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Stella
オリジナルCADデータ比較測長アナライズシステム STシリーズ
-統計的プロセス管理(歩留まり向上・特殊品製造)支援システム-

テクノロジーバックグラウンド

 ステラ・コーポレーションは会社方針である“ Something Special(人と違ったことを目指す)”というスローガンのもと、競合他社とは一線を画した開発体制を敷いています。

 その典型例が、ST/LSTシリーズのほとんどすべてのコンポーネントが自社開発であることです。XYZステージ、レーザー干渉計、モーションコントローラー、放射温度計、温湿度計、高速ラインカメラ、LED光源自動調光システムなどを自ら一から開発しました。もちろん、ステラのような中小企業がこれらのコンポーネントを自社開発するには膨大な手間と時間がかかります。しかし、あえて面倒なことをすることによって徹底的にマシンを高精度化するとともに、使い勝手を良くしています。

 いうまでもなく、市販のコンポーネントを購入して装置をアッセンブリーすることは容易です。しかし、それではそのコンポーネント、いわば量産向けの汎用品の能力以上の性能を引き出すことはできません。ステラは単なるアッセンブリーメーカーではありません。このため、敢えて自社開発にこだわっているのです。

 近年、そうした成果が徐々に表れ、競合装置と差別化を図れるようになりました。例えば画像処理関連では、基本機能である座標寸法測定機能に加え、AOI機能を付加することに成功しました。これは、CAD/CAMソフトウェア「Stella Vision」で培った画像処理能力を応用したもので、既存のマシンにソフトウェア機能をインストールするだけでAOIが可能になるというバージョンアップを実現しました。もちろん、AOIの高速化ニーズに対してはあらかじめ画像処理プロセッサボードを搭載した高速マシンの開発にもトライしています。

▲AOI処理の画面例

 一方、ハード面での進化も目覚しいものがあります。モーションコントローラーは@5相モーター対応で、最大20万ステップの高分解能かつ高速回転サポート(20万step@1200rpm〜4万step@3000rpm)、A2相モーター対応で3200ステップ分解能(最大5000rpm)を実現。ワーク位置決め時にハンチングを起こさず、ホールド時の振動もないため、ナノメーターレベルの位置決めをマイクロステップスピードを落とさずに実現します。さらに、80万ステップまでの動作も確認済みで、これを搭載すれば音や振動のないスムーズな移動が可能になります。もちろん、既存マシンも多少音が出るだけで精度的に劣るということはありません。

 ちなみに、上記のレベルのマイクロステップ数になるとパルスモーターの個体差も加味する必要が出てきます。モーターの加工精度にバラつきがあるためで、その弊害である“ステップ飛び”という物理現象を解明するため、個々のモーターを解析するローテーションアナライザも開発中です。

 さらなる精度向上を図るためモーションコントローラーのブラッシュアップに加え、ピエゾステージによるセカンドステージの搭載も計画しています。つまり、長寸法は通常のリニアスケールで測定し、パターンなどの短寸法はセカンドステージであるピエゾステージを用いて測定する仕組みです。電圧印加によってPZTを変位させて移動分解能をさらに微小化するもので、その分解能は実に0.1nmになります。これは、市販ピエゾステージの1/3以下に当たります。この結果、1nmクラスのウルトラファインパターンも測定できるようになります。もちろん、ヒステリシスなどをキャリブレーションするため、ピエゾステージにはストレインゲージを搭載する予定です。

 そのほか、温度変化にともなう熱膨張対策に関してはステージに温度センサーを内蔵し、測定した温度に沿って寸法をキャリブレーションするシステムを採用。他では類をみない高精度化を実現しています。

 上記の例は数多くの要素技術のほんの一部ですが、こうしたコンポーネント内製の背景にあるのは“Simple is best”という概念です。精度を徹底的に追究すると無駄な機能はできるだけカットした方がよく、ピュアになればなるほど精度は向上すると考えています。

技術要素概要

画像処理機能

 独自開発のイメージプロセッサボード、2chのカメラリンクIFを搭載し、高速取り込みPCI-Xインターフェースで高速データ転送します。

 また、最新FPGAとVHDLテクノロジーで多様なイメージコンボリューションを行います。
オンボードメモリーと専用コントローラーでイメージ処理をオンボードで高速に行うため、画像比較等に最適なエンジンです。

 さらに、自社製高速ラインカメラで高速キャプチャも実現。照明制御もEZ-NETと独自回路で細かなエリア輝度セッティングが可能です。

モーションコントロール

 STシリーズは自社開発したモーションコントローラーを搭載しています。
 また、独自開発マイクロステッピング技術を採用した最新鋭制御回路を搭載。専用MPU搭載でフルインテリジェンスリモートコマンド制御することにより、ナノメータレベルの位置決めを実現するマイクロステップをスピードを落とさずに実現します。

5相モーター対応
最大20万ステップの高分解能かつ高速回転サポート。
20万step@1200rpm〜4万step@3000rpm

2相モーター対応
3200ステップ分解能で高速、高回転ドライブ。
最大5000RPM を実現、ネットワーク接続で最大64台のモーターを同時制御可能。
微細位置決め時、ハンチングを起こさず、ホールド時の振動が発生しないため、高倍率アプリケーションに最適です。

 独自開発マイクロステッピング技術を採用した最新鋭制御回路を搭載。専用MPU搭載でフルインテリジェンスリモートコマンド制御。ナノメーターレベルの位置決めを実現するマイクロステップをスピードを落とさず実現。微小位置決め時のハンチング、停止時の振動がなく、リペア装置に最適です。

搭載イクイップメント
レーザーリペア装置
高精度測長機
精密マニピュレーター
多軸制御機器(最大64軸)


▲ピエゾコントローラ

▲次世代超分解能モーションコントローラ

次世代超分解能モーションコントローラ

 究極のマイクロステッピング技術を追求して1回転160万ステップの分解能を実現します。自社開発のローテーションアナライ ザーで最大800万パルスのエンコーダーで校正し、コイルのバラツキによるステップ誤差をすべて記録して補正テーブルを作成することにより1回転全データ を補正します。

ピコメータ微動を可能にするピエゾコントローラ

 マイクロステップでナノメータ精度で位置決めし たうえで、さらなる精度追求のため、ピエゾ素子を用 いた超微細モーションコントロールも実現。最小位置決め50pm(0.05nm)を実現します。次世代微細加工技術を自社で実現することによりさまざまなアプリケーションに応用できる可能性があります。

高精度位置決めフィードバック

 高精度リニアスケールインターフェースでnmクラスまでクローズドループ制御が可能です。自社開発のフィードバックコントローラにより高速、高精度、高トレーサビリティーを 実現。さらなる高精度に応えるため、レーザーインターフェロメータも自社開発しました。

  レーザーも次世代半導体レーザーを使用し、超高精度TEC(ThermoElectronicControl)で0.001℃精度で温度制御することにより小型化・高精度化を実現。その他、超高精度ストレンゲージを用いたフィードバックも実現しています。

ズームレンズ

 STシリーズは低ディストーション、低周辺光量差、深い被写界深度を持つズームレンズを使用しています。 これにより、高倍率でも高精度で測長ができます。

センサー技術

 ステラ・コーポレーションは、@温湿度計:精度0.001℃単位で計測可能、A放射温度計:0.1℃を非接触で測定、B導電率計、ph計:ケミカルプロセスの管理、Cレーザー干渉計:超高精度位置決めセンサー、などの各種センサーも独自開発しました。

 さらに、その校正装置も開発し、校正された補正テーブルをコントローラのROMに記録し高精度測定を実現しています。


▲温度校正ユニット、校正装置

▲各種センサー回路ユニット

▲温度校正装置

レーザーパワーコントローラ


▲プローブ圧力、電圧センサーユニット

▲レーザーパワーコントローラ

 加工用レーザーユニットのパワーをコント ロールします。微妙なパルス幅、立ち上がり時間、ピークパワーをコントロールします。

プローブ圧力、電圧センサーユニット
 検査冶具のピンの荷重と電気抵抗の関係をその過渡特性を含めてを含めた計測が可能です。

4ch放射温度計ユニット
 4箇所の放射温度を同時に測定、記録します。加工機のワークの温度を常時計測でき、加工条件をリアルタイムで変更させることで温度変化による誤差を最小限に抑制します。

超複雑センサーヘッド
 ナノメータレベルでの計測に用いられる超高精度検査ヘッドにも当社のEZ-NET技術を応用しています。小型高性能を目指すのに必須アイテムです。

流体制御版一括制御
 写真のように複数のSSR、エアバルブ、電磁弁制御を一括して行うのに右端の黒いボックス1 つで可能です。制御はUSB1chでOKです。


▲4ch放射温度計ユニット

▲超複雑センサーヘッド

▲流体制御版一括制

EZ-NETシステム

 EZ-NETシステムは各種センサー、コントローラーを複数同時制御するシステムで、
EZ-NET サーバー:ネットワークコントローラー
EZ-PMC パルスモーターコントローラー
EZ-DMC DCモーターコントローラー
EZ-TEMP 温度センサーアレイ
EZ-I/O 入出力制御ユニット(電源制御、センサー)
といった構成要素から構成されます。

 ホストユニットはPCとUSB接続されて1ユニットあたり最大64台のノードを制御します。PCのUSBに複数のホストユニットを接続でき、一般的に4台のホストユニットを接続。トータルで255台のノードを同時制御します。

 ホストユニットはローカルインテリジェンスでノードを制御するため、PCに余分な負荷をかけません。各ユニットも専用マイコンを搭載しており、ノード間で排他処理、自動調停を行います。

要素技術応用


▲工場からポケット工場までノートパソコン1台でコントロール!

 これまで触れてきた要素技術の応用例として現場でのモデルケースを示します。

工場空調制御:Ez-TEMPで複数箇所の温度をセンシングしてEZ-I/O経由で複数空調コンプレッサー、ヒーターのon/offのPID制御、EZ-DMCでダクトダンパーの開閉を行う。

照明制御:センサーで察知し特定の箇所の照明のon/off、調光を行う。

セキュリティ: 特定の入り口の開閉、センサーによる自動開閉を制御する。

生産管理:工作機械の郡管理、温度条件、ケミカルを管理。

機械制御:工作機械の制御、検査機等を制御。

 

潟Xテラ・コーポレーション
〒273-0024 千葉県船橋市海神町南1-1544-7
Tel: 047-432-5031 Fax: 047-432-5032
e-Mail support@stellacorp.co.jp
ホームページ http://www.stellacorp.co.jp

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