JP4803545B2 - 真直度測定方法及び装置 - Google Patents
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Description
このような運動誤差を測定する方法として、従来逐次2点法がある。
一方,測定基準物103はステージ101の基準線109と平行な直線111を基準とし,ステージ101の0位置におけるセンサBに対応する測定基準物103の変位をY1,Y2,・・・とする.
K番目のステージ位置における変位XK,YK,XK+1,YK+1に対し,センサA,Bの出力VKA,VKBであるとすると,次のような関係が導かれる.
V0B−V0A=Y1−X0
V1A−V0A=Y1−X1 V1B−V0B=Y2−Y1−X1
V2A−V0A=Y2−X2 V2B−V0B=Y3−Y1−X2
従って、K番目の位置における一般項は下記のようになる.
VKA−V0A=YK−XK V(K−1)B−V0B=YK−Y1−XK−1
上述した関係からステージ101と測定基準物103の変位XK,YKを下記のように表すことができる.
XK=V(K−1)B−VKA+XK−1
YK=V(K−1)B−V(K−1)A+YK−1
ここで,初期値としてX0=0,Y0=0の値を与えることにより,X1,Y1から順にXK,YK求めることができ,ステージの運動誤差を定量的に測定・評価することが可能となる。
本実施例の真直度測定装置は、測定基準物1を例えばブロックゲージ等で構成し、可動体を、直線移動可能な1軸のステージ3とした。ステージ3には、例えば単一のセンサ支持部5が備えられ、センサ支持部5は、ステージ3上の移動機構により、センサ位置A1からセンサ位置B1まで任意に移動し、制御された任意の位置で変位センサ7を位置決めすることができる。移動機構は、微細なレールにセンサ支持部5を支持し、センサ支持部5を微細なラック・ピニオン機構及びモータにより駆動するようなものである。但し、移動機構の構造は、任意であり、手動による移動機構も可能である。
前記相対変位の測定間隔d1毎の測定は、前記ステージ3のセンサ位置A1,B1についてステージ3の移動を繰り返し前記変位センサ7をセンサ位置A1,B1に各別に配置して行う。本実施例では、前記相対変位の測定間隔d1毎の測定を、前記ステージ3の1点であるセンサ位置A1に前記変位センサ7を配置し、ステージ3を測定間隔d1で移動させて位置0〜K番目まで行った後、他の1点であるセンサ位置B1に前記変位センサ7を配置して、測定間隔d1でステージ3を繰り返し移動させ位置0〜K番目まで行う。
XK=V(K−1)B−VKA+XK−1
YK=V(K−1)B−V(K−1)A+YK−1
の関係を用いてXK,YKを順次測定する。従って、本実施例の真直度測定方法は、従来の逐次2点法に対し繰り返し2点法といえる。
ステージ3が小さい場合には,変位センサ7をステージ3の上に固定することができないため,変位センサ7と測定基準物1との位置関係を入れ替える。すなわち,変位センサ7をステージ3以外の固定側に配置し,測定基準物1をステージ3上に固定する。この場合,測定基準物1は、ステージ3の大きさに準じた大きさのものを作成する。また,変位センサ7をセンサ位置A1からセンサ位置B1に移す動作は、前記のようにモータを用いた移動機構或いは手動による移動機構で行われる。従って、測定基準物7が可動体となり、変位センサ7の取付相手が固定体となる。
X0+Y0+=V0A X0+Y1=V0B
X1+Y1+=V1A X1+Y2=V1B
従って、一般式を次のように表すことができる。
この関係から、XK,YKを次のように表すことができる。
YK=V(K−1)B−V(K−1)A+YK−1
ここで,従来の方法と同様に初期値X0=0,Y0=0を設定することにより、XK,YKを順次求めることができる。
図6,図7は、前記繰り返し2点法に基づいた測定の性能を評価するための実験装置を示し、図6は、斜視図、図7は、他の方向から見た斜視図である。
XK=VKAーV(K−1)B−+XK−1
YK=V(K−1)B−V(K−1)A+YK−1
を用いて求めたステージ3の運動軌跡(運動誤差)と測定基準物1の形状は、図8,図9のようであった。図8は、ステージの運動軌跡を示すグラフ、図9は、測定基準物の形状を示すグラフである。
図8,図9に示すように、提案した本発明実施例の方法及び装置では、測定基準物1とステージ3との動きが干渉することなく測定できていることを確認した。その結果,ステージ3の真直度が13.4μm、測定基準物1の真直度は1.7μmであった。なお,ステージ3は、1mmの周期で大きなうねりを示しているが、これはステージ3駆動のために使用している送りねじのリードと一致しており、ねじの振れ回りに起因するものであることが分かる。
以上より、提案した本発明実施例の方法及び装置を用いると、直進運動するマイクロ機械要素の真直度を測定することができる。
本発明実施例によれば、変位センサ7の数を従来の2つから1つにすることができ、センサ間隔によって制限されていた測定間隔を小さくすることができる。
3 ステージ(可動体)
5 センサ支持部
7 変位センサ
Claims (4)
- 固定された測定基準物と、
該測定基準物に沿って所定の測定間隔で直線移動及び停止可能なステージと、
前記ステージ上に設けた移動機構に支持され前記測定基準物の表面形状及び前記ステージの運動軌跡間の相対変位を検出する単一の変位センサとを備え、
前記ステージは、前記変位センサを前記移動機構により前記測定間隔に応じ一方のセンサ位置から他方のセンサ位置へ任意に移動可能かつ前記各センサ位置で位置決め可能とし、
前記変位センサを前記一方のセンサ位置に位置決め前記ステージを前記測定間隔で移動及び停止させて前記相対変位の測定を行うと共に、前記変位センサを前記他方のセンサ位置へ移動させて位置決め前記ステージを前記測定間隔で繰り返し移動及び停止させて前記相対変位の測定を行うことで前記相対変位の測定を前記測定間隔毎の各2点で行い、
前記測定間隔毎の各2点の測定結果に基づき前記測定基準物の形状誤差及び前記ステージの運動誤差を求める、
ことを特徴とする真直度測定方法。 - 固定された単一の変位センサと、
該変位センサに対し所定の測定間隔で直線移動及び停止可能なステージと、
前記ステージ上に設けた移動機構に支持された測定基準物とを備え、
前記単一の変位センサは、前記測定基準物の表面形状との相対距離を検出可能とし、
前記ステージは、前記測定基準物を前記移動機構により前記測定間隔に応じ一方の被測定位置から他方の被測定位置へ任意に移動可能かつ前記各被測定位置で位置決め可能とし、
前記測定基準物を前記一方の被測定位置に位置決め前記ステージを前記測定間隔で移動及び停止させて前記相対距離の測定を行うと共に、前記測定基準物を前記他方の被測定位置へ移動させて位置決め前記ステージを前記測定間隔で繰り返し移動及び停止させて前記相対距離の測定を行うことで前記相対距離の測定を前記測定間隔毎の各2点で行い、
前記測定間隔毎の各2点の測定結果に基づき前記測定基準物の形状誤差及び前記ステージの運動誤差を求める、
ことを特徴とする真直度測定方法。 - 固定された測定基準物と、
該測定基準物に沿って所定の測定間隔で直線移動及び停止可能なステージと、
前記ステージ上に設けた移動機構に支持され前記測定基準物の表面形状及び前記ステージの運動軌跡間の相対変位を検出する単一の変位センサとを備え、
前記ステージは、前記変位センサを前記移動機構により前記測定間隔に応じ一方のセンサ位置から他方のセンサ位置へ任意に移動可能かつ前記各センサ位置で位置決め可能とし、
前記変位センサを前記一方のセンサ位置に位置決め前記ステージを前記測定間隔で移動及び停止させて前記相対変位の測定を行うと共に、前記変位センサを前記他方のセンサ位置へ移動させて位置決め前記ステージを前記測定間隔で繰り返し移動及び停止させて前記相対変位の測定を行うことで前記相対変位の測定を前記測定間隔毎の各2点で行い、
前記測定間隔毎の各2点の測定結果に基づき前記測定基準物の形状誤差及び前記ステージの運動誤差を求める、
ことを特徴とする真直度測定装置。 - 固定された単一の変位センサと、
該変位センサに対し所定の測定間隔で直線移動及び停止可能なステージと、
前記ステージ上に設けた移動機構に支持された測定基準物とを備え、
前記単一の変位センサは、前記測定基準物の表面形状との相対距離を検出可能とし、
前記ステージは、前記測定基準物を前記移動機構により前記測定間隔に応じ一方の被測定位置から他方の被測定位置へ任意に移動可能かつ前記各被測定位置で位置決め可能とし、
前記測定基準物を前記一方の被測定位置に位置決め前記ステージを前記測定間隔で移動及び停止させて前記相対距離の測定を行うと共に、前記測定基準物を前記他方の被測定位置へ移動させて位置決め前記ステージを前記測定間隔で繰り返し移動及び停止させて前記相対距離の測定を行うことで前記相対距離の測定を前記測定間隔毎の各2点で行い、
前記測定間隔毎の各2点の測定結果に基づき前記測定基準物の形状誤差及び前記ステージの運動誤差を求める、
ことを特徴とする真直度測定装置。
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