JPH08271216A - ブロックゲージの非密着光波干渉測定法 - Google Patents

ブロックゲージの非密着光波干渉測定法

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JPH08271216A
JPH08271216A JP9419195A JP9419195A JPH08271216A JP H08271216 A JPH08271216 A JP H08271216A JP 9419195 A JP9419195 A JP 9419195A JP 9419195 A JP9419195 A JP 9419195A JP H08271216 A JPH08271216 A JP H08271216A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の干渉計とほぼ同等の精度でブロックゲ
ージの長さを測定でき、ブロックゲージをベースプレー
トに密着することなく、測定能率を大幅に向上させる新
規な測定方法を提供する。 【構成】 光源からの光をブロックゲージに向う光と光
学楔を介して参照ミラーに向う光に分けるハーフミラー
と、ブロックゲージに向う光を再度分けるハーフミラー
と、該ハーフミラーで分けられた光を各々ブロックゲー
ジの両端面に向ける2個の反射ミラーとを用い、LB=
λ/2{N+(ε3−ε1)+(ε3−ε2)}の関係に従
ってブロックゲージ長さLBを求める測定方法であっ
て、(ε3−ε1)及び(ε3−ε2)は参照ミラーからの
光とブロックゲージ端面からの反射光との干渉縞のズレ
から、光学楔によってスクリーンの干渉縞を移動するこ
とにより測定し、既知のNとλを用いてブロックゲージ
の長さを測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】ブロックゲージをメートルの定義
に基づいて正確に校正するための光波干渉計による測定
法に関し、特に、ブロックゲージをベースプレートに密
着させることなく迅速に測定する新規な測定方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】最近、製品の高度化により、生産現場に
おいても高精度な長さ標準器が求められ、高精度で簡便
な標準器としてブロックゲージは欠かせないものになっ
ている。 ブロックゲージをメートルの定義に基づいて
正確に校正するための光波干渉計による測定法は、主に
マイケルソン型の干渉計を用いて行われている。この干
渉計は構造が簡単で扱い易いが、ブロックゲージをベー
スプレートに密着する必要があり、この作業は熟練を要
すると共に作業性が悪く、かつ、測定誤差の原因にもな
り得る。
【0003】また、図2ないし図4に示すごとく、ブロ
ックゲージをベースプレートに密着しないで、干渉計を
用いた合致法による絶対測定が知られている。これは、
図2、図3において先ず密着有孔ブロックC、Dを矢印
Aのごとく左右に微動させ、図2のビームスプリッタM
からの光路長が左右ビームとも等しくなるように調整す
る。完全に等しくなると図4の1の位置に白色干渉縞が
現れる。次にブロックゲージを微動させブロックゲージ
の中心面がYY’Z面と一致すると図4の2の位置に白
色干渉縞が現れる。
【0004】この状態で、光源を単色光に切り換えると
図4の3の箇所に単色の干渉縞が現れる。先の白色干渉
縞1−2を結んだ線に対して単色光の縞のくいちがいを
測定することによって、通常の干渉測長が可能となり、
これはあたかもYY’Z面にベースプレートがあり、そ
こにブロックゲージを密着したような測定を行ったのと
等しい効果をもつものである。
【0005】しかしながら、この方法による時は白色干
渉縞の調整に時間がかかること、白色光を使用するため
温度上昇があること、ブロックゲージの面の1/2の面
積にしか干渉縞が現れないのでブロックゲージの平面度
や平行度が良くないときには全面にわたっての情報が得
られない等の欠点があり、最近では一般に使用されてい
ない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の欠点を
解消し、従来の干渉計とほぼ同等の精度でブロックゲー
ジの長さを測定でき、測定能率を大幅に向上させる新規
な測定方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】光源LSから出た光をブ
ロックゲージBGに向う光と光学楔Wを経て参照ミラー
MRに向う光に分けるハーフミラーHMRと、ブロックゲ
ージに向う光を再度分けるハーフミラーHMと、該ハー
フミラーHMで分けられた光を各々ブロックゲージの両
端面に向ける2個の反射ミラーM1、M2とを用い、LB
=λ/2{N+(ε3−ε1)+(ε3−ε2)}の関係に
従ってブロックゲージ長さLBを求める測定方法であっ
て、(ε3−ε1)及び(ε3−ε2)は参照ミラーMRか
らの光とブロックゲージ端面からの反射光との干渉縞の
ズレにより測定し、既知のNとλを用いてブロックゲー
ジの長さLBを測定することを特徴とする非密着光波干
渉測定法。
【0008】
【実施例】図1に本発明の測定法に係る光学系を示す。
光源LSから出た光はハーフミラーHMRでブロックゲ
ージBGに向かう光と光学楔Wを経て参照ミラーMRに
向かう光に分けられる。ブロックゲージに向かった光は
さらにハーフミラーHMで分けられ、その1部はブロッ
クゲージ面で反射されて行きと同じ光路を戻り、またブ
ロックゲージの脇を通り抜けた光はHM−M1−M2−H
MあるいはHM−M2−M1−HMを通りそれぞれHMR
で参照光と干渉する。ここで、M1, M2は反射ミラーで
ある。
【0009】図1でHM−M1−BGの光路長をL1,H
M−M2−BGの光路長をL2,HM−M1−M2−HMの
光路長をL3とすると、ブロックゲージの長さLBは次
式(1)で与えられる。 LB=L3−L1−L2・・・・・・・・・(1) 一方、入射光の波長をλとすると、各光路長L1,L2,L
3は、次式(2)の関係となる。 2L1=λ(N1+ε1) 2L2=λ(N2+ε2) L3=λ(N3+ε3)・・・・・・・・(2) ここで、N1,N2およびN3はそれぞれ適当な整数を表
し、またε1、ε2およびε3はそれぞれ適当な少数を表
す。
【0010】式(1)および式(2)より、結局ブロッ
クゲージの長さLBは式(3)で表すことができる。 LB=λ/2{N+(ε3−ε1)+(ε3−ε2)}・・(3) ただし、N=2N3−N1−N2である。
【0011】この式は通常の光波干渉測定で行われてい
る合致方と同様にしてブロックゲージの長さを測定でき
ることを示している。すなわち、(ε3−ε1)および
(ε3−ε2)は参照ミラーMRからの光との干渉縞のズ
レによって知ることができる。したがって、LBのおよ
その長さ、すなわちNおよびλが知れていればブロック
ゲージの正確な長さを知ることができる。
【0012】図1に示す本発明に使用する光学系は、光
源に波長0.633μmのHe-Ne安定化レーザーを用い
る。このレーザーの波長は、ヨウ素安定化レーザーとの
周波数の比較により、7桁以上の精度で校正されてい
る。光学楔Wはそれを横切る光路と垂直な方向に移動で
きるようになっており、その移動量は電気マイクロメー
ターで読み取ることができる。この光学楔によってスク
リーンー上の干渉縞を移動させることができ、(ε3−
ε1)および(ε3−ε2)を測定することができる。
S1,S2はブロックゲージ面と同じ面積を遮断するシャ
ッターであり、(ε3−ε1)の測定時にはS1を開けS2
を閉じ、光路L1とL2の干渉が起こらないようにするこ
とができる。これらの光学系は、室温が20±0.2℃
に制御された恒温室に設置する。
【0013】光軸のズレ等が十分小さくなるように光学
系を調整し、系が熱平衡に達した後ブロックゲージの測
定を行う。干渉縞を測定するには、まずシャッターS1
を開きS2を閉じ(ε3−ε1)を測定し、次にシャッタ
ーの開閉を逆にして(ε3−ε2)を測定する。測定中の
ブロックゲージの温度はサーミスタ温度計で測定し、測
定されたブロックゲージ長の補正を行う。また、室温、
気圧および湿度を測定することにより、空気の屈折率に
よる補正を行う。
【0014】ブロックゲージの表面で光が反射する際に
生じる位相変化はゲージによらず一定であると仮定し
て、ベースプレートに密着を行い測定した値と比較する
ことにより実験的に補正する。実験では、寸法が1.0
1,1.5,8,24.5および90mmのブロックゲー
ジについて、それぞれ数回づつ測定を行った。
【0015】
【効果】実施例の測定で得られたブロックゲージの寸法
の測定値とNRLM−ツガミ光波干渉計(マイケルソン
型干渉計)での測定値の比較を表1に示す。これより、
NRLM−ツガミ光波干渉計との測定値の差は±0.0
3μm以内であることが分かる。
【0016】光学系のアライメントは、実施例における
光学系ではL3の反時計回りの光路と時計回りの光路は
平行でなければならない。もし、このふたつの光路のな
す角がδθであったならば、測定されるブロックゲージ
の長さにはδθの二次までの近似で−(LBδθ2)/8
の誤差が生じる。また、L3とブロックゲージからの反
射光が平行でなく、そのふたつの光路のなす角がδψの
時には、やはりδψの二次までの近似で(L3δψ2)/
4の誤差が生じる。
【0017】本発明の光学系では、前者については反射
ミラーM1およびM2の向きを調整することによりδθを
約7×10-4rad程度に、後者はブロックゲージの向き
を調整する事によりδψを約10-4rad程度にすること
ができる。これより、もしL3が1mで100mmのブロ
ックゲージを測定するならば、−(LBδθ2)/8=−
5×10-9m、(L3δψ2)/4=3×10-9mの誤差
が生じることになる。この値は通常のブロックゲージの
寸法測定の誤差としては十分小さい。
【0018】実施例の実験結果では90mmのブロックゲ
ージにおいて、本発明の測定値とNRLM−ツガミ干渉
計の測定値との差が比較的大きくなっている。これは実
施例において温度補正に用いた温度計の精度が±0.0
3℃程度であり、それに主に起因するものと思われる。
これは、実験装置の断熱性および温度測定精度の向上等
によって改善されるであろう。1.01〜24.5mmの
ブロックゲージについてはNRLM−ツガミ干渉計との
差は±0.01μm以内であり、非常によく一致してい
る。
【0019】本発明の実施例において使用した光学系で
は、ブロックゲージとベースプレトとの密着を必要とし
ないが、測定回数が従来の干渉計の二倍必要となる。こ
れは測定者の負担にもなるし、また測定誤差の原因にも
なり得る。しかし、近年、安価で高性能な光学電子素子
の普及にともない、干渉縞の自動測定技術も進歩してい
る。このような技術を用いれば測定回数が増える欠点も
解消される。また、観測光としてレーザー光を利用でき
るので、S/N比を大幅に向上することが可能である。
【0020】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の測定法に使用する光学系の概略図であ
る。
【図2】従来のブロックゲージ測定用の干渉計で、合致
法による絶対測定に使用する光学系の概略図である。
【図3】図2に示す従来例に使用される、特別の2個の
ブロックゲージ部の拡大説明図である。
【図4】従来例における合致法による絶体測定の場合
の、干渉縞の関係を示す図である。
【符号の説明】
LS 光源 HMR ハーフミラー HM ハーフミラー MR 参照ミラー W 光学楔 SC スクリーン BG ブロックゲージ M1,M2 反射ミラー C,D ブロックゲージ C1,D1 密着面 G1,G2 ブロックゲージ端面

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源LSから出た光をブロックゲージB
    Gに向う光と光学楔を介して参照ミラーMRに向う光に
    分けるハーフミラーHMRと、ブロックゲージに向う光
    を再度分けるハーフミラーHMと、該ハーフミラーHM
    で分けられた光を各々ブロックゲージの両端面に向ける
    2個の反射ミラーM1、M2とを用い、LB=λ/2{N
    +(ε3−ε1)+(ε3−ε2)}の関係に従ってブロッ
    クゲージ長さLBを求める測定方法であって、 (ε3−ε1)及び(ε3−ε2)は参照ミラーMRからの
    光とブロックゲージ端面からの反射光との干渉縞のズレ
    から、光学楔Wによってスクリーンの干渉縞を移動する
    ことにより測定し、既知のNとλを用いてブロックゲー
    ジの長さLBを測定することを特徴とする非密着光波干
    渉測定法。ただし、λは使用光の波長、Nはゲージ寸法
    をλ/2で割った商の整数部分で縞次数を、εはその端
    数部分を表すものとする。
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JP2007285783A (ja) * 2006-04-14 2007-11-01 Mitsutoyo Corp 寸法差測定方法、及びその装置
JP2011519040A (ja) * 2008-04-30 2011-06-30 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 被測定物に照射するための光学装置、および被測定物の面を測定するための干渉測定装置
CN103528524A (zh) * 2013-09-16 2014-01-22 广东工业大学 透视测量树脂基复合材料内部离面位移场分布的装置及方法

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