寸法測定システム
【課題】環境ノイズなどの影響を受け難い寸法測定システムを提供する。
【解決手段】寸法測定システム１は、白色光源２１からの光を被測定物に向かう第１の光束と第２の光束に分岐し、第１の光束と第２の光束の間に被測定物の測定対象寸法に対応する第１の光路差を生じさせる測定装置２と、測定装置２から出射した光束を、参照鏡４３に向かう第３の光束と光路に沿って移動可能な移動鏡４４に向かう第４の光束に分岐して、第３の光束と第４の光束との間に第２の光路差を生じさせる干渉計４と、第３及び第４の光束を受光して干渉信号を検出する検出器５と、干渉信号が最大値となる移動鏡の位置を求めて被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラ６を有する。またコントローラ６は、測定装置２と通信回線７を通じて接続され、被測定物の位置及び白色光源２１を遠隔制御する。
【解決手段】寸法測定システム１は、白色光源２１からの光を被測定物に向かう第１の光束と第２の光束に分岐し、第１の光束と第２の光束の間に被測定物の測定対象寸法に対応する第１の光路差を生じさせる測定装置２と、測定装置２から出射した光束を、参照鏡４３に向かう第３の光束と光路に沿って移動可能な移動鏡４４に向かう第４の光束に分岐して、第３の光束と第４の光束との間に第２の光路差を生じさせる干渉計４と、第３及び第４の光束を受光して干渉信号を検出する検出器５と、干渉信号が最大値となる移動鏡の位置を求めて被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラ６を有する。またコントローラ６は、測定装置２と通信回線７を通じて接続され、被測定物の位置及び白色光源２１を遠隔制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、寸法測定システムに関し、特に、白色干渉を用いた寸法測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、加工部品の寸法又は表面粗さを、非接触で精密に測定する方法として、白色干渉の原理を用いた方法が提案されている。例えば、白色干渉を用いて、デジタルカメラのフランジバックを測定する測定装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された測定装置では、白色光源から放射された光を、ビームスプリッタで第１の光路と第２の光路に分割する。そして、第１の光路に向かった光は、第１の光路に沿って移動可能な長さ測定用の参照鏡で反射される。一方、第２の光路に向かった光は、カメラのフランジと接触可能な基準面に、固定的に取り付けられたカメラの撮像素子で反射される。参照鏡及び撮像素子で反射された光は、ビームスプリッタで一つに合わせられ、検出器で検出される。ここで、参照鏡を第１の光路に沿って移動させることにより、第１の光路を通った光と第２の光路を通った光の白色干渉縞の最大光量、すなわち、白色干渉がピークとなる参照鏡の位置を検出する。そして、その参照鏡の位置に基づいて、フランジから撮像素子までの長さを検出する。
【０００３】
また、被測定物からの弱い反射光を高感度で検出するために、干渉縞を走査する干渉計と計測用の干渉計とを別個に設ける測定方法も開発されている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１５１４９号公報
【特許文献２】特開２０００−６５５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、製造ラインに近接して設けられた検査工程において、その製造ラインで製造された製品が仕様寸法通り作成されているか否かを検査する場合がある。このような場合、製品の製造ラインの近くでは、様々な機械の動作、作業者の往来による振動が発生する。そのため、上記のような白色干渉の原理を用いた測定装置を、その検査工程で用いると、その振動によるノイズのために、測定精度が低下するおそれがある。一方、測定装置を製造ラインから離れた位置に設けると、検査のためだけに製品を搬送しなければならず、余分な工程が増えるので望ましくない。さらに、大量の製品を製造する製造ラインでは、短時間に多数の製品の検査を行えることが望ましい。
【０００６】
上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、白色干渉を用いた寸法測定において、振動などの環境ノイズの影響を受け難い寸法測定システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、多数の被測定物の測定対象寸法を短時間で測定可能な寸法測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの実施態様によれば、被測定物の寸法を測定する寸法測定システムが提供される。係る寸法測定システムは、白色光源と、被測定物の測定対象寸法に対応する光路差を有する第１の光束と第２の光束を出射する少なくとも一つの測定装置と、位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、第１の干渉計から出射した光束を、参照鏡に向かう第３の光束と、移動鏡に向かう第４の光束に分岐して、第３の光束と第４の光束との間に第２の光路差を生じさせる干渉計と、第３の光束と第４の光束を受光し、第１の光路差と第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、被測定物の測定対象寸法を求める第２のコントローラを有する。
また少なくとも一つの測定装置は、白色光源から放射された光を、被測定物に向かう第１の光束と第２の光束に分岐し、第１の光束を被測定物で反射させて第２の光束との間に被測定物の測定対象寸法に対応する第１の光路差を生じさせ、第１の光束と第２の光束を一つの光束に合わせて出射させる光束分割手段と、被測定物を載置し、前記光束分割手段に対する前記被測定物の相対的な位置を変更可能なステージと、ステージの駆動を行う第１のコントローラとを有する。また、第２のコントローラは、第１のコントローラと通信回線を通じて接続され、被測定物を第１の位置に配置するよう、第１のコントローラに対して制御信号を送信し、かつ被測定物が第１の位置に配置されると、干渉信号が最大値となる移動鏡の位置を求めて第２の光路差を測定することにより、被測定物の測定対象寸法の第１の測定値を求める。
また、本発明によれば、寸法測定システムは、少なくとも一つの測定装置から出射した第１及び第２の光束を、干渉計に導く光ファイバを有することが好ましい。
係る構成を有することにより、光路差の測定を行う干渉計と、被測定物を設置する測定装置とを遠隔地に配置することができるので、測定装置を製造ラインの近傍に設置しても、干渉計は別途環境ノイズの少ない環境に設置することができる。
【０００８】
また、本発明によれば、被測定物は円筒形状を有し、被測定物の測定対象寸法は被測定物の内径であり、かつ、第１の位置は光束分割手段が被測定物の円筒の略中心に配置される位置であり、第２のコントローラは、第１のコントローラに対して、被測定物を第１の位置と同一の円筒断面内の異なる第２の位置へ移動させる制御信号を送信し、かつ被測定物がその第２の位置に配置された状態で、被測定物の測定対象寸法の第２の測定値を求め、第１の測定値と第２の測定値を比較して、大きい方の測定値を被測定物の測定対象寸法とすることが好ましい。
【０００９】
さらに、本発明によれば、第１のコントローラは、被測定物の測定の開始を求めるための測定開始信号を第２のコントローラに送信し、かつ第２のコントローラから、測定を許可する測定許可信号を受信すると、白色光源に光を放射させることが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明によれば、測定許可信号は、少なくとも一つの測定装置を他の測定装置と識別するための識別情報を含むことが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明によれば、第２のコントローラは、少なくとも一つの測定装置の第１のコントローラに、その測定装置に設置された被測定物の測定対象寸法の測定値を送信することが好ましい。
【００１２】
本発明の他の実施態様によれば、被測定物の寸法を測定する寸法測定システムが提供される。係る寸法測定システムは、白色光源と、位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、白色光源から放射された光を、参照鏡に向かう第１の光束と、移動鏡に向かう第２の光束に分岐して、第１の光束と第２の光束との間に第１の光路差を生じさせる干渉計と、被測定物の測定対象寸法に対応する光路差を有する第１の光束と第２の光束を出射する少なくとも一つの測定装置と、被測定物の測定対象寸法を求める第２のコントローラを有する。
また少なくとも一つの測定装置は、干渉計から出射された第１の光束及び第２の光束を、被測定物に向かう第３の光束と第４の光束に分岐し、第３の光束を被測定物で反射させて第４の光束との間に被測定物の測定対象寸法に対応する第２の光路差を生じさせ、第３の光束と該第４の光束を一つの光束に合わせて出射させる光束分割手段と、被測定物を載置し、光束分割手段に対する被測定物の相対的な位置を変更可能なステージと、ステージの駆動を行う第１のコントローラと、第３の光束と第４の光束を受光し、第１の光路差と第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、干渉信号に対応する信号を出力する検出器とを有する。また、第２のコントローラは、第１のコントローラと通信回線を通じて接続され、被測定物を第１の位置に配置するよう、第１のコントローラに対して制御信号を送信し、かつ被測定物がその第１の位置に配置されると、干渉信号が最大値となる移動鏡の位置を求めて第１の光路差を測定することにより、被測定物の測定対象寸法の測定値を求める。
【００１３】
なお、上記の各実施態様において、白色光源とは、可視光域において広帯域発光する光源に限られず、所定の波長を中心波長とした一定の波長帯域の光を放射する光源をいう。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、白色干渉を用いた寸法測定において、振動などの環境ノイズ影響を受け難い寸法測定システムを提供することが可能となった。
また、多数の被測定物の測定対象寸法を短時間で測定可能な寸法測定システムを提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を、リングゲージ、シリンダなど、円筒状の被測定物の内径を計測する内径測定システムに適用した実施の形態を、図を参照しつつ説明する。
本発明の第１の実施形態に係る内径測定システムは、白色光源からの光をビームスプリッタに入射させ、ビームスプリッタで、可動ステージ上に載置された被測定物の内径に対応する光路差を有する二つの光束を生成する。その二つの光束を、光ファイバを通じて例えば遠隔地に設置された干渉計に入射して、上記光路差とほぼ等しい光路差を生じる二つの光路に光束を分割して干渉させることにより、白色干渉縞を生じさせる。そして、検出器で白色干渉縞の最大信号値を検出して干渉計の二つの光路間の光路差を測定することにより、被測定物の内径を求める。ここで、本発明の第１の実施形態に係る内径測定システムは、干渉計側に設置されたコントローラから、通信回線を通じて、被測定物が載置された可動ステージの位置調整及び白色光源の点灯制御を行えるようにして、干渉計と被測定物が離れた位置にある場合でも、その被測定物の内径を測定できるようにしたものである。
【００１６】
図１は、本発明を適用した内径測定システム１の概略構成を示す図である。内径測定システム１は、被測定物１０の内径の２倍に相当する光路差を生じさせる測定装置２と、測定装置２で生じた光路差と同程度の光路差を生じさせて白色干渉縞を発生させる干渉計４と、干渉計４で発生した干渉縞を検出する検出器５と、各部の制御及び検出された干渉縞から被測定物の内径を求めるコントローラ６を有する。さらに、内径測定システム１は、測定装置２から出射した光を干渉計４へ伝える光ファイバ３を有する。また、コントローラ６は、測定装置２が有する、白色光源２１及び被測定物１０を載置する可動ステージ２３を駆動するステージコントローラ２４の制御を行うコントローラ２５と通信回線７を通じて接続される。
【００１７】
図２に、測定装置２の概略構成図を示す。
白色光源２１は、コヒーレンス長が短く、広帯域な波長の光を放射可能な光源と、コントローラ２５からの制御信号に基づいて、その光源を点灯または消灯させるための制御回路などで構成される。白色光源２１に使用する光源として、例えば、ＬＥＤ、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）光源、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源などを用いることができる。また、白色光源２１から出射される光の中心波長は、例えば７５０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍなどに設定することができる。なお、測定装置２から出射した光を光ファイバ３を通じて干渉計４へ導波させるので、白色光源２１として、光ファイバ３による減衰が少ない波長を有する光を放射するものを使用することが好ましい。本実施形態では、白色光源２１として、中心波長１５５０ｎｍの赤外ＬＥＤを用いた。
【００１８】
測定装置２では、可動ステージ２３の上に載置された被測定物１０の内径の２倍に対応する光路差を有する二つの光束Ｂ１、Ｂ２を生成する。そのために、測定装置２では、白色光源２１から放射された光をコリメータレンズ２６で平行光とし、入射した平行光に対して出射する位置を調整する第１のウェッジプリズム２７に入射させる。なお、白色光源２１の配置の自由度を高めるために、白色光源２１から放射された光を光ファイバを用いて導波させ、コリメータレンズ２６へ入射させるようにしてもよい。そして、ウェッジプリズム２７から出射した光は、被測定物１０の内径の略中心に配置された光束分割手段であるビームスプリッタ２２に入射する。なお、光束分割手段として、ビームスプリッタ２２の代わりにハーフミラーを使用してもよい。
【００１９】
ビームスプリッタ２２に入射した光は、そのビームスプリッタ２２で反射され、被測定物１０の内面Ｓ１に向かう光束と、ビームスプリッタ２２を透過して直進する光束Ｂ２に分岐される。被測定物１０の内面Ｓ１に向かう光束は、被測定物１０の内面Ｓ１で反射された後、ビームスプリッタ２２に戻る。ビームスプリッタ２２に戻った光束の一部は、ビームスプリッタ２２を透過し、被測定物１０の内面Ｓ１と反対側の内面Ｓ２へ向かう。そして、Ｓ２へ向かった光束は、内面Ｓ２で反射され、再びビームスプリッタ２２に戻る。ビームスプリッタ２２に戻った光束の一部は、ビームスプリッタ２２で反射される。この光束をＢ１と呼ぶ。光束Ｂ１と光束Ｂ２とは、ビームスプリッタ２２から出射する際に合わさって出射する。光束Ｂ１と光束Ｂ２は、ビームスプリッタ２２から出射した後、位置調整用の第２のウェッジプリズム２８に入射し、集光レンズ２９に入射するように位置調整される。そして、光束Ｂ１と光束Ｂ２は、集光レンズ２９を透過して集光されて測定装置２から出射し、光ファイバ３に入射する。
このとき、測定装置２から出射する光束Ｂ１は、被測定物１０の内面Ｓ１とＳ２の間を往復するので、被測定物１０の内径をＤとすれば、光束Ｂ１と光束Ｂ２との間に、２Ｄの光路差が生じる。
【００２０】
可動ステージ２３は、被測定物１０の軸方向（すなわち、光束Ｂ２に平行な方向）、被測定物１０の軸方向に直交する円筒断面内で光束Ｂ１に平行な方向及び光束Ｂ１に垂直な方向の３方向に移動可能であり、かつ、円筒断面内で光束Ｂ１に平行な方向に対する傾斜角を変更可能なステージである。また、可動ステージ２３は、ステージコントローラ２４により駆動される。またステージコントローラ２４は、コントローラ６と電気的に接続され、コントローラ２５によって制御される。なお、可動ステージ２３は、単一のステージで構成してもよく、ＸＹＺステージと傾斜ステージを組み合わせて構成してもよい。また、傾斜角を変更するチルティング機構の回転中心は、ビームスプリッタ２２と略一致することが好ましい。
【００２１】
コントローラ２５は、いわゆるＰＣで構成される。また、コントローラ２５は、通信回線７を通じてコントローラ６と接続される。そして、コントローラ６に対して、各種の状態情報（例えば、白色光源２１の点灯状態、可動ステージ２３の現在位置あるいは停止中か移動中かを示す情報など）及び信号（例えば、測定の開始を求めるための測定開始信号など）を必要に応じて、あるいは、コントローラ６からの要求に応じて送信する。逆に、コントローラ６から、測定を許可する測定許可信号など各種の制御信号、測定結果などを受信する。そして、それらの制御信号に基づいて、白色光源２１の点灯制御、ステージコントローラ２４を介しての可動ステージ２３の位置制御などを行う。
【００２２】
なお、測定装置２は、被測定物１０の円筒断面の中心を、ビームスプリッタ２２、コリメータレンズ２６、ウェッジプリズム２７、２８及び集光レンズ２９などからなる測定光学系と位置合わせするための、可視レーザ光源を有してもよい。この可視レーザ光源は、例えば可視光域の波長のレーザ光を照射する半導体レーザとすることができる。そして、可視レーザ光源から照射された光も、白色光源２１から照射された光と同一の経路を通ってコリメータレンズ２６、ウェッジプリズム２７及びビームスプリッタ２２に到達するように、白色光源２１とコリメータレンズ２６の間にビームスプリッタを配置する。測定装置２では、上記の位置合わせを行う際には、白色光源２１と切り換えて、可視レーザ光源からレーザ光を照射する。そして、そのレーザ光が被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２で反射された光を検出器５で観測することにより、位置合わせを行う。
【００２３】
図３に、干渉計４の概略構成図を示す。光ファイバ３から出射した光束Ｂ１及びＢ２は、干渉計４のコリメータレンズ４１を経て、平行光となる。そして、ビームスプリッタ４２に入射する。光束Ｂ１及びＢ２は、ビームスプリッタ４２で反射されて第１の光路へ向かう光束Ｂ１１、Ｂ２１と、ビームスプリッタ４２を透過して第２の光路へ向かう光束Ｂ１２、Ｂ２２に分岐する。なお、光束Ｂ１１は、測定装置２から出射した光束Ｂ１のうち、干渉計４の第１の光路へ向かう光束を表し、光束Ｂ２１は、測定装置２から出射した光束Ｂ２のうち、干渉計４の第１の光路へ向かう光束を表す。同様に、光束Ｂ１２は、測定装置２から出射した光束Ｂ１のうち、干渉計４の第２の光路へ向かう光束を表し、光束Ｂ２２は、測定装置２から出射した光束Ｂ２のうち、干渉計４の第２の光路へ向かう光束を表す。
【００２４】
第１の光路には、位置が固定された参照鏡４３が設置される。そして、第１の光路へ向かう光束Ｂ１１、Ｂ２１は、参照鏡４３で反射されてビームスプリッタ４２へ戻り、その一部はビームスプリッタ４２を透過して検出器５へ向かう。一方、第２の光路には、その光路に沿って移動可能な移動鏡４４が設けられる。そして、第２の光路へ向かう光束Ｂ１２、Ｂ２２は、移動鏡４４で反射されてビームスプリッタ４２へ戻り、その一部はビームスプリッタ４２で反射されて、Ｂ１１、Ｂ２１とともに検出器５へ向かう。
【００２５】
移動鏡４４は、支持部材４５に取り付けられる。そして、移動鏡４４及び支持部材４５は、移動範囲が狭いものの、移動鏡４４の位置の微調整が可能なピエゾ微動ステージ４６の上に設置される。また、移動鏡４４及び支持部材４５は、ピエゾ微動ステージ４６とともに、移動範囲が相対的に大きく、移動鏡４４の位置を大まかに決定する粗動ステージ４７上に設置される。ピエゾ微動ステージ４６及び粗動ステージ４７は、それぞれピエゾコントローラ５１及びステージコントローラ５２と電気的に接続される。そして、ピエゾ微動ステージ４６及び粗動ステージ４７は、ピエゾコントローラ５１及びステージコントローラ５２からの制御信号に基づいて、移動鏡４４を第２の光路に沿って移動させる。
なお、移動鏡４４を移動させつつ、その移動の間に連続的に干渉信号を測定する場合には、ピエゾ微動ステージ４６及びピエゾコントローラ５１を省略してもよい。
【００２６】
また、支持部材４５の背面には、コーナーキューブ４８が取り付けられる。さらに、支持部材４５よりも後方（すなわち、支持部材４５を中心として、ビームスプリッタ４２の反対側）には、移動鏡４４の位置計測用干渉計４９が設置される。そして、位置計測用干渉計４９は、コーナーキューブ４８へ向けて照射され、コーナーキューブ４８で反射されて位置計測用干渉計４９に戻ってきたコヒーレント光と、参照光との間で観測される干渉縞の移動本数を計数することにより、移動鏡４４の移動量を計測することができる。
【００２７】
検出器５は、検出した光量を電気信号として出力するものである。検出器５として、例えば、フォトダイオード、ＣＣＤまたはＣ−ＭＯＳなどの半導体検出素子を使用することができる。本実施形態では、検出器５として、ＣＣＤ素子を２次元アレイ状に並べたものを用いた。
また、検出器５は、コントローラ６と電気的に接続され、検出した光量に対応する電気信号を、コントローラ６へ送信する。
【００２８】
コントローラ６は、いわゆるＰＣで構成され、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ、磁気ディスク、光ディスク及びそれらの読取装置等からなる記憶部と、図示していないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びその周辺回路と、ＣＰＵ上で実行されるコンピュータプログラムによって実現される機能モジュールとして、検出器５からの出力信号及び位置計測用干渉計４９から取得した移動鏡４４の移動量に基づいて干渉計４の二つの光路間の光路差を計算したり、コントローラ６に接続された機器を制御する制御部とを有する。さらにコントローラ６は、ＲＳ２３２Ｃ、イーサネット（登録商標）などの通信規格にしたがって構成された電子回路及びデバイスドライバなどのソフトウェアからなる通信部を有する。そしてコントローラ６は、通信部から通信回線７を介して、測定装置２との間で各種制御信号や情報の送受信を行う。なお、通信回線７は、専用回線、一般の公衆通信回線、構内用ＬＡＮ、無線ＬＡＮなど、遠隔地間で信号の送受信を行うために利用可能な何れの回線であってもよい。
【００２９】
以下、内径測定システム１による被測定物１０の内径を測定する動作について説明する。
白色光源２１からの光は、コヒーレンス長が短いため、光路差がほぼ等しい場合にのみ干渉縞を生じる。ここで、干渉計４の第１の光路における、ビームスプリッタ４２から参照鏡４３までの距離がＬ１であり、第２の光路における、ビームスプリッタ４２から移動鏡４４までの距離がＬ２であるとすると、第３の光束と第４の光束との間に、２（Ｌ２−Ｌ１）の光路差が生じる（ただし、Ｌ２＞Ｌ１とする）。このとき、（Ｌ２−Ｌ１）とＤが等しければ、測定装置２において、被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２で反射された光束Ｂ１のうち、干渉計４において、第１の光路を通った光束Ｂ１１と、測定装置２においてビームスプリッタ２２を素通りした光束Ｂ２のうち、干渉計４において、第２の光路を通った光束Ｂ２２との光路差が０となる。そのため、最大の干渉信号を観測することができる。そして、（Ｌ２−Ｌ１）とＤとの差が大きくなるにつれて、干渉信号の大きさは急激に低下する。したがって、干渉信号が最大となるとき、すなわち、干渉信号がピークとなるときの（Ｌ２−Ｌ１）を計測することにより、被測定物１０の内径Ｄを求めることができる。
【００３０】
また、移動鏡４４をビームスプリッタ４２に近づけていくと、第３の光束と第４の光束との間に生じる光路差２（Ｌ１−Ｌ２）が、被測定物１０の内径Ｄの２倍と等しいところでも干渉縞を観測することができる（ただし、Ｌ１＞Ｌ２である）。この場合、測定装置２において、被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２で反射された光束Ｂ１のうち、干渉計４において、第２の光路を通った光束Ｂ１２と、測定装置２においてビームスプリッタ３３を素通りした光束Ｂ２のうち、干渉計４において、第１の光路を通った光束Ｂ２１との光路差が０となるためである。そこで、光束Ｂ１１と光束Ｂ２２との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡４４の位置と、光束Ｂ１２と光束Ｂ２１との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡４４の位置との差を２で割ることにより、被測定物１０の内径Ｄを求めることができる。
【００３１】
さらに、測定装置２において、ビームスプリッタ２２の位置が、被測定物１０の内径の中心に正確に一致していない場合、光束Ｂ１は、被測定物１０の内径の直径とずれた位置を通るので、測定された値は正確ではない。係る問題を解決するために、ビームスプリッタ２２と被測定物１０の位置関係を、被測定物１０の軸方向に直交する円筒断面内で光束Ｂ１と直交する方向にずらしながら内径の測定を繰り返す。そして、得られた測定値が最大となる値を、被測定物１０の内径とする。
【００３２】
図４に、被測定物１０の内径Ｄを測定する際の内径測定システム１の動作フローチャートを示す。
測定が開始されると、最初に初期化手順として、移動鏡４４の基準位置、すなわち、干渉計４の第１の光路と第２の光路間の光路差が０となる移動鏡４４の位置を決定する（ステップＳ１０１）。そのために、内径測定システム１の測定装置２に、被測定物１０を設置せず、干渉計４で干渉縞の検出される位置を求める。このとき、被測定物１０の内面で反射される光束は存在しないから、測定装置２から出射する光束は、全てＢ２となる。そのため、干渉計４では、第１の光路におけるビームスプリッタ４２から参照鏡４３までの距離Ｌ１と、第２の光路におけるビームスプリッタ４２から移動鏡４４までの距離Ｌ２との差が０のとき、干渉信号は最大となる。そこで、コントローラ６は、ピエゾコントローラ５１を通じてピエゾ微動ステージ４６を駆動し、移動鏡４４を移動させる。そして、コントローラ６は、複数の測定点で検出器５で検出される光量を観測し、検出光量が最大、すなわち、干渉信号が最大値となる位置を見つける。そして、出力信号値の最大値、すなわち干渉信号の最大値を求める。コントローラ６は、干渉信号が最大値となったときの移動鏡４４の位置を、位置計測用干渉計４９から受信し、Ｌ１＝Ｌ２となる位置Ｘ0として、記憶部に記憶する。また、内径Ｄの測定値の初期値として０を、記憶部に記憶する。
【００３３】
次に、内径測定システム１の測定装置２に、被測定物１０を設置する。その設置後、測定装置２のコントローラ２５は、通信回線７を介してコントローラ６に、測定を行う準備が完了した旨を表し、測定の開始を求める測定開始信号を送信する。なお、測定開始信号の送信は、測定装置２を操作する作業者による手動操作によって行ってもよく、あるいは、図示しない接触センサ、近接センサなどを可動ステージ２３に設けて、被測定物１０を検知することによる検知信号をコントローラ２５が受信すると、自動的に行われるようにしてもよい。
【００３４】
上述したように、白色干渉縞は、被測定物１０の内径Ｄと、（Ｌ２−Ｌ１）がほぼ等しい位置で観測される。そこで、コントローラ６は、測定開始信号を受信すると、ステージコントローラ５２を通じて粗動ステージ４７を駆動し、干渉計４の移動鏡４４を、被測定物１０の内径Ｄとほぼ等しい距離だけ後退させる。そして、コントローラ６は、測定装置２のコントローラ２５に、測定装置２が測定を開始することを許可する測定許可信号を送信する。コントローラ２５は、測定許可信号を受信すると白色光源２１から光を放射させる。一方、コントローラ６は、上記と同様に、ピエゾコントローラ５１を通じてピエゾ微動ステージ４６を駆動し、移動鏡４４を所定のサンプリングピッチずつ移動させ、各サンプリング点において、検出器５で検出された光量に対応する信号値、すなわち干渉信号値を取得する（ステップＳ１０２）。なお、サンプリングピッチは、干渉縞が白色光源２から放射される光の中心波長の略１／２の周期となるため、その中心波長の１／４以下に設定する。各サンプリング点での干渉信号値を取得すると、コントローラ６は、それらの干渉信号値から、干渉縞のピークを求め、そのピークに対応する移動鏡４４の位置Ｘpを、位置計測用干渉計４９から取得する（ステップＳ１０３）。
【００３５】
干渉縞のピーク位置Ｘpを取得すると、コントローラ６は、記憶部からＬ１＝Ｌ２のときの移動鏡４４の位置Ｘ0を読み出してＸp−Ｘ0の値を計算し、被測定物１０の内径Ｄの測定値を得る（ステップＳ１０４）。そして、その測定値を初期値と比較し（ステップＳ１０５）、大きい方の値を記憶部に保存する（ステップＳ１０６）。上述したように、記憶部には測定値の初期値として０が記憶されているため、必ず最初の測定値の方が大きくなるので、最初の測定値が記憶部に保存される。
【００３６】
次に、コントローラ６は、測定装置２のコントローラ２５に対して、可動ステージを所定量（例えば、０．１μｍ）だけ移動させる制御信号を送信する。その制御信号を受信したコントローラ２５は、ステージコントローラ２４を介して可動ステージ２３を駆動し、所定量だけ、被測定物１０を光束Ｂ１に対して直交する方向に移動させる（ステップＳ１０６）。可動ステージ２３の移動が終了すると、コントローラ２５は、次の測定の開始を求める測定開始信号を通信回線７を介してコントローラ６に送信する。コントローラ６は、コントローラ２５から測定開始信号を受信すると、上記のステップＳ１０２〜Ｓ１０４を繰り返し、再度内径の測定値を得る。そして、コントローラ６は、得られた測定値と、記憶部に記憶された測定値とを比較する（ステップＳ１０５）。そして、新たに得られた測定値の方が、記憶された測定値よりも大きい場合、コントローラ６は、記憶部に記憶された測定値をその新たに得られた測定値で更新する（ステップＳ１０６）。その後、コントローラ６は、測定装置２のコントローラ２５に対して再度同方向に被測定物１０を移動させるよう制御信号を送信する。そしてコントローラ２５は、受信した制御信号にしたがって、可動ステージ２３を駆動し、被測定物１０を所定量だけ移動させる（ステップＳ１０７）。以降、記憶部に記憶された測定値よりも新たに測定した測定値の方が大きい場合、ステップＳ１０２〜Ｓ１０７の処理を繰り返す。
【００３７】
一方、ステップＳ１０５において、記憶部に記憶された測定値が、新たに測定された測定値以上となる場合、コントローラ６は、その記憶部に記憶された測定値が、最初に測定された測定値か否か調べる（ステップＳ１０８）。記憶部に記憶された測定値が、最初の測定値である場合、コントローラ６は、被測定物１０の移動方向を反転させ、最初の測定を行った位置まで戻すよう、コントローラ２５に制御信号を送信する（ステップＳ１０９）。そして、その反転した移動方向に被測定物１０を所定量だけ移動させる（ステップＳ１０７）。以後、記憶部に記憶された測定値よりも新たに測定した測定値の方が大きい場合、可動ステージの移動方向をその反転した方向に固定して、ステップＳ１０２〜Ｓ１０７の処理を繰り返す。
ステップＳ１０５において、記憶部に記憶された測定値が、新たに測定された測定値以上となると判定された後、ステップＳ１０８において、その記憶部に記憶された測定値が、最初に測定された測定値でないと判定された場合、コントローラ６は、記憶部に記憶された測定値を被測定物１０の内径Ｄとするとともに、測定終了及び内径Ｄの測定値を測定装置２のコントローラ２５へ通知する（ステップＳ１１０）。そして測定を終了する。
【００３８】
なお、被測定物１０の円筒断面が、その内面Ｓ１とＳ２の間を通る光束Ｂ１に対して傾斜する可能性のある場合、内径測定システム１は、上記のステップＳ１１０の後、可動ステージ２３を操作して、被測定物１０の円筒断面と光束Ｂ１のなす角を変化させつつ、内径Ｄを測定し、その測定値が最小となるところを探す。この探索も、上記のステップＳ１０２〜Ｓ１１０と同様の手順により行うことができる。ただしこの場合には、測定値の最小値を求めるので、ステップＳ１０５とは逆に、求めた測定値が記憶部に記憶されている測定値よりも小さいか否かを判定する。そして、最小となる測定値を、被測定物１０の内径Ｄとする。
【００３９】
また、ステップＳ１０１で移動鏡４４の基準位置Ｘ0を測定する代わりに、移動鏡４４を参照鏡４３よりもビームスプリッタ４２に近づけて、光束Ｂ１２と光束Ｂ２１との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡４４の位置Ｘp'を求めてもよい。そして、（Ｘp−Ｘp'）／２の値を計算し、その値を、被測定物１０の内径の測定値としてもよい。基準位置Ｘ0で観測される干渉信号の強度と、位置Ｘpで観測される干渉信号の強度は、大きく異なる。一方、位置Ｘpで観測される干渉信号と、位置Ｘp'で観測される干渉信号とは、ほぼ同程度の強度となる。そのため、位置Ｘpと位置Ｘp'の差に基づいて被測定物１０の内径の測定値を求める場合、基準位置Ｘ0と位置Ｘpの差に基づいて内径の測定値を求める場合よりも、検出器５の受光量の変化に対する出力信号の変化を大きくすることができるので、干渉信号が最大値となる移動鏡４４の位置をより正確に特定することができる。
【００４０】
以上説明してきたように、本発明の第１の実施形態に係る内径測定システム１は、干渉計４側に設置されたコントローラ６から、通信回線７を通じて測定装置２を制御して、白色光源２１からの測定光の照射開始／停止の制御及び可動ステージ２３の駆動を行える。そのため、測定装置２を被測定物１０の製造ラインの近くに配置し、一方、干渉計４などを、測定装置２とは別個に、精密測定に適した、振動などの影響を受け難い環境に設置して、寸法測定を行うことができる。
【００４１】
また、被測定物１０とビームスプリッタ２２の位置関係を変化させながら、内径Ｄの最大測定値を探索することにより、内径測定システム１は、ビームスプリッタ２２を正確に被測定物１０の中心に配置した状態の内径測定結果を得られるので、高精度で被測定物１０の内径を測定することができる。また、測定結果をコントローラ２５へ通知することにより、測定装置２側で被測定物１０の内径Ｄが仕様通りの寸法あるいはその許容公差の範囲内になっているか否か、すなわち、被測定物１０が良品か否かを知ることができる。そのため、測定装置２側で作業を行っている作業者（あるいはロボット）は、その判定結果に基づいて、被測定物１０を適切に選別することができる。
【００４２】
以下に、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態に係る内径測定システムは、被測定物の内径に対応する光路差を有する二つの光束を生成する測定装置を複数有し、各測定装置から出射した光束が、一つの干渉計に入射するように構成されたものである。
【００４３】
図５に、本発明の第２の実施形態に係る内径測定システム１１の概略構成を示す。図５において、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る内径測定システム１と同様の構成を有するものには、図１に示した参照番号と同一の参照番号を付した。本発明の第２の実施形態に係る内径測定システム１１は、３台の測定装置２−１〜２−３を有し、各測定装置から出射される光束を、それぞれ光ファイバ３−１〜３−３を通じて干渉計４へ導波させるように構成したものである。光ファイバ３−１〜３−３は、光カプラ８で結合され、光ファイバ３−１〜３−３のうちのどの光ファイバを通じて導波されてきた光も、同一のファイバから干渉計４に向けて出射されるように構成される。
なお、各測定装置２−１〜２−３、干渉計４、検出器５及びコントローラ６の構成は、上記の第１の実施形態に係る測定装置２、干渉計４、検出器５及びコントローラ６の構成と同様である。また、個々の測定装置２−１〜２−３の動作も、上記の測定装置２と同様であるため、以下では説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００４４】
本発明の第２の実施形態に係る内径測定システム１１では、各測定装置２−１〜２−３は、上述した、測定準備ができたことを示す測定開始信号に、どの測定装置から発信された測定開始信号かを判別できるように、測定装置の識別情報を含める。その識別情報は、例えば、各測定装置２−１〜２−３が有するコントローラ２５に割り振られたＩＰアドレス、物理アドレス（ＭＡＣアドレス）など、通信ネットワーク上で一意に割り振られる番号とすることができる。あるいは、識別情報として、各測定装置２−１〜２−３に、固有の識別番号を予め設定し、その固有の識別番号を用いてもよい。
【００４５】
一方コントローラ６は、測定開始信号を受信すると、その測定開始信号に含まれる識別情報を参照して、その測定開始信号を送信した測定装置に測定許可信号を送信する。また、コントローラ６は、測定実行中の測定装置を示すために、その測定開始信号に含まれる識別情報を、測定動作実行装置情報として一時的に記憶する。
ここで、コントローラ６は、複数の測定装置から測定開始信号を受信した場合、受信順に優先順位を設定する。そのために、コントローラ６は、例えば、優先順位の高い方から、識別情報を順に並べた優先順位リストを生成し、記憶部に記憶する。そして、コントローラ６は、測定開始信号を受信する度、あるいは、新たな測定が開始される度に、その優先順位リストを更新する。なお、測定開始信号に、優先度設定情報を含め、受信順にかかわらず、最も優先度が高い測定装置が最優先となるように、優先順位を設定するようにしてもよい。優先度設定情報としては、例えば、１〜３の三段階の優先順位を設け、１を最も優先度が高く、３を最も優先度が低いと設定することができる。そして、コントローラ６は、干渉計４が測定動作中（上記のステップＳ１０２〜Ｓ１０４の実行中）の場合には、その測定が終了して次の測定の準備ができるまで、測定許可信号を送信しない。
【００４６】
干渉計４が測定動作を終了すると、コントローラ６は、その測定動作で求めた測定値に、測定動作実行装置情報として記憶されている識別情報を関連付ける。そして、コントローラ６は、その記憶部に記憶された測定値との比較処理（上記のステップＳ１０５）、更新処理（同Ｓ１０６）を、同一の識別情報が関連付けられた測定値との間で実施する。また、測定動作が終了した時点で、コントローラ６は、測定動作実行装置情報を参照して、測定動作を実行した測定装置に、白色光源２１からの測定光の照射を停止させる指示を送信する。さらに、必要に応じて、コントローラ６は、ステージの移動（同Ｓ１０７、Ｓ１０９）の指示、測定完了時にはその旨及び測定値の通知（同Ｓ１１０）も測定動作を実行した測定装置に対して送信する。その後、干渉計４が待機状態（すなわち、何れの測定装置からも光を受光していない状態）に入ると、コントローラ６は、最も優先順位の高い測定装置に向けて、測定許可信号を送信する。またコントローラ６は、測定動作実行装置情報を、測定許可信号を送信した測定装置の識別情報に更新し、優先順位リストからその測定装置の識別情報を削除する。
【００４７】
以上説明してきたように、本発明の第２の実施形態に係る内径測定システム１１は、各測定装置の測定動作を、その測定装置に関連付けられた識別情報を用いてコントローラ６で管理するので、一つの測定装置で被測定物の交換、ステージの移動などを行っている間に、他の測定装置に設置した被測定物の内径を測定することができる。そのため、同時並行的に（あるいは、タイムシェアリング的に）複数の被測定物の測定を行うことができるので、短時間で多数の被測定物の測定を行うことができる。また、複数の遠隔地にあるリングゲージなどの被測定物を、マスタとの比較で較正を行うような場合、一つの測定装置をマスタの測定用としておけば、マスタを持ち運ぶことなく、遠隔地にある被測定物の較正を行うことができる。さらに、精密な動作を要求されることから高価となる干渉計は一つで済むため、システム全体のコストを抑制することができる。
【００４８】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、被測定物は、円筒状のものに限られない。上記の実施形態の測定装置は、被測定物の向かい合った２面間の距離を測定したい場合、そのまま適用することができる。また、上記の実施形態の測定装置において、干渉計をフィゾー型の干渉計としてもよい。また、第２の実施形態に係る内径測定システムが有する測定装置は、３台に限らず、システムに対する要求に応じて適宜増減できる。
【００４９】
また、白色光源を、干渉計４側に設置し、コントローラ６で直接制御するようにしてもよい。この場合、白色光源から放射される測定光を測定装置２へ導波させるために、測定装置２から出射する光束Ｂ１、Ｂ２を導波させるための上記の光ファイバ３とは別個に光ファイバを設置する。あるいは、上記の光ファイバの途中に光カプラを設け、白色光源からの測定光を途中で分波させて、コリメータレンズ２６に入射させるようにしてもよい。
さらに、測定装置に含まれる白色光源と、干渉計に設置された検出器を入れ替えてもよい。この場合、干渉計側で予め被測定物の測定対象寸法に相当する光路差を有する二つの光束を発生させ、それらの光束を光ファイバを通じて測定装置側へ送る。そして、測定装置では、受け取った二つの光束を、被測定物の測定対象寸法に相当する二つの光束にさらに分割し、それらを一つに合わせて検出器で検出することにより、白色干渉縞を観察する。この場合も、干渉計側で発生させた光路差を測定することにより、被測定物の測定対象寸法を求めることができる。ただし、白色干渉縞の強度信号と、干渉計側で生じさせた二つの光束の光路差を対応させるために、測定装置のコントローラは、各測定点での干渉信号を、測定時刻と関連付けて測定装置へ送信する。干渉計測に設置されたコントローラでは、送られてきた各測定点の測定時刻を参照して、干渉信号を各測定点の光路差に関連付ける。なお、この処理を行うために、コントローラと測定装置は、ネットワークタイムプロトコル（ＮＴＰ）などを利用して、時刻合わせを行っておくことが好ましい。さらにまた、干渉計測に設置されたコントローラから、各測定点での光路差を測定時刻と関連付けて送信し、測定装置側で干渉信号と各測定点における光路差を関連付けるようにしてもよい。この場合、測定装置側のコントローラで干渉信号のピークに対応する光路差を求めて、被測定物１０の内径Ｄを求めることができる。
【００５０】
以上のように、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る内径測定システムの概略構成図である。
【図２】内径測定システムを構成する測定装置の概略構成図である。
【図３】内径測定システムを構成する干渉計の概略構成図である。
【図４】内径測定システムの動作フローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る内径測定システムの概略構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１、１１ 内径測定システム（寸法測定システム）
１０ 被測定物
２、２−１、２−２、２−３ 測定装置
２１ 白色光源
２２ ビームスプリッタ
２３ 可動ステージ
２４ ステージコントローラ
２５ コントローラ
２６ コリメータレンズ
２７、２８ ウェッジプリズム
２９ 集光レンズ
３、３−１、３−２、３−３ 光ファイバ
４ 干渉計
４１ コリメータレンズ
４２ ビームスプリッタ
４３ 参照鏡
４４ 移動鏡
４５ 支持部材
４６ ピエゾ微動ステージ
４７ 粗動ステージ
４８ コーナーキューブ
４９ 位置計測用干渉計
５１ ピエゾコントローラ
５２ ステージコントローラ
５ 検出器
６ コントローラ
７ 通信回線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、寸法測定システムに関し、特に、白色干渉を用いた寸法測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、加工部品の寸法又は表面粗さを、非接触で精密に測定する方法として、白色干渉の原理を用いた方法が提案されている。例えば、白色干渉を用いて、デジタルカメラのフランジバックを測定する測定装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された測定装置では、白色光源から放射された光を、ビームスプリッタで第１の光路と第２の光路に分割する。そして、第１の光路に向かった光は、第１の光路に沿って移動可能な長さ測定用の参照鏡で反射される。一方、第２の光路に向かった光は、カメラのフランジと接触可能な基準面に、固定的に取り付けられたカメラの撮像素子で反射される。参照鏡及び撮像素子で反射された光は、ビームスプリッタで一つに合わせられ、検出器で検出される。ここで、参照鏡を第１の光路に沿って移動させることにより、第１の光路を通った光と第２の光路を通った光の白色干渉縞の最大光量、すなわち、白色干渉がピークとなる参照鏡の位置を検出する。そして、その参照鏡の位置に基づいて、フランジから撮像素子までの長さを検出する。
【０００３】
また、被測定物からの弱い反射光を高感度で検出するために、干渉縞を走査する干渉計と計測用の干渉計とを別個に設ける測定方法も開発されている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１５１４９号公報
【特許文献２】特開２０００−６５５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、製造ラインに近接して設けられた検査工程において、その製造ラインで製造された製品が仕様寸法通り作成されているか否かを検査する場合がある。このような場合、製品の製造ラインの近くでは、様々な機械の動作、作業者の往来による振動が発生する。そのため、上記のような白色干渉の原理を用いた測定装置を、その検査工程で用いると、その振動によるノイズのために、測定精度が低下するおそれがある。一方、測定装置を製造ラインから離れた位置に設けると、検査のためだけに製品を搬送しなければならず、余分な工程が増えるので望ましくない。さらに、大量の製品を製造する製造ラインでは、短時間に多数の製品の検査を行えることが望ましい。
【０００６】
上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、白色干渉を用いた寸法測定において、振動などの環境ノイズの影響を受け難い寸法測定システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、多数の被測定物の測定対象寸法を短時間で測定可能な寸法測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの実施態様によれば、被測定物の寸法を測定する寸法測定システムが提供される。係る寸法測定システムは、白色光源と、被測定物の測定対象寸法に対応する光路差を有する第１の光束と第２の光束を出射する少なくとも一つの測定装置と、位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、第１の干渉計から出射した光束を、参照鏡に向かう第３の光束と、移動鏡に向かう第４の光束に分岐して、第３の光束と第４の光束との間に第２の光路差を生じさせる干渉計と、第３の光束と第４の光束を受光し、第１の光路差と第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、被測定物の測定対象寸法を求める第２のコントローラを有する。
また少なくとも一つの測定装置は、白色光源から放射された光を、被測定物に向かう第１の光束と第２の光束に分岐し、第１の光束を被測定物で反射させて第２の光束との間に被測定物の測定対象寸法に対応する第１の光路差を生じさせ、第１の光束と第２の光束を一つの光束に合わせて出射させる光束分割手段と、被測定物を載置し、前記光束分割手段に対する前記被測定物の相対的な位置を変更可能なステージと、ステージの駆動を行う第１のコントローラとを有する。また、第２のコントローラは、第１のコントローラと通信回線を通じて接続され、被測定物を第１の位置に配置するよう、第１のコントローラに対して制御信号を送信し、かつ被測定物が第１の位置に配置されると、干渉信号が最大値となる移動鏡の位置を求めて第２の光路差を測定することにより、被測定物の測定対象寸法の第１の測定値を求める。
また、本発明によれば、寸法測定システムは、少なくとも一つの測定装置から出射した第１及び第２の光束を、干渉計に導く光ファイバを有することが好ましい。
係る構成を有することにより、光路差の測定を行う干渉計と、被測定物を設置する測定装置とを遠隔地に配置することができるので、測定装置を製造ラインの近傍に設置しても、干渉計は別途環境ノイズの少ない環境に設置することができる。
【０００８】
また、本発明によれば、被測定物は円筒形状を有し、被測定物の測定対象寸法は被測定物の内径であり、かつ、第１の位置は光束分割手段が被測定物の円筒の略中心に配置される位置であり、第２のコントローラは、第１のコントローラに対して、被測定物を第１の位置と同一の円筒断面内の異なる第２の位置へ移動させる制御信号を送信し、かつ被測定物がその第２の位置に配置された状態で、被測定物の測定対象寸法の第２の測定値を求め、第１の測定値と第２の測定値を比較して、大きい方の測定値を被測定物の測定対象寸法とすることが好ましい。
【０００９】
さらに、本発明によれば、第１のコントローラは、被測定物の測定の開始を求めるための測定開始信号を第２のコントローラに送信し、かつ第２のコントローラから、測定を許可する測定許可信号を受信すると、白色光源に光を放射させることが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明によれば、測定許可信号は、少なくとも一つの測定装置を他の測定装置と識別するための識別情報を含むことが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明によれば、第２のコントローラは、少なくとも一つの測定装置の第１のコントローラに、その測定装置に設置された被測定物の測定対象寸法の測定値を送信することが好ましい。
【００１２】
本発明の他の実施態様によれば、被測定物の寸法を測定する寸法測定システムが提供される。係る寸法測定システムは、白色光源と、位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、白色光源から放射された光を、参照鏡に向かう第１の光束と、移動鏡に向かう第２の光束に分岐して、第１の光束と第２の光束との間に第１の光路差を生じさせる干渉計と、被測定物の測定対象寸法に対応する光路差を有する第１の光束と第２の光束を出射する少なくとも一つの測定装置と、被測定物の測定対象寸法を求める第２のコントローラを有する。
また少なくとも一つの測定装置は、干渉計から出射された第１の光束及び第２の光束を、被測定物に向かう第３の光束と第４の光束に分岐し、第３の光束を被測定物で反射させて第４の光束との間に被測定物の測定対象寸法に対応する第２の光路差を生じさせ、第３の光束と該第４の光束を一つの光束に合わせて出射させる光束分割手段と、被測定物を載置し、光束分割手段に対する被測定物の相対的な位置を変更可能なステージと、ステージの駆動を行う第１のコントローラと、第３の光束と第４の光束を受光し、第１の光路差と第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、干渉信号に対応する信号を出力する検出器とを有する。また、第２のコントローラは、第１のコントローラと通信回線を通じて接続され、被測定物を第１の位置に配置するよう、第１のコントローラに対して制御信号を送信し、かつ被測定物がその第１の位置に配置されると、干渉信号が最大値となる移動鏡の位置を求めて第１の光路差を測定することにより、被測定物の測定対象寸法の測定値を求める。
【００１３】
なお、上記の各実施態様において、白色光源とは、可視光域において広帯域発光する光源に限られず、所定の波長を中心波長とした一定の波長帯域の光を放射する光源をいう。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、白色干渉を用いた寸法測定において、振動などの環境ノイズ影響を受け難い寸法測定システムを提供することが可能となった。
また、多数の被測定物の測定対象寸法を短時間で測定可能な寸法測定システムを提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を、リングゲージ、シリンダなど、円筒状の被測定物の内径を計測する内径測定システムに適用した実施の形態を、図を参照しつつ説明する。
本発明の第１の実施形態に係る内径測定システムは、白色光源からの光をビームスプリッタに入射させ、ビームスプリッタで、可動ステージ上に載置された被測定物の内径に対応する光路差を有する二つの光束を生成する。その二つの光束を、光ファイバを通じて例えば遠隔地に設置された干渉計に入射して、上記光路差とほぼ等しい光路差を生じる二つの光路に光束を分割して干渉させることにより、白色干渉縞を生じさせる。そして、検出器で白色干渉縞の最大信号値を検出して干渉計の二つの光路間の光路差を測定することにより、被測定物の内径を求める。ここで、本発明の第１の実施形態に係る内径測定システムは、干渉計側に設置されたコントローラから、通信回線を通じて、被測定物が載置された可動ステージの位置調整及び白色光源の点灯制御を行えるようにして、干渉計と被測定物が離れた位置にある場合でも、その被測定物の内径を測定できるようにしたものである。
【００１６】
図１は、本発明を適用した内径測定システム１の概略構成を示す図である。内径測定システム１は、被測定物１０の内径の２倍に相当する光路差を生じさせる測定装置２と、測定装置２で生じた光路差と同程度の光路差を生じさせて白色干渉縞を発生させる干渉計４と、干渉計４で発生した干渉縞を検出する検出器５と、各部の制御及び検出された干渉縞から被測定物の内径を求めるコントローラ６を有する。さらに、内径測定システム１は、測定装置２から出射した光を干渉計４へ伝える光ファイバ３を有する。また、コントローラ６は、測定装置２が有する、白色光源２１及び被測定物１０を載置する可動ステージ２３を駆動するステージコントローラ２４の制御を行うコントローラ２５と通信回線７を通じて接続される。
【００１７】
図２に、測定装置２の概略構成図を示す。
白色光源２１は、コヒーレンス長が短く、広帯域な波長の光を放射可能な光源と、コントローラ２５からの制御信号に基づいて、その光源を点灯または消灯させるための制御回路などで構成される。白色光源２１に使用する光源として、例えば、ＬＥＤ、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）光源、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源などを用いることができる。また、白色光源２１から出射される光の中心波長は、例えば７５０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍなどに設定することができる。なお、測定装置２から出射した光を光ファイバ３を通じて干渉計４へ導波させるので、白色光源２１として、光ファイバ３による減衰が少ない波長を有する光を放射するものを使用することが好ましい。本実施形態では、白色光源２１として、中心波長１５５０ｎｍの赤外ＬＥＤを用いた。
【００１８】
測定装置２では、可動ステージ２３の上に載置された被測定物１０の内径の２倍に対応する光路差を有する二つの光束Ｂ１、Ｂ２を生成する。そのために、測定装置２では、白色光源２１から放射された光をコリメータレンズ２６で平行光とし、入射した平行光に対して出射する位置を調整する第１のウェッジプリズム２７に入射させる。なお、白色光源２１の配置の自由度を高めるために、白色光源２１から放射された光を光ファイバを用いて導波させ、コリメータレンズ２６へ入射させるようにしてもよい。そして、ウェッジプリズム２７から出射した光は、被測定物１０の内径の略中心に配置された光束分割手段であるビームスプリッタ２２に入射する。なお、光束分割手段として、ビームスプリッタ２２の代わりにハーフミラーを使用してもよい。
【００１９】
ビームスプリッタ２２に入射した光は、そのビームスプリッタ２２で反射され、被測定物１０の内面Ｓ１に向かう光束と、ビームスプリッタ２２を透過して直進する光束Ｂ２に分岐される。被測定物１０の内面Ｓ１に向かう光束は、被測定物１０の内面Ｓ１で反射された後、ビームスプリッタ２２に戻る。ビームスプリッタ２２に戻った光束の一部は、ビームスプリッタ２２を透過し、被測定物１０の内面Ｓ１と反対側の内面Ｓ２へ向かう。そして、Ｓ２へ向かった光束は、内面Ｓ２で反射され、再びビームスプリッタ２２に戻る。ビームスプリッタ２２に戻った光束の一部は、ビームスプリッタ２２で反射される。この光束をＢ１と呼ぶ。光束Ｂ１と光束Ｂ２とは、ビームスプリッタ２２から出射する際に合わさって出射する。光束Ｂ１と光束Ｂ２は、ビームスプリッタ２２から出射した後、位置調整用の第２のウェッジプリズム２８に入射し、集光レンズ２９に入射するように位置調整される。そして、光束Ｂ１と光束Ｂ２は、集光レンズ２９を透過して集光されて測定装置２から出射し、光ファイバ３に入射する。
このとき、測定装置２から出射する光束Ｂ１は、被測定物１０の内面Ｓ１とＳ２の間を往復するので、被測定物１０の内径をＤとすれば、光束Ｂ１と光束Ｂ２との間に、２Ｄの光路差が生じる。
【００２０】
可動ステージ２３は、被測定物１０の軸方向（すなわち、光束Ｂ２に平行な方向）、被測定物１０の軸方向に直交する円筒断面内で光束Ｂ１に平行な方向及び光束Ｂ１に垂直な方向の３方向に移動可能であり、かつ、円筒断面内で光束Ｂ１に平行な方向に対する傾斜角を変更可能なステージである。また、可動ステージ２３は、ステージコントローラ２４により駆動される。またステージコントローラ２４は、コントローラ６と電気的に接続され、コントローラ２５によって制御される。なお、可動ステージ２３は、単一のステージで構成してもよく、ＸＹＺステージと傾斜ステージを組み合わせて構成してもよい。また、傾斜角を変更するチルティング機構の回転中心は、ビームスプリッタ２２と略一致することが好ましい。
【００２１】
コントローラ２５は、いわゆるＰＣで構成される。また、コントローラ２５は、通信回線７を通じてコントローラ６と接続される。そして、コントローラ６に対して、各種の状態情報（例えば、白色光源２１の点灯状態、可動ステージ２３の現在位置あるいは停止中か移動中かを示す情報など）及び信号（例えば、測定の開始を求めるための測定開始信号など）を必要に応じて、あるいは、コントローラ６からの要求に応じて送信する。逆に、コントローラ６から、測定を許可する測定許可信号など各種の制御信号、測定結果などを受信する。そして、それらの制御信号に基づいて、白色光源２１の点灯制御、ステージコントローラ２４を介しての可動ステージ２３の位置制御などを行う。
【００２２】
なお、測定装置２は、被測定物１０の円筒断面の中心を、ビームスプリッタ２２、コリメータレンズ２６、ウェッジプリズム２７、２８及び集光レンズ２９などからなる測定光学系と位置合わせするための、可視レーザ光源を有してもよい。この可視レーザ光源は、例えば可視光域の波長のレーザ光を照射する半導体レーザとすることができる。そして、可視レーザ光源から照射された光も、白色光源２１から照射された光と同一の経路を通ってコリメータレンズ２６、ウェッジプリズム２７及びビームスプリッタ２２に到達するように、白色光源２１とコリメータレンズ２６の間にビームスプリッタを配置する。測定装置２では、上記の位置合わせを行う際には、白色光源２１と切り換えて、可視レーザ光源からレーザ光を照射する。そして、そのレーザ光が被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２で反射された光を検出器５で観測することにより、位置合わせを行う。
【００２３】
図３に、干渉計４の概略構成図を示す。光ファイバ３から出射した光束Ｂ１及びＢ２は、干渉計４のコリメータレンズ４１を経て、平行光となる。そして、ビームスプリッタ４２に入射する。光束Ｂ１及びＢ２は、ビームスプリッタ４２で反射されて第１の光路へ向かう光束Ｂ１１、Ｂ２１と、ビームスプリッタ４２を透過して第２の光路へ向かう光束Ｂ１２、Ｂ２２に分岐する。なお、光束Ｂ１１は、測定装置２から出射した光束Ｂ１のうち、干渉計４の第１の光路へ向かう光束を表し、光束Ｂ２１は、測定装置２から出射した光束Ｂ２のうち、干渉計４の第１の光路へ向かう光束を表す。同様に、光束Ｂ１２は、測定装置２から出射した光束Ｂ１のうち、干渉計４の第２の光路へ向かう光束を表し、光束Ｂ２２は、測定装置２から出射した光束Ｂ２のうち、干渉計４の第２の光路へ向かう光束を表す。
【００２４】
第１の光路には、位置が固定された参照鏡４３が設置される。そして、第１の光路へ向かう光束Ｂ１１、Ｂ２１は、参照鏡４３で反射されてビームスプリッタ４２へ戻り、その一部はビームスプリッタ４２を透過して検出器５へ向かう。一方、第２の光路には、その光路に沿って移動可能な移動鏡４４が設けられる。そして、第２の光路へ向かう光束Ｂ１２、Ｂ２２は、移動鏡４４で反射されてビームスプリッタ４２へ戻り、その一部はビームスプリッタ４２で反射されて、Ｂ１１、Ｂ２１とともに検出器５へ向かう。
【００２５】
移動鏡４４は、支持部材４５に取り付けられる。そして、移動鏡４４及び支持部材４５は、移動範囲が狭いものの、移動鏡４４の位置の微調整が可能なピエゾ微動ステージ４６の上に設置される。また、移動鏡４４及び支持部材４５は、ピエゾ微動ステージ４６とともに、移動範囲が相対的に大きく、移動鏡４４の位置を大まかに決定する粗動ステージ４７上に設置される。ピエゾ微動ステージ４６及び粗動ステージ４７は、それぞれピエゾコントローラ５１及びステージコントローラ５２と電気的に接続される。そして、ピエゾ微動ステージ４６及び粗動ステージ４７は、ピエゾコントローラ５１及びステージコントローラ５２からの制御信号に基づいて、移動鏡４４を第２の光路に沿って移動させる。
なお、移動鏡４４を移動させつつ、その移動の間に連続的に干渉信号を測定する場合には、ピエゾ微動ステージ４６及びピエゾコントローラ５１を省略してもよい。
【００２６】
また、支持部材４５の背面には、コーナーキューブ４８が取り付けられる。さらに、支持部材４５よりも後方（すなわち、支持部材４５を中心として、ビームスプリッタ４２の反対側）には、移動鏡４４の位置計測用干渉計４９が設置される。そして、位置計測用干渉計４９は、コーナーキューブ４８へ向けて照射され、コーナーキューブ４８で反射されて位置計測用干渉計４９に戻ってきたコヒーレント光と、参照光との間で観測される干渉縞の移動本数を計数することにより、移動鏡４４の移動量を計測することができる。
【００２７】
検出器５は、検出した光量を電気信号として出力するものである。検出器５として、例えば、フォトダイオード、ＣＣＤまたはＣ−ＭＯＳなどの半導体検出素子を使用することができる。本実施形態では、検出器５として、ＣＣＤ素子を２次元アレイ状に並べたものを用いた。
また、検出器５は、コントローラ６と電気的に接続され、検出した光量に対応する電気信号を、コントローラ６へ送信する。
【００２８】
コントローラ６は、いわゆるＰＣで構成され、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ、磁気ディスク、光ディスク及びそれらの読取装置等からなる記憶部と、図示していないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びその周辺回路と、ＣＰＵ上で実行されるコンピュータプログラムによって実現される機能モジュールとして、検出器５からの出力信号及び位置計測用干渉計４９から取得した移動鏡４４の移動量に基づいて干渉計４の二つの光路間の光路差を計算したり、コントローラ６に接続された機器を制御する制御部とを有する。さらにコントローラ６は、ＲＳ２３２Ｃ、イーサネット（登録商標）などの通信規格にしたがって構成された電子回路及びデバイスドライバなどのソフトウェアからなる通信部を有する。そしてコントローラ６は、通信部から通信回線７を介して、測定装置２との間で各種制御信号や情報の送受信を行う。なお、通信回線７は、専用回線、一般の公衆通信回線、構内用ＬＡＮ、無線ＬＡＮなど、遠隔地間で信号の送受信を行うために利用可能な何れの回線であってもよい。
【００２９】
以下、内径測定システム１による被測定物１０の内径を測定する動作について説明する。
白色光源２１からの光は、コヒーレンス長が短いため、光路差がほぼ等しい場合にのみ干渉縞を生じる。ここで、干渉計４の第１の光路における、ビームスプリッタ４２から参照鏡４３までの距離がＬ１であり、第２の光路における、ビームスプリッタ４２から移動鏡４４までの距離がＬ２であるとすると、第３の光束と第４の光束との間に、２（Ｌ２−Ｌ１）の光路差が生じる（ただし、Ｌ２＞Ｌ１とする）。このとき、（Ｌ２−Ｌ１）とＤが等しければ、測定装置２において、被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２で反射された光束Ｂ１のうち、干渉計４において、第１の光路を通った光束Ｂ１１と、測定装置２においてビームスプリッタ２２を素通りした光束Ｂ２のうち、干渉計４において、第２の光路を通った光束Ｂ２２との光路差が０となる。そのため、最大の干渉信号を観測することができる。そして、（Ｌ２−Ｌ１）とＤとの差が大きくなるにつれて、干渉信号の大きさは急激に低下する。したがって、干渉信号が最大となるとき、すなわち、干渉信号がピークとなるときの（Ｌ２−Ｌ１）を計測することにより、被測定物１０の内径Ｄを求めることができる。
【００３０】
また、移動鏡４４をビームスプリッタ４２に近づけていくと、第３の光束と第４の光束との間に生じる光路差２（Ｌ１−Ｌ２）が、被測定物１０の内径Ｄの２倍と等しいところでも干渉縞を観測することができる（ただし、Ｌ１＞Ｌ２である）。この場合、測定装置２において、被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２で反射された光束Ｂ１のうち、干渉計４において、第２の光路を通った光束Ｂ１２と、測定装置２においてビームスプリッタ３３を素通りした光束Ｂ２のうち、干渉計４において、第１の光路を通った光束Ｂ２１との光路差が０となるためである。そこで、光束Ｂ１１と光束Ｂ２２との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡４４の位置と、光束Ｂ１２と光束Ｂ２１との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡４４の位置との差を２で割ることにより、被測定物１０の内径Ｄを求めることができる。
【００３１】
さらに、測定装置２において、ビームスプリッタ２２の位置が、被測定物１０の内径の中心に正確に一致していない場合、光束Ｂ１は、被測定物１０の内径の直径とずれた位置を通るので、測定された値は正確ではない。係る問題を解決するために、ビームスプリッタ２２と被測定物１０の位置関係を、被測定物１０の軸方向に直交する円筒断面内で光束Ｂ１と直交する方向にずらしながら内径の測定を繰り返す。そして、得られた測定値が最大となる値を、被測定物１０の内径とする。
【００３２】
図４に、被測定物１０の内径Ｄを測定する際の内径測定システム１の動作フローチャートを示す。
測定が開始されると、最初に初期化手順として、移動鏡４４の基準位置、すなわち、干渉計４の第１の光路と第２の光路間の光路差が０となる移動鏡４４の位置を決定する（ステップＳ１０１）。そのために、内径測定システム１の測定装置２に、被測定物１０を設置せず、干渉計４で干渉縞の検出される位置を求める。このとき、被測定物１０の内面で反射される光束は存在しないから、測定装置２から出射する光束は、全てＢ２となる。そのため、干渉計４では、第１の光路におけるビームスプリッタ４２から参照鏡４３までの距離Ｌ１と、第２の光路におけるビームスプリッタ４２から移動鏡４４までの距離Ｌ２との差が０のとき、干渉信号は最大となる。そこで、コントローラ６は、ピエゾコントローラ５１を通じてピエゾ微動ステージ４６を駆動し、移動鏡４４を移動させる。そして、コントローラ６は、複数の測定点で検出器５で検出される光量を観測し、検出光量が最大、すなわち、干渉信号が最大値となる位置を見つける。そして、出力信号値の最大値、すなわち干渉信号の最大値を求める。コントローラ６は、干渉信号が最大値となったときの移動鏡４４の位置を、位置計測用干渉計４９から受信し、Ｌ１＝Ｌ２となる位置Ｘ0として、記憶部に記憶する。また、内径Ｄの測定値の初期値として０を、記憶部に記憶する。
【００３３】
次に、内径測定システム１の測定装置２に、被測定物１０を設置する。その設置後、測定装置２のコントローラ２５は、通信回線７を介してコントローラ６に、測定を行う準備が完了した旨を表し、測定の開始を求める測定開始信号を送信する。なお、測定開始信号の送信は、測定装置２を操作する作業者による手動操作によって行ってもよく、あるいは、図示しない接触センサ、近接センサなどを可動ステージ２３に設けて、被測定物１０を検知することによる検知信号をコントローラ２５が受信すると、自動的に行われるようにしてもよい。
【００３４】
上述したように、白色干渉縞は、被測定物１０の内径Ｄと、（Ｌ２−Ｌ１）がほぼ等しい位置で観測される。そこで、コントローラ６は、測定開始信号を受信すると、ステージコントローラ５２を通じて粗動ステージ４７を駆動し、干渉計４の移動鏡４４を、被測定物１０の内径Ｄとほぼ等しい距離だけ後退させる。そして、コントローラ６は、測定装置２のコントローラ２５に、測定装置２が測定を開始することを許可する測定許可信号を送信する。コントローラ２５は、測定許可信号を受信すると白色光源２１から光を放射させる。一方、コントローラ６は、上記と同様に、ピエゾコントローラ５１を通じてピエゾ微動ステージ４６を駆動し、移動鏡４４を所定のサンプリングピッチずつ移動させ、各サンプリング点において、検出器５で検出された光量に対応する信号値、すなわち干渉信号値を取得する（ステップＳ１０２）。なお、サンプリングピッチは、干渉縞が白色光源２から放射される光の中心波長の略１／２の周期となるため、その中心波長の１／４以下に設定する。各サンプリング点での干渉信号値を取得すると、コントローラ６は、それらの干渉信号値から、干渉縞のピークを求め、そのピークに対応する移動鏡４４の位置Ｘpを、位置計測用干渉計４９から取得する（ステップＳ１０３）。
【００３５】
干渉縞のピーク位置Ｘpを取得すると、コントローラ６は、記憶部からＬ１＝Ｌ２のときの移動鏡４４の位置Ｘ0を読み出してＸp−Ｘ0の値を計算し、被測定物１０の内径Ｄの測定値を得る（ステップＳ１０４）。そして、その測定値を初期値と比較し（ステップＳ１０５）、大きい方の値を記憶部に保存する（ステップＳ１０６）。上述したように、記憶部には測定値の初期値として０が記憶されているため、必ず最初の測定値の方が大きくなるので、最初の測定値が記憶部に保存される。
【００３６】
次に、コントローラ６は、測定装置２のコントローラ２５に対して、可動ステージを所定量（例えば、０．１μｍ）だけ移動させる制御信号を送信する。その制御信号を受信したコントローラ２５は、ステージコントローラ２４を介して可動ステージ２３を駆動し、所定量だけ、被測定物１０を光束Ｂ１に対して直交する方向に移動させる（ステップＳ１０６）。可動ステージ２３の移動が終了すると、コントローラ２５は、次の測定の開始を求める測定開始信号を通信回線７を介してコントローラ６に送信する。コントローラ６は、コントローラ２５から測定開始信号を受信すると、上記のステップＳ１０２〜Ｓ１０４を繰り返し、再度内径の測定値を得る。そして、コントローラ６は、得られた測定値と、記憶部に記憶された測定値とを比較する（ステップＳ１０５）。そして、新たに得られた測定値の方が、記憶された測定値よりも大きい場合、コントローラ６は、記憶部に記憶された測定値をその新たに得られた測定値で更新する（ステップＳ１０６）。その後、コントローラ６は、測定装置２のコントローラ２５に対して再度同方向に被測定物１０を移動させるよう制御信号を送信する。そしてコントローラ２５は、受信した制御信号にしたがって、可動ステージ２３を駆動し、被測定物１０を所定量だけ移動させる（ステップＳ１０７）。以降、記憶部に記憶された測定値よりも新たに測定した測定値の方が大きい場合、ステップＳ１０２〜Ｓ１０７の処理を繰り返す。
【００３７】
一方、ステップＳ１０５において、記憶部に記憶された測定値が、新たに測定された測定値以上となる場合、コントローラ６は、その記憶部に記憶された測定値が、最初に測定された測定値か否か調べる（ステップＳ１０８）。記憶部に記憶された測定値が、最初の測定値である場合、コントローラ６は、被測定物１０の移動方向を反転させ、最初の測定を行った位置まで戻すよう、コントローラ２５に制御信号を送信する（ステップＳ１０９）。そして、その反転した移動方向に被測定物１０を所定量だけ移動させる（ステップＳ１０７）。以後、記憶部に記憶された測定値よりも新たに測定した測定値の方が大きい場合、可動ステージの移動方向をその反転した方向に固定して、ステップＳ１０２〜Ｓ１０７の処理を繰り返す。
ステップＳ１０５において、記憶部に記憶された測定値が、新たに測定された測定値以上となると判定された後、ステップＳ１０８において、その記憶部に記憶された測定値が、最初に測定された測定値でないと判定された場合、コントローラ６は、記憶部に記憶された測定値を被測定物１０の内径Ｄとするとともに、測定終了及び内径Ｄの測定値を測定装置２のコントローラ２５へ通知する（ステップＳ１１０）。そして測定を終了する。
【００３８】
なお、被測定物１０の円筒断面が、その内面Ｓ１とＳ２の間を通る光束Ｂ１に対して傾斜する可能性のある場合、内径測定システム１は、上記のステップＳ１１０の後、可動ステージ２３を操作して、被測定物１０の円筒断面と光束Ｂ１のなす角を変化させつつ、内径Ｄを測定し、その測定値が最小となるところを探す。この探索も、上記のステップＳ１０２〜Ｓ１１０と同様の手順により行うことができる。ただしこの場合には、測定値の最小値を求めるので、ステップＳ１０５とは逆に、求めた測定値が記憶部に記憶されている測定値よりも小さいか否かを判定する。そして、最小となる測定値を、被測定物１０の内径Ｄとする。
【００３９】
また、ステップＳ１０１で移動鏡４４の基準位置Ｘ0を測定する代わりに、移動鏡４４を参照鏡４３よりもビームスプリッタ４２に近づけて、光束Ｂ１２と光束Ｂ２１との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡４４の位置Ｘp'を求めてもよい。そして、（Ｘp−Ｘp'）／２の値を計算し、その値を、被測定物１０の内径の測定値としてもよい。基準位置Ｘ0で観測される干渉信号の強度と、位置Ｘpで観測される干渉信号の強度は、大きく異なる。一方、位置Ｘpで観測される干渉信号と、位置Ｘp'で観測される干渉信号とは、ほぼ同程度の強度となる。そのため、位置Ｘpと位置Ｘp'の差に基づいて被測定物１０の内径の測定値を求める場合、基準位置Ｘ0と位置Ｘpの差に基づいて内径の測定値を求める場合よりも、検出器５の受光量の変化に対する出力信号の変化を大きくすることができるので、干渉信号が最大値となる移動鏡４４の位置をより正確に特定することができる。
【００４０】
以上説明してきたように、本発明の第１の実施形態に係る内径測定システム１は、干渉計４側に設置されたコントローラ６から、通信回線７を通じて測定装置２を制御して、白色光源２１からの測定光の照射開始／停止の制御及び可動ステージ２３の駆動を行える。そのため、測定装置２を被測定物１０の製造ラインの近くに配置し、一方、干渉計４などを、測定装置２とは別個に、精密測定に適した、振動などの影響を受け難い環境に設置して、寸法測定を行うことができる。
【００４１】
また、被測定物１０とビームスプリッタ２２の位置関係を変化させながら、内径Ｄの最大測定値を探索することにより、内径測定システム１は、ビームスプリッタ２２を正確に被測定物１０の中心に配置した状態の内径測定結果を得られるので、高精度で被測定物１０の内径を測定することができる。また、測定結果をコントローラ２５へ通知することにより、測定装置２側で被測定物１０の内径Ｄが仕様通りの寸法あるいはその許容公差の範囲内になっているか否か、すなわち、被測定物１０が良品か否かを知ることができる。そのため、測定装置２側で作業を行っている作業者（あるいはロボット）は、その判定結果に基づいて、被測定物１０を適切に選別することができる。
【００４２】
以下に、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態に係る内径測定システムは、被測定物の内径に対応する光路差を有する二つの光束を生成する測定装置を複数有し、各測定装置から出射した光束が、一つの干渉計に入射するように構成されたものである。
【００４３】
図５に、本発明の第２の実施形態に係る内径測定システム１１の概略構成を示す。図５において、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る内径測定システム１と同様の構成を有するものには、図１に示した参照番号と同一の参照番号を付した。本発明の第２の実施形態に係る内径測定システム１１は、３台の測定装置２−１〜２−３を有し、各測定装置から出射される光束を、それぞれ光ファイバ３−１〜３−３を通じて干渉計４へ導波させるように構成したものである。光ファイバ３−１〜３−３は、光カプラ８で結合され、光ファイバ３−１〜３−３のうちのどの光ファイバを通じて導波されてきた光も、同一のファイバから干渉計４に向けて出射されるように構成される。
なお、各測定装置２−１〜２−３、干渉計４、検出器５及びコントローラ６の構成は、上記の第１の実施形態に係る測定装置２、干渉計４、検出器５及びコントローラ６の構成と同様である。また、個々の測定装置２−１〜２−３の動作も、上記の測定装置２と同様であるため、以下では説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００４４】
本発明の第２の実施形態に係る内径測定システム１１では、各測定装置２−１〜２−３は、上述した、測定準備ができたことを示す測定開始信号に、どの測定装置から発信された測定開始信号かを判別できるように、測定装置の識別情報を含める。その識別情報は、例えば、各測定装置２−１〜２−３が有するコントローラ２５に割り振られたＩＰアドレス、物理アドレス（ＭＡＣアドレス）など、通信ネットワーク上で一意に割り振られる番号とすることができる。あるいは、識別情報として、各測定装置２−１〜２−３に、固有の識別番号を予め設定し、その固有の識別番号を用いてもよい。
【００４５】
一方コントローラ６は、測定開始信号を受信すると、その測定開始信号に含まれる識別情報を参照して、その測定開始信号を送信した測定装置に測定許可信号を送信する。また、コントローラ６は、測定実行中の測定装置を示すために、その測定開始信号に含まれる識別情報を、測定動作実行装置情報として一時的に記憶する。
ここで、コントローラ６は、複数の測定装置から測定開始信号を受信した場合、受信順に優先順位を設定する。そのために、コントローラ６は、例えば、優先順位の高い方から、識別情報を順に並べた優先順位リストを生成し、記憶部に記憶する。そして、コントローラ６は、測定開始信号を受信する度、あるいは、新たな測定が開始される度に、その優先順位リストを更新する。なお、測定開始信号に、優先度設定情報を含め、受信順にかかわらず、最も優先度が高い測定装置が最優先となるように、優先順位を設定するようにしてもよい。優先度設定情報としては、例えば、１〜３の三段階の優先順位を設け、１を最も優先度が高く、３を最も優先度が低いと設定することができる。そして、コントローラ６は、干渉計４が測定動作中（上記のステップＳ１０２〜Ｓ１０４の実行中）の場合には、その測定が終了して次の測定の準備ができるまで、測定許可信号を送信しない。
【００４６】
干渉計４が測定動作を終了すると、コントローラ６は、その測定動作で求めた測定値に、測定動作実行装置情報として記憶されている識別情報を関連付ける。そして、コントローラ６は、その記憶部に記憶された測定値との比較処理（上記のステップＳ１０５）、更新処理（同Ｓ１０６）を、同一の識別情報が関連付けられた測定値との間で実施する。また、測定動作が終了した時点で、コントローラ６は、測定動作実行装置情報を参照して、測定動作を実行した測定装置に、白色光源２１からの測定光の照射を停止させる指示を送信する。さらに、必要に応じて、コントローラ６は、ステージの移動（同Ｓ１０７、Ｓ１０９）の指示、測定完了時にはその旨及び測定値の通知（同Ｓ１１０）も測定動作を実行した測定装置に対して送信する。その後、干渉計４が待機状態（すなわち、何れの測定装置からも光を受光していない状態）に入ると、コントローラ６は、最も優先順位の高い測定装置に向けて、測定許可信号を送信する。またコントローラ６は、測定動作実行装置情報を、測定許可信号を送信した測定装置の識別情報に更新し、優先順位リストからその測定装置の識別情報を削除する。
【００４７】
以上説明してきたように、本発明の第２の実施形態に係る内径測定システム１１は、各測定装置の測定動作を、その測定装置に関連付けられた識別情報を用いてコントローラ６で管理するので、一つの測定装置で被測定物の交換、ステージの移動などを行っている間に、他の測定装置に設置した被測定物の内径を測定することができる。そのため、同時並行的に（あるいは、タイムシェアリング的に）複数の被測定物の測定を行うことができるので、短時間で多数の被測定物の測定を行うことができる。また、複数の遠隔地にあるリングゲージなどの被測定物を、マスタとの比較で較正を行うような場合、一つの測定装置をマスタの測定用としておけば、マスタを持ち運ぶことなく、遠隔地にある被測定物の較正を行うことができる。さらに、精密な動作を要求されることから高価となる干渉計は一つで済むため、システム全体のコストを抑制することができる。
【００４８】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、被測定物は、円筒状のものに限られない。上記の実施形態の測定装置は、被測定物の向かい合った２面間の距離を測定したい場合、そのまま適用することができる。また、上記の実施形態の測定装置において、干渉計をフィゾー型の干渉計としてもよい。また、第２の実施形態に係る内径測定システムが有する測定装置は、３台に限らず、システムに対する要求に応じて適宜増減できる。
【００４９】
また、白色光源を、干渉計４側に設置し、コントローラ６で直接制御するようにしてもよい。この場合、白色光源から放射される測定光を測定装置２へ導波させるために、測定装置２から出射する光束Ｂ１、Ｂ２を導波させるための上記の光ファイバ３とは別個に光ファイバを設置する。あるいは、上記の光ファイバの途中に光カプラを設け、白色光源からの測定光を途中で分波させて、コリメータレンズ２６に入射させるようにしてもよい。
さらに、測定装置に含まれる白色光源と、干渉計に設置された検出器を入れ替えてもよい。この場合、干渉計側で予め被測定物の測定対象寸法に相当する光路差を有する二つの光束を発生させ、それらの光束を光ファイバを通じて測定装置側へ送る。そして、測定装置では、受け取った二つの光束を、被測定物の測定対象寸法に相当する二つの光束にさらに分割し、それらを一つに合わせて検出器で検出することにより、白色干渉縞を観察する。この場合も、干渉計側で発生させた光路差を測定することにより、被測定物の測定対象寸法を求めることができる。ただし、白色干渉縞の強度信号と、干渉計側で生じさせた二つの光束の光路差を対応させるために、測定装置のコントローラは、各測定点での干渉信号を、測定時刻と関連付けて測定装置へ送信する。干渉計測に設置されたコントローラでは、送られてきた各測定点の測定時刻を参照して、干渉信号を各測定点の光路差に関連付ける。なお、この処理を行うために、コントローラと測定装置は、ネットワークタイムプロトコル（ＮＴＰ）などを利用して、時刻合わせを行っておくことが好ましい。さらにまた、干渉計測に設置されたコントローラから、各測定点での光路差を測定時刻と関連付けて送信し、測定装置側で干渉信号と各測定点における光路差を関連付けるようにしてもよい。この場合、測定装置側のコントローラで干渉信号のピークに対応する光路差を求めて、被測定物１０の内径Ｄを求めることができる。
【００５０】
以上のように、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る内径測定システムの概略構成図である。
【図２】内径測定システムを構成する測定装置の概略構成図である。
【図３】内径測定システムを構成する干渉計の概略構成図である。
【図４】内径測定システムの動作フローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る内径測定システムの概略構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１、１１ 内径測定システム（寸法測定システム）
１０ 被測定物
２、２−１、２−２、２−３ 測定装置
２１ 白色光源
２２ ビームスプリッタ
２３ 可動ステージ
２４ ステージコントローラ
２５ コントローラ
２６ コリメータレンズ
２７、２８ ウェッジプリズム
２９ 集光レンズ
３、３−１、３−２、３−３ 光ファイバ
４ 干渉計
４１ コリメータレンズ
４２ ビームスプリッタ
４３ 参照鏡
４４ 移動鏡
４５ 支持部材
４６ ピエゾ微動ステージ
４７ 粗動ステージ
４８ コーナーキューブ
４９ 位置計測用干渉計
５１ ピエゾコントローラ
５２ ステージコントローラ
５ 検出器
６ コントローラ
７ 通信回線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の寸法を測定する寸法測定システムであって、
白色光源と、
測定装置であって、
前記白色光源から放射された光を、前記被測定物に向かう第１の光束と第２の光束に分岐し、該第１の光束を前記被測定物で反射させて該第２の光束との間に前記被測定物の測定対象寸法に対応する第１の光路差を生じさせ、該第１の光束と該第２の光束を一つの光束に合わせて出射させる光束分割手段と、
前記被測定物を載置し、前記光束分割手段に対する前記被測定物の相対的な位置を変更可能なステージと、
前記ステージの駆動を行う第１のコントローラと、
を有する少なくとも一つの測定装置と、
位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、前記少なくとも一つの測定装置から出射した光束を、該参照鏡に向かう第３の光束と、該移動鏡に向かう第４の光束に分岐して、該第３の光束と該第４の光束との間に第２の光路差を生じさせる干渉計と、
前記第３の光束と前記第４の光束を受光し、前記第１の光路差と前記第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、該干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、
前記第１のコントローラと通信回線を通じて接続され、前記被測定物を第１の位置に配置するよう、前記第１のコントローラに対して制御信号を送信し、かつ前記被測定物が該第１の位置に配置されると、前記干渉信号が最大値となる前記移動鏡の位置を求めて第２の光路差を測定することにより、前記被測定物の測定対象寸法の第１の測定値を求める第２のコントローラと、
を有することを特徴とする寸法測定システム。
【請求項２】
前記少なくとも一つの測定装置から出射した前記第１及び第２の光束を、前記干渉計に導く光ファイバをさらに有する、請求項１に記載の寸法測定システム。
【請求項３】
前記被測定物は円筒形状を有し、前記被測定物の測定対象寸法は前記被測定物の内径であり、かつ、前記第１の位置は前記光束分割手段が前記被測定物の円筒の略中心に配置される位置であり、
前記第２のコントローラは、前記第１のコントローラに対して、前記被測定物を前記第１の位置と同一の円筒断面内の異なる第２の位置へ移動させる制御信号を送信し、かつ前記被測定物が該第２の位置に配置された状態で、前記被測定物の測定対象寸法の第２の測定値を求め、
前記第１の測定値と前記第２の測定値を比較して、大きい方の測定値を前記被測定物の測定対象寸法とする、請求項１または２に記載の寸法測定システム。
【請求項４】
前記第１のコントローラは、前記被測定物の測定の開始を求めるための測定開始信号を前記第２のコントローラに送信し、かつ前記第２のコントローラから、測定を許可する測定許可信号を受信すると、前記白色光源に光を放射させる、請求項１〜３の何れか一項に記載の寸法測定システム。
【請求項５】
前記測定許可信号は、前記少なくとも一つの測定装置を他の測定装置と識別するための識別情報を含む、請求項４に記載の寸法測定システム。
【請求項６】
前記第２のコントローラは、前記少なくとも一つの測定装置の前記第１のコントローラに、該測定装置に設置された被測定物の測定対象寸法の測定値を送信する、請求項１〜５の何れか一項に記載の寸法測定システム。
【請求項７】
被測定物の寸法を測定する寸法測定システムであって、
白色光源と、
位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、前記白色光源から放射された光を、該参照鏡に向かう第１の光束と、該移動鏡に向かう第２の光束に分岐して、該第１の光束と該第２の光束との間に第１の光路差を生じさせる干渉計と、
少なくとも一つの測定装置であって、
前記干渉計から出射された前記第１の光束及び第２の光束を、前記被測定物に向かう第３の光束と第４の光束に分岐し、該第３の光束を前記被測定物で反射させて該第４の光束との間に前記被測定物の測定対象寸法に対応する第２の光路差を生じさせ、該第３の光束と該第４の光束を一つの光束に合わせて出射させる光束分割手段と、
前記被測定物を載置し、前記光束分割手段に対する前記被測定物の相対的な位置を変更可能なステージと、
前記ステージの駆動を行う第１のコントローラと、
前記第３の光束と前記第４の光束を受光し、前記第１の光路差と前記第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、該干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、を有する測定装置と、
前記第１のコントローラと通信回線を通じて接続され、前記被測定物を第１の位置に配置するよう、前記第１のコントローラに対して制御信号を送信し、かつ前記被測定物が該第１の位置に配置されると、前記干渉信号が最大値となる前記移動鏡の位置を求めて第１の光路差を測定することにより、前記被測定物の測定対象寸法の測定値を求める第２のコントローラと、
を有することを特徴とする寸法測定システム。
【請求項１】
被測定物の寸法を測定する寸法測定システムであって、
白色光源と、
測定装置であって、
前記白色光源から放射された光を、前記被測定物に向かう第１の光束と第２の光束に分岐し、該第１の光束を前記被測定物で反射させて該第２の光束との間に前記被測定物の測定対象寸法に対応する第１の光路差を生じさせ、該第１の光束と該第２の光束を一つの光束に合わせて出射させる光束分割手段と、
前記被測定物を載置し、前記光束分割手段に対する前記被測定物の相対的な位置を変更可能なステージと、
前記ステージの駆動を行う第１のコントローラと、
を有する少なくとも一つの測定装置と、
位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、前記少なくとも一つの測定装置から出射した光束を、該参照鏡に向かう第３の光束と、該移動鏡に向かう第４の光束に分岐して、該第３の光束と該第４の光束との間に第２の光路差を生じさせる干渉計と、
前記第３の光束と前記第４の光束を受光し、前記第１の光路差と前記第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、該干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、
前記第１のコントローラと通信回線を通じて接続され、前記被測定物を第１の位置に配置するよう、前記第１のコントローラに対して制御信号を送信し、かつ前記被測定物が該第１の位置に配置されると、前記干渉信号が最大値となる前記移動鏡の位置を求めて第２の光路差を測定することにより、前記被測定物の測定対象寸法の第１の測定値を求める第２のコントローラと、
を有することを特徴とする寸法測定システム。
【請求項２】
前記少なくとも一つの測定装置から出射した前記第１及び第２の光束を、前記干渉計に導く光ファイバをさらに有する、請求項１に記載の寸法測定システム。
【請求項３】
前記被測定物は円筒形状を有し、前記被測定物の測定対象寸法は前記被測定物の内径であり、かつ、前記第１の位置は前記光束分割手段が前記被測定物の円筒の略中心に配置される位置であり、
前記第２のコントローラは、前記第１のコントローラに対して、前記被測定物を前記第１の位置と同一の円筒断面内の異なる第２の位置へ移動させる制御信号を送信し、かつ前記被測定物が該第２の位置に配置された状態で、前記被測定物の測定対象寸法の第２の測定値を求め、
前記第１の測定値と前記第２の測定値を比較して、大きい方の測定値を前記被測定物の測定対象寸法とする、請求項１または２に記載の寸法測定システム。
【請求項４】
前記第１のコントローラは、前記被測定物の測定の開始を求めるための測定開始信号を前記第２のコントローラに送信し、かつ前記第２のコントローラから、測定を許可する測定許可信号を受信すると、前記白色光源に光を放射させる、請求項１〜３の何れか一項に記載の寸法測定システム。
【請求項５】
前記測定許可信号は、前記少なくとも一つの測定装置を他の測定装置と識別するための識別情報を含む、請求項４に記載の寸法測定システム。
【請求項６】
前記第２のコントローラは、前記少なくとも一つの測定装置の前記第１のコントローラに、該測定装置に設置された被測定物の測定対象寸法の測定値を送信する、請求項１〜５の何れか一項に記載の寸法測定システム。
【請求項７】
被測定物の寸法を測定する寸法測定システムであって、
白色光源と、
位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、前記白色光源から放射された光を、該参照鏡に向かう第１の光束と、該移動鏡に向かう第２の光束に分岐して、該第１の光束と該第２の光束との間に第１の光路差を生じさせる干渉計と、
少なくとも一つの測定装置であって、
前記干渉計から出射された前記第１の光束及び第２の光束を、前記被測定物に向かう第３の光束と第４の光束に分岐し、該第３の光束を前記被測定物で反射させて該第４の光束との間に前記被測定物の測定対象寸法に対応する第２の光路差を生じさせ、該第３の光束と該第４の光束を一つの光束に合わせて出射させる光束分割手段と、
前記被測定物を載置し、前記光束分割手段に対する前記被測定物の相対的な位置を変更可能なステージと、
前記ステージの駆動を行う第１のコントローラと、
前記第３の光束と前記第４の光束を受光し、前記第１の光路差と前記第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、該干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、を有する測定装置と、
前記第１のコントローラと通信回線を通じて接続され、前記被測定物を第１の位置に配置するよう、前記第１のコントローラに対して制御信号を送信し、かつ前記被測定物が該第１の位置に配置されると、前記干渉信号が最大値となる前記移動鏡の位置を求めて第１の光路差を測定することにより、前記被測定物の測定対象寸法の測定値を求める第２のコントローラと、
を有することを特徴とする寸法測定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−３０９６５４（Ｐ２００８−３０９６５４Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５７９５２（Ｐ２００７−１５７９５２）
【出願日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、新エネルギー・産業技術総合開発機構委託研究「計量器校正情報システムの研究開発」産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（０００１５１４９４）株式会社東京精密 (592)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、新エネルギー・産業技術総合開発機構委託研究「計量器校正情報システムの研究開発」産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（０００１５１４９４）株式会社東京精密 (592)
【Ｆターム（参考）】
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