真直度測定方法及び装置
【課題】測定対象の移動距離、或いは測定対象が小さい場合でも測定を可能とする。
【解決手段】測定基準物１及び測定基準物１に沿って一定の測定間隔ｄ１で直線移動及び停止可能なステージ３と、測定基準物１及びステージ３の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサ７とを備え、ステージ３上の２点につき測定間隔ｄ１毎に相対変位を測定した結果に基づき測定基準物１及びステージ３の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定装置において、相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定を、ステージ３の２点についてステージ３の移動を繰り返し変位センサ７を各別に配置して行うことを特徴とする。
【解決手段】測定基準物１及び測定基準物１に沿って一定の測定間隔ｄ１で直線移動及び停止可能なステージ３と、測定基準物１及びステージ３の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサ７とを備え、ステージ３上の２点につき測定間隔ｄ１毎に相対変位を測定した結果に基づき測定基準物１及びステージ３の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定装置において、相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定を、ステージ３の２点についてステージ３の移動を繰り返し変位センサ７を各別に配置して行うことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ機械要素の運動誤差の測定などに用いられる真直度測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直進運動するステージ（物体）が図１０のような運動軌跡（運動誤差）を示したときに，この軌跡を平行な２平面Ｉ，ＩＩで挟んだときの２平面の最小な間隔ｆをＪＩＳでは運動の真直度と定義している．
このような運動誤差を測定する方法として、従来逐次２点法がある。
【０００３】
図１１は、逐次２点法の原理を示す説明図である。
【０００４】
逐次２点法では、２つのセンサＡ，Ｂを、移動可能なステージ１０１に固定し，ステージ１０１以外の場所に固定した測定基準物１０３との相対変位をこれら２つのセンサＡ，Ｂを用いて測定する。この測定値より、測定基準物１０３の形状誤差１０５とステージの運動誤差１０７とを独立に求めることができる。
【０００５】
さらに説明すると、図１１に示した測定開始点（右端の点）を０とし，２つのセンサＡ，Ｂの間隔ｄの刻みでステージを右方向に送るときに，基準線（理想的な直線）１０９に対するステージの変位をＸ１，Ｘ２，・・・とする。
一方，測定基準物１０３はステージ１０１の基準線１０９と平行な直線１１１を基準とし，ステージ１０１の０位置におけるセンサＢに対応する測定基準物１０３の変位をＹ１，Ｙ２，・・・とする．
Ｋ番目のステージ位置における変位ＸＫ，ＹＫ，ＸＫ＋１，ＹＫ＋１に対し，センサＡ，Ｂの出力ＶＫＡ，ＶＫＢであるとすると，次のような関係が導かれる．
Ｖ０Ｂ−Ｖ０Ａ＝Ｙ１−Ｘ０
Ｖ１Ａ−Ｖ０Ａ＝Ｙ１−Ｘ１ Ｖ１Ｂ−Ｖ０Ｂ＝Ｙ２−Ｙ１−Ｘ１
Ｖ２Ａ−Ｖ０Ａ＝Ｙ２−Ｘ２ Ｖ２Ｂ−Ｖ０Ｂ＝Ｙ３−Ｙ１−Ｘ２
従って、K番目の位置における一般項は下記のようになる．
ＶＫＡ−Ｖ０Ａ＝ＹＫ−ＸＫ Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−Ｖ０Ｂ＝ＹＫ−Ｙ１−ＸＫ−１
上述した関係からステージ１０１と測定基準物１０３の変位ＸＫ，ＹＫを下記のように表すことができる．
ＸＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−ＶＫＡ＋ＸＫ−１
ＹＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−Ｖ（Ｋ−１）Ａ＋ＹＫ−１
ここで，初期値としてＸ０＝０，Ｙ０＝０の値を与えることにより，Ｘ１，Ｙ１から順にＸＫ，ＹＫ求めることができ，ステージの運動誤差を定量的に測定・評価することが可能となる。
【０００６】
しかし、従来の逐次２点法では、ステージ１０１の移動距離と２つのセンサＡ，Ｂの間隔が問題となる。すなわち、測定間隔ｄが２つのセンサＡ，Ｂの大きさに依存するため，測定対象であるステージ１０１の移動距離が小さい場合には測定が困難となる。
【０００７】
また、ステージ１０１の寸法と２つのセンサＡ，Ｂの寸法との関係が問題となり、測定対象であるステージ１０１が小さい場合には，ここに２つのセンサＡ，Ｂを固定することができず、測定が困難となる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１５７９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、測定対象の移動距離、或いは測定対象が小さい場合には測定が困難になるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、測定対象の移動距離、或いは測定対象が小さい場合でも測定を可能とするため、固定体及び該固定体に沿って一定の測定間隔で直線移動及び停止可能な可動体と、前記固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサとを備え、前記可動体又は固定体上の２点につき前記測定間隔毎に前記相対変位を測定した結果に基づき前記固定体及び可動体の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定方法であって、前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の２点について前記可動体の移動を繰り返して各別に行うことを最も主要な特徴とする。
【００１１】
また、固定体及び該固定体に沿って一定の測定間隔で直線移動および停止可能な可動体と、前記固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサとを備え、前記可動体又は固定体上の２点につき前記測定間隔毎に前記相対変位を測定した結果に基づき前記固定体及び可動体の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定装置であって、前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の２点について前記可動体の移動を繰り返し前記変位センサを各別に配置して行うことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の真直度測定方法は、固定体及び該固定体に沿って一定の測定間隔で直線移動及び停止可能な可動体と、前記固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサとを備え、前記可動体又は固定体上の２点につき前記測定間隔毎に前記相対変位を測定した結果に基づき前記固定体及び可動体の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定方法であって、前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の２点について前記可動体の移動を繰り返して各別に行うため、可動体の移動距離、或いは可動体が小さい場合でも測定を行うことができる。
【００１３】
本発明の真直度測定装置は、固定体及び該固定体に沿って一定の測定間隔で直線移動および停止可能な可動体と、前記固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサとを備え、前記可動体又は固定体上の２点につき前記測定間隔毎に前記相対変位を測定した結果に基づき前記固定体及び可動体の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定装置であって、前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の２点について前記可動体の移動を繰り返し前記変位センサを各別に配置して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
測定対象の移動距離、或いは測定対象が小さい場合でも測定を可能にするという目的を、可動体又は固定体の２点についての相対変位の測定を可動体の移動を繰り返して各別に行わせることにより実現した。
【実施例１】
【００１５】
図１，図２は、本発明の実施例１に係る真直度測定方法及び装置の原理を示す説明図である。
【００１６】
［真直度測定装置］
本実施例の真直度測定装置は、測定基準物１を例えばブロックゲージ等で構成し、可動体を、直線移動可能な１軸のステージ３とした。ステージ３には、例えば単一のセンサ支持部５が備えられ、センサ支持部５は、ステージ３上の移動機構により、センサ位置Ａ１からセンサ位置Ｂ１まで任意に移動し、制御された任意の位置で変位センサ７を位置決めすることができる。移動機構は、微細なレールにセンサ支持部５を支持し、センサ支持部５を微細なラック・ピニオン機構及びモータにより駆動するようなものである。但し、移動機構の構造は、任意であり、手動による移動機構も可能である。
【００１７】
ステージ３は、測定基準物１に沿って一定の測定間隔ｄ１で直線移動および停止可能となっている。測定間隔ｄ１は、センサ位置Ａ１，Ｂ１の間隔に対応し、ステージ３の大きさ、移動距離に合わせて任意に変更することができる。
【００１８】
前記ステージ３のセンサ支持部５には、固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサ７が着脱自在に支持されている。変位センサ７は、例えばレーザ変位計、渦電流型変位計、静電容量型変位計等で構成されている。この内、レーザ変位計は、測定範囲（スポット径）が小さく、最も適している。
【００１９】
前記ステージ３の２点、例えばセンサ位置Ａ１，Ｂ１における前記測定基準物１及びステージ３の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を、前記測定間隔ｄ１毎に測定した結果に基づき前記測定基準物１の形状誤差及びステージ３の運動誤差を求めている。
【００２０】
測定した形状誤差、運動誤差は、ディスプレイに表示して確認し、或いは工作機械の制御に用いることもできる。
【００２１】
［真直度測定方法］
前記相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定は、前記ステージ３のセンサ位置Ａ１，Ｂ１についてステージ３の移動を繰り返し前記変位センサ７をセンサ位置Ａ１，Ｂ１に各別に配置して行う。本実施例では、前記相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定を、前記ステージ３の１点であるセンサ位置Ａ１に前記変位センサ７を配置し、ステージ３を測定間隔ｄ１で移動させて位置０〜Ｋ番目まで行った後、他の１点であるセンサ位置Ｂ１に前記変位センサ７を配置して、測定間隔ｄ１でステージ３を繰り返し移動させ位置０〜Ｋ番目まで行う。
【００２２】
従って、相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定は、ステージ３を測定間隔ｄ１で移動させ位置０〜Ｋ番目まで繰り返して各別に行わせる。すなわち、相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定を、ステージ３のセンサ位置Ａ１について行った後、他のセンサ位置Ｂ１について行う方法を採っている。
【００２３】
さらに説明すると、図１に示すように変位センサ７をセンサ支持部５に支持させ、センサ位置Ａ１に配置する。ステージ３を一定測定間隔ｄ１で移動させ、位置０〜Ｋ番目までステージ３と測定基準物１との相対変位を測定する．その後，図２に示すようにセンサ支持部５を移動させ、変位センサ７をセンサ位置Ｂ１にずらし、同様に、位置０〜Ｋ番目まで繰り返して測定を行い、
ＸＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−ＶＫＡ＋ＸＫ−１
ＹＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−Ｖ（Ｋ−１）Ａ＋ＹＫ−１
の関係を用いてＸＫ，ＹＫを順次測定する。従って、本実施例の真直度測定方法は、従来の逐次２点法に対し繰り返し２点法といえる。
【００２４】
図３は、従来の逐次２点法と繰り返し２点法との比較を示す説明図であり、（ａ）は、逐次２点法、（ｂ）は、繰り返し２点法である。
【００２５】
図３（ａ）（ｂ）の実線はステージの運動誤差を示し、●は、ステージの測定間隔毎の位置を示す。
【００２６】
図３（ａ）のように、逐次２点法では、ステージの運動距離（測定間隔）がセンサ間隔の影響を受けるため、一定以上に測定間隔を小さくすることができていない。これに対し、図３（ｂ）のように、繰り返し２点法では、ステージ３の運動距離（測定間隔）がセンサ間隔の影響を受けないため、さらに細かい測定間隔で測定することができた。
【００２７】
［ステージが小さい場合］
ステージ３が小さい場合には，変位センサ７をステージ３の上に固定することができないため，変位センサ７と測定基準物１との位置関係を入れ替える。すなわち，変位センサ７をステージ３以外の固定側に配置し，測定基準物１をステージ３上に固定する。この場合，測定基準物１は、ステージ３の大きさに準じた大きさのものを作成する。また，変位センサ７をセンサ位置Ａ１からセンサ位置Ｂ１に移す動作は、前記のようにモータを用いた移動機構或いは手動による移動機構で行われる。従って、測定基準物７が可動体となり、変位センサ７の取付相手が固定体となる。
【００２８】
この場合の測定原理は，基本的には従来の逐次2点法と同様であるが，変位センサ７と測定基準物１との移動関係が入れ替わったため，次のようになる。
【００２９】
図４，５は、センサ位置Ａ１とセンサ位置Ｂ１とにおける測定の概要を示す説明図である。
【００３０】
前記の方法と同様に，Ｋ番目のセンサ位置における変位ＸＫ＋ＹＫ，ＸＫ＋ＸＫ＋１とセンサの出力ＶＫＡ，ＶＫＢとの関係は次のようになる。
Ｘ０＋Ｙ０＋＝Ｖ０Ａ Ｘ０＋Ｙ１＝Ｖ０Ｂ
Ｘ１＋Ｙ１＋＝Ｖ１Ａ Ｘ１＋Ｙ２＝Ｖ１Ｂ
従って、一般式を次のように表すことができる。
【００３１】
ＸＫ−１＋ＹＫ−１＝Ｖ（Ｋ−１）Ａ ＸＫ−１＋ＹＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ
この関係から、ＸＫ，ＹＫを次のように表すことができる。
【００３２】
ＸＫ＝ＶＫＡーＶ（Ｋ−１）Ｂ−＋ＸＫ−１
ＹＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−Ｖ（Ｋ−１）Ａ＋ＹＫ−１
ここで，従来の方法と同様に初期値Ｘ０＝０，Ｙ０＝０を設定することにより、ＸＫ，ＹＫを順次求めることができる。
【００３３】
［実験］
図６，図７は、前記繰り返し２点法に基づいた測定の性能を評価するための実験装置を示し、図６は、斜視図、図７は、他の方向から見た斜視図である。
【００３４】
図６のように、本装置では、測定基準物１と１軸のステージ３と測定用センサである変位センサ７とを備え、その他にトリガ用センサ９、コーナーキューブ１１、レーザ測長器１３を備えている。
【００３５】
ステージ３は、本実験例では手動であり、矢印Ｅで示すように左下から右上方向に移動させる。但し、移動の向きは逆でもよい．ステージ３には、測定基準物１を固定しており，これとの相対変位をステージ以外の場所に固定した測定用の変位センサ７にて測定した。また，測定の開始点と終了点を決めるためのトリガ用センサ９を変位センサ７の反対側に固定した。一方で，ステージ３の送り方向の位置を測定するためにステージ３上にコーナーキューブ１１を固定し，これを外部に固定したレーザ測長器１３にて測定した。ここに示したトリガ用センサ９、コーナーキューブ１１、ならびにレーザ測長器１３は提案した原理を検証するために用いたものであり、必ずしも必要としない。
【００３６】
上記の装置を使用し、センサ位置Ａ１，Ｂ１の間隔を０．２ｍｍ，全移動距離５ｍｍという条件で測定を行った。センサ位置Ａ１とセンサ位置Ｂ１とを変えるに当たっては，ステージ３上に固定した手動ステージを用いた。
【００３７】
本実験より得た変位センサ７と測定基準物１との相対距離から、
ＸＫ＝ＶＫＡーＶ（Ｋ−１）Ｂ−＋ＸＫ−１
ＹＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−Ｖ（Ｋ−１）Ａ＋ＹＫ−１
を用いて求めたステージ３の運動軌跡（運動誤差）と測定基準物１の形状は、図８，図９のようであった。図８は、ステージの運動軌跡を示すグラフ、図９は、測定基準物の形状を示すグラフである。
図８，図９に示すように、提案した本発明実施例の方法及び装置では、測定基準物１とステージ３との動きが干渉することなく測定できていることを確認した。その結果，ステージ３の真直度が１３．４μｍ、測定基準物１の真直度は１．７μｍであった。なお，ステージ３は、１ｍｍの周期で大きなうねりを示しているが、これはステージ３駆動のために使用している送りねじのリードと一致しており、ねじの振れ回りに起因するものであることが分かる。
以上より、提案した本発明実施例の方法及び装置を用いると、直進運動するマイクロ機械要素の真直度を測定することができる。
【００３８】
［実施例の効果］
本発明実施例によれば、変位センサ７の数を従来の２つから１つにすることができ、センサ間隔によって制限されていた測定間隔を小さくすることができる。
【００３９】
変位センサ７と測定基準物１との位置関係を入れ替えることにより，測定対象となるステージ３の大きさと移動距離の制限が無くなり，原理的にはマイクロメートルオーダの微小なステージ３が微小量移動する場合においても，その運動精度を測定・評価することが可能となった。
【００４０】
すなわち、本発明実施例の真直度測定方法は、測定基準物１及び該測定基準物１に沿って一定の測定間隔ｄ１で直線移動および停止可能なステージ３と、前記測定基準物１及びステージ３の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサ７とを備え、前記測定基準物１又はステージ３上の２点につき前記測定間隔ｄ１毎に測定した結果に基づき前記測定基準物１及びステージ３の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定方法であって、前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記ステージ３の２点についてステージ３の移動を繰り返して各別に行うため、ステージ３の移動距離、或いはステージ３が小さい場合でも測定を行うことができる。
【００４１】
前記相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定を、前記ステージ３の１点について行った後、他の１点について行うため、ステージ３の移動距離、或いはステージ３が小さい場合でも測定を確実に行うことができる。
【００４２】
本発明実施例の真直度測定装置は、測定基準物１及び該測定基準物１に沿って一定の測定間隔ｄ１で直線移動および停止可能なステージ３と、前記測定基準物１及びステージ３の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサ７とを備え、前記ステージ３の２点につき前記測定間隔ｄ１毎に測定した結果に基づき前記測定基準物１及びステージ３の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定装置であって、前記相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定を、前記ステージ３の２点について前記ステージ３の移動を繰り返し前記変位センサを各別に配置して行うため、ステージ３の移動距離、或いはステージ３が小さい場合でも測定を行うことができる。
【００４３】
前記相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定を、前記ステージ３の１点に前記変位センサ７を配置して行った後、他の１点に前記変位センサ７を配置して行うため、ステージ３の移動距離、或いはステージ３が小さい場合でも測定を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】真直度測定方法及び装置の原理を示す説明図である（実施例１）。
【図２】真直度測定方法及び装置の原理を示す説明図である（実施例１）。
【図３】逐次２点法と繰り返し２点法との比較を示す説明図であり、（ａ）は、逐次２点法、（ｂ）は、繰り返し２点法である（実施例１）。
【図４】センサ位置Ａ１とセンサ位置Ｂ１とにおける測定の概要を示す説明図である（実施例１）。
【図５】センサ位置Ａ１とセンサ位置Ｂ１とにおける測定の概要を示す説明図である（実施例１）。
【図６】繰り返し２点法に基づいた測定の性能を評価するための実験装置を示す斜視図である（実施例１）。
【図７】他の方向から見た斜視図である（実施例１）。
【図８】ステージの運動軌跡を示すグラフである（実施例１）。
【図９】測定基準物の形状を示すグラフである（実施例１）。
【図１０】直進運動するステージ（物体）の運動軌跡（運動誤差）を示す説明図である（従来例）。
【図１１】逐次２点法の原理を示す説明図である（実施例１）。
【符号の説明】
【００４５】
１ 測定基準物（固定体）
３ ステージ（可動体）
５ センサ支持部
７ 変位センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ機械要素の運動誤差の測定などに用いられる真直度測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直進運動するステージ（物体）が図１０のような運動軌跡（運動誤差）を示したときに，この軌跡を平行な２平面Ｉ，ＩＩで挟んだときの２平面の最小な間隔ｆをＪＩＳでは運動の真直度と定義している．
このような運動誤差を測定する方法として、従来逐次２点法がある。
【０００３】
図１１は、逐次２点法の原理を示す説明図である。
【０００４】
逐次２点法では、２つのセンサＡ，Ｂを、移動可能なステージ１０１に固定し，ステージ１０１以外の場所に固定した測定基準物１０３との相対変位をこれら２つのセンサＡ，Ｂを用いて測定する。この測定値より、測定基準物１０３の形状誤差１０５とステージの運動誤差１０７とを独立に求めることができる。
【０００５】
さらに説明すると、図１１に示した測定開始点（右端の点）を０とし，２つのセンサＡ，Ｂの間隔ｄの刻みでステージを右方向に送るときに，基準線（理想的な直線）１０９に対するステージの変位をＸ１，Ｘ２，・・・とする。
一方，測定基準物１０３はステージ１０１の基準線１０９と平行な直線１１１を基準とし，ステージ１０１の０位置におけるセンサＢに対応する測定基準物１０３の変位をＹ１，Ｙ２，・・・とする．
Ｋ番目のステージ位置における変位ＸＫ，ＹＫ，ＸＫ＋１，ＹＫ＋１に対し，センサＡ，Ｂの出力ＶＫＡ，ＶＫＢであるとすると，次のような関係が導かれる．
Ｖ０Ｂ−Ｖ０Ａ＝Ｙ１−Ｘ０
Ｖ１Ａ−Ｖ０Ａ＝Ｙ１−Ｘ１ Ｖ１Ｂ−Ｖ０Ｂ＝Ｙ２−Ｙ１−Ｘ１
Ｖ２Ａ−Ｖ０Ａ＝Ｙ２−Ｘ２ Ｖ２Ｂ−Ｖ０Ｂ＝Ｙ３−Ｙ１−Ｘ２
従って、K番目の位置における一般項は下記のようになる．
ＶＫＡ−Ｖ０Ａ＝ＹＫ−ＸＫ Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−Ｖ０Ｂ＝ＹＫ−Ｙ１−ＸＫ−１
上述した関係からステージ１０１と測定基準物１０３の変位ＸＫ，ＹＫを下記のように表すことができる．
ＸＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−ＶＫＡ＋ＸＫ−１
ＹＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−Ｖ（Ｋ−１）Ａ＋ＹＫ−１
ここで，初期値としてＸ０＝０，Ｙ０＝０の値を与えることにより，Ｘ１，Ｙ１から順にＸＫ，ＹＫ求めることができ，ステージの運動誤差を定量的に測定・評価することが可能となる。
【０００６】
しかし、従来の逐次２点法では、ステージ１０１の移動距離と２つのセンサＡ，Ｂの間隔が問題となる。すなわち、測定間隔ｄが２つのセンサＡ，Ｂの大きさに依存するため，測定対象であるステージ１０１の移動距離が小さい場合には測定が困難となる。
【０００７】
また、ステージ１０１の寸法と２つのセンサＡ，Ｂの寸法との関係が問題となり、測定対象であるステージ１０１が小さい場合には，ここに２つのセンサＡ，Ｂを固定することができず、測定が困難となる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１５７９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、測定対象の移動距離、或いは測定対象が小さい場合には測定が困難になるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、測定対象の移動距離、或いは測定対象が小さい場合でも測定を可能とするため、固定体及び該固定体に沿って一定の測定間隔で直線移動及び停止可能な可動体と、前記固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサとを備え、前記可動体又は固定体上の２点につき前記測定間隔毎に前記相対変位を測定した結果に基づき前記固定体及び可動体の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定方法であって、前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の２点について前記可動体の移動を繰り返して各別に行うことを最も主要な特徴とする。
【００１１】
また、固定体及び該固定体に沿って一定の測定間隔で直線移動および停止可能な可動体と、前記固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサとを備え、前記可動体又は固定体上の２点につき前記測定間隔毎に前記相対変位を測定した結果に基づき前記固定体及び可動体の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定装置であって、前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の２点について前記可動体の移動を繰り返し前記変位センサを各別に配置して行うことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の真直度測定方法は、固定体及び該固定体に沿って一定の測定間隔で直線移動及び停止可能な可動体と、前記固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサとを備え、前記可動体又は固定体上の２点につき前記測定間隔毎に前記相対変位を測定した結果に基づき前記固定体及び可動体の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定方法であって、前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の２点について前記可動体の移動を繰り返して各別に行うため、可動体の移動距離、或いは可動体が小さい場合でも測定を行うことができる。
【００１３】
本発明の真直度測定装置は、固定体及び該固定体に沿って一定の測定間隔で直線移動および停止可能な可動体と、前記固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサとを備え、前記可動体又は固定体上の２点につき前記測定間隔毎に前記相対変位を測定した結果に基づき前記固定体及び可動体の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定装置であって、前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の２点について前記可動体の移動を繰り返し前記変位センサを各別に配置して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
測定対象の移動距離、或いは測定対象が小さい場合でも測定を可能にするという目的を、可動体又は固定体の２点についての相対変位の測定を可動体の移動を繰り返して各別に行わせることにより実現した。
【実施例１】
【００１５】
図１，図２は、本発明の実施例１に係る真直度測定方法及び装置の原理を示す説明図である。
【００１６】
［真直度測定装置］
本実施例の真直度測定装置は、測定基準物１を例えばブロックゲージ等で構成し、可動体を、直線移動可能な１軸のステージ３とした。ステージ３には、例えば単一のセンサ支持部５が備えられ、センサ支持部５は、ステージ３上の移動機構により、センサ位置Ａ１からセンサ位置Ｂ１まで任意に移動し、制御された任意の位置で変位センサ７を位置決めすることができる。移動機構は、微細なレールにセンサ支持部５を支持し、センサ支持部５を微細なラック・ピニオン機構及びモータにより駆動するようなものである。但し、移動機構の構造は、任意であり、手動による移動機構も可能である。
【００１７】
ステージ３は、測定基準物１に沿って一定の測定間隔ｄ１で直線移動および停止可能となっている。測定間隔ｄ１は、センサ位置Ａ１，Ｂ１の間隔に対応し、ステージ３の大きさ、移動距離に合わせて任意に変更することができる。
【００１８】
前記ステージ３のセンサ支持部５には、固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサ７が着脱自在に支持されている。変位センサ７は、例えばレーザ変位計、渦電流型変位計、静電容量型変位計等で構成されている。この内、レーザ変位計は、測定範囲（スポット径）が小さく、最も適している。
【００１９】
前記ステージ３の２点、例えばセンサ位置Ａ１，Ｂ１における前記測定基準物１及びステージ３の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を、前記測定間隔ｄ１毎に測定した結果に基づき前記測定基準物１の形状誤差及びステージ３の運動誤差を求めている。
【００２０】
測定した形状誤差、運動誤差は、ディスプレイに表示して確認し、或いは工作機械の制御に用いることもできる。
【００２１】
［真直度測定方法］
前記相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定は、前記ステージ３のセンサ位置Ａ１，Ｂ１についてステージ３の移動を繰り返し前記変位センサ７をセンサ位置Ａ１，Ｂ１に各別に配置して行う。本実施例では、前記相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定を、前記ステージ３の１点であるセンサ位置Ａ１に前記変位センサ７を配置し、ステージ３を測定間隔ｄ１で移動させて位置０〜Ｋ番目まで行った後、他の１点であるセンサ位置Ｂ１に前記変位センサ７を配置して、測定間隔ｄ１でステージ３を繰り返し移動させ位置０〜Ｋ番目まで行う。
【００２２】
従って、相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定は、ステージ３を測定間隔ｄ１で移動させ位置０〜Ｋ番目まで繰り返して各別に行わせる。すなわち、相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定を、ステージ３のセンサ位置Ａ１について行った後、他のセンサ位置Ｂ１について行う方法を採っている。
【００２３】
さらに説明すると、図１に示すように変位センサ７をセンサ支持部５に支持させ、センサ位置Ａ１に配置する。ステージ３を一定測定間隔ｄ１で移動させ、位置０〜Ｋ番目までステージ３と測定基準物１との相対変位を測定する．その後，図２に示すようにセンサ支持部５を移動させ、変位センサ７をセンサ位置Ｂ１にずらし、同様に、位置０〜Ｋ番目まで繰り返して測定を行い、
ＸＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−ＶＫＡ＋ＸＫ−１
ＹＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−Ｖ（Ｋ−１）Ａ＋ＹＫ−１
の関係を用いてＸＫ，ＹＫを順次測定する。従って、本実施例の真直度測定方法は、従来の逐次２点法に対し繰り返し２点法といえる。
【００２４】
図３は、従来の逐次２点法と繰り返し２点法との比較を示す説明図であり、（ａ）は、逐次２点法、（ｂ）は、繰り返し２点法である。
【００２５】
図３（ａ）（ｂ）の実線はステージの運動誤差を示し、●は、ステージの測定間隔毎の位置を示す。
【００２６】
図３（ａ）のように、逐次２点法では、ステージの運動距離（測定間隔）がセンサ間隔の影響を受けるため、一定以上に測定間隔を小さくすることができていない。これに対し、図３（ｂ）のように、繰り返し２点法では、ステージ３の運動距離（測定間隔）がセンサ間隔の影響を受けないため、さらに細かい測定間隔で測定することができた。
【００２７】
［ステージが小さい場合］
ステージ３が小さい場合には，変位センサ７をステージ３の上に固定することができないため，変位センサ７と測定基準物１との位置関係を入れ替える。すなわち，変位センサ７をステージ３以外の固定側に配置し，測定基準物１をステージ３上に固定する。この場合，測定基準物１は、ステージ３の大きさに準じた大きさのものを作成する。また，変位センサ７をセンサ位置Ａ１からセンサ位置Ｂ１に移す動作は、前記のようにモータを用いた移動機構或いは手動による移動機構で行われる。従って、測定基準物７が可動体となり、変位センサ７の取付相手が固定体となる。
【００２８】
この場合の測定原理は，基本的には従来の逐次2点法と同様であるが，変位センサ７と測定基準物１との移動関係が入れ替わったため，次のようになる。
【００２９】
図４，５は、センサ位置Ａ１とセンサ位置Ｂ１とにおける測定の概要を示す説明図である。
【００３０】
前記の方法と同様に，Ｋ番目のセンサ位置における変位ＸＫ＋ＹＫ，ＸＫ＋ＸＫ＋１とセンサの出力ＶＫＡ，ＶＫＢとの関係は次のようになる。
Ｘ０＋Ｙ０＋＝Ｖ０Ａ Ｘ０＋Ｙ１＝Ｖ０Ｂ
Ｘ１＋Ｙ１＋＝Ｖ１Ａ Ｘ１＋Ｙ２＝Ｖ１Ｂ
従って、一般式を次のように表すことができる。
【００３１】
ＸＫ−１＋ＹＫ−１＝Ｖ（Ｋ−１）Ａ ＸＫ−１＋ＹＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ
この関係から、ＸＫ，ＹＫを次のように表すことができる。
【００３２】
ＸＫ＝ＶＫＡーＶ（Ｋ−１）Ｂ−＋ＸＫ−１
ＹＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−Ｖ（Ｋ−１）Ａ＋ＹＫ−１
ここで，従来の方法と同様に初期値Ｘ０＝０，Ｙ０＝０を設定することにより、ＸＫ，ＹＫを順次求めることができる。
【００３３】
［実験］
図６，図７は、前記繰り返し２点法に基づいた測定の性能を評価するための実験装置を示し、図６は、斜視図、図７は、他の方向から見た斜視図である。
【００３４】
図６のように、本装置では、測定基準物１と１軸のステージ３と測定用センサである変位センサ７とを備え、その他にトリガ用センサ９、コーナーキューブ１１、レーザ測長器１３を備えている。
【００３５】
ステージ３は、本実験例では手動であり、矢印Ｅで示すように左下から右上方向に移動させる。但し、移動の向きは逆でもよい．ステージ３には、測定基準物１を固定しており，これとの相対変位をステージ以外の場所に固定した測定用の変位センサ７にて測定した。また，測定の開始点と終了点を決めるためのトリガ用センサ９を変位センサ７の反対側に固定した。一方で，ステージ３の送り方向の位置を測定するためにステージ３上にコーナーキューブ１１を固定し，これを外部に固定したレーザ測長器１３にて測定した。ここに示したトリガ用センサ９、コーナーキューブ１１、ならびにレーザ測長器１３は提案した原理を検証するために用いたものであり、必ずしも必要としない。
【００３６】
上記の装置を使用し、センサ位置Ａ１，Ｂ１の間隔を０．２ｍｍ，全移動距離５ｍｍという条件で測定を行った。センサ位置Ａ１とセンサ位置Ｂ１とを変えるに当たっては，ステージ３上に固定した手動ステージを用いた。
【００３７】
本実験より得た変位センサ７と測定基準物１との相対距離から、
ＸＫ＝ＶＫＡーＶ（Ｋ−１）Ｂ−＋ＸＫ−１
ＹＫ＝Ｖ（Ｋ−１）Ｂ−Ｖ（Ｋ−１）Ａ＋ＹＫ−１
を用いて求めたステージ３の運動軌跡（運動誤差）と測定基準物１の形状は、図８，図９のようであった。図８は、ステージの運動軌跡を示すグラフ、図９は、測定基準物の形状を示すグラフである。
図８，図９に示すように、提案した本発明実施例の方法及び装置では、測定基準物１とステージ３との動きが干渉することなく測定できていることを確認した。その結果，ステージ３の真直度が１３．４μｍ、測定基準物１の真直度は１．７μｍであった。なお，ステージ３は、１ｍｍの周期で大きなうねりを示しているが、これはステージ３駆動のために使用している送りねじのリードと一致しており、ねじの振れ回りに起因するものであることが分かる。
以上より、提案した本発明実施例の方法及び装置を用いると、直進運動するマイクロ機械要素の真直度を測定することができる。
【００３８】
［実施例の効果］
本発明実施例によれば、変位センサ７の数を従来の２つから１つにすることができ、センサ間隔によって制限されていた測定間隔を小さくすることができる。
【００３９】
変位センサ７と測定基準物１との位置関係を入れ替えることにより，測定対象となるステージ３の大きさと移動距離の制限が無くなり，原理的にはマイクロメートルオーダの微小なステージ３が微小量移動する場合においても，その運動精度を測定・評価することが可能となった。
【００４０】
すなわち、本発明実施例の真直度測定方法は、測定基準物１及び該測定基準物１に沿って一定の測定間隔ｄ１で直線移動および停止可能なステージ３と、前記測定基準物１及びステージ３の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサ７とを備え、前記測定基準物１又はステージ３上の２点につき前記測定間隔ｄ１毎に測定した結果に基づき前記測定基準物１及びステージ３の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定方法であって、前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記ステージ３の２点についてステージ３の移動を繰り返して各別に行うため、ステージ３の移動距離、或いはステージ３が小さい場合でも測定を行うことができる。
【００４１】
前記相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定を、前記ステージ３の１点について行った後、他の１点について行うため、ステージ３の移動距離、或いはステージ３が小さい場合でも測定を確実に行うことができる。
【００４２】
本発明実施例の真直度測定装置は、測定基準物１及び該測定基準物１に沿って一定の測定間隔ｄ１で直線移動および停止可能なステージ３と、前記測定基準物１及びステージ３の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサ７とを備え、前記ステージ３の２点につき前記測定間隔ｄ１毎に測定した結果に基づき前記測定基準物１及びステージ３の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定装置であって、前記相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定を、前記ステージ３の２点について前記ステージ３の移動を繰り返し前記変位センサを各別に配置して行うため、ステージ３の移動距離、或いはステージ３が小さい場合でも測定を行うことができる。
【００４３】
前記相対変位の測定間隔ｄ１毎の測定を、前記ステージ３の１点に前記変位センサ７を配置して行った後、他の１点に前記変位センサ７を配置して行うため、ステージ３の移動距離、或いはステージ３が小さい場合でも測定を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】真直度測定方法及び装置の原理を示す説明図である（実施例１）。
【図２】真直度測定方法及び装置の原理を示す説明図である（実施例１）。
【図３】逐次２点法と繰り返し２点法との比較を示す説明図であり、（ａ）は、逐次２点法、（ｂ）は、繰り返し２点法である（実施例１）。
【図４】センサ位置Ａ１とセンサ位置Ｂ１とにおける測定の概要を示す説明図である（実施例１）。
【図５】センサ位置Ａ１とセンサ位置Ｂ１とにおける測定の概要を示す説明図である（実施例１）。
【図６】繰り返し２点法に基づいた測定の性能を評価するための実験装置を示す斜視図である（実施例１）。
【図７】他の方向から見た斜視図である（実施例１）。
【図８】ステージの運動軌跡を示すグラフである（実施例１）。
【図９】測定基準物の形状を示すグラフである（実施例１）。
【図１０】直進運動するステージ（物体）の運動軌跡（運動誤差）を示す説明図である（従来例）。
【図１１】逐次２点法の原理を示す説明図である（実施例１）。
【符号の説明】
【００４５】
１ 測定基準物（固定体）
３ ステージ（可動体）
５ センサ支持部
７ 変位センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定体及び該固定体に沿って一定の測定間隔で直線移動及び停止可能な可動体と、
前記固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサとを備え、
前記可動体又は固定体上の２点につき前記測定間隔毎に前記相対変位を測定した結果に基づき前記固定体及び可動体の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定方法であって、
前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の２点について前記可動体の移動を繰り返して各別に行う
ことを特徴とする真直度測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の真直度測定方法であって、
前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の１点について行った後、他の１点について行う
ことを特徴とする真直度測定方法。
【請求項３】
固定体及び該固定体に沿って一定の測定間隔で直線移動および停止可能な可動体と、
前記固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサとを備え、
前記可動体又は固定体上の２点につき前記測定間隔毎に前記相対変位を測定した結果に基づき前記固定体及び可動体の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定装置であって、
前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の２点について前記可動体の移動を繰り返し前記変位センサを各別に配置して行う
ことを特徴とする真直度測定装置。
【請求項４】
請求項３記載の真直度測定装置であって、
前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の１点に前記変位センサを配置して行った後、他の１点に前記変位センサを配置して行う
ことを特徴とする真直度測定装置。
【請求項１】
固定体及び該固定体に沿って一定の測定間隔で直線移動及び停止可能な可動体と、
前記固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサとを備え、
前記可動体又は固定体上の２点につき前記測定間隔毎に前記相対変位を測定した結果に基づき前記固定体及び可動体の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定方法であって、
前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の２点について前記可動体の移動を繰り返して各別に行う
ことを特徴とする真直度測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の真直度測定方法であって、
前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の１点について行った後、他の１点について行う
ことを特徴とする真直度測定方法。
【請求項３】
固定体及び該固定体に沿って一定の測定間隔で直線移動および停止可能な可動体と、
前記固定体及び可動体の表面形状及び運動軌跡間の相対変位を検出する変位センサとを備え、
前記可動体又は固定体上の２点につき前記測定間隔毎に前記相対変位を測定した結果に基づき前記固定体及び可動体の形状誤差、運動誤差を求める真直度測定装置であって、
前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の２点について前記可動体の移動を繰り返し前記変位センサを各別に配置して行う
ことを特徴とする真直度測定装置。
【請求項４】
請求項３記載の真直度測定装置であって、
前記相対変位の測定間隔毎の測定を、前記可動体又は固定体の１点に前記変位センサを配置して行った後、他の１点に前記変位センサを配置して行う
ことを特徴とする真直度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１４７３３１（Ｐ２００７−１４７３３１Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３９１０３（Ｐ２００５−３３９１０３）
【出願日】平成１７年１１月２４日（２００５．１１．２４）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２４日（２００５．１１．２４）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【Ｆターム（参考）】
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