JP2015169491A - 変位検出装置および変位検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】変位検出装置3は、プローブに設けられた再帰性反射体31と、再帰性反射体31に向けて、所定範囲Aを照射可能な照射光L1を出射する光源部32と、再帰性反射体31と光源部32との間に設けられ、照射光L1を透過するとともに、再帰性反射体31で反射された反射光L2を反射するビームスプリッタ33と、ビームスプリッタ33で反射された反射光L3を受光する受光部34とを備えている。
【選択図】図3
Description
特許文献1には、レーザートラッカーが開示されている。レーザートラッカーは、被測定物に設けられた1つのターゲットを移動させ、このターゲットをレーザ光で追尾する。そして、ターゲットからの反射光に基づくターゲットまでの距離と、ターゲットの空間的な角度とに基づいて、被測定物の変位を検出している。
本発明の変位検出方法は、被測定物に設けられた再帰性反射体に向けて、所定範囲を照射可能な照射光を光源部から出射し、前記再帰性反射体と前記光源部との間に設けられたビームスプリッタによって、前記照射光を透過するとともに、前記再帰性反射体で反射された光を反射し、このビームスプリッタで反射された光を受光部で受光し、この受光部での受光位置に基づいて、前記被測定物の変位を検出することを特徴とする。
本発明の別の変位検出方法は、被測定物に設けられた再帰性反射体に向けて、所定範囲を照射可能な照射光を光源部から出射し、前記光源部に対して前記照射光の出射側に設けられたビームスプリッタによって、前記照射光を反射して前記再帰性反射体に入射させるとともに、前記再帰性反射体で反射された光を透過し、このビームスプリッタを透過した光を受光部で受光し、この受光部での受光位置に基づいて、前記被測定物の変位を検出することを特徴とする。
また、別の構成によれば、光源部から出射された照射光は、ビームスプリッタで反射して再帰性反射体に入射する。再帰性反射体に入射した光は、この再帰性反射体で反射して、ビームスプリッタに戻り、このビームスプリッタを透過した後、受光部で受光される。
そして、照射光の照射範囲において、再帰性反射体が照射光の光軸と直交する方向に移動すると、受光位置は、再帰性反射体の移動に対応して変位する。
このため、再帰性反射体を追尾する構成を設けることなく簡単な構成で、照射範囲で移動する再帰性反射体の位置に基づいて、被測定物の変位を検出することができる。
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
{ステージ装置の構成}
まず、本発明の第1実施形態に係るステージ装置の構成について説明する。
なお、図1では、互いに直交する3軸をX軸、Y軸およびZ軸とし、紙面上下方向をZ軸方向として説明する。なお、当該X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向により、マシン座標系が規定される。以下の図面においても同様である。
XYステージ21は、四角形板状に形成されており、XY平面と略平行な載置面211を有している。この載置面211には、ステージ装置1により位置決めされる図示しない位置決め対象物が載置される。
スライド機構22は、例えば、図示しないスライダ、ガイドレールなどにより構成されている。
光源部32は、再帰性反射体31に向けて、所定範囲を照射可能な照射光L1を出射する。光源部32は、光源制御部36により制御され、発散光を照射光L1として出射する光源321を備えている。光源321は、照射光L1の光軸(中心軸)LAがZ軸と略平行となるように配置されている。なお、光源321は、光軸LAがZ軸と交差するように配置されていてもよい。また、光源321は、XYステージ21に設けられた再帰性反射体31が移動可能な全範囲を含む円形状の照射範囲Aを、照射光L1が照射可能なように配置されている。
まず、図4に示すように、ビームスプリッタ33における反射光L2の反射面において、照射光L1の光軸LAが通る位置を交点Pとする。集光レンズ351は、当該集光レンズ351における主面351Aの中心351Cと交点Pとを結ぶ線分M1が、光源321の発光点321Aと交点Pとを結ぶ線分M2と直交するように配置されている。また、集光レンズ351は、線分M1の長さと線分M2の長さとが等しくなるように配置されている。
このような配置によって、再帰性反射体31の位置にかかわらず、反射光L3の光軸が主面351Aの中心351C上に位置し、反射光L3の光軸上の光は、集光レンズ351において屈折せずに真っ直ぐに進行して、受光面341に到達する。したがって、受光面341における受光位置と、再帰性反射体31の位置とを正確に対応させることができる。
変位演算部37は、受光部34での集光光L4の受光位置に基づいて、XYステージ21の変位を演算する。
次に、ステージ装置1による位置調整方法について説明する。
まず、XYステージ21が所定位置に位置している状態で、光源制御部36は、光源321に照射光L1を出射させる。このとき、XYステージ21上の再帰性反射体31が移動可能な全範囲が、照射光L1の照射範囲Aに含まれているため、XYステージ21がいかなる位置に移動しても、再帰性反射体31に照射光L1が照射される。
ここで、再帰性反射体31がXY平面内で移動すると、この移動に対応して、ビームスプリッタ33に対する反射光L2の入射角度および反射光L3の出射角度が変化する。その結果、受光面341における集光光L4の受光位置も、再帰性反射体31の移動に対応して変化する。また、再帰性反射体31がZ軸方向に移動しないため、受光面341における集光光L4の受光スポットSP1は、常に同じ大きさの点状となる。
そして、受光部34は、集光光L4の受光位置に対応する信号を変位演算部37へ出力する。
その後、オペレータが図示しない入力部の操作により、XYステージ21の位置調整を指示すると、この指示に基づいて、駆動制御部41は、駆動部23を制御し、XYステージ21を移動させる。そして、XYステージ21の位置調整が終了するまで、変位検出装置3によるXYステージ21の基準位置の測定、XYステージ21の位置調整を繰り返す。
第1実施形態によれば、再帰性反射体31に対して照射光L1が出射されると、再帰性反射体31およびビームスプリッタ33で反射された光が受光部34で受光される。そして、照射光L1の照射範囲Aにおいて、再帰性反射体31が光軸LAと直交するXY平面内で移動すると、受光部34での受光位置は、再帰性反射体31の移動に対応して変位する。
このため、再帰性反射体31を追尾する構成を設けることなく簡単な構成で、照射範囲Aで移動する再帰性反射体31の位置に基づいて、XYステージ21の変位を検出することができる。
さらに、光を用いて変位を検出するため、応答の高速化を図ることができる。また、変位検出装置3を構成する部材は高価なものではなく、電装も簡素であるため、低価格化を実現できる。さらに、被測定物に設けられるのは再帰性反射体31のみなので、電磁ノイズが強い環境や、真空、極高温、極低温、高圧環境、水中など様々な環境の被測定物の変位を検出することができる。
このため、集光部35を設けない構成と比べて、受光部34での受光スポットSP1のサイズを小さくすることができ、XYステージ21の変位検出精度を向上させることができる。また、受光スポットSP1を小さくすることができるため、変位検出範囲を広げることができる。
特に、第1実施形態では、集光部35を構成する集光レンズ351の焦点を受光面341上に位置させているため、受光スポットSP1を点状にすることができる。したがって、集光レンズ351の焦点を受光面341上に位置させない構成と比べて、変位検出精度を向上させることができるとともに、変位検出範囲を広げることができる。
このため、照射範囲A内で移動するXYステージ21の二次元の変位を検出することができる。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
なお、第1実施形態と同一の構成については、同一名称および同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
三次元測定機1Aは、図5および図6に示すように、三次元測定機本体6と、変位検出装置3と、制御装置7とを備えている。
また、プローブ63における上端中央には、再帰性反射体31が設けられている。具体的には、再帰性反射体31は、プローブ63における円筒状の軸の延長線上に位置している。これにより、プローブ63によるワークW上の測定位置のX,Y座標を、再帰性反射体31のX,Y座標と一致させることができる。
スライド機構64は、例えば、図示しないスライダ、ガイドレールなどにより構成されている。
駆動制御部71は、駆動部65を制御して、プローブ63を姿勢を変えないで移動させる。なお、駆動部65を設けない場合、駆動制御部71は不要である。
プローブ制御部72は、プローブ63を制御して、測定位置のZ軸方向の位置を検出させる。
座標演算部73は、変位演算部37での演算結果と、プローブ63での検出結果とに基づいて、ワークWの測定位置のX,Y,Z座標を演算する。
次に、三次元測定機1Aによる測定方法について説明する。
まず、駆動制御部71は、図示しない記憶部などからワークWの形状データを取得する。そして、駆動制御部71は、駆動部65を制御し、ワークWにおける最初の測定位置の上方にプローブ63を移動させる。
このとき、プローブ63は、スライド機構64によってX軸方向およびY軸方向のうち少なくとも一方の方向のみに移動し、Z軸方向には移動しない。また、照射光L1の光軸LAは、上述のように、Z軸と略平行に設定されている。このため、再帰性反射体31は、照射光L1の光軸LAと直交するXY平面内のみで移動することになる。
そして、プローブ制御部72は、プローブ63に測定位置のZ軸方向の位置を検出させる。プローブ63は、検出結果に対応する信号を座標演算部73へ出力する。
このとき、プローブ63が移動可能な全範囲が、照射光L1の照射範囲Bに含まれているため、プローブ63がいかなる位置に移動しても、再帰性反射体31に照射光L1が照射される。
そして、図3に示すように、ビームスプリッタ33を透過した照射光L1のうち、再帰性反射体31に入射する入射光L11は、集光レンズ351で集光され、集光光L4として受光面341に入射する。
そして、受光部34は、集光光L4の受光位置に対応する信号を変位演算部37へ出力する。
座標演算部73は、変位演算部37からの信号に基づく再帰性反射体31のX,Y座標を、ワークW上の測定位置のX,Y座標として設定する。そして、座標演算部73は、この設定したX,Y座標と、プローブ63からの信号に基づく測定位置のZ座標とを、ワークW上の測定位置のX,Y,Z座標として図示しない記憶部に記憶させる。
その後、制御装置7は、最後の測定位置の測定が終わるまで、上述の処理を繰り返す。
第2実施形態によれば、簡単な構成でワークWを測定可能な三次元測定機1Aを提供することができる。
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれる。
このような構成によっても、照射光L31の照射範囲内で移動するXYステージ21の一次元の変位を検出することができる。また、第1,第2実施形態、図7(A),(B)に示すような、発散光や平行光を再帰性反射体31に照射する構成と比べて、再帰性反射体31に照射される光量を多くすることができる。したがって、発散光や平行光の場合よりも光源321から離れた再帰性反射体31の変位を検出することができ、変位検出範囲をライン光が延びる方向(Y軸方向)に広げることができる。
なお、照射光L31としてライン光を用いた場合、受光部34として、一次元PSDなど、一次元の位置を検出可能な構成を用いてもよい。
また、図7(A)〜(C)に示す構成を、第2実施形態に適用してもよい。
変位検出装置8において、ビームスプリッタ33は、光源部32に対して照射光L1の出射側に設けられている。ビームスプリッタ33は、照射光L1を反射して、この反射した反射光L41で照射範囲Aを照射する。反射光L41のうち、再帰性反射体31に入射する入射光L42は、再帰性反射体31で反射し、反射光L43としてビームスプリッタ33に入射する。ビームスプリッタ33は、再帰性反射体31からの反射光L43を透過する。受光部34は、ビームスプリッタ33を透過して、集光部35の集光レンズ351から出射される集光光L44を受光面341で受光する。
なお、変位検出装置8において、光源321と、ビームスプリッタ33と、集光レンズ351との位置関係は、図4に示す場合と同様になっていることが好ましい。
さらに、変位検出装置8において、図7(A)〜(C)に示すように、集光部35を設けない構成や、平行光やライン光を照射光として用いる構成を適用してもよい。
21…XYステージ(被測定物)
31…再帰性反射体
32…光源部
33…ビームスプリッタ
34…受光部
35…集光部
63…プローブ(被測定物)
L1…照射光
Claims (5)
- 被測定物に設けられた再帰性反射体と、
前記再帰性反射体に向けて、所定範囲を照射可能な照射光を出射する光源部と、
前記再帰性反射体と前記光源部との間に設けられ、前記照射光を透過するとともに、前記再帰性反射体で反射された光を反射するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタで反射された光を受光する受光部とを備えていることを特徴とする変位検出装置。 - 被測定物に設けられた再帰性反射体と、
所定範囲を照射可能な照射光を出射する光源部と、
前記光源部に対して前記照射光の出射側に設けられ、前記照射光を反射して前記再帰性反射体に入射させるとともに、前記再帰性反射体で反射された光を透過するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタを透過した光を受光する受光部とを備えていることを特徴とする変位検出装置。 - 請求項1または請求項2に記載の変位検出装置において、
前記ビームスプリッタと前記受光部との間に設けられ、前記ビームスプリッタからの光を集光する集光部を備えていることを特徴とする変位検出装置。 - 被測定物に設けられた再帰性反射体に向けて、所定範囲を照射可能な照射光を光源部から出射し、
前記再帰性反射体と前記光源部との間に設けられたビームスプリッタによって、前記照射光を透過するとともに、前記再帰性反射体で反射された光を反射し、このビームスプリッタで反射された光を受光部で受光し、
この受光部での受光位置に基づいて、前記被測定物の変位を検出することを特徴とする変位検出方法。 - 被測定物に設けられた再帰性反射体に向けて、所定範囲を照射可能な照射光を光源部から出射し、
前記光源部に対して前記照射光の出射側に設けられたビームスプリッタによって、前記照射光を反射して前記再帰性反射体に入射させるとともに、前記再帰性反射体で反射された光を透過し、このビームスプリッタを透過した光を受光部で受光し、
この受光部での受光位置に基づいて、前記被測定物の変位を検出することを特徴とする変位検出方法。
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