JP2004284000A

JP2004284000A - Straightness control stage

Info

Publication number: JP2004284000A
Application number: JP2003082289A
Authority: JP
Inventors: Makoto Harada; 真原田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simply control the straight movement accuracy of a stage in a protruding and recessed way. <P>SOLUTION: This straightness controlling stage is constituted of a base plate 12 having a central part fixed on a frame 10 and both ends capable of being displaced, a linear guide 14 fixed on the base plate 12, a top table 16 moving on the linear guide 14, driving means 18 and 20 for driving the top table 16, and a pressurizing device 22 for varying a space between both ends of the base plate 12 and the frame 10. The deflection of the linear guide 14 can be controlled by the pressurizing device 22. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真直度制御ステージに係り、特に、リニアガイドやボールねじ等で構成され、工作機械等に用いるのに好適な、比較的簡単にステージの真直運動精度を凹凸に制御することが可能な真直度制御ステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械部品においては、度々、その部品の真直度を中凹あるいは中凸（数μｍ〜数百μｍ程度）に仕上げる必要が生じる。そこで従来は、同時２軸制御、あるいは、部品自身を撓ませて固定し加工する等の方法が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同時２軸制御ではそれほど高速な加工が困難であり、部品自身を撓ませて固定して加工する方法も、部品を毎回変形させて固定する必要があり、多大な手間がかかるという問題点を有していた。
【０００４】
一方、本発明に関連するものとして、特許文献１には、超磁歪アクチュエータの微小変位を利用して姿勢制御プレートを微小回転するようにした姿勢制御装置を精密加工装置に設けることが記載されているが、本発明のように、板の弾性を利用してガイド部材を撓ませるものではなかった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１２７００３号公報
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、比較的簡単にステージの真直運動精度を凹凸に制御可能とすることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真直度制御ステージにおいて、所定位置が架台に固定され、他の部分が変位可能とされたベースプレートと、該ベースプレートに固定されたリニアガイドと、該リニアガイド上を移動するトップテーブルと、該トップテーブルを駆動する駆動手段と、前記ベースプレートの前記他の部分の架台との間隔を変化させるための加圧手段とを備え、前記加圧手段により前記リニアガイドの撓みを制御可能とすることにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
又、前記間隔を検出するための変位センサを備えたものである。
【０００９】
本発明は、又、前記の真直度制御ステージを備えたことを特徴とする加工装置を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
本実施形態の真直度制御ステージは、図１に示す如く、中央が架台１０に固定され、両端部が変位可能とされたベースプレート１２と、該ベースプレート１２に固定されたリニアガイド１４と、該リニアガイド１４上を図の矢印Ａに示す方向に往復移動するトップテーブル１６と、該トップテーブル１６を駆動する駆動手段であるサーボモータ１８及びボールねじ２０と、前記ベースプレート１２の両端部の架台１０との間隔を変化させるための、例えばベースプレート１２の四隅にそれぞれ設けられた加圧装置２２と、該加圧装置２２によるベースプレート１２の四隅の変位を検出するための、同じくベースプレート１２の四隅にそれぞれ設けられた４個の変位センサ２４とを備えている。
【００１２】
前記加圧装置２２としては、例えばエアシリンダや油圧シリンダを用いることができ、その圧力を調整して、所定の変位を得る。
【００１３】
前記変位センサ２４としては、例えば電気マイクロメータや渦電流式センサ等を用いることができる。
【００１４】
所望の真直度を得たい場合、例えばトップテーブル１６上に固定される部品の真直度を中凹とするため、トップテーブル１６を図２に実線Ｂで示す如く中凸に移動したい場合には、加圧装置２２によりベースプレート１２の四隅を図１中の矢印Ｂに示す如く下方向に変位させ、ベースプレート１２を弾性変形させる。この際、変位センサ２４で検出される変位量が所定量となるように加圧装置２２の圧力を調整する。
【００１５】
逆に、トップテーブル１６上に固定される部品の真直度を中凸としたい場合には、図２に破線Ｃで示す如く、ステージの真直度を中凹とする。
【００１６】
加圧装置２２によりベースプレート１２を加圧したときのベースプレート１２の加圧量は、図３に示す如く、自由端に集中荷重を受ける片持ちばり１３の撓みとして単純化することができる。即ち、集中荷重をＷ、縦弾性係数をＥ、断面２次モーメントをＩとすると、自由端に集中荷重を受ける長さｌの片持ちばり１３の端部からの距離がｘの位置での撓みｙは、次式で表わされる。
【００１７】
ｙ＝｛Ｗ／（６ＥＩ）｝（ｘ^３−３ｌ^２ｘ＋２ｌ^３） …（１）
【００１８】
従って、端部位置ｌにおける最大撓みｙ_ｍａｘは次式で表わされる。
【００１９】
ｙ_ｍａｘ＝Ｗｌ^３／（３ＥＩ） …（２）
【００２０】
この（２）式を変形することによって、必要な集中荷重Ｗは、次式で表わされる。
【００２１】
Ｗ＝ｙ_ｍａｘ×３ＥＩ／ｌ^３ …（３）
【００２２】
例えばベースプレート１２が幅（ｂ）５００×長さ１０００×厚み（ｈ）３０ｍｍであるとすると、断面２次モーメントＩは

となる。従って、１００μｍの撓みとしたい場合には、前記（３）式の関係を用いて、

の加圧をすればよいことになる。
【００２３】
一方、ステージ中央位置のトップテーブル１６の上面の変位は、例えば図４に示すようになる。即ち、ステージ中央位置（ｌ＝０）の上下変位量δ≒ｙであり、ステージ中央位置からｌだけ離れた点の変位ｙは、次式で表わされる。
【００２４】
ｙ＝｛Ｗ／（６ＥＩ）｝（ｌ^３−３Ｌ^２ｌ＋２Ｌ^３） …（４）
【００２５】
従って、ｌ＝Ｌ／２のとき、次式のようになる。
【００２６】

【００２７】
よって、トップテーブル１６のリニアガイド１４支持点の長さがベースプレート１２の半分であった場合、その変位量としては、ベースプレート１２の撓みの約３０％程度となる（リニアガイド平均化効果と称する）。従って、例えば、ステージ中央位置に設けられた回転砥石３０により加工するとき、ベースプレート１２に１００μｍの中凹の撓みを与えれば、トップテーブル１６に固定されたワーク３２を、図５に実線Ｄで示す如く、中凸約３０μｍの真直度で加工することができる。逆に、ベースプレート１２に中凸の撓みを与えれば、ワーク３２を、図５に破線Ｅで示す如く、中凹の真直度で加工することができる。
【００２８】
本実施形態においては、全ての加圧装置２２に変位センサ２４を設けているので、ベースプレート１２の変位を正確に制御できる。なお、必要精度によっては、変位センサ２４を省略したり、数を減らすこともできる。
【００２９】
又、前記実施形態においては、ベースプレート１２の中央が架台１０に固定され、両端部が加圧装置２２により上下方向に変位可能とされていたが、ベースプレート１２を変位させる方法はこれに限定されず、逆にベースプレート１２の両端部を架台１０に固定し、中央部に加圧装置２２を設けて中央部を上下方向に変位可能とすることも可能である。
【００３０】
又、駆動手段の構成もサーボモータとボールねじの組合せに限定されず、例えばリニアモータを用いることもできる。加工手段も回転砥石に設定されない。
【００３１】
なお、前記実施形態においては、本発明が、工作機械における真直度補正に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、例えば熱膨張で変形した移動ガイド一般の補正にも同様に適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的簡単にステージの真直運動精度を凹凸に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す斜視図
【図２】前記実施形態におけるベースプレートの撓みを示す線図
【図３】同じくベースプレートの撓み量の計算モデルを示す線図
【図４】同じく運動真直度の計算例（リニアガイド平均化効果）を説明するための線図
【図５】同じく加工されたワーク形状の例を示す正面図
【符号の説明】
１０…架台
１２…ベースプレート
１４…リニアガイド
１６…トップテーブル
１８…サーボモータ
２０…ボールねじ
２２…加圧装置
２４…変位センサ
３０…回転砥石
３２…ワーク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a straightness control stage, and is particularly configured with a linear guide, a ball screw, and the like, and is suitable for use in a machine tool or the like. A straightness control stage.
[0002]
[Prior art]
In the case of mechanical parts, it is often necessary to finish the straightness of the part to be concave or convex (about several μm to several hundred μm). Therefore, conventionally, a method such as simultaneous two-axis control or a method of bending and fixing and working the part itself has been used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, simultaneous two-axis control makes it difficult to perform machining at such a high speed, and the method of bending and fixing the component itself requires deforming and fixing the component each time, which takes a lot of trouble. Had.
[0004]
On the other hand, as related to the present invention, Patent Literature 1 describes that a precision processing device is provided with a posture control device configured to minutely rotate a posture control plate using minute displacement of a giant magnetostrictive actuator. However, the guide member is not bent using the elasticity of the plate as in the present invention.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-127003
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is an object of the present invention to make it possible to relatively easily control the linear motion accuracy of a stage to be uneven.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a straightness control stage, a predetermined position is fixed to the gantry, the other portion is displaceable base plate, a linear guide fixed to the base plate, a top table that moves on the linear guide, A driving unit for driving the top table, and a pressing unit for changing an interval between the base and the other portion of the base plate, and the bending of the linear guide can be controlled by the pressing unit. This solves the problem.
[0008]
Further, a displacement sensor for detecting the interval is provided.
[0009]
The present invention also provides a processing apparatus including the straightness control stage described above.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0011]
As shown in FIG. 1, the straightness control stage of the present embodiment includes a base plate 12 having a center fixed to a gantry 10 and both ends movable; a linear guide 14 fixed to the base plate 12; A top table 16 reciprocates on a guide 14 in a direction indicated by an arrow A in the figure, a servo motor 18 and a ball screw 20 which are driving means for driving the top table 16, and a gantry 10 at both ends of the base plate 12. For example, a pressurizing device 22 provided at each of the four corners of the base plate 12 for changing the interval of the base plate 12 and a pressurizing device 22 provided at each of the four corners of the base plate 12 for detecting the displacement of the four corners of the base plate 12 by the pressurizing device 22 And four displacement sensors 24 provided.
[0012]
As the pressure device 22, for example, an air cylinder or a hydraulic cylinder can be used, and the pressure is adjusted to obtain a predetermined displacement.
[0013]
As the displacement sensor 24, for example, an electric micrometer, an eddy current sensor, or the like can be used.
[0014]
If it is desired to obtain a desired straightness, for example, if the straightness of a component fixed on the top table 16 is to be concave, the top table 16 should be moved to a convex as shown by a solid line B in FIG. The four corners of the base plate 12 are displaced downward as shown by the arrow B in FIG. 1 by the pressing device 22 to elastically deform the base plate 12. At this time, the pressure of the pressurizing device 22 is adjusted so that the displacement amount detected by the displacement sensor 24 becomes a predetermined amount.
[0015]
Conversely, when it is desired that the straightness of the component fixed on the top table 16 be convex, the straightness of the stage is concave as shown by a broken line C in FIG.
[0016]
The amount of pressurization of the base plate 12 when the base plate 12 is pressed by the pressurizing device 22 can be simplified as the bending of the cantilever 13 which receives a concentrated load at its free end, as shown in FIG. That is, assuming that the concentrated load is W, the longitudinal modulus of elasticity is E, and the moment of inertia of area is I, the deflection of the cantilever 13 having a length 1 subjected to the concentrated load at the free end at a distance x from the end of the cantilever 13 is x. y is represented by the following equation.
[0017]
^{y = {W / (6EI)} } (x 3 -3l 2 x + 2l 3) ... (1)
[0018]
Therefore, the maximum deflection y _max at the end position 1 is expressed by the following equation.
[0019]
y _max = Wl ³ / (3EI) (2)
[0020]
By modifying the equation (2), the required concentrated load W is expressed by the following equation.
[0021]
W = y _max × 3EI / l ³ (3)
[0022]
For example, assuming that the base plate 12 has a width (b) of 500 × length 1000 × thickness (h) of 30 mm, the second moment of area I is

It becomes. Therefore, when it is desired to bend 100 μm, using the relation of the above-mentioned equation (3),

That is, it is only necessary to apply pressure.
[0023]
On the other hand, the displacement of the upper surface of the top table 16 at the stage center position is as shown in FIG. 4, for example. That is, the vertical displacement δ ≒ y at the stage center position (l = 0), and the displacement y at a point separated by 1 from the stage center position is expressed by the following equation.
[0024]
^{y = {W / (6EI)} } (l 3 -3L 2 l + 2L 3) ... (4)
[0025]
Therefore, when l = L / 2, the following equation is obtained.
[0026]

[0027]
Therefore, when the length of the support point of the linear guide 14 of the top table 16 is half of that of the base plate 12, the displacement amount is about 30% of the deflection of the base plate 12 (referred to as a linear guide averaging effect). . Therefore, for example, when the base plate 12 is provided with a 100 μm middle concave bending when processing with the rotary grindstone 30 provided at the center position of the stage, the work 32 fixed to the top table 16 is indicated by a solid line D in FIG. As described above, it is possible to machine with a straightness of about 30 μm for the convex center. Conversely, if the base plate 12 is provided with a mid-convex deflection, the work 32 can be machined with a mid-concave straightness as shown by a broken line E in FIG.
[0028]
In the present embodiment, since the displacement sensors 24 are provided in all the pressing devices 22, the displacement of the base plate 12 can be accurately controlled. Note that the displacement sensor 24 can be omitted or the number can be reduced depending on the required accuracy.
[0029]
Further, in the above-described embodiment, the center of the base plate 12 is fixed to the gantry 10, and both end portions are vertically displaceable by the pressurizing device 22, but the method of displacing the base plate 12 is not limited to this. Conversely, it is also possible to fix both ends of the base plate 12 to the gantry 10 and to provide a pressing device 22 at the center so that the center can be displaced vertically.
[0030]
Further, the configuration of the driving means is not limited to the combination of the servo motor and the ball screw. For example, a linear motor can be used. The processing means is not set to the rotating grindstone.
[0031]
In the above embodiment, the present invention is applied to straightness correction in a machine tool, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention is also applied to correction of a moving guide in general deformed by thermal expansion. It is equally applicable.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to relatively easily control the straightness movement accuracy of the stage to be uneven.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a deflection of a base plate in the embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a calculation model of a deflection amount of the base plate. Similarly, a diagram for explaining a calculation example of the straightness of motion (linear guide averaging effect) [FIG. 5] A front view showing an example of a similarly processed workpiece shape [Description of reference numerals]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Stand 12 ... Base plate 14 ... Linear guide 16 ... Top table 18 ... Servo motor 20 ... Ball screw 22 ... Pressing device 24 ... Displacement sensor 30 ... Rotating grindstone 32 ... Work

Claims

A base plate whose predetermined position is fixed to the gantry and other parts are displaceable;
A linear guide fixed to the base plate,
A top table moving on the linear guide,
Driving means for driving the top table;
Pressurizing means for changing the interval between the other portion of the base plate and the gantry,
The straightness control stage, wherein the bending of the linear guide is controllable by the pressurizing means.

The straightness control stage according to claim 1, further comprising a displacement sensor for detecting the interval.

A processing apparatus comprising the straightness control stage according to claim 1.