JPS588444B2 - 変位測定装置 - Google Patents

変位測定装置

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JPS588444B2
JPS588444B2 JP52051302A JP5130277A JPS588444B2 JP S588444 B2 JPS588444 B2 JP S588444B2 JP 52051302 A JP52051302 A JP 52051302A JP 5130277 A JP5130277 A JP 5130277A JP S588444 B2 JPS588444 B2 JP S588444B2
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JP
Japan
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grating
light
mirror
measuring device
light beam
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JP52051302A
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JPS52142539A (en
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アレキサンダ−・タ−ンバル・シエフア−ド
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FUERANTEI PLC
Original Assignee
FUERANTEI PLC
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Publication date
Application filed by FUERANTEI PLC filed Critical FUERANTEI PLC
Publication of JPS52142539A publication Critical patent/JPS52142539A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/26Mechanical 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
    • G01D5/32Mechanical 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 with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical 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 with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347Mechanical 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 with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34707Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
    • G01D5/34715Scale reading or illumination devices

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この−発明は、第二の物体に対する相反二方向の一方の
第一の物体の相対移動の程度および向きを測定する装置
に関するものである。
二物体の相対移動の測定はしばしば工作機械および検査
分野において特に要求される。
このような測定を行なうための多くの装置が知られてお
り、これらのうちで普通のものは各物体上に1つずつ担
持された一対の光学格子によって発生されるモアレ縞模
様(moire fringe)を使用する装置である
英国特許第760,321号および第810,478号
明細書にはこのタイプの装置が記載されている。
これらの明細書に記載された装置および多くの他の装置
は、2つの光学格子間に非常に狭いギャップを必要とし
かつ2つの格子の間隔および相対配列の変化に対してき
わめて感度が高い。
さらに、これらの装置は、格子表面の一部を暗くしつる
油、切削流体、削りくずその他の材料による格子表面の
汚染の影響牽受ける。
特に、前禰装置は誉れらの逆位相平衡信号を格子の別個
の区域から誘導し、そのために不均一汚染がこれらに異
なった程度に影響を及ぼし、装置の故障を生じた。
したがって、この性質の問題を回避するために、装置の
移動部品の非常に正確な案内路を設け、かつ格子表面を
汚染する材料をできるだけ排除する手段を設けることが
必要であった。
この発明の一目的は、上記欠点を持たない、二物体の相
対移動の程度および向きを測定する装置を提供すること
である。
この発明によって提供される、第二の物体に対する相反
二方向の一力の第一の物体の相対移動の程度および向き
を測定する装置においては、2つの相対的に可動な物体
の1つによって担持され、相対移動の方向に実質的に直
角な格子線を有する反射格子、および2つの相対的に可
動な物体の他のものによって担持されかつ格子線に実質
的に平行な方向に等間隔の少なくとも3つの光ビームを
発生するために配置された光源と、焦平面内に配置され
た該光源を有しかつ格子の一区域上へ光ビームを投射し
て反射されるようにするために配置された第一のレンズ
と、格子から反射された光ビームを、格子線に実質的に
平行な軸線を中心とする均一なねじれを有するミラー上
へ集光するために配置された第二のレンズと、焦平面内
に実質的に配置された該ミラーを有しか?ミラーから反
射された光ビームを格子の異なった区域上へ投射してさ
らに反射されるようにするために配置された第三のレン
ズと、各さらに反射された光ビームを別個の感光装置上
へ集光するために配置された第四のレンズとからなる光
学系が設けられている。
つぎに添付図面を参照してこの発明の一実施態様を記載
する。
第1,2図を参照すると、反射格子10は機械の固定床
11に取付けられ、格子線12が機械キャリジの移動力
向13に直角に延在するように配列されている。
キャリジ自体14は光学系15を担持する。
光学系の詳細は第1図に示されている。4つノ別個の光
源81〜S4は第一のレンズL1の焦平面内に格子線に
平行な方向に等間隔dsで配置されている。
これらの4つの光源はレンズL1を通過しかつ格子10
の区域Aを照射する4つの平行光ビームを発生する。
4つの光ビームは格手ハターンによって変調され、第二
のレンズL2を通じて反射され、ミラーMの表面上に集
光する。
ミラーMは格子線12に平行な軸線16を中心として均
一なねじれを与えられる程度の弾性を持つ反射体である
ねじれを与える方法に関しては後述する。
ミラーMはレンズL2の焦平面内のみならず、第三のレ
ンズL3の焦平面内にも配置されている。
これにより変位した光ビームは格子10の区域Bへ指向
される。
区域Bは前記区域Aに近接しているが、区域Aから分離
されている。
格子は再び4つの光ビームを反射し、これらのビームは
最後に4つの別個の感光検出器D1〜D4上に集光され
る。
光源81〜S4、レンズL1,L2,L3およびミラー
Mからの4つの光ビームにより、格子の区域Aの4つの
像が格子の区域B上に投影され、ミラーMのねじれによ
り格子に沿った1/4ピッチの相対変位が生成さぢる。
区域Aおよび区域Bの像間の相互作用により、像平面内
にモアレ縞模様パターンが生成され、このパターンは4
つの検出器D1〜D4により99°の位相間隔で検出さ
れる。
4つの重なり合った像は格子平面内で均一な強さを与え
るから、格子の区域A9可視像を区域B上に見ることは
できない。
4つの検出器上に投影する4つの光源の像は90°の位
相差で個々に変調される。
ミラーMのねじれは、各ビームが次のものから、格子線
に垂直な平面内で、ビームが格子の区域Bに衝突する所
で測定した、格子ピッチのいに等しい距離だけ変位され
るようにして与えられる。
格子に相対的な光学系の移動は、ミラーによる反転によ
り、区域B上の区域Aの像を反対力向に移動させる。
したがって、区域Bの格子線と投影直角変調パターン間
の相互作用によって発生されモアレ縞模様に及ぼす効果
は、二重ピッチ格子の効果である。
したがって自動的な周波数倍加効果が起こる。
格子に入射する光(一ムは平行であるから、光学系に対
する格子の精密な位置は重要でない。
したがって間隔は非常に精密な限界に維持される必要が
ない。
上述した周波数倍加効果はまた所定分解能に対してより
粗い格子の使用を可能にする。
二対の平衡信号が格子の実質的に同一の区域から得られ
るところの4位相システムが使用されるから、格子の表
面が完全に暗《されない限り、この構成は格子表面の不
均一汚染に比較的不感性である。
ねじられるミラーの形態は第3図に示されている。
中央長力形部分31は反射区域であり、4つの突出アー
ム32が支持体を形成している。
これらのうちの3つは反射面が開口34上に延在するよ
うに支持部材33に固着されている。
4番目のアームは調整ねじ35上に位置し、ミラー自体
の弾性がこのアームをねじと接触させて維持する働きを
する。
ねじの適当な調整により任意の所望程度のねじれがミラ
ーに付与され、それにより異なった格子ピッチに対し正
確な位相シフトを与える。
ミラーおよびその調整は上述したものとは異なった形態
をとることもできる。
モアレ縞模様をカウントしかつ格子と光学系間の移動の
向きおよび程度の所要指示を得るために使用される電子
回路は記載されてない。
多くの適当な4位相回路が既知であり、このような回路
は本発明の一部を形成しない。
この装置で発生される信号から最高の利益を得るために
、信号は、良好な共通モード阻止を有しかつ広範囲の振
幅にわたって動作する増幅器に、逆位相対で印加される
べきである。
これが必要であるのは、格子の汚染は振幅のかなりの損
失を生ずるが、安定な直流平衡状態を維持するからであ
る。
上述した実施態様では4つの別個の光源が使用された。
これらは発光ダイオードであることが便利であるが、他
の光源を使用することもできる。
あるいは、格子線に平行な方向に延在する単一の細長い
光源を使用してもよい。
用語「光」は任意の適当な波長の電磁放射線を含むもの
であるが、この装置では通常可視光が使用される。
4つのレンズL1〜L4は材料の1つ以上のブロックか
ら形成することができ、球型の通常のレンズである。
【図面の簡単な説明】
第1図は格子および光学系の略図である。 第2図は第1図の構成の側面図である。 第3図はミラーの構成を示す。 10:反射格子、11:固定床、12:格子線、14:
キャリジ、15:光学系、S1〜S4:光源、L1〜L
4:レンズ、M:ミラー、D1〜D4:感光検出器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第二の物体に対する相反二方向の一力の第一の物体
    の相対移動の程度および向きを測定する装置において、
    2つの相対的に可動な物体の1つによって担持され、相
    対移動の方向に実質的に直角な格子線を有する反射格子
    、および2つの相対的に可動な物体の他のものによって
    担持されかつ格子線に実質的に平行な方向に等間隔の少
    なくとも3つの光ビームを発生するために配置された光
    源と、焦平面内に配置された該光源を有しかつ光ビーム
    を格子の一区域上へ投射して反射されるようにするため
    に配置された第一のレンズと、格子から反射された光ビ
    ームを、格子線に実質的に平行な軸線を中心とする均一
    なねじれを有するミラー上へ集光するために配置された
    第二のレンズと、焦平面内に実質的に配置された該ミラ
    ーを有しかつミラーから反射された光ビームを格子の異
    なつた区域上へ投射してさらに反射されるようにするた
    めに配置された第三のレンズと、各さらに反射された光
    ビームを別個の感光装置上へ集光するために配置された
    第四のレンズとからなる光学系を含むことを特徴とする
    前記測定装置。 2 ミラーに加えられた均一なねじれか、格子線に垂直
    な平面内において各光ビームを次のものから、格子ピッ
    チの1/4に等しい格子表面上で測定した距離だけ変位
    させるようになっている特許請求の範囲第1項記載の測
    定装置。 3 光源が、前記光ビームの1つをそれぞれ発生する多
    数の別個の発光装置からなる特許請求の範囲第1項また
    は第2項記載の測定装置。 4 各発光装置が発光ダイオードである特許請求の範囲
    第3項記載の測定装置。 5 ミラーが4つのアームが突出する反射面からなり、
    アームの少なくとも1つが適当な調整手段によって可動
    である特許請求の範囲第1〜4項の1つに記載の測定装
    置。
JP52051302A 1976-05-08 1977-05-06 変位測定装置 Expired JPS588444B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB19049/76A GB1525049A (en) 1976-05-08 1976-05-08 Displacement-indicating apparatus
GB000000019049 1976-05-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS52142539A JPS52142539A (en) 1977-11-28
JPS588444B2 true JPS588444B2 (ja) 1983-02-16

Family

ID=10122898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP52051302A Expired JPS588444B2 (ja) 1976-05-08 1977-05-06 変位測定装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4115008A (ja)
JP (1) JPS588444B2 (ja)
DE (1) DE2720195A1 (ja)
GB (1) GB1525049A (ja)

Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Publication number Publication date
US4115008A (en) 1978-09-19
GB1525049A (en) 1978-09-20
DE2720195A1 (de) 1977-11-17
JPS52142539A (en) 1977-11-28

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