JP3702334B2

JP3702334B2 - Autonomous control terminal

Info

Publication number: JP3702334B2
Application number: JP35776898A
Authority: JP
Inventors: 純石川; 守正上田; 久嘉境; 雄一郎横山
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2018-12-16
Also published as: JP2000180149A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲージブロックや高精度構造体として、あるいは長さ測定器の温度特性評価を行う際に利用できる自律制御端度器に関する。
【０００２】
【背景技術】
両端面間の寸法を基準とし、実用的な高精度の機械的長さを実現する端度器としてのゲージブロック、基準器等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このうち、例えば、ゲージブロックは、温度依存性が大きく熱膨張により長さが変化するため、高精度の測定を行う場合には、温度をきわめて高い精度で制御することが必要とされている。
また、ゲージブロックは、自重により、あるいは支持の仕方のたわみ等による歪み、さらに、扱い姿勢による歪みを生じたり、経時的変化を生じるため、高精度の測定を行う場合には、取り扱いが限定される上に、十分な注意が必要とされる。
【０００４】
本発明の目的は、使用環境温度や取り付け姿勢および経時変化の影響を受けない高精度の端度器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トレーサビリティシステムのトランスファーゲージとして用いることにより、高い精度での技術能力の確認を行える自律制御端度器であり、特に、温度等の影響の大きな長い寸法の領域（５００〜１０００ｍｍ）でより有効に使用できるようにしたものである。具体的には、
本発明の第１発明に係る自律制御端度器は、固定部となった一端と、駆動部材によって変位する弾性変位部となった他端とに、外側面が測定面となり内側面が反射ミラーとなった固定測定部材および変位測定部材がそれぞれ設けられるとともに、内部が真空状態近くまで減圧された筒状構造体を備え、この筒状構造体は鉄と比較して熱膨張係数が小さくかつその内部には、前記両端の内部反射ミラー間の間隔を計測するレーザ光波干渉計とその計測光路とが収納され、前記筒状構造体の外部には、前記駆動部材を制御する制御装置が設けられ、この制御装置は、前記レーザ光波干渉計から得られた計測値に基づいて、前記内部反射ミラー間の間隔と前記計測光路に対する前記反射ミラーの姿勢を所定の位置に維持するように前記駆動部材を制御することを特徴とするものである。
【０００６】
以上において、内部反射ミラー間の間隔と計測光路に対する反射ミラーの姿勢を所定の位置に維持する、とは、計測光路を通る光軸と反射ミラー面が垂直になるように、かつ、向かい合う両ミラー面が平行となるように姿勢を維持することをいう。また、駆動部材によって変位するとは、変位測定部材が筒状構造体の軸線方向に移動すること、軸線に対して揺動して姿勢が変わること、および移動しかつ揺動して姿勢が変わることを含む概念である。
さらに、この端度器は、制御された状態で他の高精度な基準器により値付けすることが必要である。
【０００７】
このような本発明では、制御装置による駆動部材の制御で弾性変位部の変位測定部材が変位し、内部反射ミラー間の間隔と計測光路に対する反射ミラーの測定光軸とを、常に所定の位置に維持するように働くので、レーザ光波干渉計の検出位相を初期設定値に保てば、使用環境温度等が変わっても、測定面間の距離および姿勢を高精度に維持することができ、また、経時変化の影響を受けない基準器とすることができる。
さらに、本発明の端度器は温度変化の影響を受けないので、これを基準に長さ測定器などの温度特性が簡単に評価可能になる。そのため、例えば、変温室内で三次元測定器の温度特性を測定するとき、温度による寸法の変化のない基準ゲージを測定することにより、簡単に温度特性を測定できる。
【０００８】
本発明の第２発明に係る自律制御端度器は、請求項１に記載の自律制御端度器において、前記固定部は、前記筒状構造体の端部に取り付けられた固定部材を備えて構成され、前記固定測定部材は前記固定部材の外側に取り付けられ、前記弾性変位部は、前記筒状構造体の他端に設けられ内径部が前記密閉中空部に連通しかつ前記筒状構造体の軸線に対して変位可能な変位部材を備えて構成され、前記変位測定部材は前記変位部材の外側に取り付けられ、前記駆動部材は、複数設けられるとともに前記筒状構造体に前記変位部材と当接して設けられ、前記筒状構造体内部の減圧はほぼ真空状態になされていることを特徴とするものである。
【０００９】
このような本発明では、固定部に固定部材を介して固定測定部材が設けられ、弾性変位部に変位部材を介して変位測定部材が設けられているので、仮に測定部材等が傷つく等の原因により取り替える必要が生じた場合、その部材だけを取り替えればよいので、製作や取り替え作業等が容易である。
【００１０】
本発明の第３発明に係る自律制御端度器は、請求項２に記載の自律制御端度器において、前記固定部材は熱膨張係数の小さい材質の部材で形成されるとともにこの固定部材に支持部材を介して前記レーザ光波干渉計が取り付けられ、前記支持部材は、所定の温度に維持されていることを特徴とするものである。
このような本発明では、固定部材は熱膨張係数の小さい材質の部材で形成され、また、支持部材が所定の温度に維持されているので、使用環境温度の影響を受けない高精度の端度器を提供できる。
【００１１】
本発明の第４発明に係る自律制御端度器は、請求項３に記載の自律制御端度器において、前記支持部材は、その一部もしくは全部がヒータで形成されていることを特徴とするものである。
このような本発明では、支持部材の一部もしくは全部がヒータで形成されているので、レーザ光波干渉計が常に一定の温度で管理されることになり、これにより、使用環境温度の影響を受けない高精度の端度器を提供できる。
【００１２】
本発明の第５発明に係る自律制御端度器は、請求項１〜４のいずれかに記載の自律制御端度器において、前記レーザ光波干渉計には、前記筒状構造体の外部空間にあるレーザ光源から光ファイバを介してレーザ光束が注入されることを特徴とするものである。
このような本発明では、レーザ光束を効率よくかつコンパクトにまとめることができる。
【００１３】
本発明の第６発明に係る自律制御端度器は、請求項５に記載の自律制御端度器において、前記レーザ光束は、直交直線偏光面を持つ２周波の光束であることを特徴とするものである。
このような本発明では、レーザ光束が２周波なので両者の差信号（ビート信号）の位相より変位が検出しやすく、測定も容易である。
【００１４】
本発明の第７発明に係る自律制御端度器は、請求項１〜６のいずれかに記載の自律制御端度器において、前記レーザ光波干渉計は、前記２周波に対応するヘテロダイン干渉計であることを特徴とするものである。
このような本発明では、組立が容易である。
【００１５】
本発明の第８発明に係る自律制御端度器は、請求項１または２に記載の自律制御端度器において、前記駆動部材は、複数の柱状圧電素子で形成され、それぞれが独立に制御されることを特徴とするものである。
このような本発明では、柱状圧電素子をコンパクトに装置内に組み込みやすく、また、所定の柱状圧電素子のみを単独で制御できるので、微妙な姿勢の変化でも補正することができ、常に両端面の測定面の位置関係を一定に保てる。
【００１６】
本発明の第９発明に係る自律制御端度器は、請求項１または２に記載の自律制御端度器において、前記変位部材と筒状構造体との間には、前記密閉中空部の真空を維持する真空用ベローズが設けられていることを特徴とするものである。
このような本発明では、変位部材が変位しても密閉中空部の真空を維持できるので、高精度の端度器を提供できる。
【００１７】
本発明の第１０発明に係る自律制御端度器は、請求項１または２に記載の自律制御端度器において、前記固定側および変位側の測定部材は、それぞれ熱膨張係数の小さい材質の材料、あるいは、経時的に安定した材質の材料で形成されていることを特徴とするものである。
以上において、熱膨張係数の小さい材質の材料としてゼロデュア材等を使用することが好ましく、あるいは経時的に安定した材質の材料として石英等を使用することが好ましい。
このような本発明では、使用環境温度や経時変化の影響を受けない高精度の端度器を提供できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る自律制御端度器の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態の自律制御端度器（以下、単に端度器という）１は、ゲージブロックの高精度タイプの基準器であり、波長安定化レーザ光を使用して高精度の機械的長さを実現し、端面間の寸法を常に一定に維持するものである。このような端度器１は、筒状構造体である外筒２を備えて構成され、この外筒２は、鉄等と比較して熱膨張係数が小さな材質のスーパーインバー材で形成されている。
【００１９】
なお、スーパーインバー材の熱膨張係数が小さいことから（約３×１０^-7／℃）、端度器１の長さが、例えば１ｍの場合、初期の制御開始環境温度を０．５℃以内で再現させれば、測定面間の寸法は約０．１５μｍ以内で再現されることになる。
さらに、ここで制御を開始し、干渉計の検出位相を初期設定値に保てば、このレーザ干渉計のもつ精度に近い値でこの端度器を再現できる。
この後、使用環境が変化しても、測定面間を常に一定に保つ制御が働くため、この寸法を高精度に維持できる。
【００２０】
外筒２の一端には、熱膨張計数が小さく、かつ、経時的変化の少ない材質の石英等で形成された固定測定部材３が設けられ、他端には、変位測定部材４が設けられている。このうち、固定測定部材３は、外筒２の固定部５に取り付けられ、変位測定部材４は、外筒２の弾性変位部６に、外筒２の軸線方向に長さ調整および姿勢調整可能に取り付けられている。
そして、このような端度器１の内部は、測定面間の寸法、変位を高精度に測定するため、ほぼ真空状態に減圧された密閉中空部となっている。
【００２１】
固定測定部材３の外表面は測定面３Ａとなっており、内面は高い反射率を持つ第１の反射ミラー３Ｂとなっている。また、変位測定部材４の外表面は測定面４Ａとなっており、内面は高い反射率を持つ第２の反射ミラー４Ｂとなっている。従って、測定面間の寸法、変位を検出するためのレーザ干渉計の反射面として用いることができる。
【００２２】
前記固定部５は、固定部材８と支持部材２８とを含んで構成され、このうち、固定部材８は、外筒２の外径と同じ大きさのフランジ部と外筒２の内部に差し込み可能な外径部とを有し、外径部を外筒２の内部に差し込み、フランジ部を外筒２の端面にボルト等で固定して取り付けられている。
また、固定部材８には内径部８Ａと、さらに、この内径部８Ａから外筒２の軸線方向端部に達する通路８Ｂとが形成され、この通路８Ｂは、固定部材８における固定測定部材３側の端面に形成された吸着溝８Ｃに連通している。そして、この通路８Ｂ等を通じて外筒２の内部真空部の真空により、固定測定部材３が固定部材８に吸着されて取り付けらるようになっている。
さらに、固定測定部材３は、吸着取り付けの他に取り付け部材１０によって、外周の一部を固定部材８側に押し付けることにより固定されるようになっている。
【００２３】
前記支持部材２８は、後で述べるように、受け台９を介して固定部材８に取り付けられるとともに、その内部には、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）３２が設けられている。
【００２４】
弾性変位部６は、駆動部材である駆動素子１２、真空用金属ベローズ１３、変位部材１４等を備えて構成され、前述のように、変位測定部材４は、この弾性変位部６の作用により変位と姿勢変化、つまり、外筒２の軸線方向に移動可能、かつ、軸線方向に対して揺動可能とされている。
【００２５】
駆動素子１２は、柱状圧電素子（ＰＺＴ）で形成され、リング状の取り付け体１６にガイドされて外筒２の軸線方向に沿って伸縮可能に取り付けられている。このような駆動素子１２は、例えば３個、取り付け体１６の円周上に均等に設けられている。これらの駆動素子１２は、後で詳述するレーザ干渉計２０から得られた変位、姿勢変化の誤差信号に応じてそれぞれを独立に制御することにより変位測定部材４を変位、姿勢変化させ、常に両端面の測定面の位置関係を一定に保つようになっている。
また、上記取り付け体１６は、外筒２の端面に取り付けられている。
【００２６】
取り付け体１６の先端には、変位部材１４が外筒２の軸線方向に変位可能、かつ、軸線方向に対して姿勢変化可能に設けられている。この変位部材１４は、取り付け体１６とほぼ同一形状のリング部１４Ｄと段差内径部１４Ａとを有し、リング部１４Ｄ先端が、駆動素子１２が伸びたときその駆動素子１２により押されるようになっている。
【００２７】
変位部材１４の内部には、段差内径部１４Ａから外周側および端面に向かって、前記固定部材８の通路８Ｂおよび吸着面８Ｃと同様の、通路１４Ｂおよび吸着面１４Ｃが形成されており、これらの通路１４Ｂおよび吸着面１４Ｃを通じて外筒２の内部真空部の真空により、変位測定部材４が変位部材１４に吸着されて取り付けられるようになっている。
また、吸着取り付けの他に、変位測定部材４は前記取り付け部材１０によって、外周の一部を変位部材１４側に押し付けることにより固定されるようになっている。
【００２８】
外筒２における変位測定部材４側の端面と変位部材１４の段差部との間には、前記真空用金属ベローズ１３が取り付けられている。この金属ベローズ１３は、一端を外筒２の端面に取り付け、他端を変位部材１４の段差部に固定して取り付けられている。また、ベローズ１３の内部は外筒２の内部、つまり、密閉中空部に連通しており、さらに、変位部材１４の内径部１４Ｄにも連通している。
従って、駆動素子１２が伸びて変位部材１４が移動しても、その移動に連れて金属ベローズ１３が伸びるので、端度器１内の真空状態は維持され、また、ベローズ１３によって、弾性変位部６の変位部材１４、変位測定部材４等が動きフリーの状態で支持されていることになる。
【００２９】
外筒２には、レーザ光波干渉計２０が設けられており、外筒２の外部には、制御装置であるコントローラ２１と、端度器１にレーザビームを供給する波長安定化レーザ光源２２が設けられている。
レーザ光波干渉計２０は、直交直線２周波レーザ光源を用いたヘテロダイン方式のレーザ干渉計である。そして、このレーザ干渉計は、干渉ビームを、ファイバ３０からＰＢＳ３２を透過させるものと、ＰＢＳ３２で、内部のＰＢＳ３３を透過させるものおよびＰＢＳ３３から第１の反射ミラー３Ｂ、第２の反射ミラー４Ｂ等を経由したものの３つに分け、それぞれを後述する検出器３４で独立に検出し、この３個の検出信号を演算することにより、変位だけでなく反射面の傾きをも検出できるようになっている。
【００３０】
レーザ光波干渉計２０は、入り側干渉計部２４、内部干渉計部２５、前記固定測定部材３の反射ミラー３Ｂ、変位測定部材４の反射ミラー４Ｂおよび検出部２６とを有して構成されている。
入り側干渉計部２４は、外筒２の外周に固定された第１の取付台２７の内部に設けられ、内部干渉計部２５は、前記支持部材２８に設けられている。この支持部材２８の内部には、外筒２の軸線方向に沿った内径部が形成されており、その一部にＰＢＳ３３が設けられている。また、検出部２６は、入り側干渉計部２４と内部干渉計部２５とを結ぶ線上に設けられ、外筒２の外周に固定された第２の取付台２９を含み構成されている。
【００３１】
入り側干渉計部２４には、ファイバ３０を通じて伝送される波長安定化レーザ光源３１からのレーザ光を受光し、２周波のうち一方の周波数のレーザ光を透過させるとともに、他方の周波数のレーザ光を反射させ、そのレーザ光を内部干渉計部２５側に伝送するＰＢＳ３２が設けられている。
ファイバ３０からでたレーザ光は、図示しないレンズによりビーム径を大きくしてからＰＢＳ３２を経由して装置本体内に取り入れられるが、レンズによりビーム径を大きくした光の一部は、ＰＢＳ３２を透過した後、ＰＢＳ３２の隣に配置されたレンズ３５で絞られ、偏光板３９を通過して検出器４０により検出されるようになっている。そして、この検出器４０により検出された信号が基準信号とされる。
【００３２】
内部干渉計部２５に設けられているＰＢＳ３３は、入り側干渉計部２４のＰＢＳ３２からのレーザ光の、２周波のうち一方の周波数のレーザ光を透過させるとともに、他方の周波数のレーザ光を反射させ、固定測定部材３の内部の第１の反射ミラー３Ｂから変位測定部材４の内部の第２の反射ミラー４Ｂを経由させ、検出部２６側に導くものである。
【００３３】
内部干渉計部２５を構成する前記支持部材２８には、ＰＢＳ３３の外筒２の軸線方向両側に、第１のλ／４板（λ／４波長板）３６、第２のλ／４板３７が、ＰＢＳ３３に対向して設けられている。これらのＰＢＳ３３や第１、２のλ／４板３６、３７は、前述したように、レーザビームの偏光面を変化させ、レーザビームを図２に示す進路以外に進まないようにコントロールするためのものである。例えば、レーザビームがλ／４板３６等を往復することによりその偏光面が９０度回転するようにλ／４板は配置されている。
【００３４】
また、レーザ干渉計２０を高精度に使用するため、空気屈折率の波長への影響を避けるように干渉光路を真空に保っているが、干渉光路内のＰＢＳ３３、λ／４板３６、３７の温度によるオプティカルパスの影響が精度劣化をもたらすことから、本実施形態では、干渉光路内の干渉部を温度コントロールしている。
すなわち、前記支持部材２８は、その一部あるいは全部が電気的ヒータで形成されている。
【００３５】
ここで、固定部材８、受台９、支持部材２８、外筒２の密閉中空部、真空用金属ベローズ１３の内径部および変位部材１４の内径部を結ぶ通路が第２の光軸Ｂとなっており、レーザ光が通過できるようになっている。
【００３６】
検出部２６には、内部のＰＢＳ３３を透過した信号、およびＰＢＳ３３から第１のλ／４板３６、第１の反射ミラー３Ｂ、第２のλ／４板３７、第２の反射ミラー４Ｂを経由して再度ＰＢＳ３３に戻り、そこから送られる信号を検出する検出器３４が設けられている。
この検出器３４の受光面は３つに分けられており、３個の信号を検出できるようになっている。そして、このような検出器３４は、前記検出器４０と共にコントローラ２１に接続されている。また、コントローラ２１には、前記駆動素子１２も接続されている。
なお、入り側干渉計部２４から検出部２６までは、外筒２の径方向に直線状の第１の光軸Ａとなっており、レーザ光が通過できるようになっている。
【００３７】
また、第１の取付台２７および第２の取付台２９の内部干渉計部２５側には、それぞれ、レーザ光を導くためのガラス窓３８，３８が設けられている。
【００３８】
次に、図２に基づいて、レーザ光の進路を説明する。
ファイバー３０を通じて伝送されたレーザ光には、２つの周波数f1,f2が含まれており、このレーザ光は、前述のように３つに分けられ、そのうちの１つは、入り側干渉計部２４のＰＢＳ３２を透過して検出器４０により検出される。この際、２つの周波数f1,f2の差、つまりf1−f2がビート周波数として検出器４０により基準信号として検出される。
【００３９】
レーザ光の残りは、２つの周波数f1,f2がそれぞれ別個に分けられ、かつ、内部のＰＢＳ３３に向けて伝送される。
そのうち一つの周波数f1のレーザ光は、内部のＰＢＳ３３を透過して検出器３４で検出され、他の周波数f2のレーザ光は、内部のＰＢＳ３３で偏光されてから第１のλ／４板３６を透過して固定測定部材３に向かい、第１の反射ミラー３Ｂで反射され、再度第１のλ／４板３６、ＰＢＳ３３、第２のλ／４板３７を通って変位測定部材４に向かう。そのレーザ光は第２の反射ミラー４Ｂで反射された後、第２のλ／４板３７とＰＢＳ３３とにより偏光されて検出器３４で検出される。
【００４０】
そして、検出器３４で検出された２つの周波数の差、f1−f2が測定信号とされ、この測定信号と前記基準信号とが比較され、差が生じた場合は、測定値を基準値に近づけるために、コントローラ２１による複数の駆動素子１２の伸縮で第２の反射ミラー４Ｂが外筒２の軸線方向に移動、あるいは軸線に対して揺動して姿勢を変えることができ、正常な干渉が行えるようになっている。つまり、第１、第２の反射ミラー３Ｂ、４Ｂ間の間隔と、光軸Ｂに対する反射ミラーの測定光軸とが、所定の位置に維持されるようになっている。
【００４１】
このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
▲１▼柱状圧電素子１２の駆動により、変位測定部材４が外筒２の軸線方向に変位でき、あるいは軸線方向に対して姿勢変化できるので、使用環境温度および使用姿勢が変わっても、常に初期設定値に近い精度を維持でき、高精度の端度器とすることができる。
【００４２】
▲２▼外筒２は、鉄等と比較して熱膨張係数が小さな材質のスーパーインバー材で形成されているので、初期の制御開始環境温度を、例えば１℃以内で再現させれば、測定面間の寸法を極めて小さな誤差の寸法で再現できる。そのため、ここで制御を開始し、干渉計の検出位相を初期設定値に保てば、このレーザ干渉計２０のもつ精度に近い値でこの端度器１を再現できるので、使用環境が変化しても、測定面間を常に一定に保つ制御が働くため、この寸法を高精度に維持できる。
【００４３】
▲３▼外筒２は、鉄等と比較して熱膨張係数が小さな材質のスーパーインバー材で形成されているので、下界の温度変化に影響されにくく、これにより、高精度の端度器とすることができる。
▲４▼固定測定部材３および変位測定部材４は、石英材で形成されており、この石英材は経時的に安定した材料とされているので、端度器１自体をも経時変化のない高精度の基準器とすることができる。
【００４４】
▲５▼持部材２８は、その一部または全部がヒーターで形成され、ＰＢＳ３３の支持部近傍が一定温度に保たれているので、計測光路の光軸Ｂが、下界の温度変化、内部の温度上昇等の温度変化に影響されることがなく、これにより、端度器１の高精度の制御が可能となる。
▲６▼固定部材８および変位部材１４に、外筒２の内部に連通する吸着溝８Ｃ、吸着溝８Ｃ等がそれぞれ形成されているので、外筒内部の真空により、固定測定部材３および変位測定部材４が吸着されて取り付けられる。従って、両測定部材３，４の固定が確実となり、高精度の制御を行えるようになる。
【００４５】
▲７▼外筒２の内部には、外筒２と変位部材１４および変位測定部材４とに接続された金属ベローズ１３が取り付けられており、駆動素子１２が伸びて変位部材１４が移動しても、その移動に連れて金属ベローズ１３が伸びるので、端度器１内の真空状態は維持される。従って、レーザ干渉計２０を高精度に使用できる。
▲８▼本実施形態の端度器１は温度変化に影響されないので、この端度器１を他の長さ測定器を使用する際の基準器として用いるとき、その測定器の温度特性を簡単に評価することができる。
【００４６】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できるものであれば、次に示すような変位形態でもよい。
例えば、前記実施形態では、レーザ干渉計２０を高精度に使用するため、空気屈折率の波長への影響を避けるように外筒２の密閉中空部内をほぼ真空に減圧したが、これに限らず、干渉光路を真空にすることが難しい場合、空気より約１桁屈折率の小さいヘリウムガスを充填してもよい。
このような実施形態でも、ほぼ真空の場合と比べて多少精度は落ちるが、高精度の測定を行える。
【００４７】
また、前記実施形態では、検出器３４を受光面が３つあるタイプのものとし、１つの検出器で３つの信号を検出できるようにしたが、これに限定されず、信号数に対応する検出器を設けてもよい。
さらに、前記実施形態では、それぞれ単独で制御できる柱状圧電素子１２を３個設けてあるが、圧電素子の設置数はこれに限定されず、それ以下でも、あるいはそれ以上でもよい。
【００４８】
また、前記実施形態では、真空用のベローズとして金属ベローズ１３を用いたが、これに限らず、金属ベローズ１３と同様の性能を有するものであれば、例えば樹脂製のベローズを使用してもよい。
また、前記実施形態では、外筒２を熱膨張係数の小さなスーパーインバー材で形成し、固定測定部材および変位測定部材を経時的に安定した材質の石英材で形成したが、これに限らず、外筒２および両測定部材の要求する性能を満たせるものであれば、それらに変わる材料を使用してもかまわない。
【００４９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の自律制御端度器によれば、制御装置による駆動部材の制御で弾性変位部の変位測定部材が変位し、内部反射ミラー間の間隔と計測光路に対する反射ミラーの測定光軸とを、常に所定の位置に維持するように働くので、レーザ光波干渉計の検出位相を初期設定値に保てば、使用環境温度等が変わっても、測定面間の距離および姿勢を高精度に維持することができ、また、経時変化の影響を受けない基準器とすることができる。さらに、本発明の端度器は温度変化の影響を受けないので、他の長さ測定器の温度特性が簡単に評価可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自律制御端度器の一実施形態を示す全体断面図である。
【図２】前記実施形態のレーザ光の進路を表す概略図である。
【符号の説明】
１自律制御端度器
２筒状構造体である外筒
３固定測定部材
３Ｂ第１の反射ミラー
４変位測定部材
４Ｂ第２の反射ミラー
５固定部
６弾性変位部
１２駆動素子である柱状圧電素子
２０レーザ光波干渉計
２１制御装置であるコントローラ
３３偏光ビームスプリッター
３４検出器
３６第１のλ／４板
３７第２のλ／４板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an autonomous control terminal that can be used as a gauge block, a high-precision structure, or when evaluating temperature characteristics of a length measuring device.
[0002]
[Background]
A gauge block, a reference device, and the like are known as end devices that achieve a practical and highly accurate mechanical length based on the dimension between both end surfaces.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Among these, for example, the gauge block has a large temperature dependency and changes its length due to thermal expansion. Therefore, when performing highly accurate measurement, it is necessary to control the temperature with extremely high accuracy.
In addition, since the gauge block is distorted by its own weight or due to deflection of the way of support, and further due to distortion due to the handling posture or changes over time, handling is limited when performing high-precision measurements. Sufficient attention is required for this.
[0004]
An object of the present invention is to provide a highly accurate edger that is not affected by the operating environment temperature, the mounting posture, and the change over time.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is an autonomous control terminal that can be used as a transfer gauge of a traceability system to confirm technical capability with high accuracy, and particularly in a long dimension region (500 to 1000 mm) that is greatly affected by temperature or the like. It is designed to be used more effectively. In particular,
The autonomous control terminal according to the first aspect of the present invention has an outer surface serving as a measurement surface and a reflection mirror serving as an inner surface at one end serving as a fixed portion and the other end serving as an elastic displacement portion displaced by a driving member. Each of the fixed measurement member and the displacement measurement member is provided, and includes a cylindrical structure whose inside is depressurized to a near vacuum state. This cylindrical structure has a smaller thermal expansion coefficient than that of iron and its A laser light wave interferometer that measures the distance between the internal reflection mirrors at both ends and a measurement optical path thereof are housed inside, and a control device that controls the drive member is provided outside the cylindrical structure. The controller is configured to maintain the distance between the internal reflection mirrors and the posture of the reflection mirror with respect to the measurement optical path at a predetermined position based on the measurement value obtained from the laser light wave interferometer. Control It is characterized in that.
[0006]
In the above, the distance between the internal reflection mirrors and the posture of the reflection mirror with respect to the measurement optical path are maintained at a predetermined position. Both mirrors facing each other so that the optical axis passing through the measurement optical path and the reflection mirror surface are perpendicular This means maintaining the posture so that the planes are parallel. The displacement by the driving member means that the displacement measuring member moves in the axial direction of the cylindrical structure, swings with respect to the axis to change its posture, and moves and swings to change its posture. It is a concept that includes
In addition, the edge scale needs to be priced by another highly accurate reference device in a controlled state.
[0007]
In the present invention as described above, the displacement measuring member of the elastic displacement portion is displaced by the control of the driving member by the control device, and the interval between the internal reflecting mirrors and the measuring optical axis of the reflecting mirror with respect to the measuring optical path are always in a predetermined position. If the detection phase of the laser light wave interferometer is kept at the initial setting value, the distance and posture between the measurement surfaces can be maintained with high accuracy even if the operating environment temperature changes. The reference device is not affected by changes over time.
Furthermore, since the terminal of the present invention is not affected by temperature changes, the temperature characteristics of a length measuring device and the like can be easily evaluated based on this. Therefore, for example, when measuring the temperature characteristics of a three-dimensional measuring instrument in a variable temperature room, the temperature characteristics can be easily measured by measuring a reference gauge having no dimensional change due to temperature.
[0008]
An autonomous control terminal according to a second aspect of the present invention is the autonomous control terminal according to claim 1, wherein the fixing part includes a fixing member attached to an end of the cylindrical structure. The fixed measuring member is attached to the outside of the fixed member, the elastic displacement portion is provided at the other end of the cylindrical structure, and an inner diameter portion communicates with the sealed hollow portion and the cylindrical structure The displacement measuring member is attached to the outside of the displacement member, a plurality of drive members are provided, and the tubular structure is contacted with the displacement member. It is provided in contact with each other, and the reduced pressure inside the cylindrical structure is substantially in a vacuum state.
[0009]
In the present invention, since the fixed measurement member is provided in the fixed portion via the fixing member and the displacement measuring member is provided in the elastic displacement portion via the displacement member, the measurement member is temporarily damaged. When it is necessary to replace the member, it is only necessary to replace the member, so that production and replacement work are easy.
[0010]
An autonomous control terminal according to a third aspect of the present invention is the autonomous control terminal according to claim 2, wherein the fixing member is formed of a material having a low coefficient of thermal expansion and is supported by the fixing member. The laser light wave interferometer is attached via a member, and the support member is maintained at a predetermined temperature.
In the present invention, the fixing member is formed of a material having a small thermal expansion coefficient, and the support member is maintained at a predetermined temperature, so that it is highly accurate and is not affected by the use environment temperature. Can be provided.
[0011]
An autonomous control terminal according to a fourth aspect of the present invention is the autonomous control terminal according to claim 3, wherein a part or all of the support member is formed of a heater. Is.
In the present invention, since a part or all of the support member is formed by the heater, the laser light wave interferometer is always managed at a constant temperature, and is thus influenced by the temperature of the use environment. Can provide a high precision edger.
[0012]
The autonomous control terminal according to a fifth aspect of the present invention is the autonomous control terminal according to any one of claims 1 to 4, wherein the laser light wave interferometer is disposed in an external space of the cylindrical structure. A laser beam is injected from a laser light source through an optical fiber.
In the present invention as described above, the laser beam can be efficiently and compactly collected.
[0013]
An autonomous control terminal according to a sixth aspect of the present invention is the autonomous control terminal according to claim 5, wherein the laser beam is a two-frequency beam having orthogonal linear polarization planes. Is.
In the present invention, since the laser light beam has two frequencies, the displacement is easy to detect and the measurement is easy from the phase of the difference signal (beat signal) between them.
[0014]
An autonomous control terminal according to a seventh aspect of the present invention is the autonomous control terminal according to any one of claims 1 to 6, wherein the laser light wave interferometer is a heterodyne interferometer corresponding to the two frequencies. It is characterized by being.
In the present invention, assembling is easy.
[0015]
An autonomous control terminal according to an eighth aspect of the present invention is the autonomous control terminal according to claim 1 or 2, wherein the drive member is formed of a plurality of columnar piezoelectric elements, each of which is controlled independently. It is characterized by that.
In the present invention, the columnar piezoelectric element can be easily incorporated into the apparatus in a compact manner, and only a predetermined columnar piezoelectric element can be controlled independently, so that even a slight change in posture can be corrected, and both end faces can always be corrected. The positional relationship of the measurement surface can be kept constant.
[0016]
An autonomous control terminal according to a ninth aspect of the present invention is the autonomous control terminal according to claim 1 or 2, wherein a vacuum of the sealed hollow portion is provided between the displacement member and the cylindrical structure. A vacuum bellows for maintaining the above is provided.
In the present invention as described above, since the vacuum in the sealed hollow portion can be maintained even if the displacement member is displaced, a highly accurate edger can be provided.
[0017]
An autonomous control terminal according to a tenth aspect of the present invention is the autonomous control terminal according to claim 1 or 2, wherein the fixed and displacement measuring members are each made of a material having a small coefficient of thermal expansion. Alternatively, it is characterized by being formed of a material that is stable over time.
In the above, it is preferable to use a zero-dur material or the like as a material having a low thermal expansion coefficient, or it is preferable to use quartz or the like as a material having a material that is stable over time.
In the present invention as described above, it is possible to provide a highly accurate edger that is not affected by the use environment temperature or the change with time.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an autonomous control terminal according to the present invention will be described with reference to the drawings.
An autonomous control terminal (hereinafter simply referred to as terminal) 1 according to the present embodiment is a high-precision type reference unit of a gauge block, and uses a wavelength-stabilized laser beam to provide a high-precision mechanical length. It is realized and the dimension between the end faces is always kept constant. Such an end measure 1 includes an outer cylinder 2 that is a cylindrical structure, and the outer cylinder 2 is formed of a super invar material having a smaller thermal expansion coefficient than iron or the like. Yes.
[0019]
Since the coefficient of thermal expansion of Super Invar is small (about 3 × 10 ^-7 If the length of the edge scale 1 is 1 m, for example, if the initial control start environment temperature is reproduced within 0.5 ° C., the dimension between the measurement surfaces is reproduced within about 0.15 μm. Will be.
Furthermore, if the control is started here and the detection phase of the interferometer is maintained at the initial setting value, the terminal can be reproduced with a value close to the accuracy of the laser interferometer.
After this, even if the usage environment changes, control is performed to keep the measurement surface constant at all times, so that this dimension can be maintained with high accuracy.
[0020]
One end of the outer cylinder 2 is provided with a fixed measuring member 3 made of quartz or the like having a small coefficient of thermal expansion and little change with time, and a displacement measuring member 4 is provided at the other end. Yes. Among these, the fixed measuring member 3 is attached to the fixed portion 5 of the outer cylinder 2, and the displacement measuring member 4 can be adjusted in length and posture in the axial direction of the outer cylinder 2 to the elastic displacement portion 6 of the outer cylinder 2. Is attached.
And the inside of such an end measure 1 becomes the sealed hollow part pressure-reduced to the substantially vacuum state, in order to measure the dimension and displacement between measurement surfaces with high precision.
[0021]
The outer surface of the fixed measuring member 3 is a measuring surface 3A, and the inner surface is a first reflecting mirror 3B having a high reflectance. Further, the outer surface of the displacement measuring member 4 is a measuring surface 4A, and the inner surface is a second reflecting mirror 4B having a high reflectance. Therefore, it can be used as a reflection surface of a laser interferometer for detecting the dimension and displacement between measurement surfaces.
[0022]
The fixing portion 5 includes a fixing member 8 and a support member 28, and the fixing member 8 can be inserted into the flange portion having the same size as the outer diameter of the outer tube 2 and the inside of the outer tube 2. The outer diameter portion is inserted into the outer cylinder 2 and the flange portion is fixed to the end surface of the outer cylinder 2 with a bolt or the like.
Further, the fixed member 8 is formed with an inner diameter portion 8A and a passage 8B reaching from the inner diameter portion 8A to the axial end of the outer cylinder 2. The passage 8B is formed on the fixed measurement member 3 side of the fixed member 8. Are communicated with the suction grooves 8C formed on the end surfaces of the two. Then, the fixed measuring member 3 is attached to and attached to the fixed member 8 by the vacuum in the internal vacuum portion of the outer cylinder 2 through the passage 8B and the like.
Further, the fixed measuring member 3 is fixed by pressing a part of the outer periphery to the fixing member 8 side by the attachment member 10 in addition to the suction attachment.
[0023]
As will be described later, the support member 28 is attached to the fixing member 8 via the cradle 9, and a polarization beam splitter (PBS) 32 is provided therein.
[0024]
The elastic displacement portion 6 includes a drive element 12 that is a drive member, a vacuum metal bellows 13, a displacement member 14, and the like. As described above, the displacement measurement member 4 is displaced by the action of the elastic displacement portion 6. It is possible to move in the axial direction of the outer cylinder 2 and to swing with respect to the axial direction.
[0025]
The drive element 12 is formed of a columnar piezoelectric element (PZT), is guided by a ring-shaped attachment body 16, and is attached to be extendable along the axial direction of the outer cylinder 2. For example, three such drive elements 12 are equally provided on the circumference of the attachment body 16. These drive elements 12 displace and change the position of the displacement measuring member 4 by independently controlling each of them according to the displacement and attitude change error signals obtained from the laser interferometer 20 which will be described in detail later. The positional relationship between the measurement surfaces of both end faces is kept constant.
The attachment body 16 is attached to the end surface of the outer cylinder 2.
[0026]
A displacement member 14 is provided at the distal end of the attachment body 16 so as to be displaceable in the axial direction of the outer cylinder 2 and to be capable of changing the posture with respect to the axial direction. The displacement member 14 has a ring portion 14D and a stepped inner diameter portion 14A having substantially the same shape as the attachment body 16, and the tip of the ring portion 14D is pushed by the drive element 12 when the drive element 12 extends. ing.
[0027]
Inside the displacement member 14, a passage 14B and an adsorption surface 14C similar to the passage 8B and the adsorption surface 8C of the fixing member 8 are formed from the step inner diameter portion 14A toward the outer peripheral side and the end surface. The displacement measuring member 4 is attracted to and attached to the displacement member 14 by the vacuum in the internal vacuum portion of the outer cylinder 2 through the passage 14B and the suction surface 14C.
In addition to suction attachment, the displacement measuring member 4 is fixed by the attachment member 10 by pressing a part of the outer periphery to the displacement member 14 side.
[0028]
The vacuum metal bellows 13 is attached between the end surface of the outer cylinder 2 on the displacement measuring member 4 side and the stepped portion of the displacement member 14. The metal bellows 13 is attached with one end attached to the end surface of the outer cylinder 2 and the other end fixed to the stepped portion of the displacement member 14. Further, the inside of the bellows 13 communicates with the inside of the outer cylinder 2, that is, the sealed hollow portion, and further communicates with the inner diameter portion 14 </ b> D of the displacement member 14.
Therefore, even if the drive element 12 is extended and the displacement member 14 is moved, the metal bellows 13 is extended along with the movement, so that the vacuum state in the end device 1 is maintained, and the bellows 13 are used by the elastic displacement portion. Thus, the displacement member 14, the displacement measuring member 4, and the like are supported in a motion-free state.
[0029]
The outer cylinder 2 is provided with a laser light wave interferometer 20, and a controller 21 as a control device and a wavelength-stabilized laser light source 22 that supplies a laser beam to the terminal 1 are provided outside the outer cylinder 2. Is provided.
The laser light wave interferometer 20 is a heterodyne laser interferometer using an orthogonal linear dual-frequency laser light source. In this laser interferometer, the interference beam is transmitted through the fiber 30 through the PBS 32, the PBS 32 through the internal PBS 33, the PBS 33 through the first reflection mirror 3B, the second reflection mirror 4B, and the like. It is divided into three parts that have passed, and each is detected independently by a detector 34 described later, and by calculating these three detection signals, not only the displacement but also the inclination of the reflecting surface can be detected. .
[0030]
The laser light wave interferometer 20 includes an entrance-side interferometer unit 24, an internal interferometer unit 25, a reflection mirror 3B of the fixed measurement member 3, a reflection mirror 4B of the displacement measurement member 4, and a detection unit 26. Yes.
The entry-side interferometer unit 24 is provided inside a first mounting base 27 fixed to the outer periphery of the outer cylinder 2, and the internal interferometer unit 25 is provided on the support member 28. Inside the support member 28, an inner diameter portion along the axial direction of the outer cylinder 2 is formed, and a PBS 33 is provided in a part thereof. The detection unit 26 includes a second mounting base 29 that is provided on a line connecting the entrance-side interferometer unit 24 and the internal interferometer unit 25 and is fixed to the outer periphery of the outer cylinder 2.
[0031]
The ingress interferometer unit 24 receives laser light from the wavelength-stabilized laser light source 31 transmitted through the fiber 30, transmits laser light having one of the two frequencies, and transmits laser light having the other frequency. PBS 32 is provided for reflecting the laser beam and transmitting the laser beam to the internal interferometer unit 25 side.
The laser light emitted from the fiber 30 is taken into the apparatus main body via the PBS 32 after the beam diameter is increased by a lens (not shown), but a part of the light whose beam diameter is increased by the lens is transmitted through the PBS 32. Thereafter, the light is squeezed by a lens 35 arranged next to the PBS 32, passes through the polarizing plate 39, and is detected by the detector 40. The signal detected by the detector 40 is used as a reference signal.
[0032]
The PBS 33 provided in the internal interferometer unit 25 transmits the laser beam having one of the two frequencies of the laser beam from the PBS 32 of the entry side interferometer unit 24 and reflects the laser beam having the other frequency. Then, the first reflection mirror 3B inside the fixed measurement member 3 is led to the detection unit 26 side via the second reflection mirror 4B inside the displacement measurement member 4.
[0033]
The support member 28 constituting the internal interferometer unit 25 includes a first λ / 4 plate (λ / 4 wavelength plate) 36 and a second λ / 4 plate 37 on both sides in the axial direction of the outer cylinder 2 of the PBS 33. Is provided opposite to the PBS 33. These PBS 33 and the first and second λ / 4 plates 36 and 37 change the polarization plane of the laser beam and control the laser beam so that it does not travel beyond the path shown in FIG. 2, as described above. Is. For example, the λ / 4 plate is arranged so that its polarization plane rotates 90 degrees when the laser beam reciprocates on the λ / 4 plate 36 or the like.
[0034]
In order to use the laser interferometer 20 with high accuracy, the interference optical path is kept in a vacuum so as to avoid the influence of the air refractive index on the wavelength. However, the PBS 33 and the λ / 4 plates 36 and 37 in the interference optical path Since the influence of the optical path due to temperature brings about deterioration in accuracy, in this embodiment, the temperature of the interference part in the interference optical path is controlled.
That is, part or all of the support member 28 is formed of an electric heater.
[0035]
Here, the passage connecting the fixed member 8, the cradle 9, the support member 28, the sealed hollow portion of the outer cylinder 2, the inner diameter portion of the vacuum metal bellows 13 and the inner diameter portion of the displacement member 14 becomes the second optical axis B. The laser beam can pass through.
[0036]
The detection unit 26 passes through the signal transmitted through the internal PBS 33 and the PBS 33 via the first λ / 4 plate 36, the first reflection mirror 3B, the second λ / 4 plate 37, and the second reflection mirror 4B. Then, a detector 34 is provided to return to the PBS 33 again and detect a signal sent therefrom.
The light receiving surface of the detector 34 is divided into three so that three signals can be detected. Such a detector 34 is connected to the controller 21 together with the detector 40. The drive element 12 is also connected to the controller 21.
In addition, from the entrance side interferometer part 24 to the detection part 26, it becomes the 1st optical axis A linear in the radial direction of the outer cylinder 2, and a laser beam can pass now.
[0037]
Further, glass windows 38 for guiding laser light are provided on the inner interferometer unit 25 side of the first mounting base 27 and the second mounting base 29, respectively.
[0038]
Next, the course of the laser beam will be described with reference to FIG.
The laser light transmitted through the fiber 30 includes two frequencies f1 and f2, and the laser light is divided into three as described above, one of which is the incoming interferometer unit 24. , And is detected by the detector 40. At this time, the difference between the two frequencies f1 and f2, that is, f1−f2 is detected as a reference signal by the detector 40 as a beat frequency.
[0039]
The remainder of the laser light is transmitted to the internal PBS 33 with the two frequencies f1 and f2 separated separately.
One of the laser beams having the frequency f1 is transmitted through the internal PBS 33 and detected by the detector 34, and the other laser light having the frequency f2 is polarized by the internal PBS 33 and then passed through the first λ / 4 plate 36. The light passes through the first measurement mirror 3B, is reflected by the first reflection mirror 3B, passes through the first λ / 4 plate 36, the PBS 33, and the second λ / 4 plate 37 again toward the displacement measurement member 4. The laser light is reflected by the second reflecting mirror 4B, then polarized by the second λ / 4 plate 37 and the PBS 33, and detected by the detector 34.
[0040]
Then, the difference between the two frequencies detected by the detector 34, f1-f2, is used as a measurement signal. The measurement signal is compared with the reference signal. If a difference occurs, the measurement value is brought close to the reference value. Therefore, the second reflecting mirror 4B can be moved in the axial direction of the outer cylinder 2 by the expansion and contraction of the plurality of driving elements 12 by the controller 21, or the posture can be changed by swinging with respect to the axial line. It can be done. That is, the distance between the first and second reflection mirrors 3B and 4B and the measurement optical axis of the reflection mirror with respect to the optical axis B are maintained at predetermined positions.
[0041]
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) By driving the columnar piezoelectric element 12, the displacement measuring member 4 can be displaced in the axial direction of the outer cylinder 2, or the posture can be changed with respect to the axial direction. The accuracy close to the set value can be maintained, and a highly accurate edger can be obtained.
[0042]
(2) Since the outer cylinder 2 is made of a super invar material having a smaller thermal expansion coefficient than iron or the like, the initial control start environment temperature can be reproduced within 1 ° C., for example. The dimensions between the planes can be reproduced with extremely small error dimensions. Therefore, if the control is started here and the detection phase of the interferometer is maintained at the initial setting value, the terminal 1 can be reproduced with a value close to the accuracy of the laser interferometer 20, so that the usage environment changes. However, since the control for always keeping the distance between the measurement surfaces works, this dimension can be maintained with high accuracy.
[0043]
(3) Since the outer cylinder 2 is formed of a super invar material having a smaller thermal expansion coefficient than iron or the like, it is not easily affected by the temperature change of the lower bound. can do.
(4) The fixed measuring member 3 and the displacement measuring member 4 are made of a quartz material, and the quartz material is a material that is stable over time. It can be used as a precision reference device.
[0044]
(5) The holding member 28 is partly or entirely formed of a heater, and the vicinity of the support portion of the PBS 33 is maintained at a constant temperature. Therefore, the optical axis B of the measurement optical path is changed to the lower temperature change, the internal temperature Without being affected by temperature changes such as a rise, it is possible to control the terminal 1 with high accuracy.
(6) Since the fixing member 8 and the displacement member 14 are respectively formed with the suction groove 8C, the suction groove 8C, etc. communicating with the inside of the outer cylinder 2, the fixed measuring member 3 and the displacement measurement are performed by the vacuum inside the outer cylinder. The member 4 is attracted and attached. Therefore, the measurement members 3 and 4 can be securely fixed, and high-precision control can be performed.
[0045]
(7) Inside the outer cylinder 2, a metal bellows 13 connected to the outer cylinder 2, the displacement member 14 and the displacement measuring member 4 is attached, and the drive element 12 extends and the displacement member 14 moves. However, since the metal bellows 13 is extended along with the movement, the vacuum state in the terminal 1 is maintained. Therefore, the laser interferometer 20 can be used with high accuracy.
(8) Since the terminal 1 of this embodiment is not affected by temperature changes, when this terminal 1 is used as a reference device when using other length measuring devices, the temperature characteristics of the measuring device can be simplified. Can be evaluated.
[0046]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following displacement forms may be used as long as the object of the present invention can be achieved.
For example, in the above-described embodiment, the laser interferometer 20 is used with high accuracy, and thus the inside of the sealed hollow portion of the outer cylinder 2 is reduced to a vacuum so as to avoid the influence of the air refractive index on the wavelength. If it is difficult to make the interference optical path vacuum, helium gas having a refractive index smaller than that of air may be filled.
Even in such an embodiment, the accuracy is somewhat lower than in the case of a vacuum, but a highly accurate measurement can be performed.
[0047]
In the above embodiment, the detector 34 is of a type having three light receiving surfaces, so that one detector can detect three signals. However, the present invention is not limited to this, and detection corresponding to the number of signals is possible. A vessel may be provided.
Furthermore, in the above-described embodiment, three columnar piezoelectric elements 12 that can be controlled independently are provided. However, the number of piezoelectric elements to be installed is not limited to this, and may be less or more.
[0048]
Moreover, in the said embodiment, although the metal bellows 13 was used as a bellows for vacuums, if it has not only this but the performance similar to the metal bellows 13, you may use resin-made bellows, for example. .
In the above embodiment, the outer cylinder 2 is formed of a super invar material having a small thermal expansion coefficient, and the fixed measurement member and the displacement measurement member are formed of a quartz material that is stable over time. As long as the performance required by the outer cylinder 2 and the two measuring members can be satisfied, materials may be used instead of them.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the autonomous control terminal of the present invention, the displacement measuring member of the elastic displacement portion is displaced by the control of the driving member by the control device, and the interval between the internal reflecting mirrors and the reflecting mirror with respect to the measuring optical path Therefore, if the detection phase of the laser light wave interferometer is kept at the initial setting value, the distance between the measurement surfaces and the measurement surface temperature can be changed. The posture can be maintained with high accuracy, and a reference device that is not affected by changes with time can be obtained. Furthermore, since the terminal of the present invention is not affected by temperature changes, the temperature characteristics of other length measuring devices can be easily evaluated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall sectional view showing an embodiment of an autonomous control terminal according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a path of laser light in the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Autonomous control terminal
2 Outer cylinder that is a cylindrical structure
3 Fixed measuring members
3B first reflection mirror
4 Displacement measuring member
4B Second reflection mirror
5 fixed part
6 Elastic displacement part
12 Columnar piezoelectric element as a driving element
20 Laser light wave interferometer
21 Controller as a control device
33 Polarizing beam splitter
34 Detector
36 First λ / 4 plate
37 Second λ / 4 plate

Claims

A fixed measuring member and a displacement measuring member having an outer surface serving as a measuring surface and an inner surface serving as a reflecting mirror are provided at one end serving as a fixed portion and the other end serving as an elastic displacement portion displaced by a driving member, respectively. , With a cylindrical structure whose inside is decompressed to near vacuum,
This cylindrical structure has a smaller coefficient of thermal expansion than iron, and a laser light wave interferometer that measures the distance between the internal reflection mirrors at both ends and its measurement optical path are housed therein.
A control device for controlling the drive member is provided outside the cylindrical structure, and the control device is configured to determine the distance between the internal reflection mirrors based on the measurement value obtained from the laser light wave interferometer. An autonomous control terminal, wherein the driving member is controlled so that the posture of the reflecting mirror with respect to the measurement optical path is maintained at a predetermined position.

2. The autonomous control terminal according to claim 1, wherein the fixing portion includes a fixing member attached to an end portion of the cylindrical structure, and the fixed measuring member is attached to the outside of the fixing member. The elastic displacement portion includes a displacement member provided at the other end of the cylindrical structure and having an inner diameter portion communicating with the sealed hollow portion and being displaceable with respect to the axis of the cylindrical structure. The displacement measuring member is attached to the outside of the displacement member, and a plurality of the drive members are provided and are provided in contact with the displacement member on the cylindrical structure, and the decompression inside the cylindrical structure is substantially reduced. An autonomous control terminal that is in a vacuum state.

3. The autonomous control terminal according to claim 2, wherein the fixing member is formed of a material having a small coefficient of thermal expansion, and the laser light wave interferometer is attached to the fixing member via a support member, The autonomous control terminal is characterized in that the support member is maintained at a predetermined temperature.

4. The autonomous control terminal according to claim 3, wherein a part or all of the support member is formed by a heater.

5. The autonomous control terminal according to claim 1, wherein a laser beam is injected into the laser light wave interferometer from a laser light source in an external space of the cylindrical structure via an optical fiber. This is an autonomous control terminal.

6. The autonomous control terminal according to claim 5, wherein the laser beam is a two-frequency beam having orthogonal linear polarization planes.

7. The autonomous control terminal according to claim 1, wherein the laser light wave interferometer is a heterodyne interferometer corresponding to the two frequencies.

The autonomous control terminal according to claim 1 or 2, wherein the driving member is formed of a plurality of columnar piezoelectric elements, and each is controlled independently.

The autonomous control terminal according to claim 1 or 2, wherein a vacuum bellows for maintaining a vacuum of the sealed hollow portion is provided between the displacement member and the cylindrical structure. Autonomous control terminal.

3. The autonomous control terminal according to claim 1, wherein each of the measurement members on the fixed side and the displacement side is formed of a material having a small thermal expansion coefficient or a material that is stable over time. An autonomous control terminal, characterized by