KR20100041024A - Apparatus for six-degree-of-freedom displacement measurement using a two-dimensional grating - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 6 자유도 변위 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2차원 회절 격자를 이용한 3축 변위 측정방법을 확장하여 3축 회전 각도를 포함한 6 자유도 측정이 가능한 6 자유도 변위 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a six degree of freedom displacement measuring apparatus, and more particularly, to a six degree of freedom displacement measuring apparatus capable of measuring six degrees of freedom including a three axis rotation angle by extending a three axis displacement measuring method using a two-dimensional diffraction grating. It is about.
통상, 정밀 측정기기나 가공기기에는 측정기나 가공기를 원하는 위치까지 이동시키기 위한 스테이지가 부착되어 있다. 이 스테이지가 구동되면 스테이지에는 구동축 방향의 직선 운동과 함께 기생 운동 (2축 직선 운동과 3축 회전 운동) 발생한다. 따라서 정밀 스테이지의 성능은 이러한 기생 운동을 평가하고 감소시켜 정확한 직선 운동을 할 수 있는가에 따라 결정된다.Usually, a precision measuring instrument and a processing apparatus are attached with a stage for moving a measuring instrument or a processing machine to a desired position. When this stage is driven, the stage generates parasitic motion (two-axis linear motion and three-axis rotational motion) together with the linear motion in the drive shaft direction. Therefore, the performance of the precision stage is determined by evaluating and reducing these parasitic motions to ensure accurate linear motion.
따라서 이송대의 정확한 구동이나 성능향상을 위해서는 이송축의 위치변화(변위)와 다축 기생 운동을 측정할 수 있는 기기가 필요하다. 기존의 측정 방법으로는 구동 변위와 5축 방향의 기생 운동을 동시에 측정할 수 없어 여러 종류의 측 정기를 사용하여야 하고 이에 따라 측정 정확도가 감소되고 측정의 어려움이 증가되고 있다.Therefore, in order to accurately drive or improve the performance of the feeder, a device capable of measuring the position change (displacement) and multi-axis parasitic motion of the feed shaft is required. Conventional measuring methods cannot measure the driving displacement and parasitic motion in the 5-axis direction at the same time. Therefore, various types of measuring instruments have to be used, which reduces the measurement accuracy and increases the difficulty of the measurement.
도 6은 변위를 측정하기 위한 마이켈슨 간섭계의 예시도이다.6 is an exemplary diagram of a Michelson interferometer for measuring displacement.
먼저, 광원(Light Source)(101)에서 나온 빛 중 P-편광은 편광 분할기(polarizing beam splitter)(102)에 의해 반사되어 1/4 파장판(quarter wave plate)(105)을 투과한 후 기준 거울(106)에 입사되고, S-편광은 편광 분할기(102)와 1/4 파장판(103)을 투과한 후 스테이지와 함께 이동되는 스테이지 거울(stage mirror)(104)에 입사된다.First, P-polarized light out of the
이때 1/4 파장판(105)에 의해 기준 거울(106)에 원편광(circular polarized light)으로 입사되었던 선편광(linear polarized light)인 P-편광은 다시 1/4 파장판(105)을 투과하면서 수직으로 방향 전환된 S-편광 성분으로 변형된 후 편광분할기(102)를 투과하여 선편광기(107)에 입사된다. At this time, the P-polarized light, which is linear polarized light that was incident on the
이 S-편광은 편광 방향이 45°로 놓인 선편광기(107)에 의해 S-편광과 P-편광 성분을 모두 갖는 선편광으로 변형되어 거리 측정을 위한 기준광으로 광 검출기(photo diode)(108)에 입사된다.This S-polarized light is transformed into linearly polarized light having both S-polarized light and P-polarized light by the
또한 1/4 파장판(103)에 의해 스테이지 거울(104)에 원편광으로 입사되었던 원편광인 S-편광은 반사되어 1/4 파장판(103)을 투과하면서 수직으로 방향 전환된 P-편광 성분으로 변환된 후 편광 분할기(102)에 의해 반사된다. In addition, the S-polarized light, which is circularly polarized light incident on the
이 P-편광은 편광 방향이 45°로 놓인 선편광기(107)를 거치면서 S-편광 성분과 P-편광 성분을 모두 갖춘 선편광으로 변형되어 거리측정을 위한 빛으로 광 검 출기(108)에 입사된다.This P-polarized light is transformed into a linearly polarized light having both an S-polarized component and a P-polarized component while passing through the
이에 따라 광 검출기(108)에 연결된 도시되지 않은 신호 처리회로(signal process circuit)와 컴퓨터는 기준 거울(106)에 의해 반사된 빛과 스테이지 거울(104)에 반사된 빛의 위상차를 비교 분석하여 스테이지 거울(104), 즉 스테이지에 의해 위치 이동된 정밀 측정기기의 측정기나 가공기기의 가공기의 전후 이동거리를 연산할 수 있다.Accordingly, a signal process circuit (not shown) connected to the
상기한 레이저 간섭계는 빛의 파장을 단위로 변위를 측정하므로 나노미터 수준까지 정밀하게 측정할 수 있지만 각도 변화는 측정할 수 없다. 경우에 따라서는 상기한 레이저 간섭계의 구조를 바꿔서 변위와 한 방향의 각도 변화를 동시에 측정할 수는 있으나 아직까지 변위와 두 방향의 각도를 동시에 측정할 수 없다.Since the laser interferometer measures displacement based on the wavelength of light, the laser interferometer can accurately measure down to the nanometer level, but cannot measure the angular change. In some cases, the structure of the laser interferometer may be changed to measure the displacement and the angle change in one direction at the same time, but the displacement and the angle in both directions may not be measured at the same time.
도 7은 정밀한 각도 변화를 측정하기 위한 오토콜리메이터(autocollimator)의 원리도이다.7 is a principle diagram of an autocollimator for measuring precise angle changes.
먼저, 핀 홀(pin hole)(202)을 통해 광원(201)에서 나온 빛 중 일부는 광 분할기(203)를 투과해서 렌즈(204)를 통해 평행빔(collimated beam)이 되어 스테이지 거울(205)에 입사되고, 나머지 일부는 광 분할기(203)에 의해 반사(도시되지 않음)된다.First, some of the light emitted from the
스테이지 거울(205)에 입사되었다 반사되는 빛 중 일부는 광 분할기(203)에 의해 반사되어 위치 감지 검출기(position sensitive detector)(206)에 입사되고, 나머지 일부는 광 분할기(203)를 투과해서 광원(201)으로 입사(도시하지 않음)된다. Some of the light that has been incident on the
이때 위치 감지 검출기(206)에 입사되는 빛은 입사위치를 정확하게 파악할 수 있도록 렌즈(204)에 의해 하나의 점으로 집광된다.At this time, the light incident on the
따라서 위치 감지 검출기(206)에 연결된 도시되지 않은 신호 처리회로와 컴퓨터는 위치 감지 검출기(206)에 입사된 빛의 위치를 분석하여 스테이지 거울(205), 즉 스테이지에 의해 위치 이동된 정밀 측정기기의 측정기나 가공기기의 가공기의 두 방향의 각도변화를 연산할 수 있다.Accordingly, a signal processing circuit and a computer (not shown) connected to the
상기한 오토콜리메이터는 작은 각도 변화를 정밀하게 측정하는 기기로서 두 방향(yaw와 pitch)의 각도 변화를 측정할 수 있으나 거리는 측정할 수 없다. 따라서 변위와 각도 변화를 모두 측정하기 위해서는 레이저 간섭계와 오토콜리메이터가 함께 사용되어야 한다. The auto collimator is a device that accurately measures small angle changes, and can measure angle changes in two directions (yaw and pitch), but cannot measure distance. Therefore, a laser interferometer and an autocollimator must be used together to measure both displacement and angle change.
그러나, 서로 다른 두 장비로 변위와 각도 변화를 측정하는 경우에는 두 물리량의 측정 축이 서로 다르므로 아베 오차(abbe error)가 생겨 측정성능의 제한이 생긴다. However, in case of measuring displacement and angular change with two different devices, the measurement axes of the two physical quantities are different from each other, resulting in an Abbe error, thereby limiting the measurement performance.
또한 서로 다른 두 장비로 변위와 각도 변화를 측정하기 위해서는 별도의 추가 장치를 필요로 하므로 변위와 각도 변화측정을 위한 비용이 증가한다는 결점이 있다.In addition, the measurement of displacement and angle change with two different equipment requires a separate additional device, which increases the cost of measuring displacement and angle change.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 기존의 3축 변위측정에서 미러 대신에 광분할기를 사용하여 하나의 광원에서 나온 회절빔으로부터 회전각도 측정을 위한 회절빔을 하나 더 추출함으로써, 정밀 측정기기나 가공기기 등에서 측정기나 가공기를 위치이동시키는 스테이지에 부착된 회절격자의 3축 변위 및 3방향의 회전각도의 변화를 동시에 측정할 수 있도록 한 6 자유도 변위 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, by extracting one more diffraction beam for rotation angle measurement from the diffraction beam from one light source using a light splitter instead of a mirror in the conventional three-axis displacement measurement, The purpose of the present invention is to provide a six degree of freedom displacement measuring device capable of simultaneously measuring the three-axis displacement and the change in the rotation angle in three directions of a diffraction grating attached to a stage for moving a measuring device or a processing machine in a precision measuring device or a processing device. have.
상기한 목적은 단일파장의 레이저 빔을 갖는 광원; 측정물의 표면에 부착되며, 상기 광원으로부터 입사되어 복수의 회절빔을 발생시키는 회절격자; 상기 회절격자의 Z축 방향 변위를 측정하기 위한 Z축 변위측정수단; 상기 회절격자의 X축 방향 변위를 측정하기 위한 X축 변위측정수단; 상기 회절격자의 Y축 방향 변위를 측정하기 위한 Y축 변위측정수단; 상기 회절격자의 X,Y,Z축 회전각도를 측정하기 위한 3축 회전각도측정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 6 자유도 변위 측정 장치에 의해 달성된다.The above object is a light source having a single wavelength laser beam; A diffraction grating attached to a surface of a workpiece and generating a plurality of diffraction beams incident from the light source; Z-axis displacement measuring means for measuring the Z-axis displacement of the diffraction grating; X-axis displacement measuring means for measuring the X-axis displacement of the diffraction grating; Y-axis displacement measuring means for measuring the Y-axis displacement of the diffraction grating; It is achieved by a six degree of freedom displacement measuring device characterized in that it comprises a three-axis rotation angle measuring means for measuring the X, Y, Z axis rotation angle of the diffraction grating.
바람직하게는, 상기 Z축 변위측정수단은 광원과 회절격자 사이에 배치되고, 상기 광원에서 나온 빛 중 일부를 반사하고 나머지 일부를 투과시키는 Z축 광분할기; 상기 광분할기에서 투과된 빛 중 일부를 반사시키고 나머지 일부를 투과시키는 편광분할기; 상기 Z축 광분할기 및 편광분할기에 의해 반사된 빔의 위상차를 검출하는 기준빔 광검출기 및 Z축방향 광검출기를 포함하고, 상기 광검출기에 의해 검출된 위상차를 통해 Z축 방향의 변위를 측정한다.Preferably, the Z-axis displacement measuring means is disposed between the light source and the diffraction grating, the Z-axis splitter for reflecting some of the light emitted from the light source and transmits the remaining portion; A polarization splitter that reflects a part of the light transmitted from the light splitter and transmits a part of the light; A reference beam photodetector and a Z-axis photodetector for detecting the phase difference of the beam reflected by the Z-axis optical splitter and the polarization splitter, and measuring the displacement in the Z-axis direction through the phase difference detected by the photodetector .
상기 X축 변위측정수단은 회절격자에 의해 반사된 X축방향 회절빔의 경로에 배치되어 상기 회절빔을 반사시키는 미러; 상기 미러에 의해 반사된 회절빔의 일부를 반사시키고 나머지 일부를 투과시키는 X축 편광분할기; 상기 X축 편광분할기를 통해 반사된 회절빔과 투과된 빔의 위상차를 검출하는 제1 및 제2광검출기를 포함하고, 상기 광검출기에 의해 검출된 위상차를 통해 X축 방향의 변위를 측정한다.The X-axis displacement measuring means includes a mirror disposed in the path of the X-axis diffraction beam reflected by the diffraction grating to reflect the diffraction beam; An X-axis polarization splitter that reflects a portion of the diffracted beam reflected by the mirror and transmits the remaining portion; And first and second photodetectors for detecting a phase difference between the diffracted beam and the transmitted beam reflected through the X-axis polarization splitter, and measuring displacement in the X-axis direction through the phase difference detected by the photodetector.
상기 Y축 변위측정수단은 회절격자에 의해 반사된 Y축방향 회절빔의 경로에 배치되어 상기 회절빔의 일부를 반사시키는 Y축 광분할기; 상기 Y축 광분할기에 의해 반사된 회절빔의 일부를 반사시키고 나머지 일부를 투과시키는 Y축 편광분할기; 상기 Y축 편광분할기를 통해 반사된 회절빔과 투과된 빔의 위상차를 검출하는 제3 및 제4광검출기를 포함하고, 상기 광검출기에 의해 검출된 위상차를 통해 Y축 방향의 변위를 측정한다.The Y-axis displacement measuring means includes a Y-axis splitter disposed in a path of the Y-axis diffraction beam reflected by the diffraction grating to reflect a portion of the diffraction beam; A Y-axis polarization splitter that reflects a portion of the diffracted beam reflected by the Y-axis splitter and transmits the remaining portion; And a third and fourth photodetectors for detecting a phase difference between the diffracted beam and the transmitted beam reflected through the Y-axis polarization splitter, and measuring displacement in the Y-axis direction through the phase difference detected by the photodetector.
상기 3축 회전각도측정수단은 Y축 광분할기를 통해 투과된 회절빔의 위치변화를 감지하는 위치감지검출기와, 상기 Y축 광분할기와 위치감지검출기 사이에 상기 회절빔이 투과되도록 설치된 렌즈를 포함하고, 상기 위치감지검출기를 통해 감지된 위치변화로 3축의 회전각도를 계산한다.The three-axis rotation angle measuring means includes a position detection detector for detecting a position change of the diffraction beam transmitted through the Y-axis optical splitter, and a lens installed to transmit the diffraction beam between the Y-axis optical splitter and the position detection detector. Then, the rotation angle of the three axes is calculated by the position change detected by the position detection detector.
이에 따라 본 발명에 따른 6 자유도 변위 측정 장치에 의하면, 기존의 격자간섭계, 레이저 간섭계, 오토콜리메이터 기능을 모두 갖춘 하나의 복합측정장치를 구성함으로써, 스테이지에 의해 위치 이동되는 정밀 측정기기의 측정기나 가공기기의 가공기 등과 같은 측정대상의 3축 이동변위와 3축 회전각도를 동시에 측정할 수 있다.Accordingly, according to the six-degree-of-freedom displacement measuring apparatus according to the present invention, by configuring a single complex measuring device having all of the existing grating interferometer, laser interferometer, auto collimator function, the measuring device of the precision measuring device that is moved by the stage It is possible to simultaneously measure the three-axis movement displacement and the three-axis rotation angle of the measurement object such as the processing machine of the processing equipment.
또한, 하나의 장비로 거리와 각도변화를 동시에 측정할 수 있어 측정시간을 단축할 수 있을 뿐만아니라 변위측정과 각도측정을 위한 장비를 각각 구입할 필요가 없으므로 비용을 절감할 수 있다.In addition, it is possible to measure distance and angle change at the same time with a single device, which not only shortens the measurement time but also reduces the cost because there is no need to purchase equipment for displacement measurement and angle measurement.
또한, 동일한 광원에서 나오는 빛을 이용하므로 3축 직선 변위와 3축 각도 변화를 아베의 오차 없이 동시에 측정할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the light from the same light source is used, the three-axis linear displacement and the three-axis angle change can be simultaneously measured without an error of ABE.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 6 자유도 변위 측정 장치의 개념을 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 도 1의 평면도이고, 도 3은 도 1의 6 자유도 변위 측정 장치에서 X축 방향의 측면을 나타내는 구성도이고, 도 4는 도 1의 6 자유도 변위 측정 장치에서 Y축 방향의 측면을 나타내는 구성도이고, 도 5는 도 1의 6 자유도 변위 측정 장치에서 3축 회전각도 측정방법을 설명하기 위한 개념도이고 각 축 방향 회전 변위에 따른 위치검출기 상 회절빔의 감지 위치 변화를 나타낸다.1 is a conceptual view illustrating a concept of a 6 degree of freedom displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of FIG. 1, and FIG. 3 is a view of the 6 degree of freedom displacement measuring apparatus of FIG. 1. 4 is a configuration diagram showing a side in the X-axis direction, FIG. 4 is a configuration diagram showing a side in the Y-axis direction in the 6 degrees of freedom displacement measuring apparatus of FIG. 1, and FIG. 5 is a 3 axis in the 6 degrees of freedom displacement measuring apparatus of FIG. 1. This is a conceptual diagram illustrating a method of measuring a rotation angle, and shows a change in sensing position of a diffraction beam on a position detector according to each axial rotational displacement.
본 발명에 따른 정밀 측정기기나 가공기기에는 정밀 측정기기나 가공기기(측 정물(10))의 6자유도, 즉 X축, Y축, Z축 변위와, X축, Y축, Z축 회전각도를 측정하기 위해 회절격자(11)를 부착한다.In the precision measuring device or processing device according to the present invention, six degrees of freedom of the precision measuring device or processing device (measurement 10), that is, X axis, Y axis, Z axis displacement, and X axis, Y axis, Z axis rotation angle A diffraction grating 11 is attached for measurement.
상기 회절격자(11)는 X축과 Y축 방향의 2차원 평면에서 요철형태를 가지며, 위에서 보면 주기적인 형상의 사각형 또는 사인파 형태로 돌출되어 있다. 이때, 회절격자(11)의 간격은 수직으로 입사된 레이저 빔에 의해서 발생되는 회절빔의 각도가 측정 시스템을 구성하기 용이하도록 결정된다.The diffraction grating 11 has a concave-convex shape in a two-dimensional plane in the X-axis and Y-axis directions, and protrudes in a rectangular or sinusoidal shape of a periodic shape when viewed from above. At this time, the interval of the
광원(12)은 파장, 위상, 진행방향이 같은 빛을 내며, 세기가 아주 강하고 멀리까지 퍼지지 않고 전달되는 단색광을 방출하는 레이저 빔을 사용한다.The
광원(12)을 회절격자(11)면에 수직방향으로 입사시키고 회절격자면에서 반사된 4개의 회절빔 -1x, +1x, -1y, +1y를 얻는다.The
먼저, Z축 방향의 변위를 구하기 위해 광원(12)과 회절격자(11) 사이에 Z축방향으로 광분할기(13)(BS,Beam Splitter)와, 편광분할기(14)(PBS, Polarizing Beam Splitter), 기준빔 광검출기(18), Z축방향 광검출기(19)를 구성한다.First, a light splitter 13 (BS, beam splitter) and a polarizer splitter 14 (PBS) in the Z-axis direction between the
상기 광분할기(13)는 광원(12)에서 나온 빛을 2개로 분할하는 역할을 하고, 광원(12)에서 나온 빛 중 일부는 반사시키고, 다른 일부는 투과시키게 된다.The
광원(12)에서 나온 빛 중 일부가 광분할기(13)에 의해 반사되어 45°편광필터(17)를 투과한 후 기준빔 광검출기(18)로 입사되고, 광원(12)에서 나온 빛 중 일부가 광분할기(13)를 투과한 후 편광분할기(14)에 의해 반사되어 반파장판(15)(Half Wave Plate)을 투과한다.Some of the light emitted from the
광원(12)에서 나온 빛 중 일부가 광분할기(13), 편광분할기(14), 반파장 판(15)(Half Wave Plate)을 투과한 후 회절격자(11)에 입사된다.Some of the light emitted from the
회절격자(10)에서 수직 반사된 0차 회절빔은 반파장판(15)(Half Wave Plate)을 투과한 후 편광분할기(14)에서 반사되어 45°편광필터(17)를 투과한 후 Z축 방향 광검출기(19)로 입사된다.The zero-order diffracted beam reflected by the diffraction grating 10 is transmitted through the
따라서, 상기 기준빔 광검출기(18)와 Z축방향 광검출기(19)에 연결된 신호처리회로와 컴퓨터가 광분할기(13)에 의해 반사된 빛과 편광분할기(14)에 의해 반사된 빛의 위상차를 비교 분석하여 측정물(10)의 Z축방향 변위를 계산할 수 있다.Therefore, the signal processing circuit connected to the
다음은 X축, Y축 변위를 측정한다. X축 변위를 측정하기 위해 미러(20), 편광분할기(21)를 추가로 구성한다. Next, the X and Y axis displacements are measured. The
광원(12)에서 나온 빛은 광분할기(13)와 편광분할기(14)를 투과한 후 회절격자(11)에서 반사되어 -1x와 +1x의 회절빔을 얻는다. 상기 -1x와 +1x의 회절빔은 미러(20)에 의해 반사되며 X축방향 편광분할기(21)를 통해 2개의 빛으로 분할된다.The light emitted from the
미러(20)에서 반사된 -1x 회절빔 중 일부는 상기 편광분할기(21)에 의해 반사된 후 X축방향 제1광검출기(22)로 입사되고, 편광분할기(21)를 투과한 빛은 X축방향 제2광검출기(23)로 입사된다.Some of the -1x diffracted beams reflected by the
또한, 미러(20)에서 반사된 +1x 회절빔 중 일부는 상기 편광분할기(21)에 의해 반사되어 X축방향 제2광검출기(23)로 입사되고, 편광분할기(21)를 투과한 빛은 X축방향 제1광검출기(22)로 입사된다.In addition, part of the + 1x diffracted beam reflected from the
따라서, 상기 X축방향 제1광검출기(22)와 제2광검출기(23)에 연결된 신호처리회로와 컴퓨터가 편광분할기(21)에 의해 반사된 빛과 편광분할기(21)를 투과한 빛의 위상차를 비교 분석하여 측정물(10)의 X축방향 변위를 계산할 수 있다.Accordingly, the signal processing circuit and the computer connected to the first and
Y축 변위를 측정하기 위해 광분할기(26), 편광분할기(21)를 추가로 구성한다. A
여기서, 미러(20)를 사용하지 않고 광분할기(26)를 사용하는 목적은 3축 변위를 확장하여 3축 회전각도를 동일한 광축(광원(12))에서 측정하기 위함이다. 왜냐하면, 만약에 미러(20)를 사용할 경우 회절빔을 경로를 바꾸어 반사만 시키므로, 하나의 광축으로 본 발명에서 회전각도를 측정하기 위한 회절빔을 얻을 수 없기 때문이다.Here, the purpose of using the
광원(12)에서 나온 빛은 광분할기(26)와 편광분할기(21)를 투과한 후 회절격자(11)에서 반사되어 -1y와 +1y의 회절빔을 얻는다. 상기 -1y와 +1y의 회절빔은 광분할기(26)에 의해 반사되며 Y축방향 편광분할기(21)를 통해 2개의 빛으로 분할된다.The light emitted from the
광분할기(26)에서 반사된 -1y 회절빔 중 일부는 상기 편광분할기(21)에 의해 반사된 후 Y축방향 제3광검출기(24)로 입사되고, 편광분할기(21)를 투과한 빛은 Y축방향 제4광검출기(25)로 입사된다.Some of the -1y diffraction beams reflected by the
또한, 광분할기(26)에서 반사된 +1y 회절빔 중 일부는 상기 편광분할기(21)에 의해 반사되어 Y축방향 제4광검출기(25)로 입사되고, 편광분할기(21)를 투과한 빛은 Y축방향 제3광검출기(24)로 입사된다.In addition, some of the + 1y diffracted beams reflected by the
따라서, 상기 Y축방향 제3광검출기(24)와 제4광검출기(25)에 연결된 신호처리회로와 컴퓨터가 편광분할기(21)에 의해 반사된 빛과 편광분할기(21)를 투과한 빛의 위상차를 비교 분석하여 측정물(10)의 Y축방향 변위를 계산할 수 있다.Accordingly, the signal processing circuit and the computer connected to the third and
한편, 상기 Y축방향 광분할기(26)를 투과한 Y축방향 회절빔을 이용하여 측정물(10)의 X축, Y축, Z축의 회전각도(θx, θy, θx)를 측정한다. 상기 Y축방향의 회절빔을 이용하여 회절빔의 위치변화를 위치감지검출기(28)가 검출한 다음, 상기 회절빔의 위치변화를 각도로 환산하면 다음 식과 같다.Meanwhile, the rotation angles (θx, θy, θx) of the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the
여기서, dX+1,dX-1,dY+1,dY-1 은 위치감지검출기(28)로 측정된 회절빔의 X축과 Y축 방향 위치변화량이고, f는 렌즈(27)와 포토 다이오드 사이의 거리이며, dX+1,dX-1,dY+1,dY-1 의 값은 3축 변위 측정과는 별개의 값이다.Here, dX +1 , dX -1 , dY +1 , dY -1 are the amount of change in the X and Y axis directions of the diffraction beam measured by the
3축 회전각도를 측정하는 원리는 오토콜리메이터(autocollimator)와 같다. 즉 회절격자(11)에서 반사된 후 광분할기(26)를 투과한 회절빔은 위치감지검출기(28)로 입사되고, 위치감지검출기(28)에 입사되는 빛은 입사위치를 정확하게 파악할 수 있도록 렌즈(27)에 의해 하나의 점으로 집광된다.The principle of measuring the three-axis rotation angle is the same as that of an autocollimator. That is, the diffracted beam reflected from the
따라서, 위치감지검출기(28)에 연결된 도시되지 않은 신호 처리회로와 컴퓨터는 위치 감지 검출기에 입사된 빛의 위치를 분석하여 위치이동된 측정물(10)의 3 축방향의 각도변화를 연산할 수 있다.Therefore, a signal processing circuit and a computer (not shown) connected to the
이와 같은 방법에 따라, 광원(12)을 회절격자(11)에 입사시켜 얻은 4개의 회절빔을 이용하여 3축 변위를 측정하는 원리는 종래의 3축변위 측정과 대동소이하나, 미러(20) 대신에 광분할기(26)를 통해 회절빔을 하나 더 추출하여 3축 회전각도를 측정함으로써, 3축 변위 측정을 확장하여 3축 회전각도를 동일한 광축상에서 동시에 측정할 수 있다.According to this method, the principle of measuring the three-axis displacement using four diffraction beams obtained by injecting the
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all the various forms of embodiments that can be carried out without departing from the spirit.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 6 자유도 변위 측정 장치의 개념을 설명하기 위한 개념도,1 is a conceptual diagram for explaining the concept of a six degree of freedom displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention,
도 2는 도 1의 평면도,2 is a plan view of FIG.
도 3은 도 1의 6 자유도 변위 측정 장치에서 X축 방향의 측면을 나타내는 구성도,3 is a configuration diagram showing the side of the X-axis direction in the 6 degree of freedom displacement measurement device of FIG.
도 4는 도 1의 6 자유도 변위 측정 장치에서 Y축 방향의 측면을 나타내는 구성도,4 is a configuration diagram showing the side in the Y-axis direction in the six degree of freedom displacement measurement device of FIG.
도 5는 도 1의 6 자유도 변위 측정 장치에서 3축 회전각도 측정방법을 설명하기 위한 개념도,5 is a conceptual diagram for explaining a three-axis rotation angle measuring method in the six degree of freedom displacement measuring apparatus of FIG.
도 6은 변위를 측정하기 위한 마이켈슨 간섭계의 예시도,6 is an exemplary diagram of a Michelson interferometer for measuring displacement;
도 7은 정밀한 각도 변화를 측정하기 위한 오토콜리메이터(autocollimator)의 원리도이다.7 is a principle diagram of an autocollimator for measuring precise angle changes.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 측정물 11 : 회절격자10: measuring object 11: diffraction grating
12 : 광원 13 : Z축 광분할기12 light source 13 Z-axis light splitter
14 : Z축 편광분할기 15 : 반파장판14 Z-
16,20 : 미러 17 : 편광필터16,20
18 : 기준빔 광검출기 19 : Z축방향 광검출기18: reference beam photodetector 19: Z-axis photodetector
21 : X축,Y축 편광분할기 22 : 제1광검출기21: X-axis, Y-axis polarization splitter 22: First photodetector
23 : 제2광검출기 24 : 제3광검출기23: second photodetector 24: third photodetector
25 : 제4광검출기 26 : Y축 광분할기25: fourth photodetector 26: Y-axis light splitter
27 : 렌즈 28 : 위치감지검출기27: lens 28: position detection detector
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