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JPH0617786B2 - Linear motion measuring device - Google Patents
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JPH0617786B2 - Linear motion measuring device - Google Patents

Linear motion measuring device

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JPH0617786B2
JPH0617786B2 JP21363687A JP21363687A JPH0617786B2 JP H0617786 B2 JPH0617786 B2 JP H0617786B2 JP 21363687 A JP21363687 A JP 21363687A JP 21363687 A JP21363687 A JP 21363687A JP H0617786 B2 JPH0617786 B2 JP H0617786B2
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displacement
error
light
linear motion
detecting
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孝次 高田
憲治 真柄
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば工作機械、光学機械、計測機械等のよ
うに直線運動する機器の精度検査を行なうための直線運
動測定装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a linear motion measuring device for performing accuracy inspection of linear motion devices such as machine tools, optical machines, and measuring machines.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に、直線運動する機器は、X軸テーブル、X−Y−
Z軸テーブル等の移動テーブルが用いられているが、こ
れら移動テーブルの直線運動精度を高精度に測定してお
くことが、所期の目的を達成するために重要な前提とな
る。
Generally, a device that moves linearly is an X-axis table, XY-
Although moving tables such as Z-axis tables are used, it is an important premise to measure the linear motion accuracy of these moving tables with high accuracy in order to achieve the intended purpose.

ところで、第9図に示す如く、直線運動する工作機械等
の移動体Mが例えばZ軸に沿つて移動した場合、Z軸方
向の位置決め誤差eの他に、X軸方向の動きに伴うX
軸変位誤差e、Y軸方向の動きに伴うY軸変位誤差e
の3成分からなる変位誤差と、X軸回りのピッチング
によるピッチング誤差α、Y軸回りのヨーイングによる
ヨーイング誤差β、Z軸回りのローリングによるローリ
ング誤差γからなる3成分の角度誤差との6成分の誤差
が発生することが知られている。
By the way, as shown in FIG. 9, when a moving body M such as a machine tool that moves linearly moves along the Z-axis, for example, in addition to the positioning error e Z in the Z-axis direction, X accompanying the movement in the X-axis direction.
Axial displacement error e X , Y-axis displacement error e due to movement in the Y-axis direction
Six components, a displacement error consisting of three components of Y , a pitching error α due to pitching around the X axis, a yawing error β due to yawing around the Y axis, and a rolling error γ due to rolling around the Z axis. It is known that an error of occurs.

そして、従来技術においては、これら6成分の誤差のう
ち4成分の誤差、即ちX軸変位誤差e、Y軸変位誤差
、ピッチング誤差α、ヨーイング誤差βの4成分を
同時に測定しうるようにした直線運動測定装置に関する
先行技術として、 (イ) 高田,吉田、前田:“レーザービームを利用し
た直線運動精度測定”昭和59年度精機学会秋期大会学
術講演会論文集、P132,P133 (ロ) マシニングセンタにおける直線運動精度検査の
高度化、財団法人工作機械技術振興財団編(昭和60年
5月) 等が知られている。
In addition, in the prior art, it is possible to simultaneously measure four component errors out of these six component errors, that is, four components of X-axis displacement error e X , Y-axis displacement error e Y , pitching error α, and yawing error β. As the prior art on the linear motion measuring device described in (a) Takada, Yoshida, Maeda: “Measurement of linear motion accuracy using a laser beam” Proc. Of the Seiki Society Autumn Meeting, 1984, P132, P133 (b) It is known that sophistication of linear motion accuracy inspection in machining centers, edited by Foundation for Machine Tool Technology (May 1985), etc.

これら各先行技術によるものは、直線運動体側に第1の
偏光ビームスプリツタ、コーナキユーブプリズム及び反
射鏡を設け、測定装置側に同一軸線上に第2の偏光ビー
ムスプリツタ、ハーフミラー、コリメータレンズを配設
すると共に、ハーフミラーに直線偏光を発生するための
レーザ発生装置と1/4波長板を設ける。
In each of these prior arts, a first polarizing beam splitter, a corner cube prism and a reflecting mirror are provided on the linear moving body side, and a second polarizing beam splitter, half mirror, collimator on the same axis line on the measuring device side. A lens is provided, and a laser generation device for generating linearly polarized light and a quarter wavelength plate are provided on the half mirror.

そして、光源からの光束は1/4波長板、ハーフミラー、
コリメータレンズを介して第1のコーナキユーブプリズ
ムに至つて水平偏光成分Pと垂直偏光成分Sに分割さ
れ、垂直偏光成分Sはコーナキユーブプリズムによつ
て、該プリズムの変位量ΔSの2倍の変位2ΔSをもつ
た反射波となり、この反射波は第1の偏光ビームスプリ
ツタ、焦点距離fのコリメータレンズ、ハーフミラーを
介して第2の偏光ビームスプリツタで反射させた後、変
位検出用の4象限フォトセンサで受光され、これからの
出力信号はX軸変位誤差e、Y軸変位誤差eとして
演算される。
And the luminous flux from the light source is a quarter wavelength plate, a half mirror,
It reaches the first corner cube prism through the collimator lens and is divided into a horizontal polarization component P and a vertical polarization component S, and the vertical polarization component S is doubled by the corner cube prism by a displacement amount ΔS of the prism. The reflected wave has a displacement of 2ΔS, and the reflected wave is reflected by the second polarized beam splitter through the first polarized beam splitter, the collimator lens with the focal length f, and the half mirror, and then is used for displacement detection. The four-quadrant photo sensor of (1) receives light, and the output signals from this are calculated as an X-axis displacement error e X and a Y-axis displacement error e Y.

さらに、第1の偏光ビームスプリツタで分割された水平
偏光成分Pは反射鏡の傾き角θの2倍の反射波となり、
この反射波は第1のコーナキューブプリズム、コリメー
タレンズ、ハーフミラーを介して第2の偏光ビームスプ
リッタを透過させた後、角度検出用の4象限フォトセン
サで変位d≒2θfとして受光され、これからの出力信
号はピッチング誤差α、ヨーイング誤差βとして演算さ
れる。
Furthermore, the horizontal polarization component P split by the first polarization beam splitter becomes a reflected wave that is twice the tilt angle θ of the reflecting mirror,
This reflected wave is transmitted through the second polarization beam splitter via the first corner cube prism, collimator lens, and half mirror, and then received by the four-quadrant photosensor for angle detection as displacement d≈2θf. The output signal is calculated as a pitching error α and a yawing error β.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

前述した先行技術によるものによれば、第1に直線運動
体が移動するときに生じる誤差の6成分のうち、4成分
を同時に測定することができるものの、必要な場合であ
つてもローリング誤差γについては測定できないという
問題点があつた。
According to the above-mentioned prior art, firstly, of the six components of the error generated when the linear moving body moves, four components can be measured at the same time, but the rolling error .gamma. There was a problem that it could not be measured.

第2に、レーザ発生装置は、レーザを発振させるときに
かなりの熱を発生し、レーザ管自体が熱変形して、レー
ザ出力が変動するが、光源自体の変動について何らの考
慮がなされていないために、測定精度に低下をきたすと
いう問題点があつた。
Secondly, the laser generator generates a considerable amount of heat when oscillating a laser, and the laser tube itself is thermally deformed to change the laser output, but no consideration is given to the change in the light source itself. Therefore, there is a problem that the measurement accuracy is lowered.

第3に、コーナキューブプリズムからの反射波と、反射
鏡からの反射波は同一光路上を通過し、この間にコリメ
ータレンズを透過する。このため、直線運動体の変位Δ
Sを2倍の変位2ΔSに拡大すべくコーナキューブプリ
ズムを使用しても、反射波がコリメータレンズを透過す
る間に拡大された変位量が縮小されてしまい、変位検出
用4象限フォトセンサによる検出分解能が小さくなって
しまという問題点がある。
Thirdly, the reflected wave from the corner cube prism and the reflected wave from the reflecting mirror pass on the same optical path, and pass through the collimator lens in the meantime. Therefore, the displacement of the linear moving body Δ
Even if a corner cube prism is used to expand S to double the displacement 2ΔS, the expanded displacement amount is reduced while the reflected wave is transmitted through the collimator lens, and the detection is performed by the 4-quadrant photosensor for displacement detection. There is a problem that the resolution becomes small.

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされた
もので、ローリング誤差を含む5成分の誤差要因を同時
に測定しうるようにするばかりでなく、光束発生手段自
体の変化要因を補正し、直線運動体の変位を4倍以上に
拡大し、かつ変位検出用光路と角度検出用光路とを別光
路とすることにより、測定精度を著しく高めるようにし
た直線運動測定装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art. Not only is it possible to simultaneously measure the error factors of the five components including the rolling error, but also the change factor of the light flux generating means itself is corrected. A linear motion measuring device is provided, which enlarges the displacement of a linear moving body four times or more, and uses the displacement detecting optical path and the angle detecting optical path as separate optical paths to significantly improve the measurement accuracy. To aim.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記問題点を解決するために、本発明による直線運動測
定装置は、直線運動体が水平面上またはこれと直交する
垂直面上で直線運動するときに発生する誤差を測定する
ものである。
In order to solve the above problems, the linear motion measuring apparatus according to the present invention measures an error generated when a linear motion body makes a linear motion on a horizontal plane or on a vertical plane orthogonal to the horizontal plane.

そして、本発明が採用する構成の特徴は、前記直線運動
体と一緒に運動するように、前記直線運動体の水平方向
または垂直方向に離間して配設され、この配設方向と直
交する方向から入射した光束を平行な反射光として変位
させる第1,第2の変位プリズムと、 前記直線運動体と一緒に運動するように、前記直線運動
体に設けられ、前記第1,第2の変位プリズムに入射す
る光束と2方向から入射した光束を反射させる反射鏡
と、 所定角度の振動面を有する直線偏光を光束として発生す
る光束発生手段と、 該光束発生手段から発生する光束で該光束発生部自体の
光源の変位を2次元の位置として検出する補正用位置検
出手段と、 前記光束発生手段による光束を前記直線運動体側の第1
の変位プリズムとの間でn回往復させることにより、該
変位プリズムの変位量を2n倍に拡大する第1の変位拡
大手段と、 該第1の変位拡大手段から拡大して導出された光束を2
次元の位置として検出する第1の位置検出手段と、 前記光束発生手段による光束を前記直線運動体側の第2
の変位プリズムとの間でn回往復させることにより、該
変位プリズムの変位量を2n倍に拡大する第2の変位拡
大手段と、 該第2の変位拡大手段から拡大して導出された光束を2
次元の位置として検出する第2の位置検出手段と、 前記第1または第2の変位拡大手段から射出された光束
を前記運動体側の反射鏡で反射させ、この反射光をレン
ズを通過させることによつて該反射鏡の傾き角を導出す
る角度導出手段と、 該角度導出手段で導出した傾き角を2次元の位置として
角度検出手段と、 前記補正用位置検出手段、第1,第2の位置検出手段か
らの出力信号に基づき、前記直線運動体の水平方向変位
誤差、垂直方向変位誤差およびローリング誤差を演算す
ると共に、角度検出手段からの出力信号に基づきピッチ
ング誤差、ヨーイング誤差を演算する演算手段とから構
成したことにある。
The feature of the configuration adopted by the present invention is that the linearly moving body is arranged so as to be moved together with the linearly moving body so as to be spaced apart from each other in the horizontal direction or the vertical direction. First and second displacement prisms for displacing the light flux incident from the pair as parallel reflected light, and the linear motion body so as to move together with the linear motion body, and the first and second displacement prisms. A reflecting mirror for reflecting the light flux incident on the prism and the light flux incident from two directions, a light flux generating means for generating linearly polarized light having a vibrating surface of a predetermined angle as a light flux, and a light flux generated by the light flux generating means for generating the light flux. Correction position detecting means for detecting the displacement of the light source of the portion itself as a two-dimensional position, and the light flux generated by the light flux generating means on the side of the linear moving body.
First displacement magnifying means for magnifying the amount of displacement of the displacement prism by 2n times by reciprocating between the first and second displacement magnifying means, and the luminous flux magnified and derived from the first displacement magnifying means. Two
A first position detecting means for detecting the position as a dimensional position, and a second luminous flux generated by the luminous flux generating means on the side of the linear moving body.
Second displacement magnifying means for magnifying the amount of displacement of the displacement prism by 2n times by reciprocating between the second displacement magnifying means and the second displacement prism, and the luminous flux magnified and derived from the second displacement magnifying means. Two
A second position detecting means for detecting the position as a dimensional position, and a light beam emitted from the first or second displacement magnifying means reflected by the reflecting mirror on the moving body side and passing the reflected light through a lens. Therefore, the angle deriving means for deriving the tilt angle of the reflecting mirror, the angle detecting means with the tilt angle derived by the angle deriving means as a two-dimensional position, the correction position detecting means, and the first and second positions. A calculating means for calculating a horizontal displacement error, a vertical displacement error and a rolling error of the linear moving body based on an output signal from the detecting means, and a pitching error and a yawing error based on an output signal from the angle detecting means. It consists of and.

〔作用〕[Action]

上記構成により、補正用位置検出手段は光束発生手段か
ら発生する光束で該光束発生部自体の高原の変位を2次
元の位置として検出する。
With the above configuration, the correction position detecting means detects the displacement of the plateau of the light flux generating section itself as a two-dimensional position by the light flux generated by the light flux generating means.

また、変位拡大手段は、光束発生手段による光束を直線
運動体側の第1の変位プリズムとの間でn回往復させる
ことにより、該変位プリズムの変位量を2n倍に拡大
し、第1の位置検出手段は拡大して導出された光束を2
次元の位置として検出する。
Further, the displacement magnifying means reciprocates the light flux generated by the light flux generating means back and forth with the first displacement prism on the linear moving body side n times, thereby magnifying the displacement amount of the displacement prism by 2n times, and at the first position. The detection means expands the derived luminous flux to 2
Detect as a dimensional position.

同様に第2の変位拡大手段は、光束発生手段による光束
を直線運動体側の第2の変位プリズムとの間でn回往復
させることにより、該変位プリズムの変位量を2n倍に
拡大し、第2の位置検出手段は拡大して導出された光束
を2次元の位置として検出する。
Similarly, the second displacement magnifying means reciprocates the light flux generated by the light flux generating means with the second displacement prism on the linear moving body side n times to magnify the displacement amount of the displacement prism by 2n times. The second position detection means detects the expanded and derived light flux as a two-dimensional position.

さらに、角度導出手段は、第1または第2の変位拡大手
段から射出された光束を運動体側の反射曲で反射させ、
この反射光をレンズを通過させることによつて該反射鏡
の傾き角を導出し、角度検出手段は、該角度検出手段で
導出した傾き角を2次元の位置として検出する。
Further, the angle deriving means reflects the light flux emitted from the first or second displacement magnifying means by the reflection curve on the moving body side,
The tilt angle of the reflecting mirror is derived by passing the reflected light through the lens, and the angle detecting means detects the tilt angle derived by the angle detecting means as a two-dimensional position.

これにより、演算手段は、前記補正用位置検出手段、第
1の位置検出手段,第2の位置検出手段からの各出力信
号に基づいて、直線運動体の水平方向変位誤差、垂直方
向変位誤差およびローリング誤差を演算し、角度検出手
段からの出力信号に基づきピッチング誤差、ヨーイング
誤差を演算する。
As a result, the calculating means calculates the horizontal displacement error, the vertical displacement error of the linear moving body based on the output signals from the correction position detecting means, the first position detecting means, and the second position detecting means. The rolling error is calculated, and the pitching error and the yawing error are calculated based on the output signal from the angle detecting means.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を添附図面を参照しつつ詳述す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

まず、第1図は本実施例の全体構成図を示し、同図にお
いて、1は工作機械等の直線運動体を示し、該直線運動
体1は紙面の左右方向に直線の往復運動するようになつ
ている。2は前記直線運動体1に取付けられた検出ブロ
ツクを示し、該検出ブロツク2には第1の変位検出用の
コーナキューブプリズム3,第2の変位検出用のコーナ
キューブプリズム4が所定寸法Lだけ水平方向(紙面の
上下方向)に離間して配設されていると共に、該各コー
ナキューブプリズム3,4とは異なる位置に角度検出用
の反射鏡5が配設されている。
First, FIG. 1 shows an overall configuration diagram of the present embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a linear moving body such as a machine tool, and the linear moving body 1 is configured to reciprocate linearly in the left-right direction of the paper. I'm running. Reference numeral 2 denotes a detection block attached to the linear moving body 1. The detection block 2 has a first displacement detecting corner cube prism 3 and a second displacement detecting corner cube prism 4 having a predetermined dimension L. The angle detection reflecting mirror 5 is arranged at a position different from each of the corner cube prisms 3 and 4 while being arranged in the horizontal direction (vertical direction of the paper).

ここで、前記コーナキューブプリズム3,4は、該コー
ナキューブプリズム3,4の配設方向に対して直交方向
から入射した光束を平行な反射光として変位させるもの
である。また、前記反射鏡5はコーナキューブプリズム
3,4に入射する光束と同方向から入射した光束を同一
光路で反射させるようになされている。
Here, the corner cube prisms 3 and 4 are for displacing a light beam incident from a direction orthogonal to the arrangement direction of the corner cube prisms 3 and 4 as reflected light parallel to the light. Further, the reflecting mirror 5 is adapted to reflect a light beam incident from the same direction as a light beam incident on the corner cube prisms 3 and 4 in the same optical path.

また、11は直線運動体1に発生する各誤差成分を測定
する測定装置本体で、該測定装置本体11は可動荷台と
して形成され、後述する各機器が図示のように配置され
ている。12はレーザ発生器で、該レーザ発生器12は
例えば出力3〜10mWのNe−Heレーザ源が用いられ、該
レーザ源から射出された光束Bは第2図に示す如く紙面
に対して45゜の振動面を有する直線偏光であり、後述
する偏光ビームスプリッタ19,25によつて水平偏光
成分Pと垂直偏光成分Sとに分割可能となつている。
Further, 11 is a measuring device main body for measuring each error component generated in the linear moving body 1, and the measuring device main body 11 is formed as a movable bed, and each device described later is arranged as shown in the drawing. Reference numeral 12 denotes a laser generator. The laser generator 12 uses, for example, a Ne-He laser source having an output of 3 to 10 mW, and the light beam B emitted from the laser source is 45 ° with respect to the paper surface as shown in FIG. It is a linearly polarized light having an oscillating plane and can be divided into a horizontal polarization component P and a vertical polarization component S by polarization beam splitters 19 and 25 described later.

13,14はレーザ発生器12から出力された光束を反
射し第1の変位検出用コーナキューブプリズム3に向け
光路変更する反射鏡、15は反射鏡14で反射した光束
を拡大する光束拡大器で、該光束拡大器15は凸レンズ
5A、ピンホール5B、虹彩絞り15C、他の凸レンズ
15Dからなり、光束を約6倍程度に拡大する。
Reference numerals 13 and 14 are reflecting mirrors that reflect the light beam output from the laser generator 12 and change the optical path toward the first displacement detecting corner cube prism 3, and 15 is a light beam expander that expands the light beam reflected by the reflecting mirror 14. The luminous flux expander 15 includes a convex lens 5A, a pinhole 5B, an iris diaphragm 15C, and another convex lens 15D, and expands the luminous flux by about 6 times.

16は光束拡大器15の次段に位置して光路上に設けら
れた第1のハーフミラーで、該ハーフミラ−1bで反射
された光束は補正用4象限(2次元)フォトセンサ17
で受光される。ここで、前記フォトセンサ17は後述す
る作用によつてレーザ発生器12のレーザ管自体の熱変
形も含めたレーザ源の変位を検出し、後述する第1,第
2の位置検出用4象限フォトセンサ23,29で検出さ
れた値を補正し、直線運動体1に発生した真の誤差を求
めるために用いられるものである。
Reference numeral 16 denotes a first half mirror which is provided on the optical path at a stage subsequent to the light beam expander 15, and the light beam reflected by the half mirror-1b is a four-quadrant (two-dimensional) photosensor 17 for correction.
Is received by. Here, the photo sensor 17 detects the displacement of the laser source including thermal deformation of the laser tube itself of the laser generator 12 by the action described later, and the four-quadrant photo for the first and second position detection described later. It is used to correct the values detected by the sensors 23 and 29 and obtain the true error that has occurred in the linear motion body 1.

次に、19はハーフミラー16の次に設けられた第2の
ハーフミラー18を介して光束拡大器15から射出され
た光路上に設けられた第1の偏光ビームスプリッタ、2
0は該偏光ビームスプリッタ19と検出ブロツク2側の
第1の変位検出用コーナキューブプリズム3との間に設
けられた第1の1/4波長板、21は前記偏光ビームスプ
リッタ19の上片に固着された第1の変位拡大用コーナ
キューブプリズムで、これら偏光ビームスプリッタ1
9、1/4波長板20、コーナキューブプリズム21によ
つて本実施例による第1の変位拡大手段22を構成して
いる。ここで、前記偏光ビームスプリッタ19は入射さ
れた直線偏光のうち、水平偏向成分Pは透過し、垂直偏
光成分Sは反射する性質を有している。一方、1/4波長
板20は直線偏光を円偏光に変換し、円偏光を直線偏光
に変換する。
Next, 19 is a first polarization beam splitter provided on the optical path emitted from the beam expander 15 via a second half mirror 18 provided next to the half mirror 16.
Reference numeral 0 denotes a first quarter-wave plate provided between the polarization beam splitter 19 and the first displacement detecting corner cube prism 3 on the detection block 2 side, and 21 denotes an upper piece of the polarization beam splitter 19. These polarized beam splitters 1 are the fixed first displacement-increasing corner cube prisms.
The 9, 1/4 wavelength plate 20 and the corner cube prism 21 constitute the first displacement magnifying means 22 according to the present embodiment. Here, the polarization beam splitter 19 has a property of transmitting the horizontally polarized component P and reflecting the vertically polarized component S of the incident linearly polarized light. On the other hand, the quarter-wave plate 20 converts linearly polarized light into circularly polarized light and converts circularly polarized light into linearly polarized light.

さて、上記構成による第1の変位拡大手段22による作
動について、第3図を参照しつつ述べる。いま、第3図
中において、直線運動体1側の原因で第1の変位検出用
コーナキューブプリズム3が正規位置から変位ΔSだけ
変位したものとし、また直線偏光のうちの水平偏光成分
Pを 垂直偏光成分を「・」として表わし、時計方向円偏光を 反時計方向円偏光を で表わすものとする。いま、偏光ビームスプリッタ19
に入射された振動面45゜の直線偏光は水平偏光成分P
と垂直偏光成分Sに分割され、水平偏光成Pのみがこれ
を透過して1/4波長板20を通過する。この際、水平偏
光成分Pは反時計方向の円偏光に変換される。円偏光と
なつた光束はΔSだけ変位した第1の変位検出用コーナ
キューブプリズム3を反射し、再び1/4波長板20を通
過して垂直偏光成分Sとなり、偏光ビームスプリッタ1
9に再び入る。そして、この垂直偏光成分Sは該偏光ビ
ームスプリッタ19で反射して第1の変位拡大用コーナ
キューブプリズム21で反射し、3度偏光ビームスプリ
ッタ19に入つて反射され、1/4波長板20を通過す
る。この1/4波長板20を通過するとき、垂直偏光成分
Sは時計方向の円偏光となり、第1の変位検出用コーナ
キューブプリズム3で再び反射され、1/4波長板20を
4度通過し、水平偏光成分Pとなり、偏光ビームスプリ
ッタ19に入射する。かくして、この水平偏光成分Pは
偏光ビームスプリッタ19を透過することになり、該偏
光ビームスプリッタ19と第1の変位検出用コーナキュ
ーブプリズム3との間を2往復させることになり、該コ
ーナキューブプリズム3の変位ΔSを4倍の変位、即ち
4ΔSに拡大することができる。
Now, the operation of the first displacement magnifying means 22 having the above structure will be described with reference to FIG. Now, in FIG. 3, it is assumed that the first displacement detecting corner cube prism 3 is displaced from the normal position by the displacement ΔS due to the linear moving body 1 side, and the horizontal polarization component P of the linearly polarized light is The vertical polarization component is represented as ".", And the clockwise circular polarization is Counterclockwise circularly polarized light Shall be represented by. Now, the polarization beam splitter 19
The linearly polarized light with a vibration plane of 45 ° incident on the
And a vertical polarization component S, and only the horizontal polarization component P transmits this and passes through the quarter-wave plate 20. At this time, the horizontal polarization component P is converted into counterclockwise circular polarization. The circularly polarized light beam is reflected by the first displacement-detecting corner cube prism 3 displaced by ΔS, passes through the quarter-wave plate 20 again, and becomes a vertical polarization component S.
Enter 9 again. Then, this vertical polarization component S is reflected by the polarization beam splitter 19 and then reflected by the first displacement-increasing corner cube prism 21 and is then reflected by entering the polarization beam splitter 19 three times. pass. When passing through the quarter-wave plate 20, the vertically polarized component S becomes clockwise circularly polarized light, which is reflected again by the first displacement detecting corner cube prism 3 and passes through the quarter-wave plate 20 four times. , Becomes a horizontal polarization component P and enters the polarization beam splitter 19. Thus, the horizontal polarization component P is transmitted through the polarization beam splitter 19, and the polarization beam splitter 19 and the first displacement detecting corner cube prism 3 are reciprocated twice. The displacement ΔS of 3 can be expanded to a displacement of 4 times, that is, 4ΔS.

一方、23は前記第1の変位拡大手段22を構成する偏
光ビームスプリッタ19を透過した水平偏光成分Pから
なる光束を受光する第1の位置検出用4象限(2次元)
フォトセンサ、該フォトセンサ23からの出力は後述す
るようにX軸変位誤差e、Y軸の変位誤差e、及び
ローリング誤差γの演算に用いられる。
On the other hand, reference numeral 23 denotes a first position detecting four-quadrant (two-dimensional) for receiving a light beam composed of a horizontal polarization component P that has passed through the polarization beam splitter 19 which constitutes the first displacement magnifying means 22.
Outputs from the photo sensor and the photo sensor 23 are used for calculation of an X-axis displacement error e X , a Y-axis displacement error e Y , and a rolling error γ, as described later.

次に、24は前述した第2のハーフミラー18によつて
反射した光束を反射し、第2の変位検出用コーナキュー
ブプリズム4に向け光路変更する反射鏡、25は該反射
鏡24で反射された光路上に設けられた第2の偏光ビー
ムスプリッタ、26は該偏光ビームスプリッタ5と前記
コーナキューブプリズム4との間に設けられた第2の1/
4波長板20、27は前記偏光ビームスプリッタ25の
上片に固着された第2の変位拡大用コーナキューブプリ
ズムで、これら反射鏡24、偏光ビームスプリッタ2
5、1/4波長板26、コーナキューブプリズム27によ
つて本実施例による第2の変位拡大手段28を構成して
いる。そして、この第2の変位拡大手段28は前述した
第1の変位拡大手段と同様に第2の変位検出用コーナキ
ューブプリズム4の変位ΔS′を4倍の変位4ΔS′に
拡大するものである点において何ら変わるところがな
い。
Next, 24 is a reflecting mirror that reflects the light flux reflected by the second half mirror 18 described above, and changes the optical path toward the second corner cube prism 4 for displacement detection, and 25 is reflected by the reflecting mirror 24. A second polarization beam splitter 26 provided on the optical path is a second 1/2 provided between the polarization beam splitter 5 and the corner cube prism 4.
The four-wavelength plates 20 and 27 are second displacement-increasing corner cube prisms fixed to the upper piece of the polarization beam splitter 25.
The fifth, quarter-wave plate 26 and the corner cube prism 27 constitute the second displacement magnifying means 28 according to this embodiment. The second displacement magnifying means 28 magnifies the displacement ΔS ′ of the second displacement detecting corner-cube prism 4 to a quadruple displacement 4ΔS ′, like the first displacement magnifying means described above. There is no change in.

一方、29は第2の変位拡大手段28の偏光ビームスプ
リッタ25を透過した光束を受光する第2の位置検出用
4象限(2次元)フォトセンサで、該フォトセンサ29
は前述した第1のフォトセンサ23と協働してX軸変位
誤差e、Y軸変位誤差e、及びローリング誤差γの
演算に用いられる。
On the other hand, reference numeral 29 denotes a second position detecting four-quadrant (two-dimensional) photosensor for receiving the light beam transmitted through the polarization beam splitter 25 of the second displacement magnifying means 28.
Is used to calculate the X-axis displacement error e X , the Y-axis displacement error e Y , and the rolling error γ in cooperation with the first photosensor 23 described above.

また、30は第1の偏光ビームスプリッタ19で反射さ
れた垂直偏光成分Sが別光路として入射される第3の偏
光ビームスプリッタ、31は該偏光ビームスプリッタ3
0と角度検出用反射鏡5との間に設けられた第3の1/4
波長板、32は前記偏光ビームスプリッタ30を透過し
た光束を後述の角度検出用4象限フォトセンサ34に向
け収束させる焦点距離fのコリメータレンズを示し、こ
れら偏光ビームスプリッタ30、1/4波長板31、コリ
メータレンズ32によつて本実施例による角度導出手段
33を構成し、これらは第1の変位拡大手段22の光路
とは異なり、反射鏡5を含む光路上に設けられている。
Further, 30 is a third polarization beam splitter into which the vertical polarization component S reflected by the first polarization beam splitter 19 is incident as another optical path, and 31 is the polarization beam splitter 3
0/3 and the third 1/4 provided between the angle detection reflecting mirror 5
Reference numeral 32 denotes a wave plate, and 32 denotes a collimator lens having a focal length f for converging the light beam transmitted through the polarization beam splitter 30 toward an angle detecting four-quadrant photo sensor 34, which will be described later. The collimator lens 32 constitutes the angle deriving means 33 according to the present embodiment, and these are provided on the optical path including the reflecting mirror 5 unlike the optical path of the first displacement magnifying means 22.

ここで、上記構成による角度導出手段33の作動につい
て、第4図を参照しつつ述べる。第1の偏光ビームスプ
リッタ19に入射した直線偏光のうち、これで反射した
垂直偏光成分Sが第3の偏光ビームスプリッタ30に入
射されると、当該垂直偏光成分Sは反射されて、1/4波
長板31と通過して時計方向の円偏光となる。そして、
この円偏光は角度検出用反射鏡5で反射して1/4波長板
31を再び透過し、水平偏光成分Pとなり、偏光ビーム
スプリッタ30を通過してコリメータレンズ32で屈折
して角度検出用フォトセンサ34に入射する。いま、角
度検出用反鏡5に傾き角θが存在のるものとすると、オ
ートコリメータの原理によつて前記角度検出用フォトセ
ンサ34での変位dは、 d≒2θf……………(1) で表わされ、傾き角θを変位dに変換して導出しうる。
Here, the operation of the angle deriving means 33 having the above-mentioned configuration will be described with reference to FIG. When the vertical polarization component S reflected by the linearly polarized light that has entered the first polarization beam splitter 19 is incident on the third polarization beam splitter 30, the vertical polarization component S is reflected and It passes through the wave plate 31 and becomes clockwise circularly polarized light. And
This circularly polarized light is reflected by the angle detection reflecting mirror 5, again transmitted through the quarter-wave plate 31, becomes a horizontal polarization component P, passes through the polarization beam splitter 30, is refracted by the collimator lens 32, and is then detected by the angle detection photo. It is incident on the sensor 34. Now, assuming that there is an inclination angle θ in the angle detecting mirror 5, the displacement d in the angle detecting photosensor 34 is d≈2θf ………… (1 ), The inclination angle θ can be converted into the displacement d and derived.

一方、34は角度導出手段33からの光束を受光する角
度検出用4象限(2次元)フォトセンサで、該フォトセ
ンサ34はコリメータレンズ32の焦点距離fの位置に
配設され、ピッチング誤差α、ヨーイング誤差βの演算
に用いられる。
On the other hand, 34 is a four-quadrant (two-dimensional) photosensor for angle detection which receives the light flux from the angle deriving means 33. The photosensor 34 is arranged at the focal length f of the collimator lens 32 and has a pitching error α, It is used to calculate the yawing error β.

次に、前述した各4象限フォトセンサ17,23,2
9,34の一般的構成と作動について、第5図を参照し
つつ述べる。
Next, the four-quadrant photosensors 17, 23, 2 described above are used.
The general configuration and operation of 9, 34 will be described with reference to FIG.

いま、このフォトセンサを符号100として代表的に表
わすと、該フォトセンサ100は受光面101を有する
シリコンフォトダイオードからなり、各コーナに電極
a,b,c,dを有している。そして、受光面101の
ある位置に符号102として光スポツトを当てると、電
荷が発生し、その電荷は低抗層を各電極a〜dに向かっ
て流れる。その電流は各電極a〜dまでの距離に反比例
しているため、電流の総和に対する個別電流の比によっ
て光スポット102の位置を求めることができる。
Now, when this photosensor is typically represented by reference numeral 100, the photosensor 100 is composed of a silicon photodiode having a light receiving surface 101, and has electrodes a, b, c, and d at each corner. Then, when an optical spot 102 is applied to a position on the light receiving surface 101, an electric charge is generated, and the electric charge flows through the low resistance layer toward each of the electrodes a to d. Since the current is inversely proportional to the distance to each of the electrodes a to d, the position of the light spot 102 can be obtained by the ratio of the individual current to the total current.

即ち、光電流の総和をIΣ、各電極a〜dの光電流をI
,I,I,Iとすると、 IΣ=I+I+I+I……(2) X軸+方向の光電流をIX+,一方向をIX−とする
と、 となり、総和IΣに対するX軸の光電流の片寄りは、 となり、フォトセンサ100のX軸、Y軸中心から電極
までの距離をlとし、光スポツト102までのX軸距離
をXとすると、Xは(6)式となる。
That is, the sum of the photocurrents is IΣ, and the photocurrents of the electrodes a to d are I
Let a , I b , I c , and I d be I Σ = I a + I b + I c + I d (2) If the photocurrent in the X-axis + direction is I X + and the one direction is I X- , Therefore, the deviation of the photocurrent on the X axis with respect to the sum IΣ is Then, if the distance from the center of the X-axis and Y-axis of the photosensor 100 to the electrode is l and the X-axis distance to the optical spot 102 is X, then X is given by equation (6).

同様にして、Y軸+方向の光電流をIY+、一方向の光
電流をIY−とすると、 フォトセンサ100の中心から、光スポツト102まで
のY軸距離をYとすると、 となり、フォトセンサ100上の光スポツト102の重
心位置X,Yが求められる。
Similarly, if the photocurrent in the + direction of the Y axis is I Y + and the photocurrent in the one direction is I Y− , If the Y-axis distance from the center of the photo sensor 100 to the optical spot 102 is Y, Then, the barycentric positions X and Y of the optical spot 102 on the photosensor 100 are obtained.

そして、上記(2)〜(8)式の演算を実行するために、第6
図に示す演算器200が用いられる。即ち、(3),(7)式
に示すIX+,IX−,IY+,IY−をそれぞれ演算
する加算器201,202,203,204と、IX+
−IX−,IY+−IY−をそれぞれ演算する減算器2
05,206と、(2)式に示す総和IΣを演算する加算
器207と、(6),(8)式にそれぞれ示す光スポツト10
2の として演算する割算器208,209とから構成されて
いる。
Then, in order to execute the operations of the above equations (2) to (8), the sixth
The arithmetic unit 200 shown in the figure is used. That is, adders 201, 202, 203 and 204 for calculating I X + , I X− , I Y + and I Y− shown in the equations (3) and (7), and I X +
Subtractor 2 for calculating −I X− and I Y + −I Y− respectively
05 and 206, an adder 207 that calculates the total sum IΣ shown in equation (2), and an optical spot 10 shown in equations (6) and (8), respectively.
2's It is composed of dividers 208 and 209 that calculate

なお、第5図、第6図に示す如きフォトセンサ100、
演算器200は、例えば浜松ホトニクス株式会社製の半
導体位置検出素子として公知である。
In addition, the photo sensor 100 as shown in FIG. 5 and FIG.
The arithmetic unit 200 is known as a semiconductor position detecting element manufactured by Hamamatsu Photonics KK, for example.

さて、次に第5図に示したフォトセンサ、即ち補正用フ
ォトセンサ17、第1の位置検出用フォトセンサ23、
第2の位置検出用フォトセンサ29、角度検出用フォト
センサ34を用いて、6成分のうち5成分を演算するた
めの回路構成と作動原理につき、第7図および第8図に
より説明する。
Now, next, the photosensor shown in FIG. 5, that is, the correction photosensor 17, the first position detection photosensor 23,
A circuit configuration and an operating principle for calculating 5 components out of 6 components using the second position detecting photosensor 29 and the angle detecting photosensor 34 will be described with reference to FIGS. 7 and 8.

第7図中41は演算装置で、該演算装置41は第6図で
代表的に示した演算器200と同一の構成を有する演算
器42,43,44,45と、該各演算器42〜44の
次段に設けられた減算器46,47,48,49と、該
各減算器46〜49の次段に設けられた加算器50,5
1及び減算器52と、該加算器50,51及び減算器5
2の次段にそれぞれ設けられた割算器53,54,55
とから構成されている。そして、補正用フォトセンサ1
7からの検出信号は演算器44に入力されて受光した光
スポットの位置X,Y(これは演算器200から出
力される光スポットの に対応している)として出力し、同様に第1,第2の位
置検出用フォトセンサ23,29、角度検出用フォトセ
ンサ34からの各検出信号は演算器43,42,45に
それぞれ入力されて、光スポットの位置をX,Y
,Y,X,Yとして出力する。一方、割算器
53かからはX軸変位誤差eと、割算器54からはY
軸変位誤差eを、割算器55からはローリング誤差γ
を、演算器45からはピッチング誤差α、ヨーイング誤
差βをそれぞれ出力するようになつている。
In FIG. 7, reference numeral 41 denotes an arithmetic unit, and the arithmetic unit 41 has arithmetic units 42, 43, 44, 45 having the same configuration as the arithmetic unit 200 representatively shown in FIG. Subtractors 46, 47, 48, 49 provided at the next stage of 44 and adders 50, 5 provided at the next stage of the subtractors 46 to 49.
1 and subtractor 52, and the adders 50 and 51 and subtractor 5
Dividers 53, 54, 55 provided in the next stage of 2 respectively
It consists of and. Then, the correction photo sensor 1
The detection signal from 7 is input to the arithmetic unit 44 and received at the positions X 0 and Y 0 of the optical spot (this is the position of the optical spot output from the arithmetic unit 200). Corresponding to each of the detection signals from the first and second position detecting photosensors 23 and 29 and the angle detecting photosensor 34, respectively. The position of the light spot is X 1 , Y 1 ,
Output as X 2 , Y 2 , X 3 , Y 3 . On the other hand, the X axis displacement error e X from the divider 53 and Y from the divider 54.
The axial displacement error e Y is transferred from the divider 55 to the rolling error γ.
From the calculator 45, a pitching error α and a yawing error β are output.

ところで、上記演算装置41を用いて各誤差成分e
,γの演算原理について第8図を参照しつつ述べ
る。
By the way, each error component e X ,
The principle of calculation of e Y and γ will be described with reference to FIG.

第8図において、補正用フォトセンサ17による光スポ
ットの位置をP(X,Y)、第1、第2の位置検
出用フォトセンサ23,29による光スポットの位置を
それぞれP(X,Y)、P(X,Y)と
し、該各フォトセンサ23,29間の距離をLとする。
光スポットPとPとの間のX軸,Y軸方向の測定位
置の差(変位分)ΔX,ΔYは、 となり、同様に光ポットPとPとの間の測定位置の
差(変位分)ΔX,ΔYは、 となる。
In FIG. 8, the position of the light spot by the correction photosensor 17 is P 0 (X 0 , Y 0 ), and the position of the light spot by the first and second position detection photosensors 23 and 29 is P 1 ( X 1 , Y 1 ) and P 2 (X 2 , Y 2 ), and the distance between the photosensors 23 and 29 is L.
X-axis between the light spot P 0 and P 1, the difference between the measured position in the Y-axis direction (displacement amount) ΔX 1, ΔY 1 is Next, likewise the difference between the measured position between the optical pot P 0 and P 2 (displacement amount) ΔX 2, ΔY 2 is Becomes

このため、(9)式による演算は演算装置41の減算器4
8,49によつて実行され、(10)式による演算は減算器
46,47によつて実行される。
Therefore, the calculation by the equation (9) is performed by the subtractor 4 of the calculation device 41.
8 and 49, and the calculation by the equation (10) is executed by subtractors 46 and 47.

ここで、ΔX,ΔXは水平方向(X軸方向)の変位
分であるから、いま直線運動体1のX軸方向の大略の誤
差成分ΔeX′とすれば、 Δe′≒ΔX≒ΔX………(11) となるが、本実施例ではさらに測定精度を高めるため
に、加算器50によつてこれらの値を加算処理した後、
割算器53によつて1/2に割算することにより、X軸
方向の2箇所での平均的な誤差成分Δeを、 として演算することができる。
Here, ΔX 1 and ΔX 2 are displacements in the horizontal direction (X-axis direction). Therefore, if the error component Δe X ′ of the linear moving body 1 in the X-axis direction is approximated, Δe X ′ ≈ΔX 1 ≈ΔX 2 (11), but in the present embodiment, in order to further improve the measurement accuracy, after these values are added by the adder 50,
By dividing by the divider 53 into 1/2, the average error component Δe X at two points in the X-axis direction is Can be calculated as

同様に、ΔY,ΔYは垂直方向(Y軸方向)の変位
分であるから、直線運動体1のY軸方向の大略の誤差成
分Δe′とすれば、 Δe′≒ΔY≒ΔY………(13) となるが、前述と同様に加算器51、割算器54によつ
て、Y軸方向の平均的な誤差成分Δeを、 として演算することができる。
Similarly, since ΔY 1 and ΔY 2 are displacements in the vertical direction (Y-axis direction), assuming that the error component Δe Y ′ of the linear moving body 1 in the Y-axis direction is Δe Y ′ ≈ΔY 1 ≈ ΔY 2 (13) is obtained, but the average error component Δe Y in the Y-axis direction is calculated by the adder 51 and the divider 54 as described above. Can be calculated as

また、ローリング誤差γであるが、これはZ軸を中心と
する、Z軸回りのローリングによる誤差であるから、第
1、第2の位置検出用フォトセンサ23,29間の距離
Lに対し、X軸方向の誤差成分Δeが十分に小さいも
のとすると、ローリング誤差γは、 として求められる。このため、(13)式による演算、減算
器52によつてΔY−ΔYの減算が実行され、割算
器55によって距離Lでの割算が実行されることにな
る。
Further, the rolling error γ is an error due to rolling around the Z axis with the Z axis as the center, and therefore, with respect to the distance L between the first and second position detecting photosensors 23 and 29, If the error component Δe X in the X-axis direction is sufficiently small, the rolling error γ is Is required as. Therefore, the calculation by the equation (13), the subtracter 52 executes the subtraction of ΔY 2 −ΔY 1 , and the divider 55 executes the division by the distance L.

さらに、ピッチング誤差αはX軸を中心とするX軸回り
のピッチングによる誤差であり、ヨーイング誤差βはY
軸回りのヨーイングによる誤差であり、これら各誤差成
分の演算について述べる。
Further, the pitching error α is an error due to the pitching around the X axis with the X axis as the center, and the yawing error β is Y.
This is an error due to yawing around the axis, and the calculation of each of these error components will be described.

まず、第5図からも理解できるように、一般的な概念で
フォトセンサ100の光スポットについてみると、ピッ
チングα′、ヨーイングβ′は、 で表わされる。
First, as can be understood from FIG. 5, when the light spot of the photosensor 100 is considered by a general concept, pitching α ′ and yawing β ′ are It is represented by.

然るに、角度検出用フォトセンサ34の光スポットの位
置をみると、(1)式からも明らかなように角度検出用反
射鏡5の傾き角θに依存した変位dの位置であるから、
演算器45からの出力、即ちX軸方向変位分X、Y軸
方向変位分Yは、 として直ちに表わされることになり、該演算器45から
直接導出しうる。
However, when the position of the light spot of the angle detecting photosensor 34 is seen, it is the position of the displacement d depending on the tilt angle θ of the angle detecting reflecting mirror 5 as is clear from the equation (1),
The output from the calculator 45, i.e., X-axis direction displacement amount X 3, Y-axis direction displacement amount Y 3 are Will be immediately represented as, and can be directly derived from the arithmetic unit 45.

かくして、本実施例による直線運動測定装置によれば、
レーザ発生器11からの直線偏光を用いて、直線運動体
1に発生する6成分の誤差要因のうち、5成分の誤差e
,e,α,β,γを同時に測定することができるか
ら、直線運動体1を極めて高精度に位置決めすることが
できる。従つて、工作機械、測定機械等の直線運動精度
を高めることができ、また精度検査工数を低減できる。
Thus, according to the linear motion measuring device according to the present embodiment,
Using the linearly polarized light from the laser generator 11, among the six component error factors generated in the linear motion body 1, an error e of five components
Since X 1 , e Y , α, β and γ can be simultaneously measured, the linear moving body 1 can be positioned with extremely high accuracy. Therefore, the linear motion accuracy of the machine tool, the measuring machine, etc. can be improved, and the man-hour for accuracy inspection can be reduced.

また、測定装置本体11にはレーザ発生器12の他に各
フォトセンサ17,23,29,34を含む光学系が固
定的に設けられているから、レーザ発生器12側の原因
によつて補正用フォトセンサ17の光スポットPの位
置が移動すれば、第1、第2の位置検出用フォトセンサ
23,29の光スポットP,Pの位置も同一変位置
だけ移動する。従つて、(9),(10)式に示す各変位分は
レーザ発生器12のレーザ光源による影響は存在せず、
直線運動体1に真に発生しているX軸方向変位誤差
、Y軸方向変位誤差e、ローリンング誤差γのみ
を導出することができる。
In addition to the laser generator 12, the measuring apparatus main body 11 is fixedly provided with an optical system including the photosensors 17, 23, 29, and 34. Therefore, correction is performed according to the cause on the laser generator 12 side. If the position of the light spot P 0 of the photo sensor 17 for use moves, the positions of the light spots P 1 and P 2 of the first and second position detecting photo sensors 23 and 29 also move by the same variable position. Therefore, the displacements shown in the equations (9) and (10) are not affected by the laser light source of the laser generator 12,
It is possible to derive only the X-axis direction displacement error e X , the Y-axis direction displacement error e Y , and the rolling error γ that are actually occurring in the linear moving body 1.

さらに、第1,第2の変位拡大手段22,28を含む光
路系と、角度導出手段33を含む光路系とは別光路と
し、該角度導出手段33を構成するコリメータレンズ3
2は第1,第2の変位拡大手段22,28に対する光路
の障害となることはないから、各位置検出用フォトセン
サ23,29は第1,第2の変位検出用コーナキューブ
プリズム3,4の変位を4倍に拡大したままで受光で
き、分解能を高めることができる。
Further, the optical path system including the first and second displacement magnifying means 22 and 28 and the optical path system including the angle deriving means 33 are different optical paths, and the collimator lens 3 constituting the angle deriving means 33.
Since 2 does not obstruct the optical path to the first and second displacement magnifying means 22 and 28, the position detecting photosensors 23 and 29 are arranged in the first and second displacement detecting corner cube prisms 3 and 4, respectively. The light can be received while the displacement of 4 is magnified four times, and the resolution can be improved.

さらにまた、割算器53,54から出力されるX軸方向
変位誤差e、Y軸方向変位誤差eはX軸方向、Y軸
方向の2箇所での平均誤差として導出しうるから、これ
ら変位誤差e,eの測定精度を極めて高くすること
ができる。
Furthermore, the X-axis direction displacement error e X and the Y-axis direction displacement error e Y output from the dividers 53 and 54 can be derived as an average error at two points in the X-axis direction and the Y-axis direction. The measurement accuracy of the displacement errors e X and e Y can be made extremely high.

なお、実施例では第1、第2の変位拡大手段22,28
は第1、第2の変位検出用コーナキューブプリズム3,
4との間で2往復させ、該コーナキューブプリズム3,
4の変位を4倍に拡大するものとして述べたが、これら
の間での往復回数nに対応して2n倍に拡大できるもの
であり、これは変位拡大手段22,28の構成によつて
適宜に設定しうる。
In the embodiment, the first and second displacement magnifying means 22, 28 are used.
Is the first and second displacement detecting corner cube prisms 3,
2 round trips to and from the corner cube prism 3,
Although it has been described that the displacement of No. 4 is magnified four times, it can be magnified by 2n times corresponding to the number of round trips n between these, and this can be appropriately changed by the configuration of the displacement magnifying means 22, 28. Can be set to.

また、実施例の演算装置41ではX軸方向変位誤差
,Y軸方向変位誤差eを高精度に演算するため
に、加算器50,51、割算器53,54をそれぞれ用
いて平均値を求めるものとして述べたが、(11)式、(13)
式の如くX軸方向変位分ΔX,ΔXのいずれか一
方、Y軸方向変位分ΔY,ΔYのいずれか一方を各
変位誤差e,eとして用いてもよい。
In addition, in the arithmetic unit 41 of the embodiment, in order to calculate the X-axis direction displacement error e X and the Y-axis direction displacement error e Y with high accuracy, the adders 50 and 51 and the dividers 53 and 54 are used respectively and averaged. Although it has been described that the value is obtained, equation (11), (13)
As in the formula, either one of the X-axis direction displacements ΔX 1 and ΔX 2 or one of the Y-axis direction displacements ΔY 1 and ΔY 2 may be used as the displacement errors e X and e Y.

さらに、第1,第2の変位検出用コーナキューブプリズ
ム3,4は直角プリズムを用いてもよく、反鏡13,1
4、光束拡大器15等は適宜に採用すればよい。
Further, right-angle prisms may be used as the first and second corner cube prisms 3 and 4 for detecting displacement.
4, the light flux expander 15 and the like may be appropriately adopted.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明に係る直線運動測定装置は以上詳細に述べた如く
であつて、直線運動体が直線運動するに際して発生する
6成分の誤差のうち5成分の誤差を同時に測定すること
ができ、また光束発生手段に起因する測定誤差要因を除
去することができ、さらに角度検出手段の光路系を変位
拡大手段の光路系と別光路としたから、分解能を高める
ことができる等、高精度な直線運動検査が可能となる。
The linear motion measuring device according to the present invention is as described in detail above, and is capable of simultaneously measuring the error of 5 components out of the error of 6 components generated when the linear moving body makes a linear motion. It is possible to eliminate the measurement error factor due to the means, and since the optical path system of the angle detection means is different from the optical path system of the displacement magnifying means, it is possible to increase the resolution and to perform highly accurate linear motion inspection. It will be possible.

【図面の簡単な説明】 第1図は本実施例の全体構成図、第2図はレーザ発生器
から出力される光束と水平偏光成分、垂直偏光成分との
関係を示す設明図、第3図は第1の変位拡大手段による
変位拡大検出動作を示す説明図、第4図は角度導出手段
による角度導出動作を示す説明図、第5図は4象限フォ
トセンサの一般的構成を示す説明図、第6図は第5図に
示すフォトセンサによる光スポット位置を演算する演算
器の一般的回路構成図、第7図は各誤差成分を演算する
本実施例演算装置の回路構成図、第8図は誤差成分の演
算原理を示す説明図、第9図はX,Y,Z軸方向の誤差
成分を示す説明図である。 1……直線運動体、2……検出ブロック、3……第1の
変位検出用コーナキューブプリズム、4……第2の変位
検出用コーナキューブプリズム、5……角度検出用反射
鏡、11……測定装置本体、12……レーザ発生器、1
5……光束拡大器、17……補正用4象限フォトセン
サ、19……第1の偏光ビームスプリッタ、20……第
1の1/4波長板、21第1の変位拡大用コーナキューブ
プリズム、22……第1の変位拡大手段、23……第1
の位置検出用4象限フォトセンサ、25……第2の偏光
ビームスプリッタ、26……第2の1/4波長板、27…
…第2の変位拡大用コーナキューブプリズム、28……
第2の変位拡大手段、29……第2の位置検出用4象限
フォトセンサ、30……第3の偏光ビームスプリッタ、
31……第3の1/4波長板、32……コリメータレン
ズ、33……角度導出手段、34……角度検出用4象限
フォトセンサ、41……演算装置、42〜45……演算
器、46〜49,52……減算器、50,51……加算
器、53〜55……割算器
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall configuration diagram of the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a relationship between a light beam output from a laser generator and a horizontal polarization component and a vertical polarization component. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a displacement magnifying detection operation by the first displacement magnifying means, FIG. 4 is an explanatory diagram showing an angle deriving operation by the angle deriving means, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing a general configuration of a 4-quadrant photosensor. FIG. 6 is a general circuit configuration diagram of an arithmetic unit for calculating the light spot position by the photosensor shown in FIG. 5, and FIG. 7 is a circuit configuration diagram of the arithmetic unit of this embodiment for calculating each error component, and FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the principle of calculation of the error component, and FIG. 9 is an explanatory diagram showing the error component in the X-, Y-, and Z-axis directions. 1 ... Linear moving body, 2 ... Detection block, 3 ... First displacement detecting corner cube prism, 4 ... Second displacement detecting corner cube prism, 5 ... Angle detecting reflecting mirror, 11 ... … Measuring device body, 12 …… Laser generator, 1
5 ... Luminous flux expander, 17 ... 4-quadrant photosensor for correction, 19 ... First polarization beam splitter, 20 ... First quarter-wave plate, 21 First displacement-increasing corner cube prism, 22 ... first displacement magnifying means, 23 ... first
4-quadrant photosensor for position detection, 25 ... second polarization beam splitter, 26 ... second quarter-wave plate, 27 ...
… Second displacement-increasing corner cube prism, 28 ……
Second displacement magnifying means, 29 ... second four-quadrant photosensor for position detection, 30 ... third polarization beam splitter,
31 ... Third quarter-wave plate, 32 ... Collimator lens, 33 ... Angle deriving means, 34 ... 4-quadrant photosensor for angle detection, 41 ... Arithmetic unit, 42-45 ... Arithmetic unit, 46-49, 52 ... Subtractor, 50, 51 ... Adder, 53-55 ... Divider

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】直線運動体が水平面上またはこれと直交す
る垂直面上で直線運動するときに発生する誤差を測定す
る直線運動測定装置において、 前記直線運動体と一緒に運動するように、前記直線運動
体の水平方向または垂直方向に離間して配設され、この
配設方向と直交する方向から入射した光束を平行な反射
光として変位させる第1,第2の変位プリズムと、 前記直線運動体と一緒に運動するように、前記直線運動
体に設けられ、前記第1,第2の変位プリズムに入射す
る光束と同方向から入射した光束を反射させる反射鏡
と、 所定角度の振動面を有する直線偏光を光束として発生す
る光束発生手段と、 該光束発生手段から発生する光束で該光束発生部自体の
光源の変位を2次元の位置として検出する補正用位置検
出手段と、 前記光束発生手段による光束を前記直線運動体側の第1
の変位プリズムとの間でn回往復させることにより、該
変位プリズムの変位量を2n倍に拡大する第1の変位拡
大手段と、 該第1の変位拡大手段から拡大して導出された光束を2
次元の位置として検出する第1の位置検出手段と、 前記光束発生手段による光束を前記直線運動体側の第2
の変位プリズムとの間でn回往復させることにより、該
変位プリズムの変位量を2n倍に拡大する第2の変位拡
大手段と、 該第2の変位拡大手段から拡大して導出された光束を2
次元の位置として検出する第2の位置検出手段と、 前記第1または第2の変位拡大手段から射出された光束
を前記運動体側の反射鏡で反射させ、この反射光をレン
ズを通過させることによつて該反射鏡の傾き角を導出す
る角度導出手段と、 該角度導出手段で導出した傾き角を2次元の位置として
検出する角度検出手段と、 前記補正用位置検出手段、第1,第2の位置検出手段か
らの出力信号に基づき、前記直線運動体の水平方向変位
誤差、垂直方向変位誤差およびローリング誤差を演算す
ると共に、角度検出手段からの出力信号に基づきピッチ
ング誤差、ヨーイング誤差を演算する演算手段とから構
成したことを特徴とする直線運動測定装置。
1. A linear motion measuring device for measuring an error generated when a linear motion body makes a linear motion on a horizontal plane or on a vertical plane orthogonal to the horizontal plane, wherein the linear motion body is configured to move together with the linear motion body. First and second displacement prisms which are arranged separately from each other in a horizontal direction or a vertical direction of the linear moving body and which displaces a light beam incident from a direction orthogonal to the disposing direction as parallel reflected light; A reflecting mirror which is provided on the linear moving body so as to move together with the body and which reflects a light beam incident from the same direction as the light beam incident on the first and second displacement prisms, and a vibrating surface having a predetermined angle. A light flux generating means for generating linearly polarized light as a light flux, a correction position detecting means for detecting the displacement of the light source of the light flux generating portion itself as a two-dimensional position by the light flux generated by the light flux generating means; The first light flux with live means of the linear motion-side
First displacement magnifying means for magnifying the amount of displacement of the displacement prism by 2n times by reciprocating between the first and second displacement magnifying means, and the luminous flux magnified and derived from the first displacement magnifying means. Two
A first position detecting means for detecting the position as a dimensional position, and a second luminous flux generated by the luminous flux generating means on the side of the linear moving body.
Second displacement magnifying means for magnifying the amount of displacement of the displacement prism by 2n times by reciprocating between the second displacement magnifying means and the second displacement prism, and the luminous flux magnified and derived from the second displacement magnifying means. Two
A second position detecting means for detecting the position as a dimensional position, and a light beam emitted from the first or second displacement magnifying means reflected by the reflecting mirror on the moving body side and passing the reflected light through a lens. Therefore, an angle deriving means for deriving the tilt angle of the reflecting mirror, an angle detecting means for detecting the tilt angle derived by the angle deriving means as a two-dimensional position, the correction position detecting means, the first and second The horizontal displacement error, the vertical displacement error and the rolling error of the linear moving body are calculated based on the output signal from the position detecting means, and the pitching error and the yawing error are calculated based on the output signal from the angle detecting means. A linear motion measuring device comprising: a calculating means.
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