TW200526351A - Stage device - Google Patents

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200526351 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於載台裝置，特別是，在定盤上具備將 2個移動體各別朝一軸方向滑動可能的線形馬達的2個驅 動源，2個移動體的至少一方是具備由朝一軸方向延伸的 導引構件所導引，在這些2個移動體之間與導引構件直交 地橫跨且與2個移動體同時移動可能的樑桿將載台裝置。

1 術 技 前 先 rL 這種的載台裝置的一例參照第6圖說明。在第6圖， 在定盤1上使二條的導引軌道2及3是隔有預定的間隔地 相互平行配設，在導引軌道2及3分別配置移動體4及5 。在此，著眼於導引軌道2及移動體4的話，如第6 ( b )圖所示，在移動體4具備靜壓軸承襯墊12，位在導引 軌道2及移動體4之間。在移動體4，具備靜壓軸承襯墊 1 3，位在定盤1及移動體4之間。由此’移動體4是沿著 如第6(a)圖所示的Y軸方向，即，導引軌道2移動可 能。 同樣地，移動體5也具備靜壓軸承襯墊1 2及1 3，移 動體5是沿著導引軌道3移動可能。 樑桿6，是其·一端是固定於移動體4及昇降体（例如 螺栓），他端是藉由移動體5及板彈簧構造8連結。由此 ，樑桿6是與移動體4、5同時朝Y軸方向移動可能。 在樑桿6配置有移動體（可動部）】4，移動體14是 -5 - 200526351 (2) 使樑桿6作爲導引，朝第6圖（a )的X軸方向移動可能 。在定盤1及移動體14之間配置靜壓軸承襯墊14a〜14c 。即，在移動體14安裝靜壓軸承襯墊14a〜14c，移動體 14是藉由靜壓軸承襯墊14a〜14c對於定盤1朝Z軸方向 被導引，朝X軸方向移動可能。 在樑桿6的中央部，在其下面安裝有靜壓軸承襯墊 1 5，位在定盤1及樑桿6之間。而且，藉由靜壓軸承襯墊 1 5，支撐樑桿6。即，靜壓軸承襯墊1 5，不會妨礙移動體 1 4的移動，橫跨X軸方向及Y軸方向的全行程與樑桿6 同時移動並支撐樑桿6的自重，在樑桿6及移動體5的結 合部等不施加過度的負荷地支撐樑桿6 (例如，專利文獻 1參照）。 但是，移動體4、5、1 4的驅動源，通常是使用線形 馬達。例如，在導引軌道2及樑桿6之間，在導引軌道3 及樑桿6之間設置含有各別將移動體4、5作爲可動部的 線形馬達，樑桿6及移動體1 4之間使移動體】4成爲可動 部地構成線形馬達。 線形馬達是使用可動線圈型時，例如，構成於導引軌 道2及樑桿6之間的線形馬達的說明如以下。沿著導引軌 道2以定間隔配列複數永久磁鐵。使這些的複數永久磁鐵 隔有間隔且異磁極相面對地配列複數永久磁鐵。而且，在 上述間隔使與移動體4連結的可動線圈與移動體4同時可 移動地配置。 在這種載台裝置中，在上述的結構之外，爲了移動體 -6 - 200526351 (3) 4、5、1 4的位置控制，在各線形馬達具備由線形刻度及 線形檢測器組合而成的位置檢測器。而且，對於移動體4 、5用的線形馬達進行同期控制（例如，專利文獻2參照 )° 在這種載台裝置中，在移動體14上，搭載供載置被 加工構件等用的載置台，實行使被加工構件被高精度定位 的驅動控制。 但是，在這種載台裝置，需要讓樑桿6與導引軌道2 、3直交。到此爲止的載台裝置，其樑桿6，是以某基準 位置，例如倣照設定於導引2、3的一方的端部附近的原 點位置時的機械精度的直交度爲基準，之後，在移動體4 、5產生偏離位置的情況時，藉由將移動體4、5個別地 位置控制，維持倣照上述的機械精度的直交度。 但是，這種的載台裝置，是進行連續運轉的話因線形 馬達的發熱作用會使各構件特別是樑桿6及其周邊的構件 變形，對於導引軌道2、3的樑桿6的直交度會從上述預 定的範圍偏離。即，到此爲止的載台裝置，因連續運轉在 載台裝置的各構件會發生溫度上昇，因此直交度變化的話 ，無法維持所設定的對於導引軌道2、3的樑桿6的直交 度在預定範圍內。 [專利文獻Π日本特開2000-3 5 6693號公報 [專利文獻2]日本特開2000- 1 5 5 1 86號公報 【發明內容】 200526351 (4) (本發明所欲解決的課題） 在此，本發明的課題，提供一種具備即使 轉的情況，對於導引軌道的樑桿的直交度也可 定的預定範圍內的功能的載台裝置。 (用以解決課題的手段） 本發明，是一種載台裝置，具備使2個移動 X方向滑動可能的2個驅動源，2個移動體的至 具備由朝前述X方向延伸的導引構件所導引， 個移動體之間使前述導引構件直交地橫跨且與2 同時移動可能的樑桿，其特徵爲，具備：供檢測 移動體的各別的位置用的2個位置檢測器；及供 2個移動體的各別的原點位置用的2個原點檢測 述2個位置檢測器，接受來自2個原點檢測器的 ，進行供控制前述2個驅動源用的前述2個移動 控制用的控制裝置；前述控制裝置，是藉由也具 2個驅動源個別控制使前述樑桿體對於與前述X 的偏旋轉軸旋轉的偏軸旋轉控制功能，在該載台 動時即使前述樑桿體的直交度變化的情況，前述 可對於前述導引構件維持於預定範圍內的直交度 對於上述本發明的載台裝置，其中，前述偏 制功能是藉由內藏於前述控制裝置的偏軸旋轉控 行，因爲將初期値資料給與該偏軸旋轉控制程式 該載台裝置停止狀態就事先測量前述樑桿體的直 行連續運 持於所設 體各別朝 少一方是 在這些2 個移動體 前述2個 限定前述 器；及前 檢測訊號 體的位置 有將前述 方向垂直 裝置的起 樑桿體也 〇 軸旋轉控 制程式實 ，所以在 交度，依 -8- 200526351 (5) 據獲得的直交度使前述樑桿體成爲前述預定範圍內的直交 度所需要的修正値△ y 1作爲目標値記憶於前述記憶裝置 ，前述偏軸旋轉控制程式，是實行：在該載台裝置的起動 時在前述樑桿體的直交度變化的狀態下將前述2個移動體 驅動至可被前述2個原點檢測器檢測的位置爲止，在其時 算出由前述2個位置檢測器獲得的2個座標資料的差△ y3 的步驟；及使用前述修正値Ayl及前述差Ay3只有（ △ y 1 - △ y 3 )分使前述樑桿體對於前述偏旋轉軸旋轉的步 驟。 對於上述本發明的載台裝置，其中，爲了將初期値資 料給與前述偏軸旋轉控制程式，更在該載台裝置當時設置 狀態的狀態下由驅動至前述移動體可被前述2個原點檢測 器檢測的位置爲止，在其時算出由前述2個位置檢測器獲 得的2個座標資料的差△ y 〇並記憶於前述控制裝置內的 記憶裝置，前述修正値△ y 1是依據前述差△ yO決定。 (發明之效果） 本發明的載台裝置’因爲即使產生了由連續運轉所起 因的例如由溫度上昇所產生的樑桿等的變形，對於導引構 件的樑桿的直交度也可隨時維持在預定的範圍內，所以可 W使被加工構件被局精度定位。 【實施方式】 在以下’爹照圖面，說明本發明的實施例。本發明的 -9- 200526351 (6) 實質，是連續運轉載台裝置後’即使再度起動’可以使所 設定的對於導引軌道的樑桿的直交度維持在預定範圍內。 因此，本發明，是在定盤上具備將2個移動體各別朝一軸 方向（X方向）滑動可能的線形馬達的2個驅動源，2個 移動體的至少一方是可適用於具備由朝一軸方向延伸的導 引構件所導引，於這些2個移動體之間使導引構件直交地 橫跨且與2個移動體同時移動可能的樑桿的一種載台裝置 〇 當然，2個移動體是由分別朝一軸方向延伸的2個導 引構件導引的的載台裝置也適用可能。即，本發明，當然 也適用於第6圖的專利文獻1的載台裝置及專利文獻2的 載台裝置。 然而，對於本發明的直交度的問題所導致的樑桿的變 形，是對於定盤的上面平行的變形量。 因此，在以下的實施例中，由以下的點爲前提條件進 行說明。 本實施例是適用於第6圖所說明的載台裝置。當然， 各移動體的驅動源是使用線形馬達，這些的線形馬達，是 將從由組合前述如的線形刻度及線形檢測器的位置檢測器 所測得的位置檢測値作爲反饋値使用，依據位置指令値之 間的偏差藉由進行位置控制的控制裝置而個別控制可能。 特別是，將第6圖所示的移動體4、5個別位置控制可能 ，是指使控制裝置可進行樑桿6的偏軸旋轉控制的意思。 偏軸旋轉控制，是指使樑桿6對於其中心軸（X軸或 -10- 200526351 (7) 是與定盤1的上面垂直的Z軸方向的中心軸）只微小角度 旋轉可能用的控制。以下，此中心軸稱爲偏中心軸，此中 心及旋轉稱爲偏軸旋轉。2個線形刻度間的距離，是橫跨 全長一定。 以下，一方的線形馬達稱爲Y 1線形馬達，設置在此 的線形刻度稱爲γ 1刻度，他方的線形馬達稱爲Y2線形 馬達，設置在此的線形刻度稱爲Y2刻度。 且，在第6圖的導引軌道2、3的一端側附近是分別 設置’設定、檢測移動體4、5的原點位置用的原點檢測 器（第6圖的〇Sl、OS2)。原點檢測器〇S1、〇S2，是 檢測移動體4、5的一部分到達此處者，使用後述的光學 式、磁性式等的檢測器。如以下說明，磁性式檢測器，可 獲得比光學式檢測器局的檢測精度。然而，光學式檢測器 的情況’是使遮斷原點檢測器〇 S 1、〇 S 2的光路用的遮斷 構件各別設置於移動體4、5。第6圖遮斷構件是由s S 1、 S S 2表不。性式檢測器的情況，除了將被檢測構件磁性 地檢測之外’配置關係是相同。即，在S g 1、S S 2設置被 檢測構件。 前述本發明的實質是對於維持直交度用的控制動作參 照第1圖〜第3圖說明。 第1圖，是δ兌明本發明所適用的載台裝置的出貨前所 進行的供校對直交度用的作業用的圖。即，在載台裝置的 出貝則，是貫行供收得初期狀態的資料用的作業。當然， 此作業是藉由載台裝置所具備的控制裝置實行。 -11 - 200526351 (8) 在第1圖，γ 1線形馬達側的移動體的位置是由’ 度所檢測，Υ2線形馬達側的移動體的位置是由Υ2刻 檢測。此情況，樑桿6是使其偏中心軸的位置由 Υ 進座標表示，其値是Υ1刻度的座標資料y 1及Υ2刻 座標資料y2的平均値（yl+y2 ) /2。 (1 )在符合直交度的狀態，即在藉由使用垂直 對於導引軌道2、3使樑桿6機械地直交來確保組裝 狀態的資料收得。 [Ι-a.準備] 載台裝置是以原本（使樑桿6機械地直交前的狀 的精度，起動Υ 1線形馬達、Y2線形馬達，收得樑桿 達由原點檢測器0 S 1、〇 S 2檢測的位置時的Υ 1刻度 刻度的原點的座標資料y 1 0、y 2 0。而且，計算這些 標資料yl〇、y20的差AyO (二yl0-y20)，作爲參數 保存於控制裝置內的記憶裝置。此參數△ yO，含有大 是因原點檢測器〇S 1，bs2的設置誤差，即連結原點 器OS1、OS2的線未必與導引軌道2、3直交的誤差 。因此，此準備作業，是指收得原點位置的幾何學地 資料的意思。 [卜b.參數△ y〇的修正] 使用直角原器測量直交度。依據所求得的直交度 對於△ y〇應加減的値，修正參數△ yO的値。而且， 刻 度所 軸並 度的 原器 精度 態） 6到 、Y2 的座 △ y〇 部分 檢測 成分 位置 求得 修正 -12- 200526351 (9) 的値作爲修正參數△ y 1決定。此修正參數△ y 1，是在之 後說明的（3 )項中成爲校對直交度時的基準値（目標値 )。此時，直交度是考慮直角原器及測量精度的誤差，使 進入[(直角原器及測量精度的誤差）± 〇 . 2度]的精度。 在此’直交度的精度評價，因爲γ 1刻度及Y2刻度間的 距離一定，所以由角度進行。上述參數Ayl，之後是作爲 初期値資料使用。 之後的作業是在載台裝置的設置現場由實際的使用狀 態進行’以下說明的偏軸旋轉控制動作是藉由控制裝置實 行。因此’在控制裝置中，事先容納偏軸旋轉控制動作用 的程式。 (2 )機械重設時的資料收得。 載台裝置的連續運轉後，進行機械重設（起動）時， 如第2圖所示，起因於發熱等的直交度變化的狀態下假設 起動控制。與前述同樣起動Y 1線形馬達、γ 2線形馬達， 收得樑桿6到達由原點檢測器〇 S 1、〇 S 2檢測的位置時的 Y 1刻度、Y2刻度的原點的座標資料y丨3、y 2 3。而且，計 算這些的座標資料yl3、y23的差/\y3 ( =yl3-y23)。 (3 )由偏軸旋轉控制的直交度的校對。 藉由偏軸旋轉控制校對直交度所需要的値，是配合應 由上述（1 )項的1 - b所決定的修正參數△ y 1的基準値（ 目標値）。 即’參照第3圖，差，是因爲有從直 交度正確的狀態的旋轉方向（偏軸旋轉方向）的偏離，所 -13- 200526351 (10) 以只有差（△ y卜△ y 3 )的値分以偏軸爲中心旋轉 。當然，旋轉方向是修正直交度的偏離的方向。然 本形態中，偏軸旋轉控制的旋轉角度的容許限度1 秒。适是’探桿6只旋轉1 1秒時’所需要的推力 形馬達的定格推力的1 〇%的値。 (4 )確認作業。 再度，實行上述（2 )的過程，求得機械重設 )後的原點的差△ y4，確認從基準値（目標値）的 △ y 1 - △ y 4 )的値是容許値（± 0 · 5秒）以下。即， (△ y卜△ y 4 ) € 0 ± 0 · 5秒。這被確認的話，即符 範圍內的直交度的意思。然而，△ y4 = yl4-y24，y] ，分別是樑桿6到達由原點檢測器OS 1、OS2檢測 時的Y 1刻度、Y2刻度的原點的座標資料。 萬一，（Ay卜Ay4)的値是超過容許値（±〇 的情況時，返覆上述（3 ) 、（ 4 )的過程。 在本形態中，特別是斷開載台裝置的電源將的 6會自動地回復至預定位置（例如導引軌道的中央 在上述機械重設時，開始從此已知的預定位置回復 點檢測器os 1、0S2所檢測的位置爲止的原點尋找 而且，從由原點檢測器〇 S 1、0 S 2所檢測的位置至 離前方的位置爲止是使樑桿6由高速移動，之後， 原點檢測器〇S 1、0S2檢測的位置的爲止由微速移 此，提高朝原點檢測器〇 S 1、0 S 2的到達精度， Y 1刻度、Y2刻度獲得的座標資料的精度。 樑桿6 :而，在 直爲11 成爲線 (起動 偏離（ 確δ忍爲 合預定 I 4 ^ y 2 4 的位置 • 5秒） 話樑桿 部）， 至由原 動作。 預定距 到達由 動。由 提高從 -14- 200526351 (11) 接著，對於在原點檢測器os 1、OS2使用光學式檢測 器及比其高精度的磁性式檢測器的情況時的直交度的精度 進行比較說明。 原點檢測器是2個設置的情況時，偏原點的精度，即 樑桿6的直交度的精度，是使連結原點檢測器的測量精度 及2個原點檢測器的線藉由不與導引構件直交所產生的相 對位置的誤差決定。 使用光學式檢測器的情況時，如第4圖所示，其返覆 位置再現性爲± 1 μ m，光學式檢測器動作後的線形刻度的 讀取時間遲延所起因的樑桿6的變位量爲± 1 // m的話， 偏原點精度是成爲具有合計± 3 // m的誤差。± 3 // m的誤 差，若樑桿6的延伸長爲1 0 8 0mm的話，變換成角度的情 況時成爲tan-1 (3//m/1080rnm)，約±0.57秒。這是因 爲，雖稍超過上述預定範圍內的直交度± 〇 . 5秒，但幾乎 可滿足的値。 一方面，使用磁性式檢測器的情況時，如第5圖所示 ，其返覆位置再現性爲± 〇 . 1 # m，磁性式檢測器動作後的 線形刻度的讀取時間遲延所起因的樑桿6的變位量爲± 1 m的話，偏原點精度是成爲具有合g十± 1 . 2 // m的誤差。 ± 1 · 2 // m的誤差，若樑桿6的延伸長爲1 0 8 0mm的話，變 換成角度的情況時成爲tan- 1 ( 1 .2 // m/ 1 0 8 0mm )，約 ± 0 · 2 3秒。這是，小於上述預定範圍內的直交度± 0 . 5秒 〇 接著，說明定盤1上的溫度變化的情況時對於偏原點 -15- 200526351 (12) 的精度的影響。對於光學式檢測器說明的話’提供溫度變 化是從2 5 °C至5 5 °C的情況時，即3 0 °C的溫度上昇使檢測 位置2 0 μ m變化者。此情況爲〇 . 6 7 μ m /1 °C。但是，2個光 學式檢測器的溫度變化相同的情況時，上述的變化可以忽 視。假設，2個光學式檢測器的溫度變化有1 °C的差的情 況時，成爲 tan-1 ( 0.67pm/ 1 0 8 0rnm)，約 ±0.12 秒。一 方面，對於磁性式檢測器說明的話，提供對於溫度偏移爲 0.1 μπι/ PC者。假設，使用這種磁性式檢測器的情況時， 是成爲 tan_l (0.1//m/1080mm)，約 ±0.02 秒。 然而，在第6圖中，將原點檢測器0 S 1、Ο S 2及遮斷 構件或是被檢測構件，設置於從導引構件2、3的內側面 稍遠離的位置，但是這些的配置位置，儘可能靠近外側較 佳。這是因爲，從遮斷構件或是被檢測構件的設置處至樑 桿6的先端爲止的長度較大側對於角度的分解能，換言之 對於樑桿6的變形量的分解能變高。 以上，說明將本發明的實施例，適用於2個移動體是 由朝分別一軸方向延伸的2個導引構件所導引的結構的載 台裝置，但是本發明不限定於這種載台裝置。例如，在定 盤上具備使2個的移動體將各別朝一軸方向滑動可能的線 形馬達的2個驅動源，只有2個移動體的一方是具備由朝 一軸方向延伸的導引構件所導引，在這些2個移動體之間 與導引構件直交如地橫跨且與2個移動體同時移動可能的 樑桿的載台裝置也適用可能。 200526351 (13) (產業上的利用可能性） 本發明的載台裝置，是至少供搭載被加工構件用的載 置台的X軸，Y軸方向，依據情況進一步z軸方向也驅 動可能的載台裝置全般皆適用可能。 【圖式簡單說明】 [第1圖]說明本發明的供校對直交度用的實行作業的 圖。 [第2圖]說明本發明的載台裝置的連續運轉後，進行 機械重設時的實行作業的圖。 [第3圖]說明接著本發明的第2圖的作業的實行作業 的圖。 [第4圖]說明本發明所使用的原點檢測器爲光學式檢 測器的情況時的直交度的精度的圖。 [第5圖]說明本發明所使用的原點檢測器爲磁性式檢 測器的情況的直交度的精度的圖。 [第6圖（a) (b)]說明本發明所適用的載台裝置的 一例的圖。 【主要元件之符號說明】 0 S 1、Ο S 2 :原點檢測器 S S 1、S S 2 :遮斷構件或被檢測構件 1 :定盤 2、3 :導引軌道（導引構件） -17- 200526351 (14) 4、5 :移動體 6 :樑桿 8 :板彈簧構造 1 2 :靜壓軸承襯墊 1 3 :靜壓軸承襯墊 1 4 :移動體（可動部） 1 4 a〜1 4 c :靜壓軸承襯墊 1 5 :靜壓軸承襯墊

Claims (1)

1. 200526351 (1) 十、申請專利範圍 1 . 一種載台裝置，具備使2個移動體各別朝X方向 滑動可能的2個驅動源，2個移動體的至少一方是具備由 朝前述X方向延伸的導引構件所導引，在這些2個移動 體之間使前述導引構件直交地橫跨且與2個移動體同時移 動可能的樑桿，其特徵爲，具備： 供檢測前述2個移動體的各別的位置用的2個位置檢 測器、及 供限定前述2個移動體的各別的原點位置用的2個原 點檢測器、及 前述2個位置檢測器，接受來自2個原點檢測器的檢 測訊號，進行供控制前述2個驅動源用的前述2個移動體 的位置控制用的控制裝置， 前述控制裝置，是藉由也具有將前述2個驅動源個別 控制使前述樑桿體對於與前述X方向垂直的偏旋轉軸旋 轉的偏軸旋轉控制功能，在該載台裝置的起動時即使前述 樑桿體的直交度變化的情況，前述樑桿體也可對於前述導 引構件維持於預定範圍內的直交度。 2 .如申請專利範圍第〗項的載台裝置，其中， 前述偏軸旋轉控制功能是藉由內藏於前述控制裝置的 偏軸旋轉控制程式實行， 因爲將初期値資料給與該偏軸旋轉控制程式，所以在 該載台裝置停止狀態就事先測量前述樑桿體的直交度，依 據獲得的直交度使前述樑桿體成爲前述預定範圍內的直交 -19- 200526351 (2) 度所需要的修正値△ y 1作爲目標値記憶於前述記憶裝置 前述偏軸旋轉控制程式，是實行： 在該載台裝置的起動時在前述樑桿體的直交度變化的 狀態下將前述2個移動體驅動至可被前述2個原點檢測器 檢測的位置爲止，在其時算出由前述2個位置檢測器獲得 的2個座標資料的差△ y3的步驟；及 使用前述修正値Ayl及前述差Z\y3只有（△yl-/\y3 )分使前述樑桿體對於前述偏旋轉軸旋轉的步驟。 3 ·如申請專利範圍第2項的載台裝置，其中，爲了 將初期値資料給與前述偏軸旋轉控制程式，更在該載台裝 置當時設置狀態的狀態下由驅動至前述移動體可被前述2 個原點檢測器檢測的位置爲止，在其時算出由前述2個位 置檢測器獲得的2個座標資料的差△ y0並記憶於前述控 制裝置內的記憶裝置，前述修正値△ y 1是依據前述差 △ y〇決定。