JPH08178694A - 変位センサ用のスケール - Google Patents
変位センサ用のスケールInfo
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- JPH08178694A JPH08178694A JP6325133A JP32513394A JPH08178694A JP H08178694 A JPH08178694 A JP H08178694A JP 6325133 A JP6325133 A JP 6325133A JP 32513394 A JP32513394 A JP 32513394A JP H08178694 A JPH08178694 A JP H08178694A
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- displacement sensor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/0011—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight
- G01B5/0014—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight due to temperature
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
- G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 設計の自由度が高く、低コストのスケールを
実現できる変位センサ用のスケールを提供することを目
的とする。 【構成】 目盛り部と、該目盛り部１０１とは別体構成
で且つ該目盛り部と接合されたベース基板１０２とを有
する。
実現できる変位センサ用のスケールを提供することを目
的とする。 【構成】 目盛り部と、該目盛り部１０１とは別体構成
で且つ該目盛り部と接合されたベース基板１０２とを有
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は変位センサのスケールに
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より工作機械のステージや３次元測
定器において直線方向変位量を検出するために光学式や
磁気式の変位センサが多く用いられている。この様な装
置では、図１の上面図及び正面図に示されるよう検出ヘ
ッド本体１を定盤等に固定し、目盛り１０１を設けたス
ケール２を移動部分に取り付けて検出部から出力される
電気信号を計測することにより移動部分の変位量を検出
する構成になっている。
定器において直線方向変位量を検出するために光学式や
磁気式の変位センサが多く用いられている。この様な装
置では、図１の上面図及び正面図に示されるよう検出ヘ
ッド本体１を定盤等に固定し、目盛り１０１を設けたス
ケール２を移動部分に取り付けて検出部から出力される
電気信号を計測することにより移動部分の変位量を検出
する構成になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】安定した出力信号を得
るためにはスケール２は十分な剛性を持った素材とし、
線膨張係数が十分小さく、温度変化の影響が最小になる
素材を選択する必要がある。また、高分解能変位センサ
の場合、スケールを設置する場合、目盛りを歪ませない
ようにスケールを保持する必要がある。特に分解能がサ
ブミクロンオーダーの場合スケールのわずかなひずみが
出力に影響する。
るためにはスケール２は十分な剛性を持った素材とし、
線膨張係数が十分小さく、温度変化の影響が最小になる
素材を選択する必要がある。また、高分解能変位センサ
の場合、スケールを設置する場合、目盛りを歪ませない
ようにスケールを保持する必要がある。特に分解能がサ
ブミクロンオーダーの場合スケールのわずかなひずみが
出力に影響する。
【０００４】図２に変位センサ用の３通りの長さのスケ
ール１１１、１１２、１１３の各上面図と正面図とを示
す。この３つのスケールは１目盛りの間隔が等しく、目
的に応じて必要な長さに切断して使用する。従ってスケ
ール厚さＴ、及びスケール幅ＢはＬ１１の長さで使用す
る際、たわみが生じない寸法になっている。この場合、
Ｌ１２の長さでは必要以上の厚みとなる。また、Ｌ１３
の場合、スケールの有効長に対しスケール本体が非常に
大きいため、変位センサを取り付けるスペースが小さく
することが出来ない。一般に線膨張係数の小さい素材は
高価で加工が難しいため素材のコスト面においても必要
以上に使用するのは小型高分解能変位センサのスケール
としては不適当である。
ール１１１、１１２、１１３の各上面図と正面図とを示
す。この３つのスケールは１目盛りの間隔が等しく、目
的に応じて必要な長さに切断して使用する。従ってスケ
ール厚さＴ、及びスケール幅ＢはＬ１１の長さで使用す
る際、たわみが生じない寸法になっている。この場合、
Ｌ１２の長さでは必要以上の厚みとなる。また、Ｌ１３
の場合、スケールの有効長に対しスケール本体が非常に
大きいため、変位センサを取り付けるスペースが小さく
することが出来ない。一般に線膨張係数の小さい素材は
高価で加工が難しいため素材のコスト面においても必要
以上に使用するのは小型高分解能変位センサのスケール
としては不適当である。
【０００５】図３は、スケール１の裏面反射回折を利用
した光学式変位センサの構成図である。上がスケール１
のスケール長がＬ２１の場合、下がスケール１’のスケ
ール長がＬ２２の場合である。スケール長がＬ２１の場
合、ｔ２１の厚みを持たせることでスケール本体の剛性
を確保出来、検出ヘッド２までの距離がｄ２１となる。
スケール長がＬ２２のとき、スケール本体の剛性を確保
出来るスケール厚さｔ２２はｔ２１より大きくなってし
まい、検出ヘッド２までの距離ｄ２２を含めて光学設計
を再検討する必要がある。このように裏面反射光を利用
する場合スケールの厚みが光学設計上の空気換算光路長
を制約してしまい、自由度の高い設計が難しい。
した光学式変位センサの構成図である。上がスケール１
のスケール長がＬ２１の場合、下がスケール１’のスケ
ール長がＬ２２の場合である。スケール長がＬ２１の場
合、ｔ２１の厚みを持たせることでスケール本体の剛性
を確保出来、検出ヘッド２までの距離がｄ２１となる。
スケール長がＬ２２のとき、スケール本体の剛性を確保
出来るスケール厚さｔ２２はｔ２１より大きくなってし
まい、検出ヘッド２までの距離ｄ２２を含めて光学設計
を再検討する必要がある。このように裏面反射光を利用
する場合スケールの厚みが光学設計上の空気換算光路長
を制約してしまい、自由度の高い設計が難しい。
【０００６】本発明は上述従来例に鑑み、設計の自由度
が高く、低コストのスケールを実現できる変位センサ用
のスケールを提供することを目的とする。
が高く、低コストのスケールを実現できる変位センサ用
のスケールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述目的を達成するため
の本発明の変位センサ用のスケールは、検出ヘッド本体
で目盛り手段を読みとられることによって相対変位を検
出するための変位センサ用のスケールにおいて、目盛り
部と、該目盛り部とは別体形成され且つ該目盛り部と接
合されたベース基板とを有することを特徴とする。
の本発明の変位センサ用のスケールは、検出ヘッド本体
で目盛り手段を読みとられることによって相対変位を検
出するための変位センサ用のスケールにおいて、目盛り
部と、該目盛り部とは別体形成され且つ該目盛り部と接
合されたベース基板とを有することを特徴とする。
【０００８】
【実施例】本発明が適用された光学式変位センサのスケ
ールの第１実施例の説明図を図４に示す。右が側面図、
左上が上面図、左下が正面図である。図中、１０１は目
盛り部、１０２はベース基板、１０３は接着剤、１０４
はスケール押さえ、１０５は止めネジ、１０６はスケー
ル止め部材、１０７はスケール取付面である。スケール
目盛り部１０１、ベース基板１０２とも石英で出来てお
り、紫外線硬化樹脂等の接着剤１０３で張り合わせてい
る。スケール目盛り部１０１は裏面反射回折方式のた
め、光学設計を優先し、薄板のウエハより製作してい
る。ベース基板部１０２は充分な厚みを持たせた石英ガ
ラスで作製し、接着剤１０３で貼り付ける。この様に形
成されたスケールを取付面１０７に設けられたスケール
止め部材１０６上のスケール押さえ１０４で止め、止め
ネジ１０５で固定する。
ールの第１実施例の説明図を図４に示す。右が側面図、
左上が上面図、左下が正面図である。図中、１０１は目
盛り部、１０２はベース基板、１０３は接着剤、１０４
はスケール押さえ、１０５は止めネジ、１０６はスケー
ル止め部材、１０７はスケール取付面である。スケール
目盛り部１０１、ベース基板１０２とも石英で出来てお
り、紫外線硬化樹脂等の接着剤１０３で張り合わせてい
る。スケール目盛り部１０１は裏面反射回折方式のた
め、光学設計を優先し、薄板のウエハより製作してい
る。ベース基板部１０２は充分な厚みを持たせた石英ガ
ラスで作製し、接着剤１０３で貼り付ける。この様に形
成されたスケールを取付面１０７に設けられたスケール
止め部材１０６上のスケール押さえ１０４で止め、止め
ネジ１０５で固定する。
【０００９】上記実施例のスケールは裏面反射回折方式
を採用しており、光学設計を優先して、目盛り部１０１
を薄い石英ウエハから製作しており、半導体露光装置と
エッチング技術を応用することで超高精度の目盛り部を
効率よく生産出来る。また、目盛り部単体では剛性が足
りないため出力が安定しないがベース基板１０２に充分
な剛性を持たせているので目盛り部のひずみやたわみは
生じず、安定した出力が得られる。
を採用しており、光学設計を優先して、目盛り部１０１
を薄い石英ウエハから製作しており、半導体露光装置と
エッチング技術を応用することで超高精度の目盛り部を
効率よく生産出来る。また、目盛り部単体では剛性が足
りないため出力が安定しないがベース基板１０２に充分
な剛性を持たせているので目盛り部のひずみやたわみは
生じず、安定した出力が得られる。
【００１０】スケール目盛り部とベース基板は同一の素
材から出来ており、従って温度変化による両部材の熱応
力は生じない。
材から出来ており、従って温度変化による両部材の熱応
力は生じない。
【００１１】設置時にはベース基板部を支持部材である
スケール押さえ１０４で固定することで、目盛り部の変
形を最小にすることができる。
スケール押さえ１０４で固定することで、目盛り部の変
形を最小にすることができる。
【００１２】本発明が実施されたスケールの第２実施例
の説明図を図５に示す。以下の実施例では前述と同様の
部材には同じ符号を冠する。図ではスケールが長尺の場
合（２−ａ）、中尺の場合（２−ｂ）、短尺の場合（２
−ｃ）各々の側面図、上面図、正面図を図４と同様に示
してある。目盛り部１０１は第１実施例と同様に薄い石
英ウエハ等で出来ており、スケールの有効長に応じた最
適な厚さのベース基板に貼り合わせている。すなわち長
尺スケール（長さＬ２１）の場合は厚めのベース基板１
０２ａ（厚みｔ２１）に貼り付け、中尺スケール（長さ
Ｌ２２）の場合は薄目のベース基板１０２ｂ（厚みｔ２
２）に貼り付け、短尺スケール（長さＬ２３）の場合は
そのままで使用する。
の説明図を図５に示す。以下の実施例では前述と同様の
部材には同じ符号を冠する。図ではスケールが長尺の場
合（２−ａ）、中尺の場合（２−ｂ）、短尺の場合（２
−ｃ）各々の側面図、上面図、正面図を図４と同様に示
してある。目盛り部１０１は第１実施例と同様に薄い石
英ウエハ等で出来ており、スケールの有効長に応じた最
適な厚さのベース基板に貼り合わせている。すなわち長
尺スケール（長さＬ２１）の場合は厚めのベース基板１
０２ａ（厚みｔ２１）に貼り付け、中尺スケール（長さ
Ｌ２２）の場合は薄目のベース基板１０２ｂ（厚みｔ２
２）に貼り付け、短尺スケール（長さＬ２３）の場合は
そのままで使用する。
【００１３】本実施例では、目盛り部１０１を一定規格
で製作し、スケール長に合わせてベース基板の厚みを設
定することで、有効長の短い場合、必要以上に厚みを持
たせたスケールを使用する必要が無く、変位センサ全体
の設置スペースを小さく設定できる。長尺タイプにおい
ては、十分な厚みのベース基板に目盛り部を貼り合わせ
ることで安定した出力が得られる。
で製作し、スケール長に合わせてベース基板の厚みを設
定することで、有効長の短い場合、必要以上に厚みを持
たせたスケールを使用する必要が無く、変位センサ全体
の設置スペースを小さく設定できる。長尺タイプにおい
ては、十分な厚みのベース基板に目盛り部を貼り合わせ
ることで安定した出力が得られる。
【００１４】光学式変位センサでスケールの裏面反射を
利用する場合、目盛り部の厚みは一定となるので、長尺
設計しても光学系の空気換算光路長を長さに関わらず一
定としたまま対応出来る。
利用する場合、目盛り部の厚みは一定となるので、長尺
設計しても光学系の空気換算光路長を長さに関わらず一
定としたまま対応出来る。
【００１５】本発明が実施された光学スケールの第３実
施例の説明図を図６に示す。図４、５同様に側面図、上
面図、正面図で示してある。図中、１０１は目盛り部、
２０５が止めネジ、３０２ａはベース基板、１０３は接
着材、３０２ｂは取付部、３０２ｃは応力回避溝であ
る。目盛り部１０１は積層構造でベース基板３０２ａ上
に積載された構造である。目盛り部１０１は石英ウエハ
等を半導体露光装置で精密に作製する。また、石英は線
膨張係数が小さい素材をなので温度変化に対するピッチ
変化を最小に抑えられる。ベース基板３０２ａは石英ガ
ラスと線膨張係数が近い値のスーパーインバを使用して
おり、充分な剛性を持ち、上面、下面が平行に研削仕上
げされており、接着剤１０３は伸縮性、すなわち接着し
た両者の熱膨張差に対する緩衝機能に優れたものを採用
することで目盛り部が歪まず保たれる構成となる。
施例の説明図を図６に示す。図４、５同様に側面図、上
面図、正面図で示してある。図中、１０１は目盛り部、
２０５が止めネジ、３０２ａはベース基板、１０３は接
着材、３０２ｂは取付部、３０２ｃは応力回避溝であ
る。目盛り部１０１は積層構造でベース基板３０２ａ上
に積載された構造である。目盛り部１０１は石英ウエハ
等を半導体露光装置で精密に作製する。また、石英は線
膨張係数が小さい素材をなので温度変化に対するピッチ
変化を最小に抑えられる。ベース基板３０２ａは石英ガ
ラスと線膨張係数が近い値のスーパーインバを使用して
おり、充分な剛性を持ち、上面、下面が平行に研削仕上
げされており、接着剤１０３は伸縮性、すなわち接着し
た両者の熱膨張差に対する緩衝機能に優れたものを採用
することで目盛り部が歪まず保たれる構成となる。
【００１６】上記実施例は目盛り部を薄い石英ウエハか
ら製作しており、半導体露光装置とエッチング技術を応
用することで超高精度の目盛り部を効率よく生産出来
る。また、ベース基板が充分な剛性を持たせているので
目盛り部が薄くてもひずみやたわみは生じず、安定した
出力が得られる。
ら製作しており、半導体露光装置とエッチング技術を応
用することで超高精度の目盛り部を効率よく生産出来
る。また、ベース基板が充分な剛性を持たせているので
目盛り部が薄くてもひずみやたわみは生じず、安定した
出力が得られる。
【００１７】ベース基板３０２ａは金属のスーパインバ
を使用し、研削や穴あけ加工は従来の金属加工法が適用
出来るため、複雑な形状を作製出来る。
を使用し、研削や穴あけ加工は従来の金属加工法が適用
出来るため、複雑な形状を作製出来る。
【００１８】ベース基板３０２ａの取付部３０２ｂと目
盛り部を貼り付ける部分３０２ａとの間には応力回避溝
部３０２ｃを設置しており、ネジで３０２ｂを締結した
とき応力を回避し、目盛り部取付部３０２ａの変形を最
小にすることができる。
盛り部を貼り付ける部分３０２ａとの間には応力回避溝
部３０２ｃを設置しており、ネジで３０２ｂを締結した
とき応力を回避し、目盛り部取付部３０２ａの変形を最
小にすることができる。
【００１９】ベース基板３０２ａの上下面の平面度と平
行度以外は加工精度をさほど要求しないため製作は容易
に出来る。
行度以外は加工精度をさほど要求しないため製作は容易
に出来る。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば設計
の自由度が高く、低コストのスケールを実現できる。
の自由度が高く、低コストのスケールを実現できる。
【図１】従来の変位センサの構成を示す説明図。
【図２】従来の変位センサのスケールを示す説明図。
【図３】従来の光学式変位センサで裏面反射を利用した
スケールを示す説明図。
スケールを示す説明図。
【図４】実施例１による変位センサのスケールを示す説
明図。
明図。
【図５】実施例２による変位センサのスケールを示す説
明図。
明図。
【図６】実施例３による変位センサのスケールを示す説
明図。
明図。
１ スケール ２ 検出ヘッド本体 １０１ 目盛り部 １０２，１０２ａ，１０２ｂ ベース基板 １０３ 接着剤 １０４ スケール押さえ １０５ 止めネジ １０６ スケール止め部材 １０７ スケール取付面 ２０５ 止めネジ ３０２ａ 目盛り部取付部 ３０２ｂ スケール取付部 ３０２ｃ 応力回避溝
Claims (3)
- 【請求項１】 検出ヘッド本体で目盛り手段を読みとら
れることによって相対変位を検出するための変位センサ
用のスケールにおいて、目盛り部と、該目盛り部とは別
体形成され且つ該目盛り部と接合されたベース基板とを
有することを特徴とする変位センサ用のスケール。 - 【請求項２】 前記目盛り部と前記ベース基板とが同一
素材で出来ていることを特徴とする請求項１記載の変位
センサ用のスケール。 - 【請求項３】 前記目盛り部と前記ベース基板とを両者
の熱膨張差に対する緩衝機能を有する接着剤で張り合わ
せたことを特徴とする請求項１記載の変位センサ用のス
ケール。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6325133A JPH08178694A (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 変位センサ用のスケール |
| US08/576,697 US5760392A (en) | 1994-12-27 | 1995-12-21 | Scale for use with a displacement sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6325133A JPH08178694A (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 変位センサ用のスケール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08178694A true JPH08178694A (ja) | 1996-07-12 |
Family
ID=18173440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6325133A Withdrawn JPH08178694A (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 変位センサ用のスケール |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5760392A (ja) |
| JP (1) | JPH08178694A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9316917B2 (en) | 2007-07-18 | 2016-04-19 | Nikon Corporation | Measuring method, stage apparatus, and exposure apparatus |
| JP2017533104A (ja) * | 2014-09-15 | 2017-11-09 | デッケル マホ プフロンテン ゲーエムベーハーＤＥＣＫＥＬ ＭＡＨＯ Ｐｆｒｏｎｔｅｎ ＧｍｂＨ | 工作機械で使用する位置測定装置 |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19821558B4 (de) * | 1997-08-08 | 2007-09-13 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Maßstab und Verfahren zur Herstellung eines Maßstabes sowie Positionsmeßeinrichtung |
| JPH11190601A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-13 | Mitsutoyo Corp | マイクロメータ |
| DE10056947A1 (de) * | 2000-11-17 | 2002-05-23 | Optolab Licensing Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Montage von Messsystemen |
| US6480271B1 (en) | 2001-01-08 | 2002-11-12 | The Boeing Company | Traversing laser locating system |
| US7405389B2 (en) * | 2004-11-19 | 2008-07-29 | Silicon Light Machines Corporation | Dense multi-axis array for motion sensing |
| DE102006004898A1 (de) * | 2006-02-03 | 2007-08-09 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Abtastsystem einer Positionsmesseinrichtung |
| US7721609B2 (en) | 2006-03-31 | 2010-05-25 | Cypress Semiconductor Corporation | Method and apparatus for sensing the force with which a button is pressed |
| DE102008015820B4 (de) * | 2008-03-27 | 2013-02-28 | Fette Compacting Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Messung der vertikalen Position von Ober- und Unterstempeln einer Rundläufer-Tablettenpresse |
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| EP3483551B1 (en) * | 2016-10-25 | 2023-04-05 | Hangzhou Great Star Tools Co., Ltd. | Distance measuring device |
| US12392900B2 (en) | 2016-10-25 | 2025-08-19 | Hangzhou Great Star Industrial Co., Ltd. | Distance measuring device |
| CN214407428U (zh) * | 2021-01-27 | 2021-10-15 | 京东方科技集团股份有限公司 | 平面度检测设备及系统 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5760392A (en) | 1998-06-02 |
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