JPH0342401B2 - - Google Patents
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- JPH0342401B2 JPH0342401B2 JP57040770A JP4077082A JPH0342401B2 JP H0342401 B2 JPH0342401 B2 JP H0342401B2 JP 57040770 A JP57040770 A JP 57040770A JP 4077082 A JP4077082 A JP 4077082A JP H0342401 B2 JPH0342401 B2 JP H0342401B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measured
- displacement
- optical path
- light
- reflected
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は例えばNC工作機械や座標測定器のよ
うに正確な位置決めを必要とする機械の変位計測
などに利用される変位の光学的測定方法に関する
ものである。
うに正確な位置決めを必要とする機械の変位計測
などに利用される変位の光学的測定方法に関する
ものである。
被測定物の微小隙間や変位を光学的に測定する
方法としては、被測定物の変位を光路差の変化と
してとらえ、光路差が常に一定なるように光路長
をフイードバツク制御し、このときのフイードバ
ツク制御量から変化量を測定するようにしたもの
が提案されている。これは本出願人が特願昭55−
4591号としてすぐに提案しているものである。
方法としては、被測定物の変位を光路差の変化と
してとらえ、光路差が常に一定なるように光路長
をフイードバツク制御し、このときのフイードバ
ツク制御量から変化量を測定するようにしたもの
が提案されている。これは本出願人が特願昭55−
4591号としてすぐに提案しているものである。
しかし、上記の制御方法では、測定範囲が制御
素子の動作範囲によつて決定されるので、被測定
物の変位が大きい場合には測定が困難になる。
素子の動作範囲によつて決定されるので、被測定
物の変位が大きい場合には測定が困難になる。
本発明は上記の点に鑑み、被測定物の変位が大
きい場合でも高精度で変位の測定を可能とした変
位の光学的測定方法を提供することを目的とす
る。
きい場合でも高精度で変位の測定を可能とした変
位の光学的測定方法を提供することを目的とす
る。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明す
る。１は波長λの直線偏光されたレーザービーム
を発振するレーザ発振器、２は入射するレーザー
ビームの振動面に関係なくレーザービームを透過
または反射させるビームスプリツタキユーブ、３
は入射するレーザービームの振動面に応じてレー
ザービームを透過または反射させる偏光ビームス
プリツタ、４，５，６は1/4波長板、７，８はレ
ーザービームの光軸方向に対して鏡面を９，１０
を変位させることによつて光路差を可変にする調
節器、例えば電わい素子で、電わい素子７は検出
される干渉光の明るさに応じて鏡面９を変位さ
せ、電わい素子８は鏡面１０を後述する高周波発
振器からの高周波電圧で変位させ光路差の符合を
判別する機能を有している。１１は偏光板、１２
は光電変換素子、１３は被測定物、１４は高周波
発振器、１５，１６は交流増幅器、１７は同期検
波回路、１８はローパスフイルター、１９，２０
は電圧比較回路、２１はアツプダウンカウンタ、
２２はオア回路、２３はアナログスイツチ、２４
は直流増幅器を示す。
る。１は波長λの直線偏光されたレーザービーム
を発振するレーザ発振器、２は入射するレーザー
ビームの振動面に関係なくレーザービームを透過
または反射させるビームスプリツタキユーブ、３
は入射するレーザービームの振動面に応じてレー
ザービームを透過または反射させる偏光ビームス
プリツタ、４，５，６は1/4波長板、７，８はレ
ーザービームの光軸方向に対して鏡面を９，１０
を変位させることによつて光路差を可変にする調
節器、例えば電わい素子で、電わい素子７は検出
される干渉光の明るさに応じて鏡面９を変位さ
せ、電わい素子８は鏡面１０を後述する高周波発
振器からの高周波電圧で変位させ光路差の符合を
判別する機能を有している。１１は偏光板、１２
は光電変換素子、１３は被測定物、１４は高周波
発振器、１５，１６は交流増幅器、１７は同期検
波回路、１８はローパスフイルター、１９，２０
は電圧比較回路、２１はアツプダウンカウンタ、
２２はオア回路、２３はアナログスイツチ、２４
は直流増幅器を示す。
つぎに本発明方法の測定について説明する。レ
ーザ発振器１から発振されたレーザービームはビ
ームスプリツタ２で反射されて、測定上の基準物
の1/4波長板４に入射する。このレーザービーム
の一部分は1/4波長板４の表面で反射され、他の
一部分は被測定物１３の表面で反射される。この
それぞれの反射光はビームスプリツタキユーブ２
を介して偏光ビームスプリツタ３に入射する。こ
こで、1/4波長板４の表面で反射された一方の光
は偏光ビームスプリツタ３を透過し、被測定物１
３から反射した光は偏光ビームスプリツタ３で反
射する。偏光ビームスプリツタ３を透過した光は
１／４波長板６を透過し、鏡面１０で反射し、再び
１／４波長板６を透過して、偏光ビームスプリツタ
３で反射して偏光板１１に入射する。このとき入
射する光は1/4波長板６を一往復するため振動面
が90°回転する。また、被測定物１３で反射した
他方の光は、偏光ビームスプリツタ３で反射し、
１／４波長板５を透過し、鏡面９で反射して、再び
１／４波長板５を透過し、偏光ビームスプリツタ３
を透過して、偏光板１１に入射する。ここで、1/
４波長板４の表面で反射して、偏光板１１に達し
た光と被測定物１３で反射して偏光板１１に達し
た光と振動面が互いに90°異なるため、お互いの
光は干渉しない。偏光板１１の透過軸を例えば被
測定物１３から反射した光の振動面に対して45°
の角度に設定しておくと、被測定物１３から反射
した光と1/4波長板４から反射した光のそれぞれ
偏光板１１の透過軸方向成分が偏光板１１を透過
して干渉を起す。この干渉光の明るさを光電変換
素子により電気信号に変換する。
ーザ発振器１から発振されたレーザービームはビ
ームスプリツタ２で反射されて、測定上の基準物
の1/4波長板４に入射する。このレーザービーム
の一部分は1/4波長板４の表面で反射され、他の
一部分は被測定物１３の表面で反射される。この
それぞれの反射光はビームスプリツタキユーブ２
を介して偏光ビームスプリツタ３に入射する。こ
こで、1/4波長板４の表面で反射された一方の光
は偏光ビームスプリツタ３を透過し、被測定物１
３から反射した光は偏光ビームスプリツタ３で反
射する。偏光ビームスプリツタ３を透過した光は
１／４波長板６を透過し、鏡面１０で反射し、再び
１／４波長板６を透過して、偏光ビームスプリツタ
３で反射して偏光板１１に入射する。このとき入
射する光は1/4波長板６を一往復するため振動面
が90°回転する。また、被測定物１３で反射した
他方の光は、偏光ビームスプリツタ３で反射し、
１／４波長板５を透過し、鏡面９で反射して、再び
１／４波長板５を透過し、偏光ビームスプリツタ３
を透過して、偏光板１１に入射する。ここで、1/
４波長板４の表面で反射して、偏光板１１に達し
た光と被測定物１３で反射して偏光板１１に達し
た光と振動面が互いに90°異なるため、お互いの
光は干渉しない。偏光板１１の透過軸を例えば被
測定物１３から反射した光の振動面に対して45°
の角度に設定しておくと、被測定物１３から反射
した光と1/4波長板４から反射した光のそれぞれ
偏光板１１の透過軸方向成分が偏光板１１を透過
して干渉を起す。この干渉光の明るさを光電変換
素子により電気信号に変換する。
前記干渉光はレーザ発振器１から出射した光が
基準物の1/4波長板４の表面で反射されて光電変
換素子１２に達するまでの光路長と被測定物１３
の表面で反射されて光電変換素子１２に達するま
での光路長と差によつて生じるが、つぎにこの光
路差について説明する。
基準物の1/4波長板４の表面で反射されて光電変
換素子１２に達するまでの光路長と被測定物１３
の表面で反射されて光電変換素子１２に達するま
での光路長と差によつて生じるが、つぎにこの光
路差について説明する。
第１図において、l1＝l2、1/4波長板４の表面か
ら被測定物１３の表面までの光路長をＸとする
と、前記光路差は2Xとなる。ここで、1/4波長板
４の表面から反射され、光電変換素子１２に達す
るレーザービームの明るさと被測定物１３の表面
で反射されて光電変換素子１２に達するレーザー
ビームの明るさは等しく共にＩとすると、干渉光
の明るさITは(1)式で示される。
ら被測定物１３の表面までの光路長をＸとする
と、前記光路差は2Xとなる。ここで、1/4波長板
４の表面から反射され、光電変換素子１２に達す
るレーザービームの明るさと被測定物１３の表面
で反射されて光電変換素子１２に達するレーザー
ビームの明るさは等しく共にＩとすると、干渉光
の明るさITは(1)式で示される。
IT＝2I（１−cos） …(1)
但し位相差は(2)式で示される。
＝4π／λＸ …(2)
第２図イは前記光路差と干渉光の明るとの関係
を示したものである。
を示したものである。
前にもどつて、電わい素子８に高周波発振器１
４から高周波の正弦波電圧を印加すると、鏡面１
０は微小変位する。このときの変位量を±Δl／
２とする。いま、鏡面１０を変位させる前の前記
光路差2Xがａ点にあつたとする。この状態で鏡
面１０を高周波振動させると、干渉光の明るさは
第２図ロの点線のように変化する。また第２図ロ
において、実線は電わい素子８に印加した電圧を
示す。前記干渉光の明るさの変化を光電変換素子
１２によつて電気信号に変換し、交流増幅器１６
で増幅した後、同期検波回路１７で検波する。こ
の検波信号をさらにローパスフイルター１８を介
して直流増幅器２４で増幅して電わい素子７に印
加すると、ミラー９が微小変位すると共に、前記
光路差が変化する。一方、前記光路差が、第２図
イにおいて、ｂ点にあつたとすると、この状態で
鏡面１０を高周波振動させると、干渉光の明るさ
は第２図ハの点線で示すように変化する。また第
２図ハにおいて実線は電わい素子８に印加した電
圧を示す。干渉光の明るさを光電変換素子１２で
電気信号に変換して、同様にして同期検波をして
ローパスフイルターを通すと出力電圧は０にな
る。すなわち、第２図イにおいて、最初光路差が
ａ点にあつたとすると、このときの干渉光の明る
さを電気信号に変換して、同期検波回路１７、ロ
ーパスフイルター１８、直流増幅器２４を介して
電わい素子７に印加してやると、ミラー９が微小
変位して光路差がｂ点に来てバランスする。以
後、同様にして被測定物１３が変位すると、これ
に従つてミラー９が変位して、光路差が常に第２
図イにおいて、ｂ点にくるように動作する。この
とき電わい素子７について、印加電圧と変位との
関係をあらかじめ校正しておけば、電わい素子７
への印加電圧を測定することによつて、被測定物
１３の変位を測定することができる。このときの
測定範囲は電わい素子７の動作範囲によつて決ま
る。また、測定精度は電わい素子の印加電圧と変
位との関係によつて決まるため、高精度の測定が
できる。
４から高周波の正弦波電圧を印加すると、鏡面１
０は微小変位する。このときの変位量を±Δl／
２とする。いま、鏡面１０を変位させる前の前記
光路差2Xがａ点にあつたとする。この状態で鏡
面１０を高周波振動させると、干渉光の明るさは
第２図ロの点線のように変化する。また第２図ロ
において、実線は電わい素子８に印加した電圧を
示す。前記干渉光の明るさの変化を光電変換素子
１２によつて電気信号に変換し、交流増幅器１６
で増幅した後、同期検波回路１７で検波する。こ
の検波信号をさらにローパスフイルター１８を介
して直流増幅器２４で増幅して電わい素子７に印
加すると、ミラー９が微小変位すると共に、前記
光路差が変化する。一方、前記光路差が、第２図
イにおいて、ｂ点にあつたとすると、この状態で
鏡面１０を高周波振動させると、干渉光の明るさ
は第２図ハの点線で示すように変化する。また第
２図ハにおいて実線は電わい素子８に印加した電
圧を示す。干渉光の明るさを光電変換素子１２で
電気信号に変換して、同様にして同期検波をして
ローパスフイルターを通すと出力電圧は０にな
る。すなわち、第２図イにおいて、最初光路差が
ａ点にあつたとすると、このときの干渉光の明る
さを電気信号に変換して、同期検波回路１７、ロ
ーパスフイルター１８、直流増幅器２４を介して
電わい素子７に印加してやると、ミラー９が微小
変位して光路差がｂ点に来てバランスする。以
後、同様にして被測定物１３が変位すると、これ
に従つてミラー９が変位して、光路差が常に第２
図イにおいて、ｂ点にくるように動作する。この
とき電わい素子７について、印加電圧と変位との
関係をあらかじめ校正しておけば、電わい素子７
への印加電圧を測定することによつて、被測定物
１３の変位を測定することができる。このときの
測定範囲は電わい素子７の動作範囲によつて決ま
る。また、測定精度は電わい素子の印加電圧と変
位との関係によつて決まるため、高精度の測定が
できる。
つぎに被測定物１３が大きく変化した場合につ
いて述べる。
いて述べる。
第３図イは被測定物１３の変位Ｘと干渉光の明
るさとの関係を示したものである。また第３図ロ
は変位と電わい素子７に印加される電圧との関係
を示したものである。被測定物１３の原点の位置
をX0とし、このとき光路差がａ点にあつたとす
る。この状態で第１図の装置が動作すると、電わ
い素子７には第３図ロの実線で示すように−E0
の電圧が印加されて、第３図イのｂ点でバランス
する。この状態から、被測定物１３の変位Ｘが増
加してX1に達したとすると、電わい素子７に印
加される電圧は第３図ロに示すように変位量の大
きさに応じて変化する。このとき電圧比較回路１
９の比較電圧をEnに設定しておくと、電圧比較
回路１９の出力電圧は常時０であつたものが、ロ
ーパスフイルター１８の出力電圧がEnに達する
と１となり、オア回路２２を介して電子スイツチ
２３が動作する。この結果、直流増幅器２４の出
力電圧が０となり、第３図イのｃ点でバランスす
る。さらに変位Ｘが大きくなると、同様にしてｄ
点でバランスし、変位がX3になると、電わい素
子７にはE3の電圧が印加されｄ点でバランスす
る。したがつて、被測定物１３の原点位置X0か
らX3までの変位Ｘはつぎのようにして測定する
ことができる。電圧比較回路１９の出力電圧は被
測定物１３がλ／２変位する毎に０から１に変化
するためこれをアツプダウンカウンター２１で計
数して、その計数結果をλ／２倍し、さらに
E3＋E0／Enλ／２を加えればよい。
るさとの関係を示したものである。また第３図ロ
は変位と電わい素子７に印加される電圧との関係
を示したものである。被測定物１３の原点の位置
をX0とし、このとき光路差がａ点にあつたとす
る。この状態で第１図の装置が動作すると、電わ
い素子７には第３図ロの実線で示すように−E0
の電圧が印加されて、第３図イのｂ点でバランス
する。この状態から、被測定物１３の変位Ｘが増
加してX1に達したとすると、電わい素子７に印
加される電圧は第３図ロに示すように変位量の大
きさに応じて変化する。このとき電圧比較回路１
９の比較電圧をEnに設定しておくと、電圧比較
回路１９の出力電圧は常時０であつたものが、ロ
ーパスフイルター１８の出力電圧がEnに達する
と１となり、オア回路２２を介して電子スイツチ
２３が動作する。この結果、直流増幅器２４の出
力電圧が０となり、第３図イのｃ点でバランスす
る。さらに変位Ｘが大きくなると、同様にしてｄ
点でバランスし、変位がX3になると、電わい素
子７にはE3の電圧が印加されｄ点でバランスす
る。したがつて、被測定物１３の原点位置X0か
らX3までの変位Ｘはつぎのようにして測定する
ことができる。電圧比較回路１９の出力電圧は被
測定物１３がλ／２変位する毎に０から１に変化
するためこれをアツプダウンカウンター２１で計
数して、その計数結果をλ／２倍し、さらに
E3＋E0／Enλ／２を加えればよい。
つぎに被測定物１３が原点X0の位置から変位
Ｘが減少する方向に変化した場合について説明す
る。
Ｘが減少する方向に変化した場合について説明す
る。
この場合は予め電わい素子７には−E0の電圧
が印加されてｂ点でバランスしている。この状態
から、変位Ｘが小さくなる方向に被測定物１３が
変位したとすると、電わい素子７には第３図ロに
示すように負の電圧が印加される。ここで電圧比
較回路２０の比較電圧を−Enに設定しておくと、
電圧比較回路２０の出力電圧は常時０から１に変
化してb′点でバランスする。したがつて電圧比較
回路２０の出力電圧の変化をアツプダウンカウン
タ２１で計数し、その結果をλ／２倍し、さら
に、E3′−E0／Enλ／２を加えれば、原点X0からX1′ま での変位量が求まる。
が印加されてｂ点でバランスしている。この状態
から、変位Ｘが小さくなる方向に被測定物１３が
変位したとすると、電わい素子７には第３図ロに
示すように負の電圧が印加される。ここで電圧比
較回路２０の比較電圧を−Enに設定しておくと、
電圧比較回路２０の出力電圧は常時０から１に変
化してb′点でバランスする。したがつて電圧比較
回路２０の出力電圧の変化をアツプダウンカウン
タ２１で計数し、その結果をλ／２倍し、さら
に、E3′−E0／Enλ／２を加えれば、原点X0からX1′ま での変位量が求まる。
本発明測定によれば、微小変位の測定は勿論、
変位が大きい場合にも高精度の測定が可能にな
る。
変位が大きい場合にも高精度の測定が可能にな
る。
第１図は本発明の変位の光学的測定方法を示す
原理図、第２図イ，ロ，ハおよび第３図イ，ロは
本発明方法の動作原理を説明するための図であ
る。 １……レーザ発振器、３……偏光ビームスプリ
ツタ、７，８……電わい素子、１２……光電変換
素子、１３……被測定物、２１……アツプダウン
カウンター、２３……電子スイツチ。
原理図、第２図イ，ロ，ハおよび第３図イ，ロは
本発明方法の動作原理を説明するための図であ
る。 １……レーザ発振器、３……偏光ビームスプリ
ツタ、７，８……電わい素子、１２……光電変換
素子、１３……被測定物、２１……アツプダウン
カウンター、２３……電子スイツチ。
Claims (1)
- １ 基準物と被測定物にそれぞれ光を照射して、
それぞれの反射光を合成して得られる干渉光を利
用して被測定物の変位を測定する方法において、
前記反射光のいずれか一方の光路の途中に光路長
を可変にする調節器を設置し、光路差によつて発
生する干渉光の明るさを検出し、この検出した信
号により前記調節器を干渉光の明るさが常に最大
または最小になるように制御し、前記調節器の制
御量が一定値を越える毎に前記調節器を元にもど
すようにし、制御量が一定値を越えたときの回数
を計数すると共に前記一定値以内の制御量を測定
するようにし、両者の合成値から被測定物の変位
量を測定するようにしたことを特徴とする変位の
光学的測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57040770A JPS58158506A (ja) | 1982-03-17 | 1982-03-17 | 変位の光学的測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57040770A JPS58158506A (ja) | 1982-03-17 | 1982-03-17 | 変位の光学的測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58158506A JPS58158506A (ja) | 1983-09-20 |
| JPH0342401B2 true JPH0342401B2 (ja) | 1991-06-27 |
Family
ID=12589862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57040770A Granted JPS58158506A (ja) | 1982-03-17 | 1982-03-17 | 変位の光学的測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58158506A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60263802A (ja) * | 1984-06-12 | 1985-12-27 | Hitachi Ltd | 変位の光学的測定方法 |
| JPS61219802A (ja) * | 1985-03-27 | 1986-09-30 | Hitachi Ltd | 変位の光学的測定装置 |
| JP2006275910A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Canon Inc | 位置センシング装置及び位置センシング方法 |
| JP4301313B2 (ja) | 2007-03-22 | 2009-07-22 | ブラザー工業株式会社 | 無線電話装置 |
| CN111174694B (zh) * | 2020-02-24 | 2025-07-11 | 山西大威激光科技有限公司 | 一种激光干涉位移测量装置及其使用方法 |
-
1982
- 1982-03-17 JP JP57040770A patent/JPS58158506A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58158506A (ja) | 1983-09-20 |
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