JP5500386B2 - パーツを光学的に検査するための方法及びシステム - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、本出願と同日に出願され共有されている以下の米国特許出願に関連する。
１）Method for Estimating Thread Parameters of a Part （代理人整理番号GINS 0122 PUS）；
２）Optical Modules and Method of Precisely Assembling Same （代理人整理番号GINS 0123 PUS）；
３）Method and Inspection Head Apparatus for Optically Measuring Geometric Dimensions of a Part (代理人整理番号GINS 0124 PUS)；
４）Apparatus for Quickly Retaining and Releasing Parts to be Optically Measured (代理人整理番号GINS 0125 PUS)；
５）Calibration Device for Use in an Optical Part Measuring System (代理人整理番号GINS 0126 PUS)；及び
６）Method and System for Generating Calibration Data For Use In Calibrating A Part Inspection System (代理人整理番号GINS 0127 PUS)。
本発明は、パーツを光学的に検査するための方法及びシステムに関する。
従来の手作業による計測器具及び方法が、自動的な検査方法及びシステムにある程度取って変わりつつある。しかしながら、このような自動検査方法及びシステムは、依然としてそれに関する多くの欠点を有している。
ＷＯ２００５／０２２０７６は、検査されるパーツ（１４）と交わる関連する光のビーム（２６）を生成する複数の光線発生器（７２）を開示している。光のビーム（２６）のそれぞれは、パーツ（１４）によって遮られる光線でパーツ（１４）の少なくとも一方の側を照射し、少なくとも３つのそれぞれの光センサ（１０４）が、パーツ（１４）の少なくとも一方の側面の対応する側での対応する光線の遮断に応答する信号（２４）を生成する。各光応答センサは、様々な方位角位置で遮断に応答する。プロセッサ（２８）が、移動（１８）又は位置センサからパーツ（１４）の相対位置の測定に関する信号（２４）を解析する。パーツ（１４）はクランプ（５２）から解放され、光のビーム（２６）を通って落ちるか、光のビーム（２６）がパーツ（１４）に対して移動する。
米国特許第６，３１３，９４８号は、コヒーレント光発生器、回折ビーム形成器、及びレンズ要素を含む光源を有するパーツ検査システムで使用するための一様な光面を生成するための光学的ビーム形成器を開示している。
米国特許第６，２８５，０３１号は、構成基準に適合するための回転非対称のワークピース見積もるための検査システムを開示している。このシステムは、ワークピースをテスト領域を通して移動させるための通路を有している。テスト領域は、複数の電磁エネルギ源を有している。複数の電磁エネルギ源は、ワークピースがテスト領域を通過する際に複数の電磁エネルギ源を遮るように、通路に対して向いている。さらに、テスト領域は、電磁エネルギを受信して、電磁エネルギ検出器に入射する遮られた電磁エネルギの強度に関連する出力信号を出力するための電磁エネルギ検出器と、出力信号を受信及び処理するための信号処理器とを有している。
米国特許第６，２５２，６６１号は、構成基準に適合するためのワークピースを見積もるための検査システムを開示する。このシステムは、ワークピースをテスト領域を通して移動させるための通路を有している。テスト領域は、一様な光面を発生させるための光源を有している。光源は、ワークピースがテスト領域を通過する際に一様な光面を遮るように、通路に対して向いている。さらに、テスト領域は、遮られた光面を受信して映像システムに入射する遮られた光面の強度に関連する出力信号を出力するための映像システムと、出力信号を受信及び処理するための信号処理器とを有している。
米国特許第６，９５９，１０８号は、検査されるワークピースが複数のカメラの視野を支持されないで通過するよう連続的且つ自動的に発射される検査システムを開示している。ワークピースがカメラの視野を通過すると、コンピュータシステムと通信するセンサが作動して、カメラを作動させてワークピースの遮られていない画像又は画像データを取得する。そして、画像データをコンピュータプログラムによって解析し、画像データがワークピースが規定された基準に適合せず、これにより不具合と考えられるか否かを確認する。画像が規定された基準に適合しない場合、このワークピースは不合格となり、欠陥品として特定されていないワークピースから離される。
米国特許第５，６０８，５３０号は、放射ビームを生成して平面円柱レンズの使用により断面寸法が緻密化されるレーザを開示している。緻密化した放射ビームは、測定されるパーツに入射する。そして、遮られていないビームの部分は、非平行の放射ビームを生成する１対の反射面によって分岐する。得られる各ビームは、パーツの対向する半体を放射状に通過する遮られていない放射部分を具えている。そして、各非平行の放射ビームに存在する放射の大きさを測定する。
米国特許第４，８３１，２５１号は、ネジのネジ山の外形により巻き方（ｈａｎｄｅｄｎｅｓｓ）によるネジ山付きワークピースを識別するための光学機器を開示している。この機器は、角度を成して変位した位置でワークピースに概略的に接するよう通過する１対の光ビームを与える。光ビームは、ワークピースの所定の巻き方のらせん方向をたどるよう傾斜する。機器を通ってワークピースが軸方向に進むと、光検出器からの小刻みな出力が、ネジ山の巻き方が光ビームの傾斜に一致することを示す。しかしながら、逆にネジを切ったワークピースが、ほぼ一定ＤＣ出力を出力する。適切な信号処理電子機器では、ねじの巻き方によってワークピースを識別するための自動化システムを提供する。
米国特許第５，３８３，０２１号は、ワークピースの空間形式のパラメータを推定して製造時のパーツの検査を提供し得る非接触検査システムを開示している。このシステムにより、パーツが、それらがテスト領域を通過する傾斜した通路に順次載せられる。テスト領域は、ワークピースの長さを測定するための長さ方向の配列を有しており、ワークピースの長さ方向を向いて１つの光面を生成するための生成源を有している。パーツの長手軸に対して横方向に向いた１つの光面も生成する１又はそれ以上の光源によってパーツの外形が推定される。単一チャンネルの光検出器が、各光面がパーツによって遮られる範囲のアナログ出力を出力する各生成源について提供される。これらの出力は、適切な信号処理ハードウェア及びソフトウェアを通して解析され、ワークピースの幾何学的形状に関する長さ及び外形データを作成する。
米国特許第５，５６８，２６３号は、ワークピースの空間形式のパラメータを推定して製造時のパーツの検査を提供し得る非接触の検査システムを開示している。このシステムにより、パーツが、それらがテスト領域を通過する傾斜した通路に順次載せられる。テスト領域は、ワークピースの長さを測定するための長さ方向の配列を有しており、ワークピースの長手方向を向いて１つの光面を生成するための生成源を有している。パーツの長手軸に対して横方向に向いた１つの光面も生成する１又はそれ以上の光源によってパーツの外形が推定される。単一チャンネルの光検出器の第１及び第２の組が、例えばレーザ光源を具えた光源の１点によって引き起こされるノイズ又はシンチレーションを除去する性能とともに、各光面がパーツによって遮られる範囲の１対のアナログ出力を出力する各光源について提供される。これらの出力は、適切な信号処理ハードウェア及びソフトウェアを通して解析され、ワークピースの幾何学的形状に関する長さ及び外形データを作成する。
米国特許第４，８５２，９８３号は、参照面の間を移動する光に関する長距離にわたる移動の光学的効果をシミュレートする光学システムを開示している。
米国特許出願公開２００５／０１７４５６７は、パーツ内のクラックの存在を判定するためのシステムを開示している。クラックの存在は、画像装置及び照射源の使用によって判断される。パーツが通路に沿って移動し、位置センサによって識別されて検査を開始する。照射源は、１つの光面を検査されるパーツに投影する。光面及びパーツの交差部によって形成されるラインが、画像装置に焦点を合わせる。画像装置は、パーツにクラックが存在するか否かを判定するよう解析されるデジタル画像を生成する。
米国特許出願公開２００６／０２３６７９２は、コンベヤ、ワークピースを回転させるための機構、及びプローブを有する、ワークピースのための検査ステーションを開示している。コンベヤは、ワークピースを配置するための固定具を有しており、コンベヤは、直線状にワークピースを移動させるよう構成されている。ベルトといった機構が、ワークピースを係止することで、固定具の中でワークピースを回転させる。プローブは、ワークピースが品質基準に従うかどうかを示すよう構成されている。コンベヤがワークピースを移動させる際の検査を促進するために、プローブがステージに取り付けられ、ステージが検査領域にわたってワークピースとともに同調してプローブを移動させるよう構成される。
米国特許第５，１６８，４５８号及び第５，１７０，３０６号が、ネジを切った締結具を計測して三葉式のパラメータを取得するための方法及びシステムを開示している。
第４，３１５，６８８号；第４，５９８，９９８号；第４，６４４，３９４号；第４，８５２，９８３号；第４，９０６，０９８号及び第５，５２１，７０７号を含む他の米国特許が、本発明に関連する。
本発明の目的は、パーツを光学的に検査するための改良型の方法及びシステムを提供することである。
本発明の上述の目的及び他の目的を実行するために、パーツを光学的に検査するための方法が提供される。本方法は、パーツが軸に沿って間隔を空けた場所で各放射面を遮って、放射面の未遮蔽の平坦部の対応する配列を形成するように、間隔を空けた放射面の配列でパーツを走査するステップであって、未遮蔽の平坦部のそれぞれは、パーツのそれぞれの幾何学的寸法を示す放射量を含んでいるステップと；未遮蔽の平坦部のそれぞれに存在する放射量を測定して測定信号を取得するステップと；測定信号を処理して生データを取得するステップと；較正データを提供するステップと；較正データ及び生データを処理してパーツの測定値を取得するステップと；を具える。
走査するステップが、パーツに対して間隔を空けた放射面の配列を直線的に移動させるステップを有する。
さらに、本発明の上述の目的及び他の目的を実行するために、パーツを光学的に検査するためのシステムが提供される。本システムは、測定軸に沿って検査されるパーツを支持するための支持部と；パーツが軸に沿った間隔を空けた場所で各放射面を遮って、放射面の未遮蔽の平坦部の対応する配列を形成するように、間隔を空けた放射面の配列をパーツに向けるための複数の放射源を有するヘッド装置であって、未遮蔽の平坦部のそれぞれは、パーツのそれぞれの幾何学的寸法を示す放射量を含んでおり、ヘッド装置が、さらに、未遮蔽の平坦部のそれぞれに存在する放射量を測定して測定信号を取得するための複数の受信モジュールを有するヘッド装置と；間隔を空けた放射面が支持部によって支持されたパーツを走査するように、パーツに対してヘッド装置を平行移動させるための、ヘッド装置に結合された可動ステージサブシステムと；測定信号を処理して生データを取得するための信号処理部と；較正データを記憶するための記憶部と；生データ及び較正データを処理してパーツの測定値を取得するためのデータ処理部と；を具える。
ステージサブシステムが、デバイスに対してヘッド装置を直線的に移動させることができる。
平坦部の数が、放射面の数の２倍である。
放射面のそれぞれが、軸に対して様々な方位角方向からパーツを走査する。
放射面が、軸に対してほぼ均一な方位角の間隔を有する。
放射面のいずれも同一平面上にない。
放射面が等間隔である。
放射がレーザ放射である。
レーザ放射が可視である。
同じ放射面から形成される未遮蔽の平坦部の隣接ペアが、同一平面上にある。
提供するステップが：中心軸及び中心軸を中心とした回転対称の複数の領域を有する較正機器を支持するステップと；機器が中心軸に沿って間隔を空けた場所で各放射面を遮って、放射面の未遮蔽の平坦部の対応する配列を形成するように、間隔を空けた放射面の配列で機器を走査するステップであって、未遮蔽の平坦部のそれぞれは、機器のそれぞれの幾何学的寸法を示す放射量を含んでいるステップと；未遮蔽の平坦部のそれぞれに存在する放射量を測定して測定信号を取得するステップと；機器の測定信号を処理して較正データを取得するステップと；を有する。
さらに、本発明の上述の目的及び他の目的を実行するために、パーツを光学的に検査するためのシステムが提供される。本システムは、中心軸を有する較正機器及び検査されるパーツの双方を、間隔を空けた場所で測定軸に沿って支持するための支持構造と；機器及びパーツがそれらの各軸に沿った間隔を空けた場所で各放射面を遮って、放射面の未遮蔽の平坦部の対応する配列を形成するように、間隔を空けた放射面の配列を機器及びパーツに向けるための複数の放射源を有するヘッド装置であって、未遮蔽の平坦部のそれぞれは、機器又はパーツのいずれかのそれぞれの幾何学的寸法を示す放射量を含んでおり、ヘッド装置が、さらに、未遮蔽の平坦部のそれぞれに存在する放射量を測定して機器及びパーツの測定信号を取得するための複数の受信モジュールを有するヘッド装置と；間隔を空けた放射面が支持構造によって支持された機器及びパーツを走査するように、機器及びパーツに対してヘッド装置を平行移動させるための、ヘッド装置に結合された可動ステージサブシステムと；測定信号を処理して生データ及び較正データを取得するための信号処理部と；生データ及び較正データを処理してパーツの測定値を取得するためのデータ処理部と；を具える。
軸がほぼ同軸である。
本発明の上記の目的及び他の目的、態様、及び利点が、添付図面とともに、本発明を実施するのに最適な以下の詳細な説明から容易に明らかとなる。
図１は、測定ハードウェアを有するパーツ検査システムの概略的な斜視図である。 図２は、パーツホルダのベース及びユニットとパーツに対して同一線上に取り付けられた較正固定具又は器具との間で保持されたパーツを具えた上部ツーリングユニットの概略的な側面図である。 図３ａは、支持された駆動片及びぶら下がる較正装置を具えたパーツホルダのベースの概略的な斜視図である。図３ｂは、図３ａのベースの平面図である。図３ｃは、図３ｂのライン３ｃ−３ｃに沿った断面図である。 図４ａは、図３ａの較正装置又はコーンの側面図である。図４ｂは、図４ａのコーンの平面図である。図４ｃは、図４ｂのライン４ｃ−４ｃに沿った断面図である。 図５は、光学ヘッドの内部を見るために取り外される上部カバープレートを具えた光学ヘッドの平面図である。 図６は、図１の基本測定ハードウェアを収容する安全な筐体の概略的な斜視図である。 図７は、図２のツーリングユニットの側面図であり、部分的に断面図を示す。 図８は、基本的なビームラインサブシステム部品を示す概略的なブロック図であり、レーザがレーザビームを発生させ、ミラーがレーザ光ビームを反射し、光面発生モジュールが、パーツに向けられ又は投影されるレーザの光面を発生させる。 図９は、投影されたレーザの光面に交わる円筒状パーツの概略的な斜視図である。 図１０は、ステージ上に取り付けられて較正装置又はコーンを走査するのに先立って移動する光学ヘッドとともに様々な位置測定システム部品の部分的に切り欠いた概略図である。 図１１は、較正コーンの開始エッジを走査する際に発生する様々な生検査信号のグラフである。 図１２は、光学ヘッドの中に収容された様々なレーザ送信器及び受信器の概略的なブロック図である。 図１３は、様々な接線シャドウ光及びポイントを具える複数のレーザの光面によって照射されるパーツの概略的な平面図である。 図１４は、標準的なネジプラグゲージといったネジを切ったパーツについて作成された検出高さデータのグラフである。 図１５は、様々な使用領域を具えた較正コーンの輪郭の象徴的な概略図である。 図１６は、較正データとともに処理して較正検出データを取得する生の検出データを示す概略的なブロック図である。 図１７は、大雑把なネジ山ピーク、及び谷部及び側面ラインとピッチ径ラインとの交差によって得られる交差部を示すグラフに重ねられたネジ山モデルである。 図１８は、図１７のグラフと同じグラフであり、選択されたネジ山の概念を示す。 図１９は、ネジ山側面ラインデータ抽出領域及びワイヤ位置を示す単一ネジ山形式である。 図２０は、ネジ山パーツの一方の側の１対の仮想ワイヤ中心によって規定される参照ラインとパーツの反対側の単一ワイヤ中心との間の３ポイント距離測定を示す概略図である。 図２１は、谷部の仮想ワイヤ及び図示される中間データを具えた検出高さデータのグラフのスクリーンショットである。 図２２は、中間データを具えた拡大したネジ山ピッチを示すスクリーンショットである。 図２３は、パーツの完全反射面によって角度θｒｅｆｌ＝２θで曲がるビーム光を具えた円筒状パーツの概略的な平面図である。 図２４は、光面受信開口スリットによって散乱光が遮られる光面からの光を散乱させるパーツの概略的な平面図である。 図２５は、較正固定具に使用される円錐形状（すなわち、円錐台）を示す。 図２６は、較正コーン及び様々な支持構造によって発生する検出信号の概略的な外観を示す図１５と同じような部分的に切り欠いた概略図である。 図２７は、全開推定領域のデータから計算される全開信号レベルを示す概略図である。 図２８は、図２７のデータ領域を示すグラフである。 図２９は、コーン投影の幾何学的形状を示す概略図である。 図３０は、θ＝２２．５、６７．５、１１２．５、１５７．５度のレーザ検出系に関するｙ’軸へのαベクトルの投影であるα１、α２、α３、α４の概略図であり；ｙ’軸は右側のセンサの方向で、ｙ’軸の負の方向は、左側のセンサの方向である。 図３１は、光学的モジュールを組み立てるための調整固定具の概略的な斜視図である。 図３２は、相対的に非レベルレーザビームの外観を示すグラフである。 図３３は、相対的に平らなレーザビームの外観を示すグラフである。 図３４は、相対的に平行なレーザビームの外観を示すグラフである。 図３５は、歪んだ略矩形のレーザビームの外観を示すグラフである。 図３６は、歪んでいない略矩形のレーザビームの外観を示すグラフである。 図３７は、送信取り付け部及び光学部品の支持されたセットを有する典型的な送信モジュールの拡大斜視図である。 図３８は、図３７の送信取り付け部の背面図である。 図３９は、図３８のライン３９−３９に沿った送信取り付け部の断面図である。 図４０は、送信取り付け部の平面図である。 図４１は、組み立てられた送信モジュールの概略的な斜視図である。 図４２は、組み立てられた送信モジュールの正面図である。 図４３は、図４２のライン４３−４３に沿った送信モジュールの断面図である。 図４４は、組み立てられた送信モジュールの平面図である。 図４５は、レーザビームの操作ミラーアッセンブリの拡大斜視図である。 図４６ａ−４６ｄは、図４５のアッセンブリの平面図であり、図５の光学ヘッドで使用するための様々な角度部分を有する。 図４７は、受信器取り付け部及び光学部品の支持されたセットを有する典型的な受信モジュールの拡大斜視図である。
ここに記載されたシステム全体は、多くの場合「Ｌａｓｅｒ Ｌａｂ」と称される。Ｌａｓｅｒ Ｌａｂは、本出願と同一の出願人の商標である。多くの発明がここに記載されているが、ここではほんの一部を権利として主張することに留意されたい。開示された他の発明は、本出願の関連出願の相互参照で注記された出願で権利を主張する。また、多くの用語及び語句を本出願の用語集で説明していることに留意されたい。しかしながら、この用語集は、ここに含まれる用語及び語句を必要以上に限定するものではない。
Ｌａｓｅｒ Ｌａｂの物理的な概要
Ｌａｓｅｒ Ｌａｂシステム（すなわち、図１）は、いくつかの物理的サブシステム又はユニットを有している。
ＰＣタワーユニット（すなわち、図８）が、コンピュータ及び多くの付加的な制御電子機器モジュールを含んでいる。それは、遮光カーテン／安全電子機器、モータ制御部、リニアエンコーダ、測定信号、及び光学ヘッド制御のためのコネクタを備えた後部パネルを有している。ＰＣタワーユニットは、Ｌａｓｅｒ Ｌａｂシステムのオペレータにユーザインタフェースを提供するアプリケーションプログラムを統括する。
パーツホルダ及び上部ツールユニット（図１、２及び７）が、測定のために所定の位置にパーツを固定又は収容及び保持する。上部ツールユニットは、様々なパーツサイズに適合するよう上下動し得るネジで負荷がかかった先端部を備えたステンレス鋼のロッドを有している。パーツホルダユニットは、試験中のパーツ又はユニット（ＵＵＴ）を支持するための基部及び較正コーン又は器具（すなわち、図３ａ乃至４ｃ）を有している。較正コーンは、光センサ出力とコーンの輪郭の寸法によって表される物理的な測定値との間の関係を測定するよう使用される。較正コーン又は器具は厳密には錐体ではないが、多くの円錐台（すなわち、錐体の位置部分）又は円筒を有している。
光学ヘッド（すなわち、図１、５及び１０）は、光学測定部品（すなわち、図５及び１２）を有する多くの部品を含む密閉型システムである。４つのレーザビーム線のセット（そのうちの１つを図８に示す）が発生し、光の４つの面を測定する。
スライド／ベースユニット（すなわち、図１及び１０）が、鉛直方向に上下に光学ヘッドを移動させてパーツの測定を行う。各スキャン毎に、光学ヘッドの８つのセンサが、較正コーン及びパーツ双方のシャドウイメージを測定する（すなわち、図８、９及び１３）。このため、それぞれの完全なスキャンが、較正データ及び測定データの双方を含んでおり、測定状況において時間変化に特に影響されないシステムを生み出している。
再び図面を参照すると、図１は概略的に符号１０で示すＬａｓｅｒ Ｌａｂシステムの概略的な斜視図であり、システム１０の基本的な測定ハードウェアを有している。光学ヘッドが概略的に符号１２で示されており、パーツホルダ／スライドユニットが、概略的に符号１４及び１６で示されており、ベース／スライドユニットが、概略的に符号１８で示され、図１０でも示されており、送りネジ２２に結合され、さらにはベアリングによって摺動可能に支持されたサドル２４に結合されたモータ２０を有している。サドル２４は、光学ヘッド１２に結合されており、鉛直なステージ軸２８に沿って直線的に光学ヘッド１２を移動させる（すなわち、図９）。ステージの移動は、以下で詳細に説明するリニアエンコーダ３０によって検出される。
図２は、パーツホルダ及び上部ツールユニット１４及び１６のそれぞれ概略的な側面図である。上部ツールユニット１６は、システム１０のオペレータによって上下方向にロッド３２の中心軸に沿って手動で移動し得るロッド３２を有している。また、上部ツールユニット１６は、その一方の端面３８に、検査すべきパーツ３６を保持するバネで付勢された先端部３５を有するパーツクランプ３４を有している。また、概略的に符号４０で示される較正コーン又は器具、及びパーツホルダ／ベースユニット１４のベース又は上部プレート４２が図２に示されている。
図３ａは、パーツホルダのベースユニット１４の概略的な斜視図である。図３ａ乃至３ｃは、較正コーン４０及び支持体４４、カラー４６、ネジ付きボルトの凹部とのネジ係合のために中にＴｏｒｘ ｂｉｔ４８（すなわち、Ｔｘ４０）を挿入するビットホルダ４７を有するパーツホルダアッセンブリを示す。（ボルト用の凹んだビットの代わりに）ネジ付きのプラグゲージを設け得る。エンドユーザは、プラグゲージの端部までナットをねじ込む。これにより、ナットが良好にねじ込められることを保証する。そして、システム１０がナットの残りの外径特性を測定する。
キャップ４９がアッセンブリを覆っている。また図３ａ乃至３ｃは、取り付けプレート５０、ライザー５２、下部プレート５４、上部プレート４２、上部プレート４２の下面でコーン４０を吊すためのアダプタプレート５８及び下部プレート５４の上方の間隔を開けた位置で上部プレート４２を支持するための一対のポスト５６を含む様々な機械的部品又はパーツを示す。
図４ａは、較正コーン４０の側面図である。以下に詳細に説明するように、較正コーン４０は、生のデジタル検出信号と較正された物理的寸法との間の関係の測定に利用される精密に作製された形状を有する。一般にコーン４０は、コーン４０を検査する認定された研究機関に送られる。そして、研究機関がＮＩＳＴに沿うことができる長文の認証を与える。
図４ｂは、図４ａのコーン４０の平面図であり、図４ｃは、図４ｂのライン４ｃ−４ｃに沿ったコーン４０の側面図である。
図５は、光学ヘッド１２の内部を見るよう上部カバープレート（図１の６０）を取り外した光学ヘッド１２の平面図である。ヘッド１２は、一緒に移動するようサドル２４に取り付けられている。レーザ操作ミラー６２、好適には６５０ｎｍの波長を有するレーザビームを発生させるための４つのレーザ６４、発生したレーザビームを対応する光面に変換する、概略的に符号６６で示す光面発生器又は送信モジュール、及び概略符号６８で示す光面受信モジュールが、ヘッド１２の下部ベースプレート６１に調節可能に取り付けられている。較正コーンは、図４ｃに示すように、好適には約１／１６”の中央穴を有しており、スライドベースユニットへのコーン／パーツホルダサブアッセンブリの組み立ての際に広く使用される。
その際、光学ヘッドが「下動」位置にある場合に、細いロッド（「較正用微調整中央ロッド」）をコーンの中央穴を通して挿入する。ロッドは、１／８”の直径を有する一定の直径領域−Ｏよりも正確に較正コーンの中心を規定する。ヘッドが「下動」位置にある場合、光面がコーンの下方を通過し、名目上遮断されない。
ロッドを使用するために、パーツホルダ（図３の４４）がコーン／パーツホルダアッセンブリから取り外される。そして、ロッドを上部からプレート４２、及びコーン４０に通して、それが下部プレート５４に接触するまで挿入し得る。ロッドは十分長いため、完全に挿入されると下部プレート５４に接触し、手でロッドを上下に操作するのに十分にプレート４２の上方を延びている。
「較正用微調整中央ロッド」を光面に出入りさせることで、光面のセンターラインがロッドを通過するか否かを判断し得る。ロッドがビームを出入りする際にレーザセンサの出力を観察する。左右双方のセンサの出力が、ロッドが光ビームを遮断する効果によりわずかに減少する場合、光ビームのセンターラインがセンタリングロッドを通過する。
較正コーンは、較正コーンの中心穴に「較正用微調整中央ロッド」の「滑り嵌め」を与えるように、中心穴を設けるよう特別な器具で作製される。コーンの製造者によってロッドが各較正コーンと組み合わせられる。
「較正用微調整中央ロッド」の使用により、コーン／パーツホルダの中心が光学ヘッドの４つのビームの交差ポイントに揃っているか否かを測定することが可能となる。
コーン／パーツホルダを精度よく移動させ、整列／センタリングを達成するために、４つの細目の「押し込みネジ」を使用する。各「押し込みネジ」は、スライド／ベースユニットの三角形のベース（図１）に取り付けられる。三角形ベース上でのコーン／パーツホルダプレート５０の各４つの移動方向、北、東、南、及び西方向の１つの「押し込みネジ」を有している。
コーン／パーツホルダアッセンブリは、光学ヘッドのビーム中心にセンタリングされ、４つの「押し込みネジ」が締結され、圧縮によってベースプレート５０の位置を維持する。そして、「押し込みネジ」のロッキングスリーブを締める。そして、ベースプレート５０押し下げネジを締める。また、「押し込みネジ」ロッキングスリーブを適切な接着剤で固定し得る。上述の整列プロセスが、光学ヘッドのビーム中心に対して較正コーンを正確にセンタリングする。
図６は、概略的に符号７０で示す安全な筐体の概略的な斜視図であり、筐体７０の内部に設置された図１のＬａｓｅｒ Ｌａｂの基本測定ハードウェアを収容している。遮光トランスミッタ７２によって遮光が発生し、遮光レシーバ７４によって受信され、Ｌａｓｅｒ Ｌａｂへの物理的なアクセス開口部７６を保護する。筐体７０及びそのハードウェアモニタ回路（図示せず）が、ユーザが物理的に光学ヘッド１２に接触し得る前に光学ヘッド１２の移動が停止することを保証する。
図７は、上部ツーリングユニット１６の側面図であり、部分的に断面図である。ツーリングユニット１６の長いロッド３２を（例えば）大体９”上下動させることができ、オペレータがロッド３２の近位端８０に取り付けられたロッドハンドル７８を手で掴む場合に、様々なＵＵＴの大きさを適合し得る。オペレータは、ツーリングユニット１６の上部又は下部摩擦解放クランプ８２及び８４をそれぞれ解放し得る。概略的に符号８８で示される支持構造の支持ブラケット８６は、ベース／スライドユニット１８を上部ツーリングユニット１６に付ける。さらに、ガイド支持部９２によって支持されるロッドガイド９０が、支持ブラケット８６及びプレート９４によって支持され、精密にロッド３２を保持して、それがスムースに上下に摺動し得る。上部解放クランプ８２を上げることで、ロッド３２が下動する一方、下部解放クランプ８４を下げることでロッド３２が上動し得る。バネで付勢されたパーツクランプ３４が、検査すべきパーツ３６に接触する先端部３５といった多くの可能な先端部のうちの１つをネジで受容且つ保持するためのネジ穴９６を有している。
Ｌａｓｅｒ Ｌａｂの基本測定の概要
Ｌａｓｅｒ Ｌａｂは、留め具の業界で製造されたパーツといった様々な製造パーツ及び／又は組み立てパーツの大きさを測定するためのシステムである。これらのパーツは、一般に、圧延及び衝撃ダイフォーミング法によって又は旋盤で切削することによって、円筒形のストックから製造される。微小なパーツが、円形又は先細状の円筒形、ネジ付きの円筒形、又は三葉式のシリンダ又は六角形のシリンダといったさらに単純な形状といった基本的な形状単位から構成される形状を有し得る。
実質的に、Ｌａｓｅｒ Ｌａｂシステムで取得される全ての測定値は、２つの基本的な成分に基づいている：（１）光面の分岐ラインからの面の高さ、及び（２）様々な高さに対応する光学ヘッドのステージ軸に沿った位置である。
さらに、Ｌａｓｅｒ Ｌａｂシステムは、４つの異なる測定方向から多数の測定を実行する。しかしながら、パーツに応じて、わずか２つの測定方向から測定をし得ることに留意されたい。あるケースでは、５つの測定方向を必要とすることができる。多数の方向から多数の測定値を取得し得るこのような性能により、特に、ネジ付き円筒及び非円筒形形状の測定において、Ｌａｓｅｒ Ｌａｂが３次元の形状情報を明確に使用し得る。
測定軸に対する表面高さ
本章においては、１つのレーザによって行われる測定を図８を参照して説明する。これらの測定を行うサブシステムがビームラインと呼ばれる。４つのビームが、図５に示すように、１つの光学ヘッドに含まれている。
図８の光面発生モジュール６６が、レーザ６４によって発生する１つのレーザビームから光面を形成する。パーツが光面に暗部及び非暗部の領域を生成する。光面受信モジュールの左右のレシーバ（Ｒｃｖｒ）部品（すなわち、光検出器）が、分岐レーザの左右の光量を左右の別々の電気信号にそれぞれ変換し、ここで説明するようなエンコーダ電子機器から受信電子機器がトリガ又はサンプル信号を受信する際に、受信電子機器によってデジタル化される。
ＰＣは、受信電子機器からのデジタル信号を解析し、左右の検出高さを演算する。測定演算は、検出高さ較正（以下で説明する）を利用し、生のデジタルセンサ信号をｍｍで測定される較正高さに変換する。
表面高さの測定をさらに図９に説明する。左右の検出高さは、左右双方の光面の光の遮断量である。光面は、名目上ステージ軸２８及びパーツ軸の双方に直交するが厳密ではない。
信号の命名
以下では、左右の受信器の光検出に基づく測定は、文脈に応じて、左右の検出信号又は測定と称される。システム１０には、４つのレーザビーム線とともに、８つの検出信号が存在する。システム１０全体のこれらの信号に言及する場合、レーザのナンバーがビーム線を特定するよう加えられる。このため、検出信号の名前は、左側のセンサであるレーザ−１から右側のセンサであるレーザ−４まで及ぶ。
上述のように、図８は、レーザビームを発生させるレーザ６４、レーザビームを反射させるミラー６２、及びパーツ（ＵＵＴ）に発射される光面を生成する光面発生モジュール６６を有する基本的なビーム線システム部品を表すブロック図である。パーツが光面の一部をブロックする。また、部品が、左右の受信器又は光検出器を有する光面受信モジュール６８を有している。しかしながら、２つの検出器の代わりに、ラインスキャンカメラ、ＬＣＤカメラ又は他の光学検出装置を提供し得ることに留意されたい。
発射された光面と交差する円筒形のパーツの概略的な斜視図である図９は、光面測定配置を表している。
光学ヘッドのステージ部
光学ヘッド１２は、４つの間隔を空けた光面を発生させ、図１０に示すようにステージシステムを移動させることによって、上下に移動する。光面は、ステージの移動によって規定されるＺ軸（すなわち、ステージ軸２８）と直交するよう照射される。好適には、リニアエンコーダ３０が、４μｍのステージ移動毎に１つの測定トリガ信号パルスを作る。この信号は受信電子機器モジュールに送られる。受信電子機器モジュールでは、各測定トリガ信号パルスにより、各８つの検出信号がデジタル化されパソコンのメモリの中に記憶される。
リニアエンコーダ電子機器、測定トリガ信号、及び受信電子機器の組み合わせにより、ステージが下から上に移動すると、検出デジタル生信号の順次的な記憶を形成する。得られるデータを、４μｍ間隔の既知の一連の位置でのパーツ又は較正装置による光のブロックの記録としてみなし得る。好適なシステムでは、ステージ移動のトータルの直線長さは、約２３５ｍｍである。
上述の位置測定システムは、位置の間隔を測定するが、一般に繰り返し可能な位置ではない。上部及び下部移動限界の近くで電子リミットスイッチ（図示せず）によって移動ステージが停止する。ステージによって上部又は下部移動リミットスイッチに達すると、モータ２０が停止する。しかしながら、実際の停止位置は、リミットスイッチがエンコーダ３０によって較正される精度よい機器ではないため、且つ、ステージが停止に必要とする距離が移動速度に依存しているため、単におおよそである。実際には、これは５００μｍくらい大きくなり得る停止位置の不確実な結果を得る。
予測可能な開始位置を光のブロック信号とすることが、各センサのデジタル生信号の較正コーン４０の先頭の指標位置を引き出すよう解析される。コーン４０の先頭は、好適には、約０．２３７５”の長さのコーン４０の０．１２５”の直径の円筒９６によって形成される。各光面がコーン４０のエッジの開始点に向かって移動する際には、生の検出信号は高レベルであり、鋭いステップの減少がそれに応じて続き、最後に円筒形９６の長さに沿った一定の応答が続く。解析ソフトウエアが、それに応じて鋭いステップの中間点を探し、その指標位置を用いてセンサステージ軸の位置に対して位置ゼロを設定する。生の検出信号の一例を図１１に示す。
実際には、このような技術が、パーツ又はコーン４０の固定位置の位置的な不確実性を、停止位置の不確実性（〜３００μｍ）よりもはるかに少ないある量（５μｍ）に減らし得ることが見られる。
図１０は、ステージに取り付けられそれとともに移動して較正コーン４０（さらにはパーツ）をスキャンする光学ヘッド１２を備えた様々な位置測定システム部品の、部分的に除去した概略図である。上述のように、モータ２０が移動ステージを駆動する送りネジ２２に取り付けられており、これにより、送りネジ２２の回転運動の方向に応じて、ステージ軸２８に沿った方向に光学ヘッド１２を駆動させる。リニアエンコーダが、ステージ軸２８に沿った移動ステージの直線位置を検出し、リニアエンコーダの電子機器に対応する出力信号を出力する。この電子機器は、ステージ軸に沿った約４ｍｍのステージ移動毎にトリガ信号を発生させる。トリガ信号は、上述のように受信電子機器によって受信且つ処理される。
図１１は、較正コーン４０の先頭（すなわち、円筒９６）で発生する様々な生の検出信号のグラフを示す。左側レーザ−１、右側レーザ−１、左側レーザ−４、右側レーザ−４のセンサからの信号を示している。生の検出信号が、グラフの下部に最大値としてプロットされ、上方に向かって値が減少する。左側レーザ−１の応答の最も左のステップが、生の検出応答における約２６５０のデジタル化単位のジャンプを表している。
レーザ−４からのレーザ光の光面が、このような上方移動によるスキャンに関して、レーザ−１からのレーザ光の光面の前に較正コーン４０によってブロックされる。これは、レーザ−１の光面が、図１０に示すように、光学ヘッド１２の中で最も低いためである。
複数ビームの光学ヘッド
上述のように、光学ヘッド１２は、ビーム線サブシステムを含んでいる。サブシステムは、共通の中心軸と揃っている。光学ヘッド１２を直接的に見下ろすとビーム線光面分岐線が、好適には、図１２に示すように、共通点で交わっている。光学ヘッドのベースプレートの正面に対するビーム線の角度は、２２．５、６７．５、１１２．５、及び１５７．５度である。
このような構成により、光面の機械的な走査とともに、パーツの８の輪郭像であってセンサ当たり１つの輪郭像を得る。図１３は、４つのビーム線（光面）からの光が円形断面でパーツに交わる場合の、典型的な状況の幾何学的構成を示す。各ビーム線について、２つのシャドウ光線が、パーツの表面を掠め（接線となり）、パーツの影の左右の限界を成す。シャドウ光線とパーツ表面との間の交差ポイントは、シャドウポイントと称される。
シャドウポイントと光面分岐線との間の較正距離は、図９に示すように、検出高さである。図１４は、ネジ付きパーツのフルスキャンについて、レーザ−１の左右のセンサについてプロットされた検出高さを示す。このプロットは基本的に、レーザ−１に揃う観察方向であるレーザ分岐線ベクトルにおけるパーツの正投影である。
上述のように、図１２は、光学ヘッド１２の上部プレート６０を取り除いたモジュール６６及び６８の平面概略図である。各送信モジュール６６についてのレーザ分岐線が、光ビーム及びレーザ光の光面の移動方向を示す矢印の頭部を有する点線で示されている。
図１３は、シャドウポイントでパーツに接するシャドウ光線を有する４つの面のレーザ光によって走査される円筒形パーツの平面図である。
図１４は、標準的なネジプラグ通りゲージといったネジ付きパーツによって生成される検出高さデータのグラフである。レーザ−１のデータを示しており；左のセンサデータが像の上半分にプロットされており、右のセンサデータが像の下半分にプロットされている。
較正コーン
較正コーン４０は、較正データを取得するよう走査され、ひいてはセンサのデジタル生信号を較正検出高さ測定値に変換するよう使用される、精度よく作製された形状又は外面を有する装置である。コーン４０は、いくつかの区別し得る領域を備えた回転対称体であり、それぞれが様々な較正機能を実行するよう設計される。
較正コーンの形式の象徴的な概略図を図１５に示す。較正コーンは、「使用領域」、又は特定の較正目的を実行するよう較正される特定の形状を備えて設計される。これらの領域は、以下の表１に挙げられている。各「使用領域」が、走査データセットから特定の較正情報断片を抽出し得るよう構成される。
様々なセンサによるステージ位置の位置合わせ
各レーザ６４が、図１０を参照して説明されているように、光学ヘッド１２のベースプレート６１に対する様々なオフセット高さを有して光学ヘッド１２に取り付けられている。オフセット高さは、必要とされるほどの精度ではなく、光学ヘッド１２及びその光学モジュール６６及び６８のきめ細かい光学的及び機械的調整に依存する。隣接するチャンネル間の高さの差は、５００μｍもの大きさである。較正センサステージの位置が同じステージ位置で同じ物理的対象を確実に参照する唯一の方法は、共通の物理的位置を測定することである。
「コーンエッジの先頭部」の中間部の正確な位置は、各レーザセンサの較正ステージ位置のコモンゼロをマークする。
様々なセンサの検出高さ位置の位置合わせ
ステージ軸２８と直交し光学ヘッド１２の光面と平行な面におけるコモンゼロ位置を選択することが重要である。較正プロセスで選択される位置ゼロは、（図１０に示すように）光面と較正コーン４０の先頭における小さな円筒９６との交差ポイントである。
光面分岐線は、検出高さ測定の中立ゼロを規定するが、図１２に示すように、４つの光面分岐線は、１つのポイントで必ずしも交差しない。光学ヘッドの位置合わせプロセスは、光面分岐線が１／１６”（１５８７．５μｍ）の円筒内で交わることを単に保証する。
上述の位置オフセットを加えることで、各センサの較正高さのゼロ位置を規定するラインが較正コーン４０の先頭の小さな円筒９６の中心で交わる。較正の後で、この中心を測定することで、一般に（０，０）から１μｍよりも小さい中心位置を与える。
ステージ軸に対する較正コーン方向ベクトル
較正コーンの中心軸は、コーン４０からパーツホルダ、ベースプレート、スライド支持部等、及びさらにはスライドまでの長い経路に沿って積み重なる誤差により、ステージ移動の軸２８に必ずしも厳密に揃っているわけではない。
「ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−１」及び「ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−２」である２つの較正コーン領域の中心の検出高さを測定することによって、較正コーンの方向ベクトルのステージ軸２８に対する傾きを決定し得る。
ステージ軸２８に対する較正コーン方向ベクトルに関する典型的な測定角度は、０．．１度又は０．．１７．５ｍｒａｄの範囲にある。
較正コーンに対する光面の角度
レーザの光面は、較正コーン方向ベクトルと厳密に直交していない。光面と較正コーン４０との間の角度を求めるために、「複数ステップ」領域を分析する。信号処理ソフトウェアは、「複数ステップ」領域における５ステップのエッジのうちの各１つの位置の非常に精度よい測定を可能とする。５ステップのエッジ間の距離は正確に知られている。このような情報とともに、コーンの方向ベクトルに対する光面の角度を計算し得る。このような角度は、どのように光面が較正コーン４０と交わるかを正確に決定する際に、さらにはデータから較正情報を引き出す際に重要である。
較正コーン４０に対する光面の典型的な測定角度は、０．．０．７５度又は０．．１３．１ｍｒａｄの範囲にある。
検出高さの較正
レーザ走査測定の出力は、各センサについての検出デジタル生信号の記録である。物理的な座標で検出高さ測定を行うために、生信号を検出高さに変換する必要がある。
「ｃｏｎｓｔ ｓｌｏｐｅ−１」及び「ｃｏｎｓｔ ｓｌｏｐｅ−２」である較正コーンの２つの領域が、このような情報を与える。例えば、レーザの光面と「ｃｏｎｓｔ ｓｌｏｐｅ−１」領域との間の交差部の直径が、０．１２５”と０．７５０”との間で変化する。レーザの光面と「ｃｏｎｓｔ ｓｌｏｐｅ−１」領域の開始点との間の距離を求めることによって、このような領域は高精度で作製されるため、正確な直径を計算し得る。
交差部の直径及びレーザ検出出力に基づいて、較正テーブルを構築してデジタル生信号を較正検出高さに変換し得る。
検出「非ブロック」信号レベルの測定
また、光面検出ビームにおけるコーン４０又はＵＵＴ無しの生信号のレベルを測定する。小さなパーツについては、検出高さ変換テーブルで検出生信号を、コーンで測定されるよりも小さな高さに推定することを多くの場合要する。推定は、より直接的な測定よりも精度よくない状態で実行されるが、特にコーン４０の先頭のコーン円筒９６（「ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−０」領域）よりもほんのわずかに小さいパーツ、又は較正コーンの中心軸からオフセットしているパーツにとって、推定は非常に有用である。
コーン４０の先頭を正確に見つけるために、「非ブロック」信号レベルを要する。
最終的に、「非ブロック」信号レベルの過度の変動は、ビーム線におけるレーザ６４の光出力の変動の特徴である。「非ブロック」信号レベルのこのような変動は、ビーム線を生成する装置が修復を要し又は高精度の直径測定を一時的に実施できないことを示す信号を生成するようモニタされる。
このような測定目的は較正コーン４０の測定を含んでいない。しかしながら、較正コーン分析を解釈することを要する。それは、図３ａに示すように、パーツホルダのベースの物理的設計によって、及びパーツホルダベースへのベース／スライドの光学ヘッド１２の下部位置の位置合わせによって、可能となる。
表１：較正コーン−使用領域（図１５及び２６）
領域 説明
コーンエッジの先頭 コーンエッジが開始する。
正確なステップ端の位置の測定が、様々なレーザセンサで行 う測定を調整することを可能にする。正確なエッジ位置は各 センサのステージ軸のゼロ座標である。

ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−０ 直径０．１２５”の一定直径領域−０。センサに投射される この領域の中心軸は共通の物理的検出高さゼロ座標である。

ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−１ 直径０．７５０”の一定直径領域−１。センサに投射される この領域の中心軸を、ステージ軸２８に対する３次元コーン 方向ベクトルの推定のために利用する。

ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−２ 直径０．７５０”の一定直径領域−２。センサに投射される この領域の中心軸を、ステージ軸２８に対する３次元コーン 方向ベクトルの推定のために利用する。

ｃｏｎｓｔ ｍａｘ ｄｉａｍ 直径１．５００”の一定最大直径領域。一定傾斜領域と 複数ステップ領域との間の境界を示す。

ｃｏｎｓｔ ｓｌｏｐｅ−１ 一定傾斜領域−１。この領域の測定は、０．１２５”及び ０．７５０”の間隔の直径に対応する生の検出出力を規定 する。

ｃｏｎｓｔ ｓｌｏｐｅ−２ 一定傾斜領域−２。この領域の測定は、０．７５０”乃至 １．５００”の間隔の直径に対応する生の検出出力を規定 する。

複数ステップ 複数ステップ領域。５つの同じ高さのエッジの正確なステッ プ端の位置の測定により、コーンの方向ベクトルに対するレ ーザの光面の角度による大雑把な推定が可能となる。

ｓｌｏｐｅ ｅｄｇｅ−０，１ 傾斜エッジ１及び２。エッジ位置がｃｏｎｓｔ ｓｌｏ ｐｅ−１領域の境界を示す。

ｓｌｏｐｅ ｅｄｇｅ−２，３ 傾斜エッジ２及び３。エッジ位置がｃｏｎｓｔ ｓｌｏ ｐｅ−２領域の境界を示す。
Ｌａｓｅｒ Ｌａｂシステム１０の一般的な測定目的に合致しつつ、較正コーン４０の他の実施例が可能である。
較正測定の目的
コーンデータの較正分析が直面するいくつかの目的がある。
１）様々なセンサのステージ位置の調整
２）様々なセンサの検出高さのゼロ位置の位置合わせ
３）ステージ軸２８に対する較正コーン方向ベクトル
４）較正コーン４０に対する光面の角度
５）検出高さの較正
６）「非ブロック」信号レベルの測定
較正コーン４０の別の実施例では、コーン４０の最小及び最大幅全体の変更を行い得る。
較正コーンの「ポイント設計」により、０．１２５”乃至１．５００”の直径のパーツを測定する際に関連する較正データを引き出すことが可能となる。
より小さな又はより大きなパーツ用として、本システムを設計することができ、幅の測定限界を変更し得る。小径の範囲を測定するための小さくてコンパクトなシステムが、例えば、０．０６５”及び０．５００”の最大直径及び最小直径を備えた較正コーン４０を使用し得る。
別の実施例では、コーン４０の長さ全体の変更を行うことができる。
較正コーンの「ポイント設計」は、分析し易さと物理的なコンパクトさとの間の兼ね合いとして特定される。「ｃｏｎｓｔ ｓｌｏｐｅ」領域の傾斜が緩やかになればなるほど、引き出されるデータがより正確になる。これは、２つの理由によるものである。第１に、傾斜領域を「入れ物」に分け、個々の入れ物の中の高さ変換因子への生データが、機械的直径が入れ物の中で最も変動しない場合に、より正確であると判定する。
第２に、光面ねじれ角又は平坦ではない光面を判定する際の不正確さが、較正コーン４０の一定傾斜領域の機械的な傾斜によって、高さ変換因子への生データの不正確さに倍増される。
さらに別の実施例では、「ｃｏｎｓｔ ｓｌｏｐｅ」領域の傾斜の変更を行うことができる。上述の説明で指摘したように、「ｃｏｎｓｔ ｓｌｏｐｅ」領域の下部傾斜部が、センサの生データ−高さの変換因子テーブルにおけるより正確さをもたらす。
より小さなパーツを目的とする且つよりコンパクトなシステム設計に沿っている「ポイント設計」が、同じ長さを備えるが幅方向の寸法が３分の１のコーン４０を有する。これにより、より狭い幅の光面を有するより小さなパーツの測定がより正確となる。
別の実施例では、「ポイントダウン」又は「ポイントアップ」でコーン４０を支持し得る。取り付け方向は問題ではなく、較正測定の目的をいずれかの方向に合わせることができる。しかしながら、取り付け方法により、各アップ／ダウンスキャンの間に「非ブロック」検出信号の領域を依然として測定し得る。
さらに別の実施例では、「複数ステップ」領域に様々な数のステップを設けることができる。「複数ステップ」領域のステップの数を変えることができ、ステップの大きさを変えることができる。
光面のねじれ角を判定する較正分析は、左右のセンサで検出されるステップ間の位置の差を使用する。ステップが多くなると判定がより正確になる。
別の実施例では、「ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ」領域の数、位置、又は直径の変更を行うことができる。２つの一定直径領域、「ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−１」及び「ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−２」の中心軸の分析によって、較正コーンの方向ベクトルを測定する。各領域は同じ直径である。それらの３次元中心の位置の判定により、３次元中心ポイントからの較正コーン４０の中心軸の判定が可能となる。双方の領域の直径を同じにして、較正コーン軸ベクトルに関する直径の測定誤差の影響を最小限にすることが重要である。
領域は大小様々な直径を有し得る。また、３つ以上の領域を有し得る。そして、ラインを３又はそれ以上の３次元ポイントを通して適合させ、較正コーン軸ベクトルを判定することができる。少なくとも２つの領域を有することが重要であり、１つの領域は一般に較正コーンの軸ベクトルを判定しない。
Ｌａｓｅｒ Ｌａｂ 較正解析の概要
ここで説明するのは、Ｌａｓｅｒ Ｌａｂ 較正処理のプロセス指向の概要である。本処理において、較正コーン４０の生の検出データ及び幾何学的説明を使用して較正データを生成する。このようなデータセットを後で使用して、以下の「データ処理」項で説明されているように、生の検出データから較正検出データを生成し得る。
較正目的
上述のように、以下は、機械的較正コーン４０の構成及び較正データ解析手順に合致する測定処理の目的の部分的なリストである：
Ｇ−１：様々なセンサのステージ位置の位置合わせ
Ｇ−２：様々なセンサの検出高さのゼロ位置の位置合わせ
Ｇ−３：ステージ軸２８に対する較正コーンの方向ベクトル
Ｇ−４：較正コーン４０に対する光面の角度
Ｇ−５：検出高さの較正
データ処理
ＵＵＴのＬａｓｅｒ Ｌａｂによる走査の後で、それぞれが左右のセンサについての８の検出デジタル生信号が保存され、各４つの光面について繰り返される。これらのデジタル生検出信号のそれぞれは、単一の「ベクトル」又は指標化したリストである。検出生信号ベクトルは、ＵＵＴのＬａｓｅｒ Ｌａｂによる走査で保存された全てのサンプルについての「指標」を有しており；指標１９９９は走査の際に取り込まれた１９９９番目のサンプルに関する。指標１９９９でのベクトルの値は、１９９９番目の生信号サンプルの値である。
較正データの生成
生の検出信号ベクトルがコンピュータ又はＰＣのメモリに保存された後に、較正情報を引き出すようベクトルが解析される。このような情報は、較正コーン４０の画像を含むデジタル生検出信号の部分から引き出される。引き出された情報により、「較正データ」と総称される多くのテーブル及びパラメータを得る。
較正検出データの生成
較正データが首尾よく計算されると、それは、「較正検出データ」と称される新たなベクトルセットを生成するよう使用される。新たな較正検出データベクトルは、各「指標」で２つの情報片：（較正ステージ位置、較正高さ）の組を有している。
較正ステージ位置
較正検出データベクトルのＮ番目の指標のステージ位置は、較正コーン４０の開始からＮ番目の指標の生の検出信号が取り込まれる場所までの距離（ｍｍ）である。
まず、生の検出ステージ指標が、ステージのリニアエンコーダ間隔（現状のシステムでは４μｍ）によって乗算され、生の検出ステージ位置を得る。そして、生のステージ位置が較正コーン４０の開始位置を参照する。
最後に、生のステージ位置がレーザの傾斜に対して補正される。傾斜補正は、検出データポイントの高さに依存する。レーザ面がわずかに傾くと、光面、ステージ軸座標系が直交しないため、非ゼロ検出高さもステージ位置のわずかな変化を示す。補正の後、較正検出高さ、較正検出ステージ位置座標系が直交する。直交座標系を有することで、後の測定分析が非常に簡単になる。
較正検出高さ
較正検出データベクトルのＮ番目の指標の較正検出高さは、較正コーンの先端の円筒９６の中心からＮ番目の指標の生の検出信号を生成するシャドウ光までの距離（ｍｍ）である。
上述のように、非直交ステージ位置の観察、光面座標系がレーザの傾斜の影響を補正する。
均一なサンプル間隔のデシメーション
レーザの傾斜の補正により、ベクトルの隣接する指標位置間のステージ位置の距離が４μｍの平均値付近で変化し得る較正検出データのベクトルを得る。
均一にサンプリングされたデータは、測定分析に用いるのに非常に容易であるため、較正検出データベクトルが間引きされ、又は測定処理のために均一にサンプリングされた較正検出データベクトルがサンプリングされる。現状のシステムでは、データが４μｍの元のリニアエンコーダサンプル間隔に間引きされる。
図１６は、検出データ処理を示す概略的なブロック図である。図は、サンプリングされた較正センサデータを均一に取得するよう較正データを具えた生の検出データ処理を示す。
較正解析
較正解析は、較正コーン４０の画像を含む生の検出データベクトルの解析に関する。解析の出力は、「較正データ」と称されるテーブル及びパラメータのセットである。
大雑把なエッジ処理
大雑把なエッジ処理は、生の検出データの中の信号エッジの存在及びパラメータ化を見いだす。
大雑把なエッジ処理は、生の検出データベクトルの較正コーン４０を特定するエッジの「パターン」を見つけようとする。このようなパターンは、図１５に概略的に示されている。
２つのタイプのエッジを発見する。第１のタイプのエッジである「ステップ端」は、較正コーン４０の鉛直部分を示す。ステップ端検出器が、コーンエッジの先端に対応する１つのエッジ及び較正コーンの複数ステップ領域の鉛直部分の場所に対応する５つのエッジを見つける。
第２のタイプのエッジである「傾斜エッジ」は、２つの直線部分が鉛直方向に対して異なる傾斜を有する各部分が結合する場所を示す。傾斜エッジ検出器が、ステップ端がない場所のみの傾斜エッジを探す。また、全てのステップ端は傾斜エッジである。傾斜エッジ検出器が、「ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−０」領域が「ｃｏｎｓｔ ｓｌｏｐｅ−１」領域に出会う場所、及び３つの他の場所で第１の固有傾斜エッジを見つける。
大雑把なエッジ処理−出力
−ステップ端の大雑把な位置。
−傾斜端の大雑把な位置。
−較正コーンのエッジパターンがデータの中に存在することの確認。
大雑把なエッジ処理ステップが、較正コーンエッジパターンを見つけない場合、較正解析処理を停止する。
精密なエッジ処理
精密なエッジ処理が、較正コーンエッジパターンのステップ端の正確な場所を見つける。正確なエッジ処理は、大雑把なエッジ処理からの出力を使用してエッジの場所の初期推定を判断して、その後で精緻化する。
精密なエッジ処理の詳細な説明が付録Ｂになされている。
精密なエッジ処理−出力
−開始コーンステップ端の正確な位置。
−「複数ステップ」領域の５つのエッジの正確な位置。
各センサについて１つである８つのコーンステップ端の先端の認識は、較正目的Ｇ−１：様々なセンサのステージ位置の位置合わせを達成する。このようなデータは、較正データに記憶され、生の検出データを較正検出データに変換するよう使用される。
データビニング
サンプルポイント当たり４μｍにおいて、多過ぎるデータを有する可能性があり、特定の較正処理のために効果的に解析できない。データビニングは、１セットのサンプルポイントを分け、このセットをより小さな「ビン（ｂｉｎ）」にグループ化し、各ビンが多くの隣接するサンプルポイントを含む処理である。
テーブルについて、生の検出データの較正検出高さビニングへの関連付けを使用する。例えば、較正コーン４０の「ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−１」領域は約１２ｍｍの長さであり、コーン軸に沿った３．８１０ｍｍ乃至１５．５５８ｍｍの範囲である。これは、ビニング無しの約３０００のデータポイントである。０．２ｍｍの名目上のビンサイズでは、これは約６０ビンということになる。
ビニングの別の利点は、一貫性のためにビンの中のデータを平均化かつチェックし得ることである。
最終的に、データのビンは、０．２ｍｍ検出エッジ内の「ガード」領域の中に構築されない。「ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−１」領域では、「ｓｌｏｐｅ ｅｄｇｅ−１」及び「ｓｌｏｐｅ ｅｄｇｅ−２」のエッジが、領域の境界をマークし、「ガード」領域が境界データのビンが均一の傾斜する領域からのデータのみを含んでいることを保証する。
データビニング−出力
８つのセンサの各々について、４セットのデータビンを生成する：
−「ｃｏｎｓｔ ｓｌｏｐｅ−１」及び「ｃｏｎｓｔ ｓｌｏｐｅ−２」について２セットのデータビン。
−「ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−１」及び「ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−２」について２セットのデータビン。
「ｃｏｎｓｔ ｓｌｏｐｅ−ｎ」データを検出高さ較正テーブルの構成で使用する。コーンのアスペクト角の予測プロセスのために、較正コーンの０．７５０”の直径の円筒の位置を見つける処理への入力データとして「ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−ｎ」データを使用する。
レーザロール
レーザロール処理が、各レーザの較正検出座標系における光面と較正コーン４０との間の角度を見つける。
各レーザについて、「複数ステップ」領域における５つのエッジに関する正確なエッジ位置を取得し、１つを左側センサにセットし、別のものを右側センサにセットする。左側センサのエッジ位置と右側センサのエッジ位置との間の差を、レーザロールの角度の最小自乗予測への入力として使用し得る。
付録Ｂに詳細な予測方法を説明する。
レーザロールの角度の予測が、光面が平坦であると仮定する。
レーザロールの処理−出力
−各レーザの座標系に投影される較正コーン４０に対する４つのレーザロールの角度
４つのレーザロールの角度の予測が、較正目的Ｇ−４：較正コーン４０に対する光面角度を完了する。これらの角度は較正データの中に記憶される。
センサのブロック及び傾斜
センサのブロック及び傾斜処理の第１の目的は、検出生信号値を較正検出高さに関連させる較正テーブルを作成することである。
第１の目的に実現することは、較正コーン４０がステージ軸２８に対して平行でない角度で取り付けられるため難しい。コーン角度がステージ軸２８と平行でない場合、光面が較正コーン４０に達する場所を正確に判読することは、較正コーン４０とステージ軸２８との間の角度に依存する。
このような問題を解決するために、反復処理を作成した。
第１に、コーン角度とステージ軸２８とが平行であると仮定して検出較正テーブルを作った。そして、新たに作った検出較正テーブルを使用して、コーン角度の予測を行った。このようなプロセスを４回繰り返す。反復処理は、全てのケースで収束するとみなされる。ステージ軸２８に対するコーンのアスペクト角の機械的な位置合わせが、（１度）よりも小さいことが推奨される。
このようなプロセスを付録Ｂにより詳細に説明する。
センサのブロック及び傾斜−出力
センサのブロック及び傾斜較正プロセスは２つの出力を有する。
−較正検出高さテーブルへの８つの生データが較正対象に記憶される。
−較正コーンのアスペクト角とステージ軸２８との間の角度の３次元予測。
８つの較正検出高さテーブルが、較正目的Ｇ−５：検出高さ較正を達成する。３次元コーンアスペクト角が較正目的Ｇ−３：ステージ軸２８に対する較正コーン方向ベクトルに合致する。
検出高さテーブルの外挿
生の検出データを較正検出高さに相互に関連付けるテーブルを拡張する必要がある。時には、中央のオフセットを有する小さなパーツが、テーブルの最小高さよりも小さい検出高さを有する。また、ここで説明するように、データの中に「ガード」領域の存在によるギャップが存在する。
データのギャップは、リニア補間法によって処理される。
検出高さ較正テーブルにおける最小検出高さよりも小さい検出高さについては、テーブルがゼロ高さに外挿される。検出高さ較正テーブルにおける最後の１０ポイントが１つのラインに適合する。そして、さらなるポイントが、検出高さ較正テーブルのテーブルの最小高さとゼロ高さとの間に加えられる。
許される最大検出高さ（０．７５０”）に検出高さ較正テーブルを外挿するための同じようなプロセスが実行される。
検出高さテーブルの外挿−出力
プロセスの出力は、リニア外挿からゼロ高さ及び最大高さに生成される付加的な検出高さ較正テーブルの入力である。
検出高さテーブル−ゼロ高さ位置
各検出較正テーブルについて、センサが較正コーンの開始コーン円筒９６を検出する場合に、検出高さがゼロであることを保証するようオフセットが計算される（ｃｏｎｓｔ ｄｉａｍ−０領域）。
検出高さテーブル−ゼロ高さ位置−出力
−８つのセンサに関する検出高さのゼロオフセット
このデータは、較正目的Ｇ−２：様々なセンサの検出高さのゼロ位置の位置合わせに合致する。
ネジ山信号／データ処理
序論
以下は、ネジ山パラメータ予測プロセスの構造の説明である。このプロセスは、システム１０における標準的なネジ山測定の「態様」の一実施例を与える。
ネジ山信号処理
ネジ山信号処理は、以下のネジ山パラメータを予測するプロセスである：
１）ピッチ
２）外径
３）内径
４）機能的直径
５）リード偏差
６）ピッチ直径
プロセスへの入力データは、「較正パーツデータ」である。このデータセットは、８つのベクトルから成り、それぞれが各光検出器又はセンサに関するものである。各ベクトルは、要素の指標テーブルから成り、それぞれが（ｚ，ｈ）組を含んでいる。各（ｚ，ｈ）組は、ＵＵＴの各センサの視野を表す座標系におけるＵＵＴシャドウ光の位置を測る。ｚは、較正検出ステージ軸位置の測定値であり、光面が較正コーンの開始に当たる現在のデータポイントとステージ位置間のステージ軸に沿った距離を表す。ｈは、較正検出高さの測定値であり、ステージ軸に直交する較正コーンの開始円筒の中間部とシャドウ光との間の距離を表す。
ネジ山信号処理が進行する際、多くの中間データプロダクトが、初期の処理ステージで生成され、後のステージでさらに解析される。これらは：
−大雑把な正／負の交差位置
−大雑把なピーク位置
−ワイヤ位置の検索間隔
−左／右の側部ライン
−ワイヤ位置
−正確なピーク／谷の位置
−外径、内径、ピッチ径の３つのピークの平均／メジアン測定
−３次元のピーク円筒軸
−３次元ピーク円筒軸へのワイヤ位置の投影
−３次元のピーク円筒の直径
−ピークデータと適合との間の３次元二乗平均平方根距離
これらの中間データプロダクトは、ネジ山パラメータの最終的予測を生成するよう解析される。例えば、３次元ピーク円筒の半径の２倍として外径が予測される。そのとき、３次元ピーク円筒軸は、正確なピーク／谷の位置に依存する。そのとき、ピーク／谷の位置は、大雑把なピーク位置及び正負の交差、及び元の較正パーツデータに基づく検索間隔に依存する。
処理制限
検査領域
検査領域と称されるステージ位置限界間にネジ山処理が行われる。Ｌａｓｅｒ Ｌａｂテンプレートエディタでは、パーツの画像が重ねられる上部及び下部ステージ位置限界を操作することによって、ユーザが検査領域を特定する。
これらの限界値は、様々なレーザによる測定値がパーツのほぼ同じ物理的位置と揃う較正検出ステージ位置を使用する。
ネジ山パラメータの予測は、検査領域の中のデータ全体にわたる平均予測となるよう特定される。実際には、中間データプロダクトのいくつかが、検査領域の外側に予測され、領域全体の中の全てのネジ山パラメータを予測し得る。例えば、検査領域の中のワイヤ位置が検査領域の外側のネジ山ピークを要する。
検査領域の測定条件
以下の要件は、パーツの画像の検査領域のユーザの配置をガイドする。現在のところ、解析ソフトウェアはリストされた要件のなんらかの障害を直接的に検出しない。
第１の仮定は、検査領域を通してネジ山パラメータが一定であることである。これにより、ソフトウェアが検査領域内の様々な位置からの見積もりを平均化することができ、特定の処理に関する異なる領域へのデータのパーティション化又はセグメント化に関与しない。
このような要件は、検査領域から以下のタイプのデータを排除する。
−全高よりも低いネジ山ピークを具えたネジ山領域の開始又は終了。
−先細部を具えたネジ山領域。
−切欠部又は大きなダメージを具えたネジ山領域。
第２の仮定は、検査領域が少なくとも４乃至６のネジ山ピッチを含んでいることである。このようなデータ量は、必要な精度でいくつかの中間データプロダクトを構成することを要する。このような要請に最も緊密に関係する中間データプロダクトは、ここで説明する３次元ピーク円筒である。
第３の仮定は、ネジ山が６０度の側面角で作製されることである。ネジ山処理は、いくつかの場所でこのようなパラメータを暗に使用する。最も直接的な使用の１つは、リード偏差の機能的直径への変換である。他の側面角又は他のネジ山形式の形状は、様々な手順を必要とする。
第４の仮定は、ネジ山が円筒断面を有することである。非円筒形のネジ山は、適切に一般化される３次元のピーク円筒を必要とする。非円筒形断面に対する不適当な適合により、現状の実施では不適当なリード偏差測定が行われる。
第５の仮定は、ネジ山が１つのらせんを有することである。現状では、ダブルのネジ山はサポートされていない。
ソフトウェアは、これらの仮定をチェックしない。これらの要件に合致するのに失敗すると、一般に、ネジ山測定のバイアスにつながるか、又は検査領域をうまく測定できないおそれがある。
実際には、これらの要件は以下の対象の測定を制限する。
−非標準的なネジ山タイプ、特にセルフタッピンねじ。
−２又は３のピッチを具えた小さなネジ山領域。
−Ｔａｐｔｉｔｅ三葉式のネジ山領域。
大雑把な交差
以下で説明するネジ山モデルは、ちょうど１つのピッチの間、１つのセンサのネジ山プロファイルの抽出表現である。ネジ山モデルは、１ピッチ後の上昇するネジ山側面及び端部の中間点で開始する。
補正検出器を用いて、ネジ山モデルが検査領域の中のデータと適合し、交差と称される検査領域の中の閾値の検出を生成する。図１７は、検出データに適合するネジ山モデルの概略を示す。
ここで説明する「微調整」は、交差をより精密に行う。また、微調整は、正の交差（図１７の右の側面ライン）及び負の交差（図１７の左の側面ライン）に交差を分ける。図１８は、ネジ山形式の選択した概念を示す。ネジ山モデルは、ネジ山形式の１サイクルの外観の最良の予測を表すポイントの側面シーケンスである。
大雑把なピーク及び谷位置
ピーク／谷位置は、正及び負の交差の適合した隣接対の間の大雑把なピーク及び谷位置を抽出する。
ピッチ予測
ピッチ予測は、針金ゲージ径のセットのステップために必要とする。予測は、測定に適したセットから１つの針金ゲージを明確に選択するのに十分精度よいことが必要とされる。現状のプロセスは、２段階のプロセスを使用する。
このようなプロセスは、ここで説明するように簡略化される。
第１の予測
交差するデータがセンサ全てにわたって分析且つ平均化され、ネジ山ピッチ予測である「交差ピッチ」を形成する。
第２のピッチ予測
ステップ：以下で説明する針金ゲージ径のセット、ワイヤ位置検索間隔、測定側面ライン及び３点の直径が、第１の反復で完了する。そして、全てのセンサ及び位置にわたってワイヤ位置が平均化され、ピッチ予測を計算する。
針金ゲージ径のセット
針金ゲージが、従来技術のピッチ径の物理的なネジ山測定で使用される。２つのワイヤがＵＵＴの一方の側の隣接するネジ山に配置され、１つのワイヤがＵＵＴの他方の側に配置される。マイクロメータが、隣接する２つの針金ゲージによって規定される参照ラインと他の針金ゲージによって規定される参照ポイントとの間の距離を測定する。テーブルにした補正式が、マイクロメータの距離をピッチ径の予測に変換する。
針金ゲージのサイズが、ネジ山測定に先立って選択される。これを行うことで、上述のようにネジ山ピッチを予測し、その後でピッチ予測に最も近い針金ゲージをセットで選択する。使用する針金ゲージセットは、測定タイプに適するものである；現在のところ、大雑把な計量ネジ山シーケンスに関する１つのセット、及び同じイギリスのネジ山セットの別のセットがある。プルダウンリストで選択することによって、針金ゲージセットがパーツのテンプレート編集時間で選択される。
ワイヤ位置検索間隔
「仮想の」ゲージワイヤを検出領域にわたる較正検出データに配置する。「仮想の」ゲージワイヤを配置するために、配置される各ワイヤについての検索間隔を特定しなければならない。
以下の処理ステップの要請は、検査領域におけるワイヤ位置がギャップを有しないことである。別の要請は、ワイヤ位置検索間隔が、２つの有効なネジ山ピーク、２つのネジ山ピーク間の１つの有効なネジの谷、及びピーク／谷ペアの間の有効な正／負の交差から成ることである。
そして、解析するために正／負の交差及びワイヤ位置検索間隔ピーク／谷の位置を検索する。結果は、センサ当たり１つのセットである間隔のセットである。
側面ラインの測定
図１９は、１つのワイヤ位置検出間隔における較正検出データの一部の概略を示す。
有効なワイヤ位置検索間隔の特定は、較正検出データの形式がほぼ図１９に示すようなものであることを意味する。このような形式を使用して、側面ラインのデータを確実に抽出するプランを作成した。
左側の側面ライン（の例）について、左側ピークと大雑把な位置と中央谷部との間の全てのデータを解析する。そして、左側ピーク及び中央谷部との間の高さ間隔の７０％（設定可能なパラメータ）をカバーする側面ラインのデータ抽出領域の高さ制限を判定する。このようなデータは、データセットの中に抽出され、ラインに適合されて左側の側面ラインとなる。
このような手続きは、左側ピーク及び中央谷部の近くの非直線領域を避ける。さらに、「側面ラインの有効な」フラグが、左側側面ラインと左側面ラインデータ抽出領域の中のデータ間の二乗平均平方根距離に基づいて計算される。側面ラインと側面ラインデータ抽出間隔のデータポイントとの間の二乗平均平方根距離が、ポイント（設定可能なパラメータ）当たり１０μｍよりも大きい場合、フラグが無効に設定される。
右側の側面ラインさらには全てのワイヤ位置検索間隔について、このようなプロセスが繰り返される。
ワイヤ位置の測定
ワイヤ位置が計算され、左側及び右側側面ライン及びワイヤサイズが与えられる。図１９に示すように、仮想のワイヤは各側面ラインに接しており、得られる位置が単純な幾何学的な式で計算される。
位置が、２つの側面ラインの「有効な」フラグのＡＮＤとして計算される「有効な」フラグを有している。
３ポイントの直径の測定
３ポイント法は、３次元情報を明確に使用することなしに外径、内径、及びピッチ径を測定するための方法である。
全ての計算は、２次元レーザセンサ座標系で実行される。
例えば、外径を考える。それは、全ての検査領域のネジ山ピークを含む円筒の直径として定義される。
この方法において、較正センサの（ステージ位置、高さ）座標のネジ山ピークの上部が、基本的な測定値を形成する。基本的な測定値は、さらなる解析のために三重項に結合される。１つのレーザの２つのセンサからのピークのみを結合する。
センサ−１の２つの隣接するネジ山のピーク位置が、第１のセンサのピークの平均位置に最も近いセンサ−２のネジ山のピーク位置に結合される。センサ−１の２つのピークは参照ラインを形成する。そして、参照ラインからセンサ−２のピークまでの距離を計算する。これは、そのピークの三重項についての３つのピークの距離である。
このような方法においては、隣接する全てのピークの三重項からの３つのピークの距離が、全てのレーザデータに関して計算される。３つのピークの距離は、全てデータベクトルに加えられる。３つのピークの直径測定値は、３つのピークのデータベクトルの中の全ての３つのピークの距離の平均値又は中央値のいずれかである。
３ポイント内径
３ポイント内径が、検出データの正確な谷部の位置を用いて３ポイント距離を測定する。３ポイント内径は、３ポイント距離ベクトルの平均である。
３ポイント外径
３ポイント外径が、検出データの正確なピーク位置を用いて３ポイント距離を測定する。３ポイント外径は、３ポイント距離ベクトルのメジアンである。
３ポイントワイヤ位置の直径
３ポイントピッチ径は、検出データによって計算されたワイヤ位置を用いて３ポイント距離を計算する。３ポイントワイヤ位置の直径は、３ポイントワイヤ位置の直径のメジアンである。図２０は、ネジ山ワイヤ位置に適用される３ポイント距離法を示す概略図である。間に引かれた参照ラインを具えた上部ネジ山形状の２つのワイヤ位置を示す。また、図示される３ポイント距離を具えた下部ネジ山形状の１つのワイヤ位置を示す。
図２１及び２２は、Ｍ１６×１．５のネジプラグゲージから抽出される中間データを示すＰＣのユーザインタフェースのスクリーンショットである。図２２は、１つのネジのピッチに焦点を合わせた拡大図である。
３次元ピーク円筒の測定
測定したネジ山のピーク位置のデータを解析して、最小自乗法で３次元の円筒を取得する。この方法の数学的な説明は、付録Ｃで与えられる。
３次元ピーク円筒の適合は、関心のあるいくつかの出力パラメータを有している：
−ピーク位置のデータと適合した形状との間の二乗平均平方根距離。
−円筒の中心軸の３次元位置。
−円筒の半径。
３次元ピーク円筒軸へのワイヤ位置の投影
測定したワイヤ位置を３次元ピークシリンダの中心軸の３次元位置と組み合わせることができる。測定したワイヤ位置を通過する円筒軸と直交する架空のディスクが、３番目のピーク円筒軸の位置をマークする。
全ての検出ワイヤ位置の投影から成るデータセットを構成する。
完全な螺旋状のネジ山について及び完全に測定されるワイヤ位置について、投影されるワイヤ位置におけるこれらの位置間の間隔は、Ｐをネジ山のピッチとすると、厳密にＰ／８である必要がある。隣接するセンサ間で１／８回転する８つのセンサそれぞれが見る。
右ネジでは、ワイヤ位置が、Ｌ１Ｌ，Ｌ２Ｌ，Ｌ３Ｌ，Ｌ４Ｌ，Ｌ１Ｒ，Ｌ２Ｒ，Ｌ３Ｒ，Ｌ４Ｒ、さらにはＬ１Ｌ，．．．，等の順番の増加位置で軸に投影する。
出力中間データはベクトルであり、投影するワイヤ位置の最小検出ステージ位置から最大検出ステージ位置まで仕分けされる。さらに、各ワイヤ位置データ項目が、データ項目を投影するレーザ及びセンサを特徴付けるラベル及びさらなる情報を含む他のラベルを付ける。
ネジ山パラメータの予測
ネジ山パラメータの予測は、中間データプロダクトを使用し、最終的ネジ山パラメータ予測に先だって、測定モデルに基づいてそれらを補正する。
ワイヤピッチ
ワイヤ中心データからネジ山のピッチを見積もる。各センサデータセットについて、ワイヤ位置の隣接ペアを使用して、隣接するワイヤ位置当たり１つの、隣接するワイヤピッチを計算する。全てのレーザについて、各ワイヤピッチをワイヤピッチベクトルに加える。
ワイヤピッチ予測は、ワイヤピッチベクトルの要素のメジアンである。
外径
ネジ山の外径は、一般に、３次元ピーク円筒の直径として報告される。
３次元ピーク円筒の適合が失敗した場合、以下のように様々な方法で外径を予測する。円筒の適合は、ここで挙げるいくつかの要因により失敗する可能性がある：
−ステージ軸に対して非常に大きな角度で傾くパーツ。
−ネジ山のピーク位置が円筒の適合せず、二乗平均平方根適合トゥーデータ距離が大き過ぎる。
円筒の適合が失敗すると、３ポイント外径データから外径を予測する。前の状況（円筒の適合）が既に失敗しているため、このようなケースは特別である。実際には、円筒の適合が、ネジ部が非常に短く又は検査領域がネジ部の端を越えて延びている場合、ほとんどの場合失敗することを発見した。
このような偏りのため、３ポイント外径データの単純なメジアンが一般に非常に小さく、良好な３ポイントデータの大部分が最も高い測定値に集中することが分かった。このようなケースでは、外径推定は３ポイントデータの２０％がより高く、３ポイントデータの８０％がより低くなるような値である。
較正補正
また、システム全体の最終的な終端間較正によって外径を補正する。報告された外径は、多くの場合非常に低く、偏りは−２０μｍ乃至０の範囲である。
直径較正の後に、システムを１セットの測定ネジプラグゲージにセットする。そして、それらの外径の偏りを直径の関数としてプロットし、偏りの結果に単純な線分を適合する。そして、これらの偏りをシステム構成ファイルの中に入れ、測定した偏りで測定した外径を補正するよう使用する。
内径
３ポイント内径直径距離ベクトルでネジ山の外径を見積もる。内径値は、距離ベクトルにおける要素の平均である。
ピッチ径
ピッチ径推定は、２セットの中間データプロダクト、すなわち、ワイヤ位置及び３次元ピーク円筒の適合を使用する。
ピッチ径見積計算を以下に挙げる段階で与える：
ａ）左側又は右側側面ラインとのワイヤ形状の交差部を計算することによって、ネジ側部とのピッチ径接触ポイントを計算する。
ｂ）交差部の左側及び右側ポイントを平均化し、平均ポイントから３次元ピーク円筒適合軸までの距離（半径）を計算する。これは、各ワイヤ位置に関するピッチ径の半径である。
ｃ）各センサに関してピッチ径の半径の平均値を計算する。
ｄ）各センサの座標系の中に投影されるステージ軸に対する３次元ピーク円筒軸の角度を用いて、パーツの投影角に関して各センサの平均ワイヤ位置半径を補正する。
ｅ）左右の検出補正ピッチ径半径を推定して、各レーザに関するピッチ径の予測を与える。
ｆ）レーザによる予測を平均化して、システムのピッチ径の予測を与える。
パーツの投影角に関する補正
ピッチ径の計算は、投影効果によって複雑となる。レーザ光が、ネジ形状のほぼ完璧な正（影）投影を実行する。しかしながら、投影はネジ設計ドキュメントで特徴付けられる断面とは同じではない。断面は、ネジの中心軸を通る面で切断した場合、ネジ形状である。
差異はネジ山のリード角によるものであり、それは多くの典型的なネジに関して１乃至３度の範囲である。リード角は、視野方法がリードの方向に一致する場合に、ネジ断面をほぼ正確に視る。
ネジのシャドウビューが上部ネジ及び下部ネジと同時に揃うように、ネジを配置するのは不可能である。３度のリード角を有するネジの例では、ネジの上部が視野角度と揃うようネジを傾けることで、下部ネジに関するリード角及び視野角度間の角度が約６度になるであろう。
このような影響のために、補正因子が考え出された。視野角度に対するネジの傾斜角度が分かっている場合に、投影角度による予測される偏りに関する観察されるピッチ径の半径を補正し得る。このような補正は、予め計算されテーブルに記憶される。
各センサについて、視野角度に対するネジの傾きを３次元円筒適合軸から得ることができる。別々の補正を左右のセンサに加える。
較正の補正
また、システム全体の最終的な端面間補正によって、ピッチ径を補正する。報告されるピッチ径の直径は、多くの場合大き過ぎており、偏りは＋５μｍから＋３５μｍまでの範囲である。
直径の較正の後に、システムを測定されるネジプラグゲージのセットに設定する。そして、直径の関数としてそれらのピッチ径の偏りをプロットし、偏りの結果に単純な線分を適合させる。そして、これらの偏りの適合をシステム構成ファイルの中に入れ、測定したピッチ径を測定した偏りで補正するために使用する。
リード偏差
リード偏差の予測は、ワイヤピッチ及び３次元円筒適合軸に投影されるワイヤ位置の場所を使用する。
理想的な螺旋状のネジでは、ワイヤ位置の投影は、３次元円筒適合軸に沿った規則的なパターンをもたらす。左側のワイヤ位置の第１のレーザ−１の投影は、左側のワイヤ位置の第１のレーザ−２の投影から約１／８ピッチにある。リード偏差は、理想からのこのようなパターンの偏差であり、投影した任意のワイヤ位置の理想的パターンからの最大距離として測定される。
リード偏差予測の計算は、段階的な手順を踏む：
ａ）全てのデータを含むワイヤ位置投影ベクトルを生成する。
ｂ）３次元円筒適合軸の順にワイヤ位置投影ベクトルを分類する。
ｃ）係数（３６０／ピッチ）を掛けて３６０を法とする要素値を引くことによって、ベクトルの要素のワイヤ位置を度に変換する。
ｄ）度数値の要素位置の最大絶対値が最小となるよう、オフセット値を計算する。例えば、１ｍｍのピッチのネジ山で０．０１０ｍｍのリード偏差の場合、少なくとも１の度数値の要素位置の絶対値が３．６０度となる（０．０１０ｍｍ／１ｍｍは（１／１００）に等しく、３６０／１００は３．６０である。）。
ｅ）値を度からｍｍに変換し、リード偏差予測として報告する。
全てのリード偏差予測は正であることに留意されたい。
較正の補正
測定値の誤差は、完全なネジ山の物理的測定が正のリード偏差を有することを意味する。
このような影響を補正しようとするために、ネジプラグゲージのセットについてリード偏差を測定し、ゲージ径の関数としてそれらをプロットする。観察される最も一般的な形式は、０．０１０ｍｍ乃至０．０２０ｍｍの一定のリード偏差である。
送りネジの較正で観察されるこのような値は、偏りを有すると取られる。偏りの量は、システム構成ファイルの中に入れられ、このような測定バイアスに関する測定したリード偏差を補正するよう使用される。
機能的直径
機能的直径は、現在のところ実際にはネジ山上の特別な適合ゲージの嵌め合いによって規定される。特別な適合ゲージは、基本的にはナットの中心軸を切断する面によって分けられたナットである。適合ゲージの二等分が、二等分の距離を測定する固定具によって保持される。全てのネジ山タイプ用の特別な適合ゲージがある。
特別な適合ゲージがネジ山プラグセッティングゲージの上できつく締められると、機能的直径がピッチ径として規定される。異なるＵＵＴを適合ゲージの中にセットすると、ＵＵＴと機能的直径の測定をセットするよう使用されるネジ山プラグセッティングゲージとの間の差を含む影響のため、適合ゲージがわずかに拡大する。そして、機能的直径の測定値は、ネジ山プラグゲージのピッチに２つ適合ゲージ片間のさらなる隙間を加えたものとなる。
機能的直径−Ｌａｓｅｒ Ｌａｂ推定量
Ｌａｓｅｒ Ｌａｂでは、本発明の機能的直径の測定法は、適合ゲージ法に近い。物理的適合ゲージの完全な３次元アナログを実行しない。その代わりに、リード偏差の使用及びネジ山形式の形状を含む近似を行う。
ネジ山形式を完全なものとして６０度の側面角を有すると考える場合、リード偏差によりネジ山形式適合ゲージ片が離れていく。ネジ山形式軸の上下いずれかの１つのリード偏差により、適合ゲージの１つの分離片が外側に移動する。６０度の側面角についての外側移動の総量は、
（リード偏差）に等しいであろう。この移動は、完全な螺旋状に対する、リードの正及び負の双方の移動に関する隙間を与える。
機能的直径（ＦＤ）に関するＬａｓｅｒ Ｌａｂ推定量は、以下のように与えられる：
ネジ山モデルの学習
ネジ山モデルは、１周期のネジ山形式の輪郭の最良な推定を表す学習される一連のポイントである。ネジ山モデルは、検査領域が特定される場合にテンプレートエディタ時間で計算される。
所定の測定テンプレートは、正弦波パターンを具えたパターンマッチアルゴリズムを使用し、検査領域データの周期性を特定する。このようなプロセスは、おおよそのネジ山ピッチを判定する。また、このようなプロセスは、右側側面ラインの第１の中間点の近似である、マッチしたパターンの第１の開始部に関するデータベクトルの開始点を計算する。
このようなピッチ及び開始点を用いて、測定テンプレートルーティンが平均ネジ山モデルを計算し得る。マッチしたパターンの第１のサンプルポイントで開始し、検査領域の後半の１，２，３，．．．，Ｎピッチのポイントが、平均化されネジ山モデルの第１のポイントを形成する。第１のマッチしたパターンの残りのポイント全てついてこのようなプロセスを繰り返す。そして、後の使用のためにネジ山モデルをテンプレートに保存する。
以下は、三葉式（ｔｒｉｌｏｂｅ）又は三葉式（ｔｒｉｌｏｂｕｌａｒ）推定プロセスの構造の説明である。
三葉式（ｔｒｉｌｏｂｅ）信号処理
三葉式信号処理が、検査領域の中の較正パーツデータを解析し、以下のように説明される三葉式パラメータ推定プロセスによって解析される中間データプロダクトを生成する。三葉式信号処理で、４つのレーザ−ｎ直径及び４つのレーザ−ｎ中心である８つの値が生成される。
中間データプロダクト 説明
レーザ−ｎ直径 左側シャドウ光から右側シャドウ光までの距離
レーザ−ｎ中心 左側及び右側シャドウ光によって隔てられる間隔の中間点
三葉式ブランク信号処理
三葉式ブランクでは、検査領域の中の較正検出データの単純平均としてレーザ径及び中心を推定する。
レーザ−ｎ直径は、左側センサの平均高さ及び右側センサの平均高さの平均値である。
レーザ−ｎ中心は、右側センサの平均高さ及び左側センサの平均高さの差である。
三葉式ネジ領域信号処理
三葉式ネジ領域では、ネジ山領域の中の全てのネジ山ピークに接する三葉式円筒のパラメータを推定することを必要とする。
このようなプロセスは、３つの部分に再分割し得る：
−ネジ山領域の大域的対象からネジ山ピーク位置を取得する
−検出ネジ山ピークから検出高さを確実に推定する
−検出高さからレーザ−ｎ直径及び中心を計算する
検出領域の中にあって（メジアンピークの９５％よりも高い高さを有する）「ＦＵＬＬ」ピークとして分類されるネジ山ピークのみを保持して、ネジ山領域の大域的形態の処理対象からネジ山ピーク位置を取得する。有効な検出領域については、三葉式形態の典型的な使用ではセンサ当たり５乃至１０のネジ山ピークポイントが存在する。
検出高さを推定するために、いくつかの無効なネジ山ピークを許容するのに十分強固な推定プロセスが必要となる。好適なプロセスは、１又は２の無効なピークデータ項目によって影響を受けないネジ山ピークを介してライン適合を取得するための「強固な」ラインフィッティング処理を使用する。「強固な」ラインを見つけると、検出高さ推定は、検出領域の中間点での「強固な」ラインの高さである。
ロバストライン適合処理
ロバストライン適合は、単純なパラメータサンプリング処理である。適合するためにセットされるデータの全てのポイント組について、評価ラインが生成される。全ての評価ラインについて利点の形態が生成され、データと評価ラインとの間ポイント当たりの二乗平均平方根距離である。二乗平均平方根距離が分類され、メジアン二乗平均平方根距離を具えた評価ラインが選択される。
このような処理は計算上コストがかかるが、「異常値」として最大４９％のデータを正確に扱い得る。
三葉式領域信号処理に関する潜在的な問題
検査領域のテーパが結果を偏らせる可能性がある
推定処理はモデルベースであり、モデルは三葉式の「シリンダ」である。このため、ネジポイントの近くといったネジ領域のテーパが、モデルフィッティングプロセスが正確に解析できないデータを与える。
三葉式ネジ領域ピークを正確に配置する必要がある
ネジ付きの三葉式推定プロセスに関するネジ山ピーク入力データを配置するネジ領域プロセスは、非常に一般的であり、ネジ領域「ピークモデル」に合致しないピーク形状に不適合である可能性がある。
三葉式パラメータ推定
三葉式パラメータ推定は、中間データプロダクト、レーザ−ｎ直径及びレーザ−ｎ中心を使用し、以下の三葉式パラメータを計算する。
三葉式パラメータ 説明
Ｃ 外接した又は外接させる円の半径
（Ｖアンビルマイクロメータの最大径）
Ｄ 直交する投影径
（標準的なキャリパの直径）
Ｅ 内接した又は内接させる円の半径
（Ｖアンビルマイクロメータの最小径）
Ｋ 三葉式の「真円ではない」パラメータ（すなわち、分葉の程度）
Ｋ＝Ｅ−Ｄ＝Ｄ−Ｃ
２Ｋ＝Ｅ−Ｃ
Ａｎｇｌｅ アスペクト角
三葉式平面がｘ軸と平行で、ｙの最も低いポイントの場合、Ａｎｇｌｅ ＝０である
三葉式平面がｘ軸と平行で、ｙの最も高いポイントの場合、Ａｎｇｌｅ ＝６０度である
ｘＣｅｎｔｅｒ、ｙＣｅｎｔｅｒ 三葉式形状の中央線の座標
「Ｄ」パラメータ
三葉式Ｄパラメータを、４つのレーザのレーザ−ｎ直径測定の平均値として推定し得る。
全ての値は、検出誤差の範囲内である。
完全な三葉式形状のゲージを測定する場合、レーザ−ｎ直径と「Ｄ」との間の差が、測定の精度及び偏りの診断に関する。レーザ−ｎ直径と「Ｄ」との間の二乗平均平方根距離は、直径測定の測定不確実性である。「Ｄ」とレーザ−ｎ直径との間の最大差は、検出直径測定バイアス当たりの最大値の測定である。
Ｋ、Ａｎｇｌｅ、ｘＣｅｎｔｅｒ、ｙＣｅｎｔｅｒパラメータの反復計算
Ｋ、ａｎｇｌｅ、ｘＣｅｎｔｅｒ、ｙＣｅｎｔｅｒパラメータの計算は、レーザ−ｎ中心中間データプロダクトのみを使用する。４つのレーザ−中心データ項目は、４つの未知の三葉式パラメータを計算するのに厳密に十分な項目であり、余分なものがない。
直接的な４つのパラメータ検索処理は難しいものである。検索を以下の解析を具えた反復的な２つのパラメータに検索に簡略化した。
三葉式形状の中央線座標（ｘＣｅｎｔｅｒ，ｙＣｅｎｔｅｒ）が既知であると仮定すると、以下に説明するように、包括的な検索処理で角度Ｋ、ａｎｇｌｅを推定し得る。Ｄ、Ｋ、及びａｎｇｌｅを推定すると、三葉式形状の完全な説明を得る。
三葉式形状の説明により、左右のセンサへの三葉式形状の様々な投影を計算し得る。三葉式形状の左右のセンサ投影により、レーザ−ｎ中心データを使用して三葉の中心線座標である（ｘＣｅｎｔｅｒ，ｙＣｅｎｔｅｒ）を推定し得る。
最後に、三葉式中心線座標を用いて、レーザ−ｎ中心データの次の組が三葉中心線座標推定値となるように、レーザ−ｎ中心データを特定する座標系の原点を変更し得る。そして、入力としての変換したレーザ−ｎ中心データでこの処理を繰り返す。このようなプロセスでは、Ｋ、ａｎｇｌｅの検索処理が、（０，０）に非常に近い中心線を最終的に有するデータで与えられる。このような点では、全ての三葉式パラメータＫ、ａｎｇｌｅ、Ｄ、ｘＣｅｎｔｅｒ、ｙＣｅｎｔｅｒが既知である。
このような処理の簡単な説明をここに示す。
Ｋ、Ａｎｇｌｅ検索
網羅的列挙によってＫ、ａｎｇｌｅ検索を実行する。２次元格子が、間隔（０．．ｋｍａｘ）でのＫの可能性のある不連続値である１次元及び間隔（０．．６０）度でのａｎｇｌｅの可能性のある不連続値である他の次元で構成される。各格子ポイントで、Ｋ，ａｎｇｌｅ、ｘＣｅｎｔｅｒ、ｙＣｅｎｔｅｒを使用して、これらの値を生成するレーザ−ｎ中心値及び計算値及び実際のレーザ−ｎ中心値間の二乗平均平方根距離を計算する。
好適な実施では、不連続格子は２５×２５のサイズであり、６２５のＫ、ａｎｇｌｅパラメータ値と６２５の二乗平均平方根距離を得る。最小二乗平均平方根格子値は、Ｋ、ａｎｇｌｅ出力値を選択する。
Ｋ、Ａｎｇｌｅ詳細検索
再分割検索によって、Ｋ、ａｎｇｌｅ検索の精度を高める。元のＫ、ａｎｇｌｅ不連続格子の２×２格子に等しい間隔のＫ、ａｎｇｌｅの矩形領域を２５×２５格子に再分割して検索する。
そして、処理を２回繰り返し、同じような方法で微細な格子を再分割する。
結果は、３９０６×３９０６格子を介した強力検索（コストは２５×２５格子検索の約３倍である。）よりも正確なＫ、ａｎｇｌｅの計算値であり、さらにはコストがかからない。
ｘＣｅｎｔｅｒ、ｙＣｅｎｔｅｒの判定
Ｋ及びａｎｇｌｅが分かると、三葉式中心線座標に関する新たな推定を得ることができる。
（１）４つの全てのレーザについて、三葉式形状によって引き起こされる検出高さの差を推定する。この差は、レーザと三葉式形状角との間の差の関数である。
ΔＨ（ｌａｓｅｒ，ｔｒｉｌｏｂｅ）＝ｆ（Ｋ，Ａｎｇｌｅ−ｌａｓｅｒＡｎｇｌｅ）
（２）三葉式寄与に関する検出高さの差を補正する。
ΔＨ（ｌａｓｅｒ）＝ΔＨ（ｌａｓｅｒ，ｄａｔａ）−ΔＨ（ｌａｓｅｒ，ｔｒｉｌｏｂｅ）
（３）補正検出高さの差の最小自乗適合によって三葉式中心線座標を計算する。
（ｘＣｅｎｔｅｒ，ｙＣｅｎｔｅｒ）＝ｇ（ΔＨ（１），ΔＨ（２），ΔＨ（３），ΔＨ（４））
収束基準
現在及び前の反復からのＫの推定値の間の差が所定のパラメータ（公称値０．０００１）よりも小さい場合に、反復が収束する。
生成したパラメータの計算
推定パラメータＤ及びＫから生成したパラメータを計算し得る。
Ｃ＝Ｄ−Ｋ
Ｅ＝Ｄ＋Ｋ
コード実行に関する注記
これらの注記は、コードのさらなる改良を導く。
三葉式ネジ山パラメータ推定−標準的なネジ山の処理との差異
三葉式領域ネジ山推定は、標準的なネジ山処理に対していくつかの差異を有する。
大部分の差異は、標準的なネジ山処理が円形断面の円筒を使用するのに対し、三葉式ネジ山処理が三葉断面の円筒を使用するという事実から生じるものである。
特性リスト
較正検出ステージ軸の位置ゼロ−開始コーンエッジ信号による
上述の走査光学ヘッドシステムは、特定の検出ビームにおける光及びシャドウの量のサンプリングされる画像を生成する。各４μｍのステージ移動でサンプルが生成される。絶対ステージ位置は、上述のように正確なものではなく繰り返し可能なものでもない。
ステージ位置座標を一般の物理的位置に参照させるために、検出信号を解析してセンサがどこで円筒９６の較正コーン４０の開始を通過するのかをマークするステップ端の位置を見つける。
検出ステージ位置が全て共通の開始コーン位置に参照されると、走査によって高精度に他の全ての特性の位置が繰り返し可能となる。
較正検出高さ位置ゼロ−開始コーン中心位置による
検出デジタル生信号を検出高さに関連させる較正処理は、０．１２５”コーン最小径と１．５００”コーン最大径との間の関連する検出ブロックを較正する。
検出高さに生信号を関連付けるテーブルを構成した後に、テーブルを使用して円筒９６を開始するコーン０．１２５”の中心を計算する。オフセットとしてこの位置を使用して、較正される検出高さが０．１２５”コーン円筒９６の中心でゼロを読み出す。このようなプロセスは、各４つの光面についての共通の（ｘ、ｙ）中心参照座標を規定する。
較正コーン設計−２つの一定直径領域の解析によりステージ軸の３次元アライメントを測定
較正コーン４０は、空間に較正コーンの中心軸と同心の円筒を規定する０．７５０”の直径の２つの領域を有している。センサによって見られるように０．７５０”の円筒の位置を測定することによって、較正ソフトウェアがステージ軸２８及び較正コーン軸のアライメントを判断する。
較正コーン方向ベクトルを規定するよう測定される領域が同じ直径を有することは重要である。これは検出高さ較正の誤差が方向ベクトルの計算の精度に最も低い影響を有することを意味する。
較正コーン設計−「マルチステップ」領域による光面角度の測定
較正コーンの「マルチステップ」領域は、正確に位置決めされた５つの機械的ステップを含んでいる。これらのステップを使用して較正コーン中心軸に対する光面のねじれ角を計算する。
信号処理ソフトウェアは、それぞれの５ステップの正確な位置を測定する。光面が較正コーン４０に対してねじれ角を有する場合、レーザの左右のセンサから計算されるステップ位置間の位置の差がねじれ角の正弦に比例する。
解析ソフトウェアは、ねじれ角を計算する最小自乗最小化処理の５つのステップからのデータを使用する。
較正コーン設計−任意の補間を可能とする連続的な一定傾斜検出高さ較正領域
従来の較正コーンの実験的な較正は、関連する生のデジタル検出信号を較正される検出高さに関連させることを目的としてステップ端を使用した。検出応答が２つの隣接するステップの高さの間で変化する場合、較正処理は変化を直接的に測定せず、得られる較正が中間部の直径でミスを起こすであろう。
現状の構成は、０．１２５”乃至１．５００”の範囲の直径の全ての検出高さでのデータを与える。
光面「レイヤーケーキ」−クロストークの減少
上述のように、４つのレーザ光面が、規則的な間隔の高さで光学ヘッド１２の下面６１と平行に構成される。隣接するレーザの光面は、好適には約２．５ｍｍ間隔である。このような構成を図１０に概略的に示す。
このような「レイヤーケーキ」構成を特別に選択して様々なレーザビーム線間の「クロストーク」を推定し又は減少させた。例えば、ビームライン−１からの光がＵＴＴの面から散乱しビームライン−２に関するセンサの中に入る。
主要な干渉手段は、図９の幾何学的形状と同じ幾何学的形状であるステップ軸２８と揃う円筒からの散乱によるものである（さらに付録Ａを参照）。
レーザ光面が様々な高さを有する場合、ＵＵＴによって散乱する（例えば）レーザ−２からの光が、レーザ−１光面からの予想される光に対して２．５ｍｍの高さでレーザ−１に関するセンサに達する。図２４を参照して付録Ａに記載するような光面受信開口スリット（すなわち、テレセントリック開口絞り）によって、このような散乱光をブロックし得る。
光面受信開口スリット−クロストークの減少
光面受信器６８は、対応する光面発生器から光を受ける約１．５ｍｍの高さの直線状のスリット開口部をそれぞれ有する。各開口スリットを様々な高さで光学ヘッド１２に取り付け、対応する光面の高さに合わせる。様々な光面発生器又は受信器６６からの光は、ＵＵＴによって散乱され、効果的にブロックされることで、測定精度を増加させる。
光面受信開口ピンホール−前方散乱光の減少
各光面受信器６８は、光面受信器６８を「テレセントリック」にする円形開口にそれぞれ適合するフォトダイオードを有している。この開口ピンホールは、入射公称角度から及び／又はほんのわずかに異なる入射角度（１乃至２度未満）からの光線を受ける。これは、大きな入射角度で光面受信器６８に入る光ビームがピンホールマスクによってブロックされ、測定回路によって記録されないことを意味する。付録Ａにこれを記載する。
ピンホールは、光沢のある円筒パーツによって引き起こされるシステムの測定エラーを減らす。このようなパーツについては、大雑把なダーク面によってブロックされる散乱光が光面受信器６８に入ってくるため、前方散乱光が測定される直径をシステマチックに減らすであろう。
光面発生器モジュール−ロービーム収束を確実にするアライメント法
Ｌａｓｅｒ Ｌａｂ測定システム１０は、各光面発生器モジュール６６からの光線が平行になり発散しない必要がある。
円筒の中心が測定領域の中心から（±）０．０３９４”（１ｍｍ）移動する際に、０．５００”（１２．７ｍｍ）円筒の見掛けの直径を、０．０００１”（０．００２５ｍｍ）よりも大きく変えてはいけない。このような要請は、必要とする測定精度のバイアス（０．０００１”（０．００２５ｍｍ））を、顧客によってパーツの配置の予測精度（±０．０３９４”（１ｍｍ））と結び付ける。
このような必要とされる配置は、光面の中の光線のアライメント精度又はその発散への制限となる。最悪のケースでは、円筒の中心を通るビームがゼロ度の角度となり、左側のシャドウ光が−ψの角度、右側のシャドウ光が＋ψの角度となる。これは、光面のシャドウ光に関する最大ズレ角度が１．３ｍｒａｄよりも小さいことを意味する。
これらの最大ズレ角度は、光面発生器モジュール６６の製造又は組み立ての際に、焦点精度に換わる。図３１の符号１００で概略的に示される調整及び焦点器具又はアライメント備品が、レンズ３１６の位置の高精度の機械的調整を与え（すなわち、図３７）、これにより各光面発生器モジュール６６を構成する際のビームの発散が最小となる。調整が完了すると、調整ネジを締めて移動を防止するよう機械的取り付け点を接着することによって、所定の位置に調整を恒常的に固定し得る。調整法のさらなる記載を付録Ｄに示す。
光面発生器−光線の高い平坦性を確実にする調整法
また、Ｌａｓｅｒ Ｌａｂ測定システム１０は、光面が概して平坦であることを必要とする。光面発生器モジュール６６の光学的要素がズレる場合に、平らなターゲットへの光面の像が真っ直ぐではなく曲がることが発見された。
湾曲する光面が、上述のような光面−較正コーン角度較正を無効にする。また、湾曲する光面が、上述のような検出高さ較正を不正確にする。光面の湾曲は、較正コーン４０の直径の予想をあまり精度がよくないステップ位置の関数にして、さらには検出高さ較正を精度がよくないものにする。
上述のような且つ付録Ｄに記載された調整及び焦点法は、モジュールの製造の際に光面発生器モジュール６６の光ビームの平坦性が効果的に最小限となるよう構成される。モジュールのベース面に対するレンズ３１０、３１２及び３１６の角度及び回転調整が重要な変数であることが分かった。これらの調整を連続的に実行した場合に、光面発生器モジュール６６を平坦性の要請に合うようセットアップすることができ、そのポイントで調整ネジを締めて移動を防止するよう機械的取り付け点を接着することによって、調整が所定の位置に恒常的に固定される。
平坦性は、図３７のレンズ３１６である「第１の円柱レンズ」の調整によって、主に無くされる。このような調整及び焦点器具は、図３１に示すクランプ１８８を具えた回転アームを含んでいる。
回転アームのクランプは、図３７に示すように、送信モジュールの調整の際に、第１の円柱レンズ３１６に取り付けられたプレート３１８を保持する。
クランプ１８８の回転により、ターゲット２１０のレーザ光線の像が、上方に曲げられ、平らになり、及び下方に曲げられたターゲットのライン形状間を移動する。
第２の調整は、レンズ３１６の回転によるものである。このような調整は、曲率ではなくターゲット２１０でのレーザ光線の像の傾斜に主に作用する。傾斜はレーザ光線の像が水平になるよう調整される。
レンズ３１６及び３１２の調整は内部依存性である。
光面受信器−調整法
光面受信モジュール６８はまた、アライメント要求を有する。モジュール６８の光学素子が厳密に位置決めされ、検出器のピンホール開口部の中でそれぞれの光面発生器モジュール６６からの光を正確にフォーカスする（すなわち、図２４）。
受信モジュール６０は、ほぼ同じ効率で光面の中の可能な全ての光線からの光を受けるため、発生器／受信器サブシステム（すなわち、それぞれ６６及び６８）が、光面を横切る距離の関数として滑らかな光受容プロファイルを有する。これは、検出高さ較正プロセスからの要請である。
光面受信モジュール６８及び光面発生器モジュール６６は、通常の穴の位置で光学ヘッドのベースプレート６１に取り付けられた場合に、共に動作し得る。
受信器光面分岐線が、光面の中でセンタリングされる。調整及び焦点法により、ここで説明するように、光面受信モジュール６８及びその部品の適切な組み立て及びそれに続く試験が可能となる。
ここで、図３７乃至４４を参照すると、概略的に符号３０４で示す、送信モジュール６６の一般的なミラーレンズ取り付け部が示されている。好適には、取り付け部３０４は、低膨張アルミニウム−マグネシウム合金の１つの部品から製造され、広い温度範囲にわたって寸法的な安定性を確保する。取り付け部３０４は、精度良く機械加工されて取り付け部３０４の様々な参照面が互いに適切に位置決めされるのを保証する。
図３７は、取り付け部３０４の拡大図であり、その様々な支持ミラー３０６、第１の円柱レンズ３１６、第２の円柱レンズ３１２及び第３の円柱レンズ３１０を示す。取り付け部３０４は、第２の円柱レンズ３１２のために一体形成されたレンズホルダ３１４を有している。第３の円柱レンズ３１０が、取り付け部３０４の正面の参照面３１１に取り付けられている。第２の円柱レンズ３１２が、図６１に良く示すように、参照面３１３によって少なくとも部分的に規定されるホルダ３１４の中に保持される。第１の円柱レンズ３１６は、ベースプレート３１９及びレンズ取り付け部３１８を有して概略的に符号３２０で示される、調整可能な取り付けアッセンブリの中に保持される。
後側のミラー３０６が、取り付け部３０４の後部参照面３２３に取り付けられる調整可能なミラーレンズ取り付け部３２２の中で保持される（すなわち、図３９）。前側のミラー３０６は、図４３及び３９に良く示すように、取り付け部３０４の中の内部参照面３２５に内部取り付けされる。図３９及び４３（それぞれ、ミラー３０６及びレンズ３０６，３１０及び３１２が有る場合と無い場合の取り付け部３０４の断面図である）を比較すると、後側のミラー３０６が傾斜した参照面３２３に対して取り付けられるのに対し、内部に取り付けられるミラー３０６が、モジュール３０４の中で傾斜した参照面３２５に対して取り付けられる。
ミラー３０６は、好適には、ＢＫ−７材料で作製されるのに対し、レンズ３１０、３１２及び３１６はＳＦ−１１材料で作製される。レンズ３１０、３１２及び３１６は、６５０ｎｍのレーザビーム波長用に最適化される。また、レンズ３１０、３１２及び３１６の公称被動焦点長さは、それぞれ１０７ｍｍ、１５４ｍｍ及び２．７５ｍｍである。
送信モジュール６６に関する組み立てステップの手順は以下のようであり、各ステップを付録Ｄに詳細に説明する。
１．ＵＶ接着剤を用いてレンズ３１６をレンズ取り付け部３１８に固定する
２．ＵＶ接着剤を用いてレンズ３１２、レンズ３１０及び前側のミラー３０６をレンズ及びミラー取り付け部３０４に固定する
３．ＵＶ接着剤を用いて調整可能なミラー取り付け部３２２に後側のミラー３０６を固定する
４．順に：
・０．９８４”±０．００４”の高さで取り付けベースに平行に入る参照レーザビームが、１．６７９”±０．０２０”の高さで取り付け部３０４の前側参照面３１１の取り付け開口を出て、０．０５°以内で取り付けベースと平行のままであるように、レンズ及びミラー取り付け部３０４の中で調整可能なミラー取り付け部３２２に取り付けられた後側のミラー３０６を位置決めする
・参照レーザビームが０．０３°未満で逸れるようにレンズ３１２を位置決めする
・ビームが視覚的に平らになるように、ビーム軸に回転可能に直交するようレンズ３１６を位置決めする
・水平軸のビームの発散が±０．１０ｍ半径内となるように、ビーム軸に沿ってレンズ３１６を位置決めする
・ビームが０．２５°内でアッセンブリ取り付けベースと平行となるように、レンズの取り付け面及びミラー取り付け部３０４に対して回転可能に直交するようレンズ３１２を位置決めする
・１０．５５”の距離で測定した場合に、参照レーザビームが組み立て取り付け面から１．６７９”となるように、レンズ３１０を位置決めする
５．完成した組み立て品の仕様
・レーザビーム軸に直交する−０．５０°よりも小さいビーム傾斜
・レーザビーム軸に平行な−０．１０°よりも小さいビーム傾斜
・ビーム高さ−１．６７９”±０．０２０”
・０．２５ｍラジアンよりも小さいビーム発散
６．エポキシ接着剤を用いて全ての締め具及び調整可能な部品を固定する
ここで、図４５及び４６ａ乃至４６ｄを参照すると、図５に示すレーザ操作ミラー６２及びそれらに関連する部品パーツを詳細に示す。レーザ操作ミラー６２の様々な相対位置を、それらがベースプレート６１の上面に調整可能に取り付けられた場合に、図４６ａ、４６ｂ、４６ｃ及び４６ｄに示しており、各ミラー６２がそのそれぞれの移動プレート４００に対する様々な角度で取り付けられている。一方、移動プレート４００が、取り付けネジ（図５）によってプレート６１の上面に調整可能に取り付けられている。取り付けネジ４０２及びそれらに関連するワッシャ４０３が、概略的に符号４０６で示すミラー取り付け部のフランジ４０４を移動プレート４００に固定する。一方、ミラー取り付け部４０６が、図４６ａ乃至４６ｄに示すように、様々な角度位置でそれらのプレート４００に配置されている。各プレート４００が、プレート６１の上面で正確な角度位置でプレート４００を調整可能に位置決めし得る細長い開口部４０８を有している。ミラー取り付け部４０６をそれらのプレート４００に、及びミラー取り付けプレート４１２をそれらの各ミラー取り付け部４０６に精度良く取り付けるために、ピン４１０が設けられている。ネジ４１４及びそれらに関連するワッシャ４１６が、ミラー取り付け部４０６に取り付けプレート４１２に固定するために設けられている。ミラー６２が接着剤によってそれらの取り付けプレート４１２に固定されている。
ここで、光面受信モジュール６８のうちの１つの拡大斜視図である図４７を参照する。概略的に符号５００で示すミラー及びレンズ取り付け部を図４７に示す。ミラー及びレンズ取り付け部５００は、各光面発生器モジュール６６のミラー及びレンズ取り付け部３０４と略同一である。また、受信モジュール６８は、概略的に符号５０２で示す光検出器取り付け部、概略的に符号５０４で示すレンズ取り付け受信対、及び光面発生器モジュール６６の円柱レンズ３１２と略同一な円柱レンズ５０６を有している。さらに、受信モジュール６８は、接着剤によって間隔を空けた関係でレンズ取り付け部５０４の正面に固定可能に取り付けられた１対の球面レンズ５０８を有している。さらに、受信モジュール６８は、１対の円形開口部品５１０及び１対の光検出器５１４が間隔を空けた関係で取り付けられた検出器ＰＣＢアッセンブリ取り付け部５１２を有している。レンズ５０８は、一般に、６５０ナノメートルの波長で機能するよう構成されており、ＳＦ−１１材料で作製され、２５．８ｍｍの公称被動焦点長さを有している。
光検出器取り付け部５０２は、ネジ５０５によって固定される、それぞれ上部及び下部半体５０１及び５０３を有している。
一般に、レンズ５０８は、ＵＶ接着剤でレンズ取り付け部５０４に固定される。そして、図５に示すように、レンズ取り付け部５０４がネジ５１６及び関連するワッシャ５１８によって取り付け部５００に固定される。一般に、レンズ５０６は、以下に示す一連のステップを進めることによって、図５に示すように取り付け部５００の正面の参照面に接着可能に固定される。
開口部品５１０は、部品５１０が支持された検出器５１４と接触又は近接して、取り付け部５００の中でセンタリングされるように、光検出器５０２の間隔を空けた穴の中に固定される。付録Ｄに詳細に説明する以下の組み立てステップのシーケンスが続く：
取り付け部５００の前側参照面でレンズ５０６を位置決めすることで、サブアッセンブリに入る参照レーザビームが、好適には１．６７９”±０．００４”の高さで及び０．０３°未満の逸れで取り付け部５００のベースの下部参照面と平行となる。
参照ビームのフレームが０．２５°内で取り付けベースと平行となるように、取り付け部５００の取り付け面に回転可能に直交するようレンズ５０６を位置決めする。
参照検出器対を用いて測定した場合にエネルギが２％以内でバランスされるように、ビーム軸に沿って取り付け部５００の中で受信器レンズ対５０８を位置決めする。
取り付けられた検出器５１４を用いて測定したエネルギが１％以内でバランスされるように、得られた検出器アッセンブリよって位置決めする。
上述のステップが実行された後に、エポキシ接着剤を用いて全ての留め具及び調整した部品を固定する。
検出器ＰＣＢアッセンブリ取り付け部５１２を、ネジ５２０及びネジ５２０の各スペーサ５２２によって取り付け部５００の背面に固定する。
用語集
３ポイント距離：１つのレーザセンサの１点から他のレーザセンサの２点による参照ラインまでの距離。

３ピーク直径：３ポイント距離の統計的平均又はメジアンから得られる直径の測定値。

調整及び焦点器具：所要の光学的誤差を目的とする光面発生器の及び光面受信モジュールの製造又は組み立てのための光学的／機械的固定具。

ベース／スライドユニット：Ｌａｓｅｒ Ｌａｂ測定ハードウェアのための物理的ベース。このユニットは、比較的大きく、重い三角形のベース及びモータ、スライド、及びリニアエンコーダを含む縦型ユニットを有している。

ビーム線：１つのレーザビームから光面を形成して、遮蔽された光面をＰＣ電源への送信のために電気信号に変換する、光学ヘッドの中に収容された光学的、機械的、及び電気的部品のセット。

較正パーツデータ：それぞれが左右のセンサを有する４つのレーザからの較正検出データから成るデータ構造。

較正検出データ：１つのセンサについての測定値ベクトル（ステージ位置、高さ）を含むデータ構造。

較正コーン：「円錐状」の輪郭を有し、精密に作製された工具鋼の１部品。この輪郭は、円筒形及び円錐台状の輪郭を有している。較正コーン又は器具は、システムの中で使用して検出デジタル生信号を物理的な測定値に変換する。

較正データ：検出生データから較正解析処理の際に計算されたテーブル及びパラメータのセット。また、このデータセットは、検出較正高さデータに検出生データを変換する検出データ較正処理への入力値である。

補正検出器：パターンをベクトルデータセットに適合させる信号処理アルゴリズム。

直径較正：各センサに関する較正データセットを生成する処理。各データセットにより、解析ソフトウェアが検出デジタル生信号を較正検出高さに変換可能となる。この処理は、一般に、検出高さ較正及び最終的な直径補正を有する２つのステージ処理である。

最終直径補正：システムレベルの直径ゲージピン較正に基づく直径の測定値の最終補正。

側面角：ネジ山の側面とネジの軸との間の角度。

側面ライン−データ抽出領域：１つの側面ラインに関する検出データの中心部（７０％）を含む領域。

検査領域：２つのステージ位置限界間である開始及び終了位置の、全ての較正パーツデータ。

中間データ：テンプレートに記憶されないがネジ山パラメータの推定に使用される較正検出データの信号処理によって生成されるデータ。

中間データ−補正交差：パターンと（一般に）検出高さデータとの間の補正からのマッチポイント。

中間データ−側面ライン：側面ラインデータ抽出領域の中のデータに適合するライン。

中間データ−ピーク／谷部：ネジ形式に存在するピーク及び谷部の場所の測定値（ステージ位置、高さ）。

中間データ−ネジ山３次元円筒：ネジ山ピークの最小自乗適合から形成される３次元円筒の測定値。この円筒は、直径、ポイント当たりのデータと適合との間の二乗平均平方根距離、及び円筒軸を有するパラメータを有している。

中間データ−ワイヤ位置：左右の隣接する側面ラインの位置から判断される仮想的なワイヤの場所。

中間データ−ワイヤ位置検索間隔：２つの隣接するネジ山のピーク、ネジ山の谷及び２つのネジ山側面を含む領域。

レーザ数：光学ヘッドにおける４つのレーザの計数。これらのレーザは、レーザ−１からレーザ−４まで番号付けされている。

光面発生器又は送信モジュール：レーザによって発生する光線を平行な光線を有する光面に変換する光学的及び機械的部品を備えた物理的モジュール。

光面受信モジュール：平行な光線を有する光面を左右の電気信号に変換する光学的、機械的、及び電気的部品を備えた物理的モジュール。

光面分岐線：光面を左右のパーツ又は部分に分ける仮想的なライン。このラインは、光面受信モジュールで定義され、左右の受信器の光面のシャドウへの応答を表す。

左側／右側受信器（Ｒｃｖｒ）：受信器は、面（すなわち、像面）への光エネルギ入射を電気信号に変換する光面受信モジュールの部品である。信号電流は、基本的に入射光量に比例する。

左側／右側検出デジタル生信号：左側又は右側の受信器信号の処理後の光面受信器電子機器の出力であって、好適には、電流−電圧変換、増幅、アナログフィルタリング、及びデジタル化を含んでいる。

光面受信器電子機器：レーザライン受信モジュールからの左右の電気信号を、左右のデジタル生検出信号に変換し、ＰＣメモリに結果を記憶するシステムモジュール。

測定トリガ信号：リニアエンコーダ電子機器から受信器電子機器への信号。１つの測定トリガ信号パルスにより、全ての検出信号がサンプリングされ記憶される。

光学ヘッド：４つのビームラインを収容して電子機器を保持する密閉された金属製の箱といった容器。

パーツホルダ：ベース／スライドユニットに取り付けられた機械的なアッセンブリ。サブアッセンブリは、走査の際にパーツを受容して保持するパーツホルダベースを含んでいる。また、パーツホルダは、安定位置に較正コーンを保持することで走査され得る。

ＰＣタワー：ＰＣタワーは、コンピュータ、制御電子機器モジュール、及び多くの電源を含む筐体である。

検出デジタル生信号：光面受信器電子機器による左側／右側受信器信号の処理後の出力。

検出高さ：検出光面で測定される、レーザ面分割ラインからパーツの光／ダークシャドウエッジまでの距離。

検出高さ較正：検出デジタル生信号を検出高さに変換するよう使用されるデータセットを取得及び解析する処理。

検出ナンバー：光学ヘッドの８つのセンサの数。この値は、左側のレーザ−１（Ｌ１Ｌ）から右側のレーザ−４（Ｌ４Ｒ）までの範囲である。

検出生データ：較正コーン及びＵＵＴの１回の走査の際にＬａｓｅｒ Ｌａｂ検出システムによって生成されるデータセット。

検出較正高さデータ：物理的ユニットに変換され既知の全ての問題のために補正される、１回の走査から生成されるＬａｓｅｒ Ｌａｂ検出生データセット。

シャドウ光：ＵＵＴの表面をちょうど掠める光線。

ステージ軸：光学ヘッドの機械的ステージの上下移動によって規定される３次元空間の方向。

ステージ軸、検出ゼロ位置：検出デジタル生信号の解析によって判定される較正コーンの開始位置。

ステージ軸、較正検出位置：検出ゼロ位置で０ｍｍに補正される、ステージ軸の元の位置。較正検出位置は、センサによって異なり、同じレーザであっても左右のセンサによって異なる。

ステージ軸、元位置：ステージ軸の元位置は、リニアエンコーダの電子機器モジュールによって保持される、リニアエンコーダのカウンタの値である。「ホーム」コマンドの間にステージが停止すると、ゼロ位置が設定され；リニアエンコーダ電子機器モジュールが下部トリップ信号を検出し、モータを停止させ、エンコーダカウンタをゼロにする。このよな処理は、移動長さ、ステージのスピード、及び他の要因に応じて、数百ミクロン変動する最終停止物理的ステージ位置を与える。このような物理的位置は、一般に、パーツの位置を特定する際の直接的使用には非常に不確かなものである。

ネジ山モデル：テンプレートエディット時間で学習される、繰り返しネジ山形式の１サイクルについての推定。

ネジ山パラメータ−機能的直径：呼びピッチ径を有する仮想的なナットの直径の推定で、完全な形式からの全てのリード偏差及び他の偏差を具えた、観測される３次元ネジ山形式を含む。

ネジ山パラメータ−リード偏差：完全な螺旋状形式からのリード位置の最大偏差

ネジ山パラメータ−外径：全てのネジ山のピークを囲む円筒の直径。

ネジ山パラメータ−内径：全てのネジ山の谷部を通る円筒の直径。

ネジ山パラメータ−ピッチ径：完全なネジ山形式のピークと谷部との間の中間で交差する円筒の直径。

ネジ山パラメータ−ピッチ：隣接するネジ山の平均又はメジアン距離。

上部ツール：ベース／スライドユニットに取り付けられた機械的アッセンブリ。上部ツールは、上下移動して様々な異なる大きさのパーツを保持し得るステンレス鋼の長いロッドを有している。また、このツールは、パーツの変位、保持及び解放をし易くするバネで付勢されたパーツクランプを有している。

供試用ユニット（ＵＵＴ）：測定されるパーツ。
本発明の実施例を図示及び説明するが、これらの実施例は、本発明の全ての可能性ある形式を図示及び説明することを意図するものではない。むしろ、明細書中に使用される用語は限定するためではなく説明のための用語であり、本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに、様々な変更をなし得ることに留意されたい。
付録Ａ
分岐レーザ−ビーム散乱による直径バイアス
概要
−反射円筒からの光の散乱が、その直径の過小評価につながる。
−コーン部からの散乱が、円筒よりも大きな過小評価を有する。
−レーザ受信器にピンホール開口を導入することで、レーザ受信器をテレセントリック、又は狭い範囲の入射角からの光に敏感にすることによって、このような影響を制限し得る。
完全に反射する円筒からの散乱
円筒からの光の散乱により、分岐レーザシステムにおける円筒の直径のシステマチックな過小評価につながる。円筒の表面近くの入射光が、図２３に示すように、視野角で散乱する。散乱光が分岐レーザ検出器に入ると、円筒の直径がシステマチックにより小さく見える。このような影響は、円筒が完全反射するとより大きくなり、円筒が完全吸収すると無くなる。このような影響の大きさを計算して、システマチックな大きさの過小評価の限界を設定する。
散乱角度
円筒に当たって反射するビームを想像することができる。ビーム方向が直線であり続けると、ビームの移動方向は円筒の中でΔＨの深さに達する。ビームは、図２３に示すように、面を完全に反射することによって角度θｒｅｆｌ＝２θで曲げられる。
直径ｄの円筒に関しては、散乱角θｒｅｆｌ＝２θ、深さΔＨ、及び深さｄ間の以下の関係を保持する。

直径測定への影響
散乱の無い理想的なケースでは、検出器に達する光の量は、パーツに交差しないライン発生器光線からのものである。そして、光信号がビーム方向に垂直なパーツの直交投影に関連する。
散乱があると、ブロックされない光が検出器に入り得る。
以下の影響のうちの１つにより、散乱光が検出器に入らない可能性がある。
−（黒いコーティングといったものによる）円筒の表面での光の吸収、
−散乱光がレーザ光受信器の入口に届かない可能性がある。
円筒を完全に反射することによって、光のブロックの過小評価に対する上限を計算し得る。角度θｍａｘよりも小さい角度を通して散乱する全ての光がレーザ光受信器で受信されると考えられる。より大きい角度を通って散乱する全ての光は失われ、レーザ光受信器で受信されない。
直径のブロックの過小評価は：
直径測定のバイアスの限界−レーザ受信器でのテレセントリックの考え方の使用
図２４に示すように、レーザ受信器の最単純モデルが、左右の各センサについての集束レンズ、及び各センサの集束レンズの焦点面でレーザ光を測定するためのレーザダイオードを有している。レーザダイオードは、無限遠方の光源に対する焦点に配置される。
このようなモデルでは、光線が様々な角度で集束レンズに入射すると、光がレンズの焦点面のわずかに異なった面で集束する。
光学軸に沿った入射光と角度θでの入射光との間の焦点面での位置の変化は、ｆをレンズの焦点長さとすると、
である。
ピンホールの開口は、レーザダイオードの正面に加えられて、レーザ受信器を小さな範囲の入射角度の光のみに対して感度良いものにする。同じ開口部をテレセントリックレンズの構成に使用する。ピンホール開口の大きさを以下のテーブルに示す。
ピンホールの大きさ＝２ｆθｍａｘ
コーン部分からの光の逸れ
図２５に示すように、Ｌａｓｅｒ Ｌａｂ較正固定具４０に円錐形（すなわち、円錐台）を使用するため、反射コーンからの光の逸れもまた関心のあるものである。
入射ビームがちょうど接するポイントでのコーンの垂線は：
である。
ｙ軸を中心とする角度θｒｏｔに関するコーンの垂線は（図２３参照）：
である。
入射光の移動方向は：
である。
ミラーからの反射の後の入射光の移動方向は、
Ｌａｓｅｒ Ｌａｂシステムでの実際の留意事項
Ｌａｓｅｒ Ｌａｂコーン固定具４０は、コーン角θｃｏｎｅ＝３５度でｃｏｓ（θｃｏｎｅ）＝０．８２０のコーン部（すなわち、円錐台）を有している。実際の表現でこれが意味するのは、コーン部での散乱角度が円筒部での散乱角度よりも小さい約２０％であることである。前のセクションで展開された近似スケーリングにより、直径の過小評価が真っ直ぐな円筒のケースの場合よりも約１０％高いことを示す。
円筒でのエネルギ吸収
円筒面に光吸収コーティングをコーティングする場合、完全反射のケースでは反射光が同じ方向を移動し続けるが、強度が減少しないであろう。
上述と同じようなモデルを展開し得る。そのようなモデルでは、角度０及びθｍａｘ間で散乱する全ての光が、図２４の分岐レーザ検出器に入る。角度０及びθｍａｘ間の散乱光の割合ｆａｂｓｏｒｂが円筒面で吸収されると仮定し、割合（１−ｆａｂｓｏｒｂ）が分岐レーザ検出器を進み続けると仮定すると、新たなモデルは：
となる。
このため、係数（１−ｆａｂｓｏｒｂ）によって過小評価が改善される。
付録Ｂ
概要
本付録は、Ｌａｓｅｒ Ｌａｂ較正処理の一実施例を詳細に記載する。
目次
一般的指標 ８８
較正の幾何学的指標 ８８
コーンの指標 ８８
較正の一般的指標 ８９
コーンの信号処理 ８９
全開信号レベル ８９
大雑把なエッジ ９０
高精度のエッジ位置 ９１
レーザーロール ９１
データビニング−コーンスロープ又は一定直径領域 ９１
較正モデル解析 ９２
センサ遮断テーブル−コーンスロープ領域データ ９２
反復制御 ９２
較正 ９２
平滑化コーンの説明 ９２
コーン信号の処理 ９４
データ分割及び整合性チェック ９４
大雑把なステップ端の位置 ９４
大雑把なスロープ端の位置 ９５
大雑把なエッジ位置の整合性チェック ９５
センサデータ分割テーブル ９６
全開信号レベル ９６
全開信号レベル−整合性チェック ９６
高精度ステップ端の位置 ９６
高精度ステップ端の位置−整合性チェック ９７
コーンセンサ位置オフセットの開始 ９８
レーザーロールの計算 ９８
整合性チェック ９９
処理センサ遮蔽データ ９９
コーンスロープデータ領域の特定 １００
データビニング １００
データ平均／特徴生成 １００
整合性チェック １０１
処理コーンアスペクト角データ １０１
一定直径領域の特定 １０１
データビニング／平均化／整合性チェック １０１
較正モデル分析 １０２
センサ遮蔽テーブル及びコーンアスペクト角較正 １０２
センサへのコーン投影 １０３
センサ遮蔽テーブルの計算 １０３
センサ遮蔽テーブル−補間 １０５
センサレベル補間タイプ−「線形」 １０５
コーン傾斜角の計算 １０５
レーザーロール角によるステップ端の位置の変化 １０７
コーンの３次元位置解析 １０７
コーンＺ軸スケーリングへのＺ軸の移動 １０９
反復制御 １０９
整合性チェック １０９
解析及び誤差伝播 １１０
位置オフセット１１０による直径バイアスのロール角によるセンサ遮蔽テーブルの誤差の効果 １１０
センサ遮蔽テーブルのロール角誤差の効果 １１１
ロール角のステップ端の位置の誤差効果 １１１
システムの直径バイアスの複数スキャン較正の効果 １１２
用語集 １１２
一般的パラメータ
較正の幾何学的パラメータ
コーンパラメータについては、図４ａを参照。
サンプリング間隔
０．０００４ｍｍ エンコーダによって特定。
（固定） 電子機器が、各エンコーダパルスから各センサについて８のエンコーダトリガパルスを発生。
コーンパラメータ
開始直径
３．１７５ｍｍ コーンの開始のおける面の直径

一定直径
１９．０５ｍｍ ２つの一定直径領域の直径

最大直径
３８．１００ｍｍ 第１のステップ端におけるコーンの直径

ステップ
３．８１０ｍｍ 各ステップの高さ。
１．５００ｍｍ 各ステップの幅。
５ ステップ端の数。

傾斜角度
３４．００５度 コーンの傾斜角

境界位置−コーン高さモデル
距離 高さ 説明
０．０００ ０．０００ コーンのステップの下部を開始。
０．０００ １．５８７ コーンのステップの上部を開始。
一定直径−０領域を開始。
３．８１０ １．５８７ 一定直径−０領域を終了。
一定傾斜−１領域を開始。
１５．５７８ ９．５２５ 一定傾斜−１領域を終了。
一定直径−１領域を開始。
１８．９２３ ９．５２５ 一定直径−１領域を終了。
一定傾斜−２領域を開始。
３３．０２０ １９．０５０ 一定傾斜−２領域を終了。
最大直径領域を開始。
３５．８８８ １９．０５０ 最大直径領域を終了、ステップ１を開始。
３５．８８８ １７．１４５ ステップ１を終了。
３７．３７９ １７．１４５ ステップ２を開始。
３７．３７９ １５．２４０ ステップ２を終了。
３８．８７７ １５．２４０ ステップ３を開始。
３８．８７７ １３．３３５ ステップ３を終了。
４０．３７８ １３．３３５ ステップ４を開始。
４０．３７８ １１．４３０ ステップ４を終了。
４１．８７７ １１．４３０ ステップ５を開始。
４１．８７７ ９．５２５ ステップ５を終了。
一定の直径−２領域を開始。
５１．１１８ ９．５２５ 一定の直径−２領域を終了。
較正の一般的パラメータ
コーン信号処理
全開信号レベル
５００サンプル 領域サイズ
０．４ｍｍ ガード領域
−スキャン開始によって全開信号の質が確実に落ちないようにする。
１００サンプル 最大信号分散
−０．２％ （１００／５００００）よりも大きい信号分散がレーザセンサの信号の質の診断に役立つ。
４５０００ 最小信号レベル
６４０００ 最大信号レベル
−この帯域の外側の信号レベルが、レーザ調整問題の診断に役立つ。
大雑把なエッジ
０．４ｍｍ ステップサイズ
−典型的なビーム「シグマ」は、１５サンプル又は６０μｍである。
０．４ｍｍは約６−７シグマである。
０．４ｍｍ 平滑なサイズ
−典型的なビーム「シグマ」は、１５サンプル又は６０μｍである。
０．４ｍｍは約６−７シグマをカバーする。
２００レベル ステップの閾値
−偽のエッジ検出を最小限にするのに十分大きい値。
−１５００レベル 予測されるコーンのステップ高さの開始。
＋１０００レベル 予測される標準的なステップ高さ。
７０００レベル 標準的なステップ高さの誤差。
０．５ コーンスロープの閾値。
−（採取間隔によって分割されるステップサイズ）又はサンプルの単位。これは、ステップサイズを用いた、二重有限差分の閾値である。
２ 予測されるコーンスロープの高さ。
３ コーンスロープの高さの誤差。
−（採取間隔によって分割されるステップサイズ）又はサンプルの単位。
１０ｍｍ 予測されるコーンのオフセットの開始。
１０ｍｍ コーンステップの位置の誤差の開始。
１ｍｍ 標準的なステップ位置の誤差。
−誤差は、コーンステップを開始するためのステップの相対的な測定についての誤差である。
１ｍｍ 標準的なスロープ位置の誤差。
−誤差は、コーンステップを開始するためのステップの相対的な測定についての誤差である。
高精度のエッジ位置
０．１ｍｍ MaxPosDev
−予測位置からの最大位置決め偏差。
３．０ｍｍ MaxHeightDev
−予測値からのステップ高さの最大偏差
１０００レベル 予測高さ。
１００レベル MaxRmsDev
−ステップ端に関する最大平均ｒｍｓ（フィッティングデータ）
７０％ LineFitCentralRegion
−転移線フィッティングに用いられる中央データの割合。
０．４ｍｍ LineFitRegionSize
−ラインフィッティングに使用されたステップの前後の領域の大きさ。
０．４ｍｍ LineFitGuardRegion
−ステップラインフィッティング及び転移領域の前後の間のガード領域の大きさ。
レーザーロール MaxRmsDeltaStepPos
０．１００ｍｍ −この値よりも大きいステップ位置デルタ二乗平均平方根平均は、レ ーザビーム又は較正装置問題の診断に関する。
データビニング−コーンスロープ又は一定直径領域
０．２００ｍｍ GuardRegion
−最小距離、領域の境界への直径データビニング。
０．２００ｍｍ RegionBinSize
−直径データビニングの大きさ。
５０レベル MaxDataBinSigma
−最大データビニング順序統計量「シグマ」推定器。
２５レベル MaxDataBinLinDev
−近接する線形推定器からの最大データビニング偏差。
１ フィッティング順序（０一定、１リニア）。
較正モデル解析
検出遮蔽テーブル−コーンの傾斜領域データ
０．０１ｍｍ SensorMaxInterpolationError
−テーブルの「形状」による最大補間誤差。
「リニア」 SensorlnterpolationType
−検出遮蔽テーブル補間の特性タイプ。
「リニア」 ZeroHeightExtrapolationMethod
−検出遮蔽テーブルを外挿するための方法。
１０ ZeroHeightExtrapolationPoints
−外挿データセットの中のポイント数。
「リニア」 MaxHeightExtrapolationMethod
−検出遮蔽テーブルを外挿するための方法。
１０ MaxHeightExtrapolationPoints
−外挿データセットの中のポイント数。
反復制御
４ Maxlterations
−検出遮蔽テーブル反復の最大数。
較正
滑らかなコーンの説明
図２６は、滑らかなコーンによって発生する検出信号の概略図を示す。信号の様々な領域を分類し以下のように説明する。
図２６：コーンの外形−１つのセンサの信号
図の下部に示す信号が全開検出レベル及び図の上部に示す完全にブロックされた検出レベルを具えてプロットされる。

全開領域−コーンの先端への走査の開始
−全開レベルを規定
−コーンの先端の正確な位置を規定

コーン傾斜データ−一定直径ステップで分かれた２つの一定傾斜領域。−検出レベル及び位置の直径の間の対応、検出遮蔽テーブルを規定する。

一定直径データ−２つの一定直径データ領域、０．７５０”の直径。
−コーンの中心線を規定する。
−ステージの移動軸に対する、コーンの中心線の位置を規定する。

ステップ−ロール角データ−５つの一定高さ、一定幅のステップ。
−コーンの中心線に対する、レーザの光面の角度を規定する。

支持ブラケット−データ無し、全ての光がブロックされる。

パーツ支持円筒−一定直径固定支持。
−円筒の上部プラスパーツ支持キャップの高さがパーツのベース位置を規定する。

パーツ支持キャップ−一定直径キャップ。
−パーツのベースを与える。
−中心位置がわずかに変化し、キャップが固定されず、様々なパーツタイプについていくつかあり、オペレータが変更するために挿入が容易である。
−高さ及び直径が中心位置よりも正確である。
較正信号処理
ここでは、検出遮蔽較正テーブルの作成及びコーンの傾斜角の判断の前に行われる処理及び解析を説明する。
ここでは、生の検出データを処理して空間の特性（ステージ位置，検出レベル）を生成する。
Ｌａｓｅｒ Ｌａｂシステムでは、ステージ位置エンコーダ数及びステージ位置との間の変換が簡単であり且つ較正を必要としない。ステージエンコーダ数がサンプリング間隔（０．００４ｍｍ）で乗算されてステージ位置を与える。
ここでは、エンコーダ数又は位置の値を用いてステージ位置を代替可能に特定する。
データ分割及び整合性チェック
第１のステップは、より詳細な処理のために領域にデータを分割する。滑らかなコーンの構成では、ステップ端の位置及び較正コーンの特性の既知の位置の組み合わせで分割を実行し得る。
大雑把なステップ端位置
以下のステップ端位置をデータの中で特定すべきである。平滑化を伴った有限差分検出器を用いて、低い精度のエッジファインダでエッジを特定する。
ステップ 説明
コーンの先頭 必要
ロール角のステップ１乃至５ 〃
大雑把なスロープ端の位置
以下のスロープ端（２次導関数）の位置をデータの中に特定する必要がある。平滑化を伴った有限差分検出を用いて、低い精度のエッジ検出器でエッジを特定する。
ステップ 説明
Const Diam-１の先端 必須
Const Diam-１の終端 〃
Const Diam-２の先端 必須
Const Diam-２の終端 〃
大雑把なエッジ位置の整合性チェック
ｃ−１：コーンのステップ端の先端は、予測位置の近くの第１のステップ端として存在する。「近くの」は、大きな誤差、コーンステップ位置先端誤差を含んでいる。

ｃ−２：所要のステップ端が、予測位置の近くに存在する。予測位置は、コーンのステップ端の先端に関連している。「近くに」は、中程度の誤差、標準ステップ位置誤差を含んでいる。

ｃ−２：他の顕著なエッジステップが、較正コーンの領域に存在しない。また、パーツの領域がステップ端を有する。

ｃ−３：所要のスロープ端が予測位置の近くに存在する。予測位置は、コーンステップ端の先端に関連している。「近くに」は、中程度の誤差、標準スロープ位置誤差を含んでいる。
チェック１、２、３のいずれかが満たしていない場合、較正処理が停止し、コンピータ又はＰＣに診断及びロギングメッセージを表示する。
検出データ分割テーブル
検出データ分割テーブルが、検出ベースを通して、較正データ領域間の境界の大雑把なステージ位置を与える。このテーブルは、下流機能によって使用され、位置モジュールを見つけるための大雑把な開始点を与える。
全開信号レベル
全開信号レベルを、図２７に示すように、全開推定領域のデータから計算する。パーツの先端及び走査開始についての２つのガード領域とともに、領域の大きさを特定する。
全開推定領域の中のサンプルデータから、「シグマ」に対応するメジアン及び順序統計量を計算する。
全開信号レベル−整合性チェック
ｃ−１：全開推定領域を２つのガード領域の間で適合する必要がある。

ｃ−２：「シグマ」順序統計量は、最大信号分散パラメータよりも小さいことを要する。
これらのチェックを満たさない場合、較正が失敗し、診断及びロギングメッセージをコンピュータ又はＰＣに表示する。
高精度のステップ端位置
高精度のステップ端位置処理が、開始位置として大雑把なエッジステップ位置を使用し、７つのステップ端に関する高精度のエッジパラメータを見つける。ステップ端は、パーツエッジの先端、パーツ支持円筒の終端、及びロール角データの５ステップである。各ステップ端について、４つのパラメータ、ステップ位置、ステップ高さ、ビーム幅、及びステップ特性の測定を計算する。
高精度のエッジ検出器は、ステップ端データに３つのラインフィッティング、ステップ端の前、ステップ端の後、及びステップ端移行領域の中、を使用する。一定サイズのガード領域、ラインフィッティング領域サイズは、ステップラインフィッティング領域の前／後から非線形のデータを離す。移行領域の中心ラインフィッティング中心領域の部分を、移行領域ラインフィッティングのために使用する。図２８は、これらのデータ領域を示す。
パーツの領域の前／後のフィッティングの程度を、一定（ｄｅｇｒｅｅ−１）又は線形（ｄｅｇｒｅｅ−２）のいずれかに調整し得る。例えば、コーンステップ端の先端が、ステップフィッティングｄｅｇｒｅｅ−１の前及びステップフィッティングｄｅｇｒｅｅ−２の後を必要とする。第１のステップ端が、ステップフィッティングｄｅｇｒｅｅ−２の前及びステップフィッティングｄｅｇｒｅｅ−１の後を必要とする。ステップ２．．５が、ステップフィッティング前／後双方をｄｅｇｒｅｅ−１とすることを要する。
各ステップについて、以下を含む特性を生成する：
−移行領域の中間点｛ｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｓｅｎｓｏｒ ｌｅｖｅｌ｝＝（Ｕｐ＋Ｌｐ）／２
−ビーム幅推定器＝０．４（ステップサイズ）／（移行領域の傾斜）
−パーツのラインフィッティングのパラメータの前／後
−ステップ高さ＝検出レベル（Ｕｐ）−検出レベル（Ｌｐ）
−二乗平均平方根（データ−ライン）：サンプル値当たり、パーツの前／移行／パーツの後
−二乗平均平方根（データ−ライン）平均＝パーツの前／移行／パーツの後の二乗平均平方根（データ−ライン）値の直交平均
高精度のステップ端位置−整合性チェック
ｃ−１：見つけられる全ての高精度のステップ端は、予測位置の最大位置偏差距離の中にある。

ｃ−２：全てのステップ端は、予測高さの最大高さ偏差の中の高さを有している。

ｃ−３：二乗平均平方根（データ−フィッティング）平均は、最大二乗平均平方根偏差よりも小さい。
これらのチェックを満たさない場合、較正が失敗し、診断及びロギングメッセージをコンピュータ又はＰＣに表示する。
開始コーン検出位置のオフセット
先頭コーンステップ端における高精度のステージ端位置のセットが、各センサについての位置のオフセットを規定する。
位置のスケールが、各レーザセンサについて別々に規定される。位置のオフセットが特性処理に関する０位置を規定する。
レーザロールの計算
ロール角データ領域に見受けられる高精度のステップ端位置から、レーザロールを計算する。
使用される測定値及びパラメータが以下の通りである。
ＳｔｅｐＰｏｓ（ｌａｓｅｒ，ｓｅｎｓｏｒ，ｉ）＝ｉ番目のステップに関する、高精度のステップ端の位置。
Ｄｉａｍ（ｉ）＝ステップの中間点で規定される、ｉ番目のステップの直径。
ＳｔｅｐＰｏｓ（ｌａｓｅｒ，Ｌｅｆｔ，ｉ）とＳｔｅｐＰｏｓ（ｌａｓｅｒ，Ｒｉｇｈｔ，ｉ）との差、
ΔｓｔｅｐＰｏｓ（ｌａｓｅｒ，ｉ）＝ＳｔｅｐＰｏｓ（ｌａｓｅｒ，Ｒｉｇｈｔ，ｉ）−ＳｔｅｐＰｏｓ（ｌａｓｅｒ，Ｌｅｆｔ，ｉ）
は、レーザ線βのロール角に関連する。左側センサ端位置が右側センサ端位置よりも小さい場合、βは正である。左側検出高さが正の数としてプロットされ、右側検出高さが負の数としてプロットされる場合、βは反時計回転と見なされる。
ΔｓｔｅｐＰｏｓ（ｌａｓｅｒ，ｉ）＝ｓｉｎ（β）Ｄｉａｍ（ｉ）
ΔｓｔｅｐＰｏｓ（ｌａｓｅｒ，ｉ）からＤｉａｍ（ｉ）までに関する５つの式を、以下のようなマトリクスのベクトル式として表すことができる。
Ａｓｉｎ（β）＝ｂ
１つのパラメータ推定量、βｅｓｔを与えるマトリクスのベクトル式の最小自乗解でデータを減らすことができる。
整合性チェック
ｃ−１：データ｛ΔｓｔｅｐＰｏｓ（ｌａｓｅｒ，ｉ）｝，と適合から予測される値｛ｓｉｎ（βｅｓｔ）Ｄｉａｍ（ｉ）｝の間のデータポイント当たりの二乗平均平方根距離を検証する。
検出遮蔽データの処理
生の検出測定値がコーン傾斜領域で処理され、１組の特性（検出レベル、ステージ位置）を生成する。一般に、各特性は、データの小さな領域（１０乃至５００サンプル）に基づいている。特性は単に、例えばガード領域によってステップから隔てられた、有効なデータの領域で生成される。
コーン傾斜データ領域の特定
第１のコーン傾斜データ領域は、先頭コーンステップ端と一定直径データ各領域の先頭との間に存在する。第２の領域は、同じ一定直径コーンアスペクト角領域の終わりで開始し、第１のロール角ステップの位置まで延在する。
コーン傾斜データ領域の検出領域当たりの概算が、データ分割及び一貫性チェックステップで計算される、検出データパーティションテーブルから利用可能となる。
データビニング
データは単に、コーン傾斜境界からのガード領域計算以外でビニングされ、システマチックな直径較正オフセットを防止する。
領域は、ビニングサイズ領域で特定されるビニングの数及びコーンの傾斜領域におけるサンプル位置の数に分割される。利用可能なサンプル位置の数がビニングサイズ領域によって分割されない場合、余分なサンプルがガード領域に加えられる。
データビニングは重複しない。
データ平均化／特性の生成
ビニングの中の検出データ観測が処理され、ビニングの中の検出レベル及び分散を推測する。
ビニングの中の位置データを処理して、ビニング位置の平均を形成する。
ビニングの中のデータを一次の線形モデルに適合させる。
各データビニングについて、以下のものを含む特性を生成する：
−ビニング位置の平均。
−ビニングの定数、一次の線形適合項。
−ビニング平均位置におけるビニング適合値。
−ビニングの二乗平均平方根（適合データ）の推定。
整合性チェック
ｃ−１：各データビニングの二乗平均平方根（適合データ）推定量は、最大データビニングシグマよりも小さい必要がある。
ｃ−２：２つの（左右）隣接するビニングを用いて線形推定による予測値からの、各データビニングの適合値の偏差は、最大データビニング線形偏差よりも小さい必要がある。２つの左側又は２つの右側ビニングからの外挿を用いて最後のビニングがテストされる。
コーンアスペクト角データの処理
コーンの傾斜領域と同じように、コーンの一定直径領域を処理する。
一定直径領域の特定
検出データ分割テーブルを用いて、２つの一定直径データ領域を処理する（図２７参照）。
データビニング／平均化／整合性チェック
データビニング、平均化、特性形成、及び整合性チェックは、直径較正データ領域に関するものと同じである。
較正モデルの解析
検出遮蔽テーブル及びコーンアスペクト角の較正
コーン信号処理は、コーン傾斜及びコーン一定直径領域に関する、レーザロール角の推定及び特定のステージ位置における検出データのテーブルを生成する。
実際に要するのは、ステージ位置の関数としての、光ビームへのコーン４０の投影である。このような投影は、２つの角度、すなわちレーザのロール角β、及びコーンの傾斜角α、ステージ移動軸とコーンの対称軸との間の角度に依存する。
それぞれの角度はレーザ当たりで規定され、レーザインデックス−ｉは間隔（１．．４）にあるとすると、レーザ及びコーン角のフルセットは｛Ｂｉ，αｉ｝である。
レーザのロール角は既知であるが、コーンの傾斜角を計算しなければならない。コーンの傾斜角は小さく、一般に１度よりも小さいため、反復処理をうまく規定し得る。
最初に、コーンの傾斜角αがゼロに等しいと仮定し得る。このような仮定とともにコーンモデルを使用して、ステージ位置の関数として、センサへのコーンの予測投影を生成し得る。対応する検出応答と対を成すコーンの投影の組を使用して、検出遮蔽テーブルを作成する。構成した後に、テーブルが、予測検出応答の関数としてセンサを遮蔽する物質量を与える。
そして、検出遮蔽テーブルを使用して、コーンの傾斜角αの推定値を生成する一定直径領域データを処理する。
コーンの傾斜角の推定値ａとともに、センサへの予測されるコーンの投影及び検出遮蔽テーブルを再計算する。
コーンの傾斜角及び検出遮蔽テーブルの推定における無視できる変化があるまで、処理が繰り返される。
センサへのコーンの投影
図２９は、コーンの投影の幾何学的関係を示しており、太い線がコーンの外形を示す。
Ｈ1は、コーンの開始の半径である。
ＨＮは、コーン軸に沿った距離Ｎにおける半径である。
βは、レーザのロール角である。
αは、コーンの傾斜角である。
γは、コーンの勾配角である。
Δｐは、レーザのロールによる位置のオフセットである。
δは、レーザのロールによる半径の変化である。
図２９に示すように、空間的な関係を使用して、レーザのロール半径の変化δを計算し得る。
（ΔＨ−δ）ｔａｎ（β）＝Δｐ
Δｐｔａｎ（γ＋α）＝δ
ΔＨｔａｎ（β）＝Δｐｔａｎ（γ＋α）ｔａｎ（β）＋Δｐ
Δｐ＝ΔＨｔａｎ（β）／（１＋ｔａｎ（γ＋α）ｔａｎ（β））
最後に、レーザのロール角、コーンの勾配角、及びコーンの予測アスペクト角の関数として、投影の変化を得ることができる。
検出遮蔽テーブルの計算
コーン傾斜のデータ領域の信号処理は、各検出データビニングに関する特性リストを生成する。特性は、ステージ位置及びデータビニングの中の平均検出レベルを特定する。
｛ＳｅｎｓｏｒＢｌｏｃｋａｇｅｉ｝＝｛ＳｔａｇｅＰｏｓｉｔｉｏｎｉ，ＳｅｎｓｏｒＬｅｖｅｌｉ｝
｛ＳｅｎｓｏｒＢｌｏｃｋａｇｅｉ｝特性を処理して、較正検出遮蔽特性を生成する：
｛ＣａｌｉｂｒａｔｅｄＳｅｎｓｏｒＢｌｏｃｋａｇｅｉ｝＝｛ＳｅｎｓｏｒＬｅｖｅｌｉ，ＳｔａｇｅＰｏｓｉｔｉｏｎＯｆｆｓｅｔｉ，ＳｅｎｓｏｒＨｅｉｇｈｔｉ｝
検出遮蔽データビニングのステージ位置及び先頭コーンステップ端のステージ位置を使用して、コーンの先頭からのステージ位置のオフセットを計算する：
ＳｔａｇｅＰｏｓｉｔｉｏｎＯｆｆｓｅｔｉ＝ＳｔａｇｅＰｏｓｉｔｉｏｎｉ−ＳｔａｇｅＰｏｓｉｔｉｏｎ（ＢｅｇｉｎＣｏｎｅ）
そして、先頭コーンステップ端とステージ位置との間の高さの差を計算する：
Δｈｉ＝ＣｏｎｅＨｅｉｇｈｔ（ＳｔａｇｅＰｏｓｉｔｉｏｎＯｆｆｓｅｔｉ）−ＣｏｎｅＨｅｉｇｈｔ（ＢｅｇｉｎＣｏｎｅ）
ΔＨｉへの補正は、角度α，β，γの推定を使用し、センサによって見られるように、コーンの投影の変化を計算する：
δｉ＝δｉ（ΔＨｉ，α，β，γ）
ＳｅｎｓｏｒＨｅｉｇｈｔｉ＝ΔＨｉ−δｉ
以下のステップが、計算をまとめている：
−ステージ位置を増大させることによって、｛ＳｅｎｓｏｒＢｌｏｃｋａｇｅｉ｝特性を分類する。
−｛ＣａｌｉｂｒａｔｅｄＳｅｎｓｏｒＢｌｏｃｋａｇｅｉ｝を計算する。
−検出遮蔽テーブルの中に｛ＣａｌｉｂｒａｔｅｄＳｅｎｓｏｒＢｌｏｃｋａｇｅｉ｝特性を組み込む。
−検出遮蔽テーブルの中に最小、最大検出レベル限界を組み込む。
−補間誤差推定を計算する。
検出遮蔽テーブル−補間
検出遮蔽テーブルが、補間関数として解析される。補間関数は、検出レベルの関数として、較正検出遮蔽を計算する。
最小、最大検出レベル限界を使用して、補間関数のための有効入力領域を特定する。
構成ファイルパラメータ検出レベル補間タイプを使用して、実行時間における様々な補間方法を選択する。
検出レベル補間タイプ−「線形」
線形最近接補間。
補間誤差の推定が、ステージ位置オフセットＳｔａｇｅＰｏｓｉｔｉｏｎＯｆｆｓｅｔｉ＝Ｓｐｉでの検出高さ、ＳｅｎｓｏｒＨｅｉｇｈｔｉ＝Ｓｈｉを、位置（ｉ＋１）及び（ｉ−１）から得られる補間検出高さと比較する。

ＩｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎＥｒｒｏｒＥｓｔｉ＝（ＳＨｉ＋１−ＳＨｉ−１）（ＳＰｉ−ＳＰｉ−１）／（ＳＰｉ＋１−Ｓｐｉ−１）−ＳＨｉ，
ＩｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎＥｒｒｏｒＥｓｔｉ＝ηＳＨｉ＋１＋（１−η）ＳＨｉ−１−ＳＨｉである。
ここで、η=(ＳＰｉ−Ｓｐｉ−１）／ＳＰｉ＋１−Ｓｐｉ−１）である。
コーン傾斜角度の計算
コーンの一定直径領域の信号処理が、それぞれが検出データビンである特性のリストを作る。この特性は、データビンの中のステージ位置及び平均検出レベルを特定する。
｛ＳｅｎｓｏｒＢｌｏｃｋａｇｅｉ｝＝｛ＳｔａｇｅＰｏｓｉｔｉｏｎｉ，ＳｅｎｓｏｒＬｅｖｅｌｉ］。
検出遮蔽テーブルを使用して、ＳＢ特性から特性を計算する。
較正一定データ領域の特性を使用して、ＳｔａｇｅＰｏｓｉｔｉｏｎＯｆｆｓｅｔｉ＝ＳＰｉの関数として、検出高さデータへの線形フィッティングを計算する。
左右の検出データが、コーンの傾斜角αが左右双方に影響するため、各レーザについて同時に適合される。正の傾斜角αにより、左側検査の検出高さが増加し、右側センサの検出高さが減少する。
ＡＴＡ及びＡｔｂは、簡単な形式を有する。
レーザのロール角によるステップ端位置の変更
レーザのロール角は、ステップの外形を広げ、さらには位置を偏らせる。
コーン３次元位置の解析
３次元方向単位ベクトル、
が、コーンの傾斜角として各４つのレーザシステムで観測される。コーン単位ベクトル
のレーザシステム「Ｉ」への投影は、（αｉｘ，αｉｙ，αｉｚ）である。
図３０で、α１、α２、α３、α３、α４は、θ＝２２．５、６７．５、１１２．５、１５７．５度のレーザ検出システムについて、ｙ′軸への
の投影である。正のｙ′軸は右側センサで、負のｙ′軸は左側センサの方向である。
コーン単位ベクトル
のｘ、ｙ成分は、以下の式（ステージ軸に沿ったｚ成分は変わらない）でレーザシステム「ｉ」に投影される：
αｉｙ、αｉｚ成分のみを測定しセンサはαｉｘを測定しないため、「ｙ」の関係のみ使用される。
αｎｙ＝−αｘｓｉｎθｎ＋αｙｃｏｓθｎ
４つのレーザシステム全ての測定値を用いて、以下の線形方程式を解くことによって、コーンの単位ベクトル
の２つの成分（αｘ，αｙ）を解くことができる。
コーンＺ軸スケーリングへのＺ軸の移動
移動軸に沿った距離は、コーン軸と移動軸との間の角度における自乗のオーダーで、コーン軸に沿った距離とは異なる。
反復制御
較正モデル解析は反復処理である。計算される反復数は、最大反復である。直前の反復を計算した後に、反復制御停止条件が、有効な検出遮蔽テーブルが構成されたか否かを見積もる。（以下の整合性チェックｃ−３及びｃ−４を参照。）
整合性チェック
ｃ−１：ステージ位置を増やすことによる｛ＳｅｎｓｏｒＢｌｏｃｋａｇｅｉ｝特性の分類が、減少順で記憶される検出レベルリストを作成する。これにより、全ての有効検出レベルにおける固有の検出遮蔽高さを予測する検出遮蔽テーブルを確実に作成する。

ｃ−２：補間誤差の最大絶対値は、検出レベル最大補間誤差よりも小さい。

ｃ−３：反復数は、最大反復と同じか又はそれよりも小さい。

ｃ−４：直前の２つの反復間Δδｉ＝δｉ （ｎ）−δｉ （ｎ−１）の検出遮蔽テーブルの投影は、最大検出投影変化よりも小さい。

ｃ−５：コーン角度の適合における予測値からの｛ＳｅｎｓｏｒＨｅｉｇｈｔｉ｝の最大絶対偏差は、最大二乗平均平方根高さ偏差よりも小さい。

ｃ−６：３次元単位ベクトル
への適合よる予測値からの４つのコーン傾斜角{αｉ}の最大絶対偏差は、最大二乗平均平方根コーン角度偏差よりも小さい。
解析及び誤差の伝播
ここでは、ステップ端の位置及び検出値のメジアンといった基本的なデータ項目における既知の誤差が、システムの測定値にいかにして影響するのかを見ることができる。
位置のオフセットによる直径偏差に関するロール角による検出遮蔽テーブル誤差の影響
較正中にロール角誤差があったと仮定する。そうすると、左側センサの実際の高さが過大評価され、右側センサの実際の高さが過小評価され、システマチックな直径測定誤差が生じる。このような状況では、較正軸の中心からの、円筒状の対象物の中心の配置オフセットにより、測定される直径のシステマチックなオフセットが生じる。
大き過ぎるロール角により、左側センサについてコーンの補正投影の過小評価を生じ、右側センサについて過大評価を生じる。
ＨＬ＝ＨＬ ０（１−ε）
ＨＲ＝ＨＲ ０（１＋ε）
そして、測定した直径を、ロール角の誤差に比例するシステマチックなオフセットを有するよう表すことができる。
Ｄ＝ＨＬ＋ＨＲ＝ＨＬ ０（１−ε）＋ＨＲ ０（１−ε）
Ｄ＝（ＨＬ ０＋ＨＲ ０）＋ＨＬ ０−ＨＲ ０）ε

中心位置を、ＣｔｒＰｏｓｉｔｉｏｎ＝（ＨＬ ０−ＨＲ ０）と定義すると、
Ｄ＝Ｄ０＋ε（ＣｔｒＰｏｓｉｔｉｏｎ）である。
ロール角誤差による、直径測定における相対誤差は：
である。
検出遮蔽テーブルに関するロール角の影響
ロール角誤差は、コーンの傾斜と結びついて、検出遮蔽テーブルにおいて、（例えば）左側センサの実際の高さをシステマチックに過大評価し、右側センサの実際の高さを過小評価する。

ＨＬ＝ＨＬ ０（ｌ−ｔａｎ（β）ｔａｎ（γ））
小さなロール角では：

δＨ＝±Ｈ０ｔａｎ（γ）δ（ｔａｎ（β））

である。Ｈ＝０．５００”、γ＝３５°、δＨ＝０．０００１”では、δβ≦０．３ｍｒａｄ＝０．０１６度となる。
ロール角に関するステップ端の位置の誤差の影響
ロール角を見つけるための簡単な方法は、２つのステップ端の位置を見つけ、ステップ位置の差からの角度を計算することである。

ｔａｎ（β）＝（ΔＳｔｅｐＰｏｓ）／Ｄｉａｍｅｔｅｒ
δ（ｔａｎ（β）＝δ（ΔＳｔｅｐＰｏｓ）／Ｄｉａｍｅｔｅｒ
２つの相関関係のないステップ位置の差が、１つのステップ位置よりも約４０％高い不確実性を有する。

システムの直径の偏りに関する複数走査較正の影響
システムの直径の偏りは、直径の測定に関する再現性の分布と同じような誤差分布を有する。
較正に関する複数走査は偏りを減らす。
用語の解説
コーンの傾斜角｛αｉ｝： 各レーザの座標系に中に投影される３次元コーン傾斜角。
３次元コーン傾斜角
： ステージ移動軸に対するコーンの対象軸。
レーザのロール角β： コーンの対象軸に対するレーザの光面の角度。
検出遮蔽テーブル： 生の検出信号の関数として、センサを遮る対象物の大きさを与 えるテーブル。
付録Ｃ
概略的に、この付録は、一連のポイントに円筒を適合する方法を説明する。一連のポイントを何らかの方法で判定し得る。Ｌａｓｅｒ Ｌａｂの中での適用は、一連の「ネジ山ピーク」位置への円筒の適合である。この円筒を使用してネジ山領域の外径を推定する。ネジ山ピーク円筒測定に関するデータは、一連のペア（ステージのｚ軸、検出高さ）である。これらのデータポイントは、ネジ山ピークの観測位置である。６ピッチのネジ山検出領域では、ネジ山当たりのデータポイントの数は、４（レーザ）＊２（センサ）＊２（側面）＊６（ピッチ）＝９６（データポイント）である。
そして、全てのデータポイントを５つのパラメータ−円筒の半径Ｒ、円筒の中心線の傾斜であってｘ及びｙ方向に（ａｘ，ａｙ）、検出間隔（ｂｘ，ｂｙ）の開始点での円筒の中心線の中心（ｘ，ｙ）、を備えた空間内のネジ山ピーク円筒の単純な直線モデルに適合する。
扱う必要がある８つのデータセットは：
｛（ｚｉ（ｌ，ｓ），ｈｉ（ｌ，ｓ））｝である。
ここで、ｌは、１から４まで変化するレーザレベル、ｓは左右の検出レベル、ｉは１からＮ（ｌ，ｓ）まで変化するデータインデックス。
例えば、レーザ−２のデータセットでは、右側センサが｛（ｚｉ（２，Ｒ），ｈｉ（２，Ｒ））｝である。
レーザのデータを適合させるために、リニアの行列式を展開させ得る。パラメータは：
ａ（ｌ）＝レーザの中の円筒ラインの傾斜−ｌ座標。
ｂ（ｌ）＝レーザの中の円筒ラインの切片−ｌ座標。
ｒ＝円筒の半径、である。

４つのレーザ全てのデータの９のパラメータへの適合について、ブロック行列式を展開させ得る。パラメータは：
ａ（１）、ａ（２）、ａ（３）、ａ（４）、
ｂ（１）、ｂ（２）、ｂ（３）、ｂ（４）、
ｒである。
半径パラメータは、４つのレーザ全てによって共有され、１２から９にパラメータ総数を減らす。
注記：Ｚは、４つのレーザ全てからのデータを含む行列を特定し、Ｚ（ｌ）は、１つのレーザのみからのデータを含むデータ行列を特定する。
標準的な最小自乗法によって、新たな４つのレーザの式を解くことができる。ＺＴＺ及びＺＴＨ行列構造を展開するための解を示すこととする。実際には、このような９つのパラメータの組を解かない。次の部分では、式を変換してａ（ｌ）及びｂ（ｌ）パラメータ間の従属関係を除き、未知のパラメータの数を５つに減らすこととする。
ここで、重要なサブマトリクスについての計算結果を判定する。
まず、レーザｌのＺＴ（ｌ）Ｚ（ｌ）サブマトリクスである。
結果は、センサ位置の累積、センサ位置の自乗の累積、及びレーザｌについての測定値の数を含む非常にシンプルな行列式である。このようなケースでは、Ｌ及びＲセンサについて別々に加える必要がない。

これもまたシンプルであり、左右の位置の差及び左右のデータ項目の数の差を含んでいる。別々のＬ及びＲセンサの合計がここで必要となる。
３番目に、ＺＴ（ｌ）ｈ（ｌ）ベクトルである。
このベクトルは、高さとステージ座標と検出高さの累積総和との間の関係を含んでいる。
ユニークな累積値の実行
所要の項を振り返ると、それぞれがレーザ及びセンサ指標の各セットについて累積する必要がある５つの異なる項のみを有することを示す。これは、トータルで４０の固有な値を生成する。
項の和及び差を単純な表記法で表すことができる。
センサの独立変数を削除する場合、Ｌ及びＲセンサの和が以下のように表される：
ｓＳｑＺ（ｌ）＝ｓＳｑＺ（ｌ，Ｌ）＋ｓＳｑＺ（ｌ，Ｒ）
レーザの独立変数を削除する場合、Ｌ及びＲセンサの和が以下のように表される：
文字Δは、以下のように、左側センサから右側センサを引いたものを表す。
ΔＮ（ｌ）＝Ｎ（ｌ，Ｌ）−Ｎ（ｌ，Ｒ）
ΔＮ＝Ｎ（Ｌ）−Ｎ（Ｒ）
ΔｓＺ（ｌ）＝ｓＺ（ｌ，Ｌ）−ｓＺ（ｌ，Ｒ）
これらの累積値は、

レーザ座標への３次元座標の投影
上記の９のパラメータ適合の８つのパラメータとして特定されるパラメータａ（ｉ），ｂ（ｉ）は、実際には３次元のネジ軸パラメータａｘ、ａｙ、ｂｘ、ｂｙの投影である。投影行列Ｐは、５のパラメータ適合から９のパラメータ適合までのマッピングを規定する。角度ａｉは、ステージ（ｘ，ｙ）軸に対するレーザビームの角度である。例えば、レーザ−１は２２．５度で、レーザ−２は６７．５度で、レーザ−３は１１２．５度で、レーザ−４は１５７．４度で入射する。
投影マトリクスを用いて、９次元の問題から５次元の問題に上述の行列式のベクトル式を減らし得る。
１つのレーザのみでは、式は非常にシンプルになる。
ｚｉ（ｌ，ｓ）ａ（ｌ）＋ｂ（ｌ）＋δ（ｓ）ｒ＝ｈｉ（ｌ，ｓ）である。
ここで、ｌ≡レーザインデックス、
ｓ≡センサインデックス、
ｉ≡データインデックス、
ａ（ｌ）＝−ｓｉｎ（αｌ）ａｘ＋ｃｏｓ（αｌ）ａｙ、
ｂ（ｌ）＝−ｓｉｎ（αｌ）ｂｘ＋ｃｏｓ（αｌ）ｂｙ、及び
δ（ｓ）＝ｓ＝＝左の場合（＋１）
＝ｓ＝＝右の場合（−１）
これは、最小自乗解である。
（ａｘ ａｙ ｂｘ ｂｙ ｒ）Ｔ＝（ＰＴ（ＺＴＺ）Ｐ）−１（ＰＴＺＴ）Ｈ
ベクトル（ＰＴＺＴ）Ｈを簡単な値の表記法で計算し得る。それは、ちょうど、ｃｏｓ（αｌ）又はｓｉｎ（αｌ）係数で重み付けした和ＨＺ（ｌ）又は和Ｈ（ｌ）の項の線形結合である。

中間結果は：
最終的な結果は以下のようになる。
各項は、各４つのレーザの入射角を表す幾何学的ベクトル及び各４つのレーザで何が観測されるかを表すデータベクトルのドット積である。（ＰＴ（ＺＴＺ）Ｐ）について１５個及びＰＴ（ＺＴＨ）について５個の計算される独立した数を有する。
単純なケース
円筒がｚ軸に厳密に揃っており、データが各センサの中心線の上下で厳密に中心にあると仮定する。各センサでは、左側センサがタイプ（ｘ，ｈ）測定ポイントを有し、右側センサがタイプ（ｘ，−ｈ）の測定値を有する。これは、ｓＨＺ及びｓＨ項がゼロであることを意味する。項ΔｓＨは、＋ｈ及び−（−ｈ）項の和であり、又は
である。そして、方程式解は：
これは、解を有する
ａｘ＝ａｙ＝ｂｘ＝ｂｙ＝０
ｒ＝Ｎｈ／Ｎ＝ｈ
付録Ｄ
光面発生受信器及び光面発生モジュールの光学的及び機械的部品の組み立て及び位置合わせの方法は、図３１の位置合わせ固定具１００を用いて行われる。位置合わせ固定具１００は、光レール、改良型回路板１２０、１５１及び１８０、及び複数の特注され且つ市販される光機械位置決め装置を含んでいる。符号１５９で概略的に示され回路板１５１に配置されてた検出器アッセンブリは、光面受信モジュールの機能を再現する。
位置合わせ固定具１００は、さらに、光ビームの中心線が参照回路板１２０及び１５１及びレンズ及びミラー取り付け部３０４インタフェースと水平方向に平行になるように位置合わせされた参照レーザ１１８を有する。好適には、レーザ１１８は、LumenFlow Corp. of Middleville, Michiganから市販されている４０００１といった空間的にフィルタリングされた半導体レーザである。
また、ここで使用が説明されている参照プリズム（すなわち、菱形のプリズム）アッセンブリ１２２が回路板１２０に支持されている。適切な機能モジュールにとって重要なのは組み立ての方法であるため、本開示は、モジュールを作成するための方法の詳細なステップに焦点を当てつつ固定具のインタフェース部品を強調する。
図３１の位置合わせ固定具１００は、レール及び概略的に１０２で示される複数のステージアッセンブリ、さらには、概略的に１０４で表されるレールアッセンブリを有する。レールアッセンブリ１０４は、ベンチレッグ１０８対によって支持されたレール１０６を有する。また、位置合わせ固定具１００は、レール１０６に摺動可能に取り付けられた１組のレールカートリッジ１１０を有する。
さらに、位置合わせ固定具１００は、概略的に１１２で示す送信ステージアッセンブリを有する。送信ステージアッセンブリ１１２は、概略的に１１３で示すＬ１（すなわち、第１のレンズ）操作ステージアッセンブリ、Ｌ２（すなわち、第２のレンズ）操作ステージアッセンブリ１１４及びＬ３（すなわち、第３のレンズ）操作ステージアッセンブリ１１６を有する。
各アッセンブリ１１３、１１４及び１１６は、レーザ１１８及びその支持ブラケット１１９とともに回路板又は基板１２０上に支持されている。
また、参照プリズム（すなわち、菱形プリズム）アッセンブリ１２２、位置合わせ開口１２４、フィルタ取り付け部１２６及びポストホルダ１２８が回路板１２０に支持されている。
厳密な菱形プリズム１２２が、モジュールの組み立て、位置合わせ及び焦点機器の較正、及び光学ヘッドの組み立てにとって重要である。
アッセンブリ１２２は、２つの金属板、２つのダボピン、及び菱形プリズムを有する。
菱形プリズムアッセンブリ１２２は、（レンズ３１６を介して）送信器に入射するレーザ光の高さ（好適には、０．９８４”）と（レンズ３１０を介して）送信器から発射されるレーザ光の高さ（好適には、１．６７９”）の差を規定するゲージである。
高さは：
−精度良く加工されたダボピンの位置；及び
−菱形の精密な形状
によって設定される。
菱形プリズムは、プリズムに入射する光の真っ直ぐなビームが、真っ直ぐで且つ入射ビームのビーム経路に厳密に平行な経路となる特性を有する。入射ビームと発射ビームの高さの差は、入射ビームに対するプリズムの回転角によって設定される。
また、位置合わせ固定具１００は、回路板１２０に支持された動くボールを備えたクランプポストアッセンブリ１３０を有する。
さらに、位置合わせ固定具１００は、概略的に１３２で示されるリレーテレスコープアッセンブリ、さらには、リレーだブレットアッセンブリ１３４及びＩＲダブレット１３６を有する。リレーテレスコープ１３２は、スコープ取り付け部１３８によってそのカートリッジ１１０に取り付けられている。
ポスト１４０が固定具１００の一端で支持された別のカートリッジ１１０がレール１０６に取り付けられている。ポスト１４０は、フィルタ又はターゲットホルダ１４２を支持する。さらに、ホルダ１４２はターゲット２１０を支持する。
また、位置合わせ固定具１００は、受信ステージアッセンブリ１５０、さらには、回路板又は基板１５１を有する。受信ステージアッセンブリ１５０は、位置合わせ開口１５４を含む位置合わせアッセンブリ１５２を有する。
さらに、受信ステージアッセンブリ１５０は、回路板１５１に支持された光学レール１５６を有する。概略的に１５９で示される検出器アッセンブリは、レール１５６に調節可能に取り付けられている。検出アッセンブリ１５９は、開口１５５を備えたセンサ取り付け部とともに電子回路板１５７を有する。受信ステージアッセンブリ１５０は、フィルタ取り付け部１６０及び鉛直方向のスリット１６２を有する。
また、受信ステージアッセンブリ１５０は、操作ブラケット１６４及びその遠位端に取り付けられた動くボール１６８を有するアッセンブリ１６６を有する。
さらに、受信ステージアッセンブリ１５０は、Ｌ４（すなわち、第４のレンズ）操作ステージアッセンブリ１７０を有する。
Ｌ１操作ステージアッセンブリ１１３は、動くベース１８６とともにｘ−ｙステージアッセンブリ１８４が取り付けられた回路板１８０を有する。調整ネジ１８２がステージアッセンブリ１８４の位置を調整するよう設けられている。クランプアーム１８８がステージアッセンブリ１１３の遠位端に取り付けられている。
図３１及び３７はまとめると：ネジ１１６に取り付けられたレンズ３１０のためのクランプ；プレート１２０の下方のクランプ１１４に取り付けられたネジ；クランプ１８８に取り付けられたロッドへの回転ネジ；下側の２つのネジ穴３２２がネジ穴３２２の回転調整軸を規定する；上側の１つのネジ穴３２２がネジ穴３２２の調整軸の周りの回転制御を規定する；ことを示す。
送信器位置合わせ処理の概要
送信器モジュールの光学部品の位置合わせは、Ｌａｓｅｒ Ｌａｂシステムの動作にとって重要である。位置合わせ及び焦点（すなわち、Ａ＆Ｆ）機器又は固定具１００で位置合わせを実施する。
送信器モジュールが、モジュールの参照面「Ａ」、「Ｂ」、及び「Ｃ」を用いてＡ＆Ｆ機器１００に取り付けられている。参照面「Ａ」は、Ａ＆Ｆ機器１００で用いられレーザ１１８によって発生するレーザビームと平行に揃えられるベースプレート１２０に平坦部を取り付ける。参照面「Ｃ」は、レーザビーム１１８と平行に揃えられる２つの運動マウントと同一平面に作製される。参照面「Ｂ」は、１つの運動マウントと同一平面であり、レーザ１１８のビームラインに沿った正確な位置を規定する。
ミラー−２が、モジュール３０４の参照面「Ｅ」に取り付けられている。ミラー−１が、参照面「Ｆ」に取り付けられたプレート３２２に取り付けられている。
位置合わせ処理では、光学部品が、上記の処理を用いてシステムの要請に合うよう構成される。位置合わせ処理の際に、Ａ＆Ｆ機器１００が、クランプセット及び部品ホルダで所定の位置にパーツを保持する。位置合わせ処理が完了すると、光学部品が、所定の位置に光学部品を恒常的に保持する接着剤でモジュール３０４の表面に固定される。
以下は、送信モジュール部品及び位置合わせ及び焦点機器１００で固定されるそれらの調整のリストである。
−第１の円柱レンズ３１６：プレート３１８がＡ＆Ｆパーツ１８８の中でクランプされる。パーツ１８８を３方向：レーザビームに平行な方向及び（ネジ１８２で）レーザビームに直交する方向、及びクランプ１８８を保持するロッドの軸を中心として回転する方向に移動させ得る。
−第２の円柱レンズ３１２：１１４に取り付けられたプレート１２０の下方のネジでレーザビームに直交する方向。また、レンズをクランプ１１４の中で回転させ得る。
−第３の円柱レンズ３１０：ネジ１１６によってプレート１２０に対して上下にレーザビームに直交する方向。また、このレンズをネジ１１６に取り付けられたクランプの中で回転させ得る。
−調整ミラー取り付け部３２２：下側の２つのネジ取り付け部３２２及び３０４によって規定される軸の周りの半径方向の調整。上側のネジ３２２によって制御される調整。
このように、送信器モジュールに関してトータルで８つの独立した調整パラメータが存在する。各パラメータが位置合わせ処理で最適化され、Ａ＆Ｆ機器１００からモジュール６６を除去する前に、接着剤で固定される。
１．０ 光面発生モジュールアッセンブリの作成
１．１ 回路板１２０に機械加工したレンズ及びミラー取り付け部３０４を組み込む。レーザビームが歪みを形成せずに開口を通過するように、参照レーザビーム経路に位置合わせ開口を配置する。
１．２ 取り付け部３０４の中にレンズ３１２を組み込み、ビームが開口を通過してレーザビームの軸と一致するように、位置合わせする。ビーム経路から開口を外す。
１．３ Ｌ１サブアッセンブリ３２０部品、円柱レンズ３１６、Ｌ１レンズ取り付けプレート３１８及びレンズ取り付けベース３１９を組み込む。取り付け部３０４にサブアッセンブリ３２０を組み込む。
１．４ ビームの外形が水平となるように、レーザビームの軸を中心とするレンズ３１２の回転位置を調整する（図３２）。
１．５ ビームの外形が平坦になるように、与えられる１つの自由度の周りのレンズ３１６の回転位置を調整する（図３３）。
１．６ ビーム幅が２１６”以上の距離で且つ機械加工したレンズ及びミラー取り付け部３０４の出口開口から４”の距離で視覚的に等しくなるように、レーザビーム軸に沿ったレンズ３１６の位置を調整する。
１．７ 出力分布がビームの外形の中で視覚的にバランスされるように、レンズ３１６の水平位置を調整する。
１．８ ビームがレーザビーム軸に沿った中心にくるように、レンズ３１２の水平位置を再調整する。
１．９ 全角レーザビームの発散が０．２５ｍラジアンよりも小さくなるように、レーザビーム軸に沿ったレンズ３１６の位置を再調整する。
θ＝（ｄ２−ｄ１）／（ｌ２−ｌ１）
ここで、θは半径方向のビーム発散で、ｄ１は、距離１での水平方向のビーム幅であり；ｄ２は距離２での水平方向のビーム幅であり；ｌ１は機械加工したレンズの出力開口及びミラー取り付け部３０４から距離１でのビーム測定ポイントまでの距離であり；ｌ２は機械加工したレンズの出力開口及びミラー取り付け部３０４から距離２でのビーム測定ポイントまでの距離である。
１．１０ レンズ３１０を機械加工したレンズ及びミラー取り付け部３０４に組み込む。レンズ３１０が機械加工したレンズ及びミラー取り付け部３０４に接触することを確認する。
１．１１ レーザビーム経路に、１．６７９”±０．００２”の高さで、機械加工したレンズ及びミラー取り付け部３０４の取り付け面と平行な１５０μｍのスリット開口を設ける。ビームがスリットの開口部を通過するように、レンズ３０４の鉛直位置を調整する。光の最大量が開口を通過する場合に、位置合わせが最適である。スリット開口をビーム経路から外す。
１．１２ ビームの形が歪まず（すなわち、図３５のようにではなく）、ほぼ矩形（すなわち、図３６のように）を形成するように、レンズ３１０の位置を回転させて調整する。
１．１３ レーザビームの経路に、位置合わせ固定具１００の検出器アッセンブリ１５９を配置する。減衰したビームの形がレーザビームの軸と揃うように、レンズ３１２を調整する。
１．１４ 出力が、検出器アッセンブリ１５９及びデュアルトレースのオシロスコープの読み出しを用いて測定されるレーザビームの形にわたって等しく±５ｍＶで分布するように、レンズ３１６の水平位置を調整する。
１．１５ 視準、ビーム高さ、歪み、出力分布及びビームポイントを検証する。接着剤を固定取り付け光学部品を取り付け部３０４に付けて硬化させる。
１．１６ 組み立てられた光面発生モジュールを位置合わせ固定具１００から外す。
２．０ 光面受信モジュールアッセンブリの作成
２．１ ブロードバンド１２０に参照菱形プリズム１２２を組み込んで、機械加工したレンズ及び１．６７９”のミラー取り付け部５００に平行なレーザビームオフセット高さを確立する。
２．２ 回路板１５１に機械加工したレンズ及びミラー取り付け部５００を組み込む。
２．３ 機械加工したレンズ及びミラー取り付け部５００にレンズ５０６を組み込む。レンズ５０６が機械加工したレンズ及びミラー取り付け部５００に接触していることを確認する。
２．４ ビームがレーザビームの軸と一致するようにレンズ５０６を位置合わせする。
２．５ レーザ面が機械加工したレンズ及びミラー取り付け部５００の取り付け面と平行となるように配置された位置合わせ固定具１００の中に設けられた円柱レンズホルダを用いてビーム経路に円柱レンズ３１６を配置する。
２．６ 機械加工したレンズ及びミラー取り付け部５００に、ネジ５１６によって、Ｌ５サブアッセンブリ部品、（２つの）受信球面レンズ５０８及びレンズ取り付けプレート５０４を組み込む（図４７）。
２．７ 機械加工したレンズ及びミラー取り付け部５００の背面に、１．６７９”±０．００２”に印を付けたラインを備えたターゲットカードを配置する。
２．８ レーザビームが印を付けたラインに当たるように、レンズ対を鉛直方向に調整する。
２．９ レーザビームがレンズ対の中央シームに当たることで得られるスポットの明るさが鉛直方向に等しくなるように、レンズ対５０８の水平位置を調整する。ターゲットカードを外す。
２．１０ 検出取り付け部５０２に、ネジ５０５を用いて開口要素５１０及び浜松光検出器５１４を組み込む。
２．１１ 機械加工したレンズ及びミラー取り付け部５００に、ネジ５０５を用いて検出取り付け部５０２を組み込む。
２．１２ 開口要素５１０のエッジをクリッピングすることなしに、ビームが検出器５１４に集束するように、検出取り付け部５０２の水平位置を調整する。
２．１３ 菱形プリズム１２２及び円柱レンズ３１６を固定具から外す。選択した光面発生モジュールを回路板１２０に組み込む。
２．１４ 浜松光検出器５１４の出力及びデュアルトレースオシロスコープ読み出しを用いて検出される出力がレーザビームの形にわたって±５ｍＶで等しく分布するように、レンズ対５０８の水平位置を調整する。
２．１５ 開口要素５１０エッジをクリッピングすることなしに、ビームが検出器５１４に集束することを確認する。
２．１６ 接着剤を固定取り付け光学部品を取り付け部５００に付けて硬化させる。
２．１７ 組み立てられた光面発生モジュール及び光面受信モジュール対を位置合わせ固定具１００から外す。

Claims (21)

  1. パーツを光学的に検査するための方法であって、前記方法が：
    測定軸に沿って幅を有するパーツを支持するステップと；
    前記パーツが各放射面を遮って、支持されたパーツのそばを通過するが遮られない前記放射面の未遮蔽の左右の平坦部の対応する配列を形成するように、前記放射面の配列で前記パーツを走査するステップであって、前記各放射面は、前記パーツの幅よりも大きな幅を有し、前記未遮蔽の左右の平坦部のそれぞれは、前記パーツのそれぞれの幾何学的寸法を示す放射量を含んでいるステップと；
    前記未遮蔽の左右の平坦部のそれぞれに存在する前記放射量を測定して測定信号を取得するステップと；
    前記測定信号を処理して生データを取得するステップと；
    較正データを提供するステップと；
    前記支持されたパーツによって遮られる又は反射される放射の測定を必要とせずに、前記較正データ及び前記生データを処理して、前記パーツの測定値を取得するステップと；
    を具えており、
    前記走査するステップが、前記パーツに対して前記放射面の配列を直線的に移動させるステップを有しており、
    前記提供するステップが：
    中心軸及び前記中心軸を中心とした回転対称の複数の領域を有する較正機器を支持するステップと；
    前記機器が各放射面を遮って、前記放射面の未遮蔽の平坦部の対応する配列を形成するように、前記放射面の配列で前記機器を走査するステップであって、前記未遮蔽の平坦部のそれぞれは、前記機器のそれぞれの幾何学的寸法を示す放射量を含んでいるステップと；
    前記未遮蔽の平坦部のそれぞれに存在する前記放射量を測定して機器の測定信号を取得するステップと；
    前記機器の測定信号を処理して前記較正データを取得するステップと；
    を有することを特徴とする方法。
  2. 前記左右の平坦部の数が、前記放射面の数の２倍であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記放射面のそれぞれが、前記軸に対して様々な方位角方向から前記パーツを走査することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記放射面が、前記測定軸に対してほぼ均一な方位角の間隔を有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 前記放射面のいずれも同一平面上にないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 前記放射面が等間隔であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 前記放射がレーザ放射であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 前記レーザ放射が可視であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 同じ前記放射面から形成される前記未遮蔽の左右の平坦部の隣接ペアが、同一平面上にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  10. パーツを光学的に検査するためのシステムであって、前記システムが：
    測定軸に沿って幅を有するパーツを支持するための支持部と；
    前記パーツが各放射面を遮って、支持されたパーツのそばを通過するが遮られない前記放射面の未遮蔽の左右の平坦部の対応する配列を形成するように、前記放射面の配列を前記パーツに向けるための複数の放射源を有するヘッド装置であって、前記各放射面は、前記パーツの幅よりも大きな幅を有し、前記未遮蔽の左右の平坦部のそれぞれは、前記パーツのそれぞれの幾何学的寸法を示す放射量を含んでおり、前記ヘッド装置が、さらに、前記未遮蔽の左右の平坦部のそれぞれに存在する前記放射量を測定して測定信号を取得するための複数の受信モジュールを有するヘッド装置と；
    前記放射面が前記支持部によって支持された前記パーツを走査するように、前記パーツに対して前記ヘッド装置を直線的に平行移動させて前記パーツに対して前記放射面の配列を直線的に移動させるための、前記ヘッド装置に結合された可動ステージサブシステムと；
    前記測定信号を処理して生データを取得するための信号処理部と；
    較正データを記憶するための記憶部と；
    前記支持されたパーツによって遮られる又は反射される放射の測定を必要とせずに、前記生データ及び前記較正データを処理して前記パーツの測定値を取得するためのデータ処理部と；
    を具えており、前記較正データが、
    中心軸及び前記中心軸を中心とした回転対称の複数の領域を有する較正機器を支持するステップと；
    前記機器が各放射面を遮って、前記放射面の未遮蔽の平坦部の対応する配列を形成するように、前記放射面の配列で前記機器を走査するステップであって、前記未遮蔽の平坦部のそれぞれは、前記機器のそれぞれの幾何学的寸法を示す放射量を含んでいるステップと；
    前記未遮蔽の平坦部のそれぞれに存在する前記放射量を測定して機器の測定信号を取得するステップと；
    前記機器の測定信号を処理して前記較正データを取得するステップと；
    から成るステップによって取得されることを特徴とするシステム。
  11. 前記ステージサブシステムが、機器に対して前記ヘッド装置を直線的に移動させることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記左右の平坦部の数が、前記放射面の数の２倍であることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  13. 前記放射面のそれぞれが、前記軸に対して様々な方位角方向から前記パーツを走査することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  14. 前記放射面が、前記測定軸に対してほぼ均一な方位角の間隔を有することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記放射面のいずれも同一平面上にないことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  16. 前記放射面が等間隔であることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  17. 前記放射がレーザ放射であることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  18. 前記レーザ放射が可視であることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
  19. 同じ前記放射面から形成される前記未遮蔽の左右の平坦部の隣接ペアが、同一平面上にあることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  20. パーツを光学的に検査するためのシステムであって、前記システムが：
    中心軸及び幅を有する較正機器及び幅を有するパーツの双方を、間隔を空けた場所で測定軸に沿って支持するための支持構造と；
    前記較正機器及び前記パーツが各放射面を遮って、支持されたパーツのそばを通過するが遮られない前記放射面の未遮蔽の左右の平坦部の対応する配列を形成するように、放射面の配列を前記較正機器及び前記パーツに連続的に向けるための複数の放射源を有するヘッド装置であって、前記各放射面は、前記パーツの幅よりも大きな幅を有し、前記未遮蔽の左右の平坦部のそれぞれは、前記機器又は前記パーツのいずれかのそれぞれの幾何学的寸法を示す放射量を含んでおり、前記ヘッド装置が、さらに、前記未遮蔽の左右の平坦部のそれぞれに存在する前記放射量を測定して較正機器測定信号及びパーツ測定信号を取得するための複数の受信モジュールを有するヘッド装置と；
    前記放射面が前記支持構造によって支持された前記較正機器及び前記パーツを走査するように、前記較正機器及び前記パーツに対して前記ヘッド装置を直線的に平行移動させ、前記較正機器及び前記パーツに対して前記放射面の配列を直線的に移動させるための、前記ヘッド装置に結合された可動ステージサブシステムと；
    前記パーツ測定信号及び前記較正機器測定信号を処理して生データ及び較正データを取得するための信号処理部と；
    前記支持された機器又は前記支持されたパーツによって遮られる又は反射される放射の測定を必要とせずに、前記生データ及び前記較正データを処理して前記パーツの測定値を取得するためのデータ処理部と；
    を具えており、前記較正データが、
    中心軸及び前記中心軸を中心とした回転対称の複数の領域を有する較正機器を支持するステップと；
    前記機器が各放射面を遮って、前記放射面の未遮蔽の平坦部の対応する配列を形成するように、前記放射面の配列で前記機器を走査するステップであって、前記未遮蔽の平坦部のそれぞれは、前記機器のそれぞれの幾何学的寸法を示す放射量を含んでいるステップと；
    前記未遮蔽の平坦部のそれぞれに存在する前記放射量を測定して機器の測定信号を取得するステップと；
    前記機器の測定信号を処理して前記較正データを取得するステップと；
    から成るステップによって取得されることを特徴とするシステム。
  21. 前記測定軸及び前記中心軸が、ほぼ同軸であることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
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