JPS59208403A

JPS59208403A - 寸法測定方法およびその装置

Info

Publication number: JPS59208403A
Application number: JP8384583A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiko Shigemura; 繁村　龍彦; Hiroaki Shimazutsu; 島筒　博章; Teruyuki Matsumoto; 松本　輝幸; Masatoshi Yamada; 正俊山田; Tetsuo Nakamura; 哲男中村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1983-05-13
Filing date: 1983-05-13
Publication date: 1984-11-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明はレーザ光の干渉を利用して寸法を精密に測定す
る方法およびその装置に関する。

レーザ光はすぐれた干渉性を有しているので、この干渉
性を利用して部品の寸法等を正確に測定する方法および
装置が各種開発されている。

たとえば、第１図には干渉縞計数法による装置を示す。

すなわち、図中８はレーザ光源、Ｂは半透鏡、Ｍｌは固
定鏡、Ｍ雪は寸法測定をおこなう部品等に接触する移動
鏡、Ｐは光強度検出器である。そして、レーザ光源Ｓか
ら放射されたレーデ光はその一部が半透鏡Ｂで反射され
て固定鏡Ｍ１に入射し、また残りのレーデ光はこの半透
鏡Ｂを透過して移動鏡Ｍ、ｆｉｒ入射する。

そして、これら固定鏡Ｍ、からの反射光と移動鏡Ｍ、か
らの反射光との干渉光は光強度検出器Ｐに入射する。そ
して、移動鏡Ｍ、を光路に沿って移動させると、レーザ
光の波長をλとしたとき、この移動量Ｍ、の移ｅａｔλ
／２　を周期として光強度検出器Ｐでの干渉光の強度が
変動する。よって、この移動鏡Ｍ２の移動に伴う干渉光
の強度変動の周波数を連続計測し、移動鏡Ｍ。

の位置をレーデ光の波長λを基準スケールとして正確に
測定でき、部品の寸法等を正確に測定することができる
。

また、この他にヘテロゲイン法と称される測定方法もあ
る。この方法は装置の構成は上記とほぼ同様であり、移
動鏡Ｍ！を移動させる時の速度変化によって生じる光の
周波数偏移（ドッゾラーシフト）を検出、積分して移動
量を求めるものである。

また、この他に干渉縞合致法と称されるものもあり、そ
の装置の一例を第２図に示す。このものは前記第１図の
光強度検出器の代シに十字線を有する読取シ望遠鏡Ｃを
設けたものである。

なお、第２図中の読取り望遠鏡Ｃ内にはその視野を示す
。そして、このものはある光程差に対して、波長の異な
る２つ以上の光によって生じる干渉縞を測定するもので
ある。そして、光路差の概略値があらかじめ判明してい
ればそれらの干渉縞の端数すなわち第２図中におけるｅ
ｉ。

ｄｉ　　の比ｅｉ／ｄｉ　　から精密な光路差を求め、
正確な測定をすることができる。

さらに、この他に位相差検出法と称されるものもある。

以下これを第３図ないし第４図を参照して説明する。第
３図はこの方法にもとづく装置の概略を示す。すなわち
、図中Ｓはレーデ光源、Ｂは半透釧、Ｍ、は寸法測定用
の移動鏡、Ｍ３は移動自在な走査鏡、Ｐは光強度検出器
である。

そして、このものはまず移動鏡Ｍ！を所定の基準位置り
、に位置させた状態で走査鏡Ｍ、を基準位置から移動さ
せると、光強度検出器Ｐに入射する走査鏡Ｍｓからの反
射光と移動鏡Ｍ、からの反射光との干渉光の強度はとの
走査鏡Ｍ。

の移動に伴つで第４図のｆ、に示す如く変動する。次に
移動鏡Ｍ、を測定位置であるり２位置まで移動させた状
態で同様に走査鏡Ｍ、を移動させ、光強度の変動ｆ、を
求める。そして、との場合のｆ＞　　、ｆｔの位相差φ
は移動鏡Ｍ、の位置の差ΔＬに対応してお如、 λ ΔＬ＝ｌ・（Ｎ十山）　・・・（１）Ｎ：　ΔＬの概略値から定′まる整数 λ：レーザ光の波長で求められる。

ところで、前記「干渉縞計数法」、「ヘテロダイン法」
は装置の構成は簡単にできるが、移動鏡の移動期間中に
おける信号を連続的に測定する必要があり、測定方法が
面倒なため適用が制限される。また、「干渉縞合致法」
は波長の異なる複数のレーザ光を使用する必要があり、
装置の構成が複雑となる不具合があった。これに対して
「位相差検出法」は装置の構成、測定方法も比較的簡単
であるが、位相差を求めるため移動鏡を基準位置および
測定位置に位置させた状態で２回の測定をおこなわなけ
ればならず、測定操作をより簡略化することが望まれて
いた。

本発明は以上の事情にもとづいてなされたもので、その
目的とするところは測定操作が簡琴な寸法測定方法およ
びその装置を提供することにある。

すなわち本発明の方法は、レーザ光源から放射されたレ
ーデ光を固定された基準固定鏡、寸法測定用の移動鏡お
よび移動自在な走査鏡にそれぞれ反射させ、上記移動鏡
が所定の基準位置にある状態において上記走査鏡を移動
させ上記基準固定鏡からの反射光と上記走査鏡からの反
射光の干渉光である参照干渉光および上記移動鏡からの
反射光と上記走査鏡からの反射光である測定干渉光の光
強度変動の基準位相差をあらかじめ測定する過程と、上
記移動鏡が測定位置にある状態において走査鏡を移動さ
せて上記参照干渉光と測定干渉光の光強度変動の測定位
相差を測定しこの測定位相差と上記基準位相差との差か
ら上記移動鏡の位置を求める過程とを具備したものであ
る。しだがって最初に基準となる基準位相差を求めてお
けば、その後の測定では１回の測定操作で参照干渉光と
測定干渉光の光強度変動を求めることができ、測定位相
差を求めることができる。よって最初に算出した基準位
相差とこの測定位相差の差から移動鏡の位置を求めるこ
とができ、測定操作が容易となるものである。

また、本発明の装置は、所定の広がりをもったレーザ光
を放射するレーザ光源と、このレーデ光を反射して寸法
測定用の移動鏡に入射させるとともに中央部に透孔の形
成された分光用反射鏡と、この分光用反射鏡の透孔を通
過したし一ザ光を反射する基準固定鏡と、移動自在な走
査鏡と、上記基準固定鏡からの反射光と上記走査鏡から
の反射光との干渉光を受光する参照光強度検出器と、上
記移動鏡からの反射光と上記走査鏡からの反射光との干
渉光を受光する測定光強度検出器とを具備したものであ
る。したがって、上記の方法を容易に実施することがで
き、また構造も簡単である。

以下第５図ないし第７図（ａ）ｔ　（ｂ）をか照して本
発明の装置の一実施例を説明する。図中１はレーザ光源
であって、所定の広がりをもったレーザ光を放射する。

また、２は半透鏡であって、光路に対して４５°の角度
で設置され、レーザ光の一部を反射し、残りを透過する
。まだ、との半透鏡２の後方には分光用反射鏡３が設け
られている。この分光用反射鏡は光路に対して４５″の
角度で設置され、またその中央部には透孔４が形成され
ている。したがって、レーザ光源１から放射されたレー
ザ光はある広がりをもっているため、その一部は分光用
反射光３の透孔４を通過し、また残りはこの分光用反射
鏡３で反射される。そして、との透孔４を通過しだレー
ザ光は基準固定鏡５に入射し、反射される。また、この
分光用反射鏡３で反射したレーザ光は寸法測定用の移動
鏡６に入射し、反射される。

なお、この移動鏡６は寸法を測定すべき部品に接触ある
いは取付けられ、また部品の表面が平滑な場合にはその
表面を移動鏡として使用するものであって、この移動鏡
６の位置を測定することによって寸法を求めるものであ
る。！、た、前記半透鏡２で反射した一部のレーザ光は
移動自在な走査鏡７に入射し、反射される。そして、上
記基準固定鏡５で反射した光と走査鏡７で反射した光と
が干渉した参照干渉光は参照光強度検出器８に受光され
、また移動鏡６で反射した光と走査鏡７で反射した光と
が干渉した測定干渉光は測定光強度検出器９で検出され
るように構成されている。そして、これら参照強度検出
器８および測定光強度検出器９は参照干渉光および測定
干渉光の光強度を検出する。

次にとのような装置を用いた本発明の方法の一実施例を
説明する。

まず、移動鏡６を所定の基準位置であるり。

位置に位置させた状態において、レーザ光源１からレー
ザ光を照射し、また走査鏡７を所定の速度で移動させな
がら参照干渉光と測定参照光の光強度の変動を測定し、
これら光強度の変動の基準位相差φ。を求める。そして
、この基準位相差φ。とＬｏとの関係を記録しておく。

次に移動鏡６を測定位置Ｌ１まで移動させた状態で、前
記と同様に走査鏡２を移動させ表がら参照干渉光と測定
干渉光の変動の測定位相差φ。

を求める。したがって、この場合の基準位置Ｌ０に対す
る移動鏡６の位置Ｌ１の差ΔＬはλ Δ１＝百（Ｎ＋φ、−φ０）　　・・・（２）Ｎ：　Δ
Ｌの概略値から定まる整数 λ：レーザ光の波長で求めることができる。よって、最初に基準位相差φ。

を求めておけばその後は１回の測定操作で測定位相差φ
、が求められ、これをもとにして移動鏡６の位置が求め
られるので測定操作がきわめて簡単となる。

なお、第６図（ａ）　、　（ｂ）および第７図（ａ）　
、　（ｂ）には測定の具体例を示す。第６図（ａ）　、
　（ｂ）は被測定物の外形寸法を測定する場合のもので
、まず第６図（ａ）に示す如く基準面１１と同一平面に
位置するように反射鏡６′　を設け、レーザ光を反射さ
せて測定をおこない基準位相差φ。を求める。

次に第６図（ｂ）に示す如く基準面１１に被測定物１３
を押し付け、この被測定物１３の表面でレーザ光を反射
させて測定をおこない測定位相差φ、を求め、この被測
定物１３の寸法を測定する。

また、第７図（ａ）　９　（ｂ）には管の肉厚を測定す
る場合の例を示す。すなわち、まず第７図（、）に示す
如く基準面１１でレーデ光を反射させて測定をおこない
、基準位相差φ。を求める。次に測定すべき管１４の外
面を基準面に押圧し、この管１４の内面でレーザ光を反
射させて測定をおこない、φ１を求め、この管１４の肉
厚を測定する。

上述の如く本発明の方法はレーザ光源から放射されたレ
ーザ光を固定された基準固定鏡９寸法測定用の移動鏡お
よび移動自在な走査鏡にそれぞれ反射させ、上記移動鏡
が所定の基準位置にある状態において上記走査鏡を移動
させ上記基準固定鏡からの反射光と上記走査鏡からの反
射光の干渉光である参照干渉光および上記移動鏡からの
反射光と上記走査鏡からの反射光である測定干渉光の光
強度変動の基準位相差をあらかじめ測定する過程と、上
記移動鏡が測定位置にある状態において走査鏡を移動さ
せて上記参照干渉光と測定干渉光の光強度変動の測定位
相差を測定しこの測定位相差と上記基準位相差との差か
ら上記移動鏡の位置を求める過程とを具備したものであ
る。したがって最初に基準となる基準位相差を求めてお
けば、その後の測定では１回の測定操作で参照干渉光と
測定干渉光の光強度変動を求めることができ、測定位相
差を求めることができる。よって最初に算出した基準位
相差とこの測定位相差の差から移動鏡の位置を求めるこ
とができ、測定操作が容易と力るものである。

また、本発明の装置は、所定の広がりをもったレーザ光
を放射するレーザ光源と、とのレーザ光を反射して寸法
測定用の移動鏡に入射させるとともに中央部に透孔の形
成された分光用反射鏡と、この分光用反射鏡の透孔を通
過したレーザ光を反射する基準固定鏡と、移動自在な走
査鏡と、上記基準固定鏡からの反射光と上記走査鏡から
の反射光との干渉光を受光する参照光強度検出器と、上
記移動鏡からの反射光と上記走査鏡からの反射光との干
渉光を受光する測定光強度検出器とを具備したものであ
る。しだがって、上記の方法を容易に実施することがで
き、また構造も簡単である等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は従来例の概略構成図、第４図は位
相差を説明する線図である。第５図は本発明の装置の一
実施例を示す概略構成図、第６図（ａ）＊　（ｂ）およ
び第７図（ａ）　、　（ｂ）は測定の具体例を説明する
概略図である。１・・・レーザ光源、２・・・半透鏡、３・・・分光用
反射鏡、４・・・透孔、５・・・基準固定鏡、６・・・
移動鏡、７・・・走査鏡、８・・・参照光強度検出器、
９・・・測定光強度検出器。出願人復代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦娠瀝要（（ａ）第７（ａ）５図（ｂ）図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　レーザ光源から放射されたレーザ光を固定さ
れた基準固定鏡９寸法測定用の移動鏡および移動自在な
走査鏡にそれぞれ反射させ、上記移動鏡が所定の基準位
置にある状態において上記走査鏡を移動させ上記基準固
定鏡からの反射光と上記走査鏡からの反射光の干渉光で
ある参照干渉光および上記移動鏡からの反射光と上記走
査鏡からの反射光である測定干渉光の光強度変動の基準
位相差をあらかじめ測定する過程と、上記移動鏡が測定
位置にある状態において走査鏡を移動させて上記参照干
渉光と測定干渉光の光強度変動の測定位相差を測定しこ
の測定位相差と上記基準位相差との差から上記移動鏡の
位置を求める過程とを具備したことを特徴とする寸法測
定方法。
（２）　　所定の広がりをもったレーザ光を放射するレ
ーデ光源と、このレーザ光を反射して寸法測定用の移動
鏡に入射させるとともに中央部に透孔の形成された分光
用反射鏡と、この分光用反射鏡の透孔を通過したレーデ
光を反射する基準固定鏡と、移動自在な走査鏡と、上記
基準固定鏡からの反射光と上記走査鏡からの反射光との
干渉光全受光する参照・光強星検出器と、上記移動鏡か
らの反射光と上記走査鏡からの反射光との干渉光を受光
する測定光強度検出器とを具備したことを特徴とする寸
法測定装置。