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

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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.