KR20010038750A - system for aligning axis of beam with laser and method for aligning axis of beam with the same - Google Patents

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KR20010038750A
KR20010038750A KR1019990046862A KR19990046862A KR20010038750A KR 20010038750 A KR20010038750 A KR 20010038750A KR 1019990046862 A KR1019990046862 A KR 1019990046862A KR 19990046862 A KR19990046862 A KR 19990046862A KR 20010038750 A KR20010038750 A KR 20010038750A
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Abstract

PURPOSE: An optical axis aligning system is provided to give the convenience to the worker by making an optical axis be aligned easily and rapidly. CONSTITUTION: A light source(1) generates a laser beam(4), and a light splitter(5) splits the light irradiated from the light source(1). The first reflection mirror(10) is installed so that path-changed light splitted through the light splitter(5) becomes incident and reflected to return to the light splitter along an original light path. The first reflection mirror(10) is a reference of an object angle error with regard to a straight light issued from the light source(1). The second reflection mirror(11) is installed on a transfer system in order to induce an angle error against the straight light passing through the light splitter(5). The first reflection prism(8) is a reference of a parallel error between a light axis of the straight light from the light source and a transfer axis of the transfer system. The second reflection prism(9) is installed on the transfer system in order to induce the parallel error between the light axis of the straight light from the light source and the transfer axis of the transfer system. A CCD camera(13) detects an angle error and a parallel error of the object with regard to a light axis irradiated from the light source(1).

Description

레이저를 이용한 광축 자동정렬 시스템 및 이를 이용한 광축 정렬 방법{system for aligning axis of beam with laser and method for aligning axis of beam with the same}System for aligning axis of beam with laser and method for aligning axis of beam with the same}

본 발명은 레이저를 이용한 광축 자동정렬 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산업기계 전반에 걸쳐 널리 적용되는 이송계의 자유도별 운동 오차측정에 쓰이는 레이저 간섭계의 광축을 쉽고 빠르게 정렬할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to an optical axis automatic alignment system using a laser, and more particularly, to easily and quickly align the optical axis of the laser interferometer used for measuring the motion error for each degree of freedom of the transmission system widely applied throughout industrial machinery.

일반적으로, 산업기계의 발달과 더불어 정밀성이 요구되어온 이송계(예; 이송테이블)는 산업기계의 품질을 보증하는 중요한 요소이다.In general, transfer systems (eg transfer tables), which have been required for precision with the development of industrial machines, are an important factor in guaranteeing the quality of industrial machines.

이때, 이송계는 도 1에 나타낸 바와 같이, 피치(pitch)·요(yaw)·롤(roll)·수평 방향의 진직도(眞直度)(horizontal straightnes) 및 수직방향의 진직도(vertical straightness), 선형 변위(線型 變位 ; linear displacement) 등에 대해 자유도를 가지며, 이들의 자유도별 오차를 측정하기 위해 레이저가 활용되고 있다.At this time, as shown in Fig. 1, the feed system includes pitch, yaw, roll, horizontal straightnes, and vertical straightness. ), And linear displacement (linear displacement) has a degree of freedom, and the laser is used to measure the error of each degree of freedom.

한편, 산업 전반에 널리 이용되고 있는 레이저는 단파장(λ)으로서 그 직진정도가 매우 좋아서 정밀 이송계의 성능평가에 적용되고 있으며, 이를 위해 빛의 간섭현상을 이용한 레이저 간섭계가 효율적으로 사용되고 있다.On the other hand, the laser widely used in the industry is a short wavelength (λ) is very good straightness is applied to the performance evaluation of the precision transmission system, for this purpose, the laser interferometer using the interference phenomenon of light is used efficiently.

여기서, 빛의 파동설에 근거를 둔 빛의 간섭현상은 크기와 주파수를 갖는 두 개의 파가 공간상에서 만날 때 서로 중첩되면서 그것의 크기가 보강 또는 상쇄되는 현상을 말한다.Here, the interference phenomenon of light based on the wave theory of light refers to a phenomenon in which two waves having a magnitude and a frequency overlap each other when they meet in space, and their magnitude is reinforced or canceled.

한편, 도 2는 이송테이블 오차 측정을 위한 종래의 레이저 간섭계 설치 상태를 개략적으로 나타낸 사시도로서, 레이저 간섭계는 각각의 오차 측정에 필요한 광학계를 조합하여 이송계의 위치오차(또는 평행오차), 각오차, 평면오차, 대각오차등을 측정할 수 있게 된다.On the other hand, Figure 2 is a perspective view schematically showing a conventional laser interferometer installation state for the transfer table error measurement, the laser interferometer is a position error (or parallel error), angular error of the feed system by combining the optical system required for each error measurement , Errors in plane and diagonal errors can be measured.

그러나, 레이저 간섭계를 이용하여 이송계의 자유도별 오차를 측정하고자 할 경우, 이송계에 설치된 광학계와 레이저빔(4)과의 광축 정렬이 우선되어야 하는데, 종래에는 레이저빔(4)의 광축을 정렬하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.However, in order to measure the error according to the degrees of freedom of the transmission system using a laser interferometer, the optical axis alignment between the optical system installed in the transmission system and the laser beam 4 should be prioritized, but conventionally, the optical axis of the laser beam 4 is aligned. There was a problem that takes a lot of time.

즉, 종래에는 레이저빔(4)의 광축 정렬을 수동 조작에 의존하여 행하므로 숙련된 기능을 필요로 하였으며, 레이저 간섭계의 셋업에 많은 시간이 소요되는 단점이 있었다.That is, in the related art, since the optical axis alignment of the laser beam 4 is performed by manual operation, an expert function is required, and a long time is required for the setup of the laser interferometer.

특히, 이송계에 대한 오차를 그물(mesh)형태로 측정하고자 할 때에는, 도 3의 흐름도 상에 나타낸 바와 같이 동일한 레이저 간섭계 셋팅과정을 반복적으로 수행하여야 하므로 인해 레이저빔(4)의 광축 정렬에 많은 시간을 소모해야 하는 단점이 있었다.In particular, when the error of the transfer system is to be measured in the form of a mesh, the same laser interferometer setting process must be repeatedly performed as shown in the flowchart of FIG. There was a drawback to having to spend time.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레이저빔(4)을 이용하여 이송계의 자유도별 오차를 측정하는 레이저 간섭계의 광축 정렬 시스템을 개선하여, 광축정렬이 쉽고 빠르게 이루어질 수 있도록 하므로써, 작업자에게 간섭계 셋업에 있어서의 편리함을 제공함과 더불어 정확한 이송계의 자유도별 오차측정이 가능하도록 한 레이저를 이용한 광축 자동정렬 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, by improving the optical axis alignment system of the laser interferometer for measuring the error according to the degree of freedom of the transmission system using the laser beam (4), so that the optical axis alignment can be made easily and quickly, It is an object of the present invention to provide an optical axis automatic alignment system using a laser that provides the operator with convenience in setting up an interferometer and enables accurate error measurement of the transmission system.

도 1은 이송테이블의 자유도를 설명하기 위한 개념도1 is a conceptual diagram for explaining the degree of freedom of the transfer table

도 2는 이송테이블 오차 측정을 위한 종래의 레이저 간섭계 설치 상태를 개략적으로 나타낸 사시도2 is a perspective view schematically showing a state of a conventional laser interferometer for measuring a transfer table error

도 3은 종래의 레이저 간섭계를 이용한 이송테이블 오차 측정시의 간섭계 셋업 과정을 나타낸 흐름도3 is a flowchart illustrating an interferometer setup process in measuring a transfer table error using a conventional laser interferometer.

도 4는 이상적인 레이저빔의 광축 정렬 상태를 나타낸 광학계 구성도4 is an optical system configuration diagram showing an optical axis alignment state of an ideal laser beam;

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광축 자동정렬 시스템의 구성도5 is a block diagram of an optical axis automatic alignment system according to an embodiment of the present invention

도 6은 4축 제어 좌표계를 설명하는 개념도6 is a conceptual diagram illustrating a four-axis control coordinate system.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 광축 자동정렬 시스템에 의해 레이저빔과 제2반사거울 사이의 각오차가 해소되는 과정을 설명하기 위한 광학계 구성도로서,7A and 7B are optical system diagrams for explaining a process in which an angular error between a laser beam and a second reflection mirror is eliminated by the optical axis automatic alignment system of the present invention.

도 7a는 레이저빔의 광축과 제2반사거울 사이에 각오차가 발생한 경우의 상태도7A is a state diagram when an angular error occurs between the optical axis of the laser beam and the second reflection mirror;

도 7b는 본 발명의 광축 자동정렬 시스템의 광축 X축 회전 및 Z축회전 제어에 의해 레이저빔의 광축과 제2반사거울 사이에 발생한 각오차가 해소된 후의 상태도7B is a state diagram after the angular error generated between the optical axis of the laser beam and the second reflection mirror by the optical axis X axis rotation and Z axis rotation control of the optical axis automatic alignment system of the present invention is resolved.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 광축 자동정렬 시스템에 의해 레이저빔과 제2반사프리즘 사이에 발생한 평행오차가 해소되는 과정을 설명하기 위한 것으로서,8A and 8B illustrate a process of eliminating parallel errors generated between the laser beam and the second reflection prism by the optical axis automatic alignment system of the present invention.

도 8a는 이송계의 이동축 방향 이동후에 레이저빔의 광축과 제2반사프리즘 사이에 평행오차가 발생한 경우의 상태도8A is a state diagram when a parallel error occurs between the optical axis of the laser beam and the second reflection prism after the movement in the moving axis direction of the feed system;

도 8b는 광축의 X축방향 이동에 의해 레이저빔의 광축과 제2반사프리즘간의 평행오차가 해소된 후의 상태도8B is a state diagram after the parallel error between the optical axis of the laser beam and the second reflection prism is eliminated by the X-axis movement of the optical axis;

도 9는 본 발명의 광축 자동정렬 시스템을 이용한 광축 정렬과정을 나탄내 흐름도9 is a flowchart illustrating the optical axis alignment process using the optical axis automatic alignment system of the present invention.

도 10은 본 발명의 광축 자동정렬 시스템의 광축제어장치를 나타낸 사시도10 is a perspective view showing the optical axis control device of the optical axis automatic alignment system of the present invention

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1:광원 2:수광센서1: light source 2: light receiving sensor

3:컴퓨터 4:레이저빔3: computer 4: laser beam

5:광분할기 6:광분할점5: light splitter 6: light splitting point

7:광합성점 8:제1반사프리즘7: Photosynthesis point 8: First reflection prism

9:제2반사프리즘 10:제1반사거울9: 2nd reflection prism 10: 1st reflection mirror

11:제2반사거울 12:제3반사거울11: second reflection mirror 12: third reflection mirror

13:시시디카메라 14:광축제어장치13: CD camera 14: Optical axis controller

15:카메라 영상 16:각오차 기준점15: Camera image 16: Angle error reference point

17a:제2반사거울 측정점 17b:제2반사프리즘 측정점17a: second reflecting mirror measuring point 17b: second reflecting prism measuring point

18:평행오차 기준점 19:X축 회전모터18: Parallel error reference point 19: X axis rotation motor

20:Z축회전모터 21:X축방향 이동용모터20: Z axis rotation motor 21: X axis movement motor

22:Z축방향 이동용모터 23:X축방향 리니어가이드22: Z axis movement motor 23: X axis linear guide

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 레이저빔을 발생시키는 광원과, 상기 광원에서 조사된 광을 분할하기 위한 광분할기와, 상기 광분할기에서 분할되어 광로가 변경된 광이 입사후 반사되어 원래의 광로를 따라 광분할기 쪽으로 되돌아가도록 설치되며 광원으로부터 나온 직선광에 대한 목적물 각오차의 기준이 되는 제1반사거울과, 상기 광분할기를 통과한 직선광과의 각오차를 유도하기 위하여 이송계에 설치되는 목적물인 제2반사거울과, 상기 광원으로부터 나온 직선광의 광축과 이송계 이동축간의 평행오차의 기준이 되는 제1반사프리즘과, 상기 광원으로부터 나온 직선광의 광축과 이송계 이동축간의 평행오차를 유도하기 위해 이송계에 설치되는 제2반사프리즘과, 상기 광원으로부터 조사된 광의 광축에 대한 목적물의 각오차 및 평행오차 검출을 위해 설치되는 CCD 카메라를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 레이저를 이용한 광축 자동정렬 시스템이 제공된다.In order to achieve the above object, the present invention provides a light source for generating a laser beam, a light splitter for dividing the light irradiated from the light source, and a light split in the light splitter and whose light path is changed to be reflected after incidence. It is installed to return to the light splitter along the optical path and is installed in the feed system to induce the angle error between the first reflection mirror which is the reference angle of the object for the linear light emitted from the light source and the linear light passing through the light splitter. The second reflection mirror which is a target object, the first reflection prism serving as a reference of the parallel error between the optical axis of the linear light emitted from the light source and the transport system moving axis, and the parallel error between the optical axis of the linear light emitted from the light source and the transport system moving axis. A second reflection prism installed in the feed system for guidance and an angular and parallel error of the object with respect to the optical axis of the light irradiated from the light source; The automatic optical axis alignment system using a laser as claimed hayeoseo comprises a CCD camera which is installed for detection is provided.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 제1반사거울을 이용하여 제2반사거울에 입사되는 직선광의 각오차 기준점을 설정하는 제1단계와, 제2반사거울에 대한 직선광의 측정점을 검출하여 상기 제1단계에서 구해진 각오차 기준점과 비교하여 각오차를 검출하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 각오차가 검출될 경우에 광축제어장치의 X축 및 Z축을 중심으로 한 광축의 회전을 제어하여 각오차를 해소하는 제3단계와, 상기 제2단계에서 각오차가 없을 경우에는 제1반사프리즘을 이용하여 직선광의 평행오차 기준점을 설정하는 제4단계와, 제2반사프리즘을 이용하여 직선광의 평행오차 측정점을 검출하여 상기 제4단계에서 구한 평행오차 기준점과 비교하여 평행오차를 검출하는 제5단계와, 상기 제5단계에서 평행오차가 검출될 경우에 광축제어장치의 X축 및 Z축방향 광축제어를 통하여 평행오차를 해소하는 제6단계를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 레이저를 이용한 광축 자동정렬 방법이 제공된다.On the other hand, according to another aspect of the present invention for achieving the above object, the first step of setting the angular error reference point of the linear light incident on the second reflection mirror using the first reflection mirror, and for the second reflection mirror A second step of detecting an angular error by detecting a measuring point of the linear light and comparing it with the angular error reference point obtained in the first step; and when the angular error is detected in the second step, the X and Z axes of the optical axis controller A third step of eliminating an angular error by controlling the rotation of one optical axis; a fourth step of setting a parallel error reference point of linear light using a first reflection prism when there is no angular error in the second step; and a second reflection A fifth step of detecting the parallel error by detecting the parallel error measurement point of the linear light using a prism and comparing the parallel error reference point obtained in the fourth step, and when the parallel error is detected in the fifth step. In a sixth step of hayeoseo through the X-axis and the Z axis direction optical axis control of an optical axis control unit bridge the parallel error that feature automatic optical axis alignment method using a laser is provided as.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면 도 4 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 10.

도 4는 이상적인 레이저빔의 광축 정렬 상태를 나타낸 광학계 구성도로서, 일반적으로, 정렬이 완료된 상태에서는 광원(1)인 레이저 헤드에서 방사된 직선광은 광분할기(5)에서 나누어지고 하나는 기준 광학계(즉, 제1반사거울)(8)로 다른 하나는 목적 광학계(즉, 제2반사거울)(9)에서 반사되어 되돌아오고 이들은 다시 광분할기(5)에서 합성된다.4 is an optical system configuration diagram showing an optical axis alignment state of an ideal laser beam. In general, in a state where alignment is completed, linear light emitted from the laser head, which is the light source 1, is divided in the optical splitter 5, and one is a reference optical system. (I.e., the first reflecting mirror) 8, the other is reflected back from the target optical system (i.e., the second reflecting mirror) 9 and they are again synthesized in the light splitter 5.

그리고 목적 광학계(9)는 광원방향으로 움직여지고 목적 광학계의 이동특성이 광분할기(5)에서 합성되면서 광학적 특성(간섭)으로 나타나게 되는데, 이를 수광센서(2)에서 받아들여 처리하게 되는데, 정렬이 완료된 상태에서는 광축의 정렬도가 100%로 나타나게 된다.And the target optical system 9 is moved in the direction of the light source and the movement characteristic of the target optical system is synthesized in the optical splitter 5, and appears as an optical characteristic (interference), which is received by the light receiving sensor 2 and processed. In the completed state, the degree of alignment of the optical axis will be displayed at 100%.

한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광축 자동정렬 시스템의 구성도이고, 도 6은 4축 제어 좌표계를 설명하는 개념도이다.5 is a configuration diagram of an optical axis automatic alignment system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a four-axis control coordinate system.

그리고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 광축 자동정렬 시스템에 의해 레이저빔과 제2반사거울 사이의 각오차가 해소되는 과정을 설명하기 위한 광학계 구성도이고, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 광축 자동정렬 시스템에 의해 레이저빔과 제2반사프리즘 사이에 발생한 평행오차가 해소되는 과정을 설명하기 위한 광학계 구성도이다.7A and 7B are optical system diagrams for explaining a process in which an angular error between a laser beam and a second reflection mirror is eliminated by the optical axis automatic alignment system of the present invention, and FIGS. 8A and 8B are optical axes of the present invention. It is an optical system configuration diagram for explaining the process of eliminating the parallel error generated between the laser beam and the second reflection prism by the automatic alignment system.

한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 광축 자동정렬 시스템을 이용한 광축 정렬과정을 나탄내 흐름도이고, 도 10은 본 발명의 광축 자동정렬 시스템의 광축제어장치를 나타낸 사시도이다.On the other hand, Figure 9 is a flow chart of the optical axis alignment using the optical axis automatic alignment system according to an embodiment of the present invention, Figure 10 is a perspective view showing an optical axis control device of the optical axis automatic alignment system of the present invention.

본 발명은 레이저빔(4)을 발생시키는 광원(1)과, 상기 광원(1)에서 조사된 광을 분할하기 위한 광분할기(5)와, 상기 광분할기(5)에서 분할되어 광로가 변경된 광이 입사후 반사되어 원래의 광로를 따라 광분할기(5) 쪽으로 되돌아가도록 설치되며 광원(1)으로부터 나온 직선광에 대한 목적물 각오차의 기준이 되는 제1반사거울(10)과, 상기 광분할기(5)를 통과한 직선광과의 각오차를 유도하기 위하여 이송계에 설치되는 목적물인 제2반사거울(11)과, 상기 광원(1)으로부터 나온 직선광의 광축과 이송계 이송축간의 평행오차의 기준이 되는 제1반사프리즘(8)과, 상기 광원(1)으로부터 나온 직선광의 광축과 이송계 이송축간의 평행오차를 유도하기 위해 이송계에 설치되는 제2반사프리즘(9)과, 상기 광원(1)으로부터 조사된 광의 광축에 대한 목적물의 각오차 및 평행오차 검출을 위해 설치되는 CCD 카메라(13)를 포함하여서 구성된다.The present invention provides a light source 1 for generating a laser beam 4, a light splitter 5 for dividing the light irradiated from the light source 1, and a light split in the light splitter 5 to change an optical path. The first reflecting mirror 10, which is installed to be reflected after the incidence and is returned to the light splitter 5 along the original optical path and serves as a reference for the object angle error of the linear light emitted from the light source 1, and the light splitter ( 5) the parallel reflection between the optical mirror of the linear light emitted from the light source 1 and the optical axis of the linear light emitted from the light source 1, and the parallel error of the second reflective mirror 11, A first reflection prism 8 serving as a reference, a second reflection prism 9 provided in the feed system to induce a parallel error between the optical axis of the linear light emitted from the light source 1 and the feed system feed axis, and the light source Angle error and evaluation of the target with respect to the optical axis of the light irradiated from (1) It consists hayeoseo comprises a CCD camera 13 which is installed for error detection.

이 때, 상기 제1반사거울(10)은 제1반사프리즘(8) 전방에 탈거 가능하게 설치되고, 제2반사거울(11)은 제2반사프리즘(9) 전방에 탈거 가능하게 설치된다.At this time, the first reflecting mirror 10 is detachably installed in front of the first reflecting prism 8, and the second reflecting mirror 11 is detachably installed in front of the second reflecting prism 9.

또한, 상기 CCD 카메라(13)는 컴퓨터(3)에 연결되어 작업자가 CCD 카메라(13)의 영상(15)에 나타난 각오차 기준점(16)과 측정점(17a)과의 편차정도를 모니터를 통해 확인할 수 있도록 구성된다.In addition, the CCD camera 13 is connected to the computer 3 so that the operator can check the degree of deviation between the angular error reference point 16 and the measurement point 17a shown in the image 15 of the CCD camera 13 on the monitor. It is configured to be.

한편, 상기 광원(1)과, 광분할기(5)와, 제1반사거울(10)과, 제1반사프리즘(8)과, 제3반사거울(12)과, CCD 카메라(13)는 광축의 X축 회전(X축을 중심으로 한 회전), Z축회전(Z축을 중심으로 한 회전), X축방향 이동(X축방향을 따른 이동), Z축방향 이동(Z축방향을 따른 이동)을 위한 광축제어장치(14)에 장착된다.Meanwhile, the light source 1, the light splitter 5, the first reflection mirror 10, the first reflection prism 8, the third reflection mirror 12, and the CCD camera 13 are optical axes. X axis rotation (rotation about X axis), Z axis rotation (rotation about Z axis), X axis direction movement (move along X axis direction), Z axis direction movement (move along Z axis direction) It is mounted on the optical axis control device 14 for.

상기에서 광축제어장치(14)는, 장착대 상부에 설치되는 광원(1)인 레이저 헤드의 X축방향 이동시 이를 안내하는 X축방향 리니어 가이드와, 상기 레이저 헤드가 X축방향 리니어가이드(23)의 안내를 받으며 X축방향으로 이동하도록 설치되는 구동원인 X축방향 이동용모터(21)와, 상기 레이저 헤드를 X축 중심으로 회전하도록 설치되는 구동원인 X축 회전모터(19)와, 상기 레이저 헤드를 Z축 중심으로 회전하도록 설치되는 구동원인 Z축 회전모터(20)와, 상기 레이저 헤드를 Z축방향으로 상승시키도록 설치되는 구동원인 Z축방향 이동용모터(22)를 포함하여 구성된다.In the above, the optical axis control device 14, the X-axis linear guide for guiding this when the X-axis movement of the laser head, which is the light source 1 installed on the mounting table, and the laser head is X-axis linear guide 23 X-axis movement motor 21, which is a drive source installed to move in the X-axis direction under the guidance of X, a X-axis rotation motor 19, which is a drive source installed to rotate the laser head about the X-axis, and the laser head It comprises a Z-axis rotation motor 20 which is a drive source installed to rotate about the Z-axis, and a Z-axis movement motor 22 which is a drive source installed to raise the laser head in the Z-axis direction.

이 때, 상기 X축방향 리니어가이드(23)는 충분히 긴 길이를 가지므로 인해 이송계의 오차를 그물 형태로 측정시 광학계 셋업시간을 줄일 수 있게 된다.At this time, since the X-axis linear guide 23 has a sufficiently long length, it is possible to reduce the optical system setup time when measuring the error of the feed system in the net form.

이와 같이 구성된 본 발명의 광축 자동정렬 시스템에 의한 4축 정렬과정은 다음과 같이 이루어진다.The four-axis alignment process by the optical axis automatic alignment system of the present invention configured as described above is performed as follows.

먼저, 레이저빔(4)의 광축과 제2반사거울(11)과의 각오차를 광축제어장치(14)의 제어에 의한 광축의 X축 회전 및 Z축 회전을 통해 해소한 다음, 이송계의 평행 이동시 발생하는 레이저빔(4)의 광축과 이송계 이송축과의 평행오차(즉, 위치오차)를 광축제어장치(14)의 제어에 의한 광축의 X축방향 이동 및 Z축방향 이동을 통해 해소하게 되는데, 이 과정을 세분하여 설명하면 후술하는 바와 같다.First, the angular error between the optical axis of the laser beam 4 and the second reflection mirror 11 is eliminated through the X axis rotation and the Z axis rotation of the optical axis by the control of the optical axis controller 14, and then The parallel error (ie, position error) between the optical axis of the laser beam 4 and the feed system feed axis generated during parallel movement is controlled through the X-axis movement and the Z-axis movement of the optical axis by the control of the optical axis controller 14. It will be solved, this process will be described in detail below.

본 발명의 광축 자동정렬 시스템을 이용하여, 레이저빔(4)의 광축과 제2반사거울(11)에서 반사된 광축간의 각오차를 해소하는 과정을 설명하면 다음과 같다.Using the optical axis automatic alignment system of the present invention, the process of solving the angular error between the optical axis of the laser beam 4 and the optical axis reflected from the second reflection mirror 11 will be described.

광원(1)에서 방사된 레이저빔(4)은 광분할기(5)의 광분할점(6)에서 나누어져, 일부는 제1반사거울(10)로 가고, 나머지는 직진하여 제2반사거울(11)로 가게 된다.The laser beam 4 emitted from the light source 1 is divided at the light splitting point 6 of the light splitter 5, part of which goes to the first reflecting mirror 10, and the other part goes straight to the second reflecting mirror ( 11) go to.

이 때, 제1반사거울(10)에서 반사됨 빔은 원래의 광로를 따라 되돌아와 제3반사거울(12)에서 반사되어 CCD 카메라(13)상에 한점으로 나타나게 되는데, 이때 CCD 카메라(13) 상에 나타나는 점은 레이저빔(4)의 각오차 기준점(16)으로 삼게된다.At this time, the beam reflected from the first reflecting mirror 10 is returned along the original optical path and reflected by the third reflecting mirror 12 to appear as a point on the CCD camera 13, where the CCD camera 13 The point appearing on the image is taken as the angular error reference point 16 of the laser beam 4.

한편, 광분할기(5)의 광분할점(6)에서 분할되어 제2반사거울(11)로 나아간 레이저빔(4)의 광축이 제2반사거울(11)면에 수직하게 입사할 경우에는 레이저빔(4)은 실선의 도 7a 상의 실선경로를 따른 후 각오차 기준점(16)과 포개어져 한점으로 나타나게 된다.On the other hand, when the optical axis of the laser beam 4, which is divided at the light splitting point 6 of the light splitter 5 and proceeds to the second reflecting mirror 11, is incident perpendicularly to the surface of the second reflecting mirror 11, The beam 4 is superimposed along the solid line path on FIG. 7A of the solid line and overlaps with the angular error reference point 16 to appear as a point.

그러나, 레이저빔(4)이 제2반사거울(11)면에 수직하게 입사되지 않아 레이저빔(4)과 제2반사거울(11) 사이에 각오차가 발생한 경우에는 제2반사거울(11)의 거울면에서 반사된 빔이 도 7a 상의 점선경로를 따르게 되며, 이 경우에는 CCD 카메라(13) 상에 각오차 기준점(16)과 떨어진 위치에 또 다른 한점으로 나타나게 된다.However, when the laser beam 4 is not incident perpendicularly to the surface of the second reflecting mirror 11 and an angular error occurs between the laser beam 4 and the second reflecting mirror 11, the second reflecting mirror 11 The beam reflected from the mirror surface follows the dotted path on FIG. 7A, in which case it appears as another point on the CCD camera 13 away from the angular error reference point 16.

이 때, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 기하학적 특징상, 목적물이 수직면에 대해 θ의 각도로 기울어진 경우, 수직면에 수직하게 입사되는 빔은 목적물에 의해서 서 반사될 때 2θ의 각도를 이루며 반사되며, 이에 따라 목적물의 작은 각도 오차에 대해서도 검출이 용이하다.In this case, as shown in FIG. 7A, when the object is inclined at an angle of θ with respect to the vertical plane, a beam incident perpendicularly to the vertical plane is reflected at an angle of 2θ when reflected by the object, This makes it easy to detect even a small angle error of the target object.

이와 같이 각오차가 발생한 경우에는, CCD 카메라(13) 상의 각오차 기준점(16)과 측정점(17a)의 위치 검출을 통해 보정량이 컴퓨터(3)에 의해 산출되고, 이에 따라 도 10에 도시한 광축제어장치(14)의 제어작용에 의해 광축의 X축회전 및 Z축회전이 이루어지게 되어 각오차가 해소된다.When an angular error is generated in this way, the correction amount is calculated by the computer 3 through the position detection of the angular error reference point 16 and the measurement point 17a on the CCD camera 13, and accordingly the optical axis control shown in FIG. By the control action of the device 14, the X-axis rotation and the Z-axis rotation of the optical axis are made, thereby eliminating the angular error.

즉, X축 회전모터(19) 및 Z축회전모터(20)의 회전에 의해 각오차에 대한 보정이 이루어짐에 따라 CCD 카메라(13)상에서는 측정점(17a)이 각오차 기준점(16)으로 이동하여 일치하게 되며, 도 7b는 광축제어장치(14)에 의해 상기의 정렬이 완료된 상태를 나타낸 광학계 구성이다.That is, as the correction for the angular error is made by the rotation of the X-axis rotary motor 19 and the Z-axis rotary motor 20, the measurement point 17a moves on the CCD camera 13 to the angular error reference point 16. 7B is an optical system configuration showing a state in which the alignment is completed by the optical axis controller 14.

한편, 상기와 같이 하여 각오차를 보정한 후에는, 제2반사거울(11)을 제거하게 된다.On the other hand, after correcting the angular error as described above, the second reflection mirror 11 is removed.

이 때, 제2반사거울(11)의 입사면과 제2반사프리즘(9)의 입사면은 평행을 이루고 있으므로 레이저빔(4)의 광축은 제2반사프리즘(9)에 대해서도 각오차없이 수직으로 정렬된 상태를 이루게 된다.At this time, since the incident surface of the second reflecting mirror 11 and the incident surface of the second reflecting prism 9 are parallel to each other, the optical axis of the laser beam 4 is perpendicular to the second reflecting prism 9 without any error. Will be aligned.

이하에서는, 본 발명의 광축 자동정렬 시스템에 의한 레이저빔(4)과 제2반사프리즘(9)간의 평행오차 해소 과정을 도 8a 및 도 8b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a process of solving the parallel error between the laser beam 4 and the second reflection prism 9 by the optical axis automatic alignment system of the present invention will be described with reference to FIGS. 8A and 8B.

광원(1)에서 방사된 레이저빔(4)은 광분할기(5)에서 나누어져, 일부는 제1반사프리즘(8)으로 가고, 나머지는 직진하여 제2반사프리즘(9)으로 가게 된다.The laser beam 4 emitted from the light source 1 is split in the light splitter 5, partly going to the first reflection prism 8, and the rest going straight to the second reflection prism 9.

이 때, 제1반사프리즘(8) 및 제2반사프리즘(9) 내부에서 경로가 변경되어 나오는 빔은 광분할기(5)의 광합성점(7)에서 합성된 후, 제3반사거울(12)에서 반사되어 CCD 카메라(13)상에 한점으로 나타나게 된다.At this time, the beam whose path is changed inside the first and second reflecting prism 8 and the second reflecting prism 9 is synthesized at the photosynthetic point 7 of the light splitter 5, and then the third reflecting mirror 12 Is reflected on the CCD camera 13 as one point.

상기에서, CCD 카메라(13) 상에 나타나는 점은 레이저빔(4)의 평행오차 검출을 위한 평행오차 기준점(18)으로 삼게된다.In the above, the point appearing on the CCD camera 13 is taken as the parallel error reference point 18 for parallel error detection of the laser beam 4.

한편, 이와 같이 된 상태에서 광축과 이송계 이송축간의 평행오차 검출을 위해 이송계를 이송축 방향으로의 이송시, 도 8a와 같이 레이저빔(4)의 광축과 제2반사프리즘(9) 사이에 평행오차가 발생한 경우에는 CCD 카메라(13) 상에 평행오차 기준점(18)과 일치하고 있던 측정점(17b)이 평행오차 기준점(18)으로부터 떨어진 지점에 별도로 나타나게 된다.On the other hand, when the transfer system is transferred in the feed axis direction to detect the parallel error between the optical axis and the feed system feed axis in this state, as shown in FIG. 8A, between the optical axis of the laser beam 4 and the second reflection prism 9. In the case where parallel error occurs, the measurement point 17b coinciding with the parallel error reference point 18 on the CCD camera 13 appears separately at a point away from the parallel error reference point 18.

즉, 레이저빔(4)의 광축과 이송계의 이송축이 일치하지 않을 경우에는 제2반사프리즘(9)에서 경로가 변경되어 나오는 광축과 제1반사프리즘(8)을 통해 나온 광축간의 평행오차가 발생하게 되며, 제2반사프리즘(9)을 통해 나온 빔은 도 8a 상의 점선경로를 따르게 되며, 이 경우에는 CCD 카메라(13) 상에 평행오차 기준점(18)과 떨어진 위치에 또 다른 한점으로 나타나게 된다.That is, when the optical axis of the laser beam 4 and the feed axis of the transfer system do not coincide, the parallel error between the optical axis from which the path is changed in the second reflection prism 9 and the optical axis emitted through the first reflection prism 8 Is generated, and the beam emitted through the second reflecting prism 9 follows the dotted path on FIG. 8A, in this case, another point away from the parallel error reference point 18 on the CCD camera 13. Will appear.

이와 같이 평행오차가 발생한 경우, 각오차 해소를 위한 보정때와 마찬가지의 제어방법으로 광축제어장치(14)을 이용하여 광축을 이동시켜 측정점(17b)이 평행오차 기준점(18)과 일치하도록 한다.When the parallel error is generated in this way, the optical axis is moved using the optical axis control device 14 in the same control method as the correction for eliminating the angular error so that the measurement point 17b coincides with the parallel error reference point 18.

즉, X축방향 이동용모터(21) 및 Z축방향 이동용모터(22)의 구동에 의해 광원(1)인 레이저 헤드를 X축방향 또는 Z축방향으로 이동시킴으로써, 도 8b에 나타낸 바와 같이 레이저빔(4)과 제2반사프리즘(9)간의 평행오차를 해소할 수 있게 된다.That is, by moving the laser head which is the light source 1 in the X-axis direction or Z-axis direction by the drive of the X-axis movement motor 21 and the Z-axis movement motor 22, a laser beam as shown to FIG. 8B. The parallel error between (4) and the second reflective prism 9 can be eliminated.

이와 같이, 본 발명의 광축정렬 시스템에 의하면 광축의 X축 회전 및 Z축회전을 통해 이송계에 대한 광축의 각오차를 보정할 수 있으며, 광축의 X축방향 이동 및 Z축방향 이동을 통해 이송계의 이동축 방향을 따른 이동시의 이송계와 광축간의 평행오차를 보정할 수 있게 되며, 이에 따라 레이저빔(4)의 광축이 4축에 대해 정확히 정렬되므로로써, 레이저 간섭계를 이용한 정확한 이송계의 자유도별 오차 측정이 가능하게 된다.As described above, according to the optical axis alignment system of the present invention, the angle error of the optical axis with respect to the feed system can be corrected through the X axis rotation and the Z axis rotation of the optical axis, and the optical axis is transferred through the X axis direction and the Z axis direction. It is possible to correct the parallel error between the feed system and the optical axis during the movement along the direction of the moving axis of the system, so that the optical axis of the laser beam 4 is precisely aligned with respect to the four axes. Freedom error can be measured.

이상에서와 같이, 본 발명은 레이저빔(4)을 이용하여 이송계의 자유도별 오차를 측정하는 레이저 간섭계의 광축 정렬 시스템을 개선한 것이다.As described above, the present invention is an improvement of the optical axis alignment system of the laser interferometer for measuring the error according to the degree of freedom of the transmission system using the laser beam (4).

즉, 본 발명은 광축정렬이 쉽고 빠르게 이루어질 수 있도록 하므로써 이송계의 오차 측정을 위해 간섭계의 셋업을 수행하는 작업자에게 편리함을 제공함과 더불어 정확한 이송계의 자유도별 오차측정이 가능하도록 하는 효과를 가져오게 된다.That is, the present invention provides convenience to the operator performing the setup of the interferometer for measuring the error of the feed system by allowing the optical axis alignment to be made easily and quickly, as well as bringing the effect of enabling accurate error measurement for each degree of freedom of the feed system. do.

Claims (9)

레이저빔을 발생시키는 광원과,A light source for generating a laser beam, 상기 광원에서 조사된 광을 분할하기 위한 광분할기와,A light splitter for dividing the light emitted from the light source; 상기 광분할기에서 분할되어 광로가 변경된 광이 입사후 반사되어 원래의 광로를 따라 광분할기 쪽으로 되돌아가도록 설치되며 광원으로부터 나온 직선광에 대한 목적물 각오차의 기준이 되는 제1반사거울과,A first reflecting mirror which is split from the light splitter and has a light path changed to be reflected after the incident light, and is returned to the light splitter along the original light path and serves as a reference for the object angular error with respect to the linear light emitted from the light source; 상기 광분할기를 통과한 직선광과의 각오차를 유도하기 위하여 이송계에 설치되는 목적물인 제2반사거울과,A second reflecting mirror which is a target object installed in a conveying system to induce an angular error with the linear light passing through the light splitter; 상기 광원으로부터 나온 직선광의 광축과 이송계 이송축간의 평행오차의 기준이 되는 제1반사프리즘과,A first reflection prism serving as a reference for the parallel error between the optical axis of the linear light emitted from the light source and the feed system feed axis; 상기 광원으로부터 나온 직선광의 광축과 이송계 이송축간의 평행오차를 유도하기 위해 이송계에 설치되는 제2반사프리즘과,A second reflection prism installed in the feed system to induce parallel errors between the optical axis of the linear light emitted from the light source and the feed system feed axis; 상기 광원으로부터 조사된 광의 광축에 대한 목적물의 각오차 및 평행오차 검출을 위해 설치되는 CCD 카메라를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 레이저를 이용한 광축 자동정렬 시스템.And a CCD camera provided for detecting an angular error and a parallel error of a target with respect to the optical axis of the light irradiated from the light source. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1반사거울은 제1반사프리즘 전방에 탈거가능하게 설치되고, 제2반사거울은 제2반사프리즘 전방에 탈거 가능하게 설치됨을 특징으로 하는 레이저를 이용한 광축 자동정렬 시스템.And the first reflection mirror is detachably installed in front of the first reflection prism, and the second reflection mirror is detachably installed in front of the second reflection prism. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 CCD 카메라는 컴퓨터에 연결되어 작업자가 CCD 카메라의 영상에 나타난 각오차 및 평행오차의 기준점과 측정점과의 편차를 모니터를 통해 확인할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 레이저를 이용한 광축 자동정렬 시스템.The CCD camera is connected to a computer, so that the operator can check the deviation between the reference point and the measurement point of the angular error and parallel error on the image of the CCD camera on the monitor, the optical axis automatic alignment system using a laser. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광원과, 광분할기와, 제1반사거울과, 제1반사프리즘과, 제3반사거울과, CCD 카메라는 광축의 X축 회전, Z축회전, X축방향이동, Z축방향 이동을 위한 광축제어장치에 장착됨을 특징으로 하는 레이저를 이용한 광축 자동정렬 시스템.The light source, the light splitter, the first reflecting mirror, the first reflecting prism, the third reflecting mirror, and the CCD camera are used for X-axis rotation, Z-axis rotation, X-axis movement, and Z-axis movement of the optical axis. Optical axis automatic alignment system using a laser, characterized in that mounted on the optical axis control device. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 광축제어장치는;The optical axis control device; 장착대 상부에 설치되는 광원인 레이저 헤드의 X축방향 이동시 이를 안내하는 X축방향 리니어 가이드와,An X-axis linear guide for guiding this when the laser head, which is a light source installed on the mounting table, moves in the X-axis direction, 상기 레이저 헤드가 X축방향 리니어가이드의 안내를 받으며 X축방향으로 이동하도록 하는 설치되는 구동원인 X축방향 이동용모터와,An X-axis movement motor, which is a driving source installed to move the laser head in the X-axis direction under the guidance of the X-axis linear guide, 상기 레이저 헤드를 X축 중심으로 회전하도록 설치되는 구동원인 X축 회전모터와,An X-axis rotary motor which is a driving source installed to rotate the laser head about an X-axis; 상기 레이저 헤드를 Z축 중심으로 회전하도록 설치되는 구동원인 Z축 회전모터와,A Z-axis rotation motor which is a driving source installed to rotate the laser head about the Z-axis; 상기 레이저 헤드를 Z축방향으로 상승시키도록 설치되는 구동원인 Z축방향 이동용모터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 레이저를 이용한 광축 자동정렬 시스템.And a Z-axis movement motor, which is a driving source installed to raise the laser head in the Z-axis direction. 제1반사거울을 이용하여 제2반사거울에 입사되는 직선광의 각오차 기준점을 설정하는 제1단계와,A first step of setting an angular error reference point of linear light incident on the second reflective mirror by using the first reflective mirror; 제2반사거울에 대한 직선광의 측정점을 검출하는 제2단계와,A second step of detecting a measuring point of linear light with respect to the second reflecting mirror; 상기 제1단계에서 구해진 각오차 기준점과 제2단계에서 구해진 측정점을 비교하여 각오차 발생여부를 검출하는 제3단계와,A third step of detecting whether an angular error is generated by comparing the angular error reference point obtained in the first step with the measurement point obtained in the second step; 상기 제3단계에서 각오차가 검출될 경우에 광축제어장치의 제어에 의해 광축의 X축 회전 및 Z축 회전을 제어하여 각오차를 해소하는 제4단계와,A fourth step of eliminating the angular error by controlling the X axis rotation and the Z axis rotation of the optical axis by the control of the optical axis control device when the angular error is detected in the third step; 상기 제4단계에서 각오차가 없을 경우에는 제1반사프리즘을 이용하여 직선광의 평행오차 기준점을 설정하는 제5단계와,A fifth step of setting a parallel error reference point of the linear light using the first reflection prism when there is no angular error in the fourth step; 제2반사프리즘을 이용하여 직선광의 측정점을 검출하는 제6단계와,A sixth step of detecting a measurement point of the linear light by using the second reflection prism; 상기 제5단계에서 구한 평행오차 기준점과 제6단계에서 구한 측정점을 비교하여 평행오차 발생여부를 검출하는 제7단계와,A seventh step of detecting whether the parallel error is generated by comparing the parallel error reference point obtained in the fifth step with the measurement point obtained in the sixth step; 상기 제7단계에서 평행오차가 검출될 경우에 광축제어장치의 X축 및 Z축방향 제어를 통하여 평행오차를 해소하는 제8단계를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 레이저를 이용한 광축 자동정렬 방법.And an eighth step of eliminating the parallel error by controlling the X-axis and the Z-axis of the optical axis control device when the parallel error is detected in the seventh step. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제4단계 수행후에 제1반사거울과 제2반사거울을 제거하는 단계가 포함됨을 특징으로 하는 레이저를 이용한 광축 자동정렬 방법.And removing the first reflection mirror and the second reflection mirror after performing the fourth step. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제3단계에 있어서, 각오차 보정을 위한 각오차 기준점과 각오차 측정점간의 편차량 검출이 함께 이루어짐을 특징으로 하는 레이저를 이용한 광축 자동정렬 방법.In the third step, the optical axis automatic alignment method using a laser, characterized in that for detecting the deviation amount between the angular error reference point and the angular error measurement point for angular error correction. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제5단계에 있어서, 평행오차 보정을 위한 평행오차 기준점과 측정점간의 편차량 검출이 함께 이루어짐을 특징으로 하는 레이저를 이용한 광축 자동정렬 방법.In the fifth step, the optical axis automatic alignment method using a laser, characterized in that for detecting the deviation amount between the parallel error reference point and the measurement point for parallel error correction.
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