JPH09243322A - レーザ測長器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ測長器を使用してＮＣ工作機械の精度
測定を行う場合の軸合わせ作業を容易にし、各軸方向の
精度測定が連続して行えるようにする。 【解決手段】 レーザ光源11と、レーザ光源11からのレ
ーザビームを目標反射ユニットに向かう目標レーザビー
ムと参照レーザビームに分割すると共に反射されて戻っ
てくる目標レーザビームと参照レーザビームを合成する
ビームスプリッタ142 と、参照レーザビームを逆方向に
反射する参照反射手段143 と、ビームスプリッタ142 で
合成された干渉光を受光する受光手段16と、受光手段16
の出力する電気信号の変化のサイクル数を計数するカウ
ント手段とを備え、干渉縞の本数を計数して目標反射ユ
ニットの移動距離を測定するレーザ測長器において、ビ
ームスプリッタ142 から出力される目標レーザビームの
方向を９０°異なる方向に切り換える出力方向切り換え
手段144,145,146,147 を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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射させて戻ってきたレーザ光と干渉
させ、測定物体の移動に伴い変化する干渉縞の本数を計
数して移動距離を測定するレーザ測長器に関し、特に数
値制御（ＮＣ）工作機械において、ＩＳＯ２３０−２や
ＪＩＳ−Ｂ−６２０１-1990 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。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ工作機械の精度については、ＩＳＯ
２３０−２やＪＩＳ−Ｂ−６２０１-1990 等の規格に試
験項目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量誤差、バックラッシ
ュ、ヨーイング等である。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づ
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乗平均値を算出する方法が規定されている。

【０００３】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５は、レ
ーザ測長器を使用してＮＣ工作機械（マシニングセン
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５に示すように、工作機械９１は、加工ツールを
保持し駆動する加工ツール部９２と、被加工物を載せる
載物台９３と、それらの制御を行うＮＣコントローラ９
７を備える。加工ツール部９２は上下方向（Ｚ軸方向）
に移動可能であり、載物台９３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、ＮＣコント
ローラ９７により移動が制御される。上記のＩＳＯ２３
０−２やＪＩＳ−Ｂ−６２０１-1990 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ＮＣコ
ントローラ９７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１１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
１１を配置する。次に加工ツール部９２の先端にレーザ
干渉測長器の干渉光学ユニット１３をレーザ光が入射す
るように取り付け、載物台９３の端に反射鏡（コーナー
キューブ）を配置する。

【０００４】図６は、干渉光学ユニット１３の構成を示
す図である。レーザ光源１１は、Ｈｅ−Ｎｅ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、
偏光ビームスプリッタ１３１で２つのレーザビームに分
けられる。この時、偏光ビームスプリッタ１３１の光軸
は入射するレーザ光の偏光面に対して４５°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
３１を透過するレーザ光はＰ偏光、偏光ビームスプリッ
タ１３１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９３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１３１に入射する。他方のレーザビーム（Ｓ
偏光）は干渉光学ユニット１３に設けられた参照用コー
ナーキューブ１３２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１３１に入射する。コーナ
ーキューブ１７から偏光ビームスプリッタ１３１に入射
したレーザビームと参照用コーナーキューブ１３２から
偏光ビームスプリッタ１３１に入射したレーザビーム
は、偏光ビームスプリッタ１３１で重なり合い、偏光板
１３８を通過した後光検出器１３３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１／２異なる時にもっとも小さく
なる。そのため、載物台９３が移動し、その端に配置さ
れたコーナーキューブ１７が移動すると光検出器１３３
の出力強度が周期的に変化する。具体的にはコーナーキ
ューブ１７が１／２波長分移動すると、往復で波長分の
光路差が生じるため、光検出器１３３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ーキュ
ーブ１７、すなわち載物台９３の移動距離である。

【０００５】光検出器１３３の出力信号は、増幅器１３
４で増幅された後、比較器１３５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、それをカウンタ１
３６で計数する。測長値算出部１３７は、カウンタ１３
６の値から移動距離を算出する。図５及び図６に示した
従来の配置で、各軸方向の移動量を測定する手順につい
て説明する。

【０００６】作業者は、図５のようなＸ軸方向の移動量
誤差を測定する配置を完了した後、ＮＣコントローラ９
７を操作して、ＩＳＯ２３０−２やＪＩＳ−Ｂ−６２０
１-1990 等に規定された試験方法に対応する移動量分だ
け載物台９３をＸ軸方向に移動させるように指示する。
そしてこの移動に対応するレーザ測長器の測定値を記録
する。このような測定を、規定された個数の目標位置へ
規定された回数分移動させて行う。具体的には、ＩＳＯ
２３０−２とＪＩＳ−Ｂ−６２０１-1990 では、２ｍま
での移動距離ではメートル当たり５つの目標位置をとる
必要があり、更に各目標位置に５回以上各向きで移動さ
せる必要があり、測定を行う回数は膨大である。しか
も、各目標位置をどのような順番に測定するかで、直線
サイクルと折り返しサイクル等の複数のサイクルが規定
されており、対象となる工作機械毎にいずれかを選択し
て測定を行う必要がある。各目標位置のＮＣコントロー
ラ９７への入力は、測定毎に行われる場合も、最初にま
とめて入力し、ボタン操作により順に移動させる場合も
ある。いずれにしろ、各目標位置を入力する必要があ
る。そのため、作業に時間がかかる上、作業が非常に煩
雑で誤り易いという問題があった。また、測定値には規
定された演算処理を施して、評価値を算出することも必
要である。

【０００７】更に、マシニングセンタやフライス盤等の
ＮＣ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、Ｘ軸方向の測定が終了すると、レーザ光
源１１、干渉光学ユニット１３及びコーナーキューブ１
７の配置をＹ軸方向の移動量誤差を測定する配置に変更
した上で、Ｙ軸方向の測定を行い、その後更にＺ軸方向
の測定を行う必要がある。そのため、図５に示したレー
ザ光源１１からのレーザービームがＸ軸方向に出力され
る配置からＹ軸方向及びＺ軸方向に出力される配置に変
える必要があるが、レーザービームをＺ軸方向に、しか
も加工ツール部９２を通過するように配置するのは容易
でない。そのため反射鏡（ミラー）等を組み合わせてレ
ーザービームの方向を変えるようにしているが、配置を
調整する要素が増加するために調整作業は更に煩雑にな
る。

【０００８】あるいは、図７のように傾斜した移動軸を
測定する場合は、レーザ光源１１をその移動軸に合わせ
て傾けねばならず、更に多くの煩雑さを考慮しなければ
ならない。このような問題を解決するため、実願昭６２
−５２８６９号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
案されている。この分離型ーザ干渉計を使用すれば各軸
へのセッティングは容易に行えるものの、このような分
離型レーザ干渉計を使用しても、方向の切り換えは自動
的に行えず、作業者が各軸にセッティングする必要があ
るのが現状である。

【０００９】つまり、レーザビームの出力方向を変える
場合には、作業者が取り付けを変更して行う必要があ
り、レーザビームの出射方向はそれぞれの軸毎に合わせ
る必要がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のレーザ光源１
１、干渉光学ユニット１３及びコーナーキューブ１７の
配置においては、レーザビームが測定しようとする移動
軸の方向に平行に出力されることが必要であり、もし平
行でないと測定した値は、平行との角度差の余弦（ｃｏ
ｓ）値になり誤差を生じる。角度差が小さければ誤差は
小さいが、レーザ測長器を使用して測定する測定値は非
常な高精度を要求されるため、角度差が十分に小さくな
るように、レーザビームと移動軸の平行度を十分に合わ
せる必要があり、熟練した作業者が行う必要がある上、
熟練した作業者が行うにしても煩雑な作業であるという
問題があった。

【００１１】また、ＮＣ工作機械の移動量誤差の測定作
業は、上記のように煩雑な作業であり、多くの工数を必
要としていた。そのため、測定の自動化の必要がある
が、たとえ測定を自動化しても、１つの移動軸方向の移
動量誤差の測定が終了した後には、レーザビームの方向
を次に測定する移動軸方向に合わせるという作業を作業
者が行う必要があり、作業者が測定動作を頻繁に監視し
ていなければならない。そのため、十分な省人化が難し
かった。

【００１２】本発明は、このような問題点を解決するた
めのものであり、ＮＣ工作機械の移動誤差を測定する場
合に、レーザビームの方向合わせが容易に行え、特に１
つの移動軸方向の移動量誤差の測定が終了した後連続し
て別の移動軸方向の移動量誤差の測定が行えるレーザ測
長器の実現を目的とする

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明の第１の態様のレーザ測長器は、レーザ光源
と、このレーザ光源からのレーザビームを、測定反射ユ
ニットに向かう測定レーザビームと参照レーザビームに
分割すると共に、逆方向に反射されて戻ってくる測定レ
ーザビームと参照レーザビームを干渉するように合成す
るビームスプリッタと、参照レーザビームを逆方向に反
射する参照反射手段と、反射された測定レーザビームと
参照レーザビームのビームスプリッタで合成された干渉
光を受光し、干渉縞に応じた電気信号を生成する受光手
段と、受光手段の出力する電気信号の変化のサイクル数
を計数するカウント手段とを備え、測定反射ユニットの
移動に伴って変化する干渉縞の本数を計数して測定反射
ユニットの取り付けられた物体の移動距離を測定するレ
ーザ測長器において、ビームスプリッタから出力される
測定レーザビームの方向を９０°異なる方向に切り換え
る出力方向切り換え手段を備えることを特徴とする。

【００１４】上記の実願昭６２−５２８６９号に記載さ
れている分離型レーザ干渉計のように、レーザ光源から
干渉光学ユニットの間のレーザビームの伝達を光ファイ
バで行う場合には、ビームスプリッタと参照反射手段と
出力方向切り換え手段を１つの筐体内に収容し、レーザ
光源から筐体までレーザビームを伝達する光ファイバを
設けるようにする。

【００１５】更に、受光手段も筐体と離れた位置に設け
る場合には、筐体から受光手段までレーザビームを伝達
する光ファイバを設ける。本発明の第２の態様のレーザ
測長器は、レーザ光源と、レーザ光源からのレーザビー
ムを、測定反射ユニットに向かう測定レーザビームと参
照レーザビームに分割すると共に、逆方向に反射されて
戻ってくる測定レーザビームと参照レーザビームを干渉
するように合成する干渉用ビームスプリッタと、参照レ
ーザビームを逆方向に反射する参照反射手段と、干渉用
ビームスプリッタで合成された前記測定レーザビームと
参照レーザビームを受光し、干渉縞に応じた電気信号を
生成する受光手段と、受光手段の出力する電気信号の変
化のサイクル数を計数するカウント手段とを備え、測定
反射ユニットの移動に伴って変化する干渉縞の本数を計
数して測定反射ユニットの取り付けられた物体の移動距
離を測定するレーザ測長器において、干渉用ビームスプ
リッタからの測定レーザビームを複数のレーザ光に分割
する分割手段を備えており、分割手段から出射される測
定レーザビームは、出力方向が９０°異なることを特徴
とする。

【００１６】また、上記の実願昭６２−５２８６９号に
記載されている分離型レーザ干渉計のように、レーザ光
源から干渉光学ユニットの間のレーザビームの伝達を光
ファイバで行う場合には、分割手段と複数のビームスプ
リッタと参照反射手段は、１つの筐体内に収容し、レー
ザ光源から筐体までレーザビームを伝達する光ファイバ
を備える。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施例の縦
型のマシニングセンタの全自動測定システムの構成を示
す図である。図１に示すように、ＮＣ工作機械は従来の
ものと同じであり、加工ツール部９２、載物台９３、Ｎ
Ｃコントローラ９７等を備える。従来のＮＣ工作機械の
ＮＣコントローラ９７は、一般にＲＳ−２３２Ｃ用ター
ミナル等のデータ入出力ポートを備えている。本発明が
適用されるＮＣ工作機械のＮＣコントローラ９７もこの
ようなデータ入出力ポートを備えていることが要求され
る。

【００１８】本実施例で使用されるレーザ測長器は実願
昭６２−５２８６９号に記載されている分離型レーザ干
渉計である。この分離型レーザ干渉計は、レーザ光源と
干渉光学ユニットの間を単一モードファイバ又は偏波面
保存ファイバ等の光ファイバで接続することにより、レ
ーザ光源と干渉光学ユニットの間のアラインメント調整
を不要にすると共にその間の配置の自由度を高めたレー
ザ測長器である。更に、信号処理部を干渉光学ユニット
から分離することも可能であり、干渉光学ユニットに光
検出器を設けて干渉縞の信号を電気信号に変換し、電気
信号用ケーブルで信号処理部に送ることも可能である
が、ここでは信号処理部に光検出器を設けて干渉縞の光
信号を光ファイバを介して信号処理部の光検出器に送信
する形式のものを使用する。これにより、干渉光学ユニ
ットをより小型にできる。

【００１９】図１において、参照番号１１はＨｅ−Ｎｅ
レーザ等の可干渉距離の長いレーザ光を出力するレーザ
光源であり、１４は干渉光学ユニットであり、１６は信
号処理ユニットであり、３２は干渉光学ユニット１４内
の光路切り換えユニットを駆動する光路切り換えコント
ローラであり、３１は測定制御部に相当するノート型パ
ーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。レーザ光源１１
と干渉光学ユニット１４の間は単一モードファイバ又は
偏波面保存ファイバ等の光ファイバ１２１で接続され、
干渉光学ユニット１４と信号処理ユニット１６の間は光
ファイバ１２２で接続されている。干渉光学ユニット１
４内と光路切り換えコントローラ３２の間は電気ケーブ
ル３５で接続されている。また、ノート型ＰＣ３１とＮ
Ｃコントローラ９７、信号処理ユニット１６、及び光路
切り換えコントローラ３２の間はデータ通信ケーブルで
接続されており、制御信号やデータの送受信が可能であ
る。信号処理ユニット１６は光検出器とその出力の変化
から干渉縞の本数を計数するカウンタを備えている。

【００２０】図２は、干渉光学ユニット１４の内部の構
成を示す図である。図３に示すように、光ファイバ１２
１から出力されるレーザ光源１１１からのレーザ光はコ
リメータレンズ１４１で平行ビームにされた後、偏光ビ
ームスプリッタ１４２で２ビームに分割され、一方（Ｓ
偏光）は１／４波長板１５３を通って参照用コーナーキ
ューブ１４３に向かう。もう一方（Ｐ偏光）は１／４波
長板１５４を通って下方に向かい、図示の状態では反射
鏡１４４に４５°で入射し、９０°異なる方向に反射さ
れる。反射鏡１４４は基体１４６に取り付けられてお
り、この基体１４６にはもう１つ反射鏡１４５が取り付
けられている。基体１４６は、２個の側板１４８と１４
９の間に設けられた送りねじ１５０とガイド１５１によ
り支持されており、光路切り換えユニット３２からの信
号により駆動される送りモータ１４７を動作させること
により送りねじ１５０が回転するように構成されてい
る。従って、送りモータ１４７が駆動されると基体１４
６が移動し、偏光ビームスプリッタ１４２の下方には、
図示の反射鏡１４４が位置する状態から、なにもない状
態になり、そして反射鏡１４５が位置する状態に変化す
る。偏光ビームスプリッタ１４２から下方に向かうレー
ザビームは、反射鏡１４４が位置する場合には反射鏡１
４４に４５°で入射して９０°異なる水平方向に反射さ
れ、なにもない状態ではそのまま下方に向かい、反射鏡
１４５が位置する場合には反射鏡１４５に４５°で入射
して反射鏡１４４で反射された場合と９０°異なる水平
方向に向かう。すなわち、レーザビームの出力する方向
を３軸方向に切り換える 図２に示すように、光ファイ
バ１２１から出力されるレーザ光源１１からのレーザ光
はコリメータレンズで平行ビームにされた後、ビームス
プリッタ１４２で２ビームに分割され、一方は参照用コ
ーナーキューブ１４３に向かう。もう一方は下方に向か
い、図示の状態では反射鏡１４４の反射面に４５°で入
射し、９０°異なる方向に反射される。反射鏡１４４は
基体１４６に取り付けられており、この基体１４６には
もう１つ反射鏡１４５が取り付けられている。基体１４
６は、２個の側板１４８と１４９の間に設けられた送り
ねじ１５０とガイド１５１により支持されており、光路
切り換えユニット３２からの信号により駆動される送り
モータ１４７を動作させることにより送りねじ１５０が
回転するように構成されている。従って、送りモータ１
４７が駆動されると基体１４６が移動し、ビームスプリ
ッタ１４２の下方には、図示の反射鏡１４４が位置する
状態から、なにもない状態になり、そして反射鏡１４５
が位置する状態に変化する。ビームスプリッタ１４２か
ら下方に向かうレーザビームは、反射鏡１４４が位置す
る場合には反射鏡１４４の反射面に対して４５°で入射
して９０°異なる水平方向に反射され、なにもない状態
ではそのまま下方に向かい、反射鏡１４５が位置する場
合には反射鏡１４５の反射面に対して４５°で入射して
反射鏡１４４で反射された場合と９０°異なる水平方向
に向かう。すなわち、レーザビームの出力する方向を３
軸方向に切り換えることができる。

【００２１】レーザビームの出力される方向にはコーナ
ーキューブ１７１が配置されているので、レーザビーム
は逆方向に戻ってくる。従って、図示の状態であれば、
再び反射鏡１４４で反射されて上方に向かいビームスプ
リッタ１４２に入射し、集光レンズ１５２に向かう。参
照用ビームスプリッタ１４３に向かったレーザビームは
そこで反射され再びビームスプリッタ１４２に入射し、
透過したビームが上記の工作機械９１に配置されたコー
ナーキューブから戻ったビームと干渉する。これらの干
渉するビームは集光レンズ１５２で光ファイバ１２２の
端面に集光され、光ファイバ１２２を介して信号処理ユ
ニット１６に設けられた光検出器に入射する。信号処理
ユニット１６では光検出器の出力する電気信号を処理し
て、移動に伴って変化する干渉縞の本数を検出し、移動
距離を算出する。

【００２２】図１に示した構成で、前述のＩＳＯ２３０
−２やＪＩＳ−Ｂ−６２０１-1990等の規格に従った測
定が行われる。ここでは、ＩＳＯ２３０−２やＪＩＳ−
Ｂ−６２０１-1990 等の規格に沿った形で測定が自動的
に行えるように、ノート型ＰＣ３１にそのためのプログ
ラムが格納されており、ノート型ＰＣ３１はこのプログ
ラムに基づいてＮＣコントローラ９７、信号処理ユニッ
ト１６、及び光路切り換えコントローラ３２を制御し、
自動的に測定を行う。

【００２３】作業者は、まず、図１に示すような配置を
行う。すなわち、干渉光学ユニット１４を加工ツール部
９２のツール軸に取り付ける。そしてＺ軸方向に平行に
レーザビームが出力されるように調整を行ってＺ軸用の
コーナーキューブ１７１を配置する。更に、ツール軸を
所定位置まで降下させ、光路切り換えコントローラ３２
を介してモータ１４７を駆動し、ビームスプリッタ１４
２から出力されたレーザビームがそのまま出力されるよ
うに切り換え、レーザビームがＸ軸方向に出力されるよ
うにする。この状態でレーザビームの出射方向がＸ軸方
向に平行になるようにツール軸を回転して調整する。図
１の状態でＺ軸方向に平行にレーザビームが出力される
ように調整されているので、出射されるレーザビームは
かならずＸＹ平面に平行に出力されるので、単にツール
軸を回転するだけで調整可能である。レーザビームがＸ
軸方向に平行なツール軸の回転位置が測定における回転
基準になる。この状態で、光路切り換えコントローラ３
２を介してモータ１４７を更に駆動し、ビームスプリッ
タ１４２から出力されたレーザビームが反射鏡１４５で
反射されるように切り換えると、レーザビームがＹ軸方
向に出力され、その方向はＹ軸に平行である。従って、
レーザビームの出射方向をＹ軸方向に合わせる調整は必
要ない。

【００２４】以上のような設定が完了すると、ノート型
ＰＣ３１が自動的に測定動作を実行する。まず、光路切
り換えコントローラ３２を介してレーザビームがＺ軸方
向に出力されるように戻し、Ｚ軸方向の移動量誤差の測
定を行う。Ｚ軸方向の移動量誤差の測定が終了すると、
レーザビームがＸ軸方向に出力されるように切り換えて
Ｘ軸方向の移動量誤差の測定を行い、更にレーザビーム
がＹ軸方向に出力されるように切り換えてＸ軸方向の移
動量誤差の測定を行う。

【００２５】このように、本発明のレーザ測長器をＮＣ
工作機械の移動量誤差を自動的に行う測定システムと組
み合わせれば、３軸方向の移動量誤差がすべて自動的に
行え、特に工数の大幅な削減が可能である。図３は、本
発明を横型のマシニングセンタに適用した第２実施例の
ＮＣ工作機械の移動量誤差測定システムの構成を示す図
である。第２実施例は、横型のマシニングセンタである
点及び干渉光学ユニットの構成が異なる点以外は第１実
施例とほぼ同様の構成を有するので、ここでは干渉光学
ユニットについてのみ説明する。

【００２６】図４は、第２実施例の干渉光学ユニットの
構成を示す図である。図４に示すように、レーザ光源１
１から光ファイバ１２１で伝達されたレーザビームは光
ファイバ１２１の端部から出射され、コリメータレンズ
２４１で平行レーザビームにされる。この平行レーザビ
ームは、干渉用のビームスプリッタに相当する偏光ビー
ムスプリッタ２４２に入射し、測定レーザビームと参照
レーザビームの２つのレーザビームに分割される。測定
レーザビームは分割手段に相当する無偏光ビームスプリ
ッタ２４４に入射し、２つのレーザビームに分割され
る。分割された一方のレーザビームは分割手段に相当す
る無偏光ビームスプリッタ２４５に入射し、更に２つの
レーザビームに分割される。すなわち、レーザビームは
分割手段に相当する無偏光ビームスプリッタ２４４と２
４５により３つのレーザビームに分割される。無偏光ビ
ームスプリッタ２４４に入射したレーザビームは９０°
異なる方向に出射されるように構成及び配置されてお
り、無偏光ビームスプリッタ２４５に入射したレーザビ
ームも９０°異なる方向に出射されるように構成及び配
置されており、分割された３つのレーザビームは相互に
９０°異なる方向に出射される。ここで、無偏光ビーム
スプリッタ２４４で分割されるレーザビームの強度を２
対１となるように設定し、無偏光ビームスプリッタ２４
５に向かうレーザビームの強度をもう一方のレーザビー
ムの強度の２倍に設定し、無偏光ビームスプリッタ２４
５で分割されるレーザビームの強度を１対１となるよう
に設定すれば、無偏光ビームスプリッタ２４４と２４５
により分割された３つのレーザビームの強度は等しくな
る。

【００２７】分割された３本のレーザビームは、それぞ
れＮＣ工作機械のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に出力され、ＮＣ工
作機械の載物台９３に配置されたコーナーキューブ１７
１、１７２、２４７で反射されて逆方向に戻ってくる。
そして、分割されたのと同じ経路を通って干渉用の偏光
ビームスプリッタ２４２に戻る。偏光ビームスプリッタ
２４２で分割されたもう一方のレーザビームは参照用コ
ーナーキューブ２４３で反射され、コーナーキューブ１
７１、１７２等で反射されて戻ってきたレーザビームと
偏光ビームスプリッタ２４２で合成される。この合成さ
れたレーザビームは、偏光板２５２を通過して干渉す
る。これらの干渉するレーザビームを受光素子２５３で
受ける。受光素子２５３は、光強度に応じた電気信号を
出力するので、レーザビームの干渉状態、すなわち干渉
縞が変化するとそれに応じて変化する信号を出力する。

【００２８】図４では、分割されてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方
向にそれぞれ出射されたレーザビームが、同時にＮＣ工
作機械の載物台９３に配置されたコーナーキューブ１７
１、１７２、２４７で反射されて逆方向に戻ってくるよ
うに示しているが、実際の測定では、１つの移動軸方向
についての測定を行う場合には、他の２つの方向につい
ては出射されるレーザビームが載物台９３に配置された
コーナーキューブに入射しないようにコーナーキューブ
を移動しており、偏光ビームスプリッタ２４２に戻って
くるのはコーナーキューブ１７１、１７２、２４７のう
ちの１つで反射されたレーザビームである。

【００２９】しかし、測定時にたまたま３軸方向に出射
されたレーザビームが、ＮＣ工作機械の載物台９３に配
置されたコーナーキューブ１７１、１７２、２４７の内
の複数のコーナーキューブに入射した場合の問題や、使
用していないレーザビームを作業者が観察することのな
いように、図４に示すように、干渉光学ユニットの各レ
ーザビームの出力口に、シャッタ２４９、２５０、２５
１を設け、使用していない方向のレーザビームを遮断す
ることが望ましい。

【００３０】以上のように、第２実施例の干渉光学ユニ
ットでは、同時に３軸方向にレーザビームが出力され
る。第１実施例と同様に、干渉光学ユニット１４から出
射される２本のレーザビームの方向を２つの軸方向に一
致させれば、もう一方は自動的に一致する。各軸方向の
移動量誤差は、各軸毎に行われる。１つの軸方向の移動
量誤差の測定が終了すると、ツール軸及び載物台９３を
所定の位置に移動させた後、次の軸方向の移動量誤差を
測定する。

【００３１】以上、分離型レーザ干渉計を使用するレー
ザ測長器を例として説明したが、本発明は図５に示した
レーザ光源１１から出射されるレーザビームを干渉光学
ユニットに直接入射させる形式にも適用可能である。図
５のレーザ測長器は分離型に比べて配置の自由度が少な
いが、本発明の出射方向が３軸方向に切り換え可能な干
渉光学ユニットや同時に３軸方向にレーザビームが出射
される干渉光学ユニットを使用すれば、配置の自由度が
少ないことによる問題は大幅に低減される。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ測長器を使用してＮＣ工作機械の精度測定を行う
場合の軸合わせ（アラインメント）作業が容易になり、
各軸方向の精度測定が連続して行えるようになるので、
測定に要する工数が低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の縦型マシニングセンタの
全自動測定システムの構成を示す図である。

【図２】第１実施例の干渉光学ユニットの構成を示す図
である。

【図３】本発明の第２実施例の縦型マシニングセンタの
全自動測定システムの構成を示す図である。

【図４】第２実施例の干渉光学ユニットの構成を示す図
である。

【図５】ＮＣ工作機械の移動軸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６】従来の干渉光学ユニットの構成を示す図であ
る。

【図７】ＮＣ旋盤の傾斜した移動軸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。

【符号の説明】

１１、１１１…レーザ光源 １３、１４…干渉光学ユニット １６…信号処理ユニット １７、１７１、１７２…コーナーキューブ ３０、３１…測定制御手段（ノート型パーソナルコンピ
ュータ） ９１…工作機械 ９２…加工ツール部 ９３…載置台 ９７…ＮＣコントローラ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源（１１）と、 該レーザ光源（１１）からのレーザビームを、測定反射
   ユニットに向かう測定レーザビームと参照レーザビーム
   に分割すると共に、逆方向に反射されて戻ってくる前記
   測定レーザビームと前記参照レーザビームを干渉するよ
   うに合成するビームスプリッタ（１４２）と、 前記参照レーザビームを逆方向に反射する参照反射手段
   （１４３）と、 反射された前記測定レーザビームと前記参照レーザビー
   ムの前記ビームスプリッタ（１４２）で合成された干渉
   光を受光し、干渉縞に応じた電気信号を生成する受光手
   段（１６）と、 前記受光手段（１６）の出力する前記電気信号の変化の
   サイクル数を計数するカウント手段とを備え、前記測定
   反射ユニットの移動に伴って変化する前記干渉縞の本数
   を計数して前記測定反射ユニットの取り付けられた物体
   の移動距離を測定するレーザ測長器において、 前記ビームスプリッタ（１４２）から出力される前記測
   定レーザビームの方向を９０°異なる方向に切り換える
   出力方向切り換え手段（１４４、１４５、１４６、１４
   ７）を備えることを特徴とするレーザ測長器。
2. 【請求項２】 前記ビームスプリッタ（１４２）と前記
   参照反射手段（１４３）と前記出力方向切り換え手段
   （１４４、１４５、１４６、１４７）は、１つの筐体
   （１４）内に収容されており、 前記レーザ光源（１１）から前記筐体（１４）まで前記
   レーザビームを伝達する光ファイバ（１２１）を備える
   請求項１に記載のレーザ測長器。
3. 【請求項３】 前記受光手段（１６）は、前記筐体（１
   ４）と離れた位置に設けられており、 前記筐体（１４）から前記受光手段（１６）まで前記レ
   ーザビームを伝達する光ファイバ（１２２）を備える請
   求項２に記載のレーザ測長器。
4. 【請求項４】 レーザ光源（１１）と、 該レーザ光源（１１）からのレーザビームを、測定反射
   ユニットに向かう測定レーザビームと参照レーザビーム
   に分割すると共に、逆方向に反射されて戻ってくる前記
   測定レーザビームと前記参照レーザビームを干渉するよ
   うに合成する干渉用ビームスプリッタ（２４２）と、 前記参照レーザビームを逆方向に反射する参照反射手段
   （２４３）と、 前記干渉用ビームスプリッタで合成された前記測定レー
   ザビームと前記参照レーザビームを受光し、干渉縞に応
   じた電気信号を生成する受光手段（２５３）と、 前記受光手段の出力する前記電気信号の変化のサイクル
   数を計数するカウント手段とを備え、前記測定反射ユニ
   ットの移動に伴って変化する前記干渉縞の本数を計数し
   て前記測定反射ユニットの取り付けられた物体の移動距
   離を測定するレーザ測長器において、 前記干渉用ビームスプリッタ（２４２）からの前記測定
   レーザビームを複数のレーザ光に分割する分割手段（２
   ４４、２４５）を備えており、 前記分割手段（２４４、２４５）から出射される前記測
   定レーザビームは、出力方向が９０°異なることを特徴
   とするレーザ測長器。
5. 【請求項５】 前記干渉用ビームスプリッタ（２４２）
   と前記分割手段（２４４、２４５）と前記参照反射手段
   （２４３）は、１つの筐体（１４）内に収容されてお
   り、 前記レーザ光源（１１）から前記筐体（１４）まで前記
   レーザビームを伝達する光ファイバ（１２１）を備える
   請求項４に記載のレーザ測長器。