JPH0961115A - ボールゲージバー及び光学測長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ボールゲージバーに対するレーザ測長システ
ムの組込みを可能とすることによって、さらに測定精度
を高め、レーザ測長器を用いた他の測定系と一致する測
定精度を得られる。 【解決手段】 入れ子式に伸縮可能な一対の中空のバー
２，３の端部にそれぞれボール５，６を備え、前記各ボ
ール５，６のうち、一方をワークテーブル９に、他方を
ワークスピンドル１２にピボット式に接続することによ
り、ワークテーブル９に対するスピンドル１２の動作軌
跡を測定するボールゲージバー１において、前記各中空
バー５，６の内部に、両者の伸縮に応じた距離を測長す
るための干渉計１４、受光光学系１５，１６、コーナキ
ューブ１７からなる光学測長系を組込み、この光学測長
系を中空バー２の外端部に接続される光ファイバケーブ
ル２３，２４，２５を介して外部に位置するレーザヘッ
ド部３０に接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボールゲージバー
及びこのボールゲージバーを含む光学測長装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ボールゲージバーは、精密ＮＣ工作機械
などの機械運動精度の計測に用いられるものである。ボ
ールゲージバーの構造は、例えば、特開平５−２５６６
０２号公報に開示されているように、基本的に入れ子式
に伸縮可能な一対の中空のバーのそれぞれの端部に一対
のボールを備えており、前記各ボールのうち一方をテー
ブルなどの固定部に、他方をワークスピンドルなどの可
動部にピボット式に接続することによって、前記可動部
の運動に追随して中空バーを旋回運動させるとともに、
旋回に応じた中空バー同士の伸縮運動に伴う距離変化
を、これの内部に組込まれた検出手段によって検出する
ものである。

【０００３】他方、精密ＮＣ工作機械の他の計測システ
ムとして、例えば、特開平２−２２５０３号公報に開示
されているように、レーザ測長器が知られている。この
計測システムでは、直線的な基本的測長のほか、測定光
学系との組合わせによって真直度、直角度、平面度など
の各種精密測定が可能であり、精密機械には欠かせない
測定システムとなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記ボールゲージバー
の検出手段としては、従来では差動トランスが用いられ
ていた。これは、細く、容積に限りのある中空バーの中
に配置する検出手段として好適な構造ではあるが、レー
ザ測長器のような測定精度は、得られない。これに対し
て、従来のレーザ測長器は、レーザヘッド、レシーバな
どからなる主要本体部分を構成するレーザヘッド部が大
型で、干渉計などの光学系に対し光軸を合わせて分離状
態に配置され、その測定には、大きなスペースを必要と
するため、この種の測定用には使えないものとされてい
た。

【０００５】このため、以上のような各種精密測定を必
要とする機械工場では、レーザ測長器とボールゲージバ
ーの双方を購入しなければならず、しかも双方ともかな
り高額な測定機器であるため、経済的負担が大きい上
に、両者の測定精度の違いなどによる調整も必要として
いた。本発明は、ボールゲージバーに対するレーザ測長
システムの組込みを可能とすることによって、さらに測
定精度を高め、レーザ測長器を用いた他の測定系と一致
する測定精度を得られるようにすることを目的としてい
る。

【０００６】また、本発明では、ボールゲージバーに用
いるレーザ測長システムと、他の測長系との共用化を図
ることによって、安価に提供できるようにすることを他
の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、入れ子式に伸縮可能な一
対の中空のバーの端部にそれぞれ設けられた一対のボー
ルを備え、前記各ボールのうち、一方を被測定対象の固
定側に、他方を被測定対象の可動側にピボット式に接続
することにより、前記固定側に対する前記可動側の動作
軌跡を測定するボールゲージバーにおいて、前記各中空
バーの内部に組み込まれ、当該中空バーの伸縮に応じた
距離を測長するための光学測長系と、前記光学測長系と
外部に設置するレーザーヘッド部との間を光学的に接続
する光ファイバケーブルとを設けたことを特徴としてい
る。すなわち、中空バーの内部にレーザ干渉装置の光学
測長系を組込み、可撓変形可能な光ファイバケーブルに
よって主要本体部分であるレーザヘッド部と接続するこ
とで、ボールゲージバーの自由な動きを許容しつつレー
ザ測長システムの導入を可能としたものである。また、
請求項２記載の発明では、請求項１記載のボールゲージ
バーにおいて、前記レーザヘッド部は、前記光ファイバ
ケーブルの着脱により他の光学測長系と共用することに
よって、この種の測定装置を安価に提供できるようにし
たものである。

【０００８】

【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説明する。図１はボールゲ
ージバーの詳細を示すもので、このボールゲージバー１
は、大径の中空バー２と、大径中空バー２の上部側内周
に入れ子式に摺動可能に挿通される小径の中空バー３
と、小径中空バー３の外周に介在されて、常時小径中空
バー３を突出方向に付勢する圧縮コイルバネ４と、各中
空バー２，３のそれぞれの端部に一体に突設された硬質
金属ボール５、６を備えている。

【０００９】各硬質金属ボール５，６は、一端が中空バ
ー２，３に固設された軸の他端側に回転可能に支持され
ている。測定に際しては、大径中空バー２側のボール５
は、ピボット軸受７を有するマグネットチャック８を介
してワークテーブル９上に設置される。また、他方のボ
ール６は、同じくピボット軸受１０を有するマグネット
チャック１１を介してワークスピンドル１２にピボット
式に接続され、前記ワークスピンドル１２の水平面ｘ，
ｙ方向の円弧運動及び垂直ｚ方向の運動に追随して中空
バー２，３を旋回運動させる。

【００１０】この運動時において、バネ４のバネ圧によ
ってボール６は、常時ワークスピンドル１２に固定され
たピボット軸受１０側に押しつけられ、この結果、大径
中空バー２に対して小径中空バー３は、伸縮運動し、こ
の運動に伴う距離変化を、内部に組込まれた検出手段に
よって検出し、この検出値に基づく可動部の実軌道と予
めプログラムされた予定軌道との差を演算、表示するこ
とによって、機械の加工精度や性能を診断するほか、機
械の設定値などの調整、変更などに役立たせる。

【００１１】検出手段として本実施例では、 両中空バ
ー２，３の伸縮に応じた距離を測長するための光学測長
系を組込み、この光学測長系を、前記中空バー２の外端
部に接続される光ファイバケーブルを介して外部に位置
する後述のレーザヘッド部に光学的に接続している。よ
り具体的には、大径中空バー２の内部に干渉計１４及び
受光光、参照光を受光するための受光光学系１５，１６
を組込み、小径中空バー３の内端部に、前記干渉計１４
及び受光光学系１５，１６の光軸と一致するコーナキュ
ーブ１７を固定配置している。

【００１２】また、これら干渉計１４、受光光学系１
５，１６は、大径中空バー２の外側部を貫通して固定配
置されたレセプタクル１８，１９に着脱可能に接続され
る光ファイバコネクタ２０，２１，２２を介して光ファ
イバケーブル２３，２４，２５に接続されている。な
お、レセプタクル１８には、コリメートレンズ２６が組
込まれており、コネクタ２１，２２には、セルフォック
レンズ２７，２８が組込まれている。また、光ファイバ
ケーブル２３は、偏波面保存ファイバとして機能し、光
ファイバケーブル２４，２５は、ライトガイドとして機
能する。

【００１３】図２は、以上のボールゲージバー１と前述
したレーザヘッド部３０との接続関係の詳細を示してい
る。図において、レーザヘッド部３０は、ハウジング３
１の内部に配置されたレーザチューブ３２及びこのレー
ザチューブ３２の前面の光路上に配置された光ビームス
プリッタ、１／４波長板、およびビーム拡大器などから
なる送光部３３、および受光部３４が設けられ、それぞ
れをハウジング３１の前面を貫通して配置された前記ボ
ールゲージバー１と同一のレセプタクル３５，３６に対
向させている。

【００１４】各レセプタクル３５，３６には、前記光フ
ァイバケーブル２３，２４，２５の他端に設けたファイ
バコネクタ３７，３８，３９が着脱可能に接続されてい
る。従って、レーザチューブ３２から出光したレーザ光
を光ファイバケーブル２３を通じてボールゲージバー１
内に取込み干渉計１４を通じてコーナキューブ１７に照
射し、その反射光及び参照光を受光光学系１５，１６に
より受光し、これを光ファイバケーブル２４，２５を通
じて受光部３４に取込むことができる。

【００１５】受光部３４は、それぞれ反射光及び参照光
を受光するフォトダイオード４０，４１と、これらによ
り光電変換された電気信号を受信するレシーバ回路４２
と、内挿回路４３と、カウンタ回路４４及び表示用の表
示回路４５とからなっており、表示回路４５は、外部に
接続されたパソコン４６にその値を出力する。図３は、
以上のボールゲージバー１を用いた測定表示の一例を示
すもので、パソコン４６の画面上には、予めプログラム
された軌道Ａを真円とした場合に、その表示と、これに
対する測定値Ｂが表示される。機械的誤差に応じて測定
値Ｂはその真円の軌道Ａに対して蛇行状の軌道となる。

【００１６】従って、この測定値Ｂを判断することによ
ってワークヘッド１２の動作精度を知るとともに、この
測定値が寸法公差範囲に収っているか否かや、不具合の
有無を判定できることになる。以上のボールゲージバー
を用いた測定システムのうち、レーザヘッド部３０は光
ファイバコネクタ３７，３８，３９の交換によってその
まま他の測定に転用することができる。

【００１７】図４は、前記レーザヘッド部３０を用い
て、前記ワークテーブル９の移動距離や平行度、直線度
などを測定するための光学系に適用したものであって、
前記ボールゲージバー１内に配置されているものと同様
に干渉計１４、受光光学系１５，１６及びレセプタクル
１８，１９を組込んだスタンド形ハウジング５０と、ワ
ークテーブル９上にあってスタンド５１に支持されたコ
ーナキューブ１７とを備え、ワークテーブル９の移動量
などをこれらによって測定できるようになっている。

【００１８】従って、本体部分を共用した形で光ファイ
バコネクタ３７，３８，３９の交換または付け替えによ
って別の測定系に適用できることになる。なお、コネク
タを交換するのでなく、切替え機構などによって切替え
測定を行えるようにすれば、測定対象の変更作業をさら
に簡単に行うことができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１記載の発明にあっては、中空バーの内部にレーザ干
渉装置の測定光学系を組込み、可撓変形可能な光ファイ
バケーブルによって主要本体部分であるレーザヘッド部
に接続することで、ボールゲージバーの自由な動きを許
容しつつレーザ測長システムの導入を可能に出来、これ
によって、この種の測定の精度を向上することができる
利点がある。

【００２０】また、本発明のうち請求項２記載の発明に
あっては、前記ボールゲージバーによる測定とその他の
測定を、装置の主要部であるレーザヘッドを共用しつつ
行えるため、安価に提供できるとともに、異種測定によ
る測定精度の差が生じないため調整などの手数を省くこ
とができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るボールゲージバーの内部構成を示
す断面図である。

【図２】同ボールゲージバーとレーザヘッド部との接続
関係を示す説明図である。

【図３】同ボールゲージバーを用いた測定内容の一例を
示す説明図である。

【図４】同レーザヘッドを別の光学測定系に転用した一
例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ボールゲージバー ２，３ 中空バー ５，６ ボール ９ ワークテーブル（被測定対象の固定側） １２ ワークスピンドル（被測定対象の可動側） １４，１５，１６，１７ 光学測定系 （１４ 干渉計、１５，１６ 受光光学系、１７ コー
ナキューブ） ２３，２４，２５ 光ファイバケーブル ３０ レーザヘッド部 ５０，５１ 他の光学測長系

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入れ子式に伸縮可能な一対の中空のバー
   の端部にそれぞれ設けられた一対のボールを備え、前記
   各ボールのうち、一方を被測定対象の固定側に、他方を
   被測定対象の可動側にピボット式に接続することによ
   り、前記固定側に対する前記可動側の動作軌跡を測定す
   るボールゲージバーにおいて、 前記各中空バーの内部に組み込まれ、当該中空バーの伸
   縮に応じた距離を測長するための光学測長系と、 前記光学測長系と外部に設置するレーザーヘッド部との
   間を光学的に接続する光ファイバケーブルとを設けたこ
   とを特徴とするボールゲージバー。
2. 【請求項２】 請求項１記載のボールゲージバーにおい
   て、前記レーザヘッド部は、前記光ファイバケーブルの
   着脱により他の光学測長系と共用することを特徴とする
   光学測長装置。