JP2005257562A - Method and device for calibrating displacement - Google Patents

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JP2005257562A JP2004071523A JP2004071523A JP2005257562A JP 2005257562 A JP2005257562 A JP 2005257562A JP 2004071523 A JP2004071523 A JP 2004071523A JP 2004071523 A JP2004071523 A JP 2004071523A JP 2005257562 A JP2005257562 A JP 2005257562A
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Hirakazu Ozeki
衡和 大関
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Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve calibration accuracy of a displacement calibration technology using two-phase sine waves as position detection signals by reducing errors of an interpolation position in a wavelength of the two-phase sine wave. <P>SOLUTION: By using a position detection means which obtains two-phase sine wave-like signals having different phases: ϕA<SB>n</SB>=A<SB>n</SB>cos(θ<SB>n</SB>+Δθ<SB>An</SB>)+V<SB>An</SB>, ϕB<SB>n</SB>=B<SB>n</SB>sin(θ<SB>n</SB>+Δθ<SB>Bn</SB>)+V<SB>Bn</SB>(wherein n=1, 2, 3, etc.) to detect the position of a measuring surface, actions such that the measuring surface is stopped at an arbitrary calibration position P<SB>x</SB>and an output signal of an object to be calibrated Y<SB>x</SB>is calibrated are repeated, while the calibration position P<SB>x</SB>is moved. When the calibration position P<SB>x</SB>is moved, the number α of the wavelength λ of the position detection signal is counted, and when it stops, values of ϕA<SB>n</SB>and ϕB<SB>n</SB>within the range of more than 1 wavelength of the two-phase sine wave-like signal including each calibration position P<SB>x</SB>are obtained. Errors of amplitude/offset/phase of the obtained ϕA<SB>n</SB>and ϕB<SB>n</SB>are estimated and corrected. From the corrected position detection signals, a position Δp<SB>x</SB>' within the wavelength interval is obtained. Each calibration position Px' is calculated from an equation P<SB>x</SB>'=αλ+Δp<SB>x</SB>', and then the output signal of the object to be calibrated Y<SB>x</SB>is calibrated with reference to P<SB>x</SB>'. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、変位校正方法及び装置に係り、特に位置検出にレーザ干渉計を用いて位置変位を校正する際に適用して好適な、変位校正方法及び装置に関する。   The present invention relates to a displacement calibration method and apparatus, and more particularly to a displacement calibration method and apparatus suitable for use in calibrating position displacement using a laser interferometer for position detection.

図1に位置検出信号に二相正弦波を用いた変位校正装置の一例を示す。この校正装置は、レーザ干渉計等からなる位置検出手段10と、内部にレーザが通過可能なスライダ12と、該スライダ12を左右方向に移動させる駆動ローラ(移動手段)14とを備えている。これは、スライダ端面の測定面12Aに校正対象である変位計16を配置し、スライダ12を移動させたときの測定面の位置と、変位計16の出力データを同時に取得することにより、データ処理部18で該変位計16の校正を行なう装置である。   FIG. 1 shows an example of a displacement calibration apparatus using a two-phase sine wave as a position detection signal. The calibration apparatus includes a position detection unit 10 including a laser interferometer, a slider 12 through which a laser can pass, and a driving roller (moving unit) 14 that moves the slider 12 in the left-right direction. This is because the displacement meter 16 to be calibrated is arranged on the measurement surface 12A of the slider end surface, and the position of the measurement surface when the slider 12 is moved and the output data of the displacement meter 16 are simultaneously acquired, thereby performing data processing. This is a device for calibrating the displacement meter 16 by the unit 18.

ここで、測定面12Aの位置は、位置検出手段10により、その位置基準面10Aに対する測定面12Aの変位として検出され、位置検出信号としては、(1)、(2)式に示すような波長λの二相正弦波φAn、φBnが出力される。これらの二相正弦波φAn、φBnから、位置Pnは(3)式のように波長λと波長未満(波長間隔内)の変位Δpnとで表わされる。 Here, the position of the measurement surface 12A is detected by the position detection means 10 as a displacement of the measurement surface 12A with respect to the position reference surface 10A, and the position detection signal has a wavelength as shown in equations (1) and (2). Two-phase sine waves φA n and φB n of λ are output. From these two-phase sine waves φA n and φB n , the position P n is expressed by the wavelength λ and the displacement Δp n less than the wavelength (within the wavelength interval) as shown in the equation (3).

但し、ここでの波長λは、位置検出手段10が有する干渉計からの正弦波信号の1周期に相当する長さであり、レーザ干渉計のレーザ波長λ0との関係は、干渉計の光学設計によって異なり、例えば、シングルパスのマイケルソン干渉計では、λ=λ0/2、ダブルパスのマイケルソン干渉計では、λ=λ0/4となる。 However, the wavelength λ here is a length corresponding to one cycle of the sine wave signal from the interferometer included in the position detecting means 10, and the relationship with the laser wavelength λ 0 of the laser interferometer is the optical property of the interferometer. It depends on the design, for example, in the Michelson interferometer single pass, λ = λ 0/2, in the Michelson interferometer of double pass, and λ = λ 0/4.

φAn=Ancos(θn+ΔθAn)+VAn …(1)
φBn=Bnsin(θn+ΔθBn)+VBn …(2)
n=1,2,3…(サンプリング番号)
n=αλ+Δpn(Δpn<λ) …(3)
α=0,1,2,3,…
φA n = A n cos (θ n + Δθ An ) + V An (1)
φB n = B n sin (θ n + Δθ Bn ) + V Bn (2)
n = 1, 2, 3 (sampling number)
P n = αλ + Δp n (Δp n <λ) (3)
α = 0, 1, 2, 3, ...

従って、例えば1°刻みでサンプリングして取得された二相正弦波φAn、φBnの信号値を用いて(4)式により角度θnを算出し、更に(5)式によりΔpnを内挿することにより、変位校正装置における測定面12Aの位置Pnは、波長以下の範囲について検出することができる。 Therefore, for example, using the signal values of the two-phase sine waves φA n and φB n obtained by sampling in increments of 1 °, the angle θ n is calculated by the equation (4), and Δp n is further calculated by the equation (5). By inserting, the position P n of the measurement surface 12A in the displacement calibration device can be detected in the range of the wavelength or less.

θn=tan-1(φBn/φAn) …(4)
θn=sin-1(φBn/√(φAn 2+φBn 2) …(4a)
θn=cos-1(φAn/√(φAn 2+φBn 2) …(4b)
Δpn=θn/2π・λ …(5)
θ n = tan −1 (φB n / φA n ) (4)
θ n = sin −1 (φB n / √ (φA n 2 + φB n 2 ) (4a)
θ n = cos −1 (φA n / √ (φA n 2 + φB n 2 ) (4b)
Δp n = θ n / 2π · λ (5)

しかし、二相正弦波φAn、φBnに、振幅、オフセット及び位相の少なくとも1つに誤差が含まれる場合、半径が√(φAn 2+φBn 2)で与えられるリサージュ波形が真円からずれることになるため、実際の位置と、内挿して検出した位置との間で誤差(内挿誤差)が生じ、校正の不確かさが増大する。以下、これを具体例を挙げて説明する。 However, when the two-phase sine waves φA n and φB n include an error in at least one of the amplitude, the offset, and the phase, the Lissajous waveform whose radius is given by √ (φA n 2 + φB n 2 ) deviates from a perfect circle. As a result, an error (interpolation error) occurs between the actual position and the position detected by interpolation, increasing the uncertainty of calibration. This will be described below with a specific example.

図2に、校正装置の位置に対する二相正弦波φAn、φBnの波形を示す。この図には、横軸の位置は波長λで、縦軸の二相正弦波は振幅値で、それぞれ正規化して示してある。図3に、二相正弦波φAn、φBnに振幅誤差が5%あるときの内挿誤差を示す。横軸の位置は波長λで正規化して示している。縦軸の内挿誤差は、実際の位置と、(3)式〜(5)式により計算した位置との差であり、波長λに対する内挿誤差の割合を示している。 FIG. 2 shows waveforms of the two-phase sine waves φA n and φB n with respect to the position of the calibration device. In this figure, the position on the horizontal axis is the wavelength λ, and the two-phase sine wave on the vertical axis is normalized by the amplitude value. FIG. 3 shows an interpolation error when the two-phase sine waves φA n and φB n have an amplitude error of 5%. The position on the horizontal axis is shown normalized by the wavelength λ. The interpolation error on the vertical axis is the difference between the actual position and the position calculated by the equations (3) to (5), and indicates the ratio of the interpolation error to the wavelength λ.

このように二相正弦波φAn、φBnに振幅誤差がある場合には、λ/2周期の内挿誤差が発生する。同様に、オフセット誤差がある場合にはλ周期、位相誤差がある場合にはλ/2周期の内挿誤差が発生する。 Thus, when there is an amplitude error in the two-phase sine waves φA n and φB n , an interpolation error of λ / 2 period occurs. Similarly, an interpolation error of λ period occurs when there is an offset error, and a λ / 2 period occurs when there is a phase error.

このような二相正弦波φAn、φBnに、振幅・オフセット・位相の誤差が含まれる場合に発生する内挿誤差については、校正範囲で校正装置を等速移動させ、取得される二相正弦波φAn、φBnの信号データと、校正対象の出力データとを同時に取得し、二相正弦波φAn、φBnの振幅・オフセット・位相の誤差を補正することにより、内挿誤差を低減する技術が、特許文献1で提案されている。 With respect to the interpolation error that occurs when such two-phase sine waves φA n and φB n include amplitude, offset, and phase errors, the two-phase sine waves obtained by moving the calibration device at a constant speed within the calibration range. Interpolation error is obtained by simultaneously acquiring signal data of sine waves φA n and φB n and output data to be calibrated, and correcting errors in amplitude, offset, and phase of two-phase sine waves φA n and φB n. A technique for reducing is proposed in Patent Document 1.

ここで、任意の校正位置(目標位置)Pxで装置の測定面12Aを停止させて、校正対象の出力Yxを校正した後、別の校正位置Px+1に移動して装置を停止させて、校正対象の出力Yx+1を校正する動作を繰り返し行なうような校正方法について考える。 Here, by stopping the measurement surface 12A of the device at any calibration position (target position) P x, after calibrating the output Y x to be calibrated, stop the device moves to a different calibration positions P x + 1 Let us consider a calibration method in which the operation of calibrating the output Y x + 1 to be calibrated is repeatedly performed.

図4には、校正範囲を10分割した各校正位置で静止し、校正、移動を繰り返し行なったときの変位計の校正例を示す。この場合の校正手順としては、図5に示すように、ある校正位置Pxで位置決めを行ない、校正装置の測定面12Aの位置Pxと校正対象である変位計16の出力データYxを同時に取得した後、次の校正位置Px+1に移動する、といった動作を各校正位置Px(x=1,2,…,m+1:mは校正範囲の分割数)で行ない、校正位置Pxを基準として校正対象の出力データYxを校正する。 FIG. 4 shows an example of calibration of the displacement meter when the calibration range is stopped at each calibration position divided by 10 and the calibration and movement are repeated. The calibration procedure in this case, as shown in FIG. 5, there performs positioning the calibration position P x, the position P x to be calibrated displacement gauge 16 outputs data Y x of the measurement surface 12A of the calibration device at the same time After the acquisition, the operation of moving to the next calibration position P x + 1 is performed at each calibration position P x (x = 1, 2,..., M + 1: m is the number of divisions of the calibration range), and the calibration position P x The output data Y x to be calibrated is calibrated with reference to.

このような静止、校正を繰り返す校正方法において、波長λの間に校正位置Pxが3点以上あれば、特許文献1に提案されている前記補正手法により、二相正弦波φAn、φBnの値から振幅・オフセット・位相の誤差を推定、補正し、内挿誤差を低減することが可能である。 In such a calibration method that repeats stationary and calibration, if there are three or more calibration positions P x during the wavelength λ, the two-phase sine waves φA n and φB n are obtained by the correction method proposed in Patent Document 1. It is possible to estimate and correct the error of amplitude, offset, and phase from the value of, and to reduce the interpolation error.

特開2003−254784号公報JP 2003-254784 A

しかしながら、波長λの間の校正位置が3点に満たない場合には、二相正弦波の振幅・オフセット・位相の誤差の推定値が収束しないため、内挿誤差を低減することは困難である。   However, when the calibration position between the wavelengths λ is less than three points, it is difficult to reduce the interpolation error because the estimated values of the amplitude, offset, and phase errors of the two-phase sine wave do not converge. .

そこで、波長λの間の校正位置Pxが3点に満たない場合の校正方法として、各校正位置に加えて、各校正位置間の移動の際にも二相正弦波φAn、φBnのデータを取得することが考えられる。ところが、この場合には前記補正手法が適用可能となるが、この校正方法では以下のような問題点がある。 Therefore, as a calibration method in the case where the calibration position P x between the wavelengths λ is less than three points, the two-phase sine waves φA n and φB n are also used in the movement between the calibration positions in addition to the calibration positions. It is conceivable to acquire data. However, in this case, the correction method can be applied, but this calibration method has the following problems.

・各校正位置Pxにおける内挿誤差の補正をするために、校正範囲全域で二相正弦波φAn、φBnの信号データを取得するため、データを保存するメモリの容量が必要になる。 In order to correct the interpolation error at each calibration position P x , signal data of the two-phase sine waves φA n and φB n are acquired over the entire calibration range, so that a memory capacity for storing the data is required.

・二相正弦波の振幅・オフセット・位相の誤差を推定するために、前記の如く波長1周期当たり最低3点のデータが必要となる。但し、誤差の推定値を十分収束させるには波長1周期当たり約60点のデータが必要となるとされており(大関衡和他4名、精密工学会誌Vol.69,No.9(2003)p1296〜1300)、又、波長1周期当たりに取得するデータ数から、移動速度の上限Vcは(6)式で表わされる制約を受けることになる。   In order to estimate the amplitude, offset, and phase errors of the two-phase sine wave, at least three points of data per one wavelength period are required as described above. However, it is said that about 60 points of data per period of wavelength are required to sufficiently converge the error estimation value (Etsukazu Ozeki and others, Journal of Precision Engineering, Vol. 69, No. 9 (2003) p1296). In addition, the upper limit Vc of the moving speed is subject to the restriction expressed by the equation (6) from the number of data acquired per one wavelength period.

Vc=(λ/N)×(1/Ts) …(6)
N:波長1周期当たりのデータ数
Ts:サンプリング周期
Vc = (λ / N) × (1 / Ts) (6)
N: number of data per wavelength period Ts: sampling period

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、位置検出信号に二相正弦波を用いる変位校正技術に関して、校正位置を移動させ、校正動作を繰り返す際に、二相正弦波の波長内の内挿位置における誤差を低減することにより、高精度な校正を実現することを課題とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and relates to a displacement calibration technique using a two-phase sine wave as a position detection signal. When the calibration position is moved and the calibration operation is repeated, the two-phase sine wave is used. It is an object of the present invention to realize highly accurate calibration by reducing an error at an interpolation position within the wavelength of.

本発明は、位相の異なる二相正弦波状信号
φAn=Ancos(θn+ΔθAn)+VAn
φBn=Bnsin(θn+ΔθBn)+VBn
(n=1,2,3・・・)
を位置検出信号として取得することによって測定面の位置を検出する位置検出手段を用い、任意の校正位置Pxで測定面を停止させて、校正対象の出力Yxを校正する動作を、校正位置Pxを移動して繰り返し行なう変位校正方法において、測定面の移動の際には、位置検出信号の波長λの数αをカウントすると共に、測定面の静止の際には、各校正位置Pxを含む二相正弦波状信号1波長以上の範囲でφAn、φBnの値を取得し、取得した位置検出信号φAn、φBnにおける振幅・オフセット・位相の誤差を推定、補正し、補正した位置検出信号
φAn’=An’cos(θn+ΔθAn’)+VAn
φBn’=Bn’sin(θn+ΔθBn’)+VBn
(An’=Bn’,ΔθAn’=ΔθBn’,VAn’=VBn’)
から、波長間隔内の位置Δpx’を求めることにより、波長間隔内の位置の誤差を低減し、波長の数αと波長間隔内の位置Δpx’から各校正位置Px’=αλ+Δpx’を求めて、各校正位置Px’を基準として、校正対象の出力信号Yxを校正することにより、前記課題を解決したものである。
The present invention is a two-phase sinusoidal signal having different phases φA n = A n cos (θ n + Δθ An ) + V An
φB n = B n sin (θ n + Δθ Bn ) + V Bn
(N = 1, 2, 3 ...)
Using the position detecting means for detecting the position of the measuring surface by acquiring as a position detection signal, stops the measurement surface at any calibration position P x, an operation of calibrating the output Y x to be calibrated, the calibration position In the displacement calibration method in which P x is moved repeatedly, the number α of the wavelengths λ of the position detection signal is counted when the measurement surface is moved, and each calibration position P x is measured when the measurement surface is stationary. The values of φA n and φB n are acquired within a range of one wavelength or more in a two-phase sinusoidal signal including the signal, and the amplitude, offset, and phase errors in the acquired position detection signals φA n and φB n are estimated, corrected, and corrected. Position detection signal φA n '= A n ' cos (θ n + Δθ An ') + V An '
φB n ′ = B n ′ sin (θ n + Δθ Bn ′) + V Bn
(A n '= B n ', Δθ An '= Δθ Bn ', V An '= V Bn ')
From 'by determining, by reducing the error position in the wavelength interval, position Delta] p x number α and the wavelength interval of the wavelength' position Delta] p x within the wavelength interval each calibration position from the P x '= αλ + Δp x ' And the above-described problem is solved by calibrating the output signal Y x to be calibrated using each calibration position P x ′ as a reference.

本発明は、又、上記変位校正方法を用いて、測定対象の寸法を測定する際に、寸法を測定するための基準位置P0と寸法測定位置P1において、各位置P0、P1を含む1波長以上の範囲でそれぞれ位置検出信号φAn、φBnの値を取得し、位置検出信号φAn、φBnにおける振幅・オフセット・位相の誤差を推定、補正し、補正した位置検出信号
φAn’=An’cos(θn+ΔθAn’)+VAn
φBn’=Bn’sin(θn+ΔθBn’)+VBn
(An’=Bn’,ΔθAn’=ΔθBn’,VAn’=VBn’)
から、波長間隔内の位置の誤差を低減した位置P0’、P1’を求め、位置P0’、P1’の差から測定対象の寸法を測定するようにしたものである。
The present invention also using the displacement calibration method, when measuring the dimensions of the measurement object, the reference position P 0 and dimension measuring position P 1 for measuring the dimensions, each position P 0, P 1 The values of the position detection signals φA n and φB n are acquired in the range of one wavelength or more including each, and the amplitude / offset / phase errors in the position detection signals φA n and φB n are estimated and corrected, and the corrected position detection signal φA n '= A n ' cos (θ n + Δθ An ') + V An '
φB n ′ = B n ′ sin (θ n + Δθ Bn ′) + V Bn
(A n '= B n ', Δθ An '= Δθ Bn ', V An '= V Bn ')
Thus, positions P 0 ′ and P 1 ′ with reduced position errors within the wavelength interval are obtained, and the dimension of the measurement object is measured from the difference between the positions P 0 ′ and P 1 ′.

本発明は、又、位相の異なる二相正弦波状信号
φAn=Ancos(θn+ΔθAn)+VAn
φBn=Bnsin(θn+ΔθBn)+VBn
(n=1,2,3・・・)
を位置検出信号として取得することによって測定面の位置を検出する位置検出手段と、任意の校正位置Pxで測定面を停止させて、校正対象の出力Yxを校正する動作を繰り返し行なうために測定面を移動する移動手段と、測定面の移動の際には、位置検出信号の波長λの数αをカウントするカウント手段と、測定面の静止の際には、各校正位置Pxを含む二相正弦波状信号1波長以上の範囲でφAn、φBnの値を取得し、取得した位置検出信号φAn、φBnにおける振幅・オフセット・位相の誤差を推定、補正し、補正した位置検出信号
φAn’=An’cos(θn+ΔθAn’)+VAn
φBn’=Bn’sin(θn+ΔθBn’)+VBn
(An’=Bn’,ΔθAn’=ΔθBn’,VAn’=VBn’)
から、波長間隔内の位置Δpx’を求めることにより、波長間隔内の位置の誤差を低減し、波長の数αと波長間隔内の位置Δpx’から各校正位置Px’=αλ+Δpx’を求めて、各校正位置Px’を基準として、校正対象の出力信号Yxを校正するデータ処理手段と、を備えたことを特徴とする変位校正装置を提供することにより、同様に前記課題を解決したものである。
The present invention also provides a two-phase sinusoidal signal having different phases φA n = A n cos (θ n + Δθ An ) + V An
φB n = B n sin (θ n + Δθ Bn ) + V Bn
(N = 1, 2, 3 ...)
In order to repeatedly perform the operation of calibrating the output Y x to be calibrated by stopping the measurement surface at an arbitrary calibration position P x and the position detection means for detecting the position of the measurement surface by acquiring the signal as a position detection signal. The moving means for moving the measurement surface, the counting means for counting the number α of the wavelengths λ of the position detection signal when the measurement surface is moved, and each calibration position P x when the measurement surface is stationary. Two-phase sinusoidal signal Obtains φA n and φB n values in the range of 1 wavelength or more, estimates and corrects amplitude, offset, and phase errors in the obtained position detection signals φA n and φB n , and corrects position detection Signal φA n '= A n ' cos (θ n + Δθ An ') + V An '
φB n ′ = B n ′ sin (θ n + Δθ Bn ′) + V Bn
(A n '= B n ', Δθ An '= Δθ Bn ', V An '= V Bn ')
From 'by determining, by reducing the error position in the wavelength interval, position Delta] p x number α and the wavelength interval of the wavelength' position Delta] p x within the wavelength interval each calibration position from the P x '= αλ + Δp x ' And a data processing means for calibrating the output signal Y x to be calibrated on the basis of each calibration position P x ′. Is a solution.

本発明は、又、前記変位校正方法、又は寸法測定方法を実施するためのコンピュータ読取り可能なプログラムを提供するものである。   The present invention also provides a computer-readable program for implementing the displacement calibration method or the dimension measurement method.

本発明は、又、前記変位校正装置を実現するためのコンピュータ読取り可能なプログラムを提供するものである。   The present invention also provides a computer-readable program for realizing the displacement calibration apparatus.

本発明は、更に、前記コンピュータ読取り可能なプログラムが記録された記録媒体を提供するものである。   The present invention further provides a recording medium on which the computer-readable program is recorded.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本実施形態の変位校正装置は、前記図1に示したものと実質的に同一の構成を有しており、ハード構成以外の以下に詳述する各種機能は、コンピュータからなる前記データ処理部18においてプログラムにより実現されている。   The displacement calibration apparatus of the present embodiment has substantially the same configuration as that shown in FIG. 1, and various functions to be described in detail below other than the hardware configuration are the data processing unit 18 comprising a computer. In the program.

本実施形態による校正方法の特徴を図6に、校正時の移動手順を図7に示す。   FIG. 6 shows the features of the calibration method according to the present embodiment, and FIG. 7 shows the movement procedure during calibration.

即ち、スライダ12を移動させると共に、任意の校正位置Pxでその測定面12Aを停止させて、校正対象である変位計16の出力Yxを校正する動作を、校正位置Pxを移動して繰り返し行なう校正方法において、1番目(x=1)の校正位置P1に位置決めし、該P1における校正対象の出力データY1を取得する際に、まず動作Aとして、校正位置P1を含む、少なくとも波長λの範囲(360°以上)でスライダ12を速度Vc以下で移動させ、二相正弦波φAn(1)、φBn(1)のデータをサンプリングして取得する。ここでは、二相正弦波φAn(1)、φBn(1)のデータの取得を、校正対象の出力データY1の取得の前に行なっているが、後で行なってもよい。 That is, moves the slider 12, to stop the measurement surface 12A at an arbitrary calibration position P x, an operation of calibrating the output Y x of displacement gauge 16 is calibrated, by moving the calibration position P x in calibration method repeatedly performed, positioning the calibration position P 1 of the first (x = 1), when acquiring the output data Y 1 to be calibrated at the P 1, as first operation a, including calibration position P 1 The slider 12 is moved at a velocity V c or less at least in the wavelength λ range (360 ° or more), and data of the two-phase sine waves φA n (1) and φB n (1) are sampled and acquired. Here, the acquisition of the data of the two-phase sine waves φA n (1) and φB n (1) is performed before the acquisition of the output data Y 1 to be calibrated, but it may be performed later.

次に、動作Bとして、校正位置P1におけるデータ取得後、図示しないカウント手段により波長の数αをカウントしながら、2番目の校正位置P2に移動する。移動の際には、校正装置の測定面12Aの位置、二相正弦波信号、変位計16の出力等のデータは取得せずに、迅速な移動を行なう。 Next, as operation B, after acquiring data at the calibration position P 1, it moves to the second calibration position P 2 while counting the number of wavelengths α by a counting means (not shown). At the time of movement, data such as the position of the measurement surface 12A of the calibration device, the two-phase sine wave signal, and the output of the displacement meter 16 are not acquired, and the movement is performed quickly.

これらA、Bの動作を全ての校正位置について繰り返し行ない、取得した各校正位置Pxを含んだ波長λの範囲の二相正弦波φAn(x)、φBn(x)のデータから、振幅・オフセット・位相の誤差の補正を行ない、補正した位置検出信号
φAn’=An’cos(θn+ΔθAn’)+VAn
φBn’=Bn’sin(θn+ΔθBn’)+VBn
(An’=Bn’,ΔθAn’=ΔθBn’,VAn’=VBn’)
を得る。
The operations of A and B are repeated for all calibration positions, and the amplitude is calculated from the data of the two-phase sine waves φA n (x) and φB n (x) in the wavelength λ range including the acquired calibration positions P x. -Offset and phase errors are corrected and the corrected position detection signal φA n '= A n ' cos (θ n + Δθ An ') + V An '
φB n ′ = B n ′ sin (θ n + Δθ Bn ′) + V Bn
(A n '= B n ', Δθ An '= Δθ Bn ', V An '= V Bn ')
Get.

そして、前記(5)式により、波長間隔内の位置Δpx’を求めることにより、波長間隔内の位置の誤差を低減する。 Then, the position error in the wavelength interval is reduced by obtaining the position Δp x ′ in the wavelength interval by the above equation (5).

次いで、移動時にカウントした波長の数αと、振幅・オフセット・位相の誤差を補正した二相正弦波から求めた波長間隔内の位置Δpx’とから、前記(3)式により各校正位置Px’=αλ+Δpx’を算出し、各校正位置Px’を基準として校正対象の出力データYxを校正する。 Next, each calibration position P is calculated from the number α of wavelengths counted at the time of movement and the position Δp x ′ within the wavelength interval obtained from the two-phase sine wave corrected for amplitude, offset, and phase errors by the above equation (3). x ′ = αλ + Δp x ′ is calculated, and the output data Y x to be calibrated is calibrated with reference to each calibration position P x ′.

次に、位置検出信号に二相正弦波φAn、φBnを使用する本実施形態の変位校正装置を用いて、物体(測定対象)の寸法を測定する方法を説明する。 Next, a method for measuring the size of an object (measurement target) using the displacement calibration apparatus of this embodiment that uses two-phase sine waves φA n and φB n as position detection signals will be described.

図8に示すように、前記校正装置の測定面12Aを寸法測定基準20に突き当てて、寸法測定の基準位置P0を測定する。その際にP0から少なくとも波長λの間(360°以上)で二相正弦波φAn、φBnのデータを取得し、前記校正時と同様に二相正弦波の振幅・オフセット・位相の誤差を補正することで、内挿誤差が補正された寸法測定基準の位置P0’を算出する。 As shown in FIG. 8, abutted against the measuring surface 12A of the calibration device to the dimensions metric 20 measures the reference position P 0 of the dimension measurement. At that time, data of the two-phase sine waves φA n and φB n are acquired at least between the wavelength λ from P 0 (360 ° or more), and the amplitude / offset / phase errors of the two-phase sine waves are obtained in the same manner as in the calibration. Is corrected, the position P 0 ′ of the dimension measurement reference in which the interpolation error is corrected is calculated.

次に、図9に示すように、測定対象Tを寸法基準20に突き当てて配置し、更に校正装置の測定面12Aをその測定対象Tと寸法基準20との接触点の反対側に突き当てて寸法測定位置P1を測定する。その際にもP1から少なくとも波長λの間で二相正弦波φAn、φBnのデータを取得し、同様にして内挿誤差が補正された位置P1’を算出する。 Next, as shown in FIG. 9, the measurement target T is disposed so as to abut against the dimension reference 20, and the measurement surface 12 </ b> A of the calibration device is abutted against the contact point between the measurement target T and the dimension reference 20. To measure the dimension measurement position P 1 . At this time, the data of the two-phase sine waves φA n and φB n between P 1 and at least the wavelength λ are acquired, and similarly the position P 1 ′ where the interpolation error is corrected is calculated.

以上のように算出された2点の位置P0’とP1’の差から測定対象Tの寸法が求められる。この寸法測定方法により、校正位置における内挿誤差を低減することにより、寸法測定の精度を向上することができる。 The dimension of the measuring object T is obtained from the difference between the two positions P 0 ′ and P 1 ′ calculated as described above. With this dimension measurement method, the accuracy of dimension measurement can be improved by reducing the interpolation error at the calibration position.

以上詳述した本実施形態の変位校正装置によれば、各校正位置において、各校正位置を含む1波長分以上の二相正弦波のデータを取得し、振幅・オフセット・位相の誤差を補正することにより、各校正位置における内挿誤差を低減し、校正の不確かさを低減し、精度を向上することができる。   According to the displacement calibration apparatus of the present embodiment described in detail above, at each calibration position, data of two-phase sine waves of one wavelength or more including each calibration position is acquired, and the amplitude / offset / phase errors are corrected. Thus, it is possible to reduce the interpolation error at each calibration position, reduce the calibration uncertainty, and improve the accuracy.

又、各校正位置間の移動の際には、二相正弦波のデータを取得する必要がないため、移動速度はVcの値によらず、装置の最高速度での移動が可能である。そのため、従来手法に比べて、校正のスループットを上げることができる。   Further, since it is not necessary to acquire two-phase sine wave data when moving between the calibration positions, the moving speed can be moved at the maximum speed of the apparatus regardless of the value of Vc. Therefore, the calibration throughput can be increased as compared with the conventional method.

又、取得する二相正弦波のデータは、各校正位置を含む1波長分のデータで済むので、従来方法で全校正範囲でデータを取得するのに比べ、データ取得に必要なメモリ容量を減らすことができる。   Also, since the two-phase sine wave data to be acquired is data for one wavelength including each calibration position, the memory capacity required for data acquisition is reduced compared to acquiring data in the entire calibration range by the conventional method. be able to.

又、前記変位校正装置による寸法測定方法によれば、物体の寸法を測定する際に、寸法測定基準位置及び該寸法測定位置において、それぞれの位置を含む少なくとも1波長分の二相正弦波のデータを取得し、振幅・オフセット・位相の誤差を補正することにより、寸法測定基準位置及び寸法測定位置における内挿誤差を低減し、寸法測定の不確かさを低減し、精度を向上することができる。   Further, according to the dimension measuring method using the displacement calibration device, when measuring the dimension of the object, the data of the two-phase sinusoidal wave for at least one wavelength including the respective positions at the dimension measuring reference position and the dimension measuring position. By correcting the error of amplitude, offset, and phase, the interpolation error at the dimension measurement reference position and the dimension measurement position can be reduced, the uncertainty of dimension measurement can be reduced, and the accuracy can be improved.

以上説明したとおり、本発明によれば、位置検出信号に二相正弦波を用いる変位校正技術に関して、二相正弦波の波長内の内挿位置における誤差を低減することにより、校正の精度を向上することが可能となると共に、寸法測定の精度を向上することが可能となる。   As described above, according to the present invention, with respect to the displacement calibration technique using a two-phase sine wave as a position detection signal, the accuracy of calibration is improved by reducing the error at the interpolation position within the wavelength of the two-phase sine wave. It becomes possible to improve the accuracy of dimension measurement.

又、本発明の位置検出手段はレーザ干渉計に限定されず、位置検出信号に二相正弦波を用いた変位校正システム一般に適用できる。   The position detecting means of the present invention is not limited to a laser interferometer, and can be applied to a general displacement calibration system using a two-phase sine wave as a position detection signal.

変位校正装置の概要を示す模式図Schematic diagram showing the outline of the displacement calibration device 二相正弦波の出力波形を示す線図Diagram showing output waveform of two-phase sine wave 内挿誤差を示す線図Diagram showing interpolation error 変位計校正結果の例を示す線図Diagram showing examples of displacement meter calibration results 従来の校正時の移動パターンを示す線図Diagram showing movement pattern during conventional calibration 実施形態の校正手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the calibration procedure of embodiment 実施形態の校正時の移動パターンを示す線図Diagram showing movement pattern during calibration of embodiment 寸法測定の手順1を示す模式図Schematic diagram showing dimension measurement procedure 1 寸法測定の手順2を示す模式図Schematic diagram showing dimension measurement procedure 2

符号の説明Explanation of symbols

10…位置検出手段
10A…位置基準面
12…スライダ
12A…測定面
14…駆動ローラ
16…変位計
18…データ処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Position detection means 10A ... Position reference surface 12 ... Slider 12A ... Measurement surface 14 ... Drive roller 16 ... Displacement meter 18 ... Data processing part

Claims (6)

位相の異なる二相正弦波状信号
φAn=Ancos(θn+ΔθAn)+VAn
φBn=Bnsin(θn+ΔθBn)+VBn
(n=1,2,3・・・)
を位置検出信号として取得することによって測定面の位置を検出する位置検出手段を用い、任意の校正位置Pxで測定面を停止させて、校正対象の出力Yxを校正する動作を、校正位置Pxを移動して繰り返し行なう変位校正方法において、
測定面の移動の際には、位置検出信号の波長λの数αをカウントすると共に、
測定面の静止の際には、各校正位置Pxを含む二相正弦波状信号1波長以上の範囲でφAn、φBnの値を取得し、
取得した位置検出信号φAn、φBnにおける振幅・オフセット・位相の誤差を推定、補正し、
補正した位置検出信号
φAn’=An’cos(θn+ΔθAn’)+VAn
φBn’=Bn’sin(θn+ΔθBn’)+VBn
(An’=Bn’,ΔθAn’=ΔθBn’,VAn’=VBn’)
から、波長間隔内の位置Δpx’を求めることにより、波長間隔内の位置の誤差を低減し、
波長の数αと波長間隔内の位置Δpx’から各校正位置Px’=αλ+Δpx’を求めて、各校正位置Px’を基準として、校正対象の出力信号Yxを校正することを特徴とする変位校正方法。
Two-phase sinusoidal signals with different phases φA n = A n cos (θ n + Δθ An ) + V An
φB n = B n sin (θ n + Δθ Bn ) + V Bn
(N = 1, 2, 3 ...)
Using the position detecting means for detecting the position of the measuring surface by acquiring as a position detection signal, stops the measurement surface at any calibration position P x, an operation of calibrating the output Y x to be calibrated, the calibration position in displacement calibration method is repeated by moving the P x,
When moving the measurement surface, the number α of wavelengths λ of the position detection signal is counted,
When the measurement surface is stationary, the values of φA n and φB n are acquired in the range of one wavelength or more of the two-phase sinusoidal signal including each calibration position P x ,
Estimate and correct amplitude, offset, and phase errors in the obtained position detection signals φA n and φB n ,
Corrected position detection signal φA n '= A n ' cos (θ n + Δθ An ') + V An '
φB n ′ = B n ′ sin (θ n + Δθ Bn ′) + V Bn
(A n '= B n ', Δθ An '= Δθ Bn ', V An '= V Bn ')
From this, the position error within the wavelength interval is reduced by obtaining the position Δp x ′ within the wavelength interval,
Each calibration position P x '= αλ + Δp x ' is obtained from the number α of wavelengths and the position Δp x 'within the wavelength interval, and the output signal Y x to be calibrated is calibrated using each calibration position P x ' as a reference. Displacement calibration method characterized.
請求項1に記載の変位校正方法を用いて、測定対象の寸法を測定する際に、
寸法を測定するための基準位置P0と寸法測定位置P1において、各位置P0、P1を含む1波長以上の範囲でそれぞれ位置検出信号φAn、φBnの値を取得し、
位置検出信号φAn、φBnにおける振幅・オフセット・位相の誤差を推定、補正し、
補正した位置検出信号
φAn’=An’cos(θn+ΔθAn’)+VAn
φBn’=Bn’sin(θn+ΔθBn’)+VBn
(An’=Bn’,ΔθAn’=ΔθBn’,VAn’=VBn’)
から、波長間隔内の位置の誤差を低減した位置P0’、P1’を求め、位置P0’、P1’の差から測定対象の寸法を測定することを特徴とする寸法測定方法。
When measuring the dimension of the measuring object using the displacement calibration method according to claim 1,
At the reference position P 0 and the dimension measurement position P 1 for measuring the dimensions, the values of the position detection signals φA n and φB n are respectively acquired in a range of one wavelength or more including the positions P 0 and P 1 .
Estimate and correct amplitude, offset, and phase errors in position detection signals φA n and φB n ,
Corrected position detection signal φA n '= A n ' cos (θ n + Δθ An ') + V An '
φB n ′ = B n ′ sin (θ n + Δθ Bn ′) + V Bn
(A n '= B n ', Δθ An '= Δθ Bn ', V An '= V Bn ')
, A position measurement method in which a position P 0 ′, P 1 ′ with reduced position error within the wavelength interval is obtained, and the dimension of the measurement object is measured from the difference between the positions P 0 ′, P 1 ′.
位相の異なる二相正弦波状信号
φAn=Ancos(θn+ΔθAn)+VAn
φBn=Bnsin(θn+ΔθBn)+VBn
(n=1,2,3・・・)
を位置検出信号として取得することによって測定面の位置を検出する位置検出手段と、
任意の校正位置Pxで測定面を停止させて、校正対象の出力Yxを校正する動作を繰り返し行なうために測定面を移動する移動手段と、
測定面の移動の際には、位置検出信号の波長λの数αをカウントするカウント手段と、
測定面の静止の際には、各校正位置Pxを含む二相正弦波状信号1波長以上の範囲でφAn、φBnの値を取得し、
取得した位置検出信号φAn、φBnにおける振幅・オフセット・位相の誤差を推定、補正し、
補正した位置検出信号
φAn’=An’cos(θn+ΔθAn’)+VAn
φBn’=Bn’sin(θn+ΔθBn’)+VBn
(An’=Bn’,ΔθAn’=ΔθBn’,VAn’=VBn’)
から、波長間隔内の位置Δpx’を求めることにより、波長間隔内の位置の誤差を低減し、
波長の数αと波長間隔内の位置Δpx’から各校正位置Px’=αλ+Δpx’を求めて、各校正位置Px’を基準として、校正対象の出力信号Yxを校正するデータ処理手段と、を備えたことを特徴とする変位校正装置。
Two-phase sinusoidal signals with different phases φA n = A n cos (θ n + Δθ An ) + V An
φB n = B n sin (θ n + Δθ Bn ) + V Bn
(N = 1, 2, 3 ...)
A position detection means for detecting the position of the measurement surface by obtaining a position detection signal,
Moving means for stopping the measurement surface at an arbitrary calibration position P x and moving the measurement surface to repeatedly perform the operation of calibrating the output Y x to be calibrated;
When moving the measurement surface, the counting means for counting the number α of wavelengths λ of the position detection signal,
When the measurement surface is stationary, the values of φA n and φB n are acquired in the range of one wavelength or more of the two-phase sinusoidal signal including each calibration position P x ,
Estimate and correct amplitude, offset, and phase errors in the obtained position detection signals φA n and φB n ,
Corrected position detection signal φA n '= A n ' cos (θ n + Δθ An ') + V An '
φB n ′ = B n ′ sin (θ n + Δθ Bn ′) + V Bn
(A n '= B n ', Δθ An '= Δθ Bn ', V An '= V Bn ')
From this, the position error within the wavelength interval is reduced by obtaining the position Δp x ′ within the wavelength interval,
'Seeking, each calibration position P x' = αλ + Δp x ' each calibration position P x from the' position Delta] p x number α and the wavelength interval of the wavelength as a reference, the data processing of calibrating the output signal Y x to be calibrated And a displacement calibration apparatus.
請求項1に記載の変位校正方法、又は請求項2に記載の寸法測定方法を実施するためのコンピュータ読取り可能なプログラム。   A computer-readable program for executing the displacement calibration method according to claim 1 or the dimension measurement method according to claim 2. 請求項3に記載の変位校正装置を実現するためのコンピュータ読取り可能なプログラム。   A computer-readable program for realizing the displacement calibration apparatus according to claim 3. 請求項4又は5に記載のコンピュータ読取り可能なプログラムが記録された記録媒体。   A recording medium on which the computer-readable program according to claim 4 is recorded.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108169200A (en) * 2016-12-07 2018-06-15 同方威视技术股份有限公司 For calibrating the method for Raman spectrum detecting device

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