WO2007020738A1 - レーザ測長器 - Google Patents

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WO2007020738A1
WO2007020738A1 PCT/JP2006/310824 JP2006310824W WO2007020738A1 WO 2007020738 A1 WO2007020738 A1 WO 2007020738A1 JP 2006310824 W JP2006310824 W JP 2006310824W WO 2007020738 A1 WO2007020738 A1 WO 2007020738A1
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reflected
polarization
axis
measurement
laser
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PCT/JP2006/310824
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Tohru Shimizu
Original Assignee
Tokyo Seimitsu Co., Ltd.
Tosei Engineering Corp.
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Definitions

  • one of the two split laser beams is reflected by a reflecting mirror (corner cube) that is wound around the object to be measured, and the other is reflected back by a fixed reference corner cube.
  • the present invention relates to a laser length measuring device for measuring a relative movement distance by counting the number of interference fringes which are caused to interfere with laser light and change relative to the measurement object.
  • NC numerically controlled
  • test items and test methods are specified in the standards of 6 2 0 1-1 9 0 9.
  • the items specified here are movement in the direction of each movement axis
  • the method of calculating the maximum value or 2 average value of the error at each movement point is specified.
  • Fig. 1 is a diagram showing an example of conventional arrangement for measuring the accuracy of an NC machine tool (machining center) using a laser length measuring device.
  • the machine tool 91 includes a processing tool unit 92 that holds and drives a processing tool, a mounting table 93 on which a workpiece is placed, and an NC controller 97 that controls them.
  • the processing tool portion 92 is movable in the upward and downward directions (Z-axis direction), and the stage 93 is movable in two directions perpendicular to each other in a plane perpendicular to the Z-axis direction. The movement is controlled by the mouth-7.
  • predetermined movement amounts in each axial direction from these NC controllers 9 7 Measure how much you actually moved when instructed to move only. What is illustrated is the case of measuring the movement amount error and the backlash in the direction (X-axis direction) indicated by the arrows.
  • the optical axis of the laser light emitted from the laser light source 3 coincides with the X-axis direction
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the interference optical unit 13.
  • the laser light source 3 is a laser light source that outputs a good (long interference distance) laser light such as an H e -N e laser, and the laser light output from the laser light source 3 is a polarization beam splitter. It is divided into two laser beams in the evening 1 3 1.
  • the optical axis of the polarization beam splitter 113 is adjusted to be 45 degrees with respect to the polarization plane of the incident laser light.
  • the laser light passing through the polarization beam splitter 1 3 1 is P-polarized, and the laser light reflected by the polarization beam splitter 1 3 1 is called S-polarization, and the polarization directions are orthogonal to each other.
  • One laser beam (P-polarized light) is incident on a corner cube 1 7 disposed at the end of the stage 93, where it is reflected in the opposite direction and re-polarized. Incident on beam splitter 1 3 1.
  • the other laser beam (S polarized light) is incident on the reference corner cube 132 provided in the interference optical unit 1000, is reflected there in the reverse direction, and is incident on the polarized beam splitter 1 31 again. Do.
  • the laser beam incident on the polarization beam splitter 1 3 1 from the corner 1 cube 1 7 and the laser beam incident on the light beam split 1 3 1 from the reference corner cube 1 3 2 are polarized light beams 1 3 1 They overlap at 1 and pass through the polarizers 1 3 8 and then enter the photodetector 1 3 3.
  • the intensity of the interference fringes is largest when the optical path difference between the two laser beams is an integral multiple of the wavelength of the laser beam, and the optical path difference is an integer multiple of the wavelength And 1 Z 2 differ when smallest. Therefore, when the stage 93 moves relatively and the corner cube 17 located at the end moves, the output intensity of the light detector 133 changes periodically. Specifically, when the corner cube 17 moves relative to the light source by one or two wavelengths, an optical path difference occurs between the wavelengths in both directions. Therefore, the number of cycles in which the output intensity of the light detector 133 changes changes 1/2 wavelength. The multiplied value is the movement distance of the corner 1 cube 17, ie, the mounting table 9 3.
  • the output signal of the photodetector 13 3 is amplified by the amplifier 1 34, then compared with the intermediate level of the output signal by the comparator 1 3 5 and converted into a binary signal, which is then corrected 1 3 Count by six.
  • the measured value calculation unit 1 3 7 calculates the movement distance from the value of 1 36.
  • test items and test methods are specified in the standards such as IS 2 2 0 3 0 2 and JIS-B-6 2 0 1 1 0 9 0, etc., which are specified here. It is general to measure movement error in the direction of each movement axis of the item using a laser length measuring machine.
  • the (1) The laser light was set to be incident on the interference lens from the light source, and the reflecting mirror (corner one cube) was placed on the table of the machine tool, and the movement distance of the table was measured.
  • No. 3 2 2 discloses a laser interferometer which is switched to emit a measurement laser beam in three directions perpendicular to one another. Disclosure of the invention
  • each axis of a machine tool or the like uses a measurement head that switches the emission direction of the measurement beam to three orthogonal axes. The positioning measurement of was performed. In this case, it is necessary to adjust the emitting direction of the beam so that orthogonal three-axis beams emitted from the measuring head are orthogonal to each other.
  • This adjustment consists of selecting three combinations of two beams out of three orthogonal three-axis beams, and using one of the two beams as the pencil prism. In order to make a right-angle bend and adjust the wedge prism provided on the outgoing light of these beams so as to be parallel to the optical axis of the other beams, an adjustment procedure was performed.
  • the laser interferometer divides the laser beam into a measurement beam and a reference beam directed to the measurement reflection unit, and also reflects the measurement beam and the reference beam reflected in the reverse direction.
  • the laser beam measuring system measures the relative movement distance with the reflection mirror by combining the interference light with this and counting the change of the interference fringes of this interference light. Of these, always emit the measurement beam in at least one axial direction.
  • the orthogonality of the 3-axis measurement beam is achieved by adjusting the combination of the 2-axis measurement beam, but at this time, the orthogonal adjustment is easy because at least 1-axis beam is always emitted. And it will be possible to do exactly.
  • the laser length measuring device comprises a first beam splitter for dividing a laser beam into a first beam and a second beam, a third beam and a fourth beam, and a second beam. And a second beam splitter which splits each of the reflected beams in the direction opposite to those of the third and fourth beams and emits them in the direction opposite to the second beam.
  • the first reference is moved to the optical path of the first beam and the first beam reflected is reflected in the incident direction to be a reference beam.
  • Reflection unit when the first beam is used as a measurement beam, the third beam is moved onto the optical path of the third beam and the third beam incident is reflected in the incident direction to be used as a reference beam.
  • Emitting unit and second beam split from the second beam in the opposite direction In the first beam reflected beam and the first beam splitter incident on the first beam splitter in the opposite direction to the first beam from either of the reflected beams of the third and fourth beams.
  • a beam selector for selecting a beam to be synthesized; and a light receiver for generating an electric signal according to interference fringes of interference light between the beam selected by the beam selector and the reflected beam of the first beam.
  • the first, third, and fourth beams are used as measurement beams to be emitted in the directions of three axes, and the fourth beam is always emitted.
  • the beam selection unit is realized as a second polarization adjustment unit capable of switching whether to rotate the polarization direction of the reflected beam emitted from the second beam splitter in the opposite direction to the second beam by 90 degrees.
  • the second polarization adjustment unit may be configured as a 1 Z two-wavelength plate movable between a position on the light path and a position not blocking the light path, or a laser beam passing according to the applied voltage.
  • it may be configured as an electro-optical element such as a liquid crystal optical element capable of switching whether or not to rotate the polarization direction of 90 degrees.
  • the 'beam selection unit is provided on the optical path of the reflected beams of the third and fourth beams emitted from the second beam splitter in the opposite direction to the second beam, and changes the polarization direction. Therefore, it may be realized as a polarization unit which transmits only one of these reflected beams.
  • a polarized beam splitter is provided as a second beam splitter.
  • the polarization unit may be configured as a plurality of polarizing plates having different movable polarization directions, which are alternately positioned on the light path, or may be configured as a polarization plate whose polarization direction can be changed by rotating the light path as a rotation axis. Alternatively, it may be configured as an electro-optical element such as a liquid crystal optical element capable of switching the polarization direction according to the applied voltage.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a conventional arrangement for measuring movement errors in the movement direction of an NC machine tool.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a conventional interference optical unit.
  • FIG. 3 is a block diagram of a laser interferometer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of an optical interference unit shown in FIG.
  • FIG. 5 is a block diagram of the receiver unit shown in FIG.
  • FIG. 6 is an operation explanatory view of the optical interference unit 1 when distance measurement is performed in the first axis direction.
  • FIG. 7 is an operation explanatory view of the optical interference unit 1 when distance measurement is performed in the second axis direction.
  • FIG. 8 is a dynamic explanatory view of the optical interference lens 1 when distance measurement is performed in the third axis direction.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the adjustment of the directness of the three axes by means of the CW.
  • FIG. 10 is a view for explaining the squareness adjustment of the first axis beam L 1 and the third axis beam L 3.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the squareness adjustment of the second axis beam L 2 and the third axis beam L 3.
  • FIG. 12 is a diagram (part 1) for explaining the squareness adjustment of the first axis beam L 1 and the second axis beam L 2.
  • FIG. 13 is a diagram (part 2) for explaining the orthogonality adjustment of the first axis beam L 1 and the second axis beam L 2.
  • FIG. 14 is a block diagram of a second embodiment of the beam selection unit.
  • FIG. 15A is a block diagram of a third embodiment of the beam selection unit.
  • FIG. 15B is a block diagram of a fourth embodiment of the beam selection unit.
  • FIG. 15C is a block diagram of a fifth embodiment of the beam selection unit. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 3 is a block diagram of a laser interferometer according to an embodiment of the present invention.
  • the laser interferometer is connected to the power supply 2 and the power supply 2, and the wavelength stabilization H e N e laser light source 3 for emitting a laser beam whose wavelength is stabilized by wavelength stabilization control, and this laser Interference light which will be described later
  • a polarization maintaining fiber 4 for transmitting to a learning unit 1 is provided.
  • the interference optics 1 holds the machining tool of the machine tool 9 1. It is provided at the end of the processing tool part 92 to be driven. Then, the measuring beam L 1 emitted from the interference optical unit 1 in the first axial direction is reflected on the mounting table 93, and interference light is reflected.
  • the measurement reflection unit 1 7 3 is provided to reflect the measurement beam L 3 emitted to the light source 1 back to the interference optical unit 1.
  • the corner-cube force is preferably used as these measured reflection units 1 7 1 to 1 7 3.
  • the present laser interferometer is obtained by causing the measurement beam returned from the measurement reflection units 1 1 to 1 7 3 to the interference optical unit 1 to interfere with the reference beam to be described later in the interference optical unit 1.
  • the photoelectric conversion unit 6 is provided to photoelectrically convert a four-phase interference signal which is different by 90 degrees of the target phase by the photo detector 7 to generate a four-phase electric signal.
  • a light guide 5 for transmitting a four-phase interference signal from the interference optical unit 1 to the photoelectric conversion unit 6 and a strength of the four-phase electric signal generated by the photoelectric conversion unit 6 are used.
  • FIG. 4 is a block diagram of the optical interference unit 1 shown in FIG.
  • the optical interference unit 1 includes a collimating lens 2 1 for converting the laser beam emitted from the polarization maintaining fiber 4 into a parallel beam, and a second axis beam L 2 for advancing the parallel beam in the second axis direction.
  • first polarized beam splitter 2 that splits the beam L i ′ traveling in the first axis direction and the polarization of the beam L i 1st axial beam L 1 that travels in the first axis direction with the beam L i that has passed through the 1/2 wavelength plate 2 3 that rotates the light direction by 45 degrees and 1/2 wavelength plate 2 3 and 3 axis direction
  • a second polarized light beam splitter 24 splits into a traveling beam L 3.
  • the optical interference unit 1 receives either the first axis beam L 1 or the third axis beam L 3 from the exit holes 1 1 and 13 provided in the housing 10 of the optical interference unit 1. When each of them is emitted and used as a measurement beam, it is moved to the optical path of the second axis beam L 2 to reflect the incident second axis beam in the incident direction to make it a reference beam. Nit 4 3 and moving mechanism 4 4 for moving it and second axis beam L
  • the reflection beam is reflected again by the second polarization beam split.
  • the reflected beam is also re-incident. It enters the second polarized beam splitter 24 and emits it in the opposite direction to the beam L i.
  • the reflected beam of the first axis beam L 1 and the reflected beam of the third axis beam L 3 re-enter the first polarized beam splitter 22.
  • the optical interference unit 1 is either the reflected beam of the first axis beam L 1 or the reflected beam of the third axis beam L 3 emitted from the second polarization plate 24 in the opposite direction to the beam L i.
  • the beam selection units 50 and 51 are provided to select one of them as a beam to be combined with the reflected beam of the second axis beam L 2 in the first polarization beam splitter 22. In the example shown in FIG.
  • the beam selection unit rotates the polarization direction (polarization plane) of these reflected beams by 90.degree., The 1/2 wavelength plate 50, and the 1 Z 2 wavelength plate 50 as the reflected beam. It comprises a moving mechanism 51 movable between a position on the light path and a position not blocking the light path.
  • the optical interference unit 1 receives a combined beam L m obtained by combining one of the reflected beams of the first axis beam L 1 and the third axis beam L 3 with the reflected beam of the second axis beam L 2.
  • a receiver unit 3 0 is provided which generates a four-phase interference signal different in phase by 90 degrees by causing these reflected beams to interfere with each other.
  • the optical interference unit 1 adjusts the directions of the second axis beam L2 and the third axis beam L3 emitted from the exit holes 12 and 13 provided in the housing 10, respectively.
  • the two-edge prisms 2 5 and 2 6 are provided.
  • FIG. 5 is a block diagram of the receiver unit 3 0 shown in FIG.
  • reference numeral 31 denotes a 1/2 wavelength plate which rotates the polarization direction (polarization plane) of the combined beam Lm synthesized in the first polarization beam splitter 22 by 45 degrees
  • 32 denotes a second wavelength plate. It is a non-polarization, beam splitter, 33 is a polarization beam splitter, and 34 is a 45 degree right angle prism.
  • Reference numeral 35 is a 45 degree rectangular prism
  • 36 is a component related to a reflected beam of the second axis beam L 2 included in the beam L m, and a first axis beam L 1 included in the beam L m Or one wavelength for shifting the phase of one of the 'components of the reflected beam of the third axis beam L 3 by 90 ° 3 7 is a polarizing beam splitter and 3 8 is a 45 degree right angle prism.
  • FIG. 06 is an operation explanatory diagram of the optical interference unit 1 when performing distance measurement in the first axis direction.
  • the laser beam emitted from the polarization maintaining fiber 5 is made into a parallel beam traveling in the first axis direction by the collimating lens 2 1. ,
  • this laser beam is split by the first polarized beam splitter 22, one of which is reflected in the second axial direction perpendicular to the incident direction to become the second axial beam L 2 of the S polarized light component, and the other is It becomes the beam L i of the ⁇ polarization component traveling in the incident direction.
  • the polarization directions of the beams are shown by both arrows, attached to the beam optical axis of each beam indicated by a one-dot chain line.
  • the split beam L i has its polarization axis rotated by 45 degrees by the 1 Z 2 wavelength plate 23.
  • the beam L i is further split by the second polarization beam splitter 24 and passes through the second polarization beam splitter 24 and travels in the first axis direction to the first axis beam L 1 of the S wave component.
  • the light is reflected by the second polarization beam splitter 24 and becomes the third axis beam L 3 of the P wave component traveling in the third axis direction.
  • the first axis beam L 1 is emitted from the optical interference unit 1 and is reflected by the measurement reflection unit 1 7 1 attached to the object to be measured and returns to the optical interference unit 1 again.
  • the third axis beam L3 reflected by the second polarization beam splitter 2 • 4 passes through the wedge prism 2 6 and is always emitted light.
  • Edged prism 2 6 is the third to obtain mutual orthogonality of three axes. It is provided to adjust the direction of the axial beam L3. For safety, it is desirable to set the 3rd axis direction where laser light is always emitted to the vertical direction of the NC machine tool.
  • the reflected beam of the first axis beam L1 reflected back at a constant interval (for example, 1 O nim) reflected at the measurement reflection mirror 1 71 transmits the second polarized light beam splitter 24 again.
  • the polarization axis (polarization direction) is rotated by 90 degrees by the 1 Z 2 wavelength plate 50 positioned on the optical path by the moving mechanism 5 1 and changed to a P deflection component. As a result, it passes through the first polarized beam splitter 22 and enters the receiver section 3 • 0 as a measurement beam.
  • the second axis beam L2 reflected by the first polarization beam splitter 22 is reflected by the first reference reflection unit 43 positioned on the light path, and is separated by a constant distance For example, it is shifted back by 10 mm, and it is reflected by the first polarized beam splitter 22 and enters the receiver 30 as a reference beam.
  • L m enters the receiver unit 3 0.
  • the measurement beam is a P deflection component and the reference beam is an S deflection component.
  • the polarization direction (polarization plane) of both the P and S polarizations is rotated by 45 degrees and enters the non-polarization beam splitter 32.
  • the beam split by the nonpolarizing beam splitter 32 is split into a transmitting beam and a reflected beam, and the transmitting beam is further split by being incident on a polarization beam splitter 33.
  • the laser beam split by the polarized beam splitter 3 3 interferes with the measurement beam and the reference beam to generate an interference signal.
  • the interference signal generated by reflection is generated as a signal whose light and dark phase is 180 degrees different.
  • the interference signal reflected by the polarized beam splitter 33 is reflected by the 45 ° rectangular prism 34 and emitted parallel to the 0 ° interference signal.
  • the combined beam L m reflected by the nonpolarizing beam splitter 32 is reflected by the 45 ° right-angle prism 35 and then, by the action of the 1 Z 4 wavelength plate 36, either the measurement beam or the reference beam Either one is 90 ° out of phase. Then, the light is incident on a polarized beam splitter 3 7, and the measurement light and the reference light interfere with each other to generate an interference signal.
  • the interference signal generated by reflection is generated as a signal having a phase difference of 180 degrees between light and dark.
  • an interference signal generated by transmitting the polarization beam splitter 3 7 with respect to the above 0 degree interference signal is a 90 degree interference signal.
  • the interference signal generated by reflection becomes a 270 degree interference signal.
  • the four-phase 0, 90, 180 and 270 degree interference signals generated in this way are emitted to the line guide 5 shown in FIG. 4 and transmitted to the photoelectric conversion unit 6. .
  • these four-phase interference signals are converted into four-phase electric signals by the photoelectric conversion unit 6 and input to the counter unit 8.
  • a differential signal between the 0 degree interference signal and the 180 degree interference signal (0 degree interference signal / 1800 degree interference signal), 90 degree interference signal, and Generate 2 0 0 degree interference signal and differential signal (9 0 0 degree interference signal 1 2 0 0 degree interference signal).
  • the DC component contained in the interference signal is removed and the amplitude of the signal is doubled to remove an error due to light amount fluctuation and the like.
  • these phase signals (0 degree interference signal—1 g 0 degree interference signal) and 90 degrees out of phase are By using 0 degree interference signal (1 2 0 0 degree interference signal), division count and direction discrimination become possible.
  • the counter unit 8 converts it into a measurement value in the calculation unit 9 Find the count number for
  • FIG. 7 is an operation explanatory view of the optical interference unit 1 when performing distance measurement in the second axis direction.
  • the reflection units for reference 41 and 44 are respectively moved by the moving mechanisms 42 and 44. See the first.
  • Reflective lens 4 3 is removed from the optical path of the second axis beam L 2, and instead the second reference reflective lens 4 1 is positioned on the optical path of the first axis beam L 1.
  • the laser light emitted from the polarization maintaining fiber 5 is converted into a parallel beam traveling in the first axis direction by the collimating lens 2 1.
  • this laser beam is split by the first polarization beam splitter 22, one of which is reflected in the second axis direction perpendicular to the incident direction to form the second axis beam L 2 of the S polarization component, and the other is the second axis beam L 2. It becomes a beam L i of P-polarization component traveling in the incident direction.
  • the split beam L i has its polarization axis rotated by 45 degrees by the 1/2 wavelength plate 2 3.
  • the beam L i is further split by the second polarization beam splitter 24, and the first axis beam L 1 of the S wave component passing through the second polarization beam split 24 and traveling in the first axis direction, It is reflected by the second polarization beam splitter 24 and becomes a third axis beam L 3 of the P wave component traveling in the third axis direction.
  • the first axis beam L 1 is reflected by the second reference reflection unit 4 1 positioned on the optical axis, and returns with a fixed interval (for example, 10 mm).
  • the third axis beam L 3 passes through the wedge prism 2 6 and is always emitted light.
  • the reflected beam of 1 passes through the second polarized beam splitter 24 again.
  • the polarization axis is rotated 90 degrees by the 1/2 wavelength plate 50.
  • the second axis beam L 2 split and reflected by the 1st polarized light beam V 2 22 is reflected by the first reference reflection mirror 4 3 which is deviated from the optical path of the beam L 2 by the moving mechanism 4 4. Without the edge prism 2
  • the light from the optical interference unit 1 is transmitted through the light 5 and emitted from the optical interference unit 1 and fixed intervals (for example, 10 mm) by the measurement reflection unit 1 72 attached to the object to be measured.
  • the light is shifted back and reflected by the first polarized beam splitter 22. Then, it enters the receiver unit 30 as a measurement beam.
  • receiver unit 30 is the same as the one described with reference to FIG. 5 and FIG.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the optical interference unit 1 when measuring the distance in the third axis direction.
  • the second reference reflection unit 41 is moved by the moving mechanism 42 with respect to the configuration of FIG. 6 showing the case where measurement is performed in the first axis direction, and the second reference reflection unit 4 is used.
  • the first and second reference reflectors 43 are positioned on the light paths of the first axis beam L1 and the second axis beam L2, respectively.
  • the position of the 1 2 wave plate 5 0 is moved by the moving mechanism 5 1.
  • the half wave plate 50 transmits the second polarization beam splitter 24 and travels in the opposite direction to the beam L i.
  • the reflected beam of the lens L 1 and the reflected beam of the third axis beam L 3 which is reflected by the second polarized beam splitter 24 and travels in the opposite direction to the beam L i are deviated.
  • the laser light emitted from the polarization maintaining fiber 5 is collimated by the collimator lens 21 into a parallel beam traveling in the first axial direction.
  • this laser beam is split by the first polarized light beam split 22, one of which is reflected in the second axial direction perpendicular to the incident direction to become the second axial beam L 2 of the S polarized light component, and the other is It becomes a beam L i of P-polarization component traveling in the incident direction.
  • the split beam L i has its polarization axis rotated by 45 degrees by the 1/2 wavelength plate 2 3.
  • the beam L i is further split by the second polarized beam splitter 24, and is transmitted through the second polarized beam splitter 24 and travels in the first axis direction to the first axial beam L 1 of the S wave component, It is reflected by the second polarized beam splitter 24 and becomes a third axis beam L 3 of the P wave component traveling in the third axis direction. Then, the first axis beam L1 is reflected by the second reference reflection unit 4 1 positioned on the optical axis and returns with a predetermined interval (for example, 10 mm).
  • a predetermined interval for example, 10 mm
  • the reflected beam of the first axis beam L 1 reflected back by the second reference reflection mirror 41 passes through the second polarized light beam 24 again. After that, the reflected beam of the first axis beam L1 is reflected by the first polarized beam splitter 24 as it is S polarized light without passing through the 1/2 wavelength plate 50, and the receiver unit 30 Does not enter.
  • the third axis beam L3 reflected by the second polarization beam splitter 24 passes through the wedge prism 26 and becomes a measurement beam. Then, it is reflected by the measurement reflection unit 1 73 disposed to measure the third axis, and is reflected again by the second polarized beam splitter 24.
  • the third axis beam L3 is incident on the first polarization beam splitter 22 without passing through the 1/2 wavelength plate 50, but since the third axis beam L3 is P polarized light, It passes through the polarized beam splitter 22 and enters the receiver 30 as a measurement beam.
  • the second axis beam L2 that is split and reflected by the first polarization beam splitter 22 is reflected by the first reference reflection unit 43 and shifted by a constant distance (for example, 10 mm) and returned.
  • the light is reflected by the first polarization beam splitter 2 2 and is incident on the receiver unit 3 0 as a reference beam.
  • the receiver unit 30 receives the four-phase signal of the interference light between the measurement beam and the reference beam. Generate and emit to Light Guide 5.
  • the optical interference unit 1 comprises a measuring beam and a reference beam which are caused to interfere with each other in order to always emit a beam of one axis (in this case, the third axis beam L 3).
  • One of the beams (beam L i) separated by the first polarization beam splitter 22 generated from the laser beam is further divided into two beams (first axis beam L 1 and third axis beam L 3)
  • the second polarized light beam splitter 24 splits the light into two, and one of them is always used as the outgoing light.
  • the two beams (first axis beam L 1 and third axis beam L 3) split by the second polarization beam splitter 24 do not interfere with each other. Only one of the reflected beams of the book beam is selected as a beam to be interfered with the reflected beam of the other beam (second-axis beam L 2) split by the first polarization beam splitter 22.
  • the beam selectors 50 and 5 1 are provided.
  • Figure 9 shows the wedge prisms 2 5 and 2 6 It is a figure explaining directness adjustment of three axes by the above.
  • the second axial beam L 2 is adjusted by two wedge prisms 25, and the third axial beam L 3 is adjusted by two wedge prisms 26.
  • the wedge prisms 25 and 26 can tilt the beam in any direction within the cone shown by adjusting the two wedge prisms according to the wedge angle.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the squareness adjustment of the first axis beam L 1 and the third axis beam L 3.
  • the optical interference unit 1 is placed on the adjustment table 70 on which the plane mirror 72 2 is erected with the first axis direction oriented in the direction of the plane mirror 72. Then, the first axis beam L 1 is emitted so as to pass through the hole 7 1 provided between the optical interference unit 1 and the plane mirror 1 2 2, and the beam whose diameter is reduced through the hole 7 1 Reflect the light with a plane mirror 1 2. The reflected beam returns to hole 7 1 again.
  • the third axis beam L 3 which is always emitted light, is made to enter the pen prism 7 4 whose angle is adjusted and supported by the tilt table 76, and its traveling direction is precisely 90 degrees Only bend and be approximately parallel to the first axis beam L 1.
  • the beam diameter is narrowed by passing through the hole 7 5 provided between the pen prism 7 4 and the plane mirror 1 7 2, and the beam is reflected by the plane mirror 7 2 and returned to the hole 7 5 again. Then adjust the two wedge prisms 2 6 so that the position of the returned beam will be the position of the hole at the center of the hole 7 5.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the squareness adjustment of the second axis beam L 2 and the third axis beam L 3.
  • the optical axis switch 1 is placed on the adjustment table 70 with the second axis directed in the direction of the plane mirror 72.
  • the third axis beam L 3 which is always emitted light, is made to enter the pen prism 74, and its traveling direction is accurately bent by 90 ° precisely to be almost parallel to the second axis beam L 2. Further, let the beam pass through Le 7 5 and narrow the beam diameter and reflect it back to the hole 7 5 so that the position of the returned light will be the position of the hole at the center of the hole 7 5 Adjust the 2 way tilt table 7 3 of the flat mirror 7 2.
  • the second axis beam L 2 is emitted so as to pass through the hole 7 1, and the beam whose diameter is reduced through the hole 7 1 is reflected by the plane mirror 72.
  • the reflected beam returns to hole 7 1 again.
  • adjust the two wedge prisms 2 5 so that the position of the returned beam will be the position of the center hole of the hole 7 1.
  • FIG. 12 and FIG. 13 are diagrams for explaining the squareness adjustment of the first axis beam L 1 and the second axis beam L 2.
  • the optical interference unit 1 is placed on the adjustment table 70 with the first axis direction facing the flat mirror 72 direction.
  • the outgoing beam is switched to the second axis beam L 2, and the beam L 2 is made to enter the pen prism 7, and its direction is precisely bent 90 °, It is almost parallel to 1-axis beam L 1. Then, let it pass through hole 7 8, narrow the beam diameter, reflect it on flat mirror 72, and return it to hole 7 8 again. Then adjust the wedge prism 2 5 so that the position of the returned light will be the position of the hole at the center of the hole 7 8.
  • the first axis beam L1 and the second axis beam L2 are not always emitted light, when the adjustment of the two-directional tilt table 73 and the adjustment of the wedge prism 25 are performed alternately, the first The outgoing beam is switched between the axial beam L 1 and the second axial beam L 2 for adjustment.
  • Figs. 14 and 15A to 15C are alternative embodiments of the beam selection unit shown in Fig. 4.
  • optical interference 1 shown in FIG. 1
  • a configuration comprising a moving mechanism 51 capable of moving the half wave plate 50 between a position on the optical path of the reflected beam and a position not blocking the optical path was adopted.
  • the configuration of the beam selection unit is not limited to this, and can be realized by various configurations as shown in, for example, FIGS. 14 and 15A to 15C.
  • the beam selection unit can switch whether or not to rotate the polarization direction of the passing laser beam by 90 degrees according to the applied voltage, such as a liquid crystal optical element. It is realized by the optical element 52.
  • the beam splitter 22 is The beam splitter 24 is configured as a polarization beam splitter, and the beam selection unit is configured to reflect the first axis beam L 1 emitted from the beam splitter 24 in the direction opposite to the beam L i. It is configured as a polarizing plate provided on the optical path of the beam and the reflected beam of the third axial beam L 3. By changing the polarization direction of this polarizing plate by 90 degrees, the beam selection unit can select either the reflected beam of the first axis beam L 1 or the reflected beam of the third axis beam L 3. Transmit and let the beam splitter 2 2 enter.
  • a polarizing plate may be provided to polarize the reflected second-axis beam L 2 by the bi-splitter 22 so as to have a polarization plane different in polarization direction by 90 °.
  • the reflected beam of the first axis beam L 1 or the reflected beam of the third axis beam L 3 and the reflected beam from the measurement reflecting unit 12 2 or the first reference reflecting beam 4 3 The reflected beam of the second axis beam L2 is combined by the non-polarizing beam splitter 22 into a combined beam; and the reflected beam of the first axis beam L1 included in the combined beam Lm when combined into Lm.
  • the polarization plane of the component related to any of the reflected beams of the three-axis beam L3 and the polarization plane of the component related to the reflected beam of the second axis beam L2 included in the combined beam Lm differ by 90 degrees
  • a polarizing plate may be provided to polarize the second axis beam L 2 so as to be at an angle.
  • the polarization direction for polarizing the second axis beam L 2 is Switch.
  • two polarizing plates 6 3 and 6 4 different in polarization direction by 90 ° and a moving mechanism 6 5 for moving these polarizing plates 6 4 and 6 5 are provided.
  • the moving mechanism 65 applies either the reflected beam of the first axis beam L 1 or the reflected beam of the third axis beam L 3 to the non-polarizing beam splitter 22 of the polarizing plates 63 and 64.
  • the polarizing plate that polarizes the second axis beam L 2 in the polarization direction different from the polarization direction of the incident reflected beam by 90 ° is moved to the optical path of the second axis beam L 2.
  • the beam selection unit is provided on the optical path of the reflected beam of the first axis beam L 1 and the reflected beam of the third axis beam L 3 that are emitted from the polarized beam splitter 24.
  • the polarization direction of the polarizing plate 66 can be changed by rotating the light path 90 degrees about the rotation axis.
  • a polarizing plate 9 7 capable of rotating 90 ° around the light path as a rotation axis may be provided on the light path of the second axis beam L 2.
  • the polarizing plate 97 reflects the reflected beam of the first axis beam L 1 or the reflected beam of the third axis beam L 3 'according to which of the unpolarized beam splitter 22 is to be incident.
  • the second axis beam L 2 is polarized in a polarization direction different from that of the polarization direction 90 °.
  • the first axis beam emitted from the polarization beam splitter 24 is provided on the optical path of the reflected beam of L 1 and the reflected beam of the third axis beam L 3, It is realized as an electro-optical element 6 8 such as a liquid crystal photoelectric element capable of switching the polarization direction according to the applied voltage.
  • an electro-optical element 6 9 such as a liquid crystal photoelectric element capable of switching the polarization direction according to the applied voltage is placed on the light path of the second beam L 2. You may provide.
  • the electro-optical element 6 9 makes the reflected beam incident depending on which of the reflected beam of the first axis beam L 1 and the reflected beam of the third axis beam L 3 is incident on the non-polarization beam splitter 22.
  • the second axis beam L 2 is polarized in a polarization direction different from that of the beam by 90 °.
  • the present invention provides a laser interferometer capable of easily performing orthogonal adjustment in the directions of orthogonal three axes.
  • one of the two split laser beams is reflected by a reflecting mirror (corner and cube) attached to the measurement object, and the other is reflected by a fixed reference corner cube and the returned laser beam and interference are returned.
  • a laser length measuring device that measures the relative movement distance by counting the number of interference fringes that change with the relative movement amount with the measurement object.
  • NC numerical control

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Abstract

レーザ干渉器(10)は、光源(3)から生じたレーザビームを第１のビーム(L2)と第２のビームとに分割する第１のビームスプリッタ(22)と、第２のビームを第３のビーム(L1)と第４のビーム(L3)とに分割するとともにこれらビーム(L1,L3)と逆方向に入射するそれぞれの反射ビームを第２のビームと逆方向に出射する第２のビームスプリッタ(24)と、第２のビームスプリッタ(24)から第２のビームと逆方向に出射した第３及び第４のビーム(L1、L3)の反射ビームのいずれかのうち、第１のビームスプリッタ(22)に第１のビーム(L2)と逆方向に入射するビーム(L2)の反射光と合成させる一方のビームを選択するビーム選択部(50、51、60、66、68)を、備える。

Description

レーザ測長器 技術分野
本発明は、 2つに分割したレーザ光の一方を測定物体に ΪΓ又り付け られる反射鏡 （コーナーキューブ） で反射させ、 もう一方を固定の 参照用コーナーキューブで反明射させて戻ってきたレーザ光と干渉さ せ、 測定物体との相対移動量に伴田い変化する干渉縞の本数を計数し て相対移動距離を測定するレーザ測長器に関する。 特に数値制御 （ N C ) 工作機械において、 I S O 2 3 0 — 2や J I S - B - 6 2 0 1 - 1 9 9 0等に規定されている各移動軸方向の移動量誤差を測定 するレーザ測長器に関する。 背景技術
N C工作機械の精度については、 I S o 2 3 0 — 2や J I S — B
- 6 2 0 1 - 1 9 9 0等の規格に試験項巨や試験方法が規定されて いる。 ここで規定されている項目は 、 各移動軸方向の移動
パ'ックラッシュ、 ョーイング等である また 、 例えば各移動軸方向 の移動量誤差の試験方法では、 各移動軸方向毎に所定量ずつ移動す る動作を行った後 、 逆方向に同じように戻る動作を所定量繰り返し
、 それぞれの移動点での誤差の最大値や 2 平均値を算出する方法 が規定されている。
上記のような試験項目の測定には、 通常の接触型のゲージや磁気 スケール等も使用されるが、 もっとも一般的にはレーザ測長器が使 用される。 図 1 は、 レーザ測長器を使用して N C工作機械 （マシ二 ングセンタ） の精度を測定するための従来の配置例を示す図である 。 図 1 に示すように、 工作機械 9 1は、 加工ツールを保持し駆動す る加工ツール部 9 2 と、 被加工物を載せる載物台 9 3 と、 それらの 制御を行う N Cコントローラ 9 7 を備える。 加工ツール部 9 2は上 下方向 （ Z軸方向） に移動可能であり、 載物台 9 3は Z軸方向に垂 直な平面内の相互に垂直な 2方向に移動可能であり、 N Cコント口 —ラ 9 7により移動が制御される。
上記の I S O 2 3 0 — 2や J I S— B— 6 2 0 1 — 1 9 9 0の移 動量誤差とバックラッシュの測定に関する規定では、 これらの N C コントローラ 9 7から各軸方向に所定の移動量だけ移動するように 指示した時に実際にどれだけ移動したかを測定する。 図示している のは、 矢印で示した方向 （X軸方向） の移動量誤差とバックラッシ ュを測定する場合であり、 まずレーザ光源 3から出射されるレーザ 光の光軸が X軸方向に一致するように光軸合わせしたレーザ光源 3 を配置する。 次に加ェツール部 9 2の先端にレーザ干渉測長器の千 渉光学ユニッ ト 1 0 0 をレーザ光が入射するように取り付け、 載物 台 9 3の端に反射鏡 （コーナ一キューブ） 1 7 を配置する。
図 2は、 干渉光学ユニッ ト 1 3の構成を示す図である。 レーザ光 源 3は、 H e — N e レーザ等の可干渉性の良好な （干渉距離の長い ) レーザ光を出力するレーザ光源であり、 そこから出力されたレー ザ光は、 偏光ビームスプリ ツ夕 1 3 1で 2つのレ一ザビームに分け られる。 この時、 偏光ビームスプリ ツ夕 1 3 1の光軸は入射するレ —ザ光の偏光面に対して 4 5度になるように調整されている。 この 場合、 偏光ビームスプリ ッタ 1 3 1 を透過するレーザ光は P偏光、 偏光ビ一ムスプリ ッ夕 1 3 1で反射するレーザ光は S偏光と呼ばれ 、 互いに偏光方向が直交している。
一方のレーザビーム （P偏光） は載物台 9 3の端に配置されたコ ーナーキューブ 1 7 に入射し、 そこで逆方向に反射されて再び偏光 ビームスプリ ッタ 1 3 1 に入射する。 他方のレ一ザビーム （ S偏光 ) は干渉光学ユニッ ト 1 0 0 に設けられた参照用コーナーキューブ 1 3 2に入射し、 そこで逆方向に反射されて再び偏光ビームスプリ ッ夕 1 3 1 に入射する。 コーナ一キューブ 1 7から偏光ビームスプ リ ツタ 1 3 1 に入射したレーザビームと参照用コーナーキューブ 1 3 2から 光ビームスプリ ツ夕 1 3 1 に入射したレーザビームは、 偏光ビ一ムスプリ ッタ 1 3 1で重なり合い、 偏光板 1 3 8 を通過し た後光検出器 1 3 3 に入射する。
これらの 2つのレーザビームは相互に干渉し干渉縞を生じるが、 干渉縞の強度は 2つのレーザビームの光路差がレーザビームの波長 の整数倍の時にもっとも大きくなり、 光路差が波長の整数倍と 1 Z 2異なる時にもっとも小さくなる。 そのため、 載物台 9 3が相対移 動し、 その端に配置されたコーナーキューブ 1 7が移動すると光検 出器 1 3 3の出力強度が周期的に変化する。 具体的にはコーナーキ ユーブ 1 7が 1ノ 2波長分相対移動すると、 往復で波長分の光路差 が生じるため、 光検出器 1 3 3の出力強度が変化するサイクル数に 1 / 2波長を乗じた値がコーナ一キューブ 1 7、 すなわち載物台 9 3 の移動距離である。
光検出器 1 3 3の出力信号は、 増幅器 1 3 4で増幅された後、 比 較器 1 3 5で出力信号の中間レベルと比較されて 2値信号に変換さ れ、 それをカウン夕 1 3 6で計数する。 測長値算出部 1 3 7は、 力 ゥン夕 1 3 6の値から移動距離を算出する。
N C工作機械の精度については、 I S 〇 2 3 0— 2や J I S— B - 6 2 0 1 一 1 9 9 0等の規格に試験項目や試験方法が規定されて おり、 ここで規定されている項目の各移動軸方向の移動量誤差は、 レーザ測長器を使用して測定するのが一般的である。 従来は、 図 2 に示した干渉ュニッ トを工作機械に取付けだ上で、 外部に設けたレ 一ザ光源から干渉ュニッ 卜にレーザ光を入射させるようにセッ 卜し 、 工作機械の載物台に反射鏡 （コーナ一キューブ） を配置し、 載物 台の移動距離を測定していた。 しかし、 レーザ光源から干渉ュニッ 卜に入射するレーザ光が各移動軸に平行になるようにセッティ ング するのは煩雑であるだけでなく、 そのようなセッティ ングが行えな い場合もある。 日本国登録実用新案 2 5 1 7 9 2 9号公報にはレー ザ光源から干渉光学ユニッ トへのレーザビームの伝達を光ファイバ で行うことにより配置の自由度を大幅に向上させた分離型レーザ干 渉計が提案されており、 このような分離型レーザ干渉計を使用する ことにより、 上記の問題は解決される。
しかし 、 工作機械では移動軸は通常 3軸あり、 これらのすべての 移動軸方向について移動量誤差を測定する必要がある。 そのため、
1つの移動軸の測定が終了すると、 別の移動軸の測定を行うように 干渉ュ ッ 卜の方向やコーナーキューブの配置を変更する必要があ り、 調 m-作業が煩雑であるという問題があった。 このような問題を 解決するため 、 本出願人は、 日本国公開特許公報特開平 9 一 2 4 3
3 2 2号公報で、 相互に直角をなす 3方向に測定レーザビームを出 射するように切り換えられるレーザ干渉器を開示している。 発明の開示
この うに 、 従来より直交する 3軸方向の移動距離をレーザ干渉 計で測定する際には、 測定ビームの出射方向を直交 3軸に切換えら れる測定へッ ドを用いて工作機械等の各軸の位置決め測定を行って いた。 の場合、 測定ヘッ ドから出射される直交 3軸のビームは互 いに直交であるべく、 ビームの出射方向を調整する必要がある。
この調整は、 直交 3軸のビームのうちの 2本のビームの組合せを 3通り選んで、 2本のビームのうちの一方の光軸をペン夕プリズム で直角に曲げて、 他のビームの光軸と平行になるように、 これらビ 一ムの出射光に設けたゥエッジプリズムを調整するなどの調整手順 で行つていた。
しかしながら、 日本国登録実用新案 2 5 1 7 9 2 9号公報に示す ようなレーザ干渉器では、 直交 3軸方向に出射されるビームのうち 、 測定方向に出射する測定ビームのみが干渉光学ュニッ トから出射 する構成となっており、 2軸のビームが同時に存在しないため上記 調整が難しい。 それゆえに直交調整が不十分となる場合が発生する おそれがあった。
上記問題点に鑑み、 本発明は、 直交 3軸方向に測定レーザビーム を出射して、 これら 3軸方向における相対移動量を測定するレーザ 干渉器において、 直交 3軸方向の直交調整 容易に行う ことが可能 なレーザ干渉器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、 本発明によるレーザ干渉器は、 レー ザビームを、 測定反射ユニッ トに向かう測定ビームと参照ビームと に分割すると共に、 逆方向に反射されてくる測定ビームと参照ビー ムとの干渉光を合成し、 この干渉光の干渉縞の変化をカウン卜する ことにより測定反射ュニッ 卜との相対移動距離を測定するレーザ測 長器において、 測定ビームを出射する直交 3軸方向のうち、 少なく とも 1軸方向について測定ビームを常時出射する。
上記の通り、 3軸の測定ビームの直交性は 2軸の測定ビームの組 合せの調整により行われるが、 この際、 少なく とも 1軸のビームが 常時出射していることにより、 直交調整を容易かつ正確に行うこと が可能となる。
例えば 3軸の測定ビームのうち 1軸が常時出射する場合は、 2軸 の測定ビームを組合せる 3通りの組合せのうち、 2通りの組合せに おいて常に 2軸のビームが存在しているので調整が容易かつ正確に なる。 3軸の測定ビームのうち 2軸が常時出射する場合は、 常に 2 軸のビームが存在しているので調整が容易かつ正確になる。
このため、 本発明,によるレーザ測長器は、 レーザビームを第 1の ビームと第 2のビームとに分割する第 1のビームスプリ ツ夕と、 第 2 のビームを第 3 のビームと第 4のビームとに分割するとともにこ れら第 3友び第 4のビームと逆方向に入射するそれぞれの反射ビー ムを第 2のビームと逆方向に出射する第 2のビ一ムスプリ ッ夕と、 第 3及び第 4のビームのいずれかを測定ビームとするとき第 1 のピ ームの光路上に移動して入射する第 1のビームを入射方向に反射し て参照ビームとする第 1の参照用反射ユニッ トと、 第 1のビームを 測定ビームとするとき第 3のビームの光路上に移動して入射する第 3 のビームを入射方向に反射して参照ビームとする第 2 の参照用反 射ユニッ トと、 第 2のビームスプリ ツ夕から第 2のビームと逆方向 に出射した第 3及び第 4のビームの反射ビームのいずれかから第 1 のビームと逆方向に第 1のビームスプリツ夕に入射する第 1のビ一 ムの反射ビームと第 1 のビ一ムスプリ ッ夕において合成されるピー ムを選択するビーム選択部と、 ビーム選択部により選択されたビ一 ムと第 1のビームの反射ビームとの間の干渉光の干渉縞に応じた電 気信号を生成する受光部と、 を備えて構成し、 これら第 1、 第 3及 び第 4のビームを 3軸方向に出射する測定ビームとし、 このうち第 4のビームを常時出射する。
ビーム選択部は、 第 2のビームスプリツ夕から第 2のビームと逆 方向に出射した反射ビームの偏光方向を 9 0度回転させるか否かの 切換が可能な第 2の偏光調整部として実現してよい。 このとき、 第 1及び第 2 のビームスプリ ッ夕としてそれぞれ偏光ビームスプリ ッ 夕を設けるとともに、 第 2 ビームの偏光方向を 4 5度回転させる第 1の偏光調整部をこれらビームスプリ ツ夕間に設ける。 第 2 の偏光調整部は、 光路上の位置とこの光路を遮断しない位置 との間で移動可能な 1 Z 2波長板として構成してよ '、 または、 印 加電圧に応じて通過するレーザビームの偏光方向を 9 0度回転させ るか否かの切換が可能な、 例えば液晶光学素子のような電気光学素 子として構成してよい。
または、 'ビーム選択部は、 第 2のビ一ムスプリ ッ夕から第 2のビ 一ムと逆方向に出射した第 3及び第 4のビームの反射ビームの光路 上に設けられ、 偏光方向を変えることにより、 これら反射ビームの いずれか一方のみを透過させる偏光部として実現してよい。 このと き第 2のビームスプリツ夕として偏光ビームスプリ ッタを設ける。 偏光部は、 交互に光路上に位置付けられる移動可能な偏光方向が 異なる複数の偏光板として構成してよく、 または光路を回転軸とし て回転することにより偏光方向を変更可能な偏光板として構成して もよく、 あるいは印加電圧に応じて偏光方向の切換が可能な、 例え ば液晶光学素子のような電気光学素子として構成してよい。
本発明の上述した及び他の目的及び特徴は、 添付図面を参照しな がら以下に示される好適実施例についての説明を読むことによって 、 より明らかになるであろう。 図面の簡単な説明
図 1は、 N C工作機械の移動方向の移動誤差を測定する従来の配 置例を示す図である。
図 2は、 従来の干渉光学ユニッ トの構成を示す図である。
図 3は、 本発明の実施例によるレーザ干渉器のブロック図である 図 4は、 図 3 に示す光学干渉ユニッ トの構成図である
図 5は、 図 4に示すレシーバ部の構成図である。 図 6は、 第 1軸方向について距離測定を行う際の光学干渉ュニッ ト 1の動作説明図である。
図 7は、 第 2軸方向について距離測定を行う際の光学干渉ュニッ ト 1 の動作説明図である。
図 8は、 第 3軸方向について距離測定を行う際の光学干渉ュニッ 卜 1 の動 説明図である。
図 9は 、 ゥエツジブリズムによる 3軸の直下性調整を説明する図 である。
図 1 0は 、 第 1軸ビーム L 1 と第 3軸ビ- -ム L 3 の直角度調整を 説明する図である。
図 1 1は 、 第 2軸ビーム L 2 と第 3軸ビ- -ム L 3の直角度調整を 説明する図である。
図 1 2は 、 第 1軸ビーム L 1 と第 2軸ビ- -ム L 2の直角度調整を 説明する図 (その 1 ) である。
図 1 3は 、 第 1軸ビーム L 1 と第 2軸ビ- -ム L 2 の直角度調整を 説明する図 (その 2 ) である。
図 1 4は 、 ビーム選択部の第 2実施例の構成図である。
図 1 5 Aは、 ビーム選択部の第 3実施例の構成図である。
図 1 5 Bは、 ビーム選択部の第 4実施例の構成図である。
図 1 5 Cは、 ビーム選択部の第 5実施例の構成図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。 図 3 は、 本発明の実施例によるレーザ干渉器のブロック図である。 図示 するとおり レーザ干渉器は、 電源 2 と、 電源 2 に接続され、 波長安 定化制御により波長が安定化されるレーザビームを出射する波長安 定化 H e N e レーザ光源 3 と、 このレーザビームを後述する干渉光 学ュニッ ト 1 まで伝達する偏波保持ファイバ 4とを備える。
ここで本レーザ干渉器を図 1及び図 2 を参照して説明した N Cェ 作機械の精度の測定に使用する場合には、 干渉光学ュニッ ト 1 は、 工作機械 9 1 の加工ツールを保持し駆動する加工ツール部 9 2の先 端に設けられる。 そして載物台 9 3には、 干渉光学ユニッ ト 1から 第 1軸方 に出射される測定ビーム L 1 を反射して干渉光学ュニッ
，'
ト 1へ戻す測定反射ュニッ ト 1 7 1 と、 第 2軸方向に出射される測 定ビーム L 2 を反射して干渉光学ュニッ 卜 1へ戻す測定反射ュニッ ト 1 7 2 と、 第 3軸方向に出射される測定ビーム L 3 を反射して干 渉光学ユニッ ト 1へ戻す測定反射ユニッ ト 1 7 3 とが設けられる。 これら測定反射ュニッ ト 1 7 1 〜 1 7 3 としてコーナ一キューブ力 好適に使用される。
また、 本レーザ干渉器は、 測定反射ュニッ ト 1 7 1 〜 1 7 3から 干渉光学ュニッ ト 1へ戻された測定ビームと後述する参照ビームと を、 干渉光学ュニッ 卜 1 内で干渉させて得られる位相の 9 0度ずつ 異なる 4相干渉信号を、 フォ トディテクタ 7によって光電変換して 4相の電気信号を生成する光電変換部 6 を備える。
さらに、 本レーザ干渉器は、 4相干渉信号を干渉光学ユニッ ト 1 から光電変換部 6へ伝達するライ'卜ガイ ド 5 と、 光電変換部 6が生 成する 4相の電気信号の強弱の変化をカウントするカウン夕部 8 と 、 このカウント値に波長を乗じ長さに換算するパーソナルコンビュ —夕等の計算部 9 と、 を備える。
図 4は、 図 3に示す光学干渉ユニッ ト 1 の構成図である。 光学干 渉ユニッ ト 1 は、 偏波保持ファイバ 4から出射されたレーザ光を平 行ビームにするコリメ一夕レンズ 2 1 と、 この平行ビームを第 2軸 方向に進行する第 2軸ビーム L 2 と第 1軸方向に進行するビーム L i 'とに分光する第 1偏光ビームスプリ ッ夕 2 と、 ビーム L i の偏 光方向を 4 5度回転させる 1 / 2波長板 2 3 と、 1 / 2波長板 2 3 を通過したビーム L i を第 1軸方向に進行する第 1軸ビーム L 1 と 第 3軸方向に進行するビーム L 3 とに分光する第 2偏光ビームスプ リ ツ夕 2 4と、 を備える。 '
また、 光学干渉ユニッ ト 1 は、 第 1軸ビーム L 1及び第 3軸ビー ム L 3のいずれかを、 光学干渉ユニッ ト 1の筐体 1 0 に設けられた 出射孔 1 1及び 1 3からそれぞれ出射させてこれらを測定ビームと するとき、 第 2軸ビーム L 2 の光路上に移動して 、 入射する第 2軸 ビームを入射方向に反射して参照ビームとする第 1の参照用反射ュ ニッ ト 4 3及びこれを移動させる移動機構 4 4と 、 第 2軸ビーム L
2 を出射孔 1 2から出射させて測定ビームとするとき、 第 1軸ピ一 ム L 1の光路上に移動して、 入射する第 1軸ビ一ムを入射方向に反 射して参照ビームとする第 2の参照用反射ュニッ 卜 4 1及びこれを 移動させる移動機構 4 2 とを備える。 これら参照用反射ユニッ ト 4 1及び 4 3 もまたコーナ一キューブとしてよい。
ここで、 第 1軸ビーム L 1が測定反射ュニッ ト 1 7 1や第 2 の参 照用反射ユニッ ト 4 1 によって逆方向に反射されると、 その反射ビ —ムは再び第 2偏光ビームスプリツ夕 2 4に入射してビーム L i と 反対方向に出射し、 また、 第 3軸ビーム L 3が測定反射ユニッ ト 1 7 3などによって逆方向に反射されると、 その反射ビ一ムもまた再 び第 2偏光ビームスプリ ッ夕 2 4に入射し、 ビーム L i と反対方向 に出射する。 そして第 1軸ビーム L 1 の反射ビーム及び第 3軸ビ一 ム L 3の反射ビームは、 第 1偏光ビームスプリ ッタ 2 2に再び入射 する。
一方で、 第 2軸ビーム L 2が測定反射ユニッ ト 1 7 2や第 1 の参 照用反射ユニッ ト 4 3によって逆方向に反射されると、 その反射ビ —ムは再び第 1偏光ピームスプリ ッタ 2 2に fr入射する。 光学干渉ュニッ ト 1は、 第 2偏光ピ一ムスプリ ッ夕 2 4からビー ム L i と反対方向に出射した第 1軸ビーム L 1 の反射ビーム及び第 3軸ビーム L 3の反射ビームのうちいずれか一方を、 第 1偏光ビー ムスプリ ッ夕 2 2 において第 2軸ビーム L 2の反射ビームと合成さ せるビームとして選択するビーム選択部 5 0及び 5 1 を備える。 図 4に示す卖施例においてビーム選択部は、 これら反射ビームの偏光 方向 （偏光面） を 9 0度回転させる 1 / 2波長板 5 0 と、 この 1 Z 2波長板 5 0 を反射ビームの光路上の位置と光路を遮断しない位置 との間で移動可能な移動機構 5 1 とから成る。
さらに、 光学干渉ユニッ ト 1は、 第 1軸ビーム L 1及び第 3軸ビ ーム L 3の反射ビームの一方と第 2軸ビーム L 2の反射ビームとを 合成した合成ビーム L mを受光して、 これら反射ビームを干渉させ て位相の 9 0度ずつ異なる 4相干渉信号を生成するレシーバ部 3 0 を備える。
またさ らに、 光学干渉ュニッ ト 1 は、 筐体 1 0に設けられた出射 孔 1 2及び 1 3からそれぞれ出射する第 2軸ビーム L 2及び第 3軸 ビーム L 3の方向を調整するためのゥエッジプリズム 2 5及び 2 6 を備える。
図 5は、 図 4に示すレシーバ部 3 0 の構成図である。 図において 、 参照番号 3 1は第 1偏光ビームスプリ ツ夕 2 2において合成され た合成ビーム L mの偏光方向 （偏光面） を 4 5度回転する 1 / 2波 長板であり、 3 2は無偏光.ビームスプリ ツタであり、 3 3は偏光ビ 一ムスプリ ッタであり、 3 4は 4 5度直角プリズムである。 また参 照番号 3 5は 4 5度直角プリズムであり、 3 6はビーム L mに含ま れる第 2軸ビーム L 2 の反射ビームに係る成分、 及びビーム L mに 含まれる第 1軸ビーム L 1又は第 3軸ビーム L 3 の反射ビームに係 る'成分のうちの一方の成分の位相を 9 0度ずらすための 1ノ 4波長 板であり、 3 7は偏光ビ一ムスプリ ッ夕であり、 3 8は 4 5度直角 プリズムである。
これら各部の働きについては、 以下の図 6 を参照して説明される 第 1軸方向の距離測定時における光学千渉ユニッ ト 1 の動作説明に 併せて説明する。
0 6は、' 第 1軸方向について距離測定を行う際の光学干渉ュニッ 卜 1 の動作説明図である。 偏波保持ファイバ 5から出射したレーザ 光は、 コリメ一夕レンズ 2 1 によって第 1軸方向に進行する平行ビ ームにされる。 、
そしてこのレーザビームは第 1偏光ビームスプリツ夕 2 2により 分光され、 その一方は入射方向と直角方向である第 2軸方向に反射 して S偏光成分の第 2軸ビ一ム L 2 となり、 他方は入射方向に進行 する Ρ偏光成分のビーム L i となる。 なお、 図において 1点鎖線で 示した各ビームのビーム光軸に付してそのビームの偏光方向を両矢 印で示す。
その後、 分光されたビーム L i は 1 Z 2波長板 2 3により偏光軸 が 4 5度回転される。 ビーム L i は第 2偏光ビ一ムスプリ ッ夕 2 4 により更に分光され、 第 2偏光ビ一ムスプリ ッタ 2 4を透過して第 1軸方向に進行する S波成分の第 1軸ビーム L 1 と、 第 2偏光ビ一 ムスプリ ッ夕 2 4で反射して第 3軸方向に進行する P波成分の第 3 軸ビーム L 3 となる。
第 1軸ビーム L 1 は光学干渉ユニッ ト 1から出射し、 測定対象物 に取り付けられた測定反射ュニッ ト 1 7 1 により反射して再び光学 干渉ュニッ 卜 1 に戻る。
一方で第 2偏光ビームスプリ ツ夕 2· 4により反射された第 3軸ビ ーム L 3は、 ゥエッジプリズム 2 6 を透過して常時出射光となる。 こめゥエッジプリズム 2 6は、 3軸の相互直 '交性を得るために第 3 軸ビーム L 3の方向を調整するべく設けられる。 なおレーザ光が常 時出射される第 3軸方向は、 安全のため N C工作機械の鉛直方向に 設定することが望ましい。
測定反射ュニッ 卜 1 7 1で反射して一定間隔 （例えば 1 O nim) ず れて戻った第 1軸ビーム L 1の反射ビームは、 再び第 2偏光ビーム スプリ ッタ 2 4を透過する。 そして、 移動機構 5 1 によってその光 路上に位置付けられた 1 Z 2波長板 5 0により偏光軸 （偏光方向） が 9 0度回転させられて P偏向成分に変わる。 これによつて第 1偏 光ビ一ムスプリ ッタ 2 2を透過し、 測定ビームとしてレシーバ部 3 • 0に入射する。
一方で、 第 1偏光ビ一ムスプリッ夕 2 2で反射された第 2軸ビ一 ム L 2は、 その光路上に位置付けられた第 1 の参照用反射ユニッ ト 4 3により反射され、 一定間隔 （例えば 1 0 mm) ずれて戻り、 第 1 偏光ビームスプリ ツ夕 2 2により反射して参照ビームとしてレシ一 バ部 3 0に入射する。
図 5に戻って、 第 1軸ビーム L 1の反射光 （測定ビーム） と第 2 軸ビーム L 2の反射ビーム （参照ビーム） とを、 第 1偏光ビームス プリ ッ夕 2 2によって合成した合成ビーム L mが、 レシーバ部 3 0 に入射する。 この場合、 測定ビームが P偏向成分であり、 参照ビー ムは S偏向成分となる。
合成ビーム L mが 1 2波長板 3 1 を通過すると、 P、 S両偏光 とも 4 5度だけ偏光方向 （偏光面） が回転され、 無偏光ビームスプ リ ツ夕 3 2に入射する。 無偏光ビームスプリ ツ夕 3 2により分光さ れたビームは透過するビームと反射されるビームに分かれ、 透過ビ ームは偏光ビ一ムスプリ ッ夕 3 3に入射して更に分光される。 この とき偏光ビームスプリ ツ夕 3 3 によって分光されたレーザ光は、 測 定 'ビームと参照ビームとが干渉して干渉信号を生成する。 そして、 偏光ビームスプリ ツ夕 3 3 を透過して生成された干渉信号に対し、 反射して生成された干渉信号は明暗の位相が 1 8 0度異なった信号 として生成する。 偏光ビームスプリ ツ夕 3 3により反射した干渉信 号は 4 5度直角プリズム 3 4により反射して、 0度干渉信号と平行 に出射する。
一方で 無偏光ビ一ムスプリ ッ夕 3 2により反射した合成ビーム L mは、 4 5度直角プリズム 3 5により反射した後、 1 Z 4波長板 3 6の作用によって、 測定ビーム及び参照ビームのいずれか一方が その位相を 9 0度ずちされる。 そして偏光ビームスプリ ツ夕 3 7 に 入射し、 測定光と参照光とが干渉し干渉信号を生成する。
このとき、 偏光ビームスプリッタ 3 7 を透過して生成された干渉 信号に対し、 反射して生成された干渉信号は明暗の位相が 1 8 0度 異なった信号として生成する。 ただし 1 / 4波長板 3 6で位相が 9 0度ずれていることから、 上記 0度干渉信号に対し、 偏光ビームス プリ ッ夕 3 7 を透過して生成された干渉信号は 9 0度干渉信号、 反 射して生成された干渉信号は 2 7 0度干渉信号となる。
この様にして生成された 4相の 0度、 9 0度、 1 8 0度、 2 7 0 度干渉信号は図 4に示すライ 卜ガイ ド 5に出射され、 光電変換部 6 まで伝送される。 そののち、 これら 4相の干渉信号は光電変換部 6 にて 4相の電気信号に変換されて、 カウン夕部 8に入力される。 カウンタ部 8では、 入力した 4相信号のうちの、 0度干渉信号と 1 8 0度干渉信号との差分信号 （ 0度干渉信号一 1 8 0度干渉信号 ) 、 及び 9 0度干渉信号及び 2 7 0度干渉信号と差分信号 （ 9 0度 干渉信号一 2 7 0度干渉信号） を生成する。 こうすることにより、 干渉信号に含まれる D C成分を除去するとともに信号の振幅を 2倍 にして、 光量変動による誤差などを除去する。 また、 9 0度位相が ずれたこれら位相信号 （ 0度干渉信号— 1 g 0度干渉信号） と （ 9 0度干渉信号一 2 7 0度干渉信号） を用いることで、 分周カウント と方向判別が可能となる。
カウンタ部 8は、 これら位相信号 （ 0度干渉信号一 1 8 0度干渉 信号） と （ 9 0度干渉信号一 2 7 0度干渉信号） に基づいて、 計算 部 9 において測長値に変換するためのカウント数を求める。
囪 7は、 第 2軸方向について距離測定を行う際の光学干渉ュニッ ト 1 の動作説明図である。 第 1軸方向について測定を行う場合を示 す図 6の構成に対して、 移動機構 4 2及び 4 4によって、 参照用反 射ユニッ ト 4 1及び 4 3がそれぞれ移動されており、 第 1参照用反 射ュニッ ト 4 3が第 2軸ビーム L 2の光路上からはずされ、 代わり に第 2参照用反射ュニッ ト 4 1は第 1軸ビーム L 1 の光路上に位置 付けられている。
偏波保持ファイバ 5から出射したレーザ光は、 コリメ一夕レンズ 2 1 によって第 1軸方向に進行する平行ビームにされる。
そしてこのレーザビームは第 1偏光ビームスプリ ッ夕 2 2 により 分光され、 その一方は入射方向と直角方向である第 2軸方向に反射 して S偏光成分の第 2軸ビーム L 2 となり、 他方は入射方向に進行 する P偏光成分のビーム L i となる。
その後、 分光されたビーム L i は 1 / 2波長板 2 3 により偏光軸 が 4 5度回転される。 ビーム L i は第 2偏光ビームスプリ ツ夕 2 4 により更に分光され、 第 2偏光ビームスプリ ツ夕 2 4を透過して第 1軸方向に進行する S波成分の第 1軸ビーム L 1 と、 第 2偏光ビー ムスプリ ッタ 2 4で反射して第 3軸方向に進行する P波成分の第 3 軸ビーム L 3 となる。
ここで、 第 1軸ビーム L 1 は、 その光軸上に位置付けられた第 2 の参照用反射ユニッ ト 4 1 によって反射され、 一定間隔 （例えば 1 0 mm) ずれて戻る。 一方で第 3軸ビーム L 3は、 ゥエッジプリズム 2 6 を透過して常 時出射光となる。
第 2 の参照用反射ュニッ ト 4 1で反射して戻った第 1軸ビーム L
1 の反射ビームは、 再び第 2偏光ビ一ムスプリ ッ夕 2 4を透過し、
1 / 2波長板 5 0により偏光軸が 9 0度回転させられる。 この結果
、 1偏光ビームスプリ ッ夕 2 2 を透過して、 今度は参照ビームと してレシ一バ部 3 0に入射する
一方で第' 1偏光ピームスプリ V夕 2 2で分光及び反射された第 2 軸ビーム L 2は、 移動機構 4 4によってビーム L 2の光路から外れ た第 1参照用反射ュニッ 卜 4 3 には当らずに、 ゥエッジプリズム 2
5 を透過して光学干渉ュニッ ト 1から出射し、 測定対象物に取り付 けられた測定反射ュニッ ト 1 7 2によって一定間隔 （例えば 1 0 mm
) ずれて戻り、 第 1偏光ビームスプリ ッタ 2 2により反射する。 そ して測定ビームとしてレシーバ部 3 0に入射する。
そして、 レシーバ部 3 0は、 図 5及び図 6を参照して説明した第
1軸方向に関する測定の場合と同様にして、 これら測定ビームと参 照ビームとの間の干渉光の 4相信号を生成して、 ライ トガイ ド 5に 出射する。
図 8は、 第 3軸方向について距離測定を行う際の光学干渉ュニッ ト 1の動作説明図である。 第 1軸方向について測定を行う場合を示 す図 6の構成に対して、 移動機構 4 2によって第 2参照用反射ュニ ッ ト 4 1が移動されており、 第 2参照用反射ユニッ ト 4 1及び第 1 参照用反射ュニッ 卜 4 3は、 それぞれ第 1軸ビーム L 1及び第 2軸 ビーム L 2の光路上に位置付けられている。
また、 移動機構 5 1 によって 1 2波長板 5 0 の位置が移動させ られている。 この結果、 1 / 2波長板 5 0は、 第 2偏光ビ一ムスプ リ'ッ夕 2 4を透過してビーム L i と反対方向に進行する第 1軸ビー ム L 1 の反射ビーム、 及び第 2偏光ビームスプリ ッタ 2 4で反射し てビーム L i と反対方向に進行する第 3軸ビーム L 3の反射ビーム から外れている。
偏波保持ファイバ 5から出射したレーザ光は、 コリメータレンズ 2 1 によって第 1軸方向に進行する平行ビームにされる。
そしてこのレーザビームは第 1偏光ビームスプリ ツ夕 2 2により 分光され、 その一方は入射方向と直角方向である第 2軸方向に反射 して S偏光成分の第 2軸ビーム L 2 となり、 他方は入射方向に進行 する P偏光成分のビーム L i となる。
その後、 分光されたビーム L i は 1 / 2波長板 2 3 により偏光軸 が 4 5度回転される。
ビーム L i は第 2偏光ビームスプリ ツ夕 2 4により更に分光され 、 第 2偏光ビームスプリ ッタ 2 4を透過して第 1軸方向に進行する S波成分の第 1軸ビーム L 1 と、 第 2偏光ビームスプリ ッタ 2 4で 反射して第 3軸方向に進行する P波成分の第 3軸ビーム L 3 となる 。 そして、 第 1軸ビーム L 1は、 その光軸上に位置付けられた第 2 の参照用反射ユニッ ト 4 1 によって反射され一定間隔 （例えば 1 0 mm) ずれて戻る。
第 2の参照用反射ュニッ 卜 4 1で反射して戻った第 1軸ビーム L 1 の反射ビームは、 再び第 2偏光ビームスプリ ツ夕 2 4を透過する 。 その後、 第 1軸ビーム L 1の反射ビームは、 1 / 2波長板 5 0を 通らずに S偏光のまま第 1偏光ビ一ムスプリ ッ夕 2 4を入射して反 射され、 レシーバ部 3 0には入射しない。
一方で、 第 2偏光ビ一ムスプリ ッ夕 2 4により反射された第 3軸 ビーム L 3は、 ゥエッジプリズム 2 6 を透過して測定ビームとなる 。 そして第 3軸を測定するために配置した測定反射ユニッ ト 1 7 3 で反射して、 再び第 2偏光ビームスプリ ッタ 2 4で反射する。 ここで、 第 3軸ビーム L 3は 1 / 2波長板 5 0 を通らずにそのま ま第 1偏光ビームスプリツ夕 2 2に入射するが、 第 3軸ビーム L 3 は P偏光であるので第 1偏光ビームスプリ ッ夕 2 2を透過し、 測定 ビームとしてレシーバ部 3 0 に入射する。
また、 第 1偏光ビームスプリ ッ夕 2 2で分光及び反射された第 2 軸ビーム L 2は、 第 1 の参照用反射ユニッ ト 4 3で反射されて一定 間隔 （例えば 1 0 mm) ずれて戻り、 第 1偏光ビームスプリ ッタ 2 2 により反射して、 参照ビームとしてレシーバ部 3 0 に入射する。 そして、 レシーバ部 3 0は、 図 5及び図 6 を参照して説明した第 1軸方向に関する測定の場合と同様にして、 これら測定ビームと参 照ビームとの間の干渉光の 4相信号を生成して、 ライ トガイ ド 5 に 出射する。
このように、 本発明の実施例による光学干渉ユニッ ト 1は、 1軸 のビーム （この場合第 3軸ビーム L 3 ) を常時出射させるために、 互いに干渉させる測定ビームと参照ビームとを 1つのレーザビーム から生成する第 1偏光ビ一ムスプリ ッタ 2 2によって分光させたビ —ムの一方 （ビーム L i ) を、 さらに 2本のビーム （第 1軸ビーム L 1 と第 3軸ビーム L 3 ) に分光する第 2偏光ビームスプリツ夕 2 4を設け、 その一本を常時出射光としている。
このとき、 第 2偏光ビームスプリ ッタ 2 4で分光させた 2本のビ ーム （第 1軸ビーム L 1 と第 3軸ビーム L 3 ) が互いに干渉するこ とがないように、 これら 2本のビームの反射ビームのうちの一方だ けを、 第 1偏光ビ一ムスプリッ夕 2 2で分光させた他方のビーム （ 第 2軸ビーム L 2 ) の反射ビームと千渉させるべきビームとして選 択するビーム選択部 5 0及び 5 1 を備えている。
以下、 図 9〜図 1 3 を参照して、 光学干渉ユニッ ト 1 の 3軸の直 交性調整の方法を説明する。 図 9はゥエッジプリズム 2 5 、 2 6に よる 3軸の直下性調整を説明する図である。 図示するように、 第 2 軸ビーム L 2は 2枚のゥエッジプリズム 2 5により、 第 3軸ビーム L 3は 2枚のゥエッジプリズム 2 6で調整される。 これらゥエッジ プリズム 2 5、 2 6は、 ゥエッジ角に応じてそれぞれの 2枚のゥェ ッジプリズムを調整することにより、 図で示される円錐内の任意の 方向にビームを傾けることが出来る。
図 1 0は、 第 1軸ビーム L 1 と第 3軸ビーム L 3 の直角度調整を 説明する図である。
まず、 平面ミラ一 7 2が立設された調整台 7 0 の上に、 平面ミラ 一 7 2 の方向に第 1軸方向を向けて光学干渉ュニッ ト 1 を載置する 。 そして、 光学干渉ュニッ 卜 1 と平面ミラ一 7 2 との間に設けられ たホール 7 1 を通過するように第 1軸ビーム L 1 を出射させ、 ホー ル 7 1 を通してそのビーム径を細く したビームを平面ミラ一 7 2で 反射させる。 反射したビ一ムは再びホール 7 1 に戻る。
このとき戻ったビームの位置がホ一ル 7 1の中心の穴の位置にな る様に平面ミラ一 7 2の 2方向傾斜台 7 3 を調整する。 なお、 ホ一 ル 7 1 により ビ一ム径を細くするのは、 戻り位置の確認が精度良く 行える様にするためである。
'次に傾斜台 7 6によって角度を調整されて支持されたペン夕プリ ズム 7 4に、 常時出射光である第 3軸ビーム L 3 を入射させて、 そ の進行方向を精度良く 9 0度だけ曲げて、 第 1軸ビーム L 1 とほぼ 並行にする。
さらにペン夕プリズム 7 4と平面ミラ一 7 2 との間に設けられた ホール 7 5 を通過させてビーム径を細め、 平面ミラー 7 2で反射さ せて再びホール 7 5に戻す。 そして戻ったビームの位置がホール 7 5の中心の穴の位置になる様に 2枚のゥエッジプリズム 2 6 を調整 する。 > ' このようにして第 1軸ビーム L 1 と第 3軸ビーム L 3の直角度調 整を行う力 、 ここで第 1軸ビ一ム L 1が出射していても同時に第 3 軸ビーム L 3 も出射しているので、 ホール 7 1 に戻った第 1軸ビ一 ム L 1 の位置調整とホール 7 5に戻った第 3軸ビーム L 3 の位置調 整とを同時に行うことができ、 これらを交互に片方ずつ行う場合に 比べて容 に 2軸の直角度調整を行う ことが可能である。
図 1 1 は、 第 2軸ビーム L 2 と第 3軸ビーム L 3 の直角度調整を 説明する図である。
まず、 調整台 7 0 の上に、 平面ミラ一 7 2 の方向に第 2軸方向を 向けて光学千渉ュニッ 卜 1 を載置する。
そして、 ペン夕プリズム 7 4に、 常時出射光である第 3軸ビーム L 3 を入射させて、 その進行方向を精度良く 9 0度だけ曲げて、 第 2軸ビーム L 2とほぼ並行にする。 さらにホ":ル 7 5 を通過させて ビーム径を細め平面ミラー 7 2で反射させて再びホール 7 5に戻す 。 そして戻った光の位置がホール 7 5の中心の穴の位置になる様に 、 平面ミラー 7 2の 2方向傾斜台 7 3 を調整する。
' 次に、 ホール 7 1 を通過するように第 2軸ビーム L 2 を出射させ 、 ホール 7 1 を通してそのビーム径を細く したビームを平面ミラ一 7 2で反射させる。 反射したビームは再びホール 7 1 に戻る。 そし て戻ったビームの位置がホール 7 1 の中心の穴の位置になる様に 2 枚のゥエッジプリズム 2 5 を調整する。
図 1 2及び図 1 3は、 第 1軸ビーム L 1 と第 2軸ビーム L 2 の直 角度調整を説明する図である。 図示するように、 光学干渉ユニッ ト 1 を、 第 1軸方向を平面ミラー 7 2の方向に向けて調整台 7 0の上 に載置する。
まず図 1 2に示すように、 出射ビームを第 1軸ビーム L 1 にして 、 ピ一ム L 1 をホ一ル 7 1 を通過させてそのビーム径を細めて、 平 面ミラー 7 2で反射させて再びホール 7 1 に戻す。 そして戻った光 の位置がホール 7 1 の中心の穴の位置になる様に、 平面ミラー 7 2 の 2方向傾斜台 7 3を調整する。
次に図 1 3 に示すように、 出射ビームを第 2軸ビーム L 2に切り 替えて、 ビーム L 2 をペン夕プリズム 7 7に入射させてその向きを 精虔良く 9 0度曲げて、 第 1軸ビーム L 1 とほぼ並行にする。 さら にホール 7 8 を通過させてビ一ム径を細め平面ミラー 7 2で反射さ せて再びホール 7 8に戻す。 そして戻った光の位置がホール 7 8の 中心の穴の位置になる様に、 ゥエッジプリズム 2 5 を調整する。
このとき、 第 1軸ビーム L 1及び第 2軸ビーム L 2は常時出射光 ではないので、 2方向傾斜台 7 3の調整と、 ゥエッジプリズム 2 5 の調整を交互に行うときは、 第 1軸ビーム L 1 と第 2軸ビーム L 2 の間で出射ビームを切り替えて調整を行う。
図 1 4及び図 1 5 A〜図 1 5 Cは、 図 4に示すビーム選択部の代 替実施例である。
図 4に示す、 光学干渉ュ一ヅ 卜 1では、 ビーム選択部 5 0及び 5
1 として、 反射ビームの偏光方向を 9 0度回転させる 1 / 2波長板
5 0 と、 この 1 / 2波長板 5 0を反射ビームの光路上の位置と光路 を遮断しない位置との間で移動可能な移動機構 5 1からなる構成を 採用した。 しかし、 ビーム選択部の構成はしれに限定されず、 例え ば図 1 4及び図 1 5 A〜図 1 5 Cに示すよ Όな様々な構成によって 実現することが可能である。
例えば、 図 1 4に示す構成では、 ビーム選択部は、 印加電圧に応 じて通過するレーザビームの偏光方向を 9 0度回転させるか否かの 切換が可能な、 液晶光学素子のような電気光学素子 5 2により実現 される。
また、 図 1 5 に示す構成では、 ビームスプ ツ夕 2 2を無偏光ビ 一ムスプリッ夕として、 またビームスプリツ夕 2 4を偏光ビームス プリ ッ夕として構成し、 ビーム選択部は、 ビームスプリ ツ夕 2 4か らビーム L i と逆方向に出射した第 1軸ビーム L 1 の反射ビーム及 び第 3軸ビーム L 3 の反射ビームの光路上に、 設けられる偏光板と して構成される。 この偏光板の偏光方向を 9 0度変えることによつ て、' ビーム選択部は、 第 1軸ビーム L 1 の反射ビーム及び第 3軸ビ ーム L 3の反射ビームのいずれか一方のみを透過させてビームスプ リツ夕 2 2に入射させる。
このとき、 第 1軸ビーム L 1の反射ビーム及び第 3軸ビーム L 3 の反射ビームのどちらを無偏光ビームスプリ ツ夕 2 2に入射させる かに応じて、 入射させる反射ビームの偏光面の方向と 9 0度異なる 偏光方向の偏光面を有するように、 ビ一ムスプリ ッタ 2 2に反射さ れた第 2軸ビーム L 2を偏光させる偏光板を設けてよい。
すなわち、 第 1軸ビ一ム L 1 の反射ビーム及び第 3軸ビーム L 3 の反射ビームのうちいずれかと、 測定反射ユニッ ト 1 7 2や第 1参 照用反射ュニッ ト 4 3で反射された第 2軸ビーム L 2の反射ビーム とを無偏光ビームスプリ ッタ 2 2で合成ビーム； L mに合成したとき に、 この合成ビーム L mに含まれる第 1軸ビーム L 1 の反射ビーム 及び第 3軸ビーム L 3の反射ビームのうちいずれかに係る成分の偏 光面と、 合成ビーム L mに含まれる第 2軸ビーム L 2の反射ビーム に係る成分の偏光面とが、 9 0度異なる角度となるように、 第 2軸 ビーム L 2 を偏光させる偏光板を設けてよい。
そして第 1軸ビーム L 1 の反射ビーム及び第 3軸ビーム L 3 の反 射ビームのどちらをビームスプリ ツ夕 2 2に入射させるかに応じて 、 第 2軸ビーム L 2 を偏光させる偏光方向を切り替える。
このため、 図 1 5 Aに示す構成では、 ビーム選択部として、 偏光 方向が 9 0度異なる 2つの偏光板 6 0及び 6 1 と、 偏光ビ一ムスプ リ ツ夕 2 4から出射する第 1軸ビーム L I の反射ビーム及び第 3軸 ビーム L 3の反射ビームの光路上に、 これら偏光板 6 0及び 6 1 を 交互に移動させる移動機構 6 2 とを備える。
これに応じて、 偏光方向が 9 0度異なる 2つの偏光板 6 3及び 6 4と、 これら偏光板 6 4及び 6 5 を移動させる移動機構 6 5 とを備 える。 移動機構 6 5は、 偏光板 6 3及び 6 4のうち'、 第 1軸ビーム L 1の反射ビーム及び第 3軸ビーム L 3の反射ビームのどちらを無 偏光ビ一ムスプリ ッタ 2 2に入射させるかに応じて、 入射させる反 射ビームの偏光方向と 9 0度異なる偏光方向に第 2軸ビーム L 2 を 偏光する偏光板を、 第 2軸ビーム L 2の光路上に移動させる。
さらに、 図 1 5 Bに示す構成では、 ビーム選択部は、 偏光ビーム スプリ ツ夕 2 4から出射する第 1軸ビーム L 1 の反射ビーム及び第 3軸ビーム L 3の反射ビームの光路上に設けられる回転可能な偏光 板 6 6 として実現される。 偏光板 6 6は光路を回転軸として 9 0度 回転することによりその偏光方向を変えることが可能である。 これ に対応して、 第 2軸ビーム L 2の光路上には、 光路を回転軸として 9 0度回転することが可能な偏光板 9 7 を、 設けてもよい。 偏光板 9 7は、 第 1軸ビーム L 1 の反射ビーム及び第 3軸ビーム L 3'の反 射ビームのどちらを無偏光ビームスプリ ツ夕 2 2 に入射させるかに 応じて、 入射させる反射ビームの偏光方向と 9 0度異なる偏光方向 に第 2軸ビーム L 2を偏光する。
また、 図 1 5 Cに示す構成では、 偏光ビ一ムスプリ ッ夕 2 4から 出射する第 1軸ビーム； L 1 の反射ビーム及び第 3軸ビーム L 3の反 射ビームの光路上に設けられ、 印加電圧に応じて偏光方向の切換が 可能な液晶光電素子のような電気光学素子 6 8 として実現される。 これに対応して、 印加電圧に応じて偏光方向の切換が可能な液晶光 電素子のような電気光学素子 6 9 を、 第 2 ¾|ビーム L 2の光路上に 設けてもよい。 電気光学素子 6 9は、 第 1軸ビーム L 1 の反射ビ一 ム及び第 3軸ビーム L 3の反射ビームのどちらを無偏光ビームスプ リ ツ夕 2 2に入射させるかに応じて、 入射させる反射ビームの偏光 方向と 9 0度異なる偏光方向に第 2軸ビーム L 2 を偏光する。
本発明によって、 直交 3軸方向の直交調整を容易に行う ことが可 能なレーザ干渉器を提供される。
本発明は、 2つに分割したレーザ光の一方を測定物体に取り付け られる反射鏡 （コーナ一キューブ） で反射させ、 もう一方を固定の 参照用コーナーキューブで反射させて戻ってきたレーザ光と干渉さ せ、 測定物体との相対移動量に伴い変化する干渉縞の本数を計数し て相対移動距離を測定するレーザ測長器に利用可能であり。 特に数 値制御 （N C ) 工作機械において、 I S〇 2 3 0 — 2や J I S— B 一 6 2 0 1 - 1 9 9 0等に規定されている各移動軸方向の移動量誤 差を測定するレーザ測長器に利用可能である。
以上、 本発明の好適な実施態様について詳述したが、 当業者が種 々の修正及び変更をなし得る.こと、 並びに、 特許請求の範囲は本発 明の真の精神および趣旨の範囲内にあるこの様な全ての修正及び変 更を包含することは、 本発明の範囲に含まれることは当業者に理解' されるべきものである。

Claims

1 . レーザビームを、 測定反射ユニッ トに向かう測定ビームと参 照ビームとに分割すると共に、 逆方向に反射されてくる前記測定ビ —ムと前記参照ビームとの干渉光を合成し、 該干渉光の干渉縞の変 化をカウントすることにより前記測定反射ュニッ トとの相対移動距 離を測定するレ一ザ測長請器であって、
前記測定ビームを出射する直交 3軸方向のうち、 少なく とも 1軸 方向について前記測定ビームを常時出射することを特徴とするレー ザ測長器。
2 . 前記レーザビームを第 1のビームと第 2のビームとに分割す 囲
る第 1 のビ ムスプリ ツ夕と、
前記第 2のビームを第 3のビームと第 4のビームとに分割すると ともに、 これら第 3及び第 4のビームと逆方向に入射するそれぞれ の反射ビームを前記第 2のビームと逆方向に出射する第 2のビーム スプリ ッ夕と、
前記第 3及び第 4のビームのいずれかを前記測定ビームとすると き、 前記第 1のビームの光路上に移動して、 入射する第 1のビーム を入射方向に反射して前記参照ビームとする第 1の参照用反射ュニ ッ 卜と、
前記第 1 のビームを前記測定ビームとするとき、 前記第 3のビ一 ムの光路上に移動して、 入射する第 3のビームを入射方向に反射し て前記参照ビームとする第 2の参照用反射ュニッ トと、
前記第 2のビームスプリ ツ夕から前記第 2のビームと逆方向に出 射した前記第 3及び第 4のビームの反射ビームのいずれかから、 第 1のビームと逆方向に前記第 1 のビームスプリツ夕に入射する該第 1めビームの反射光と前記第 1のビームスブリ ッ夕において合成さ れるビームを選択するビーム選択部と、
前記ビーム選択部により選択されたビームと、 前記第 1 のビーム の反射ビームとの間の千渉光の干渉縞に応じた電気信号を生成する 受光部と、
を備え、 前記第 1、 第 3及び第 4 のビームを 3軸方向に出射する 前記測定ビームとし、 前記第 4のビームを常時出射することを特徴 とする請求項 1 に記載のレーザ測長器。
3 . レーザビームを、 測定反射ユニッ トに向かう測定ビームと参 照ビームとに分割すると共に、 逆方向に反射されてくる前記測定ビ
^'一
—ムと刖記参照ビ —ムとの干渉光を合成し、 該干渉光の干渉縞の変 化を力クン卜することにより前記測定反射ュニッ トとの相対移動距 離を測定するレ ザ測長器であつて 、
つ
刖 gdレ —ザビ ムを第 1のビームと第 2のビームとに分割する第
1のビ ―ムスプ U ッ夕と、
m 3己第 2のビ一ムを第 3のビームと第 4のビームとに分割すると ともに 、 これら第 3及び第 4のビームと逆方向に入射するそれぞれ の反射ビームを刖記第 2 のビームと逆方向に出射する第 2 のビーム スプリ ッ夕と、
前記第 3及び第 4のビームのいずれかを前記測定ビームとすると き、 前記第 1のビ —ムの光路上に移動して、 入射する第 1 のビーム を入射方向に反射して前記参照ビームとする第 1 の参照用反射ュニ ッ 卜と、
前記第 1 のビームを前記測定ビームとするとき、 前記第 3のビー ムの光路上に移動して、 入射する第 3 .のビームを入射方向に反射し て前記参照ビームとする第 2 の参照用反射ュニッ 卜と、
前記第 2のビームスプリ ツ夕から前記第 2のビームと逆方向に出 射'した前記第 3及び第 4のビームの反射ビ ムのいずれかから、 第 1のビームと逆方向に前記第 1のビームスプリ ツ夕に入射する該第 1のビームの反射光と前記第 1のビ一ムスプリ ッタにおいて合成さ れるビームを選択するビーム選択部と、
前記ビーム選択部により選択されたビームと、 前記第 1 のビーム の反射ビームとの間の干渉光の干渉縞に応じた電気信号を生成する 受 部と、' .
を備えることを特徴とするレーザ測長器。
4 . 前記第 1及び第 2のビ一ムスプリ ッ夕としてそれぞれ偏光ビ 一ムスプリ ッタを設けるとともに、 前記第 2 ビームの偏光方向を 4 5度回転させる第 1 'の偏光調整部をこれらビームスプリ ツ夕間に設 け、
前記ビーム選択部は、 前記第 2のビームスプリ ツ夕から前記第 2 のビームと逆方向に出射した反射ビームの偏光方向を 9 0度回転さ せるか否かの切換が可能な第 2の偏光調整部であることを特徴とす る請求項 2又は 3 に記載のレーザ測長器。
5 . 前記第 2の偏光調整部は、 光路上の位置と、 当該光路を遮断 しない位置との間で移動可能な 1 / 2波長板である請求項 4に記載 のレーザ測長器。
6 . 前記第 2の偏光調整部は、 印加電圧に応じて通過するレーザ ビームの偏光方向を 9 0度回転させるか否かの切換が可能な電気光 学素子である請求項 4に記載のレーザ測長器。
7 . 前記第 2のビ一ムスプリ ッ夕は偏光ビ一ムスプリ ッタであり 前記ビーム選択部は、 前記第 2のビ一ムスプリ ッ夕から前記第 2 のビームと逆方向に出射した前記第 3及び第 4のビームの反射ビー ムの光路上に設けられ、 偏光方向を変えることにより、 これら反射 ビームのいずれか一方のみを透過させる偏光部であることを特徴と する請求項 2又は 3 に記載のレーザ測長器。
8 . 前記偏光部は、 交互に光路上に位置付けられる移動可能な偏 光方向が異なる複数の偏光板である請求項 7 に記載のレーザ測長器
9 . 前記偏光部は、 光路を回転軸として回転することにより偏光 方向を変更可能な偏光板であることを特徴とする請求項 7に記載の レーザ測長器。
1 0 . 前記偏光部は、 印加電圧に応じて偏光方向の切換が可能な 電気光学素子である請求項 7に記載のレーザ測長器。
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