(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024137175
(43)【公開日】2024-10-07
(54)【発明の名称】多軸レーザ干渉測長器を用いた測定装置
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20240927BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023048590
(22)【出願日】2023-03-24
(71)【出願人】
【識別番号】000151494
【氏名又は名称】株式会社東京精密
(74)【代理人】
【識別番号】110003535
【氏名又は名称】スプリング弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】永井 真人
【テーマコード（参考）】
2F065
【Ｆターム（参考）】
2F065AA04
2F065AA06
2F065AA07
2F065AA09
2F065FF51
2F065GG04
2F065HH04
2F065JJ02
2F065JJ05
2F065JJ09
2F065JJ15
2F065LL16
2F065QQ01
(57)【要約】
【課題】工作機等の１軸に対する多自由度の変位を同時に測定するに際して、測定機器の管理（校正）コストを軽減する。
【解決手段】多軸レーザ干渉計３と、測定対象の直進運動と共に移動するターゲット１と、ターゲット１の後方に固定された反射体２と、ターゲット１に配置された複数のリトロリフレクタ１－１、１－２、１－３及び多軸レーザ干渉計３からの入射ビームを分離する複数の偏光プリズム１－４、１－５、１－６と、反射体２に設けられた複数の偏光プリズム１－４、１－５、１－６のそれぞれに対応した位置に配置された反射プリズム２－４、２－５、２－６と、を備え、リトロリフレクタ１－１、１－２、１－３及び偏光プリズム１－４、１－５、１－６による多軸レーザ干渉計３で得られた変位に基づいて多自由度の変位を算出する。
【選択図】図１
【解決手段】多軸レーザ干渉計３と、測定対象の直進運動と共に移動するターゲット１と、ターゲット１の後方に固定された反射体２と、ターゲット１に配置された複数のリトロリフレクタ１－１、１－２、１－３及び多軸レーザ干渉計３からの入射ビームを分離する複数の偏光プリズム１－４、１－５、１－６と、反射体２に設けられた複数の偏光プリズム１－４、１－５、１－６のそれぞれに対応した位置に配置された反射プリズム２－４、２－５、２－６と、を備え、リトロリフレクタ１－１、１－２、１－３及び偏光プリズム１－４、１－５、１－６による多軸レーザ干渉計３で得られた変位に基づいて多自由度の変位を算出する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
多軸レーザ干渉計を用いて、一つの測定軸に対する測定対象の複数方向の変位を測定する測定装置であって、
前記測定軸に沿った位置に固定された前記多軸レーザ干渉計と、
前記測定対象に固定され、前記測定軸に沿った前記測定対象の直進運動と共に移動するターゲットと、
前記測定軸の延長上であり、前記ターゲットの後方に固定された反射体と、を備え、
前記ターゲットは、前記多軸レーザ干渉計から入射した光を入射方向と反対の方向へと反射して前記多軸レーザ干渉計へ戻す、少なくとも１つのリトロリフレクタと、
前記多軸レーザ干渉計からの入射ビームを進行方向の異なる一組の直線偏光ビームに分離する偏光分離素子と、を備え、
前記反射体は、前記偏光分離素子に対応した位置に配置されて、前記直線偏光ビームのそれぞれを反射して、前記偏光分離素子を介して前記多軸レーザ干渉計へ戻す少なくとも１つの反射プリズムを備え、
前記多軸レーザ干渉計は、前記リトロリフレクタ、及び、前記反射プリズムからの反射光に基づく変位から、前記測定対象の複数方向の変位を算出する測定装置。
前記測定軸に沿った位置に固定された前記多軸レーザ干渉計と、
前記測定対象に固定され、前記測定軸に沿った前記測定対象の直進運動と共に移動するターゲットと、
前記測定軸の延長上であり、前記ターゲットの後方に固定された反射体と、を備え、
前記ターゲットは、前記多軸レーザ干渉計から入射した光を入射方向と反対の方向へと反射して前記多軸レーザ干渉計へ戻す、少なくとも１つのリトロリフレクタと、
前記多軸レーザ干渉計からの入射ビームを進行方向の異なる一組の直線偏光ビームに分離する偏光分離素子と、を備え、
前記反射体は、前記偏光分離素子に対応した位置に配置されて、前記直線偏光ビームのそれぞれを反射して、前記偏光分離素子を介して前記多軸レーザ干渉計へ戻す少なくとも１つの反射プリズムを備え、
前記多軸レーザ干渉計は、前記リトロリフレクタ、及び、前記反射プリズムからの反射光に基づく変位から、前記測定対象の複数方向の変位を算出する測定装置。
【請求項2】
前記ターゲットは、
前記少なくとも１つの偏光分離素子として、
前記測定軸との交点位置に配置された第２偏光プリズム（１－５）と、
前記交点位置を通り前記測定軸と直交する第１軸上に、前記交点位置を中心として対称に配置された第１偏光プリズム（１－４）、及び、第３偏光プリズム（１－６）と、
を備え、
前記第１偏光プリズム、前記第２偏光プリズム、及び、前記第３偏光プリズムによりそれぞれ分離される一組の前記直線偏光ビームの光路がそれぞれ含まれる、第１仮想面、第２仮想面、及び、第３仮想面を観念したとき、
前記第２仮想面と前記第１仮想面とのなす角、前記第２仮想面と前記第３仮想面とのなす角が等しく、かつ、０°（ｄｅｇ）を超えて、９０°(ｄｅｇ)以下である、請求項１に記載の測定装置。
前記少なくとも１つの偏光分離素子として、
前記測定軸との交点位置に配置された第２偏光プリズム（１－５）と、
前記交点位置を通り前記測定軸と直交する第１軸上に、前記交点位置を中心として対称に配置された第１偏光プリズム（１－４）、及び、第３偏光プリズム（１－６）と、
を備え、
前記第１偏光プリズム、前記第２偏光プリズム、及び、前記第３偏光プリズムによりそれぞれ分離される一組の前記直線偏光ビームの光路がそれぞれ含まれる、第１仮想面、第２仮想面、及び、第３仮想面を観念したとき、
前記第２仮想面と前記第１仮想面とのなす角、前記第２仮想面と前記第３仮想面とのなす角が等しく、かつ、０°（ｄｅｇ）を超えて、９０°(ｄｅｇ)以下である、請求項１に記載の測定装置。
【請求項3】
前記ターゲットは、
前記少なくとも１つのリトロリフレクタとして、
前記交点位置を通り前記第１軸と直交する第２軸上に、前記第２軸の一方の方向に沿って、前記第２偏光プリズムから所定距離を離間して配置された第１リトロリフレクタ（１－１）と、
前記第２軸の他方の方向に沿って、前記第１軸から所定距離を離間して、かつ、互いに離間して配置された第２リトロリフレクタ（１－２）、及び、第３リトロリフレクタ（１－３）と、を備える、請求項２に記載の測定装置。
前記少なくとも１つのリトロリフレクタとして、
前記交点位置を通り前記第１軸と直交する第２軸上に、前記第２軸の一方の方向に沿って、前記第２偏光プリズムから所定距離を離間して配置された第１リトロリフレクタ（１－１）と、
前記第２軸の他方の方向に沿って、前記第１軸から所定距離を離間して、かつ、互いに離間して配置された第２リトロリフレクタ（１－２）、及び、第３リトロリフレクタ（１－３）と、を備える、請求項２に記載の測定装置。
【請求項4】
前記第１リトロリフレクタと前記第２リトロリフレクタとの距離、及び、
前記第１リトロリフレクタと前記第３リトロリフレクタとの距離が等しい、請求項３に記載の測定装置。
前記第１リトロリフレクタと前記第３リトロリフレクタとの距離が等しい、請求項３に記載の測定装置。
【請求項5】
前記反射体は、前記少なくとも１つの反射プリズムとして、
前記第１偏光プリズム、前記第２偏光プリズム、及び、前記第３偏光プリズムのそれぞれに対応して配置された、第１反射プリズム（１－４）、第２反射プリズム（２－５）、及び、第３反射プリズム（２－６）と、を備える、請求項３に記載の測定装置。
前記第１偏光プリズム、前記第２偏光プリズム、及び、前記第３偏光プリズムのそれぞれに対応して配置された、第１反射プリズム（１－４）、第２反射プリズム（２－５）、及び、第３反射プリズム（２－６）と、を備える、請求項３に記載の測定装置。
【請求項6】
前記測定対象が前記測定軸に沿って変位したとき、
前記第１リトロリフレクタ、前記第２リトロリフレクタ、及び、前記第３リトロリフレクタからの反射光により得られる変位をそれぞれＤ１、Ｄ２、及び、Ｄ３とし、
前記第１反射プリズム、前記第２反射プリズム、及び、前記第３反射プリズムからの反射光により得られる変位をそれぞれＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３としたとき、
前記測定対象の、
前記測定軸方向の変位を｛Ｄ１＋（Ｄ２＋Ｄ３）／２｝／２として、
前記第１軸方向の変位をＶ２として、
前記第２軸方向の変位を（Ｖ１＋Ｖ３）／２として、
それぞれ計算する請求項５に記載の測定装置。
前記第１リトロリフレクタ、前記第２リトロリフレクタ、及び、前記第３リトロリフレクタからの反射光により得られる変位をそれぞれＤ１、Ｄ２、及び、Ｄ３とし、
前記第１反射プリズム、前記第２反射プリズム、及び、前記第３反射プリズムからの反射光により得られる変位をそれぞれＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３としたとき、
前記測定対象の、
前記測定軸方向の変位を｛Ｄ１＋（Ｄ２＋Ｄ３）／２｝／２として、
前記第１軸方向の変位をＶ２として、
前記第２軸方向の変位を（Ｖ１＋Ｖ３）／２として、
それぞれ計算する請求項５に記載の測定装置。
【請求項7】
前記測定対象が前記測定軸に沿って変位したとき、
前記第１リトロリフレクタ、前記第２前記リトロリフレクタ、及び、前記第３リトロリフレクタからの反射光により得られる変位をそれぞれＤ１、Ｄ２、及び、Ｄ３とし、
前記第１反射プリズム、前記第２反射プリズム、及び、前記第３反射プリズムからの反射光により得られる変位をそれぞれＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３とし、
前記第１リトロリフレクタと前記第３リトロリフレクタに対する、前記第２リトロリフレクタの前記第２軸方向の距離をＬ１とし、
前記第２リトロリフレクタと前記第３リトロリフレクタの前記第１軸方向の距離をＬ２とし、
前記第１偏光プリズムと前記第３偏光プリズムの前記第１軸方向の距離をＬ３とし、
前記測定対象の、前記測定軸に対する、
ローリング方向の変位を（Ｖ１－Ｖ３）／Ｌ３として、
ピッチング方向の変位を（Ｄ１－（Ｄ２＋Ｄ３）／２）／Ｌ１として、
ヨーイング方向の変位を（Ｄ２－Ｄ３）／Ｌ２として、
それぞれ計算する請求項５に記載の測定装置。
前記第１リトロリフレクタ、前記第２前記リトロリフレクタ、及び、前記第３リトロリフレクタからの反射光により得られる変位をそれぞれＤ１、Ｄ２、及び、Ｄ３とし、
前記第１反射プリズム、前記第２反射プリズム、及び、前記第３反射プリズムからの反射光により得られる変位をそれぞれＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３とし、
前記第１リトロリフレクタと前記第３リトロリフレクタに対する、前記第２リトロリフレクタの前記第２軸方向の距離をＬ１とし、
前記第２リトロリフレクタと前記第３リトロリフレクタの前記第１軸方向の距離をＬ２とし、
前記第１偏光プリズムと前記第３偏光プリズムの前記第１軸方向の距離をＬ３とし、
前記測定対象の、前記測定軸に対する、
ローリング方向の変位を（Ｖ１－Ｖ３）／Ｌ３として、
ピッチング方向の変位を（Ｄ１－（Ｄ２＋Ｄ３）／２）／Ｌ１として、
ヨーイング方向の変位を（Ｄ２－Ｄ３）／Ｌ２として、
それぞれ計算する請求項５に記載の測定装置。
【請求項8】
前記第１軸から前記第１リトロリフレクタの中心位置までの距離（Ｌ１Ｕ）と、
前記第１軸からの前記第２リトロリフレクタと前記第３リトロリフレクタのそれぞれの中心位置までの距離（Ｌ１Ｄ）と、
前記第２軸からの前記第２リトロリフレクタの中心位置までの距離（Ｌ２Ｌ）と、
前記第２軸からの前記第３リトロリフレクタの中心位置までの距離（Ｌ２Ｒ）と、
が等しく配置された、請求項３に記載の測定装置。
前記第１軸からの前記第２リトロリフレクタと前記第３リトロリフレクタのそれぞれの中心位置までの距離（Ｌ１Ｄ）と、
前記第２軸からの前記第２リトロリフレクタの中心位置までの距離（Ｌ２Ｌ）と、
前記第２軸からの前記第３リトロリフレクタの中心位置までの距離（Ｌ２Ｒ）と、
が等しく配置された、請求項３に記載の測定装置。
【請求項9】
前記ターゲットは、
前記少なくとも１つの偏光分離素子として、
前記測定軸との交点位置に配置され、前記交点位置を通り前記測定軸と直交する第１軸に沿って前記直線偏光ビームを分離する第２偏光プリズム（１－５）と、
前記第１軸上に、前記交点位置を中心として対称に配置され、前記第２偏光プリズムとは前記直線偏光ビームの分離方向が直交する第１偏光プリズム（１－４）及び第３偏光プリズム（１－６）と、を備え、
また、前記少なくとも１つのリトロリフレクタとして、
第１軸から一方の方向に所定距離離間し、かつ、前記交点位置を通り前記第１軸と直交する第２軸から一方の方向に所定距離離間して配置された第１リトロリフレクタ（１－１）と、
前記第１軸から他方の方向に所定距離離間し、かつ、前記第２軸から他方の方向に所定距離離間して配置された第２リトロリフレクタ（１－２）と、を備る請求項１に記載の測定装置。
前記少なくとも１つの偏光分離素子として、
前記測定軸との交点位置に配置され、前記交点位置を通り前記測定軸と直交する第１軸に沿って前記直線偏光ビームを分離する第２偏光プリズム（１－５）と、
前記第１軸上に、前記交点位置を中心として対称に配置され、前記第２偏光プリズムとは前記直線偏光ビームの分離方向が直交する第１偏光プリズム（１－４）及び第３偏光プリズム（１－６）と、を備え、
また、前記少なくとも１つのリトロリフレクタとして、
第１軸から一方の方向に所定距離離間し、かつ、前記交点位置を通り前記第１軸と直交する第２軸から一方の方向に所定距離離間して配置された第１リトロリフレクタ（１－１）と、
前記第１軸から他方の方向に所定距離離間し、かつ、前記第２軸から他方の方向に所定距離離間して配置された第２リトロリフレクタ（１－２）と、を備る請求項１に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多軸レーザ干渉測長器に関し、特に、測定対象であるＮＣ工作機等の軸に対する多自由度の変位を同時に測定して精度検査を行う多軸レーザ干渉測長器を用いた測定装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、ＮＣ工作機等の精度管理は非常に重要となっている。このため、製造段階から、それらがユーザの生産現場に設置され稼動するまでに、多くの精度検査が行われている。ユーザに納入後も定期的に必要な検査が行われ、製品精度が低下しないように工作機械の精度管理が必要とされている。
【0003】
例えば、ＮＣ工作機械等の主軸やステージは、１軸の運動方向のみにおいても直進運動精度として、その１軸に対してＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向及びローリング、ピッチング、ヨーイングの３方向の移動誤差が存在し、時間、設置環境、使用状況により両方向位置決め、繰り返し精度が変化する。
【0004】
特許文献１は、トランスミッタ・ユニットを工作台上に、光学ユニットを機械のクイル上に取り付け、トランスミッタ・ユニットから光学ユニットまでの距離をレーザ干渉測長器で測定することと、光学ユニットにリトロリフレクタを設け、トランスミッタ・ユニットに設けられた検出器における光ビームの位置を２次元アレイの画素や位置感受性検出器（ＰＳＤ）などの光学ポジションセンサで測定することと、を組み合わせ、光学ユニットの２つの真直度、ピッチ、ロール、及びヨーを測定することを記載している。
【0005】
特許文献２は、可動テーブルに反射ターゲットであるリトロリフレクタを配置し、レーザ干渉測長器をステージに固定し、各レーザ光源の光軸の延長上にリトロリフレクタを設置し、リトロリフレクタまでの距離を測定することで可動テーブルのヨーイング及びピッチングを検出することを記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特表２００５－５３２５４４号公報
【特許文献2】特開２０２０－８５７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献１に記載のものは、レーザ干渉測長器と光学ポジションセンサと言う測定原理の異なるセンサーを用いている。そのため、システムの校正を行う場合は、異なる測定原理に応じた複数の校正設備及び校正の手法が必要となり、トレーサビリティとしても煩雑化して統一化されず、管理コストが大きくなる。
【0008】
特許文献２に記載のものは、単に、レーザ干渉測長器でリトロリフレクタまでの距離を測定してヨーイング及びピッチングするので、１軸の長さ測定、直進運動精度は、リトロリフレクタの位置（レーザ光軸）と測定軸との距離及び傾きによりアッベ誤差を生じる。つまり、Ｘ、Ｙ、Ｚの測定とローリング、ピッチング、ヨーイングの測定とを同一測定軸に配置したものでなく、測定対象物の６自由度全ての姿勢変位を同時かつより高精度に測定するには十分では無かった。
【0009】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、測定対象である工作機等の１軸に対する多自由度の変位を同時に測定するに際して、使用する測定機器のトレーサビリティを統一し、管理（校正）コストを軽減すると共に、より高精度化を図り、工作機械の高性能化に伴う高度な精度評価が可能な多軸レーザ干渉測長器を用いた測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成する本発明の構成は以下のとおりである。
【0011】
［１］ 多軸レーザ干渉計を用いて、一つの測定軸に対する測定対象の複数方向の変位を測定する測定装置であって、上記測定軸に沿った位置に固定された上記多軸レーザ干渉計と、上記測定対象に固定され、上記測定軸に沿った上記測定対象の直進運動と共に移動するターゲットと、上記測定軸の延長上であり、上記ターゲットの後方に固定された反射体と、を備え、上記ターゲットは、上記多軸レーザ干渉計から入射した光を入射方向と反対の方向へと反射して上記多軸レーザ干渉計へ戻す、少なくとも１つのリトロリフレクタと、上記多軸レーザ干渉計からの入射ビームを進行方向の異なる一組の直線偏光ビームに分離する偏光分離素子と、を備え、上記反射体は、上記偏光分離素子に対応した位置に配置されて、上記直線偏光ビームのそれぞれを反射して、上記偏光分離素子を介して上記多軸レーザ干渉計へ戻す少なくとも１つの反射プリズムを備え、上記多軸レーザ干渉計は、上記リトロリフレクタ、及び、上記反射プリズムからの反射光に基づく変位から、上記測定対象の複数方向の変位を算出する測定装置。
［２］ 上記ターゲットは、上記少なくとも１つの偏光分離素子として、上記測定軸との交点位置に配置された第２偏光プリズム（１－５）と、上記交点位置を通り上記測定軸と直交する第１軸上に、上記交点位置を中心として対称に配置された第１偏光プリズム（１－４）、及び、第３偏光プリズム（１－６）と、を備え、上記第１偏光プリズム、上記第２偏光プリズム、及び、上記第３偏光プリズムによりそれぞれ分離される一組の上記直線偏光ビームの光路がそれぞれ含まれる、第１仮想面、第２仮想面、及び、第３仮想面を観念したとき、上記第２仮想面と上記第１仮想面とのなす角、上記第２仮想面と上記第３仮想面とのなす角が等しく、かつ、０°（ｄｅｇ）を超えて、９０°(ｄｅｇ)以下である、［１］に記載の測定装置。
［３］ 上記ターゲットは、上記少なくとも１つのリトロリフレクタとして、上記交点位置を通り上記第１軸と直交する第２軸上に、上記第２軸の一方の方向に沿って、上記第２偏光プリズムから所定距離を離間して配置された第１リトロリフレクタ（１－１）と、上記第２軸の他方の方向に沿って、上記第１軸から所定距離を離間して、かつ、互いに離間して配置された第２リトロリフレクタ（１－２）、及び、第３リトロリフレクタ（１－３）と、を備える、［２］に記載の測定装置。
［４］上記第１リトロリフレクタと上記第２リトロリフレクタとの距離、及び、上記第１リトロリフレクタと上記第３リトロリフレクタとの距離が等しい、［３］に記載の測定装置。
［５］ 上記反射体は、上記少なくとも１つの反射プリズムとして、上記第１偏光プリズム、上記第２偏光プリズム、及び、上記第３偏光プリズムのそれぞれに対応して配置された、第１反射プリズム（１－４）、第２反射プリズム（２－５）、及び、第３反射プリズム（２－６）と、を備える、［３］に記載の測定装置。
［６］ 上記測定対象が上記測定軸に沿って変位したとき、上記第１リトロリフレクタ、上記第２リトロリフレクタ、及び、上記第３リトロリフレクタからの反射光により得られる変位をそれぞれＤ１、Ｄ２、及び、Ｄ３とし、上記第１反射プリズム、上記第２反射プリズム、及び、上記第３反射プリズムからの反射光により得られる変位をそれぞれＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３としたとき、上記測定対象の、上記測定軸方向の変位を｛Ｄ１＋（Ｄ２＋Ｄ３）／２｝／２として、上記第１軸方向の変位をＶ２として、上記第２軸方向の変位を（Ｖ１＋Ｖ３）／２として、それぞれ計算する［５］に記載の測定装置。
［７］上記測定対象が上記測定軸に沿って変位したとき、上記第１リトロリフレクタ、上記第２上記リトロリフレクタ、及び、上記第３リトロリフレクタからの反射光により得られる変位をそれぞれＤ１、Ｄ２、及び、Ｄ３とし、上記第１反射プリズム、上記第２反射プリズム、及び、上記第３反射プリズムからの反射光により得られる変位をそれぞれＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３とし、上記第１リトロリフレクタと上記第３リトロリフレクタに対する、上記第２リトロリフレクタの上記第２軸方向の距離をＬ１とし、上記第２リトロリフレクタと上記第３リトロリフレクタの上記第１軸方向の距離をＬ２とし、上記第１偏光プリズムと上記第３偏光プリズムの上記第１軸方向の距離をＬ３とし、上記測定対象の、上記測定軸に対する、ローリング方向の変位を（Ｖ１－Ｖ３）／Ｌ３として、ピッチング方向の変位を（Ｄ１－（Ｄ２＋Ｄ３）／２）／Ｌ１として、ヨーイング方向の変位を（Ｄ２－Ｄ３）／Ｌ２として、それぞれ計算する［５］に記載の測定装置。
［８］ 上記第１軸から上記第１リトロリフレクタの中心位置までの距離（Ｌ１Ｕ）と、上記第１軸からの上記第２リトロリフレクタと上記第３リトロリフレクタのそれぞれの中心位置までの距離（Ｌ１Ｄ）と、上記第２軸からの上記第２リトロリフレクタの中心位置までの距離（Ｌ２Ｌ）と、上記第２軸からの上記第３リトロリフレクタの中心位置までの距離（Ｌ２Ｒ）と、が等しく配置された、［３］に記載の測定装置。
［９］ 上記ターゲットは、上記少なくとも１つの偏光分離素子として、上記測定軸との交点位置に配置され、上記交点位置を通り上記測定軸と直交する第１軸に沿って上記直線偏光ビームを分離する第２偏光プリズム（１－５）と、上記第１軸上に、上記交点位置を中心として対称に配置され、上記第２偏光プリズムとは上記直線偏光ビームの分離方向が直交する第１偏光プリズム（１－４）及び第３偏光プリズム（１－６）と、を備え、また、上記少なくとも１つのリトロリフレクタとして、第１軸から一方の方向に所定距離離間し、かつ、上記交点位置を通り上記第１軸と直交する第２軸から一方の方向に所定距離離間して配置された第１リトロリフレクタ（１－１）と、上記第１軸から他方の方向に所定距離離間し、かつ、上記第２軸から他方の方向に所定距離離間して配置された第２リトロリフレクタ（１－２）と、を備る［１］に記載の測定装置。
［２］ 上記ターゲットは、上記少なくとも１つの偏光分離素子として、上記測定軸との交点位置に配置された第２偏光プリズム（１－５）と、上記交点位置を通り上記測定軸と直交する第１軸上に、上記交点位置を中心として対称に配置された第１偏光プリズム（１－４）、及び、第３偏光プリズム（１－６）と、を備え、上記第１偏光プリズム、上記第２偏光プリズム、及び、上記第３偏光プリズムによりそれぞれ分離される一組の上記直線偏光ビームの光路がそれぞれ含まれる、第１仮想面、第２仮想面、及び、第３仮想面を観念したとき、上記第２仮想面と上記第１仮想面とのなす角、上記第２仮想面と上記第３仮想面とのなす角が等しく、かつ、０°（ｄｅｇ）を超えて、９０°(ｄｅｇ)以下である、［１］に記載の測定装置。
［３］ 上記ターゲットは、上記少なくとも１つのリトロリフレクタとして、上記交点位置を通り上記第１軸と直交する第２軸上に、上記第２軸の一方の方向に沿って、上記第２偏光プリズムから所定距離を離間して配置された第１リトロリフレクタ（１－１）と、上記第２軸の他方の方向に沿って、上記第１軸から所定距離を離間して、かつ、互いに離間して配置された第２リトロリフレクタ（１－２）、及び、第３リトロリフレクタ（１－３）と、を備える、［２］に記載の測定装置。
［４］上記第１リトロリフレクタと上記第２リトロリフレクタとの距離、及び、上記第１リトロリフレクタと上記第３リトロリフレクタとの距離が等しい、［３］に記載の測定装置。
［５］ 上記反射体は、上記少なくとも１つの反射プリズムとして、上記第１偏光プリズム、上記第２偏光プリズム、及び、上記第３偏光プリズムのそれぞれに対応して配置された、第１反射プリズム（１－４）、第２反射プリズム（２－５）、及び、第３反射プリズム（２－６）と、を備える、［３］に記載の測定装置。
［６］ 上記測定対象が上記測定軸に沿って変位したとき、上記第１リトロリフレクタ、上記第２リトロリフレクタ、及び、上記第３リトロリフレクタからの反射光により得られる変位をそれぞれＤ１、Ｄ２、及び、Ｄ３とし、上記第１反射プリズム、上記第２反射プリズム、及び、上記第３反射プリズムからの反射光により得られる変位をそれぞれＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３としたとき、上記測定対象の、上記測定軸方向の変位を｛Ｄ１＋（Ｄ２＋Ｄ３）／２｝／２として、上記第１軸方向の変位をＶ２として、上記第２軸方向の変位を（Ｖ１＋Ｖ３）／２として、それぞれ計算する［５］に記載の測定装置。
［７］上記測定対象が上記測定軸に沿って変位したとき、上記第１リトロリフレクタ、上記第２上記リトロリフレクタ、及び、上記第３リトロリフレクタからの反射光により得られる変位をそれぞれＤ１、Ｄ２、及び、Ｄ３とし、上記第１反射プリズム、上記第２反射プリズム、及び、上記第３反射プリズムからの反射光により得られる変位をそれぞれＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３とし、上記第１リトロリフレクタと上記第３リトロリフレクタに対する、上記第２リトロリフレクタの上記第２軸方向の距離をＬ１とし、上記第２リトロリフレクタと上記第３リトロリフレクタの上記第１軸方向の距離をＬ２とし、上記第１偏光プリズムと上記第３偏光プリズムの上記第１軸方向の距離をＬ３とし、上記測定対象の、上記測定軸に対する、ローリング方向の変位を（Ｖ１－Ｖ３）／Ｌ３として、ピッチング方向の変位を（Ｄ１－（Ｄ２＋Ｄ３）／２）／Ｌ１として、ヨーイング方向の変位を（Ｄ２－Ｄ３）／Ｌ２として、それぞれ計算する［５］に記載の測定装置。
［８］ 上記第１軸から上記第１リトロリフレクタの中心位置までの距離（Ｌ１Ｕ）と、上記第１軸からの上記第２リトロリフレクタと上記第３リトロリフレクタのそれぞれの中心位置までの距離（Ｌ１Ｄ）と、上記第２軸からの上記第２リトロリフレクタの中心位置までの距離（Ｌ２Ｌ）と、上記第２軸からの上記第３リトロリフレクタの中心位置までの距離（Ｌ２Ｒ）と、が等しく配置された、［３］に記載の測定装置。
［９］ 上記ターゲットは、上記少なくとも１つの偏光分離素子として、上記測定軸との交点位置に配置され、上記交点位置を通り上記測定軸と直交する第１軸に沿って上記直線偏光ビームを分離する第２偏光プリズム（１－５）と、上記第１軸上に、上記交点位置を中心として対称に配置され、上記第２偏光プリズムとは上記直線偏光ビームの分離方向が直交する第１偏光プリズム（１－４）及び第３偏光プリズム（１－６）と、を備え、また、上記少なくとも１つのリトロリフレクタとして、第１軸から一方の方向に所定距離離間し、かつ、上記交点位置を通り上記第１軸と直交する第２軸から一方の方向に所定距離離間して配置された第１リトロリフレクタ（１－１）と、上記第１軸から他方の方向に所定距離離間し、かつ、上記第２軸から他方の方向に所定距離離間して配置された第２リトロリフレクタ（１－２）と、を備る［１］に記載の測定装置。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、測定対象である工作機等の１軸の直進運動と共に移動するターゲットと、ターゲットの後方に固定して設置された反射体と、ターゲットに配置された複数のリトロリフレクタ及び複数の偏光分離素子と、反射体に設けられた反射プリズムと、を備え、複数方向、特に多自由度の変位をリトロリフレクタ及び偏光分離素子を通って多軸レーザ干渉計で得られた変位に基づいて算出して同時に測定する。したがって、複数方向の変位をレーザのみによって算出でき、トレーサビリティが統一されるため、管理（校正）コストを軽減すると共に、より高精度化を図り、工作機械の高性能化に伴う高度な精度評価が可能となる
【0013】
さらに、取り付け空間の省スペース化を図り、機種毎に様々なサイズ、移動方向の工作機械等に対応、汎用的に使用が可能であり、取り付け調整が容易で大気擾乱の彫響を受けにくい安定した測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の第１実施形態に係る主要部を示す斜視図。
【図2】本発明の第１実施形態に係る工作機械等の主軸の精度を測定する例を示す側面図。
【図3】本発明の第１実施形態に係るターゲットの詳細を示す正面図。
【図4】本発明の第１実施形態に係る反射体の詳細を示す正面図。
【図5】本発明の第１実施形態に係る偏光プリズムと反射プリズムとの配置関係を示す側面図。
【図6】本発明の第１実施形態に係る偏光プリズムによるＺ軸方向の変位検出を示す側面図。
【図7】本発明の第１実施形態に係るローリング方向変位を説明する正面図。
【図8】本発明の第１実施形態に係るヨーイング方向変位説明する上面図。
【図9】リトロリフレクタのより好ましい配置例を示す正面図。
【図10】本発明の第２実施形態に係るターゲット及び反射体を示す正面図。
【図11】本発明の第３実施形態に係るターゲット及び反射体を示す正面図。
【図12】本発明の第４実施形態に係るターゲットを示す正面図。
【図13】分離される直線偏光ビームと、各偏光プリズムとの関係の説明図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る主要部を示す斜視図である。図２は、工作機械等の主軸５０の精度を測定する例を示す側面図である。図２において、工作機械の主軸５０は、Ｘ軸方向を運動方向として（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の如く直進運動し、多軸レーザ干渉計３は、Ｘ軸を測定軸５として位置決め精度を検査する。主軸５０は、一つの測定軸５に対してＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向及びローリング、ピッチング、ヨーイングの３方向で６つの移動誤差が存在する。
【0016】
多軸レーザ干渉計３は、測定軸５に沿った位置に固定して配置する。ターゲット１は、主軸５０（測定対象）に固定して設置され、主軸５０の直進運動と共に移動する。反射体２は、測定軸５の延長上であり、ターゲット１の後方に固定して設置される。多軸レーザ干渉計３は、レーザ光４の送光部と干渉光の受光部（図示せず）を備える。
【0017】
多軸レーザ干渉計３は、基本的な原理はマイケルソン干渉計に順ずる。マイケルソン干渉計は、一つの波長の分かっているレーザ光４を用いてビームを二つの経路に分岐し、ターゲット１あるいは反射体２でそれぞれ反射させて再び合流させる。そして、多軸レーザ干渉計３は、干渉信号を作成し、干渉信号を光電変換して干渉縞の数により光路差を算出する。
【0018】
多軸レーザ干渉計３の基本構成は、以下である。（１）光源より出力されたレーザ光４を偏光ビームスプリッタ等で基準測定光と参照測定光に分岐する。（２）分岐した参照測定光をハーフミラー等により第１、第２、…、第ｎ参照測定光に分岐する。（３）基準測定光をｎ個に分岐し、ターゲット１あるいは反射体２で反射後の各参照測定光と干渉させ、それぞれの干渉信号をｎ個の受光器で光電変換する。
【0019】
多軸レーザ干渉計３の測定数は、参照測定光のｎ次数に等しく、ｎ個に分岐された反射後の基準測定光と、ｎ個の参照測定光とをそれぞれ干渉させるためにｎ個の偏光ビームスプリッタを設けて合流させる。（又は、複数個のレーザ光源からのレーザ光を分岐させて、又は、分岐させずに用いてもよい。）これにより、多軸レーザ干渉計３は、１光源、１ユニットでかつ１つの基準測定光を軸としてｎ個軸の測定を同時に行うことができる。
【0020】
図３は、ターゲット１の詳細を示す正面図である。ターゲット１は、３つの第１リトロリフレクタ１－１、第２リトロリフレクタ１－２、第３リトロリフレクタ１－３と３つの第２偏光プリズム１－５、第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６が固定されて、配置される。第１リトロリフレクタ１－１、第２リトロリフレクタ１－２、第３リトロリフレクタ１－３は、入射した光を、入射方向と平行で、かつ反対の方向へと反射する。第２偏光プリズム１－５、第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６は、多軸レーザ干渉計３からの入射ビームを、所定の角度（分離角）をつけて進行方向の異なる一組の（言い換えれば２つの）直線偏光ビームに分離して透過させる偏光分離素子である。
なお、偏光プリズムに代えて、他の偏光分離素子を用いてもよい。
なお、偏光プリズムに代えて、他の偏光分離素子を用いてもよい。
【0021】
第２偏光プリズム１－５は、測定軸５となるＸ軸を通る中心Ｏ点に配置される。この中心Ｏ点は、測定軸５と、ターゲット１との交点位置である。第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６は、中心Ｏ点に対して、対称であって、かつ、中心線ＯＹ（交点位置を通り測定軸５と直交する第１軸）上に配置される。なお、本明細書において、測定軸５、第１軸（中心線ＯＹ）、第２軸（中心線ＯＺ）は、中心Ｏ点で直交する異なる軸（線）を意味する。
【0022】
第１偏光プリズム１－４、第２偏光プリズム１－５、及び、第３偏光プリズム１－６は、それぞれ、複数の光源からの（又は、１つの光源から分岐された）入射光（レーザ）を進行方向の異なる一組の直線偏光ビームに分離する。
図１３は、分離される直線偏光ビームと、各偏光プリズムとの関係の説明図である。なお、図１３においては、説明に不要な構成の図示は省略される。
図１３は、分離される直線偏光ビームと、各偏光プリズムとの関係の説明図である。なお、図１３においては、説明に不要な構成の図示は省略される。
【0023】
図１３（Ａ）は、第２偏光プリズム１－５により分離される一対の直線偏光ビーム４ａ、４ｂと、それらの光路が属する第２仮想面ＰＬ２との関係を示す図である。第２偏光プリズム１－５は、第１軸（Ｙ軸）の＋、－方向に入射光を（レーザ光）を分離し、それらの光路は、第２仮想面ＰＬ２に含まれる。
【0024】
図１３（Ｂ）は、第１偏光プリズム１－４、及び、第３偏光プリズム１－６により分離される一対の直線偏光ビーム４ａ、４ｂと、それらの光路が属する第１仮想面ＰＬ１、第３仮想面ＰＬ３との関係を示す図である。
第１偏光プリズム１－４は、第２軸（Ｚ軸）の＋、－方向に入射光を（レーザ光）を分離し、それらの光路は、第１仮想面ＰＬ１に含まれる。同様に、第３偏光プリズム１－６は、第２軸（Ｚ軸）の＋、－方向に入射光を（レーザ光）を分離し、それらの光路は、第３仮想面ＰＬ３に含まれる。第１仮想面ＰＬ１と第３仮想面ＰＬ３は平行である。
第１偏光プリズム１－４は、第２軸（Ｚ軸）の＋、－方向に入射光を（レーザ光）を分離し、それらの光路は、第１仮想面ＰＬ１に含まれる。同様に、第３偏光プリズム１－６は、第２軸（Ｚ軸）の＋、－方向に入射光を（レーザ光）を分離し、それらの光路は、第３仮想面ＰＬ３に含まれる。第１仮想面ＰＬ１と第３仮想面ＰＬ３は平行である。
【0025】
これらの各仮想面において以下の関係が成り立つように、各偏光プリズムは配置、調整される。
・第１仮想面ＰＬ１と第３仮想面ＰＬ３は平行であり、第２仮想面ＰＬ２と第１仮想面ＰＬ１とのなす角ａｇ１と、第２仮想面ＰＬ２と第３仮想面ＰＬ３とのなす角ａｇ２とが等しい。
・なす角ａｇ１、ａｇ２がそれぞれ、０°（ｄｅｇ）を超えて、９０°（ｄｅｇ）以下である。
・第１仮想面ＰＬ１と第３仮想面ＰＬ３は平行であり、第２仮想面ＰＬ２と第１仮想面ＰＬ１とのなす角ａｇ１と、第２仮想面ＰＬ２と第３仮想面ＰＬ３とのなす角ａｇ２とが等しい。
・なす角ａｇ１、ａｇ２がそれぞれ、０°（ｄｅｇ）を超えて、９０°（ｄｅｇ）以下である。
【0026】
上記配置により、後述するように、測定対象のＹ軸、及び、Ｚ軸方向の変位を算出でき、かつ、測定軸周りの回転（変位）も算出できる。
上記なす角は、０ｄｅｇを超えれば、上記効果が得られるものの、より変位検出の感度が向上しやすい観点では、４５ｄｅｇ以上が好ましく、６０ｄｅｇ以上がより好ましく、８０ｄｅｇ以上が更に好ましく、一形態として、９０ｄｅｇが特に好ましい。なす角が９０ｄｅｇに近づくほど、直交する２成分（Ｘ軸、Ｙ軸）方向の変位に関する情報が取得しやすく、感度がより向上しやすい。
上記なす角は、０ｄｅｇを超えれば、上記効果が得られるものの、より変位検出の感度が向上しやすい観点では、４５ｄｅｇ以上が好ましく、６０ｄｅｇ以上がより好ましく、８０ｄｅｇ以上が更に好ましく、一形態として、９０ｄｅｇが特に好ましい。なす角が９０ｄｅｇに近づくほど、直交する２成分（Ｘ軸、Ｙ軸）方向の変位に関する情報が取得しやすく、感度がより向上しやすい。
【0027】
第２仮想面ＰＬ２と、第１仮想面ＰＬ１（及び第３仮想面ＰＬ３）が直交に近づくほど、ＸＹ平面上における変位をより高感度に検出できる。なお、図３では、第２偏光プリズム１－５は、Ｙ軸（中心線ＯＹ）方向の左右（＋、－方向）に２つの直線偏光ビームを分離して出射し、第１偏光プリズム１－４、及び、第３偏光プリズム１－６は、Ｚ軸方向の上下（＋、－方向）に２つの直線偏光ビームを分離して出射可能に構成されている。
この直線偏光ビームは、後述する反射プリズムで反射された後、最終的には、多軸レーザ干渉計に戻される。
この直線偏光ビームは、後述する反射プリズムで反射された後、最終的には、多軸レーザ干渉計に戻される。
【0028】
図３に戻り、第１リトロリフレクタ１－１は、第２偏光プリズム１－５から中心線ＯＺの上方向に所定距離を持って（離間して）、中心線ＯＺ（交点位置を通り第１軸と直交する第２軸）上に配置される。
一方、第２リトロリフレクタ１－２、第３リトロリフレクタ１－３は、中心線ＯＹ（第１軸）から第２軸（中心線ＯＺ）の下方向に所定距離離間して、中心線ＯＹ２上に配置される。
第１偏光プリズム１－４と第３偏光プリズム１－６との距離（中心間の距離）はＬ３とされる。
一方、第２リトロリフレクタ１－２、第３リトロリフレクタ１－３は、中心線ＯＹ（第１軸）から第２軸（中心線ＯＺ）の下方向に所定距離離間して、中心線ＯＹ２上に配置される。
第１偏光プリズム１－４と第３偏光プリズム１－６との距離（中心間の距離）はＬ３とされる。
【0029】
また、第２リトロリフレクタ１－２、第３リトロリフレクタ１－３は、中心線ＯＺの左右に、中心Ｏ点からの距離が等しくなるように中心線ＯＺに対して対称に配置される。したがって、第１リトロリフレクタ１－１、第２リトロリフレクタ１－２、第３リトロリフレクタ１－３の各中心位置は、少なくとも二等辺三角形となるように配置される。すなわち、第１リトロリフレクタ１－１と第２リトロリフレクタ１－２との距離、及び、第１リトロリフレクタ１－１と第３リトロリフレクタ１－３との距離が等しくなるように配置される。
【0030】
第２リトロリフレクタ１－２、第３リトロリフレクタ１－３と第１リトロリフレクタ１－１とのＺ軸方向の距離はＬ１とされる。すなわち、第２リトロリフレクタ１－２、及び、第３リトロリフレクタ１－３の中心を結ぶ中心線ＯＹ２と、第１リトロリフレクタ１－１との距離はＬ１とされる。
また、第２リトロリフレクタ１－２と第３リトロリフレクタ１－３とのＹ軸方向（中心軸ＯＹ２上）の距離はＬ２とされる。
また、第２リトロリフレクタ１－２と第３リトロリフレクタ１－３とのＹ軸方向（中心軸ＯＹ２上）の距離はＬ２とされる。
【0031】
図４は、反射体２の詳細を示す正面図である。反射体２には、第１反射プリズム２－４、第２反射プリズム２－５、第３反射プリズム２－６が設けられ、これらは、第２偏光プリズム１－５、第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６のそれぞれに対応した位置に配置される。
第１反射プリズム２－４、第２反射プリズム２－５、第３反射プリズム２－６は、側面から見て三角形状のプリズムであり、第２偏光プリズム１－５、第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６を透過し、所定の分離角をもって分離させたレーザ光４を反射して多軸レーザ干渉計３へ戻す役目を担う。
第１反射プリズム２－４、第２反射プリズム２－５、第３反射プリズム２－６は、側面から見て三角形状のプリズムであり、第２偏光プリズム１－５、第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６を透過し、所定の分離角をもって分離させたレーザ光４を反射して多軸レーザ干渉計３へ戻す役目を担う。
【0032】
第２反射プリズム２－５は、第２偏光プリズム１－５に対応し、中心線ＯＹ上に配置される。すなわち、第２偏光プリズム１－５により、Ｙ軸（中心線ＯＹ）方向の左右に分離された一組の直線偏光ビームのそれぞれを反射可能に構成される。
一方、第１反射プリズム２－４、第３反射プリズム２－６は、それぞれ第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６に対応し、第１反射プリズム２－４は中心線ＯＺと平行な中心線ＯＺ１、第３反射プリズム２－６は中心線ＯＺと平行な中心線ＯＺ２上に配置される。すなわち、第１偏光プリズム１－４、及び、第３偏光プリズム１－６により、Ｚ軸方向に分離された一組の直線偏光ビームのそれぞれを反射可能に構成される。
一方、第１反射プリズム２－４、第３反射プリズム２－６は、それぞれ第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６に対応し、第１反射プリズム２－４は中心線ＯＺと平行な中心線ＯＺ１、第３反射プリズム２－６は中心線ＯＺと平行な中心線ＯＺ２上に配置される。すなわち、第１偏光プリズム１－４、及び、第３偏光プリズム１－６により、Ｚ軸方向に分離された一組の直線偏光ビームのそれぞれを反射可能に構成される。
【0033】
図５は、第２偏光プリズム１－５、第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６と第１反射プリズム２－４、第２反射プリズム２－５、第３反射プリズム２－６との配置関係を示す側面図である。多軸レーザ干渉計３と反射体２は固定されており、ターゲット１がＸ軸（測定軸５）に沿って移動する。第１リトロリフレクタ１－１、第２リトロリフレクタ１－２、第３リトロリフレクタ１－３に入射したレーザ光４は、反対の方向へと反射して多軸レーザ干渉計３へ参照測定光として戻る。
【0034】
第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６に入射したレーザ光４は、上下（Ｚ軸の＋、－方向）に分離され一組の直線偏光ビームとされる。分離された直線偏光ビームは、第１反射プリズム２－４、第３反射プリズム２－６により反射される。その後、反射光は、それぞれ第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６にそれぞれ戻され平行光となり、最終的には、多軸レーザ干渉計３へ参照測定光として戻される。
一方、第２偏光プリズム１－５に入射したレーザ光４は、左右（Ｙ軸の＋、－方向）に分離され一組の直線偏光ビームとされる。分離された直線偏光ビームは、第２反射プリズム２－５により反射される。その後、反射光は第２偏光プリズム１－５に戻され、平行光となり、最終的には、多軸レーザ干渉計３へ参照測定光として戻される。
一方、第２偏光プリズム１－５に入射したレーザ光４は、左右（Ｙ軸の＋、－方向）に分離され一組の直線偏光ビームとされる。分離された直線偏光ビームは、第２反射プリズム２－５により反射される。その後、反射光は第２偏光プリズム１－５に戻され、平行光となり、最終的には、多軸レーザ干渉計３へ参照測定光として戻される。
【0035】
図６は、第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６によるＺ軸方向の変位検出を示す側面図である。第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６にＺ軸方向の変位が生じた場合、上下に広がったレーザ光４は、光路長に変化が生じる。図６の第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６が矢印方向に変位した場合は、上の光路長Ｌ１はＬ２よりも僅かに長くなる。多軸レーザ干渉計３は、上下のレーザ光４の光路長の差を捉えて長さに換算し、第１偏光プリズム１－４、第３偏光プリズム１－６のＺ軸方向の変位を検出する。
【0036】
６自由度の変位は、Ｘ、Ｙ、Ｚの測定とローリング、ピッチング、ヨーイングの測定とを同一測定軸である中心Ｏ点を通るＸ軸に換算するため、以下のように算出する。以下の説明は、第１リトロリフレクタ１－１からの反射光により多軸レーザ干渉計３で得られた変位をＤ１、同様に、第２リトロリフレクタ１－２からの反射光により得られた変位をＤ２、第３リトロリフレクタ１－３からの反射光により得られた変位をＤ３とする。
【0037】
また、第１偏光プリズム１－４を通って、第１反射プリズム２－４からの反射により、多軸レーザ干渉計３で得られた変位をＶ１、同様に、第２偏光プリズム１－５を通って、第２反射プリズム２－５からの反射により得られた変位をＶ２、第３偏光プリズム１－６を通って、第３反射プリズム２－６からの反射により得られた変位をＶ３とする。
【0038】
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸共に測定軸５と一致した中心Ｏ点に換算して、Ｘ（測定軸）方向の変位は、｛Ｄ１＋（Ｄ２＋Ｄ３）／２｝／２と表され、Ｙ（第１軸）方向の変位は、Ｖ２と表され、Ｚ（第２軸）方向変位は、（Ｖ１＋Ｖ３）／２と表される。
【0039】
図７は、ローリング方向変位を説明する正面図、図８は、ヨーイング方向変位説明する上面図である。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向変位と同様に、ローリング、ピッチング、ヨーイングの３方向の変位も中心Ｏ点に換算して、ローリング方向の変位は、ａｒｃｔａｎ｛（Ｖ１－Ｖ３）／Ｌ３}、ピッチング方向の変位は、ａｒｃｔａｎ｛（Ｄ１－（Ｄ２＋Ｄ３）／２）／Ｌ１｝、ヨーイング方向変位はａｒｃｔａｎ｛（Ｄ２－Ｄ３）／Ｌ２｝と表される。
【0040】
なお、ローリング、ピッチング、ヨーイングの移動誤差（変位量）は、工作機械に適用する場合等は、一般には微小のため、ローリング方向の変位を（Ｖ１－Ｖ３）／Ｌ３、ピッチング方向の変位を（Ｄ１－（Ｄ２＋Ｄ３）／２）／Ｌ１、ヨーイング方向の変位を（Ｄ２－Ｄ３）／Ｌ２と計算する方がより実用的である場合が多い。
【0041】
なお、Ｌ１は第２リトロリフレクタ１－２及び第３リトロリフレクタ１－３と第１リトロリフレクタ１－１とのＺ軸方向の距離、言い換えれば、第１リトロリフレクタ１－２と第３リトロリフレクタ１－３を結ぶ中心線ＯＹと、第１リトロリフレクタ１－１（中心線ＯＹ２と平行、かつ、第１リトロリフレクタ１－１の中心を通る中心線ＯＹ３）との距離を表す。
【0042】
また、Ｌ２は第２リトロリフレクタ１－２と第３リトロリフレクタ１－３とのＹ軸（第１軸、左右）方向の距離を表す。
また、Ｌ３は第１偏光プリズム１－４と第３偏光プリズム１－６とのＹ軸（第１軸、左右）方向の距離を表す。
また、Ｌ３は第１偏光プリズム１－４と第３偏光プリズム１－６とのＹ軸（第１軸、左右）方向の距離を表す。
【0043】
図９は、第１リトロリフレクタ１－１、第２リトロリフレクタ１－２、第３リトロリフレクタ１－３の配置例を示す正面図である。ピッチング方向変位とヨーイング方向変位とは、角度測定と長さであるＸ方向変位を同時に測定する。したがって、光軸位置による誤差を避けるため中心線ＯＹ（第１軸）からの第１リトロリフレクタ１－１の中心位置までの距離Ｌ１Ｕ、中心線ＯＹ（第１軸）からの第２リトロリフレクタ１－２と第３リトロリフレクタ１－３の中心位置までの距離Ｌ１Ｄ、中心線ＯＺ（第２軸）からの第２リトロリフレクタ１－２の中心位置までの距離Ｌ２Ｌ、中心線ＯＺ（第２軸）からの第３リトロリフレクタ１－３の中心位置までの距離Ｌ２Ｒは、全て等しく配置している。
【0044】
これにより、Ｘ、Ｙ、Ｚの測定とローリング、ピッチング、ヨーイングの測定とを同一測定軸である中心Ｏ点を通るＸ軸に均等に換算できるので、アッベ誤差をより小さくすることができる。
【0045】
また、第１リトロリフレクタ１－１、第２リトロリフレクタ１－２、第３リトロリフレクタ１－３は、中心Ｏ点に極力近接して設置されることが望ましい。これにより、多軸レーザ干渉計３の光軸調整等のアライメント作業は、容易となり、同時に長さを測定する場合であっても光軸位置による誤差要因を少なくできる。
【0046】
多軸レーザ干渉計３は、環境は大きな影響を及ぼし、環境誤差を最小限に抑えることが重要となる。環境要因としては、測定対象のメカニカルな振動及び空気の乱れが挙げられる。ターゲット１を測定対象である主軸５０等に固定する場合、固定位置からの距離が長いと、振動が増幅されるため、極力短く固定する必要がある。
【0047】
３つの第１リトロリフレクタ１－１、第２リトロリフレクタ１－２、第３リトロリフレクタ１－３と３つの第１偏光プリズム１－４、第２偏光プリズム１－５、第３偏光プリズム１－６は、近接して設置されれば、多軸レーザ干渉計３の光軸調整を一度の取り付けで済むので、従来のように各光軸で個別に行うものに比べて誤差要因を少なくできる。
【0048】
図１０は、ターゲット１及び反射体２の第２実施形態を示す正面図である。本例は、図３で示したターゲット１及び図４で示した反射体２において、３つの第１リトロリフレクタ１－１、第２リトロリフレクタ１－２、第３リトロリフレクタ１－３と３つの第１偏光プリズム１－４、第２偏光プリズム１－５、第３偏光プリズム１－６及び第１反射プリズム２－４、第２反射プリズム２－５、第３反射プリズム２－６とを９０°回転して配置したことが異なり、他は同様である。
【0049】
この場合、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸共に測定軸５と一致した中心Ｏ点に換算して
Ｘ方向変位＝｛Ｄ１＋（Ｄ２＋Ｄ３）／２｝／２
Ｙ方向変位＝－（Ｖ１＋Ｖ３）／２
Ｚ方向変位＝Ｖ２
ローリング方向変位＝（Ｖ１－Ｖ３）／Ｌ３
ピッチング方向変位＝（Ｄ３－Ｄ２）／Ｌ２
ヨーイング方向変位＝（Ｄ１－（Ｄ２＋Ｄ３）／２）／Ｌ１
となる。
Ｘ方向変位＝｛Ｄ１＋（Ｄ２＋Ｄ３）／２｝／２
Ｙ方向変位＝－（Ｖ１＋Ｖ３）／２
Ｚ方向変位＝Ｖ２
ローリング方向変位＝（Ｖ１－Ｖ３）／Ｌ３
ピッチング方向変位＝（Ｄ３－Ｄ２）／Ｌ２
ヨーイング方向変位＝（Ｄ１－（Ｄ２＋Ｄ３）／２）／Ｌ１
となる。
【0050】
図１１は、ターゲット１及び反射体２の第３実施形態を示す正面図である。本例は、図３で示したターゲット１及び図４で示した反射体２において、３つの第１リトロリフレクタ１－１、第２リトロリフレクタ１－２、第３リトロリフレクタ１－３と３つの第１偏光プリズム１－４、第２偏光プリズム１－５、第３偏光プリズム１－６及び第１反射プリズム２－４、第２反射プリズム２－５、第３反射プリズム２－６とを角度θ°回転して配置したことが異なり、他は同様である。
【0051】
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸共に測定軸５と一致した中心Ｏ点に換算して
Ｘ方向変位＝｛Ｄ１＋（Ｄ２＋Ｄ３）／２｝／２
Ｙ方向変位＝Ｖ２ｃｏｓθ－｛（Ｖ１＋Ｖ３）／２｝ｓｉｎθ
Ｚ方向変位＝Ｖ２ｓｉｎθ＋｛（Ｖ１＋Ｖ３）／２｝ｃｏｓθ
となる。
Ｘ方向変位＝｛Ｄ１＋（Ｄ２＋Ｄ３）／２｝／２
Ｙ方向変位＝Ｖ２ｃｏｓθ－｛（Ｖ１＋Ｖ３）／２｝ｓｉｎθ
Ｚ方向変位＝Ｖ２ｓｉｎθ＋｛（Ｖ１＋Ｖ３）／２｝ｃｏｓθ
となる。
【0052】
ローリング方向変位＝（Ｖ１－Ｖ３）／Ｌ３
ピッチング方向変位＝
｛（Ｄ１－（Ｄ２＋Ｄ３）／２）／Ｌ１｝ｃｏｓθ
－｛（Ｄ２－Ｄ３）／Ｌ２｝ｓｉｎθ
ヨーイング方向変位＝
｛（Ｄ１－（Ｄ２＋Ｄ３）／２）／Ｌ１｝ｓｉｎθ
＋｛（Ｄ２－Ｄ３）／Ｌ２｝ｃｏｓθ
となる。
ピッチング方向変位＝
｛（Ｄ１－（Ｄ２＋Ｄ３）／２）／Ｌ１｝ｃｏｓθ
－｛（Ｄ２－Ｄ３）／Ｌ２｝ｓｉｎθ
ヨーイング方向変位＝
｛（Ｄ１－（Ｄ２＋Ｄ３）／２）／Ｌ１｝ｓｉｎθ
＋｛（Ｄ２－Ｄ３）／Ｌ２｝ｃｏｓθ
となる。
【0053】
第３実施形態は、第１実施形態、第２実施形態に比べて各変位の算出が複雑になる。第３実施形態で示した各変位の算出は、主軸５０の各軸とターゲット１と反射体２との各軸がθ°ずれていたときの修正と同様となる。また、主軸５０の各軸とターゲット１と反射体２との各軸のずれθ°が小さく微小角と見なすことができれば実質的に差はない。
【0054】
図１２は、ターゲット１の第４実施形態を示す正面図である。図３で説明した第１実施形態に対して第３リトロリフレクタ１－３を省略し、第１リトロリフレクタ１－１は、中心線ＯＺからＹ軸方向へ移動したことが異なり、他は同様である。つまり、第１リトロリフレクタ１－１は、第２偏光プリズム１－５からＺ軸方向で上に所定距離を持ち、かつ第２偏光プリズム１－５を通る中心線ＯＺからＹ軸方向へ所定距離を持って配置されている。また、第２リトロリフレクタ１－２は、第２偏光プリズム１－５からＺ軸方向で下に所定距離を持ち、かつ第１リトロリフレクタ１－１とはＹ軸方向で反対方向へ所定距離を持って配置されている。
【0055】
各変位は、
Ｘ方向変位＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２
Ｙ方向変位＝Ｖ２
Ｚ方向変位＝（Ｖ１＋Ｖ３）／２
ローリング方向変位＝（Ｖ１－Ｖ３）／Ｌ３
ピッチング方向変位＝（Ｄ１－Ｄ２）／Ｌ１
ヨーイング方向変位＝（Ｄ２－Ｄ１）／Ｌ２
となる。
Ｘ方向変位＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２
Ｙ方向変位＝Ｖ２
Ｚ方向変位＝（Ｖ１＋Ｖ３）／２
ローリング方向変位＝（Ｖ１－Ｖ３）／Ｌ３
ピッチング方向変位＝（Ｄ１－Ｄ２）／Ｌ１
ヨーイング方向変位＝（Ｄ２－Ｄ１）／Ｌ２
となる。
【0056】
ただし、Ｌ３は第１偏光プリズム１－４と第３偏光プリズム１－６とのＹ軸方向の距離、Ｌ１は第１リトロリフレクタ１－１と第２リトロリフレクタ１－２とのＺ軸方向の距離、Ｌ２は第１リトロリフレクタ１－１と第２リトロリフレクタ１－２とのＹ軸方向の距離である。第４実施形態は、ピッチング、ヨーイングの変位が中心Ｏ点に換算されないが、第１リトロリフレクタ１－１と第２リトロリフレクタ１－２とを近接して設置すれば誤差を小さくできる。
【0057】
以上、本発明によれば、多自由度の変位として角度と長さが同時に測定できる。角度単体の測定では被測定物の移動における機械誤差は、測定位置誤差となるのに対し、角度と長さを同時に取得できるので、測定点をサブミクロンの単位で管理できる。また、複数方向、特に６自由度の変位を同時に行うことは、校正する上で複数の機材を使用することがないので、段取り等も含めて測定時間を低減することができる。
【0058】
また、取り付け空間の省スペース化、取り付け調整が容易、大気擾乱の彫響を受けにくい安定した測定が可能となり汎用性も高めることができる。さらに、位置決め精度だけではなく、工作機械に要求されるステージや主軸５０の挙動解析、動的な挙動解析にも対応することが可能となる。
【符号の説明】
【0059】
１…ターゲット
１－１…第１リトロリフレクタ
１－２…第２リトロリフレクタ
１－３…第３リトロリフレクタ
１－４…第１偏光プリズム
１－５…第２偏光プリズム
１－６…第３偏光プリズム
２…反射体
２－４…第１反射プリズム
２－５…第２反射プリズム
２－６…第３反射プリズム
３…多軸レーザ干渉計
４…レーザ光
５…測定軸
５０…主軸
１－１…第１リトロリフレクタ
１－２…第２リトロリフレクタ
１－３…第３リトロリフレクタ
１－４…第１偏光プリズム
１－５…第２偏光プリズム
１－６…第３偏光プリズム
２…反射体
２－４…第１反射プリズム
２－５…第２反射プリズム
２－６…第３反射プリズム
３…多軸レーザ干渉計
４…レーザ光
５…測定軸
５０…主軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】