JPH09196623A - 多軸レーザ干渉測長機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＣ工作機の各軸の測定を連続して自動的に
行うこと 【解決手段】 多軸干渉計１４は、入射したレーザ光を
それぞれｘ，ｙ，ｚ軸方向に向けて反射させるための分
光機構部及び各分光機構部の切替え機構を備えている。
コンピュータ２０は、計測プログラム内容に沿って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、光源部１２で得た測長デ
ータと基準データとを比較して補正データを算出し、そ
の校正値をＮＣコントローラ２２に取込ませるほか、各
軸の作業終了毎にコントローラ２４を起動して多軸干渉
計１４の切替え機構を切替え動作させ、その計測軸方向
を変換させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多軸レーザ測長機
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レーザ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２４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、光源
と干渉計との間のアライメント作業を行うことなくｘ，
ｙ，ｚ軸の全ての測定が自動的に行える多軸レーザ干渉
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、レーザ光を発射する光源部と、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とともに、測定光と参照光
の干渉光を送出する干渉計本体と、その切替え機構とを
内蔵した多軸干渉計と、前記光源部と前記干渉計本体と
の間に設置され、前記光源部からのレーザ光を前記干渉
計本体に導く光ファイバと、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
光を受けて前記干渉計本体側に反射する複数の反射ター
ゲットと、前記干渉計本体からの干渉光を受光する受光
部と、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
る多軸レーザ干渉測長機によれば、光源部と多軸干渉計
の分光機構部との間に設置され、光源部からのレーザ光
を分光機構部に導く光ファイバを有しているので、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
光ファイバに対向する入射窓部と、前記受光部に対向す
る出射窓部と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
光機構部と、干渉計部とを有する干渉計本体とを備え、
前記切替え機構は、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、前記ステージ上に固定
設置された前記干渉計部と、前記ステージ上にあって、
前記干渉計部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、前記干渉計部からの入射光を直進さ
せる部位と、前記干渉計部からの入射光を上または下方
向に反射させる部位と、前記干渉計部からの入射光を横
方向に反射させる部位とで構成することができる。ま
た、前記干渉計本体は、前記入出射窓部の背面側に固定
配置された前記干渉計部と、前記ステージ側に配置され
た分光機構部とを備え、前記分光機構部は、前記干渉計
部からの入射光を直進させる部位と、前記干渉計部から
の入射光を上または下方向に反射させる部位と、前記干
渉計部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。さらに、請求項５では、多軸干渉計
は、前記光ファイバに対向する入射窓部と、前記受光部
に対向する出射窓部と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、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部を有
する干渉計本体とを備え、前記切替え機構は、前記ステ
ージを直線移動させて前記干渉計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
する検出手段とで構成している。

【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９は、本発明にかかる多軸レーザ干渉測長機の第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、所定波長のレーザ光を発射す
るレーザチューブが内蔵された光源部１２と、多軸干渉
計１４と、光ファイバ１５と、３個の反射ターゲット１
６と、多軸干渉計１４に設けられた受光部１７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】光源部１２には、所定波長のレーザ光Ｌを
多軸干渉計１４側に向けて発射するレーザチューブが内
蔵されている。多軸干渉計１４の詳細構造を、図２〜図
５に示している。図２は、多軸干渉計１４の全体構造の
要部分解斜視図であり、図３は、その断面構造を示して
いる。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、角箱状のケーシング３０と、ステージ３２
と、干渉計本体３４と、切替え機構を構成する移動機構
３６とおよび検出手段３８と、取付け基板３９とを備え
ている。ケーシング３０には、その一側面に光ファイバ
１５の一端に集光レンズ２６を介して対向する入射窓部
３０ａと、受光部１７に対向する出射窓部３０ｂが貫通
形成されている。

【００１３】また、ケーシング３０の上下面および入，
出射窓部３０ａ，３０ｂと対向する面には、それぞれ貫
通孔３０ｃ〜３０ｅが設けられていて、これらの貫通孔
３０ｃ〜３０ｅを介して、測定光Ｍは、干渉計本体３４
から出射して、各反射ターゲット１６に向かい、反射タ
ーゲット１６で反射して再び干渉計本体３４側に戻る。

【００１４】ステージ３２は、ケーシング３０内にあっ
て、入，出射窓部３０ａ，３０ｂに対向するように直線
移動可能に設置されている。干渉計本体３４は、干渉計
部４０と、分光機構部４２とから構成されている。干渉
計部４０は、偏光ビームスプリッタ４０ａと、この偏光
ビームスプリッタ４０ａの下面と後面にそれぞれ配置さ
れた一対の１／４波長板４０ｂ，４０ｃと、１／４波長
板４０ｂの下面側に固設されたコーナプリズム４０ｄと
から構成されている。

【００１５】この干渉計部４０は、ケーシング３０の内
面に垂直部３９ａが固設されたＬ字状の取付け基板３９
に支持されている。分光機構部４２は、４つの部位
〔１〕〜〔４〕から構成されており、これらの各部位
〔１〕〜〔４〕がステージ３２の移動方向に沿って、ス
テージ３２上に一列状に配置されている。部位〔１〕に
は、何も設けられていない。

【００１６】部位〔２〕には、偏光ビームスプリッタ４
０ａからの入射光を下方に反射するペンタプリズム４２
０が設けられている。部位〔３〕には、偏光ビームスプ
リッタ４０ａからの入射光を上方に反射するペンタプリ
ズム４２１が設けられている。部位〔４〕には、偏光ビ
ームスプリッタ４０ａからの入射光を右方向に反射する
ペンタプリズム４２２が設けられている。

【００１７】移動機構３６は、取付け基板３９の水平部
３９ｂの上面に平行に固設された一対のリニアガイド３
６ａと、このリニアガイド３６ａに摺動移動自在に嵌合
された複数のスライダ３６ｂと、駆動モータ３６ｃ（超
音波モータ）と、駆動モータ３６ｃの回転軸に固設され
たピニオン３６ｄと、一方のスライダ３６ｂの内面側に
固設され、ピニオン３６ｄと歯合するラック３６ｅとか
ら構成されている。

【００１８】各スライダ３６ｂは、ステージ３２の下面
側に固設されている。このように構成された移動機構３
６では、駆動モータ３６ｃを回転駆動すると、ステージ
３２がリニアガイド３６ａに沿って直線移動する。検出
手段３８は、移動機構３６でステージ３２を移動させた
際に、ステージ３２上に設けられた分光機構部４２の各
部位〔１〕〜〔４〕が、それぞれ干渉計部４０の偏光ビ
ームスプリッタ４０ａと同じ光軸上に位置して、対向す
る位置を検出するものであり、取付け基板３９の垂直部
３９ａの内面に固設された複数個のホトインタラプタ３
８ａと、ステージ３２の側面に突設された検出子３８ｂ
とから構成されている。

【００１９】複数のホトインタラプタ３８ａは、分光機
構部４２の部位〔１〕〜〔４〕にそれぞれ対応してい
る。駆動モータ３６ｃおよびホトインタラプタ３８ａの
リード線は、ケーシング３０の側面に設けられたコネク
タ４４を介して、外部に導出され、コントローラ２４に
接続されている。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貫通孔３
０ｄに対応するようにして透孔３２ａ，３９ｃが設けら
れている。

【００２０】図５には、上述した分光機構部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、光ファイバ１５か
らの入射光Ｌが偏光ビームスプリッタ４０ａで、これを
直進透過する測定光Ｍと、この測定光Ｍと直交するよう
に下方のコーナープリズム４０ｄ側に向かう参照光Ｒと
に分けられ、干渉光（Ｍ＋Ｒ）が入射光Ｌの上方を逆方
向に通過して受光部１７に受光される。

【００２１】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４２０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４２１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。

【００２２】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４２２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。光ファイバ１５は、光源部１２と多軸干渉計１４と
の間に設置されて、光源部１２から発射されるレーザ光
を多軸干渉計１４の干渉計本体３４に導入するものであ
って、その出射面がコリメータレンズ２６を介して、ケ
ーシング３０の入射窓部３０ａの中心に支持されてい
る。なお、図３中に符号２９で示した部材は、光ファイ
バ１５の支持用スペーサである。

【００２３】受光部１７は、図２，３および図６に示す
ように、受光光学系１７ａと、干渉光伝送用光ファイバ
１７ｂと、光電変換素子１７ｃとから構成されている。
受光光学系１７ａは、ケーシング３０の側面に固設され
たボックス３１内にあって、出射窓部３０ｂに入射面が
対向するように設置されている。光ファイバ１７ｂは、
ボックス３１を貫通するようにして取付けられている。

【００２４】受光光学系１７ａは、偏光ビームスプリッ
タ４０ａから送出される干渉光（Ｍ＋Ｒ）を受光して、
透過光と反射光に分割するビームスプリッタ１７０と、
ビームスプリッタ１７０の反射光を受ける偏光板１７１
および集光レンズ１７２と、ビームスプリッタ１７０の
透過光を受ける１／４波長板１７３とを備えている。１
／４波長板１７３の後部側には、入射光を透過光と反射
光とに分割する偏光ビームスプリッタ１７４が設けられ
ていおり、これらの透過光と反射光との光路中には、そ
れぞれ集光レンズ１７５，１７６が介装されている。受
光光学系１７ａで３つに分割された光Ａ，Ｂ，Ｃは、そ
れぞれ干渉光伝送用光ファイバ１７ｂに導入され、その
他端側に設置された光電変換素子１７ｃにより電気信号
に変換されて、ディスプレイ１８に送出される。

【００２５】このように構成された受光部１７では、ビ
ームスプリッタ１７０に入射した干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、
２つに分割され、一方は、１／４波長板１７３を、他方
は、偏光板１７０に入射する。偏光板１７０は、偏光ビ
ームスプリッタ４０ａに対して、４５°傾いて配置され
ている。１／４波長板１７３も偏光ビームスプリッタも
結晶軸が偏光ビームスプリッタ４０ａに対して、４５°
傾いている。

【００２６】この結果、光Ａと同Ｂとでは、位相が１８
０°ずれた状態となり、また、光Ｃは、位相が９０°ず
れている。従って、３個の光電変換素子１７ｃから出力
される信号は、図７に示すような状態となり、これらの
信号から、Ｘ＝Ａ−ＢおよびＹ＝２｛Ｃ−（Ａ＋Ｂ）／
２｝を求め、この値（Ｘ，Ｙ）から反射ターゲット１６
の変位ｄがコンピュータ２０で演算される。

【００２７】なお、受光部１７の構成は、図６に示した
構成に限られることはなく、同図において光ファイバ１
７ｂを省略して、集光レンズ１７２，１７５，１７６か
らの光Ａ，Ｂ，Ｃを光電変換素子１７ｃでそれぞれ直接
受光するようにしてもよい。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８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の固定部位の主軸位置に、例えば、スピンドル部
に直接ないしは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
分光機構部４２の部位〔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。各反射ターゲット１６は、
多軸干渉計１４のケーシング３０に設けられている貫通
孔３０ｃ〜３０ｅと同軸上に設置され、その後は、これ
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、反射ターゲット１６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９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、駆動モータ３６ｃを駆動することにより、入射お
よび出射窓部３０ａ，３０ｂに対向する位置に、分光機
構部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
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、ＩＳ
Ｏ−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、駆動モータ３６ｃを駆動することにより、入射およ
び出射窓部３０ａ，３０ｂに対向する位置に、分光機構
部４２の部位〔１〕が対応するようにセットされる。こ
の動作の確認後、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１０６〜１０
８）、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）。

【００３４】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。

【００３５】図１０〜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３４ａは、上記実施例と同
様に、干渉計部４０と分光機構部４２ａとから構成され
ている。

【００３６】干渉計部４０は、上記第１実施例と同様
に、偏光ビームスプリッタ４０ａと、一対の１／４波長
板１０ｂ，４０ｃと、コーナープリズム４０ｄとから構
成されているが、分光機構部４２ａは、何も設けられて
いない部位〔１ａ〕と、入射光Ｌを下方に反射する三角
ミラー４２０ａが設けられている部位〔２ａ〕と、入射
光Ｌを上方に反射する三角ミラー４２１ａが設けられて
いる部位〔３ａ〕と、入射光Ｌを右横方向に反射する三
角ミラー４２２ａが設けられている部位〔４ａ〕とから
構成されている。

【００３７】このように構成された分光機構部４２ａに
よると、各部位〔１ａ〕〜〔４ａ〕の測定光Ｍ，参照光
Ｒおよび干渉光（Ｍ＋Ｒ）が、図５に示した光路と同じ
状態になるので、上記第１実施例と同等の作用効果が得
られる。図１３、図１４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３４ｂは、上記実施例と同様
に、干渉計部４０と分光機構部４２ｂとを有している。

【００３８】干渉計部４０は、偏光ビームスプリッタ４
０ａと、コーナープリズム４０ｄとから構成されてい
て、コーナープリズム４０ｄが偏光ビームスプリッタ４
０ａの上部側に配置されていて、第１実施例の干渉計部
４０から一対の１／４波長板４０ｂ，４０ｃを実質的に
除去した構造になっている。分光機構部４２ｂは、上記
第１実施例と同様に何も設けない部位〔１ｂ〕と、偏光
ビームスプリッタ４０ａからの入射光を下方に反射する
ペンタプリズム４２０ｂが設けられている部位〔２ｂ〕
と、偏光ビームスプリッタ４０ａからの入射光を上方に
反射するペンタプリズム４２１ｂが設けられている部位
〔３ｂ〕と、偏光ビームスプリッタ４０ａからの入射光
を右方に反射するペンタプリズム４２２ｂが設けられて
いる部位〔４ｂ〕とから構成されている。

【００３９】このように構成された干渉計本体３４ａに
よると、図１４に各部位〔１ｂ〕〜〔４ｂ〕の光路を示
すように、反射ターゲット１６に向かう測定光Ｍと、反
射ターゲット１６で反射されて、分光機構部４２ｂに戻
る測定光Ｍとが別の光路を辿り、また、参照光Ｒもコー
ナープリズム４０ｄ内で反射して別の位置に出射する
が、干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、受光部１７に導かれるので、
上記実施例と同様にＮＣ工作機の自動測長が行える。

【００４０】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４０ａやペンタプリズム４２０ｂ〜４２２ｂ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４２ｂが安価にな
る。

【００４１】図１５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。同図に示す実施例では、干渉
計本体３４ｃは、上記実施例と同様に、干渉計部４０’
と分光機構部４２ｃとを有しており、これらはともにス
テージ３２上に設置されている。

【００４２】干渉計部４０’は、偏光ビームスプリッタ
４０ａ’と、この偏光ビームスプリッタ４０ａ’の上面
側に接着された４個のコーナープリズム４０ｄ’とから
構成されていて、偏光ビームスプリッタ４０ａ’は、ス
テージ３２の移動方向に沿って細長く形成され、その前
面側がケーシング３０の入，出射窓部３０ａ，３０ｂに
対向するようになっている。

【００４３】分光機構部４２ｃは、上記第１実施例と同
様に何も設けない部位〔１ｃ〕と、偏光ビームスプリッ
タ４０ａ’からの入射光を下方に反射するペンタプリズ
ム４２０ｃが設けられている部位〔２ｂ〕と、偏光ビー
ムスプリッタ４０ａ’からの入射光を上方に反射するペ
ンタプリズム４２１ｃが設けられている部位〔３ｃ〕
と、偏光ビームスプリッタ４０ａ’からの入射光を右方
に反射するペンタプリズム４２２ｃが設けられている部
位〔４ｃ〕とから構成されている。

【００４４】このように構成した干渉計本体３４ｃで
は、干渉計部４０’と分光機構部４２ｃとがともにステ
ージ３２とともに移動するものの、分光機構部４２ｃの
光路は、第３実施例の図１４と同様になり、その結果、
第３実施例と同等の作用効果が得られる。図１６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。
同図に示す実施例では、第３実施例の分光機構部４２ｂ
のペンタプリズム４２０ｂ〜４２２ｂを三角ミラー４２
０ｄ〜４２２ｄに替えている。

【００４５】このように構成された干渉計本体３４ｄに
よっても上記各実施例と同様にＮＣ工作機の各軸に対す
る自動測長が行えるとともに、分光機構部４２ｄを三角
ミラー４２０ｄ〜４２２ｄで構成しているので、実施例
３の場合よりもさらに干渉計本体４２ｃが安価になる。
図１７および図１８は、本発明の第６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３４ｅは、上記各実施例と同様に、干渉計部４
０”と分光機構部４２ｅとを有しており、これらはとも
にステージ３２上に設置されている。

【００４６】干渉計部４０”は、偏光ビームスプリッタ
４０ａ”と、この偏光ビームスプリッタ４０ａ”の下面
側に、１／４波長板４０ｂ”を介して接着された４個の
コーナープリズム４０ｄ”とから構成されていて、偏光
ビームスプリッタ４０ａ”は、ステージ３２の移動方向
に沿って細長く形成され、その左端部側の出射面に１／
４波長板４０ｃ”が配置され、その前面側がケーシング
３０の入，出射窓部３０ａ，３０ｂに対向するようにな
っている。

【００４７】分光機構部４２ｅは、何も設けない部位
〔１ｅ〕と、偏光ビームスプリッタ４０ａ”からの入射
光を下方に反射するペンタプリズム４２０ｅが設けられ
ている部位〔２ｅ〕と、偏光ビームスプリッタ４０ａ”
からの入射光を上方に反射するペンタプリズム４２１ｅ
が設けられている部位〔３ｅ〕と、偏光ビームスプリッ
タ４０ａ”からの入射光を右方に反射するペンタプリズ
ム４２２ｅが設けられている部位〔４ｅ〕とから構成さ
れている。

【００４８】また、各ペンタプリズム４２０ｅ〜４２２
ｅの出射面には、１／４波長版４２３ｅが固着されてい
る。このように構成された干渉計本体３４ｅを採用した
場合には、部位〔１ｅ〕〜〔４ｅ〕の各光路が、図５に
示した第１実施例と実質的に同一になるので、上記実施
例と同等の作用効果が得られる。なお、図１７中に符号
８２で示した部材は、移動機構３６のラックピニオンの
バックラッシ防止用のコイルバネである。

【００４９】図１９は、本発明の第７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３４ｆは、上記実施例と同様に、干渉計部４０
と、その後方側に配置される分光機構部４２ｆとを有し
ている。

【００５０】干渉計部４０は、上記第３実施例と同様
に、偏光ビームスプリッタ４０ａとコーナープリズム４
０ｄとから構成されていて、偏光ビームスプリッタ４０
ａは、その前面側がレーザ光の入，出射窓部３０ａ，３
０ｂに対向するように固定配置されている。一方分光機
構部４２ｆは、３個の反射ミラー４２０ｆ，４２１ｆ，
４２２ｆから構成されていて、各ミラー４２０ｆ，４２
１ｆ，４２２ｆは、円板状の回転ステージ３８０上に載
置固定されている。

【００５１】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３６ｃより回転駆動される。この
ときの回転位置は、モータ３６ｃ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４２０
ｆ，４２１ｆ，４２２ｆは、偏光ビームスプリッタ４０
ａ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。

【００５２】回転ステージ３８０は、９０°の等間隔で
４つの部位〔１ｆ〕〜〔４ｆ〕に分割されていて、これ
らの３つの部位〔２ｆ〕〜〔４ｆ〕に反射ミラー４２０
ｆ，４２１ｆ，４２２ｆが配置されていて、残りの１つ
の部位〔１ｆ〕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３４ｆでは、回転ステージ３
８０を回転させて、なにも配置されていない部位〔１
ｆ〕を偏光ビームスプリッタ４０ａに対向させると、偏
光ビームスプリッタ４０ａからの入射光を、反射ターゲ
ット１６側に直進させることができる。

【００５３】また、回転ステージ３８０を回転させて、
反射ミラー４２０ｆを偏光ビームスプリッタ４０ａに対
向させると、偏光ビームスプリッタ４０ａ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４２１ｆを偏光ビ
ームスプリッタ４０ａに対向させると、偏光ビームスプ
リッタ４０ａからの入射光を上方向に反射させることが
できる。

【００５４】またさらに、回転ステージ３８０を回転さ
せて、反射ミラー４２２ｆを偏光ビームスプリッタ４０
ａに対向させると、偏光ビームスプリッタ４０ａ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３４ｆにおいても上記各
実施例と同等の作用効果が得られるとともに、このよう
な構成を採用すると分光機構部４２ｆの移動および切替
えが簡単になる。

【００５５】図２１〜図２４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３４ｇ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た干渉計部4000を有して
いる。

【００５６】干渉計部4000は、３個の偏光ビームスプリ
ッタ4000a 〜4000c と、各偏光ビームスプリッタ4000a
〜4000c の一側面に固着されたコーナープリズム4000d
〜4000f とを備え、偏光ビームスプリッタ4000a 〜4000
c が光ファイバ１５の端面と受光部１７とにそれぞれ対
向するように、ステージ３２上に一列状に配置されてい
て、以下の３つの部位〔１ｇ〕〜〔３ｇ〕を有してい
る。

【００５７】部位〔１ｇ〕では、入射光に対して、測定
光が透過されるように、その上面側にコーナープリズム
4000d が配置されている。部位〔２ｇ〕では、部位〔１
ｇ〕と同様に、偏光ビームスプリッタ4000ｂ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
ナープリズム4000e が配置されている。部位〔３ｇ〕で
は、偏光ビームスプリッタ4000ｃ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プリズ
ム4000ｆが配置されている。

【００５８】図２４に本実施例の干渉計部4000の光路の
詳細を示している。同図において部位〔１ｇ〕では、光
ファイバ１５から出射したレーザ光Ｌは、偏光ビームス
プリッタ4000a に入射し、ここで透過光と反射光とに分
光され、透過光が測定光Ｍとなって背面側のコーナープ
リズム１６側に向かう。反射光は、参照光Ｒとしてコー
ナープリズム4000d に向かう。コーナープリズム16,400
0dで反射した光は、再び偏光ビームスプリッタ4000a に
入射し、この部分で相互に干渉させられ、干渉光（Ｍ＋
Ｒ）が受光部１７に入射する。

【００５９】部位〔２ｇ〕では、光ファイバ１５から出
射したレーザ光Ｌは、偏光ビームスプリッタ4000ｂに入
射し、ここで透過光と反射光とに分光され、反射光が測
定光Ｍとなって上方のコーナープリズム１６側に向か
う。透過光は、参照光Ｒとしてコーナープリズム4000ｅ
に向かう。コーナープリズム16,4000eで反射した光は、
再び偏光ビームスプリッタ4000b に入射し、この部分で
相互に干渉させられ、干渉光（Ｍ＋Ｒ）が受光部１７に
入射する。

【００６０】部位〔３ｇ〕では、光ファイバ１５から出
射したレーザ光Ｌは、偏光ビームスプリッタ4000c に入
射し、ここで透過光と反射光とに分光され、反射光が測
定光Ｍとなって右側方のコーナープリズム１６側に向か
う。透過光は、参照光Ｒとしてコーナープリズム4000ｆ
に向かう。コーナープリズム16,4000fで反射した光は、
再び偏光ビームスプリッタ4000c に入射し、この部分で
相互に干渉させられ、干渉光（Ｍ＋Ｒ）が受光部１７に
入射する。このように構成された干渉計本体３４ｇによ
ると、反射ターゲット１６に向かう測定光Ｍと、反射タ
ーゲット１６で反射されて、干渉計部4000ａ〜4000c に
戻る測定光Ｍとが別の光路を辿り、また、参照光Ｒもコ
ーナープリズム４０ｄ内で反射して別の位置に出射する
ことになるが、干渉光（Ｍ＋Ｒ）は、受光部１７に導か
れるので、例えば、図２２に示した状態から天地を逆に
して、フライス盤Ａに装着すると、上記実施例と同様に
ＮＣ工作機の自動測長が行える。

【００６１】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4000a 〜4000c が大型になるものの、分光機構部
の機能を干渉計部4000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。

【００６２】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。

【００６３】

【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、多軸干
渉計と光源部とのアライメント作業が不要になり、多軸
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】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第１実施例
を示す全体システム構成図である。

【図２】同多軸レーザ測長機の多軸干渉計の分解斜視図
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説明図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図４に示した干渉計本体に
おける各部位の光路説明図である。

【図６】同多軸レーザ測長機の受光部の一例を示す構成
説明図である。

【図７】図６に示した受光部で検出される電気信号の波
形図である。

【図８】本発明による多軸レーザ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９】本発明の多軸レーザ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１０】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第２実施
例を示す多軸干渉計の要部分解斜視図である。

【図１１】図１０の多軸干渉計の断面図である。

【図１２】同干渉計の干渉計本体の平面図である。

【図１３】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第３実施
例を示す多軸干渉計の断面図である。

【図１４】図１３に示した干渉計の各部位における光路
説明図である。

【図１５】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第４実施
例を示す干渉計本体の正面図，平面図および側面図であ
る。

【図１６】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第５実施
例を示す多軸干渉計の要部分解斜視図である。

【図１７】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第６実施
例を示す多軸干渉計の要部分解斜視図である。

【図１８】図１７に示した多軸レーザ測長機の干渉計本
体の正面図，平面図および側面図である。

【図１９】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第７実施
例を示す多軸干渉計の要部斜視図である。

【図２０】本発明にかかる多軸レーザ測長機の第８実施
例を示す多軸干渉計の要部分解斜視図である。

【図２１】図２０に示した多軸干渉計の組立状態の断面
図である。

【図２２】図２０に示した多軸レーザ測長機の干渉計本
体の正面図，平面図および側面図である。

【図２３】図２２に示した干渉計の各部位における光路
説明図である。

【図２４】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 光源部 １４ 多軸干渉計 １５ 光ファイバ 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 ケーシング ３２ ステージ ３６ 移動機構 ３８ 検出手段 ３９ 取付け基板 ３４，３４ａ〜３４ｇ 干渉計本体 ４０，４０’，４０”4000 干渉計部 ４２，４２ａ〜４２ｇ 分光機構部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を発射する光源部と、 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とともに、測定光
   と参照光の干渉光を送出する干渉計本体と、その切替え
   機構とを内蔵した多軸干渉計と、 前記光源部と前記干渉計本体との間に設置され、前記光
   源部からのレーザ光を前記干渉計本体に導く光ファイバ
   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干渉計本体側
   に反射する複数の反射ターゲットと、 前記干渉計本体からの干渉光を受光する受光部と、 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を備えたことを特徴とする
   多軸レーザ測長機。
2. 【請求項２】 前記多軸干渉計は、前記光ファイバに対
   向する入射窓部と、前記受光部に対向する出射窓部とを
   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
   前記分光機構部と、干渉計部とを有する干渉計本体とを
   備え、 前記切替え機構は、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た
   ことを特徴とする請求項１記載の多軸レーザ測長機。
3. 【請求項３】 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、前記ステージ上に固定設置され
   た前記干渉計部と、前記ステージ上にあって、前記干渉
   計部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、前記干渉計部からの入射光を直進さ
   せる部位と、前記干渉計部からの入射光を上または下方
   向に反射させる部位と、前記干渉計部からの入射光を横
   方向に反射させる部位とを有することを特徴とする請求
   項２記載の多軸レーザ測長機。
4. 【請求項４】 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前記干渉計部と、前記ステージ側
   に配置された分光機構部とを備え、 前記分光機構部は、前記干渉計部からの入射光を直進さ
   せる部位と、前記干渉計部からの入射光を上または下方
   向に反射させる部位と、前記干渉計部からの入射光を横
   方向に反射させる部位とを有することを特徴とする請求
   項２記載の多軸レーザ測長機。
5. 【請求項５】 前記多軸干渉計は、前記光ファイバに対
   向する入射窓部と、前記受光部に対向する出射窓部とを
   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、 入射したレーザ光をｘ，ｙ，ｚ軸方向に向けて出射する
   干渉計部を有する干渉計本体とを備え、 前記切替え機構は、前記ステージを直線移動させて前記
   干渉計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た
   ことを特徴とする請求項１記載の多軸レーザ測長機。