JP2018128350A - Position detecting device, stage device, and shape measuring device - Google Patents
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Abstract
【課題】繋ぎ目や傷などのスケールの形状変化に起因する局所的な位置検出信号の変化に対応可能な高精度な位置補正を行える、メモリ容量の小さい補正テーブルを低処理負荷によって作成する。【解決手段】Xレーザスケール35と、同スケールを走査して位相が互いに異なる2相スケール信号を発生するXレーザスケールヘッド20を備える。補正値計算部118は位置情報の検出に用いる2相スケール信号を補正する補正パラメータを算出する。ステージ位置計算部114は、補正パラメータにより補正された2相スケール信号からスケール/ヘッドの相対移動量に相当する位置情報を検出する。補正用テーブル116は、補正パラメータと、当該の補正パラメータの適用区間と、を関連づけたレコードを格納する。補正用テーブルのレコードは、補正後の2相スケール信号の変化が所定範囲を超える場合に更新される。【選択図】図1A correction table having a small memory capacity and capable of performing high-accuracy position correction capable of coping with a change in a local position detection signal caused by a change in scale shape such as a joint or a flaw is created with a low processing load. An X laser scale and an X laser scale head that scans the scale and generates two-phase scale signals having different phases are provided. The correction value calculation unit 118 calculates a correction parameter for correcting the two-phase scale signal used for detecting the position information. The stage position calculation unit 114 detects position information corresponding to the relative movement amount of the scale / head from the two-phase scale signal corrected by the correction parameter. The correction table 116 stores a record in which the correction parameter is associated with the applicable section of the correction parameter. The correction table record is updated when the corrected change in the two-phase scale signal exceeds a predetermined range. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、スケールと、スケールを走査し、位相が互いに異なる2相スケール信号を発生する検出器を備えた位置検出装置、その位置検出装置を用いたステージ装置および形状測定装置、および位置検出装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a position detection device including a scale and a detector that scans the scale and generates two-phase scale signals having different phases, a stage device and a shape measurement device using the position detection device, and a position detection device. Relates to the control method.
精密加工機や精密計測機などにおいて、いわゆるXYステージなどと呼ばれるステージ装置が用いられている。この種のステージ装置は、ステージ移動により工具やセンサと、対象物との相対移動を実現する。この相対移動を制御するステージ位置制御装置には、高精度な位置検出装置としてレーザスケールなどと呼ばれるリニアエンコーダが用いられる。レーザスケールは、レーザ光源と受光素子を有する光学ヘッド(レーザスケールヘッド)が、周期的に回折格子が刻まれたスケール上を移動する際に、スケールの位置情報を持つ2相の正弦波状の信号を出力する。この2相のスケール信号をA/Dコンバータによりディジタルデータに変換し、ステージ位置制御装置に取り込むことで高精度な位置検出を行うことができる。ステージ位置制御装置の内部の信号処理では、例えば取り込んだ2相のスケール信号に対して逆正接関数を用いて両信号の位相角の変化を求め、ステージ位置の移動距離を検出する。 In precision processing machines, precision measuring machines, and the like, a stage device called a so-called XY stage is used. This type of stage device realizes relative movement between the tool and sensor and the object by moving the stage. In the stage position control device that controls this relative movement, a linear encoder called a laser scale or the like is used as a highly accurate position detection device. The laser scale is a two-phase sinusoidal signal having scale position information when an optical head (laser scale head) having a laser light source and a light receiving element moves on a scale on which a diffraction grating is periodically engraved. Is output. This two-phase scale signal is converted into digital data by an A / D converter and taken into a stage position control device, so that highly accurate position detection can be performed. In the signal processing inside the stage position control device, for example, a change in the phase angle of both signals is obtained using an arc tangent function with respect to the acquired two-phase scale signal, and the moving distance of the stage position is detected.
レーザスケールにおいて、所期の精度で位置検出を行える理想の2相のスケール信号は、振幅が同じ、オフセット無し、互いに90度の位相差を有する信号であり、直交座標では、例えば原点を中心とした真円のリサージュ波形を形成する。しかし、実際の装置では、この2相信号は製造上の諸問題、組み付け誤差などによって、振幅、オフセット、位相差にズレが生じていることがある。このため、現実の2相のスケール信号は、例えば直交座標では原点からずれた傾きがある楕円状のリサージュ波形になっている場合がある。このようなズレが生じていると、位相角の変化に対しても影響するため、検出されるステージ位置に大きな誤差が生じてしまう可能性がある。 In the laser scale, an ideal two-phase scale signal capable of detecting a position with a desired accuracy is a signal having the same amplitude, no offset, and a phase difference of 90 degrees from each other. A perfect Lissajous waveform is formed. However, in an actual apparatus, the two-phase signal may have a deviation in amplitude, offset, and phase difference due to various manufacturing problems and assembly errors. For this reason, the actual two-phase scale signal may be an elliptical Lissajous waveform having an inclination deviated from the origin in, for example, orthogonal coordinates. If such a deviation occurs, it also affects the change in the phase angle, which may cause a large error in the detected stage position.
この対策として、従来からエンコーダの各部を手動で調整することが行われているが、この手動調整には限界がある。このため、スケール信号のオフセット誤差、振幅誤差、および位相誤差を補正するための構成が下記の特許文献1や特許文献2によって提案されている。
As a countermeasure, conventionally, each part of the encoder has been manually adjusted, but this manual adjustment has a limit. For this reason, configurations for correcting an offset error, an amplitude error, and a phase error of a scale signal have been proposed in
特許文献1の技術では、内挿処理を施すことによって得られるリサージュ波形から、常に補正値を算出する。そして、補正値の変化分を累積演算し続けることで、補正値を更新し、動的にズレを解消するようになっている。また、特許文献2の技術では、振幅比、位相差、オフセットのズレを補正するテータを格納した補正テーブルが用いられている。特許文献2では、オフセットに関しては近似式で置き換えてテーブルに格納する構成が用いられている。
In the technique of
ステージ装置の規模、例えばステージのストロークが大きくなるにつれて、エンコーダのスケールを長くする必要がある。しかしながら、長尺のスケールの製造では、例えば複数の工程に分けて回折格子を刻まなければならなくなる場合がある。 As the scale of the stage device, for example, the stroke of the stage increases, the scale of the encoder needs to be increased. However, in manufacturing a long scale, for example, it may be necessary to divide the diffraction grating into a plurality of processes.
そして、例えばこのような工程分割によって、回折格子に繋ぎ目や光学的な特性が不連続になる部位が生じる可能性があり、このような箇所では光学ヘッドから得られる正弦波状信号は局所的なズレが大きくなる。このような事情は、スケール上に傷などがある場合も同様である。 For example, such a process division may cause a part where the joints and optical characteristics are discontinuous in the diffraction grating. In such a part, the sinusoidal signal obtained from the optical head is localized. Misalignment increases. This situation is the same when there are scratches on the scale.
このような局所的な検出信号の変化に対して、上記特許文献1のように、ズレに対して逐次補正値を更新していく場合、局所的な変化に対しては補正処理にタイムラグが生じてしまう可能性がある。また、上記特許文献2の技術では、局所的な検出信号の不規則な変化に対応できるよう、補正テーブル自体を細かく持つ方法も考えられるが、メモリ容量が大きくなりすぎる可能性がある。
When the correction value is sequentially updated with respect to the deviation as described in
特許文献1および特許文献2のような従来技術では、ある程度、繋ぎ目や傷などに起因するスケールの形状変化およびそれに起因する検出誤差を低減できる、と考えられる。しかしながら、上記のような従来技術では超精密機械工作などにおける位置測定に適用するには十分な測定精度を得られない可能性がある。
In the prior arts such as
そこで、本発明の課題は、繋ぎ目や傷などのスケールの形状変化に起因する局所的な位置検出信号の変化に対応可能な高精度な位置補正を行える、メモリ容量の小さい補正用テーブルを低処理負荷によって作成できるようにすることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a correction table with a small memory capacity that can perform high-accuracy position correction that can cope with local changes in position detection signals caused by scale changes such as joints and scratches. The purpose is to enable creation according to the processing load.
上記課題を解決するため、本発明の位置検出装置においては、スケールと、前記スケールに対して相対移動し、前記スケールを走査して位相が互いに異なる2相スケール信号を発生する検出器と、位置情報の検出に用いる前記2相スケール信号を補正する補正パラメータを算出する補正値計算部と、前記補正パラメータにより補正された前記2相スケール信号から前記スケールと前記検出器の相対移動量に相当する位置情報を検出する位置計算部と、前記補正パラメータと、当該の補正パラメータの適用区間と、を関連づけたレコードを格納する補正用テーブルと、前記スケールと前記検出器の相対移動に応じて、前記補正用テーブルの前記適用区間に相当する前記補正パラメータにより補正された前記2相スケール信号の変化に応じて前記補正用テーブルの前記レコードを更新する制御装置と、を備えた構成を採用した。 In order to solve the above-described problems, in the position detection device of the present invention, a scale, a detector that moves relative to the scale, scans the scale, and generates two-phase scale signals having different phases, and a position A correction value calculation unit for calculating a correction parameter for correcting the two-phase scale signal used for information detection, and a relative movement amount of the scale and the detector from the two-phase scale signal corrected by the correction parameter. In accordance with the relative movement of the scale and the detector, the position calculation unit for detecting the position information, the correction parameter, the correction table for storing a record in which the correction parameter is applied, and the application section of the correction parameter. According to the change of the two-phase scale signal corrected by the correction parameter corresponding to the application section of the correction table, A control device for updating the record in Tadashiyo table and employs a configuration having a.
上記構成によれば、補正用テーブルのレコードは補正パラメータと、当該の補正パラメータの適用区間と、を格納することができる。このため、2相スケール信号の変化に応じて、特定の補正パラメータとその適用区間を関連づけるレコードを持つよう補正用テーブルを更新することができる。これにより、繋ぎ目や傷などのスケールの形状変化に起因する局所的な位置検出信号の変化に対応可能な高精度な位置補正を行える、メモリ容量の小さい補正用テーブルを低処理負荷によって作成することができる。 According to the above configuration, the correction table record can store the correction parameter and the application interval of the correction parameter. Therefore, the correction table can be updated so as to have a record that associates a specific correction parameter and its application section according to a change in the two-phase scale signal. As a result, a correction table with a small memory capacity that can perform high-accuracy position correction that can cope with changes in the local position detection signal caused by scale shape changes such as joints and scratches is created with a low processing load. be able to.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the structure shown below is an example to the last, For example, it can change suitably for those skilled in the art in the range which does not deviate from the meaning of this invention about a detailed structure. Moreover, the numerical value taken up by this embodiment is a reference numerical value, Comprising: This invention is not limited.
以下に示す実施形態では、スケール(Xレーザスケール35)に対して相対移動し、スケールを走査して位相が互いに異なる2相スケール信号を発生する検出器(Xレーザスケールヘッド20)を備えた位置検出装置を例示する。この位置検出装置は、例えば接触式のプローブ(38)を用いて対象物の断面形状を測定する形状測定装置(図2(a)、(b))のステージ装置に用いることができる。 In the embodiment described below, a position having a detector (X laser scale head 20) that moves relative to the scale (X laser scale 35) and scans the scale to generate two-phase scale signals having different phases. The detection apparatus is illustrated. This position detection device can be used, for example, in a stage device of a shape measuring device (FIGS. 2A and 2B) that measures the cross-sectional shape of an object using a contact probe (38).
このステージ装置では、例えばスケール(35)および検出器(20)が相対移動する駆動されるステージの相対位置を検出すべく配置される。そして、位置計算部(114)が検出した、ステージの相対位置に相当する位置情報に基づき、ステージを駆動する駆動量を決定する。 In this stage apparatus, for example, the scale (35) and the detector (20) are arranged to detect the relative position of the driven stage on which the relative movement is performed. Then, a driving amount for driving the stage is determined based on position information corresponding to the relative position of the stage detected by the position calculation unit (114).
特に、以下に示す実施形態では、位置検出装置のプローブ(38)をX軸方向に走査させるXステージの走査位置を検出するスケール(Xレーザスケール35)および検出器(Xレーザスケールヘッド20)を例示する。 In particular, in the embodiment described below, a scale (X laser scale 35) and a detector (X laser scale head 20) for detecting the scanning position of the X stage that scans the probe (38) of the position detection device in the X-axis direction are provided. Illustrate.
例えば、以下の実施形態では、位置情報の検出に用いるA相、B相の2相スケール信号を補正する補正パラメータを算出する補正値計算部(118)が設けられる(図1)。 For example, in the following embodiment, a correction value calculation unit (118) for calculating correction parameters for correcting the A-phase and B-phase two-phase scale signals used for detecting position information is provided (FIG. 1).
Xステージの位置情報は、補正パラメータにより補正された2相スケール信号からスケール(35)と検出器(20)の相対移動量として、ステージ位置計算部(114)により検出される。 The position information of the X stage is detected by the stage position calculation unit (114) as the relative movement amount of the scale (35) and the detector (20) from the two-phase scale signal corrected by the correction parameter.
また、補正パラメータは、当該の補正パラメータの適用区間(補正適用範囲)と関連づけて補正用テーブル(116)のレコードを格納する。 Further, the correction parameter stores a record of the correction table (116) in association with the applicable section (correction application range) of the correction parameter.
そして、スケール(35)と検出器(20)の相対移動に応じて、補正用テーブル(116)の適用区間に相当する補正パラメータにより補正された前記2相スケール信号の変化に応じて補正用テーブル(116)のレコードを更新する。 Then, according to the relative movement of the scale (35) and the detector (20), the correction table according to the change of the two-phase scale signal corrected by the correction parameter corresponding to the applicable section of the correction table (116). The record of (116) is updated.
上記の補正値計算部(118)は、A、B相の2相スケール信号の相互の振幅比、位相差、またはオフセットの補正値を補正する補正パラメータを算出するよう構成できる。 The correction value calculation unit (118) can be configured to calculate a correction parameter for correcting the correction value of the mutual amplitude ratio, phase difference, or offset of the A-phase and B-phase two-phase scale signals.
より具体的には、例えば、補正値計算部(118)が算出した補正パラメータと、直前の区間における補正パラメータと、の差が所定範囲を超える場合に、補正用テーブル(116)のレコードを更新する。その場合、使用中のレコードの補正パラメータの適用区間(補正適用範囲)の終端を確定し、また、新たな補正パラメータのために新たなレコードを作成する。 More specifically, for example, when the difference between the correction parameter calculated by the correction value calculation unit (118) and the correction parameter in the immediately preceding section exceeds a predetermined range, the record of the correction table (116) is updated. To do. In this case, the end of the correction parameter application section (correction application range) of the record being used is determined, and a new record is created for a new correction parameter.
また、例えば、位置計算部(114)によって算出される位置と、補正値計算部(118)から得られる補正パラメータを用いて補正した位置の差が所定範囲を超える場合に、補正用テーブル(116)のレコードを更新する制御を行うこともできる。 Further, for example, when the difference between the position calculated by the position calculation unit (114) and the position corrected using the correction parameter obtained from the correction value calculation unit (118) exceeds a predetermined range, the correction table (116 ) Records can be updated.
また、例えば、補正値計算部(118)が計算した補正後の2相スケール信号の2乗和を複数、サンプリングし、複数の2乗和の値の変化が所定範囲を超える場合に、補正用テーブル(116)のレコードを更新する制御を行うこともできる。 Further, for example, when a plurality of square sums of the corrected two-phase scale signals calculated by the correction value calculation unit (118) are sampled and the change in the values of the plurality of square sums exceeds a predetermined range, the correction Control to update the record of the table (116) can also be performed.
また、補正パラメータは、例えば補正後の2相スケール信号の波形を記憶する波形信号記憶部(117)を備え、2相スケール信号のリサージュ波形の解析を介して計算することができる。例えば、補正値計算部(118)が、波形信号記憶部(117)が記憶する2相スケール信号のデータを用いて取得したリサージュ波形データに基づき、補正パラメータを計算する。 Further, the correction parameter includes, for example, a waveform signal storage unit (117) that stores the waveform of the corrected two-phase scale signal, and can be calculated through analysis of the Lissajous waveform of the two-phase scale signal. For example, the correction value calculation unit (118) calculates the correction parameter based on the Lissajous waveform data acquired using the data of the two-phase scale signal stored in the waveform signal storage unit (117).
また、補正値計算部(118)が、補正後の2相スケール信号の波形を記憶する波形信号記憶部(117)が記憶する2相スケール信号の互いの位相差に基づき補正パラメータを計算するようにしてもよい。 The correction value calculation unit (118) calculates the correction parameter based on the mutual phase difference of the two-phase scale signal stored in the waveform signal storage unit (117) that stores the waveform of the corrected two-phase scale signal. It may be.
また、2相スケール信号のリサージュ波形の解析は、例えば波形判定部(119)によってリサージュ波形と真円の差分を監視することによって行うことができる。その場合、リサージュ波形と真円の差分が大きくなった時、誤差データ格納部に2相スケール信号、および補正された2相スケール信号から補正された位置のデータを格納させる。そして、2相スケール信号、および補正された2相スケール信号から補正された位置のデータから補正値計算部が算出した新たな補正パラメータを用いて補正用テーブル(116)を更新する。 The analysis of the Lissajous waveform of the two-phase scale signal can be performed, for example, by monitoring the difference between the Lissajous waveform and a perfect circle by the waveform determination unit (119). In that case, when the difference between the Lissajous waveform and the perfect circle becomes large, the error data storage unit stores the two-phase scale signal and the position data corrected from the corrected two-phase scale signal. Then, the correction table (116) is updated using the new correction parameter calculated by the correction value calculation unit from the two-phase scale signal and the position data corrected from the corrected two-phase scale signal.
<実施形態1>
図2(a)、(b)に本発明を採用した形状測定装置の全体構成を示している。図2(a)、(b)は、形状測定装置に雇が装着されていない状態に相当する。図2(a)は形状測定装置を正面方向から示した斜視図、(b)は同装置を後方から示した斜視図である。以下、図2(a)、(b)に基づき本発明の形状測定装置の本体構成と作用について説明する。
<
FIGS. 2A and 2B show the overall configuration of a shape measuring apparatus employing the present invention. FIGS. 2A and 2B correspond to a state in which no employment is attached to the shape measuring apparatus. FIG. 2A is a perspective view showing the shape measuring apparatus from the front direction, and FIG. 2B is a perspective view showing the apparatus from the rear. Hereinafter, the main body configuration and operation of the shape measuring apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b).
図2(a)、(b)の形状測定装置では、基準ベース1に回転ステージ2が固定され、この回転ステージ2上にXワークステージ3とYワークステージ8が装着されている。図2(a)、(b)の右下には、この形状測定装置の測定制御に用いられる3次元座標系のX、Y、Zの各座標軸の方向を示してある。
2A and 2B, the
Yワークステージ8上には雇取付面5が設けられ、雇取付面5の上面には、雇を位置決めするための雇取付基準6、7が設置されている。基準ベース1上にはコラム36、37(支柱)が固定され、これらコラム36、37上にXガイド固定部15が固定されている。
A
Xガイド固定部15、Xガイド可動部16を備えたこのXガイドは例えば静圧ガイドにより構成される。Xガイド可動部16は、不図示の静圧パッドにより、Xガイド固定部15上に支持される。Xガイド可動部16は、Xガイド固定部15に固定されたXリニアモータ固定子17と、Xガイド可動部16上に固定されたXリニアモータ可動子19の間に発生する駆動力によって駆動される。これにより、Xガイド可動部16は、Xガイド固定部15に沿ってX軸方向に移動させることができ、プローブ38をX軸(プローブ走査)方向に走査させる。
The X guide including the X
図2(a)、(b)の構成において、X、Z軸方向の座標測定、駆動制御にはレーザスケールを用いる。Xガイド可動部16には、Xレーザスケールヘッド20(図2(b))が装着されている。プローブ走査に同期して、Xガイド可動部16のXレーザスケールヘッド20は、基準ベース1上にXスケールベース29を介して装着されたXレーザスケール35を走査し、このXレーザスケール35を基準としたX座標を測定する。
In the configuration of FIGS. 2A and 2B, a laser scale is used for coordinate measurement and drive control in the X and Z axis directions. An X laser scale head 20 (FIG. 2B) is attached to the X guide
さらに、Xガイド可動部16上にはZガイド固定部24、Zリニアモータ固定子25、26、Zレーザスケールヘッド27、28が固定されている。Zガイド固定部24は図示しない静圧パッドを介してZガイド可動部30を支持している。このZガイド可動部30は、ワークを測定するためのプローブ38を支持する。Zガイド可動部30にはZリニアモータ可動子31、32が取り付けられ、これら可動子とZリニアモータ固定子25、26との間にそれぞれ発生する駆動力により、Z軸方向にZリニアモータ可動子31、32を移動させる。Zガイド可動部30にはZレーザスケール33、34が固定されており、Zレーザスケールヘッド27、28を基準としたZの座標を測定する。
Further, a Z
上記のXガイド固定部15、Xガイド可動部16、Zガイド固定部24、Zガイド可動部30などによって、プローブ38によりワークを一方向の走査ラインに沿って走査させるプローブ走査部が構成される。
The above-described X
基準ベース1上の回転ステージ2は、その上部のXワークステージ3、Yワークステージ8の回動姿勢を制御するために設けられる。回転ステージ2は、例えばエアベアリング、カップリング、サーボモータなどを用いて(詳細不図示)構成することができる。回転ステージ2の構成は、上記に限定されるものではなく、Xワークステージ3、Yワークステージ8の回動姿勢を制御可能であれば、回転ステージ2にはどのような構成を用いてもよい。回転ステージ2を設けることにより、雇のZ中心方向の回転ずれを自動補正することができる。ただし、後述の自動補正を行わない場合は、回転ステージ2は必ずしも設けなくてもよい。
The
Xワークステージ3、およびYワークステージ8は、例えばクロスローラガイド、ボールネジ、カップリング、ステッピングモータを使用した一般的な一軸ステージとしてそれぞれ構成することができる(詳細不図示)。これらのワークステージの駆動機構やガイドの構成は、特に本発明を限定するものではなく、これらワークステージには、どのような機構を用いても構わない。Xワークステージ3、Yワークステージ8を設けることにより、例えば並進方向のワークないし雇の取付誤差を自動補正することができる。ただし、雇の位置姿勢の自動補正を行わない場合には、Xワークステージ3、Yワークステージ8は省略しても構わない。なお、Xワークステージ3とYワークステージ8は、回転ステージ2上で各々の駆動方向が直交した状態に調整されていることが望ましい。
The
なお、以上では、XガイドとZガイドとして(圧縮空気による)静圧ガイドを例示したが、これらのガイドは、LMガイドやクロスローラガイドなど他の方式のガイドを用いて構成しても構わない。また、以上では、X駆動モータとしてシャフトタイプのリニアモータ、Z駆動モータとして同様の2つのリニアモータを想定している。しかし、これらの駆動機構の構成は、回転モータとボールネジの組合せなど、可動部を直動させることができるものであれば任意であり、駆動機構の構成は特に本発明を限定するものではない。 In the above, static pressure guides (by compressed air) are exemplified as the X guide and the Z guide. However, these guides may be configured using other types of guides such as an LM guide and a cross roller guide. . In the above description, a shaft type linear motor is assumed as the X drive motor, and two similar linear motors are assumed as the Z drive motor. However, the configuration of these drive mechanisms is arbitrary as long as the movable part can be moved directly, such as a combination of a rotary motor and a ball screw, and the configuration of the drive mechanism does not particularly limit the present invention.
プローブ38は、例えば、不図示の板ばねなどにより支持した接触子と接触子までの距離を測定するレーザ変位計として、構成することができる。ただし、プローブ38は、ワークの表面の距離が測定できるものであればよく、プローブ38には、レーザ光のフォーカスによって距離を測定する非接触測距機構など、任意の測距機構の構成を用いて構わない。
The
各可動部材を駆動するモータ、各スケール、スケールヘッドのセンサの配線、あるいは静圧パッドの配管の詳細については図示しないが、これらは適宜、ケーブルベア(登録商標)などのような支持手段を介して支持されるものとする。 Although details of the motor for driving each movable member, each scale, the sensor wiring of the scale head, or the piping of the static pressure pad are not shown in the drawing, these are appropriately connected via a support means such as a cable bear (registered trademark). To be supported.
図2(a)の右側には、同図(a)、(b)に示した形状測定装置の制御装置600の構成をブロック図形式で示してある。図示のように、この制御装置600は、制御装置の主要部たるCPU601、ROM602、RAM603、各種のインターフェース(604、606)を備えている。この制御装置600のハードウェアおよびソフトウェアによって、後述の図1、図3、図6、図7などに示した機能構成を実現することができる。
On the right side of FIG. 2A, the configuration of the
制御装置600のCPU601には、ROM602、RAM603、および各種入出力方式によるインターフェース604、606が接続される。ROM602には、BIOS等の基本プログラムの他、後述の測定制御手順(図4)を記述した制御プログラムを格納することができる。RAM603は、CPU601の演算処理結果を一時的に記憶する記憶装置である。CPU601は、ROM602(あるいは不図示のHDDなど)に記録(格納)されたプログラムに基づいて後述の測定制御手順を実行する。
The
インターフェース604には、後述の測定制御において、例えばユーザ(本装置を取り扱う作業者)に対して、情報通知を行うための出力装置605を接続してある。出力装置605には、LCDパネルのような表示装置(ディスプレイ)や、音声出力装置(音声合成回路+増幅器+スピーカなど)、任意の出力形式の出力装置を用いることができる。
The
インターフェース606は、上記の各部のモータ、各スケール、スケールヘッドのセンサを制御し、またこれらに対して情報の入出力を行うインターフェースに相当する。インターフェース606は、便宜上、1ブロックで示してあるが、実際には上記各部との通信に必要な入出力仕様に応じて、異なる回路構成のインターフェースブロックを用いて構成される場合もある。制御装置600のCPU601は、プローブ38の検出位置を測定するZレーザスケールヘッド27、28の測定情報はインターフェース606を介して取得することができる。また、X軸に沿った走査ライン上の位置(X座標)を測定するXレーザスケールヘッド20の測定情報もインターフェース606を介して取得可能であり、また、他のセンサ類についても同様とする。
The
後述の測定制御手順をCPU601に実行させるプログラムをROM602(あるいはHDDなどの他の記録媒体)に記録(格納)する場合、これらの記録媒体は、本発明を実施するための制御手順を格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を構成する。なお、後述の測定制御手順に相当する形状測定プログラムは、ROM602のような固定的な記録媒体に格納する他、各種フラッシュメモリや光(磁気)ディスクのように着脱可能なコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。このような格納形態は、本実施形態の形状測定プログラムをインストールしたり更新したりする場合に利用できる。また、本実施形態の形状測定プログラムをインストールしたり更新したりする場合、上記のような着脱可能な記録媒体を用いる他、後述のようにネットワークなどを介してプログラムをダウンロードする方式を利用してもよい。
When a program for causing the
図2(a)、(b)の形状測定装置に、雇を介してワークをセットし、プローブ38で所望のワーク領域を走査し、ワーク表面までの距離を測定する。このプローブ走査時、プローブ38の位置はXレーザスケールおよびZレーザスケールにてXZ座標として随時測定される。
A workpiece is set in the shape measuring apparatus shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), a desired workpiece region is scanned with the
図2(a)、(b)の形状測定装置ではプローブ38の位置(XZ座標)を検出する位置検出装置として、XレーザスケールおよびZレーザスケールが用いられている。本実施形態におけるこれらのレーザスケールに係る位置検出信号の補正のための構成は、X、Zレーザスケールのいずれにおいても適用可能である。しかしながら、以下では説明を容易にするため、Xレーザスケールに係る構成を例示し、それに係る補正処理について説明するものとする。
2A and 2B, an X laser scale and a Z laser scale are used as a position detection device for detecting the position (XZ coordinates) of the
図3は、図2(a)、(b)の形状測定装置の制御装置600によって実現されるステージ101に係る位置補正処理を行うための機能構成を示している。図3において、ステージ101は、図2(a)、(b)の形状測定装置のプローブの位置を検出するXステージの部分に相当する。ただし同様の構成は、形状測定装置のZステージに関しても実施可能であるのはいうまでもない。
FIG. 3 shows a functional configuration for performing position correction processing related to the stage 101 realized by the
図3のステージ101は、Xステージの位置制御装置の機構的な構成に相当し、同図におけるそれ以外の機能ブロックは制御装置600のハードウェアおよびソフトウェアによって実現される。
The stage 101 in FIG. 3 corresponds to the mechanical configuration of the position control apparatus for the X stage, and the other functional blocks in the figure are realized by the hardware and software of the
図3のステージ101は、固定部と可動部に分けられる。固定部は、図2(a)、(b)において基準ベース1の上面に設置されたXレーザスケール35に相当する。また、可動部は、図2(a)、(b)においてXガイド固定部15の上面に設置されたXガイド可動部16に相当し、Xガイド可動部16にはXリニアモータ可動子19とXレーザスケールヘッド20が設けられている。
The stage 101 in FIG. 3 is divided into a fixed part and a movable part. The fixing portion corresponds to the
形状測定時には、Xリニアモータ可動子19によってXガイド可動部16がXレーザスケール35に対して相対移動される。Xレーザスケール35のスケール、およびXレーザスケールヘッド20は、この相対移動によって、位相が90°異なるA相、B相のスケール信号が得られるように構成されている。この2相のスケール信号を、A/Dコンバータ111、112によって特定周期でサンプリングする。これによりサンプリングされたA、B相スケール信号は下式(数1)のように表すことができる。
At the time of shape measurement, the X guide
ここで、a1、b1はA、B相スケール信号の振幅を表し、a2、b2は両信号のオフセットズレ、b3は位相差ズレをそれぞれ示す。 Here, a 1 and b 1 represent the amplitudes of the A and B phase scale signals, a 2 and b 2 represent offset deviations of both signals, and b 3 represents a phase difference deviation, respectively.
図3の制御装置600の各機能ブロックは以下のように構成される。動作指令生成部108は、位置制御部109に対して位置指令を出力する。位置制御部109のハードウェア部分、あるいはさらに下記のモータコントローラ110は例えば図2(a)のインターフェース606によって構成することができる。
Each functional block of the
位置制御部109に対して出力される位置指令は、加算器のシンボルで示すようにステージ位置計算部114の計算したステージ位置の現在位置に関する情報によってフィードバック制御される。
The position command output to the
位置制御部109ではモータコントローラ110にて駆動指令に変換し、ステージ101を駆動する。このステージ101の駆動によって、上記のA、B相スケール信号が得られ、A/Dコンバータ111、112を介してディジタル化されたA、B相スケール信号が補正部113に入力される。
In the
補正部113では、例えばディジタルデータ処理によって、A、B両相のスケール信号の振幅比(a1とb1)、オフセット(a2とb2)、位相差(b3)のズレをa1=b1、a2=b2=0、b3=0の理想状態となるように補正する。また、上記のズレを補正するために設定する値を補正パラメータ(後述のS)とする。
In the
ステージ位置計算部114は、補正部113で補正したスケール信号を取り込み、A、B両相のスケール信号の電気角の変化から、ステージの位置情報を算出し、フィードバック制御の返り値として、位置制御部109に対して位置情報を送る。今回の発明に関しては図3のような構成であれば、どのような機構であっても構わない。
The stage
ここで、補正部113で行うA、B相スケール信号の補正手法について説明する。A、B相スケール信号をリサージュ波形で表記すると各ズレa1、b1、a2、b2、b3のために、傾きがあり、原点からずれた楕円となる。この楕円を一般式で表すと、下式(数2)のように表すことができる。
Here, a correction method for the A and B phase scale signals performed by the
この上式(数2)をA、B相に関して整理すると、下式(数3)のようになる。 When the above equation (Equation 2) is arranged with respect to the A and B phases, the following equation (Equation 3) is obtained.
次に上式(数3)を整理し、未知部分を変数k、l、m、n、oで置き換えると下式(数4)のようになる。 Next, when the above equation (Equation 3) is arranged and the unknown part is replaced with variables k, l, m, n, and o, the following equation (Equation 4) is obtained.
そして、最小二乗法で上式(数4)の2乗の和が最小になるようにk〜oの値を決めると、下式(数5)の関係が得られる。 Then, when the values of k to o are determined so that the sum of the squares of the above equation (Equation 4) is minimized by the least square method, the relationship of the following equation (Equation 5) is obtained.
この式(数5)を満たすように変数k、l、m、n、oで偏微分を行い、この式(数5)を解くと最終的にa1、b1、a2、b2、b3は以下の各式(数6〜数10)の形で表せる。 Partial differentiation is performed with variables k, l, m, n, and o so as to satisfy this equation (Equation 5), and when this equation (Equation 5) is solved, a 1 , b 1 , a 2 , b 2 , b 3 can be expressed in the form of each of the following equation (6 number 10).
以上のようにして、楕円の一般式からA、B相スケール信号のズレであるa1、b1、a2、b2、b3を算出することができる。A、B相のスケール信号のデータを最小二乗法によって楕円近似が行えるサンプリングデータ数αの分だけ集め、ズレa1、b1、a2、b2、b3をそれぞれ算出することができる。そして、ディジタルデータ処理によってa1=b1、a2=b2=0、b3=0の理想状態となるように補正することができる。
As described above, a 1 , b 1 , a 2 , b 2 , and b 3 that are deviations of the A and B phase scale signals can be calculated from the general equation of the ellipse. The data of the A and B phase scale signals are collected by the sampling data number α that can be elliptically approximated by the least square method, and the deviations a 1 , b 1 , a 2 , b 2 , and b 3 can be respectively calculated. Then, it is possible to correct such that the ideal state of a 1 = b 1, a 2 =
次に、補正テーブルの作成方法について説明する。図1は補正テーブル作成時におけるステージ位置制御装置の機能構成の概略を示し、図3の構成に対して115から120までの処理が加えられている。図4は、補正テーブルを作成する制御手順のフローチャートである。 Next, a method for creating a correction table will be described. FIG. 1 shows an outline of the functional configuration of the stage position control apparatus when a correction table is created, and processes from 115 to 120 are added to the configuration of FIG. FIG. 4 is a flowchart of a control procedure for creating a correction table.
計測開始前準備動作として、A、B相のスケール信号の前記サンプリングデータ数αを設定し、図1の補正テーブル作成プログラム115がスタートすると、図4のステップS101において、補正用テーブル116の初期化を行う。
As the preparatory measurement preparatory operation, the sampling data number α of the A and B phase scale signals is set, and when the correction
ここで、補正用テーブル116の構成例を図5(a)〜(c)に示す。同図のように、補正部113でA、B相のスケール信号を補正する時に必要な補正パラメータ(右側のフィールド)と前記補正パラメータが適用される適用範囲(中央のフィールド)の情報を記録する記憶領域である。また、必須ではないが、同図の補正用テーブル116は、レコード番号に相当するテーブル番号(左側のフィールド)を格納している。
Here, a configuration example of the correction table 116 is shown in FIGS. As shown in the figure, the
補正用テーブル116は、例えば、図2(a)のRAM603などの記憶領域に割り当てられるものとする。その場合、補正用テーブル116は、補正テーブルは行列のデータとしてRAM603などの記憶領域に記憶させる。
For example, the correction table 116 is assigned to a storage area such as the
補正用テーブル116には、初期化時には図5(a)に示すように補正テーブル番号(No=1)の行列が1行(1レコード)格納されているものとする。この時、補正テーブル(No=1)は、補正適用範囲のフィールドにはプログラムスタート地点0からのX軸方向の距離範囲に相当する可変の実数X1の範囲が格納されている。また、補正パラメータ(S)のフィールドには可変の実数H1(初期化時はH1=0)が格納されている。なお、後述の補正処理が進む毎に、補正用テーブル116には図5(b)、さらに図5(c)のように、補正テーブル番号(No=1、2…N、N+1…)を持つ補正テーブルのレコードが追加されていく。
In the correction table 116, it is assumed that a matrix of the correction table number (No = 1) is stored in one row (one record) as shown in FIG. At this time, the correction table (No = 1), the variable range of a real number X 1 corresponding to the distance range of the X-axis direction from the
図4のステップS102では、図1の破線で示すように、動作指令生成部108から判定部119の判定実行ON指令が出力される。ステップS103では、動作指令生成部108から位置制御部109へ初めに左右どちらかの端にステージを移動させた後、Xレーザスケール35全体を一定速度で走査するようにステージ101を駆動させる。ステップS104では、補正部113に補正用テーブル116の行列の最下行(最新)のレコードを読み込み、補正パラメータ(S)をセットする。なお、図5(a)のように補正用テーブル116に補正テーブル番号(No=1)の補正テーブルのみが格納されている場合にはこの補正テーブル(No=1)のデータが用いられる。
In step S102 in FIG. 4, as indicated by the broken line in FIG. 1, a determination execution ON command from the
ステップS105では、Xレーザスケールヘッド20からコンバータ111、112を介して取り込まれたA、B相スケール信号を補正する。この補正は、例えば補正テーブルの最下層の行に格納されている補正パラメータ(S)を用いて、A、B相スケール信号のズレの補正することによって行う。さらに、ステップS106において、補正されたA、B相スケール信号を波形信号記憶部117で起動前に設定したサンプリングデータ数αだけサンプリングする。ステップS107では、サンプリングデータ数が規定値αに達したか否かを判断する。このステップS107でサンプリングデータ数が規定値αに達すると、補正値計算部118はサンプリングしたデータに対して、上述の楕円フィッティングを行いリサージュ波形の一般式を算出する。
In step S105, the A and B phase scale signals taken from the X
そして、この一般式より、上述した補正パラメータSを求める。ステップS108では補正値計算部118で補正パラメータSを求めた後、補正パラメータSを用いてサンプリングデータを、ディジタルデータ処理で、a1=b1、a2=b2=0、b3=0の理想状態となるように補正する。そして、補正後のサンプリングデータから実際のステージ位置情報Uを算出し、判定部119にステージ位置情報Uと補正パラメータSを送出する。
And the correction parameter S mentioned above is calculated | required from this general formula. After determining the correction parameter S at step S108 the correction
ステップS109では、判定部119で、補正値計算部118で得られる補正パラメータSを、オフセット、位相差、振幅の各項目で比較し、予め設定した規定値以内に収まっているか否か判定する。ステップS110では補正パラメータSが上記規定値以内であれば、ステージ位置計算部114からサンプリングデータ数がαに達した時点のステージ位置情報Tを得て、補正用テーブル更新部120に送信する(ステップS110a)。また、補正パラメータSが上記規定値を超える場合は、補正パラメータSおよびステージ位置情報Uを補正用テーブル更新部120に送信する(ステップS110b)。
In step S109, the
ステップS111において、補正用テーブル更新部120は、補正用テーブル116が初期行列(1行の行列)かどうかを判定する。初期行列の処理においてステージ位置情報Tのみが送信された場合、補正用テーブル116の1行目の補正適用範囲(X1)にステージ位置情報Tを代入する。また、ステップS110を経由して補正パラメータSとステージ位置情報Uの2つが送られた場合には、1行目のレコードに記録されている補正パラメータ(H1)に補正パラメータSを、補正適用範囲X1にはステージ位置情報Uを代入する。
In step S111, the correction
一方、補正用テーブル更新部120に送信された補正テーブルが図5(a)のような初期行列でない場合について、図5(b)のようなn行行列を用いて説明する。図5(b)において、最下層(最新)の行列をn行目とすると、補正パラメータはHn、補正適用範囲はXn−1からXnと表せる。ここでHn、Xn−1、Xnは可変の実数である。ステージ位置情報Tのみが送られた場合、Xnにステージ位置情報Tを代入し補正適用範囲を拡大させる。
On the other hand, a case where the correction table transmitted to the correction
補正パラメータSとステージ位置情報Uの2つが送られた場合には、まず補正用テーブル116の最下層n行目の下に新規n+1行目のテーブル(レコード)を挿入する。次にn行目に記録されている補正パラメータHnと算出した補正パラメータSの合算値を補正パラメータHn+1に代入する。最後に補正適用範囲Xn+1にはステージ位置情報Uを代入し、これにより、図5の(c)のような補正テーブルが作成される。 When the correction parameter S and the stage position information U are sent, a new n + 1 row table (record) is first inserted below the lowest layer n row of the correction table 116. Then substitutes the sum of the correction parameter S calculated as a correction parameter H n recorded in the n-th row in the correction parameter H n + 1. Finally, the stage position information U is substituted into the correction application range Xn + 1 , thereby creating a correction table as shown in FIG.
ステップS112では、波形信号記憶部117のリサージュ波形のサンプリングデータを初期化する。ステップS113ではXステージの測定範囲の全体の走査が終了したか否かを判定する。ここでは、例えばステージ101がXレーザスケール35上を全範囲走査したか否かを判定する。ステップS113が否定された場合には、上述のステップS104に復帰し、上述の処理を繰り返す。ステップS113が肯定された場合には、ステージ101がXレーザスケール35上を全範囲走査すれば、図4の補正テーブル作成処理を終了する。
In step S112, the sampling data of the Lissajous waveform in the waveform
なお、本実施形態では補正テーブルの精度にA、B相のスケール信号のデータ数が大きく影響する。このため、例えば精度を上げる場合はステージの相対移動速度を遅くすることで区間内のデータ数を増やすことが可能である。 In the present embodiment, the number of data of the A and B phase scale signals greatly affects the accuracy of the correction table. For this reason, for example, when the accuracy is increased, the number of data in the section can be increased by reducing the relative movement speed of the stage.
以上のようにして、本実施形態によれば、Xスケールの構造が傷や継ぎ目などの不規則的かつ局所的な変化を有する場合でもこれに対応可能な補正テーブルを作成でき、補正された位置検出データを取得することができる。特に、取得した補正パラメータSが規定値以内かを判定し、補正パラメータSが規定値を超える毎に、補正適用範囲(Xn〜Xn+1)の異なる補正用テーブル116のレコード(行列)が新たに1行追加されていく。これにより、結果として、現実のXスケールの状態に応じて補正値の適用範囲が可変範囲となっている補正用テーブル116が作成される。即ち、本実施形態によれば、繋ぎ目や傷などのスケールの形状変化に起因する局所的な位置検出信号の変化に対応可能な高精度な位置補正を行える補正テーブルを自動的に作成することができる。 As described above, according to this embodiment, even when the X scale structure has irregular and local changes such as scratches and seams, it is possible to create a correction table that can handle this, and the corrected position. Detection data can be acquired. In particular, it is determined whether or not the acquired correction parameter S is within a specified value, and each time the correction parameter S exceeds the specified value, a record (matrix) in the correction table 116 having a different correction application range (X n to X n + 1 ) is updated. One line is added to. As a result, the correction table 116 in which the application range of the correction value is variable according to the actual X scale state is created. That is, according to the present embodiment, a correction table that can perform high-accuracy position correction that can cope with changes in local position detection signals caused by scale shape changes such as joints and scratches is automatically created. Can do.
次に、上述のようにして補正用テーブル116を作成した後のステージ位置制御装置の制御について説明する。図6は、図3のステージ位置制御装置の概略構成に、図1および図4で示した上述の作成処理によって作成した補正用テーブル116が実装された状態を示している。図6の構成では、ステージ101が移動すると、位置制御部109からのステージの位置情報に基づき、補正用テーブル116を参照して補正パラメータSを取得でき、この補正パラメータが補正部113に送信される。補正部113では送られた補正パラメータを使用してA、B相のスケール信号を補正する。これにより、ステージを移動させながら、局所的な変化に対応した補正を行うことで、より精度の高いステージ位置制御を行うことができる。
Next, the control of the stage position control apparatus after the correction table 116 is created as described above will be described. FIG. 6 shows a state in which the correction table 116 created by the above-described creation processing shown in FIGS. 1 and 4 is mounted on the schematic configuration of the stage position control device of FIG. In the configuration of FIG. 6, when the stage 101 moves, the correction parameter S can be acquired by referring to the correction table 116 based on the stage position information from the
特に、本実施形態によれば、従来の逐次更新の補正方式よりも、タイムラグなくスケールの局所的な変化に対応した検出位置の補正を行うことができる。また、本実施形態によれば、補正パラメータの値の範囲に応じてその補正パラメータを通用させる適用範囲を補正用テーブルに可変長で定義することができる。本実施形態によれば、例えば補正パラメータが大きく変化しなければ補正用テーブルのテーブルデータの追加は起きない。このため、従来の固定範囲長で刻まれた補正用テーブルを用いる方式より低処理負荷で高速に補正用テーブルを作成ないし更新でき、また、補正用テーブルのために必要なRAM603などの記憶容量を効果的に低減することができる。
In particular, according to the present embodiment, it is possible to correct the detection position corresponding to the local change of the scale without time lag, compared to the conventional sequential update correction method. Further, according to the present embodiment, the application range in which the correction parameter can be applied according to the range of the correction parameter value can be defined in the correction table with a variable length. According to the present embodiment, for example, addition of correction table data does not occur unless the correction parameter changes greatly. For this reason, the correction table can be created or updated at a higher speed with a lower processing load than the conventional method using the correction table carved with a fixed range length, and the storage capacity such as the
<実施形態2>
上記実施形態1のA、B相のスケール信号の局所変化検出は、補正パラメータ(S)の値が規定値以内か否かを判定することによって行っている(図4のステップS109)。これに限らず、A、B相のスケール信号の局所変化検出は、ステージ位置を比較する方法でも行うことができる。本実施形態では、このステージ位置を用いた局所変化検出の手法について述べる。
<
The local change detection of the A and B phase scale signals in the first embodiment is performed by determining whether or not the value of the correction parameter (S) is within a specified value (step S109 in FIG. 4). However, the present invention is not limited to this, and local change detection of the A and B phase scale signals can also be performed by a method of comparing stage positions. In the present embodiment, a technique for detecting a local change using this stage position will be described.
本実施形態のステージ位置を用いた局所変化検出では、図1の判定部119の役割を変更する。例えば、図4のステップS109においては、判定部119で、ステージ位置計算部114からのステージ位置情報Tと補正値計算部118からのステージ位置情報Uを比較する。そして、その差が予め設定した規定値以内かを判定することにより局所変化を検出する。この判定(S109)において、ステージ位置情報T、Uの差が規定値以内の場合は、図4のステップS110aにおいて補正用テーブル更新部120にステージ位置情報Tを送出する。一方、ステージ位置情報T、Uの差が規定値を超える場合は、図4のステップS110bにおいて、補正用テーブル更新部120に補正パラメータSおよびステージ位置情報Uを送出する。
In the local change detection using the stage position of the present embodiment, the role of the
本実施形態によれば、上述のようにして、ステージ位置情報Uを用いてスケールの局所変化を検出し、スケールの局所変化に対応する補正用テーブルを作成することができ、上述の実施形態1とほぼ同様の作用効果を期待できる。 According to the present embodiment, as described above, it is possible to detect a local change in the scale using the stage position information U and create a correction table corresponding to the local change in the scale. You can expect almost the same effect.
<実施形態3>
さらに、A、B相のスケール信号の局所変化検出は、A、B相のスケール信号によるリサージュ波形の半径変化を比較する手法によっても可能である。本実施形態では、このリサージュ波形の半径変化を利用した局所変化検出の手法について述べる。
<
Furthermore, the local change detection of the A and B phase scale signals can also be performed by a method of comparing the radius change of the Lissajous waveform due to the A and B phase scale signals. In the present embodiment, a local change detection method using the radius change of the Lissajous waveform will be described.
なお、本実施形態のリサージュ波形の半径変化とは、横軸をA、縦軸をBに取った2次元座標平面においてA、B相のスケール信号が描くリサージュ波形と、原点(A=0、B=0)との距離を表すものである。 The radius change of the Lissajous waveform of the present embodiment refers to the Lissajous waveform drawn by the A and B phase scale signals on the two-dimensional coordinate plane in which the horizontal axis is A and the vertical axis is B, and the origin (A = 0, B = 0).
本実施形態のリサージュ波形の半径変化を用いた局所変化検出では、図1の補正値計算部118と判定部119の役割を変更する。補正値計算部118には、実施形態1における役割に加え、補正部113により補正されたA、B2相のスケール信号の2乗和Rを、サンプリング数α分だけ算出する処理を行わせる。このA、B2相のスケール信号の2乗和Rは、例えば下式(数11)のように表すことができる。
In the local change detection using the radius change of the Lissajous waveform of the present embodiment, the roles of the correction
補正値計算部118は、α個サンプルから上式(数11)の2乗和Rから、最大値と最小値の差Wを求め、差Wを判定部119に送出する。一方、例えば、図4のステップS109において、判定部119は、差Wが予め設定した規定値以内かを判定することで、局所変化を検出することができる。この判定(S109)において、上記の差Wが予め設定した規定値以内の場合は、図4のステップS110aにおいて、補正用テーブル更新部120にステージ位置計算部140からのステージ位置情報Tを送出する。一方、上記の差Wが予め設定した規定値以上の場合は、図4のステップS110bにおいて、補正用テーブル更新部120に補正パラメータSおよびステージ位置情報Uを送出する。
The correction
本実施形態によれば、上述のようにして、リサージュ波形の半径変化を用いてスケールの局所変化を検出し、スケールの局所変化に対応する補正用テーブルを作成することができ、上述の実施形態1、2とほぼ同様の作用効果を期待できる。 According to the present embodiment, as described above, it is possible to detect a local change of the scale using the radius change of the Lissajous waveform and create a correction table corresponding to the local change of the scale. The effect similar to 1 and 2 can be expected.
なお、以上では、リサージュ波形の半径変化を求めるために、α個サンプルから上記(数11)のように2乗和Rを計算している。しかしながら、他の適当な計算によってリサージュ波形の半径に対応する値を求め、その値の変化を介してリサージュ波形の半径変化を検出してもよい。 In the above, the square sum R is calculated from α samples as in the above (Expression 11) in order to obtain the radius change of the Lissajous waveform. However, a value corresponding to the radius of the Lissajous waveform may be obtained by another appropriate calculation, and a change in the radius of the Lissajous waveform may be detected through a change in the value.
<実施形態4>
また、A、B相のスケール信号の補正値を算出する方法は当業者において種々の変更や追加が可能である。本実施形態では、A、B相のスケール信号を正弦波状の信号として一般式を算出し、補正パラメータを求める方法を説明する。ここで、下式(数12)で表されるような正弦波信号を考える。
<Embodiment 4>
Also, those skilled in the art can make various changes and additions to the method for calculating the correction values of the A and B phase scale signals. In the present embodiment, a method of calculating a general equation using the A and B phase scale signals as sinusoidal signals and obtaining a correction parameter will be described. Here, a sine wave signal represented by the following equation (Equation 12) is considered.
この式(数12)の未知部分をP=x1cos(x2)、Q=x1sin(x2)のように整理すると下式(数13)のように表すことができる。 If the unknown part of this equation (Equation 12) is arranged as P = x 1 cos (x 2 ) and Q = x 1 sin (x 2 ), it can be expressed as the following equation (Equation 13).
そして、例えば下式(数14)のような計算を行い、最小二乗法で上式(数13)の2乗の和が最小になるようP、Qを同定することができる。 Then, for example, P and Q can be identified so that the sum of the squares of the above equation (Equation 13) is minimized by the least square method by performing the calculation of the following equation (Equation 14).
さらに、上式(数14)を満たすようにP、Q、x3に関して偏微分を行い、実数Nを使用して行列に整理すると、下式(数15)のようになる。 Moreover, subjected to partial differential P to satisfy the above equation (Equation 14), Q, with respect to x 3, and rearranging the matrix using real N, so that the following expression (Expression 15).
そして、上式(数15)を用いて、例えば最小二乗法を行うに足るサンプリングデータ数β分だけ、A、B相のスケール信号をサンプリングし、それぞれ上式(数15)のP、Q、x3を算出することにより、両相のスケール信号の一般式を導出することができる。 Then, using the above equation (Equation 15), for example, the A and B phase scale signals are sampled by the sampling data number β sufficient to perform the least squares method, and P, Q, by calculating the x 3, it is possible to derive a formula for the scale signals of both phases.
リサージュ波形を利用する場合には、理想値を真円と考えるが、スケール信号を利用する場合、両相の信号のうち片方を基準とすることによっても理想値を求めることができる。例として、A相スケール信号を基準とすると、B相スケール信号の理想値はA相スケール信号から位相差のみが90度だけずれた状態の信号である。そこで、B相スケール信号を理想値と比較し、振幅、位相差、オフセットが予め設定した規定値以内かを判定する。 When the Lissajous waveform is used, the ideal value is considered to be a perfect circle, but when the scale signal is used, the ideal value can also be obtained by using one of the signals of both phases as a reference. As an example, when the A phase scale signal is used as a reference, the ideal value of the B phase scale signal is a signal in which only the phase difference is shifted by 90 degrees from the A phase scale signal. Therefore, the B-phase scale signal is compared with the ideal value, and it is determined whether the amplitude, phase difference, and offset are within a preset specified value.
以上の手法によってもスケールの局所変化を検出し、スケールの局所変化に対応する補正用テーブルを作成することができ、上述の実施形態1、2および3とほぼ同様の作用効果を期待できる。
The local change of the scale can also be detected by the above-described method, and a correction table corresponding to the local change of the scale can be created, so that almost the same effect as the above-described
<実施形態5>
上述の各実施形態で用いた補正用テーブル116はX(またはZ)ステージが移動中であれば更新が可能である。例えば、図2(a)、(b)に示したような形状測定装置であれば、補正用テーブル116の作成や更新は、必ずしもシステムの初期化期間中や、出荷前や設置初期における校正動作においてのみ行うものでなくてよい。例えば、形状測定装置の(本番の)測定動作においてX(またはZ)ステージが移動中において、補正用テーブル116の作成や更新を行うようにしてもよい。
<
The correction table 116 used in each of the above embodiments can be updated if the X (or Z) stage is moving. For example, in the case of the shape measuring apparatus as shown in FIGS. 2A and 2B, the correction table 116 is not necessarily created or updated during the system initialization period, before the shipment or at the initial installation stage. It does not have to be done only in For example, the correction table 116 may be created or updated while the X (or Z) stage is moving in the (actual) measuring operation of the shape measuring apparatus.
図7は、図1、図3、図6などと同様の形式で補正用テーブルの自動更新が実装されたステージ位置制御装置の構成を示している。図7の構成において、Xステージが移動すると、自動判定部121は補正部113で補正された2相のスケール信号を取り込む。
FIG. 7 shows the configuration of a stage position control apparatus in which automatic correction table updating is implemented in the same format as in FIGS. In the configuration of FIG. 7, when the X stage moves, the
そして、Xステージの移動中に、例えば、実施形態1の手法によって方法で振幅、位相差、オフセットを計算し予め設定した規定値以内かを判定する(図4のステップS109)。判定後、規定値を超える場合には位置データと補正されたスケール信号を誤差データ格納部122で記録する。また、自動判定部121の判定方法は実施形態3に示したようにA相、B相のリサージュ波形から、半径を比較し、判定してもよい。補正値計算部118は誤差データ格納部122内のデータを参照し、例えば実施形態1に示した手法によって補正パラメータを導出する。ただし、この時、誤差データ格納部122の同一補正適用範囲内におけるスケール信号のデータ数が補正パラメータを得られる所定数以上に達している必要がある。補正テーブル自動更新部123は導出された補正パラメータを用いて補正用テーブル116を更新することができる。
Then, during the movement of the X stage, for example, the amplitude, the phase difference, and the offset are calculated by the method according to the method of the first embodiment, and it is determined whether the value is within the preset specified value (step S109 in FIG. 4). After the determination, if the specified value is exceeded, the position data and the corrected scale signal are recorded in the error
以上のようにして、例えば図2(a)、(b)のような形状測定装置において、例えば、形状測定装置の(本番の)測定動作においてX(またはZ)ステージが移動中において、補正用テーブル116を更新することができる。 As described above, for example, in the shape measuring apparatus as shown in FIGS. 2A and 2B, for example, when the X (or Z) stage is moving in the (actual) measuring operation of the shape measuring apparatus, The table 116 can be updated.
なお、上述の各実施形態に示したスケールの局所変化の検出処理は、必ずしも補正用テーブル116の作成や更新にのみ利用するものでなくてよい。例えば、図2(a)、(b)のような形状測定装置において、上述の各実施形態に示したスケールの局所変化の検出処理を行うことにより、装置、特にレーザスケールに生じた異常を自動検出することができる。このレーザスケールの局所変化の検出は初期化期間中や、出荷前や設置初期における校正動作、形状測定装置の(本番の)測定動作などのいずれの期間においても行うことができる。その場合、例えば何らかの原因でレーザスケールに突発的に局所変化が生じた場合であってもこれを検出し、それに応じて適当な警告やエラー通知を行うことができる。 Note that the local change detection process of the scale shown in the above-described embodiments does not necessarily have to be used only for creating or updating the correction table 116. For example, in the shape measuring apparatus as shown in FIGS. 2A and 2B, the detection of the local change of the scale shown in each of the above-described embodiments is performed, thereby automatically detecting an abnormality occurring in the apparatus, particularly the laser scale. Can be detected. The detection of the local change of the laser scale can be performed during any period of the initialization period, the calibration operation before shipment or in the initial stage of installation, and the (actual) measurement operation of the shape measuring apparatus. In this case, for example, even when a local change suddenly occurs in the laser scale for some reason, this can be detected, and an appropriate warning or error notification can be made accordingly.
1…基準ベース、3…Xワークステージ、5…雇取付面、15…Xガイド固定部、16…Xガイド可動部、20…Xレーザスケールヘッド、35…Xレーザスケール、38…プローブ、101…ステージ、108…動作指令生成部、109…位置制御部、110…モータコントローラ、111…A/Dコンバータ(A相用)、112…A/Dコンバータ(B相用)、113…補正部、114…ステージ位置計算部、115…補正テーブル作成プログラム、116…補正用テーブル、117…波形信号記憶部、118…補正値計算部、119…判定部、120…補正用テーブル更新部、121…自動判定部、122…誤差データ格納部、123…補正テーブル自動更新部、600…制御装置、601…CPU、602…ROM、603…RAM、604、606…インターフェース。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記スケールに対して相対移動し、前記スケールを走査して位相が互いに異なる2相スケール信号を発生する検出器と、
位置情報の検出に用いる前記2相スケール信号を補正する補正パラメータを算出する補正値計算部と、
前記補正パラメータにより補正された前記2相スケール信号から前記スケールと前記検出器の相対移動量に相当する位置情報を検出する位置計算部と、
前記補正パラメータと、当該の補正パラメータの適用区間と、を関連づけたレコードを格納する補正用テーブルと、
前記スケールと前記検出器の相対移動に応じて、前記補正用テーブルの前記適用区間に相当する前記補正パラメータにより補正された前記2相スケール信号の変化に応じて前記補正用テーブルの前記レコードを更新する制御装置と、
を備えた位置検出装置。 Scale and
A detector that moves relative to the scale and scans the scale to generate two-phase scale signals of different phases;
A correction value calculation unit for calculating a correction parameter for correcting the two-phase scale signal used for detecting position information;
A position calculation unit for detecting position information corresponding to a relative movement amount of the scale and the detector from the two-phase scale signal corrected by the correction parameter;
A correction table for storing a record associating the correction parameter and the application interval of the correction parameter;
The record of the correction table is updated according to the change of the two-phase scale signal corrected by the correction parameter corresponding to the applicable section of the correction table according to the relative movement of the scale and the detector. A control device,
A position detection device comprising:
前記波形信号記憶部が記憶する前記2相スケール信号のデータを用いて取得したリサージュ波形と、真円と、の差分を判定する波形判定部と、
補正された前記2相スケール信号のデータを格納する誤差データ格納部と、を備え、
前記制御装置は、
前記波形判定部がリサージュ波形と真円の差分が大きいと判断した場合に、前記誤差データ格納部に前記2相スケール信号、および補正された前記2相スケール信号から補正された位置のデータを格納させ、
前記2相スケール信号、および補正された前記2相スケール信号から補正された位置のデータから前記補正値計算部が算出した新たな補正パラメータを用いて前記補正用テーブルを更新する位置検出装置。 In the position detection device according to any one of claims 1 to 5, a waveform signal storage unit that stores a waveform of the two-phase scale signal corrected by the correction parameter;
A waveform determination unit that determines a difference between a Lissajous waveform acquired using data of the two-phase scale signal stored in the waveform signal storage unit and a perfect circle;
An error data storage unit for storing the corrected data of the two-phase scale signal,
The controller is
When the waveform determining unit determines that the difference between the Lissajous waveform and the perfect circle is large, the error data storage unit stores the two-phase scale signal and the corrected position data from the two-phase scale signal. Let
A position detection device that updates the correction table by using the new correction parameter calculated by the correction value calculation unit from the two-phase scale signal and position data corrected from the corrected two-phase scale signal.
前記スケールおよび前記検出器が、相対移動する駆動されるステージの相対位置を検出すべく配置され、
前記位置計算部が検出した、前記ステージの相対位置に相当する位置情報に基づき、前記ステージを駆動する駆動量を決定するステージ装置。 The position detection device according to any one of claims 1 to 8, comprising:
The scale and the detector are arranged to detect the relative position of a relatively driven stage to be moved;
A stage apparatus that determines a drive amount for driving the stage based on position information detected by the position calculation unit and corresponding to a relative position of the stage.
前記位置検出装置は、
位置情報の検出に用いる前記2相スケール信号を補正する補正パラメータを算出する補正値計算部と、
前記補正パラメータにより補正された前記2相スケール信号から前記スケールと前記検出器の相対移動量に相当する位置情報を検出する位置計算部と、
前記補正パラメータと、当該の補正パラメータの適用区間と、を関連づけたレコードを格納する補正用テーブルと、
を備え、
制御装置が、前記スケールと前記検出器の相対移動に応じて、前記補正用テーブルの前記適用区間に相当する前記補正パラメータにより補正された前記2相スケール信号の変化に応じて前記補正用テーブルの前記レコードを更新する補正処理を実行する位置検出装置の制御方法。 A scale, a detector that moves relative to the scale, and scans the scale to generate two-phase scale signals having different phases; and a relative movement amount of the scale and the detector based on the two-phase scale signal In the control method of the position detection device for detecting the position information corresponding to
The position detection device includes:
A correction value calculation unit for calculating a correction parameter for correcting the two-phase scale signal used for detecting position information;
A position calculation unit for detecting position information corresponding to a relative movement amount of the scale and the detector from the two-phase scale signal corrected by the correction parameter;
A correction table for storing a record associating the correction parameter and the application interval of the correction parameter;
With
In response to the relative movement of the scale and the detector, the control device changes the two-phase scale signal corrected by the correction parameter corresponding to the application section of the correction table. A control method of a position detection device that executes correction processing for updating the record.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017021512A JP2018128350A (en) | 2017-02-08 | 2017-02-08 | Position detecting device, stage device, and shape measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
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| JP2018128350A true JP2018128350A (en) | 2018-08-16 |
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| JP2017021512A Pending JP2018128350A (en) | 2017-02-08 | 2017-02-08 | Position detecting device, stage device, and shape measuring device |
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|---|---|
| JP (1) | JP2018128350A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114454005A (en) * | 2022-02-18 | 2022-05-10 | 严姜婷 | Mobile platform for intelligent numerical control machining center |
| JP2023137605A (en) * | 2022-03-18 | 2023-09-29 | アズビル株式会社 | MR sensor offset estimation method, MR sensor and positioner |
| US12510935B2 (en) | 2023-03-29 | 2025-12-30 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Estimation apparatus, apparatus, estimation method and computer readable storage medium |
-
2017
- 2017-02-08 JP JP2017021512A patent/JP2018128350A/en active Pending
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| JP2023137605A (en) * | 2022-03-18 | 2023-09-29 | アズビル株式会社 | MR sensor offset estimation method, MR sensor and positioner |
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