JPH10332860A - Support device of slider - Google Patents

Support device of slider

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Publication number
JPH10332860A
JPH10332860A JP14012197A JP14012197A JPH10332860A JP H10332860 A JPH10332860 A JP H10332860A JP 14012197 A JP14012197 A JP 14012197A JP 14012197 A JP14012197 A JP 14012197A JP H10332860 A JPH10332860 A JP H10332860A
Authority
JP
Japan
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force
slider
guide
control amount
guide member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP14012197A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Natsu
恒 夏
Takashi Hayashi
孝 林
Yoshiyasu Kuma
▲是▼易 熊
Yoshimitsu Matsuhashi
淑光 松橋
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.)
Kuroda Precision Industries Ltd
Original Assignee
Kuroda Precision Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuroda Precision Industries Ltd filed Critical Kuroda Precision Industries Ltd
Priority to JP14012197A priority Critical patent/JPH10332860A/en
Publication of JPH10332860A publication Critical patent/JPH10332860A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent bending of a guide by the weight of a slider and the guide and causing displacement in the slider in the height direction. SOLUTION: To eliminate a displacement in the height direction at the position of the slider 21, an external force is applied to the guide 22. The strength of the force applied actually to the guide is detected and control quantity is feedback-controlled so as to adjust to a target value. A force generation means is arranged in the vicinity of the both ends of the guide 22 and these forces are independently controlled. The calculated results of the strength of force necessary at each position are stored in a table. The actual displacement is detected by using a straight master and the displacement is corrected. To generate necessary forces, a bob is caused.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は摺動体の支持装置に
関し、例えば超精密平面度測定器において測定ヘッド部
分を所定の軸方向に移動自在な状態で保持するための機
構に適用しうる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a support device for a sliding body, and can be applied to, for example, a mechanism for holding a measuring head portion in an ultra-precision flatness measuring device so as to be movable in a predetermined axial direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば超精密平面度測定器では、微小変
位計を用いてそれと測定対象物とのZ軸方向(一般に鉛
直方向)の距離を検出しながら、Z軸と直交するX及び
Y軸方向に微小変位計及び測定対象物の少なくとも一方
を移動して、検出距離の変化から測定面の平坦度を識別
する。
2. Description of the Related Art For example, in an ultra-precision flatness measuring instrument, X and Y axes orthogonal to the Z axis are detected while detecting the distance between the measuring object and the Z-axis direction (generally the vertical direction) using a minute displacement meter. By moving at least one of the minute displacement meter and the measurement target in the direction, the flatness of the measurement surface is identified from the change in the detection distance.

【0003】この種の装置では、一般に微小変位計をX
軸方向に移動自在な状態で保持するために、微小変位計
を保持するスライダと、このスライダをX軸に沿って摺
動自在に案内するガイドを備えている。ガイドは、その
構造上、両端で支持される場合が多いので、それの自重
やスライダ及び変位計の荷重によって撓みが生じる。こ
の種の撓みは、僅かであっても超精密測定や超精密加工
の分野では重大な悪影響を及ぼす場合がある。
[0003] In this type of apparatus, a small displacement meter is generally connected to an X.
A slider for holding the micro displacement meter and a guide for slidably guiding the slider along the X-axis are provided to hold the slider in a freely movable state in the axial direction. Since the guide is often supported at both ends due to its structure, the guide is bent by its own weight or the load of the slider and the displacement meter. Even a small amount of this kind of bending can have a serious adverse effect in the field of ultra-precision measurement and ultra-precision machining.

【0004】このため従来より、例えば特公平6−31
736号公報及び特公平6−44051号公報に示され
るように、ガイドの材質を工夫したりそれを中空体に構
成し、ガイドの剛性を高めて撓み量を低減している。一
方、図23に示すように直定規を支点1、支点2の2点
で支持し、a/Lの係数が0.5228になるように支
点位置を定めると、直定規の中央部では撓みが生じない
ことが良く知られており(日本機械学会編:機械工学便
覧、B2加工学・加工機器、p197)支点の範囲内の
みを利用する場合に都合がよい。
For this reason, conventionally, for example, Japanese Patent Publication No. 6-31
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 736 and Japanese Patent Publication No. 6-44051, the guide material is devised or is formed in a hollow body to increase the rigidity of the guide and reduce the amount of deflection. On the other hand, as shown in FIG. 23, when the straight ruler is supported at two points of the fulcrum 1 and the fulcrum 2 and the fulcrum position is determined so that the coefficient of a / L becomes 0.5228, the bending at the center of the straight ruler is reduced. It is well known that this does not occur (edited by the Japan Society of Mechanical Engineers: Mechanical Engineering Handbook, B2 Machining Science / Machining Equipment, p197), which is convenient when only the fulcrum is used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ようにガイドの材質や構造を工夫してもなお、ガイドの
撓みによる悪影響は残る。例えば特公平6−31736
号公報に示された例では、材質としてアルミナセラミッ
クスを用いた場合に、ストロークが240mmの両端支
持中空直進案内機構において、最大撓み量は0.2μ
m、スライダの位置に応じた撓み量の変化は0.1μm
であるが、この程度の撓み量であっても、精度をナノメ
ートルオーダーとする超精密加工や超精密測定において
は大きな影響を及ぼす。
However, even if the material and structure of the guide are devised as in the prior art, adverse effects due to the deflection of the guide remain. For example, Japanese Patent Publication No. 6-31736
In the example shown in the above publication, when alumina ceramic is used as the material, the maximum bending amount is 0.2 μm in the hollow linear guide mechanism having a stroke of 240 mm at both ends.
m, the change in the amount of deflection according to the position of the slider is 0.1 μm
However, even this amount of deflection has a great effect on ultra-precision machining or ultra-precision measurement with an accuracy on the order of nanometers.

【0006】図23に示した直定規の原理を、超精密測
定器や超精密加工機における摺動体の支持装置に適用す
れば、ガイドの撓みを大幅に低減しうる。しかしなが
ら、この原理では実際にスライダの移動に利用される支
点間の距離の約2倍の長さのガイドが必要になり、材料
費用やガイドが占有する空間の無駄が多いので、実用性
が低い。
[0008] If the principle of the straight ruler shown in FIG. 23 is applied to an apparatus for supporting a sliding body in an ultra-precision measuring instrument or an ultra-precision processing machine, the bending of the guide can be greatly reduced. However, according to this principle, a guide having a length approximately twice as long as the distance between the fulcrums actually used for moving the slider is required, and the material cost and the space occupied by the guide are wasteful, so that the practicality is low. .

【0007】またこの原理を用いても、撓みの影響を十
分に低減できない。つまり、ガイドの自重によって生じ
る静的な撓みについては図23の原理で低減できるが、
スライダの重みによる撓みについては、それの移動に伴
ってガイド各部の撓み量が動的に変化するため対応でき
ない。本発明は、上述のような摺動体の支持装置におい
て、装置の大型化やコストの上昇を抑えると共に、ガイ
ドの自重によるそれの静的な撓みとスライダの移動によ
って生じるガイドの動的な撓みの両者を低減して、スラ
イダの位置決め精度を更に改善することを目的とする。
[0007] Even if this principle is used, the effect of bending cannot be reduced sufficiently. That is, static deflection caused by the weight of the guide can be reduced by the principle of FIG.
The bending due to the weight of the slider cannot be dealt with because the amount of bending of each part of the guide dynamically changes with its movement. The present invention suppresses the increase in size and cost of the device in the above-described sliding member support device, and reduces the static deflection of the guide due to its own weight and the dynamic deflection of the guide caused by the movement of the slider. An object of the present invention is to reduce both of them to further improve the positioning accuracy of the slider.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明では、それ自身の両端もしくは
その近傍の少なくとも2点が支持されたガイド部材と、
該ガイド部材に案内されて所定の方向に摺動自在なスラ
イダ部材とからなる摺動体の支持装置において、前記ガ
イド部材上における前記スライダ部材の摺動方向位置を
検出する位置検出手段と、前記ガイド部材の端部もしく
はその近傍に加圧力もしくは引張力を加える力発生手段
と、前記ガイド部材の撓みによる前記スライダ部材の位
置変位を矯正するために、前記位置検出手段が検出した
位置情報に応じて決定した制御量を前記力発生手段に与
える矯正力制御手段を設けたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the first aspect of the present invention, there is provided a guide member having at least two points at its both ends or at the vicinity thereof,
A position detecting means for detecting a sliding position of the slider member on the guide member; and A force generating means for applying a pressing force or a pulling force to an end of the member or in the vicinity thereof, and a position detecting means for correcting a positional displacement of the slider member due to the bending of the guide member, according to position information detected by the position detecting means. Correction force control means for providing the determined control amount to the force generation means is provided.

【0009】また請求項2に記載した発明では、前記請
求項1記載の摺動体の支持装置において、前記力発生手
段が、前記ガイド部材に実際に加わる力の大きさを検出
する力検出手段を備え、前記矯正力制御手段が、前記力
検出手段の検出した力の大きさに応じて、前記力発生手
段に与える制御量を自動的に修正するフィードバック制
御手段を含むことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the sliding body support device according to the first aspect, the force generating means includes a force detecting means for detecting a magnitude of a force actually applied to the guide member. Wherein the correction force control means includes feedback control means for automatically correcting a control amount given to the force generation means according to the magnitude of the force detected by the force detection means.

【0010】また請求項3記載の発明では、前記請求項
1記載の摺動体の支持装置において、前記力発生手段
が、前記ガイド部材の一端もしくはその近傍に配置され
た第1の力発生手段と、前記ガイド部材の他端もしくは
その近傍に配置された第2の力発生手段を備え、前記矯
正力制御手段が、前記位置検出手段が検出した位置情報
と、予め定められた評価関数とに基づいて、前記第1の
力発生手段に与える制御量と前記第2の力発生手段に与
える制御量の両者をそれぞれ独立に決定する制御量決定
手段を備えることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the sliding device supporting device according to the first aspect, the force generating means includes a first force generating means disposed at one end of the guide member or in the vicinity thereof. A second force generating unit disposed at or near the other end of the guide member, wherein the correction force control unit performs a correction based on the position information detected by the position detection unit and a predetermined evaluation function. And a control amount determining means for independently determining both a control amount to be applied to the first force generating means and a control amount to be applied to the second force generating means.

【0011】また請求項4記載の発明では、前記請求項
1記載の摺動体の支持装置において、前記矯正力制御手
段が、予め計算によって求められた各位置における制御
量の目標値情報を位置に対応付けて保持する制御量記憶
手段を備えることを特徴とする。また請求項5記載の発
明では、前記請求項1記載の摺動体の支持装置におい
て、前記スライダ部材の摺動経路に沿って、前記ガイド
部材の軸と平行に配置される位置基準部材と、該位置基
準部材と対向する状態で前記スライダ部材上に配置さ
れ、それ自身と前記位置基準部材の対向面との距離を検
出する距離検出手段とを更に備え、前記矯正力制御手段
が、前記距離検出手段の検出した距離と、前記位置検出
手段が検出した位置情報とに基づいて前記力発生手段に
与える制御量を決定する制御量決定手段を含むことを特
徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the sliding body support device according to the first aspect, the correction force control means sets the target value information of the control amount at each position obtained in advance by calculation to the position. It is characterized in that it comprises a control amount storage means for holding it in association with it. According to a fifth aspect of the present invention, in the sliding device supporting device according to the first aspect, the position reference member is disposed in parallel with the axis of the guide member along a sliding path of the slider member. A distance detecting unit disposed on the slider member so as to face the position reference member and detecting a distance between the slider member and an opposing surface of the position reference member; and the correction force control unit includes the distance detection unit. A control amount determining unit that determines a control amount to be applied to the force generating unit based on the distance detected by the unit and the position information detected by the position detecting unit.

【0012】また請求項6記載の発明では、前記請求項
1記載の摺動体の支持装置において、測定対象物が配置
される面と対向する状態で前記スライダ部材上に配置さ
れた距離検出手段と、前記スライダ部材の摺動経路に沿
って、前記ガイド部材の軸と平行に、かつ前記距離検出
手段の検出面と対向する状態で配置される脱着自在な位
置基準部材とを更に備え、前記矯正力制御手段が、前記
位置基準部材が装着された状態で、前記距離検出手段の
検出した距離と、前記位置検出手段が検出した位置情報
とに基づいて前記力発生手段に与える制御量の目標値を
位置毎に決定するとともに、決定した制御量の目標値を
スライダ部材の位置に対応付けて記憶する制御量記憶手
段を含むことを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the sliding device supporting device according to the first aspect, a distance detecting means disposed on the slider member in a state facing the surface on which the object to be measured is disposed. A detachable position reference member disposed along a sliding path of the slider member, in parallel with an axis of the guide member, and opposed to a detection surface of the distance detection means; A force control means, in a state where the position reference member is mounted, a target value of a control amount to be given to the force generation means based on the distance detected by the distance detection means and position information detected by the position detection means. Is determined for each position, and a control amount storage means for storing the determined target value of the control amount in association with the position of the slider member is included.

【0013】また請求項7記載の発明では、前記請求項
1記載の摺動体の支持装置において、前記力発生手段
が、前記ガイド部材の端部に一定の引張力を加えるおも
りと、前記ガイド部材の端部もしくはその近傍に可変の
力を与える可変力発生手段とを含むことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sliding device supporting apparatus according to the first aspect, the force generating means applies a constant tensile force to an end of the guide member, and And a variable force generating means for applying a variable force to the end portion or the vicinity thereof.

【0014】(作用)例えば、図3に示すように支点1
と支点2の2点で両端が支持されたガイド3が存在し、
このガイド3に支持されたスライダ4が、ガイド3に案
内されてX軸方向に移動(摺動)する場合、スライダ4
のZ方向位置はその基準位置(撓みがない場合のガイド
3の軸位置)に対して変位し、この際の変位量(δ1,
δ2)はスライダ4のX方向位置(x1,x2)に応じ
て変化する。つまり、ガイド3及びスライダ4の重量に
よってスライダ4に撓みが生じ、またスライダ4の移動
に伴ってガイド3に加わる荷重の配分が変化するので、
ガイド3の撓み形状と撓み量が動的に変化する。
(Operation) For example, as shown in FIG.
And the guide 3 whose both ends are supported at two points of the fulcrum 2 and
When the slider 4 supported by the guide 3 moves (slides) in the X-axis direction while being guided by the guide 3, the slider 4
Is displaced with respect to its reference position (the axial position of the guide 3 when there is no bending), and the displacement amount (δ1,
δ2) changes according to the position (x1, x2) of the slider 4 in the X direction. That is, the weight of the guide 3 and the slider 4 causes the slider 4 to bend, and the distribution of the load applied to the guide 3 changes as the slider 4 moves.
The bending shape and the bending amount of the guide 3 dynamically change.

【0015】そこで、図4に示すようにガイド3の両端
部に撓みと逆方向の曲げモーメントM1,M2を与えれ
ば、ガイド3及びスライダ4の重量により生じるガイド
3の撓みを矯正し、スライダ4のZ方向位置を基準位置
に戻すことができる。なおガイド3の一端に力を加える
だけでも同様の矯正が可能である。例えば図5に示すよ
うに、支点1,2をガイド3両端より少し内側に配置し
て(L>a)、ガイド3の一端上端に加圧力P1、他端
上端に加圧力P2をそれぞれ加えれば、矯正力が働く方
向のモーメントがガイド3に発生する。
Therefore, as shown in FIG. 4, if bending moments M1 and M2 are applied to both ends of the guide 3 in a direction opposite to the bending, the bending of the guide 3 caused by the weight of the guide 3 and the slider 4 is corrected. Can be returned to the reference position. Note that the same correction can be performed only by applying a force to one end of the guide 3. For example, as shown in FIG. 5, the fulcrums 1 and 2 are arranged slightly inside the both ends of the guide 3 (L> a), and the pressure P 1 is applied to the upper end of one end of the guide 3 and the pressure P 2 is applied to the upper end of the other end. In addition, a moment in the direction in which the correcting force acts is generated in the guide 3.

【0016】スライダ4のZ方向変位をなくするのに必
要な力の大きさは、スライダ4のX方向位置に応じて変
化するので、スライダ4のX方向位置を検出することが
不可欠である。 (請求項1記載の発明の作用)請求項1によれば、位置
検出手段が検出したスライダ部材の摺動方向位置に応じ
て決定した制御量により、力発生手段の加圧力もしくは
引張力を制御するので、この力によってガイド部材に生
じるモーメントにより、ガイド部材の撓みが矯正され
る。そして、少なくともスライダ部材の位置では、それ
のZ方向位置変位を0に修正することができる。
Since the magnitude of the force required to eliminate the displacement of the slider 4 in the Z direction changes according to the position of the slider 4 in the X direction, it is essential to detect the position of the slider 4 in the X direction. According to the first aspect of the present invention, the pressing force or the pulling force of the force generating means is controlled by a control amount determined according to the sliding direction position of the slider member detected by the position detecting means. Therefore, the bending of the guide member is corrected by the moment generated in the guide member by this force. Then, at least at the position of the slider member, its Z-direction position displacement can be corrected to zero.

【0017】(請求項2記載の発明の作用)例えば力発
生手段に圧電アクチュエータを用いて加圧力を発生する
場合、この圧電アクチュエータにある電圧を印加する
と、圧電アクチュエータに一定の変位が発生し、この変
位により発生した力がガイド部材に加わる。ところがこ
の力により支柱あるいは支柱及びガイド部材が変形する
と、圧電アクチュエータからガイド部材に加わる力が変
化する。従って、力発生手段に与える制御量と実際にガ
イド部材に加わる力の大きさとは必ずしも1対1の対応
関係にはならない。
(Effect of the Invention of Claim 2) For example, when a pressing force is generated using a piezoelectric actuator as the force generating means, when a certain voltage is applied to the piezoelectric actuator, a constant displacement is generated in the piezoelectric actuator, The force generated by this displacement is applied to the guide member. However, when the column or the column and the guide member are deformed by this force, the force applied from the piezoelectric actuator to the guide member changes. Therefore, the control amount given to the force generating means and the magnitude of the force actually applied to the guide member do not always have a one-to-one correspondence.

【0018】請求項2によれば、力検出手段によって実
際にガイド部材に加わる力の大きさが検出され、この検
出値に応じて力発生手段に与えられる制御量が修正され
るので、ガイド部材に実際に加わる力の大きさを、それ
の矯正に必要な値に一致させることができる。 (請求項3記載の発明の作用)スライダ部材の位置変位
を無くするためにガイド部材に加える力の発生源が、仮
に1箇所だけに設置される場合、スライダ部材がガイド
部材上のどの位置にあっても変位が無くなるようにする
ためには、矯正に必要な力の大きさの最大値が非常に大
きくなり、力発生手段が大型化し、コストも大幅に上昇
する。
According to the second aspect, the magnitude of the force actually applied to the guide member is detected by the force detection means, and the control amount given to the force generation means is corrected according to the detected value. Can be made to correspond to the value required to correct the force. (Operation of the invention according to claim 3) If the generation source of the force applied to the guide member in order to eliminate the displacement of the slider member is provided at only one place, the position on the guide member where the slider member is located Even if there is no displacement, the maximum value of the magnitude of the force required for the correction becomes very large, the force generating means becomes large, and the cost also rises significantly.

【0019】請求項3では、互いに異なる位置に配置し
た第1の力発生手段と第2の力発生手段とを用い、これ
らが発生する力の大きさを、所定の評価関数に基づいて
それぞれ独立に決定する。第1の力発生手段が発生する
力と第2の力発生手段が発生する力との配分が適切であ
れば、スライダ部材がガイド部材上の移動範囲のどの位
置にある場合でも、比較的小さな力でスライダ部材の撓
みを矯正しうる。
According to a third aspect of the present invention, the first force generating means and the second force generating means arranged at different positions are used, and the magnitudes of the forces generated by the first and second force generating means are independently determined based on a predetermined evaluation function. To decide. If the distribution of the force generated by the first force generation means and the force generated by the second force generation means is appropriate, the position of the slider member is relatively small regardless of the position in the movement range on the guide member. The deflection of the slider member can be corrected by force.

【0020】(請求項4記載の発明の作用)ガイド部材
の撓み矯正のために力発生手段に与える制御量を求める
際には、複雑な計算を必要とする場合がある。従って、
スライダ部材の移動の度に計算を実施すると、計算に時
間がかかるため、スライダ部材の移動速度が制限される
可能性もある。
(Operation of the Invention of Claim 4) When calculating the control amount to be applied to the force generating means for correcting the deflection of the guide member, complicated calculations may be required. Therefore,
If the calculation is performed every time the slider member moves, the calculation takes a long time, so that the moving speed of the slider member may be limited.

【0021】請求項4では、予め計算によって求められ
た各位置における制御量の目標値情報を、位置に対応付
けて制御量記憶手段に保持できるので、実際にガイド部
材の撓み矯正をする場合には、各位置における制御量の
目標値を、制御量記憶手段から読み出して直ちに得るこ
とができ、複雑な計算が不要であるため、スライダ部材
の移動速度が制約を受けることはなくなる。
According to the present invention, the target value information of the control amount at each position obtained in advance by calculation can be held in the control amount storage means in association with the position, so that the deflection of the guide member is actually corrected. Since the target value of the control amount at each position can be read out from the control amount storage means and immediately obtained, and no complicated calculation is required, the moving speed of the slider member is not restricted.

【0022】(請求項5記載の発明の作用)請求項5に
おいては、位置基準部材と距離検出手段とを用いること
により、ガイド部材の撓みによるスライダ部材のZ方向
の変位量を直接検出できる。このため、撓み量を計算で
把握する場合に比べて、把握した撓み量と実際の撓み量
との誤差が小さくなり、より正確なガイド部材の矯正が
実現する。
According to the fifth aspect of the present invention, the displacement amount of the slider member in the Z direction due to the bending of the guide member can be directly detected by using the position reference member and the distance detecting means. For this reason, the error between the grasped flexure amount and the actual flexure amount is smaller than in the case where the flexure amount is grasped by calculation, and more accurate correction of the guide member is realized.

【0023】位置基準部材の面の形状は、平面に限らな
い。位置基準部材の面を曲面にすれば、重量によるガイ
ド部材の撓みを矯正するだけでなく、積極的に撓みをガ
イド部材に与えて、スライダ部材を位置基準部材の曲面
に平行に移動させることができる。
The shape of the surface of the position reference member is not limited to a plane. If the surface of the position reference member is curved, it is possible to not only correct the deflection of the guide member due to weight, but also to positively apply the deflection to the guide member and move the slider member parallel to the curved surface of the position reference member. it can.

【0024】つまり、検査対象物の面が予め定められた
基準曲面に準ずる形に形成されている場合、位置基準部
材を前記基準曲面と一致する形にすることで、基準曲面
に沿ってスライダ部材を移動し、スライダ部材上に配置
される測定器(微小変位計)によりそれと検査対象物と
の距離変化を測定すれば、基準曲面に対する相対的な検
査対象物の面の平坦度が検出される。
That is, when the surface of the inspection object is formed in a shape conforming to a predetermined reference curved surface, the position reference member is made to conform to the reference curved surface, so that the slider member is moved along the reference curved surface. Is moved, and a change in distance between the measuring object (a minute displacement meter) and the inspection object is measured by a measuring instrument (a minute displacement meter) disposed on the slider member, whereby the flatness of the surface of the inspection object relative to the reference curved surface is detected. .

【0025】(請求項6記載の発明の作用)請求項5と
同様に、スライダ部材のZ方向の変位量が直接検出され
る。但し、測定対象物の検査に利用される距離検出手段
を、スライダ部材のZ方向変位の検出にも利用するた
め、位置基準部材は脱着自在になっている。そして、測
定を開始する前に、制御量記憶手段に矯正に必要な制御
情報を記憶する。
(Operation of the invention according to claim 6) As in claim 5, the displacement amount of the slider member in the Z direction is directly detected. However, the position reference member is detachable since the distance detecting means used for inspecting the measurement object is also used for detecting the Z-direction displacement of the slider member. Then, before the measurement is started, control information necessary for correction is stored in the control amount storage unit.

【0026】つまり、位置基準部材を所定位置に装着し
ておき、スライダを移動範囲の一端から他端まで移動
(走査)して、各位置で距離検出手段が検出した距離
と、位置検出手段が検出した位置とに基づいて制御量の
目標値を決定し、それを位置に対応付けて制御量記憶手
段に書き込む。これが完了した後、位置基準部材は取り
外す。
That is, the position reference member is mounted at a predetermined position, the slider is moved (scanned) from one end to the other end of the movement range, and the distance detected by the distance detection means at each position and the position detection means A target value of the control amount is determined based on the detected position, and the target value is written in the control amount storage unit in association with the position. After this is completed, the position reference member is removed.

【0027】(請求項7記載の発明の作用)スライダ部
材のZ方向変位は、大きさがスライダ部材の摺動方向の
位置に応じて変化するが、方向はどの位置であっても同
じ(Z軸に対して負の方向)である。つまりスライダ部
材のZ方向変位を矯正するためには、スライダ部材の摺
動方向の位置がどこであっても、常にある値以上の力を
与えなければならない。
(Function of the Invention of Claim 7) The magnitude of the displacement of the slider member in the Z direction changes in accordance with the position of the slider member in the sliding direction. (Negative direction with respect to the axis). That is, in order to correct the displacement of the slider member in the Z direction, a force greater than a certain value must always be applied regardless of the position of the slider member in the sliding direction.

【0028】請求項7では、おもりを用いて一定の引張
力をガイド部材に常に与えておき、更に不足分の力を可
変力発生手段によりガイド部材に与える。従って、可変
力発生手段が発生すべき力の大きさは、おもりが存在し
ない場合と比べて小さく、力発生手段のコスト低減に役
立つ。
In the present invention, a constant tensile force is always applied to the guide member by using a weight, and the insufficient force is applied to the guide member by the variable force generating means. Therefore, the magnitude of the force to be generated by the variable force generating means is smaller than when no weight is present, which helps to reduce the cost of the force generating means.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施の形態)この実施の形態は、請求項1,請
求項2,請求項3,請求項4に対応する。超精密平面度
測定器の機構部外観を図1に示す。基礎定盤10は、環
境温度変化の影響を受け難いようにグラナイトで構成し
てあり、外部からの振動の影響を抑制するため、空気ば
ね式除振機構11で支持されている。この基礎定盤10
上に、測定対象物をY軸方向に移動するためのY軸移動
機構12と、測定手段である微小変位計13をY軸と直
交するX軸の方向に移動するX軸移動機構14とが構成
されている。
(First Embodiment) This embodiment corresponds to claims 1, 2, 3 and 4. FIG. 1 shows the appearance of the mechanism of the ultra-precision flatness measuring instrument. The base platen 10 is made of granite so as not to be easily affected by a change in environmental temperature, and is supported by an air spring type vibration damping mechanism 11 to suppress the influence of external vibration. This basic surface plate 10
Above, a Y-axis moving mechanism 12 for moving the object to be measured in the Y-axis direction, and an X-axis moving mechanism 14 for moving the micro displacement gauge 13 as a measuring means in the X-axis direction orthogonal to the Y-axis. It is configured.

【0030】Y軸移動機構12は、Y軸方向に摺動自在
なスライダ15と、それをY軸に沿って案内するガイド
16を備えている。剛性を高めるために、ガイド16は
アルミナセラミックスで構成されている。また摺動抵抗
を小さくするため、スライダ15とガイド16との間の
間隙に空気を循環させて、スライダ15をガイド16か
ら僅かに浮かせるように構成されている。
The Y-axis moving mechanism 12 includes a slider 15 slidable in the Y-axis direction and a guide 16 for guiding the slider 15 along the Y-axis. The guide 16 is made of alumina ceramics in order to increase the rigidity. In order to reduce the sliding resistance, air is circulated through the gap between the slider 15 and the guide 16 so that the slider 15 is slightly lifted from the guide 16.

【0031】ガイド16は、低熱膨張合金製の土台17
を介して基礎定盤10上に固定されている。スライダ1
5上にアライメント定盤18が設置されている。測定対
象物はアライメント定盤18上に配置される。測定時に
は、測定ピッチに合わせて細かく、かつ滑らかに加減速
しながらスライダ15を移動する必要があるので、図示
しない高精度ボールねじ機構とACサーボモータでなる
駆動機構がスライダ15に連結されている。
The guide 16 has a base 17 made of a low thermal expansion alloy.
And is fixed on the base platen 10 via a base plate. Slider 1
An alignment surface plate 18 is provided on 5. The object to be measured is placed on the alignment platen 18. At the time of measurement, it is necessary to move the slider 15 while finely and smoothly accelerating and decelerating according to the measurement pitch. Therefore, a drive mechanism including a high-precision ball screw mechanism and an AC servomotor (not shown) is connected to the slider 15. .

【0032】X軸移動機構14は、Y軸移動機構12を
またぐ形で構成されており、微小変位計13を保持しX
軸方向に摺動自在なスライダ21と、それをX軸に沿っ
て案内するガイド22を備えている。ガイド22はアル
ミナセラミックス製であり、その両端近傍が支柱23及
び24で支持されている。支柱23及び24はグラナイ
ト製である。また摺動抵抗を低減するため、スライダ2
1とガイド22の間の間隙に空気を循環させて、スライ
ダ21をガイド22から僅かに浮かせるように構成され
ている。
The X-axis moving mechanism 14 is configured so as to straddle the Y-axis moving mechanism 12, and holds the minute displacement meter 13 and
A slider 21 slidable in the axial direction and a guide 22 for guiding the slider 21 along the X axis are provided. The guide 22 is made of alumina ceramics, and the vicinity of both ends thereof is supported by columns 23 and 24. The columns 23 and 24 are made of granite. In order to reduce the sliding resistance, the slider 2
Air is circulated in the gap between the guide 1 and the guide 22 so that the slider 21 is slightly lifted from the guide 22.

【0033】微小変位計13は、スライダ21の側面に
設けられた取付部25に装着されている。取付部25
は、測定対象物の高さに合わせて微小変位計13の位置
を高さ方向(Z方向)に調整するための調整機構(図示
せず)を備えている。測定時には、微小変位計13を測
定範囲内で一定の速度でX軸方向に移動しながら、微小
変位計13が出力するデータを読み取る必要があり、駆
動機構に起因する振動などの影響を極力排除するため
に、機械的な結合部を一切もたないACリニアサーボモ
ータからなる駆動機構(図示せず)が、スライダ21の
移動機構として備わっている。
The minute displacement meter 13 is mounted on a mounting portion 25 provided on a side surface of the slider 21. Mounting part 25
Is provided with an adjustment mechanism (not shown) for adjusting the position of the minute displacement meter 13 in the height direction (Z direction) according to the height of the measurement object. At the time of measurement, it is necessary to read the data output from the minute displacement meter 13 while moving the minute displacement meter 13 in the X-axis direction at a constant speed within the measurement range, and to minimize the influence of vibration and the like caused by the driving mechanism. For this purpose, a drive mechanism (not shown) composed of an AC linear servomotor having no mechanical connection is provided as a moving mechanism for the slider 21.

【0034】この例では、Y軸移動機構12のスライダ
15とX軸移動機構14のスライダ21は、いずれも3
00mmの移動ストロークを有している。図1のX軸移
動機構14の主要部分を拡大して図2に示す。図2に示
すように、ガイド22はその一端22aの近傍が支柱2
3の凹部23aに位置し、他端22bの近傍は支柱24
の凹部24aに位置している。そして、支柱23に形成
された突起23bと支柱24に形成された突起24bに
より、ガイド22はX方向の2点で支持されている。一
端22aから突起23bまでのX方向距離と、他端22
bから突起24bまでのX方向距離は同一のL1に定め
てある。
In this example, the slider 15 of the Y-axis moving mechanism 12 and the slider 21 of the X-axis moving mechanism 14 are both 3
It has a movement stroke of 00 mm. The main part of the X-axis moving mechanism 14 shown in FIG. 1 is enlarged and shown in FIG. As shown in FIG. 2, the guide 22 has a support 2 near its one end 22a.
3 is located in the concave portion 23a, and the vicinity of the other end 22b is
In the recess 24a. The guide 22 is supported at two points in the X direction by the protrusion 23b formed on the support 23 and the protrusion 24b formed on the support 24. The distance in the X direction from one end 22a to the protrusion 23b;
The distance in the X direction from b to the protrusion 24b is set to the same L1.

【0035】ガイド22は断面が矩形の中空体に構成し
てあり、その寸法はY軸方向が0.08m、Z軸方向が0.12
m、X軸方向は一端22aから他端22bまでが1.0
m、突起23b,24b間が0.8mになっている。突
起23b及び24bはガイド22を支持するために、Y
軸方向に0.1m程度の長さを有している。ガイド22
の一端22aの上端面と支柱23の内壁面23cとの間
に、圧電アクチュエータ31とロードセル32が重ねて
隙間無く配置してあり、ガイド22の他端22bの上端
面と支柱24の内壁面24cとの間にも、圧電アクチュ
エータ33とロードセル34が重ねて隙間無く配置して
ある。
The guide 22 is formed as a hollow body having a rectangular cross section, and its dimensions are 0.08 m in the Y-axis direction and 0.12 m in the Z-axis direction.
m, the X-axis direction is 1.0 from one end 22a to the other end 22b.
m, and the distance between the protrusions 23b and 24b is 0.8 m. Protrusions 23b and 24b support Y
It has a length of about 0.1 m in the axial direction. Guide 22
The piezoelectric actuator 31 and the load cell 32 are arranged without any gap between the upper end surface of one end 22a of the guide 22 and the inner wall surface 23c of the support column 23, and the upper end surface of the other end 22b of the guide 22 and the inner wall surface 24c of the support column 24 are provided. Between them, the piezoelectric actuator 33 and the load cell 34 are overlapped and arranged without any gap.

【0036】圧電アクチュエータ31及び33は、Z方
向の加圧力をそれぞれ一端22a及び他端22bに加え
るために設けてあり、ロードセル32及び34は、一端
22a及び他端22bに加わっている力の大きさを検出
するために設けてある。スライダ21のX方向位置を検
出するために、スライダ21の内部には位置検出器35
が備わっている。この位置検出器35はその検出面がガ
イド22に向けられた反射型光学センサである。ガイド
22上の位置検出器35の検出面と対向する位置には、
リニアスケール36が形成されている。
The piezoelectric actuators 31 and 33 are provided for applying a pressing force in the Z direction to the one end 22a and the other end 22b, respectively. The load cells 32 and 34 apply the magnitude of the force applied to the one end 22a and the other end 22b. It is provided to detect the height. In order to detect the position of the slider 21 in the X direction, a position detector 35 is provided inside the slider 21.
Is provided. The position detector 35 is a reflection type optical sensor whose detection surface is directed to the guide 22. At a position facing the detection surface of the position detector 35 on the guide 22,
A linear scale 36 is formed.

【0037】リニアスケール36は、一定の微小間隔で
バーコードのように明部と暗部とが交互に配列された光
学的なマークである。スライダ21がX軸に沿って移動
する場合、一定の微小距離を移動する毎に、位置検出器
35がそれを検出し、1つのパルス信号を電気的な位置
信号Spとして出力する。位置信号Spのパルス数を係
数すればスライダ21のX方向の基準位置からの相対移
動距離、つまり位置が把握できる。
The linear scale 36 is an optical mark in which light portions and dark portions are alternately arranged like a bar code at a fixed minute interval. When the slider 21 moves along the X-axis, every time the slider 21 moves by a certain minute distance, the position detector 35 detects the movement and outputs one pulse signal as an electric position signal Sp. By calculating the number of pulses of the position signal Sp, the relative movement distance of the slider 21 from the reference position in the X direction, that is, the position can be grasped.

【0038】予め定めたX方向移動範囲(この例では突
起23bから24bまでの間)の外側にはリニアスケー
ルが存在しないので、この範囲外でスライダ21が移動
しても位置信号Spは現れない。従って、スライダ21
が移動する際に、位置信号Spの有無の切り替わる位置
を前記移動範囲の開始点(基準位置)又は終了点と見な
すことができる。
Since the linear scale does not exist outside the predetermined X-direction movement range (in this example, between the projections 23b and 24b), the position signal Sp does not appear even if the slider 21 moves outside this range. . Therefore, the slider 21
The position at which the presence / absence of the position signal Sp switches when moves is regarded as the start point (reference position) or end point of the movement range.

【0039】ロードセル32が出力する信号S1、ロー
ドセル34が出力する信号S2、位置信号Sp及び微小
変位計13の出力信号S3は、制御ユニット100に入
力される。また圧電アクチュエータ31及び33は、そ
れぞれ制御ユニット100からの信号S4及びS5で制
御される。スライダ21の駆動機構(図示せず)も制御
ユニット100により制御される。
The signal S1 output from the load cell 32, the signal S2 output from the load cell 34, the position signal Sp, and the output signal S3 of the micro displacement meter 13 are input to the control unit 100. The piezoelectric actuators 31 and 33 are controlled by signals S4 and S5 from the control unit 100, respectively. The drive mechanism (not shown) of the slider 21 is also controlled by the control unit 100.

【0040】制御ユニット100は、市販の32ビット
パーソナルコンピュータに、ドライバ回路、センサアン
プ、A/D変換器などの一般的なインターフェースと制
御用の特別なソフトウェアプログラムを搭載して構成し
たものである。この例では、X軸移動機構14について
はガイド22の撓みを矯正するが、Y軸移動機構12の
ガイド16については矯正を実施しない。従って、Y軸
移動機構12に関する詳細な説明は省略する。
The control unit 100 is constructed by mounting a general interface such as a driver circuit, a sensor amplifier, an A / D converter and a special software program for control on a commercially available 32-bit personal computer. . In this example, the bending of the guide 22 is corrected for the X-axis moving mechanism 14, but the correction is not performed for the guide 16 of the Y-axis moving mechanism 12. Therefore, a detailed description of the Y-axis moving mechanism 12 is omitted.

【0041】次にX軸移動機構14のガイド22の撓み
による微小変位計13のZ方向変位を修正する原理につ
いて説明する。ガイド3を2箇所の支点1,2で支持す
る場合のガイド3とスライダ4の重量によるガイド3撓
み変形モデルを図6(M1)に示す。図6において、W
sはスライダ4の重量に相当する集中荷重[N]、Wg
は単位長さ当たりのガイド3の重量に相当する分布荷重
[N/m]を示す。また、Lはガイド3の一端から他端
までの長さ[m]、L1は支点1,2から端面までの長
さ[m]、L2は支点間の長さ[m]を示す。
Next, the principle of correcting the Z-direction displacement of the minute displacement meter 13 due to the bending of the guide 22 of the X-axis moving mechanism 14 will be described. FIG. 6 (M1) shows a guide 3 bending deformation model based on the weights of the guide 3 and the slider 4 when the guide 3 is supported at two fulcrums 1 and 2. In FIG. 6, W
s is a concentrated load [N] corresponding to the weight of the slider 4, Wg
Indicates a distributed load [N / m] corresponding to the weight of the guide 3 per unit length. Further, L is the length from one end of the guide 3 to the other end [m], L 1 is the length from the fulcrum 1 and 2 to the end surface [m], L 2 represents the length between the fulcrum [m].

【0042】図6(M1)のモデルには、重ね合わせの
法則を適用できるので、これを図6に示す(M1a)と
(M1b)の2つのモデルに分解できる。(M1a)は
分布荷重のみのモデルであり、(M1b)は集中荷重の
みのモデルである。ここで、Eをヤング率(縦弾性係
数)[N/m2]、Iを断面二次モーメント[m4]とす
ると、モデル(M1a)における位置x(支点1からの
距離)でのZ方向変位Z1aは次に示す第1式で表わされ
る。また、モデル(M1b)における位置xでのZ方向
変位Z1bは次に示す第2式で表わされる。更にモデル
(M1)における位置xでのZ方向変位Z1は次に示す
第3式で表わされる。
Since the rule of superposition can be applied to the model of FIG. 6 (M1), this can be decomposed into two models (M1a) and (M1b) shown in FIG. (M1a) is a model with only distributed loads, and (M1b) is a model with only concentrated loads. Here, assuming that E is Young's modulus (longitudinal elastic modulus) [N / m 2 ] and I is the second moment of area [m 4 ], the Z direction at the position x (distance from the fulcrum 1) in the model (M1a) The displacement Z 1a is represented by the following first equation. The Z-direction displacement Z 1b at the position x in the model (M1b) is represented by the following second equation. Further Z-direction displacement Z 1 at position x in the model (M1) is represented by the third equation shown below.

【数1】 モデル(M1b)における位置xでのZ方向変位Z1b
計算結果の例を、図8に示す。図8のC0,C1及びC
2は、それぞれL1=0,L1=0.1及びL1=0.2
[m]の条件で計算した。また、L2=0.8[m]、
ガイド3の材料をアルミナセラミックス、その密度を3
980[Kg/m3]、ヤング率を4120[GP
a]、スライダ4の重さを145[N]として計算し
た。
(Equation 1) FIG. 8 shows an example of the calculation result of the Z-direction displacement Z 1b at the position x in the model (M1b). C0, C1 and C in FIG.
2 are L 1 = 0, L 1 = 0.1 and L 1 = 0.2, respectively.
It was calculated under the condition of [m]. Also, L 2 = 0.8 [m],
The material of guide 3 is alumina ceramics and its density is 3
980 [Kg / m 3 ], Young's modulus is 4120 [GP
a], and the weight of the slider 4 was calculated as 145 [N].

【0043】一方、ガイド3の一端及び他端にそれぞれ
上方から力P1及びP2を加える場合のこれらの力による
ガイド3の撓み変形モデルは図7(M2)で表わされ
る。そして、このモデル(M2)において、ガイド3上
の位置xでのZ方向変位Z2は、次の第4式で表わされ
る。
On the other hand, when the forces P 1 and P 2 are applied to one end and the other end of the guide 3 from above, respectively, a bending deformation model of the guide 3 due to these forces is shown in FIG. 7 (M2). Then, in this model (M2), Z-direction displacement Z 2 at position x on the guide 3 can be expressed by the equation 4 below.

【数2】 従って、「Z1=Z2」が成立するように制御すれば、ス
ライダ4の位置でZ方向の変位が0になる。「Z1
2」の条件においては、前記第1式から第4式より、
次の第5式が成立する。
(Equation 2) Therefore, if the control is performed so that “Z 1 = Z 2 ” is satisfied, the displacement in the Z direction at the position of the slider 4 becomes zero. "Z 1 =
Under the condition of “Z 2 ”, from the first to fourth formulas,
The following fifth equation is established.

【数3】 次の第6式,第7式,第8式の条件を当てはめると、上
記第5式は次の第9式に変形される。
(Equation 3) When the conditions of the following equations (6), (7) and (8) are applied, the above-mentioned equation (5) is transformed into the following equation (9).

【数4】 a・P1+b・P2=c ・・・(9) つまり、上記第9式を満足するような力P1,P2を加え
れば、ガイド3の撓みによるスライダ4のZ方向変位を
0にできる。ここで、第9式を満足する力P1,P2の組
み合わせはいろいろ存在するが、直感的には、力P1
2の和が最小になりかつ第9式を満足する組み合わせ
が最適であると考えられる。つまり、A=P1+P2で表
わされるAを最小にするP1,P2の組み合わせを求めれ
ばよい。第9式を変形すると、P2=(c−aP1)/b
であるから、次の第10式が成立する。
(Equation 4) a · P 1 + b · P 2 = c (9) That is, if the forces P 1 and P 2 satisfying the above ninth equation are applied, the displacement of the slider 4 in the Z direction due to the deflection of the guide 3 becomes zero. Can be. Here, the combination of forces P 1, P 2 satisfying the ninth equation is different exists, Intuitively, force P 1,
It is considered that the combination that minimizes the sum of P 2 and satisfies the ninth formula is optimal. That is, a combination of P 1 and P 2 that minimizes A represented by A = P 1 + P 2 may be obtained. By transforming the ninth equation, P 2 = (c−aP 1 ) / b
Therefore, the following Expression 10 holds.

【0044】 A=P1((b−a)/b)+(c/b) ・・・(10) 上記第10式を見ると、Aの極小値は存在しないことが
分かる。つまり、第10式はP1,P2の組み合わせを求
めるための評価関数としては利用できない。そこで、一
例としてP1とP2の二乗の和を最小にし、かつ第9式を
満足する評価関数を考える。つまり、次の第11式及び
第12式が得られるので、第12式において(dA/d
1=0)とすれば、Aを最小にする力が求められる。
A = P1 ((b−a) / b) + (c / b) (10) It can be seen from the above equation (10) that there is no minimum value of A. That is, the tenth equation cannot be used as an evaluation function for obtaining a combination of P 1 and P 2 . Thus, as an example, an evaluation function that minimizes the sum of the squares of P 1 and P 2 and satisfies the ninth formula is considered. That is, since the following equations (11) and (12) are obtained, (dA / d
If P 1 = 0), a force that minimizes A is required.

【数5】 すなわち、第12式より、適切な力の大きさを求めるた
めの次の第13式及び第14式が得られる。 P1=a・c/(a2+b2) ・・・(13) P2=b・c/(a2+b2) ・・・(14) 第13式から求められた力P1の大きさP1dと第14
式から求められた力P2の大きさP2dを図10に示
す。つまり、X方向の位置に応じて図10のように加え
る力P1,P2を変化させれば、スライダ4の変位が0に
なり、平坦度測定などの精度が向上する。
(Equation 5) That is, the following Expressions 13 and 14 for obtaining an appropriate magnitude of force are obtained from Expression 12. P 1 = a · c / (a 2 + b 2 ) (13) P 2 = b · c / (a 2 + b 2 ) (14) The magnitude of the force P 1 obtained from the equation (13). P1d and 14th
The size P2d force P 2 obtained from the formula shown in Figure 10. That is, if the forces P 1 and P 2 applied as shown in FIG. 10 are changed according to the position in the X direction, the displacement of the slider 4 becomes zero, and the accuracy of flatness measurement and the like is improved.

【0045】図12は、スライダ4の位置xが0.2の
場合に、第13式及び第14式で求めた力をガイド3に
加えた場合のガイド3の各位置でのZ方向変位を示す。
図12によればスライダの位置(x=0.2)での変位
量は確かに0である。適当な力の組み合わせを求めるた
めの評価関数としては上記以外にもいろいろと考えられ
る。例えば、P1,P2の積を最小にする力の組み合わせ
を求める評価関数を用いてもよい。この評価関数に基づ
いて求められた力P1の大きさP1aと力P2の大きさP
2aを図9に示す。
FIG. 12 shows the displacement in the Z direction at each position of the guide 3 when the force obtained by the equations (13) and (14) is applied to the guide 3 when the position x of the slider 4 is 0.2. Show.
According to FIG. 12, the displacement at the position of the slider (x = 0.2) is certainly zero. Various evaluation functions other than the above can be considered as an evaluation function for obtaining an appropriate combination of forces. For example, an evaluation function for finding a combination of forces that minimizes the product of P 1 and P 2 may be used. The size P of the evaluation of the force P 1 determined based on a function magnitude P1a and power P 2
2a is shown in FIG.

【0046】また、スライダ4の位置がx=0.2であ
る場合に図9に示す力P1a,P2aを加えた場合の、
ガイド3の各位置でのZ方向変位を図11に示す。図1
1においても、スライダの位置(x=0.2)での変位
量は確かに0である。さて、次に図1及び図2に示した
装置において、実際にスライダ21の位置でのZ方向変
位を自動修正するための構成及び動作について説明す
る。この制御系の構成を図13に示す。
When the position of the slider 4 is x = 0.2 and the forces P1a and P2a shown in FIG.
FIG. 11 shows the Z-direction displacement at each position of the guide 3. FIG.
Even at 1, the displacement at the slider position (x = 0.2) is certainly 0. Next, the configuration and operation for automatically correcting the Z-direction displacement at the position of the slider 21 in the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 13 shows the configuration of this control system.

【0047】図13に示す補正力テーブル113及び1
14は、制御ユニット100上に搭載されたRAM(読
み書きメモリ)であり、これらの内容は補正力計算処理
115によって随時更新される。この処理は制御ユニッ
ト100上のマイクロコンピュータが実行するソフトウ
ェア処理の一部分であり、実際には様々な位置(x)の
それぞれについて前記第13式及び第14式の計算を実
行し、各々の計算結果(P1d,P2d)を位置に対応
付けたメモリアドレスに記憶する。
The correction force tables 113 and 1 shown in FIG.
Reference numeral 14 denotes a RAM (read / write memory) mounted on the control unit 100, and the contents thereof are updated as needed by the correction force calculation processing 115. This processing is a part of the software processing executed by the microcomputer on the control unit 100. In practice, the calculations of the above-described equations (13) and (14) are executed for each of various positions (x), and the results of the respective calculations are obtained. (P1d, P2d) is stored in the memory address associated with the position.

【0048】補正力テーブル113及び114に書き込
まれたデータ(P1d,P2d)は、位置(x)情報を
メモリアドレスとして与えることにより読み出される。
実際には、位置信号Spのパルス数を計数する位置カウ
ンタ111の出力値が補正力テーブル113及び114
のメモリアドレスに印加されるので、各々の位置でガイ
ド22に加えるべき力の大きさ(P1d,P2d)が補
正力テーブル113及び114から常時出力される。
The data (P1d, P2d) written in the correction force tables 113 and 114 are read by giving position (x) information as a memory address.
Actually, the output value of the position counter 111 that counts the number of pulses of the position signal Sp is equal to the correction force tables 113 and 114.
, The magnitude of the force (P1d, P2d) to be applied to the guide 22 at each position is constantly output from the correction force tables 113 and 114.

【0049】位置カウンタ111の計数値は、位置信号
Spが所定時間以上現れないときに、基準位置検出処理
によってクリアされるので、この計数値は、基準位置か
らの距離、つまり位置を示す。なお、補正力テーブル1
13及び114をROM(読み出し専用メモリ)で構成
してもよいが、微小変位計13の交換によってその重さ
が変化すると、補正力テーブル113及び114の内容
を変更せざるを得ないので、RAMを用いた方が汎用性
が高くなる。
The count value of the position counter 111 is cleared by the reference position detection processing when the position signal Sp does not appear for a predetermined time or more, so that the count value indicates the distance from the reference position, that is, the position. The correction force table 1
13 and 114 may be constituted by ROMs (read-only memories). However, if the weight of the minute displacement meter 13 changes due to replacement, the contents of the correction force tables 113 and 114 must be changed. The versatility is higher when using.

【0050】補正力テーブル113から出力される値P
1dに応じた電圧が圧電アクチュエータ31に印加さ
れ、補正力テーブル114から出力される値P2dに応
じた電圧が圧電アクチュエータ33に印加される。但
し、印加された電圧に応じた変位が圧電アクチュエータ
31,33に生じ、この変位に応じた力が発生すると、
支柱23,24あるいは支柱及びガイド22に変形が生
じ、その結果、圧電アクチュエータ31,33によって
ガイド22に加わる力が変化する。従って、圧電アクチ
ュエータ31,33に印加する電圧とそれによって実際
にガイド22に加わる力の大きさとは1対1で対応しな
い。
Value P output from correction force table 113
A voltage corresponding to 1d is applied to the piezoelectric actuator 31, and a voltage corresponding to the value P2d output from the correction force table 114 is applied to the piezoelectric actuator 33. However, when a displacement corresponding to the applied voltage occurs in the piezoelectric actuators 31 and 33 and a force corresponding to the displacement is generated,
The columns 23 and 24 or the columns and the guide 22 are deformed, and as a result, the force applied to the guide 22 by the piezoelectric actuators 31 and 33 changes. Therefore, there is no one-to-one correspondence between the voltage applied to the piezoelectric actuators 31 and 33 and the magnitude of the force actually applied to the guide 22 by the voltage.

【0051】そこでこの例では、目標値である力の大き
さP1d及びP2dと一致する力がそれぞれ圧電アクチ
ュエータ31及び33に加わるように、フィードバック
制御系を構成して、圧電アクチュエータ31,33を制
御している。つまり、目標値P1dとロードセル32が
検出した実際の力の大きさ(S1)との差分が減算器1
17で求められPI(比例,積分)制御器119に入力
される。この入力と予め定めた制御ゲインとに応じた出
力がPI制御器119から出力され、ドライバ121を
介して圧電アクチュエータ31に印加される。
Therefore, in this example, a feedback control system is configured to control the piezoelectric actuators 31 and 33 so that the forces corresponding to the target force magnitudes P1d and P2d are applied to the piezoelectric actuators 31 and 33, respectively. doing. That is, the difference between the target value P1d and the magnitude of the actual force (S1) detected by the load cell 32 is calculated by subtracter 1
It is obtained at 17 and input to a PI (proportional, integral) controller 119. An output corresponding to this input and a predetermined control gain is output from the PI controller 119 and applied to the piezoelectric actuator 31 via the driver 121.

【0052】同様に、目標値P2dとロードセル34が
検出した実際の力の大きさ(S2)との差分が減算器1
16で求められPI(比例,積分)制御器118に入力
される。この入力と予め定めた制御ゲインとに応じた出
力がPI制御器118から出力され、ドライバ120を
介して圧電アクチュエータ33に印加される。なお、位
置カウンタ111が出力する位置情報は、スライダ21
をX軸方向に駆動する場合の位置決め制御、ならびに測
定対象物を測定する際のX方向位置を把握するためにも
利用される。
Similarly, the difference between the target value P2d and the actual force magnitude (S2) detected by the load cell 34 is calculated by the subtractor 1
16 and input to the PI (proportional, integral) controller 118. An output corresponding to this input and a predetermined control gain is output from the PI controller 118 and applied to the piezoelectric actuator 33 via the driver 120. Note that the position information output by the position counter 111 is
It is also used for positioning control when the X-ray is driven in the X-axis direction, and for grasping the X-direction position when measuring the measurement object.

【0053】実際に測定対象物の平坦度測定を実施する
場合には、まず手作業で、アライメント定盤18上に測
定対象物を配置し、この測定対象物と微小変位計13と
の位置合わせを実施する。所定の測定開始操作に応答し
て、制御ユニット100は、補正力テーブル113,1
14に補正力計算処理115で求めた正しいデータを書
き込んだ後、Y軸移動機構12のスライダ15とX軸移
動機構14のスライダ21を各々所定の走査開始位置
(一般に移動範囲の一端)に位置決めする。
When actually measuring the flatness of the object to be measured, first, the object to be measured is arranged on the alignment plate 18 by hand, and the position of the object to be measured and the minute displacement meter 13 are aligned. Is carried out. In response to the predetermined measurement start operation, the control unit 100 sets the correction force table 113, 1
After the correct data obtained by the correction force calculation processing 115 is written to the slider 14, the slider 15 of the Y-axis moving mechanism 12 and the slider 21 of the X-axis moving mechanism 14 are respectively positioned at predetermined scanning start positions (generally, one end of the moving range). I do.

【0054】そして、スライダ21を一定の速度でX軸
方向に移動する。スライダ21の移動中、一定の時間間
隔で微小変位計13の出力データがサンプリングされ、
制御ユニット100上のメモリに蓄積される。スライダ
21が移動範囲の一端から他端まで移動すると、一端ま
でスライダ21を戻し、それと同時にY軸移動機構12
を制御してスライダ15の位置を予め定めた微小距離だ
け移動する。そして再び、スライダ21を一定の速度で
X軸方向に移動する。
Then, the slider 21 is moved at a constant speed in the X-axis direction. While the slider 21 is moving, the output data of the minute displacement meter 13 is sampled at regular time intervals,
It is stored in a memory on the control unit 100. When the slider 21 moves from one end to the other end of the movement range, the slider 21 is returned to one end, and at the same time, the Y-axis moving mechanism 12
Is controlled to move the position of the slider 15 by a predetermined minute distance. Then, the slider 21 is moved again in the X-axis direction at a constant speed.

【0055】この動作の繰り返しにより、測定対象物の
面と平行なX−Y平面の各位置における距離データが得
られる。この距離データの変化から、面の平坦度が求め
られる。 (第2の実施の形態)この実施の形態は、請求項1,請
求項2,請求項3,請求項5に対応する。
By repeating this operation, distance data at each position on the XY plane parallel to the surface of the object to be measured is obtained. The flatness of the surface is determined from the change in the distance data. (Second Embodiment) This embodiment corresponds to claims 1, 2, 3 and 5.

【0056】ここでは、上記第1の実施の形態と同じ部
分には同じ符号を付け、その説明は省略する。X軸移動
機構14の主要部分を拡大して図14に示す。図14を
参照すると、スライダ21上に変位検出器41が設置さ
れている。変位検出器41は、その検出面41aを上方
に向けてあり、それと対向する位置に、ストレートマス
タ42が設置してある。
Here, the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. FIG. 14 is an enlarged view of a main part of the X-axis moving mechanism 14. Referring to FIG. 14, a displacement detector 41 is provided on a slider 21. The displacement detector 41 has a detection surface 41a facing upward, and a straight master 42 is installed at a position facing the detection surface 41a.

【0057】ストレートマスタ42は、剛性の高い材料
で精密に加工された、まっすぐな板状の部材であり、そ
の両端が支柱23および24で支持され、ガイド22の
軸(X)と平行に位置決めされている。特に、ストレー
トマスタ42の変位検出器41と対向する面は、ガイド
22との間で高い平行度が保たれている。変位検出器4
1は、それとストレートマスタ42との距離を検出す
る。重量の影響でガイド22に撓みが生じると、変位検
出器41が検出する距離に変化が生じる。従って、変位
検出器41が出力する信号S6により、撓みによるスラ
イダ21のZ方向の位置変位が得られる。
The straight master 42 is a straight, plate-like member precisely machined from a highly rigid material, both ends of which are supported by columns 23 and 24, and positioned in parallel with the axis (X) of the guide 22. Have been. In particular, a surface of the straight master 42 facing the displacement detector 41 maintains a high degree of parallelism with the guide 22. Displacement detector 4
1 detects the distance between it and the straight master 42. When the guide 22 bends due to the weight, the distance detected by the displacement detector 41 changes. Accordingly, the displacement of the slider 21 in the Z direction due to the bending can be obtained by the signal S6 output from the displacement detector 41.

【0058】制御ユニット200は図2の制御ユニット
100と同じハードウェアであるが、それの実行するソ
フトウェアプログラムが多少変更されている。撓みによ
るスライダ21のZ方向の位置変位を自動修正するため
の制御系の構成を図15に示す。スライダ21が支点の
近傍(基準位置)にある時には、Z方向の変位量は0に
なる。
The control unit 200 is the same hardware as the control unit 100 of FIG. 2, but the software program executed by the control unit 200 is slightly changed. FIG. 15 shows the configuration of a control system for automatically correcting the displacement of the slider 21 in the Z direction due to bending. When the slider 21 is near the fulcrum (reference position), the amount of displacement in the Z direction is zero.

【0059】そこで、基準位置検出処理112で出力さ
れる位置カウンタ111用のクリア信号を利用して、変
位検出器41が出力する距離信号S6をラッチ131に
保持し、ラッチ131の出力と距離信号とS6との差分
を減算器132により信号S7として出力する。この信
号S7はスライダ21のZ方向の変位量に相当する。
The distance signal S6 output from the displacement detector 41 is held in the latch 131 by using the clear signal for the position counter 111 output in the reference position detection processing 112, and the output of the latch 131 and the distance signal And the difference between S6 and S6 is output by subtractor 132 as signal S7. This signal S7 corresponds to the amount of displacement of the slider 21 in the Z direction.

【0060】つまり、信号S7の値は前記第3式のZ1
に相当する。但し、信号S7の値は計算上の誤差を含ま
ない実際の偏差なので、より正確である可能性が高い。
補正力計算処理133では、前述の変位Z1の代わりに
信号S7の値を用い、図13の補正力計算処理115の
場合と同様の計算を実施して、力の大きさP1d,P2
dを求める。また、補正力計算処理115に比べて計算
が単純であるため、補正力テーブルは省略し、X方向位
置が変化する度に計算を実施し、その結果を直接P1
d,P2dとして出力するように構成してある。
That is, the value of the signal S7 is equal to Z 1 of the third equation.
Is equivalent to However, since the value of the signal S7 is an actual deviation that does not include a calculation error, it is highly likely that the value is more accurate.
In the correction force calculation process 133, the same calculation as in the case of the correction force calculation process 115 in FIG. 13 is performed using the value of the signal S7 instead of the displacement Z1, and the magnitudes of the forces P1d and P2 are calculated.
Find d. Further, since the calculation is simpler than the correction force calculation processing 115, the correction force table is omitted, the calculation is performed each time the position in the X direction changes, and the result is directly input to P1.
d, P2d.

【0061】なお、必要があればストレートマスタ42
の変位検出器41と対向する面を、予め定めた曲面に形
成してもよい。つまり、測定対象物の面が曲面に形成さ
れている場合、その曲面の基準面の形状にストレートマ
スタ42を合わせることにより、基準曲面に対する平坦
度が検出可能になる。 (第3の実施の形態)この実施の形態は、請求項1,請
求項2,請求項3,請求項4,請求項6に対応する。
If necessary, the straight master 42
May be formed into a predetermined curved surface. That is, when the surface of the measurement target is formed into a curved surface, the flatness with respect to the reference curved surface can be detected by matching the straight master 42 to the shape of the reference surface of the curved surface. (Third Embodiment) This embodiment corresponds to claims 1, 2, 3, 4, and 6.

【0062】ここでは、上記第1及び第2の実施の形態
と同じ部分には同じ符号を付け、その説明は省略する。
X軸移動機構14の主要部分を拡大して図17に示す。
上記第2の実施の形態と同様に、この形態においても、
スライダ21のZ方向変位を検出するためにストレート
マスタ51が用いられているが、この例では、ストレー
トマスタ51は、測定対象物の測定のために設けられて
いる微小変位計13とアライメント定盤18との間に配
置されている。
Here, the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
FIG. 17 is an enlarged view of a main part of the X-axis moving mechanism 14.
As in the second embodiment, also in this embodiment,
The straight master 51 is used to detect the displacement of the slider 21 in the Z direction. In this example, the straight master 51 includes a minute displacement meter 13 provided for measuring an object to be measured and an alignment platen. 18 is arranged.

【0063】またストレートマスタ51は、その両端が
支柱23及び24で支持されているが、脱着自在に構成
されている。つまり、単一の微小変位計13をアライメ
ント定盤18上に配置される測定対象物の測定と、スト
レートマスタ51の検出とに共用するので、測定対象物
を測定するときには、測定の妨げにならないように、ス
トレートマスタ51を取り外すようにしてある。
The straight master 51 has both ends supported by columns 23 and 24, but is detachable. That is, since the single minute displacement meter 13 is used for both measurement of the measurement target placed on the alignment plate 18 and detection of the straight master 51, the measurement is not hindered when measuring the measurement target. Thus, the straight master 51 is detached.

【0064】制御ユニット300は図2の制御ユニット
100と同じハードウェアであるが、それの実行するソ
フトウェアプログラムが多少変更されている。撓みによ
るスライダ21のZ方向の位置変位を自動修正するため
の制御系の構成を図16に示す。図13と同様に補正力
テーブル113,114が備わっており、図15と同様
にラッチ131と減算器132が備わっている。補正力
計算処理141については、計算の内容は図15の補正
力計算処理133と同一であるが、その計算を実施する
タイミングと、計算の結果を補正力テーブル113,1
14に書き込む点が異なる。
The control unit 300 is the same hardware as the control unit 100 of FIG. 2, but the software program to be executed is slightly modified. FIG. 16 shows the configuration of a control system for automatically correcting the displacement of the slider 21 in the Z direction due to bending. As in FIG. 13, correction force tables 113 and 114 are provided, and as in FIG. 15, a latch 131 and a subtractor 132 are provided. The correction force calculation processing 141 is the same as the correction force calculation processing 133 in FIG. 15 except for the timing at which the calculation is performed and the result of the calculation in the correction force tables 113 and 1.
14 is different.

【0065】この例では、測定を開始する前に、ストレ
ートマスタ51を設置して、ガイド22の撓みによるス
ライダ21のZ方向の実際の変位を微小変位計13で検
出し、微小変位計13をX方向に一定の速度で移動しな
がら、補正力の計算を実施して、計算結果を補正力テー
ブル113,114に書き込む。オペレータの操作に基
づき所定の事前走査指示が発生すると、走査制御処理1
42により、X軸移動機構のスライダ21を駆動するリ
ニアモータ143が制御され、測定時よりも遅い、一定
の速度でスライダ21がX方向に移動する。事前走査指
示に応答して、補正力計算処理141も実行される。
In this example, before the measurement is started, the straight master 51 is installed, the actual displacement of the slider 21 in the Z direction due to the deflection of the guide 22 is detected by the minute displacement meter 13, and the minute displacement meter 13 is detected. The correction force is calculated while moving at a constant speed in the X direction, and the calculation result is written into the correction force tables 113 and 114. When a predetermined pre-scanning instruction is generated based on the operation of the operator, the scanning control processing 1
By 42, the linear motor 143 for driving the slider 21 of the X-axis moving mechanism is controlled, and the slider 21 moves in the X direction at a constant speed that is slower than the time of measurement. The correction force calculation processing 141 is also executed in response to the pre-scanning instruction.

【0066】(第4の実施の形態)この実施の形態は、
第1の実施の形態の変形例であり、請求項1,請求項
2,請求項3,請求項4に対応する。この形態の構成要
素は、上記第1の実施の形態と同じであり、図18に示
すように、突起23b,24bと、圧電アクチュエータ
31,33,ロードセル32,34との位置が入れ替わ
っている点のみ構成が異なる。即ち、この形態では力を
加える圧電アクチュエータ31,33の位置が支点であ
る突起23b,24bの内側に位置している。
(Fourth Embodiment) In this embodiment,
This is a modification of the first embodiment, and corresponds to claims 1, claim 2, claim 3, and claim 4. The components of this embodiment are the same as those of the first embodiment. As shown in FIG. 18, the positions of the projections 23b and 24b and the positions of the piezoelectric actuators 31 and 33 and the load cells 32 and 34 are interchanged. Only the configuration is different. That is, in this embodiment, the positions of the piezoelectric actuators 31 and 33 that apply a force are located inside the protrusions 23b and 24b that are fulcrums.

【0067】力を加える位置が異なるので、圧電アクチ
ュエータ31,33で発生すべき力の大きさP1d,P
2dも異なるが、基本的に第1の実施の形態と同じ方法
で計算し、求めることができる。 (第5の実施の形態)この実施の形態は、第1の実施の
形態の変形例であり、請求項1,請求項2,請求項3,
請求項4に対応する。
Since the positions where the forces are applied are different, the magnitudes P1d, P1d of the forces to be generated by the piezoelectric actuators 31, 33
Although 2d is different, it can be calculated and obtained basically by the same method as in the first embodiment. (Fifth Embodiment) This embodiment is a modification of the first embodiment.
This corresponds to claim 4.

【0068】X軸移動機構14の主要部分を拡大して図
19に示す。図19を参照すると、ガイド22はその両
端部が突起23b,24bで支持されている。またガイ
ド22に力を加える手段が第1の実施の形態と大きく異
なっている。即ち、ガイド22の一端22aでは、その
上部22cに結合されたワイヤ64をプーリ61を介し
て直流サーボモータ63で巻き取るように構成され、ガ
イド22の他端22bでは、その上部22dに結合され
たワイヤ68をプーリ65を介して、直流サーボモータ
67で巻き取るように構成されている。
FIG. 19 is an enlarged view of a main part of the X-axis moving mechanism 14. Referring to FIG. 19, both ends of the guide 22 are supported by protrusions 23b and 24b. The means for applying a force to the guide 22 is significantly different from the first embodiment. That is, at one end 22a of the guide 22, the wire 64 connected to the upper portion 22c is wound by the DC servo motor 63 via the pulley 61, and at the other end 22b of the guide 22, it is connected to the upper portion 22d. The wire 68 is wound by a DC servo motor 67 via a pulley 65.

【0069】つまり、ガイド22の一端22a及び他端
22bに引張力P3,P4を加えることにより、ガイド
22及びスライダ21の重量によるガイド22の撓みを
矯正する。実際の引張力P3,P4を検出するためにロ
ードセル62,66が備わっている。ロードセル62
は、プーリ61を支持する軸とそれを上下方向に移動自
在に支持する部材(支柱23の一部)との間に配置さ
れ、ロードセル66は、プーリ65を支持する軸とそれ
を上下方向に移動自在に支持する部材(支柱24の一
部)との間に配置されている。
That is, by applying tensile forces P3 and P4 to one end 22a and the other end 22b of the guide 22, deflection of the guide 22 due to the weight of the guide 22 and the slider 21 is corrected. Load cells 62 and 66 are provided for detecting actual tensile forces P3 and P4. Load cell 62
Is disposed between a shaft that supports the pulley 61 and a member (a part of the support column 23) that supports the pulley 61 in a vertically movable manner. The load cell 66 connects the shaft that supports the pulley 65 and the shaft in the vertical direction. It is arranged between a member (a part of the column 24) that supports it movably.

【0070】従って、制御ユニット100は、ロードセ
ル62で検出された力の大きさが目標値になるように直
流サーボモータ63を制御し、ロードセル66で検出さ
れた力の大きさが目標値になるように直流サーボモータ
67を制御する。 (第6の実施の形態)この実施の形態は、第5の実施の
形態の変形例であり、請求項1,請求項2,請求項3,
請求項4,請求項7に対応する。
Therefore, the control unit 100 controls the DC servo motor 63 so that the magnitude of the force detected by the load cell 62 becomes the target value, and the magnitude of the force detected by the load cell 66 becomes the target value. The DC servo motor 67 is controlled as described above. (Sixth Embodiment) This embodiment is a modification of the fifth embodiment, and is described in claim 1, claim 2, claim 3, or claim 3.
This corresponds to claims 4 and 7.

【0071】X軸移動機構14の主要部分を拡大して図
20に示す。なお、上記第5の実施の形態と同一の構成
要素には同一の符号を付けてある。図20を参照する
と、ガイド22の一端22aと直流サーボモータ63と
を連結するワイヤ64の途中に、予め定めた重さのおも
り71が装着してあり、ガイド22の他端22bと直流
サーボモータ67とを連結するワイヤ68の途中にも、
おもり71と同じ重さのおもり72が装着してある。
FIG. 20 is an enlarged view of a main part of the X-axis moving mechanism 14. Note that the same components as those in the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals. Referring to FIG. 20, a weight 71 having a predetermined weight is mounted in the middle of a wire 64 connecting one end 22a of the guide 22 and the DC servo motor 63, and the other end 22b of the guide 22 is connected to the DC servo motor. Also in the middle of the wire 68 connecting the 67 and
A weight 72 having the same weight as the weight 71 is attached.

【0072】おもり71,72を利用するうえでの必要
性から、直流サーボモータ63,67はプーリ61,6
5よりも下方に配置してある。例えば図10に示すP1
d,P2dのように、ガイド22の撓みを矯正するため
に加えるべき力は、スライダ21が支点間のどの位置に
あっても方向が同じであり、通常利用される移動範囲内
では、常にある程度の大きさになる。このような力を発
生するためには、比較的大きな高価な駆動源(ここでは
直流サーボモータ63,37)が必要である。しかし、
おもり71,72と駆動源とを併用することにより、駆
動源の負担が軽減され、コストが低減される。
Because of the necessity of using the weights 71, 72, the DC servo motors 63, 67 are connected to the pulleys 61, 6
5 is arranged below. For example, P1 shown in FIG.
As in d and P2d, the force to be applied to correct the deflection of the guide 22 is the same in any direction regardless of the position of the slider 21 between the fulcrums. Of the size. In order to generate such a force, a relatively large and expensive drive source (here, DC servo motors 63 and 37) is required. But,
By using the weights 71, 72 and the drive source together, the load on the drive source is reduced, and the cost is reduced.

【0073】なお、以上説明したいずれの実施の形態に
おいても、X方向の2点でガイド22を支持する場合を
説明したが、例えば図21及び図22に示すように、ガ
イド22の一端を固定して片持ち梁とし、さらにガイド
22の他端又はその近傍を1つの支点81または82で
支持する場合にも、力P1を加えることにより、スライ
ダ21の位置での撓みによるZ方向変位を無くすること
ができる。
In each of the embodiments described above, the case where the guide 22 is supported at two points in the X direction has been described. For example, as shown in FIGS. 21 and 22, one end of the guide 22 is fixed. When the other end of the guide 22 or its vicinity is supported by one fulcrum 81 or 82, the force P1 is applied to eliminate the Z-direction displacement due to the deflection at the position of the slider 21. can do.

【0074】以上説明したいずれの実施の形態において
も、スライダ21のX方向の絶対位置を得るために、移
動量を示すパルス信号の有無により特定される基準位置
を利用している。この方法は単なる1例に過ぎず、例え
ば非接触のリミットスイッチを用いて、移動範囲の限界
位置や走査上の基準位置を決定し、これらの位置を基準
としてスライダ21の絶対位置を決定しても良い。
In any of the embodiments described above, the reference position specified by the presence or absence of a pulse signal indicating the amount of movement is used to obtain the absolute position of the slider 21 in the X direction. This method is merely an example. For example, a non-contact limit switch is used to determine the limit position of the moving range and the reference position for scanning, and the absolute position of the slider 21 is determined based on these positions. Is also good.

【0075】[0075]

【発明の効果】【The invention's effect】

(請求項1の効果)ガイド部材の撓みによるスライダ部
材の変位が、力発生手段の発生する力によって自動的に
修正されるので、測定対象物の面の平坦度などを測定す
る場合に、撓みの影響を受けなくなり、確実に測定精度
が向上する。
(Effect of Claim 1) The displacement of the slider member due to the bending of the guide member is automatically corrected by the force generated by the force generating means. And the measurement accuracy is surely improved.

【0076】(請求項2の効果)力を加えることによっ
てガイド部材が変形する場合でも、ガイド部材に加わる
力が目標値からずれないように制御されるので、ガイド
部材の撓みによるスライダ部材の変位を、より確実に修
正しうる。 (請求項3の効果)第1の力発生手段が発生する力と第
2の力発生手段が発生する力との配分が適切であれば、
スライダ部材がガイド部材上の移動範囲のどの位置にあ
る場合でも、比較的小さな力でスライダ部材の撓みを矯
正しうる。従って、力発生手段を小型化でき、コストの
低減に役立つ。
(Effect of Claim 2) Even when the guide member is deformed by applying a force, the force applied to the guide member is controlled so as not to deviate from the target value, so that the displacement of the slider member due to the bending of the guide member Can be more reliably corrected. (Effect of Claim 3) If the distribution of the force generated by the first force generating means and the force generated by the second force generating means is appropriate,
Regardless of the position of the slider member in the movement range on the guide member, the deflection of the slider member can be corrected with a relatively small force. Therefore, the force generating means can be miniaturized, which contributes to cost reduction.

【0077】(請求項4の効果)制御量を求めるための
計算が非常に複雑で、その処理に時間がかかる場合であ
っても、実際の測定を実施する際には、予め制御量記憶
手段に記憶された情報を利用して、簡単に制御量を決定
できるので、測定時にスライダ部材の移動速度が制限さ
れることがなくなる。
(Effect of Claim 4) Even if the calculation for obtaining the control amount is extremely complicated and takes a long time to execute the process, the control amount storage means must be stored in advance when performing the actual measurement. Since the control amount can be easily determined by using the information stored in the slider, the moving speed of the slider member is not limited during the measurement.

【0078】(請求項5の効果)実際に検出した変位量
に基づいて変位を修正するので、計算上生じる誤差の影
響が小さくなる。また計算処理が簡単になる。 (請求項6の効果)請求項5と比べて、特別な距離検出
手段を追加する必要が無く、コストを低減しうる。
(Effect of Claim 5) Since the displacement is corrected on the basis of the actually detected displacement amount, the influence of a calculation error is reduced. Also, the calculation process is simplified. (Effect of Claim 6) Compared with Claim 5, there is no need to add a special distance detecting means, and the cost can be reduced.

【0079】(請求項7の効果)おもりを用いて常に一
定の力を加えるので、可変力発生手段が発生すべき力は
比較的小さくなり、力発生手段のコスト低減に効果があ
る。
(Effect of Claim 7) Since a constant force is always applied using the weight, the force to be generated by the variable force generating means is relatively small, which is effective in reducing the cost of the force generating means.

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

【図1】超精密平面度測定装置の機構部外観を示す斜視
図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a mechanism of an ultra-precision flatness measuring device.

【図2】X軸移動機構12の主要部分を拡大して示すブ
ロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a main part of the X-axis moving mechanism 12 in an enlarged manner.

【図3】摺動体の支持装置の重量による撓みを示す模式
図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing deflection of a sliding-body supporting device due to weight;

【図4】ガイドの撓み矯正の原理を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing the principle of correcting the deflection of the guide.

【図5】ガイドの撓み矯正の原理を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic view showing the principle of correcting the deflection of the guide.

【図6】ガイドの撓み変形モデルを示す模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing a bending deformation model of a guide.

【図7】ガイドの撓み矯正のモデルを示す模式図であ
る。
FIG. 7 is a schematic view showing a model for correcting deflection of a guide.

【図8】スライダの位置とZ方向変位の例を示すグラフ
である。
FIG. 8 is a graph showing an example of a position of a slider and a displacement in a Z direction.

【図9】スライダの変位を修正するのに必要な力の例を
示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing an example of a force required to correct a displacement of a slider.

【図10】スライダの変位を修正するのに必要な力の例
を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing an example of a force required to correct a displacement of a slider.

【図11】所定の矯正力を加えた時のガイド各部の変位
を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing displacement of each part of the guide when a predetermined correcting force is applied.

【図12】所定の矯正力を加えた時のガイド各部の変位
を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the displacement of each part of the guide when a predetermined correcting force is applied.

【図13】スライダの変位を自動修正する制御系の構成
を示すブロック図である。
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a control system for automatically correcting the displacement of the slider.

【図14】X軸移動機構12の主要部分を拡大して示す
ブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing a main part of the X-axis moving mechanism 12 in an enlarged manner.

【図15】スライダの変位を自動修正する制御系の構成
を示すブロック図である。
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a control system for automatically correcting the displacement of the slider.

【図16】スライダの変位を自動修正する制御系の構成
を示すブロック図である。
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a control system for automatically correcting the displacement of the slider.

【図17】X軸移動機構12の主要部分を拡大して示す
ブロック図である。
FIG. 17 is a block diagram showing a main part of the X-axis moving mechanism 12 in an enlarged manner.

【図18】X軸移動機構12の主要部分を拡大して示す
ブロック図である。
FIG. 18 is an enlarged block diagram showing a main part of the X-axis moving mechanism 12.

【図19】X軸移動機構12の主要部分を拡大して示す
ブロック図である。
FIG. 19 is a block diagram showing a main part of the X-axis moving mechanism 12 in an enlarged manner.

【図20】X軸移動機構12の主要部分を拡大して示す
ブロック図である。
FIG. 20 is a block diagram showing a main part of the X-axis moving mechanism 12 in an enlarged manner.

【図21】ガイドの支持構造の概略を示す正面図であ
る。
FIG. 21 is a front view schematically showing a guide support structure.

【図22】ガイドの支持構造の概略を示す正面図であ
る。
FIG. 22 is a front view schematically showing a guide support structure.

【図23】公知技術の直定規を示す模式図である。FIG. 23 is a schematic view showing a straightedge of a known technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 基礎定盤 11 空気ばね式除振機構 12 Y軸移動機構 13 微小変位計 14 X軸移動機構 15,21 スライダ 1622 ガイド 17 土台 18 アライメント定盤 23,24 支柱 25 取付部 22a 一端 22b 他端 23a,24a 凹部 23b,24b 突起 31,33 圧電アクチュエータ 32,34 ロードセル 35 位置検出器 36 リニアスケール 41 変位検出器 42,51 ストレートマスタ 61,65 プーリ 62,66 ロードセル 63,67 直流サーボモータ 64,68 ワイヤ 71,72 おもり 81,82 支点 100,200,300 制御ユニット 111 位置カウンタ 112 基準位置検出処理 113,114 補正力テーブル 115,133,141 補正力計算処理 116,117,132 減算器 118,119 PI制御 120,121 ドライバ 131 ラッチ 142 走査制御 Reference Signs List 10 base surface plate 11 air spring type vibration isolation mechanism 12 Y-axis movement mechanism 13 minute displacement meter 14 X-axis movement mechanism 15, 21 slider 1622 guide 17 base 18 alignment surface plate 23, 24 column 25 mounting part 22a one end 22b other end 23a , 24a recess 23b, 24b protrusion 31, 33 piezoelectric actuator 32, 34 load cell 35 position detector 36 linear scale 41 displacement detector 42, 51 straight master 61, 65 pulley 62, 66 load cell 63, 67 DC servo motor 64, 68 wire 71, 72 Weight 81, 82 Support point 100, 200, 300 Control unit 111 Position counter 112 Reference position detection processing 113, 114 Correction force table 115, 133, 141 Correction force calculation processing 116, 117, 132 Subtractor 118, 19 PI control 120 and 121 driver 131 latch 142 scanning control

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松橋 淑光 神奈川県川崎市幸区下平間239番地 黒田 精工株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshimitsu Matsuhashi 239 Shimohirama, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 それ自身の両端もしくはその近傍の少な
くとも2点が支持されたガイド部材と、該ガイド部材に
案内されて所定の方向に摺動自在なスライダ部材とから
なる摺動体の支持装置において、 前記ガイド部材上における前記スライダ部材の摺動方向
位置を検出する位置検出手段と、 前記ガイド部材の端部もしくはその近傍に加圧力もしく
は引張力を加える力発生手段と、 前記ガイド部材の撓みによる前記スライダ部材の位置変
位を矯正するために、前記位置検出手段が検出した位置
情報に応じて決定した制御量を前記力発生手段に与える
矯正力制御手段を設けたことを特徴とする摺動体の支持
装置。
An apparatus for supporting a sliding body comprising a guide member supported at least at two points at or near both ends thereof, and a slider member guided by the guide member and slidable in a predetermined direction. Position detecting means for detecting a position of the slider member in the sliding direction on the guide member; force generating means for applying a pressing force or a tensile force to or near an end of the guide member; A correcting unit for correcting the positional displacement of the slider member, the correcting unit providing a control amount determined according to the position information detected by the position detecting unit to the force generating unit; Support device.
【請求項2】 請求項1記載の摺動体の支持装置におい
て、 前記力発生手段が、前記ガイド部材に実際に加わる力の
大きさを検出する力検出手段を備え、 前記矯正力制御手段が、前記力検出手段の検出した力の
大きさに応じて、前記力発生手段に与える制御量を自動
的に修正するフィードバック制御手段を含むことを特徴
とする摺動体の支持装置。
2. The sliding body supporting device according to claim 1, wherein the force generating means includes a force detecting means for detecting a magnitude of a force actually applied to the guide member, and wherein the correcting force control means comprises: A sliding body support device comprising feedback control means for automatically correcting a control amount applied to the force generating means according to the magnitude of the force detected by the force detecting means.
【請求項3】 請求項1記載の摺動体の支持装置におい
て、 前記力発生手段が、前記ガイド部材の一端もしくはその
近傍に配置された第1の力発生手段と、前記ガイド部材
の他端もしくはその近傍に配置された第2の力発生手段
を備え、 前記矯正力制御手段が、前記位置検出手段が検出した位
置情報と、予め定められた評価関数とに基づいて、前記
第1の力発生手段に与える制御量と前記第2の力発生手
段に与える制御量の両者をそれぞれ独立に決定する制御
量決定手段を備えることを特徴とする摺動体の支持装
置。
3. The sliding body support device according to claim 1, wherein the force generating means includes a first force generating means disposed at or near one end of the guide member, and another end of the guide member. A second force generation unit disposed in the vicinity thereof, wherein the correction force control unit generates the first force generation based on the position information detected by the position detection unit and a predetermined evaluation function. A supporting device for a sliding body, comprising: control amount determining means for independently determining both a control amount applied to the means and a control amount applied to the second force generating means.
【請求項4】 請求項1記載の摺動体の支持装置におい
て、 前記矯正力制御手段が、予め計算によって求められた各
位置における制御量の目標値情報を位置に対応付けて保
持する制御量記憶手段を備えることを特徴とする摺動体
の支持装置。
4. The control device according to claim 1, wherein the correction force control means stores target value information of a control amount at each position obtained in advance by calculation in association with the position. A device for supporting a sliding body, characterized by comprising means.
【請求項5】 請求項1記載の摺動体の支持装置におい
て、 前記スライダ部材の摺動経路に沿って、前記ガイド部材
の軸と平行に配置される位置基準部材と、 該位置基準部材と対向する状態で前記スライダ部材上に
配置され、それ自身と前記位置基準部材の対向面との距
離を検出する距離検出手段とを更に備え、 前記矯正力制御手段が、前記距離検出手段の検出した距
離と、前記位置検出手段が検出した位置情報とに基づい
て前記力発生手段に与える制御量を決定する制御量決定
手段を含むことを特徴とする摺動体の支持装置。
5. The sliding body support device according to claim 1, wherein a position reference member is disposed along a slide path of the slider member in parallel with an axis of the guide member, and opposes the position reference member. And a distance detecting means for detecting a distance between the slider member and the opposing surface of the position reference member, wherein the correcting force control means detects the distance detected by the distance detecting means. And a control amount determining means for determining a control amount to be applied to the force generating means based on the position information detected by the position detecting means.
【請求項6】 請求項1記載の摺動体の支持装置におい
て、 測定対象物が配置される面と対向する状態で前記スライ
ダ部材上に配置された距離検出手段と、 前記スライダ部材の摺動経路に沿って、前記ガイド部材
の軸と平行に、かつ前記距離検出手段の検出面と対向す
る状態で配置される脱着自在な位置基準部材とを更に備
え、 前記矯正力制御手段が、前記位置基準部材が装着された
状態で、前記距離検出手段の検出した距離と、前記位置
検出手段が検出した位置情報とに基づいて前記力発生手
段に与える制御量の目標値を位置毎に決定するととも
に、決定した制御量の目標値をスライダ部材の位置に対
応付けて記憶する制御量記憶手段を含むことを特徴とす
る摺動体の支持装置。
6. A sliding body support device according to claim 1, wherein a distance detecting means is disposed on said slider member in a state facing the surface on which the object to be measured is disposed, and a sliding path of said slider member. And a detachable position reference member disposed in parallel with the axis of the guide member and facing the detection surface of the distance detection means, wherein the correction force control means comprises: In the state where the member is mounted, the distance detected by the distance detecting means, and a target value of the control amount to be given to the force generating means based on the position information detected by the position detecting means is determined for each position, A supporting device for a sliding body, comprising: a control amount storage unit that stores a determined target value of a control amount in association with a position of a slider member.
【請求項7】 請求項1記載の摺動体の支持装置におい
て、 前記力発生手段が、前記ガイド部材の端部に一定の引張
力を加えるおもりと、前記ガイド部材の端部もしくはそ
の近傍に可変の力を与える可変力発生手段とを含むこと
を特徴とする摺動体の支持装置。
7. The sliding body support device according to claim 1, wherein the force generating means is configured to apply a constant tensile force to an end of the guide member and to change the weight to an end of the guide member or in the vicinity thereof. And a variable force generating means for applying a force.
JP14012197A 1997-05-29 1997-05-29 Support device of slider Pending JPH10332860A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011035381A (en) * 2009-06-30 2011-02-17 Asml Holding Nv Method of controlling movable object position, control system of controlling positioning device, and lithographic apparatus
KR20190100036A (en) * 2018-02-19 2019-08-28 파스포드 테크놀로지 주식회사 Mounting device and manufacturing method of semiconductor device

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