KR890002805B1 - 변위 측정기 및 그 측정법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명에 따른 변위 측정기의 광학 도형.
제2도는 제1도의 부분 확대도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 발광제 12 : 렌즈
14 : 지시회절격자 16 : 반사눈금회절격자
18 : 광검출기
W와 Z : 지시회절격자(14)의 계단높이와 폭
본 발명은 길이 또는 각 변위를 측정할 수 있는 모아 레엔코더(Moire encoders)라고 불리는 장치의 사용에 의한 변위 측정장치와 그 측정방법에 관한 것이다.
본 발명은 그 근원이 영국 특허명세서 No. 1474049(Leitz)와 옵티컬 스펙트로스코피(Optical Spectroscopy)14 : 215(1963)에 발표된 레스도버(Rassudova)와 게라시므프(Gerasimov)에 의한 문헌에 기재된 기술을 선행기술로 하고 있다. 이 기술은 격자의 하나를 반사격자로 함으로서 실제로는 2개의 격자구조로서 충족되는 3격자 간섭구조를 나타낸다. 이때 모아레 밴드(Moire band)가 발생되고, 이러한 밴드를 조사하면 2개의 격자사이의 상대운동의 크기와 방향이 검출가능하게 된다.
본 발명은 보통 40㎛의 핏치(Pitch)를 갖는 미세한 회절격차를 사용해서 매우높은 분해능 및 완화된 격자의 정열공차(alignment tolerance)를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
모아레 밴드는 정밀성을 위하여 동일주자계(Scanning field)를 보도록 광전검출기에 의하여 검출된다.
따라서, 촛점면 검출기를 사용하고 -1, 0+1 차수의 회절를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
그러므로, 검출기에 의하여 신호사이의 위상분리를 얻을 필요가 있다. 라이츠(Leitz)의 명세서중 하나의 격자는 격자사이의 상이한 간격을 제공하도록 타방에 대하여 경사져있다.
이 시스템의 주된 결점은 위상분리 내지 위상옵셀(offset)의 크기가 2개의 격자사이의 간격에 크게 의존한다고 하는데에 있다.
미세격자(즉 8㎛)를 위해서는 이 간격은 쉽게 ㎛정도 이어야하며 위상분리의 작은 변동이라도 상대위상의 차이가 허용될 수 없는 것으로 되게 한다. 따라서 본 발명은 선행기술(라이츠(Leitz)의 특허)의 결점을 가지지 않는 윗상 옵셀을 얻는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 의한, 인덱스(Index)격자와 반사스케일격자의 어느 하나를 보지하는 2개의 부재사이의 상대적 변위를 측정하기 위한 변위 측정장치에 의하면, 일방의 부재에 취부된 인덱스격자와, 타방의 부재에 취부된 반사스케일격자와, 인덱스격자 및 반사스케일격자를 조명하고 인덱스격자와 반사스케일격자의 상이 간섭하여 간섭상을 형성하기 위한 광원과, 간섭상을 검출하고 2개의 부재사이의 상대운동을 나타내는 상응한 출력신호를 발생하기 위한 복수개의 검출기로 이루어지고, 포위매체와는 다른 굴절율을 가진 재료의 다른 두께를 광이 통과함으로써 인덱스격자로부터 스케일격자까지의 광학적 로정길이가 스케일격자로부터 인덱스격자까지의 광학적 로정길이와는 다르게되어 상기 출력신호의 위상이 상이하도록 구성된다.
상이 광학적 로정길이의 차이는 바람직하기로는 계단상 형태의 인덱스격자를 배열함으로써 달성할수 있지만, 다른 배열은 인덱스격자는 종래대로이고, 필요한 광학적 로정길이의 차이를 얻도록 인덱스격자와 스케일격자사이에 계단상 부재가 삽입되게 함으로서도 얻어질 수 있다.
상기 인덱스격자는 바람직하기로는 구형상의 격자를 가지며 또한 투과율과 제1차 광신호에 있어서 변조길이를 최대로하도록 설정되어 있다.
상기 시케일격자는 100%의 호칭 반사율을 가지는 것이 이상적이지만, 바람직하기로는 튼튼하고 내구성이 있는 재료로 만들어지고 구형의 홈을 가진다. 상기 격자는 자외선 경화폴리머를 사용하여 만들어지며, 이것은 정확하고 신뢰성이 있는 응답성을 가지고 있다. 자외선경화폴리머는 스크린인쇄에 있어서 기재로서 널리사용된다. 잉크를 칠할때, 이들 재료는 프라스틱이나 금속에 코팅될 수 있다. 자외선의 조사는 기재와 관련하여 인정한 화합물을 생성하는 재료의 중합을 행하게 한다.
인덱스격자와 반사스케일격자의 어느 하나를 각각 보지하고 있는 두 부재사이의 상대적 변위를 측정하는 본 발명에 의하면, 인덱스격자와 스케일격자를 광으로서 조사함으로써, 스케일격자의 상이 인덱스격자와 간섭하여 간섭상을 형성하는 과정과, 상기 간섭상을 검출하여 두 부재사이의 상대적인 운동을 나타내는 상응한 출력신호를 발생하는 과정과, 인덱스격자로부터 스케일까지의 광학적 로정길이가, 포위매체와는 다른 골절율을 가지는 재료의 서로 다른 두께를 광이 통과함으로써, 스케일격자로부터 인덱스 굴절율까지의 광학적 로정의 길이가 다르도록 배열함으로써 출력신호에 대하여 위상분리 또는 위상옵셀이 생기도록 하는 과정으로 이루어져 있다.
상기한 본 발명의 방법에 있어서, 인덱스격자는 바랍직하기로는 계단상이고 인덱스격자에 증대하는 두께를 주도록 각각의 불균등한 단차를 가지고 있다. 전술한 바와같이, 계산상 인덱스격자의 각 단자의 높이는 종래기술(라이츠(Leitz)의 배열과는 달리, 상호 격자사이의 간격에 의존하지 않는 위상옵셀 또는 위상분리를 결정한다.
본 발명을 도시한 실시예를 근거하여 구체적으로 설명한다.
제1도에 의하면, 본 발명에 의한 장치는, 광원(10), 렌즈(12), 계단상 인덱스격자(14), 반사스케일격자(10) 광원(10)의 제로차상 및 일차 상에 상당하는 위치에 있는 3개의 촛점면 광검출기(18)로 이루어져 있다.
실제의 실시예에 있어서는 구성부재(10, 12, 14 및 18)는 반사스케일격자(16)에 대하여 이동가능한 판독헤드(redding head)상에 부착되어 있다.
상기 검출기(18)로부터의 출력신호는 정지의 스케일격자(16)에 대한 판독 헤드의 변위의 방향 및 크기를 나타낸다.
상기 부재사이의 직선운동 및 각 운동이 측정될 수 있다.
제2도를 참조하면, 인덱스단자(14)의 그라스는 복수개의 동일높이(△Z) 및 동일 폭(W)의 단을 가지고 있다. 격자(14,16)사이의 갭은 Z이다. 제2도에 표시된 대표적인 광선에 의하면, 인덱스격자(14)로부터 스케일격자(16)까지의 광학적로정길이는, 인덱스격자(14)까지의 포위매체보다 높은 굴절을 재료의 단(段)의 분만큼 스케일격자(16)에서 인덱스격자(14)까지의 되돌아오는 광학적조정의 길이보다는 짧은 것을 알 수 있다.
인덱스격자상에 형성된 단은 광전검출기(18)에 의해 만들어지는 출력신호에 대하여 위상분리를 발생하게 한다. 또는 단차 Z는 위상분리를 결정하고, 이 단차는 출력신호간에 120의 위상분리를 발생하도록 선택되어 있다.
실제상의 시스템은 아래와 같은 값을 가질 수 있다.
z…격자의 호칭캡 5mm
f…렌즈(12)의 촛점거리 30mm
y…검출기와 광원과의 간격 6mm
d…격자 핏치 8㎛
…조명광 파장 0.93m
이와같을때 인덱스격자(14)의 각 단의 값은 다음과 같다.
단차 z=0.045mm
단폭w=1.0m
Claims (14)
- 두 부재사이의 상대적인 변위를 측정하는 변위 측정장치에 있어서, 일방의 부재에 취부된 인덱스격자와, 타방의 부재에 취부된 반사스케일격자와, 상기 인덱스격자와 반사스케일격자를 조명하여 인덱스격자와 반사스케일격자의 상이 간섭하여 간섭상을 형성하기 위한 광원과, 렌즈와, 이 렌즈의 촛점면에 위치함과 동시에 간섭상의 적어도 3개의 선택된 회절차수의 각각을 검출하도록 하여 2개 부재사이의 상대운동을 나타내는, 상응한 출력신호를 발생하기 위한 적어도 3개이상의 검출기로 이루어지고, 선택된 광원으로부터 선택된 3개의 회절차수의 광이, 주위매체와는 다른 굴절율을 가지는 재료의 제1두께를 인덱스격자로부터 반사스케일격자까지 통과되고, 반사스케일격자로부터 인덱스격자까지는 상기 재료의 제2두께에 통과되도록 상기 재료의 다른두께를 상기 광이 통과되어 인덱스격자로부터 반사스케일격자까지의 상기 광의 광학적 로정길이가 반사스케일로부터 인덱스격자까지의 광학적 로정길이와의 상이에 따라 상기 출력신호의 위상이 다르게 되도록 구성됨을 특징으로 하는 변위측정장치.
- 특허청구의 범위 제 1 항에 있어서, 상기 인덱스격자는 불균등하게 증대하는 두께를 가지도록 구성됨을 특징으로 하는 변위측정장치.
- 특허청구의 범위 제 2 항에 있어서, 상기 인덱스격자는 계단상 형태를 가지도록구성됨을 특징으로 하는 변위측정장치.
- 특허청구의 범위 제 3 항에 있어서, 상기 인덱스격자는 반사스케일격자로 향한측을 계단상으로 형성되게 구성됨을 특징으로 하는 변위측정장치.
- 특허청구 범위 제 1 항에 있어서, 인덱스격자와 반사스케일격자사이에 불균등하게 증대하는 두께의 광학적 요소를 삽입하도록 구성됨을 특징으로 하는 변위측정장치.
- 특허청구의 범위 제 5 항에 있어서, 상기 광학적 요소는 계단상 형태를 가지도록구성됨을 특징으로 하는 변위측정장치.
- 특허청구의 범위 제 3항에 있어서, 상기 계단상 형태의 단차는 출력신호에 위상분리를 발생하게 특정지어지도록 구성됨을 특징으로 하는 변위측정장치.
- 특허청구의 범위 제 3 항에 있어서, 상기 계단상 형태의 계단은 구형계단으로 형성되게 구성됨을 특징으로 변위측정장치.
- 특허청구의 범위 제9항에 있어서, 상기 구형계단 형태는 균등한 높이의 뷸균등한 간격으로 이루어지는 계단으로 형성되게 구성됨을 특징으로 하는 변위측정장치.
- 특허청구의 범위 제 1 항에 있어서, 상기 반사스케일격자는 100%의 호칭반사율을 가지도록 구성됨을 특징으로 하는 변위측정장치.
- 특허청구의 범위 제 1 항에 있어서, 상기 반사스케일격자은 구형의 홈을 가지도록 구성됨을 특징으로 하는 변위측정장치.
- 두 부재사이의 상대적인 변위를 측정하는 변위 측정방법에 있어서, 인덱스격자와 반사스케일격자를 조명하여 반사스케일격자의 상이 인덱스격자와 간섭하여 간섭상을 만드는 과정과, 상기 간접상을 검출하여 양 부재사이의 상대운동을 나타내는 상응한출력신호를 발생하는 과정과, 포위매체와는 다른 굴절율을 가지는 재료의 상이한 두께를 광이 통과하도록 함으로써, 인덱스격자에서 반사스케일격자까지의 광학적 로정길이가 반사스케일격자로부터 인덱스격자까지의 광학적 조정길이와 다르도록 배열하여 출력신호에 대하여 위상분리 또는 위상 옵셋을 발생시키는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 변위측정방법.
- 특허청구의 범위 제13항에 있어서, 상기한 인덱스격자가 균등의 간격으로 균등한 높이의 각각의 계단으로 이루어지는 계단형상을 가지도록 하여 상기 과정들이 행하여짐을 특징으로 하는 변위측정방법.
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