Large manufacturing industries such as shipbuilding/aviation and the ultra-precision industry of semiconductors and displays require high precision positioning technology for high-quality control of workpieces. For the measurement of a long-distance over several tens of meters, a time-of-flight based instrument has been used, and a short wavelength laser interferometer has been used in a short distance of several meters or less with the resolution of a few nanometers. The conventional time-of-flight method has been limited in resolution to several millimeters due to the slow response speed due to the bandwidth of the photodetector and the wide pulse duration of the laser pulses. In this study, we analyzed the repeatability of dual-comb time-of-flight based multi-target absolute distance measurement using automatic scanning of two femtosecond lasers with short pulse width and time-to-light intensity conversion due to nonlinear optical phenomena. Secondly, the non-ambiguity range (NAR) determined by the repetition rate was extended by repetition rate switching and then the long distance of ~650 m was measured with the resolution of a few micrometers. The measurement precision was evaluated considering the environmental condition. Finally, the relative distances and attitudes of the satellite-like simulator were simultaneously determined in three-dimensional space by measuring multiple absolute distances.
조선/항공과 같은 대규모 제조업 및 반도체/디스플레이의 초정밀 산업분야에서는 공작물의 가공 시 높은 정도 관리를 위해 높은 정밀도를 갖는 위치 결정 기술을 필요로 한다. 수십 m를 초과하는 넓은 영역의 측정은 비행시간법 기반의 측정기를 사용하였으며, 수 m 이하의 좁은 영역에서는 단파장의 레이저 간섭계를 이용해왔다. 기존의 비행시간법은 광 검출기의 대역폭에 의한 느린 응답속도와 광 신호의 넓은 펄스폭으로 수 mm로 분해능이 제한되었다. 본 연구에서는 짧은 펄스폭을 갖는 두 펨토초 레이저의 자동 주사 및 비선형 현상에 의한 시간-광강도 전환을 이용하는 이중 광빗 비행시간법 기반 다중절대거리 측정의 성능에 관하여 분석하였으며, 수십 nm의 높은 정밀도를 확보하였다. 또한, 두 펨토초 레이저의 반복률 스위칭을 통해 측정 영역을 확장하였다. 이를 통해 약 650 m의 거리를 μm 수준의 분해능으로 측정하였으며, 긴 거리의 측정 정밀도를 평가하였다. 개발된 측정 기법을 기반으로 다중 절대 거리의 측정함으로써 3차원 공간에서 인공위성모사 시뮬레이터의 상대 거리 및 자세 동시 결정을 수행하였다.
