熱変形ドリフト対策を構じたサブナノメートル分解能の小型超精密位置決め装置

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350076
• Research Institution: Shizuoka Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 大塚 二郎 静岡理工科大学, 理工学部, 教授 (30016787)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 市川 宗次 シグマテック(株), 代表取締役・研究職 ; 恩田 一 静岡理工科大学, 理工学部, 教授 (60350906)
• Keywords: 熱変形 / サブナノメートル / 超精密位置決め / ビジュアルサーボ

Research Abstract

1.位置決め装置の熱変形による位置決め誤差:シグマテック(株)製10nm超精密位置決め装匿(ベースとステージはアルミ鋳物AC4C)は、ステージ下に固定した変位センサのスケール(ストローク20mm)によるフィードバック制御を適用しているものの、連続運転したときにモータからの熱により装置全体が熱変形して、ステージには位置決め誤差が発生する。ベースを支えるベース支持台の材料を変えて、それらがステージの位置決め誤差に与える影響を調べた。ベース支持台として次の4種類の材料を使った。
ステンレス(SUS304)、低熱膨張材(ノビナイト)、アルミ合金(A5052)、鋳鉄(FC300)これらのうち、ステンレスの位置決め誤差が最も大きく(水平方向誤差1.9μm、垂直方向誤差1.8μm)、熱伝導率の最も大きいアルミ合金が最も小さかった(水平方向誤差0.2μm)垂直方向1.5μm)。
2.光学顕微鏡のビジュアルサーボ:顕微鏡のステージ上にある被観察物を観察するとき、種々の熱源によりステージその他が徐々に熱変形して、被観察物を視野の中心に保持することができなくなる。また、被観察物が激しく動く場合、被観察物を視野の中心に保持することができないばかりでなく、視野内に保持することすら不可能である。本研究ではステージ上を移動する被観察物を光学顕微鏡の視野内でたえず観察できるようなビジュアルサーボシステムを構築した。具体的には、倒立顕微鏡の搭載台として自動XYステージを用い、視野内の被観察物を高速画像処理し(浜松ホトニクス製高速ビジョンシステム、毎秒250フレームレート)、重心位置を演算し自動XYステージにフィードバック制御を適用することにより激しく水中を移動する小エビ(大きさ約60μm)をたえず視野の中心に持ってくることに成功した。

Research Products

• [Publications] 大塚二郎, 市川宗次, 山口祥之: "1nm分解能の小型変位センサと小型超精密位置決め装置の開発"精密工学会. 49, 10. 1428-1433 (2003)
• [Publications] 大塚二郎: "超の世界-超精密位置決め"自動車技術. 57, 6. 115-116 (2003)
• [Publications] 大岩孝彰, 大塚二郎: "ナノメートルの計測と位置決め"機械の研究. 55, 8. 815-824 (2003)
• [Publications] 大塚二郎: "精密位置決めの高速化、高精度化、低価格化"日経メカニカルD&M. No.585. 100-104 (2003)