JP4752023B2

JP4752023B2 - 部品保持装置

Info

Publication number: JP4752023B2
Application number: JP2001053881A
Authority: JP
Inventors: 証英原田; 哲也樋口
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Harada Electronics Industry Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Harada Electronics Industry Co Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP2002258126A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種々の機器類にセッティングされる部品のセッティング位置や姿勢を調整可能にするための装置に関し、特に、レーザを用いた各測定機器や加工機等におけるレンズやミラー等の光学部品を保持して精密な焦点や光軸の調整を可能とするために好適に用いることができる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光を用いた測定機器や加工機等には、レンズやプリズム、ミラー等の光学部品が使用されており、これらの光学部品は、通過するレーザ光の焦点や光軸を調整できるように、位置調整可能なステージ上に保持されている。
【０００３】
光学部品を保持するステージの位置調整を行う装置には、光軸に対して前後方向に位置調整するもの、水平面内での傾きを調整するもの、垂直面内での傾きを調整するもの、あるいは、これらを組み合わせて調整可能なもの等、様々なものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のステージの位置調整を行う装置では、ねじ機構を用いているものが一般的であり、手動で行うものは、マイクロメータと同様なバーニャを備えたダイアルを手で回して位置や傾きを調整しており、また、自動的に行うものは、コンピュータ制御を容易にするために、ねじ軸をパルスモータ等で回転させて行っている。
【０００５】
しかしながら、このような、ねじ機構を用いるものでは、高い精度を確保するために、ねじ軸に微細なピッチのものを用いる必要があり、光学部品の位置や傾斜角度を大きな範囲で変える場合には、ねじ軸の回転量が多くなり、光学部品を指定した位置や向きに位置決めするために時間がかかる問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決し、光学部品等の部品を迅速且つ高精度に位置決め可能に保持する部品保持装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の部品保持装置は、本体ハウジングと、本体ハウジングに対してスライド自在に設けられたスライドフレームと、スライドフレームで保持された部品ステージと、本体ハウジングに対してスライドフレームを位置決めするスライドフレーム位置決め手段とを有している。
【０００８】
前記スライドフレーム位置決め手段は、本体ハウジングに対して第１の軸を中心に揺動自在に設けられた粗調整レバーと、本体ハウジングに対して第１の軸と平行な第２の軸を中心に揺動自在に設けられた第１の微調整レバーと、粗調整レバーのスライドフレームのスライド方向に沿って揺動変位する揺動端に対して、第１の軸と平行な第３の軸回りに揺動自在に設けられた第２の微調整レバーと、第１の微調整レバーに、第２の軸から偏心した位置を中心として回転自在に設けられた第１のカムローラと、第２の微調整レバーに、第３の軸から偏心した位置を中心として回転自在に設けられた第２のカムローラと、スライドフレームに設けられ、第２のカムローラに当接するカムローラ当接面と、スライドフレームをカムローラ当接面が常時第２のカムローラに当接する向きに付勢する付勢部材と、粗調整レバーを揺動変位させる粗調整用アクチュエータと、第１の微調整レバーを揺動変位させる微調整用アクチュエータとを備えている。
【０００９】
また、第１のカムローラは第２の微調整レバーにその揺動方向から当接して、第１の微調整レバーの揺動変位を第２の微調整レバーの第３の軸回りの揺動変位に変換するように構成されている。
【００１０】
また、本発明の部品保持装置においては、本体ハウジングに粗調整用アクチュエータによって第１の軸と平行な第４の軸を中心として回動する中継レバーが設けられ、粗調整レバーには、第１の軸に対して、スライドフレームのスライド方向に沿って揺動変位する揺動端側と略反対側にカムローラ当接部が突出形成され、前記カムローラ当接部には、中継レバーに第４の軸の中心から偏心した位置を中心として回転自在に支持された第３のカムローラの外周面が当接し、粗調整用アクチュエータによる中継レバーの揺動変位を、第３のカムローラを介して粗調整レバーに伝達するように構成されていることが望ましい。
【００１１】
また、本発明の部品保持装置においては、部品ステージの左右両側部分が、スライド方向を平行にして同一高さに配置された一対のスライドフレームに対して、上下左右両方向に回動自在に保持されているとともに、部品ステージの下方部分が前記一対のスライドフレームとスライド方向を平行にして、これらのスライドフレームの下方に配置されたスライドフレームに対して、上下左右両方向に回動自在に保持され、それぞれのスライドフレームが独立したスライドフレーム位置決め手段によって個別に位置調整可能に構成されていることも望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の部品保持装置は、光学部品等の部品が取り付けられる部品ステージを、本体ハウジングに対してスライド自在に設けられたスライドフレームに保持し、スライドフレームをスライドフレーム位置決め手段によって調整・位置決めして部品ステージ上の部品の位置や姿勢を調整・位置決めするものである。
【００１３】
本発明の部品保持装置は、スライド方向を平行にして同一高さに一対のスライドフレームを配置するとともに、これらのスライドフレームの下方にスライド方向を平行にしてさらに一つのスライドフレームを配置し、部品ステージの左右両側部分と下方部分とをそれぞれのスライドフレームに対して上下左右揺動自在に連結保持していることが望ましい。
【００１４】
この場合、３つのスライドフレームを同量だけスライド方向に変位することにより、部品ステージを、向きは変えずにスライド方向に平行移動させることができ、また、それぞれのスライドフレームの変位量を異ならせることによって、上下・左右両方向の傾きを調整することができる。
【００１５】
なお、部品ステージの傾斜角度を調整する必要がない場合には、部品ステージは一つのスライドフレームのみに固定保持してもよく、この場合スライドフレーム位置決め手段も一つのみでよい。
【００１６】
また、部品ステージの左右方向または左右方向の傾きのみを調整する必要がある場合には、部品ステージは、同一高さまたは異なる高さにスライド方向を平行に配置した２つのスライドフレームに連結保持すればよい。なお、この場合には、スライドフレーム位置決め手段はスライドフレーム毎に個別に設ける必要がある。
【００１７】
本発明の部品保持装置では、スライドフレーム位置決め手段は、スライドフレームの位置を粗く調整・位置決めするための粗調整用アクチュエータと、精密に調整・位置決めするための微調整用アクチュエータを有している。
【００１８】
これらのアクチュエータとしては、種々のモータを使用することが可能であるが特にパルスモータが好適であり、パルスモータを使用することによって、スライドフレームの位置を微調整する場合に、コンピュータによる高精度な部品ステージの位置決め制御が可能となる。
【００１９】
本発明の部品保持装置においては、スライドフレームの位置を調整・位置決めするためのスライドフレーム位置決め手段は、粗調整用アクチュエータによって揺動変位される粗調整レバーと、微調整用アクチュエータによって揺動変位される第１の微調整レバーを有している。
【００２０】
粗調整レバーの揺動変位は、スライドフレームにそのまま伝達されてこれを大きく変位させることができ、一方、第１の微調整レバーの揺動変位は、偏心運動を行う第１のカムローラにより縮小されて第２の微調整レバーに伝達され、ここからさらに、偏心運動を行う第２のカムローラにより縮小されてスライドフレームに伝達されるので、スライドフレームを極めて微小な距離だけ変位させることができる。
【００２１】
なお、粗調整レバーは、粗調整用アクチュエータで直接揺動させてもよいが、粗調整レバーと粗調整用アクチュエータの間に粗調整レバーを連動させる中継レバーを設け、粗調整用アクチュエータの動きを中継レバーに揺動変位として伝達し、中継レバーで粗調整レバーを揺動変位させることが好ましい。
【００２２】
この場合には、中継レバーと粗調整レバー間のレバー比を高い自由度で変えることができ、スライドフレームの位置を粗調整する際に、容易に最適な移動量を得ることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の部品保持装置を前方右側から見た斜視図、図２は、後方左側から見た斜視図、図３は、前方左側から見た斜視図であって、この実施例における部品保持装置１は、レーザ機器の光路中に配置される、レンズ、ミラー、プリズム等の光学部品を保持するために使用されるものである。
なお、図１と図２においては、装置内部が見えるように側板を除去して図示している。
【００２４】
部品保持装置１は、本体ハウジング２に対して、前後方向にスライド自在に取り付けられた左右一対のスライドフレーム３Ａ、３Ｂと、これらのスライドフレーム３Ａ、３Ｂの下方に同じく前後方向にスライド自在に取り付けられたもう一つのスライドフレーム３Ｃを介して支持されている部品ステージ４を有しており、前記ステージ４には、図示しないレンズを装着固定できるようになっている。
なお、このステージ４には、レンズの他、反射鏡やプリズム等の光学部品を装着することも可能である。
【００２５】
スライドフレーム３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、それぞれ図示を省略しているリニアガイド機構を介して本体ハウジング２に対して円滑にスライド変位できるように取り付けられており、また、これらのスライドフレーム３Ａ、３Ｂの前端部分には、それぞれ後方に向けて、略Ｖ字状のエッジ受け部５が設けられている。
【００２６】
なお、これら３つのスライドフレーム３Ａ、３Ｂ、３Ｃは全て同一構造のものが用いられているが、下方のスライドフレーム３Ｃは、スライドフレーム３Ａ、３Ｂとは向きを９０度回転させて横倒しに設けられており、スライドフレーム３Ｃのエッジ受け部５は、図では見えない位置にある。
【００２７】
これらのエッジ受け部５は、部品ステージ４の左右両辺と下辺からそれぞれ突出した、図４に示すような、ナイフエッジ６の先端に係合して部品ステージ４を保持している。
【００２８】
これらのナイフエッジ６と本体ハウジング２との間には、図示しない圧縮コイルばねが付勢部材として組み込まれていて、それぞれのナイフエッジ６の先端はこれらの圧縮コイルばねによって、常時対向するエッジ受け部５に押し付けられている。
【００２９】
部品ステージ４の前後位置及び上下左右方向の傾きは、図５に模式的に示すように、スライドフレーム３Ａ、３Ｂ、３Ｃの前後方向の位置を、それぞれのスライドフレームに対応して独立して機能する３組の、後述するスライドフレーム位置決め手段によって変位させることで調整される。
【００３０】
ここで、例えば、部品ステージ４を前後方向に平行移動させる場合には、スライドフレーム３Ａ、３Ｂ、３Ｃを同一の距離だけ前後方向に変位させる。
また、水平軸φ回りに回動させる場合、すなわち、部品ステージ４の上下方向の傾きを調整する場合には、左右一対のスライドフレーム３Ａ、３Ｂの位置を固定し、スライドフレーム３Ｃのみを前後方向に変位させて行う。
【００３１】
また、部品ステージ４を垂直軸ψ回りに回動させる場合、すなわち部品ステージ４の左右方向の傾きを調整する場合には、スライドフレーム３Ｃの位置を固定してスライドフレーム３Ａとスライドフレーム３Ｂを互いに反対方向に変位させて行う。
【００３２】
なお、図中に示すａ、ｂ、ｃの各点は、それぞれ前述したスライドフレーム３Ａ、３Ｂ、３Ｃのエッジ受け部５と、これらのエッジ受け部５に係合している部品ステージ４のナイフエッジ６との係合位置を模式的に示しており、これらの点ａ，ｂ，ｃにおいて、部品ステージ４は、各スライドフレーム３Ａ、３Ｂ、３Ｃに対して、上下左右両方向に回動が可能に保持されている。
【００３３】
それぞれのスライドフレーム３Ａ、３Ｂ、３Ｃに対応して設けられているスライドフレーム位置決め手段は、本体ハウジング２に第１の軸７で揺動自在に支持された粗調整レバー８、第２の軸９で本体ハウジング２に揺動自在に支持された第１の微調整レバー１０、粗調整レバー８の上端部に第３の軸１１で揺動自在に支持された第２の微調整レバー１２、第１の微調整レバー１０に第２の軸９から偏心して回転自在に支持されている第１のカムローラ１３、粗調整レバー８に第３の軸１１から偏心して回転自在に支持されている第２のカムローラ１４、粗調整用アクチュエータとしての粗調整用パルスモータ１５、１６、１７及び、微調整用アクチュエータとしての微調整用パルスモータ１８、１９、２０を備えている。
【００３４】
これらの粗調整用パルスモータ１５、１６、１７と、微調整用パルスモータ１８、１９、２０は、全て同じものであり、これらの回転軸はねじ軸で構成され、それぞれのモータの本体側に形成されている図示しない雌ねじに螺合しており、回転方向に応じてこれらのねじ軸が軸方向に進退変位する構造になっている。
【００３５】
また、この実施例におけるスライドフレーム位置決め手段においては、本体ハウジング２に第４の軸２１で揺動自在に支持された中継レバー２２を有している。
前記中継レバー２２には、第４の軸２１から偏心した位置を中心として回転自在に第３のカムローラ２３が設けられている。
【００３６】
一方、粗調整レバー８の第１の軸７に対して第２のカムローラ１４が設けられている揺動端側と略反対側にカムローラ当接部８Ａが突出形成され、ここに第３のカムローラ２３が当接される構造になっている。
【００３７】
前述したスライドフレーム位置決め手段は、各スライドフレーム３Ａ、３Ｂ、３Ｃ全てに対して同一構造になっているので、ここでは、スライドフレーム３Ａを本体ハウジング２に対して後退方向に移動調整する場合について、図６を参照して説明する。
【００３８】
スライドフレーム３Ａの移動調整は、スライドフレーム３Ａの位置の粗調整から行い、先ず粗調整用パルスモータ１５を正方向に回転駆動すると、ねじ軸Ｓの先端は回転しながら前進し、中継レバー２２の下端側面を押して、これを第４の軸２１を中心に反時計回りに揺動させる。
なお、ねじ軸Ｓの先端には、中継レバー２２の下端側面との摩擦抵抗を低減するために、鋼球が取り付けられている。
【００３９】
そうすると、中継レバー２２に第４の軸２１から偏心して設けられている第３のカムローラ２３は粗調整レバー８に形成されているカムローラ当接部８Ａを押して、粗調整レバー８を第１の軸７を中心に時計回りに揺動させる。
【００４０】
その結果、第２のカムローラ１４が設けられている粗調整レバー８の上端側は、スライドフレーム３Ａの後退方向に変位する。第２のカムローラ１４の外周面には、スライドフレーム３Ａの後端部から下方に突出しているカムローラ受け部２４に形成されているカムローラ当接面２４Ａが、スライドフレーム３Ａに作用する前述した図示しない圧縮コイルばねの付勢力によって押し当てられている。
【００４１】
したがって、粗調整レバー８の上端が後方に揺動変位すると、第２のカムローラ２４の外周面は、前記圧縮コイルばねの付勢力に抗してスライドフレーム３Ａを後退方向に変位させる。
【００４２】
この際、第２のカムローラ２４の中心位置が第３の軸１１から上方に偏心しているために、第２の微調整レバー１２は、第２のカムローラ２４にカムローラ当接面２４Ａから作用する反力によって第３の軸１１を中心とした反時計回りのモーメントを受ける。
【００４３】
このモーメントは、第２の微調整レバー１２に当接している第１のカムローラ１３の外周面で受け止められ、第２の微調整レバー１２の前記モーメントによる揺動は阻止される。
【００４４】
また、第１のカムローラ１３は、第２の微調整レバー１２が粗調整レバー８の揺動に伴って前方へ変位する際に、回転してこれを円滑に支持するガイドの役割を果たしている。
【００４５】
このようにしてスライドフレーム３Ａの位置の粗調整を行った後、微調整用パルスモータ１８を駆動してそのねじ軸Ｓの先端を前進させ、第１の微調整レバー１０を第２の軸９を中心に反時計回りに揺動変位させる。
【００４６】
その結果、第２の軸９から回転中心が偏心している第１のカムローラ１３は、微小な距離だけ第２の微調整レバー１２を押し上げてこれを第３の軸１１を中心として時計方向に僅かに揺動させる。
【００４７】
そうすると、第２の微調整レバー１２に設けられている第２のカムローラ１４の位置が僅かに後方に変位するので、スライドフレーム３Ａのカムローラ受け部２４に形成されているカムローラ当接面２４Ａは、第２のカムローラ１４によって後方に押されてスライドフレーム３Ａは微小な距離だけ後退変位する。
【００４８】
なお、スライドフレーム３Ａを前進方向へ粗動または微動させる場合には、粗調整用パルスモータ１５または微調整用パルスモータ１８を逆方向に駆動すればよい。
この際、スライドフレーム３Ａを前方に押すように作用している図示しない圧縮スプリングの付勢力は、第２のカムローラ１４を介して、粗調整レバー８に第１の軸７を中心とした反時計回りの復元モーメントを与え、さらに、中継レバー２２に第４の軸２１を中心とした時計回りの復元モーメントを副次的に発生させている。
【００４９】
そのため、粗調整用パルスモータ１５を逆方向に駆動すると、粗調整レバー８と中継レバー２２はこれらの復元モーメントの向きに揺動変位してスライドフレーム３Ａは前進する。
【００５０】
一方、前記圧縮スプリングの付勢力は、第２のカムローラ１４を介して、第２の微調整レバー１２に第３の軸１１を中心とした反時計回りの復元モーメントを与え、この復元モーメントは副次的に、第１の微調整レバー１０に第２の軸９を中心とした時計回りの復元モーメントを発生させている。
【００５１】
その結果、微調整用パルスモータ１８を逆方向に駆動した場合には、第１の微調整レバー１０と第２の微調整レバー１２は、これらの復元モーメントの向きに揺動変位してスライドフレーム３Ａは前進する。
【００５２】
スライドフレーム３Ａの変位は、エッジ受け部５とナイフエッジ６を介して部品ステージ４に伝達される。スライドフレーム３Ｂ、スライドフレーム３Ｃについても同様な位置調整が行われて、部品ステージ４の位置決めを前後位置と上下左右の傾斜角度について高精度に行うことができる。
【００５３】
なお、本実施例においては、それぞれの粗調整用パルスモータ１５、１６、１７に入力される１パルス当たりのスライドフレーム３Ａ、３Ｂ、３Ｃの移動距離は、それぞれ８μｍで、粗調整時の移動ストロークは、２．４ｍｍ（中央位置から前後両側に１５０パルス分）である。
【００５４】
また、微調整用パルスモータ１８、１９、２０に入力される１パルス当たりのスライドフレーム３Ａ、３Ｂ、３Ｃの移動距離は、それぞれ０．０５μｍであって、微調整時の移動ストロークは、０．１５ｍｍ（中央位置から前後両側に１５０パルス分）である。
【００５５】
また、粗調整用パルスモータ１５や微調整用パルスモータ１８の逆方向駆動時において、動作を確実に行うために、粗調整レバー８や第１の微調整レバー１０等に、復元モーメントを付与する個別の巻ばね等の付勢部材を用いてもよい。
また、第１のカムローラ１３、第２のカムローラ１４、及び、第３のカムローラ２３には、ボールベアリングやローラベアリングをそのまま利用してもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１記載の発明によれば、部品ステージを保持しているスライドフレームの位置決めを、粗調整用アクチュエータと微調整用アクチュエータを組み合わせて行うため、迅速且つ精密な位置決めを行うことができる。
【００５７】
また、特に、第１の微調整レバーと第２の微調整レバーを２段に用いて、微調整用アクチュエータの動きを縮小してスライドフレームに伝達しているため、非常に微細な調整・位置決めを容易に行うことができる。
【００５８】
また、請求項２記載の発明によれば、粗調整用アクチュエータの動きを中継レバーを介して粗調整レバーに伝達しているので、中継レバーと粗調整レバーの長さの比率や本体ハウジングへの軸支位置を変えるだけで、使用目的に適合した微調整用アクチュエータによるスライドフレームの変位と、粗調整用アクチュエータによるスライドフレームの変位と比率を容易に得ることができる。
【００５９】
また、請求項３記載の発明によれば、部品ステージを左右一対のスライドフレームと下方のスライドフレームに連結して支持しているため、これらのスライドフレームの位置を個別に調整することで、部品ステージの前後位置並びに、上下左右両方向に対する傾斜角を迅速且つ高精度に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の部品保持装置を前方右側から見た斜視図である。
【図２】本発明の部品保持装置を後方左側から見た斜視図である。
【図３】本発明の部品保持装置を前方左側から見た斜視図である。
【図４】本発明の部品保持装置の構成部分の一部を示す斜視図である。
【図５】本発明の部品保持装置における部品ステージとスライドフレームの連結構造を模式的に示す図である。
【図６】本発明の部品保持装置の構成部分の一部を示す側面図である。
【符号の説明】
１部品保持装置、２本体ハウジング、
３Ａ、３Ｂ、３Ｃスライドフレーム、４部品ステージ、
５エッジ受け部、６ナイフエッジ、７第１の軸、
８粗調整レバー、８Ａカムローラ当接部、９第２の軸、
１０第１の微調整レバー、１１第３の軸、
１２第２の微調整レバー、１３第１のカムローラ、
１４第２のカムローラ、１５、１６、１７粗調整用パルスモータ、
１８、１９、２０微調整用パルスモータ、２１第４の軸、
２２中継レバー、２３第３のカムローラ、
２４カムローラ受け部、２４Ａカムローラ当接面。

Claims

本体ハウジングと、
本体ハウジングに対してスライド自在に設けられたスライドフレームと、
スライドフレームで保持された部品ステージと、
本体ハウジングに対してスライドフレームを位置決めするスライドフレーム位置決め手段とを有し、
スライドフレーム位置決め手段は、本体ハウジングに対して第１の軸を中心に揺動自在に設けられた粗調整レバーと、
本体ハウジングに対して第１の軸と平行な第２の軸を中心に揺動自在に設けられた第１の微調整レバーと、
粗調整レバーのスライドフレームのスライド方向に沿って揺動変位する揺動端に対して、第１の軸と平行な第３の軸回りに揺動自在に設けられた第２の微調整レバーと、
第１の微調整レバーに、第２の軸から偏心した位置を中心として回転自在に設けられた第１のカムローラと、
第２の微調整レバーに、第３の軸から偏心した位置を中心として回転自在に設けられた第２のカムローラと、
スライドフレームに設けられ、第２のカムローラに当接するカムローラ当接面と、
スライドフレームをカムローラ当接面が常時第２のカムローラに当接する向きに付勢する付勢部材と、
粗調整レバーを揺動変位させる粗調整用アクチュエータと、
第１の微調整レバーを揺動変位させる微調整用アクチュエータとを備え、
第１のカムローラは第２の微調整レバーにその揺動方向から当接して、第１の微調整レバーの揺動変位を第２の微調整レバーの第３の軸回りの揺動変位に変換するように構成されていることを特徴とする部品保持装置。
本体ハウジングには、粗調整用アクチュエータによって第１の軸と平行な第４の軸を中心として回動する中継レバーが設けられ、粗調整レバーには、第１の軸に対して、スライドフレームのスライド方向に沿って揺動変位する揺動端側と略反対側にカムローラ当接部が突出形成され、前記カムローラ当接部には、中継レバーに第４の軸の中心から偏心した位置を中心として回転自在に支持された第３のカムローラの外周面が当接し、粗調整用アクチュエータによる中継レバーの揺動変位を、第３のカムローラを介して粗調整レバーに伝達するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の部品保持装置。
部品ステージの左右両側部分が、スライド方向を平行にして同一高さに配置された一対のスライドフレームに対して、上下左右両方向に回動自在に保持されているとともに、部品ステージの下方部分が前記一対のスライドフレームとスライド方向を平行にして、これらのスライドフレームの下方に配置されたスライドフレームに対して、上下左右両方向に回動自在に保持され、それぞれのスライドフレームが独立したスライドフレーム位置決め手段によって個別に位置調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の部品保持装置。