光で長さ測定

光を反射させて動きを見る方法

測定のイメージ

戻ってきた光を使う

動いた量

電球からの光は周囲にまんべんなく進んでいきます。
その中で測定に使えるのは、鏡が動いていく方向に進んでいく光だけです。
また電球の光は遠くに行けば行くほど、どんどん弱くなっていきます。
これは、電球の光が距離に応じて拡がる性質を持っているからです。

レーザを使う理由

測定には、拡がらず出来る限り一方向に進んでいく(指向性が高い)光を使うのが理想です。
一般的にはレーザ(LASER)が適しています。

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どうやって測る?

ものさしを添えて動きを測るように、光を使った測定でも「ものさし」に相当する何かが必要です。
この測定方法では「光の波長」をものさしとして利用しています。
鏡が動くと、静止した時と比べて光が往復する長さ(光路長)が変化します。
光は連続した波ですので、光路長が変化すると往復して返ってきた波の形(位相)が変わります。

位相が変わる

この光の位相の変化を捉えるため、干渉計という部品を使用します。

干渉計反射鏡

このような方法を使った長さ測定器をレーザ干渉測長器と呼びます。
レーザ干渉測長器を使うと、反射鏡の「移動量」を正確に測定することが出来ます。

レーザを使う目的は?

メリット

非接触測定
非接触で測定できることが大きなメリットです。
接触式の測定では、測定器からの力による変形や姿勢などの要因が誤差として測定結果に含まれてしまいます。非接触測定ではそのような要因が無く、正確に測定が行えます。

長距離測定
非常に長い距離(数m)を測定できるのもレーザ測長器の特長です。
レーザは指向性に優れていますので、遠距離でも測定が可能なのです。

高精度、高分解能
光の波長(数百nm)を基準にしているので分解能が非常に高く、波長は精密に測定をされておりますので高精度な測定が可能です。
精度は1 mで0.6 µm 分解能は5 nmに達します。
これは光を用いた測定の中でもトップクラスの精度、分解能です。

まとめ

レーザを使用すると長距離・非接触で高精度に測定できます

どういうところで使われているの?

主なユーザは工作機械メーカ様です。
工作機械は精度検査が義務づけられており、その測定方法も国際規格(ISO230-2)によって定められています。
工作機械はサイズが機種毎に様々であり、移動方向も様々です。
そのため、汎用的に使用できるレーザ干渉測長器が広く使用されています。

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