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고정단의 상부에 위치하며 명암이 대각으로 분리되는 단위격자가 다수로 형성된 대각분할 격자패턴;
상기 고정단의 상부에서 평면상의 선형운동, 회전운동 및 높이가 조절되는 이동부;
상기 이동부의 하부에 고정설치되어 상기 대각분할 격자패턴에 레이저를 조사하고, 그 대각분할 격자패턴에서 반사되는 레이저 빔을 수광하여 그 고정단에 대한 이동부의 면내 이동위치를 검출하는 광학유닛; 및
회전스캐너에 의해 레이저 빔을 조사하여 상기 대각분할 격자패턴에 조사고, 이를 수광하여 상기 고정단과 상기 이동부의 높이 차이를 검출하는 보조광학유닛을 포함하는 다자유도 운동 측정장치
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제1항에 있어서,
상기 대각분할 격자패턴은,
상기 광학유닛 또는 보조광학유닛의 레이저 빔을 반사시키는 반사판;
상기 반사판의 상부일부에서 상기 레이저 빔이 상기 반사판에 의해 반사될 수 있도록 투과시키는 투광부;
상기 반사판의 상부일부에서 상기 레이저 빔이 상기 반사판에 의해 반사되지 않도록 레이저 빔을 흡수하는 차광부를 포함하되,
상기 투광부와 상기 차광부는 정육면체의 상기 단위격자 내에서 대각선을 기준으로 서로 분할되어 위치하는 것을 특징으로 하는 다자유도 운동 측정장치
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제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 광학유닛은,
레이저 빔을 발생시키는 레이저 소스;
상기 레이저 소스의 레이저 빔을 선형으로 이동시켜 상기 대각분할 격자패턴을 선형으로 스캐닝하는 선형스캐너;
상기 대각분할 격자패턴에서 반사된 광을 반사시키는 광분할기; 및
상기 광분할기에서 반사된 광을 수광하는 수광부를 포함하는 다자유도 운동 측정장치
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제3항에 있어서,
상기 광학유닛은,
스캐닝 결과가 상기 대각분할 격자패턴의 명부분과 암부분의 스캐닝시 반사광의 유무에 따라 특정한 주기를 가지는 디지털 파형으로 획득되며,
스캔결과에서 최초 명부분이 검출될 때까지의 시간을 이용하여 스캔의 시작점의 x좌표를 산출하고, 그 듀티사이클비를 이용하여 상기 시작점의 y좌표를 산출하며, 그 주기의 길이를 이용하여 회전변위를 산출하는 것을 특징으로 하는 다자유도 운동 측정장치
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제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 보조광학유닛은,
레이저 빔을 발생시키는 레이저 소스;
등속도회전을 하면서 상기 레이저 소스의 레이저 빔을 상기 대각분할 격자패턴에 조사하는 회전스캐너; 및
상기 대각분할 격자패턴에서 반사되는 레이저 빔을 수광하는 수광부를 포함하는 다자유도 운동 측정장치
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제5항에 있어서,
상기 보조광학유닛은,
상기 회전스캐너를 통해 스캔한 결과로서, 상기 대각분할 격자패턴의 명부분과 암부분의 스캐닝시 상기 수광부의 반사광의 검출유무에 따라 특정한 주기를 가지는 디지털 파형을 획득하고,
그 획득된 디지털 파형의 주기를 스캐닝 시간을 이용하여 산출하고, 그 주기의 길이에 따라 z축의 변위를 산출하는 것을 특징으로 하는 다자유도 운동 측정장치
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7
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 광학유닛 및 보조광학유닛 각각은,
복수로 마련되어 그 스캐닝 위치가 상기 단위격자의 경계를 스캐닝하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 다자유도 운동 측정장치
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8
a) 이동부에 고정되어 이동하는 광학유닛의 스캐닝속도를 설정하는 단계;
b) 상기 이동부의 평면이동 또는 상하이동을 검출할 것인지 설정하는 단계;
c) 상기 b) 단계의 설정이 평면이동을 검출하는 것이면, 상기 광학유닛을 사용하여 대각으로 명부분과 암부분으로 구분되는 단위격자가 다수로 위치하는 대각분할 격자패턴에 상기 광학유닛의 선형스캐너로 레이저빔을 조사하여, 이동부의 이동전과 이동후의 주기를 상기 광학유닛의 수광부를 통해 검출하여, 상기 광학유닛에서 회전변위를 산출하고, 상기 이동부의 이동전 스캔 시작점의 좌표와 이동후 스캔 시작점의 좌표를 상기 광학유닛에서 구한 후, 그 시작점의 좌표 변화를 변위로 산출하는 평면이동검출단계; 및
d) 상기 b) 단계의 설정이 상하이동을 검출하는 것이면, 보조광학부에 구비되어 등속회전하는 회전스캐너의 회전각도를 한정한 상태에서, 상기 대각분할 격자패턴에 상기 회전스캐너의 레이저 빔을 조사하고, 상기 회전스캐너의 수광부를 통해 주기를 검출하고, 회전속도의 보정을 통해 현재 상태의 주기를 상기 보조광학부에서 측정한 후, 그 주기의 길이를 기준길이와 비교하여 높이의 변위를 측정하는 단계를 포함하는 다자유도 운동 측정방법
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제8항에 있어서,
상기 c) 단계는 디지털 신호파형으로 검출되는 스캐닝 결과에서, 최초 검출되는 명부분까지의 시간과 상기 a)단계에서 설정된 스캐닝속도를 곱하여, 상기 시작점의 x축 좌표를 산출하고,
상기 x축 좌표에 그 스캐닝 결과에서 암부분에 대한 명부분의 비인 듀티사이클을 곱하여, y축 좌표를 산출하며,
아래의 수학식 1 또는 수학식 2에 의해 그 회전변위를 산출하는 것을 특징으로 하는 다자유도 운동 측정방법
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제8항에 있어서,
상기 d) 단계는,
등속 회전하는 회전스캐너의 스캐닝 시작점부터 끝점까지의 각도를 한정하고, 그 스캔에 소요되는 총 시간과 검출된 주기의 수를 감안하여, 주기를 산출한 후, 그 주기의 길이를 상기 한정된 각도에 의해 기준치 또는 이동전의 주기의 길이에 대한 z축의 변위로 산출하는 것을 특징으로 하는 다자유도 운동 측정방법
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