JP2008286598A - Wavelength estimation method of tracking laser interferometer - Google Patents

Wavelength estimation method of tracking laser interferometer Download PDF

Info

Publication number
JP2008286598A
JP2008286598A JP2007130732A JP2007130732A JP2008286598A JP 2008286598 A JP2008286598 A JP 2008286598A JP 2007130732 A JP2007130732 A JP 2007130732A JP 2007130732 A JP2007130732 A JP 2007130732A JP 2008286598 A JP2008286598 A JP 2008286598A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measurement
wavelength
distance
reference point
laser interferometer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007130732A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Nara
正之 奈良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP2007130732A priority Critical patent/JP2008286598A/en
Publication of JP2008286598A publication Critical patent/JP2008286598A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate the wavelength of measurement light of a tracking laser interferometer in a simple composition without performing measurement of an outside environment such as temperature. <P>SOLUTION: The tracking interferometer for outputting a counted value in response to the increase and decrease of a distance between a reference point 12 in a body 10 and a recursive reflector 32 includes: providing the recursive reflector 32 on a head 52 on a coordinate measurement device 40 having a deformation direction of one axis or more capable of reading deformation with a scale 50 provided along the direction of the deformation; outputting a measured position by the scale 50 and the counted value corresponding to the reference point 12 and the recursive reflector 32 by deforming the head 52 at a plurality of positions; allying to substitute the measured positions at the plurality of the positions and the counted values in a relative equation determined by the measured positions, the counted values, the reference point 12, the wavelength of the measurement light, and an initial offset distance being a distance from the initial position of the recursive reflector 32 to the reference point 12; and estimating the wavelength by solving a simultaneous equation being the relative equation. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、追尾式レーザ干渉計の波長推定方法に係り、特に、入射された測定光を反射して入射方向に戻すための再帰的反射体と、測定光を出射する手段、前記再帰的反射体で反射され戻ってくる戻り光を受光する受光手段、測定光と戻り光の両光軸の距離が常に一定となるように測定光の出射方向を制御する出射方向制御手段を有する本体と、を有し、前記本体内の基準点と再帰的反射体との距離の増減に応じてカウント値を出力する追尾式レーザ干渉計を用いるのに好適な、測定光の波長が未知である場合や、外部環境に依存して空気の屈折率が変化する場合などに、測定光の波長の推定を可能とする追尾式レーザ干渉計の波長推定方法に関する。   The present invention relates to a wavelength estimation method for a tracking laser interferometer, and in particular, a recursive reflector for reflecting incident measurement light back to the incident direction, means for emitting measurement light, and the recursive reflection A light receiving means for receiving the return light reflected back from the body, a main body having an emission direction control means for controlling the emission direction of the measurement light so that the distance between the optical axes of the measurement light and the return light is always constant, When the wavelength of the measurement light is unknown, which is suitable for using a tracking laser interferometer that outputs a count value according to an increase or decrease in the distance between the reference point in the main body and the retroreflector The present invention relates to a wavelength estimation method for a tracking laser interferometer that enables estimation of the wavelength of measurement light when the refractive index of air changes depending on the external environment.

一般に、3次元測定機の運動誤差に起因する(指示)誤差の測定に使用することを主な用途とする装置として、追尾式レーザ干渉計があげられる。これは、測定光であるレーザビームの出射方向を制御して、測定対象物に取付けられた再帰的反射体(レトロリフレクタとも称する)を追尾し、かつ前記再帰的反射体までの距離をレーザ干渉により高精度に測定するものである。このような測定は3次元測定機の製造工程の1過程として行なわれ、3次元測定機を含む座標測定装置のスケールなど未知の基準に対して、測定空間の歪みを測定することができる。   In general, a tracking laser interferometer is a device mainly used for measuring (indication) error caused by a motion error of a three-dimensional measuring machine. This is to control the emission direction of the laser beam, which is the measurement light, to track the retroreflector (also referred to as a retroreflector) attached to the measurement object, and to determine the distance to the retroreflector by laser interference. It measures with high accuracy. Such measurement is performed as one process of the manufacturing process of the three-dimensional measuring machine, and distortion of the measurement space can be measured with respect to an unknown reference such as a scale of a coordinate measuring device including the three-dimensional measuring machine.

以下、特許文献1に代表される、上記の用途を有する追尾式レーザ干渉計について、図1の構成概略図に基づいて説明する。   Hereinafter, a tracking laser interferometer represented by Patent Document 1 and having the above application will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG.

この追尾式レーザ干渉計は、本体10と、制御装置28と、測定対象物30に取付けられる再帰的反射体32と、を有する。そして本体10は、基準点12から測定光14を出射する手段である光出射部(図示せず)と、第1および第2の受光素子22、24を含む受光手段である受光器20と、出射方向制御手段である2軸回転機構26とを有する。   The tracking laser interferometer includes a main body 10, a control device 28, and a retroreflector 32 attached to the measurement target 30. The main body 10 includes a light emitting portion (not shown) that is a means for emitting the measurement light 14 from the reference point 12, a light receiver 20 that is a light receiving means including the first and second light receiving elements 22 and 24, and And a biaxial rotation mechanism 26 serving as an emission direction control means.

前記光出射部は、レーザビームの一部をハーフミラーなどで再帰的反射体32に向けて測定光14を出射する。なお、レーザビームの他の一部は距離測定の参照光として、第1の受光素子22に入射する。   The light emitting unit emits the measurement light 14 by directing a part of the laser beam toward the recursive reflector 32 using a half mirror or the like. The other part of the laser beam is incident on the first light receiving element 22 as reference light for distance measurement.

前記受光器20は、本体10内の基準点12から測定対象物30に固定された再帰的反射体32までの距離を測定するために使用される第1の受光素子22と、再帰的反射体32の変位を追尾制御するために使用される第2の受光素子24とから構成される。第1の受光素子22は、再帰的反射体32で反射されて戻ってくる光(以下、戻り光と称する)と前述した参照光とを受光して、その受光信号を制御装置28に出力する。一方、第2の受光素子24は、測定光14の光軸と、戻り光の光軸とを受光して、両光軸のずれ量についての信号を制御装置28に出力する。   The light receiver 20 includes a first light receiving element 22 used for measuring the distance from the reference point 12 in the main body 10 to the retroreflector 32 fixed to the measurement object 30, and the retroreflector. The second light receiving element 24 is used for tracking control of the 32 displacements. The first light receiving element 22 receives light that is reflected by the retroreflector 32 and returns (hereinafter referred to as return light) and the above-described reference light, and outputs the received light signal to the control device 28. . On the other hand, the second light receiving element 24 receives the optical axis of the measurement light 14 and the optical axis of the return light, and outputs a signal about the amount of deviation between the two optical axes to the control device 28.

前記2軸回転機構26は、互いに直交する2軸の回転機構により構成されており、この場合には2軸の共通する中心位置を基準点12としている。なお、第1の受光素子22による距離の測定が途切れないようにするために、2軸回転機構26によって、第2の受光素子24から送られる前記両光軸のずれ量は常に一定に保たれる。   The biaxial rotating mechanism 26 is composed of biaxial rotating mechanisms that are orthogonal to each other. In this case, the common center position of the two axes is used as the reference point 12. In order to prevent the measurement of the distance by the first light receiving element 22 from being interrupted, the deviation amount between the two optical axes sent from the second light receiving element 24 is always kept constant by the biaxial rotating mechanism 26. It is.

前記制御装置28は、第1の受光素子22から入力される信号に基づいてカウント値を求める。ここで、カウント値は、再帰的反射体32の初期位置から移動先までの距離の増減に応じた変位によって生じる干渉光の明暗の波の数をカウントすることにより求められる。つまり、インクリメント式の測定によって求められる値である。また、制御装置28は、第2の受光素子24から入力される信号に基づき、測定光14の出射方向を再帰的反射体32に向けるように、2軸回転機構26を制御する。   The control device 28 obtains a count value based on a signal input from the first light receiving element 22. Here, the count value is obtained by counting the number of bright and dark waves of the interference light caused by the displacement according to the increase or decrease of the distance from the initial position of the recursive reflector 32 to the destination. That is, it is a value obtained by an incremental measurement. Further, the control device 28 controls the biaxial rotation mechanism 26 so that the emission direction of the measurement light 14 is directed toward the recursive reflector 32 based on the signal input from the second light receiving element 24.

前記再帰的反射体32は、入射する光と反射する光の光軸が平行であり、かつ、該再帰的反射体32の中心に対して入射する光と反射する光の光軸が点対象となる光学素子である。そのため、再帰的反射体32は、入射された測定光14を入射方向に反射して戻す機能を有する。なお、測定光14が再帰的反射体32の中心から離れた位置に入射した場合には、測定光14と戻り光との光軸の位置が異なることから、前記第2の受光素子24により、前記光軸のずれ量が観測されることとなる。   In the retroreflector 32, the optical axes of the incident light and the reflected light are parallel, and the optical axis of the incident light and the reflected light with respect to the center of the retroreflector 32 is a point object. It is an optical element. Therefore, the retroreflector 32 has a function of reflecting the incident measurement light 14 back in the incident direction. When the measurement light 14 is incident on a position away from the center of the retroreflector 32, the positions of the optical axes of the measurement light 14 and the return light are different. The amount of deviation of the optical axis will be observed.

なお、カウント値は、前述のように再帰的反射体32の初期位置からの変位のみを表し、基準点12と再帰的反射体32の位置との距離を表すものではない。従って、基準点12と再帰的反射体32の位置との距離を求めるには、基準点12と再帰的反射体32の初期位置との距離(以下初期オフセット距離と称する)と、再帰的反射体32の移動によって得られる測定値から求められる距離を加算する必要がある。   Note that the count value represents only the displacement from the initial position of the recursive reflector 32 as described above, and does not represent the distance between the reference point 12 and the position of the recursive reflector 32. Therefore, in order to obtain the distance between the reference point 12 and the position of the recursive reflector 32, the distance between the reference point 12 and the initial position of the recursive reflector 32 (hereinafter referred to as the initial offset distance), the recursive reflector It is necessary to add the distance obtained from the measurement value obtained by 32 movements.

このような構成と機能により、第1の受光素子22で観測される距離に応じたカウント値が、追尾式レーザ干渉計の測定値として出力される。従って、一般には、複数台の追尾式レーザ干渉計を組み合わせて同時に再帰的反射体32までの距離を測定して、3辺測量の原理によって、再帰的反射体32の3次元座標を同定する。   With such a configuration and function, a count value corresponding to the distance observed by the first light receiving element 22 is output as a measurement value of the tracking laser interferometer. Therefore, in general, a plurality of tracking laser interferometers are combined to measure the distance to the retroreflector 32 at the same time, and the three-dimensional coordinates of the retroreflector 32 are identified by the principle of three-side surveying.

特許2603429号公報Japanese Patent No. 2603429

しかしながら、温度などの外部環境が変化すると、測定光路における光学的な屈折率に大きな影響が生じる。そして屈折率が変化すると、測定光14の波長が変化してしまう。これでは、「誤った波長」を用いて測定を行ってしまうこととなり、そのカウント値はその「誤った波長」に引きずられて逆にゆがめられてしまう。言い換えれば、物差(スケール)が伸びたり縮んだりしていることと等価の情況となり、測定距離が真の長さより伸びたり縮んだりしてカウント値が測定されてしまうこととなる。従って、高精度の測定を行うには、外部環境の変化要因を正確に把握する必要がある。しかし、測定のためには、高価な装置が必要となってしまい、コスト面での負担は大変大きなものとなる。   However, when the external environment such as temperature changes, the optical refractive index in the measurement optical path is greatly affected. When the refractive index changes, the wavelength of the measurement light 14 changes. In this case, measurement is performed using the “wrong wavelength”, and the count value is dragged by the “wrong wavelength” and is distorted. In other words, the situation is equivalent to the fact that the physical difference (scale) is stretched or shrunk, and the measurement value is stretched or shrunk from the true length, and the count value is measured. Therefore, in order to perform high-precision measurement, it is necessary to accurately grasp the change factors of the external environment. However, an expensive device is required for the measurement, and the burden on the cost is very large.

しかし、高価な装置を購入して周囲環境の観測・測定を行って波長の補正をしても、測定する距離が長くなると補正しきれなかった微小な誤差が積み重なり、誤差は大きくなってしまう。又、何らかの原因で正確な屈折率が推定できない場合も考えられる。   However, even if an expensive device is purchased and the wavelength is corrected by observing and measuring the surrounding environment, if the measurement distance becomes long, minute errors that could not be corrected accumulate and the error becomes large. Also, there may be a case where an accurate refractive index cannot be estimated for some reason.

又、最初から波長が未知である場合もあり、その際には波長の推定が必要であるという問題点を有していた。   In some cases, the wavelength is unknown from the beginning, and in that case, there is a problem that the wavelength needs to be estimated.

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、温度などの外部環境の測定を行わずに、簡略な構成で、追尾式レーザ干渉計の測定光の波長を推定可能とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and enables the wavelength of the measurement light of the tracking laser interferometer to be estimated with a simple configuration without measuring the external environment such as temperature. .

本発明は、入射された測定光を反射して入射方向に戻すための再帰的反射体と、測定光を出射する手段、前記再帰的反射体で反射され戻ってくる戻り光を受光する受光手段、測定光と戻り光の両光軸の距離が常に一定となるように測定光の出射方向を制御する出射方向制御手段を有する本体と、を有し、前記本体内の基準点と再帰的反射体との距離の増減に応じてカウント値を出力する追尾式レーザ干渉計において、前記再帰的反射体を、変位の方向に沿って設けられたスケールで変位が読み取り可能な1軸以上の変位方向を有する座標測定装置上のヘッドに設け、該ヘッドを複数位置に変位させて、該スケールによる測定位置と、前記基準点と再帰的反射体との距離に応じたカウント値とを出力し、該測定位置と、カウント値と、前記基準点と、測定光の波長、および、再帰的反射体の初期位置から基準点までの距離である初期オフセット距離とによって定まる関係式に、複数位置における測定位置とカウント値とを代入して連立させ、該連立された関係式である連立方程式を解くことにより、波長を推定することで前記課題を解決したものである。これは、追尾型レーザ干渉計を用いて座標測定装置の運動誤差を観測する際に、上記のように誤った波長が用いられると、その分、観測される誤差は拡大されたり、縮小されたりしてしまう。この場合、なんらかの方法で正しい波長の値を求め、補正を行い正しいスケール(物差)に直してやらなければならないことから、本発明では座標測定装置に搭載されているスケールを用いてこれを行うものである。   The present invention relates to a retroreflector for reflecting incident measurement light and returning it to the incident direction, means for emitting the measurement light, and light receiving means for receiving the return light reflected and returned by the retroreflector. And a main body having an emission direction control means for controlling the emission direction of the measurement light so that the distance between the optical axes of the measurement light and the return light is always constant, and the reference point in the main body and the recursive reflection In a tracking type laser interferometer that outputs a count value according to an increase / decrease of a distance from a body, the recursive reflector has a displacement direction of one axis or more that allows displacement to be read with a scale provided along the displacement direction. Provided on a head on a coordinate measuring device having a plurality of positions, and outputting a measurement position by the scale and a count value corresponding to a distance between the reference point and the recursive reflector, Measurement position, count value, and reference And the measurement position and the count value at a plurality of positions are substituted into the relational expression determined by the wavelength of the measurement light and the initial offset distance that is the distance from the initial position of the recursive reflector to the reference point, The problem is solved by estimating the wavelength by solving the simultaneous equations which are the simultaneous relational expressions. This is because when a tracking laser interferometer is used to observe a motion error of a coordinate measuring device, if an incorrect wavelength is used as described above, the observed error is enlarged or reduced accordingly. Resulting in. In this case, the correct wavelength value must be obtained by some method, corrected, and corrected to the correct scale (object difference). In the present invention, this is performed using the scale mounted on the coordinate measuring apparatus. It is.

前記本体を、座標測定装置の定盤に設けることができる。   The main body can be provided on a surface plate of a coordinate measuring device.

又、前記連立方程式は、前記カウント値と波長との積に初期オフセット距離を加えた距離が、前記基準点と測定位置とから求められる距離と等しいとする関係式からなり、測定位置ごとに定まる該関係式を連立させることができる。   In addition, the simultaneous equations include a relational expression that the distance obtained by adding the initial offset distance to the product of the count value and the wavelength is equal to the distance obtained from the reference point and the measurement position, and is determined for each measurement position. The relational expressions can be made simultaneous.

又、前記基準点を、前記座標測定装置の移動体の変位方向が1軸の場合には該軸上に、2軸の場合には、該2軸で構成される平面内に設けることができる。   The reference point can be provided on the axis when the displacement direction of the moving body of the coordinate measuring apparatus is one axis, and within a plane constituted by the two axes when the displacement direction is two axes. .

本発明によれば、従来の追尾式レーザ干渉計に、スケールを有する座標測定装置を組み合わせることで、追尾式レーザ干渉計の測定光の波長を推定することが可能である。   According to the present invention, it is possible to estimate the wavelength of measurement light of a tracking laser interferometer by combining a coordinate measuring device having a scale with a conventional tracking laser interferometer.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図2は本実施形態に係る追尾式レーザ干渉計の波長推定のための構成概略図を示している。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram for wavelength estimation of the tracking laser interferometer according to the present embodiment.

本実施形態は、本体10と再帰的反射体32とを有する従来の追尾式レーザ干渉計と、座標測定装置40とを有する。図2に示す如く、追尾式レーザ干渉計の本体10は座標測定装置40の定盤42に設置され、再帰的反射体32はヘッド52に取付けられる。   The present embodiment includes a conventional tracking laser interferometer having a main body 10 and a retroreflector 32, and a coordinate measuring device 40. As shown in FIG. 2, the main body 10 of the tracking type laser interferometer is installed on a surface plate 42 of a coordinate measuring device 40, and the recursive reflector 32 is attached to a head 52.

前記座標測定装置40は、例えば、3次元測定機とすることができ、定盤42に設けられた門形のフレーム44上にヘッド52を有し、該ヘッド52上のプローブにより、測定物の3次元形状を測定するものである。前記門形のフレーム44は、定盤42から立ち上がる1対のコラム46と、該1対のコラム46間にかけ渡されたビーム48からなる。コラム46はビーム48を支え、ヘッド52は該ビーム48に沿って図の左右方向(x軸方向)に移動可能となっている。なお、図では示していないが、ビーム48に対してヘッド52が図の上下方向(z軸方向)に移動可能となっている。また、コラム46は定盤42を図の前後方向(y軸方向)に移動できるため、ヘッド52はy軸方向にも移動可能となっている。   The coordinate measuring device 40 may be, for example, a three-dimensional measuring machine, and has a head 52 on a portal frame 44 provided on a surface plate 42, and a probe on the head 52 allows the measurement object to be measured. A three-dimensional shape is measured. The gate-shaped frame 44 includes a pair of columns 46 rising from the surface plate 42 and a beam 48 spanned between the pair of columns 46. The column 46 supports the beam 48, and the head 52 is movable along the beam 48 in the left-right direction (x-axis direction) in the figure. Although not shown in the drawing, the head 52 can move in the vertical direction (z-axis direction) in the drawing with respect to the beam 48. Further, since the column 46 can move the surface plate 42 in the front-rear direction (y-axis direction) in the figure, the head 52 can also move in the y-axis direction.

ビーム48には、精度の高いスケール50と温度センサ60とが取付けてある。ヘッド52のx軸方向の移動距離をスケール50で読み取ることが可能であり、測定時の外部環境温度を温度センサ60が検出して補正をすることで、ビーム48やスケール50および空気の温度変化による膨張や収縮によって生じる誤差を除去することが可能である。同様な構成が他の移動方向にも設けられ、z軸、y軸方向においても高精度な移動距離を読み取ることが可能である。   A high-precision scale 50 and a temperature sensor 60 are attached to the beam 48. The moving distance of the head 52 in the x-axis direction can be read with the scale 50, and the temperature sensor 60 detects and corrects the external environment temperature at the time of measurement, thereby correcting the temperature change of the beam 48, the scale 50, and the air. It is possible to eliminate errors caused by expansion and contraction. A similar configuration is also provided in other movement directions, and it is possible to read the movement distance with high accuracy in the z-axis and y-axis directions.

追尾式レーザ干渉計については、図1に示したものと同一なので、説明を省略する。   The tracking laser interferometer is the same as that shown in FIG.

次に、波長の推定原理について以下に説明する。   Next, the principle of wavelength estimation will be described below.

座標測定装置40は、その直進性能や各軸を構成する機構の運動時の傾きによって生じる運動誤差を有する。そのため、測定空間内の個々の移動位置においては、運動誤差が生ずる。この運動誤差を観測するために、一般的には追尾型レーザ干渉計を用いている。しかし、座標測定装置40に使用されるスケール50は、もともと高精度であり、更に、温度補正等もなされており、比較的広範囲においてもそれほど誤差も大きくはない。ここで、スケール50が座標測定装置40に搭載されると上述した運動誤差によるアッベ誤差等が発生し、座標測定装置40上のヘッド52に取付けた再帰的反射体32の位置はスケール50の測定位置からずれてしまう。しかし、このアッベ誤差は測定空間の狭い範囲ではスケール50のムラとして発生するが、比較的広範囲の測定空間においては誤差の平均はほぼ0となると考えることができる。この考えに基づき、波長の値を固定せずにスケール50の読み取り位置を基準として、追尾式レーザ干渉計を逆校正することにより、測定値に無理な歪が生じないようにする。従って、測定空間全体にわたる複数位置の座標について、座標測定装置40と追尾式レーザ干渉計の両方を用いて測定して、その結果を処理することで、追尾式レーザ干渉計の波長を推定することが可能となる。   The coordinate measuring device 40 has a motion error caused by its straight running performance and the tilt during the motion of the mechanism constituting each axis. Therefore, a motion error occurs at each movement position in the measurement space. In order to observe this motion error, a tracking laser interferometer is generally used. However, the scale 50 used in the coordinate measuring apparatus 40 is originally highly accurate, further temperature-corrected and the like, and the error is not so large even in a relatively wide range. Here, when the scale 50 is mounted on the coordinate measuring device 40, the Abbe error due to the above-described motion error or the like occurs, and the position of the retroreflector 32 attached to the head 52 on the coordinate measuring device 40 is measured by the scale 50. It will shift from the position. However, this Abbe error occurs as unevenness of the scale 50 in a narrow range of the measurement space, but it can be considered that the average of the errors is almost zero in a relatively wide measurement space. Based on this idea, the tracking type laser interferometer is inversely calibrated with the reading position of the scale 50 as a reference without fixing the wavelength value, so that unreasonable distortion is not generated in the measured value. Therefore, it is possible to estimate the wavelength of the tracking laser interferometer by measuring the coordinates of a plurality of positions over the entire measurement space using both the coordinate measuring device 40 and the tracking laser interferometer and processing the result. Is possible.

具体的な推定方法について図3を用いて説明する。なお、追尾式レーザ干渉計の本体10と再帰的反射体32の概略形状が図2とは異なるが、図示のため簡略化したものであり、機能は同一である。   A specific estimation method will be described with reference to FIG. Although the schematic shapes of the main body 10 and the retroreflector 32 of the tracking laser interferometer are different from those in FIG. 2, they are simplified for the sake of illustration and have the same functions.

再帰的反射体32を座標測定装置40である3次元測定機のヘッド52上のプローブ位置に取り付け、追尾式レーザ干渉計の本体10を3次元測定機40の定盤42に設置し、複数点において測定を行う。   The recursive reflector 32 is attached to the probe position on the head 52 of the coordinate measuring device 40 as a coordinate measuring device 40, and the main body 10 of the tracking type laser interferometer is installed on the surface plate 42 of the three-dimensional measuring device 40. Measure in

ここで、本体10内の基準点12を(x0、y0、z0)と、複数回の測定回数のうちi番目の再帰的反射体32の位置であって、スケール50によって測定される位置を(xi、yi、zi)と、推定する測定光14の波長をλと、i番目の再帰的反射体32の位置での追尾式レーザ干渉計のカウント値をniと、初期オフセット距離をfとするならば、式(1)の関係式が導かれる。   Here, the reference point 12 in the main body 10 is (x0, y0, z0), and the position measured by the scale 50 is the position of the i-th recursive reflector 32 among a plurality of measurement times ( xi, yi, zi), the wavelength of the measurement light 14 to be estimated is λ, the count value of the tracking laser interferometer at the position of the i-th recursive reflector 32 is ni, and the initial offset distance is f. Then, the relational expression of Expression (1) is derived.

((xi-x0)2+(yi-y0)2+(zi-z0)2) 1/2=f+ni*λ …(1) ((xi-x0) 2 + (yi-y0) 2 + (zi-z0) 2 ) 1/2 = f + ni * λ (1)

ここで、(xi、yi、zi)とniとが測定によって求められるが、(x0、y0、z0)、λ、fは不明である。なお、両辺の値は基準点12とi番目の再帰的反射体32の位置との距離を表している。   Here, (xi, yi, zi) and ni are obtained by measurement, but (x0, y0, z0), λ, and f are unknown. The values on both sides represent the distance between the reference point 12 and the position of the i-th recursive reflector 32.

そして、測定空間の十分広範囲において座標測定、およびカウント値測定を複数回行うことにより、測定回数に応じた式(1)が成立するので、それらを連立させ連立方程式として解くことにより、(x0、y0、z0)、λ、fを推定することが可能となる。   Then, by performing coordinate measurement and count value measurement a plurality of times in a sufficiently wide range of the measurement space, the equation (1) corresponding to the number of times of measurement is established, and by solving them as simultaneous equations, (x0, y0, z0), λ, and f can be estimated.

連立方程式は、一般的な非線形最小二乗法を用いて解くことが可能である。例えば、Gauss-Newton法やMarquardt法およびハイブリッド法等を用いることができる。また、式(1)の両辺を二乗することにより線形最小二乗法で解くことも可能である。例えば、Cholesky法や固有値分解法などの正規方程式を立てて解く解法を適用しても良いし、Gram-Schmidt法やHouseholder法や特異値分解法などのヤコビアンの直接分解による解法を用いても良い。   The simultaneous equations can be solved using a general nonlinear least square method. For example, Gauss-Newton method, Marquardt method, hybrid method, and the like can be used. It is also possible to solve by the linear least square method by squaring both sides of the equation (1). For example, you may apply a solving method that establishes a normal equation such as Cholesky method or eigenvalue decomposition method, or you may use a solution by direct decomposition of Jacobian such as Gram-Schmidt method, Householder method, singular value decomposition method, etc. .

従って、上述した原理に基づくことで、極めて簡略な構成で、測定光14の波長λを精度よく推定することができ、追尾式レーザ干渉計による高精度な測定が可能である。   Therefore, based on the above-described principle, the wavelength λ of the measurement light 14 can be accurately estimated with a very simple configuration, and high-accuracy measurement using a tracking laser interferometer is possible.

同時に、空気屈折率の補正のために、温度などといった外部環境の測定をする必要がないので、そのための高価な機材にかかる費用を大幅に削減できる効果を有する。   At the same time, since it is not necessary to measure the external environment such as temperature for correcting the air refractive index, it is possible to significantly reduce the cost for expensive equipment.

なお、別途国家標準として定められているブロックゲージなどを測定し、測定空間の膨張や収縮を校正することにより、更に波長推定精度を高めることも可能である。   It is also possible to further improve the wavelength estimation accuracy by measuring a block gauge or the like separately set as a national standard and calibrating the expansion and contraction of the measurement space.

以上、本実施形態においては、測定空間を3次元としていたが、2次元や1次元空間でも同様の波長推定は可能である。ただしこの場合には、追尾式レーザ干渉計の基準点12を測定空間と同一の空間においた測定となる。つまり、2次元の場合には、図4に示す如く、測定平面であるxy平面に基準点12が含まれるように、1次元の場合には、図5に示す如く、x軸上に基準点12が含まれるように配置する必要がある。この場合には、追尾式レーザ干渉計の本体10の設置位置が限定されるため設置の手間がかかることとなるが、必ずしも3次元空間を測定可能な座標測定装置を必要とはしないので、より単純な装置で波長推定が可能となる。同時に、測定点数も少なくてすみ、連立方程式を容易に解くことが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the measurement space is three-dimensional, but the same wavelength estimation is possible in a two-dimensional or one-dimensional space. In this case, however, the reference point 12 of the tracking laser interferometer is measured in the same space as the measurement space. That is, in the two-dimensional case, the reference point 12 is included in the xy plane that is the measurement plane as shown in FIG. 4, and in the one-dimensional case, the reference point on the x-axis is shown in FIG. 12 need to be included. In this case, since the installation position of the main body 10 of the tracking type laser interferometer is limited, it takes time for installation, but a coordinate measuring device capable of measuring a three-dimensional space is not necessarily required. Wavelength estimation is possible with a simple device. At the same time, the number of measurement points can be reduced, and simultaneous equations can be easily solved.

又、本実施形態は、測定光の波長が外部環境で変化するときを想定しているが、波長が不明であるときにも本発明を適用して、波長を推定することができるのは明らかである。   Although this embodiment assumes that the wavelength of the measurement light changes in the external environment, it is clear that the wavelength can be estimated by applying the present invention even when the wavelength is unknown. It is.

又、本発明は、波長が不明である場合や外部環境変化によって変化する測定光の波長を推定する場合に限らず、追尾式レーザ干渉計の定期的な校正などにも適用できることは言うまでもない。   Needless to say, the present invention is not limited to the case where the wavelength is unknown or the case of estimating the wavelength of measurement light that changes due to a change in the external environment, but can also be applied to periodic calibration of a tracking laser interferometer.

従来の追尾式レーザ干渉計の概略構成図Schematic configuration diagram of a conventional tracking laser interferometer 本発明の実施形態を示す概略構成図Schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention 同じく3次元測定空間における追尾式レーザ干渉計の本体と再帰的反射体との配置を示す概略図Schematic showing the arrangement of the main body of the tracking laser interferometer and the retroreflector in the same three-dimensional measurement space 2次元測定空間における追尾式レーザ干渉計の本体と再帰的反射体との配置を示す概略図Schematic showing the arrangement of the tracking laser interferometer body and recursive reflector in a two-dimensional measurement space 1次元測定空間における追尾式レーザ干渉計の本体と再帰的反射体との配置を示す概略図Schematic showing the arrangement of the tracking laser interferometer body and recursive reflector in a one-dimensional measurement space

符号の説明Explanation of symbols

10…本体
12…基準点
14…測定光
20…受光器
26…2軸回転機構
28…制御装置
30…測定対象物
32…再帰的反射体
40…座標測定装置
42…定盤
44…門形のフレーム
46…コラム
48…ビーム
50…スケール
52…ヘッド
60…温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Main body 12 ... Reference point 14 ... Measuring light 20 ... Light receiver 26 ... Biaxial rotating mechanism 28 ... Control device 30 ... Measurement object 32 ... Recursive reflector 40 ... Coordinate measuring device 42 ... Surface plate 44 ... Portal-shaped Frame 46 ... Column 48 ... Beam 50 ... Scale 52 ... Head 60 ... Temperature sensor

Claims (4)

入射された測定光を反射して入射方向に戻すための再帰的反射体と、
測定光を出射する手段、前記再帰的反射体で反射され戻ってくる戻り光を受光する受光手段、測定光と戻り光の両光軸の距離が常に一定となるように測定光の出射方向を制御する出射方向制御手段を有する本体と、を有し、
前記本体内の基準点と再帰的反射体との距離の増減に応じてカウント値を出力する追尾式レーザ干渉計において、
前記再帰的反射体を、変位の方向に沿って設けられたスケールで変位が読み取り可能な1軸以上の変位方向を有する座標測定装置上のヘッドに設け、
該ヘッドを複数位置に変位させて、該スケールによる測定位置と、前記基準点と再帰的反射体との距離に応じたカウント値とを出力し、
該測定位置と、カウント値と、前記基準点と、測定光の波長、および、再帰的反射体の初期位置から基準点までの距離である初期オフセット距離とによって定まる関係式に、複数位置における測定位置とカウント値とを代入して連立させ、
該連立された関係式である連立方程式を解くことにより、波長を推定することを特徴とする追尾式レーザ干渉計の波長推定方法。
A recursive reflector for reflecting incident measurement light and returning it to the incident direction;
Means for emitting measurement light, light receiving means for receiving return light reflected and returned by the recursive reflector, and measuring light emission direction so that the distance between the optical axes of the measurement light and return light is always constant. A main body having emission direction control means for controlling,
In a tracking laser interferometer that outputs a count value according to an increase or decrease in the distance between a reference point in the main body and a retroreflector,
The recursive reflector is provided on a head on a coordinate measuring apparatus having a displacement direction of one axis or more that allows displacement to be read by a scale provided along the direction of displacement,
Displace the head to a plurality of positions, and output a measurement position by the scale and a count value according to the distance between the reference point and the recursive reflector,
The measurement at a plurality of positions is a relational expression determined by the measurement position, the count value, the reference point, the wavelength of the measurement light, and the initial offset distance that is the distance from the initial position of the recursive reflector to the reference point. Substituting position and count value,
A wavelength estimation method for a tracking laser interferometer, wherein the wavelength is estimated by solving simultaneous equations which are the simultaneous relational expressions.
前記本体を、座標測定装置の定盤に設けることを特徴とする請求項1記載の追尾型レーザ干渉計の波長推定方法。   2. The wavelength estimation method for a tracking laser interferometer according to claim 1, wherein the main body is provided on a surface plate of a coordinate measuring apparatus. 前記連立方程式は、前記カウント値と波長との積に初期オフセット距離を加えた距離が、前記基準点と測定位置とから求められる距離と等しいとする関係式からなり、
測定位置ごとに定まる該関係式を連立させることを特徴とする請求項1又は2に記載の追尾式レーザ干渉計の波長推定方法。
The simultaneous equations comprise a relational expression that the distance obtained by adding the initial offset distance to the product of the count value and the wavelength is equal to the distance obtained from the reference point and the measurement position,
3. The tracking type laser interferometer wavelength estimation method according to claim 1, wherein the relational expression determined for each measurement position is made simultaneous.
前記基準点を、前記座標測定装置の移動体の変位方向が1軸の場合には該軸上に、2軸の場合には該2軸で構成される平面内に、設けることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の追尾式レーザ干渉計の波長推定方法。   The reference point is provided on the axis when the displacement direction of the moving body of the coordinate measuring apparatus is one axis, and within a plane constituted by the two axes when the displacement direction is two axes. The wavelength estimation method of the tracking type laser interferometer according to any one of claims 1 to 3.
JP2007130732A 2007-05-16 2007-05-16 Wavelength estimation method of tracking laser interferometer Pending JP2008286598A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007130732A JP2008286598A (en) 2007-05-16 2007-05-16 Wavelength estimation method of tracking laser interferometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007130732A JP2008286598A (en) 2007-05-16 2007-05-16 Wavelength estimation method of tracking laser interferometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008286598A true JP2008286598A (en) 2008-11-27

Family

ID=40146461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007130732A Pending JP2008286598A (en) 2007-05-16 2007-05-16 Wavelength estimation method of tracking laser interferometer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008286598A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013504762A (en) * 2009-09-18 2013-02-07 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー Method for measuring shape of optical surface and interference measuring device
JP2014224790A (en) * 2013-05-17 2014-12-04 株式会社ミツトヨ Tracking laser device
JP2021032722A (en) * 2019-08-26 2021-03-01 株式会社ミツトヨ Inspection method, correction method, and inspection device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013504762A (en) * 2009-09-18 2013-02-07 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー Method for measuring shape of optical surface and interference measuring device
US8593642B2 (en) 2009-09-18 2013-11-26 Carl Zeiss Smt Gmbh Method of measuring a shape of an optical surface based on computationally combined surface region measurements and interferometric measuring device
JP2014224790A (en) * 2013-05-17 2014-12-04 株式会社ミツトヨ Tracking laser device
JP2021032722A (en) * 2019-08-26 2021-03-01 株式会社ミツトヨ Inspection method, correction method, and inspection device
JP7428492B2 (en) 2019-08-26 2024-02-06 株式会社ミツトヨ Inspection method and correction method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4776473B2 (en) Optical axis deflection laser interferometer, its calibration method, correction method, and measurement method
Takatsuji et al. The first measurement of a three-dimensional coordinate by use of a laser tracking interferometer system based on trilateration
KR101864770B1 (en) Position-measuring device and system having such a position-measuring device
US20180202796A1 (en) Measuring device and method for measuring at least one length measurand
CN103528499B (en) Morphology compensation type double-optical-axis linear displacement laser interferometer calibration method and device
Chapman Limitations of laser diagonal measurements
CN110455226B (en) Calibration system and method for laser collimation transceiving integrated straightness measurement
JP5535031B2 (en) Measuring method of laser beam in optical axis direction, length measuring system, and inspection method of positioning accuracy
CN113091653B (en) Device and method for measuring angle freedom degree error of linear guide rail based on pentaprism
Budzyn et al. Laser interferometer based instrument for 3D dynamic measurements of CNC machines geometry
JP2008286598A (en) Wavelength estimation method of tracking laser interferometer
Castro Uncertainty analysis of a laser calibration system for evaluating the positioning accuracy of a numerically controlled axis of coordinate measuring machines and machine tools
US6801323B2 (en) Methods and apparatus for interferometric dimensional metrology
Lipus et al. Analysis of laser interferometer measurement uncertainty by simulating error sources
Zamiela et al. Corner cube reflector lateral displacement evaluation simultaneously with interferometer length measurement
JP5290038B2 (en) Measuring apparatus and measuring method
JP2015129667A (en) Measurement device and method for calibrating measurement device
JP2014102192A (en) White color interference device, measuring method of position and displacement of the same
CN102445279B (en) Device and method for measuring wave lengths of interferometer
EP2955490B1 (en) Displacement detecting device
JP3913519B2 (en) Straightness measurement method by scanning gap detection
JP2013160742A (en) Calibration method of three-dimensional interferometer reference surface using diffraction grating, and three-dimensional interferometer
Yagüe-Fabra et al. A thermally-stable setup and calibration technique for 2D sensors
WO2016084195A1 (en) White light interference device and method of detecting position and displacement by means of white light interference device
JP2006133059A (en) Device for measuring interference