JP7477755B2 - Straightness Measuring Device - Google Patents
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Description
本発明は、真直度測定装置に係り、特に工作機器や測定機器に設けられた移動体の移動方向の真直度を測定する真直度測定装置に関する。 The present invention relates to a straightness measuring device, and in particular to a straightness measuring device that measures the straightness in the direction of movement of a moving body provided in a machine tool or measuring device.
従来、工作機器や測定機器に設けられた移動体の移動方向の真直度を、例えば、特許文献1に開示されたレーザ干渉計を用いて測定することが知られている。
Conventionally, it has been known to measure the straightness of a moving body in the direction of movement of a machine tool or measuring device using a laser interferometer, as disclosed in, for example,
上記のレーザ干渉計は、レーザ発振器を有しており、このレーザ発振器からのレーザ光の光路内には、真直度干渉計と、移動体に取り付けられる反射ミラーとが配置されている。レーザ発振器からのレーザ光は、真直度干渉計を経由することにより2偏光成分のレーザ光に分割されて反射ミラーに出射され、そして、反射ミラーで反射された2つのレーザ光は、真直度干渉計に戻されて合成される。その合成された2つのレーザ光の干渉光を受光素子で受光することにより、2つのレーザ光の光路長の相対的な変化を検出し、その変化に基づいて移動体の移動方向の真直度を測定する。 The above-mentioned laser interferometer has a laser oscillator, and in the optical path of the laser light from this laser oscillator, a straightness interferometer and a reflecting mirror attached to the moving body are arranged. The laser light from the laser oscillator is split into two polarized components of laser light by passing through the straightness interferometer and is emitted to the reflecting mirror, and the two laser lights reflected by the reflecting mirror are returned to the straightness interferometer and combined. The interference light of the two combined laser lights is received by a light receiving element to detect the relative change in the optical path length of the two laser lights, and the straightness of the moving direction of the moving body is measured based on that change.
例えば、特許文献1のようなレーザ干渉計を使用した真直度測定装置は、レーザ発振器からのレーザ光を真直度干渉計から真直度反射鏡に向けて広げているため、広げられた2つのレーザ光は互いに離れた空間を通過する。例えば、2つのレーザ光が同一の空間を通過する場合、空間の揺らぎ(例えば、擾乱)による影響は互いに打消し合うため小さくなるが、上記のように互いに離れた空間を通過した場合には、互いに打消し合うことができず、空間の揺らぎの影響を受けてしまい、安定した測定を行うことができないという問題がある。
For example, in a straightness measurement device using a laser interferometer such as that in
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、空間の揺らぎの影響を抑制して安定した測定を行うことができる真直度測定装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a straightness measuring device that can perform stable measurements by suppressing the effects of spatial fluctuations.
本発明の目的を達成するための真直度測定装置は、移動体の移動方向の真直度を検出する真直度測定装置であって、単一周波数のレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光の光路上に配置される真直度反射鏡と、レーザ光源と真直度反射鏡との間に配置され、レーザ光源から出射されたレーザ光を第1のレーザ光と第2のレーザ光とに分割する偏光ビームスプリッタと、第1のレーザ光の周波数を変調させて変調レーザ光を生成する周波数変調素子と、第2のレーザ光と変調レーザ光のそれぞれの位相を変化させるλ/4板と、λ/4板を通過した第2のレーザ光と変調レーザ光とを互いに離間する方向に広げて真直度反射鏡に入射させる偏向プリズムであって、真直度反射鏡で反射した第2のレーザ光の反射光と変調レーザ光の反射光とをλ/4板を介して偏光ビームスプリッタへ入射させる偏向プリズムと、偏光ビームスプリッタから出射された干渉光であって、偏光ビームスプリッタで合成された第2のレーザ光の反射光と変調レーザ光の反射光との干渉光の干渉信号を出力する受光素子と、干渉信号と周波数変調素子を駆動する駆動信号とに基づいて真直度を検出する検出部と、を備える。 The straightness measuring device for achieving the object of the present invention is a straightness measuring device for detecting straightness in the moving direction of a moving body, and includes a laser light source that emits laser light of a single frequency, a straightness reflector arranged on the optical path of the laser light, a polarizing beam splitter arranged between the laser light source and the straightness reflector that splits the laser light emitted from the laser light source into a first laser light and a second laser light, a frequency modulation element that modulates the frequency of the first laser light to generate modulated laser light, a λ/4 plate that changes the phase of each of the second laser light and the modulated laser light, and a second laser light that has passed through the λ/4 plate. The device is equipped with a deflection prism that spreads the second laser light and the modulated laser light in a direction away from each other and makes them incident on a straightness reflector, a deflection prism that makes the reflected light of the second laser light and the reflected light of the modulated laser light reflected by the straightness reflector incident on a polarizing beam splitter via a λ/4 plate, a light receiving element that outputs an interference signal of the interference light between the reflected light of the second laser light and the reflected light of the modulated laser light that are combined by the polarizing beam splitter, which is interference light emitted from the polarizing beam splitter, and a detection unit that detects straightness based on the interference signal and a drive signal that drives a frequency modulation element.
本発明の一形態は、レーザ光源のレーザ光の光路に沿って移動自在に設けられた移動体に、偏向プリズムが取り付けられることが好ましい。 In one embodiment of the present invention, it is preferable that the deflection prism is attached to a movable body that is arranged to be movable along the optical path of the laser light from the laser light source.
本発明の一形態は、レーザ光源のレーザ光の光路に沿って移動自在に設けられた移動体に、真直度反射鏡が取り付けられることが好ましい。 In one embodiment of the present invention, it is preferable that the straightness reflector is attached to a movable body that is arranged to be movable along the optical path of the laser light from the laser light source.
本発明の一形態は、検出部は、干渉信号の中から駆動信号の高周波数帯域に対応する高周波数帯域の検出信号を抽出して出力するロックインアンプと、ロックインアンプから出力される検出信号に基づき真直度を演算する演算部と、を備えることが好ましい。 In one embodiment of the present invention, the detection unit preferably includes a lock-in amplifier that extracts and outputs a detection signal in a high frequency band corresponding to the high frequency band of the drive signal from the interference signal, and a calculation unit that calculates the straightness based on the detection signal output from the lock-in amplifier.
本発明の一形態は、駆動信号は、1GHz以上の高周波数帯域の信号であることが好ましい。 In one embodiment of the present invention, the drive signal is preferably a signal in a high frequency band of 1 GHz or more.
本発明によれば、空間の揺らぎの影響を抑制して安定した測定を行うことができる。 The present invention makes it possible to suppress the effects of spatial fluctuations and perform stable measurements.
以下、添付図面に従って本発明の真直度測定装置の実施形態について説明する。 Below, an embodiment of the straightness measuring device of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
図1は、実施形態に係る真直度測定装置10の基本構成を示すブロック図である。
Figure 1 is a block diagram showing the basic configuration of a
図1に示すように、実施形態の真直度測定装置10は、レーザ光源12から出射されるレーザ光Lを利用して移動体の移動方向の真直度を測定する装置であり、レーザ光源12からのレーザ光Lの光路内に、偏光ビームスプリッタ14、ピエゾ素子16を備えたプリズム18、λ/4板20、偏向プリズム22及び真直度反射鏡24が順に配置されて構成される。
As shown in FIG. 1, the
レーザ光源12としては、例えば、He-Neレーザ等の干渉距離の長い単一周波のレーザ光を出射するレーザ光源が用いられる。このレーザ光源12から出射されたレーザ光Lは、上記の偏光ビームスプリッタ14で第1のレーザ光L1と第2のレーザ光L2とに分割される。この時、偏光ビームスプリッタ14の光軸は入射するレーザ光L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14で反射する第1のレーザ光L1はS偏光、偏光ビームスプリッタ14を透過する第2のレーザ光L2はP偏光と呼ばれ、互いに偏光方向が直交している。
As the
第1のレーザ光L1は、反射面18Aにピエゾ素子16が取り付けられたプリズム18に入射する。ピエゾ素子16は、周波数源である発振器25から出力される高周波数帯域の駆動信号S1に基づき高周波数帯域で駆動される。これによって反射面18Aが振動され、この反射面18Aで反射される第1のレーザ光L1は、その周波数が変調されて高周波数帯域の周波数を有する変調レーザ光L3に変調される。この変調レーザ光L3の光軸は、第2のレーザ光L2の光軸と平行に設定されている。
The first laser light L1 is incident on a
上記の構成により、偏光ビームスプリッタ14で分割された第1のレーザ光L1は、駆動信号S1により振動するピエゾ素子16によって変調レーザ光L3に変調される。そして、変調レーザ光L3の周波数は、発振器25からの高周波数帯域の駆動信号S1によって任意に調整可能である。本実施形態では、後述するように、変調レーザ光L3の周波数が、空気の乱れの影響を受け難い直進性の高い高周波数帯域(例えば、1GHz以上の高周波数帯域)の周波数に調整される。ここで、ピエゾ素子16は、本発明の周波数変調素子の一例である。
With the above configuration, the first laser light L1 split by the polarizing
第2のレーザ光L2と変調レーザ光L3とは、それぞれλ/4板20を通過することで、それぞれ位相が変化されて円偏光に変換される。そして、λ/4板20を通過した第2のレーザ光L2と変調レーザ光L3とは、偏向プリズム22によって互いに離間する方向にそれぞれ所定の角度(θ)分だけ広げられて真直度反射鏡24に向けて出射される。
The second laser light L2 and the modulated laser light L3 are each converted into circularly polarized light by changing the phase of each light as they pass through the λ/4
真直度反射鏡24は、変調レーザ光L3を反射する反射鏡26と、第2のレーザ光L2を反射する反射鏡28とを有している。反射鏡26は、反射鏡26の法線が変調レーザ光L3の光軸と平行になるように配置され、反射鏡28は、反射鏡28の法線が第2のレーザ光L2の光軸と平行となるように配置されている。これにより、反射鏡26に入射した変調レーザ光L3は、反射鏡26で反射され、その反射光(以下、「変調レーザ反射光L4」と言う。)は、変調レーザ光L3と同じ方向に戻される。そして、変調レーザ反射光L4は、偏向プリズム22に入射する。また、反射鏡28に入射した第2のレーザ光L2は、反射鏡28で反射され、その反射光(以下、「第2のレーザ反射光L5」と言う。)は、第2のレーザ光L2と同じ方向に戻される。そして、第2のレーザ反射光L5は、偏向プリズム22に入射する。
The
偏向プリズム22に入射した変調レーザ反射光L4は、偏向プリズム22からλ/4板20を通過することで円偏光から直線偏光に変換された後、プリズム18の反射面18Aで反射されて偏光ビームスプリッタ14に戻される。同様に、偏向プリズム22に入射した第2のレーザ反射光L5は、偏向プリズム22からλ/4板20を通過することで円偏向から直線偏向に変換された後、偏光ビームスプリッタ14に戻される。
The modulated reflected laser light L4 incident on the
偏光ビームスプリッタ14に戻された上記の変調レーザ反射光L4と第2のレーザ反射光L5とは、偏光ビームスプリッタ14で合成されて干渉される。これにより、偏光ビームスプリッタ14で干渉光L6が生成され、その干渉光L6が偏光ビームスプリッタ14から出射されて受光素子30に入射する。
The modulated laser reflected light L4 and the second laser reflected light L5 returned to the polarizing
受光素子30は、上記の干渉光L6を受光し、干渉光L6の干渉縞に応じた干渉信号S2をロックインアンプ32に出力する。
The
ロックインアンプ32には、上記の干渉信号S2のほか、発振器25から駆動信号S1が入力されている。ロックインアンプ32は、干渉信号S2の中から駆動信号S1の高周波数帯域に対応する高周波数帯域の検出信号S3を抽出して演算部34に出力する。
In addition to the interference signal S2, the drive signal S1 is input to the lock-in
演算部34は、増幅器36、周波数計測部であるカウンタ38、及び算出部40を備えている。ロックインアンプ32から演算部34に出力された検出信号S3は、増幅器36で増幅された後、カウンタ38によって検出信号S3の周波数が計数される。そして、算出部40は、カウンタ38の計数値に基づいて変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2 の光路差を算出するとともに、後述する既知の角度(θ:図1参照)に基づいて移動体の移動方向の真直度を算出する。ここで、ロックインアンプ32と演算部34とによって検出部33が構成される。検出部33は、真直度を検出する本発明の検出部の一例である。
The
次に、真直度測定装置10を用いた真直度測定方法について説明する。
Next, we will explain the straightness measurement method using the
図2は、真直度測定装置10が工作機器50に設置された場合の第1の測定形態を示した説明図である。
Figure 2 is an explanatory diagram showing the first measurement mode when the
図2によれば、工作機器50に設けられたキャリッジ52のX軸方向の真直度を、真直度測定装置10によって測定する態様が示されている。また、図2に示す真直度測定装置10においては、レーザ光照射装置54と、偏向プリズム22と、真直度反射鏡24とが図示されている。なお、レーザ光照射装置54は、図1に示したレーザ光源12と、偏光ビームスプリッタ14と、ピエゾ素子16を有するプリズム18と、λ/4板20とを備えて構成されている。なお、キャリッジ52は、本発明の移動体の一例である。
FIG. 2 shows how the straightness of a
工作機器50のキャリッジ52は、Xテーブル56に沿ってX軸方向に移動自在に取り付けられている。このように構成されたキャリッジ52のX軸方向の真直度を測定する場合には、X軸の前端側にレーザ光照射装置54を配置するとともに、レーザ光照射装置54から出射される変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2とがX軸と平行になるように、レーザ光照射装置54を三脚58に固定する。
The
真直度反射鏡24においては、X軸の後端側に配置するとともに、高さ調整が可能な支持台60に固定する。偏向プリズム22においては、X軸の軸路においてレーザ光照射装置54と真直度反射鏡24との間に配置するとともに、高さ調整が可能な支持台62を介してキャリッジ52に取り付ける。そして、変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2の高さとほぼ同じ高さになるように、偏向プリズム22と真直度反射鏡24のそれぞれの高さを上記の支持台60、62によってそれぞれ調整する。
The
そして、変調レーザ光L3の周波数を、発振器25からの駆動信号S1により、空気の乱れの影響を受け難い直進性の高い高周波数帯域(例えば、1GHz以上の高周波数帯域)の周波数に調整する。以上で、測定準備が完了する。
Then, the frequency of the modulated laser light L3 is adjusted to a high-frequency band (e.g., a high-frequency band of 1 GHz or more) that is less susceptible to the effects of air turbulence and has a high degree of linearity, by the drive signal S1 from the
ここで、真直度とは、偏向プリズム22の移動方向(X軸方向)に直交する方向の軸ズレ量を指し、変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2とを偏向プリズム22でどの方向に広げるかによって軸ズレの方向が決定される。
Here, straightness refers to the amount of axial misalignment in a direction perpendicular to the movement direction (X-axis direction) of the
すなわち、図2に示した測定態様では、変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2とを垂直面内において上下方向に広げているので、X軸に対する上下方向(Z軸方向)の真直度の測定が可能となっている。なお、変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2とを水平面内において左右方向に広げた場合には、X軸に対する左右方向(Y軸方向)の真直度の測定が可能となる。 In other words, in the measurement mode shown in FIG. 2, the modulated laser light L3 and the second laser light L2 are spread in the up-down direction in a vertical plane, so it is possible to measure the straightness in the up-down direction (Z-axis direction) relative to the X-axis. Note that if the modulated laser light L3 and the second laser light L2 are spread in the left-right direction in a horizontal plane, it is possible to measure the straightness in the left-right direction (Y-axis direction) relative to the X-axis.
上記のように構成された真直度測定装置10によって、キャリッジ52のX軸方向の真直度を測定する場合には、高周波数帯域の周波数に変調された変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2とをレーザ光照射装置54から偏向プリズム22に向けて出射するとともに、キャリッジ52をX軸方向に沿って移動させて、偏向プリズム22を真直度反射鏡24に対して近接又は離間させる。
When measuring the straightness of the
このとき、例えば、図3に示すように、偏向プリズム22がX軸に沿って移動する過程で上方にDだけ移動したとすると、変調レーザ光L3 の光路Aは、A’になり、第2のレーザ光L2 の光路Bは、B’になる。ここで、A=B、A’=A-D×sin(θ)、B’=B+D×sin(θ)の関係があるので、変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2との光路差は、B’-A’=2×D×sin(θ)となる。よって、光路差とθとが判れば、真直度Dが求められる。
At this time, for example, as shown in FIG. 3, if the
上記の光路差は、既述したように、ロックインアンプ32から演算部34に出力される検出信号S3に基づいて算出される。また、θは、偏向プリズム22で広げられる変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2の角度であって既知の角度である。したがって、実施形態の真直度測定装置10によれば、算出した光路差と既知の角度(θ)とに基づいて真直度Dを求めることができる。
As described above, the optical path difference is calculated based on the detection signal S3 output from the lock-in
ここで、偏向プリズム22から真直度反射鏡24に向かう変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2は、偏向プリズム22によって互いに離間する方向に広げられ、互いに離れた空間を通過するものなので、空間の揺らぎによる影響を受け易いと考えられる。しかしながら、変調レーザ光L3は、高周波数帯域の周波数(例えば、1GHz以上)に変調されており、更に、検出部33においては、変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2のそれぞれの反射光を合成して生成された干渉信号S2の中から駆動信号S1の高周波数帯域に対応する高周波数帯域の検出信号S3を抽出し、この検出信号S3に基づいて真直度を検出している。
Here, the modulated laser light L3 and the second laser light L2 traveling from the
つまり、実施形態の真直度測定装置10は、空気の乱れの影響を受け難い直進性の高い高周波数帯域の検出信号S3に基づいて真直度を検出しているので、変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2とが互いに離れた空間を通過しても、空間の揺らぎの影響を抑制して安定した測定を行うことができる。また、実施形態の真直度測定装置10は、変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2を偏向プリズム22と真直度反射鏡24との間で一往復させるだけで真直度を測定可能なので、例えば、二往復させる態様と比較してより安定した測定を行うことが可能となる。
In other words, the
また、実施形態の真直度測定装置10は、偏向プリズム22から真直度反射鏡24に向けて周波数の異なる2本のレーザ光(変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2)を照射し、これらの反射光に基づいて真直度を測定する装置なので、ヘテロダイン検出方式の真直度測定装置として構成されている。
The
従来、ヘテロダイン検出方式を採用したレーザ干渉計として、例えば、周波数の高い(例えば、数百THz)二周波数のレーザ光を出射するレーザ光源(例えば、ゼーマンレーザ:特開昭59-188511号公報参照)を使用し、周波数の異なる二つのレーザ光を測定対象物に照射し、測定対象物で反射した二つのレーザ光の光路差に基づく周波数差(例えば、5OMHz)から測定対象物の表面粗さや高さ形状を測定するものがある。しかし、上記のレーザ干渉計では、例えば、ゼーマンレーザのような特殊なレーザ光源を使用しなければならず、また、レーザ光の周波数が非常に高いため検出が困難であり、更に、上記の周波数差が小さいため空間の揺らぎによる影響を受け易く、安定した測定を行うことができない問題がある。 Conventionally, laser interferometers that use the heterodyne detection method use a laser light source (e.g., Zeeman laser: see JP 59-188511 A) that emits two high-frequency (e.g., several hundred THz) laser beams, irradiate the object to be measured with two laser beams of different frequencies, and measure the surface roughness and height shape of the object from the frequency difference (e.g., 50 MHz) based on the optical path difference between the two laser beams reflected by the object to be measured. However, the above-mentioned laser interferometers require the use of a special laser light source such as a Zeeman laser, and the frequency of the laser beam is very high, making detection difficult. Furthermore, since the frequency difference is small, it is easily affected by spatial fluctuations, making it difficult to perform stable measurements.
これに対し、実施形態の真直度測定装置10によれば、単一周波数のレーザ光を出射するレーザ光源12を使用し、このレーザ光源12からのレーザ光Lを偏光ビームスプリッタ14によって第1のレーザ光L1と第2のレーザ光L2とに分割する。そして、第1のレーザ光L1を、ピエゾ素子16によって高周波数帯域の周波数に変調し、この変調した変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2とを真直度反射鏡24に向けて広げて入射させ、真直度反射鏡24で反射した変調レーザ反射光L4と第2のレーザ反射光L5とを偏光ビームスプリッタ14で合成して干渉させる。そして、この干渉光を受光素子30で受光させ、受光素子30から出力される干渉信号S2と、発振器25からの駆動信号S1とに基づいて真直度を検出する。これにより、実施形態の真直度測定装置10は、ゼーマンレーザのような特殊なレーザ光源を用いずともヘテロダイン検出方式の測定を実施することが可能になる。また、高周波数帯域の周波数に変調した変調レーザ光L3を用いることにより、空間の揺らぎの影響を抑制して安定した測定を行うことができる。
In contrast, according to the
なお、実施形態の真直度測定装置10では、周波数変調素子としてピエゾ素子16を例示したが、これに限定されるものではなく、音響光学変調素子等の他の周波数変調素子を適用してもよい。
In the embodiment of the
図4は、真直度測定装置10が工作機器50に設置された場合の第2の測定形態を示した説明図である。なお、図4に示す工作機器50と図2に示した工作機器50とは同一構成なので、同一の符号を付して説明する。
Figure 4 is an explanatory diagram showing a second measurement mode when the
図4に示す真直度測定装置10においても、工作機器50に設けられたキャリッジ52のX軸方向の真直度を測定するものである。ここで、図2に示した真直度測定装置10と、図4に示した真直度測定装置10との異なる点は、図2ではキャリッジ52に偏向プリズム22を取り付けているのに対し、図4ではキャリッジ52に真直度反射鏡24を取り付け、図2に示した偏向プリズム22を図4に示すレーザ光出射装置70に内蔵させた点にある。なお、レーザ光出射装置70は、図1に示したレーザ光源12と、偏光ビームスプリッタ14と、ピエゾ素子16を有するプリズム18と、λ/4板20と、偏向プリズム22とを備えて構成されている。よって、図4の真直度測定装置10は、レーザ光出射装置70から真直度反射鏡24に向けて変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2とを出射する装置構成となっている。
The
図4に示す真直度測定装置10によって、キャリッジ52のX軸方向の真直度を測定する場合には、高周波数帯域の周波数に変調された変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2とをレーザ光出射装置70から真直度反射鏡24に向けて出射するとともに、キャリッジ52をX軸方向に沿って移動させて、真直度反射鏡24をX軸方向に沿って移動させる。そうすると、例えば、図5に示すように、真直度反射鏡24がX軸に沿って移動する過程で上方にDだけ移動したとすると、変調レーザ光L3 の光路Aは長くなり、第2のレーザ光L2 の光路Bは短くなる。
When measuring the straightness of the
以下、図2及び図3で説明した第1の測定形態と同様に、演算部34にて算出される変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2との光路差と、既知の角度(θ)とに基づいて真直度Dを求める。
As in the first measurement form described in Figures 2 and 3, the straightness D is calculated based on the optical path difference between the modulated laser light L3 and the second laser light L2 calculated by the
第2の測定形態においても、空気の乱れの影響を受け難い直進性の高い高周波数帯域の検出信号S3に基づいて真直度を検出しているので、変調レーザ光L3と第2のレーザ光L2とが互いに離れた空間を通過しても、空間の揺らぎの影響を抑制して安定した測定を行うことができる。 Even in the second measurement form, straightness is detected based on the detection signal S3 in the high frequency band, which has a high linearity and is less susceptible to the effects of air turbulence. Therefore, even if the modulated laser light L3 and the second laser light L2 pass through spaces separated from each other, the effects of spatial fluctuations can be suppressed and stable measurements can be performed.
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 Although an embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
10…真直度測定装置、12…レーザ光源、14…偏光ビームスプリッタ、16…ピエゾ素子、18…プリズム、20…λ/4板、22…偏向プリズム、24…真直度反射鏡、25…発振器、26…反射鏡、28…反射鏡、30…受光素子、32…ロックインアンプ、33…検出部、34…演算部、36…増幅器、38…カウンタ、40…算出部、50…工作機器、52…キャリッジ、54…レーザ光照射装置、56…Xテーブル、58…三脚、60…支持台、62…支持台、70…レーザ光出射装置 10...straightness measuring device, 12...laser light source, 14...polarizing beam splitter, 16...piezo element, 18...prism, 20...lambda/4 plate, 22...deflection prism, 24...straightness reflector, 25...oscillator, 26...reflector, 28...reflector, 30...light receiving element, 32...lock-in amplifier, 33...detection unit, 34...calculation unit, 36...amplifier, 38...counter, 40...calculation unit, 50...machine, 52...carriage, 54...laser light irradiation device, 56...X table, 58...tripod, 60...support, 62...support, 70...laser light emission device
Claims (5)
単一周波数のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光の光路上に配置される真直度反射鏡と、
前記レーザ光源と前記真直度反射鏡との間に配置され、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を第1のレーザ光と第2のレーザ光とに分割する偏光ビームスプリッタと、
前記第1のレーザ光の周波数を変調させて変調レーザ光を生成する周波数変調素子と、
前記第2のレーザ光と前記変調レーザ光のそれぞれの位相を変化させるλ/4板と、
前記λ/4板を通過した前記第2のレーザ光と前記変調レーザ光とを互いに離間する方向に広げて前記真直度反射鏡に入射させる偏向プリズムであって、前記真直度反射鏡で反射した前記第2のレーザ光の反射光と前記変調レーザ光の反射光とを前記λ/4板を介して前記偏光ビームスプリッタへ入射させる偏向プリズムと、
前記偏光ビームスプリッタから出射された干渉光であって、前記偏光ビームスプリッタで合成された前記第2のレーザ光の反射光と前記変調レーザ光の反射光との干渉光の干渉信号を出力する受光素子と、
前記干渉信号と前記周波数変調素子を駆動する駆動信号とに基づいて前記真直度を検出する検出部と、
を備え、
前記検出部は、前記干渉信号の中から前記駆動信号の高周波数帯域に対応する高周波数帯域の検出信号を抽出して出力するロックインアンプと、
前記ロックインアンプから出力される前記検出信号に基づき真直度を演算する演算部と、を備える、真直度測定装置。 A straightness measuring device for detecting straightness in a moving direction of a moving body, comprising:
a laser light source that emits laser light of a single frequency;
a straightness reflector disposed on the optical path of the laser light;
a polarizing beam splitter disposed between the laser light source and the straightness reflector, the polarizing beam splitter splitting the laser light emitted from the laser light source into a first laser light and a second laser light;
a frequency modulation element that modulates the frequency of the first laser beam to generate a modulated laser beam;
a λ/4 plate for changing the phases of the second laser light and the modulated laser light;
a deflection prism that spreads the second laser light and the modulated laser light that have passed through the λ/4 plate in a direction away from each other and causes them to enter the straightness reflector, and causes the reflected light of the second laser light and the reflected light of the modulated laser light reflected by the straightness reflector to enter the polarizing beam splitter via the λ/4 plate;
a light receiving element that outputs an interference signal of interference light between the reflected light of the second laser light and the reflected light of the modulated laser light, the interference light being output from the polarizing beam splitter; and
a detection unit that detects the straightness based on the interference signal and a drive signal that drives the frequency modulation element;
Equipped with
The detection unit includes a lock-in amplifier that extracts and outputs a detection signal of a high frequency band corresponding to a high frequency band of the drive signal from the interference signal;
a calculation unit that calculates straightness based on the detection signal output from the lock-in amplifier .
単一周波数のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光の光路上に配置される真直度反射鏡と、
前記レーザ光源と前記真直度反射鏡との間に配置され、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を第1のレーザ光と第2のレーザ光とに分割する偏光ビームスプリッタと、
前記第1のレーザ光の周波数を変調させて変調レーザ光を生成する周波数変調素子と、
前記第2のレーザ光と前記変調レーザ光のそれぞれの位相を変化させるλ/4板と、
前記λ/4板を通過した前記第2のレーザ光と前記変調レーザ光とを互いに離間する方向に広げて前記真直度反射鏡に入射させる偏向プリズムであって、前記真直度反射鏡で反射した前記第2のレーザ光の反射光と前記変調レーザ光の反射光とを前記λ/4板を介して前記偏光ビームスプリッタへ入射させる偏向プリズムと、
前記偏光ビームスプリッタから出射された干渉光であって、前記偏光ビームスプリッタで合成された前記第2のレーザ光の反射光と前記変調レーザ光の反射光との干渉光の干渉信号を出力する受光素子と、
前記干渉信号と前記周波数変調素子を駆動する駆動信号とに基づいて前記真直度を検出する検出部と、
を備え、
前記駆動信号は、1GHz以上の高周波数帯域の信号である、真直度測定装置。 A straightness measuring device for detecting straightness in a moving direction of a moving body, comprising:
a laser light source that emits laser light of a single frequency;
a straightness reflector disposed on the optical path of the laser light;
a polarizing beam splitter disposed between the laser light source and the straightness reflector, the polarizing beam splitter splitting the laser light emitted from the laser light source into a first laser light and a second laser light;
a frequency modulation element that modulates the frequency of the first laser beam to generate a modulated laser beam;
a λ/4 plate for changing the phases of the second laser light and the modulated laser light;
a deflection prism that spreads the second laser light and the modulated laser light that have passed through the λ/4 plate in a direction away from each other and causes them to enter the straightness reflector, and causes the reflected light of the second laser light and the reflected light of the modulated laser light reflected by the straightness reflector to enter the polarizing beam splitter via the λ/4 plate;
a light receiving element that outputs an interference signal of interference light between the reflected light of the second laser light and the reflected light of the modulated laser light, the interference light being output from the polarizing beam splitter; and
a detection unit that detects the straightness based on the interference signal and a drive signal that drives the frequency modulation element;
Equipped with
A straightness measuring device , wherein the drive signal is a signal in a high frequency band of 1 GHz or more .
前記ロックインアンプから出力される前記検出信号に基づき真直度を演算する演算部と、を備える、A calculation unit that calculates straightness based on the detection signal output from the lock-in amplifier.
請求項2に記載の真直度測定装置。3. The straightness measuring device according to claim 2.
請求項1から3のいずれか1項に記載の真直度測定装置。 the deflection prism is attached to the movable body that is provided so as to be movable along the optical path of the laser light from the laser light source;
The straightness measuring device according to any one of claims 1 to 3 .
請求項1から3のいずれか1項に記載の真直度測定装置。 The straightness reflector is attached to the movable body that is provided so as to be movable along the optical path of the laser light from the laser light source.
The straightness measuring device according to any one of claims 1 to 3 .
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