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精密量測技術搭配運動控制提升設備精度

Aerotech運用自身開發的三維量測技術,對HexGen 系統進行精度補償至3 µm內。

在自動化設備開發過程中,精度與產能一直都是所有業者最重視的兩個議題.在新製程設備開發時,若是遇到精度議題,許多廠商難以釐清究竟精度問題是出在功能機械(如加工頭),精密運動軸(如移動平台),來料精度,與環境條件等,導致許多專案在開發成功率低,就算真的可以成功開發,其設備規格的設定可能有超規格(Overspec) 的現象,導致設備建構成本過高,不利於量產.若可用精密量測技術搭配運動控制,有效提升設備精度,則可以有效解決這些問題。

為什麼精密量測技術在自動化設備開發需要被重視?

精密量測技術在許多產業界都已經行之有年,從巨觀到微觀,從天文學(光年尺度),到量子力學(奈米以下尺度),從傳統產業到先進自動化產業,都需要精密量測技術.而精密量測技術在自動化產業,尤其是精密機械開發上,通常討論的是精密移動軸的量測,例如,量測線性滑軌的平行度與真直度,量測移動平台定位精度等。

但在傳統自動化產業中,通常組裝完XY平台後,量測其光學尺回饋,或者用千分表檢查真直度與平行度後,即認為其效能可行,但其實這兩種方法都有其先天限制,若是前者,阿貝誤差(Abbe Error)將無法被檢查出來,若是後者,則量測解析度受限於千分表的解析度。這兩種方法,對於機台組裝後是否可達微米等級精度是有難度的。

相對而言,較為近代的精密量測技術,是使用雷射干涉儀(Laser Interferometer)對於精密移動軸的工作位置(Work point)進行量測,通常在XY移動平台組裝後,依照最後治具設計的厚度或者真空吸盤厚度特性,模擬雷射干涉儀的反射鏡與干涉鏡架設高度,量測其全行程的定位精度,重複精度,真直度,平面度等,這個方法可以有效的量測到阿貝誤差在工作位置的一維誤差貢獻度,對於產業機械設備的精度評估可以有效提升。

先進運動控制器,通常具備可以將雷射干涉儀量測值,補償至運動控制器的能力,若是重複定位精度為 ±1 µm內,在絕對定位精度補償前為±10 µm以上的系統,通常可以補償至~±2 µm左右的水準,而更高精度的機構系統,可補償至 sub-micron 的程度。

二維補償與三維補償技術是下一階段移動軸精度提升的最重要技術

機械系統除了移動軸方向外,在先進製程設備開發中,許多製程需要考慮到二維或甚至三維的誤差,例如雷射微細加工,光學量測,甚至半導體製程等,二維量測定位精度技術需要搭配能夠「同時」量測X與Y方向誤差的量測設備,Aerotech已經使用二維雷射干涉儀量測移動平台有多年經驗,甚至也是領先業界將二維定位精度列為許多產品標準規格的廠商,使用二維量測與補償技術後的移動平台,除了二維精度高達達次微米等級外,其真直度由於二維補償的先天優勢,可從±2~3 µm直接補償到+/- 0.6 µm的真直度。協助先進製程設備開發具有更高的先天精度優勢。

在部分光學量測與鏡頭組裝專案中,除了二維量測與精度補償是必須的,甚至系統誤差需要考慮到三度空間,也就是「三維補償技術」。Aerotech於六自由度HexGen系列產品中,開發了獨家的三維量測與補償技術,將六自由度移動平台的三維誤差,使用三維的雷射干涉儀進行補償,補償後高達 3 µm內,將精密量測技術更進一步推進一步。

Aerotech的精密量測與補償技術,可以搭配許多平台系統使用,除了線性馬達平台,氣浮軸承平台,壓電平台,甚至六自由度移動平台等,均可以用精密量測技術提升移動軸精度,進而協助自動化設備開發商提升其製程精度,達到快、穩、準的目標。(本文由Aerotech提供,劉中興整理報導)

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