精密量測技術搭配運動控制提升設備精度
精密量測技術搭配運動控制提升設備精度
劉中興
2019-07-17
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)
