形状誤差と運動誤差の分離によるエアスピンドルの回転運動精度の超精密測定

分离形状误差和运动误差，超精密测量空气主轴旋转运动精度

基本信息

批准号：
07750158
负责人：
高偉
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

数ナノメータの精度でエアスピンドルの回転精度を測定するするために,本研究では,まずナノメートルの精度を持つ直交型混合法用光学式センサを試作し,その基本特性を調べた.センサは直角に配置される変位プローブと角度プローブからなる.試料の真円度形状とエアスピンドルの回転運動誤差をナノメートルオーダの精度で分離して測定するために,分離能が1nmと0.01″の変位と角度プローブが必要になる.その要求に満たすことのできるものとして,本研究では,臨界角の原理を利用する変位プローブと角度プローブを用いることにした.変位プローブと角度プローブは類似の光学原理のものを利用することで,温度ドリフト特性などを揃えることをもねらう.角度プローブを高感度にするため,臨界角プリズムの初期反射率を0.80にした.また,角度プローブの光ビーム径に合わせるため,変位プローブのワイドレンジを使った.それぞれ容量型変位計と光電式オートコリメータを基準にして,変位プローブと角度プローブをそれぞれ±1.2μm,±25arcsecの範囲で校正した結果,3次近似曲線からの当てはめ誤差はどちらも測定範囲の±0.5%以内となった.なお,プローブの安定性を調べた実験結果から,20秒間の測定時間において,変位プローブと角度プローブとも分解能のレベルの安定性を保てることが分かった.次に,直径1インチのマスター球をエアスピンドルに取り付け,直交型混合法によるエアスピンドルの回転運動誤差及びマスター球の真円度形状の測定を行った.測定結果から,全空間周波数にわたってナノメータの精度で両者測定できる見通しを得た.

为了测量几纳米精度的空气主轴的旋转精度，在本研究中，我们首先制造了一种具有纳米精度的正交混合法光学传感器原型，并研究了其基本特性，它由位移探头和传感器组成。为了以纳米级精度分离测量样品的圆度形状和空气主轴的旋转运动误差，分辨率为1 nm和0。需要01''位移探头和角度探头。为了满足这一要求，在本研究中，我们决定使用利用临界角原理的位移探头和角度探头。位移探头和角度探头是通过使用类似的光学原理，我们的目标是匹配温度漂移特性等。为了使角度探头具有高灵敏度，我们将临界角棱镜的初始反射率设置为0.80。另外，为了匹配角度探头的光束直径，我们在电容位移计和光电自准直仪的基础上使用了多种位移探头，将位移探头和角度探头调整为±1.2μm、±1。分别在25角秒范围内进行校准，三次近似曲线的拟合误差均在测量范围的±0.5%以内。结果表明，位移探头和角度探头在20秒的测量时间内均能保持稳定的分辨率水平。接下来，将直径为1英寸的主球安装到空气主轴上，并使用我们测量了主轴的旋转运动误差和主球体的圆度形状，从测量结果中，我们获得了能够在所有空间频率上以纳米精度测量两者的前景。