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ピコメートルから アークセカンドまで - 精度技術
ピコメートルから アークセカンドまで - 精度技術 モーションコントロールアプリケーション向けのメトロロジーとフィードバックソリューション www.renishaw.jp 光学式と磁気式 エンコーダ 高精度リニアエンコー ダと角度位置決め用エ ンコーダ、およびアブ ソリュートとインクリ メンタルのロータリー 磁気式エンコーダ 計測とキャリブ レーションシス テム モーションシステムの 解析とキャリブレーシ ョン用の ML10 ゴー ルドスタンダードシ ステム 干渉計を使用し たフィードバッ クソリューシ ョン 38.6 ピコメートルま での高精度位置決めフ ィードバックのための 光ファイバ送出方式の RLE レーザー干渉計シ ステム ピコメートルから アークセカンドまで - 精度技術 - 高速性、高動作温度、超低周期誤差、IN -TRAC TM オプティカルリファレンスマークを実現 . . . レニショーの エンコーダは、 既に従来のシリーズで知られているよう に非接触光学式を用いる事により、高速 性と高信頼性のみならず、IN-TRAC ™ 自 動位相オプティカルリファレンスマーク とダイナミック信号処理を採用し、さら なる高機能を備えています。 RESM 光学式角度位置決め用エンコー ダは、RESM リング、SR リードヘッ ド、Si インターフェースから構成され ています。18 種類の直径（Ø52 mm ～ Ø489 mm）を用意した RESM は1つの ステンレススチールリングで、外周部 に 20 µm の目盛が直接刻み込まれてい ます。IN-TRAC ™ オプティカルリファレ ンスマークは、最高回転数 4,500 rpm （Ø52 mm）以上、動作温度 85 ° Cまで対 応し、両方向でのリピータビリティを備 えております。 さらに、レニショーの特許技術である テーパー固定方式により、取付誤差を 最低限に抑制し、簡単に組み込むこと ができます。 また、RESM は低質量、 ローイナーシア設計となっているた め、システム精度に影響を受けません。 4,500 rpm 以上での動作が可能な SR リ ードヘッドは、レニショー特許のオプ ティカルフィルター機構を備え、埃、 汚れ、グリース、傷に対する高耐久性 を誇ります。さらに SR リードヘッドは IP64 準拠の防水性能を持ち、オイルや クーラントが滴下しても拭くだけで復 旧が可能です。 RESM 角度位置決め用エンコーダは、 ±0.5 arc sec の精度、0.02 arc sec の分 解能とリピータビリティによって、特 に高精度が要求されるアプリケーショ ンにも最適です。 レニショーのすべての角度位置決めエ ンコーダは、非常に小さい断面積であ りながら大きな内径となっており、大 きな内部ローター、ペイロードなどの周 囲に自由に配置できます。 RELM 高 精 度リニアエンコーダ RELM システムは、SR リードヘッド、 Si インターフェース、Invar 材質製の 20 µm ピッチスケールから構成されます。 RELM スケールは、低熱膨張率のInvar から作られています。このスケールは 標準の長さのものをご用意しています が、ご要望に応じてカスタム長のものも 可能です。 堅牢な Invar 材質は、一 般的なガラスス ケールよりも狭い断面（厚みと幅）を 実現しながら、取り扱いと取付が簡単 で、破損の心配がありません。 最高 ±1 µm の精度、低熱膨張率 （0.6 µm/m/ ° C 未満、0 ° C - 30 ° C）、 20 nm の分解能を備えた RELM によ って、以前はよりデリケートなファ インピッチエンコーダシステムでのみ 可能であった水準のパフォーマンスが 得られます。 RELM スケールには、スケールの中心 または端から 20 mm の位置（RELE） にレニショーの IN-TRAC ™ 自動位相オ プティカルリファレンスマークが組み 込まれています。 リファレンスマークは、システム全体 の幅を増やすことなしに、仕様範囲内 の温度と速度で、両方向でリピータビ リティーを保証します。お客様が自由 に設定できるデュアルオプティカルリ ミットを使用すれば、スケールオーバ ートラベルを検出することができます。 さらに、特定のニーズに合わせて、クリ ップとデータムクランプを使用したメ カニカルな取付か、両面テープとエポ キシ接着剤を使用した接着式 取付をお選びいただけます。 すべて エンコーダと同様、 RELM は、インテリジェント信号処理 を使用して、優れた信頼性を確保しな がら、周期誤差を低減しています （通常 ± 30 nm）。さらに、 「最適状態 」 を表示するブルー LEDなどの内蔵セッ トアップ LED と ソフトウ ェアによって、簡単な取り付けとシス テム診断が可能になります。 新開発の ロータリー製品 DSi（デュアル インターフェース） と REXM 高精度角度位置決め用エンコーダ レ ニ シ ョーの 新 製 品 DSi (デュア ル インターフェース）は、2 つ の SR リードヘッドを RESM リング上に組み合わせたもので、お客 様自身 で 任 意 の 位 置 に 設 定 が で き 、 propoZ ™ によって両方向のリピータビ リティを保証する 原点 を出力します。 これは、ベアリングの振揺やパワーサ イクルの影響を一切受けることがあり ません。 使用することで、±1arc sec 以下のイ ンストール精度を確保することがで きます。 高精度回転軸は、較正や誤差マップ補 正を行わずに非常に高い精度を要求さ れる場合があります。DSi は、2 つめの リードヘッドを追加することで、偏心な どの奇数ハーモニックエラーを排除し、 軸受け精度の影響を補正します。 これにより、インストールエラーを平均 ±2.5 arc 秒に抑えます（直径 200 mm の RESMで）。 propoZ ™ 原点の位置を選択するには、 目的の角度まで軸を移動し、ボタン を押すだけで設定することが できます。選択した角度は、 DSi のメモリに記憶される ため、特許技術である propoZ ™ 原点がその角 度にロックされ、DSi の電 源が切れている間に軸回転の 中心が動いたとしても、角度方向 のリーピータビリティが保証されます。 究極の精度を得るには、DSi に新しい 超高精度 REXM リングを組み合わせて 新製品の REXM リングは、偏心を除く あらゆるインストールエラーを低減す るために、断面を厚くしています。 残る偏心（システムの回転周期にとも なう誤差）は、2 つのリードヘッドの出 力を組み合わせることで簡単に補正す ることができます。 DSi を使用すれば、ごく簡単に 2 つ めの SR リードヘッドを追加すること ができます。DSi は 2 つのリードヘッ ドのインクリメンタル信号を組み合わ せ、特許のリファレンスマーク処理方 式を使用することで、コントロー ラには 1 つの高精度なエンコー ダとして認識されます。 Si-FN インターフェースにより、エンコーダから FANUC 社製 シリ アル 通 信 出 力 が 可 能 大きな内径を備えた非接触式の RESM リングに、ダイナミック信号処理と IP64 準拠の防水性能を備えるリー ドヘッドを兼ね合わせた高精度の エンコーダは、工作機械の 回転軸に最適なエンコーダです。 新し い Si-FN インターフェースにより、エ ンコーダから FANUC シリアル通信出 力を行えるようになり、接続手段の簡 素化と性能の向上を実現します。 Si-FN インターフェースには、3 つの分 解能オプションをご用意しています。 「標準」インターフェースは 20 ビット （0.0003°）の分解能と 4,500 rpm までの 速度を提供します。また「ハイタイプ A」は 23 ビット（0.000043°）の分解 能を備え、 「ハイタイプ B」インターフ ェースは、600 rpm を実現しながら最 高 26 ビット（0.0000054°）または 0.02 arc sec の分解能で最高精度を 提供します。 シリーズの他の製品と同様、 インテリジェント Si-FN インターフェー スは、内蔵された高度信号処理回路によ り、オートゲインコントロール（AGC）、 オートバランスコントロール（ABC）、 およびオートオフセットコントロール （AOC）を適用して、高い信頼性の信号を 出力します。 すべての位置決めデータの処理は、Si-FN インターフェースで行われるため、高 分解能と高速性を同時に得ることがで きます。従来の A-quad-B 形式のデジ タル矩形波信号を使用した場合に同等 性能を確保するには、実現不可能なレ ベルの高周波信号が要求されます。さら にシリアル通信を使用することにより この結果、このクラスで最小のサブディ （ のダブルシールド UL 認 ビジョナルエラー（SDE）が可能になり 定ケーブルを使用した場合）、ノイズの ます。例えば、Ø209 mm の Si-FN システ 多い環境でも優れた信頼性を得ること ムの SDE はわずか ±0.08 arc secです。 ができます Si-FN インターフェースの FANUC シリ アルFN インターフェースの FANUC シ リアル通信は、標準 SR リ ードヘッドと、直径 52 mm、104 mm、 209 mm、417 mm の標準 RESM リングにお使いいただくことが できます。これにより、工作機 械メーカー様や回転ステージメー カー様には、Si-FN インターフェー ス取付後にも Si-FN を交換してするだ けでアップグレードが可能となります。 レニショーの一連のエンコーダソリューションについては、レニショーの各支社に「非接触式位置決めエンコーダ」のパンフレット （パー ツ No. L-9517-0178-06-A）をご請求いただくか、www.renishaw.jp/documents をご覧ください。 ピコメートルから アークセカンドまで - 精度技術 ML10 ゴールドスタンダードレーザー計測システム レニショーの ML10 ゴールドスタンダ ードレーザー計測システムは、究極の 高精度レーザー計測システムです。 位置決め計測精度 ±0.7ppm を実現する このシステムは、フルトレーサビリテ ィーと比類ない性能を兼ね合わせてい ます。 単周波数レーザーは、送り速度 最高 1 m/s で真のナノメーター単位の 計測分解能を実現し、最長 40m までの 軸の計測に使用することができます。 レニショーのレーザーシステムは現時 点で利用できる中で最高の精度とフレ キシビリティを誇り、お買い求めいた だいたレーザーシステムは、その精度 とフレキシビリティに関してご安心し ていただくことができます。 さらに製 品サポートでは、機械計測とメンテナ ンスに加え、製造環境における精度維 持ニーズを十分に理解したレニショー の世界的なサポートネットワークをご 利用いただけます。 • 全ての計測において高精度 - レーザーによる位置決め計測精度 は計測ソリューションの唯一の方法 です。 ML10 ゴールドスタンダー ドシステムは、角度、真直度、直角 度、平面度、角度割り出し計測にも お使いいただけます。 • トレーサブルな干渉方式 - レニショーの全レーザー計測には、 レーザー光の波長が使用されている ため、国際規格に対するトレーサビ リティが得られます。 • 独立した干渉計 - ML10システムは独立した干渉計を 採用しているので干渉計がレーザーヘ ッドに組込まれたシステムと比較して 温度ドリフトの影響を受けません。 • レーザー周波数安定度 - 1 年間で ±0.05 ppm、1 時間で ±0.02 ppm • 環境補正 - レーザー計測で最も多く発生する 不確定要因は、公称値と環境条件（ 気温、気圧、および湿度）の偏差で す。 一般的な状況では計測の不確定 さは ±20 ppm となります。 レニシ ョーは EC10 環境補正ユニットに高 精度な環境センサーを使用していま す。 環境の管理された研究室（真空 状態など）以外ではこれらの高精度 センサーを使用しなければ高精度計 測はできません。 ML10 は実際の状況で真のメリットを 提供します。 • 稼動範囲 - レニショーの環境補正装置およびセ ンサーは、位置決め計測において 0～ 40 °C の使用範囲で安定した ±0.7 ppm の高精度を保証します。このセンサ ーの性能がシステムの精度を決定 します。 • 機械性能を向上 • 性能仕様 - レニショーの精度仕様は、認識され た手順に基づいて、計測の不確定要素 となるレーザーの安定性、センサー出 力およびその他最終的に計測に影響す る要因より理論的に導かれています。 システム全体の精度は2シグマの信頼 性によって計算されており、実際のド リフト許容を含みます。 全世界に出荷した装置が 18 年間近く作 動していることからもわかる通り、レ ニショーのレーザーシステムは日々さ まざまな状況下に対応した性能を維持 しつづけています。 ML10 レーザー計測システムにより、工 作機械メーカーとユーザーは次のメリ ットが得られます。 • 機械設計を最適化 • 製作時間を短縮 • 機械の能力 / 仕様と規制への準拠を 立証 • スクラップを低減し、精度を改善 • 機械停止時間を減少 • 予防メンテナンスプログラムの開発 をサポート EC10環境補正装置と組み合わせること で、レニショーの ML10 レーザー計測 システムは、モーションシステムの設 計者、メーカー、ユーザーにとって非 常に優れたツールとなります。 QuickView™ 動的解析ソフトウェア レニショーの QuickView™ ソフトウェ アは、モーションシステムの動的動作 情報をリアルタイムで得るために専用 に開発されたものです。 センサー、半 導体処理、印刷と画像処理、電子/生物 工学処理装置といったどんな用途でも、 QuickView™ を使用すればこの能力が 得られます。 位置決めが重要となる機械では、加 速、速度、振動、安定時間、共振、減 衰といった動的特性が、位置決め精 度、繰返し精度、表面仕上げ、スルー プットと磨耗などの機械の動作能力に 影響を与えるため、多くの用途でこれ らの特徴に関して知識を得ることが非 常に重要になります。 QuickView™ を使用すれば、レーザー 計測システムを装置のキャリブレーシ ョンツールとしてだけでなく、開発お よび製造プロセスにおける調査解析ツ ールとしても使用することができま す。 品質保証プログラム、高速プロセ スの継続的開発、そして信頼性と繰返 し精度の向上要求は、全てこのような ツールに対するニーズの高さを示すも のです。 QuickView™ は、5kHz でサンプリン グした、レニショーの ML10 レーザー システムの測定データをリアルタイム でグラフィック表示する、直感的で使 いやすいソフトウェアパッケージで、 1nm の位置決め分解能と 0.01 arc 秒の 角度分解能を備えます。 設定およびデータビュー用の単一画面 を備えたアイコンベースのインターフ ェースを使うことにより、｢オシロスコ ープ｣機能が、取得（または｢ストリー ミング｣）データを超グラフィック表示 します。 データは、レニショーの既存 レーザー 10 ソフトウェアでの FFT 解 析に加え、MathCAD、Mathmatica、 Excelなど、様々な対応アプケーション での解析用にエクスポートすることが できます。 オシロスコープ式の QuickView 表示 追加機能： • 位置決め、速度、加速データをリア ルタイムで追跡表示 • 一連のトリガーモード（立ち上が り、立ち下がり、シングルショッ ト、マルチショット） 代表的なメリット： • 研究開発プロセスを強化し、新製品 の発売準備期間を短縮 • 製造問題の診断 • フィールドサービス能力を強化 オプションのオプチカルキットが、動的 性能の質量効果を低減 レーザー 10 計測ソフトウェア レニショーのレーザー 10 計測ソフト ウェアは、機械の位置決め、角度、真 直度、直角度、割り出し角度精度の静 的、動的計測を行う機能を提供するも のです。 このソフトウェアは Windows® 98、 NT4、2000、ME、XP オペレーティング システムと互換性があり、各種の手動/自 動データ取得方法に対応しています。 英語、フランス語、ドイツ語、スペイ ン語、イタリア語、日本語、中国語（ 簡体字/繁体時）、韓国語をカバーする 多言語オプションと完全統合のオンラ インヘルプマニュアルを備えたレーザ ー 10 は、現在世界の多くの国で利用さ れています。 レニショーの一連の計測およびキャリブレーションソリューションについては、レニショーの各国事務所にお問い合わせいただくか、 www.renishaw.jp をご覧ください。 ピコメートルから アークセカンドまで - 精度技術 高精度モーションフィードバックのための、柔軟性のあ るレーザー干渉計ベースのエンコーダソリューション RLU レーザーユニットは、HeNe レーザ ーチューブ、システムの主要な電子機器 と光ファイバ送出部を含む、RLE システ ムの心臓部です。 この光ファイバシステ ムを採用することによって、RLU は高精 度モーションステージから離れた場所に 取り付けることが可能となることで、熱 による誤差を引き起こす可能性を持つ熱 源を排除できるようになりました。 今日の多くのハイテク市場では、機器の フットプリントと原価を低減しながらコ ンポーネントのサイズを低減し、スルー プットと信頼性を向上するという傾向が 続いています。 位置決めエンコーダの製 造業者にとって、これは、短時間の取り 付け、安い初期購入価格と安いメンテナ ンスコストと組み合わせた、より高いシ ステム分解能、速度および精度に対する OEM 需要が継続しているということにな ります。 これらのニーズにお応えし、光学式リニ アエンコーダおよびロータリーエンコー ダの製品範囲を拡大するため、レニショ ーは、モーションシステムベンダーに、 広範囲にわたるアプリケーションと産業 セクタに効果的に適用することが可能な、 レーザー干渉計ベースエンコーダソリュー ションの補助シリーズを提供します。 レニショーのRLEシステムは独自の、高 度なホモダインレーザー干渉計システム で、位置決めフィードバックアプリケー ション用に特別に設計されました。 各 RLE システムは、RLU10 または RLU20 のレーザーユニットと、3 m の光ファイ バケーブルでレーザーユニットに接続さ れる最高 2 つの RLD10 検出ヘッドで構成 されています（具体的な要件は個々のア プリケーションによって決まります）。 RLU からの位置決め出力信号は、RLU で 処理して、ディファレンシャルのデジタ ル RS422 フォーマットまたは（および） 1Vpp のアナログ Sin/Cos フォーマットで 直接利用することができます。 デジタル 出力信号は 10 nm の分解能が可能です。 アナログ出力の信号周期は、ダブルパス 平面鏡用干渉計またはディファレンシャ ル差動計測用干渉計を使用すると 158 nm となり、シングルパス反射鏡用干渉計を 使用すると 316 nm で出力されます。 オ プションで、RGEインターポレーターま たは RPI20 パラレルインターフェースを システムに組み込み、ダブルパス平面鏡 用干渉計またはディファレンシャル差動 計測用干渉計と合わせて使用した場合、 順に 0.39 nm、40 pm の分解能を使用する ことが可能です。 非真空環境でレーザー干渉計システムを 使用した場合、屈折率の変化が起こるこ とがあります。 環境状況の変化によって 引き起こされるこれらの変化は、レーザ ー光の波長に影響を及ぼし、位置決めの 精度にも影響を与えます。このことは、 すべてのレーザー干渉計システムに当て はまります。 RCU10 によって屈折率を補正された、シ ングルパス RLE10 システムの一般的な精 度仕様は、±1ppm 未満です。 シングルパス反射鏡用干渉計 ダブルパス平面鏡用干渉計 環境の変化に依存しない既知の距離に対 してシステムのリファレンスを行うこと ができない場合、システムの精度を維持 するためには、何らかの方法で補正を行 う必要があります。 屈折率の変化に対応するために、レニショ ーでは RCU10 補正システムをご用意して います。RCU10 は、RLE システムと環境 センサーからのデータを読み取り、「そ の瞬間」の位置決めフィードバック信号 に修正を加えた上で、モーションコント ローラに修正データを提供します。 補正 プロセスによるデータ遅れは 2 μs です。 ファレンシャル干渉計 RLD10 ディテクターヘッドとシステムアクセサリー類 RLD10 ディテクターヘッド RLE システムに使用できる次の 4 種類のデ ィテクターヘッド群をご用意しています。 シングルパス反射鏡用干渉計 軸の長さが最長 4 m の位置決めアプリケ ーション用のシングルパス反射鏡用ディ テクターヘッド。これは、外付けの反射 鏡を使用し、最高 20 nm の出力分解能 を提供します。光線出力方向は 0°または 90°から選択することができます。システ ムに RPI20 パラレルインターフェースを 組み込むことによって、分解能を 77.2 pm にまで高めることができます。 ダブルパス平面鏡用干渉計 軸の長さが最長 1m の X-Y アプリケーシ ョン用のダブルパス平面鏡用ディテクタ ーヘッド。これは、外付けの平面鏡をタ ーゲット光学部品として使用し、最高 10 nm の出力分解能を提供します。光線 出力方向は 0°または 90°から選択するこ とができます。 システムに RPI20 パラレ ルインターフェースを組み込むことによ って、分解能を 38.6 pm にまで高めるこ とができます。 内部干渉計が無い場合 ディテクターヘッド内に干渉計部品がない 場合は、位置決め、角度、真直度計測を行 うことが可能な外部の光学部品で RLE シ ステムを構成することができます。 光線 出力方向は 0°のみとなっています。 ダブルパス差動計測用干渉計 (カラムリフ ァレンス) 軸の長さが最長 1m の X-Y アプリケーシ ョン用の差動計測用干渉計ディテクター ヘッド。これは、外付けの平面鏡をターゲ ット光学部品として使用し、最高 10 nm の出力分解能を提供します。RLE システ ムに RPI20 パラレルインターフェースを 組み込むことによって、分解能を 38.6 pm にまで高めることができます。 計測および参照ビームパスには共通する 要素があるので、このディテクターヘッ ドには以下のような多くのメリットがあ ります。 • 差動経路の幅（計測パスと参照パス 間）を短縮したことにより、レーザー 周波数の不安定さの影響を低減。 • 環境要因の影響を共有することによ って、位置決め精度における影響を最小 限に抑えながらディテクターヘッドを プロセスチャンバーの外部に取り付け ることができます。 RLE システムと互換性のある、RGE イン ターポレーターは、0.39 nm までの出力分 解能を備え、内挿分割数が 25、50、100、 かつ出力更新速度が 20 MHz のものが利 用可能です。 ミラー ターゲット光学部品として外付けの反射 鏡を使用する RLE システムには、反射鏡 を組み込んでお届けします。 ターゲット 光学部品として平面鏡を必要とするアプ リケーションには、ご要望に応じて、最 大 ±2.5° のヨー調節と ±1° のピッチ調節 を可能にするミラーと取付台を提供でき ます。 RPI20 パラレルインターフェース レニショーの RPI20 パラレルインターフ ェースは、ディファレンシャルのアナロ グ信号 1 Vpp Sin/Cos を受信し、4096 倍 の内挿分割を行い、位置決めデータを最 大 36 ビットのパラレルフォーマットで出 力します。 ダブルパス平面鏡用干渉計ま たは差動計測用干渉計と合わせて使用し た場合、1m/s までの速度で 38.6 pmの分 解能を得ることが可能です。 ミラーとミラーマウンター アクセサリー類には、1 つか 2 つの RPI20 を取り付けるために専用に設計された業 界標準の（VMEの）ボードがあります。 多軸バスベースのシステムでは、各 RPI20 に最高 7 軸までの固有のアドレス を割り当てることが可能なスイッチが搭 載されています。 RGE インターポレーター RPI20 パラレルインターフェース RGE シリーズのインターポレーターは、 エンコーダシステムによって生成されたア ナログ 1Vpp の Sin/Cos データから高分解 能のデジタル矩形波信号を出力します。 このデジタル出力矩形波の分解能は、入 力アナログ信号の 1 サイクル（360°）毎に 示される距離と内挿分割数の関数です。 • ステージとカラム、またはワークとプ ロセスツールの移動差を計測すること で実際の差動計測を行います。 • 干渉計の取り付け位置の熱伝導による 誤差の排除。 RGE インターポレーター レニショーの一連の干渉計を使用したフィードバックソリューションについては、レニショーの各国事務所に「高精度レーザー干渉計フィ ードバックシステム」のパンフレット（パーツ No. L-9904-2356）をご請求いただくか、www.renishaw.jp をご覧ください。 レニショー株式会社 〒160-0004 東京都新宿区四谷四丁目29番地8 T (03) 5366 5317 F (03) 3358 5329 E [email protected] www.renishaw.jp レニショーでは、お客 さまの問題を解決する ために画期的なソリュ ーションをご提供いた します。 世界のレニショーネットワーク オーストラリア 日本 スウェーデン T +61 3 9521 0922 E [email protected] T +81 3 5366 5317 E [email protected] T +46 8 584 90 880 E [email protected] オーストリア オランダ スイス T +43 2236 379790 E [email protected] T +31 76 543 11 00 E [email protected] T +41 55 415 50 60 E [email protected] ブラジル ポーランド 台湾 T +55 11 4195 2866 E [email protected] T +48 22 575 8000 E [email protected] T +886 4 2251 3665 E [email protected] カナダ ロシア タイ T +1 905 828 0104 E [email protected] T +7 095 231 16 77 E [email protected] T +66 274 69811 E [email protected] 中華人民共和国 シンガポール トルコ • CMM (三次元測定機)プローブ システム T +86 21 6353 4897 E [email protected] T +65 6897 5466 E [email protected] T +90 216 380 92 40 E [email protected] • 工作機械の作業設定、工具設 定、および検査用システム チェコ共和国 スロベニア 英国本社 T +420 5 4821 6553 E [email protected] T +386 1 52 72 100 E [email protected] T +44 1453 524524 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