JP2021135189A

JP2021135189A - クイック測定モジュール

Info

Publication number: JP2021135189A
Application number: JP2020032035A
Authority: JP
Inventors: 王禎儀; chen yi Wang; 謝宗廷; Zong Ting Sie; 絲国一; Kokuichi Shi
Original assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Current assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-09-13

Abstract

【課題】本発明はクイック測定モジュールを得ることにある。【解決手段】本発明が提供するクイック測定モジュールは、移動ステージ上に第１距離センサユニットと第２距離センサユニットがそれぞれ設置され、移動ステージが直線の移動軸方向に沿って移動するときに、第１距離センサユニットが第１基準面との間の距離を検出し、同時に第２距離センサユニットが第２基準面との間の距離を検出することができ、これにより移動ステージが第１基準面及び第２基準面に対して行う移動の真直精度を検出する。そのうち、第１基準面と第２基準面の互いに離れ合う角度は平角ではなく、これにより、例えば水平真直精度及び垂直真直精度など、移動ステージの２つの異なる平面上における直線移動精度を検出して得ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は移動物体の検出技術に関し、特に直線運動をしている物体の垂直及び水平方向の真直度を素早く測定することができるクイック測定モジュールに関するものである。

リニアスライドレールや運動テーブルなどの運動機構を加工機械で加工を行う運動ユニットとして用いる場合、その運動精度は加工対象物に対する加工品質に直接影響を与える。そのため従来技術では、上述の運動機構を加工機械の運動ユニットとして使用する前に、レーザー干渉計などの検出技術によって運動機構の運動精度を測定し、品質管理要求を満たしたものだけを加工機械の運動ユニットとして使用していた。

上記のレーザー干渉計によって品質管理を行う技術内容は、測定精度においては良好な信頼性を有するものの、測定手順が煩雑過ぎて、効率が芳しくなかった。

本発明は以上に鑑み、測定対象物の真直精度及び再現精度を素早く測定するのに便利であり、煩わしく不便なレーザーやレンズ群の設置を行う必要がなく、製品の品質管理作業を素早く行うのに役立つ、クイック測定モジュールを提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明が提供するクイック測定モジュールは、移動ステージ上に第１距離センサユニットと第２距離センサユニットがそれぞれ設置され、移動ステージが直線の移動軸方向に沿って移動するときに、第１距離センサユニットが第１基準面との間の距離を検出し、且つ第２距離センサユニットが第２基準面との間の距離を検出することができ、これにより移動ステージが第１基準面及び第２基準面に対して行う移動の真直精度を検出する。そのうち、第１基準面と第２基準面の互いに離れ合う角度は平角ではなく、これにより、例えば水平真直精度及び垂直真直精度など、移動ステージの２つの異なる平面上における直線移動精度を検出して得ることができる。

また、クイック測定モジュールは、移動ステージの所在位置を検出するための位置センサユニットをさらに含むことができ、移動ステージの位置情報を得た後、上述の検出した直線移動精度の情報と整合することで、移動ステージの再現精度を得ることができ、これにより測定対象物に対して測定を行う品質管理作業が素早く達成される。

そのうち、クイック測定モジュールが測定対象物の測定を行うとき、移動ステージは測定対象物上に固定され、移動ステージが測定対象物と共に移動するようにさせる。

測定対象物の測定作業を繰り返し行い易くするため、クイック測定モジュールは、他の部材の取り付けベースとなる固定台座を有し、且つ位置決めに便利な測定対象物を配置するスペースを提供して、クイック測定モジュールを測定対象物上に接合し易くしており、測定作業の進行に有利である。そのうち、固定台座は固定台座本体を有し、且つ固定台座本体上には、第１基準面及び第２基準面の各々が移動軸に沿って直線に延在するように設けられている。

クイック測定モジュールを測定対象物と接合し易くするため、移動ステージはさらに移動ステージ本体及び移動ステージ本体の片側に位置する接合面を含むことができ、接合面によって移動ステージを測定対象物上に素早く当接させることができる。

そのうち、第１距離センサユニット及び第２距離センサユニットは光電センサであり、第１基準面及び第２基準面に触れることなく互いに離れている距離を検出することができる。具体的には、光電センサはレーザー位置決め装置でよい。

また、クイック測定モジュールが測定対象物の測定を行うときに、測定対象物の移動時における運動エネルギーが検出精度に影響を及ぼさないようにするため、クイック測定モジュールにはさらに、移動ステージの固定台座本体に対する相対位置を矯正するための矯正機構を含むことができ、これにより移動ステージが測定対象物と共に移動するときの安定性が確保され、運動エネルギー又は取り付け時の誤差によって発生する移動時の揺れを防止して、得られる検出情報の正確性を保証しており、この目的のため、矯正機構は移動ステージに対して適切な力を提供し、移動ステージが移動時に受ける非移動軸方向の不適切な作用力を十分相殺できるようにさせている。

さらに、矯正機構は、固定台座本体上に移動軸方向に沿って直線に延在するように設けられたガイドレールと、ガイドレール上に滑動的に設けられた滑動部材と、一端は滑動部材に固定接続され、且つ他端は移動ステージの上方に突出させたアーム体と、移動ステージ上に固定接続された接合部材と、アーム体と接合部材の間に橋設された可撓性部材と、を有している。

そのうち、可撓性部材はシート状であり、且つシート体の厚さ方向は移動軸に対して垂直にさせている。

本発明の好ましい実施例の立体図である。本発明の好ましい実施例の分解図である。本発明の好ましい実施例における一部の構成部材の拡大分解図である。本発明の好ましい実施例における一部の構成部材の分解図である。本発明の好ましい実施例の左側面図である。本発明の好ましい実施例における図５中のＡ区域の部分拡大図である。本発明の好ましい実施例の部分的な正面図である。

［実施例］
図１〜図７を参照して、本発明の好ましい実施例で提供するクイック測定モジュール（１０）は、主に固定台座（２０）、移動ステージ（３０）、第１距離センサユニット（４０）、第２距離センサユニット（５０）及び位置センサユニット（６０）を含む。

固定台座（２０）は固定台座本体（２１）、第１基準面（２２）及び第２基準面（２３）を有する。そのうち、固定台座本体（２１）は長方形のブロック状の台座ブロック（２１１）と、台座ブロック（２１１）の片側に固定接続され、且つ上向きに突出したサイドブロック（２１２）と、台座ブロック（２１１）の上側台座面（２１１１）に隣接するサイドブロック（２１２）の内側面（２１２１）に凹設された溝（２１３）と、を有しており、且つ溝（２１３）に隣接する内側面（２１２１）の溝口の上方部分には第１基準面（２２）が形成され、同時に溝（２１３）の上側台座面（２１１１）に対して平行な溝側壁面（２１３１）の位置には第２基準面（２３）が形成されており、これにより第１基準面（２２）と第２基準面（２３）を互いに垂直にさせている。

移動ステージ（３０）は固定台座（２０）上に固定接続されておらず、可動のセパレート部材とされており、構造にはプレート状の移動ステージ本体（３１）を有しており、第１距離センサユニット（４０）、第２距離センサユニット（５０）及び位置センサユニット（６０）の構成部材の支持部材として用いるために提供され、且つ測定対象物上に接合するのに適しており、また、移動ステージ（３０）を測定対象物上に接合し易くするため、移動ステージ（３０）の移動ステージ本体（３１）の底側プレート面に接合面（３２）をさらに形成して、接合面（３２）によって移動ステージ（３０）を測定対象物上に直接置けるようにすることができ、さらに公知の接合固定技術によって移動ステージ（３０）を測定対象物上に固定する。

第１距離センサユニット（４０）及び第２距離センサユニット（５０）は、各々が距離センサ機能を有するレーザー位置決め装置であり、それぞれ移動ステージ本体（３１）上に固定接続され、且つ第１距離センサユニット（４０）と第２距離センサユニット（５０）の検出方向は互いに異なる方向にさせており、第１距離センサユニット（４０）は第１検出方向上で検出を行い、第２距離センサユニット（５０）は第２検出方向上で検出を行うようにさせている。

位置センサユニット（６０）は、公知の座標測定技術であり、具体的に本実施例では公知の光学スケールを例としており、リニアスケール（６１）を第１基準面（２２）の平面部分に貼り付けて設け、検出部（６２）を移動ステージ本体（３１）上に固定接続している。

クイック測定モジュール（１０）を使用する前に、運動テーブルなどの測定対象物（８０）を固定台座本体（２１）の台座ブロック（２１１）上に適切に取り付け、且つ移動ステージ（３０）を接合面（３２）で測定対象物（８０）である運動テーブルのテーブル面上に当接させてから、公知の固定技術で移動ステージ本体（３１）を測定対象物（８０）上に固定する必要があり、移動ステージ（３０）が測定対象物（８０）と共に台座ブロック（２１１）の長軸方向に平行な仮想移動軸（２４）方向上において直線の往復移動を行えるようにすることで、移動ステージ（３０）を測定対象物の運動と同期させることができる。

移動ステージ（３０）が測定対象物（８０）に固定接続されると同時に、移動ステージ（３０）上に固定接続された第１距離センサユニット（４０）、第２距離センサユニット（５０）及び位置センサユニットの検出部（６２）が同時に位置決めされ、これにより第１距離センサユニット（４０）の第１検出方向を第１基準面（２２）向きにさせて、第１基準面（２２）との間の離れている距離を検出し、同様に、第２距離センサユニット（５０）の第２検出方向を第２基準面（２３）向きにさせて、第２基準面（２３）との間の離れている距離を検出し、また、検出部（６２）はリニアスケール（６１）と共に公知の座標測定技術を構成し、移動ステージ（３０）が所在する空間位置座標を測定して、その所在位置を得るのに用いられる。

上述のアセンブリにより、移動ステージ（３０）を測定対象物（８０）の運動と同期させた状態において、外部の動力によって測定対象物（８０）に移動軸（２４）に沿った直線の往復移動を行わせることができ、移動と同時に、第１距離センサユニット（４０）が第１基準面（２２）との間の距離を継続的に検出し、同様に、第２距離センサユニット（５０）が第２基準面（２３）との間の距離を継続的に検出して、さらに位置センサユニット（６０）が提供する座標情報によって補うことにより、測定対象物（８０）が直線移動するときに、第１基準面（２２）を基準とした水平真直精度及び第２基準面（２３）を基準とした垂直真直精度を得ることができ、また水平真直精度及び垂直真直精度の情報と位置センサユニット（６０）が検出した座標情報との整合において、測定対象物（８０）の再現精度を測定することができる。このように、クイック測定モジュール（１０）は測定対象物（８０）に対する測定作業を素早く完了させることができ、レーザー干渉計を用いて測定する従来技術の煩わしい作業を回避することができ、測定効率を効果的に増加させることができ、且つその測定データの精度はレーザー干渉計と何ら遜色ない。

さらに、本実施例において、移動ステージ（３０）の移動時の安定性を確保するとともに、組み立てにおいて生じる応力や運動時の運動エネルギーによって移動ステージ（３０）に予期せぬ揺れや振動状態が発生し、測定結果の正確性に影響を及ぼしてしまうのを防止するため、本実施例では、クイック測定モジュール（１０）が、移動ステージ（３０）の移動時の安定性を確保するための矯正機構（７０）をさらに含んでいる。

図１〜図７を参照して、矯正機構（７０）は、第２基準面（２３）の別の部分に固定接続され、リニアスケール（６１）と同様、移動軸（２４）に対して平行で直線に延在しているガイドレール（７１）と、ガイドレール（７１）上に滑動的に設けられ、ガイドレール（７１）上を往復移動可能な２つの滑動部材（７２）と、一端は各滑動部材（７２）に固定接続され、且つ他端は移動ステージ本体（３１）の上方に突出させて浮かせたアーム部材（７３）と、移動ステージ本体（３１）上に固定接続され、且つアーム部材（７３）の他端の下方部分に位置している接合部材（７４）と、接合部材（７４）とアーム部材（７３）の間に橋設された可撓性部材（７５）と、を有している。

さらに、可撓性部材（７５）は金属製のシート体であり、且つシート体の厚さ方向は移動軸（２４）に対して垂直にさせており、これにより、可撓性部材（７５）は移動軸（２４）の方向上において、移動ステージ本体（３１）に適度な剛性支持を提供し、往復運動時に受ける運動エネルギーの作用によって不適切な移動が生じないようにすることができ、同時に移動軸（２４）に対して垂直な方向上で弾力を提供し、移動ステージ本体（３１）の組み立て時に受ける恐れのある位置の精度に影響を及ぼす残留応力を除去することができ、これにより、クイック測定モジュール（１０）の測定精度を確保し、且つ測定時の組み立て品質に対する要求を低減し、作業の進行をより便利にすることができる。

１０クイック測定モジュール
２０固定台座
２１固定台座本体
２１１台座ブロック
２１１１上側台座面
２１２サイドブロック
２１２１内側面
２１３溝
２１３１溝側壁面
２２第１基準面
２３第２基準面
２４移動軸
３０移動ステージ
３１移動ステージ本体
３２接合面
４０第１距離センサユニット
５０第２距離センサユニット
６０位置センサユニット
６１リニアスケール
６２検出部
７０矯正機構
７１ガイドレール
７２滑動部材
７３アーム部材
７４接合部材
７５可撓性部材
８０測定対象物

Claims

固定台座本体を有し、且つ前記固定台座本体上には、第１基準面及び第２基準面の各々が仮想の移動軸に沿って直線に延在するように設けられ、且つ前記第１基準面と前記第２基準面は夾角で互いに隔たれている固定台座と、
前記移動軸の軸方向に沿い、前記第１基準面と前記第２基準面の延在範囲内において直線移動を行うことができる移動ステージと、
前記移動ステージ上に位置決めされて設けられ、前記第１基準面向きの第１検出方向を有し、前記第１基準面との距離を検出するのに用いられる第１距離センサユニットと、
前記移動ステージ上に位置決めされて設けられ、前記第２基準面向きの第２検出方向を有し、前記第２基準面との距離を検出するのに用いられる第２距離センサユニットと、
前記移動ステージが前記移動軸に沿って移動した所在位置を検出するのに用いられる位置センサユニットと、を含み、
これにより、前記移動ステージが前記移動軸に沿って直線移動するとき、前記第１距離センサユニット及び前記第２距離センサユニットはそれぞれ前記移動ステージの移動過程中における前記第１基準面及び前記第２基準面に対する距離を検出し、前記移動ステージの移動時の真直精度を得るとともに、前記位置センサユニットが提供する位置情報によって補うことで、前記移動ステージの再現精度を得る、クイック測定モジュール。
前記第１基準面と前記第２基準面は互いに垂直である、請求項１に記載のクイック測定モジュール。
前記移動ステージは、移動ステージ本体と、前記移動ステージ本体の片側に位置し、且つ前記移動軸に対して平行な接合面と、を有する、請求項１又は請求項２に記載のクイック測定モジュール。
前記接合面は前記第２基準面に対して平行である、請求項３に記載のクイック測定モジュール。
前記第１距離センサユニットは光電センサを有する、請求項１に記載のクイック測定モジュール。
前記光電センサはレーザー位置決め装置である、請求項１に記載のクイック測定モジュール。
前記固定台座本体と前記移動ステージの間に橋設され、前記移動ステージの移動時における安定性を確保するための矯正機構をさらに含む、請求項１に記載のクイック測定モジュール。
前記矯正機構は、前記固定台座本体上に、前記移動軸に対して平行で直線に延在するように設けられたガイドレールと、前記ガイドレール上に滑動的に設けられた滑動部材と、一端は前記滑動部材に固定接続され、且つ他端は前記移動ステージの上方に突出させたアーム部材と、前記移動ステージ上に固定接続された接合部材と、前記アーム部材と前記接合部材の間に橋設された可撓性部材と、を有する、請求項７に記載のクイック測定モジュール。
前記可撓性部材はシート状を呈し、且つ前記可撓性部材のシート体の厚さ方向は前記移動軸に対して垂直である、請求項８に記載のクイック測定モジュール。
前記可撓性部材は金属材料で作られたものである、請求項９に記載のクイック測定モジュール。