光線基準によるテ-ブル直線運動精度のナノメ-タ計測と制御

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01850032
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 井川 直哉 大阪大学, 工学部, 教授 (60028983)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤田 勉 日立造船(株), 技術研究第2研究センター, センター次長(研究員 ; 打越 純一 大阪大学, 工学部, 教務員 ; 島田 尚一 大阪大学, 工学部, 助教授 (20029317)
• Keywords: 直進運動精度 / 直線基準 / 運動精度測定 / レ-ザビ-ム / 真直度測定 / 姿勢制御

Research Abstract

本研究は、機器の直進運動精度を高精度に測定するための直線基準としてレ-ザビ-ムを利用し、ナノメ-トルレベルで直進運動体の運動誤差を測定し、同時にそれらの運動誤差を補償することによって、姿勢角も含めた高精度直進運動体を開発しようとするもので、今年度の研究成果は次のとおりである。
1.高安定レ-ザ管およびビ-ムドリフト制御システムの開発
実測および有限要素法を用いたシュミレ-ションによって、レ-ザ管の温度分布の変化が共振ミラ-の相対変位を生じ、ビ-ムドリフトの原因となることを明らかにした。この結果にもとづき、低熱膨張材料を用いたレ-ザ管の設計を行うとともに、温度補償および、ピエゾ素子を用いたビ-ムドリフト補償システムを試作し、その有効性を確認した。
2.広レンジポジションセンサの開発
大型直進運動体の運動誤差を10nm以上の高い精度で計測。制御するために直径約5mmの4分割フォトダイオ-ドを用いたレ-ザビ-ム中心のポジションセンサを試作し、2m程度の可動範囲であれば、15μm程度の広いレンジにわたって、3nm以上の位置分解能および制御機能を有することを確認した。
3.運動誤差信号処理システムの開発
2または3本の平行レ-ザビ-ムを直線基準として用い、それらに対向する、運動体上に取り付けた2または3個のポジションセンサから得られる変位信号を処理することによって、運動体の直進運動誤差を平行移動および角度変化成分に分離して計測する手法を確立した。