JP2005300329A - 静電容量型3次元位置測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 小型であって真空中でも使用することが容易な静電容量型3次元位置測定装置を提供する。
【解決手段】 被測定物1には、被測定物1の位置検出を行うためのターゲット2a、2b、2dが設けられている。これらのターゲット2a、2b、2dに対向して静電容量型センサ3a、3b、3dがそれぞれ設けられており、これらの静電容量型センサ3a、3b、3d中には、電極4a、4b、4dがそれぞれ設けられている。静電容量型センサ3aとターゲット2aの位置は、X−Y方向ではほぼ一致している。静電容量型センサ3aに対してX軸方向に位置する静電容量型センサ3b、3dの位置は、その中心がそれぞれターゲット2bの左端、ターゲット2dの右端に位置している。同様、静電容量型センサ3aに対してY軸方向に位置する静電容量型センサ3c、3eの位置は、その中心がそれぞれターゲット2cの下端、ターゲット2eの上端に位置している。
【選択図】 図1
【解決手段】 被測定物1には、被測定物1の位置検出を行うためのターゲット2a、2b、2dが設けられている。これらのターゲット2a、2b、2dに対向して静電容量型センサ3a、3b、3dがそれぞれ設けられており、これらの静電容量型センサ3a、3b、3d中には、電極4a、4b、4dがそれぞれ設けられている。静電容量型センサ3aとターゲット2aの位置は、X−Y方向ではほぼ一致している。静電容量型センサ3aに対してX軸方向に位置する静電容量型センサ3b、3dの位置は、その中心がそれぞれターゲット2bの左端、ターゲット2dの右端に位置している。同様、静電容量型センサ3aに対してY軸方向に位置する静電容量型センサ3c、3eの位置は、その中心がそれぞれターゲット2cの下端、ターゲット2eの上端に位置している。
【選択図】 図1
Description
本発明は、被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて前記被測定物の3次元の位置を測定する静電容量型3次元位置測定装置に関するものである。
静電容量型位置測定装置は周知のものであり、特に距離測定装置やレベル計として使用されている。その測定原理は、被測定物又はそれに設けられたターゲットを一つの電極、センサ側に設けられた電極を他の電極として、これらの電極間の静電容量が被測定物とセンサ間の距離に応じて変化すること、又は、センサ側に設けられた2つの電極間の静電容量が、被測定物とセンサ間の距離に応じて変化することを利用したものである。
しかしながら、このような静電容量型位置測定装置は、1次元方向の位置を測定するために用いられているのが一般的であった。すなわち、被測定物の表面が、センサ側の電極表面に対して十分大きなものとし、被測定物表面を無限大の平面と仮定して、このような平面との間の静電容量、又はこのような平面の影響を受けて変化する静電容量を測定し、それから被測定物の位置を測定していた。
一般に、物体の3次元方向位置を一つのセンサで検出することはできず、物体の3次元位置計測を行うには、それぞれの方向について距離測定装置を使用して測定するか、一つの方向については距離測定装置を使用して測定し、それと直角な2次元方向については、撮像装置で2次元的な位置を撮像し、画像処理により2次元方向の位置を求めることが行われていた。
このように3次元の位置測定を行おうとすると、測定装置の数が増えて、狭い空間にセンサ部を収納できなくなる場合がある。特に、高度の真空中において被測定物の位置を3次元的に検出しようとすると、センサの構造上配置が困難である場合があり、又、配置が可能であったとしても、アウトガスの問題等から新たに隔壁を配置したりする必要等があり、構造が複雑になるという問題点があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、小型であって真空中でも使用することが容易な静電容量型3次元位置測定装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するための第1の手段は、被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて前記被測定物の3次元の位置を測定する位置測定装置であって、3種の静電容量型センサを有し、前記ターゲットの面をX−Y平面とするX−Y−Z三次元直交座標系において、第1種の静電容量型センサの出力は、X方向、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向、Y方向に位置変動しても変化せず、Z方向に位置変動した場合に変化するように、第2種の静電容量型センサの出力は、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがY方向に位置変動しても変化せず、X方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向に位置変動した場合に変化するように、第3種の静電容量型センサの出力は、X方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向に位置変動しても変化せず、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがY方向に位置変動した場合に変化するように、それぞれの静電容量型センサとターゲットの位置関係が定められていることを特徴とする静電容量型3次元位置測定装置(請求項1)である。
本手段においては、第1種、第2種、第3種の静電容量型センサが、それぞれ、Z方向、X方向、Y方向位置を独立に測定可能であるので、3次元の位置測定を行うことができる。又、静電容量型センサであるので、センサ部を小型化でき、狭いスペースに収納することができる。各静電容量型センサとターゲットの配置については、実施の形態において詳しく説明する。第何種というのは、その中に、1個のみでなく複数の静電容量型センサがある場合を含むことを示すものである。
前記課題を解決するための第2の手段は、被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて前記被測定物の3次元の位置を測定する位置測定装置であって、4種の静電容量型センサを有し、前記ターゲットの面をX−Y平面とするX−Y−Z三次元直交座標系において、第1種の静電容量型センサの出力は、X方向、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向、Y方向に位置変動しても変化せず、Z方向に位置変動した場合に変化するように、第2種の静電容量型センサの出力は、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがY方向に位置変動しても変化せず、X方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向に位置変動した場合に変化するように、第3種と第4種の静電容量型センサの出力は、X方向、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向、Y方向に位置変動した場合に変化するように、それぞれの静電容量型センサとターゲットの位置関係が定められており、かつ、前記ターゲットがY方向に変化した場合、第3種と第4種の静電容量型センサの出力の変化方向が逆になるように、それぞれの静電容量型センサとターゲットの位置関係が定められていることを特徴とする静電容量型3次元位置測定装置(請求項2)である。
本手段においては、Z方向とX方向の位置測定手段は、前記第1の手段と同じであるが、Y方向位置測定のために2種類の静電容量型センサを使用している。そして、例えばその出力の差分をとることにより、より精密にY軸方向位置を測定することができる。各静電容量型センサとターゲットの配置については、実施の形態において詳しく説明する。
前記課題を解決するための第3の手段は、被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて前記被測定物の3次元の位置を測定する位置測定装置であって、5種の静電容量型センサを有し、前記ターゲットの面をX−Y平面とするX−Y−Z三次元直交座標系において、第1種の静電容量型センサの出力は、X方向、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向、Y方向に位置変動しても変化せず、Z方向に位置変動した場合に変化するように、第2種から第5種までの静電容量型センサの出力は、X方向、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向、Y方向に位置変動した場合に変化するように、それぞれの静電容量型センサとターゲットの位置関係が定められており、さらに、前記ターゲットがX方向に変化した場合、第2種と第3種の静電容量型センサの出力の変化方向、第4種と第5種の静電容量型センサの出力の変化方向が同じ、かつ、第2種と第4種の静電容量型センサの出力の変化方向、第3種と第5種の静電容量型センサの出力の変化方向が逆となり、前記ターゲットがY方向に変化した場合、第2種と第4種の静電容量型センサの出力の変化方向、第3種と第5種の静電容量型センサの出力の変化方向が同じ、かつ、第2種と第3種の静電容量型センサの出力の変化方向、第4種と第5種の静電容量型センサの出力の変化方向が逆となるように、それぞれの静電容量型センサとターゲットの位置関係が定められていることを特徴とする静電容量型3次元位置測定装置(請求項3)である。
本手段においては、第2種から第5種の4種の静電容量型センサを使用して、X方向、Y方向の位置を、これらの出力の演算により求めている。一般に、例えばX方向の位置変動によって出力が変化し、Y方向の位置変動によって出力が変化しないようにするためには、Y方向に長いターゲットを使用しなければならない。よって、前記第1の手段、第2の手段においては、ターゲットも大きくなり、これに従って静電容量型センサの間隔も広がってしまうが、本手段によれば、装置のセンサ部を小さくすることができる。
前記課題を解決するための第4の手段は、前記第1の手段から第3の手段のいずれかであって、前記第1種の静電容量型センサが、X−Y平面に平行な面において同一直線上に無い少なくとも3点の位置を測定する3個の静電容量型センサを有することを特徴とするもの(請求項4)である。
本手段においては、被測定面の傾きを求めることができる。第1種の静電容量型センサを構成する静電容量型センサの数が3個の場合は方程式を解くことにより、4個以上の場合は、最小二乗法等の統計的手段により傾きを求めることができる。
前記課題を解決するための第の手段は、前記第1の手段から第4の手段のいずれかであって、各静電容量型センサが、1個の導電体から形成されているターゲットとの間の静電容量を測定するものであることを特徴とするもの(請求項5)である。
本手段においては、ターゲットの大きさを小さくすることができ、それに応じてセンサ全体の大きさを小さくすることができる。
前記課題を解決するための第6の手段は、前記第4の手段であって、第1種の静電容量型センサが、他種の静電容量型センサの内側に位置していることを特徴とするもの(請求項6)である。
本手段においては、センサ全体の大きさを小さくすることができる。
前記課題を解決するための第7の手段は、前記第4の手段であって、第1種の静電容量型センサが、他種の静電容量型センサの外側に位置していることを特徴とする。
本手段においては、X−Y方向に離れた距離におけるZ方向位置を3点以上測定できるので、傾きの測定精度を向上させることができる。
前記課題を解決するための第8の手段は、前記第1の手段から第7の手段のいずれかであって、全ての静電容量型センサが一体形成されたものであることを特徴とするもの(請求項8)である。
本手段においては、静電容量型センサを小型化することができる。
本発明によれば、小型であって真空中でも使用することが容易な静電容量型3次元位置測定装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態の例を図を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態である静電容量型3次元位置測定装置の構成を示す概要図であり、(a)はブロック図、(b)は静電容量型センサとターゲットの位置関係をZ方向から見た図である。
図1(a)において、被測定物1には、被測定物1の位置検出を行うためのターゲット2a、2b、2dが設けられている。これらは導電性の金属板であり、接地電位とされている。これらのターゲット2a、2b、2dに対向して静電容量型センサ3a、3b、3dがそれぞれ設けられており、これらの静電容量型センサ3a、3b、3d中には、電極4a、4b、4dがそれぞれ設けられている。
そして、これらの電極4a、4b、4dと接地間に交流電源5a、5b、5dにより交流電圧を印加し、これらの回路に流れる電流を電流検出器6a、6b、6dによりそれぞれ検出する。電流検出器6a、6b、6dの信号は演算装置7に送られ、それにより、被測定物のX、Y、Z方向の3次元位置が検出される。
図1(b)に示すように、静電容量型センサ3aとターゲット2aの位置は、X−Y方向ではほぼ一致している。これに対し、静電容量型センサ3aに対してX軸方向に位置する静電容量型センサ3b、3dの位置は、その中心がそれぞれターゲット2bの左端、ターゲット2dの右端に位置するようになっている。同様、静電容量型センサ3aに対してY軸方向に位置する静電容量型センサ3c、3eの位置は、その中心がそれぞれターゲット2cの下端、ターゲット2eの上端に位置するようになっている。ここで、上下左右は図1(b)の上下左右をいう。
今、静電容量型センサ3a〜3dとターゲット2a〜2dの位置関係が図1(b)に示すような位置にある場合を原点とし、被測定物1がX方向、Y方向、Z方向に移動した場合の、各静電容量型センサ3a〜3dの出力を図2に示す。図2で示す実線の範囲が、測定可能範囲である。但し、図2は模式的な図であり、各軸方向の距離が図で同じであっても、実際の距離が同じであるわけではなく、各静電容量型センサの出力も図で高さが同じであっても、実際の出力が同じであるわけではない。更に、例えばZ軸方向の距離と静電容量は逆比例の関係にあるはずであるが、簡略化のため直線で表している。
図2に示すように、静電容量型センサ3aの出力は、被測定物が測定範囲内でX方向、Y方向に移動してもその出力が変化しない。これは、原点位置において電極4aの中心とターゲット2aの中心が一致しており、電極4aの面積に対してターゲット2aの面積が十分広いからである。
これに対して、静電容量型センサ3bの出力は、被測定物1がX負方向に移動すると増加し、静電容量型センサ3dの出力は、被測定物1がX負方向に移動すると減少する。これは、原点位置において、静電容量型センサ3b、3dの電極4b、4dのX方向中心が、それぞれターゲット2b、2dのX方向境界位置にあるためである。又、被測定物1がY方向に移動してもその出力が変化しない。これは、原点位置において静電容量型センサ3b、3dの電極4b、4dのY方向中心とターゲット2b、2dのY方向中心が一致しており、電極4b、4dのY方向長さに対してターゲット2b、2dのY方向長さが十分大きいからである。
又、静電容量型センサ3cの出力は、被測定物1がY正方向に移動すると減少し、静電容量型センサ3eの出力は、被測定物1がY正方向に移動すると増加する。これは、原点位置において、静電容量型センサ3c、3eの電極4c、4eのY方向中心が、それぞれターゲット2c、2eのY方向境界位置にあるためである。又、被測定物1がX方向に移動してもその出力が変化しない。これは、原点位置において電極4c、4eのX方向中心とターゲット2c、2eのY方向中心が一致しており、電極4c、4eのX方向長さに対してターゲット2c、2eのY方向長さが十分広いからである。
静電容量型センサ3b、3c、3d、3eの出力とも、被測定物がZ正方向に移動すると低下する。
以上のことより、被測定物1のZ方向位置は、静電容量型センサ3aの出力を検出すれば、それに対応する値として求まることが分かる(静電容量型センサ3aの出力と被測定物1のZ方向位置の関係は、予め測定してキャリブレーションカーブとして、演算装置7に記憶させておく)。
被測定物1のX方向位置を求めるには、以下のようにする。静電容量型センサ3bの出力をI3b、静電容量型センサ3dの出力をI3dとすると、
I3b=I3b(X,Z)
I3d=I3d(X,Z)
で表されるので、予めキャリブレーションを行い、X、ZとI3b、I3dの関係をテーブルや関数形で演算装置7に記憶させておく。そして、前述のように静電容量型センサ3aの出力からZを求めれば、I3b、I3dの出力からそれぞれXが分かる。この値の平均値をとって、Xの値とすればよい。もし、I3b(X,Z)、I3d(X,Z)がX、Zについて線形性がある場合は、
X=k1*(I3d−I3b)/(I3b+I3d)
として求めてもよい。但し、k1は定数である。
I3b=I3b(X,Z)
I3d=I3d(X,Z)
で表されるので、予めキャリブレーションを行い、X、ZとI3b、I3dの関係をテーブルや関数形で演算装置7に記憶させておく。そして、前述のように静電容量型センサ3aの出力からZを求めれば、I3b、I3dの出力からそれぞれXが分かる。この値の平均値をとって、Xの値とすればよい。もし、I3b(X,Z)、I3d(X,Z)がX、Zについて線形性がある場合は、
X=k1*(I3d−I3b)/(I3b+I3d)
として求めてもよい。但し、k1は定数である。
同様、被測定物1のY方向位置を求めるには、以下のようにする。静電容量型センサ3cの出力をI3c、静電容量型センサ3eの出力をI3eとすると、
I3c=I3c(Y,Z)
I3e=I3e(Y,Z)
で表されるので、予めキャリブレーションを行い、X、ZとI3c、I3eの関係をテーブルや関数形で演算装置7に記憶させておく。そして、前述のように静電容量型センサ3aの出力からZを求めれば、I3c、I3eの出力からそれぞれXが分かる。この値の平均値をとって、Xの値とすればよい。もし、I3c(Y,Z)、I3e(Y,Z)がX、Zについて線形性がある場合は、
X=k2*(I3c−I3e)/(I3c+I3e)
として求めてもよい。但し、k2は定数である。
I3c=I3c(Y,Z)
I3e=I3e(Y,Z)
で表されるので、予めキャリブレーションを行い、X、ZとI3c、I3eの関係をテーブルや関数形で演算装置7に記憶させておく。そして、前述のように静電容量型センサ3aの出力からZを求めれば、I3c、I3eの出力からそれぞれXが分かる。この値の平均値をとって、Xの値とすればよい。もし、I3c(Y,Z)、I3e(Y,Z)がX、Zについて線形性がある場合は、
X=k2*(I3c−I3e)/(I3c+I3e)
として求めてもよい。但し、k2は定数である。
以上の説明から明らかなように、この静電容量型3次元位置測定装置は冗長性を有している。すなわち、静電容量型センサ3bと3dはどちらか一つあればX方向の位置検出が可能であり、同様に静電容量型センサ3cと3eはどちらか一つあればY方向の位置検出が可能である。よって、これらのうち、両方を各1個、又は片方を1個で済ますことができる。
以下、本発明の他の実施の形態である静電容量型3次元位置測定装置についての説明を行うが、いずれについても、その基本的な構成は、図1(a)に示すものと同じであり、ただ、静電容量型センサとターゲットの配置のみが違うだけであるので、静電容量型センサとターゲットの配置のみについて説明する。又、前出の図面に示された構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略することがある。
図3は、本発明の第2の実施の形態である静電容量型3次元位置測定装置の静電容量型センサとターゲットの配置を示す図である。この実施の形態においては、X−Y方向中心に静電容量型センサ3aとターゲット2aが、その中心を同じくして配置されており、静電容量型センサ3aとターゲット2aから見て、X方向Y方向と45°回転した位置に、4つの静電容量型センサ3f、3g、3h、3iと、それらに各々対応する4つのターゲット2f、2g、2h、2iが設けられている。
そして、静電容量型センサ3f、3g、3h、3iの中心は、図に示すように、対応するターゲット2f、2g、2h、2iの、ターゲット2aから見て内側の頂点位置に一致している。
この実施の形態においても、静電容量型センサ3aの電極に対してターゲット2aの大きさが十分大きくとられており、従って、静電容量型センサ3aの出力は、被測定物1がX−Y方向に移動しても変化せず、被測定物1のZ方向の動きについてのみ反応する。
これに対して、静電容量型センサ3fの出力は、被測定物1がX正方向に移動すれば増加し、X負方向に移動すれば減少すると共に、被測定物1がY正方向に移動すれば減少し、Y負方向に移動すれば増加する。静電容量型センサ3gの出力は、被測定物1がX正方向に移動すれば増加し、X負方向に移動すれば減少すると共に、被測定物1がY正方向に移動すれば増加し、X負方向に移動すれば減少する。静電容量型センサ3hの出力は、被測定物1がX正方向に移動すれば減少し、X負方向に移動すれば増加すると共に、被測定物1がY正方向に移動すれば増加し、Y負方向に移動すれば減少する。静電容量型センサ3iの出力は、被測定物1がX正方向に移動すれば減少し、X負方向に移動すれば増加すると共に、被測定物1がY正方向に移動すれば減少し、Y負方向に移動すれば増加する。
静電容量型センサ3fの出力をI3f、静電容量型センサ3gの出力をI3g、静電容量型センサ3hの出力をI3h、静電容量型センサ3igの出力をI3iとすると、
I3f=I3f(X,Y,Z)
I3g=I3g(X,Y,Z)
I3h=I3h(X,Y,Z)
I3i=I3i(X,Y,Z)
で表されるので、予めキャリブレーションを行い、X、Y、ZとI3f、I3g、I3h、I3iの関係をテーブルや関数形で演算装置7に記憶させておく。関数形で記憶させていた場合、前述のように静電容量型センサ3aの出力からZを求めれば、X、Yについての方程式が4個できることになるので、最小二乗法により、これらの方程式からXとYを求めることができる。
I3f=I3f(X,Y,Z)
I3g=I3g(X,Y,Z)
I3h=I3h(X,Y,Z)
I3i=I3i(X,Y,Z)
で表されるので、予めキャリブレーションを行い、X、Y、ZとI3f、I3g、I3h、I3iの関係をテーブルや関数形で演算装置7に記憶させておく。関数形で記憶させていた場合、前述のように静電容量型センサ3aの出力からZを求めれば、X、Yについての方程式が4個できることになるので、最小二乗法により、これらの方程式からXとYを求めることができる。
もし、I3f(X,Y,Z)、I3g(X,Y,Z)、I3h(X,Y,Z)、I3i(X,Y,Z)がX、Y、Zについて線形性がある場合は、
X=k3*(I3f+I3g−I3h−I3i)/(I3f+I3g+I3h+I3i)
Y=k4*(I3g+I3h−I3f−I3i)/(I3f+I3g+I3h+I3i)
として求めてもよい。但し、k3、k4は定数である。
X=k3*(I3f+I3g−I3h−I3i)/(I3f+I3g+I3h+I3i)
Y=k4*(I3g+I3h−I3f−I3i)/(I3f+I3g+I3h+I3i)
として求めてもよい。但し、k3、k4は定数である。
以上の実施の形態については、被測定物1がX方向、Y方向のどちらに移動したときにも出力が変化する静電容量型センサを4個用いたが、5個以上用いるようにしてもよい。しかしこれらの場合において、被測定物1がX正方向に移動したときに出力が増加する静電容量型センサを少なくとも一つ用いた場合には、被測定物がX正方向に移動したときに出力が減少する静電容量型センサを少なくとも一つ用いるようにすることが好ましい。同様、被測定物1がX正方向に移動したときに出力が減少する静電容量型センサを少なくとも一つ用いた場合には、被測定物がX正方向に移動したときに出力が増加する静電容量型センサを少なくとも一つ用いるようにすることが好ましい。
Y方向についても同様であり、被測定物1がY正方向に移動したときに出力が増加する静電容量型センサを少なくとも一つ用いた場合には、被測定物がY正方向に移動したときに出力が減少する静電容量型センサを少なくとも一つ用いるようにすることが好ましい。同様、被測定物1がY正方向に移動したときに出力が減少する静電容量型センサを少なくとも一つ用いた場合には、被測定物がY正方向に移動したときに出力が増加する静電容量型センサを少なくとも一つ用いるようにすることが好ましい。
図4は、本発明の第3の実施の形態である静電容量型3次元位置測定装置の静電容量型センサの電極とターゲットの配置を示す図である。この実施の形態においては、静電容量型センサの電極がパターニングにより一体形成されている。すなわち、5つの電極4a、4f、4g、4h、4iは、同一の基板の上にパターニングにより、中間に絶縁層を挟んで形成されている。そして、ターゲット2は、一つの電極から形成されている。
この実施の形態の作用効果は、前記第2の実施の形態の作用効果と実質的に変わるところがないので、その説明を省略するが、第2の実施の形態に比して、静電容量型3次元位置測定装置のセンサ部を小型化できるという特徴を有している。
図4(a)に示されたものは、正方形を基本としたパターンから形成されており、図4(b)に示されたものは円を基本としたパターンから形成されている。この両者が実質的に同一であることは言うまでもない。
図5は、本発明の第4の実施の形態である静電容量型3次元位置測定装置の静電容量型センサの電極とターゲットの配置を示す図である。この実施の形態は、前記第3の実施の形態とは基本的に同じであるが、Z方向位置を検出する静電容量型センサの電極が、4a1、4a2、4a3、4a4として4個設けられているところが異なっている。これらの電極に対応する静電容量型センサは、いずれも、被測定物1が、X−Y方向に測定範囲内で変化しても、Z方向の出力が変化しないものである。
よって、この実施の形態においては、X−Y方向4箇所でのZ軸方向位置を検出することができ、各測定値を基に最小二乗法を適用すれば、被測定物1の傾きを算出することができる。
なお、図5においては、4個のZ方向位置検出用静電センサを用いているが、3個のX−Y平面に平行な平面上で同一直線上に無い3個のZ方向位置検出用静電センサを用いれば、方程式を解くことにより、被測定物1の傾きを算出することができる。
X−Y平面に平行な平面上で直線上に無い3個のZ方向位置検出用静電センサを含む限り、Z方向位置検出用静電センサが5個以上ある場合でも、最小二乗法等を使用して、被測定物1の傾きを算出することができる。
図6は、本発明の第5の実施の形態である静電容量型3次元位置測定装置の静電容量型センサの電極とターゲットの配置を示す図である。この実施の形態においては、X−Y方向の位置検出を行うための静電容量型センサ3f、3g、3h、3iと、それに対応する一つのターゲット2’が中心に配置され、Z方向の位置検出を行うための静電容量型センサ3a1、3a2、3a3、3a4と、それらに対応する各々のターゲット2a1、2a2、2a3、2a4が、その外側に設けられている点が、前記第4の実施の形態と異なる主要な部分である。この実施の形態では、Z方向位置を測定する静電容量型センサ3a1、3a2、3a3、3a4のX−Y方向での場所が、互いに離れているので、前記第4の実施の実施の形態に比して、全体の大きさが大きくなるが、ターゲット1の傾きを検出する精度を向上させることができる。
以上の説明においては、図4(b)を除いて、電極及びターゲットの形状を正方形又は長方形を基本としているが、これらは正方形や長方形に限られるものではなく、円形、楕円形、多角形等の任意の形状とすることができる。
1…被測定物、2,2’,2a,2b,2c,2d,2f,2g,2h,2i,2a1、2a2,2a3,2a4…ターゲット、3,3a,3b,3c,3d,3f,3g,3h,3i,3a1、3a2,3a3,3a4…静電容量型センサ、4a,4b,4c,4d,4f,4g,4h,4i…電極、5a,5b,5d…交流電源、6a,6b,6d…電流検出器、7…演算装置
Claims (8)
- 被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて前記被測定物の3次元の位置を測定する位置測定装置であって、3種の静電容量型センサを有し、前記ターゲットの面をX−Y平面とするX−Y−Z三次元直交座標系において、第1種の静電容量型センサの出力は、X方向、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向、Y方向に位置変動しても変化せず、Z方向に位置変動した場合に変化するように、第2種の静電容量型センサの出力は、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがY方向に位置変動しても変化せず、X方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向に位置変動した場合に変化するように、第3種の静電容量型センサの出力は、X方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向に位置変動しても変化せず、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがY方向に位置変動した場合に変化するように、それぞれの静電容量型センサとターゲットの位置関係が定められていることを特徴とする静電容量型3次元位置測定装置。
- 被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて前記被測定物の3次元の位置を測定する位置測定装置であって、4種の静電容量型センサを有し、前記ターゲットの面をX−Y平面とするX−Y−Z三次元直交座標系において、第1種の静電容量型センサの出力は、X方向、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向、Y方向に位置変動しても変化せず、Z方向に位置変動した場合に変化するように、第2種の静電容量型センサの出力は、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがY方向に位置変動しても変化せず、X方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向に位置変動した場合に変化するように、第3種と第4種の静電容量型センサの出力は、X方向、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向、Y方向に位置変動した場合に変化するように、それぞれの静電容量型センサとターゲットの位置関係が定められており、かつ、前記ターゲットがY方向に変化した場合、第3種と第4種の静電容量型センサの出力の変化方向が逆になるように、それぞれの静電容量型センサとターゲットの位置関係が定められていることを特徴とする静電容量型3次元位置測定装置。
- 被測定物に取り付けられたターゲットとの間の静電容量を測定し、測定された静電容量に基づいて前記被測定物の3次元の位置を測定する位置測定装置であって、5種の静電容量型センサを有し、前記ターゲットの面をX−Y平面とするX−Y−Z三次元直交座標系において、第1種の静電容量型センサの出力は、X方向、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向、Y方向に位置変動しても変化せず、Z方向に位置変動した場合に変化するように、第2種から第5種までの静電容量型センサの出力は、X方向、Y方向の測定範囲内において前記ターゲットがX方向、Y方向に位置変動した場合に変化するように、それぞれの静電容量型センサとターゲットの位置関係が定められており、さらに、前記ターゲットがX方向に変化した場合、第2種と第3種の静電容量型センサの出力の変化方向、第4種と第5種の静電容量型センサの出力の変化方向が同じ、かつ、第2種と第4種の静電容量型センサの出力の変化方向、第3種と第5種の静電容量型センサの出力の変化方向が逆となり、前記ターゲットがY方向に変化した場合、第2種と第4種の静電容量型センサの出力の変化方向、第3種と第5種の静電容量型センサの出力の変化方向が同じ、かつ、第2種と第3種の静電容量型センサの出力の変化方向、第4種と第5種の静電容量型センサの出力の変化方向が逆となるように、それぞれの静電容量型センサとターゲットの位置関係が定められていることを特徴とする静電容量型3次元位置測定装置。
- 前記第1種の静電容量型センサが、X−Y平面に平行な面において同一直線上に無い少なくとも3点の位置を測定する3個の静電容量型センサを有することを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載の静電容量型3次元位置測定装置。
- 各静電容量型センサが、1個の導電体から形成されているターゲットとの間の静電容量を測定するものであることを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の静電容量型3次元位置測定装置。
- 第1種の静電容量型センサが、他種の静電容量型センサの内側に位置していることを特徴とする請求項4に記載の静電容量型3次元位置測定装置。
- 第1種の静電容量型センサが、他種の静電容量型センサの外側に位置していることを特徴とする請求項4に記載の静電容量型3次元位置測定装置。
- 全ての静電容量型センサが一体形成されたものであることを特徴とする請求項1から請求項7のうちいずれか1項に記載の静電容量型3次元位置測定装置。
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JP2004116374A JP2005300329A (ja) | 2004-04-12 | 2004-04-12 | 静電容量型3次元位置測定装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009240058A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 動作装置 |
US7884622B2 (en) | 2007-08-24 | 2011-02-08 | Tokyo Electron Limited | Method of adjusting moving position of transfer arm and position detecting jig |
-
2004
- 2004-04-12 JP JP2004116374A patent/JP2005300329A/ja active Pending
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