮＣ工作機にその校正値を与えるとともに、前記ｘ，ｙ，ｚ軸の測定終了毎に前記コントローラに切替え動作を指令する制御部とで構成した。
この構成を有する多軸測長機によれば、多軸干渉計と、これのｘ，ｙ，ｚ軸方向に配置される反射ターゲットの光軸合わせを１回だけ行えば、各軸の測長毎に自動的に多軸干渉計の出射方向を切替えて測長が継続される。
また、請求項２では、前記多軸干渉計は、前記レーザヘッドに対向する入出射窓部を開口したケーシングと、前記ケーシング内にあって、前記入出射窓部に対向するように直線移動または回転移動可能に設置されたステージと、入射したレーザ光をｘ，ｙ，ｚ軸方向に向けて出射する前記分光機構部を有する干渉計本体と、前記ステージを直線移動または回転移動させて前記各分光機構部を前記入出射窓部に対面させる移動機構と、前記ステージの停止位置を検出する検出手段とを備えている。
前記干渉計本体は、前記移動機構の移動方向に沿って設けられ、前記ステージに固定された偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタの後方に設置された分光機構部とを備え、前記分光機構部は、前記偏光ビームスプリッタからの入射光を直進させる部位と、前記偏光ビームスプリッタからの入射光を上または下方向に反射させる部位と、前記偏光ビームスプリッタからの入射光を横方向に反射させる部位とで構成することができる。
この場合、前記分光機構部から送出される測定光は、測定対象物側に設置された反射ターゲットを介して同一光路上に反射させることができる。
また、前記干渉計本体は、前記入出射窓部の背面側に固定配置された偏光ビームスプリッタと、前記ステージ側に配置された分光機構部とを備え、前記分光機構部を、前記偏光ビームスプリッタからの入射光を直進させる部位と、前記偏光ビームスプリッタからの入射光を上または下方向に反射させる部位と、前記偏光ビームスプリッタからの入射光を横方向に反射させる部位とで構成することができる。
この場合、前記分光機構部から送出される測定光は、測定対象物側に設置された反射ターゲットを介して異なった平行光路上に反射させることができる。
さらに、請求項７では、多軸干渉計は、前記レーザヘッドに対向する入出射窓部を開口したケーシングと、前記ケーシング内にあって、前記入出射窓部に対向するように直線移動可能に設置されたステージと、前記ステージ上に支持され、入射したレーザ光をｘ，ｙ，ｚ軸方向に向けて出射する干渉計本体と、前記ステージを直線移動させて前記干渉計本体を前記入出射窓部に対面させる移動機構と、前記ステージの停止位置を検出する検出手段とで構成した。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図８は、本発明にかかるＮＣ工作機用多軸測長機の第１実施例を示している。同図に示す測長機は、図１にそのシステム構成を示すように、送、受光部内蔵型のレーザヘッド１２と、多軸干渉計１４と、３個の反射ターゲット１６と、レーザヘッド１２に接続されたディスプレイ１８と、コンピュータ（制御部）２０と、ＮＣ工作機を制御するＮＣコントローラ２２と、多軸干渉計１４のコントローラ２４とから構成されている。
【００１２】
レーザヘッド１２には、所定波長のレーザ光線を発射する送光部と、干渉計１４で干渉させられた干渉光を受光する受光部とが内蔵されていて、受光部で受けた干渉光の干渉縞を計数することにより、干渉計１４から反射ターゲット１６までの距離が演算され、その演算結果がディスプレイ１８に表示されるとともに、コンピュータ２０に入力される。
【００１３】
コンピュータ２０は、これに搭載されるフロッピーディスク２０ａなどのソフトウエアの計測プログラム内容に従って、ＮＣコントローラ２２に順次駆動指令を与え、ＮＣ工作機を所定の手順により動作させる。
多軸干渉計１４の詳細構造を、図２〜図６に示している。図２は多軸干渉計１４の全体構造の分解斜視図であり、図３はその一部断面構造を示している。
【００１４】
本実施例の多軸干渉計１４は、ボックス型に形成されており、角箱状のハウジング３０と、ハウジング３０内に収装されたＬ字型の取付け基板３２と、取付け基板３２の水平部３２ａの上面に平行に配置された一対のリニアガイド３４にスライダ３６を介して平行移動可能に設置されるステージ３８と、ステージ３８上に取付け台４０を介して設置された干渉計本体４２とから概略構成されている。
【００１５】
ステージ３８の下面には、リニアガイド３４と平行するようにしてラック４１が設けられている。このラック４１は、水平部３２ａの下面に設けた超音波モータ４４の出力軸に取付けたピニオン４６に歯合し、モータ４４の正逆転に応じてステージ３８が、リニアガイド３４に沿って移動可能になっている。また、ステージ３８の端部と取付け基板３２との間には、引張りコイルバネ４８が懸架され、この引張りコイルバネ４８の付勢力によりラック４１，ピニオン４６機構のバックラッシを防止している。
【００１６】
取付け基板３２の垂直部３２ｂの内側には、複数の位置検出用フォトインタラプタ５０が、同一直線上に固定されており、ステージ３８の側面に配置された検出子３８ａが、インタラプタ５０の発光部と受光部との間を遮断すると、その位置が検出される。
また、水平部３２ａの長手方向両端（図では片側のみに示されている）には、ステージ３８に接触することにより、ステージ３８の移動始端及び終端の各位置を検出するリミットスイッチ５２が固定されている。
【００１７】
これらモータ４４、フォトインタラプタ５０及びリミットスイッチ５２のリード線は、ハウジング３０の一側部に配置されたコネクタ５４を介して前述のコントローラ２４に接続される。
取付け基板３２の垂直部３２ｂの一側部隅部は、球状支点５６を介してハウジング３０の前面内側に連結されているとともに、複数の引張りコイルバネ５７によりハウジング３０の前面内側に支持されている。
【００１８】
そして、ハウジング３０の前面上部には、前記球状支点５６の垂直方向の延長上にあって、垂直部３２ｂの前面に接する垂直方向調整つまみ５８が設けられ、調整つまみ５８のねじ込み操作によって垂直部３２ｂの上部を押圧すると、バネ５７のバネ圧に抗して取付け基板３２の鉛直方向の角度の微調整が行える。
また、ハウジング３０の前面下部には、球状支点５６の水平方向の延長上にあって、垂直部３２ｂの前面に接する平行度調整つまみ６０が配置され、この調整つまみ６０を操作することにより、取付け基板３２の平行度の微調整が行える。
【００１９】
さらに、ハウジング３０の前面中央の上部には、レーザヘッド１２から出射されるレーザ光の入射窓部６２と、この入射窓部６２の上方に位置し、干渉計１４からの干渉光を透過するための出射窓部６４が開口形成されている。
また、ハウジング３０の上下面中央，背面及び一側面（コネクタ５４の取付け面とは反対側側面）には、それぞれｘ，ｙ，ｚ軸方向に向けたレーザ入出射窓部６６が開口されており、干渉計本体４２は、これら窓部に一致すべく移動されることになる。なお、ステージ３０および取付け基板３２には、ハウジング３０の下面に設けられた入射窓部６６に位置対応して、貫通孔（図示省略）が設けられている。
【００２０】
図４〜図６は、干渉計本体４２の詳細構造を示している。干渉計本体４２は、ステージ３８の長手方向に沿って配置され、入射窓部６２に下部側面を対向させ、レーザ出射窓部６４に上部側面を対向させた偏光ビームスプリッタ６８と、この偏光ビームスプリッタ６８の後面側に設置された分光機構部６９とを備えている。
【００２１】
分光機構部６９は、偏光ビームスプリッタ６８を共用光学部品とし、その測定光出射面に長手方向に沿って１／４波長板７０のみを配置した部位［１］と、光学屈折機構を構成するペンタプリズム７２の出射方向が下向きとなるように配置し、その出射面に１／４波長板７０を設けた部位［２］と、ペンタプリズム７２の出射方向が上向きになるように配置し、その出射面に１／４波長板７０を設けた部位［３］と、ペンタプリズム７２の出射方向が横向きとなるように配置し、その出射面に１／４波長板７０を設けた部位［４］とに区分されている。
【００２２】
また、これらの各部位の中心下部には、偏光ビームスプリッタ６８によって分光された参照光および測定光を、再び偏光ビームスプリッタ６８の上部側に反射する４つの固定コーナキューブ７４が、それぞれ１／４波長板７０を介して配置されている。
図６は、以上の干渉計本体４２の測定原理を示すものである。なお、この例では部位［１］における光路の詳細を示しているが、他の部位でもペンタプリズム７２によって光路を曲げられるほかは、同一の測定原理である。
【００２３】
同図において、レーザヘッドから出射された４５°直線偏光の入射光Ｌは、偏光ビームスプリッタ６８により、固定コーナキューブ７４に向う参照光Ｒと、測定位置に配置された反射ターゲット１６に向う測定光Ｍに分けられ、参照光および測定光Ｒ，Ｍは、その後、それぞれ１／４波長板７０を通過することによって円偏光となる。
【００２４】
反射ターゲットおよびコーナキューブ１６，７４で反射された参照および測定光Ｒ，Ｍは、逆回転の円偏光となり、再び、１／４波長板７０を通過することによって最初に通過した時とは、９０°の偏光角をもった直線偏光となる。
従って、最初に偏光ビームスプリッタ６８内を透過した測定光Ｍは、今度は、ビームスプリッタ６８で反射し、反射した参照光Ｒは、今度は、ビームスプリッタ６８を透過し、このときに、測定光Ｍと参照光Ｒとが相互に干渉する。干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、入射光Ｌの上方を通過して、レーザ出射窓部６４を介して、レーザヘッド１２の受光部に受光される。
【００２５】
このとき、反射ターゲット１６の位置が前後に移動すると、干渉光（Ｍ＋Ｒ）の干渉縞の状態が変化するので、この変化の量を電気的に計数することより、ビームスプリッタ６８から反射ターゲット１６までの距離が測定され、その測定結果がディスプレイ１８に表示される。
図５には、上述した干渉計本体４２の４つの部位〔１〕〜〔４〕の各光路の詳細が示されている。同図（ａ）に示した部位〔１〕では、入射光Ｌが偏光ビームスプリッタ６８を直進透過する測定光Ｍと、この測定光Ｍと直交するように下方に向かう参照光Ｒとに分けられ、干渉光（Ｍ＋Ｒ）が入射光Ｌの上方を逆方向に通過する。
【００２６】
部位〔２〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム７２により参照光Ｒと同じ方向で、かつ、平行になるように反射され、反射ターゲット１６側に向かう。
部位〔３〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム７２により参照光Ｒと逆方向で、かつ、平行になるように反射され、反射ターゲット１６側に向かう。
【００２７】
部位〔４〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム７２により入射光Ｌの光軸上で直交する方向に反射され、反射ターゲット１６側に向かう。
次に、このように構成された多軸測長機を用いてＮＣ工作機の測定，校正を行う場合について説明する。図７には、本発明の多軸測長機を使用してＮＣ工作機（フライス盤Ａ）の３軸の移動精度を測定し、かつ、その精度を校正する際の状態が示されている。
【００２８】
同図に示すように、被測定物であるフライス盤Ａの正面には、三脚１０上に支持された送受光部内蔵型のレーザヘッド１２が対向配置され、フライス盤Ａの固定部位である主軸位置に、例えば、スピンドル部に取り付けたり、マグネットを用いて、多軸干渉計１４が固設されている。
この干渉計１４に対向してフライス盤Ａの可動部分であるテーブルのｘ軸方向、ｙ軸方向及び多軸干渉計１４の真下であるｚ軸方向には、それぞれ反射ターゲット１６が固定配置される。
【００２９】
多軸干渉計１４は、この例では、上述した部位〔１〕がｙ軸方向に一致し、部位〔２〕がｚ軸方向に、また、部位〔４〕がｘ軸方向に一致するようにセットされる。レーザヘッド１２の光軸は、多軸干渉計１４の入射およひ出射窓部６２，６４上にセットされ、測定時におけるこのようなアライメント作業は、最初の一回で完了し、後は、レーザヘッド１２、干渉計１４及び各反射ターゲット１６を固定したまま全自動によりフライス盤Ａの計測が行われることになる。
【００３０】
なお、測定時における作業者による最初のアライメント作業は、３軸方向の光軸合わせ及び３軸方向のホームポジション設定作業となるが、この作業は、概ね２５分程度で終了する。
このときに行われるコンピュータ２０の制御手順の一例を図８に示している。同図に示した手順では、スタートすると、まず、ステップ１０１で、コントローラ２４に指令信号を送出して、モータ４４を駆動することにより、入射および出射窓部６２，６４に対向する位置に、干渉計本体４２の部位〔４〕が対応するようにセットされる。
【００３１】
続くステップ１０２では、ＮＣコントローラ２２に制御信号が送出され、この信号を受けたＮＣコントローラ２２は、フライス盤Ａを移動させて、ｘ軸のホームポジションに位置させる。ステップ１０３では、コンピュータ２０に搭載されているフロッピーディスク２０ａなどのソフトウエアの計測プログラム内容に沿ってフライス盤ＡのＮＣコントローラ２２に順次駆動指令を与え、フライス盤Ａを所定の手順により動作させる。
【００３２】
そして、これらの動作に応じて変化する測定結果のデータと、プログラム中に内蔵されている基準データとを比較し、この比較結果によりピッチ誤差などの補正データを算出し、その校正値をＮＣコントローラ２２に取込ませる。
この場合の精度試験内容は、繰返し位置決め精度試験、繰返し反転位置決め精度試験、ＩＳＯ−２３０−２などであり、試験項目に応じてその作業時間が異なるものの、従来と同様に５０分程度である。
【００３３】
ｘ軸についての全ての試験項目が完了したとステップ１０４で判断されると、コンピュータ２０は、ステップ１０５でコントローラ２４の起動を指令し、多軸干渉計１４の切替え機構を切替え動作させ、その測定光軸をｙ軸に切替える。より具体的には、モータ４４を駆動することにより、入射および出射窓部６２，６４に対向する位置に、干渉計本体４２の部位〔１〕が、選択されて対応するようにセットされる。
【００３４】
この切替え動作の確認後、前記と同様な手順によってｙ軸に関する各種精度試験が実行され（ステップ１０６〜１０８）、さらに、ｙ軸の測定がステップ１０８で終了したと判断されると、測定光軸をｚ軸に切替え、同様な手順を繰返し、ｚ軸の精度試験完了後システムを停止させる（ステップ１０９〜ステップ１１２）。
【００３５】
この全作業時間は１７５分程度であり、そのうち作業員による最初のアライメント時間を除けば、自動計測時間は１５０分であるため、作業員にとっては十分な空き時間を得られ、その間を他の作業に有効活用できることになるうえ、作業完了後放置しておいても、実質的に全ての作業が完了しているので、作業時間の管理に煩わされることがない。
【００３６】
図９〜図１２は、本発明の第２実施例を示しており、上記実施例と同一若しくは相当する部分に同符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。これらの図に示した第２実施例では、干渉計本体４２ａは、上記実施例と同様に、偏光ビームスプリッタ６８ａと、その後方側に配置される分光機構部６９ａとを有している。
【００３７】
偏光ビームスプリッタ６８ａは、その前面側がレーザ光の入，出射窓部６２，６４に対向するように、取付け基板３２の垂直部３２ｂに設けられた切欠部３２ｃに固定配置されている。そして、この偏光ビームスプリッタ６８ａの下面側と背面側には、それぞれ１／４波長板７０ａが固着され、一方の１／４波長板７０ａの下面側には、コーナーキューブ７４ａが一体的に固着されている。
【００３８】
一方、分光機構部６９ａは、上記実施例と同様に、ステージ３８上に固定されていて、偏光ビームスプリッタ６８ａからの入射光Ｌを直進させる部位〔１ａ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ａからの入射光を下方向に反射させる部位〔２ａ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ａからの入射光を上方向に反射させる部位〔３ａ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ａからの入射光を右横方向に反射させる部位〔４ａ〕とを有していて、これらが一列状に配置されている。
【００３９】
具体的には、部位〔１ａ〕には、何も配置されていない。部位〔２ａ〕には、入射光Ｌを下方に反射するミラー７２０ａが配置されている。部位〔３ａ〕には、入射光Ｌを上方に反射するミラー７２１ａが配置されている。部位〔４ａ〕には、入射光Ｌを右横方向に反射するミラー７２２ａが配置されている。
モータ４４を駆動して、ステージ３８を移動させることにより、部位〔１ａ〕〜部位〔４ａ〕のそれぞれ前面側に偏光ビームスプリッタ６８ａを位置させた際の、各部位の光路が図１２に示されている。なお、分光機構部６９ａの各部位と偏光ビームスプリッタ６８ａの相対的な位置関係は、分光機構部６９ａの位置を固定して、偏光ビームスプリッタ６８ａが移動するとした場合でも同じなので、図１１には、この関係が図示されている（以下の第３，第４実施例でも同じ）。
【００４０】
図１２（ａ）に示した部位〔１ａ〕では、入射光Ｌが偏光ビームスプリッタ６８ａを直進透過する測定光Ｍと、この測定光Ｍと直交するように下方に向かう参照光Ｒとに分けられ、干渉光（Ｍ＋Ｒ）が入射光Ｌの上方を逆方向に通過する。部位〔２ａ〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１ａ〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ミラー７２０ａにより参照光Ｒと同じ方向で、かつ、平行になるように反射され、反射ターゲット１６側に向かい、同一光路上を戻ってくる。
【００４１】
部位〔３ａ〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１ａ〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ミラー７２１ａにより参照光Ｒと逆方向で、かつ、平行になるように反射され、反射ターゲット１６側に向かい、同一光路上を戻ってくる。
部位〔４ａ〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１ａ〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ミラー７２２ａにより入射光Ｌの光軸上で直交する方向に反射され、反射ターゲット１６側に向かい、同一光路上を戻ってくる。
【００４２】
このように構成された干渉計本体４２ａを用いると、上記第１実施例と同様にＮＣ工作機の各軸の測定を自動的に行うことができるとともに、この実施例の場合には、以下の利点がある。すなわち、本実施例の場合には、第１実施例の干渉計本体４２に対して、コーナーキューブと１／４波長板の数を少なくすることができ、しかも、分光機構部６９ａは、ミラー７２０ａ〜７２２ａで構成することができるので、多軸干渉計を安価に製造することができる。
【００４３】
図１３〜図１６は、本発明の第３実施例を示しており、上記実施例と同一若しくは相当する部分に同符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。これらの図に示した第３実施例では、干渉計本体４２ｂは、上記実施例と同様に、偏光ビームスプリッタ６８ｂと、その後方側に配置される分光機構部６９ｂとを有している。
【００４４】
偏光ビームスプリッタ６８ｂは、上記第２実施例と同様に、その前面側がレーザ光の入，出射窓部６２，６４に対向するように、取付け基板３２の垂直部３２ｂに設けられた切欠部３２ｃに固定配置されている。そして、この偏光ビームスプリッタ６８ｂの下面側と背面側には、それぞれ１／４波長板７０ｂが固着され、一方の１／４波長板７０ｂの下面側には、コーナーキューブ７４ｂが一体的に固着されている。
【００４５】
一方、分光機構部６９ｂは、上記実施例と同様に、ステージ３８上に固定されていて、偏光ビームスプリッタ６８ｂからの入射光Ｌを直進させる部位〔１ｂ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ｂからの入射光を下方向に反射させる部位〔２ｂ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ｂからの入射光を上方向に反射させる部位〔３ｂ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ｂからの入射光を右横方向に反射させる部位〔４ｂ〕とを有していて、これらが一列状に配置されている。
【００４６】
具体的には、部位〔１ｂ〕には、何も配置されていない。部位〔２ｂ〕には、入射光Ｌを下方に反射するペンタプリズム７２０ｂが配置されている。部位〔３ｂ〕には、入射光Ｌを上方に反射するペンタプリズム７２１ｂが配置されている。部位〔４ｂ〕には、入射光Ｌを右横方向に反射するペンタプリズム７２２ｂが配置されている。
【００４７】
モータ４４を駆動して、ステージ３８を移動させることにより、部位〔１ｂ〕〜部位〔４ｂ〕のそれぞれ前面側に偏光ビームスプリッタ６８ｂを位置させた際の、各部位の光路が図１６に示されている。
図１６（ａ）に示した部位〔１ｂ〕では、入射光Ｌが偏光ビームスプリッタ６８ｂを直進透過する測定光Ｍと、この測定光Ｍと直交するように下方に向かう参照光Ｒとに分けられ、干渉光（Ｍ＋Ｒ）が入射光Ｌの上方を逆方向に通過する。
【００４８】
部位〔２ｂ〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１ｂ〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム７２０ｂにより参照光Ｒと同じ方向で、かつ、平行になるように反射され、反射ターゲット１６側に向かい、同一光路上を戻ってくる。
部位〔３ｂ〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１ｂ〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム７２１ｂにより参照光Ｒと逆方向で、かつ、平行になるように反射され、反射ターゲット１６側に向かい、同一光路上を戻ってくる。
【００４９】
部位〔４ｂ〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１ｂ〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム７２２ｂにより入射光Ｌの光軸上で直交する方向に反射され、反射ターゲット１６側に向かい、同一光路上を戻ってくる。
このように構成された干渉計本体４２ｂを用いると、上記第１実施例と同様にＮＣ工作機の各軸の測定を自動的に行うことができるとともに、この実施例の場合には、以下の利点がある。すなわち、本実施例の場合には、第１実施例の干渉計本体４２に対して、コーナーキューブと１／４波長板の数を少なくすることができ、しかも、分光機構部６９ｂは、ペンタプリズム７２０ａ〜７２２ａで構成しており、この種のプリズムは、入射光に多少ブレがあったとしても、出射光は、必ず直角になるので、調整つまみ５８による調整が第２実施例の場合よりも簡単になる。
【００５０】
図１７〜図２１は、本発明の第４実施例を示しており、上記実施例と同一若しくは相当する部分に同符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。これらの図に示した第４実施例では、干渉計本体４２ｃは、上記実施例と同様に、偏光ビームスプリッタ６８ｃと、その後方側に配置される分光機構部６９ｃとを有している。
【００５１】
偏光ビームスプリッタ６８ｃは、上記第２実施例と同様に、その前面側がレーザ光の入，出射窓部６２，６４に対向するように、取付け基板３２の垂直部３２ｂに設けられた切欠部３２ｃに固定配置されている。そして、この偏光ビームスプリッタ６８ｃの上面側には、コーナーキューブ７４ｃが一体的に固着されている。
【００５２】
一方、分光機構部６９ｃは、上記実施例と同様に、ステージ３８上に固定されていて、偏光ビームスプリッタ６８ｃからの入射光Ｌを直進させる部位〔１ｃ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ｃからの入射光を下方向に反射させる部位〔２ｃ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ｃからの入射光を上方向に反射させる部位〔３ｃ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ｃからの入射光を右横方向に反射させる部位〔４ｃ〕とを有していて、これらが一列状に配置されている。
【００５３】
具体的には、部位〔１ｃ〕には、何も配置されていない。部位〔２ｃ〕には、入射光Ｌを下方に反射するミラー７２０ｃが配置されている。部位〔３ｃ〕には、入射光Ｌを上方に反射するミラー７２１ｃが配置されている。部位〔４ｃ〕には、入射光Ｌを右横方向に反射するミラー７２２ｃが配置されている。
モータ４４を駆動して、ステージ３８を移動させることにより、部位〔１ｃ〕〜部位〔４ｃ〕のそれぞれ前面側に偏光ビームスプリッタ６８ｃを位置させた際の、各部位の光路が図２０に示されている。
【００５４】
図２０（ａ）に示した部位〔１ｃ〕では、入射光Ｌが偏光ビームスプリッタ６８ｃを直進透過する測定光Ｍと、この測定光Ｍと直交するように上方に向かう参照光Ｒとに分けられ、測定光Ｍは、反射ターゲット１６で反射して、異なった光路を辿って戻り、干渉光（Ｍ＋Ｒ）が入射光Ｌの上方を逆方向に通過する。
部位〔２ｃ〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１ｃ〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ミラー７２０ｃにより参照光Ｒと逆方向で、かつ、平行になるように反射され、反射ターゲット１６側に向かい、反射ターゲット１６で反射された光は、異なった光路上を戻ってくる。
【００５５】
部位〔３ｃ〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１ｃ〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム７２１ｃにより参照光Ｒと同じ方向で、かつ、平行になるように反射され、反射ターゲット１６側に向かい、反射ターゲット１６で反射された光は、異なった光路上を戻ってくる。
部位〔４ｃ〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１ｃ〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム７２２ｃにより入射光Ｌの光軸上で直交する方向に反射され、反射ターゲット１６側に向かい、反射ターゲット１６で反射された光は、異なった光路上を戻ってくる。
【００５６】
本実施例の干渉計本体４２では、反射ターゲット１６に向かう光路と、反射ターゲット１６から戻る光路とが全く異なっているので、偏光ビームスプリッタ６８ｃやミラー７２０ｃなどは、第２実施例のものよりも大型のものが採用される。図２１は、本実施例の干渉計本体４２ｃの測定原理を示している。なお、この例では部位［１ｃ］における光路の詳細を示しているが、他の部位でもミラー７２０ｃ〜７２２ｃによって光路を曲げられるほかは、同一の測定原理である。
【００５７】
同図において、レーザヘッドから出射された４５°直線偏光の入射光Ｌは、偏光ビームスプリッタ６８ｃにより、コーナキューブ７４ｃに向う参照光Ｒと、測定位置に配置された反射ターゲット１６に向う測定光Ｍに分けられる。
反射ターゲットおよびコーナキューブ１６，７４ｃで反射した参照および測定光Ｒ，Ｍは、偏光ビームスプリッタ６８ｃの入射点と別の位置で再び合成されて、相互に干渉させられ、干渉光（Ｍ＋Ｒ）が、入射光Ｌの上方を通過して、レーザ出射窓部６４を介して、レーザヘッド１２の受光部に受光される。
【００５８】
このとき、反射ターゲット１６の位置が前後に移動すると、干渉光（Ｍ＋Ｒ）の干渉縞の状態が変化するので、この変化の量を電気的に計数することより、ビームスプリッタ６８ｃから反射ターゲット１６までの距離が測定され、その測定結果がディスプレイ１８に表示される。
このように構成された干渉計本体４２ｃを用いると、上記第１実施例と同様にＮＣ工作機の各軸の測定を自動的に行うことができるとともに、この実施例の場合には、以下の利点がある。すなわち、本実施例の場合には、反射ターゲット１６に向かう光路と、反射ターゲット１６から戻る光路とが全く異なっているので、偏光ビームスプリッタ６８ｃやミラー７２０ｃなどは、大型になるものの、この実施例では、１／４波長板を全く使用しないので、干渉計本体４２ｃが安価になる。
【００５９】
図２２，図２３は、本発明の第５実施例を示しており、上記実施例と同一若しくは相当する部分に同符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。これらの図に示した第５実施例では、干渉計本体４２ｄは、上記実施例と同様に、偏光ビームスプリッタ６８ｄと、その後方側に配置される分光機構部６９ｄとを有している。
【００６０】
偏光ビームスプリッタ６８ｄは、その前面側がレーザ光の入，出射窓部６２，６４に対向するように、取付け基板３２の垂直部３２ｂの背面側に固定配置されている。そして、垂直部３２ｂには、入，出射窓部６２，６４に位置対応させて、一対の貫通孔３２ｄが設けられている。偏光ビームスプリッタ６８ｄの上面側には、コーナーキューブ７４ｄが一体的に固着されている。
【００６１】
一方、分光機構部６９ｄは、上記実施例と同様に、ステージ３８上に固定されていて、偏光ビームスプリッタ６８ｄからの入射光Ｌを直進させる部位〔１ｄ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ｄからの入射光を下方向に反射させる部位〔２ｄ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ｄからの入射光を上方向に反射させる部位〔３ｄ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ｄからの入射光を右横方向に反射させる部位〔４ｄ〕とを有していて、これらが一列状に配置されている。
【００６２】
具体的には、部位〔１ｄ〕には、何も配置されていない。部位〔２ｄ〕には、入射光Ｌを下方に反射するペンタプリズム７２０ｄが配置されている。部位〔３ｄ〕には、入射光Ｌを上方に反射するペンタプリズム７２１ｄが配置されている。部位〔４ｄ〕には、入射光Ｌを右横方向に反射するペンタプリズム７２２ｄが配置されている。
【００６３】
モータ４４を駆動して、ステージ３８を移動させることにより、部位〔１ｄ〕〜部位〔４ｄ〕のそれぞれ前面側に偏光ビームスプリッタ６８ｄを位置させた際の、各部位の光路が図２３に示されている。
図２３（ａ）に示した部位〔１ｄ〕では、入射光Ｌが偏光ビームスプリッタ６８ｄを直進透過する測定光Ｍと、この測定光Ｍと直交するように下方に向かう参照光Ｒとに分けられ、測定光Ｍは、反射ターゲット１６で反射して、異なった光路を辿って戻り、干渉光（Ｍ＋Ｒ）が入射光Ｌの上方を逆方向に通過する。
【００６４】
部位〔２ｄ〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１ｄ〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム７２０ｄにより参照光Ｒと逆方向で、かつ、平行になるように反射され、反射ターゲット１６側に向かい、反射ターゲット１６で反射された光は、異なった光路上を戻ってくる。
部位〔３ｄ〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１ｃ〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム７２１ｄにより参照光Ｒと同じ方向で、かつ、平行になるように反射され、反射ターゲット１６側に向かい、反射ターゲット１６で反射された光は、異なった光路上を戻ってくる。
【００６５】
部位〔４ｄ〕では、参照光Ｒと干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、部位〔１ｃ〕と同様な光路を辿るが、測定光Ｍは、ペンタプリズム７２２ｄにより入射光Ｌの光軸上で直交する方向に反射され、反射ターゲット１６側に向かい、反射ターゲット１６で反射された光は、異なった光路上を戻ってくる。
このように構成された干渉計本体４２ｄによっても上記第４実施例と同等の作用効果が得られる。図２４は、本発明の第６実施例を示しており、以下にその特徴点についてのみ説明する。この実施例では、干渉計本体４２ｅは、上記実施例と同様に、偏光ビームスプリッタ６８ｅと、その後方側に配置される分光機構部６９ｅとを有している。
【００６６】
偏光ビームスプリッタ６８ｅは、実施例１と同様に共通光学部品となっていて、その前面側がレーザ光の入，出射窓部６２，６４に対向するように、ステージ３８上に固定されている。偏光ビームスプリッタ６８ｅの上面側には、４個のコーナーキューブ７４ｅが一体的に固着されている。
一方、分光機構部６９ｄは、第１実施例と同様に、ステージ３８上に固定されていて、偏光ビームスプリッタ６８ｅからの入射光Ｌを直進させる部位〔１ｅ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ｅからの入射光を下方向に反射させる部位〔２ｅ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ｅからの入射光を上方向に反射させる部位〔３ｅ〕と、偏光ビームスプリッタ６８ｅからの入射光を右横方向に反射させる部位〔４ｅ〕とを有していて、これらが一列状に配置されている。
【００６７】
具体的には、部位〔１ｅ〕には、何も配置されていない。部位〔２ｅ〕には、入射光Ｌを下方に反射するペンタプリズム７２０ｅが配置されている。部位〔３ｅ〕には、入射光Ｌを上方に反射するペンタプリズム７２１ｅが配置されている。部位〔４ｅ〕には、入射光Ｌを右横方向に反射するペンタプリズム７２２ｅが配置されている。
【００６８】
この第６実施例では、反射ターゲット１６に向かう光路と、反射ターゲット１６から戻る光路とが全く異なっており、第１実施例に対して、１／４波長板７０を全て省略した形になっていて、第５実施例と同等の作用効果が得られる。
図２５は、本発明の第７実施例を示しており、以下にその特徴点についてのみ説明する。同図に示した実施例では、干渉計本体４２ｆは、上記実施例と同様に、偏光ビームスプリッタ６８ｆと、その後方側に配置される分光機構部６９ｆとを有している。
【００６９】
偏光ビームスプリッタ６８ｆは、第５実施例と同様に、その前面側がレーザ光の入，出射窓部６２，６４に対向するように、取付け基板３２の垂直部３２ｂの背面側に固定配置されている。偏光ビームスプリッタ６８ｆの上面側には、コーナーキューブ７４ｆが一体的に固着されている。一方分光機構部６９ｆは、３個の反射ミラー７２０ｆ，７２１ｆ，７２２ｆから構成されていて、各ミラー７２０ｆ，７２１ｆ，７２２ｆは、円板状の回転ステージ３８０上に載置固定されている。
【００７０】
回転ステージ３８０は、取付け板３２に回転可能に支持されていて、その中心下面側に回転軸が固設された超音波モータ４４により回転駆動される。このときの回転位置は、モータ４４に連結されたロータリエンコーダ８０により検出される。反射ミラー７２０ｆ，７２１ｆ，７２２ｆは、偏光ビームスプリッタ５８ｆに対向できるように回転ステージ３８０の外周縁側に設けられている。
【００７１】
回転ステージ３８０は、９０°の等間隔で４つの領域に分割されていて、これらの３つの領域に反射ミラー７２０ｆ，７２１ｆ，７２２ｆが配置されていて、残りの１つの領域には、なにも配置されていない。このように構成された干渉計本体４２ｆでは、回転ステージ３８０を回転させて、なにも配置されていない領域を偏光ビームスプリッタ６８ｆに対向させると、偏光ビームスプリッタ６８ｆからの入射光Ｌを、反射ターゲット１６側に直進させることができる。
【００７２】
また、回転ステージ３８０を回転させて、反射ミラー７２０ｆを偏光ビームスプリッタ６８ｆに対向させると、偏光ビームスプリッタ６８ｆからの入射光を下方向に反射させることができる。さらに、回転ステージ３８０を回転させて、反射ミラー７２１ｆを偏光ビームスプリッタ６８ｆに対向させると、偏光ビームスプリッタ６８ｆからの入射光を上方向に反射させることができる。
【００７３】
またさらに、回転ステージ３８０を回転させて、反射ミラー７２２ｆを偏光ビームスプリッタ６８ｆに対向させると、偏光ビームスプリッタ６８ｆからの入射光を右横方向に反射させることができる。
つまり、この第７実施例では、上記第６実施例までに示した分光機構部が、４つの部位を直線状に配列したのに対して、これを回転ステージ３８０の周方向に配列しており、このように構成された干渉計本体４２ｆにおいても上記各実施例と同等の作用効果が得られる。
【００７４】
図２６〜図２９は、本発明の第８実施例を示しており、上記実施例と同一若しくは相当する部分に同符号を付して、その説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。同図に示す実施例では、干渉計本体４２ｇは、上記実施例と異なり、上述した各実施例の分光機構部を兼ねている。
干渉計部本体４２ｇは、４個の偏光ビームスプリッタ４２０ｇ〜４２３ｇと、各偏光ビームスプリッタ４２０ｇ〜４２３ｇの一側面に固着された４個のコーナーキューブ７４０〜７４３とを備え、偏光ビームスプリッタ４２０ｇ〜４２３ｇが入，出射窓部６２，６４に対向するように、ステージ３８上に一列状に配置されていて、以下の４つの部位〔１ｇ〕〜〔４ｇ〕を有している。
【００７５】
部位〔１ｇ〕では、偏光ビームスプリッタ４２０ｇの内部に設けられた反射面が入射光に対して、４５°傾斜して、反射光が上方に向かうように配置され、その上面側にコーナーキューブ７４０が配置されている。
部位〔２ｇ〕では、部位〔１ｇ〕と同様に、偏光ビームスプリッタ４２１ｇの内部に設けられた反射面が入射光に対して、４５°傾斜して、反射光が上方を向かうように配置され、その背面側にコーナーキューブ７４１が配置されている。部位〔３ｇ〕では、偏光ビームスプリッタ４２２ｇの内部に設けられた反射面が入射光に対して、４５°傾斜して、反射光が下方に向かうように配置され、その背面側にコーナーキューブ７４２が配置されている。
【００７６】
部位〔４ｇ〕では、偏光ビームスプリッタ４２３ｇの内部に設けられた反射面が入射光に対して、４５°傾斜して、反射光が右側に向かうように配置され、その背面側にコーナーキューブ７４３が配置されている。
図２９に本実施例の干渉計本体４２ｇの光路の詳細を示している。同図において部位〔１ｇ〕では、レーザヘッド１２から出射された４５°直線偏光の入射光Ｌは、偏光ビームスプリッタ４２０ｇにより、固定コーナーキューブ７４０に向かう参照光Ｒと、測定位置に配置された反射ターゲット１６に向かう測定光Ｍとに分けられ、反射ターゲット１６およびコーナーキューブ７４０で反射された参照光Ｒと測定光Ｍは、偏光ビームスプリッタ４２０ｇで再び重なりあい干渉光（Ｍ＋Ｒ）となる。干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、入射光Ｌの上方を通過して、レーザヘッド１２に受光される。部位〔２ｇ〕〜〔４ｇ〕においても偏光ビームスプリッタ４２１ｇ〜４２３ｇの向きが異なるだけで測定の原理は同じである。
【００７７】
このように構成した測長機によれば、反射ターゲット１６に向かう光路と、反射ターゲット１６から戻る光路とが全く異なっているので、偏光ビームスプリッタ４２０ｇ〜４２３ｇが若干大型になるものの、分光機構部の機能を干渉計本体４２ｇで兼用しているので、部品点数が少なくなり、より一層実用性が増す。
なお、以上の実施例では作業手順としてｘ，ｙ，ｚ軸の順に行っているが、その順番は、任意に変更可能である。
【００７８】
また、実施例における多軸干渉計１４は、ｚ軸方向の上部側の計測と、下部側の測長とを行えるようにしているが、いずれか一方の測長を行うようにしても良いし、双方の測長を行うようにしても良い。
【００７９】
【発明の効果】
以上実施例で詳細に説明したように、本発明にかかるＮＣ工作機用多軸測長機によれば、一回のアライメント作業によって干渉計とこれのｘ，ｙ，ｚ軸方向に配置されるターゲットの光軸合わせを行えば、各軸の測長が自動的に行われるため、作業者にとっては次の作業の待ち時間に拘束されることがなく、他の作業に専念できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるＮＣ工作機用多軸測長機の一実施例を示す全体システム構成図である。
【図２】同多軸測長機の多軸干渉計の全体構造の分解斜視図である。
【図３】同干渉計の断面図である。
【図４】同干渉計の干渉計本体の三面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図４の平面図における各部位の光路説明図である。
【図６】干渉計本体の測定原理を示す模式図である。
【図７】本発明による多軸測長機をひざ型フライス盤の測定に適用した場合の配置を示す姿図である。
【図８】本発明の多軸測長機を用いた測定処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明にかかるＮＣ工作機用多軸測長機の第２実施例を示す多軸干渉計の全体構造の分解斜視図である。
【図１０】図１０の多軸干渉計の組立状態の縦断面図である。
【図１１】同干渉計の干渉計本体の平面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、図１２に示した干渉計本体の各部位の光路説明図である。
【図１３】本発明にかかるＮＣ工作機用多軸測長機の第３実施例を示す多軸干渉計の全体構造の分解斜視図である。
【図１４】図１３の多軸干渉計の組立状態の縦断面図である。
【図１５】同干渉計の干渉計本体の平面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は、図１５に示した干渉計本体の各部位の光路説明図である。
【図１７】本発明にかかるＮＣ工作機用多軸測長機の第４実施例を示す多軸干渉計の全体構造の分解斜視図である。
【図１８】図１８の多軸干渉計の組立状態の縦断面図である。
【図１９】同干渉計の干渉計本体の平面図である。
【図２０】（ａ）〜（ｄ）は、図１９に示した干渉計本体の各部位の光路説明図である。
【図２１】第４実施例の干渉計本体の測定原理を示す模式図である。
【図２２】本発明にかかるＮＣ工作機用多軸測長機の第５実施例を示す多軸干渉計の断面図である。
【図２３】（ａ）〜（ｄ）は、図２２に示した干渉計本体の各部位の光路説明図である。
【図２４】本発明にかかるＮＣ工作機用多軸測長機の第６実施例を示す多軸干渉計の正面図、平面図および側面図である。
【図２５】本発明にかかるＮＣ工作機用多軸測長機の第７実施例を示す干渉計本体の要部斜視図である。
【図２６】本発明にかかるＮＣ工作機用多軸測長機の第８実施例を示す多軸干渉計の要部斜視図である。
【図２７】図２６の多軸干渉計の組立状態の断面図である。
【図２８】図２６に示した実施例の多軸干渉計本体の正面図、平面図および側面図である。
【図２９】（ａ）〜（ｄ）は、図２８に示した干渉計本体の各部位の光路説明図である。
【図３０】ひざ型縦フライス盤に対する従来の測長機の配置を示す姿図である。
【符号の説明】
１２レーザヘッド
１４多軸干渉計
１６移動コーナキューブ（ターゲット）
２０コンピュータ（制御部）
２４コントローラ
３０ハウジング
３４リニアガイド
３６スライダ
３８ステージ
４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ干渉計本体
４１、４４、４６移動機構
（４１ラック、４４超音波モータ、４６ピニオン）
５０、５２検出手段
（５０フォトインストラブタ、５２リミットスイッチ）
７２ペンタプリズム（光学屈折機構）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-axis length measuring machine for NC machine tools, and more particularly to a multi-axis length measuring machine capable of automatically measuring the movement distance of a plurality of axes of an NC machine tool.
[0002]
[Prior art]
A laser length measuring machine is known as an apparatus for measuring the movement distance of each axis of an NC machine tool with high accuracy. This type of laser length measuring machine includes a laser head having a laser beam transmitter and an interference light receiver, a target prism (corner cube) that reflects the laser beam emitted from the transmitter, and a space between them. As a basic configuration.
[0003]
When measuring the moving distance of the NC machine tool, the target prism is fixed to a moving table, main spindle, or the like. By the way, the operation direction of the NC machine tool is usually the three-axis directions of x, y, and z. For example, as shown in FIG. 30, when measuring and calibrating the moving table of the knee type vertical milling machine A First, the operator fixes the laser head 1 on the tripod in the x-axis direction, and fixes and arranges the interferometer 2 at the spindle position of the milling machine A so as to coincide with the optical axis of the laser head. On the extension, the target prism 3 is fixedly arranged on the moving table.
[0004]
This preparatory work is usually referred to as alignment, and the work time is about 15 minutes for aligning the optical axes and setting the home position.
After this x-axis alignment operation, measurement and calibration by the length measuring machine can be performed while actually moving the table in the x-axis direction with reference to the home position.
This operation is automatically executed sequentially in accordance with the program of the control unit such as a computer connected to the NC controller, and confirmation and correction of the x-axis movement pitch, and other various accuracy tests according to the contents of the ISO test, for example, are automatically performed. The measurement results and calibration contents are sequentially taken into the NC controller. It takes about 50 minutes to complete such measurement and calibration.
[0005]
After the measurement in the x-axis direction is finished, the operator arranges the laser head 1, the interferometer 2, and the target prism 3 in the y-axis direction by the same procedure as described above. After this y-axis direction alignment work, Similarly, if the accuracy test is automatically performed, then the z-axis alignment operation is performed and the accuracy test is automatically performed, the measurement in the three-axis direction is completed.
[0006]
However, the technical problems described below have been pointed out in such a conventional NC machine tool length measurement method.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In other words, in the conventional length measuring method described above, it takes about 15 minutes for each axis (x, y, z) to align the optical axis, set the home position, and so on. Since a time (about 50 minutes) for measurement and calibration for each x, y, z) is added, it takes about 195 minutes in total.
[0008]
In this case, while the automatic measurement is performed for each axis (x, y, z), the worker can perform another work. However, in practice, the 50-minute free time for each measurement seems to be long and short for an operator, so that he / she cannot concentrate on other work, or conversely, he / she takes time for other work, In some cases, the alignment work is shifted, and such time management is very troublesome for the operator.
[0009]
The present invention has been devised to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to perform NC measurement that can automatically measure all x, y, and z axes by a single alignment operation. To provide a multi-axis measuring machine for machine tools.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a laser head incorporating a laser beam transmitter and an interference light receiver, and is disposed on and incident on the optical axes of the transmitter and receiver. A multi-axis interferometer that incorporates a spectroscopic mechanism that splits laser light and emits it in the orthogonal x, y, and z-axis directions of the NC machine tool and its switching mechanism, and the measurement position of the NC machine tool A plurality of reflection targets that are fixed and receive laser beams emitted in the x, y, and z axis directions and reflect the laser beams to the multi-axis interferometer side, a controller that controls the switching mechanism, and the x, y, z While the NC machine tool is operated according to a predetermined procedure for each axial direction, the length measurement data obtained by the light receiving unit of the laser head is compared with preset reference data, and the NC machine tool has its calibration value. And the x, y and z axes Said constituted by a control unit for commanding the operation switched to the controller for each measurement end.
According to the multi-axis length measuring machine having this configuration, if the optical axes of the multi-axis interferometer and the reflection target arranged in the x, y, and z-axis directions are aligned only once, the length of each axis is measured. Measurement is continued by automatically switching the emission direction of the multi-axis interferometer every time.
According to a second aspect of the present invention, the multi-axis interferometer is moved in a straight line so as to be opposed to the incident / exit window portion within the casing and a casing having an incident / exit window portion facing the laser head. A stage installed so as to be able to rotate, an interferometer body having the spectroscopic mechanism for emitting incident laser light in the x-, y-, and z-axis directions; and each stage by linearly moving or rotating the stage. A moving mechanism for causing the spectroscopic mechanism portion to face the entrance / exit window portion and a detecting means for detecting a stop position of the stage are provided.
The interferometer body includes a polarizing beam splitter provided along the moving direction of the moving mechanism and fixed to the stage, and a spectroscopic mechanism unit installed behind the polarizing beam splitter, and the spectroscopic mechanism unit Are a part for making the incident light from the polarizing beam splitter go straight, a part for reflecting the incident light from the polarizing beam splitter upward or downward, and a part for reflecting the incident light from the polarizing beam splitter laterally. And can be configured.
In this case, the measurement light transmitted from the spectroscopic mechanism unit can be reflected on the same optical path via a reflection target installed on the measurement object side.
The interferometer body includes a polarization beam splitter fixedly disposed on the back side of the incident / exit window portion, and a spectroscopic mechanism portion disposed on the stage side, and the spectroscopic mechanism portion includes the polarization beam splitter. A portion for linearly traveling the incident light from the polarizing beam splitter, a portion for reflecting the incident light from the polarizing beam splitter upward or downward, and a portion for reflecting the incident light from the polarizing beam splitter laterally. it can.
In this case, the measurement light transmitted from the spectroscopic mechanism unit can be reflected on different parallel light paths via a reflection target installed on the measurement object side.
Further, in claim 7, the multi-axis interferometer can be moved linearly so as to be opposed to the incident / exit window portion within the casing and a casing having an incident / exit window portion facing the laser head. An installed stage, an interferometer body supported on the stage and emitting incident laser light in the x, y, and z-axis directions; and linearly moving the stage to enter and exit the interferometer body The moving mechanism is configured to face the window, and the detecting means for detecting the stop position of the stage.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 8 show a first embodiment of a multi-axis length measuring machine for NC machine tools according to the present invention. As shown in FIG. 1, the length measuring machine shown in FIG. 1 includes a laser head 12 with a built-in transmission / reception unit, a multi-axis interferometer 14, three reflecting targets 16, and a laser head 12. The display 18 is connected to the computer, a computer (control unit) 20, an NC controller 22 for controlling the NC machine tool, and a controller 24 for the multi-axis interferometer 14.
[0012]
The laser head 12 includes a light transmitting unit that emits a laser beam having a predetermined wavelength and a light receiving unit that receives the interference light interfered by the interferometer 14, and interference of interference light received by the light receiving unit. By counting the fringes, the distance from the interferometer 14 to the reflection target 16 is calculated, and the calculation result is displayed on the display 18 and input to the computer 20.
[0013]
The computer 20 sequentially gives a drive command to the NC controller 22 in accordance with the contents of the measurement program of software such as the floppy disk 20a mounted on the computer 20 to operate the NC machine tool according to a predetermined procedure.
The detailed structure of the multi-axis interferometer 14 is shown in FIGS. FIG. 2 is an exploded perspective view of the entire structure of the multi-axis interferometer 14, and FIG. 3 shows a partial cross-sectional structure thereof.
[0014]
The multi-axis interferometer 14 of this embodiment is formed in a box shape, and includes a rectangular box-shaped housing 30, an L-shaped mounting board 32 housed in the housing 30, and a horizontal portion of the mounting board 32. A pair of linear guides 34 arranged parallel to the upper surface of 32a, a stage 38 installed in a movable manner via a slider 36, and an interferometer body 42 installed on the stage 38 through a mounting base 40; It is roughly structured.
[0015]
A rack 41 is provided on the lower surface of the stage 38 so as to be parallel to the linear guide 34. The rack 41 meshes with a pinion 46 attached to the output shaft of the ultrasonic motor 44 provided on the lower surface of the horizontal portion 32a, and the stage 38 can move along the linear guide 34 in accordance with the forward / reverse rotation of the motor 44. It has become. Further, a tension coil spring 48 is suspended between the end portion of the stage 38 and the mounting substrate 32, and the biasing force of the tension coil spring 48 prevents backlash of the rack 41 and pinion 46 mechanism.
[0016]
A plurality of position detecting photo interrupters 50 are fixed on the same straight line inside the vertical portion 32 b of the mounting substrate 32, and a detector 38 a disposed on the side surface of the stage 38 is connected to the light emitting portion of the interrupter 50. When the space between the light receiving unit and the light receiving unit is interrupted, the position is detected.
In addition, limit switches 52 that detect the positions of the movement start and end of the stage 38 are fixed to both ends of the horizontal portion 32a in the longitudinal direction (shown only on one side in the drawing) by contacting the stage 38. ing.
[0017]
The lead wires of the motor 44, the photo interrupter 50, and the limit switch 52 are connected to the controller 24 via a connector 54 disposed on one side of the housing 30.
One side corner of the vertical portion 32 b of the mounting substrate 32 is connected to the inside of the front surface of the housing 30 via a spherical fulcrum 56 and is supported on the inside of the front surface of the housing 30 by a plurality of tension coil springs 57.
[0018]
A vertical adjustment knob 58 is provided on the upper front surface of the housing 30 on the vertical extension of the spherical fulcrum 56 and in contact with the front surface of the vertical portion 32b. When the upper portion is pressed, the vertical angle of the mounting substrate 32 can be finely adjusted against the spring pressure of the spring 57.
In addition, a parallelism adjustment knob 60 that is on the horizontal extension of the spherical fulcrum 56 and is in contact with the front surface of the vertical portion 32b is disposed at the lower front surface of the housing 30. Fine adjustment of the parallelism of the substrate 32 can be performed.
[0019]
Further, the upper portion of the front center of the housing 30 is provided with an incident window portion 62 for laser light emitted from the laser head 12 and is positioned above the incident window portion 62 so as to transmit the interference light from the interferometer 14. The exit window 64 is formed with an opening.
In addition, laser input / output window portions 66 are opened in the x, y, and z axis directions at the center, rear surface, and one side surface (the side surface opposite to the mounting surface of the connector 54) of the housing 30, respectively. The interferometer body 42 is moved so as to coincide with these window portions. The stage 30 and the mounting substrate 32 are provided with through holes (not shown) corresponding to the positions of the entrance window portions 66 provided on the lower surface of the housing 30.
[0020]
4 to 6 show the detailed structure of the interferometer main body 42. The interferometer main body 42 is disposed along the longitudinal direction of the stage 38, a polarizing beam splitter 68 having a lower side surface facing the incident window portion 62 and an upper side surface facing the laser emission window portion 64, and the polarizing beam splitter. 68 and a spectroscopic mechanism 69 installed on the rear surface side.
[0021]
The spectroscopic mechanism unit 69 uses the polarizing beam splitter 68 as a shared optical component, and a part [1] in which only the quarter-wave plate 70 is disposed along the longitudinal direction on the measurement light exit surface, and a pentan constituting the optical refraction mechanism. It arrange | positions so that the output direction of the prism 72 may become downward, the part [2] which provided the quarter wavelength plate 70 in the output surface, and arrange | position so that the output direction of the pentaprism 72 may become upward, and the output A portion [3] provided with a quarter-wave plate 70 on the surface, and a portion [4] provided with the quarter-wave plate 70 disposed on the exit surface thereof so that the emission direction of the pentaprism 72 is horizontal. It is divided into.
[0022]
Further, four fixed corner cubes 74 that reflect the reference light and the measurement light separated by the polarizing beam splitter 68 to the upper side of the polarizing beam splitter 68 again are provided at the lower part of the center of each part. It arrange | positions through the wave plate 70. FIG.
FIG. 6 shows the measurement principle of the interferometer body 42 described above. In this example, the details of the optical path in the part [1] are shown, but the same measurement principle is used except that the optical path is bent by the pentaprism 72 in other parts.
[0023]
In the figure, 45 ° linearly polarized incident light L emitted from the laser head is transmitted by a polarizing beam splitter 68 to reference light R directed to a fixed corner cube 74 and measurement light directed to a reflective target 16 disposed at a measurement position. After being divided into M, the reference light and the measurement lights R and M are then circularly polarized by passing through the quarter-wave plate 70, respectively.
[0024]
The reference and measurement beams R and M reflected by the reflection target and the corner cubes 16 and 74 become reversely rotated circularly polarized light, and again pass through the quarter-wave plate 70 for the first time. It becomes linearly polarized light with a polarization angle of °.
Accordingly, the measurement light M that first passes through the polarization beam splitter 68 is reflected by the beam splitter 68, and the reflected reference light R is then transmitted through the beam splitter 68. At this time, the measurement light M M and the reference light R interfere with each other. The interference light (M + R) passes above the incident light L and is received by the light receiving portion of the laser head 12 via the laser emission window 64.
[0025]
At this time, if the position of the reflection target 16 moves back and forth, the state of the interference fringes of the interference light (M + R) changes. Therefore, the amount of this change is counted electrically, so that the beam splitter 68 to the reflection target 16 are counted. The distance is measured, and the measurement result is displayed on the display 18.
FIG. 5 shows details of the optical paths of the four portions [1] to [4] of the interferometer body 42 described above. In the part [1] shown in FIG. 6A, the incident light L is divided into measurement light M that travels straight through the polarization beam splitter 68 and reference light R that goes downward so as to be orthogonal to the measurement light M. The interference light (M + R) passes above the incident light L in the reverse direction.
[0026]
In the part [2], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as in the part [1], but the measurement light M is parallel to the reference light R by the pentaprism 72 and in parallel. And is reflected toward the reflection target 16 side.
In the part [3], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as in the part [1], but the measuring light M is opposite to and parallel to the reference light R by the pentaprism 72. And is reflected toward the reflection target 16 side.
[0027]
In the part [4], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as the part [1], but the measurement light M is orthogonally crossed on the optical axis of the incident light L by the pentaprism 72. Reflected and headed toward the reflective target 16 side.
Next, the case where the NC machine tool is measured and calibrated using the multi-axis length measuring machine configured as described above will be described. FIG. 7 shows a state in which the movement accuracy of the three axes of the NC machine tool (milling machine A) is measured using the multi-axis length measuring machine of the present invention and the accuracy is calibrated.
[0028]
As shown in the drawing, a laser head 12 with a built-in light transmission / reception unit supported on a tripod 10 is opposed to the front surface of a milling machine A that is an object to be measured, and is positioned at a main shaft position that is a fixed part of the milling machine A. For example, the multi-axis interferometer 14 is fixed to the spindle unit or using a magnet.
Opposite the interferometer 14, the reflection target 16 is fixedly arranged in the x-axis direction, the y-axis direction of the table, which is a movable part of the milling machine A, and the z-axis direction directly below the multi-axis interferometer 14.
[0029]
In this example, the multi-axis interferometer 14 is arranged so that the above-mentioned part [1] coincides with the y-axis direction, the part [2] coincides with the z-axis direction, and the part [4] coincides with the x-axis direction. Set. The optical axis of the laser head 12 is set on the entrance and exit windows 62 and 64 of the multi-axis interferometer 14, and such an alignment operation at the time of measurement is completed at the first time. Measurement of the milling machine A is performed fully automatically while the laser head 12, the interferometer 14 and the respective reflection targets 16 are fixed.
[0030]
Note that the first alignment work performed by the operator at the time of measurement is optical axis alignment in the triaxial direction and home position setting work in the triaxial direction, but this work is completed in about 25 minutes.
An example of the control procedure of the computer 20 performed at this time is shown in FIG. In the procedure shown in the figure, when starting, first, in step 101, a command signal is sent to the controller 24, and the motor 44 is driven to interfere with the positions facing the entrance and exit window portions 62 and 64. The parts [4] of the meter body 42 are set so as to correspond.
[0031]
In the subsequent step 102, a control signal is sent to the NC controller 22, and the NC controller 22 that has received this signal moves the milling machine A to the x-axis home position. In step 103, a drive command is sequentially given to the NC controller 22 of the milling machine A in accordance with the contents of a software measurement program such as a floppy disk 20a mounted on the computer 20, and the milling machine A is operated according to a predetermined procedure.
[0032]
Then, the measurement result data that changes according to these operations is compared with the reference data built in the program, and correction data such as pitch error is calculated based on the comparison result, and the calibration value is used as the NC controller. 22 is taken in.
The contents of the accuracy test in this case are a repeated positioning accuracy test, a repeated inversion positioning accuracy test, ISO-230-2, and the like. Although the work time differs depending on the test item, it is about 50 minutes as in the conventional case.
[0033]
When it is determined in step 104 that all the test items for the x-axis have been completed, the computer 20 instructs the activation of the controller 24 in step 105, switches the switching mechanism of the multi-axis interferometer 14, and performs the measurement. Switch the optical axis to the y-axis. More specifically, by driving the motor 44, the part [1] of the interferometer main body 42 is selected and set so as to correspond to the position facing the entrance and exit window portions 62 and 64.
[0034]
After confirming this switching operation, various accuracy tests on the y-axis are performed by the same procedure as described above (steps 106 to 108), and if it is determined that the measurement of the y-axis is completed in step 108, the measurement optical axis Is switched to the z-axis, the same procedure is repeated, and the system is stopped after the z-axis accuracy test is completed (step 109 to step 112).
[0035]
The total work time is about 175 minutes. Of these, the automatic measurement time is 150 minutes except for the initial alignment time by the worker. In addition, even if the work is left after the completion of the work, substantially all the work is completed, so that the work time is not bothered.
[0036]
9 to 12 show a second embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, the description thereof will be omitted, and only the characteristic points will be described below. explain. In the second embodiment shown in these drawings, the interferometer body 42a has a polarization beam splitter 68a and a spectroscopic mechanism 69a disposed on the rear side thereof, as in the above embodiment.
[0037]
The polarization beam splitter 68a is fixedly disposed in a notch 32c provided in the vertical portion 32b of the mounting substrate 32 so that the front side thereof faces the laser beam entrance / exit windows 62 and 64. A quarter wavelength plate 70a is fixed to the lower surface side and the rear surface side of the polarization beam splitter 68a, and a corner cube 74a is integrally fixed to the lower surface side of one quarter wavelength plate 70a. ing.
[0038]
On the other hand, the spectroscopic mechanism unit 69a is fixed on the stage 38 as in the above-described embodiment, and a part [1a] for linearly traveling the incident light L from the polarizing beam splitter 68a and the incident light from the polarizing beam splitter 68a. [2a] that reflects light downward, a part [3a] that reflects incident light from the polarizing beam splitter 68a upward, and a part [4a that reflects incident light from the polarizing beam splitter 68a in the right lateral direction. These are arranged in a line.
[0039]
Specifically, nothing is arranged in the site [1a]. A mirror 720a that reflects the incident light L downward is disposed in the portion [2a]. A mirror 721a that reflects the incident light L upward is disposed in the portion [3a]. A mirror 722a that reflects the incident light L in the right lateral direction is disposed in the portion [4a].
FIG. 12 shows the optical path of each part when the polarization beam splitter 68a is positioned on the front side of each of the parts [1a] to [4a] by driving the motor 44 and moving the stage 38. ing. The relative positional relationship between each part of the spectroscopic mechanism unit 69a and the polarizing beam splitter 68a is the same even when the position of the spectroscopic mechanism unit 69a is fixed and the polarizing beam splitter 68a moves, so FIG. This relationship is illustrated (the same applies to the following third and fourth embodiments).
[0040]
In the part [1a] shown in FIG. 12A, the incident light L is divided into measurement light M that travels straight through the polarization beam splitter 68a and reference light R that goes downward so as to be orthogonal to the measurement light M. The interference light (M + R) passes above the incident light L in the reverse direction. In the part [2a], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as the part [1a], but the measurement light M is parallel to the reference light R by the mirror 720a. The light is reflected and travels toward the reflective target 16 and returns on the same optical path.
[0041]
In the part [3a], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as the part [1a], but the measuring light M is in the opposite direction and parallel to the reference light R by the mirror 721a. The light is reflected and travels toward the reflective target 16 and returns on the same optical path.
At the part [4a], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as the part [1a], but the measurement light M is reflected by the mirror 722a in the direction orthogonal to the optical axis of the incident light L. Then, it heads toward the reflection target 16 and returns on the same optical path.
[0042]
When the interferometer body 42a configured as described above is used, it is possible to automatically measure each axis of the NC machine tool as in the first embodiment, and in the case of this embodiment, There are advantages. That is, in the case of the present embodiment, the number of corner cubes and quarter-wave plates can be reduced with respect to the interferometer body 42 of the first embodiment, and the spectroscopic mechanism 69a includes a mirror 720a. ˜722a, the multi-axis interferometer can be manufactured at low cost.
[0043]
FIGS. 13 to 16 show a third embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only the characteristic points are described below. explain. In the third embodiment shown in these drawings, the interferometer body 42b has a polarization beam splitter 68b and a spectroscopic mechanism 69b disposed on the rear side thereof, as in the above embodiment.
[0044]
Similarly to the second embodiment, the polarizing beam splitter 68b is formed in a notch 32c provided in the vertical portion 32b of the mounting substrate 32 so that the front side thereof faces the laser beam entrance / exit windows 62 and 64. It is fixedly arranged. A quarter wavelength plate 70b is fixed to the lower surface side and the rear surface side of the polarization beam splitter 68b, and a corner cube 74b is integrally fixed to the lower surface side of one quarter wavelength plate 70b. ing.
[0045]
On the other hand, the spectroscopic mechanism unit 69b is fixed on the stage 38 as in the above-described embodiment, and the part [1b] for directly traveling the incident light L from the polarizing beam splitter 68b and the incident light from the polarizing beam splitter 68b. [2b] that reflects light downward, a part [3b] that reflects incident light from the polarizing beam splitter 68b upward, and a part [4b] that reflects incident light from the polarizing beam splitter 68b to the right lateral direction These are arranged in a line.
[0046]
Specifically, nothing is arranged in the site [1b]. A pentaprism 720b that reflects the incident light L downward is disposed in the portion [2b]. A pentaprism 721b that reflects the incident light L upward is disposed in the portion [3b]. In the portion [4b], a pentaprism 722b that reflects the incident light L in the right lateral direction is disposed.
[0047]
FIG. 16 shows the optical path of each part when the polarization beam splitter 68b is positioned on the front side of each of the parts [1b] to [4b] by driving the motor 44 and moving the stage 38. ing.
In the part [1b] shown in FIG. 16A, the incident light L is divided into measurement light M that travels straight through the polarization beam splitter 68b and reference light R that goes downward so as to be orthogonal to the measurement light M. The interference light (M + R) passes above the incident light L in the reverse direction.
[0048]
In the part [2b], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as the part [1b], but the measurement light M is in the same direction and parallel to the reference light R by the pentaprism 720b. It is reflected so that it goes to the reflection target 16 side and returns on the same optical path.
In the part [3b], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as the part [1b], but the measurement light M is opposite to and parallel to the reference light R by the pentaprism 721b. It is reflected so that it goes to the reflection target 16 side and returns on the same optical path.
[0049]
In the part [4b], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as the part [1b], but the measurement light M is orthogonally crossed on the optical axis of the incident light L by the pentaprism 722b. It is reflected, returns to the reflection target 16 side, and returns on the same optical path.
When the interferometer main body 42b configured in this way is used, it is possible to automatically measure each axis of the NC machine tool as in the first embodiment. There are advantages. That is, in the case of the present embodiment, the number of corner cubes and quarter-wave plates can be reduced with respect to the interferometer body 42 of the first embodiment, and the spectroscopic mechanism 69b is a pentaprism. 720a to 722a, and this type of prism always emits light at a right angle even if there is some blurring in the incident light. Therefore, the adjustment by the adjustment knob 58 is more effective than in the second embodiment. It will be easy.
[0050]
FIGS. 17 to 21 show a fourth embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only the characteristic points are described below. explain. In the fourth embodiment shown in these drawings, the interferometer body 42c has a polarization beam splitter 68c and a spectroscopic mechanism 69c disposed on the rear side thereof, as in the above embodiment.
[0051]
Similarly to the second embodiment, the polarizing beam splitter 68c is formed in a notch 32c provided in the vertical portion 32b of the mounting substrate 32 so that the front side thereof faces the laser beam entrance / exit windows 62 and 64. It is fixedly arranged. A corner cube 74c is integrally fixed to the upper surface side of the polarization beam splitter 68c.
[0052]
On the other hand, the spectroscopic mechanism unit 69c is fixed on the stage 38 as in the above-described embodiment, and the part [1c] for linearly traveling the incident light L from the polarizing beam splitter 68c and the incident light from the polarizing beam splitter 68c. [2c] that reflects light downward, a part [3c] that reflects incident light from the polarizing beam splitter 68c upward, and a part [4c] that reflects incident light from the polarizing beam splitter 68c to the right lateral direction These are arranged in a line.
[0053]
Specifically, nothing is arranged in the site [1c]. A mirror 720c that reflects the incident light L downward is disposed in the portion [2c]. A mirror 721c that reflects the incident light L upward is disposed in the portion [3c]. A mirror 722c that reflects the incident light L in the right lateral direction is disposed in the part [4c].
The optical path of each part when the polarization beam splitter 68c is positioned on the front side of each of the parts [1c] to [4c] by driving the motor 44 and moving the stage 38 is shown in FIG. ing.
[0054]
In the portion [1c] shown in FIG. 20A, the incident light L is divided into measurement light M that travels straight through the polarization beam splitter 68c and reference light R that goes upward so as to be orthogonal to the measurement light M. The measurement light M is reflected by the reflection target 16 and returns along different optical paths, and interference light (M + R) passes above the incident light L in the reverse direction.
In the part [2c], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as the part [1c], but the measuring light M is in the opposite direction and parallel to the reference light R by the mirror 720c. Thus, the light reflected toward the reflection target 16 and reflected by the reflection target 16 returns on different optical paths.
[0055]
In the part [3c], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as the part [1c], but the measurement light M is in the same direction and parallel to the reference light R by the pentaprism 721c. Thus, the light reflected toward the reflection target 16 and reflected by the reflection target 16 returns on different optical paths.
In the part [4c], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as the part [1c], but the measurement light M is orthogonally crossed on the optical axis of the incident light L by the pentaprism 722c. The light that is reflected and travels toward the reflective target 16 and is reflected by the reflective target 16 returns on different optical paths.
[0056]
In the interferometer body 42 of the present embodiment, the optical path toward the reflection target 16 and the optical path returning from the reflection target 16 are completely different, so that the polarization beam splitter 68c, the mirror 720c, and the like are more than those of the second embodiment. A large one is adopted. FIG. 21 shows the measurement principle of the interferometer body 42c of this embodiment. In this example, details of the optical path in the part [1c] are shown, but the same measurement principle is used except that the optical path is bent by the mirrors 720c to 722c in other parts.
[0057]
In the same figure, 45 ° linearly polarized incident light L emitted from the laser head is measured by a polarizing beam splitter 68c with reference light R directed to the corner cube 74c and measurement light M directed to the reflective target 16 disposed at the measurement position. It is divided into.
The reference and measurement lights R and M reflected by the reflection target and the corner cubes 16 and 74c are recombined at a different position from the incident point of the polarization beam splitter 68c and caused to interfere with each other, and the interference light (M + R) is The light passes above the incident light L and is received by the light receiving portion of the laser head 12 via the laser emission window 64.
[0058]
At this time, if the position of the reflection target 16 moves back and forth, the state of the interference fringes of the interference light (M + R) changes. Therefore, the amount of this change is counted electrically, so that the beam splitter 68c to the reflection target 16 are counted. The distance is measured, and the measurement result is displayed on the display 18.
When the interferometer body 42c configured as described above is used, it is possible to automatically measure each axis of the NC machine tool as in the first embodiment, and in the case of this embodiment, There are advantages. That is, in the case of the present embodiment, the optical path toward the reflection target 16 and the optical path returning from the reflection target 16 are completely different, so the polarizing beam splitter 68c, the mirror 720c, and the like are large, but this embodiment Then, since the quarter-wave plate is not used at all, the interferometer body 42c is inexpensive.
[0059]
22 and 23 show a fifth embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only the characteristic points are described below. explain. In the fifth embodiment shown in these drawings, the interferometer body 42d has a polarization beam splitter 68d and a spectroscopic mechanism 69d disposed on the rear side thereof, as in the above embodiment.
[0060]
The polarization beam splitter 68d is fixedly disposed on the back side of the vertical portion 32b of the mounting substrate 32 so that the front side thereof faces the laser beam entrance / exit windows 62 and 64. The vertical portion 32b is provided with a pair of through holes 32d so as to correspond to the entrance and exit window portions 62 and 64. A corner cube 74d is integrally fixed to the upper surface side of the polarization beam splitter 68d.
[0061]
On the other hand, the spectroscopic mechanism unit 69d is fixed on the stage 38 as in the above-described embodiment, and the part [1d] for linearly traveling the incident light L from the polarizing beam splitter 68d and the incident light from the polarizing beam splitter 68d. [2d] that reflects light downward, a part [3d] that reflects light incident from the polarizing beam splitter 68d upward, and a part [4d] that reflects light incident from the polarizing beam splitter 68d horizontally. These are arranged in a line.
[0062]
Specifically, nothing is arranged in the site [1d]. A pentaprism 720d that reflects the incident light L downward is disposed in the portion [2d]. A pentaprism 721d that reflects the incident light L upward is disposed in the portion [3d]. A pentaprism 722d that reflects the incident light L in the right lateral direction is disposed in the portion [4d].
[0063]
FIG. 23 shows the optical path of each part when the polarization beam splitter 68d is positioned on the front side of each of the parts [1d] to [4d] by driving the motor 44 and moving the stage 38. ing.
In the portion [1d] shown in FIG. 23A, the incident light L is divided into measurement light M that travels straight through the polarization beam splitter 68d and reference light R that goes downward so as to be orthogonal to the measurement light M. The measurement light M is reflected by the reflection target 16 and returns along different optical paths, and interference light (M + R) passes above the incident light L in the reverse direction.
[0064]
In the part [2d], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as the part [1d], but the measurement light M is opposite to and parallel to the reference light R by the pentaprism 720d. Thus, the light reflected toward the reflection target 16 and reflected by the reflection target 16 returns on different optical paths.
In the part [3d], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as the part [1c], but the measurement light M is in the same direction and parallel to the reference light R by the pentaprism 721d. Thus, the light reflected toward the reflection target 16 and reflected by the reflection target 16 returns on different optical paths.
[0065]
In the part [4d], the reference light R and the interference light (M + R) follow the same optical path as the part [1c], but the measurement light M is orthogonally crossed on the optical axis of the incident light L by the pentaprism 722d. The light that is reflected and travels toward the reflective target 16 and is reflected by the reflective target 16 returns on different optical paths.
The interferometer main body 42d configured in this way can provide the same operational effects as the fourth embodiment. FIG. 24 shows a sixth embodiment of the present invention, and only the feature points will be described below. In this embodiment, the interferometer body 42e includes a polarizing beam splitter 68e and a spectroscopic mechanism 69e disposed on the rear side thereof, as in the above embodiment.
[0066]
The polarization beam splitter 68e is a common optical component as in the first embodiment, and is fixed on the stage 38 so that the front side thereof faces the laser beam entrance / exit windows 62 and 64. Four corner cubes 74e are integrally fixed to the upper surface side of the polarization beam splitter 68e.
On the other hand, the spectroscopic mechanism unit 69d is fixed on the stage 38 as in the first embodiment, and a part [1e] for linearly propagating the incident light L from the polarizing beam splitter 68e and the incident from the polarizing beam splitter 68e. A part [2e] for reflecting light downward, a part [3e] for reflecting incident light from the polarizing beam splitter 68e upward, and a part for reflecting incident light from the polarizing beam splitter 68e to the right side [ 4e], and these are arranged in a line.
[0067]
Specifically, nothing is arranged in the site [1e]. A pentaprism 720e that reflects the incident light L downward is disposed in the portion [2e]. A pentaprism 721e that reflects the incident light L upward is disposed in the portion [3e]. In the portion [4e], a pentaprism 722e that reflects the incident light L in the right lateral direction is disposed.
[0068]
In the sixth embodiment, the optical path toward the reflection target 16 and the optical path returning from the reflection target 16 are completely different, and the quarter wavelength plate 70 is omitted from the first embodiment. Thus, the same effect as the fifth embodiment can be obtained.
FIG. 25 shows a seventh embodiment of the present invention, and only the characteristic points will be described below. In the embodiment shown in the figure, the interferometer body 42f has a polarization beam splitter 68f and a spectroscopic mechanism 69f disposed on the rear side thereof, as in the above embodiment.
[0069]
Similarly to the fifth embodiment, the polarization beam splitter 68f is fixedly disposed on the back side of the vertical portion 32b of the mounting substrate 32 so that the front side thereof faces the laser beam entrance and exit window portions 62 and 64. . A corner cube 74f is integrally fixed to the upper surface side of the polarization beam splitter 68f. On the other hand, the spectroscopic mechanism unit 69f includes three reflecting mirrors 720f, 721f, and 722f, and the mirrors 720f, 721f, and 722f are mounted and fixed on a disk-shaped rotary stage 380.
[0070]
The rotary stage 380 is rotatably supported by the mounting plate 32 and is rotationally driven by an ultrasonic motor 44 having a rotary shaft fixed on the lower surface side of the center thereof. The rotational position at this time is detected by a rotary encoder 80 connected to the motor 44. The reflection mirrors 720f, 721f, and 722f are provided on the outer peripheral edge side of the rotary stage 380 so as to face the polarization beam splitter 58f.
[0071]
The rotary stage 380 is divided into four regions at equal intervals of 90 °, and reflection mirrors 720f, 721f, and 722f are arranged in these three regions, and the remaining one region has nothing. Not placed. In the interferometer body 42f configured as described above, when the rotary stage 380 is rotated so that an area where nothing is arranged is opposed to the polarization beam splitter 68f, the incident light L from the polarization beam splitter 68f is reflected. It can be made to go straight to the target 16 side.
[0072]
Further, when the rotary stage 380 is rotated so that the reflection mirror 720f faces the polarizing beam splitter 68f, the incident light from the polarizing beam splitter 68f can be reflected downward. Furthermore, when the rotary stage 380 is rotated so that the reflection mirror 721f faces the polarization beam splitter 68f, the incident light from the polarization beam splitter 68f can be reflected upward.
[0073]
Furthermore, when the rotary stage 380 is rotated so that the reflection mirror 722f faces the polarization beam splitter 68f, the incident light from the polarization beam splitter 68f can be reflected in the right lateral direction.
That is, in the seventh embodiment, the spectroscopic mechanism shown in the sixth embodiment is arranged in the circumferential direction of the rotary stage 380, while the four portions are arranged in a straight line. In the interferometer body 42f configured as described above, the same operational effects as those of the above embodiments can be obtained.
[0074]
26 to 29 show an eighth embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only the feature points will be described below. explain. In the embodiment shown in the figure, the interferometer main body 42g also serves as the spectroscopic mechanism of each of the embodiments described above, unlike the above embodiments.
The interferometer unit main body 42g includes four polarizing beam splitters 420g to 423g, and four corner cubes 740 to 743 fixed to one side surface of each polarizing beam splitter 420g to 423g, and the polarizing beam splitters 420g to 423g. Are arranged in a row on the stage 38 so as to face the entrance and exit window portions 62 and 64, and have the following four parts [1g] to [4g].
[0075]
In the part [1g], the reflection surface provided inside the polarization beam splitter 420g is arranged to be inclined by 45 ° with respect to the incident light so that the reflection light is directed upward, and a corner cube 740 is provided on the upper surface side. Has been placed.
In the part [2g], similarly to the part [1g], the reflection surface provided in the polarization beam splitter 421g is inclined by 45 ° with respect to the incident light so that the reflected light is directed upward. A corner cube 741 is arranged on the back side. In the part [3g], the reflection surface provided inside the polarization beam splitter 422g is arranged so that the reflection light is inclined downward by 45 ° with respect to the incident light, and the reflected light is directed downward. Has been placed.
[0076]
In the part [4g], the reflecting surface provided inside the polarizing beam splitter 423g is inclined 45 ° with respect to the incident light so that the reflected light is directed to the right side, and the corner cube 743 is provided on the back side thereof. Has been placed.
FIG. 29 shows details of the optical path of the interferometer body 42g of the present embodiment. In part [1g] in the figure, 45 ° linearly polarized incident light L emitted from the laser head 12 is reflected by the polarizing beam splitter 420g to the reference light R toward the fixed corner cube 740 and reflected at the measurement position. The reference light R and the measurement light M, which are divided into the measurement light M traveling toward the target 16 and reflected by the reflection target 16 and the corner cube 740, are overlapped again by the polarization beam splitter 420g to become interference light (M + R). The interference light (M + R) passes above the incident light L and is received by the laser head 12. Also in the parts [2g] to [4g], the principle of measurement is the same except that the directions of the polarization beam splitters 421g to 423g are different.
[0077]
According to the length measuring device configured in this way, the optical path toward the reflection target 16 and the optical path returning from the reflection target 16 are completely different, so the polarization beam splitters 420g to 423g are slightly larger, but the spectroscopic mechanism section. Since the interferometer main body 42g is also used for this function, the number of parts is reduced and the practicality is further increased.
In the above embodiment, the work procedure is performed in the order of x, y, and z axes, but the order can be arbitrarily changed.
[0078]
In addition, the multi-axis interferometer 14 in the embodiment can perform the measurement on the upper side in the z-axis direction and the length measurement on the lower side. However, either one of the length measurements may be performed. Both lengths may be measured.
[0079]
【The invention's effect】
As described in detail in the above embodiments, according to the multi-axis length measuring machine for NC machine tools according to the present invention, the interferometer and the x-, y-, and z-axis directions thereof are arranged by a single alignment operation. If the optical axis alignment of the target is performed, the length of each axis is automatically measured, so that there is an advantage that the operator can concentrate on other work without being restricted by the waiting time of the next work.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall system configuration diagram showing an embodiment of a multi-axis length measuring machine for NC machine tools according to the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the overall structure of the multi-axis interferometer of the multi-axis length measuring machine.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the interferometer.
FIG. 4 is a three-side view of the interferometer body of the interferometer.
FIGS. 5A to 5D are optical path explanatory views of respective portions in the plan view of FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram showing the measurement principle of the interferometer body.
FIG. 7 is a diagram showing an arrangement when the multi-axis length measuring machine according to the present invention is applied to measurement of a knee milling machine.
FIG. 8 is a flowchart showing an example of a measurement processing procedure using the multi-axis length measuring machine of the present invention.
FIG. 9 is an exploded perspective view of the overall structure of a multi-axis interferometer showing a second embodiment of the multi-axis length measuring machine for NC machine tools according to the present invention.
10 is a longitudinal sectional view of the assembled multi-axis interferometer of FIG.
FIG. 11 is a plan view of an interferometer body of the interferometer.
FIGS. 12A to 12D are optical path explanatory views of respective parts of the interferometer main body shown in FIG.
FIG. 13 is an exploded perspective view of the overall structure of a multi-axis interferometer showing a third embodiment of a multi-axis length measuring machine for NC machine tools according to the present invention.
14 is a longitudinal sectional view of the assembled multi-axis interferometer of FIG.
FIG. 15 is a plan view of an interferometer body of the interferometer.
16A to 16D are optical path explanatory views of respective parts of the interferometer body shown in FIG.
FIG. 17 is an exploded perspective view of the overall structure of a multi-axis interferometer showing a fourth embodiment of a multi-axis length measuring machine for NC machine tools according to the present invention.
18 is a longitudinal sectional view of the assembled multi-axis interferometer of FIG.
FIG. 19 is a plan view of an interferometer body of the interferometer.
20 (a) to 20 (d) are explanatory views of optical paths of respective parts of the interferometer body shown in FIG.
FIG. 21 is a schematic diagram showing the measurement principle of the interferometer body of the fourth embodiment.
FIG. 22 is a cross-sectional view of a multi-axis interferometer showing a fifth embodiment of the multi-axis length measuring machine for NC machine tool according to the present invention.
FIGS. 23A to 23D are explanatory views of optical paths of respective parts of the interferometer main body shown in FIG.
FIG. 24 is a front view, a plan view, and a side view of a multi-axis interferometer showing a sixth embodiment of the multi-axis length measuring machine for NC machine tool according to the present invention.
FIG. 25 is a perspective view of an essential part of an interferometer body showing a seventh embodiment of the multi-axis length measuring machine for NC machine tool according to the present invention.
FIG. 26 is a perspective view of essential parts of a multi-axis interferometer showing an eighth embodiment of the multi-axis length measuring machine for NC machine tool according to the present invention.
27 is a cross-sectional view of the multi-axis interferometer of FIG. 26 in the assembled state.
28 is a front view, a plan view, and a side view of the multi-axis interferometer body of the embodiment shown in FIG. 26. FIG.
29 (a) to 29 (d) are optical path explanatory views of respective parts of the interferometer main body shown in FIG.
FIG. 30 is a view showing the arrangement of a conventional length measuring machine with respect to a knee-type vertical milling machine.
[Explanation of symbols]
12 Laser head
14 Multi-axis interferometer
16 Moving corner cube (target)
20 Computer (control unit)
24 controller
30 Housing
34 Linear guide
36 slider
38 stages
42, 42a, 42b, 42c Interferometer body
41, 44, 46 Movement mechanism
(41 racks, 44 ultrasonic motors, 46 pinions)
50, 52 detection means
(50 photo instructors, 52 limit switches)
72 Penta prism (optical refraction mechanism)

Claims

A laser head incorporating a laser beam transmitter and an interference light receiver;
Located on the optical axis of the light transmitting unit and the light receiving unit, the incident laser beam is dispersed and emitted in the orthogonal x, y, z axis directions of the NC machine tool, and the switching mechanism is built-in. Multi-axis interferometer
A plurality of reflection targets that are fixed to the measurement position of the NC machine tool, receive laser light emitted in the x, y, and z axis directions and reflect the laser beam to the multi-axis interferometer side;
A controller for controlling the switching mechanism;
While the NC machine tool is operated in a predetermined procedure for each of the x, y, and z axis directions, length measurement data obtained by the light receiving unit of the laser head is compared with preset reference data, and the NC A multi-axis length measuring machine for NC machine tools, comprising a controller for giving a calibration value to the machine tool and instructing the controller to perform a switching operation every time measurement of the x, y and z axes is completed. .

The multi-axis interferometer has a casing that opens an entrance / exit window facing the laser head, and
A stage installed in the casing so as to be linearly movable or rotationally movable so as to face the entrance / exit window portion;
An interferometer body having a spectroscopic mechanism that emits incident laser light in the x-, y-, and z-axis directions;
A moving mechanism that linearly moves or rotationally moves the stage so that the spectroscopic mechanism sections face the incident / exit window section;
The multi-axis measuring machine for an NC machine tool according to claim 1, further comprising detection means for detecting a stop position of the stage.

The interferometer main body is provided along the moving direction of the moving mechanism, and includes a polarization beam splitter fixedly installed on the stage, and a spectroscopic mechanism unit installed behind the polarization beam splitter,
The spectroscopic mechanism section includes a part that linearly propagates incident light from the polarizing beam splitter, a part that reflects incident light from the polarizing beam splitter upward or downward, and a lateral direction of incident light from the polarizing beam splitter. The multi-axis measuring machine for an NC machine tool according to claim 2, wherein the multi-axis measuring machine has a portion to be reflected.

4. The NC according to claim 1, wherein the measurement light transmitted from the spectroscopic mechanism is reflected on the same optical path through a reflection target installed on the measurement object side. 5. Multi-axis measuring machine for machine tools.

The interferometer body includes a polarizing beam splitter fixedly disposed on the back side of the incident / exit window portion, and a spectroscopic mechanism portion disposed on the stage side. It has a portion for making the incident light go straight, a portion for reflecting the incident light from the polarizing beam splitter upward or downward, and a portion for reflecting the incident light from the polarizing beam splitter in the lateral direction. The multi-axis length measuring machine for NC machine tools according to claim 2.

The multi-axis for an NC machine tool according to claim 5, wherein the measurement light transmitted from the spectroscopic mechanism part is reflected on different parallel optical paths through a reflection target installed on the measurement object side. Measuring machine.

The multi-axis interferometer has a casing that opens an entrance / exit window facing the laser head, and
A stage that is in the casing and is installed so as to be linearly movable so as to face the entrance / exit window portion,
An interferometer body that is supported on the stage and emits incident laser light in the x, y, and z axis directions;
A moving mechanism for linearly moving the stage so that the interferometer body faces the entrance / exit window portion;
The multi-axis measuring machine for an NC machine tool according to claim 1, further comprising detection means for detecting a stop position of the stage.