JP2011028549A

JP2011028549A - Ｘ−ｙ直交２軸駆動機構

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Publication number: JP2011028549A
Application number: JP2009174312A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ogiwara; 伸治荻原
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2029-07-27
Also published as: JP5348766B2

Abstract

【課題】ロストモーションが最も顕現化する側にリニアスケールを配置してロストモーションを補正することができるようにしたＸ−Ｙ直交２軸駆動機構の提供。
【解決手段】一側駆動ユニット１３と、ワーク部材３０であるコンタクトピン３１を備えて一側駆動ユニット１３に搭載される他側駆動ユニット２３とからなり、一側駆動ユニット１３が備える一対の一側リニアガイド１８，１９のうち、ロストモーションが最も顕現化する側にある一側リニアガイド１９の内側近傍位置には、予め定めてある原点位置との関係でコンタクトピン３１の実座標位置を理論座標位置に一致させるためのパルス指令を発するリニアスケール３３を設置し、該パルス指令により一側駆動ユニット１３が備える一側サーボモータ１５の回転を制御することで、コンタクトピン３１の位置をロストモーションを加味して調整可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板検査装置が備えるコンタクトピンや各種の工作機械が備えるスライドテーブルなどのワーク部材を、Ｘ−Ｙ方向に正確に移動させる際に不可避的に発生するロストモーションを容易に補正できるようにしたＸ−Ｙ直交２軸駆動機構に関する発明である。

例えば基板検査装置においては、可動エリア内に被検査基板を定置させた上で、検査ポイントとの関係で定まるＸ−Ｙ方向にコンタクトピンを正確に移動させた上で、該コンタクトピンをＺ軸方向に移動させて所定の検査ポイントに正確に接触させることができるＸ−Ｙ直交２軸駆動機構を備えている。

図４は、基板検査装置が備えるＸ−Ｙ直交２軸駆動機構の従来例を示す平面図である。同図によれば、Ｘ−Ｙ直交２軸駆動機構１０２は、装置本体１０１側に配設されるＹ軸ユニット１０３と、該Ｙ軸ユニット１０３を介して配置されるＸ軸ユニット１１３とで構成されている。

このうち、Ｙ軸ユニット１０３は、Ｙ軸サーボモータ１０４側にカップリング１０５を介して連結されるＹ軸ボールネジ１０６と、該Ｙ軸ボールネジ１０６を間においてその長さ方向での両側に配列される一対のＹ軸リニアガイド１０７，１０８と、Ｙ軸ボールネジ１０６の回転運動を受けてＹ軸リニアガイド１０７，１０８に案内されて進退するＹ軸起動ベース１０９とで形成されている。

また、Ｘ軸ユニット１１３は、Ｘ軸サーボモータ１１４側にカップリング１１５を介して連結されるＸ軸ボールネジ１１６と、該Ｘ軸ボールネジ１１６の長さ方向に沿わせて配置されるＸ軸リニアガイド１１７とをＹ軸駆動ベース１０９上に搭載させるとともに、Ｘ軸ボールネジ１１６の回転運動を受けてＸ軸リニアガイド１１７に案内されて進退するＸ軸起動ベース１１８を配設してその全体が形成されている。

しかも、Ｘ軸起動ベース１１８の先端部１１８ａ側には、Ｚ軸方向への移動が可能なコンタクトピン１１９が取り付けられており、該コンタクトピン１１９の接触端１１９ａを可動エリアＥ内に定置されている被検査基板Ｐの所定ポイントに接触させることができるようになっている。

ところで、図４に示す可動エリアＥ内におけるコンタクトピン１１９のＸ−Ｙ方向での移動精度は、構成部材であるＹ軸ボールネジ１０６、Ｘ軸ボールネジ１１６、一対のＹ軸リニアガイド１０７，１０８およびＸ軸リニアガイド１１７自体の加工精度に依存するほか、全体の組み付け精度にも依存することになる。

このため、高精度に加工された構成部材をいかに精度よく組み付けたとしても、Ｘ軸ボールネジ１１６を回転させてコンタクトピン１１９の接触端１１９ａを図５に示すようにａ点位置からｂ点方向へとＸ軸方向に移動させた際には、一対のＹ軸リニアガイド１０７，１０８のボールの変形やＹ軸起動ベース１０９の剛性等に起因するロストモーションが発生して傾きが生ずることから、出発点であるａ点位置からｂ点側の移動後の位置との間にどうしても差が生じ、この差分を予め理論値に取り込んだ上でｂ点位置へと移動させなければならないという煩雑さがあった。

このため、このようなロストモーションの発生に対しては、例えば下記特許文献１に開示されているようなロストモーション補正値設定方法などによりその対応が図られることになる。

特開２００１−１６６８０５号公報

すなわち、上記特許文献１の開示技術によれば、機械位置を検出する位置検出スケールが出力する機械位置信号と送り駆動用のサーボモータの回転角度を検出するロータリエンコーダが出力するモータ位置信号の双方を用いて位置ループ制御を行うに際して、テストプログラムを実行して前記機械位置信号と前記モータ位置信号との差を演算して誤差を求め、該誤差の行き側の平均値と戻り側の平均値との差を演算し、該差分を動的なロストモーション補正値として保存して自動設定できるようになっている。

しかし、上記特許文献１の開示手法による場合には、ボールネジと位置検出スケールとに熱的な影響を共有させて同じ線膨張環境のもとにおいておく必要があることから、ボールネジの近傍に位置検出スケール（リニアスケール）を配置しておかなければならないという設計上の不自由さがあるほか、その駆動系を制御する動作ソフトも複雑になるという不都合があった。

本発明は、従来技術の上記課題に鑑み、ロストモーションが最も顕現化する側にリニアスケールを配置してロストモーションを補正することができるようにしたＸ−Ｙ直交２軸駆動機構を提供することに目的がある。

本発明は、上記目的を達成すべくなされたものであり、一側サーボモータを介して回転制御される一側ボールネジと、該一側ボールネジを間においてその長さ方向での両側に配列させた一対の一側リニアガイドとを装置本体側に配設し、前記一側ボールネジの回転運動を受けながら前記一側リニアガイドに沿っての進退移動を可能に一側起動ベースを配設してなる一側駆動ユニットと、他側サーボモータを介して回転制御される他側ボールネジと、該他側ボールネジの長さ方向に沿わせて配列される１本の他側リニアガイドとを前記一側起動ベース上に搭載させ、正確な位置決めを要するワーク部材を備える他側起動ベースを前記他側ボールネジの回転運動を受けながら前記他側リニアガイドに沿っての進退移動を可能に配設してなる他側駆動ユニットとからなるＸ−Ｙ直交２軸駆動機構において、一対の前記一側リニアガイドのうち、ロストモーションの発生が最も顕現化する前記一側ボールネジからより離間させた側にある前記一側リニアガイドの内側近傍位置には、予め定めてある原点位置との関係で前記ワーク部材の実座標位置を理論座標位置に一致させるためのパルス指令を発するリニアスケールを設置し、前記パルス指令により前記一側サーボモータの回転を制御して前記ロストモーションを加味しての前記ワーク部材の位置調整を可能としたことを最も主要な特徴とする。

この場合、前記リニアスケールは、前記一側リニアガイドの内側近傍位置にその長さ方向が平行となるようにして前記装置本体側に設置される標準尺と、該標準尺の設置位置との関係で定まる前記一側起動ベースの対応部位に設置される検出素子とで構成するのが好ましい。

また、前記ワーク部材は、Ｚ軸方向での移動が可能なコンタクトピンとして配設するのが望ましい。

本発明によれば、ロストモーションの発生が最も顕現化する側にリニアスケールを配設し、予め定めてある原点位置との関係でワーク部材の実座標位置を理論座標位置に一致させるためのパルス指令を出すことができるので、該パルス指令に基づいて一側サーボモータを駆動させることでワーク部材を常に移動指示座標へと正確に移動させることができる。

また、ワーク部材がコンタクトピンであれば、被検査基板の検査ポイントに対し常に正確にその接触端を接触させて検査を行うことができる。

本発明の一例を示す平面図。本発明におけるワーク部材の移動指示位置と実移動位置との関係を示す説明図。図２との関係で実施されるロストモーションの補正処理手順の一例を示すフローチャート図。従来からあるＸ−Ｙ直交２軸駆動機構の構成例を示す平面図。図４に示すＸ−Ｙ直交２軸駆動機構におけるロストモーション発生のメカニズムを示す説明図。

図１は、本発明に係るＸ−Ｙ直交２軸駆動機構を基板検査装置に適用した場合の一例を示す要部平面図であり、Ｘ−Ｙ直交２軸駆動機構１２は、装置本体１１側に配設される一側駆動ユニット１３と、該一側駆動ユニット１３を介して配置される他側駆動ユニット２３とで構成されている。

すなわち、図示例ではＹ軸駆動ユニット１４として示される一側駆動ユニット１３は、一側サーボモータ１５側に一側カップリング１６を介して連結される一側ボールネジ１７と、該一側ボールネジ１７を間においてその長さ方向での両側に配列させた一対の一側リニアガイド１８，１９とを装置本体１１側に配設し、一側ボールネジ１７の回転運動を受けながら一対の一側リニアガイド１８，１９に沿ったＹ軸方向での進退移動を可能に一側起動ベース２０を配設することで、その全体が形成されている。

この場合、図１にあって一側ボールネジ１７の外側方向である右側近傍位置には、一方の一側リニアガイド１８が配置され、図１にあって一側ボールネジ１７の内側方向である左側離間位置には、他方の一側リニアガイド１９が配置されている。

これにより、一側ボールネジ１７と他方の一側リニアガイド１９との間には、後述するワーク部材３０としてのコンタクトピン３１の他側方向であるＸ軸方向での可動距離が確保されることになる。

また、図示例ではＸ軸駆動ユニット２４として示される他側駆動ユニット２３は、他側サーボモータ２５側に他側カップリング２６を介して連結される他側ボールネジ２７と、該他側ボールネジ２７の長さ方向に沿わせて配列される１本の他側リニアガイド２８とを一側起動ベース２０上に搭載させ、他側起動ベース２９を他側ボールネジ２７の回転運動を受けながら他側リニアガイド２８に沿ったＸ軸方向での進退移動を可能に配設することで、その全体が形成されている。

しかも、他側起動ベース２９における進出方向での先端部２９ａ側には、ワーク部材３０としてＺ軸方向での進退移動が可能なコンタクトピン３１が取り付けられており、一側起動ベース２０のＹ軸方向での可動間隔と、他側起動ベース２９のＸ軸方向での可動間隔とにより規定される可動エリアＥ内に定置されている被測定基板Ｐの所定ポイントにその接触端３１ａを接触させることができるようになっている。

また、一対の一側リニアガイド１８，１９のうち、ロストモーションの発生が最も顕現化する一側ボールネジ１７からより離間させた側にある他方の一側リニアガイド１９の内側近傍位置には、予め定めてある原点位置との関係で他側起動ベース２９側の実座標値を理論座標値と一致させるためのパルス指令を発するリニアスケール３３が設置されている。

そして、該リニアスケール３３は、図１および図２からも明らかなように、他方の一側リニアガイド１９の内側近傍位置にその長さ方向が平行となるようにして装置本体１１側に設置される標準尺３４と、該標準尺３４の直上に位置する一側起動ベース２０に設置される検出素子３５とで構成されている。

この場合、標準尺３４は、光学的または磁気的方法で目盛りが付けられて作成されており、したがって、検出素子３５の側も標準尺３４が光学的方法で目盛りが付けられていれば光電センサが、標準尺３４が磁気的方法で目盛りが付けられていれば磁電センサがそれぞれ用いられることになる。

このため、ワーク部材３０であるコンタクトピン３１は、リニアスケール３３が発するパルス指令により一側サーボモータ１５の回転を制御することで、Ｙ軸方向での位置を調整することで、ロストモーション発生に伴うＸ軸方向での位置を補正することができることになる。

次に、図１に示すＸ−Ｙ直交２軸駆動機構１２に適用して実施されるロストモーションの具体的な補正手法を、図２および図３を参照して以下に説明する。

まず、リニアスケール３３を構成している標準尺３４には、まず、基準となるべき原点位置Ａ（図２では、可動エリアＥ内の左下隅の目盛り位置）が決められる。

標準尺３４の原点位置Ａを決めた後は、一側起動ベース２０が標準尺３４の直上位置に備える検出素子３５が原点位置Ａ上に位置するように一側駆動ユニット１３を駆動制御し、検出素子３５に原点位置Ａを認識させ、この位置がＸ−Ｙ直交２軸駆動機構１２上の原点となる。

Ｘ−Ｙ直交２軸駆動機構１２は、このようにして検出素子３５に原点位置Ａを認識させた後に、被検査基板Ｐに対する実際の計測作業に移行することになる。

実際の使用に際しては、任意の座標位置への移動指示、例えば図２に示す例によれば、Ｘ軸方向の移動指示値ｘ_１とＹ軸方向の移動指示値ｙ_１により定まる移動指示座標（ｘ_１，ｙ_１）への移動指示を、一側サーボモータ１５と他側サーボモータ２５とのそれぞれのエンコーダのパルス指令として出し、一側駆動ユニット１３と他側駆動ユニット２３とを駆動させることで、ワーク部材３０としてのコンタクトピン３１の接触端３１ａが理論位置である移動指示座標（ｘ_１，ｙ_１）に位置するように移動させる。

しかし、Ｘ−Ｙ直交２軸駆動機構１２は、ロストモーションを発生させるため、コンタクトピン３０の接触端３０ａもロストモーションの値（Ｒ_１）との関係で実際には実座標位置（ｘ_Ｒ，ｙ_Ｒ）へと移動することになる。

このとき、移動指示座標（ｘ_１，ｙ_１）と実座標位置（ｘ_Ｒ，ｙ_Ｒ）とが一致（パルス指令による理論位置と標準尺３４から検出素子３５が読み取った座標とが一致）していたり、一致せずとも無視し得る程度に微小である場合には、コンタクトピン３０をＺ軸方向に移動させ、その接触端３０ａを図１に正方格子状に示される被検査基板Ｐの計測ポイントにプロービングして計測を開始する。

一方、被検査基板Ｐの計測ポイントがロストモーションの値（Ｒ_１）が最も顕現化する他方の一側リニアガイド１９寄りに位置するなどして、理論位置である移動指示座標（ｘ_１，ｙ_１）と実座標位置（ｘ_Ｒ，ｙ_Ｒ）とが無視し得ない程度に不一致（パルス指令による理論位置と標準尺３４から検出素子３５が読み取った座標とが無視し得ない程度に不一致）である場合には、Ｘ軸方向が原点位置Ａにあった状態よりも傾いていることが判明するため、実座標が理論座標と一致するようなパルス指令を出す。つまり、（Ｙ軸方向における移動指示値ｙ_１から実移動値ｙ_Ｒを減じた数値）が、（ロストモーションの値Ｒ_１×Ｘ軸方向での移動指示値ｘ_１）を（Ｘ軸方向での原点位置Ａの原点値ｘ_０）で除した数値と一致するようなパルス指令を出す。

Ｙ軸駆動ユニット１４である一側駆動ユニット１３は、上記パルス指令を受けて駆動することで、一側サーボモータ１５からの回転運動が一側ボールネジ１７を介して一側起動ベース２０をＹ軸方向に移動させ、該一側起動ベース２０に搭載されている他側移動ベース２９が備えるコンタクトピン３０の接触端３０ａもロストモーションを補正するためにそのＸ軸方向（他側ボールネジ２７側の長さ方向）をＹ軸方向に沿わせて理想位置へと移動させることができることになる。

つまり、他側移動ベース２９が備えるコンタクトピン３０の接触端３０ａは、ロストモーションの値Ｒ_１を加味してその座標位置を補正することができ、しかる後にコンタクトピン３０をＺ軸方向に移動させ、その接触端３０ａを被検査基板の計測ポイントに接触させて計測を開始することができることになる。

以上は、本発明を図示例に基づいて説明したものであり、その具体的な構成は、これに限定されるものではない。例えば、一側駆動ユニット１４は、Ｙ軸駆動ユニット１３を例に説明してあるが、Ｘ軸駆動ユニット２３として配置することができ、その場合は、他側駆動ユニット２４がＹ軸駆動ユニット１３として配置されることになる。

また、ワーク部材３０については、コンタクトピン３１を例に説明してあるが、罫書き部材などのように正確に位置決めして移動させる必要があるものでさえあれば、各種のものを用いることができる。

本発明に係るＸ−Ｙ直交２軸駆動機構は、ワーク部材として基板検査装置が備える検査用のコンタクトピンを可動エリアＥ内のＸ−Ｙ方向に移動させる際に特に好適に適用することができるものの、各種の工作機械が備える長軸で高い精度出しが要求されるスライドテーブル等のワーク部材におけるロストモーションを補正する際にも効果的に適用することができる。

１１装置本体
１２Ｘ−Ｙ直交２軸駆動機構
１３一側駆動ユニット
１４Ｙ軸駆動ユニット
１５一側サーボモータ
１６一側カップリング
１７一側ボールネジ
１８，１９一側リニアガイド
２０一側起動ベース
２３他側駆動ユニット
２４Ｘ軸駆動ユニット
２５他側サーボモータ
２６他側カップリング
２７他側ボールネジ
２８他側リニアガイド
２９他側起動ベース
３０ワーク部材
３１コンタクトピン
３１ａ接触端
３３リニアスケール
３４標準尺
３５検出素子
Ａ原点位置
Ｅ可動エリア
Ｐ被検査基板

Claims

一側サーボモータを介して回転制御される一側ボールネジと、該一側ボールネジを間においてその長さ方向での両側に配列させた一対の一側リニアガイドとを装置本体側に配設し、前記一側ボールネジの回転運動を受けながら前記一側リニアガイドに沿っての進退移動を可能に一側起動ベースを配設してなる一側駆動ユニットと、他側サーボモータを介して回転制御される他側ボールネジと、該他側ボールネジの長さ方向に沿わせて配列される１本の他側リニアガイドとを前記一側起動ベース上に搭載させ、正確な位置決めを要するワーク部材を備える他側起動ベースを前記他側ボールネジの回転運動を受けながら前記他側リニアガイドに沿っての進退移動を可能に配設してなる他側駆動ユニットとからなるＸ−Ｙ直交２軸駆動機構において、
一対の前記一側リニアガイドのうち、ロストモーションの発生が顕現化する前記一側ボールネジからより離間させた側にある前記一側リニアガイドの内側近傍位置には、予め定めてある原点位置との関係で前記他側起動ベース側の実座標位置を理論座標位置に一致させるためのパルス指令を発するリニアスケールを設置し、前記パルス指令により前記一側サーボモータの回転を制御して前記ロストモーションを加味しての前記ワーク部材の位置調整を可能としたことを特徴とするＸ−Ｙ直交２軸駆動ユニット。
前記リニアスケールは、前記一側リニアガイドの内側近傍位置にその長さ方向が平行となるようにして前記装置本体側に設置される標準尺と、該標準尺の設置位置との関係で定まる前記一側起動ベースの対応部位に設置される検出素子とで構成した請求項１に記載のＸ−Ｙ直交２軸駆動ユニット。
前記ワーク部材は、Ｚ軸方向での移動が可能なコンタクトピンである請求項１または２に記載のＸ−Ｙ直交２軸駆動ユニット。