KR20060113967A - 다축 계측학 시스템의 기하학 조정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기계에 매봉된 파면-측정 게이지 및 다축 부품-위치조정 수단을 포함하는 기계를 포함하는 계측학 시스템을 조정하고 정렬하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 게이지는 기계 및 매봉된 게이지의 각종 성분을 조정하고 자체를 기계에 정렬함에 있어서, 부품 표면 좌표와 기계 좌표 사이, 및 기계 좌표 매봉된 게이지, 좌표들 사이의, 병진 축 및 회전 축 중에서의 공간 관계를 측정하는 데 사용된다. 완전한 방법은 기계 회전 축을 이의 각각의 병진 축으로 조악하게 정렬시키고 회전 축에 대하여 공칭 제로 점을 설정하며; 매봉된 게이지 주 프레임을 기계 축에 대하여 정렬시키고; 매봉된 게이지 초점을 스핀들 축상으로 정렬시키고; 이와 같이 정렬되는 경우 회전 축들 사이의 공간 오프셋을 측정하고; 기계 회전 축을 이의 각각의 병진 축과 정밀하게 정렬시키며; 회전 축에 대하여 정밀한 제로 점을 설정하는 단계들을 포함한다.
다축 계측학 시스템, 파면-측정 게이지, 부품-위치조정 수단, 부품 측정

Description

다축 계측학 시스템의 기하학 조정방법{Method for calibrating the geometry of a multi-axis metrology system}
본 발명은 표면 및 파면 계측학(wavefront metrology)을 위한 방법 및 장치, 보다 특히 기계 운동축에 대한 표면 위치의 측정 방법 및 측정 장치, 가장 특히 다축 CNS 기계적 위치조정(positioning) 장치 및 매봉된 파면-측정 게이지(embedded wavefront-measuring gauge)를 포함하는 통합된 계측학 시스템의 기하학의 조정(calibration) 방법에 관한 것이다.
단일점 스캐닝 측정 시스템(single-point scanning measurement system) 및 기계화(machining)의 적용에서, 정확한 위치조정은 매우 중요하다. 민감한 방향에서의?위치조정 에러(positioning error)는 일-대-일 절단/측정 에러로 변화된다. 결과적으로, 정확한 위치조정 시스템의 제조, 이러한 정확성을 측정하는 방법 뿐만 아니라 축 비-직교성(axis non-orthogonality)과 같은 운동 바이어스(motion bias)를 보상하기 위한 수단에 대하여 상당한 노력이 기울여져 왔다. 이러한 방법은 외부 계측학 프레임 상의 레이저 위치 측정 장치를 포함할 수 있다. 이러한 방법을 사용하여 마이크로미터 수준 및 보다 양호한 위치조정 정확도를 성취할 수 있다.
이러한 방법은 기계 설계 및 계측학 장비의 비용 면 둘 다의 측면에서 매우 고가이다. 따라서, 이들은 종종 최고의 결과를 위한 고도의 환경 조절을 필요로 한다. 또한, 이러한 방법들은 전형적으로 병진(X-Y-Z) 운동에만 적용된다. 스핀들(spindle)은, 이러한 기계에 존재하는 경우, 전형적으로 고속에서 절단 도구를 회전시키는 데 사용되거나, 이의 부품을 절단 도구에 대하여 회전시키는 데 사용된다. 프로필로미터(profilometer) 및 좌표-측정 기계(CMM)와 같은 스캐닝 측정 도구는 회전 축들을 거의 갖지 않는다. 이들은 전형적으로 거의 회전성의 대칭 표면을 방위 스캐닝(azimuthal scanning)하기 위한 것이다.
그러나, 파면-측정 게이지(예: 피지우 인터페로미터(Fizeau interferometer) 또는 하르트만-샥 파면 센서(Hartmann-Shack wavefront sensor))는 기계 도구 및 스캐닝 측정 장치의 것과 상이한 패러다임으로 작동한다. 이러한 게이지는 표면-종종 전체 시험 표면(시험 표면을 따라 스캐닝되는 단일 국지 점에 대하여 반대로)에서 다수의 측정 점을 획득한다. 결과적으로, 파면-측정 게이지에서 필요한 부분 위치조정 및 스테이지 정렬 요건은 비교적 조악하다.
파면-측정 게이지는 일반적으로 프로파일링 도구 보다 훨씬 더 적은 종방향 측정 범위를 갖는다. 결과적으로, 당해 부품은 프로파일러에 대한 것보다 더 정확하게 위치조정해야 하며, 종종 프로파일러가 하지 않는 경사 운동을 필요로 한다. 그러나, 파면 측정 장치가 게이지에 대한 부품의 상대 위치에 관하여 이의 자체 피드백을 제공하기 때문에 운동의 정확성은 중요하지 않다. 또한, 파면-측정 게이지에 있어서 데이타 획득 시간은 프로필러: 초에 비하여 짧거나, 분에 비하여 더 빠르고 더 길다. 따라서, 부품 및 측정 게이지의 장기간 절대 안정성은 파면-측정 게이지에 있어서 덜 중요하다. 또 다른 중요한 차이점은, 프로파일러가 측정치 획득 동안 운동을 필요로 한다는 점이다.
요약하면, 프로파일러 및 고정밀 CNS 기계화 중심은 전형적으로 3개의 병진 축에서 고도의 정확도를 지닌 역학적 운동을 필요로 한다. 파면-측정 게이지는 전형적으로 부품에 대하여 경사 위치조정(tilt positioning)을 필요로 하지만, 고정밀도 및 동적 요건이 부족하다.
파면-측정 게이지 및 기계적 위치조정 장치를 포함하는 계측학 시스템에서의 정확한 위치조정은, 일반적인 용도를 위해서는 필수적이지는 않지만, 수개의 적용을 갖는다. 일부 예는 다수의 부품 운동, 파면-측정 게이지에 대하여 특정한 각도에서의 부품 또는 시스템의 측정, 및 시험 표면에서 상이한 위치에서 취한 다수의 측정치의 서브아퍼춰 스티칭(subaperture stitching)을 사용하는 조정 방법을 포함한다.
이러한 적용은 "통상적인" 시스템 보다 더 정확한 운동을 필요로 한다. 선행기술에는 지시기 게이지, 레이저 변환 게이지 및 기타 이러한 수단을 사용하여 운동의 병진 축을 정렬하고 조정하는 프로필러 및 고정밀 기계화에 사용된 방법을 적용하는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 이러한 조정은 매우 고가이며 시간 소모성이며, 파면-측정 계측학 시스템을 위해 필요한 회전 축에 쉽게 적용할 수 없다. 더구나, 이러한 방법은 기계적 축 및 스테이지, 특히 회전 축에 대한 매봉된 게이지의 중심화(centration)에 대하여 아무것도 나타내지 않았다. 부품 웨지/테이 퍼(wedge/taper) 및 중심화를 측정하는 것이 공지되어 있거나, 수동 정렬 또는 쉬밍(shimming)을 통해 스핀들 축에 대하여 이를 제거하는 것이 공지되어 있지만, 이는 추가의 장비 및/또는 장황한 단계를 필요로 하지 않는다.
완전한 시스템 내에 매봉된 파면-측정 게이지를 사용하는 통합된 계측학 시스템의 기하학을 조정하기 위한 방법이 필요하다.
명시된 매봉된 게이지 좌표에 명시된 부품 표면 좌표를 위치시키기 위한 방법이 추가로 필요하다.
스핀들 축에 대하여 올려진 부품(mounted part)의 웨지 및/또는 탈중심화(decentration)를 측정하기 위한 방법이 추가로 필요하다.
본 발명의 주 목적은 파면-측정 게이지, 시험 부품 표면, 및 기계적 축 사이의 완전한 계측학 시스템에서의 기하학적 관계를, 파면 측정을 위해 필요한 정확도로 측정하기 위한 것이다.
본 발명의 추가의 목적은, 명시된 부품 표면 좌표가 어떠한 추가의 고가의 계측학 장비, 내부 조립된 계측학 시스템 또는 시간 소모성 정렬 없이, 명시된 매봉된 게이지 좌표에 위치하도록 시험 부품 표면을 운동시키기 위한 제조에서 계측학 시스템을 조정하고 정렬하는 것이다.
본 발명의 여전히 추가의 목적은 스핀들 축에 대하여 부품의 웨지 및/또는 탈중심화를 측정하여, 추가로 부품의 정밀한 중심화를 가능하도록 하는 것이다.
발명의 요약
간단히 기술하면, 본 발명은 다수의 축 부품-위치조정 수단을 포함하는 기계 및 매봉된 파면-측정 게이지를 포함하는 계측학 시스템을 조정하고 정렬하는 방법을 제공한다. 당해 게이지는, 기계 및 매봉된 게이지의 각종 성분의 조정에 있어서 및 게이지를 기계에 대하여 정렬함에 있어서, 부품 표면 좌표와 기계 좌표 사이의, 및 기계 좌표와 매봉된 게이지 좌표 사이의, 병진 및 회전 축 중에서의 공간 관계를 정확하게 측정함에 있어서의 통합 부재이다. 이러한 전체 정렬은 다수의 중첩 서브-구멍 측정(sub-aperture measurement)의 수학적 스티칭(stitching)에 의한 시험 부품의 서프라-구멍 표면 특성화(supra-aperture measurement)를 제조함에 있어서 도움이 될 수 있다.
광범위한 형태에서, 본 발명의 방법은 기계 성분, 게이지, 시험 표면, 및 이들의 각종 조합물의 조정 및 정렬에서 직접 보조하기 위한 통합된 계측학 시스템에서 다수의 축 부품-위치조정 기계에 매봉된 파면-측정 게이지를 사용함을 포함한다.
조합된 게이지 및 기계의 중요한 용도는 본원에서 "파트-온-마운트(part-on-mount)" 과정[여기서, 시험 부품은 기계의 스핀들 축 상의 스테이지(stage) 또는 척(chuck) 위에 올려지며 게이지 파면의 스핀들에서 회전하여 다수의 X 및 Y 측정을 발생시킨다]으로 언급되는 스핀들 축 정렬 과정에서의 용도이다. 이러한 측정이 진행되어 스핀들, 부품 표면 및 매봉된 게이지 사이의 기하학적 관계를 결정한다. 구형 시험 표면을 측정하기 위한 것으로서, 구형 옵틱(spherical optic)이 사용되는 경우, 스핀들 축은 게이지 초점상 지점(게이지 초점)과 함께 정렬된다. 플 라노 시험 표면(plano test surface)을 측정하기 위한 것으로서, 플라노 옵틱(plano optic)이 게이지에 사용되는 경우, 스핀들 축은 게이지 파면의 전파 방향으로 정렬된다.
계측학 시스템의 모든 성분들을 조정하고 정렬하는 완전한 방법은,
(a) 기계 회전 축을 이의 각각의 병진 축과 조악하게 정렬시키고 회전 축에 대하여 공칭 제로 점(nominal zero point)를 설정하는 단계;
(b) 매봉된 게이지 주 프레임(mainframe)을 기계 축에 대해 정렬하는 단계;
(c) 매봉된 게이지 초점을 A 회전("스핀들") 축(시준 시험을 위한 스핀들 축에 평행; 당해 단계는, 초점화 성분이 변화되는 특정한 시간을 반복해야 한다)으로 정렬하는 단계;
(d) 상기한 바와 같이 정렬되는 경우, 회전 축과, 미리 정확하게 공지된 않은 경우 모터 스텝 크기(motor step size) 사이의 공간 오프셋(spatial offset)을 측정하는 단계; 및
(e) 기계 회전 축을 이의 각각의 병진 축에 대하여 정확하게 정렬시키고 매봉된 게이지를 사용하여 회전 축에 대하여 정확한 제로 점을 설정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기한 및 기타 목적, 특징, 및 이점뿐 아니라 이의 현재 바람직한 양태도 첨부한 도면과 관련지어 하기 기술을 통해 보다 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 다축 계측학 시스템의 등각투영도이다.
도 2a는 도 1에 나타낸 도구에 매봉된 3개의 병진 축 및 3개의 회전 축의 개략적인 등각투영도이다.
도 2b는 도 2a에 나타낸 회전 축들 사이의 오프셋의 개략적인 등각투영도이다.
도 3은 각종 구형 시험 부품들의 공초첨/제로(confocal/null) 위치조정을 나타내는 개략적인 다이아그램(도 3a 내지3c)이며, 여기서 시험 부품들은, 시험 표면의 곡률의 공칭 중심이 매봉된 게이지로부터 발생하는 구형 파면의 중심과 밀접하게 조화되도록 위치조정된다.
도 4는 매봉된 게이지에 의해 방출된 시준된 광학 장에서 각종 평면 시험 부품(도 4a 내지 도 4b)의 위치조정을 나타내는 개략적인 다이아그램이고, 여기서 시험 부품들은, 부품 표면의 법선들이 광학 장의 전파 방향과 평행하도록 위치조정된다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따르는 측정 시스템의 축적 가능한 성분들의 개략적인 다이아그램이고, 여기서 도 5a는 매봉된 게이지에 부착된 구형 게이지 초점 성분(예를 들면, 매봉된 게이지가 피지우 인터페로미터인 경우의 전송 구)이고; 도 5b는 축(B)에 대하여 회전할 수 있는 스테이지 상에 고정된 스핀들 축(A)이고; 도 5c는 매봉된 게이지에 부착된 전송 평면(transmission flat)이고; 도 5d는 마운트 상의 일부 임의 위치에 부착된 구형 시험 부품이며; 도 5e는 웨지를 갖고 마운트 위에 부착된 편평한 시험 부품이다.
도 6a는 도 5b에 나타낸 축 B에 대하여 회전하기 위한 스핀들 축(A)에 부착된 도 5d로부터의 마운트 및 구형 시험 부품, 구형 부품을 측정하기 위한 도 5a에 나타낸 매봉된 게이지의 측정 범위 내에 부착된 조립체를 나타내는 개략적인 다이아그램이다.
도 6b는 도 5b에 나타낸 축(B)에 대한 회전을 위한 스핀들 축(A)에 부착된 도 5e로부터의 마운트 및 평면 시험 부품, 도 5c에 나타낸 바와 같은 시준된 광학 장의 방출을 위해 구성된 매봉된 게이지의 측정 범위내에 부착된 조립체를 나타내는 개략적인 다이아그램이다.
도 7은 부품의 공칭 곡률 중심, 스핀들 축(A), 및 게이지 초점 사이의 거리(또는 플라노 시험 부품의 경우, 스핀들 축, 부품 표면 법선 및 게이지 법선 사이의 각)를 측정하기 위한 방법을 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 8a 및 도 8b는 정렬 오차를 설명하기 위한, 곡률(R1)의 공칭 반경을 갖는 샘플 볼록 부분(도 8a), 및 곡률(R2)의 공칭 반경을 갖는 샘플 오목 부품(도 8b)를 나타낸다.
도 8c는 도 8a 및 8b에 나타낸 샘플 부품의 경우에 대하여 축(Z)와 함께 정렬되지 않는 축(A)에 의해 도입된 정렬 오차를 나타내는 개략적인 다이아그램이다.
도 1 및 도 2와 관련하여, 본 발명에 따르는 계측학 시스템(10)은 파면 게이지(12), 예를 들면, 측정 동안 시험 부품(20)을 접수하고 이동시키기 위한 스테이지(18)을 갖는 워크스테이션(workstation)을 한정하는 다축 기계(14)에 올려진, 인터페로미터를 포함한다. 기계 운동의 형태는 (도 2a)에 나타내었으며, 여기서 6개의 기계적 축; 병진을 위한 3개(X, Y, Z) 및 회전을 위한 3개(A, B, C)가 존재한다. 축의 기타 형태(축의 상이한 수 및/또는 순서를 포함함)는 본 발명의 영역내에서 가능하다. 이러한 6개의 축 각각에서의 운동은, 예를 들면, 통상적인 마운팅 및 기어링(gearing)을 갖는 스텝퍼 모터(stepper motor)와 같은 작동기(16)에 의해 독립적으로 조절될 수 있다. 기계적 축 모두는 자동 또는 수동 조절하에 존재할 수 있다. 이러한 유형의 조절은 공정의 필부 부분은 아니다. 기계 축은, 매봉된 게이지 파면의 초점(36)이 비-평면 부품 표면의 특정한 단면[또는 공칭적으로 평면인 부품의 경우, 게이지 파면의 전파 방향(34)은 시험 표면 법선(38)과 공칭적으로 평행해야 한다]. 이는 본원에서 도 3에서 나타낸 바와 같고 하기에 추가로 토의된 바와 같은(공칭적으로 편평한 시험 부품에 대해서는 도 4), 표면 "공초점" 및/또는 "제로" 위치로서 언급된다.
본 발명에 따르는 계측학 시스템의 현재 바람직한 양태에서, 시험 부품(20)을 접수하기 위한 척 또는 스테이지(18)은 축 A에 대하여 일반적으로 직교하는 워크스테이션 표면을 한정한다. 매봉된 게이지(12)는 X 및 Y 축을 따라 병진하기 위해 올려진다.
다음 토의 목적으로, X, Y 및 Z 운동은 상호 직교하고; B 축은 Y 운동에 대하여 평행하며; B 및 C 축은 직교하고; A 및 C 축은 직교하는 것으로 추정된다. CNS 기계에서 사용된 것과 같은, 고급 기계 평면폼에 있어서, 이러한 추정은 마이크론-범위 표면 형태학(topology)을 위해 필요한 오차(error)의 범위내에서 타당하다. 또한, 본원에서 사용된 바와 같은 관행은, B가 0이고 C가 0인 경우, A 축 점들은 Z 축을 따른다는 것이다. Z는 기타의 B 및 C 위치(물론, 이의 180°회전을 제외함)에서 A와 평행하지 않다. A를 Z와 정확하게 정렬시키기 위한 수단은 하기에 추가로 토의한다.
그러나, 제공된 바와 같은 대부분의 이러한 다축 기계에 있어서, 서로에 대한 및 병진 축에 대한 회전 축의 위치는 매봉된 측정 게이지와 함께 측정하기에 충분한 정확도로 공지되어 있을 필요는 없거나, (A)를 (Z)와 평행하도록 하는 공지된 (B) 및 (C)의 위치도 아니다. 또한, 계측학 장치(10)에 있어서, 매봉된 게이지(12)는 워크스테이션 Z 축에 대략 평행하게 정렬되어야 한다. 최종적으로, 스테이지(18)에 올려진 시험 부품(20)의 공간내의 위치는 워크스테이션 축 및 매봉된 게이지에 대하여 특성화되어야 한다. 축, 게이지 및, 시험하의 부품 사이의 이러한 공간 관계는 정량화되어야 하며, 장치의 사용 도중에 시험 부품의 운동을 프로그래밍함에 있어서 수학적 특성화에 의한 것을 위하여 보정되거나 이해되고 보상되어야 한다.
매봉된 게이지(12)가 하기한 방법에서 기계(14)의 기계적 축과 관련지어 사용되어 충분히 정확한 부품 위치조정을 위한 고도의 정렬 및/또는 보상을 수득하도록 하는 것이 본 발명의 중요한 측면이다.
도 3 내지 도 7과 관련하여, 본 발명에 따르는 방법의 중요한 요소는, 방법 요소가 본원에서 "파트-온-마운트(part-on-mount)" 과정으로서 언급되는, A축 및 매봉된 게이지(12)[및/또는 게이지 성분(28) 또는 (32)]에 대하여 스테이지-마운팅된 시험 부품(20)[도 1 참조]의 위치를 측정하는 것이다. 시험 부품은 부품(35)상의 표면(33)과 같은, 공칭적으로 편평한 표면을 지니거나, 부품(37)과 같은, 공칭적으로 편평하지만 웨징된(wedged) 표면을 갖거나, 또는 각각 부품(42)상의 볼록 표면(40) 또는 부품(44a)(44b)상의 오목 표면(46a), (46b)과 같은 공칭적 구형 표면을 가질 수 있다(도 3a 내지 도 3c 및 도 8a 내지 도8c). (비구형 표면은 충분히 작은 구멍에 대하여 공칭적으로 구형일 수 있다).
이러한 방법은
(a) 부품 및 이의 마운트(구형 부품에 대하여 도 5d에 나타낸 바와 같거나, 플라노 부품에 대하여 도 5e에 나타낸 바와 같음)를 각각 도 6a(구) 및 6b(플라노)에 나타낸 바와 같은 매봉된 게이지(12)의 파동-측정 장(50a)(구형), (50b)(시준됨)에서 스핀들/A-축 스테이지(도 5b에 나타낸 바와 같음)와 조화시키는 단계(전형적으로, 부품은 스테이지 또는 척 상으로의 후속적인 설치를 위해 마운트(48)에 고정된다);
(b) 상이한 스핀들(A 축) 회전 위치에서 일련의 부품 측정을 획득하는 단계(2회 이상);
(c) 각각의 측정의 경사 성분을 추출하여 도 7에 나타낸 바와 같은 다수의 데이타 지점(22)을 수득하는 단계;
(d) 원을 경사 및 스핀들 위치 데이타에 대하여 맞추는 단계; 및
(e) 원 맞춤의 중심(60) 및 반경(26)으로부터 게이지-대-스핀들 및 스핀들-대-부품 오정렬(misalignment)을 측정하는 단계를 포함한다.
부품 측정에 있어서, 각각의 (A) 축 위치에서 경사의 값만이 필요하다. 이러한 것은 매봉된 게이지 측정 데이타에 대하여 평면 맞춤을 수행(및 맞춤 계수를 기록)하거나, 매봉된 게이지가 특별한 A 위치에서 무시할 수 있는 양의 경사를 측정(최종 축 위치를 기록함)할 때까지 축을 다시 위치조정하고 파면을 재측정함으로써 수득할 수 있다.
A(스핀들) 축의 2개(또는 이상)의 상이한 위치에서 측정치를 획득한 후에, 매봉된 게이지 및 스핀들 축에 대한 부품의 위치를 계산할 수 있다. 원(X 경사/Y 경사 좌표 평면)은 도 7에 나타낸 바와 같이 좌표 3중항(coordinate triplet; 22)(A, X-경사, Y-경사)의 수집에 맞춘다. (3개의 이러한 3중항의 경우는 본원에 나타내었지만, X 및 Y 경사만이 도 7에 정확하게 도시되어 있음을 인지하여야 한다). 맞춤 파라메터는 원의 중심 및 반경 좌표를 포함한다. 게이지 좌표 원점(gauge coordinate origin; 62)에 대한 것으로서 표현되는 경우 벡터(60)가 되는 중심(24)는 게이지-대-스핀들 오정렬을 나타낸다. 원의 반경, 벡터(26)은 스핀들-대-부품 오정렬을 나타낸다(도시될 수 있는 반경 벡터의 유한성이 존재함을 주목하라; 선택된 것 하나는 축 A의 특별한 위치에 상응할 것이다).
구형 부품에 있어서, 벡터(60)(도 7에서)는 도 6a에서 게이지 초점(36)과 스핀들 축(A) 사이의 변환에 상응한다. (2D 변환은 2D 평면도에서 정확하게 도시될 수 없다). 또한, 시험 표면의 곡률 반경(R1)으로 나누고 이의 아크사인(arcsine)을 취함으로써 오정렬 각으로 표현할 수 있다. 벡터(26)는 곡률(61)의 시험 표면 중심으로부터 스핀들 축(A)까지의 거리를 나타내며, 이는 동일한 방식으로 각으로서 나타낼 수 있다.
플라노 부품(시준된 파면 시험)에 있어서, 벡터(60)는 도 6b에서 시준된 파면 법선(68)과 스핀들 축(A) 사이의 각을 나타내는, (측방향 보다는) 각 좌표에서의 변환에 상응한다. 벡터(26)은 시험 표면 법선(38)과 스핀들 축(A) 사이의 각을 나타낸다.
또한, 게이지 오정렬이 제로 또는 일부 기타 공지된 값으로 추정되는 경우, 부품-스핀들 오정렬을 추정하기 위해 단지 하나의 측정만이 필요하다. 도 7의 반경 벡터(26)는 추정된 게이지 오정렬 값(오정렬이 제로로 추정되는 경우 축 원점)으로부터 단일 측정점으로 도시되며, 이에 따라 특별한 A-축 위치에서의 측정된 경사 - 게이지 오정렬에 대하여 추정된 값과 동일해 진다. 자연히, 반경 벡터(26)의 이러한 추정치의 품질은 스핀들-대-게이지 오정렬(반경 벡터(60))의 추정치의 품질에 의해 제한된다. 상기한 다수-회전 방법과 같이 정확하지는 않지만, 당해 방법은 오정렬의 초기 추정으로서 제공하기에 매우 유용하며, 이러한 추정치는 기타 방법으로 상세히 논할 수 있다. 이는 부품-대-스핀들 오정렬로부터 수득되는 경사가 경사 측정 능력의 매봉된 게이지 범위에 비하여 큰 경우 특히 관련이 있다. 이러한 경우, 초기 추정은 파트-온-마운트가 추가의 운동(부품-스핀들 오정렬의 초기 추정을 기본으로 함)에 의해 증가되는 것이 필요하도록 하며, 이에 따라 타당한 경사 측정을 획득하는 게이지의 능력을 현저하게 증가시킨다.
본 발명에 따르는 다중-축 계측학 시스템의 기하학을 조정하기 위한 전체 방법에서의 첫번째 단계는 다음과 같은 공지된 방법으로, (B) 및 (C) 축의 원점을 설정함으로써 (A)가 (Z)와 평행하도록 조악하게 정렬시키는 것이다:
(a) 툴링 핀(tooling pin; 나타내지 않았음)을 (A) 스핀들 내로 올려놓고, 지시기(나타내지 않았음)를 회전 및 (Z) 축 외로 올려놓는다(이동하는 (Z)가 핀을 지시기에 대하여 운동하도록 함). 이상적으로, 당해 핀은 직접 (A) 축을 따라야 하지만, 핀 및/또는 스핀들은 실제로 불완전하고, (A)를 (YZ) 평면에서 최대 핀 편향(A에 대하여) 배향시킨다.
(b) 지시기가 핀의 (X) 변환을 측정하도록 지시기를 조정한다.
(c) (Z)내의 핀을 따라 런아웃(runout)을 나타내는 전체가 최소화될 때까지 (Z)를 조깅(jogging)하고 (B)를 조정함으로써 (B) 원점을 찾는다.
(d) (A)를 90°로 회전시키는 것을 (Y)에 대하여 반복하여 핀 런아웃의 최대가 (XZ) 평면에서 배향되도록 한다. 지시기를 재배향시켜 (Y) 변환을 측정한다.
(e) (Z)를 따라 런아웃을 나타내는 전체가 최소화될 때까지 (Z)를 조깅하고 (C)를 조정함으로써 (C) 원점을 찾는다.
이제, (B) 및 (C) 회전 원점들을 설정하고 영점화(B = 0, C = 0)하며, (A) 축은 이제 기계적 수단의 한계내에서 (Z) 축과 조악하게 평행하게 된다. 이후의 단계에 기술되는 바와 같이, 본 발명에 따르는 매봉된 게이지(12)를 사용하여 보다 정확한 정렬을 성취한다.
두번째 단계는 매봉딘 게이지 주 프레임을 다음과 같이 기계적 위치조정 시스템으로 조악하게 정렬시킨다:
(a) 초점화 성분(28) 없이 기계 평면폼(14) 위에 게이지(12)를 올려놓아, 내부 광축(31)을 갖는 파면(30)이 게이지를 빠져나가도록 한다. 회전 축들은 상기한 바와 같이 조정하여야 한다(B 및 C 위치는, A 축이 Z 축에 대략 평행하도록 설정한다).
(b) 부품(35)와 같은 광학 평면을 A-축 스핀들 스테이지(18) 상의 시험 부품으로서 올려놓고 매봉된 게이지(이용 가능한 경우) 상의 "조악한 정렬" 모드로 공급한다. 상기한 파트-온-마운트 단계를 수행하여 게이지가 A 축 오정렬을 측정하도록 한다. 이러한 적용에 있어서, 파트-온-마운트 과정은, 측정 및 A 축 운동이, 이산 운동/획득 단계에서 보다는 작동자(게이지의 조악한 정렬 모드를 사용하는 "눈에 의해") 실시간으로 수행될 수 있도록 수정할 수 있다.
(c) 매봉된 게이지의 마운팅 브라켓(mounting bracket)을 팁 및/또는 경사시켜 게이지 오정렬 선(term)을 제거함으로써 원 이미지(나타내지 않았지만, 게이지 조절 스크린 또는 레티클상에 나타남)를 매봉된 게이지 광축 상으로 중심화시킨다. 매봉된 게이지 주 프레임은 이제 워크스테이션과 조악하게 정렬된다).
조악한 기계 회전 원점이 후속적으로 손실되는 경우(단계 1에서 수득된 후에), 작동자는 단계 1 및 2를 반복하는 대신 단계 2의 약간 수정된 버전을 수행할 수 있음을 주목하라. 게이지 오정렬 선(이 경우 실제로 "원점 미정렬 선"임)을 최소화하는 경우 게이지의 마운팅 브라켓(단계 2에서와 같음)의 팁 및 기울기 대신에 (B) 및 (C)를 간단히 조정한다. 따라서, 조악한 기계 회전 원점이 회복되었고, 게이지 주 프레임은 여전히 워크스테이션에 정렬된다.
세번째 단계는 게이지를 인터페로미터 주 프레임에 대하여 정렬하고 A 축상에 초점이 놓이도록 하는 기계의 X 및 Y 위치를 수득함으로써 매봉된 게이지의 초점화 성분(28)을 워크스테이션과 함께 미세하게 정렬하는 단계이다.
(a) 목적하는 초점화 성분(28)을 매봉된 게이지 주 프레임 상에 올려놓는다.
(b) 초점화 성분을 내부 게이지 광축(31)에 대하여 정렬한다. [축(31)이 실제로 도 3 및 4에서 전송 성분 뒤에 위치함을 주목하라. 예를 들면, 상기한 정렬 단계가 수행되지 않는 경우, 외부 축(34)는 내부 게이지 축(31)에 대하여 구부러지게 된다.] 예를 들면, 게이지가 피지오 인터페로미터인 경우, 이러한 초점화 성분은 전송 구이며, 정렬 과정은 다음과 같다:
(i) "정렬" 모드를 인터페로미터 상에 공급한다. 정렬 점(alignment dot)을 인터페로미터 레티클 상에 반영시켰음을 주목한다. 당해 정렬 점을 전송 구에 대한 팁-경사 조절을 사용하여 레티클 상에 가시적으로 중심화시킨다. 이후에, 인터페로미터 광축을 워크스테이션 A 축과 미세 정렬시킨다.
(ii) 광학 평면(36)(바람직하게는 공지된 두께)을 워크스테이션 스핀들 (A 축) 스테이지에 올려놓는다. 인터페로미터 캣츠아이 패턴(interferometer catseye pattern)이 나타날 때까지 워크스테이션 Z 축을 조깅시킨 다음, 전송 구 팁/경사 조절을 사용하여 캣츠아이 프린지(fringe)를 제로화한다. 이 위치에서 워크스테이션의 Z 위치를 기록하는 데, 이는 기계의 Z 좌표 프레임에서의 초점화 성분의 초점 - 광학 평면의 두께이다.
(iii) 광학 평면(36)을 제거한다.
(c) 시험 벨(또는 원칙적으로 다량의 웨지 및/또는 디센터(decenter)를 견딜 수 있지만, 다른 공칭적으로 웨지가 없는 시험 부분)을 워크스테이션 스핀들 스테이지 상으로 올려놓고, 파트-온-마운트 순서를 수행하여 A 축 위치를 게이지에 대하여 수행(예를 들면, 도 7의 반경 벡터(60))함으로써 A 축을 매봉된 게이지 광축 상으로 위치시킨다.
(d) 스테이지를 단지 병진 운동, 즉 X, Y 및 Z 축만을 사용하여 매봉된 게이지에 대하여 스테이지(및 따라서 부품 역시)를 이동시켜 게이지 초점이 A 축과 일치하도록 한다. X 및 Y 위치를 기록하는 데, 이는 현재 A 축을 교차하는 게이지 초점(36)의 공칭 위치이다.
시준된 시험이 필요한 경우, (초점화 성분(28) 보다는) 플라노 성분(32)을 사용하고, 정렬 과정은 약간 상이하다. 전송 평면(32)을 인터페로미터에 올려 놓는다. "정렬" 모드를 공급하고, 전송 성분 팁/틸트 조정을 사용하여 정렬 점을 게이지 레티클 상으로 중심화시킨다. 시험 평면(35)(전송 평면 구멍 보다 더 작은 구멍을 지님)을 워크스테이션 스핀들 스테이지(18) 위에 올려 놓는다. 약간 수정된 파트-온-마운트 순서를 수행한다; 각각의 새로운 A 축 위치에서, 경사 데이타 외에도 게이지 좌표 시스템(예를 들면, 타당한 측정 데이타의 중심)에서의 부품의 X-Y 좌표를 추출(extracting)하고 기록한다. 파트-온-마운트에 대하여 표준인 경사 데이타를 프로세싱하는 데, 이는 수정된 회전 원점(평면 운동에 있어서)을 수득한다. 중심 데이타는 도 7에서와 유사하게 처리하며, 이의 중요한 차이점은 도 7의 축이 더 이상 경사/탈중심화되지 않지만, 각각의 A 축 위치에서의 측정의 추출된 X-Y 좌표는 그러하다는 점이다. 데이타를 원에 맞추고 원의 중심을 기록한다. 이러한 원의 중심은 매봉된 게이지 좌표 시스템에서 A 축 위치(회전 중심)에 있다.
네번째 단계는 A, B 및 C 축 사이의 공간 분리(도 1 참조), 모터(16)의 단계들의 스케일, 및 기계에 대한 게이지 초점 위치(도 4 참조)를 측정함으로써 CNC 기계 기하학을 조정하는 것이다. 이러한 상수들은 이후에 CNC 조절기 내로 프로그래밍될 수 있다. 이러한 값들 모두가, 필요하지는 않지만, 당해 과정으로 계산될 수 있다는 점을 주목하라. 예를 들면, 모터 단계 스케일은 종종 기타 수단을 통해 보다 정확하게 성취될 수 있으며, 비교적 작은 트래블(travel)을 갖는 회전 축(C가, 예를 들면, 단지 작은 정도의 트래블 범위를 갖는 경우)은 정확한 보정으로서 필요하지 않다(따라서 덜 정확한 방법만으로도 충분하게 된다). 더구나, 이러한 값들이 일단 계산되면, 이들은 다시 조정될 필요가 없다(기계에 어떤 급격한 것이 일어나지 않는 한).
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 조정하기 위한 기계 상수는 다음과 같다:
(a) 스테퍼 모터(stepper motor)의 단계 틱(step tick)의 물리적 크기(δx, δy, δz mm/step)[여기서,
Figure 112006044186542-PCT00001
이고,
Figure 112006044186542-PCT00002
는 "모터 단계" 단위에서의 축 위치이다];
(b) (Z) 방향에서의 (B)와 (C) 사이의 오프셋(zc);
(c) (X) 방향에서의 (A)와 (C) 사이의 오프셋(xb);
(d) (Y) 방향에서의 (A)와 (C) 사이의 오프셋(yc)[여기서, 후자는 C 트래블이 제한되는 경우 실제로 필요하지 않다] 및
(e) 곡률 거리(zF)의 부품의 중심까지 유도될 수 있고(도 6a 참조; 편평한 시험 부품에 대해서는 적용할 수 없음), 부품이 스핀들 상에 어떻게 위치하는지에 대한 지식을 필요로하는 B로부터 스핀들 면까지의 거리.
(A), (B) 및 (C) 축(도 1, 2a 및 2b 참조) 사이의 공간 분리를 측정함으로써 CNC 기계 기하학을 조정하기 위해,
(a) 스핀들에서 높은 수치적 구멍, 낮은 웨지 부품(즉, 볼)을 올려놓는다.
(b) (X) 및 (Y)를 이동시켜 (A) 축이 게이지 초점(36)을 통과하도록 한다.
(c) 부품내의 특정한 웨지를 x-축을 따라 배향시킨다(프린지가 수직이 될 때까지 (A)를 회전시킨다).
(d) (X), (Y) 및 (Z)(B 및 C는 둘 다 0이어야 한다)를 사용하여 공초점 위치(도 3에 나타낸 바와 같음)을 찾는다.
(e) 수개의 위치에 대하여 다음 단계들을 반복한다:
i) (B)를 일부 새로운 값으로 회전시킨다(예를 들면, 5°증가);
ii) (X) 및 (Z)만을 사용하여 간섭 제로(interference null)를 찾는다;
iii) (B)가 (X-Z) 평면에 법선이 아닌 것을 나타내는, 제로에 필요한 특정한 (Y) 조정을 주목한다;
iv)( X), (Z), (B) 위치를 기록한다;
(f) 제로가 (n+1) 위치에서 획득되고 맞춤 파라메터가 P(부품 디센터(decenter)), Q(xb/δx), R(zF/δx) 및 S(δz/δx)인 것으로 추정되는 하기 수학식의 표현을 최소화한다(예를 들면, 최소 제곱근 맞춤을 통함):
Figure 112006044186542-PCT00003
상기 단계(e) 및 (f)를 기타 회전 축과 병진 축 사이의 관계에 대하여 수정하는 것이 간단하다(예를 들면, yc는 C, Y 및 Z 운동 및 최소화하기 위한 유사한 표현에 의해 수득된다).
도 8을 참조하면, 다섯번째 단계는 기계적 수단 단독에 의해서 보다는 매봉된 게이지의 사용을 통해 A 및 Z 축의 보다 정확한 정렬을 수득하는 것이다. 이 단계는 바람직하게는 동일한 초점화 성분(28)을 사용하여, Z 축을 따라 스테이지(18)의 2개 이상의 상이한 위치에서 공초점에서의 시험을 필요로 한다. 이는, 예를 들면, 시험 부품(42) 및 (46)과 같은 상이한 곡률 반경을 갖는 2개 이상의 구형 시험 부품을 사용함으로써 성취할 수 있다. 원칙적으로, 동일한 부품은 상이한 길이 마운트를 사용할 수 있지만, 상이한 공초점 측정의 Z 위치들 사이의 큰 차이는 A-Z 각 측정의 정확도를 최대화하기 위해서 바람직하다. 작동자는 추가의 부품 및 최소 제곱근 맞춤을 사용하여 A-Z 오정렬 각 값에서 불확실성의 평가를 수득할 수 있다.
(a) 먼저, (이용할 수 있는 시험 부품을 측정할 수 있는) 편리한 초점화 성분(28)을 선택한다.
(b) 이후에, 각각의 시험 부품에서 파트-온-마운트 과정을 연속적으로 수행하고, 각각의 부품에 대하여 측방향 게이지 오정렬 기간(x, y 좌표에서 A 축으로부터 게이지 초점으로의 변환(60))을 기록한다. 도 8c는 A-Z 오정렬 각(70)이 어떻게 Z의 상이한 값에서 상당히 상이한 스핀들-대-게이지 오정렬을 유발할 수 있는지를 나타낼 수 있다. 부품(46)상의 오목 표면(44)는, 시스템의 X 및 Y가 스핀들-게이지 오정렬을 갖지 않는 것으로 정렬되는 경우에 도 8c에 나타내었다(Z, A-Z 오정렬 각 및 고정(fixturing)의 이러한 특별한 경우에 있어서). 즉, 스핀들 축(A)는 게이지 초점(36)을 교차한다. 그러나, 스테이지가 부품(42)상의 볼록 표면(44)을 시험하기 위해 상방(Z에서)으로 이동하는 경우[상대적인 X 및 Y 위치를 고정시킴], 스핀들-대-게이지 오정렬(70)은 도 8c의 중심에서 화살표(72)로 나타낸 바와 같이, 이러한 새로운 Z 위치에서 상당한 스핀들-게이지 오정렬을 도입하는 것으로 나타난다. 이러한 도입된 게이지-대-스핀들 에러의 양은 두가지 측정치 사이의 Z에서의 차이의 배인 오정렬 각의 탄젠트와 동일하다. 간단히 말하면, 부품(42) 및 (46)의 부품-대-스핀들 오정렬은 당해 설명에서 제로인 것으로 나타나고, 에러는 (X) 방향에서만 나타났지만, 이러한 것들은 공정의 필수적인 특징은 아니다.
(c) Z 위치에 대한 각각의 차원(즉, X 대 Z 및 Y 대 Z)에서의 오정렬 기간에 대한 선형 맞춤을 수행하고; 당해 선의 기울기는 A-Z 오정렬 각(70)의 탄젠트이다.
(d) 이러한 오정렬 각(이를 제거하기 위함)으로 B 및 C 원점을 조정한다.
(e) 전체 공정을 반복하여 정렬을 확인하고/하거나 보다 정확한 정렬을 반복한다(이의 목표는 오정렬이 없도록 하는 것이다; 즉, A 축은 기계의 위치조정 정밀도 내에서 Z 축에 평행하다).
본 발명에 따라, 파트-온-마운트 방법은 외부 계측학 장비 및/또는 복잡한 기계적 방법을 사용하지 않고 다양한 기계 및 매봉된 게이지 정렬을 수행하는 데 중요하다. 또한, 그러나, 이러한 방법은 일부 기타 적용에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 파트-온-마운트 방법으로부터 수득한 계산치들 중의 하나는 스핀들 축에 대하여 웨지(및/또는 구에 대한 디센터)이다. 웨지 및 탈중심화를 측정하고 일부 경우 최소화하는 것은 이의 자체 권리에서 유용한 노력이다(기계 및 매봉된 게이지 정렬과 독립적임). 이러한 방법은 수개의 방법으로 이러한 적용에 채택될 수 있다.
구에 있어서, 파트-온-마운트 방법은 탈중심화로부터의 경사를 명확하게 하지 못한다(구형 표면의 점 대칭으로 인함). 그러나, 기타의 방법을 사용하여 시험 부품의 물리적 에지를 등록하여, 파트-온-마운트와 독립적으로 중심 축을 설정할 수 있다. 따라서, 시험 표면의 중심화 또는 웨지가 파트-온-마운트 방법과 독립적으로 측정될 수 있는 경우, 파트-온-마운트를 사용하여 기타 미지 값을 추론할 수 있다. 예를 들면, 원형 에지(광학 제품에서 일반적임)를 갖는 부품을 통상적인 기계적 방법을 사용하여 스핀들에 대하여 중심화할 수 있다(부품의 에지상의 기계적 지시기를 등록하고, 스핀들을 반복적으로 스피닝하고 부품을 중심화될 때까지 탭핑시키는 것과 같음). 이후에, 파트-온-마운트를 수행할 수 있고, 부품 웨지의 값을 복귀시키는 데(중심화의 품질에 추가로 제한된 정확도), 이는 탈중심화가 파트-온-마운트 공정 전에 제거되기 때문이다.
유사하게, 소위 역전 방법을 파트-온-마운트 방법과 함께 사용하여 부품-대-스핀들 오정렬에 대한 상이한 에러 인자의 기여를 분리할 수 있다. 예를 들면, 부품(부품(37)과 같이, 양 측면에서 공칭적으로 편평하지만, 필수적으로 평행하지는 않음)이 스핀들 스테이지(18)상에 직접 놓이는 경우, 부품-대-스핀들 오정렬 기간은 2개의 주요한 기여를 한다: 부품(37)의 전면 표면과 후면 표면 사이의 각, 및 스핀들 면 법선과 스핀들 축 사이의 각(즉, 스핀들 축과 고정되는 중간 부품 및/또는 스핀들 면에 비수직임). 부품을 스핀들에 대하여 180°로 회전시킴으로써(스핀들을 180° 회전시키는 것은 아니다!), 에러 기여는 역전된다. 이러한 형태 둘 다에서 파트-온-마운트를 수행하면, 부품-대-스테이지 및 스테이지-대-스핀들 축 오정렬 성분이 분리되고 스핀들-대-부품 오정렬로부터 독립적으로 측정된다. 동일한 역 원리를 사용하여 보다 복잡한 부품 및 마운팅 형태로부터 파트-온-마운트 기술로 측정된 에러 기여를 분리할 수 있다.
물론, 이러한 에러 분리는 역 방법에 제한되지는 않는다. 특별한 성분의 오정렬을 분리시킬 수 있는 어떠한 기술도 적용할 수 있다. 예를 들면, 스핀들 면 테이퍼는 기계적 지시기를 사용하여 측정할 수 있다. 이러한 결과는 상기한 편평한 부품의 파트-온-마운트 측정으로부터 감하여 스핀들 면으로부터 시험 부품의 전면 표면과 후면 표면(웨지) 사이의 각을 분리할 수 있다. 이러한 방법의 정확성은, 마운팅이 재생될 수 있는 정도로 제한된다(운동학상).
부품의 곡률 중심은 동일한 기계적 방법의 지시를 사용하는 대신 매봉된 게이지를 사용함으로써 스핀들 축에 정렬시킬 수 있다. 물론, 기계적 수단을 사용하여(예를 들면, 부품 에지의 매우 완만한 탭핑을 통해) 부품 위치조정을 조정하여야 하지만, 파트-온-마운트 방법은 부품-대-스핀들 오정렬의 동일계내의 측정을 제공함으로써 이러한 오정렬이 최소화되도록 할 수 있다.
이러한 조정 방법을 기본으로 한 프로그래밍된 운동의 정확도는 잠재하는 가정(예를 들면, 축 직교성)의 질, 및 조정이 유도되는 측정에서의 불확실성에 의해 제한된다는 것이 이해된다.
이러한 단계들의 조정 "라이프타임(lifetime)"은 다음과 같다: 단계 1 및 4는, 특정의 주요한 기계 손상을 제외하고는, 소정의 기계에 대하여 1회 수행되어야 한다. 단계 2 및 5는, 인터페로미터가 시스템에서 먼저 올려지거나, 회전 축 원점(Z에 평행한 A)이 상실되는 경우(예를 들면, 스텝퍼 모터 시스템에서의 스텝 카운트의 손실로부터) 수행된다. 단계 3은, 초점화 성분이 변화되는 경우에는 언제나 수행된다. 파트-온-마운트는, 부품이 기계에 올려지는 경우에는 언제나 수행되며, 기타 단계들의 일부의 부단계로서 수행된다.
본 발명은 각종의 특정 양태를 참조로 하여 기술하였지만, 기술된 본 발명의 개념의 정신 및 영역내에서 수많은 변화가 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명은 상기 기술된 양태로 제한되지는 않지만, 하기한 특허청구범위에 정의된 전체 영역을 지니게 된다.

Claims (31)

  1. 스핀들 축 및 파면-측정 게이지를 갖는 부품-위치조정 수단을 포함하는 계측학 시스템(metrology system)에 있어서, 스핀들 축에 대한 시험 부품의 위치 및 파면-측정 게이지에 대한 스핀들 축의 위치를 측정하기 위한 파트-온-마운트 방법(part-on-mount method)으로서, 당해 방법이
    (a) 시험 부품을 스핀들 축 위에 올려놓아 시험 부품의 표면이 게이지에 노출되도록 하고;
    (b) 스핀들의 다수의 회전 위치에서 게이지를 사용하여 시험 부품 표면의 측정을 수득하고;
    (c) 회전 위치 각각에서 표면 측정으로부터의 경사 성분들을 추출하고;
    (d) 원을 경사 성분 및 회전 위치에 맞추고;
    (e) 원의 중심 및 반경 좌표를 측정하여 게이지-대-스핀들 및 스핀들-대-부품 오정렬을 각각 측정하는 단계들을 포함하는 파트-온-마운트 방법.
  2. 제1항에 있어서, 시험 부품 표면이 비구형, 구형 및 평면형으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 맞춤 단계가 최소 제곱근 근사법(a least-squares approximation)을 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 맞춤 단계가 육안 검사를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 일부 기타 방법을 사용하여 구형 시험 부품 표면의 웨지/탈중심화를 측정하는 선행 단계, 및 시험 부품의 웨지 및 탈중심화 둘 다를 독특하게 측정하기 위한 스핀들-대-부품 오정렬 값으로부터 수득된 값을 감하는 추가의 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 부품-대-스핀들 경계면이, 각각 부품-대-스핀들 오정렬에 대한 자체의 기여를 하는 하나 이상의 회전 가능한 성분을 포함하고,
    (a) 제1항의 단계들을 수행하여 모든 회전 가능한 성분의 특별한 배향에서 부품-대-스핀들 오정렬의 측정을 획득하고;
    (b) 회전 가능한 성분들 중의 하나 이상을 공지된 양으로 회전시키고;
    (c) 제1항의 단게들을 수행하여 회전 가능한 성분들의 이러한 새로운 배향에서 부품-대-스핀들 오정렬을 측정하고;
    (d) 단계(b) 및 (c)를 여분의 회전 가능한 성분마다 1회 이상 반복하고;
    (e) 모든 부품-대-스핀들 오정렬 값에서 수학적 분석을 수행하여 각각의 개개 회전 가능한 성분의 오정렬 기여를 추론(extracting)하는 단계들을 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 부품 위치조정 수단에서 특별한 성분으로부터 오정렬 기여를 감하여, 부품-위치조정 수단의 기타 성분들로부터 오정렬 기여를 분리시키는 추가의 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 시험 부품 표면을 스핀들 축에 대하여 정렬[여기서 당해 시험 부품의 위치는 스핀들 축에 대하여 조정하여 스핀들-대-부품 오정렬 값을 최소화한다]하는 방법.
  9. 스핀들 축 및 파면-측정 게이지를 갖는 부품-위치조정 수단을 포함하는 계측학 시스템에 있어서, 특별한 게이지-대-스핀들 오정렬 값을 추정하는, 스핀들 축에 대한 시험 부품의 위치를 측정하기 위한 파트-온-마운트 방법으로서, 당해 방법이
    (a) 시험 부품을 스핀들 축 위에 올려놓아 시험 부품의 표면이 게이지에 노출되도록 하고;
    (b) 스핀들의 회전 위치에서 게이지를 사용하여 시험 부품 표면을 측정하고;
    (c) 표면 측정으로부터의 경사 성분들을 추출하고;
    (d) 경사 성분들로부터, 추정된 게이지-대-스핀들 오정렬 값을 감하여 스핀들-대-부품 오정렬의 추정치를 제공하는 단계들을 포함하는 파트-온-마운트 방법.
  10. X, Y 및 Z 병진 축 및 A, B 및 C 회전 축을 포함하는 기계적 위치조정 시스템의 기하학적 상수를 측정하기 위해 매봉된 게이지 및 시험 표면을 사용하는 방법 으로서, 이러한 상수가 병진 축, 회전 축들 사이의 공간 분리, 및 기계 스테이지에 대한 게이지 초점의 축 위치를 포함할 수 있고, 상기 방법이
    (a) 초점화 성분을 갖는 매봉된 게이지를 제공하고;
    (b) 기계 스테이지 상에 시험 표면을 갖는 시험 부품을 올려놓고;
    (c) 회전 축의 위치를 제로로 설정하고;
    (d) X 및 Y 축 중의 하나 이상을 따라 스테이지를 이동시켜 A 축이 게이지의 초점을 통과하도록 하고;
    (e) 병진 축을 조정하여 시험 표면이 매봉된 게이지와 공초점이 되도록 하고;
    (f) 회전 축들 중의 하나를 새로운 값으로 이동시키고;
    (g) 병진 축을 조정함으로써 공초점 위치에서 시험 부품을 재위치시키고;
    (h) 공초점 조건을 성취하는 축의 위치를 기록하고;
    (i) 단계(f) 및 (g)를 회전 축의 수개의 상이한 위치에 대하여 반복하며;
    (j) 기계 기하학의 분석적 모델에 대하여 수치적 맞춤을 수행하는 단계들을 포함하는 방법.
  11. 파면-측정 게이지를 스핀들 축을 갖는 기계적 위치조정 시스템에 대하여 정렬하는 방법으로서,
    (a) 제거된 초점화 성분을 갖는 파면-측정 게이지를 기계적 위치조정 시스템 상에 올려놓고;
    (b) 기계적 위치조정 시스템의 기계적 축을 목적하는 작업 원점 위치로 조정하고;
    (c) 하나 이상의 편평한 표면을 갖는 시험 부품을 스핀들 상에 위치시키고;
    (d) 게이지를 사용하여 스핀들(A)와 게이지 사이의 각의 오정렬을 측정하며;
    (e) 수득한 각의 오정렬 측정을 기본으로 하여, 기계적 위치조정 시스템에 대한 게이지 주 프레임을 재배향시켜 주 프레임을 스핀들 축에 대하여 정렬시키는 단계들을 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 단계(d)가 파트-온-마운트 과정을 포함하는 방법.
  13. 시스템의 병진 축 및 회전 축 중에서의 공간 관계를 정확하게 측정하기 위하여 다축 기계적 위치조정 시스템 및 매봉된 파면-측정 게이지를 포함하는 계측학 시스템을 조정하고 정렬하는 방법으로서, 당해 방법이
    (a) 병진 축 (Z), (Y) 및 (X)를 갖는 기계적 위치조정 시스템 회전 축 (A), (B) 및 (C)를 조악하게 정렬하고;
    (b) 기계적 위치조정 시스템에 대하여 매봉된 게이지의 주 프레임을 정렬하고;
    (c) 회전(스핀들) 축 상으로 매봉된 게이지를 정렬하고;
    (d) 이와 같이 정렬되는 경우 회전 축들 사이의 공간 오프셋을 측정하고;
    (e) 각각의 병진 축을 기계 회전 축과 정밀하게 정렬시켜 회전 축에 대한 정 확한 제로 점을 설정하는 단계들을 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 단계(b)가
    (a) 초점화 성분을 선택하고;
    (b) 초점화 성분을 매봉된 게이지 주 프레임 상에 올려놓고;
    (c) 초점화 성분을 게이지 주 프레임의 광 축에 정렬하고;
    (d) 위치조정 시스템의 스핀들 축에 하나 이상의 곡선 표면을 갖는 시험 부품을 설치하고;
    (e) 게이지를 사용하여 스핀들과 게이지 광 축 사이의 특정한 오정렬을 측정하고;
    (f) 기계적 위치조정 시스템의 하나 이상의 병진 축을 따라 시험 부품을 이동시켜 오정렬을 제거하는 단계들을 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 초점화 성분이 전송 구(transmission sphere)이고 매봉된 게이지가 피지우 인터페로미터(Figeau interferometer)인 방법.
  16. 제14항에 있어서, 측정 단계가 파트-온-마운트 과정을 포함하는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 매봉된 게이지가 공칭적으로 시준된 파면(nominally collimated wavefront)을 발생시키고, 단계(b)가
    (a) 시준된 파면에 광학 평면을 올려놓고;
    (b) 하나 이상의 평면 표면을 갖는 시험 부품을 위치조정 시스템의 스핀들 축에 설치하고;
    (c) 게이지를 사용하여 스핀들 축과, 파면 시준의 방향 사이의 오정렬을 측정하며;
    (d) 기계적 위치조정 시스템의 하나 이상의 회전 축을 이동시켜 오정렬을 제거하는 단계들을 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 매봉된 게이지가 피지우 인터페로미터인 방법.
  19. 제17항에 있어서, 측정 단계가 파트-온-마운트 과정을 포함하는 방법.
  20. 시준된 모드(collimated mode)의 다축 위치조정 기계 및 매봉된 파면-측정 게이지를 포함하는 계측학 시스템에 있어서, 게이지 좌표 시스템에서 기계 스핀들 축의 이미지 위치(image position)를 측정하기 위한 방법으로서, 당해 방법이
    (a) 게이지 파면에 노출된 위치조정 기계의 스핀들 축에 하나 이상의 평면 표면을 갖는 시험 부품을 설치[여기서, 구멍 치수는 게이지 파면에 완전히 포함된다]하고;
    (b) 스핀들 축의 다수의 회전 위치에서 부품 표면을 측정하고;
    (c) 각각의 스핀들 위치에서 상기 측정으로부터 게이지 좌표 시스템내의 x-y 좌표를 추출하고;
    (d) x-y 위치에 원을 맞추고;
    (e) 원의 중심 및 반경 좌표를 측정하여, 각각 매봉된 게이지 좌표 시스템 및 부품-대-스핀들 탈중심화 오정렬에서 스핀들 이미지의 위치 둘 다를 제공하는 단계들을 포함하는 방법.
  21. 하나 이상의 회전 축 및 하나 이상의 병진 축을 갖는 부품-위치조정 수단 및 파면-측정 게이지를 포함하는 계측학 시스템에 있어서,
    (a) 시험 부품을 회전 축상에 올려놓고;
    (b) 회전 축의 다수의 위치에서 시험 부품의 표면의 게이지 측정을 수득하는 단계들을 포함하는, 하나의 회전 축 및 하나의 병진 축을 정렬시키는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 병진 축을 따라 다수의 위치에서 시험 부품의 표면의 게이지 측정을 수득하는 추가의 단계를 포함하는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 부품-위치조정 수단이 제2 회전 축을 포함하고, 상기 방법이, 제1 회전 축과 제1 병진 축 사이의 오정렬을 보다 정밀하게 측정하기 위해, 추가의 단계로서,
    (a) 다수의 제1 병진 축 위치에서 공초점 방식으로 올려진 하나 이상의 구형 부품을 사용하는 제1 병진 축의 다수의 상이한 위치에서 제21항의 단계들을 반복해 서 수행하여 제2 회전 축에 수직인 평면에서 게이지와 제1 회전 축 사이의 오정렬을 나타내는 다수의 선(term)을 발생시키며;
    (b) 제1 병진 축을 따라 위치에 대해 도시된 다수의 게이지 오정렬 선에 대하여 라인을 맞추고;
    (c) 라인 맞춤의 기울기의 아크탄젠트(arctangent)와 동일한, 상기 평면의 제1 병진 축으로부터 회전 축의 오정렬 각을 계산하는 단계들을 포함하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 단계(a)가, 반경이 상이한 다수의 구형 시험 부품을 사용하여 수행되는 방법.
  25. 제23항에 있어서, 단계(a)가, 두께가 상이한 다수의 마운트가 제공된 단일의 구형 시험 부품을 사용하여 수행되는 방법.
  26. 제23항에 있어서, 오정렬 각에 의해 제2 회전 축의 원점을 조정하여 오정렬을 감소시키는 추가의 단계를 포함하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 오정렬 측정 및 조정 단계가 반복적으로 수행되어 오정렬을 최소화하는 방법.
  28. 제21항에 있어서, 부품-위치조정 수단이 (X), (Y) 및 (Z)로 정의된 3개의 병 진 축, 및 (A), (B) 및 (C)로 정의된 3개의 회전 축을 포함하는 계측학 시스템에 있어서,
    (a) 다수의 (Z) 축 위치에서 공초점 방식으로 올려진 하나 이상의 구형 부품을 사용하는 (Z) 축의 다수의 상이한 위치에서 제21항의 단계를 반복적으로 수행하여게이지와 (A) 축 사이의 오정렬을 나타내는 다수의 (X) 및 (Y) 방향 오정렬 선들을 발생시키고;
    (b) (Z) 위치에 대하여 도시된 다수의 (X) 및 (Y) 측방향 게이지 오정렬 선들에 대하여 라인을 맞추며;
    (c) 각각 (X) 및 (Y) 방향으로 라인 맞춤의 기울기의 아크탄젠트와 동일한, (X) 및 (Y) 방향 둘 다에서 (X) 및 (Y) 방향의 (A-Z) 오정렬 각을 계산하는 단계들을 포함하는, (A) 회전 축과 (Z) 병진 축 사이의 오정렬 각을 정밀하게 측정하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 수행 단계가 (X) 및 (Y) 오정렬 측면을 수득하기 위한 부품-대-마운트 단계로서,
    (a) 시험 부품을 스핀들 축상으로 올려놓아 시험 부품의 표면이 게이지에 노출되도록 하고;
    (b) 스핀들의 다수의 회전 위치에서 게이지를 사용하여 시험 부품 표면의 측정을 수득하고;
    (c) 각각의 회전 위치에서 표면 측정으로부터 경사 성분을 추출하고;
    (d) 경사 성분 및 회전 위치에 대하여 원을 맞추며;
    (e) 원의 중심 및 곡률 좌표를 측정하여 게이지-대-스핀들 및 스핀들-대-부품 오정렬을 각각 수득하는 단계를 포함하는 방법.
  30. 제28항에 있어서, 계산된 오정렬 각으로 (B) 및/또는 (C) 회전 축의 원점을 조정하여 (A-Z) 오정렬을 최소화하는 추가의 단계를 포함하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 오정렬 측정 및 조정 단계가 반복적으로 수행되어 A-Z 오정렬을 증진시키고/시키거나 확인하는 방법.
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