JP3299359B2 - 傾斜角位置決め装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は傾斜角位置決め装置に関
し、詳しくは、傾斜自由なように支持したステージの上
に載せたワーク等の、傾斜角位置決め対象面の基準物に
対する傾斜角および傾斜向きを精密に調整し、設定する
ことができる傾斜角位置決め装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばコンピュータのハードディスク用
のヘッド等のように、精密要素部品の寸法を正確に計測
する上で、ワークの傾斜角を所望の状態に正確に位置決
めする必要がある。そこで従来、図７に示すような２自
由度傾斜角精密位置決め装置が利用されている。

【０００３】このものは、基台１の上にステージ２を水
平な回転軸３により枢支した２つのステージ装置Ａ、Ｂ
を、それぞれの回転軸３が平面より見て直交する向きと
なるように２段に重ねて一体化している。各ステージ２
はそれぞれの基台１に設けられたツール軸４が当接する
受動部２ａを有し、駆動手段５にてツール軸４を進退さ
せて受動部２ａの押動位置を変化させることにより各ス
テージ２の前記互いに直交する各回転軸３のまわりの傾
斜角を調節できる。

【０００４】したがって、上下のステージ装置Ａ、Ｂで
の傾斜角の調節により、上側のステージ装置Ｂのステー
ジ２が、２つの回転軸３の回りに傾斜角を調節されるこ
とになる。

【０００５】そこで、上側のステージ２の上にワーク６
を載せて上方に設置した顕微鏡７により干渉対物レンズ
８を通して観察し、ワーク６の上面の傾斜角および傾斜
向きに応じて映し出される干渉縞の状態によってワーク
６の上面の傾斜角および傾斜向きを人が判断しながら、
前記２つの駆動手段５を動作させて各ステージ装置Ａ、
Ｂでの傾斜角位置決め調整を人為的に行いワーク６を所
定の傾斜角および傾斜向きに位置決めしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のも
のでは、２つのステージ装置Ａ、Ｂを２段に重ねたもの
で、各ステージ装置Ａ、Ｂでの位置決め誤差が累積して
しまうし、装置が大きなものになってしまう。また、２
つのステージ装置Ａ、Ｂでの角度調節と、ワークの傾斜
角および傾斜向きとの関係が複雑な上、前記誤差の累積
もあるので、人手によるワークの位置決め調整の作業は
試行錯誤しながら行うことになり、長時間を費やしてし
まうことが多々ある。

【０００７】本発明は、このような従来の問題を解消す
ることを課題とし、小型で位置決め誤差が生じにくく、
位置決め調整が容易な傾斜角位置決め装置、さらに位置
決め調整を自動的に行える傾斜角位置決め装置を提供す
ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の傾斜角位置決め
装置は、上記のような目的を達成するために、位置決め
対象物を支持するステージの１点をこの１点での支点ま
わりに傾斜自由なように支持し、ステージの他の２点を
進退によりステージの支持高さを変えられるようにした
２つの進退部材によってそれぞれ支持し、これら進退部
材を個別に進退駆動して、ステージを前記支点回りの所
定の傾斜状態に設定する進退駆動手段を備えたことを第
１の特徴とするものである。

【０００９】さらに、このような装置において、ステー
ジ上の傾斜角位置決め対象物を撮像し、傾斜位置決め対
象物の基準面に対する傾斜角と傾斜向きとに応じた干渉
縞を映し出す撮像手段と、この撮像手段により映し出さ
れる干渉縞によって傾斜角位置決め対象面の傾斜角と傾
斜向きとを計測する計測手段と、この計測手段からの計
測情報に基づいて傾斜角位置決め対象物を所定の傾斜角
および傾斜向きとするための２つの進退部材の必要進退
量を演算する演算手段と、この演算手段による演算結果
に応じて駆動手段を動作させ傾斜角位置決め対象物の傾
斜角が所定の角度になるように２つの進退部材の進退位
置を制御する制御手段とを備えたことを第２の特徴とす
るものである。

【００１０】

【作用】本発明の傾斜角位置決め装置の第１の特徴の上
記構成では、傾斜角位置決め対象物を支持する１つのス
テージの１点を、支点まわりに傾斜自在なように支持
し、他の２点を進退駆動される進退部材によってそれぞ
れ支持するだけの構成で、各進退部材の進退位置を調整
することにより、２自由度傾斜角調整機能を達成して、
装置を部品点数の少ない小さなものとすることができる
し、２つの進退部材による２点での支持高さがそのま
ま、前記ステージの支点まわりの傾斜角と傾斜向きとに
関係するので、誤差が生じにくく人手によっても位置調
節しやすいものとすることができる。

【００１１】本発明の傾斜角位置決め装置の第２の特徴
の上記構成では、第１の特徴の場合に加えて、ステージ
上の傾斜角位置決め対象物を撮像手段により撮像して映
し出される干渉縞から傾斜角位置決め対象物の傾斜角と
傾斜向きとを計測し、これに応じてステージ上の傾斜角
位置決め対象物の傾斜角位置決め調整をするのに、前記
計測が計測手段によって自動的に行われ、この計測情報
に基づき演算手段が傾斜角位置決め対象物を所定の傾斜
角および傾斜向きとするための２つの進退部材の必要進
退量を演算し、制御手段がこの演算結果に応じて２つの
駆動手段を駆動して、前記計測結果に基づいた傾斜角位
置決め調整を自動的に行うので、人による手間を省き、
作業時間を大幅に短縮することができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の一実施例としての傾斜角位置決
め装置について、図１〜図６を参照しながら説明する。

【００１３】本実施例の傾斜角位置決め装置は、図２に
示すように傾斜角位置決め対象物であるワーク２５を載
せるステージ２９を１つ有している。このステージ２９
は図１の（ａ）に示すように平面視ほぼ三角形をした板
部材であり、周辺部３点を支点軸２８と、傾斜角位置決
め調整を行うための進退部材としての２つのツール３０
ａ、３１ａとによってそれぞれ支持するようにしてい
る。

【００１４】ステージ２９の前記各支持部には、図１の
（ａ）、（ｂ）に示すような凹部２９ａが形成されて、
支点軸２８およびツール３０ａ、３１ａの先端と嵌まり
合うようにしてある。支点軸２８は図１、図２に示すよ
うに固定されて、ステージ２９の１点を所定高さに支持
し、自身の尖端と前記凹部２９ａとの間に鋼球２０を嵌
め込んだいわゆるピボット軸受２１を構成し、ステージ
２９が支点軸２８の尖端のまわりに傾斜自由なように支
持している。

【００１５】各ツール３０ａ、３１ａはそれぞれの進退
駆動手段３０、３１によって上下に進退駆動され、自身
の尖端を前記凹部２９ａに前記ピボット軸受２１と同様
に鋼球２０を介し嵌め合わせてステージ２９の傾斜角や
傾斜向きの変化の影響なくどの進退位置にてもステージ
２９を無理なく支持できるようにしている。

【００１６】これにより、２つのツール３０ａ、３１ａ
を進退駆動手段３０、３１により進退させることによ
り、ステージ２９をピボット軸受２１による支点まわり
にどのようにも傾斜させることができ、２自由度傾斜角
調節機能を奏してステージ２９の傾斜角および傾斜向き
を調整することができる。

【００１７】したがって、ワーク２５を支持する１つの
ステージ２９の１点を、ピボット軸受２１による支点回
りに傾斜自在なように支持し、他の２点を進退駆動され
るツール３０ａ、３１ａによって支持するだけの構成
で、各ツール３０ａ、３１ａの進退位置を各進退駆動手
段３０、３１にて調整することにより２自由度傾斜角調
整機能を達成し、傾斜角位置決め装置を部品点数の少な
い小さなものとすることができるし、２つのツール３０
ａ、３１ａによる２点での支持高さがそのまま、前記ス
テージ２９のピボット軸受２１による支点まわりの傾斜
角と傾斜向きとに関係するので、誤差が生じにくく人手
によっても位置調節しやすいものとすることができる。

【００１８】しかし本実施例では、前記ステージ２９に
載せたワーク２５の傾斜角位置決め調整を自動的に行う
ようにして、人の手間を省き、所要時間も大幅に短縮で
きるようにしている。

【００１９】これにつき説明すると、図２に示すように
ワーク２５は撮像カメラ３２により干渉対物レンズ３３
を介して撮像し、ワーク２５の上面の基準面、例えば水
平面に対する傾斜角および傾斜向きに応じた図３に示す
ような干渉縞４０を映し出すようにしてある。そして撮
像カメラ３２は直進ガイド３５によって水平面に対し垂
直な方向に正確に上下動されて、フォーカシングを行う
ようになっており、フォーカシングのためのフォーカス
駆動手段３４が撮像カメラ３２の図示しないフォーカシ
ング軸を駆動するように設けられている。

【００２０】撮像カメラ３２からの映像信号は視覚認識
部３６に入力され、ここで、ワーク２５の位置および傾
斜角と傾斜向きを前記干渉縞４０によって計測できるよ
うにしている。

【００２１】視覚認識部３６での各計測結果は、演算手
段１７に入力され、ここでワーク２５の傾斜角と傾斜向
きに関する計測結果に基づき、ワーク２５を所定の傾斜
角に位置決め調整するのに必要なツール３０ａおよび３
１ａの必要進退量を演算するようにしてある。

【００２２】演算手段３７での各演算結果は指令制御手
段３８に入力される。指令制御手段３８は、前記必要進
退量に基づき各進退駆動手段３０、３１に進退動作信号
を出力し、ワーク２５が所定の傾斜角位置決め状態とな
るように、ステージ２９の傾斜角と傾斜向きとを調整で
きるようにする。

【００２３】なお、指定制御手段３８は、前記視覚認識
部３６でのワーク２５の傾きの向きを後述のように計測
すると云ったことのために、フォーカス信号をフォーカ
ス駆動手段３４に入力し必要なフォーカシングが行われ
るようにする。

【００２４】以下具体的な傾斜角位置決め調整処理につ
いて説明すると、撮像カメラ３２の画面に映し出された
干渉縞４０は、図３（ａ）に一例を示してあるように、
ワーク２５の基準面に対する傾斜向きに応じた傾きθを
持つとともに、基準面に対する傾斜角に応じたピッチＰ
を持っており、この傾きθとピッチＰとが前記視覚認識
部３６にて計測される。

【００２５】ここで、傾きθに対応するワーク２５の傾
斜向きは２通り考えられ特定しない。これを決定するた
め、次には撮像カメラ３２をそのフォーカス軸の正の方
向に微小量、例えば干渉光の１／８波長分だけ動かし
て、このときの干渉縞４０の移動方向を視覚認識部３６
が計測し、ワーク２５の前記計測されているθに対応し
た初期の傾斜向きを特定する。

【００２６】これを図４、図５に基づき詳細に述べる
と、図４は画面に映し出された干渉縞の傾きθが９０度
の場合を示しており、図５は撮像カメラ３２を矢印で示
すフォーカス軸の正の方向に、干渉光の１／８波長分だ
け動かしたときの干渉縞４０の移動方向を示している。
図中破線は撮像カメラ３２を動かす前の干渉縞４０の位
置、実線は撮像カメラ３２を動かした後の干渉縞４０の
位置をそれぞれ示している。

【００２７】図４から明らかなように、干渉縞４０の傾
きθ（＝９０度）とピッチＰが同じでもワーク２５の傾
斜向きとして（ａ）、（ｂ）に示した２つの状態が考え
られる。したがって、ワーク２５の初期の傾斜向きを把
握しなければツール３０ａ、３１ａの必要進退量が決定
できないことが分かる。

【００２８】そこで本実施例では、撮像カメラ３２をそ
のフォーカス軸の図５に矢印で示す正の方向に干渉光の
１／８波長分だけ動かし、そのときの干渉縞４０の移動
方向を認識することでワーク２５の傾斜向きを判断して
いる。図５では干渉縞４０が破線の位置から実線の位置
まで画面の右方に移動しているため、ワーク２５は画面
の右方向が低くなるように傾斜していることが分かる。
この方法は、干渉縞４０の傾きθが任意の方向であって
も適用できる。さらに本実施例では、撮像カメラ３２の
移動量を干渉光の１／８波長分としたが、干渉縞の移動
方向を誤認識しない範囲であれば撮像カメラ３２の移動
量は自由に設定できるし、撮像カメラ３２の移動方向に
ついても正の方向に限る必要はない。

【００２９】このようにして求めた傾きθ、ピッチＰ、
傾斜向きから、初期状態のワーク２５の傾斜角および傾
斜向きを知ることができる。

【００３０】したがって、これらの情報と、ワーク２５
が必要とする傾斜角と傾斜向き、つまりこれに対応して
撮像画面上で得るべき最終的に必要な傾きθ₀ およびピ
ッチＰ₀ 〔図３（ｂ）〕とに基づき、演算手段１７が各
ツール３０ａ、３１ａの必要進退量、および撮像カメラ
３２のフォーカシング量を演算する。

【００３１】この演算結果に基づき指令制御手段が、前
記必要進退量だけ各ツール３０ａ、３１ａを進退させ、
また前記フォーカシング量だけ撮像カメラ３２を移動さ
せるように、それぞれの進退駆動手段３０、３１とに指
令を出し、必要量動作させる。

【００３２】これによって、ステージ２９上のワーク２
５を目標とする所定の傾斜角および傾斜向きとなるよう
に自動的に位置決め調整することができる。

【００３３】ここで、２つのツール３０ａ、３１ａの進
退駆動手段３０、３１を動作させてワーク２５の傾斜角
および傾斜向きを調整する方法について、図６を参照し
ながら詳細に説明する。

【００３４】図６（ａ）はワーク２５の初期の傾斜状態
を示している。図６（ｂ）は干渉縞の傾きが最終の目標
とする傾きθ₀ に一致した状態を示し、このときの干渉
縞４０のピッチをＰ₁ とする。図６（ｃ）は干渉縞４０
の傾きとピッチが、最終の目標とする傾きθ₀ 、ピッチ
Ｐ₀ に一致した状態を示している。つまり位置決め完了
状態である。

【００３５】初期状態のワーク２５に関する干渉縞４０
のθとＰ、ワーク２５の傾斜向きの情報から、まず、干
渉縞の傾きを所望の角度θ₀ に調整するために必要なツ
ール３０ａ、３１ａの進退量Ｌ_A1、Ｌ_B1（Ｌ_A1＝Ｌ_B1）
を演算手段３７が決定し、進退駆動手段３０、３１を動
作させて干渉縞４０の傾きをθ₀ になるように調整す
る。次いでこのときのピッチＰ₁ を基にして干渉縞４０
のピッチを調整するために必要なツール３０ａ、３１ａ
の進退量Ｌ_A2、−Ｌ_B2を演算手段３７が決定し、ツール
３０ａ、３１ａの進退駆動手段３０、３１を動作させて
干渉縞４０のピッチをＰ₀ になるように調整する。

【００３６】このようにして、ワーク２５の傾斜角と傾
斜向きとの位置調整が完了する。なお、以上の説明では
理解が容易なように、一旦図６（ｂ）の状態に動かした
後、次に最終の図６（ｃ）の状態となるように２回に分
けて、演算およびツール３０ａ、３１ａの動作を行って
いるが、実際は、図６（ｂ）の状態は計算上で作られて
おり、各ツール３０ａ、３１ａの進退量Ｌ_A 、Ｌ_B を Ｌ_A ＝Ｌ_A1＋Ｌ_A2 Ｌ_B ＝Ｌ_B1、Ｌ_B2 として、１回のツール３０ａ、３１ａの移動で図６
（ｃ）に示す最終の位置決め完了状態が得られるように
している。

【００３７】また、本実施例では、先に干渉縞４０の傾
きθとピッチＰとを計測し、その後ワーク２５の傾斜向
きを認識したが、始めに傾斜向きを計測し、次に傾きθ
とピッチＰを計測するようにしてもよいのは勿論であ
る。

【００３８】

【発明の効果】本発明の傾斜角位置決め装置の第１の特
徴によれば、傾斜角位置決め対象物を支持する１つのス
テージの１点を、支点回りに傾斜自在なように支持し、
他の２点を進退駆動される進退部材によって支持するだ
けで、２自由度傾斜角調整機能を達成し、装置を部品点
数の少ない小さなものとすることができるし、２つの進
退部材による２点での支持高さがそのまま、前記ステー
ジの支点まわりの傾斜角と傾斜向きとに関係するので、
誤差が生じにくく人手によっても位置調節しやすいもの
とすることができる。

【００３９】また本発明の傾斜角位置決め装置の第２の
特徴によれば、第１の特徴の場合に加え、ステージ上の
傾斜角位置決め対象物を撮像したときの干渉縞の計測を
基にステージの傾斜角位置決め調整をするのに、前記計
測と、この計測情報に基づいて傾斜角位置決め対象物を
所定の傾斜角および傾斜向きとするための２つの進退部
材の必要進退量の演算と、およびこの演算結果に応じて
２つの進退部材を駆動し前記傾斜角位置決め調整するこ
とを自動的に行うので、人による手間を省き、作業時間
を大幅に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての傾斜角位置決め装置
の機構部を示す平面図、側面図および一部断面図であ
る。

【図２】図１の装置の制御系との関係を示すブロック図
である。

【図３】撮像カメラの画面に映し出される干渉縞の状態
例を示す説明図である。

【図４】干渉縞の１つの状態に対応する２通りのワーク
の傾斜状態を示す説明図である。

【図５】図４の２通りのワークの傾斜状態のうちどちら
の傾斜向きであるかを判別する操作の状態を示す説明図
である。

【図６】ワークの傾斜角および傾斜向きの位置決め調整
状態と干渉縞の変化との関係を示す説明図である。

【図７】従来の２自由度傾斜角位置決め装置を示す正面
図である。

【符号の説明】

２９ ステージ ３０、３１ 進退駆動手段 ３０ａ、３１ａ 進退部材 ３２ 撮像カメラ ３３ 干渉対物レンズ ３４ フォーカス駆動手段 ３５ 直進ガイド ３６ 計測手段 ３７ 演算手段 ３８ 制御手段 ４０ 干渉縞

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石丸 幸久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−274201（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−33609（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−235806（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−10427（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/26 G01B 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置決め対象物を支持するステージの１
   点をこの１点での支点まわりに傾斜自由なように支持
   し、ステージの他の２点を進退によりステージの支持高
   さを変えられるようにした２つの進退部材によってそれ
   ぞれ支持し、これら進退部材を個別に進退駆動して、ス
   テージを前記支点まわりの所定の傾斜状態に設定する進
   退駆動手段を備えたことを特徴とする傾斜角位置決め装
   置。
2. 【請求項２】 ステージ上の傾斜角位置決め対象物を撮
   像し、傾斜位置決め対象物の基準面に対する傾斜角と傾
   斜向きとに応じた干渉縞を映し出す撮像手段と、この撮
   像手段により映し出される干渉縞によって傾斜角位置決
   め対象物の傾斜角と傾斜向きとを計測する計測手段と、
   この計測手段からの計測情報に基づいて傾斜角位置決め
   対象物を所定の傾斜角および傾斜向きとするための２つ
   の進退部材の必要進退量を演算する演算手段と、この演
   算手段による演算結果に応じて駆動手段を動作させ傾斜
   角位置決め対象物の傾斜角が所定の角度になるように２
   つの進退部材の進退位置を制御する制御手段とを備えた
   請求項１に記載の傾斜角位置決め装置。