JPH06138947A - Attitude error controller for linear motion object - Google Patents

Attitude error controller for linear motion object

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JPH06138947A
JPH06138947A JP28484692A JP28484692A JPH06138947A JP H06138947 A JPH06138947 A JP H06138947A JP 28484692 A JP28484692 A JP 28484692A JP 28484692 A JP28484692 A JP 28484692A JP H06138947 A JPH06138947 A JP H06138947A
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JP
Japan
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axis
error
motion
slide table
attitude control
Prior art date
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Pending
Application number
JP28484692A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Takitani
俊夫 滝谷
Tsutomu Fujita
藤田  勉
Hideki Endo
英樹 遠藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Zosen Corp
Original Assignee
Hitachi Zosen Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Zosen Corp filed Critical Hitachi Zosen Corp
Priority to JP28484692A priority Critical patent/JPH06138947A/en
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Abstract

PURPOSE:To ensure the high accuracy of motion over a stroke of a long distance, i.e., several tens of centimeters in regard of an attitude control table itself. CONSTITUTION:An arithmetic unit 13 calculates a 5-axis motion error by combining the 3-axis measurement results of the 3-axis measurement controllers 11 and 12 based on the measurement results of two 3-axis masurement units 8 and 9. Then the unit 13 applies the operational output to a 5-axis attitude control table 15 set on a slide table 3 for the 5-axis attitude control so that the 5-axis motion error is eliminated. Furthermore the 5-axis motion error caused by the motion of the table 3 is corrected so that the attitude of the table 15 is kept with high accuracy while the table 15 itself is moved in a long distance, i.e., several tens of centimeters. Furthermore the 5-axis error can also be precisely corrected in a submicron range for a long stroke except the traveling direction of a linear motion object.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、精密測定機のセンサ移
動機構や、精密工作機の微小切込み台などに用いる直線
運動体の姿勢誤差制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a posture error control device for a linear moving body used for a sensor moving mechanism of a precision measuring machine, a micro-cutting stand of a precision machine tool, or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、直線運動体の姿勢制御テーブル
は、シリコンウエハのアライナや超精密研削のワークテ
ーブルとして用いられているが、何れも一定位置におけ
る姿勢制御テーブルとしての役目しか果たしていなかっ
た。
2. Description of the Related Art Conventionally, a posture control table for a linear moving body has been used as an aligner for silicon wafers or a work table for ultra-precision grinding, but each of them only served as a posture control table at a fixed position. .

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では、
姿勢制御テーブル自体を数十cmの長い距離に渡って移
動しながら精密に姿勢を保つことは困難であった。たと
えば、ワークの流れ作業的なラインにおいて、精密な再
アライメントを必要とし、長い距離に渡って移動しなが
ら精密な計測や加工ができなかった。また、直線運動体
の進行方向を除いた、進行方向に対して垂直な2変位、
ピッチング、ローリング、ヨウイングの傾斜角の5軸の
運動誤差補正技術は、長ストロークに渡ってサブミクロ
ンの精密な範囲では非常に測定が困難であった。
SUMMARY OF THE INVENTION In the above conventional configuration,
It was difficult to precisely maintain the posture while moving the posture control table itself over a long distance of several tens of cm. For example, in a work flow work line, precise realignment is required, and precise measurement and processing cannot be performed while moving over a long distance. Also, two displacements perpendicular to the traveling direction, excluding the traveling direction of the linear moving body,
The 5-axis motion error correction technology for pitching, rolling, and yawing inclination angles has been extremely difficult to measure in a submicron precision range over a long stroke.

【0004】本発明は上記従来の問題を解決するもの
で、姿勢制御テーブル自体を数十cmの長い距離に及ぶ
ストロークに渡って運動の高精度化を図ることができる
直線運動体の姿勢誤差制御装置を提供することを目的と
する。
The present invention solves the above-mentioned problems of the related art, and the attitude error control of a linear moving body which can improve the accuracy of the motion of the attitude control table itself over a long stroke of several tens of centimeters. The purpose is to provide a device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の直線運動体の姿勢誤差制御装置は、ベース上
に設けられたリニアスケールの目盛りを、スライドテー
ブルに設けられた計測器で読み取ることによりベース上
を直線運動するスライドテーブルの運動位置、前記スラ
イドテーブルの運動誤差としての変位および傾斜角の3
軸測定が可能な3軸測定ユニットが並行に2台設けら
れ、前記2台の3軸測定ユニットの測定結果に基づいて
演算することにより、スライドテーブルの運動位置並び
に、前記進行方向に対して垂直な2変位、ピッチング、
ローリング、およびヨウイングの傾斜角の5軸運動誤差
を測定する運動誤差測定部と、前記スライドテーブル上
に搭載されて5軸姿勢制御可能に構成された5軸姿勢制
御テーブルと、前記運動誤差測定部で測定された5軸運
動誤差に基づいて前記5軸姿勢制御テーブルに対して前
記スライドテーブルの運動に伴う5軸運動誤差を補正制
御する制御部とを備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a posture error control device for a linear moving body according to the present invention uses a scale provided on a base for measuring a linear scale provided on a slide table. 3 of the movement position of the slide table that moves linearly on the base by reading, the displacement and the inclination angle as the movement error of the slide table.
Two 3-axis measurement units capable of axis measurement are provided in parallel, and by performing calculation based on the measurement results of the two 3-axis measurement units, the movement position of the slide table and the vertical direction with respect to the traveling direction are set. 2 displacements, pitching,
A motion error measuring unit that measures a 5-axis motion error of the tilt angle of rolling and yawing, a 5-axis attitude control table that is mounted on the slide table and is capable of 5-axis attitude control, and the motion error measuring unit. And a control unit for correcting and controlling the 5-axis motion error associated with the movement of the slide table with respect to the 5-axis attitude control table, based on the 5-axis motion error measured in (4).

【0006】[0006]

【作用】上記構成により、運動誤差測定部において、2
台の3軸測定ユニットからの測定結果に基き5軸運動誤
差を演算して測定し、直線運動体のあらゆる可能な運動
自由度に対する運動誤差が測定され、さらに、制御部に
おいて、スライドテーブル上に搭載された5軸姿勢制御
テーブルに対してその運動誤差がなくなるように姿勢制
御されるので、姿勢制御テーブル自体を数十cmの長い
距離に渡って移動させながら精密に姿勢を保たせること
が可能となり、また、長い距離に渡ってサブミクロンの
精密な誤差補正が可能となる。
With the above structure, the motion error measuring unit can be
The 5-axis motion error is calculated and measured based on the measurement result from the 3-axis measurement unit of the stand, and the motion error for all possible motion degrees of freedom of the linear motion body is measured. The posture is controlled so that there is no motion error with respect to the mounted 5-axis posture control table, so it is possible to maintain the posture precisely while moving the posture control table itself over a long distance of several tens of centimeters. Also, submicron precision error correction is possible over a long distance.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図1は本発明の一実施例の直線運動
体の姿勢誤差制御装置の概略構成図であり、図2は図1
における6軸測定ユニットが配置されたテーブル部の斜
視図である。図1および図2において、直線方向に前後
に伸びるベース1の直線案内部2の上面には、スライド
テーブル3が前後にスライド可能に載置されている。こ
のベース1の幅方向の一方端部には、上面にコード化さ
れた目盛りが刻まれたガラススケール4が直線案内部2
と並行に配置されている。また、ベース1の他方端部に
は所定角度θだけ傾斜した傾斜面が設けられ、この傾斜
面上にガラススケール5の側面が載置されて直線案内部
2およびガラススケール4と並行に配置されている。さ
らに、スライドテーブル3の一方側面部には、ガラスス
ケール4の上面と計測部が対向するようにCCDカメラ
6が取り付けられている。また、スライドテーブル3の
他方側面下部に連なる端面部は所定角度θだけ傾斜した
傾斜面に構成され、この傾斜面上には、ガラススケール
5の上面と計測部が対向するようにCCDカメラ7が取
り付けられている。これらガラススケール4とCCDカ
メラ6で第1の3軸測定ユニット8を構成し、また、ガ
ラススケール5とCCDカメラ7で第2の3軸測定ユニ
ット9を構成している。以上の第1の3軸測定ユニット
8および第2の3軸測定ユニット9により6軸測定ユニ
ット10が構成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a schematic configuration diagram of a posture error control device for a linear moving body according to an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 6 is a perspective view of a table portion in which the 6-axis measurement unit in FIG. In FIGS. 1 and 2, a slide table 3 is mounted on the upper surface of a linear guide portion 2 of a base 1 extending in the front-rear direction so as to be slidable in the front-rear direction. At one end of the base 1 in the width direction, a glass scale 4 having a coded scale on its upper surface is provided with a linear guide portion 2.
It is arranged in parallel with. In addition, an inclined surface inclined by a predetermined angle θ is provided at the other end of the base 1, and the side surface of the glass scale 5 is placed on the inclined surface and arranged in parallel with the linear guide portion 2 and the glass scale 4. ing. Further, a CCD camera 6 is attached to one side surface of the slide table 3 so that the upper surface of the glass scale 4 and the measuring section face each other. Further, the end surface portion connected to the lower portion of the other side surface of the slide table 3 is formed as an inclined surface inclined by a predetermined angle θ, and the CCD camera 7 is arranged on the inclined surface so that the upper surface of the glass scale 5 and the measuring unit face each other. It is installed. The glass scale 4 and the CCD camera 6 compose a first triaxial measurement unit 8, and the glass scale 5 and the CCD camera 7 compose a second triaxial measurement unit 9. A 6-axis measuring unit 10 is constituted by the first 3-axis measuring unit 8 and the second 3-axis measuring unit 9 described above.

【0008】また、CCDカメラ6に接続される3軸測
定コントローラ11は、CCDカメラ6からの測定値を演
算し、直線運動体としてのスライドテーブル3の座標位
置X、運動誤差として、CCDカメラ6とガラススケー
ル4上面との変位量Z1 、傾斜角α1 を求める。また同
様に、CCDカメラ7に接続される3軸測定コントロー
ラ12は、CCDカメラ7からの測定値を演算し、直線運
動体としてのスライドテーブル3の座標位置X、運動誤
差として、CCDカメラ7とガラススケール5上面との
変位量Z2 、傾斜角α2 を求める。
Further, the three-axis measurement controller 11 connected to the CCD camera 6 calculates the measured value from the CCD camera 6 and calculates the coordinate position X of the slide table 3 as a linear moving body and the CCD camera 6 as a movement error. Then, the displacement amount Z 1 between the glass scale 4 and the upper surface of the glass scale 4 and the inclination angle α 1 are obtained. Similarly, the three-axis measurement controller 12 connected to the CCD camera 7 calculates the measurement value from the CCD camera 7 and calculates the coordinate position X of the slide table 3 as a linear moving body and the CCD camera 7 as a movement error. A displacement amount Z 2 from the upper surface of the glass scale 5 and an inclination angle α 2 are obtained.

【0009】これら3軸測定コントローラ11,12が接続
される演算装置13は、3軸測定コントローラ11,12から
の演算値を組み合わせて、直線運動体としてのスライド
テーブル3の座標位置Xと、運動誤差として、垂直方向
の変位量Z、左右方向の変位量Y、前後方向に沿う垂直
面内のPitching角、左右方向に沿う垂直面内の
Rolling角、および、水平面内のYawing角
の合計6軸の変位を求める。また、演算装置13はアクチ
ュエータドライバー14を介して、スライドテーブル3上
に載置された姿勢制御テーブル15のアクチュエータ17に
接続され、6軸変位の運動誤差に応じてアクチュエータ
ドライバー14を介してアクチュエータ17を、ベース1の
直線案内部2上をスライドテーブル3がスライドして移
動するに際して発生する、スライドテーブル3の座標位
置Xを除く5軸変位の運動誤差を無くすように姿勢制御
する。
The arithmetic unit 13 to which these three-axis measuring controllers 11 and 12 are connected combines the calculated values from the three-axis measuring controllers 11 and 12 to calculate the coordinate position X of the slide table 3 as a linear moving body and the movement. As the error, a total of 6 axes including a vertical displacement amount Z, a horizontal displacement amount Y, a vertical plane Pitching angle along the front-rear direction, a vertical plane Rolling angle along the horizontal direction, and a horizontal Yawing angle. Find the displacement of. Further, the arithmetic unit 13 is connected to the actuator 17 of the posture control table 15 placed on the slide table 3 via the actuator driver 14, and the actuator 17 is connected via the actuator driver 14 according to the motion error of the 6-axis displacement. The posture control is performed so as to eliminate the motion error of the 5-axis displacement except the coordinate position X of the slide table 3 that occurs when the slide table 3 slides and moves on the linear guide portion 2 of the base 1.

【0010】図3は図1における姿勢制御テーブル15の
スライドテーブル3への組立を示す斜視図である。図3
において、姿勢制御テーブル15は、弾性ヒンジ機構で構
成された4本の支持体16によって支持され、支持体16の
間に5本のアクチュエータ17が設けられ、姿勢制御可能
に構成されている。この姿勢制御テーブル15の左右に設
けられた鍔部の長穴18にボルト19を通し、これらボルト
19をスライドテーブル3上のボルト穴20に螺合して姿勢
制御テーブル15を固定する。
FIG. 3 is a perspective view showing the assembly of the attitude control table 15 in FIG. 1 to the slide table 3. Figure 3
In the above, the posture control table 15 is supported by four supports 16 constituted by an elastic hinge mechanism, and five actuators 17 are provided between the supports 16 so that the posture can be controlled. Insert bolts 19 into the long holes 18 of the flanges provided on the left and right of this attitude control table 15,
The attitude control table 15 is fixed by screwing 19 into the bolt hole 20 on the slide table 3.

【0011】図4は図1における姿勢制御テーブル15の
斜視図であり、AとBは姿勢制御テーブル15の裏側を見
るための鏡である。図4において、5本のアクチュエー
タ17のうち鍔部の設けられている側面部の、縦方向に配
置されたアクチュエータ17a,17b,17cは、運動誤差
補正として、垂直方向の変位量Z、進行方向Gである前
後方向に沿う垂直面内のPitching角、および、
左右方向に沿う垂直面内のRolling角の3軸の駆
動を司るものであり、また、他の横方向に配置されたア
クチュエータ16d,16eは、左右方向の変位量Y、およ
び、水平面内のYawing角の3軸の駆動を司るもの
である。
FIG. 4 is a perspective view of the attitude control table 15 in FIG. 1, and A and B are mirrors for viewing the back side of the attitude control table 15. In FIG. 4, among the five actuators 17, the actuators 17a, 17b and 17c vertically arranged on the side surface where the collar is provided are provided with vertical displacement amount Z and traveling direction as motion error correction. Pitching angle in the vertical plane along the front-back direction that is G, and
The actuators 16d and 16e arranged to drive the three axes of the Rolling angle in the vertical plane along the left-right direction are provided with the actuators 16d and 16e arranged in the horizontal direction. The displacement amount Y in the left-right direction and the Yawing in the horizontal plane. It controls the drive of the three axes of the corner.

【0012】図5のaは図1の姿勢制御テーブル15にお
ける支持体16の斜視図、bはaの支持体16の状態からX
−Y方向に変位した状態を示す支持体16の斜視図、cは
aの支持体16の状態からZ方向に変位した状態を示す支
持体16の横断斜視図である。図5のa,b,cにおい
て、姿勢制御テーブル15の4本の支持体16はそれぞれ、
平行ばね構造と放射ばね構造よりなる一体型弾性ヒンジ
機構で構成されている。X−Y方向の変位は平行ばねが
司っており、また、Z方向の変位は放射ばねが司ってい
る。
FIG. 5A is a perspective view of the support 16 in the attitude control table 15 of FIG. 1, and FIG.
FIG. 6 is a perspective view of the support 16 showing a state of being displaced in the −Y direction, and c is a cross-sectional perspective view of the support 16 showing a state of being displaced in the Z direction from the state of the support 16 of a. In FIGS. 5A, 5B, and 5C, the four supports 16 of the attitude control table 15 are respectively
It is composed of an integral elastic hinge mechanism composed of a parallel spring structure and a radial spring structure. The parallel spring controls the displacement in the XY directions, and the radial spring controls the displacement in the Z direction.

【0013】上記構成により、ベース1の直線案内部2
上をスライドテーブル3がスライドして移動するに際し
て、スライドテーブル3の両側に固定されたCCDカメ
ラ6,7はそれぞれガラススケール4,5のそれぞれに
対して常に垂直を保ったまま移動するのではなく、図6
の、たとえば、3軸測定ユニット8における3軸要素の
誤差説明図に示すように被測定物の精度に沿ってCCD
カメラ6は移動する。したがって、直線運動体としての
スライドテーブル3には、その運動座標位置Xを除く垂
直方向の変位量Z、左右方向の変位量Y、前後方向に沿
う垂直面内のPitching角、左右方向に沿う垂直
面内のRolling角、および、水平面内のYawi
ng角の5軸の運動誤差が生じる。
With the above structure, the linear guide portion 2 of the base 1 is provided.
When the slide table 3 slides and moves on the upper side, the CCD cameras 6 and 7 fixed on both sides of the slide table 3 do not always move vertically while being kept perpendicular to the glass scales 4 and 5, respectively. , Fig. 6
For example, as shown in the error explanatory diagram of the triaxial element in the triaxial measuring unit 8, as shown in the diagram of FIG.
The camera 6 moves. Therefore, the slide table 3 as a linear moving body has a vertical displacement amount Z excluding its motion coordinate position X, a horizontal displacement amount Y, a pitching angle in a vertical plane along the front-rear direction, and a vertical direction along the left-right direction. Rolling angle in the plane and Ywi in the horizontal plane
A 5-axis ng angle motion error occurs.

【0014】これら5軸の運動誤差を、3軸測定ユニッ
ト8,9からの計測値に基づいて、3軸測定コントロー
ラ10,11さらに演算装置12により演算して求める。すな
わち、3軸測定ユニット8において、ガラススケール4
の上面に刻まれたコード化された目盛りをCCDカメラ
6で読み取り、CCDカメラ6からの測定値を3軸測定
コントローラ11で演算し、直線運動体としてのスライド
テーブル3の座標位置X、運動誤差として、CCDカメ
ラ6とガラススケール4上面との変位量Z1 、傾斜角α
1 を得る。また、3軸測定ユニット9さらに3軸測定コ
ントローラ12についても同様に、直線運動体としてのス
ライドテーブル3の座標位置X、運動誤差として、CC
Dカメラ7とガラススケール5上面との変位量Z2 、傾
斜角α2を得る。これらに基づいて、演算手段13におい
て、直線運動体としてのスライドテーブル3の座標位置
X、垂直方向の変位量Z、左右方向の変位量Y、前後方
向に沿う垂直面内のPitching角、左右方向に沿
う垂直面内のRolling角、および、水平面内のY
awing角の6軸の変位を得る。
These 5-axis motion errors are calculated by the 3-axis measurement controllers 10 and 11 and the arithmetic unit 12 based on the measured values from the 3-axis measurement units 8 and 9. That is, in the triaxial measurement unit 8, the glass scale 4
The coded scale engraved on the upper surface of the table is read by the CCD camera 6, the measured values from the CCD camera 6 are calculated by the 3-axis measurement controller 11, and the coordinate position X of the slide table 3 as a linear moving body and the movement error. As the displacement amount Z 1 between the CCD camera 6 and the upper surface of the glass scale 4 and the inclination angle α
Get one . Similarly, for the triaxial measurement unit 9 and the triaxial measurement controller 12, the coordinate position X of the slide table 3 as a linear moving body and the motion error CC
A displacement amount Z 2 between the D camera 7 and the upper surface of the glass scale 5 and an inclination angle α 2 are obtained. Based on these, in the calculating means 13, the coordinate position X of the slide table 3 as a linear moving body, the displacement amount Z in the vertical direction, the displacement amount Y in the left-right direction, the Pitching angle in the vertical plane along the front-back direction, and the left-right direction. Angle in the vertical plane along Y, and Y in the horizontal plane
Obtain the displacement of 6 axes of the awing angle.

【0015】ここで、リニアスケールの長さ方向に直角
にバーコードを刻んだ3軸測定ユニットと、図7に示す
ようにバーコードを所定角度βで斜めに刻んだ3軸測定
ユニットの2種類を、図1のように取り付けると6軸の
測定が行える。このときの測定諸元を次の(表1)に示
す。
Here, there are two kinds of three-axis measuring unit in which a bar code is engraved at right angles to the length direction of the linear scale, and three-axis measuring unit in which the bar code is engraved at a predetermined angle β as shown in FIG. By mounting as shown in FIG. 1, 6-axis measurement can be performed. The measurement specifications at this time are shown in the following (Table 1).

【0016】[0016]

【表1】 以下、演算手段13における6軸変位計算法について説明
する。バーコードをリニアスケールに対し斜めに(βr
ad)刻んだ3軸測定ユニット8をSPACER1と
し、直角にバーコードを刻んだ3軸測定ユニット9をS
PACER2とするとき、各々のX軸の座標をξ1 ,ξ
2 、Z軸の変位をη1 ,η2 、傾斜角をα 1 ,α2 とす
る。また、SPACER1とSPACER2の間隔を
L、SPACER2の取付角をθとする。
[Table 1]Hereinafter, the 6-axis displacement calculation method in the calculation means 13 will be described.
To do. Make the bar code diagonal to the linear scale (βr
ad) The engraved 3-axis measuring unit 8 with SPACER1
Then, S the 3-axis measuring unit 9 with a bar code engraved at right angles
When PACER2 is set, the coordinate of each X axis is ξ1, Ξ
2, Z axis displacement is η1, Η2, Tilt angle α 1, Α2Tosu
It In addition, the space between SPACER1 and SPACER2
Let θ be the mounting angle of L and SPACER2.

【0017】このときステージのX,Y,Z方向の変位
は、次の(数1)式のように表すことができる。
At this time, the displacement of the stage in the X, Y, and Z directions can be expressed by the following equation (1).

【0018】[0018]

【数1】 また、ステージのRoll角、Yaw角、Pitch角
は、次の(数2)式のように表すことができる。
[Equation 1] In addition, the Roll angle, the Yaw angle, and the Pitch angle of the stage can be expressed by the following equation (2).

【0019】[0019]

【数2】 このように、一方を所定角度θだけ傾けて3軸測定ユニ
ットを2台使用することにより、6軸の変位を精度良く
同時に測定できる。
[Equation 2] As described above, by using two three-axis measuring units with one side inclined by a predetermined angle θ, the displacements of the six axes can be accurately measured simultaneously.

【0020】次に、姿勢制御テーブル15の平面が5本の
アクチュエータ17a〜17eによってどのように姿勢制御
されるかを、以下に示す。まず、運動誤差補正としての
垂直方向の変位量Zの駆動については、縦方向のアクチ
ュエータ17a,17b,17cが同様に伸び縮みすることで
なされ、また、前後方向に沿う垂直面内のPitchi
ng角の駆動については、縦方向のアクチュエータ17
a,17bの伸び縮みの差によりなされ、さらに、左右方
向に沿う垂直面内のRolling角の駆動について
は、縦方向のアクチュエータ17a,17bとアクチュエー
タ17cの伸び縮みの差によりなされる。
Next, how the plane of the posture control table 15 is posture-controlled by the five actuators 17a to 17e will be described below. First, the driving of the vertical displacement amount Z as the motion error correction is performed by expanding and contracting the vertical actuators 17a, 17b, 17c in the same manner.
For driving in ng angle, vertical actuator 17
The difference between the expansion and contraction of a and 17b is used, and the driving of the Rolling angle in the vertical plane along the left-right direction is performed by the difference between the expansion and contraction of the actuators 17a and 17b and the actuator 17c in the vertical direction.

【0021】すなわち、縦方向のアクチュエータ17a,
17b,17cの先端の空間座標をそれぞれ、(Xa
a ,Za , (Xb ,Yb ,Zb , (Xc ,Yc
c )とし、テーブル上面の方向余弦を(l,m,n)
とし、テーブル上面の中心座標を(0,0,z0 )とす
れば、テーブル上面の方程式は、 lx+my+nz=p , p=z0 /n であり、各アクチュエータ17a,17b,17cに与えるべ
き指令値は、Z座標値で次のように表すことができる。
That is, the vertical actuator 17a,
The spatial coordinates of the tips of 17b and 17c are (X a ,
Y a, Z a), ( X b, Y b, Z b), (X c, Y c,
Z c ) and the direction cosine of the table top is (l, m, n)
If the center coordinates of the table top surface are (0, 0, z 0 ), the equation of the table top surface is lx + my + nz = p 2, p = z 0 / n, and the command to be given to each actuator 17a, 17b, 17c The values can be expressed in Z coordinate values as follows:

【0022】[0022]

【数3】 ここで、xおよびyの座標は固定されているから、テー
ブル上面のZ方向変位の中心座標Z0 と、Pitchi
ng角およびRolling角を示す方向余弦のl,
m,nを指示すると、縦方向のアクチュエータ17a,17
b,17cの変位Z a ,Zb ,Zc が求められる。
[Equation 3]Here, since the x and y coordinates are fixed, the table
Center coordinate Z of displacement in the Z direction on the upper surface of the bull0And Pitchi
l of the direction cosine indicating the ng angle and the Rolling angle,
When m and n are specified, the vertical actuators 17a and 17a
Displacement Z of b and 17c a, Zb, ZcIs required.

【0023】さらに、運動誤差補正としての左右方向の
変位量Yの駆動については、横方向のアクチュエータ16
dを伸ばし、横方向のアクチュエータ16eを縮めること
でなされ、また、水平面内のYawing角の駆動につ
いては、横方向のアクチュエータ16d,16eを同時に伸
ばすことでなされる。
Further, for driving the lateral displacement Y as a motion error correction, the lateral actuator 16 is used.
d is extended and the lateral actuator 16e is contracted, and the driving of the yawing angle in the horizontal plane is performed by simultaneously extending the lateral actuators 16d and 16e.

【0024】一方、2台の3軸測定ユニットの信号をそ
れぞれ(ξ1 ,η1 ,α1 ),(ξ 2 ,η2 ,α2 )と
する。また、6軸の測定すべき量を(x,y,z,
θx ,θ y ,θz )とすると、ある行列Aが存在して、
On the other hand, the signals from the two 3-axis measuring units are
Each (ξ1, Η1, Α1), (Ξ 2, Η2, Α2)When
To do. In addition, the quantity to be measured on the 6 axes is (x, y, z,
θx, Θ y, Θz), There exists a matrix A,

【0025】[0025]

【数4】 のようになる。ただし、[Equation 4] become that way. However,

【0026】[0026]

【数5】 である。ここで、得られた(x,y,z,θx ,θy
θz )に対してPI演算をそれぞれ施し、その信号にさ
らに上述したアルゴリズムによって5本のアクチュエー
タ16a,16b,16c,16d,16eへの信号を演算し、そ
の後、アクチュエータドライバ14を介してアクチュエー
タ16a,16b,16c,16d,16eが駆動される。このよ
うにして、5軸の運動誤差補正が行われることになる。
[Equation 5] Is. Here, the obtained (x, y, z, θ x , θ y ,
θ z ) is respectively subjected to PI calculation, and the signals are further used to calculate the signals to the five actuators 16a, 16b, 16c, 16d, 16e by the above-mentioned algorithm, and then the actuator 16a is transmitted via the actuator driver 14. , 16b, 16c, 16d, 16e are driven. In this way, the 5-axis motion error correction is performed.

【0027】したがって、比較的長い距離に渡って直線
運動の3軸成分を測定することのできる測定ユニットの
CCDカメラを2台、スライドテーブルの両側に取り付
けることにより、スライドテーブルの進行方向位置測定
と、5軸の運動誤差を同時に測定する5軸の運動誤差測
定システムを構成し、また、簡単なアルゴリズムにより
動作する5軸の姿勢制御テーブルをスライドテーブル上
に搭載して、5軸の運動誤差と5軸姿勢制御テーブルと
を組み合わせることによって、全体としてスライドテー
ブルの運動に伴うサブミクロンの5軸の運動誤差を補正
制御することができ、50cmに及ぶ長いストロークに渡
って直線運動の高精度化を図ることができる。このよう
に、姿勢制御テーブル自体を50cmにも及ぶ長い距離に
渡って移動させながら姿勢を保つことができることによ
り、たとえば、ワークの流れ作業的なラインにおいても
精密な再アライメントを必要とすることなく加工を行う
ことがきるばかりではなく、長い距離に渡る精密な計測
や加工をも行うことがきる。
Therefore, by mounting two CCD cameras, which are measuring units capable of measuring the three-axis components of the linear motion over a relatively long distance, on both sides of the slide table, it is possible to measure the position of the slide table in the traveling direction. A 5-axis motion error measurement system that simultaneously measures 5-axis motion errors is constructed, and a 5-axis attitude control table that operates according to a simple algorithm is mounted on a slide table. By combining with a 5-axis attitude control table, it is possible to correct and control the submicron 5-axis motion error that accompanies the motion of the slide table as a whole, improving the accuracy of linear motion over a long stroke of 50 cm. Can be planned. In this way, the posture can be maintained while moving the posture control table itself over a long distance of 50 cm, so that, for example, even in a work flow work line, precise realignment is not required. Not only can it be processed, but it can also be used for precise measurement and processing over long distances.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、2台の3
軸測定ユニットによる3軸測定結果を組み合わせて演算
することにより、スライドテーブルの進行方向位置測定
と5軸の運動誤差を検出し、また、スライドテーブル上
に5軸の姿勢制御テーブルを搭載して、この5軸姿勢制
御テーブルと5軸運動誤差測定部を組み合わせることに
より、5軸姿勢制御テーブル自体を長さ数十cmの長い
距離にも渡るサブミクロンの5軸誤差補正をすることが
できて高精度な直線運動を実現させることができる。
As described above, according to the present invention, two 3
By measuring the position of the slide table in the traveling direction and the motion error of the 5-axis by combining and calculating the 3-axis measurement results by the axis measuring unit, the 5-axis attitude control table is mounted on the slide table, By combining this 5-axis attitude control table and 5-axis motion error measuring unit, the 5-axis attitude control table itself can perform sub-micron 5-axis error correction over a long distance of several tens of centimeters. Accurate linear movement can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の直線運動体の姿勢誤差制御
装置の構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of a posture error control device for a linear moving body according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1における6軸測定ユニット10の斜視図FIG. 2 is a perspective view of the 6-axis measurement unit 10 in FIG.

【図3】図1における姿勢制御テーブル15のスライドテ
ーブル3への組立を示す斜視図
FIG. 3 is a perspective view showing the assembly of the attitude control table 15 in FIG. 1 to the slide table 3.

【図4】図1における姿勢制御テーブル15の斜視図、A
とBは姿勢制御テーブル15の裏側を見るための鏡
4 is a perspective view of an attitude control table 15 in FIG. 1, A
And B are mirrors for viewing the back side of the attitude control table 15.

【図5】aは図1の姿勢制御テーブル15における支持体
16の斜視図、bはaの支持体16の状態からX−Y方向に
変位した状態を示す支持体16の斜視図、cはaの支持体
16の状態からZ方向に変位した状態を示す支持体16の横
断斜視図
5A is a support in the attitude control table 15 of FIG.
16 is a perspective view of the support body 16, b is a perspective view of the support body 16 which is displaced from the state of the support body 16 of a in the XY direction, and c is the support body of a.
16 is a transverse perspective view of the support 16 showing a state in which the support 16 is displaced from the state 16 in the Z direction.

【図6】3軸測定ユニット8における3軸要素の誤差説
明図
FIG. 6 is an explanatory diagram of an error of a triaxial element in the triaxial measuring unit 8.

【図7】リニアスケールにバーコードを斜めに刻んだ3
軸測定ユニットの概略斜視図
[Figure 7] 3 with a bar code slanted on a linear scale
Schematic perspective view of axis measuring unit

【符号の説明】 1 ベース 3 スライドテーブル 4,5 ガラススケール 6,7 CCDカメラ 8,9 3軸測定ユニット 10 6軸測定ユニット 11,12 3軸測定コントローラ 13 演算装置 14 アクチュエータドライバー 15 姿勢制御テーブル 16 支持体 17,17a〜17e アクチュエータ[Explanation of symbols] 1 base 3 slide table 4,5 glass scale 6,7 CCD camera 8,9 3-axis measuring unit 10 6-axis measuring unit 11,12 3-axis measuring controller 13 arithmetic unit 14 actuator driver 15 attitude control table 16 Support 17, 17a-17e Actuator

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ベース上に設けられたリニアスケールの目
盛りを、スライドテーブルに設けられた計測器で読み取
ることによりベース上を直線運動するスライドテーブル
の運動位置、前記スライドテーブルの運動誤差としての
変位および傾斜角の3軸測定が可能な3軸測定ユニット
が並行に2台設けられ、前記2台の3軸測定ユニットの
測定結果に基づいて演算することにより、スライドテー
ブルの運動位置並びに、前記進行方向に対して垂直な2
変位、ピッチング、ローリング、およびヨウイングの傾
斜角の5軸運動誤差を測定する運動誤差測定部と、前記
スライドテーブル上に搭載されて5軸姿勢制御可能に構
成された5軸姿勢制御テーブルと、前記運動誤差測定部
で測定された5軸運動誤差に基づいて前記5軸姿勢制御
テーブルに対して前記スライドテーブルの運動に伴う5
軸運動誤差を補正制御する制御部とを備えた直線運動体
の姿勢誤差制御装置。
1. A moving position of a slide table that linearly moves on the base by reading a scale of a linear scale provided on the base with a measuring device provided on the slide table, and displacement as a motion error of the slide table. And two three-axis measurement units capable of performing three-axis measurement of the tilt angle are provided in parallel, and the movement position of the slide table and the progress are calculated by performing calculation based on the measurement results of the two three-axis measurement units. 2 perpendicular to the direction
A motion error measuring unit for measuring a 5-axis motion error of displacement, pitching, rolling, and yawing inclination angles; a 5-axis attitude control table mounted on the slide table and configured to enable 5-axis attitude control; Based on the 5-axis motion error measured by the motion-error measuring unit, the 5-axis attitude control table is moved with the movement of the slide table.
A posture error control device for a linear moving body, comprising: a control unit for correcting and controlling an axial movement error.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016068210A (en) * 2014-09-30 2016-05-09 Jfeスチール株式会社 Cutting method and cutting equipment

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