JP6284771B2 - Parallel mechanism - Google Patents

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Description

本発明はパラレル機構に関し、例えば精密な位置測定手段を有するパラレル機構に関する。   The present invention relates to a parallel mechanism, for example, a parallel mechanism having precise position measuring means.

パラレル機構は、固定されたベースプレートから伸びる直線駆動機構、屈曲駆動機構やスライド機構（リンクとも称される）などの駆動機構を複数有する。これら複数の駆動機構を同時に動作させることで、出力となる移動ステージをベースプレートに対して移動させることができる（例えば、特許文献１及び２）。パラレル機構は、古くよりフライトシミュレータ、組立用などのロボットシステム、アミューズメント装置の駆動機構として実用化されている。近年では、パラレル機構の工作機械への適用が報告されている。こうしたパラレル機構の適用範囲の拡大に伴い、例えば形状測定機へのパラレル機構の適用も報告されている。   The parallel mechanism has a plurality of drive mechanisms such as a linear drive mechanism extending from a fixed base plate, a bending drive mechanism, and a slide mechanism (also referred to as a link). By simultaneously operating the plurality of drive mechanisms, it is possible to move the output moving stage relative to the base plate (for example, Patent Documents 1 and 2). The parallel mechanism has long been put into practical use as a driving mechanism for flight simulators, robot systems for assembly, and amusement devices. In recent years, application of parallel mechanisms to machine tools has been reported. With the expansion of the application range of the parallel mechanism, for example, the application of the parallel mechanism to a shape measuring machine has also been reported.

パラレル機構は、駆動機構の中でも比較的高速に駆動ができる。そのため、例えば測定機に搭載すれば、測定ステージを高速に駆動できるので、測定時間の短縮が期待できる。また、パラレル機構は様々なタイプが知られており、例えば、移動ステージの空間３自由度駆動が可能なタイプ、移動ステージの並進３自由度駆動が可能なタイプ、さらには互いに直交するＸＹＺの３軸方向と各軸の回転方向の６自由度駆動が可能なタイプなどがある。   The parallel mechanism can be driven at a relatively high speed among the drive mechanisms. Therefore, for example, if it is mounted on a measuring machine, the measurement stage can be driven at high speed, so that the measurement time can be shortened. Also, various types of parallel mechanisms are known. For example, a type capable of driving a moving stage with three degrees of freedom in space, a type capable of driving a moving stage with three degrees of freedom in translation, and three XYZ orthogonal to each other. There are types that can be driven with six degrees of freedom in the axial direction and the rotational direction of each axis.

特開２０００−１３０５３６号公報JP 2000-130536 A 特公平０４−０４５３１０号公報Japanese Examined Patent Publication No. 04-045310

ところが、発明者らは、上述の手法には以下に示す問題点が有ることを見出した。パラレル機構は高速動作が可能である反面、駆動機構の剛性が低く、駆動精度が劣る面が有る。そのため、例えば精密測定用の測定機器などに搭載するには、不向きであった。   However, the inventors have found that the above-described method has the following problems. While the parallel mechanism can operate at high speed, the drive mechanism has a low rigidity and a drive accuracy is inferior. Therefore, for example, it is not suitable for mounting on a measuring instrument for precision measurement.

本発明の第１の態様であるパラレル機構は、ベースプレートと、前記ベースプレートに対して移動する移動ステージと、前記ベースプレートと前記移動ステージの間に設けられ、前記ベースプレートに対する前記移動ステージの相対位置を変化させる複数の駆動機構と、前記移動ステージに設けられ、入射する光を反射する反射部と、前記ベースプレートに対して空間的に位置が固定され、前記反射部に測定光を照射し、前記反射部で反射した前記測定光と参照光との干渉を観測して前記移動ステージの移動距離及び移動方向を測定する測定部と、前記複数の駆動機構を制御する制御部と、を備えるものである。   A parallel mechanism according to a first aspect of the present invention is provided between a base plate, a moving stage that moves relative to the base plate, and the base plate and the moving stage, and changes a relative position of the moving stage relative to the base plate. A plurality of drive mechanisms that are provided, a reflecting portion that is provided on the moving stage and reflects incident light, a position that is spatially fixed with respect to the base plate, irradiates the reflecting portion with measurement light, and the reflecting portion And a measurement unit that measures the movement distance and movement direction of the moving stage by observing interference between the measurement light reflected by the reference light and the reference light, and a control unit that controls the plurality of drive mechanisms.

本発明の第２の態様であるパラレル機構は、上述のパラレル機構であって、前記反射部は、前記移動ステージの前記ベースプレート側の面に設置され、前記測定部は、前記ベースプレートに設置され、前記反射部に前記測定光を照射するものである。   The parallel mechanism according to the second aspect of the present invention is the parallel mechanism described above, wherein the reflecting section is installed on the surface of the moving stage on the base plate side, the measuring section is installed on the base plate, The reflective portion is irradiated with the measurement light.

本発明の第３の態様であるパラレル機構は、上述のパラレル機構であって、前記複数の駆動機構のそれぞれと、前記ベースプレート及び前記移動ステージと、を連結する複数のジョイントを更に備え、前記測定部は、前記複数の駆動機構及び前記ベースプレートを連結する前記複数のジョイントのいずれかと、前記測定部が設置された前記ベースプレートの面の図心と、を結ぶ線の上に設置され、前記反射部は、前記複数の駆動機構及び前記移動ステージを連結する前記複数のジョイントのいずれかと、前記反射部が設置された前記移動ステージの面の図心と、を結ぶ線の上に設置されるものである。   A parallel mechanism according to a third aspect of the present invention is the parallel mechanism described above, further comprising a plurality of joints that connect each of the plurality of driving mechanisms, the base plate, and the moving stage, and the measurement. The unit is installed on a line connecting any one of the plurality of joints connecting the plurality of drive mechanisms and the base plate, and a centroid of the surface of the base plate on which the measurement unit is installed, and the reflection unit Is installed on a line connecting any one of the plurality of joints connecting the plurality of driving mechanisms and the moving stage and the centroid of the surface of the moving stage on which the reflecting portion is installed. is there.

本発明の第４の態様であるパラレル機構は、上述のパラレル機構であって、前記反射部は前記移動ステージに所定の間隔で複数設けられ、複数の前記反射部のそれぞれに測定光を照射する前記測定部が、前記ベースプレートに所定の間隔で複数設けられるものである。   A parallel mechanism according to a fourth aspect of the present invention is the parallel mechanism described above, wherein a plurality of the reflecting portions are provided on the movable stage at a predetermined interval, and each of the plurality of reflecting portions is irradiated with measurement light. A plurality of the measurement units are provided at predetermined intervals on the base plate.

本発明の第５の態様であるパラレル機構は、上述のパラレル機構であって、前記測定部が２つ設けられ、前記反射部が２つ設けられ、２つの前記測定部は、前記ベースプレートの面の図心に対して対称な位置に設置され、２つの前記反射部は、前記移動ステージの面の図心に対して対称な位置に設置されるものである。   A parallel mechanism according to a fifth aspect of the present invention is the parallel mechanism described above, wherein two measuring units are provided, two reflecting units are provided, and the two measuring units are surfaces of the base plate. The two reflecting parts are installed at positions symmetrical with respect to the centroid of the surface of the moving stage.

本発明の第６の態様であるパラレル機構は、上述のパラレル機構であって、前記測定部が３つ設けられ、前記反射部が３つ設けられ、３つの前記測定部は、前記ベースプレートの面の図心を基準として等間隔な位置に設置され、３つの前記反射部は、前記移動ステージの面の図心を基準として等間隔な位置に設置されるものである。   A parallel mechanism according to a sixth aspect of the present invention is the parallel mechanism described above, wherein three measurement units are provided, three reflection units are provided, and the three measurement units are surfaces of the base plate. The three reflecting parts are installed at equal intervals with reference to the centroid of the surface of the moving stage.

本発明の第７の態様であるパラレル機構は、上述のパラレル機構であって、前記複数の駆動機構を構成する第１〜第６の駆動機構と、前記複数のジョイントを構成する、前記ベースプレートと前記第１〜第６の駆動機構のそれぞれとを連結する第１〜第６のジョイントと、前記複数のジョイントを構成する、前記移動ステージと前記第１〜第６の駆動機構のそれぞれとを連結する第７〜第１２のジョイントと、を備え、前記第１〜第１２のジョイントは球状ジョイントであるものである。   A parallel mechanism according to a seventh aspect of the present invention is the parallel mechanism described above, wherein the first to sixth drive mechanisms constituting the plurality of drive mechanisms, and the base plate constituting the plurality of joints, The first to sixth joints that connect each of the first to sixth drive mechanisms, and the movable stage that constitutes the plurality of joints and each of the first to sixth drive mechanisms are connected. Seventh to twelfth joints, and the first to twelfth joints are spherical joints.

本発明の第８の態様であるパラレル機構は、上述のパラレル機構であって、前記測定部は、前記ベースプレートに対して相対位置が固定された球と、前記球の中心と前記反射部とを結ぶ線を光軸とする前記測定光を出射し、前記反射部で反射した前記測定光と前記参照光との干渉を観測する干渉計と、前記球の前記中心で直交する２本の回転軸周りに前記干渉計を駆動する駆動部と、を備えるものである。   A parallel mechanism according to an eighth aspect of the present invention is the parallel mechanism described above, wherein the measurement unit includes a sphere whose relative position is fixed with respect to the base plate, a center of the sphere, and the reflection unit. An interferometer that emits the measurement light having a connecting line as an optical axis and observes interference between the measurement light reflected by the reflecting portion and the reference light, and two rotation axes orthogonal to each other at the center of the sphere And a drive unit for driving the interferometer around.

本発明の第９の態様であるパラレル機構は、上述のパラレル機構であって、前記２本の回転軸は、前記測定部が設置された前記ベースプレートの前記測定部が設置された面に平行であるものである。   A parallel mechanism according to a ninth aspect of the present invention is the parallel mechanism described above, wherein the two rotation shafts are parallel to a surface of the base plate on which the measurement unit is installed. There is something.

本発明の第１０の態様であるパラレル機構は、上述のパラレル機構であって、前記測定部は、前記測定光を出射し、前記反射部で反射した前記測定光と前記参照光とを干渉させる干渉計と、前記ベースプレートに設けられ、前記ベースプレートに対して固定された第１の点で直交する２本の回転軸まわりに回転可能なように前記干渉計を支持するベースプレート側回転機構と、前記干渉計に固定された第１部分と前記第１部分に対して直線往復運動する第２部分とを備えるテレスコピック構造と、前記移動ステージに設けられ、前記移動ステージに対して固定された第２の点で直交する２本の回転軸まわりに回転可能なように前記テレスコピック構造の前記第２部分を支持する移動ステージ側回転機構と、を備え、前記反射部は、前記第２の点に配置されるものである。   A parallel mechanism according to a tenth aspect of the present invention is the above-described parallel mechanism, wherein the measurement unit emits the measurement light and causes the measurement light reflected by the reflection unit to interfere with the reference light. An interferometer, a base plate-side rotation mechanism that is provided on the base plate and supports the interferometer so as to be rotatable around two rotation axes orthogonal to each other at a first point fixed to the base plate; A telescopic structure comprising a first part fixed to an interferometer and a second part linearly reciprocating relative to the first part; and a second part provided on the moving stage and fixed to the moving stage A movable stage-side rotation mechanism that supports the second portion of the telescopic structure so as to be rotatable around two rotation axes orthogonal to each other at a point, and the reflection section includes the second portion It is intended to be disposed.

本発明の第１１の態様であるパラレル機構は、上述のパラレル機構であって、前記測定部は、中心が前記第１の点に一致する球を備え、前記干渉計は、前記第１の点と前記第２の点を結ぶ直線を光軸として前記測定光を出射するものである。   A parallel mechanism according to an eleventh aspect of the present invention is the parallel mechanism described above, wherein the measurement unit includes a sphere whose center coincides with the first point, and the interferometer includes the first point. And the measurement light is emitted with a straight line connecting the second point as an optical axis.

本発明の第１２の態様であるパラレル機構は、上述のパラレル機構であって、前記複数の駆動機構は、直動アクチュエータを備え、前記テレスコピック構造は前記直動アクチュエータの一部であるものである。   A parallel mechanism according to a twelfth aspect of the present invention is the parallel mechanism described above, wherein the plurality of drive mechanisms include a linear actuator, and the telescopic structure is a part of the linear actuator. .

本発明の第１３の態様であるパラレル機構は、上述のパラレル機構であって、前記干渉計に接続された第１光ファイバ及び第２光ファイバを備え、前記干渉計は、前記第１光ファイバを介して入力光を入力し、前記入力光から前記測定光及び前記参照光を生成し、前記反射部で反射した前記測定光と前記参照光を干渉させて干渉光を生成し、前記第２光ファイバを介して前記干渉光を出力するものである。   A parallel mechanism according to a thirteenth aspect of the present invention is the parallel mechanism described above, and includes a first optical fiber and a second optical fiber connected to the interferometer, and the interferometer includes the first optical fiber. The measurement light and the reference light are generated from the input light, the measurement light reflected by the reflection unit is interfered with the reference light, and interference light is generated. The interference light is output via an optical fiber.

本発明によれば、移動ステージの位置の高精度な観測が可能なパラレル機構を実現できる。   According to the present invention, a parallel mechanism capable of observing the position of the moving stage with high accuracy can be realized.

本発明の上述及び他の目的、特徴、及び長所は以下の詳細な説明及び付随する図面からより完全に理解されるだろう。付随する図面は図解のためだけに示されたものであり、本発明を制限するためのものではない。   The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more fully understood from the following detailed description and the accompanying drawings. The accompanying drawings are presented for purposes of illustration only and are not intended to limit the present invention.

実施の形態１にかかるパラレル機構１００の概略構成を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of a parallel mechanism 100 according to a first exemplary embodiment. パラレル機構１００の構造をより詳細に示す斜視図である。2 is a perspective view showing the structure of the parallel mechanism 100 in more detail. FIG. 直線駆動機構１を図２のＡ方向から観察した場合の構成図である。It is a block diagram at the time of observing the linear drive mechanism 1 from the A direction of FIG. 図２のＢ方向から見た場合のパラレル機構１００のベースプレート４の俯瞰図である。FIG. 3 is an overhead view of a base plate 4 of a parallel mechanism 100 when viewed from a direction B in FIG. 2. レーザトラッカ４１１の構成の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of a structure of the laser tracker 411. FIG. 図２のＣ方向から見た場合のパラレル機構１００の移動ステージ５の俯瞰図である。FIG. 3 is an overhead view of the moving stage 5 of the parallel mechanism 100 when viewed from the direction C in FIG. 2. キャッツアイにおける入射光及び反射光の経路を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the path | route of the incident light and reflected light in a cat's eye. 実施の形態２にかかるパラレル機構２００の構成を模式的に示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view schematically showing a configuration of a parallel mechanism 200 according to the second exemplary embodiment. 図８のＢ方向から見た場合のパラレル機構２００のベースプレート４の俯瞰図である。FIG. 9 is an overhead view of the base plate 4 of the parallel mechanism 200 when viewed from the direction B of FIG. 8. 図８のＣ方向から見た場合のパラレル機構２００の移動ステージ５の俯瞰図である。FIG. 9 is an overhead view of the moving stage 5 of the parallel mechanism 200 when viewed from the direction C in FIG. 8. 実施の形態３にかかるパラレル機構３００の構成を模式的に示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view schematically showing a configuration of a parallel mechanism 300 according to the third exemplary embodiment. 図１１のＢ方向から見た場合のパラレル機構３００のベースプレート４の俯瞰図である。FIG. 12 is an overhead view of the base plate 4 of the parallel mechanism 300 when viewed from the direction B of FIG. 11. 図１１のＣ方向から見た場合のパラレル機構３００の移動ステージ５の俯瞰図である。FIG. 12 is an overhead view of the moving stage 5 of the parallel mechanism 300 when viewed from the direction C in FIG. 11. 図５に示されたレーザ干渉測長計４１０３の光路図である。FIG. 6 is an optical path diagram of the laser interference length meter 4103 shown in FIG. 5. レーザトラッカ４１１の構成の他の例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the other example of a structure of the laser tracker 411. FIG. 図１５に示されたレーザ干渉測長計４１０３の光路図である。FIG. 16 is an optical path diagram of the laser interferometer 4103 shown in FIG. 15. 実施の形態４にかかるパラレル機構４００の構成を模式的に示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view schematically showing a configuration of a parallel mechanism 400 according to the fourth exemplary embodiment. ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１のベースプレート４近傍部分の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the base plate 4 vicinity part of the universal laser interference length measuring unit 441. FIG. ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１が備えるユニバーサルジョイント８１２の平面図である。It is a top view of the universal joint 812 with which the universal laser interference length measurement unit 441 is provided. ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１が備えるユニバーサルジョイント８１２の側面図である。It is a side view of the universal joint 812 with which the universal laser interference length measurement unit 441 is provided. 実施の形態５にかかるパラレル機構の直線駆動機構の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a linear drive mechanism of a parallel mechanism according to a fifth embodiment. 図２１に示されたレーザ干渉測長計４１０３の光路図である。FIG. 22 is an optical path diagram of the laser interferometer 4103 shown in FIG. 21.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as necessary.

実施の形態１
まず、実施の形態１にかかるパラレル機構１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかるパラレル機構１００の概略構成を模式的に示す斜視図である。パラレル機構１００は、直線駆動機構１、２及び３、ベースプレート４、移動ステージ５、２自由度ジョイントＪ１１〜Ｊ１３、Ｊ２１〜Ｊ２３、レーザトラッカ４１１、リフレクタ５１１を有する。本実施の形態では、パラレル機構１００が形状測定機に適用される場合について説明する。パラレル機構１００は、制御部７により制御される。制御部７は、パラレル機構１００を含む形状測定機及びパラレル機構１００に搭載された測定部（レーザトラッカ４１１）の駆動、さらには形状測定機としての測定動作を制御する。移動ステージ５の下面には、プローブ６が設けられる。プローブ６のスタイラス６ａは、鉛直方向（図１のＺ軸に沿う方向）に延在している。スタイラス６ａの下端には、先端球６ｂが設けられる。形状測定機においては、先端球６ｂがステージ７２上に載置された被測定物７１と接触し、先端球６ｂの変位量を検出することにより、被測定物７１の形状を測定することができる。なお、図１では、図面の簡略化のため、直線駆動機構１〜３、２自由度ジョイントＪ１１〜Ｊ１３及びＪ２１〜Ｊ２３を簡略化して表示している。 Embodiment 1
First, the parallel mechanism 100 according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of a parallel mechanism 100 according to the first exemplary embodiment. The parallel mechanism 100 includes linear drive mechanisms 1, 2 and 3, a base plate 4, a moving stage 5, two-degree-of-freedom joints J11 to J13, J21 to J23, a laser tracker 411, and a reflector 511. In the present embodiment, a case where the parallel mechanism 100 is applied to a shape measuring machine will be described. The parallel mechanism 100 is controlled by the control unit 7. The control unit 7 controls the shape measuring machine including the parallel mechanism 100, the driving of the measuring unit (laser tracker 411) mounted on the parallel mechanism 100, and the measurement operation as the shape measuring machine. A probe 6 is provided on the lower surface of the moving stage 5. The stylus 6a of the probe 6 extends in the vertical direction (the direction along the Z axis in FIG. 1). A tip sphere 6b is provided at the lower end of the stylus 6a. In the shape measuring machine, the tip sphere 6b comes into contact with the object to be measured 71 placed on the stage 72, and the shape of the object to be measured 71 can be measured by detecting the amount of displacement of the tip sphere 6b. . In FIG. 1, the linear drive mechanisms 1 to 2 and the two-degree-of-freedom joints J11 to J13 and J21 to J23 are simplified for the sake of simplification of the drawing.

図１では、ベースプレート４がポール８により支持されている例を表示している。ベースプレート４の下面には、２自由度ジョイントＪ１１〜Ｊ１３が、半径Ｒ１の円Ｃ１の円周上に、それぞれ１２０°ずつ離隔して配置される。ベースプレート４及び移動ステージ５は、後述する直線駆動機構１、２及び３が連結される３つの連結辺と、これらの連結辺との間を結ぶ直線部とからなる六角形状とされている。   FIG. 1 shows an example in which the base plate 4 is supported by the pole 8. On the lower surface of the base plate 4, two-degree-of-freedom joints J11 to J13 are arranged on the circumference of a circle C1 having a radius R1 by 120 ° apart from each other. The base plate 4 and the moving stage 5 are formed in a hexagonal shape including three connecting sides to which linear driving mechanisms 1, 2, and 3 to be described later are connected, and straight portions connecting these connecting sides.

直線駆動機構１、２及び３は、ベースプレート４と移動ステージ５との間に設けられ、ベースプレート４と移動ステージ５と間で伸縮可能（長手方向又は軸方向に伸縮可能）な構成を有する。直線駆動機構１、２及び３の一端は、それぞれ２自由度ジョイントＪ１１〜Ｊ１３を介してベースプレート４と連結される。これにより、直線駆動機構１、２及び３は、それぞれ２自由度ジョイントＪ１１〜Ｊ１３を支持端（回転中心）とする３次元極座標系において、ベースプレート４に対して互いに直交する２つの偏角方向の運動を行うことが可能となる。   The linear drive mechanisms 1, 2, and 3 are provided between the base plate 4 and the moving stage 5, and have a configuration that can be expanded and contracted between the base plate 4 and the moving stage 5 (expandable in the longitudinal direction or the axial direction). One end of each of the linear drive mechanisms 1, 2 and 3 is connected to the base plate 4 via two-degree-of-freedom joints J11 to J13. As a result, the linear drive mechanisms 1, 2 and 3 each have two declination directions orthogonal to the base plate 4 in a three-dimensional polar coordinate system having the two-degree-of-freedom joints J11 to J13 as support ends (rotation centers). It is possible to exercise.

移動ステージ５の上面には、２自由度ジョイントＪ２１〜Ｊ２３が、半径Ｒ２の円Ｃ２の円周上に、それぞれ１２０°ずつ離隔して配置される。直線駆動機構１、２及び３の他端は、それぞれ２自由度ジョイントＪ２１〜Ｊ２３を介して移動ステージ５と連結される。なお、図面の簡略化のため、図１では円Ｃ２の表示を省略し、後述する図６にて円Ｃ２を表示している。   On the upper surface of the moving stage 5, two-degree-of-freedom joints J <b> 21 to J <b> 23 are arranged on the circumference of a circle C <b> 2 having a radius R <b> 2 by 120 ° apart from each other. The other ends of the linear drive mechanisms 1, 2 and 3 are connected to the moving stage 5 via two-degree-of-freedom joints J21 to J23, respectively. For simplification of the drawing, the display of the circle C2 is omitted in FIG. 1, and the circle C2 is displayed in FIG.

制御部７は、直線駆動機構１、２及び３の伸縮を制御する。直線駆動機構１、２及び３のそれぞれが伸縮することにより、ベースプレート４に対する移動ステージ５の相対位置が変化する。つまり、直線駆動機構１、２及び３が適宜伸縮することで、移動ステージ５が、ベースプレート４と平行なままで、ベースプレート４の主面に対して水平な方向（図１のＸ方向及びＹ方向）及び垂直な方向（図１のＺ方向）に移動することができる。   The control unit 7 controls the expansion and contraction of the linear drive mechanisms 1, 2 and 3. As each of the linear drive mechanisms 1, 2 and 3 expands and contracts, the relative position of the moving stage 5 with respect to the base plate 4 changes. That is, the linear drive mechanisms 1, 2, and 3 expand and contract as appropriate, so that the moving stage 5 remains parallel to the base plate 4 and is parallel to the main surface of the base plate 4 (the X direction and the Y direction in FIG. 1). ) And a vertical direction (Z direction in FIG. 1).

図２は、パラレル機構１００の構造をより詳細に示す斜視図である。直線駆動機構１、２及び３は、同様の構成を有する。以下では、代表として、直線駆動機構１について説明する。図３は、直線駆動機構１を図２のＡ方向から観察した場合の構成図である。直線駆動機構１は、伸縮ロッド１０、直動ロッド１１及び１２を有する。直動ロッド１１及び１２は、伸縮ロッド１０が伸縮運動を行うときのガイドとして機能する。   FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the parallel mechanism 100 in more detail. The linear drive mechanisms 1, 2, and 3 have the same configuration. Below, the linear drive mechanism 1 is demonstrated as a representative. FIG. 3 is a configuration diagram when the linear drive mechanism 1 is observed from the direction A in FIG. 2. The linear drive mechanism 1 includes a telescopic rod 10 and linear motion rods 11 and 12. The linear motion rods 11 and 12 function as a guide when the telescopic rod 10 performs the telescopic motion.

伸縮ロッド１０の一端は、２自由度ジョイントＪ１１を構成する球面ジョイント１０１に接合されている。伸縮ロッド１０の他端は、２自由度ジョイントＪ２１を構成する球面ジョイント１５を介して、移動ステージ５と連結される。球面ジョイント１５は、移動ステージ５により図３の紙面水平方向から挟まれて支持される。   One end of the telescopic rod 10 is joined to a spherical joint 101 constituting a two-degree-of-freedom joint J11. The other end of the telescopic rod 10 is connected to the moving stage 5 via a spherical joint 15 constituting a two-degree-of-freedom joint J21. The spherical joint 15 is sandwiched and supported by the moving stage 5 from the horizontal direction in FIG.

直動ロッド１１の一端は、直動ベアリング１３により、２自由度ジョイントＪ１１と連結される。直動ベアリング１３は、２自由度ジョイントＪ１１を構成する球面ジョイント１３１に挿通されている。これにより、直動ロッド１１は、２自由度ジョイントＪ１１を支持端として、動径方向に伸縮することが可能である。また、直動ロッド１１は、２自由度ジョイントＪ１１に対して互いに直交する２つの偏角方向の運動を行うことができる。   One end of the linear motion rod 11 is connected to the two-degree-of-freedom joint J11 by a linear motion bearing 13. The linear motion bearing 13 is inserted into a spherical joint 131 that constitutes a two-degree-of-freedom joint J11. Thereby, the linear motion rod 11 can be expanded and contracted in the radial direction with the two-degree-of-freedom joint J11 as a support end. Further, the linear motion rod 11 can move in two declination directions orthogonal to each other with respect to the two-degree-of-freedom joint J11.

移動ステージ５の連結辺の両端には、連結辺の側面との間に球面ジョイント１６及び１７のそれぞれを挟んで支持する固定具１８及び１９が設けられている。直動ロッド１１の他端は、２自由度ジョイントＪ１２を構成する球面ジョイント１６を介して、移動ステージ５の連結辺と連結される。これにより、直動ロッド１１は、２自由度ジョイントＪ２１に対して互いに直交する２つの偏角方向の運動を行うことができる。   Fixing members 18 and 19 are provided at both ends of the connecting side of the moving stage 5 to support the spherical joints 16 and 17 with the side surfaces of the connecting side. The other end of the linear motion rod 11 is connected to the connecting side of the moving stage 5 via a spherical joint 16 that constitutes a two-degree-of-freedom joint J12. Thereby, the linear motion rod 11 can perform the motion in two declination directions orthogonal to each other with respect to the two-degree-of-freedom joint J21.

直動ロッド１２の一端は、直動ベアリング１４により、２自由度ジョイントＪ１１と連結される。直動ベアリング１４は、２自由度ジョイントＪ１１を構成する球面ジョイント１４１に挿通されている。これにより、直動ロッド１２は、２自由度ジョイントＪ１２を支持端として、動径方向に伸縮することが可能である。また、直動ロッド１２は、２自由度ジョイントＪ１１に対して互いに直交する２つの偏角方向の運動を行うことができる。   One end of the linear motion rod 12 is connected to the two-degree-of-freedom joint J11 by the linear motion bearing 14. The linear motion bearing 14 is inserted through a spherical joint 141 that constitutes a two-degree-of-freedom joint J11. Thereby, the linear motion rod 12 can be expanded and contracted in the radial direction using the two-degree-of-freedom joint J12 as a support end. Further, the linear motion rod 12 can move in two declination directions orthogonal to each other with respect to the two-degree-of-freedom joint J11.

直動ロッド１２の他端は、２自由度ジョイントＪ１２を構成する球面ジョイント１７を介して、移動ステージ５の連結辺と連結される。これにより、直動ロッド１２は、２自由度ジョイントＪ２１に対して互いに直交する２つの偏角方向の運動を行うことができる。   The other end of the linear motion rod 12 is connected to the connection side of the moving stage 5 via a spherical joint 17 constituting a two-degree-of-freedom joint J12. Thereby, the linear motion rod 12 can perform the motion in two declination directions orthogonal to each other with respect to the two-degree-of-freedom joint J21.

以上より、直線駆動機構１の伸縮ロッド１０、直動ロッド１１及び１２は、２自由度ジョイントＪ１１と２自由度ジョイントＪ２１との間で、紙面水平方向を軸とする回転運動と、紙面に対して垂直方向を軸とする回転運動が可能である。   From the above, the telescopic rod 10 and the linear motion rods 11 and 12 of the linear drive mechanism 1 are rotated between the two-degree-of-freedom joint J11 and the two-degree-of-freedom joint J21, Thus, rotational movement about the vertical direction is possible.

直線駆動機構２は、直線駆動機構１と同様の構成を有する。また、２自由度ジョイントＪ１２及び２自由度ジョイントＪ２２は、それぞれ２自由度ジョイントＪ１１及び２自由度ジョイントＪ２１と同様の構成を有する。よって、２自由度ジョイントＪ１２は、２自由度ジョイントＪ１１と同様の態様で伸縮ロッド１０、直動ロッド１１及び１２と連結される。２自由度ジョイントＪ２２は、２自由度ジョイントＪ２１と同様の態様で伸縮ロッド１０、直動ロッド１１及び１２と連結される。   The linear drive mechanism 2 has the same configuration as the linear drive mechanism 1. Further, the two-degree-of-freedom joint J12 and the two-degree-of-freedom joint J22 have the same configuration as the two-degree-of-freedom joint J11 and the two-degree-of-freedom joint J21, respectively. Therefore, the two-degree-of-freedom joint J12 is connected to the telescopic rod 10 and the linear motion rods 11 and 12 in the same manner as the two-degree-of-freedom joint J11. The two-degree-of-freedom joint J22 is connected to the telescopic rod 10 and the linear motion rods 11 and 12 in the same manner as the two-degree-of-freedom joint J21.

直線駆動機構３は、直線駆動機構１と同様の構成を有する。また、２自由度ジョイントＪ１３及び２自由度ジョイントＪ２３は、それぞれ２自由度ジョイントＪ１１及び２自由度ジョイントＪ２１と同様の構成を有する。よって、２自由度ジョイントＪ１３は、２自由度ジョイントＪ１１と同様の態様で伸縮ロッド１０、直動ロッド１１及び１２と連結される。２自由度ジョイントＪ２３は、２自由度ジョイントＪ２１と同様の態様で伸縮ロッド１０、直動ロッド１１及び１２と連結される。   The linear drive mechanism 3 has the same configuration as the linear drive mechanism 1. Further, the two-degree-of-freedom joint J13 and the two-degree-of-freedom joint J23 have the same configuration as the two-degree-of-freedom joint J11 and the two-degree-of-freedom joint J21, respectively. Therefore, the two-degree-of-freedom joint J13 is connected to the telescopic rod 10 and the linear rods 11 and 12 in the same manner as the two-degree-of-freedom joint J11. The two-degree-of-freedom joint J23 is connected to the telescopic rod 10 and the linear rods 11 and 12 in the same manner as the two-degree-of-freedom joint J21.

よって、移動ステージ５は、ベースプレート４に対して、並進運動が可能である。すなわち、パラレル機構１００は、並進３自由度パラレル機構を構成することが理解できる。   Accordingly, the moving stage 5 can translate with respect to the base plate 4. That is, it can be understood that the parallel mechanism 100 constitutes a translational three-degree-of-freedom parallel mechanism.

続いて、レーザトラッカ４１１及びリフレクタ５１１について説明する。レーザトラッカ４１１は、ベースプレート４の上面に設けられる。図４は、図２のＢ方向から見た場合のパラレル機構１００のベースプレート４の俯瞰図である。この際、レーザトラッカ４１１は、ベースプレート４のレーザトラッカ４１１設置面の中心（ベースプレート４のレーザトラッカ設置面の図心であり、すなわち幾何学的な重心である）に、レーザ光出射口が位置することが望ましい。図２に示すように、レーザトラッカ４１１は、ベースプレート４に設けられた開口部６１１を通して、移動ステージ５上のリフレクタ５１１へ向けてレーザ光（コヒーレント光）を出射することができる。   Next, the laser tracker 411 and the reflector 511 will be described. The laser tracker 411 is provided on the upper surface of the base plate 4. 4 is an overhead view of the base plate 4 of the parallel mechanism 100 when viewed from the direction B of FIG. At this time, the laser tracker 411 is located at the center of the laser tracker 411 installation surface of the base plate 4 (the centroid of the laser tracker installation surface of the base plate 4, that is, the geometric center of gravity). It is desirable. As shown in FIG. 2, the laser tracker 411 can emit laser light (coherent light) toward the reflector 511 on the moving stage 5 through the opening 611 provided in the base plate 4.

ここで、レーザトラッカ４１１の構成について説明する。図５は、レーザトラッカ４１１の構成を模式的に示す図である。レーザトラッカ４１１は、ベースブロック４１００、基準球４１０１、各軸に図示しない回転角度検出器（例えばロータリーエンコーダ）を内蔵する２軸回転駆動機構４１０２、レーザ干渉測長計４１０３、基台４１０６を有する。以下、レーザトラッカは、単に測定部とも称する。また、リフレクタは、単に反射部とも称する。   Here, the configuration of the laser tracker 411 will be described. FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the laser tracker 411. The laser tracker 411 includes a base block 4100, a reference sphere 4101, a biaxial rotation drive mechanism 4102 that incorporates a rotation angle detector (for example, a rotary encoder) (not shown) in each axis, a laser interference length meter 4103, and a base 4106. Hereinafter, the laser tracker is also simply referred to as a measurement unit. The reflector is also simply referred to as a reflection part.

ベースブロック４１００は直方体の外形を有し、ベースプレート４上に載置される。基準球４１０１は、ベースブロック４１００からベースプレート４上のベースブロック４１００載置面と平行に伸びる丸棒軸により支持される。これにより、ベースプレート４に対する基準球４１０１の中心の相対的位置が固定される。基準球４１０１の中心は丸棒軸上に位置している。ベースブロック４１００には丸棒軸と同軸に円筒状の基台４１０６が設けられている。基台４１０６上には、基準球４１０１を内包した２軸回転駆動機構４１０２が設けられている。したがって、基準球４１０１の中心は基台４１０６の軸上に位置している。２軸回転駆動機構４１０２は、基準球４１０１の中心を通り、且つ、基台４１０６の軸と基台４１０６の軸に直交しベースプレート４のレーザトラッカ４１１設置面に平行な軸を中心として回動可能とされている。   The base block 4100 has a rectangular parallelepiped shape and is placed on the base plate 4. The reference sphere 4101 is supported by a round bar shaft extending from the base block 4100 in parallel with the base block 4100 mounting surface on the base plate 4. Thereby, the relative position of the center of the reference sphere 4101 with respect to the base plate 4 is fixed. The center of the reference sphere 4101 is located on the round bar axis. The base block 4100 is provided with a cylindrical base 4106 coaxially with the round bar shaft. On the base 4106, a biaxial rotation driving mechanism 4102 including a reference sphere 4101 is provided. Accordingly, the center of the reference sphere 4101 is located on the axis of the base 4106. The biaxial rotation drive mechanism 4102 is rotatable about an axis passing through the center of the reference sphere 4101 and orthogonal to the axis of the base 4106 and the axis of the base 4106 and parallel to the installation surface of the laser tracker 411 of the base plate 4. It is said that.

なお、上述では、ベースプレート４のレーザトラッカ４１１設置面の図心（レーザトラッカ４１１設置面の幾何学的な重心）に、レーザ光出射口が位置することが望ましいと述べた。これは、基準球４１０１の中心がベースプレート４のレーザトラッカ４１１設置面の中心（ベースプレート４のレーザトラッカ設置面の図心であり、すなわち幾何学的な重心である）に配置されることを意味する。これにより、レーザトラッカ４１１の設置位置に起因する測定の位置依存性を最小化し、平均化ができる。ただし、レーザトラッカ４１１の設置位置はこの例に限られず、ベースプレート４上の他の位置に設置することも可能である。   In the above description, it has been described that it is desirable that the laser light emission port be located at the centroid of the laser tracker 411 installation surface of the base plate 4 (the geometric center of gravity of the laser tracker 411 installation surface). This means that the center of the reference sphere 4101 is arranged at the center of the laser tracker 411 installation surface of the base plate 4 (the centroid of the laser tracker installation surface of the base plate 4, that is, the geometric center of gravity). . Thereby, the position dependency of the measurement due to the installation position of the laser tracker 411 can be minimized and averaged. However, the installation position of the laser tracker 411 is not limited to this example, and can be installed at other positions on the base plate 4.

これにより、２軸回転駆動機構４１０２は、基準球４１０１の中心を原点として、方位角φの方向及び仰俯角θの方向に駆動可能である。なお、方位角φ及び仰俯角θは、例えばロータリーエンコーダ（不図示）により検出することが可能である。   Accordingly, the biaxial rotation drive mechanism 4102 can be driven in the direction of the azimuth angle φ and the direction of the elevation angle θ with the center of the reference sphere 4101 as the origin. The azimuth angle φ and the elevation angle θ can be detected by, for example, a rotary encoder (not shown).

レーザ干渉測長計４１０３は、出射したレーザ光（コヒーレント光）と反射光とを干渉させることにより、反射光を発した対象物の移動距離を測定する。レーザ干渉測長計４１０３は、例えばマイケルソン型のレーザ干渉計を用いて構成できる。レーザ干渉測長計４１０３は、レーザ光源（コヒーレント光源）、及び受光部を有する。レーザ光源は、例えば波長が安定化された長さ標準にトレーサブルなＨｅ−Ｎｅレーザが用いられる。   The laser interference length meter 4103 measures the moving distance of the object that has emitted the reflected light by causing the emitted laser light (coherent light) to interfere with the reflected light. The laser interferometer 4103 can be configured using, for example, a Michelson type laser interferometer. The laser interferometer 4103 includes a laser light source (coherent light source) and a light receiving unit. As the laser light source, for example, a He-Ne laser traceable to a length standard whose wavelength is stabilized is used.

レーザ干渉測長計４１０３は、レーザ光源からレーザ光４１０４を出射する。２軸回転駆動機構４１０２は基準球４１０１を基準として回転するので、レーザ光は基準球４１０１とリフレクタ５１１とを結ぶ線に光軸が一致するように出射される。これにより、レーザ干渉測長計４１０３とリフレクタ５１１との位置関係が変化しても、２軸回転駆動機構４１０２でレーザ干渉測長計４１０３を駆動して、レーザ光をリフレクタ５１１に照射することができる。   The laser interferometer 4103 emits laser light 4104 from the laser light source. Since the biaxial rotation drive mechanism 4102 rotates with reference to the reference sphere 4101, the laser light is emitted so that the optical axis coincides with a line connecting the reference sphere 4101 and the reflector 511. As a result, even if the positional relationship between the laser interferometer 4103 and the reflector 511 changes, the laser interferometer 4103 can be driven by the biaxial rotation drive mechanism 4102 to irradiate the reflector 511 with laser light.

レーザ光４１０４は、リフレクタ５１１で反射される。図５では、反射光を反射光４１０５と表示している。レーザ干渉測長計４１０３は、内部でレーザ光４１０４と反射光４１０５とを干渉させることにより、レーザ干渉測長計４１０３とリフレクタ５１１との間の距離の変動を測定することができる。また、レーザ干渉測長計４１０３と基準球４１０１との間の距離は既知である。レーザトラッカ４１１は、レーザ干渉測長計４１０３とリフレクタ５１１との間の距離とレーザ干渉測長計４１０３と基準球４１０１との間の距離とを加算した値を、測長結果として制御部７に出力する。   The laser beam 4104 is reflected by the reflector 511. In FIG. 5, the reflected light is displayed as reflected light 4105. The laser interferometer 4103 can measure a variation in the distance between the laser interferometer 4103 and the reflector 511 by causing the laser beam 4104 and the reflected beam 4105 to interfere with each other. Further, the distance between the laser interferometer 4103 and the reference sphere 4101 is known. The laser tracker 411 outputs a value obtained by adding the distance between the laser interferometer 4103 and the reflector 511 and the distance between the laser interferometer 4103 and the reference sphere 4101 to the control unit 7 as a length measurement result. .

なお、レーザトラッカ４１１は、制御部７による制御を受けて、リフレクタ５１１の移動に追随してレーザ光の出射方向を自動的に変化させることが可能である。例えば、レーザ干渉測長計４１０３の受光部は、反射光のビームスポットの重心を検出することができる２次元受光素子が用いられる。そして、反射光のビームスポットの重心位置の移動を検知することにより、反射光のビームスポットの重心が一定の範囲内に収まるよう、制御部７は２軸回転駆動機構４１０２の方位角φの方向及び仰俯角θの方向の駆動を制御する（追尾制御と称する）。   The laser tracker 411 can automatically change the emission direction of the laser light following the movement of the reflector 511 under the control of the control unit 7. For example, the light-receiving unit of the laser interferometer 4103 is a two-dimensional light-receiving element that can detect the center of gravity of the beam spot of reflected light. The control unit 7 detects the movement of the center of gravity of the reflected light beam spot so that the center of gravity of the reflected light beam spot falls within a certain range. And drive in the direction of the elevation angle θ (referred to as tracking control).

次いで、リフレクタ５１１について説明する。図６は、図２のＣ向から見た場合のパラレル機構１００の移動ステージ５の俯瞰図である。リフレクタ５１１は、移動ステージ５の上面に設けられる。この際、リフレクタ５１１は、移動ステージ５の上面の中心（移動ステージ５のリフレクタ設置面の図心であり、すなわち幾何学的な重心である）に設けられることが望ましい。これにより、リフレクタ５１１の設置位置に起因する測定の位置依存性を最小化、平均化できる。ただし、リフレクタ５１１の設置位置はこの例に限られず、移動ステージ５上の他の位置に設置することも可能である。   Next, the reflector 511 will be described. FIG. 6 is an overhead view of the moving stage 5 of the parallel mechanism 100 when viewed from the direction C in FIG. The reflector 511 is provided on the upper surface of the moving stage 5. At this time, the reflector 511 is preferably provided at the center of the upper surface of the moving stage 5 (the centroid of the reflector installation surface of the moving stage 5, that is, the geometric center of gravity). Thereby, the position dependence of the measurement resulting from the installation position of the reflector 511 can be minimized and averaged. However, the installation position of the reflector 511 is not limited to this example, and the reflector 511 can be installed at another position on the moving stage 5.

リフレクタ５１１は、レーザトラッカ４１１から出射されたレーザ光がどの方向から入射した場合でも、忠実に入射方向と反対方向にレーザ光を反射させる機能を有している。このようなリフレクタとして、キューブコーナを用いることができる。また、レーザ光が入射できる角度範囲を広げるためには、屈折率が２の光学材料を真球に加工して得られる、いわゆるキャッツアイを用いることもできる。   The reflector 511 has a function of faithfully reflecting the laser beam in the direction opposite to the incident direction, regardless of the direction in which the laser beam emitted from the laser tracker 411 is incident. A cube corner can be used as such a reflector. In order to widen the angle range in which laser light can be incident, so-called cat's eyes obtained by processing an optical material having a refractive index of 2 into a true sphere can also be used.

図７は、キャッツアイにおける入射光及び反射光の経路を模式的に示す図である。例えば、台座５１０１に固定されたキャッツアイ５１０２に光が入射するものとする。入射光はキャッツアイ５１０２に入射すると屈折し、入射面と反対側の界面に到達する。入射光は到達した界面で入射角と等しい反射角で反射され、反射光となる。反射光は、キャッツアイ５１０２の入射側の界面に到達すると屈折し、その結果、反射光の光軸は、入射光の光軸と同一となる。   FIG. 7 is a diagram schematically showing paths of incident light and reflected light in the cat's eye. For example, it is assumed that light is incident on the cat's eye 5102 fixed to the pedestal 5101. Incident light is refracted when entering the cat's eye 5102 and reaches the interface opposite to the incident surface. Incident light is reflected at a reflection angle equal to the incident angle at the interface where it arrives, and becomes reflected light. The reflected light is refracted when it reaches the incident-side interface of the cat's eye 5102. As a result, the optical axis of the reflected light is the same as the optical axis of the incident light.

制御部７は、レーザ光４１０４が常時リフレクタ５１１に入射するように、移動ステージ５の動きに合わせてレーザトラッカ４１１の２軸回転駆動機構４１０２を制御する上述の追尾制御を行う。   The control unit 7 performs the above-described tracking control for controlling the biaxial rotation drive mechanism 4102 of the laser tracker 411 in accordance with the movement of the moving stage 5 so that the laser beam 4104 is always incident on the reflector 511.

制御部７は、レーザトラッカ４１１から出力される測定結果をモニタすることにより、移動ステージ５の移動距離を高精度に算出することが可能である。本実施の形態では、制御部７は、レーザトラッカ４１１のレーザ光出射方向の変動（方位角φ及び仰俯角θの変動）、及び測長結果から得られる動径方向の長さ情報を用いてリフレクタ５１１の空間座標を決定する（いわゆる極座標方式）。   The control unit 7 can calculate the moving distance of the moving stage 5 with high accuracy by monitoring the measurement result output from the laser tracker 411. In the present embodiment, the control unit 7 uses the variation in the laser beam emission direction of the laser tracker 411 (the variation in the azimuth angle φ and the elevation angle θ) and the length information in the radial direction obtained from the length measurement result. The spatial coordinates of the reflector 511 are determined (so-called polar coordinate system).

レーザトラッカとリフレクタとを用いて精密な座標測定を行うには、パラレル機構の外部にレーザトラッカを設け、移動ステージにリフレクタを設けることも考え得る。しかし、移動ステージが移動する際に、外部から入射するレーザトラッカからのレーザ光を直線駆動機構が遮ってしまう場合がある。ましてや、移動ステージが各軸周りに回転可能な６自由度パラレル機構では移動ステージ自身がリフレクタを遮ってしまう場合がある。そのため、パラレル機構の外部にレーザトラッカを設けると、追跡可能な移動ステージの可動範囲に制限が生じ、駆動中のパラレル機構の座標位置を正確に追跡することができない。   In order to perform precise coordinate measurement using a laser tracker and a reflector, a laser tracker may be provided outside the parallel mechanism, and a reflector may be provided on the moving stage. However, when the moving stage moves, the linear drive mechanism may block the laser light from the laser tracker incident from the outside. In addition, in a 6-degree-of-freedom parallel mechanism in which the moving stage can rotate around each axis, the moving stage itself may block the reflector. Therefore, if a laser tracker is provided outside the parallel mechanism, the movable range of the movable stage that can be tracked is limited, and the coordinate position of the parallel mechanism being driven cannot be accurately tracked.

これに対し、パラレル機構１００は、レーザトラッカ４１１をベースプレート４上に設け、リフレクタ５１１を移動ステージ５のベースプレート４側の面上に設けている。そのため、レーザトラッカ４１１は開口部６１１を通じて常に移動ステージ５を俯瞰することができる。よって、レーザトラッカ４１１は、移動ステージ５の駆動状態にかかわらず、常にリフレクタ５１１にレーザ光を照射できる。その結果、パラレル機構１００は、駆動中のパラレル機構の座標位置を正確に追跡することができる。   On the other hand, in the parallel mechanism 100, the laser tracker 411 is provided on the base plate 4, and the reflector 511 is provided on the surface of the moving stage 5 on the base plate 4 side. Therefore, the laser tracker 411 can always overlook the moving stage 5 through the opening 611. Therefore, the laser tracker 411 can always irradiate the reflector 511 with laser light regardless of the driving state of the moving stage 5. As a result, the parallel mechanism 100 can accurately track the coordinate position of the driving parallel mechanism.

実施の形態２
次に、実施の形態２にかかるパラレル機構２００について説明する。図８は、実施の形態２にかかるパラレル機構２００の構成を模式的に示す斜視図である。パラレル機構２００は、パラレル機構１００の変形例である。パラレル機構２００は、パラレル機構１００のレーザトラッカ４１１及びリフレクタ５１１の代わりに、レーザトラッカ４２１及び４２２、リフレクタ５２１及び５２２を有する。レーザトラッカ４２１及び４２２は、レーザトラッカ４１１と同様の構成を有する。リフレクタ５２１及び５２２は、リフレクタ５１１と同様の構成を有する。パラレル機構２００のその他の構成は、パラレル機構１００と同様であるので、説明を省略する。 Embodiment 2
Next, the parallel mechanism 200 according to the second embodiment will be described. FIG. 8 is a perspective view schematically showing the configuration of the parallel mechanism 200 according to the second exemplary embodiment. The parallel mechanism 200 is a modification of the parallel mechanism 100. The parallel mechanism 200 includes laser trackers 421 and 422 and reflectors 521 and 522 instead of the laser tracker 411 and the reflector 511 of the parallel mechanism 100. The laser trackers 421 and 422 have the same configuration as the laser tracker 411. The reflectors 521 and 522 have the same configuration as that of the reflector 511. Since the other structure of the parallel mechanism 200 is the same as that of the parallel mechanism 100, description thereof is omitted.

図９は、図８のＢ方向から見た場合のパラレル機構２００のベースプレート４の俯瞰図である。レーザトラッカ４２１は、ベースプレート４の上面に設けられる。この際、レーザトラッカ４２１は、ベースプレート４のレーザトラッカ４２１設置面において、２自由度ジョイントＪ１１と２自由度ジョイントＪ１３との間の辺部近傍に設けられることが望ましい。また、この際、レーザトラッカ４２１の基準球４１０１の中心は、ベースプレート４の上面の図心から２自由度ジョイントＪ１１と２自由度ジョイントＪ１３との間の辺部に下した垂線上に位置することが望ましい。   FIG. 9 is an overhead view of the base plate 4 of the parallel mechanism 200 when viewed from the direction B of FIG. The laser tracker 421 is provided on the upper surface of the base plate 4. At this time, the laser tracker 421 is desirably provided in the vicinity of the side portion between the two-degree-of-freedom joint J11 and the two-degree-of-freedom joint J13 on the laser tracker 421 installation surface of the base plate 4. At this time, the center of the reference sphere 4101 of the laser tracker 421 may be located on a perpendicular line extending from the centroid of the upper surface of the base plate 4 to the side between the two-degree-of-freedom joint J11 and the two-degree-of-freedom joint J13. desirable.

レーザトラッカ４２２は、ベースプレート４の上面に設けられる。この際、レーザトラッカ４２２は、ベースプレート４のレーザトラッカ４２２設置面において、２自由度ジョイントＪ１２の近傍に設けられることが望ましい。また、この際、レーザトラッカ４２２の基準球４１０１の中心は、ベースプレート４の上面の図心に対してレーザトラッカ４２１の基準球４１０１の中心と対称な位置に配置されることが望ましい。   The laser tracker 422 is provided on the upper surface of the base plate 4. At this time, the laser tracker 422 is preferably provided in the vicinity of the two-degree-of-freedom joint J12 on the surface of the base plate 4 where the laser tracker 422 is installed. At this time, the center of the reference sphere 4101 of the laser tracker 422 is preferably arranged at a position symmetrical to the center of the reference sphere 4101 of the laser tracker 421 with respect to the centroid of the upper surface of the base plate 4.

図１０は、図８のＣ方向から見た場合のパラレル機構２００の移動ステージ５の俯瞰図である。リフレクタ５２１は、移動ステージ５の上面に設けられる。また、この際、リフレクタ５２１の中心は、移動ステージ５の上面の図心から２自由度ジョイントＪ２１と２自由度ジョイントＪ２３との間の辺部に下した垂線上に位置することが望ましい。   FIG. 10 is an overhead view of the moving stage 5 of the parallel mechanism 200 when viewed from the direction C of FIG. The reflector 521 is provided on the upper surface of the moving stage 5. At this time, it is desirable that the center of the reflector 521 be located on a perpendicular line extending from the centroid of the upper surface of the moving stage 5 to the side between the two-degree-of-freedom joint J21 and the two-degree-of-freedom joint J23.

リフレクタ５２２は、移動ステージ５の上面に設けられる。この際、リフレクタ５２２は、移動ステージ５のリフレクタ５２２設置面において、移動ステージ５の上面の図心に対してリフレクタ５２１と対称な位置に配置されることが望ましい。   The reflector 522 is provided on the upper surface of the moving stage 5. At this time, the reflector 522 is desirably arranged at a position symmetrical to the reflector 521 with respect to the centroid of the upper surface of the moving stage 5 on the reflector 522 installation surface of the moving stage 5.

レーザトラッカ４２１は、ベースプレート４に設けられた開口部６２１を通して、リフレクタ５２１へ向けてレーザ光を出射することができる。リフレクタ５２１は、レーザトラッカ４２１から出射されたレーザ光がどの方向から入射した場合でも、忠実に入射方向と反対方向にレーザ光を反射させる機能を有している。   The laser tracker 421 can emit laser light toward the reflector 521 through the opening 621 provided in the base plate 4. The reflector 521 has a function of faithfully reflecting the laser beam in the direction opposite to the incident direction, regardless of the direction in which the laser beam emitted from the laser tracker 421 is incident.

レーザトラッカ４２２は、ベースプレート４に設けられた開口部６２２を通して、リフレクタ５２２へ向けてレーザ光を出射することができる。リフレクタ５２２は、レーザトラッカ４２２から出射されたレーザ光がどの方向から入射した場合でも、忠実に入射方向と反対方向にレーザ光を反射させる機能を有している。   The laser tracker 422 can emit laser light toward the reflector 522 through the opening 622 provided in the base plate 4. The reflector 522 has a function of accurately reflecting the laser beam in the direction opposite to the incident direction, regardless of the direction in which the laser beam emitted from the laser tracker 422 is incident.

これにより、移動ステージ５上でのリフレクタ５２１及びリフレクタ５２２の座標を特定することが可能となる。また、リフレクタ５２１とリフレクタ５２２と結ぶ線と直交する方向の移動ステージ５の回転（図１０の方向Ｄを軸とする回転）を検出することも可能となる。   Thereby, the coordinates of the reflector 521 and the reflector 522 on the moving stage 5 can be specified. It is also possible to detect the rotation of the moving stage 5 in the direction orthogonal to the line connecting the reflector 521 and the reflector 522 (rotation about the direction D in FIG. 10).

ただし、レーザトラッカ４２１及び４２２の設置位置はこの例に限られず、ベースプレート４上の他の位置に設置することも可能である。リフレクタ５２１及び５２２の設置位置はこの例に限られず、移動ステージ５上の他の位置に設置することも可能である。   However, the installation positions of the laser trackers 421 and 422 are not limited to this example, and can be installed at other positions on the base plate 4. The installation positions of the reflectors 521 and 522 are not limited to this example, and can be installed at other positions on the moving stage 5.

制御部７は、レーザトラッカ４２１からのレーザ光が常時リフレクタ５２１に入射するように、移動ステージ５の動きに合わせてレーザトラッカ４２１の２軸回転駆動機構４１０２を制御する追尾制御を行う。また、制御部７は、レーザトラッカ４２２からレーザ光が常時リフレクタ５２２に入射するように、移動ステージ５の動きに合わせてレーザトラッカ４２２の２軸回転駆動機構４１０２を制御する追尾制御を行う。   The control unit 7 performs tracking control for controlling the biaxial rotation drive mechanism 4102 of the laser tracker 421 in accordance with the movement of the moving stage 5 so that the laser light from the laser tracker 421 is always incident on the reflector 521. In addition, the control unit 7 performs tracking control for controlling the biaxial rotation drive mechanism 4102 of the laser tracker 422 in accordance with the movement of the moving stage 5 so that the laser light is always incident on the reflector 522 from the laser tracker 422.

これにより、制御部７は、レーザトラッカ４２１及び４２２から出力される測定結果をモニタすることにより、移動ステージ５の移動方向および移動距離を高精度に算出することが可能である。   Thereby, the control unit 7 can calculate the moving direction and moving distance of the moving stage 5 with high accuracy by monitoring the measurement results output from the laser trackers 421 and 422.

本実施の形態では、制御部７は、レーザトラッカ４２１及び４２２のベースプレート４上の事前に測定された正確な位置情報とそれぞれのレーザトラッカ４２１及び４２２が観測する方位角φ１、φ２と仰俯角θ１、θ２及び測長結果から得られる動径方向の長さ情報Ｌ１、Ｌ２を用いて、それぞれのレーザトラッカ４２１及び４２２が、移動ステージ５上の異なる位置（事前に測定が可能）に配置された２個の反射体（リフレクタ５２１及び５２２）の空間座標を決定する（いわゆる三角測量方式）。 In the present embodiment, the control unit 7 includes accurate position information measured in advance on the base plate 4 of the laser trackers 421 and 422 and the azimuth angles φ 1 and φ 2 observed by the laser trackers 421 and 422, respectively. Using the depression angles θ 1 and θ 2 and the length information L 1 and L 2 in the radial direction obtained from the length measurement results, the respective laser trackers 421 and 422 are moved to different positions on the moving stage 5 (measurement is performed in advance). The spatial coordinates of the two reflectors (reflectors 521 and 522) arranged in (possible) are determined (so-called triangulation method).

一般に、極座標方式の場合には、方位角φ、仰俯角θ及び動径方向の距離を用いて座標を決定することができる。この場合、動径方向の距離が長いほど、移動距離算出時の方位角φ及び仰俯角θの誤差に起因する移動距離の誤差が大きくなる。   In general, in the case of the polar coordinate system, the coordinates can be determined using the azimuth angle φ, the elevation angle θ, and the radial distance. In this case, the longer the distance in the radial direction, the greater the error in the movement distance due to the error in the azimuth angle φ and elevation angle θ when calculating the movement distance.

本構成によれば、実施の形態１にかかるパラレル機構１００よりも２倍多い、４つの角度情報と２つの長さ情報によって、より高精度に移動ステージ５の移動距離と位置とを算出することができる。   According to this configuration, the moving distance and position of the moving stage 5 can be calculated with higher accuracy from the four angle information and the two length information that are twice as many as those of the parallel mechanism 100 according to the first embodiment. Can do.

実施の形態３
次に、実施の形態３にかかるパラレル機構３００について説明する。図１１は、実施の形態３にかかるパラレル機構３００の構成を模式的に示す斜視図である。パラレル機構３００は、パラレル機構１００の変形例である。パラレル機構３００は、パラレル機構１００のレーザトラッカ４１１及びリフレクタ５１１の代わりに、レーザトラッカ４３１、４３２及び４３３、リフレクタ５３１、５３２及び５３３を有する。レーザトラッカ４３１、４３２及び４３３は、レーザトラッカ４１１と同様の構成を有する。リフレクタ５３１、５３２及び５３３は、リフレクタ５１１と同様の構成を有する。パラレル機構３００のその他の構成は、パラレル機構１００と同様であるので、説明を省略する。 Embodiment 3
Next, the parallel mechanism 300 according to the third embodiment will be described. FIG. 11 is a perspective view schematically illustrating the configuration of the parallel mechanism 300 according to the third embodiment. The parallel mechanism 300 is a modification of the parallel mechanism 100. The parallel mechanism 300 includes laser trackers 431, 432 and 433 and reflectors 531, 532 and 533 instead of the laser tracker 411 and the reflector 511 of the parallel mechanism 100. The laser trackers 431, 432, and 433 have the same configuration as the laser tracker 411. The reflectors 531, 532, and 533 have the same configuration as the reflector 511. Since the other structure of the parallel mechanism 300 is the same as that of the parallel mechanism 100, description thereof is omitted.

図１２は、図１１のＢ方向から見た場合のパラレル機構３００のベースプレート４の俯瞰図である。ベースプレート４の上面には、レーザトラッカ４３１〜４３３が、半径Ｒ３の円Ｃ３の円周上に、それぞれ１２０°ずつ離隔して配置される。つまり、レーザトラッカ４３１〜４３３は、レーザトラッカ４３１〜４３３の基準球４１０１の中心が、円Ｃ３の円周上に配置される。すなわち、レーザトラッカ４３１〜４３３は、ベースプレート４のレーザトラッカ設置面の図心（ベースプレート４のレーザトラッカ設置面の幾何学的な重心）を基準として、等間隔に配置される。   FIG. 12 is an overhead view of the base plate 4 of the parallel mechanism 300 when viewed from the direction B of FIG. On the upper surface of the base plate 4, laser trackers 431 to 433 are arranged 120 ° apart from each other on the circumference of a circle C 3 having a radius R 3. That is, in the laser trackers 431 to 433, the centers of the reference spheres 4101 of the laser trackers 431 to 433 are arranged on the circumference of the circle C3. That is, the laser trackers 431 to 433 are arranged at equal intervals with reference to the centroid of the laser tracker installation surface of the base plate 4 (the geometric center of gravity of the laser tracker installation surface of the base plate 4).

図１３は、図１１のＣ方向から見た場合のパラレル機構３００の移動ステージ５の俯瞰図である。移動ステージ５の上面には、リフレクタ５３１〜５３３が、半径Ｒ４の円Ｃ４の円周上に、それぞれ１２０°ずつ離隔して配置される。すなわち、リフレクタ５３１〜５３３は、移動ステージ５のリフレクタ設置面の図心（移動ステージ５のリフレクタ設置面の幾何学的な重心）を基準として等間隔に配置される。   FIG. 13 is an overhead view of the moving stage 5 of the parallel mechanism 300 when viewed from the direction C of FIG. On the upper surface of the moving stage 5, reflectors 531 to 533 are arranged 120 ° apart from each other on the circumference of a circle C4 having a radius R4. That is, the reflectors 531 to 533 are arranged at equal intervals with reference to the centroid of the reflector installation surface of the moving stage 5 (the geometric center of gravity of the reflector installation surface of the movement stage 5).

レーザトラッカ４３１は、ベースプレート４に設けられた開口部６３１を通して、リフレクタ５３１へ向けてレーザ光を出射することができる。リフレクタ５３１は、レーザトラッカ４３１から出射されたレーザ光がどの方向から入射した場合でも、忠実に入射方向と反対方向にレーザ光を反射させる機能を有している。   The laser tracker 431 can emit laser light toward the reflector 531 through the opening 631 provided in the base plate 4. The reflector 531 has a function of faithfully reflecting the laser beam in the direction opposite to the incident direction regardless of the direction in which the laser beam emitted from the laser tracker 431 is incident.

レーザトラッカ４３２は、ベースプレート４に設けられた開口部６３２を通して、リフレクタ５３２へ向けてレーザ光を出射することができる。リフレクタ５３２は、レーザトラッカ４３２から出射されたレーザ光がどの方向から入射した場合でも、忠実に入射方向と反対方向にレーザ光を反射させる機能を有している。   The laser tracker 432 can emit laser light toward the reflector 532 through the opening 632 provided in the base plate 4. The reflector 532 has a function of faithfully reflecting the laser beam in the direction opposite to the incident direction, regardless of the direction in which the laser beam emitted from the laser tracker 432 is incident.

レーザトラッカ４３３は、ベースプレート４に設けられた開口部６３３を通して、リフレクタ５３３へ向けてレーザ光を出射することができる。リフレクタ５３３は、レーザトラッカ４３３から出射されたレーザ光がどの方向から入射した場合でも、忠実に入射方向と反対方向にレーザ光を反射させる機能を有している。   The laser tracker 433 can emit laser light toward the reflector 533 through the opening 633 provided in the base plate 4. The reflector 533 has a function of faithfully reflecting the laser beam in the direction opposite to the incident direction, regardless of the direction in which the laser beam emitted from the laser tracker 433 is incident.

以上により、レーザトラッカ４３１とリフレクタ５３１との間の距離、レーザトラッカ４３２とリフレクタ５３２との間の距離、及び、レーザトラッカ４３３とリフレクタ５３３との間の距離を高精度に測定することができ、リフレクタ５３１〜５３３の中心座標を容易に特定できる。また、移動ステージ５の回転（図１３の方向Ｄ及びＥを軸とする回転）を検出することも可能となる。したがって、測定結果を制御部７にフィードバックすることによって、より高精度に移動ステージ５の位置および姿勢の制御を行うことが可能となる。   As described above, the distance between the laser tracker 431 and the reflector 531, the distance between the laser tracker 432 and the reflector 532, and the distance between the laser tracker 433 and the reflector 533 can be measured with high accuracy. The center coordinates of the reflectors 531 to 533 can be easily specified. It is also possible to detect the rotation of the moving stage 5 (rotation about the directions D and E in FIG. 13). Therefore, it is possible to control the position and posture of the moving stage 5 with higher accuracy by feeding back the measurement result to the control unit 7.

ただし、レーザトラッカ４３１〜４３３の設置位置はこの例に限られず、ベースプレート４の他の位置に設置することも可能である。リフレクタ５３１〜５３３の設置位置はこの例に限られず、移動ステージ５上の他の位置に設置することも可能である。   However, the installation positions of the laser trackers 431 to 433 are not limited to this example, and can be installed at other positions of the base plate 4. The installation positions of the reflectors 531 to 533 are not limited to this example, and can be installed at other positions on the moving stage 5.

制御部７は、レーザトラッカ４３１からのレーザ光が常時リフレクタ５３１に入射するように、移動ステージ５の動きに合わせてレーザトラッカ４３１の２軸回転駆動機構４１０２を制御する追尾制御を行う。また、制御部７は、レーザトラッカ４３２から出射されるレーザ光が常時リフレクタ５３２に入射するように、移動ステージ５の動きに合わせてレーザトラッカ４３２の２軸回転駆動機構４１０２を制御する追尾制御を行う。更に、制御部７は、レーザトラッカ４３３から出射されるレーザ光が常時リフレクタ５３３に入射するように、移動ステージ５の動きに合わせてレーザトラッカ４３３の２軸回転駆動機構４１０２を制御する追尾制御を行う。   The control unit 7 performs tracking control for controlling the biaxial rotation drive mechanism 4102 of the laser tracker 431 in accordance with the movement of the moving stage 5 so that the laser light from the laser tracker 431 is always incident on the reflector 531. Further, the control unit 7 performs tracking control for controlling the biaxial rotation drive mechanism 4102 of the laser tracker 432 in accordance with the movement of the moving stage 5 so that the laser light emitted from the laser tracker 432 is always incident on the reflector 532. Do. Further, the control unit 7 performs tracking control for controlling the biaxial rotation driving mechanism 4102 of the laser tracker 433 in accordance with the movement of the moving stage 5 so that the laser light emitted from the laser tracker 433 is always incident on the reflector 533. Do.

これにより、制御部７は、レーザトラッカ４３１〜４３３から出力される測定結果をモニタすることにより、移動ステージ５の移動距離を高精度に算出することが可能である。   Thereby, the control part 7 can calculate the moving distance of the moving stage 5 with high precision by monitoring the measurement result output from the laser trackers 431-433.

本実施の形態では、制御部７は、レーザトラッカ４３１〜４３３から得られる３つの動径方向の長さ情報を用いて、リフレクタ５３１〜５３３の空間座標を決定する（いわゆる三辺測量方式）。レーザトラッカ４３１〜４３３は、レーザ光の干渉を用いているので、動径方向の距離を高い分解能で得ることができる。三辺測量方式では、空間座標を決定するにあたって、角度情報を使わずに３方向からのアッベの原理に適った長さ情報を用いる。そのため、前述の極座標方式や三角測量方式に比べ、座標決定精度が高い。そのため、パラレル機構３００（三辺測量方式）は、パラレル機構１００（極座標方式）及び２００（三角測量方式）よりも高精度に移動ステージ５の移動距離を算出できる。   In the present embodiment, the control unit 7 determines the spatial coordinates of the reflectors 531 to 533 using so-called three radial length information obtained from the laser trackers 431 to 433 (so-called trilateral survey method). Since the laser trackers 431 to 433 use laser beam interference, the distance in the radial direction can be obtained with high resolution. In the three-side survey method, when determining the spatial coordinates, length information suitable for Abbe's principle from three directions is used without using angle information. Therefore, the coordinate determination accuracy is high compared to the polar coordinate method and the triangulation method described above. Therefore, the parallel mechanism 300 (triangulation method) can calculate the movement distance of the moving stage 5 with higher accuracy than the parallel mechanism 100 (polar coordinate method) and 200 (triangulation method).

言い換えると、２軸回転駆動機構４１０２に内蔵される２次元受光素子と回転角度検出器によって測定される方位角φ及び仰俯角θの角度情報は追尾制御にのみ用いられ、移動ステージ５の移動距離の算出にはレーザトラッカ４３１〜４３３から得られる３つの動径方向の長さ情報のみが用いられる。そのため、パラレル機構１００及び２００と異なり、動径方向の距離の増大に伴う誤差の増大は発生せず、移動ステージ５の位置にかかわらず、高精度に移動ステージ５の移動距離を算出できる。   In other words, the angle information of the azimuth angle φ and the elevation angle θ measured by the two-dimensional light receiving element and the rotation angle detector built in the two-axis rotation drive mechanism 4102 is used only for tracking control, and the moving distance of the moving stage 5 Only three pieces of length information in the radial direction obtained from the laser trackers 431 to 433 are used for the calculation. Therefore, unlike the parallel mechanisms 100 and 200, an error does not increase with an increase in the radial distance, and the moving distance of the moving stage 5 can be calculated with high accuracy regardless of the position of the moving stage 5.

上述した実施の形態１乃至３においては、レーザトラッカ４１１、４２１、４２２、４３１〜４３３が基準球を備えるため、ベースプレート４に対して固定された点と移動ステージ５に設けられたリフレクタとの距離を正確に測定することができる。以下、その理由を説明する。   In the first to third embodiments described above, since the laser trackers 411, 421, 422, 431 to 433 include the reference sphere, the distance between the point fixed to the base plate 4 and the reflector provided on the moving stage 5 Can be measured accurately. The reason will be described below.

図１４を参照して、基準球４１０１の中心Ｏは、ベースプレート４に対して固定された点である。２軸回転駆動機構４１０２の二つの回転軸は、中心Ｏで直交する。したがって、２軸回転駆動機構４１０２がレーザ干渉測長計４１０３を回転させても、レーザ干渉測長計４１０３の光軸は常に基準球４１０１の中心Ｏを通る。レーザ干渉測長計４１０３は、レーザダイオードのような光源４１と、コリメータレンズ４２と、偏光ビームスプリッタ４３と、偏光板４４と、光検出器４５と、１／４波長板（λ／４板）４６及び４７と、無偏光ビームスプリッタ４８と、位置検出器（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）４９と、集光レンズ５０とを備える。尚、位置検出器４９のかわりに４分割フォトダイオード（ＱＰＤ：Ｑｕａｄｒａｎｔ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を用いてもよい。   Referring to FIG. 14, the center O of the reference sphere 4101 is a point fixed with respect to the base plate 4. The two rotation axes of the biaxial rotation drive mechanism 4102 are orthogonal at the center O. Therefore, even if the biaxial rotation drive mechanism 4102 rotates the laser interferometer 4103, the optical axis of the laser interferometer 4103 always passes through the center O of the reference sphere 4101. The laser interferometer 4103 includes a light source 41 such as a laser diode, a collimator lens 42, a polarizing beam splitter 43, a polarizing plate 44, a photodetector 45, and a quarter wavelength plate (λ / 4 plate) 46. And 47, a non-polarizing beam splitter 48, a position detector (PSD) 49, and a condenser lens 50. Note that a quadrant photodiode (QPD) may be used instead of the position detector 49.

光源４１から出射された光線は、コリメータレンズ４２を通過した後、偏光ビームスプリッタ４３により２つに分けられる。一方（Ｓ偏光）は参照光として、偏光板４４に向かって直進する。他方（Ｐ偏光）は測定光として、偏光ビームスプリッタ４３で反射され、λ／４板４６及び集光レンズ５０を介して基準球４１０１の中心Ｏ又は表面に向けて出射される。ここで、測定光は、λ／４板４６によりＰ偏光から円偏光に変換される。基準球１２の表面で反射された測定光は、集光レンズ５０、λ／４板４６、偏光ビームスプリッタ４３、λ／４板４７、及び無変更ビームスプリッタ４８を経て、リフレクタ５１１に照射される。ここで、測定光は、λ／４板４６により円偏光からＳ偏光に変換され、λ／４板４７によりＳ偏光から円偏光に変換される。測定光は、基準球４１０１の中心Ｏとリフレクタ５１１を結ぶ直線を光軸として出射される。   The light beam emitted from the light source 41 passes through the collimator lens 42 and is divided into two by the polarization beam splitter 43. On the other hand, (S-polarized light) travels straight toward the polarizing plate 44 as reference light. The other (P-polarized light) is reflected by the polarization beam splitter 43 as measurement light and is emitted toward the center O or the surface of the reference sphere 4101 through the λ / 4 plate 46 and the condenser lens 50. Here, the measurement light is converted from P-polarized light to circularly-polarized light by the λ / 4 plate 46. The measurement light reflected by the surface of the reference sphere 12 is irradiated to the reflector 511 through the condenser lens 50, the λ / 4 plate 46, the polarization beam splitter 43, the λ / 4 plate 47, and the unchanged beam splitter 48. . Here, the measurement light is converted from circularly polarized light to S polarized light by the λ / 4 plate 46, and converted from S polarized light to circularly polarized light by the λ / 4 plate 47. The measurement light is emitted with a straight line connecting the center O of the reference sphere 4101 and the reflector 511 as an optical axis.

リフレクタ５１１で反射した測定光は、レーザ干渉測長計４１０３に入射する。レーザ干渉測長計４１０３に入射した測定光は、無偏光ビームスプリッタ４８により２つに分けられる。一方は、無偏光ビームスプリッタ４８で反射され、位置検出器４９に入射する。他方は、λ／４板４７、偏光ビームスプリッタ４３、及び偏光板４４を経て、上述の参照光と干渉して干渉光を生成する。ここで、測定光は、λ／４板４７により円偏光からＰ偏光に変換される。干渉光は、光検出器４５に入射する。光検出器４５の出力は干渉光の干渉縞に応じて変化するので、光検出器４５の出力に基づいて基準球４１０１の中心Ｏを基準としたリフレクタ５１１の変位を測定することができる。   The measurement light reflected by the reflector 511 enters the laser interference length meter 4103. The measurement light incident on the laser interferometer 4103 is divided into two by the non-polarizing beam splitter 48. One is reflected by the non-polarizing beam splitter 48 and enters the position detector 49. The other passes through the λ / 4 plate 47, the polarizing beam splitter 43, and the polarizing plate 44, and interferes with the reference light described above to generate interference light. Here, the measurement light is converted from circularly polarized light to P polarized light by the λ / 4 plate 47. The interference light enters the photodetector 45. Since the output of the photodetector 45 changes according to the interference fringes of the interference light, the displacement of the reflector 511 with reference to the center O of the reference sphere 4101 can be measured based on the output of the photodetector 45.

基準球４１０１の表面と中心Ｏとの距離が高い精度で一定であるので、レーザ干渉測長計４１０３がリフレクタ５１１を追尾して２軸回転駆動機構４１０２の回転軸を中心として回転した場合でも、光検出器４５の出力に基づいて基準球４１０１の中心Ｏを基準としたリフレクタ５１１の変位を高精度に測定することができる。   Since the distance between the surface of the reference sphere 4101 and the center O is constant with high accuracy, even if the laser interferometer 4103 tracks the reflector 511 and rotates around the rotation axis of the biaxial rotation drive mechanism 4102, the light Based on the output of the detector 45, the displacement of the reflector 511 with reference to the center O of the reference sphere 4101 can be measured with high accuracy.

一方、リフレクタ５１１に対する追尾は、次のようにして行なわれる。リフレクタ５１１によって反射された測定光は、位置検出器４９に入射する。制御部７は、位置検出器４９の出力信号に基づいて、位置検出器４９上の所定の位置に測定光が入射するように２軸回転駆動機構４１０２の駆動を制御する。これにより、レーザ干渉測長計４１０３の光軸が常にリフレクタ５１１を通る。   On the other hand, tracking with respect to the reflector 511 is performed as follows. The measurement light reflected by the reflector 511 enters the position detector 49. Based on the output signal of the position detector 49, the control unit 7 controls the driving of the biaxial rotation drive mechanism 4102 so that the measurement light is incident on a predetermined position on the position detector 49. As a result, the optical axis of the laser interferometer 4103 always passes through the reflector 511.

図１５は、レーザトラッカ４１１の他の構成を示す。レーザトラッカ４１１は、２軸回転駆動機構４１０２によって駆動されるキャリッジ４１０８を備える。レーザ干渉測長計４１０３は、キャリッジ４１０８に取り付けられている。直線Ｌ４１１は、レーザ干渉測長計４１０３の光軸に一致している。２軸回転駆動機構４１０２がキャリッジ４１０８を回転させても、直線Ｌ４１１は常に基準球４１０１の中心Ｏを通る。キャリッジ４１０８に変位計５２及び５３が設けられている。変位計５２及び５３は直線Ｌ４１１上に配置され、変位計５２及び５３の間に基準球４１０１が配置される。変位計５２及び５３は、基準球４１０１までの距離に応じた信号を出力する。   FIG. 15 shows another configuration of the laser tracker 411. The laser tracker 411 includes a carriage 4108 that is driven by a biaxial rotation drive mechanism 4102. The laser interferometer 4103 is attached to the carriage 4108. The straight line L411 coincides with the optical axis of the laser interference length meter 4103. Even if the biaxial rotation drive mechanism 4102 rotates the carriage 4108, the straight line L411 always passes through the center O of the reference sphere 4101. Displacement meters 52 and 53 are provided on the carriage 4108. The displacement meters 52 and 53 are arranged on a straight line L411, and a reference sphere 4101 is arranged between the displacement meters 52 and 53. The displacement meters 52 and 53 output signals according to the distance to the reference sphere 4101.

変位計５２及び５３として、例えば、静電容量式変位計や渦電流式変位計を使用することができる。基準球４１０１としては、金属製、セラミックス製、半導体製、又はガラス製の球を使用することができる。但し、変位計５２及び５３として渦電流式変位計を使用する場合は、金属製の球又は表面が金属でコーティングされた球を使用する必要がある。   As the displacement meters 52 and 53, for example, a capacitance displacement meter or an eddy current displacement meter can be used. As the reference sphere 4101, a metal, ceramic, semiconductor, or glass sphere can be used. However, when eddy current displacement meters are used as the displacement meters 52 and 53, it is necessary to use metal balls or balls whose surfaces are coated with metal.

図１６を参照して、図１５に示したレーザ干渉測長計４１０３は、光源４１と、コリメータレンズ４２と、偏光ビームスプリッタ４３と、偏光板４４と、光検出器４５と、λ／４板４６及び４７と、無偏光ビームスプリッタ４８と、位置検出器４９と、キューブコーナ５１とを備える。キューブコーナ５１は、コーナキューブプリズムと称される場合がある。   Referring to FIG. 16, the laser interferometer 4103 shown in FIG. 15 includes a light source 41, a collimator lens 42, a polarization beam splitter 43, a polarizing plate 44, a photodetector 45, and a λ / 4 plate 46. And 47, a non-polarizing beam splitter 48, a position detector 49, and a cube corner 51. The cube corner 51 may be referred to as a corner cube prism.

光源４１から出射された光線は、コリメータレンズ４２を通過した後、偏光ビームスプリッタ４３により２つに分けられる。一方（Ｐ偏光）は参照光として、偏光板４４に向かって直進する。他方（Ｓ偏光）は測定光として、偏光ビームスプリッタ４３で反射され、λ／４板４７、及び無変更ビームスプリッタ４８を経て、リフレクタ５１１に照射される。ここで、測定光は、λ／４板４７によりＳ偏光から円偏光に変換される。測定光は、基準球４１０１の中心Ｏとリフレクタ５１１を結ぶ直線Ｌ４１１を光軸として出射される。   The light beam emitted from the light source 41 passes through the collimator lens 42 and is divided into two by the polarization beam splitter 43. On the other hand, (P-polarized light) travels straight toward the polarizing plate 44 as reference light. The other (S-polarized light) is reflected by the polarization beam splitter 43 as measurement light, and irradiates the reflector 511 through the λ / 4 plate 47 and the unchanged beam splitter 48. Here, the measurement light is converted from S-polarized light to circularly-polarized light by the λ / 4 plate 47. The measurement light is emitted with a straight line L411 connecting the center O of the reference sphere 4101 and the reflector 511 as an optical axis.

リフレクタ５１１で反射した測定光は、レーザ干渉測長計４１０３に入射する。レーザ干渉測長計４１０３に入射した測定光は、無偏光ビームスプリッタ４８により２つに分けられる。一方は、無偏光ビームスプリッタ４８で反射され、位置検出器４９に入射する。他方は、λ／４板４７、偏光ビームスプリッタ４３、及びλ／４板４６を経て、キューブコーナ５１に入射する。ここで、測定光は、λ／４板４７により円偏光からＰ偏光に変換され、λ／４板４６によりＰ偏光から円偏光に変換される。キューブコーナ５１で反射された測定光は、λ／４板４６、偏光ビームスプリッタ４３、及び偏光板４４を経て、上述の参照光と干渉して干渉光を生成する。ここで測定光は、λ／４板４６により円偏光からＳ偏光に変換される。干渉光は、光検出器４５に入射する。光検出器４５の出力は干渉光の干渉縞に応じて変化するので、光検出器４５の出力に基づいて基準球４１０１の中心Ｏを基準としたリフレクタ５１１の変位を測定することができる。   The measurement light reflected by the reflector 511 enters the laser interference length meter 4103. The measurement light incident on the laser interferometer 4103 is divided into two by the non-polarizing beam splitter 48. One is reflected by the non-polarizing beam splitter 48 and enters the position detector 49. The other is incident on the cube corner 51 through the λ / 4 plate 47, the polarization beam splitter 43, and the λ / 4 plate 46. Here, the measurement light is converted from circularly polarized light to P-polarized light by the λ / 4 plate 47 and converted from P-polarized light to circularly polarized light by the λ / 4 plate 46. The measurement light reflected by the cube corner 51 passes through the λ / 4 plate 46, the polarizing beam splitter 43, and the polarizing plate 44, and interferes with the above-described reference light to generate interference light. Here, the measurement light is converted from circularly polarized light to S polarized light by the λ / 4 plate 46. The interference light enters the photodetector 45. Since the output of the photodetector 45 changes according to the interference fringes of the interference light, the displacement of the reflector 511 with reference to the center O of the reference sphere 4101 can be measured based on the output of the photodetector 45.

基準球４１０１の表面と中心Ｏとの距離が高い精度で一定であるので、レーザ干渉測長計４１０３がリフレクタ５１１を追尾して２軸回転駆動機構４１０２の回転軸を中心として回転した場合でも、光検出器４５、変位計５２、及び変位計５３の出力に基づいて基準球４１０１の中心Ｏを基準としたリフレクタ５１１の変位を高精度に測定することができる。尚、変位計５２及び５３の両方を用いることが好ましいが、変位計５２及び５３の片方だけを用いてもよい。リフレクタ５１１に対する追尾は、図１４に示すレーザ干渉測長計４１０３の場合と同様である。   Since the distance between the surface of the reference sphere 4101 and the center O is constant with high accuracy, even if the laser interferometer 4103 tracks the reflector 511 and rotates around the rotation axis of the biaxial rotation drive mechanism 4102, the light Based on the outputs of the detector 45, the displacement meter 52, and the displacement meter 53, the displacement of the reflector 511 with reference to the center O of the reference sphere 4101 can be measured with high accuracy. Although it is preferable to use both of the displacement meters 52 and 53, only one of the displacement meters 52 and 53 may be used. The tracking with respect to the reflector 511 is the same as in the case of the laser interference length meter 4103 shown in FIG.

実施の形態４
次に、実施の形態４にかかるパラレル機構４００について説明する。実施の形態４にかかるパラレル機構４００によれば、以下の問題が解決される。すなわち、パラレル機構１００の制御部７は、直線駆動機構１〜３を制御して移動ステージ５を移動させるだけでなく、レーザトラッカ４１１がリフレクタ５１１を追尾するように２軸回転駆動機構４１０２を制御する必要がある。パラレル機構１００によれば移動ステージ５の位置を高精度に観測することができるが、パラレル機構１００のシステム構成が複雑かつ高コストになっている。同様に、パラレル機構２００及び３００のシステム構成も複雑且つ高コストになっている。 Embodiment 4
Next, a parallel mechanism 400 according to the fourth embodiment will be described. The parallel mechanism 400 according to the fourth embodiment solves the following problems. That is, the control unit 7 of the parallel mechanism 100 not only controls the linear drive mechanisms 1 to 3 to move the moving stage 5 but also controls the biaxial rotation drive mechanism 4102 so that the laser tracker 411 tracks the reflector 511. There is a need to. According to the parallel mechanism 100, the position of the movable stage 5 can be observed with high accuracy, but the system configuration of the parallel mechanism 100 is complicated and expensive. Similarly, the system configuration of the parallel mechanisms 200 and 300 is also complicated and expensive.

図１７は、実施の形態４にかかるパラレル機構４００の構成を模式的に示す斜視図である。パラレル機構４００は、パラレル機構３００の変形例である。パラレル機構４００は、パラレル機構３００のレーザトラッカ４３１〜４３３のかわりにユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１〜４４３を有する。制御部７は、駆動制御部７０１と、演算制御部７０２とを備える。パラレル機構４００のその他の構成は、パラレル機構３００と同様であるので、説明を省略する。   FIG. 17 is a perspective view schematically illustrating the configuration of the parallel mechanism 400 according to the fourth embodiment. The parallel mechanism 400 is a modification of the parallel mechanism 300. The parallel mechanism 400 includes universal laser interference length measuring units 441 to 443 instead of the laser trackers 431 to 433 of the parallel mechanism 300. The control unit 7 includes a drive control unit 701 and an arithmetic control unit 702. Since the other structure of the parallel mechanism 400 is the same as that of the parallel mechanism 300, description is abbreviate | omitted.

ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１〜４４３は、それぞれ、従動ジョイント機構８１〜８３を備える。従動ジョイント機構８１は、伸縮可能なテレスコピック構造を有するテレスコピック鏡筒８１１と、ユニバーサルジョイント８１２とを備える。テレスコピック鏡筒８１１は、伸縮可能な光路を形成する。テレスコピック鏡筒８１１は、第１部分８１０１と、第１部分８１０１に対して直線往復運動する第２部分８１０２とを備える。第１部分８１０１及び第２部分８１０２は、伸縮軸まわりに相対的に回転可能であってもよい。例えば、第１部分８１０１はストロークベアリング（不図示）を介して第２部分８１０２に接続される。第１部分８１０１及び第２部分８１０２がそれぞれ内筒及び外筒である場合が図１７に示されているが、第１部分８１０１及び第２部分８１０２はそれぞれ外筒及び内筒でもよい。   The universal laser interference length measuring units 441 to 443 include driven joint mechanisms 81 to 83, respectively. The driven joint mechanism 81 includes a telescopic barrel 811 having a telescopic structure that can be expanded and contracted, and a universal joint 812. The telescopic barrel 811 forms an optical path that can be expanded and contracted. The telescopic barrel 811 includes a first portion 8101 and a second portion 8102 that reciprocates linearly with respect to the first portion 8101. The first portion 8101 and the second portion 8102 may be relatively rotatable around the telescopic axis. For example, the first portion 8101 is connected to the second portion 8102 via a stroke bearing (not shown). FIG. 17 shows the case where the first portion 8101 and the second portion 8102 are respectively an inner tube and an outer tube, but the first portion 8101 and the second portion 8102 may be an outer tube and an inner tube, respectively.

駆動制御部７０１は、直線駆動機構１〜３の伸縮を制御する。駆動制御部７０１は、直線駆動機構１〜３のリニアエンコーダが出力する帰還信号に基づいて直線駆動機構１〜３の伸縮を制御してもよい。駆動制御部７０１は、ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１〜４４３の電源投入及び初期設定を行ってもよい。演算処理部７０２は、ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１〜４４３の出力に基づいて、移動ステージ５の位置及び姿勢を算出する。   The drive control unit 701 controls expansion and contraction of the linear drive mechanisms 1 to 3. The drive control unit 701 may control expansion and contraction of the linear drive mechanisms 1 to 3 based on a feedback signal output from the linear encoders of the linear drive mechanisms 1 to 3. The drive control unit 701 may perform power on and initial setting of the universal laser interference length measuring units 441 to 443. The arithmetic processing unit 702 calculates the position and orientation of the moving stage 5 based on the outputs of the universal laser interference length measuring units 441 to 443.

図１８を参照して、ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１は、ユニバーサル干渉計部４５１を備える。ユニバーサル干渉計部４５１は、基本的にレーザトラッカ４１１と同様に構成される。ただし、ユニバーサル干渉計部４５１の２軸回転駆動機構４１０２は、キャリッジ４１０８及びレーザ干渉測長計４１０３を駆動する機能と、方位角φ及び仰俯角θを検出する機能とを持たない。以下、駆動機能を持たない２軸回転駆動機構４１０２を２軸回転機構４１０２と称する。２軸回転機構４１０２は、ベースプレート４に設けられ、ベースプレート４に対して固定された点で直交する２本の回転軸まわりに回転可能なようにレーザ干渉測長計４１０３を支持する。基準球４１０１の中心Ｏは２本の回転軸の交点に一致する。テレスコピック鏡筒８１１の第１部分８１０１は、レーザ干渉測長計４１０３のレーザ光出射口４１０７に同軸に固定される。   Referring to FIG. 18, universal laser interference measurement unit 441 includes a universal interferometer unit 451. The universal interferometer unit 451 is basically configured similarly to the laser tracker 411. However, the biaxial rotation drive mechanism 4102 of the universal interferometer unit 451 does not have a function of driving the carriage 4108 and the laser interferometer 4103 and a function of detecting the azimuth angle φ and the elevation angle θ. Hereinafter, the biaxial rotation drive mechanism 4102 having no drive function is referred to as a biaxial rotation mechanism 4102. The biaxial rotation mechanism 4102 is provided on the base plate 4 and supports the laser interferometer 4103 so that it can rotate around two rotation axes orthogonal to each other at a point fixed to the base plate 4. The center O of the reference sphere 4101 coincides with the intersection of the two rotation axes. The first portion 8101 of the telescopic barrel 811 is fixed coaxially to the laser beam exit 4107 of the laser interferometer 4103.

ユニバーサル干渉計部４５１のレーザ干渉測長計４１０３は、リフレクタ５３１の光軸からのずれを検出する機能を持たない。例えば、ユニバーサル干渉計部４５１のレーザ干渉測長計４１０３は、図１４に示す構成から無偏光ビームスプリッタ４８及び位置検出器４９を取り除いたものである。尚、ユニバーサル干渉計部４５１のレーザ干渉測長計４１０３は、図１６に示す構成から無偏光ビームスプリッタ４８及び位置検出器４９を取り除いたものであってもよい。この場合、変位計５２及び５３の少なくとも一方がキャリッジ４１０８に設けられる。   The laser interferometer 4103 of the universal interferometer unit 451 does not have a function of detecting a deviation of the reflector 531 from the optical axis. For example, the laser interferometer 4103 of the universal interferometer unit 451 is obtained by removing the non-polarizing beam splitter 48 and the position detector 49 from the configuration shown in FIG. The laser interferometer 4103 of the universal interferometer unit 451 may be obtained by removing the non-polarizing beam splitter 48 and the position detector 49 from the configuration shown in FIG. In this case, at least one of the displacement meters 52 and 53 is provided on the carriage 4108.

図１９及び図２０を参照して、ユニバーサルジョイント８１２は、移動ステージ５に設けられ、移動ステージ５に対して固定された点で直交する２本の回転軸まわりに回転可能なように第２部分８１０２を支持する回転機構である。ユニバーサルジョイント８１２の２本の回転軸は、移動ステージ５に平行である。ユニバーサルジョイント８１２の２本の回転軸の交点は、リフレクタ５３１の中心に一致する。   Referring to FIGS. 19 and 20, the universal joint 812 is provided on the moving stage 5, and can be rotated around two rotation axes orthogonal to each other at a fixed point with respect to the moving stage 5. 8102 is a rotation mechanism that supports The two rotation axes of the universal joint 812 are parallel to the moving stage 5. The intersection of the two rotation axes of the universal joint 812 coincides with the center of the reflector 531.

上述した機構により、直線駆動機構１〜３により移動ステージ５が移動されると、レーザ干渉測長計４１０３は移動ステージ５の動きに追従して旋回する。換言すると、ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１は、常に、２軸回転機構４１０２の２本の回転軸の交点とユニバーサルジョイント８１２の２本の回転軸の交点とを結ぶ直線を光軸として測定光を出射することができる。レーザ干渉測長計４１０３のレーザ光出射口４１０７から出射された測定光（レーザ光４１０４）は、テレスコピック鏡筒８１１内の光路を通ってリフレクタ５３１に入射する。リフレクタ５３１で反射した測定光（反射光４１０５）は、テレスコピック鏡筒８１１内の光路を戻ってレーザ光出射口４１０７に入射する。   When the moving stage 5 is moved by the linear drive mechanisms 1 to 3 by the mechanism described above, the laser interference length meter 4103 turns following the movement of the moving stage 5. In other words, the universal laser interference length measuring unit 441 always emits the measurement light with the straight line connecting the intersection of the two rotation axes of the two-axis rotation mechanism 4102 and the intersection of the two rotation axes of the universal joint 812 as the optical axis. Can be emitted. Measurement light (laser light 4104) emitted from the laser light emission port 4107 of the laser interference length meter 4103 enters the reflector 531 through the optical path in the telescopic lens barrel 811. The measurement light (reflected light 4105) reflected by the reflector 531 returns to the optical path in the telescopic barrel 811 and enters the laser light emission port 4107.

したがって、ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１は、基準球４１０１の中心とリフレクタ５３１の中心との距離を連続して測定することができる。ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４２及び４４３は、ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１と同様の構成を有する。制御部７の演算処理部７０２は、ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１〜４４３の出力に基づいて、移動ステージ５の位置及び姿勢を算出することができる。   Therefore, the universal laser interference length measuring unit 441 can continuously measure the distance between the center of the reference sphere 4101 and the center of the reflector 531. The universal laser interference length measuring units 442 and 443 have the same configuration as the universal laser interference length measuring unit 441. The arithmetic processing unit 702 of the control unit 7 can calculate the position and orientation of the moving stage 5 based on the outputs of the universal laser interference length measuring units 441 to 443.

本実施の形態によれば、制御部７による追尾制御を実行しなくても、ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１〜４４３はリフレクタ５３１〜５３３をそれぞれ追尾することができる。本実施の形態にかかるパラレル機構４００は、パラレル機構３００よりも簡素且つ低コストのシステム構成でパラレル機構３００と同等の性能を実現することができる。   According to the present embodiment, the universal laser interference measurement units 441 to 443 can track the reflectors 531 to 533 without performing the tracking control by the control unit 7. The parallel mechanism 400 according to the present embodiment can achieve performance equivalent to that of the parallel mechanism 300 with a simpler and lower-cost system configuration than the parallel mechanism 300.

実施の形態５
次に実施の形態５にかかるパラレル機構５００について説明する。図２１は、パラレル機構５００の直線駆動機構１の近傍を示す。パラレル機構５００は、パラレル機構４００の変形例である。パラレル機構５００においては、ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１及びリフレクタ５３１の機能が直線駆動機構１に組み込まれる。直線駆動機構２及び３は、直線駆動機構１と同様に構成される。 Embodiment 5
Next, a parallel mechanism 500 according to the fifth embodiment will be described. FIG. 21 shows the vicinity of the linear drive mechanism 1 of the parallel mechanism 500. The parallel mechanism 500 is a modification of the parallel mechanism 400. In the parallel mechanism 500, the functions of the universal laser interference length measuring unit 441 and the reflector 531 are incorporated in the linear drive mechanism 1. The linear drive mechanisms 2 and 3 are configured similarly to the linear drive mechanism 1.

実施の形態５にかかる直線駆動機構１の伸縮ロッド１０は、内部に光路が形成されたシャフト型リニアモータを備える直動アクチュエータである。伸縮ロッド１０は、干渉計支持部１００１と、伸縮可能なテレスコピック構造を有するテレスコピック鏡筒１００２とを備える。干渉計支持部１００１にレーザ干渉測長計４１０３が配置される。干渉計支持部１００１の一端は、球面ジョイント１０１を介してベースプレート４に連結される。光ファイバ４１１１が球面ジョイント１０１に取り付けられ、光ファイバ４１１２が干渉計支持部１００１取り付けられている。尚、光ファイバ４１１１が干渉計支持部１００１に取り付けられていてもよい。光ファイバ４１１１及び４１１２は、レーザ干渉測長計４１０３に光学的に接続される。   The telescopic rod 10 of the linear drive mechanism 1 according to the fifth embodiment is a linear motion actuator including a shaft type linear motor having an optical path formed therein. The telescopic rod 10 includes an interferometer support portion 1001 and a telescopic barrel 1002 having a telescopic structure that can be expanded and contracted. A laser interferometer 4103 is disposed on the interferometer support 1001. One end of the interferometer support 1001 is connected to the base plate 4 via the spherical joint 101. An optical fiber 4111 is attached to the spherical joint 101, and an optical fiber 4112 is attached to the interferometer support unit 1001. The optical fiber 4111 may be attached to the interferometer support 1001. The optical fibers 4111 and 4112 are optically connected to the laser interference length meter 4103.

球面ジョイント１０１の中心は、ベースプレート４に対して固定されている。したがって、球面ジョイント１０１が形成する回転機構は、ベースプレート４に設けられ、ベースプレート４に対して固定された点で直交する２本の回転軸まわりに回転可能なようにレーザ干渉測長計４１０３を支持する。   The center of the spherical joint 101 is fixed with respect to the base plate 4. Therefore, the rotation mechanism formed by the spherical joint 101 is provided on the base plate 4 and supports the laser interferometer 4103 so that it can rotate around two rotation axes that are orthogonal to each other at a fixed point with respect to the base plate 4. .

テレスコピック鏡筒１００２は、伸縮可能な光路を形成する。テレスコピック鏡筒１００２は、第１部分１００３と、第１部分１００３に対して直線往復運動する第２部分１００４とを備える。以下、第１部分１００３及び第２部分１００４をそれぞれ外筒１００３及び内筒１００４と称する。外筒１００３の一端は、干渉計支持部１００１の他端に固定されている。詳細には、外筒１００３の一端は、レーザ干渉測長計４１０３のレーザ射出口４１０７に同軸に固定されている。外筒１００３の他端には、外筒１００３と内筒１００４の間をシールするシール部１００５が形成されている。また、外筒１００３の他端に電磁石１００６が固定されている。外筒１００３にガス導入口１００７が設けられている。電磁石１００６の上側（球面ジョイント１０１側）及び下側（球面ジョイント１５側）に、摺動ガイド１０１１がそれぞれ設けられている。摺動ガイド１０１１は、例えば、摩擦係数の小さなフッ素系樹脂材料で形成され、外筒１００３及び内筒１００４の同軸度を確保しつつ同軸上での相対運動を可能にする。   The telescopic lens barrel 1002 forms a telescopic optical path. The telescopic lens barrel 1002 includes a first portion 1003 and a second portion 1004 that reciprocates linearly with respect to the first portion 1003. Hereinafter, the first part 1003 and the second part 1004 are referred to as an outer cylinder 1003 and an inner cylinder 1004, respectively. One end of the outer cylinder 1003 is fixed to the other end of the interferometer support 1001. Specifically, one end of the outer cylinder 1003 is fixed coaxially to the laser emission port 4107 of the laser interference length meter 4103. A seal portion 1005 that seals between the outer cylinder 1003 and the inner cylinder 1004 is formed at the other end of the outer cylinder 1003. An electromagnet 1006 is fixed to the other end of the outer cylinder 1003. A gas inlet 1007 is provided in the outer cylinder 1003. Sliding guides 1011 are provided on the upper side (spherical joint 101 side) and the lower side (spherical joint 15 side) of the electromagnet 1006, respectively. The sliding guide 1011 is formed of, for example, a fluorine resin material having a small friction coefficient, and enables relative movement on the same axis while ensuring the coaxiality of the outer cylinder 1003 and the inner cylinder 1004.

内筒１００４の一端にピストン１００８が固定されている。ピストン１００８は、中空円板形状に形成されている。ピストン１００８は、外筒１００３内に配置される。内筒１００４の内側に、永久磁石１００９が固定されている。この永久磁石１００９は、中空円板形状の永久磁石が積み重ねられて形成されている。したがって、伸縮ロッド１０の内部に伸縮可能な光路が形成される。内筒１００４の他端は、球面ジョイント１５を介して移動ステージ５に連結される。球面ジョイント１５の中心にリフレクタ５４１が配置される。リフレクタ５４１は、例えばキューブコーナである。   A piston 1008 is fixed to one end of the inner cylinder 1004. The piston 1008 is formed in a hollow disk shape. The piston 1008 is disposed in the outer cylinder 1003. A permanent magnet 1009 is fixed inside the inner cylinder 1004. The permanent magnet 1009 is formed by stacking hollow disk-shaped permanent magnets. Accordingly, an extendable optical path is formed inside the extendable rod 10. The other end of the inner cylinder 1004 is connected to the moving stage 5 via the spherical joint 15. A reflector 541 is disposed at the center of the spherical joint 15. The reflector 541 is, for example, a cube corner.

球面ジョイント１５の中心は、移動ステージ５に対して固定されている。したがって、球面ジョイント１５が形成する回転機構は、移動ステージ５に設けられ、移動ステージ５に対して固定された点で直交する２本の回転軸まわりに回転可能なように内筒１００４を支持する。   The center of the spherical joint 15 is fixed with respect to the moving stage 5. Accordingly, the rotation mechanism formed by the spherical joint 15 is provided on the moving stage 5 and supports the inner cylinder 1004 so as to be rotatable around two rotation axes that are orthogonal to each other at a fixed point with respect to the moving stage 5. .

電磁石１００６及び永久磁石１００９は、伸縮ロッド１０を伸縮させるための駆動力を発生するリニアモータを形成する。また、外筒１００３の内側面、内筒１００４の外側面、ピストン１００８、及びシール部１００５で囲まれた空間１０１０にガス導入口１００７から、被駆動部重量とバランスするように圧力を設定した圧縮ガスを供給することで、リニアモータの負荷を低減することができる。   The electromagnet 1006 and the permanent magnet 1009 form a linear motor that generates a driving force for expanding and contracting the telescopic rod 10. In addition, compression is performed by setting pressure so as to balance the weight of the driven part from the gas inlet 1007 to the space 1010 surrounded by the inner surface of the outer cylinder 1003, the outer surface of the inner cylinder 1004, the piston 1008, and the seal part 1005 By supplying gas, the load on the linear motor can be reduced.

レーザ干渉測長計４１０３は、光ファイバ４１１１を介して入力光を入力し、入力光から測定光及び参照光を生成する。レーザ干渉測長計４１０３のレーザ光出射口４１０７は、球面ジョイント１０１の中心と球面ジョイント１５の中心とを結ぶ直線を光軸として測定光を出射する。測定光は、テレスコピック鏡筒１００２の内部を通って、リフレクタ５４１に照射される。リフレクタ５４１で反射した測定光は、レーザ干渉測長計４１０３のレーザ光出射口４１０７に入射する。レーザ干渉測長計４１０３は、リフレクタ５４１で反射した測定光と参照光を干渉させて干渉光を生成し、光ファイバ４１１２を介して干渉光を出力する。干渉光に基づいて、球面ジョイント１０１の中心と球面ジョイント１５の中心との距離を測定することができる。   The laser interferometer 4103 receives input light through the optical fiber 4111 and generates measurement light and reference light from the input light. The laser beam exit 4107 of the laser interferometer 4103 emits measurement light with a straight line connecting the center of the spherical joint 101 and the center of the spherical joint 15 as the optical axis. The measurement light passes through the telescopic lens barrel 1002 and is applied to the reflector 541. The measurement light reflected by the reflector 541 is incident on the laser light exit 4107 of the laser interference length meter 4103. The laser interference length meter 4103 causes the measurement light reflected by the reflector 541 to interfere with the reference light to generate interference light, and outputs the interference light via the optical fiber 4112. Based on the interference light, the distance between the center of the spherical joint 101 and the center of the spherical joint 15 can be measured.

本実施の形態によれば、テレスコピック鏡筒１００２が伸縮ロッド１０の一部となっている。そのため、パラレル機構５００の製造コストが低減され、直線駆動機構１〜３によって駆動される被駆動部が軽量化される。被駆動部が軽量化されるので、移動ステージ５の高速移動が可能である。尚、伸縮ロッド１０は、内部に光路が形成されたボールねじを備える直動アクチュエータであってもよい。   According to the present embodiment, the telescopic lens barrel 1002 is a part of the telescopic rod 10. Therefore, the manufacturing cost of the parallel mechanism 500 is reduced, and the driven part driven by the linear drive mechanisms 1 to 3 is reduced in weight. Since the driven part is reduced in weight, the moving stage 5 can be moved at high speed. The telescopic rod 10 may be a linear actuator that includes a ball screw having an optical path formed therein.

更に、球面ジョイント１０１及び干渉計支持部１００１をスーパインバー（ＦＮ−３１５）やインバー（ＦＮ−３６）のような低熱膨張材料で形成することが好ましい。パラレル機構５００の周囲の温度が変化する場合においても、球面ジョイント１０１の中心と球面ジョイント１５の中心との距離を正確に測定することができる。   Furthermore, the spherical joint 101 and the interferometer support 1001 are preferably formed of a low thermal expansion material such as super invar (FN-315) or invar (FN-36). Even when the temperature around the parallel mechanism 500 changes, the distance between the center of the spherical joint 101 and the center of the spherical joint 15 can be accurately measured.

図２２を参照して、本実施の形態にかかるレーザ干渉測長計４１０３の構成を詳細に説明する。レーザ干渉測長計４１０３は、コリメータレンズ４２と、偏光ビームスプリッタ４３と、偏光板４４と、λ／４板４６及び４７と、キューブコーナ５１とを備える。レーザ干渉測長計４１０３は、光ファイバ４１１１を介して、レーザ干渉測長計４１０３の外部に設けられた光源４１から入力光を入力する。   With reference to FIG. 22, the configuration of laser interference length measuring instrument 4103 according to the present embodiment will be described in detail. The laser interferometer 4103 includes a collimator lens 42, a polarizing beam splitter 43, a polarizing plate 44, λ / 4 plates 46 and 47, and a cube corner 51. The laser interference length meter 4103 inputs input light from the light source 41 provided outside the laser interference length meter 4103 via the optical fiber 4111.

入力光は、コリメータレンズ４２を通過した後、偏光ビームスプリッタ４３により２つに分けられる。一方（Ｓ偏光）は参照光として、偏光ビームスプリッタ４３で反射され、偏光板４４に向かう。他方（Ｐ偏光）は測定光として直進し、λ／４板４７を経て、リフレクタ５４１に照射される。ここで、測定光は、λ／４板４７によりＰ偏光から円偏光に変換される。   The input light passes through the collimator lens 42 and is then divided into two by the polarization beam splitter 43. On the other hand, (S-polarized light) is reflected by the polarization beam splitter 43 as reference light and travels toward the polarizing plate 44. The other (P-polarized light) travels straight as measurement light and is applied to the reflector 541 through the λ / 4 plate 47. Here, the measurement light is converted from P-polarized light to circularly-polarized light by the λ / 4 plate 47.

リフレクタ５４１で反射した測定光は、レーザ干渉測長計４１０３に入射する。レーザ干渉測長計４１０３に入射した測定光は、λ／４板４７、偏光ビームスプリッタ４３、及びλ／４板４６を経て、キューブコーナ５１に入射する。ここで、測定光は、λ／４板４７により円偏光からＳ偏光に変換され、λ／４板４６によりＳ偏光から円偏光に変換される。キューブコーナ５１で反射された測定光は、λ／４板４６、偏光ビームスプリッタ４３、及び偏光板４４を経て、上述の参照光と干渉して干渉光を生成する。ここで測定光は、λ／４板４６により円偏光からＰ偏光に変換される。レーザ干渉測長計４１０３は、光ファイバ４１１２を介して、レーザ干渉測長計４１０３の外部に設けられた光検出器４５に干渉光を出力する。   The measurement light reflected by the reflector 541 is incident on the laser interference length meter 4103. The measurement light incident on the laser interferometer 4103 enters the cube corner 51 via the λ / 4 plate 47, the polarization beam splitter 43, and the λ / 4 plate 46. Here, the measurement light is converted from circularly polarized light to S polarized light by the λ / 4 plate 47, and converted from S polarized light to circularly polarized light by the λ / 4 plate 46. The measurement light reflected by the cube corner 51 passes through the λ / 4 plate 46, the polarizing beam splitter 43, and the polarizing plate 44, and interferes with the above-described reference light to generate interference light. Here, the measurement light is converted from circularly polarized light to P-polarized light by the λ / 4 plate 46. The laser interference length meter 4103 outputs the interference light to the photodetector 45 provided outside the laser interference length meter 4103 via the optical fiber 4112.

本実施の形態によれば、光ファイバ４１１１及び４１１２を用いることで、光源４１及び光検出器４５をレーザ干渉測長計４１０３の外部に設けることができる。そのため、レーザ干渉測長計４１０３が小型化され、レーザ干渉測長計４１０３を伸縮ロッド１０に組み込むことが容易になる。尚、レーザトラッカ４１１、４２１、４２２、４３１〜４３３やユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１〜４４３に対しても光ファイバ４１１１及び４１１２を適用してもよい。   According to the present embodiment, by using the optical fibers 4111 and 4112, the light source 41 and the photodetector 45 can be provided outside the laser interference length meter 4103. Therefore, the laser interferometer 4103 is reduced in size, and it becomes easy to incorporate the laser interferometer 4103 into the telescopic rod 10. The optical fibers 4111 and 4112 may also be applied to the laser trackers 411, 421, 422, 431 to 433 and the universal laser interference measurement units 441 to 443.

その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。実施の形態１乃至３では、１又は２以上のレーザトラッカがベースプレートの移動ステージ側とは反対側の面上に設けられ、レーザトラッカはベースプレートの開口部を通して移動ステージのベースプレート側に設けられたリフレクタにレーザ光を照射する例について説明した。しかし、レーザトラッカは、ベースプレートの移動ステージ側の面に設けられていてもよい。この場合には、ベースプレートの開口部を省略することができる。但し、レーザトラッカと直線駆動機構との干渉の恐れを考慮すると、上述の実施の形態のように、レーザトラッカはベースプレートの移動ステージ側とは反対側の面上に設けられることが望ましい。 Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. In the first to third embodiments, one or two or more laser trackers are provided on the surface of the base plate opposite to the moving stage side, and the laser tracker is provided on the base plate side of the moving stage through the opening of the base plate. An example in which the laser beam is irradiated has been described. However, the laser tracker may be provided on the surface of the base plate on the moving stage side. In this case, the opening of the base plate can be omitted. However, considering the possibility of interference between the laser tracker and the linear drive mechanism, the laser tracker is preferably provided on the surface of the base plate opposite to the moving stage as in the above-described embodiment.

実施の形態４では、パラレル機構３００のレーザトラッカ４３１〜４３３のかわりにユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１〜４４３を用いる場合を説明した。しかし、パラレル機構１００のレーザトラッカ４１１のかわりにユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１を用いることが可能であり、パラレル機構２００のレーザトラッカ４２１及び４２２のかわりにユニバーサルレーザ干渉測長ユニット４４１及び４４２を用いることが可能である。この場合、レーザトラッカ４２１及び４２２は、２軸回転機構４１０２の方位角φ及び仰俯角θを制御部７に出力する。   In the fourth embodiment, the case where the universal laser interference length measuring units 441 to 443 are used instead of the laser trackers 431 to 433 of the parallel mechanism 300 has been described. However, the universal laser interference length measuring unit 441 can be used instead of the laser tracker 411 of the parallel mechanism 100, and the universal laser interference length measuring units 441 and 442 are used instead of the laser trackers 421 and 422 of the parallel mechanism 200. It is possible. In this case, the laser trackers 421 and 422 output the azimuth angle φ and the elevation angle θ of the biaxial rotation mechanism 4102 to the control unit 7.

また、上述の実施の形態では、３本の直線駆動機構を有する３自由度のパラレル機構について説明したが、他の方式のパラレル機構にレーザトラッカ及びリフレクタを適用できることはいうまでもない。   In the above-described embodiment, a three-degree-of-freedom parallel mechanism having three linear drive mechanisms has been described. Needless to say, a laser tracker and a reflector can be applied to other parallel mechanisms.

他の方式のパラレル機構にユニバーサルレーザ干渉測長ユニット及びリフレクタを適用してもよく、他の方式のパラレル機構の直線駆動機構にレーザ干渉測長計及びリフレクタを組み込んでもよい。リフレクタとしてレトロリフレクタを用いることができる。   A universal laser interference length measurement unit and reflector may be applied to other types of parallel mechanisms, and a laser interference length meter and reflector may be incorporated into a linear drive mechanism of another type of parallel mechanism. A retro reflector can be used as the reflector.

例えば、６本の直線駆動機構を有し、互いに直交するＸＹＺの３方向、Ｘ軸周りの回転方向、Ｙ軸周りの回転方向、Ｚ軸周りの回転方向に駆動可能な、６自由度のパラレル機構を用いることも可能である。この構成では、６本の直線駆動機構とベースプレート、及び６本の直線駆動機構と移動ステージとは、球面ジョイント（合計１２個）により連結される。この場合、ベースプレートに対する移動ステージの平行度がずれている場合でも、移動ステージが回転方向にも駆動可能であるので、レーザトラッカ等での測定結果に応じて平行度を微調整できる。   For example, it has 6 linear drive mechanisms and can be driven in three directions of XYZ orthogonal to each other, in the rotational direction around the X axis, in the rotational direction around the Y axis, and in the rotational direction around the Z axis. It is also possible to use a mechanism. In this configuration, the six linear drive mechanisms and the base plate, and the six linear drive mechanisms and the moving stage are connected by spherical joints (12 in total). In this case, even when the parallelism of the moving stage with respect to the base plate is deviated, the moving stage can be driven in the rotational direction, so that the parallelism can be finely adjusted according to the measurement result by a laser tracker or the like.

また、上述の実施の形態では、いわゆるスチュワートプラットフォーム（Stewart Platform）型のパラレル機構について説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、ヘキサ（Hexa）型又は直動固定型などの他の方式のパラレル機構を用いることも可能である。さらに、ベースプレートと移動ステージとを連結する駆動機構も直動駆動機構に限られず、回転駆動機構部を有する多段の屈曲駆動機構やスライド機構などの他の駆動機構を用いることもできる。   In the above-described embodiment, a so-called Stewart Platform type parallel mechanism has been described, but this is merely an example. For example, other types of parallel mechanisms such as a hexa type or a direct acting fixed type may be used. Furthermore, the drive mechanism that connects the base plate and the moving stage is not limited to the direct drive mechanism, and other drive mechanisms such as a multistage bending drive mechanism or a slide mechanism having a rotation drive mechanism section can also be used.

上述のレーザトラッカは、レーザ光を含む任意のコヒーレント光を出射させ、コヒーレント光と反射光とを干渉させて移動ステージの移動距離を算出できる任意の測定部に置換することが可能である。また、リフレクタは、キャッツアイに限らず、入射光を逆方向に反射する任意の反射部に置換することが可能である。   The above-described laser tracker can be replaced with an arbitrary measurement unit that emits arbitrary coherent light including laser light and makes the coherent light and reflected light interfere to calculate the moving distance of the moving stage. Further, the reflector is not limited to the cat's eye, and can be replaced with an arbitrary reflecting portion that reflects incident light in the reverse direction.

上述の実施の形態では、パラレル機構が形状測定機に組み込まれる例について説明したが、これは例示に過ぎない。すなわち、上述の実施の形態にかかるパラレル機構は、その他の測定機、工作機械、運転シミュレーション装置などの、駆動機構を有する装置に組み込むことが可能である。   In the above-described embodiment, the example in which the parallel mechanism is incorporated in the shape measuring machine has been described, but this is only an example. That is, the parallel mechanism according to the above-described embodiment can be incorporated in an apparatus having a drive mechanism such as another measuring machine, a machine tool, or an operation simulation apparatus.

上述の実施形態にかかるパラレル機構が三次元測定機（ＣＭＭ）のような形状測定機に組み込まれる場合、レーザトラッカの出力、ユニバーサルレーザ干渉測長ユニットの出力、又は直線駆動機構に組み込まれたレーザ干渉測長計の出力は、パラレル機構の駆動機構にフィードバックされてもされなくてもよい。上記出力に基づいて移動ステージの位置を高精度に観測することができるので、静止ポイント測定の場合は上記出力のフィードバックを行わなくても被測定物の座標を正確に求めることができる。これに対し、倣い測定の場合は、移動ステージの駆動を高精度に行う必要があるため、上記出力がパラレル機構の駆動機構にフィードバックされることが好ましい。上述の実施形態にかかるパラレル機構が工作機械又は運転シミュレーション装置に組み込まれる場合も同様である。   When the parallel mechanism according to the above-described embodiment is incorporated into a shape measuring machine such as a coordinate measuring machine (CMM), the output of the laser tracker, the output of the universal laser interferometric length measuring unit, or the laser incorporated into the linear drive mechanism. The output of the interferometer may or may not be fed back to the drive mechanism of the parallel mechanism. Since the position of the moving stage can be observed with high accuracy based on the output, in the case of stationary point measurement, the coordinates of the object to be measured can be obtained accurately without feedback of the output. On the other hand, in the case of scanning measurement, since it is necessary to drive the moving stage with high accuracy, it is preferable that the output is fed back to the driving mechanism of the parallel mechanism. The same applies to the case where the parallel mechanism according to the above-described embodiment is incorporated in a machine tool or an operation simulation apparatus.

１〜３ 直線駆動機構
４ ベースプレート
５ 移動ステージ
６ プローブ
６ａ スタイラス
６ｂ 先端球
７ 制御部
８ ポール
１０ 伸縮ロッド
１１、１２ 直動ロッド
１３、１４ 直動ベアリング
１５〜１７、１０１、１３１、１４１ 球面ジョイント
１８、１９ 固定具
４１１、４２１、４２２、４３１〜４３３ レーザトラッカ
５１１、５２１、５２２、５３１〜５３３ リフレクタ
６１１、６２１、６２２、６３１〜６３３ 開口部
７１ 被測定物
７２ ステージ
１００、２００、３００ パラレル機構
４１００ ベースブロック
４１０１ 基準球
４１０２ ２軸回転駆動機構
４１０３ レーザ干渉測長計
４１０４ レーザ光
４１０５ 反射光
４１０６ 基台
５１０１ 台座
５１０２ キャッツアイ
Ｊ１１〜Ｓ１３、Ｊ２１〜Ｊ２３ ２自由度ジョイント
８１〜８３ 従動ジョイント機構
４００、５００ パラレル機構
４４１〜４４３ ユニバーサルレーザ干渉測長ユニット
４５１ ユニバーサル干渉計部
５４１ リフレクタ
７０１ 駆動制御部
７０２ 演算処理部
８１１、８２１、８３１、１００２ テレスコピック鏡筒
８１２ ユニバーサルジョイント
１００１ 干渉計支持部
１００３、８１０１ 第１部分
１００４、８１０２ 第２部分
１００５ シール部
１００６ 電磁石
１００７ ガス導入口
１００８ ピストン
１００９ 永久磁石
１０１０ 空間
１０１１ 摺動ガイド
４１０７ レーザ光出射口
４１０８ キャリッジ
４１１１、４１１２ 光ファイバ
Ｌ４１１ 直線
Ｏ 基準球の中心 1-3 Linear drive mechanism 4 Base plate 5 Moving stage 6 Probe 6a Stylus 6b Tip sphere 7 Control unit 8 Pole 10 Telescopic rods 11, 12 Linear rods 13, 14 Linear bearings 15-17, 101, 131, 141 Spherical joint 18 , 19 Fixing tools 411, 421, 422, 431 to 433 Laser trackers 511, 521, 522, 531 to 533 Reflectors 611, 621, 622, 631 to 633 Opening 71 Measured object 72 Stage 100, 200, 300 Parallel mechanism 4100 Base block 4101 Reference sphere 4102 Two-axis rotation drive mechanism 4103 Laser interferometer 4104 Laser light 4105 Reflected light 4106 Base 5101 Base 5102 Cat's eyes J11-S13, J21-J23 Two-degree-of-freedom joints 81-83 Parallel mechanism 441-443 Universal laser interference measurement unit 451 Universal interferometer unit 541 Reflector 701 Drive control unit 702 Arithmetic processing unit 811, 821, 831, 1002 Telescopic barrel 812 Universal joint 1001 Interferometer support unit 1003 , 8101 First part 1004, 8102 Second part 1005 Sealing part 1006 Electromagnet 1007 Gas inlet 1008 Piston 1009 Permanent magnet 1010 Space 1011 Sliding guide 4107 Laser light exit 4108 Carriage 4111 4112 Optical fiber L411 Straight line O Reference center

Claims (10)

ベースプレートと、
前記ベースプレートに対して移動する移動ステージと、
前記ベースプレートと前記移動ステージの間に設けられ、前記ベースプレートに対する前記移動ステージの相対位置を変化させる複数の駆動機構と、
前記複数の駆動機構のそれぞれと、前記ベースプレート及び前記移動ステージと、を連結する複数のジョイントと、
前記移動ステージの前記ベースプレート側の面に等しい間隔で複数設けられ、入射する光を反射する反射部と、
各々の前記反射部に測定光を照射するために、前記ベースプレートに等しい間隔で複数設けられ、前記反射部で反射した前記測定光と参照光との干渉を観測して前記移動ステージの移動距離及び移動方向を測定する測定部と、
前記複数の駆動機構を制御する制御部と、を備え、
前記測定部は、前記複数の駆動機構及び前記ベースプレートを連結する前記複数のジョイントのいずれかと、前記測定部が設置された前記ベースプレートの面の図心と、を結ぶ線の上に配置され、
前記反射部は、前記複数の駆動機構及び前記移動ステージを連結する前記複数のジョイントのいずれかと、前記反射部が設置された前記移動ステージの面の図心と、を結ぶ線の上に配置される、
パラレル機構。 A base plate;
A moving stage that moves relative to the base plate;
A plurality of drive mechanisms provided between the base plate and the moving stage, for changing the relative position of the moving stage with respect to the base plate;
A plurality of joints connecting each of the plurality of driving mechanisms, the base plate and the moving stage;
A plurality of reflectors that are provided at equal intervals on the surface of the moving stage on the base plate side and reflect incident light;
In order to irradiate each of the reflection parts with measurement light, a plurality of equal distances are provided on the base plate , and the interference between the measurement light reflected by the reflection part and the reference light is observed to determine the movement distance of the moving stage and A measuring unit for measuring the moving direction;
A control unit for controlling the plurality of drive mechanisms ,
The measurement unit is disposed on a line connecting any of the plurality of joints connecting the plurality of drive mechanisms and the base plate, and a centroid of the surface of the base plate on which the measurement unit is installed,
The reflecting portion is disposed on a line connecting any one of the plurality of joints connecting the plurality of driving mechanisms and the moving stage and a centroid of the surface of the moving stage on which the reflecting portion is installed. The
Parallel mechanism. 前記測定部が２つ設けられ、
前記反射部が２つ設けられ、
２つの前記測定部は、前記ベースプレートの面の図心に対して対称な位置に設置され、
２つの前記反射部は、前記移動ステージの面の図心に対して対称な位置に設置される、
請求項１に記載のパラレル機構。 Two measuring units are provided,
Two reflection parts are provided,
The two measurement units are installed at positions symmetrical with respect to the centroid of the surface of the base plate,
The two reflecting portions are installed at positions symmetrical with respect to the centroid of the surface of the moving stage.
The parallel mechanism according to claim 1 . 前記測定部が３つ設けられ、
前記反射部が３つ設けられ、
３つの前記測定部は、前記ベースプレートの面の図心を基準として等間隔な位置に設置され、
３つの前記反射部は、前記移動ステージの面の図心を基準として等間隔な位置に設置される、
請求項１に記載のパラレル機構。 Three measurement units are provided,
Three reflection portions are provided,
The three measuring units are installed at equally spaced positions with reference to the centroid of the surface of the base plate,
The three reflecting portions are installed at equally spaced positions with reference to the centroid of the surface of the moving stage.
The parallel mechanism according to claim 1 . 前記複数の駆動機構を構成する第１〜第６の駆動機構と、
前記複数のジョイントを構成する、前記ベースプレートと前記第１〜第６の駆動機構のそれぞれとを連結する第１〜第６のジョイントと、
前記複数のジョイントを構成する、前記移動ステージと前記第１〜第６の駆動機構のそれぞれとを連結する第７〜第１２のジョイントと、を備え、
前記第１〜第１２のジョイントは球状ジョイントである、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のパラレル機構。 First to sixth drive mechanisms constituting the plurality of drive mechanisms;
First to sixth joints connecting the base plate and each of the first to sixth drive mechanisms, which constitute the plurality of joints;
Comprising the seventh to twelfth joints connecting the moving stage and each of the first to sixth drive mechanisms, constituting the plurality of joints;
The first to twelfth joints are spherical joints,
The parallel mechanism according to any one of claims 1 to 3 . 前記測定部は、
前記ベースプレートに対して相対位置が固定された球と、
前記球の中心と前記反射部とを結ぶ線を光軸とする前記測定光を出射し、前記反射部で反射した前記測定光と前記参照光との干渉を観測する干渉計と、
前記球の前記中心で直交する２本の回転軸周りに前記干渉計を駆動する駆動部と、を備える、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパラレル機構。 The measuring unit is
A sphere whose relative position is fixed with respect to the base plate;
An interferometer that emits the measurement light whose optical axis is a line connecting the center of the sphere and the reflection portion, and observes interference between the measurement light reflected by the reflection portion and the reference light;
A drive unit that drives the interferometer around two rotation axes orthogonal to each other at the center of the sphere,
The parallel mechanism as described in any one of Claims 1 thru | or 4 . 前記２本の回転軸は、前記測定部が設置された前記ベースプレートの前記測定部が設置された面に平行である、
請求項５に記載のパラレル機構。 The two rotation axes are parallel to a surface of the base plate on which the measurement unit is installed, on which the measurement unit is installed.
The parallel mechanism according to claim 5 . 前記測定部は、
前記測定光を出射し、前記反射部で反射した前記測定光と前記参照光とを干渉させる干渉計と、
前記ベースプレートに設けられ、前記ベースプレートに対して固定された第１の点で直交する２本の回転軸まわりに回転可能なように前記干渉計を支持するベースプレート側回転機構と、
前記干渉計に固定された第１部分と前記第１部分に対して直線往復運動する第２部分とを備えるテレスコピック構造と、
前記移動ステージに設けられ、前記移動ステージに対して固定された第２の点で直交する２本の回転軸まわりに回転可能なように前記テレスコピック構造の前記第２部分を支持する移動ステージ側回転機構と、を備え、
前記反射部は、前記第２の点に配置される、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパラレル機構。 The measuring unit is
An interferometer that emits the measurement light and causes the measurement light reflected by the reflector to interfere with the reference light;
A base plate-side rotation mechanism that is provided on the base plate and supports the interferometer so as to be rotatable around two rotation axes orthogonal to each other at a first point fixed to the base plate;
A telescopic structure comprising a first part fixed to the interferometer and a second part reciprocating linearly with respect to the first part;
Moving stage side rotation that is provided on the moving stage and supports the second part of the telescopic structure so as to be rotatable around two rotation axes orthogonal to each other at a second point fixed to the moving stage. A mechanism,
The reflecting portion is disposed at the second point.
The parallel mechanism as described in any one of Claims 1 thru | or 4 . 前記測定部は、中心が前記第１の点に一致する球を備え、
前記干渉計は、前記第１の点と前記第２の点を結ぶ直線を光軸として前記測定光を出射する、
請求項７に記載のパラレル機構。 The measurement unit includes a sphere whose center coincides with the first point;
The interferometer emits the measurement light with a straight line connecting the first point and the second point as an optical axis;
The parallel mechanism according to claim 7 . 前記複数の駆動機構は、直動アクチュエータを備え、
前記テレスコピック構造は前記直動アクチュエータの一部である、
請求項７に記載のパラレル機構。 The plurality of drive mechanisms include a linear actuator,
The telescopic structure is part of the linear actuator;
The parallel mechanism according to claim 7 . 前記干渉計に接続された第１光ファイバ及び第２光ファイバを備え、
前記干渉計は、前記第１光ファイバを介して入力光を入力し、前記入力光から前記測定光及び前記参照光を生成し、前記反射部で反射した前記測定光と前記参照光を干渉させて干渉光を生成し、前記第２光ファイバを介して前記干渉光を出力する、
請求項７乃至９のいずれか一項に記載のパラレル機構。 A first optical fiber and a second optical fiber connected to the interferometer;
The interferometer inputs input light through the first optical fiber, generates the measurement light and the reference light from the input light, and causes the measurement light reflected by the reflection unit to interfere with the reference light. Generating interference light and outputting the interference light through the second optical fiber,
The parallel mechanism according to any one of claims 7 to 9 .
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