CN108733096B - 驱动台装置的控制方法及形状测定装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种驱动台装置的控制方法及形状测定装置的控制方法，能够根据载置于台上的对象物的重量等来实现恰当的驱动控制。通过空气轴承使台上浮，测定通过空气轴承处于上浮的状态的台的高度来作为第一高度。将工件载置于台，在载置有工件的状态下测定所述台的高度来作为第二高度。计算第一高度与第二高度之差来作为下沉量，根据下沉量来计算工件的重量。根据计算出的所述工件重量来决定台的旋转驱动或者水平移动的上限速度。以使台的旋转驱动或者水平移动的速度不超过所述上限速度的方式进行控制。

Description

驱动台装置的控制方法及形状测定装置的控制方法
技术领域
本发明涉及一种驱动台装置的驱动控制方法，例如涉及一种转台的驱动控制方法。
背景技术
作为形状测定装置，已知有正圆度测定装置(专利文献1)。正圆度测定装置具有旋转机构，具有精密地测定圆形形体的测定对象物(以下称为“工件”)的半径变化的功能。正圆度测定装置的测定精度与转台的旋转精度密切关联。
专利文献1：日本专利3949910号
发明内容
发明要解决的问题
当转台的旋转发生抖动时，形状测定的结果当然相应地恶化。因而，转台中设定有能够保证旋转精度的最大的载荷。
当在超过载荷的工件载置于转台上的状态下驱动转台时，旋转精度当然不会得到保证，也成为导致损伤转台的内部机构的原因。
然而，经常发生由正圆度测定机来测定超过载荷的工件的误操作。
另外，在转台的旋转控制中经常应用设想了最大负荷的工件的控制。也就是说，进行如下控制：以即使工件的重量为最大载荷的情况下也保证旋转精度的方式使转台缓慢地加速，最大转速也被设定得足够低，并且缓慢地减速而停止。即使工件轻也应用相同的控制。因此，在工件轻的情况下花费长到所需以上的测定时间，但是这是为了防止转台的损伤而不得不为之的处置。
以转台为例进行了说明，但是上述的问题不限于"旋转"，是在载置有对象物的状态下进行移动的移动台(motion stage)中也共有的问题。
此外，将以旋转轴为旋转中心使转台旋转的转台装置和在一维或二维方向上使移动台移动的移动台装置统称为驱动台装置。
本发明的目的在于提供一种能够根据载置于台上的对象物的重量等来实现恰当的驱动控制的驱动台装置的控制方法。
用于解决问题的方案
本发明的驱动台装置的控制方法包括以下步骤：通过空气轴承使台上浮，测定通过所述空气轴承处于上浮的状态的所述台的高度来作为第一高度，将工件载置于所述台，在载置有所述工件的状态下测定所述台的高度来作为第二高度，计算所述第一高度与所述第二高度之差来作为下沉量，根据所述下沉量来计算所述工件的重量，根据计算出的所述工件的重量来决定所述台的旋转驱动或者水平移动的上限速度，以使所述台的旋转驱动或者水平移动的速度不超过所述上限速度的方式进行控制。
另外，本发明的驱动台装置的控制方法包括以下步骤：通过空气轴承使台上浮，测定通过所述空气轴承处于上浮的状态的所述台的高度来作为第一高度，将工件载置于所述台，在载置有所述工件的状态下测定所述台的高度来作为第二高度，计算所述第一高度与所述第二高度之差来作为下沉量，根据所述下沉量来计算所述工件的重量，根据计算出的所述工件的重量来决定所述台的旋转驱动或者水平移动的加速度或者减速度的限度，以使所述台的旋转驱动或者水平移动的加速度或者减速度不超过所述限度的方式进行控制。
在本发明的一个实施方式中，优选的是，将所述计算出的所述工件的重量与该驱动台装置的最大载荷进行对比，在所述计算出的所述工件的重量超过所述最大载荷的情况下报告给用户。
本发明的形状测定装置的控制方法是具备转台装置和坐标测定部的形状测定装置的控制方法，该转台装置具有载置工件进行旋转的转台，该坐标测定部检测所述工件的表面来测定所述工件的形状，所述形状测定装置的控制方法包括以下步骤：通过空气轴承使所述转台上浮，测定通过所述空气轴承处于上浮的状态的所述转台的高度来作为第一高度，将所述工件载置于所述转台，在载置有所述工件的状态下测定所述转台的高度来作为第二高度，计算所述第一高度与所述第二高度之差来作为下沉量，根据所述下沉量来计算所述工件的重量，根据计算出的所述工件的重量来决定所述转台的转速的上限，一边以使所述转台的转速不超过所述上限的方式进行控制，一边通过所述坐标测定部来测定被载置于所述转台的所述工件的形状。
另外，本发明的形状测定装置的控制方法是具备转台装置和坐标测定部的形状测定装置的控制方法，该转台装置具有载置工件进行旋转的转台，该坐标测定部检测所述工件的表面来测定所述工件的形状，所述形状测定装置的控制方法包括以下步骤：通过空气轴承使所述转台上浮，测定通过所述空气轴承处于上浮的状态的所述转台的高度来作为第一高度，将所述工件载置于所述转台，在载置有所述工件的状态下测定所述转台的高度来作为第二高度，计算所述第一高度与所述第二高度之差来作为下沉量，根据所述下沉量来计算所述工件的重量，根据计算出的所述工件的重量来决定所述转台的旋转的加速度或者减速度的限度，一边以使所述转台的旋转的加速度或者减速度不超过所述限度的方式进行控制，一边通过所述坐标测定部来测定被载置于所述转台的所述工件的形状。
在本发明的一个实施方式中，优选的是，根据所述工件的直径和重量来计算所述工件的惯性力矩，根据所述工件的所述惯性力矩来决定所述转台的转速的所述上限。
另外，在本发明的一个实施方式中，优选的是，根据所述工件的直径和重量来计算所述工件的惯性力矩，根据所述工件的所述惯性力矩来决定所述转台的旋转的加速度或者减速度的所述限度。
在本发明的一个实施方式中，优选的是，在测定所述第二高度之后执行该转台装置的定心。
附图说明
图1是正圆度测定装置的外观图。
图2是转台装置的内部结构图。
图3是主计算机和运动控制器的功能框图。
图4是用于说明转台装置的驱动控制方法的流程图。
图5是用于说明转台装置的驱动控制方法的流程图。
图6是例示在没有工件的状态下通过空气轴承使转台上浮着的情况的图。
图7是例示转台由于工件的重量而少许下沉的状态的图。
图8是例示工件重量Mw与转台的下沉量D之间的关系的图。
图9是例示工件重量Mw与转台的下沉量D之间的关系的图。
图10是例示工件重量M与转速限度之间的关系的图。
图11是例示工件重量M与加速度限度(减速度限度)之间的关系的图。
图12是例示检测工件W的直径的情况的图。
图13是例示移动台装置的图。
附图标记说明
30：移动台装置；33：移动台；34：Y驱动轴；35：X驱动轴；100：正圆度测定装置；110：主计算机；120：限度运算部；121：下沉量计算部；122：重量计算部；123：限度设定部；130：运动控制器；131：驱动指令部；133：计数器；140：台控制部；141：限度值存储部；150：操作部；200：测定机主体部；210：基座；300：坐标测定部；310：Z轴支柱；320：Z滑块；330：X臂；340：头保持件；350：探测器头；360：探针；361：测定头；400：转台装置；410：转台；420：旋转驱动部；430：调整用旋钮；440：外壳；450：转子；451：转盘；452：转子轴；460：转子支承部；461：筒孔；462：通气孔；463：空气轴承；470：电动机；471：电动机输出轴；500：联轴器。
具体实施方式
参照附图和附加于图中各要素的标记来说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是正圆度测定装置的外观图。
正圆度测定装置100具备测定机主体部200、运动控制器130、主计算机110以及操作部150。
测定机主体部200具备基座210、坐标测定部300以及转台装置400。
坐标测定部300具备Z轴支柱310、Z滑块320、X臂330、头保持件340以及探测器头350。
Z轴支柱310以与Z轴平行的方式架设于基座210上。Z滑块320以能够在Z方向(上下方向)上移动的方式设置于Z轴支柱310。X臂330以能够在X方向上进退的方式被Z滑块320支承。头保持件340是L字型的部件，头保持件340的基端安装于X臂330的前端，在头保持件340的前端安装有探测器头350。
探测器头350是杠杆式电动千分尺，被安装于头保持件340的前端。探测器头350具有探针360，在探针360的前端设置有与工件接触的测定头361。(测定头不限于接触式，只要是能够检测工件表面的部件即可。作为非接触式的测定头，有静电电容式、光学式(色标传感器(クロマチックポイントセンサ))等。)
此外，利用编码器(未图示)分别检测探针360的角度、头保持件340的倾角、X臂330的进退量以及Z滑块320的位置(升降量)。
转台装置400具备转台410和旋转驱动部420。
旋转驱动部420设置于基座210上，使圆板状的转台410旋转。在旋转驱动部420的侧面在周向上以90度间隔配置有调整用旋钮430。
能够通过操作调整用旋钮430来调整转台410的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上的微小位置和微小倾斜，由此能够进行转台410的定心和调平。
当将工件设置在该转台410上时，工件与转台410一起旋转。
说明旋转驱动部420的结构。
图2是旋转驱动部420的结构图。图中，将从下向上的方向取为Z轴，在与Z轴垂直的平面上取相互正交的Y轴和X轴。
旋转驱动部420被收纳于设置于基座210上的外壳440内。而且，旋转驱动部420具备转子450、电动机470以及联轴器500。
转子450具有转盘451和转子轴452。转盘451为圆板状，在其上表面载置转台410。从转盘451的下表面向Z方向的下方延伸出转子轴452。
此外，转子450被圆筒形状的转子支承部460从下面支承。
转子轴452插通转子支承部460的筒孔461，并且转盘451放在转子支承部460的上表面。
而且，从通气孔462向转子支承部460与转子450之间提供空气，通过空气轴承463来轴支承转子450。
电动机470配置于转子450的下方，电动机470的输出轴471沿Z轴方向延伸。
电动机470和转子450被调整相互的位置使得电动机输出轴471和转子轴452几乎同轴。在电动机输出轴471附设有旋转编码器(未图示)。
联轴器500将电动机输出轴471和转子轴452连结。联轴器500具有在电动机输出轴471与转子轴452之间沿X、Y、Z轴方向滑动的滑动机构(未图示)，吸收电动机输出轴471与转子轴452的轴偏差地从传动轴(电动机输出轴471)向从动轴(转子轴452)传递旋转动力。
图3中示出主计算机110和运动控制器130的功能框图。
主计算机110是具有CPU(中央处理装置)、保存有规定程序的ROM、RAM的所谓的计算机终端，主计算机110向运动控制器130提供规定的动作指令，并且根据由测定机主体部200获取到的数据来执行工件W(参照图7)的形状分析等运算处理。并且，主计算机110具有用于设定转台410的转速的上限的限度运算部120。
限度运算部120具有下沉量计算部121、重量计算部122以及限度设定部123。
关于各功能部的具体动作，参照流程图在后面叙述。
另外，主计算机110经由监视器、键盘、鼠标将输入输出接口提供给用户。
运动控制器130根据来自主计算机110的指令来执行测定机主体部200的驱动控制。
运动控制器130具备向坐标测定部300提供驱动指令的驱动指令部131、将转台装置400进行驱动控制的台控制部140以及对坐标测定部300和转台装置400的编码器的检测值进行计数的计数器133。
台控制部140根据来自主计算机110的指令来向电动机470提供驱动脉冲从而使转子450旋转。
在此，台控制部140具有限度值存储部141，该限度值存储部141存储转台410的转速和加减速度的限度。关于设定于限度值存储部141中的限度值，参照流程图在后面叙述。
操作部150具有操作杆、操作按钮，通过手动操作来向运动控制器130提供动作指令。例如，用户通过手动操作杆、按钮来调整转台的转速。
(转台装置的驱动限度设定方法)
参照图4、图5的流程图来说明本实施方式所涉及的转台装置的驱动控制方法。
具体地说，根据工件来自动设定转台装置的转速的上限值、加减速时的加速度(减速度)的上限值(下限值)。
通过主计算机110读入部分程序来自动执行以下说明的动作的各步骤。
对测定机主体部200接通电源来使测定机主体部200启动。这样，向转台装置400供给规定压力的压缩空气(空气)。
从通气孔462喷出空气，由此转子450上浮(ST110)。另外，测定机主体部200获取Z滑块320和X臂330的原点，进行测定准备。
(此外，如果编码器为绝对型，则在接通电源的同时获取当前位置。)
接着，测定机主体部200进行工件重量的检测(ST120)。
参照图5的流程图来说明工件重量的检测动作。
目前，在转台410没有载置工件W的状态下转子450上浮(参照图6)。
在该状态下测定转台410的高度(h0：第一高度)(ST121)。
转台410的高度的测定使用了坐标测定部300的测定功能。即，只要使Z滑块320沿着Z轴支柱310下降来检测当探测器头350接触到了转台410的上表面时的Z滑块320的高度(h0)即可。获取到的检测值(h0)被送到限度运算部120并暂时存储到下沉量计算部121。
接着，操作员将工件W载置于转台410上(ST122)(参照图7)。
此时，工件W的重量施加到空气轴承463，因此空气膜的厚度发生变化，转台410少许下沉。
在该状态下测定转台410的高度(hw：第二高度)(ST123)。获取到的检测值(hw)被送到限度运算部120并暂时存储到下沉量计算部121。
限度运算部120根据获取到的检测值h0、hw来计算工件W的重量。
首先，下沉量计算部121计算没有工件W时和载有工件W时的台高度的差异(下沉量D)。
D＝h0-hw
接着，重量计算部122根据该下沉量D来求出工件重量Mw。
在此，如果空气轴承463的空气压为固定，则空气轴承463的膜厚根据载置于转台410的工件重量Mw而变化。即，当将空气轴承463的空气压固定为规定值时，工件重量Mw与下沉量D之间的关系例如图8的图那样。因此，将如图9那样的下沉量D与工件重量之间的关系以图、表或者关系式的形式准备并保存到重量计算部122。
重量计算部122根据计算出的下沉量D(ST124)来计算工件重量Mw(ST125)。这样求出的工件重量Mw被送到限度设定部123。
限度设定部123中预先存储有工件重量限度、转速限度、加速度限度以及减速度限度。
工件重量限度是转台装置400的最大载荷，不可以将超过工件重量限度的工件W载置于转台410上。
转速限度、加速度限度以及减速度限度是根据工件重量Mw来设定的。
例如，如果工件W轻，则可以使转台410快速地旋转或加大加减速度。另一方面，在工件W重的情况下，如果不使转台410缓慢旋转则会导致转台装置400受损。
因此，将如图10那样的工件重量M与转速限度之间的关系以图、表或者关系式的形式准备并预先保存到限度设定部123。同样地，将如图11那样的工件重量M与加速度限度(减速度限度)之间的关系以图、表或者关系式的形式准备并预先保存到限度设定部123。
返回到图4的流程图，限度设定部123将求出的工件重量Mw与工件重量限度Mmax进行对比来判定是否为工件W超过限制值的超重(ST130)，如果超重则发出警告(ST131)。
如果工件重量Mw为工件重量限度以下(ST130：“否”)，限度设定部123决定与工件重量Mw相应的转速限度Vw、加速度限度Aw以及减速度限度(ST140)。
(本次，减速度限度设为大小与加速度限度Aw相同且符号与加速度限度Aw相反。)
由限度设定部123设定的限度值Vw、Aw被保存到台控制部140的限度值存储部141(ST150)。
这样，根据工件W来设定转台410的转速的上限值、加速度(减速度)的上限值(下限值)。
之后，正圆度测定装置100通过转台410使工件W旋转来测定工件W的形状。
此时，台控制部140使得转台410的转速、加速度不超过设定的限度值。例如，也有时用户使用操作部进行手动操作来任意地操作转台410的旋转，但是在这种情况下，也不会成为设定的限度值以上的转速。由此，自动地保护转台装置400不受损伤。
在工件的形状测定时，台控制部140使用上述设定的限度值来对转台装置进行旋转驱动。例如，如果工件轻，则与其相应地以大的加速度、快的转速使转台410旋转。由此，形状测定的效率得到提高。
此外，具有定心功能，该功能是在操作员将工件载置到转台上之后自动调整中心使得作为旋转体的工件的轴心处于铅直且为旋转中心，但是必须在上述的限度设定之后进行定心。这是因为，当先进行定心时，虽然工件处于垂直，但是转台410的面相应地倾斜，因此无法正确地测定下沉量D。
(变形例1)
在上述实施方式的说明中，根据转台410的下沉量D来计算工件重量，求出与工件重量相应的转速、加减速度来作为限度值。
作为变形例，也可以将与工件的惯性力矩Iw相应的转速、加减速度设为限度值。
例如图12中例示的那样，预先测定工件W的直径(作为一个例子为最大直径)，使用测定出的直径和如上述实施方式中说明的那样计算出的工件W的重量来粗略计算工件W的惯性力矩Iw。根据计算出的惯性力矩Iw来设定转速、加减速度的限度值。
(例如，在图10和图11中，想要将工件重量替换为惯性力矩。)
此外，在获取工件的直径时，既可以使用坐标测定部300的测定功能来自动或者手动地测定，也可以由于并非需要那么精密的值而由操作员通过输入手段(键盘等)进行输入。
(变形例2)
在上述实施方式的说明中，测定装置(正圆度测定装置)具备坐标测定部300，因此使用该坐标测定部300的测定功能来检测(测定)转台的下沉量，但是也可以将与坐标测定部的测定功能分开地测定转台的下沉量的测定器附设于转台装置。
例如，也可以将应变仪、标尺组装到转台装置来检测转台的下沉量。
只是从恰当地控制转台的驱动速度这样的本发明的宗旨考虑，工件重量的检测精度例如可以是kg单位、10kg单位，不需要精密地检测工件重量。因而，优选的是，不另行附设专门用于检测重量的重量传感器，而使用形状测定装置原本具备的坐标测定功能检测转台的下沉量。
(变形例3)
在上述实施方式中以转台装置的转速为例进行了说明，但是作为驱动台也有例如图13中例示那样的移动台装置30。
移动台装置通过X驱动轴35和Y驱动轴34使移动台33二维地滑动。
此时，为了使移动台33平滑地移动，使用空气轴承。
与上述实施方式同样地，在有工件时和无工件时检测移动台的下沉量，根据下沉量来计算工件重量，计算与工件重量相应的移动速度和加减速度。根据工件的重量来进行移动台装置的驱动控制，因此与上述实施方式同样地实现测定效率的提高。
此外，本发明不限于上述实施方式，能够在不超出宗旨的范围内适当变更。
在图10、图11中，示出了针对工件重量以单调递减的一次函数来规定上限速度和上限加速度的例子，但是这只不过是一个例子。在针对工件重量规定上限速度和上限加速度时，当然也可以是上凸的曲线，还可以是下凸的曲线。
在上述实施方式的说明中，说明了限制转台(移动台)的速度和加减速度这两方的例子，但是当然也可以根据工件重量(或者惯性力矩)来仅对速度和加减速度中的某一方进行限制。

Claims (8)

1.一种驱动台装置的控制方法，其特征在于，
通过空气轴承使台上浮，
测定通过所述空气轴承处于上浮的状态的所述台的高度来作为第一高度，
将工件载置于所述台，
在载置有所述工件的状态下测定所述台的高度来作为第二高度，
计算所述第一高度与所述第二高度之差来作为下沉量，
根据所述下沉量来计算所述工件的重量，
根据计算出的所述工件的重量来决定所述台的旋转驱动或者水平移动的上限速度，
以使所述台的旋转驱动或者水平移动的速度不超过所述上限速度的方式进行控制。
2.一种驱动台装置的控制方法，其特征在于，
通过空气轴承使台上浮，
测定通过所述空气轴承处于上浮的状态的所述台的高度来作为第一高度，
将工件载置于所述台，
在载置有所述工件的状态下测定所述台的高度来作为第二高度，
计算所述第一高度与所述第二高度之差来作为下沉量，
根据所述下沉量来计算所述工件的重量，
根据计算出的所述工件的重量来决定所述台的旋转驱动或者水平移动的加速度或者减速度的限度，
以使所述台的旋转驱动或者水平移动的加速度或者减速度不超过所述限度的方式进行控制。
3.根据权利要求1或2所述的驱动台装置的控制方法，其特征在于，
将所述计算出的所述工件的重量与该驱动台装置的最大载荷进行对比，
在所述计算出的所述工件的重量超过所述最大载荷的情况下报告给用户。
4.一种形状测定装置的控制方法，该形状测定装置具备转台装置和坐标测定部，该转台装置具有载置工件并进行旋转的转台，该坐标测定部检测所述工件的表面来测定所述工件的形状，所述形状测定装置的控制方法的特征在于，
通过空气轴承使所述转台上浮，
测定通过所述空气轴承处于上浮的状态的所述转台的高度来作为第一高度，
将所述工件载置于所述转台，
在载置有所述工件的状态下测定所述转台的高度来作为第二高度，
计算所述第一高度与所述第二高度之差来作为下沉量，
根据所述下沉量来计算所述工件的重量，
根据计算出的所述工件的重量来决定所述转台的转速的上限，
一边以使所述转台的转速不超过所述上限的方式进行控制，一边通过所述坐标测定部来测定被载置于所述转台的所述工件的形状。
5.根据权利要求4所述的形状测定装置的控制方法，其特征在于，
根据所述工件的直径和重量来计算所述工件的惯性力矩，
根据所述工件的所述惯性力矩来决定所述转台的转速的所述上限。
6.一种形状测定装置的控制方法，该形状测定装置具备转台装置和坐标测定部，该转台装置具有载置工件并进行旋转的转台，该坐标测定部检测所述工件的表面来测定所述工件的形状，所述形状测定装置的控制方法的特征在于，
通过空气轴承使所述转台上浮，
测定通过所述空气轴承处于上浮的状态的所述转台的高度来作为第一高度，
将所述工件载置于所述转台，
在载置有所述工件的状态下测定所述转台的高度来作为第二高度，
计算所述第一高度与所述第二高度之差来作为下沉量，
根据所述下沉量来计算所述工件的重量，
根据计算出的所述工件的重量来决定所述转台的旋转的加速度或者减速度的限度，
一边以使所述转台的旋转的加速度或者减速度不超过所述限度的方式进行控制，一边通过所述坐标测定部来测定被载置于所述转台的所述工件的形状。
7.根据权利要求6所述的形状测定装置的控制方法，其特征在于，
根据所述工件的直径和重量来计算所述工件的惯性力矩，
根据所述工件的所述惯性力矩来决定所述转台的旋转的加速度或者减速度的所述限度。
8.根据权利要求4～7中的任一项所述的形状测定装置的控制方法，其特征在于，
在测定所述第二高度之后执行该转台装置的定心。
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