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精密量测技术搭配运动控制提升设备精度

Aerotech运用自身开发的三维量测技术,对HexGen 系统进行精度补偿至3 µm内。

在自动化设备开发过程中,精度与产能一直都是所有业者最重视的两个议题.在新制程设备开发时,若是遇到精度议题,许多厂商难以厘清究竟精度问题是出在功能机械(如加工头),精密运动轴(如移动平台),来料精度,与环境条件等,导致许多专案在开发成功率低,就算真的可以成功开发,其设备规格的设定可能有超规格(Overspec) 的现象,导致设备建构成本过高,不利于量产.若可用精密量测技术搭配运动控制,有效提升设备精度,则可以有效解决这些问题。

为什么精密量测技术在自动化设备开发需要被重视?

精密量测技术在许多产业界都已经行之有年,从巨观到微观,从天文学(光年尺度),到量子力学(纳米以下尺度),从传统产业到先进自动化产业,都需要精密量测技术.而精密量测技术在自动化产业,尤其是精密机械开发上,通常讨论的是精密移动轴的量测,例如,量测线性滑轨的平行度与真直度,量测移动平台定位精度等。

但在传统自动化产业中,通常组装完XY平台后,量测其光学尺回馈,或者用千分表检查真直度与平行度后,即认为其效能可行,但其实这两种方法都有其先天限制,若是前者,阿贝误差(Abbe Error)将无法被检查出来,若是后者,则量测分辨率受限于千分表的分辨率。这两种方法,对于机台组装后是否可达微米等级精度是有难度的。

相对而言,较为近代的精密量测技术,是使用雷射干涉仪(Laser Interferometer)对于精密移动轴的工作位置(Work point)进行量测,通常在XY移动平台组装后,依照最后治具设计的厚度或者真空吸盘厚度特性,模拟雷射干涉仪的反射镜与干涉镜架设高度,量测其全行程的定位精度,重复精度,真直度,平面度等,这个方法可以有效的量测到阿贝误差在工作位置的一维误差贡献度,对于产业机械设备的精度评估可以有效提升。

先进运动控制器,通常具备可以将雷射干涉仪量测值,补偿至运动控制器的能力,若是重复定位精度为 ±1 µm内,在绝对定位精度补偿前为±10 µm以上的系统,通常可以补偿至~±2 µm左右的水平,而更高精度的机构系统,可补偿至 sub-micron 的程度。

二维补偿与三维补偿技术是下一阶段移动轴精度提升的最重要技术

机械系统除了移动轴方向外,在先进制程设备开发中,许多制程需要考虑到二维或甚至三维的误差,例如雷射微细加工,光学量测,甚至半导体制程等,二维量测定位精度技术需要搭配能够「同时」量测X与Y方向误差的量测设备,Aerotech已经使用二维雷射干涉仪量测移动平台有多年经验,甚至也是领先业界将二维定位精度列为许多产品标准规格的厂商,使用二维量测与补偿技术后的移动平台,除了二维精度高达达次微米等级外,其真直度由于二维补偿的先天优势,可从±2~3 µm直接补偿到+/- 0.6 µm的真直度。协助先进制程设备开发具有更高的先天精度优势。

在部分光学量测与镜头组装专案中,除了二维量测与精度补偿是必须的,甚至系统误差需要考虑到三度空间,也就是「三维补偿技术」。Aerotech于六自由度HexGen系列产品中,开发了独家的三维量测与补偿技术,将六自由度移动平台的三维误差,使用三维的雷射干涉仪进行补偿,补偿后高达 3 µm内,将精密量测技术更进一步推进一步。

Aerotech的精密量测与补偿技术,可以搭配许多平台系统使用,除了线性马达平台,气浮轴承平台,压电平台,甚至六自由度移动平台等,均可以用精密量测技术提升移动轴精度,进而协助自动化设备开发商提升其制程精度,达到快、稳、准的目标。(本文由Aerotech提供,刘中兴整理报导)

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