JP3548506B2

JP3548506B2 - Electronic level and horizontal stage using the same

Info

Publication number: JP3548506B2
Application number: JP2000232876A
Authority: JP
Inventors: 一孝神原
Original assignee: 九州日本電気株式会社
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: JP2002048536A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定面の傾斜や角度を測定する電子式水準器およびそれを用いた水平ステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、傾斜や角度の測定には、通常気泡式、磁気式、光学式の水準器を利用する方法が採用されている。しかしながら、これらの水準器を利用する方法では、測定範囲の制限、複雑化した構造、測定時間がかかる等の問題も多く残されている。このため、傾斜・角度の測定作業として、十分とは言えない。
【０００３】
従来技術として、例えば実開昭６３−１０５８１０号公報には、支軸を介して回動自在に垂下保持したおもりと、支軸に関しておもりの回動方向で略対称でかつおもりの回動により出力が変化する位置に配設した一対のセンサ部と、この一対のセンサ部の出力差から傾斜状態を算定する演算部とからなる傾斜計が記載されている。そして一対のセンサ部として光センサを用いる例が示されている。
【０００４】
また、特開平１１−９４５４６号公報には、いずれの方向にも振れる振り子体の外周面にあって、位置的に９０度の角度差のある２つの位置にそれぞれ標点を設定し、この各標点に対して間隙を介して対向しこの間隙の変位に感応して信号を出力する変位センサを設けて傾斜角度を測定する傾斜計が記載されている。
【０００５】
また例えば、実開昭６４−２１０６号公報には、磁気を使って角度を測定する水準器が記載されている。すなわち、導体振り子を揺動自在にワイヤでつり下げ、導体振り子に対向して振り子の揺動角度を検出する変位検出センサを設け、導体振り子に発生する渦電流の変化を検出して揺動角度を測定するものである。
【０００６】
また、実開昭６１−８４８０８号公報には、ワイヤで吊った磁性体製の逆Ｔ字型のおもりが、供試体の傾きに比例して位置を変位させ、その位置の変位量を２個の磁気センサにより検出・比較しメーターにより指示させる電子式水準器が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実開昭６３−１０５８１０号公報の傾斜計では、光センサを２個用いていること、また光センサにはおもりは全く用いられておらず固定されており、１個の光学式変位センサを用い、また光学式変位センサにもおもりを設け回転するようにしている本発明とは構成が明らかに異なっている。また、構成も２個の光センサを用いているので本発明のものより複雑になるという欠点がある。
【０００８】
また、特開平１１−９４５４６号公報の傾斜計では、固定された２個の変位センサを用い振り子体と変位センサの間隙の変動から傾斜角度を測定しており、回転可能な光学式変位センサを１個用いる本発明に比べ構成が複雑で、また傾斜角度の測定方法も異なっている。
【０００９】
上記実開昭６４−２１０６号公報では磁気を使って角度を測定しているが、構造上、おもりの中心をワイヤで吊っているため、回転運動が生じることで検出センサまでの距離が変化し、正確なおもりの位置を検出することが出来ないようになっている。後述するように、ベアリング２個を使用し回転運動を無くした本発明と比べると、測定対象物であるおもりの回転運動が発生する点でおとっている。
【００１０】
また、実開昭６１−８４８０８号公報は、実開昭６４−２１０６号公報と同様におもりをワイヤで吊るしているが、回転を考慮し反転した位置にもう一つの磁気センサを取付け、コンパレータを介しインピーダンスの違いを計算しているが、その分センサや電気部品を多く使わなければならず、回転を無視しセンサを１個使用する本発明に比べコストがかかる。
【００１１】
本発明の主な目的の一つは、傾斜・角度を簡単かつ迅速に測定し数値化した測定値が得られる電子式水準器を提供することにある。
【００１２】
本発明の主な他の目的は、あらかじめ設定された値の傾斜・角度になれば出力を発生し、変化を知らせる予知機能を有する電子式水準器を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、常にステージの傾斜・角度を測定し、変動が生じた場合にそれを修正する機能をもつ水平ステージを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子式水準器は、ベースと、このベース上に固定された２個の固定ブロックのの間に回転自在に取り付けられたおもりと、このおもりの変位を検出する変位センサと、変位センサからの出力信号から傾斜量を表示するディジタルパネルコントローラとを有する。おもりは、ベース上に設けられた２個の固定ブロックの上部にベアリングを介して取り付けられたおもり用シャフトに装着されている。また、変位センサは、光源と、この光源からの光を前記おもりの測定面へ集光する投光レンズと、前記おもりの測定面からの反射光を位置検出素子上に集光する受光レンズと、２つの出力端子を備え反射光を受光する位置検出素子とを有しており、光源としては発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる。変位センサにもおもりが取り付けられているので、おもりの測定面と変位センサの投光面は常に平行を保ち、おもりの測定面に対する投光軸と受光軸の角度は一定に保たれている。さらに、おもりはベースの中央、すなわちベースの両端部からおもりの測定面までの距離をＡ，Ｂとしたとき、Ａ＝Ｂとなる位置に設けられている。
【００１５】
本発明によれば、水平テーブルと、その裏面側に配設した互いに直角方向を向いたＸ方向電子式水準器およびＹ方向電子式水準器と、前記Ｘ、Ｙ方向電子式水準器の出力が規格内に入るまで前記水平テーブルを上下動させるＸ方向リニアステッピングモータ及びＹ方向リニアステッピングモータと、前記Ｘ、Ｙ方向電子式水準器の検出した傾斜角度の測定結果の出力に基づき前記Ｘ、Ｙ方向リニアステッピングモータを制御するコントローラとを有する水平ステージが得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明について図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態を示す背面図と側面図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように本発明の電子式水準器は、被測定面６に接するベース３と重心を保つおもり２と、そのおもり２の移動量（変位）を検出する光学式変位センサ１と、デジタルパネルコントローラ５とから構成され、いたって、シンプルな構造になっている。図１からわかるように、おもり２はベース３に固定ねじ９によって固定された２個の固定ブロック４の上部に取り付けられたおもり用シャフト８に装着されている。そしておもり用シャフト８の両端部は、おもり用ベアリング７を介して固定ブロック４に回転可能に取り付けられている。このため図６に示すように、ベース３が傾いた場合には、ベース３に固定されている固定ブロック４は傾くが、おもり２はその重心が常に真下に向くようにおもり用ベアリング７によって回転する。
【００１７】
次に、光学式変位センサ部について説明すると、図１に示すように、ベース３に固定された軸受け箱１５の上部に光学式変位センサ用ベアリング１３を介して光学式変位センサ用シャフト１２が設けられており、このシャフト１２に光学式変位センサ１が光学式変位センサ固定ブロック１４を介して装着されている。この光学式変位センサ１にも光学式変位センサ用おもり１１が設けられている。このためベース３が傾いた場合には、図６に示すように、光学式変位センサ用おもり１１はその重心が常に真下に向くように回転する。これによりおもり２の測定面ａと光学式変位センサ１の投光面ｂは常時平行を保てる。すなわち、光学式変位センサ１も光学式変位センサ用おもり１１により常に重心は水平面に直角を保ち、おもり２の測定面に対する投光軸１８と受光軸２０（図２参照）の角度を一定に保ち誤差の少ない測定が出来ることが特徴である。
【００１８】
本実施の形態では、光学式変位センサの支点が上のほうにあるので、傾くに従って光学式変位センサ１の入出力部分が水平方向に移動するが、使用前にスパン調整するので実用上問題無い。また、支点と変位センサとの位置を同じ高さにすれば、傾いても変位センサの入出力部分の位置が移動せずに変位センサ入出力部分の角度が変化するだけなので、変動要因が減り精度が向上する。投光軸と受光軸の角度は常に一定に保たれ、それらの角度変化による読み取り誤差を無くすことが可能となる。
【００１９】
図２は光学式変位センサ１の具体的構成を示している。光源（ＬＥＤ）１６から発せられた光が投光レンズ１７により集光され、対象物体１９に照射されると、対象物体１９から反射光が受光レンズ２１により一次元の位置検出素子２２上に集光する。対象物体１９の位置（距離）が変化すれば位置検出素子２２上の結像位置が異なり、二つの出力２３ａ、２３ｂのバランスが変化する。この二つの出力２３ａ、２３ｂから変位量が求まる。ここで対象物体１９は、図１のおもり２に対応するものである。また光源としては、レーザダイオードや発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用いることができるが、ＬＥＤが価格やサイズの点から一番適している。なお、１８は投光軸、２０は受光軸である。
【００２０】
図３は、本発明の第１の実施の形態における各部品の位置関係及び構成を示す図である。本実施の形態では、ベース３の中心すなわちおもり２の測定面までの両端からの距離Ａ及びＢは等しいことが条件となる。図４及び図５を用いてその必要性を説明する。この組み込み精度に狂いがある場合、すなわち距離ＡとＢが等しくない場合は、傾き方向の違い（１８０度反転）により、光学式変位センサ１からおもり２の測定面までの変位量に差が生じるためである。又、おもり２の支点から測定面までの距離Ｃは、図５からわかるように、距離Ａ及びＢと同じにすることで測定面の傾きχの丁度半分χ／２がＤの寸法で移動（変位量）する。これにより、例えば、ベースの長さが１００ｍｍでχ＝４ｍｍの変化があっても、測定部ではＤ＝２ｍｍの変化となる。すなわち、変位センサ測定範囲の２倍の傾き量χがあっても測定することが可能となる。
【００２１】
図６は、電子式水準器が右上がりに傾いた場合を示す図である。おもり２を支えるおもり用シャフト８は、光学式変位センサ１を支えるシャフト１２より上方にあるので、水準器が図６のように右上がりに傾くと、おもり２の測定面ａと光学式変位センサ１の投光面ｂは平行を保つが、両者の間隔は水平の場合より傾き角度が大きくなるにつれて広がる。一方、左上がりに傾いた場合には、おもり２の測定面ａと光学式変位センサ１の投光面ｂの間隔は逆に水平の時より狭くなる。
【００２２】
図７（ａ）、（ｂ）に基準距離（水平な時の測定面ａと投光面ｂの距離）が５ｍｍの場合の距離と電圧の変化及びデジタルパネルコントローラ５の表示器の関係示す図である。なお、図７（ａ）は電子式水準器が右上がりに傾いた場合を示し、図７（ｂ）は左上がりに傾いた場合を示している。実際には、図６で説明したように光学式変位センサ１も傾くが簡略のため固定して描いてある。図７（ａ）に示すように、測定面が基準距離の５ｍｍから最長測定距離である７ｍｍになった場合、光学式変位センサ１は５Ｖの出力をし、図７（ｂ）のように最短測定距離である３ｍｍになった場合１Ｖの出力を行う。光学式変位センサで検出された電圧（１〜５Ｖ）の変化はデジタルパネルコントローラ５の表示器によってスパン調整し表示させることでその傾きを認識するものである。
【００２３】
本発明の電子式水準器に使用した光学式変位センサの測定範囲は５±２ｍｍ、すなわち３ｍｍ〜７ｍｍの範囲を測定することが出来る。なお変位センサはレーザ、超音波、接触式、渦電流方式など様々なものが存在するが、価格、サイズ、測定範囲などを考慮すると、本発明の変位検出部品としてはＬＥＤを用いた光学式変位センサが一番適している。
【００２４】
また、デジタルパネルコントローラ５の表示器も出力を有しており、任意に設定した値に応じアラームを発生させる。これにより、装置にセットした場合、架台の経時変化や振動の有無を発見しトラブル発生前に変化を予知する機能を持たせることが出来る。
【００２５】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態は本発明の電子式水準器を用いた水平ステージに関するもので、図８にその構成を示し、図９にそれを水平にする動作のフローチャートを示してある。図８に示すように、水平テーブル２４の下部に本発明の電子式水準器２７ａ、２７ｂを２個９０度に配置する。それぞれの電子式水準器は検出した角度又は傾きの測定結果をコントローラ２８に出力する。データを入力されたコントローラ２８は水平テーブル２４の傾きを認識しそれぞれの角度・傾きについてのＸ方向電子式水準器２７ＡおよびＹ方向電子式水準器２７Ｂの出力が規格内に入るまで、Ｘ方向リニアステッピングモータ２６ａ、Ｙ方向リニアステッピングモータ２６ｂによって水平テーブル２４を上下動させる。常に水平テーブル２４はＸ方向およびＹ方向電子式水準器２７ａ、２７ｂにより監視されており、突発的な変化があってもそれをとらえて水平テーブル２４を水平に維持することが出来る。この際、電子式水準器はベース３が上面に来るように改造されており、おもりまたは光学式変位センサの取り付けられた面とは、０．００５ｍｍほどの平行面を持っていることが望ましい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の電子式水準器は、被測定面に接するベースと、重心を保つおもりと、そのおもりの移動量（変位）を検出する変位センサと、デジタルパネルコントローラとにより構成され、いたって、シンプルな構造になっている。特に傾斜・角度を光学式変位センサによって検出する構造を利用したことが特徴である。また、おもりの測定面をベースの中心に設計することで傾斜・角度の方向が変化しても同等の変位が現れることでセンサを１個に出来たことが特徴である。
【００２７】
また、光学式変位センサも光学式変位センサ用おもりにより常に重心は水平面に直角を保ち、おもりの測定面に対する投光軸と受光軸の角度を一定に保ち誤差の少ない測定が出来ることが特徴である。
【００２８】
本発明の特徴は、傾斜・角度の測定をおもりの重心移動による測定面の変位を１個の光学式変位センサで、高分解能（０．０１ｍｍ）でかつ広範囲（±４ｍｍ／１００ｍｍ）に測定出来るようにしたことである。
【００２９】
さらに、光学式変位センサの出力をデジタルパネルコントローラの表示部で表示させることで、測定値を読み取りやすくしたことが特徴である。従って、従来特別な知識を有する技術者のみ製作、使用されていた角度・傾斜測定器に比べ、簡単かつ正確な測定器の製作、使用が実現できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態を示す背面図と側面図である。
【図２】本発明の変位センサの構成を示す図である。
【図３】本発明の電子式水準器のおもりをベースの中央に取り付けることを説明する図である。
【図４】本発明において電子式水準器のおもりの取り付け位置がベースの中央からずれている場合を表す図である。
【図５】本発明の電子式水準器の傾きとおもりの測定面までの距離との関係を説明する図である。
【図６】本発明の電子式水準器が傾いた場合のおもりと変位センサの位置関係を表す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は電子式水準器が傾いた場合の変位センサの出力の様子を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施の形態である水平ステージの構成を示す平面図と断面図である。
【図９】第２の実施の形態である水平ステージの動作を示す図フローチャートである。
【符号の説明】
１光学式変位センサ
２おもり
３ベース
４固定ブロック
５デジタルパネルコントローラ
６測定面
７おもり用ベアリング
８おもり用シャフト
９固定ねじ
１０セットスクリュー
１１光学式変位センサ用おもり
１２光学式変位センサ用シャフト
１３光学式変位センサ用ベアリング
１４光学式変位センサ固定ブロック
１５軸受け箱
１６光源
１７投光レンズ
１８投光軸
１９対象物体
２０受光軸
２１受光レンズ
２２位置検出素子
２３ａ出力Ａ
２３ｂ出力Ｂ
２４水平テーブル
２５基準柱
２６ａＸ方向リニアステッピングモータ
２６ｂＹ方向リニアステッピングモータ
２７ａＸ方向電子式水準器
２７ｂＹ方向電子式水準器
２８コントローラ
２９モータドライバ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic level for measuring an inclination and an angle of a surface to be measured and a horizontal stage using the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for measurement of inclination and angle, a method using a bubble type, magnetic type, or optical level has been adopted. However, these methods using a level still have many problems such as limitation of a measurement range, a complicated structure, and a long measurement time. For this reason, it cannot be said that the measurement work of the inclination and the angle is sufficient.
[0003]
As a conventional technique, for example, Japanese Unexamined Utility Model Publication No. Sho 63-105810 discloses a weight that is rotatably held down via a support shaft and an output that is substantially symmetric with respect to the support shaft in the rotation direction of the weight and the rotation of the weight. Describes an inclinometer that includes a pair of sensor units disposed at positions where the angle changes, and a calculation unit that calculates a tilt state from an output difference between the pair of sensor units. An example in which an optical sensor is used as a pair of sensor units is shown.
[0004]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-94546, reference points are set at two positions on the outer peripheral surface of a pendulum body that can swing in any direction and have a positional difference of 90 degrees. An inclinometer that measures a tilt angle by providing a displacement sensor that opposes a reference point via a gap and outputs a signal in response to displacement of the gap is described.
[0005]
For example, Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 64-2106 discloses a level that measures an angle using magnetism. That is, the conductor pendulum is swingably suspended by a wire, and a displacement detection sensor is provided facing the conductor pendulum to detect a swing angle of the pendulum, and a change in eddy current generated in the conductor pendulum is detected to determine the swing angle. Is measured.
[0006]
Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 61-84808 discloses that an inverted T-shaped weight made of a magnetic material suspended by a wire displaces a position in proportion to the inclination of a test piece, and the amount of displacement at that position is two. An electronic level which is detected and compared by a magnetic sensor and indicated by a meter is described.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the inclinometer disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. Sho 63-105810 uses two optical sensors, and no weight is used at all in the optical sensor, so that one optical displacement sensor is used. The configuration is clearly different from that of the present invention in which the optical displacement sensor is provided with a weight so as to rotate. Further, there is a disadvantage that the configuration is more complicated than that of the present invention since two optical sensors are used.
[0008]
Further, in the inclinometer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-94546, the tilt angle is measured from the fluctuation of the gap between the pendulum body and the displacement sensor using two fixed displacement sensors. The configuration is more complicated than that of the present invention using one, and the method of measuring the inclination angle is also different.
[0009]
In Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 64-2106, the angle is measured using magnetism. However, due to the structure, the center of the weight is suspended by a wire. In this case, the position of the accurate weight cannot be detected. As will be described later, compared with the present invention in which two bearings are used to eliminate the rotational motion, the point is that the rotational motion of the weight to be measured is generated.
[0010]
In Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 61-84808, a weight is suspended by a wire in the same manner as in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 64-2106. Although the difference in impedance is calculated through the calculation, more sensors and electrical components must be used, and the cost is higher than in the present invention in which rotation is ignored and one sensor is used.
[0011]
One of the main objects of the present invention is to provide an electronic level which can easily and quickly measure an inclination and an angle and obtain a numerically measured value.
[0012]
It is another object of the present invention to provide an electronic level having a predictive function of generating an output when a predetermined value of inclination / angle is reached and notifying a change.
[0013]
It is still another object of the present invention to provide a horizontal stage having a function of constantly measuring the inclination and angle of the stage and correcting the fluctuation when it occurs.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
An electronic level according to the present invention includes a base, a weight rotatably mounted between two fixed blocks fixed on the base, a displacement sensor for detecting the displacement of the weight, and a displacement sensor. And a digital panel controller for displaying the amount of tilt from the output signal from the controller. The weight is mounted on a weight shaft mounted via bearings on top of two fixed blocks provided on the base. Further, the displacement sensor includes a light source, a light projecting lens for condensing light from the light source on the measurement surface of the weight, and a light receiving lens for condensing light reflected from the measurement surface of the weight on a position detection element. And a position detecting element having two output terminals and receiving reflected light, and a light emitting diode (LED) is used as a light source. Since the weight is also attached to the displacement sensor, the measuring surface of the weight and the light emitting surface of the displacement sensor are always kept parallel, and the angle between the light emitting axis and the light receiving axis with respect to the measuring surface of the weight is kept constant. Further, the weight is provided at the center of the base, that is, at a position where A = B, where A and B are distances from both ends of the base to the measurement surface of the weight.
[0015]
According to the present invention, the horizontal table, the X-direction electronic level and the Y-direction electronic level which are disposed on the back side and are oriented at right angles to each other, and the outputs of the X, Y-direction electronic level are An X-direction linear stepping motor and a Y-direction linear stepping motor for moving the horizontal table up and down until the standard is satisfied, and the X, Y based on the output of the measurement result of the tilt angle detected by the X, Y-direction electronic level. A horizontal stage having a controller for controlling the directional linear stepping motor is obtained.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1A and 1B are a rear view and a side view showing a first embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 1A and 1B, the electronic level of the present invention detects a base 3 in contact with a surface 6 to be measured, a weight 2 maintaining a center of gravity, and a movement amount (displacement) of the weight 2. It is composed of an optical displacement sensor 1 and a digital panel controller 5 and has a very simple structure. As can be seen from FIG. 1, the weight 2 is mounted on a weight shaft 8 mounted on the upper part of two fixing blocks 4 fixed to the base 3 by fixing screws 9. Both ends of the weight shaft 8 are rotatably attached to the fixed block 4 via weight bearings 7. For this reason, as shown in FIG. 6, when the base 3 is tilted, the fixed block 4 fixed to the base 3 is tilted, but the weight 2 is rotated by the weight bearing 7 so that the center of gravity always faces directly below. I do.
[0017]
Next, the optical displacement sensor unit will be described. As shown in FIG. 1, an optical displacement sensor shaft 12 is provided above a bearing box 15 fixed to the base 3 via an optical displacement sensor bearing 13. The optical displacement sensor 1 is mounted on the shaft 12 via an optical displacement sensor fixing block 14. The optical displacement sensor 1 is also provided with an optical displacement sensor weight 11. Therefore, when the base 3 is tilted, as shown in FIG. 6, the optical displacement sensor weight 11 rotates so that the center of gravity always faces directly below. As a result, the measuring surface a of the weight 2 and the light projecting surface b of the optical displacement sensor 1 can always be kept parallel. That is, the optical displacement sensor 1 also maintains the center of gravity perpendicular to the horizontal plane at all times by the weight 11 for the optical displacement sensor, and keeps the angle between the light projecting axis 18 and the light receiving axis 20 (see FIG. 2) with respect to the measurement surface of the weight 2 constant. The feature is that measurement with few errors can be performed.
[0018]
In the present embodiment, since the fulcrum of the optical displacement sensor is on the upper side, the input / output portion of the optical displacement sensor 1 moves in the horizontal direction as it inclines, but there is no practical problem since the span is adjusted before use. . Also, if the fulcrum and the position of the displacement sensor are at the same height, the position of the input / output part of the displacement sensor does not move even if it is tilted. The accuracy is improved. The angle between the light projecting axis and the light receiving axis is always kept constant, so that a reading error due to a change in the angle can be eliminated.
[0019]
FIG. 2 shows a specific configuration of the optical displacement sensor 1. When the light emitted from the light source (LED) 16 is condensed by the light projecting lens 17 and irradiates the target object 19, the reflected light from the target object 19 is collected on the one-dimensional position detecting element 22 by the light receiving lens 21. Light. If the position (distance) of the target object 19 changes, the imaging position on the position detecting element 22 changes, and the balance between the two outputs 23a and 23b changes. A displacement amount is obtained from these two outputs 23a and 23b. Here, the target object 19 corresponds to the weight 2 in FIG. As the light source, a laser diode, a light emitting diode (LED), or the like can be used, and the LED is most suitable in terms of price and size. In addition, 18 is a light emitting axis, and 20 is a light receiving axis.
[0020]
FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship and a configuration of each component according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, it is required that the distances A and B from the center of the base 3, that is, both ends to the measurement surface of the weight 2, are equal. The necessity will be described with reference to FIGS. If the incorporation accuracy is not correct, that is, if the distances A and B are not equal, a difference occurs in the displacement amount from the optical displacement sensor 1 to the measurement surface of the weight 2 due to the difference in the inclination direction (reversed by 180 degrees). That's why. As can be seen from FIG. 5, the distance C from the fulcrum of the weight 2 to the measurement surface is the same as the distances A and B, so that just half of the inclination χ of the measurement surface 移動 / 2 moves in the dimension of D ( Displacement). Thus, for example, even if the length of the base is 100 mm and there is a change of χ = 4 mm, in the measuring unit, the change becomes D = 2 mm. That is, it is possible to measure even if the amount of inclination χ is twice the displacement sensor measurement range.
[0021]
FIG. 6 is a diagram illustrating a case where the electronic level is tilted upward to the right. Since the weight shaft 8 supporting the weight 2 is located above the shaft 12 supporting the optical displacement sensor 1, when the level is tilted to the right as shown in FIG. 6, the measuring surface a of the weight 2 and the optical displacement sensor The light projecting surface b of one is kept parallel, but the interval between them becomes wider as the inclination angle becomes larger than in the case of horizontal. On the other hand, when tilted upward to the left, the distance between the measuring surface a of the weight 2 and the light projecting surface b of the optical displacement sensor 1 is narrower than when it is horizontal.
[0022]
FIGS. 7A and 7B show the relationship between the distance and the change in voltage when the reference distance (the distance between the measuring surface a and the light projecting surface b when horizontal) is 5 mm, and the display of the digital panel controller 5. It is. FIG. 7A shows a case where the electronic level is tilted to the right and FIG. 7B shows a case where the electronic level is tilted to the left. Actually, as described with reference to FIG. 6, the optical displacement sensor 1 is also inclined, but is fixed and drawn for simplicity. As shown in FIG. 7A, when the measurement surface is changed from the reference distance of 5 mm to the longest measurement distance of 7 mm, the optical displacement sensor 1 outputs 5 V, and the shortest as shown in FIG. When the measured distance reaches 3 mm, 1 V is output. The change in the voltage (1 to 5 V) detected by the optical displacement sensor is used to recognize the inclination by adjusting the span using the display of the digital panel controller 5 and displaying the display.
[0023]
The measuring range of the optical displacement sensor used in the electronic level of the present invention can be measured in a range of 5 ± 2 mm, that is, in a range of 3 mm to 7 mm. There are various types of displacement sensors such as laser, ultrasonic wave, contact type, eddy current type, etc. Considering the price, size, measurement range, etc., the displacement detection component of the present invention is an optical displacement sensor using an LED. Sensors are most suitable.
[0024]
The display of the digital panel controller 5 also has an output, and generates an alarm according to an arbitrarily set value. Thus, when the apparatus is set in the apparatus, it is possible to provide a function of detecting a temporal change or vibration of the gantry and predicting the change before a trouble occurs.
[0025]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment relates to a horizontal stage using an electronic level according to the present invention. FIG. 8 shows the configuration, and FIG. 9 shows a flowchart of an operation for leveling the horizontal stage. As shown in FIG. 8, two electronic levels 27a and 27b of the present invention are arranged at 90 degrees below the horizontal table 24. Each electronic level outputs a measurement result of the detected angle or tilt to the controller 28. The controller 28 to which the data is input recognizes the inclination of the horizontal table 24, and controls the X-direction linear level 27A and the Y-direction electronic level 27B for the respective angles and inclinations to be within the standard. The horizontal table 24 is moved up and down by a stepping motor 26a and a Y-direction linear stepping motor 26b. The horizontal table 24 is constantly monitored by the electronic levels 27a and 27b in the X and Y directions, so that even if there is a sudden change, the horizontal table 24 can be kept horizontal. At this time, the electronic level has been modified so that the base 3 is located on the upper surface, and it is desirable that the electronic level has a plane parallel to the surface on which the weight or the optical displacement sensor is attached, of about 0.005 mm.
[0026]
【The invention's effect】
The electronic level of the present invention comprises a base in contact with a surface to be measured, a weight for maintaining the center of gravity, a displacement sensor for detecting the amount of displacement (displacement) of the weight, and a digital panel controller. It has a simple structure. In particular, it is characterized by using a structure for detecting the inclination and angle by an optical displacement sensor. Another characteristic is that by designing the measurement surface of the weight at the center of the base, the same displacement appears even if the direction of the inclination and angle changes, so that one sensor can be used.
[0027]
In addition, the optical displacement sensor is also characterized in that the center of gravity is always kept perpendicular to the horizontal plane by the weight for the optical displacement sensor, and the angle between the light emitting axis and the light receiving axis with respect to the measuring surface of the weight is kept constant so that measurement with little error can be performed. is there.
[0028]
A feature of the present invention is that the displacement of the measurement surface due to the movement of the center of gravity of the weight can be measured with a single optical displacement sensor in a high resolution (0.01 mm) and a wide range (± 4 mm / 100 mm). That's what we did.
[0029]
Furthermore, the output of the optical displacement sensor is displayed on the display unit of the digital panel controller, so that the measured value can be easily read. Therefore, there is an effect that a simple and accurate measurement device can be manufactured and used as compared with an angle / inclination measurement device that has been manufactured and used only by engineers having special knowledge.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a rear view and a side view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a displacement sensor of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining that an electronic level of the present invention is attached to the center of a base.
FIG. 4 is a view showing a case where the mounting position of the weight of the electronic level is shifted from the center of the base in the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the inclination of the electronic level of the present invention and the distance to the measurement surface of the weight.
FIG. 6 is a diagram showing a positional relationship between a weight and a displacement sensor when the electronic level of the present invention is tilted.
FIGS. 7 (a) and 7 (b) are views showing the output state of the displacement sensor when the electronic level is tilted.
FIGS. 8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration of a horizontal stage according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the horizontal stage according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 optical displacement sensor 2 weight 3 base 4 fixed block 5 digital panel controller 6 measuring surface 7 weight bearing 8 weight shaft 9 fixing screw 10 set screw 11 weight for optical displacement sensor 12 shaft for optical displacement sensor 13 optical Displacement sensor bearing 14 Optical displacement sensor fixing block 15 Bearing box 16 Light source 17 Light emitting lens 18 Light emitting axis 19 Target object 20 Light receiving axis 21 Light receiving lens 22 Position detecting element 23a Output A
23b Output B
24 Horizontal table 25 Reference column 26a X-direction linear stepping motor 26b Y-direction linear stepping motor 27a X-direction electronic level 27b Y-direction electronic level 28 Controller 29 Motor driver

Claims

ベースと、このベース上に固定された２個の固定ブロックの間に回転自在に取り付けられたおもりと、このおもりの変位を検出する変位センサと、変位センサの出力信号から傾斜量を表示するディジタルパネルコントローラとを有する電子式水準器において、
前記変位センサにも変位センサ用おもりが取り付けられ、前記おもりの測定面と前記変位センサの投光面は常に平行を保ち、前記おもりの測定面に対する投光軸と受光軸の角度は一定に保たれていることを特徴とする電子式水準器。A base, a weight rotatably mounted between two fixed blocks fixed on the base, a displacement sensor for detecting a displacement of the weight, and a digital for displaying a tilt amount from an output signal of the displacement sensor. In an electronic level having a panel controller,
A weight for the displacement sensor is also attached to the displacement sensor, the measuring surface of the weight and the light emitting surface of the displacement sensor are always kept parallel, and the angle between the light emitting axis and the light receiving axis with respect to the measuring surface of the weight is kept constant. An electronic level characterized by being leaned .

前記おもりは、ベース上に設けられた２個の固定ブロックの上部にベアリングを介して取り付けられたおもり用シャフトに装着されていることを特徴とする請求項1記載の電子式水準器。2. The electronic level according to claim 1, wherein the weight is mounted on a weight shaft mounted via bearings on two fixed blocks provided on a base.

前記変位センサは、光源と、この光源からの光を前記おもりの測定面へ集光する投光レンズと、前記おもりの測定面からの反射光を位置検出素子上に集光する受光レンズと、2つの出力端子を備え反射光を受光する位置検出素子とを有することを特徴とする請求項1記載の電子式水準器。The displacement sensor, a light source, a light projecting lens for condensing light from the light source on the measurement surface of the weight, a light receiving lens for condensing light reflected from the measurement surface of the weight on a position detection element, 2. The electronic level according to claim 1, further comprising a position detection element having two output terminals and receiving reflected light.

前記光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることを特徴とする請求項3記載の電子式水準器。4. The electronic level according to claim 3, wherein a light emitting diode (LED) is used as the light source.

前記おもりは、前記ベースの中央、すなわちベースの両端部からおもりの測定面までの距離をＡ，Ｂとしたとき、Ａ＝Ｂとなる位置に設けられていることを特徴とする請求項1記載の電子式水準器。2. The weight is provided at a position where A = B when the distance from the center of the base, that is, both ends of the base to the measurement surface of the weight is A and B. Electronic level.

水平テーブルと、その裏面側に配設した互いに直角方向を向いたＸ方向電子式水準器およびＹ方向電子式水準器と、前記Ｘ、Ｙ方向電子式水準器の出力が規格内に入るまで前記水平テーブルを上下動させるＸ方向リニアステッピングモータ及びＹ方向リニアステッピングモータと、前記Ｘ、Ｙ方向電子式水準器の検出した傾斜角度の測定結果の出力に基づき前記Ｘ、Ｙ方向リニアステッピングモータを制御するコントローラとを有する水平ステージにおいて、
前記電子式水準器が、ベースと、このベース上に固定された２個の固定ブロックの間に回転自在に取り付けられたおもりと、このおもりの変位を検出する変位センサと、変位センサの出力信号から傾斜量を表示するディジタルパネルコントローラとを有し、
前記変位センサにも変位センサ用おもりが取り付けられ、前記おもりの測定面と前記変位センサの投光面は常に平行を保ち、前記おもりの測定面に対する投光軸と受光軸の角度は一定に保たれている電子式水準器であることを特徴とする水平ステージ。A horizontal table, an X-direction electronic level and a Y-direction electronic level which are disposed on the back side thereof and are oriented at right angles to each other; and An X-direction linear stepping motor and a Y-direction linear stepping motor for moving the horizontal table up and down, and controlling the X and Y-direction linear stepping motors based on an output of a measurement result of the inclination angle detected by the X and Y-direction electronic level. A horizontal stage having a controller
The electronic level includes a base, a weight rotatably mounted between two fixed blocks fixed on the base, a displacement sensor for detecting displacement of the weight, and an output signal of the displacement sensor. A digital panel controller that displays the amount of tilt from
A weight for the displacement sensor is also attached to the displacement sensor, the measuring surface of the weight and the light emitting surface of the displacement sensor are always kept parallel, and the angle between the light emitting axis and the light receiving axis with respect to the measuring surface of the weight is kept constant. A horizontal stage characterized by a leaning electronic level .