DE102014209379A1

DE102014209379A1 - Laser-Tracking-Interferometer

Info

Publication number: DE102014209379A1
Application number: DE102014209379.1A
Authority: DE
Inventors: Shinichiro YANAKA; Masayuki Nara
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2014-11-27
Also published as: US9316487B2; JP2014228451A; JP6104708B2; US20140347673A1

Abstract

Ein Laser-Tracking-Interferometer umfasst einen Schlitten mit einer ersten Wegmesslehre, die ein einer relativen Verschiebung von einer Referenzkugel zugeordnetes Wegsignal ausgibt; einen zweiten Retroreflektor, der an dem Schlitten vorgesehen ist; ein Laser-Interferometer, das an dem Schlitten vorgesehen ist und ein einer relativen Verschiebung zwischen dem ersten Retroreflektor und dem zweiten Retroreflektor zugeordnetes Wegsignal ausgibt; und einen Datenprozessor, der eine relative Verschiebung des ersten Retroreflektors mit Bezug auf die Referenzkugel basierend auf dem von der ersten Wegmesslehre ausgegebenen Wegsignal und dem von dem Laser-Interferometer ausgegebenen Wegsignal berechnet.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität gemäß 35 U.S.C §119 der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-109550 , angemeldet am 24. Mai 2013, deren Offenbarung hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme vollinhaltlich mit aufgenommen wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laser-Tracking-Interferometer.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Bekannt ist ein Laser-Tracking-Interferometer mit festem Referenzpunkt (mit Bezug auf, zum Beispiel, US-Patent Nr. 6,147,748 , Japanisches Patent Nr. 2603429 und Japanisches Patent Nr. 4776454 ) bei dem ein erster Retroreflektor als Messkörper an einer Stirnseite einer Z-Achse oder dergleichen eines dreidimensionalen Messgeräts befestigt ist und ein Laserstrahl in Richtung des ersten Retroreflektors ausgestrahlt wird. Die Interferenz des von dem Retroreflektor in der umgekehrten Richtung (Richtung gegenläufig zur Ausstrahlung) reflektierten Laserstrahls wird benutzt, eine Abstandsänderung von der Mitte einer Referenzkugel, die ein Referenzpunkt der Messung ist, zum ersten Retroreflektor zu messen. Tracking wird auch basierend auf einer Änderung einer Position einer optischen Achse des Laserstrahls ausgeführt.
Weiterhin ist ein Laser-Interferometer bekannt, das eine Abstandsänderung zwischen zwei einander gegenüberliegenden Punkten misst, wobei das Interferometer zwischen den Punkten positioniert wird (mit Bezug auf, zum Beispiel, die japanische Patent-Auslegeschrift Nr. H7-190714).
1 ist ein schematisches Aufbauschaubild eines Hauptteils eines in dem japanischen Patent Nr. 4776454 offenbarten Laser-Tracking-Interferometers. In einer in 1 dargestellten Vorrichtung ist ein erster Retroreflektor 105 als Messkörper an einer Stirnseite einer Z-Achse oder dergleichen eines dreidimensionalen Messgeräts befestigt. Die Vorrichtung folgt dem sich im Raum bewegenden ersten Retroreflektor 105 und misst hochgenau einen Änderungsbetrag ΔL eines Abstands L von einem Mittelpunkt C einer Messkugel 101 zum ersten Retroreflektor 105, wobei die Referenzkugel 101 eine ausgezeichnete Rundheit aufweist und räumlich fixiert ist.
Die Referenzkugel 101 ist derart hergestellt, dass deren Radius mit hoher Genauigkeit um die gesamte Oberfläche herum identisch ist. Somit kann der Änderungsbetrag ΔL des Abstands L aus einem Änderungsbetrag ΔL₂ und einem Änderungsbetrag ΔL₁ erhalten werden, wie nachfolgend aufgezeigt, wobei der Änderungsbetrag ΔL₂ durch eine auf einem um den Punkt C rotierenden Schlitten 102 fixierte Wegmesslehre 103 gemessen wird und der Änderungsbetrag ΔL1 durch ein Laser-Interferometer 104 gemessen wird, das in ähnlicher Weise auf dem Schlitten 102 fixiert ist. ΔL = ΔL₁ + ΔL₂
Der Änderungsbetrag ΔL₂ stellt einen Änderungsbetrag eines Abstands L₂ von der Oberfläche der Referenzkugel 101 zu einem Referenzpunkt P₂ der Wegmessung der Wegmesslehre 103 dar. Der Änderungsbetrag ΔL₁ stellt einen Änderungsbetrag eines Abstands L₁ von einem Referenzpunkt P₁ der Wegmessung des Laser-Interferometers 104 zum ersten Retroreflektor 105 dar. Hierbei wird eine Situation angenommen, in der beispielsweise ein allgemeines Michelson-Interferometer als Laser-Interferometer 104 eingesetzt wird, das an einem Verbindungspunkt P auf dem Schlitten 102 befestigt ist.
In einem Zustand in dem der erste Retroreflektor 105 stillsteht, ohne sich im Raum zu bewegen, und wenn ein Gehäuse des Laser-Interferometers 104 aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur oder dergleichen einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird, wird ein Änderungsbetrag ΔL₄ der Abstands L₄ vom Verbindungspunkt P zum Referenzpunkt P₁ erzeugt, und somit erhöht sich der Abstand L₄ vom Verbindungspunkt P zum Referenzpunkt P₁ um den Änderungsbetrag ΔL₄. Obwohl der erste Retroreflektor 105 stillsteht und sich der Abstand L₁ vom Referenzpunkt P₁ zum ersten Retroreflektor 105 nicht ändern sollte, wird folglich der Abstand L₁ um den Änderungsbetrag ΔL₄ kürzer gemessen, da eine Position des Referenzpunkts P₁ des Laser-Interferometers 104 nach außen verschoben und geändert wird. Wenn das Gehäuse des Laser-Interferometers 104 aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur oder dergleichen einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird, ergibt sich somit sich ein Problem, indem ein Fehler im Messwert des Änderungsbetrags ΔL auftritt.
Wenn der Schlitten 102 aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur oder dergleichen einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird, wird in ähnlicher Weise ein Änderungsbetrag ΔL₃ des Abstands L₃ vom Verbindungspunkt P zum Referenzpunkt P₂ der Wegmessung der Wegmesslehre 102 erzeugt und es erhöht sich somit der Abstand L₃ vom Verbindungspunkt P zum Referenzpunkt P₂ um den Änderungsbetrag ΔL₃. Obwohl der erste Retroreflektor 105 stillsteht und sich der Abstand L₂ vom Referenzpunkt P₂ zur Referenzkugel 101 nicht ändern sollte, wird folglich der Abstand L₂ um den Änderungsbetrag ΔL₃ kürzer gemessen, da eine Position des Referenzpunkts P₂ der Wegmesslehre 103 nach außen verschoben und geändert wird. Wenn der Schlitten 102 aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur oder dergleichen einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird, ergibt sich somit sich ein Problem, indem ein Fehler im Messwert des Änderungsbetrags ΔL auftritt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Hinsichtlich der obengenannten üblichen Umstände sieht ein primärer Vorteil der vorliegenden Offenbarung ein Laser-Tracking-Interferometer vor, das in der Lage ist, einen Änderungsbetrag eines Abstands hochgenau selbst dann zu messen, wenn ein Gehäuse eines Laser-Interferometers einer Wärmeausdehnung in dem Laser-Tracking-Interferometer ausgesetzt wird. Ein zweiter Vorteil der vorliegenden Offenbarung sieht ein Laser-Tracking-Interferometer vor, das in der Lage ist, einen Änderungsbetrag eines Abstands hochgenau selbst dann zu messen, wenn ein Schlitten einer Wärmeausdehnung in dem Laser-Tracking-Interferometer ausgesetzt wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung sieht ein Laser-Tracking-Interferometer vor, das eine Verschiebung eines ersten Retroreflektors erfasst, indem es die Interferenz eines in Richtung des ersten als Messkörper dienenden Retroreflektors ausgestrahlten und durch den ersten Retroreflektor in umgekehrter Richtung reflektierten Laserstrahls nutzt, wobei das Laser-Tracking-Interferometer eine Nachführung ausführt, indem es eine Positionsänderung einer optischen Achse des Laserstrahls nutzt. Das Laser-Tracking-Interferometer umfasst eine feststehend vorgesehene Referenzkugel; einen Schlitten ausgestattet mit einer ersten Wegmesslehre, die ein einer relativen Verschiebung von der Referenzkugel zugeordnetes Signal ausgibt; einen an dem Schlitten vorgesehenen zweiten Retroreflektor; ein Laser-Interferometer, das ein einer relativen Verschiebung zwischen dem ersten Retroreflektor und dem zweiten Retroreflektor zugeordnetes Wegsignal ausgibt; und einen Datenprozessor, der eine Verschiebung des ersten Retroreflektors mit Bezug auf die Kugel basierend auf dem von der ersten Wegmesslehre ausgegebenen Wegsignal und dem von dem Laser-Interferometer ausgegebenen Wegsignal berechnet.
Das Laser-Tracking-Interferometer kann ferner einen Wegmesser umfassen, der an dem Schlitten vorgesehen ist und einen Änderungsbetrag des Abstands zwischen der ersten Wegmesslehre und der zweiten Wegmesslehre misst. Der Datenprozessor kann eine Verschiebung des ersten Retroreflektors mit Bezug auf die Referenzkugel basierend auf dem von der ersten Wegmesslehre ausgegebenen Wegsignal, dem von dem Laser-Interferometer ausgegebenen Wegsignal und dem von dem Wegmesser gemessenen Änderungsbetrag berechnen.
Der Wegmesser kann ein Zielobjekt und eine zweite Wegmesslehre umfassen, die von dem Zielobjekt mit einem Abstand zwischen der ersten Wegmesslehre und dem zweiten Retroreflektor positioniert ist, wobei die zweite Wegmesslehre ein einer relativen Verschiebung von dem Zielobjekt zugeordnetes Wegsignal ausgibt.
Der Wegmesser kann ferner eine dritte Wegmesslehre umfassen, die zwischen der ersten Wegmesslehre und dem zweiten Retroreflektor positioniert ist, wobei die dritte Wegmesslehre ein einer relativen Verschiebung von dem zweiten Retroreflektor zugeordnetes Wegsignal ausgibt.
Der Wegmesser kann ferner einen Halter umfassen, der positioniert ist, um eine vordere Oberfläche des zweiten Retroreflektors abzudecken.
Das Laser-Tracking-Interferometer kann ferner eine vierte Wegmesslehre umfassen, die an dem Schlitten an einer Position gegenüber der ersten Wegmesslehre mit Bezug auf die dazwischenliegende Referenzkugel vorgesehen ist, wobei die vierte Wegmesslehre ein einer relativen Verschiebung von der Referenzkugel zugeordnetes Wegsignal ausgibt. Der Datenprozessor kann eine Verschiebung des ersten Retroreflektors mit Bezug auf die Referenzkugel basierend auf dem von der ersten Wegmesslehre ausgegebenen Wegsignal, dem von dem Laser-Interferometer ausgegebenen Wegsignal und dem von dem vierten Wegmessgeber ausgegebenen Wegsignal berechnen.
Das Laser-Tracking-Interferometer kann ferner einen Positionsdetektor umfassen, der ein Positionssignal ausgibt, das einem Fluchtungsfehlerbetrag des durch den ersten Retroreflektor reflektierten und zum Laser-Interferometer zurückkehrenden Laserstrahls, wenn der Laserstrahl in einer zu seiner optischen Achse orthogonalen Richtung fehlausgerichtet ist, zugeordnet ist; sowie eine Steuerung, die basierend auf dem Positionssignal von dem Positionsdetektor eine Rotation des Schlittens derart steuert, dass der Fluchtungsfehlerbetrag Null ist.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann der Änderungsbetrag des Abstands selbst dann hochgenau gemessen werden, wenn das Gehäuse des Laser-Interferometers einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird. Des Weiteren kann der Änderungsbetrag des Abstands auch dann hochgenau gemessen werden, wenn der Schlitten einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird weiter in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezugnahme auf die mehreren Zeichnungen mittels nicht-einschränkender Beispiele von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen durchgehend in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen gleiche Teile darstellen, und wobei:
1 zeigt ein schematisches Aufbauschaubild eines Hauptteils eines herkömmlichen Laser-Tracking-Interferometers;
2 zeigt ein schematisches Schaubild eines Aufbaus eines Hauptteils eines Laser-Tracking-Interferometers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt ein schematisches Schaubild, das einen inneren Aufbau des Laser-Tracking-Interferometers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
4 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen Gesamtaufbau des Laser-Tracking-Interferometers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
5 zeigt ein schematisches Schaubild eines Aufbaus eines Hauptteils eines Laser-Tracking-Interferometers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 zeigt ein schematisches Schaubild eines Aufbaus eines Hauptteils eines Laser-Tracking-Interferometers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
7 zeigt ein schematisches Schaubild, das einen Aufbau eines Hauptteils eines Laser-Tracking-Interferometers gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die hier gezeigten Einzelheiten sind beispielhaft und dienen lediglich dem Zwecke einer anschaulichen Erörterung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und werden mit der Absicht dargelegt, die als am hilfreichsten und als am leichtesten verständlich angesehene Beschreibung der Prinzipien und konzeptionellen Aspekte der vorliegenden Erfindung anzugeben. In dieser Hinsicht wird nicht angestrebt, konstruktive Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ausführlicher darzustellen als dies für das grundsätzliche Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig ist, und die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen machen dem Fachmann deutlich, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in der Praxis ausgeführt werden können.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die nachfolgenden bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Des Weiteren sind die nachfolgenden Beschreibungen und Zeichnungen gegebenenfalls der Übersichtlichkeit halber vereinfacht.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird mit Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben. 2 ist ein schematisches Schaubild, das einen Aufbau eines Hauptteils eines Laser-Tracking-Interferometers gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. 3 ist ein schematisches Schaubild, das einen inneren Aufbau des Laser-Tracking-Interferometers der vorliegenden Ausführungsform darstellt. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Gesamtaufbau des Laser-Tracking-Interferometers gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
In der in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform ist ein erster Retroreflektor 206 als Messkörper an einer Stirnseite einer Z-Achse oder dergleichen eines dreidimensionalen Messgeräts befestigt. Ein Laser-Tracking-Interferometer 203 wird dazu benutzt, dem sich bewegenden ersten Retroreflektor 206 zu folgen und gleichzeitig einen Änderungsbetrag ΔL des Abstands L von einem Mittelpunkt C einer Referenzkugel 201 zum ersten Retroreflektor 206 zu messen, wobei die Referenzkugel 201 eine hervorragende Rundheit aufweist und fest fixiert ist (d. h. räumlich festgelegt ohne sich zu bewegen). Herkömmliche Bauteile des Aufbaus sind zum Beispiel ausführlich im US-Patent Nr. 6,147,748 und der japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. H7-190714 beschrieben, die beide ausdrücklich durch Bezugnahme vollinhaltlich hier mit aufgenommen werden und auf deren Beschreibungen deshalb nachfolgend verzichtet wird. Funktionen der oben erwähnten Bauteile und Abweichungen vom herkömmlichen Aufbau werden beschrieben.
Mit Bezug auf die 2 bis 4 weist das Laser-Tracking-Interferometer der vorliegenden Ausführungsform die Referenzkugel 201 auf. Die Referenzkugel 201 ist an einer Grundplatte 409 über einen Halter 410 befestigt. Auf der Grundplatte 409 ist ein Tragrahmen 406 vorgesehen. Ein Schlitten 202 ist drehbeweglich an dem Tragrahmen 406 befestigt. Der Tragrahmen 406 wird in azimutaler Richtung um den Mittelpunkt C der Referenzkugel 201 (Drehrichtung um eine Y-Achse von 4) durch einen auf der Grundplatte 409 vorgesehenen Azimutwinkel-Drehmotor 408 gedreht. Weiterhin ist ein Höhenwinkel-Drehmotor 407 an dem Tragrahmen 406 vorgesehen. Der Drehantrieb des Höhenwinkel-Drehmotors 407 dreht den Schlitten in einer Höhenrichtung (Drehrichtung um eine X-Achse der Fig. und 4). Der Höhenwinkel-Drehmotor 407 und der Azimutwinkel-Drehmotor 408 sind mit einem Datenprozessor 411 verbunden, der die Drehung des Schlittens 202 steuert. Der Schlitten 202 weist ein Laser-Interferometer 203 auf, das ein Messlicht (Laserstrahl) ausstrahlt. Der Laserstrahl wird entlang der Z-Achse als optische Achsenrichtung orthogonal zu den X- und Y-Achsen ausgestrahlt. Weiterhin ist eine erste Wegmesslehre 204 für den Schlitten 202 zwischen der Referenzkugel 201 und dem Laser-Interferometer 203 entlang derselben Achse wie der Laserstrahl vorgesehen. Ein zweiter Retroreflektor 205 ist an dem Schlitten 202 zwischen der ersten Wegmesslehre 204 und dem Laser-Interferometer 203 entlang derselben Achse wie der Laserstrahl vorgesehen. Die erste Wegmesslehre 204 und das Laser-Interferometer 203 sind mit dem Datenprozessor 411 verbunden.
Die vom Laser-Interferometer 203 zum ersten Retroreflektor 206 gerichtete optische Achse Z dreht zusammen mit der Drehung des Schlittens 202, während dem ersten Retroreflektor 206 gefolgt wird. Der Mittelpunkt C der Referenzkugel 201, die erste Wegmesslehre 204, der zweite Retroreflektor 205 und das Laser-Interferometer 203 sind alle entlang der optischen Achse Z positioniert.
Die erste Wegmesslehre 204 gibt ein einer relativen Verschiebung zwischen der Referenzkugel 201 und der ersten Wegmesslehre 204 zugeordnetes Wegsignal aus. Insbesondere wird die erste Wegmesslehre 204 dazu benutzt, einen Änderungsbetrag ΔL₂ eines Abstands L₂ von einer Oberfläche der Referenzkugel 201 zu der ersten Wegmesslehre 204 in Verbindung mit der Drehung des Schlittens 202 zu messen.
Das Laser-Interferometer 203 weist einen Wegdetektor (wird später beschrieben) auf und gibt ein einer relativen Verschiebung zwischen dem zweiten Retroreflektor 205 und dem ersten Retroreflektor 206 zugeordnetes Wegsignal aus, gleichzeitig mit der Messung des Änderungsbetrags ΔL₂ des Abstands L₂ durch die erste Wegmesslehre 204. Insbesondere wird das Laser-Interferometer 203 dazu benutzt einen Änderungsbetrag ΔL₁ des Abstands L₁ von dem zweiten Retroreflektor 205 zum ersten Retroreflektor 206 zu messen.
Der Datenprozessor 411 berechnet eine Verschiebung des ersten Retroreflektors 206 in Bezug auf die Referenzkugel 201 basierend auf dem von der ersten Wegmesslehre 204 ausgegebenen Wegsignal und dem von dem Laser-Interferometer 203 ausgegebenen Wegsignal.
Weiterhin weist das Laser-Interferometer 203 einen Positionsdetektor (wird später beschrieben) auf und gibt ein einem Fehlausrichtungsbetrag des durch den ersten Retroreflektor 206 reflektierten und zum Laser-Interferometer zurückkehrenden Laserstrahls zugeordnetes Positionssignal aus, wenn der Laserstrahl in einer zur optischen Achse orthogonalen Richtung fehlausgerichtet ist. Der Datenprozessor 411 weist eine Steuerung auf, die die Drehung des Schlittens 202 basierend auf einem Positionssignal von einem zweidimensionalen PSD 308 derart steuert, dass der Fehlausrichtungsbetrag Null ist.
Die Bauteile des in 2 gezeigten Aufbaus werden jeweils ausführlich nachfolgend beschrieben. Die Referenzkugel 201 kann beispielsweise eine Qualität G3 und einen Durchmesser von 5 bis 25,4 mm aufweisen. Für die Referenzkugel 201 kann eine Kugel als Material einen leitfähigen Quarz, Cordierit-Keramik oder BK7 aufweisen, die jeweils mit einem kohlenstoffreichen Chrom-Lagerstahl, Super-Invar, Edelmetall oder dergleichen beschichtet sind. Die Referenzkugel 201 kann räumlich fixiert werden, indem sie über den Halter 410 an der Grundplatte 409 fixiert wird. Die Grundplatte 409 ist aus Super-Invar, Cordierit-Keramik oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Der Halter 410 ist aus einem Material mit einem niedrigen Längenausdehnungskoeffizienten, wie einem Super-Invar oder eine Cordierit-Keramik, ausgebildet und ist stabförmig oder konisch.
Der Schlitten 202 ist bevorzugt aus einem Material mit einem niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten, wie einem Super-Invar oder eine Cordierit-Keramik, ausgebildet, um einen Änderungsbetrag ΔL₃ aufgrund von Wärmeausdehnung des Abstands L₃ zwischen dem zweiten Retroreflektor 205 und der ersten Wegmesslehre 204 zu reduzieren. Das Material des Schlittens ist jedoch nicht auf die oben genannten Materialien beschränkt. Der Schlitten 202 kann aus einem Material wie etwa einer Aluminiumlegierung oder einem Kohlenstoffstahl ausgebildet werden. Der zweite Retroreflektor 205 und die erste Wegmesslehre 204 können dann in denselben Halter mit einem niedrigen Längenausdehnungskoeffizienten gesetzt werden, und ein Ende des Halters kann am Schlitten 202 fixiert werden. Obwohl der Längenausdehnungskoeffizient höher ist als der eines Super-Invars oder dergleichen, können die Materialkosten in diesem Falle geringer sein.
Das Laser-Interferometer 203 kann ein Gehäuse aufweisen, das aus einem Material mit einem niedrigen Längenausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist, wie etwa Super-Invar oder Cordierit-Keramik. In der vorliegenden Ausführungsform kann das Laser-Interferometer 203 den Änderungsbetrag ΔL messen, ohne durch Wärmeausdehnung des Gehäuses beeinträchtigt zu werden, wie später noch beschrieben wird. Das Material des Laser-Interferometers 203 ist also nicht auf die oben genannten Materialien beschränkt. Obwohl der Längenausdehnungskoeffizient größer ist als der eines Super-Invars oder dergleichen, kann ein kostengünstigeres Material, wie ein Kohlenstoffstahl oder eine Aluminiumlegierung für das Gehäuse des Laser-Interferometers 203 verwendet werden.
Die erste Wegmesslehre 204 kann eine kapazitive Wegmesslehre oder eine Wirbelstrom-Wegmesslehre sein.
Der zweite Retroreflektor 205 kann beispielsweise ein prismatischer Quarz-Winkelreflektor, ein hohler Retroreflektor oder ein kugelförmiger Retroreflektor sein, der aus einem kugelförmigen Glas gebildet ist, das einen Brechungsindex von 2,0 besitzt und teilweise mit einem Metall beschichtet ist, das einen Laserstrahl reflektiert. Der zweite Retroreflektor 205 kann so ausgebildet sein, dass er über einen Halter aus einem Material mit einem niedrigen Längenausdehnungskoeffizienten, wie etwa ein Super-Invar, an dem Schlitten 202 befestigt wird. Der zweite Retroreflektor 205 kann aus einem kostengünstigeren Material als der erste Retroreflektor 206 ausgebildet werden.
Der erste Retroreflektor 206 kann, zum Beispiel, ein hohler Retroreflektor, ein kombinierter halbkugelförmiger Retroreflektor oder ein kugelförmiger Retroreflektor sein, der aus einem kugelförmigen Glass gebildet ist, das einen Brechungsindex von 2,0 besitzt und teilweise mit einem Metall beschichtet ist, das einen Laserstrahl reflektiert. Der erste Retroreflektor 206 kann über einen Halter aus einem Material mit niedrigem Längenausdehnungskoeffizienten, wie Super-Invar oder Cordierit-Keramik, an dem Stirnseitenteil der Z-Achse oder dergleichen des dreidimensionalen Messgerät (Messkörpers) befestigt werden.
Mit Bezug auf 3 umfasst das Laser-Interferometer 203 eine Lichtleitfaser 301, die einen Laserstrahl von einer Lichtquelle aussendet; eine Kollimatorlinse 302, einen Polarisationsstrahlteiler (PBS) 303; einen Nicht-Polarisationsstrahlteiler (NPBS) 304; eine λ/4-Platte 305; eine λ/4-Platte 306; einen Phasenmesser 307, der als Wegdetektor dient; und einen zweidimensionalen Positionsdetektor (2D PSD) 308, der als Positionsdetektor dient.
Mit einem in 3 gezeigten Aufbau des Laser-Interferometers 203 kann der Änderungsbetrag ΔL₁ des Abstands L₁ vom zweiten Retroreflektor 205 zum ersten Retroreflektor 206 gemessen werden. Weiterhin kann ein für das Tracking erforderlicher Verschiebungsbetrag und eine Verschiebungsrichtung des ersten Retroreflektors 206 in einer zur optischen Achse Z orthogonalen Richtung erfasst werden.
Hinsichtlich der jeweiligen Bauteile des Aufbaus in 3 kann die Lichtleiterfaser 301 beispielsweise eine polarisationserhaltende Faser oder eine Einmodenfaser sein. Ein PBS und eine λ/2-Platte können zwischen der Kollimatorlinse 302 und dem PBS 303 vorgesehen werden. Der PBS erhöht ein Auslöschungsverhältnis der Laserausgabe aus der Lichtleiterfaser 301. Die λ/2-Platte stellt ein Verhältnis von Polarisationsintensität P und Polarisationsintensität S ein. Für den 2D PSD 308 kann eine Quadrantenfotodiode anstatt eines zweidimensionalen Positionsdetektors eingesetzt werden. Eine Linse zur Reduzierung eines Strahldurchmessers kann zwischen dem 2D PSD 308 und dem Nicht-Polarisationsstrahlteiler 304 vorgesehen werden. Der Phasenmesser 307 kann, zum Beispiel, ein Vierphasenmesser sein, der in der Lage ist, vier Phasen von Sinθ, –Sinθ, Cosθ und –Cosθ zu erfassen. Anstatt eines Vierphasenmessers kann ein Zweiphasenmesser eingesetzt werden, der in der Lage ist, zwei Phasen von Sinθ und Cosθ zu erfassen. Es kann ein optisches System zum Reduzieren eines Strahldurchmessers zwischen dem PBS 303 und dem Phasenmesser 307 vorgesehen werden.
Mit Bezug auf die 3 und 4 wird nachfolgend ein Messprinzip hinsichtlich des Änderungsbetrags ΔL des Abstands L vom Mittelpunkt C der Referenzkugel 201 zum ersten Retroreflektor 206 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Ein Laserstrahl aus der Lichtquelle (nicht in den Zeichnungen gezeigt) wird durch die Lichtleitfaser 301 auf das Laser-Interferometer 203 gerichtet. Die Laserlichtquelle (nicht in den Zeichnungen gezeigt) kann, zum Beispiel, eine Laserlichtquelle mit einer einzigen Wellenlänge von 633 nm sein. Der gerichtete Laserstrahl wird durch die Kollimatorlinse 302 in paralleles Licht gewandelt. Der in paralleles Licht gewandelte Laserstrahl weist p-polarisiertes und s-polarisiertes Licht auf und wird durch den PBS 303 in Messlicht und Referenzlicht aufgeteilt.
Das p-polarisierte Licht tritt so wie es ist in den Phasenmesser 307 als das Referenzlicht ein. Das s-polarisierte Licht indes wird durch den PBS 303 reflektiert und wird als Messlicht in die Richtung des ersten Retroreflektors 206 durch den NPBS 304 und die λ/4-Platte 305 ausgestrahlt.
Das Messlicht, das durch den ersten Retroreflektor 206 zurück reflektiert wird, läuft wieder durch die λ/4-Platte 305. Das Messlicht wird dann teilweise durch den NPBS 304 reflektiert und durch den 2D PSD 308 erfasst.
Eine Position des auf dem 2D PSD 308 erfassten Messlichts ändert sich dabei abhängig vom Betrag und der Richtung der Verschiebung des ersten Retroreflektors 206, wenn es in zur optischen Achse Z orthogonalen Richtung verschoben wird. Der Datenprozessor 411 erhält somit die Position des durch den 2D PSD 308 erfassten Messlichts, und die Steuerung des Datenprozessors 411 treibt den Höhenwinkel-Drehmotor 407 und den Azimutwinkel-Drehmotor 408 an, um den Schlitten 202 derart zu drehen, dass die Position des durch den 2D PSD 308 erfassten Messlichts ständig dieselbe ist. Dadurch kann die optische Achse Z des aus dem Laser-Interferometer 203 ausgestrahlten Messlichts dem ersten Retroreflektor 206 ständig wieder nachfolgen.
Mittlerweile, nach dem nochmaligen Durchlaufen der λ/4-Platte 305, läuft das durch den ersten Retroreflektor 206 zurückreflektierte Messlicht teilweise durch, ohne durch den NPBS 304 reflektiert zu werden, durchläuft den PBS 303 und die λ/4 Platte 306 und wird dann in Richtung des zweiten Retroreflektors 205 ausgestrahlt. Das durch den zweiten Retroreflektor 205 zurückreflektierte Messlicht durchläuft wieder die λ/4-Platte 306 und wird dann durch den PBS 303 in Richtung des Phasenmessers 307 reflektiert. Das durch den zweiten Retroreflektor 205 zurückreflektierte Messlicht überlagert das durch den PBS 303 laufende Referenzlicht. Ein Phasenunterschied zwischen dem Messlicht und dem Referenzlicht wird durch den Phasenmesser 307 erfasst. Der Datenprozessor 411 erhält einen Wert des Phasenunterschieds und nutzt den Wert, um den Änderungsbetrag λL₁ zu berechnen.
Der Datenprozessor 411 addiert den durch die erste Wegmesslehre 204 gemessenen Änderungsbetrag ΔL₂ und den durch das Laser-Interferometer 203 gemessenen Änderungsbetrag ΔL₁ und erhält so den Änderungsbetrag des Abstands L wie unten gezeigt. ΔL = ΔL₁ + ΔL₂
Gemäß dem Aufbau der vorliegenden Ausführungsform wird der zweite Retroreflektor 205, der auf derselben Achse wie der Laserstrahl positioniert ist, zusätzlich auf dem Schlitten 202 vorgesehen, um eine relative Verschiebung zwischen dem zweiten Retroreflektor 205 und dem ersten Retroreflektor 206 zu messen. Selbst wenn das Gehäuse des Laser-Interferometers 203 einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird ändert sich somit der Abstand L₁ vom zweiten Retroreflektor 205 zum ersten Retroreflektor 206 nicht ohne beeinflusst zu werden. Demzufolge tritt ein Fehler aufgrund von Wärmeausdehnung des Gehäuses des Laser-Interferometers, der sehr wahrscheinlich beim herkömmlichen Verfahren auftritt, nicht auf. Selbst wenn das Gehäuse des Laser-Interferometers 203 einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird kann der Änderungsbetrag ΔL des Abstands hochgenau gemessen werden.
Des Weiteren kann bei dem herkömmlichen Verfahren ein Material mit einem niedrigen Längenausdehnungskoeffizienten, wie Super-Invar oder Cordierit-Keramik, als Material für das Gehäuse des Laser-Interferometers betrachtet werden, um einen Fehler aufgrund von Wärmeausdehnung des Gehäuses des Laser-Interferometers 203 zu reduzieren. Im Gegensatz dazu kann bei dem Aufbau der vorliegenden Ausführungsform ein Material wie eine Aluminiumlegierung oder ein Kohlenstoffstahl als Material eingesetzt werden, das einen höheren Längenausdehnungskoeffizienten als Super-Invar oder dergleichen aufweist, und dadurch eine Herstellung mit einem kostengünstigeren Material ermöglicht. Somit kann ein Laser-Tracking-Interferometer zu einem niedrigeren Preis bereitgestellt werden.
Zweite Ausführungsform
5 ist ein schematisches Schaubild, das einen Aufbau eines Hauptteils eines Laser-Tracking-Interferometers gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform werden bereits beschriebene Bauteile mit denselben Referenzzeichen gekennzeichnet und deren Beschreibungen werden weggelassen oder vereinfacht. Mit Bezug auf 5 umfasst das Laser-Tracking-Interferometer der vorliegenden Ausführungsform als beispielhaften Wegmesser eine zweite Wegmesslehre 501 und ein zweites Wegmesslehrenzielobjekt 502.
Die zweite Wegmesslehre 501 und das zweite Wegmesslehrenzielobjekt 502 sind am Schlitten 202 in einem vorbestimmten Abstand L₃ zwischen sich befestigt. Mit Bezug auf die 5 entspricht der Abstand L₃ gleich einem Abstand zwischen einem Referenzpunkt der Wegmessung der ersten Wegmesslehre 204 und dem zweiten Retroreflektor 205.
Die zweite Wegmesslehre 501 gibt ein einer relativen Verschiebung von dem zweiten Wegmesslehrenzielobjekt 502 zugeordnetes Wegsignal aus. Die zweite Wegmesslehre 501 wird benutzt, um einen Änderungsbetrag des Abstands zwischen dem Referenzpunkt der Wegmessung der ersten Wegmesslehre 204 und dem zweiten Retroreflektor 205 zu messen.
Die zweite Wegmesslehre 501 kann eine laserinterferometrische Wegmesslehre oder eine kapazitive Wegmesslehre sein. Im Falle einer Verwendung der laserinterferometrischen Wegmesslehre als, zum Beispiel, zweite Wegmesslehre 501, kann das zweite Wegmesslehrenzielobjekt 501 beispielsweise ein ebener Spiegel oder Retroreflektor sein. Im Falle der Verwendung der kapazitiven Wegmesslehre als, zum Beispiel, zweite Wegmesslehre 501, kann das zweite Wegmesslehrenzielobjekt 502 ein Block aus einem Material mit niedrigem Längenausdehnungskoeffizienten sein, wie etwa aus Super-Invar.
Mit Bezug auf 5 wird nachfolgend ein Messprinzip bezüglich eines Änderungsbetrags ΔL des Abstands L vom Mittelpunkt der Referenzkugel 201 zum ersten Retroreflektor 206 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Laser-Interferometer 203 misst den Änderungsbetrag ΔL₁; die erste Wegmesslehre 204 misst den Änderungsbetrag ΔL₂; und gleichzeitig misst die zweite Wegmesslehre 501 den Änderungsbetrag ΔL₃ des Abstands L₃. Der Datenprozessor 411 addiert den durch die erste Wegmesslehre 204 gemessenen Änderungsbetrag ΔL₂ und den durch das Laser-Interferometer 203 gemessenen Änderungsbetrag ΔL₁ und addiert zudem den durch die zweite Wegmesslehre 501 gemessenen Änderungsbetrag ΔL₃. Der Datenprozessor 411 korrigiert dann den der Wärmeausdehnung des Schlittens 202 zugeordneten Änderungsbetrag ΔL₃ und erhält den unten gezeigten Änderungsbetrag ΔL des Abstands L. ΔL = ΔL₁ + ΔL₂ + ΔL₃
Ähnlich der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ändert sich gemäß dem Aufbau der vorliegenden Ausführungsform der Änderungsbetrag ΔL₁ des Abstands auch dann nicht, wenn das Gehäuse des Laser-Interferometers 203 einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird. Somit tritt ein Fehler aufgrund der Wärmeausdehnung des Gehäuses des Laser-Interferometers, wie dies bei dem herkömmlichen Verfahren auftritt, nicht auf. Demzufolge kann der Änderungsbetrag ΔL des Abstands selbst dann hochgenau gemessen werden, wenn das Gehäuse des Laser-Interferometers einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird.
Weiterhin wird gemäß des Aufbaus der vorliegenden Ausführungsform die zweite Wegmesslehre 501 zusätzlich an dem Schlitten 202 vorgesehen, um den Änderungsbetrag des Abstands zwischen dem Referenzpunkt der Wegmessung der ersten Wegmesslehre 204 und dem zweiten Retroreflektor 205 zu messen. Dies korrigiert den durch Wärmeausdehnung des Schlittens 202 verursachten Fehler ΔL₃, der wahrscheinlich in dem herkömmlichen Verfahren auftritt. Somit kann der Änderungsbetrag ΔL des Abstands selbst dann hochgenau gemessen werden, wenn der Schlitten 202 einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird.
Dritte Ausführungsform
6 ist ein schematisches Schaubild, das einen Aufbau eines Hauptteils eines Laser-Tracking-Interferometers gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In der nachstehenden Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform werden bereits beschriebene Bauteile mit denselben Referenzzeichen gekennzeichnet und deren Beschreibungen werden weggelassen oder vereinfacht. Mit Bezug auf die 6 und im Vergleich zur oben beschriebenen ersten Ausführungsform umfasst das Laser-Tracking-Interferometer der vorliegenden Ausführungsform zudem als alternativen beispielhaften Wegmesser eine dritte Wegmesslehre 601 und einen Halter 602.
Die dritte Wegmesslehre 601 ist auf dem Schlitten 202 zwischen der ersten Wegmesslehre 204 und dem zweiten Retroreflektor 205 vorgesehen und ist an einer hinteren Oberfläche der ersten Wegmesslehre 204 befestigt. Der Halter 602 ist am Schlitten 202 befestigt, um eine vordere Oberfläche des zweiten Retroreflektors 205 abzudecken, der der dritten Wegmesslehre 601 gegenüberliegt. Der Halter 602 weist eine ebene hintere Oberfläche auf. Der zweite Retroreflektor 205 ist über den Halter 602 an dem Schlitten 202 befestigt. In einem Fall in dem der zweite Retroreflektor 205 eine kugelförmige Struktur aufweist, kann die vorliegende Ausführungsform ohne den Halter 602 ausgeführt werden.
Die dritte Wegmesslehre 601 und der Halter 602 sind in einem vorbestimmten Abstand L_3A zwischen sich an dem Schlitten 202 befestigt. Mit Bezug auf die 6 ist der Abstand L_3A ein Abstand zwischen einem Referenzpunkt der Wegmessung der dritten Wegmesslehre 601 und einer vorderen Oberfläche des Halters 602.
Die dritte Wegmesslehre 601 gibt ein einer relativen Verschiebung von dem zweiten Retroreflektor 205 (Halter 602) zugeordnetes Wegsignal aus. Die dritte Wegmesslehre 601 wird benutzt, um einen Änderungsbetrag ΔL_3A zu messen, der ein Teil des Änderungsbetrags des Abstands zwischen dem Referenzpunkt der Wegmessung der ersten Wegmesslehre 204 und dem zweiten Retroreflektor 205 ist.
Die dritte Wegmesslehre 601 kann eine laserinterferometrische Wegmesslehre oder eine kapazitive Wegmesslehre sein. Der Halter 602 kann aus einem Super-Invar mit niedrigem Längenausdehnungskoeffizienten ausgebildet werden.
Mit Bezug auf 6 wird nachfolgend ein Messprinzip bezüglich eines Änderungsbetrags ΔL des Abstands L vom Mittelpunkt C der Referenzkugel 201 zum ersten Retroreflektor 206 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Laser-Interferometer 203 misst den Änderungsbetrag ΔL₁; die erste Wegmesslehre 204 misst den Änderungsbetrag ΔL₂; und gleichzeitig misst die dritte Wegmesslehre 601 den Änderungsbetrag ΔL_3A, der ein Teil des Änderungsabstands ΔL₃ des Abstands L₃ ist. Der Datenprozessor 411 addiert den durch die erste Wegmesslehre 204 gemessenen Änderungsbetrag ΔL₂ und den durch das Laser-Interferometer 203 gemessenen Änderungsbetrag ΔL₁ und addiert zudem den durch die dritte Wegmesslehre 601 gemessenen Änderungsbetrag ΔL_3A. Der Datenprozessor 411 korrigiert dann den Änderungsbetrag ΔL_3A, der ein Teil des der Wärmeausdehnung des Schlittens 202 zugeordneten Änderungsbetrags ΔL₃ des Abstands L₃ ist, und erhält den unten gezeigten Änderungsbetrag ΔL des Abstands L. ΔL = ΔL₁ + ΔL₂ + ΔL_3A
Ähnlich der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ändert sich gemäß dem Aufbau der vorliegenden Ausführungsform der Änderungsbetrag ΔL₁ des Abstands auch dann nicht, wenn das Gehäuse des Laser-Interferometers 203 einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird. Somit tritt ein Fehler aufgrund der Wärmeausdehnung des Gehäuses des Laser-Interferometers, wie dies bei dem herkömmlichen Verfahren auftritt, nicht auf. Demzufolge kann der Änderungsbetrag ΔL des Abstands selbst dann hochgenau gemessen werden, wenn das Gehäuse des Laser-Interferometers einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird.
Weiterhin wird gemäß dem Aufbau der vorliegenden Ausführungsform die dritte Wegmesslehre 601 zusätzlich an dem Schlitten 202 vorgesehen, um einen Teil des Änderungsbetrag des Abstands zwischen dem Referenzpunkt der Wegmessung der ersten Wegmesslehre 204 und dem zweiten Retroreflektor 205 zu messen. Dies korrigiert den Änderungsbetrag ΔL_3A, der ein Teil des durch Wärmeausdehnung des Schlittens 202 verursachten Fehler ΔL₃ ist und der wahrscheinlich in dem herkömmlichen Verfahren auftritt. Somit kann der Änderungsbetrag ΔL des Abstands selbst dann hochgenau gemessen werden, wenn der Schlitten 202 einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird.
Weiterhin, durch Verwendung der Messwerte der Änderungsbeträge ΔL₁, ΔL₂ und ΔL₃ sowie eines Wertes des Abstands L3 und eines Wertes des Abstands L_3A, die vorab gemessen werden, kann der Änderungsbetrag ΔL auch wie nachstehend erhalten werden, um die Wärmeausdehnung des Schlittens 202 zu korrigieren. [Ausdruck 1]
Vierte Ausführungsform
7 ist ein schematisches Schaubild, das einen Aufbau eines Hauptteils eines Laser-Tracking-Interferometers gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In der nachstehenden Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform werden bereits beschriebene Bauteile mit denselben Referenzzeichen gekennzeichnet und deren Beschreibungen werden weggelassen oder vereinfacht. Mit Bezug auf die 7 und im Vergleich zur oben beschriebenen ersten Ausführungsform umfasst das Laser-Tracking-Interferometer der vorliegenden Ausführungsform weiter eine vierte Wegmesslehre 701.
Die vierte Wegmesslehre 701 ist an dem Schlitten 202 befestigt, um auf derselben Achse wie der Laserstrahl und gegenüber der ersten Wegmesslehre 204 mit Bezug auf die dazwischenliegende Referenzkugel 201 zu liegen.
Die vierte Wegmesslehre 701 gibt ein einer relativen Verschiebung zwischen der Referenzkugel 201 und der vierten Wegmesslehre 701 zugeordnetes Wegsignal aus. Insbesondere wird die vierte Wegmesslehre 701 dazu benutzt, einen der Drehung des Schlittens 202 zugeordneten Änderungsbetrag ΔL₅ eines Abstands L₅ von der Oberfläche der Referenzkugel 201 zur vierten Wegmesslehre 701 zu messen. Messen der Abstandsänderung ΔL₅ ermöglicht eine Korrektur der Wärmeausdehnung der Referenzkugel 201. Die vierte Wegmesslehre 701 kann eine kapazitive Wegmesslehre oder eine Wirbelstrom-Wegmesslehre sein.
Mit Bezug auf 7 wird nachfolgend ein Messprinzip bezüglich eines Änderungsbetrags ΔL des Abstands L vom Mittelpunkt der Referenzkugel 201 zum ersten Retroreflektor 206 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Laser-Interferometer 203 misst den Änderungsbetrag ΔL₁; die erste Wegmesslehre 204 misst den Änderungsbetrag ΔL₂; und gleichzeitig misst die vierte Wegmesslehre 701 den Änderungsbetrag ΔL₅ des Abstands L₅. Der Datenprozessor 411 addiert den durch die erste Wegmesslehre 204 gemessenen Änderungsbetrag ΔL₂ und den durch das Laser-Interferometer 203 gemessenen Änderungsbetrag ΔL₁ und addiert zudem den durch die vierte Wegmesslehre 701 gemessenen Änderungsbetrag ΔL₅. Der Datenprozessor 411 korrigiert dann den der Wärmeausdehnung der Referenzkugel 201 zugeordneten Änderungsbetrags ΔL₅, und erhält den unten gezeigten Änderungsbetrag ΔL des Abstands L. [Ausdruck 2]
Ähnlich der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ändert sich gemäß dem Aufbau der vorliegenden Ausführungsform der Änderungsbetrag ΔL₁ des Abstands auch dann nicht, wenn das Gehäuse des Laser-Interferometers 203 einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird. Somit tritt ein Fehler aufgrund der Wärmeausdehnung des Gehäuses des Laser-Interferometers, wie dies bei dem herkömmlichen Verfahren auftritt, nicht auf. Demzufolge kann der Änderungsbetrag ΔL des Abstands selbst dann hochgenau gemessen werden, wenn das Gehäuse des Laser-Interferometers einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wird. Weiterhin kann gemäß dem Aufbau der vorliegenden Ausführungsform ein Material wie eine Aluminiumlegierung oder ein Kohlenstoffstahl als Material für das Gehäuse des Interferometers 203 eingesetzt werden, das einen höheren Längenausdehnungskoeffizienten als Super-Invar oder dergleichen aufweist, und dadurch eine Herstellung mit einem kostengünstigeren Material ermöglicht. Somit kann ein Laser-Tracking-Interferometer zu einem niedrigeren Preis bereitgestellt werden.
Weiterhin wird gemäß dem Aufbau der vorliegenden Ausführungsform wird die vierte Wegmesslehre 701 zusätzlich auf dem Schlitten 202 vorgesehen, um die relative Verschiebung zwischen der Referenzkugel 201 und der vierten Wegmesslehre 701 zu messen. Wenn die Referenzkugel 201 einer gleichmäßigen Wärmeausdehnung vom Mittelpunkt C aus ausgesetzt wird, kann die Wärmeausdehnung der Referenzkugel 201 kompensiert werden. Somit kann der Änderungsbetrag des Abstands hochgenau gemessen werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann entsprechend eines nicht von dem Konzept abweichenden Rahmens abgeändert werden.
Es wird angemerkt, dass die vorangehenden Beispiele lediglich zu Zwecken der Erläuterung angegeben wurden und in keiner Weise als Einschränkung der vorliegenden Erfindung auszulegen sind. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, versteht es sich, dass der hierin verwendete Wortlaut ein Wortlaut der Beschreibung und Erläuterung anstatt ein Wortlaut der Einschränkung ist. Es können Änderungen innerhalb des Geltungsbereichs der anhängigen Ansprüche, wie vorliegend angegeben und in der vorliegenden Fassung gemacht werden, ohne vom Schutzumfang und Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung in deren Aspekten abzuweichen. Obwohl die vorliegende Erfindung hier mit Bezug auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht beabsichtigt, auf die hier offenbarten Einzelheiten beschränkt zu sein; die vorliegende Erfindung erstreckt sich vielmehr über alle funktionell gleichwertigen Strukturen, Verfahren und Verwendungen, wie sie im Schutzumfang der anhängenden Ansprüche liegen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es sind verschiedene Variationen und Modifikationen möglich, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-109550 [0001]
US 6147748 [0003, 0030]
JP 2603429 [0003]
JP 4776454 [0003, 0005]

Claims

Laser-Tracking-Interferometer zum Erfassen einer Verschiebung eines ersten Retroreflektors durch Nutzung der Interferenz eines in Richtung des ersten als Messkörper dienenden Retroreflektors ausgestrahlten und durch den ersten Retroreflektor in umgekehrter Richtung reflektierten Laserstrahls, wobei das Laser-Tracking-Interferometer eine Tracking ausführt, indem es eine Positionsänderung ein optischen Achse des Laserstrahls nutzt, das Laser-Tracking-Interferometer umfassend: eine feststehend vorgesehene Referenzkugel; einen Schlitten mit einer ersten Wegmesslehre, die ausgebildet ist, ein einer relativen Verschiebung zwischen der ersten Wegmesslehre und der Referenzkugel zugeordnetes Wegsignal auszugeben; einen an dem Schlitten vorgesehenen zweiten Retroreflektor; ein Laser-Interferometer, das ausgebildet ist, ein einer relativen Verschiebung zwischen dem ersten Retroreflektor und dem zweiten Retroreflektor zugeordnetes Wegsignal auszugeben; und einen Datenprozessor, der ausgebildet ist, eine Verschiebung des ersten Retroreflektors mit Bezug auf die Kugel basierend auf dem von der ersten Wegmesslehre ausgegebenen Wegsignal und dem von dem Laser-Interferometer ausgegebenen Wegsignal zu berechnen.
Laser-Tracking-Interferometer nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Wegmesser, der auf dem Schlitten vorgesehen ist und ausgebildet ist, einen Änderungsbetrag des Abstands zwischen der ersten Wegmesslehre und dem zweiten Retroreflektor zu messen, wobei der Datenprozessor ausgebildet ist, eine Verschiebung des ersten Retroreflektors mit Bezug auf die Referenzkugel basierend auf dem von der ersten Wegmesslehre ausgegebenen Wegsignal, dem von dem Laser-Interferometer ausgegebenen Wegsignal und dem durch den Wegmesser gemessenen Änderungsbetrag zu berechnen.
Laser-Tracking-Interferometer nach Anspruch 2, wobei der Wegmesser umfasst: ein Zielobjekt; und eine zweite Wegmesslehre, die vom Zielobjekt mit einem Abstand zwischen der ersten Wegmesslehre und dem zweiten Retroreflektor positioniert ist, wobei die zweite Wegmesslehre ausgebildet ist, ein einer relativen Verschiebung zwischen der zweiten Wegmesslehre und dem Zielobjekt zugeordnetes Wegsignal auszugeben.
Laser-Tracking-Interferometer nach Anspruch 2, wobei der Wegmesser ferner eine dritte Wegmesslehre umfasst, die zwischen der ersten Wegmesslehre und dem zweiten Retroreflektor positioniert ist, wobei die dritte Wegmesslehre ausgebildet ist, ein einer relativen Verschiebung zwischen der dritten Wegmesslehre und dem zweiten Retroreflektor zugeordnetes Wegsignal auszugeben.
Laser-Tracking-Interferometer nach Anspruch 4, wobei der Wegmesser ferner einen Halter umfasst, der eine vordere Oberfläche des zweiten Retroreflektors abdeckt.
Laser-Tracking-Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine zusätzliche Wegmesslehre, die an dem Schlitten an einer Position gegenüber der ersten Wegmesslehre mit Bezug auf die dazwischenliegende Referenzkugel vorgesehen ist, wobei die zusätzliche Wegmesslehre ausgebildet ist, ein einer relativen Verschiebung zwischen der zusätzlichen Wegmesslehre und der Referenzkugel zugeordnetes Wegsignal auszugeben, wobei der Datenprozessor ferner ausgebildet ist, eine Verschiebung des ersten Retroreflektors mit Bezug auf die Referenzkugel basierend auf dem von der ersten Wegmesslehre ausgegebenen Wegsignal, dem von dem Laser-Interferometer ausgegebenen Wegsignal und dem von der zusätzlichen Wegmesslehre ausgegebenen Wegsignal zu berechnen.
Laser-Tracking-Interferometer nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, ferner umfassend eine vierte Wegmesslehre, die an dem Schlitten an einer Position gegenüber der ersten Wegmesslehre mit Bezug auf die dazwischenliegende Referenzkugel vorgesehen ist, wobei die vierte Wegmesslehre ausgebildet ist, ein einer relativen Verschiebung zwischen der vierten Wegmesslehre und der Referenzkugel zugeordnetes Wegsignal auszugeben, wobei der Datenprozessor ferner ausgebildet ist, eine Verschiebung des ersten Retroreflektors mit Bezug auf die Referenzkugel basierend auf dem von der ersten Wegmesslehre ausgegebenen Wegsignal, dem von dem Laser-Interferometer ausgegebenen Wegsignal und dem von der vierten Wegmesslehre ausgegebenen Wegsignal zu berechnen.
Laser-Tracking-Interferometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen Positionsdetektor, der ausgebildet ist ein Positionssignal auszugeben, das einem Fluchtungsfehlerbetrag des durch den ersten Retroreflektor reflektierten und zum Laser-Interferometer zurückkehrenden Laserstrahls, wenn der Laserstrahl in einer zu seiner optischen Achse orthogonalen Richtung fehlausgerichtet ist, zugeordnet ist; und eine Steuerung, die ausgebildet ist, basierend auf dem Positionssignal von dem Positionsdetektor die Drehung des Schlittens derart zu steuern, dass der Fluchtungsfehlerbetrag Null ist.