長尺レールの5自由度測定における直線度測定精度向上のために、5自由度測定装置の直線度測定ユニットの測定光路、誤差モデルおよび較正方法について研究した。長距離測定時に基準光線の角度ドリフトが重大な直線度誤差を引き起こすため、光路には望遠鏡構造の対物レンズを用いて角度ドリフトを測定した。単一レンズと比較して、有限空間内で焦点距離を延長できるため、組み合わせ焦点距離が機械寸法を超えて測定精度を向上させ、補償により測定安定性も向上させた。角度クロストークによる誤差を分析し、装置内の角度測定値に基づく補償モデルを構築した。直線度測定センサーとして四分割検出器を採用し、センサー測定の非線形性が測定レンジ拡大に伴い悪化し、長尺レール移動により測定感度が非線形に変化する問題を解決するため、多項式近似と3次スプライン補間を組み合わせた区間校正法を提案した。 実験結果は、5 mの測定距離および±400 μmのレンジ内で、レーザー干渉計測結果と比較して誤差標準偏差が0.3 μm未満、3時間以内のドリフトが±0.5 μm未満であることを示した。長尺レールの直線度測定における大レンジ・高精度・高安定性の要求を満たす。

ビームドリフト;角度クロストーク;四分割検出器;長距離;多項式近似;3次スプライン補間