精密平台 — 利用編碼器滿足工業應用的精度要求

精密平台 (Precision stage) 也稱為精密運動平台或運動平台，是一種用於精確定位和移動物體或設備的裝置，廣泛應用於各種工業和科學領域。這些平台通常由高精度的機械結構、驅動系統和控制系統組成，旨在達到微米甚至奈米級別的精度下進行操作。

編碼器在精密平台中的應用

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近年來，由於人工智慧 (AI)、5G 寬頻網路、物聯網 (IoT) 等新技術的快速發展，半導體的市場需求持續增長。眾多設備製造企業紛紛加大對新機型研發的投入，應對精密先進製程的嚴苛挑戰。

用於半導體製造的關鍵製程設備包括光刻雙晶圓台、晶圓鍵合設備、先進的雷射退火設備和設備前端模組 (EFEM)。以下是高精度編碼器（Encoder）在半導體設備和先進工業精密平台中的應用示例，以及選擇編碼器時需要考慮的標準。

位置感應

精密平台的運動控制依賴於高精度編碼器的支持。這些編碼器在平台的運動組件中扮演著核心角色，精確量測平台的線性或角度位移。編碼器將物理運動轉換為電訊號，並即時向控制系統提供精確的位置訊息，從而實現精確的運動控制。

在現代精密平台中，編碼器通常被用於閉迴路控制系統中，持續提供的回饋數據協助控制器精確調整平台的運動。無論是在半導體設備中進行微小的定位調整，還是在光學測試過程中進行精細的對位，編碼器都能確保運動的精度與穩定性。

VIONiC™ 數位增量式光學尺是 Renishaw 推出的一款高性能光學尺，具有高速運行和高解析度的優勢，特別適用於需要高速、動態調整的精密平台。其優越的精度和重複性使其成為半導體製造及其他高精度應用的理想選擇。

閉迴路控制

精密平台通常運作於閉迴路控制系統中。這類系統的關鍵在於即時回饋機制，編碼器持續提供平台當前位置的實時數據，並將這些數據回傳至控制器。控制器將期望位置與實際位置進行比較，並根據差異生成調整指令，確保平台精確達到目標位置。

這種閉迴路控制系統的優勢在於能夠在運行過程中實時修正誤差，並調整平台的運動參數。無論是速度還是方向，系統都能進行微調，最終達成精準操作。

高精度

精密編碼器經過專門設計和構造以確保高精度的位置量測。這種精度使得精密平台能夠以極細微的公差定位任何物體，適用於半導體製造、光學測試和奈米技術研究等高要求的任務。

VIONiC™ 是一款高性能數位光學尺，可高速運行和高解析度的優勢令其特別適用於需要高速、動態調整的精密平台。優越的精度和重複性使其成為半導體製造及其他高精度應用的理想選擇。

運動分析

精密編碼器不僅能夠提供位置量測，還能提供有關平台運動速度和加速度的資訊。這些數據可用於控制運動曲線，從而在定位過程中實現平穩的啟動、停止和轉換。

這種運動分析能力確保了操作的精確性和可靠性，對於需要高精度和高穩定性的應用至關重要。

多軸系統

在許多精密平台應用中，多軸運動尤為重要。多軸系統普遍於每個運動軸上都配備編碼器，從而實現複雜的運動模式並確保各軸的精確對齊與同步。

在多軸系統中，編碼器提供即時的運動數據，幫助控制器進行精確調整。這種設計不僅提高了系統的穩定性和精度，還使得平台能夠在進行協同運動時，依然保持高度的可靠性與精確度。

多軸系統廣泛應用於各種高精度領域，例如機械手臂的多自由度運動控制、光學平台的多軸定位調整以及半導體製造設備的複雜對位操作。這些應用都依賴於多軸系統的高精度和高可靠性，以確保操作的成功和產品的質量。

RESOLUTE™ 絕對式光學尺是一款高速、高解析度、且具備優異抗汙能力的位置量測系統。該光學尺在通電後無需任何移動便可立即獲取位置資訊，從而實現平穩的速度控制和可靠的位置穩定性，非常適合應用於精密平台。

在 XY 平台中，每個軸都需要編碼器來維持軸之間的精確對準和同步

現代工業應用的挑戰 — 精度、溫度、灰塵和振動

在現代工業應用中，尤其是半導體、平板顯示器 (FPD) 和光伏 (PV) 等領域，精密運動平台扮演著至關重要的角色。這些高精度平台要求在微米甚至奈米級別上進行精確定位，任何微小的誤差都可能導致生產過程中的重大缺陷或故障。因此精密平台的精度、穩定性和可靠性對整個生產流程的影響極其深遠。

隨著工業需求的不斷升級，產業對編碼器的要求也越來越高。編碼器在精密運動平台中的應用不僅要具備高解析度和精確度，還必須在極為嚴苛的環境中保持穩定運行。為了達到這些要求，編碼器必須具備極低的電子細分誤差 (SDE)，並能夠耐受來自溫度波動、灰塵、振動等各種挑戰。

污染是位置誤差的來源之一

污染與誤差 — 編碼器的抗汙能力至關重要

在工業環境中，污染（如灰塵、油污和化學物質）是造成位置誤差的常見原因之一。高精度編碼器需要在污染嚴重的環境中保持穩定運行，並且不受其他環境因素影響，持續為精密運動平台提供準確的位置訊息。因此編碼器的抗汙能力至關重要。

Renishaw 擁有豐富的經驗和技術積累，能夠提供滿足精密製造和工業應用的編碼器解決方案。我們的編碼器產品系列具備優異的抗汙能力和高解析度，能在污染環境中保持卓越的穩定性和高精度，適用於各種高端應用領域，包括半導體、光學及精密製造。此外，我們還可以根據客戶的特定要求靈活客製解決方案。

為精密平台選擇編碼器系統時需要考慮哪些因素？

下表列出了選擇精密定位編碼器系統時通常評估的關鍵因素。這些因素包括編碼器性能、環境條件、安裝要求以及其他相關考量。

精密平台

性能

✔ 光學尺精度
✔ 光學尺線性度
✔ 解析度
✔ 電子細分誤差
✔ 軸長
✔ 柵尺熱膨脹係數
✔ 速度
✔ 控制器輸入頻率
✔ 電纜撓曲壽命
✔ 電纜撓曲半徑

環境

✔ 溫度
✔ 濕度
✔ 振動
✔ IP 防護等級
✔ 清潔度（微粒、液體）
✔ 真空/X 光輻射暴露/光照
✔ 電磁相容性 (EMC)

安裝

✔ 尺寸
✔ 間隙公差
✔ 扭擺/俯仰/滾擺
✔ 連接器
✔ 延長電纜
✔ 讀頭行程方向
✔ 頂部或側面安裝
✔ 基體類型
✔ 安裝方式 — 粘貼/導軌/端部固定/環氧樹脂或螺釘安裝
✔ 參考基準
✔ 限值

其他

✔ 類比/數位
✔ 細分時脈頻率
✔ 報警類型
✔ 參考限值
✔ 序列介面協議

我們推薦的解決方案

精密平台

VIONiC™ 數位增量式光學尺

具有超小型讀頭的高性能數位光學尺，適用於高度動態的精密運動系統。

✔ 一流的量測性能

✔ 高速運作與高解析度

✔ 超低電子細分誤差 (SDE)

✔ 成本效益佳

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TONiC™ 增量式光學尺

具有超小型讀頭的高性能光學尺，適用於高度動態的精密運動系統。

✔（超）低抖動

✔ 解析度高達 1 nm

✔ 成本效益佳

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RESOLUTE™ 真正的絕對式光學尺

這款真正的絕對式光學尺是高速、高解析度位置量測系統。該光學尺在通電後無需任何移動便可立即獲取位置資訊，進而可實現平穩的速度控制和可靠的位置穩定性。RESOLUTE 光學尺具有線性光學尺和旋轉光學尺選項，以及各種序列介面。

✔ 高速運作

✔ 抗汙能力優

✔ 低電子細分誤差 (SDE)

✔ 低抖動

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ATOM™ 微型光學尺

微型增量式線性光學尺和旋轉光學尺系統採用創新型設計，兼具微型化設計與優異的訊號穩定性、抗汙性和可靠性。

✔ 微型化

✔ 優異的訊號穩定性

✔ 抗汙能力優異

✔ 極高的可靠性

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QUANTiC™ 增量式光學尺

將成熟的光學濾波系統和細分技術整合到、類比或數位增量式開放式光學尺中，具有寬鬆的安裝公差，自帶校正功能。

✔ 安裝公差寬鬆

✔ 抗汙能力優異

✔ 性能出色

✔ 堅固耐用

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LM10 增量式磁性編碼器

LM10 是非接觸式、高速磁性編碼器，可在嚴苛的環境中用於線性或旋轉運動感應。LM10 配有一個結構輕巧的密封式讀頭，離自粘式磁性尺或磁性環的間隙可達 1.0 mm。

✔ 自粘式參考原點

✔ 高速運作

✔ 優異的抗汙能力，防護等級高達 IP68

✔ 軸長可達 100 m

✔ 高可靠性

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成功案例：精密平台

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半導體 — 全球領先製造商

ASMPT 是為半導體行業提供晶圓組裝和封裝設備的全球領先供應商，設備以高精度和穩定性著稱。他們致力於開發先進的半導體組裝和封裝設備，以及提供全面的工業自動化方案。

光學尺不僅需要以更高的解析度高速移動，還需要在停止時保持穩定，即低訊號抖動。

這對控制器和光學尺來說都是一大挑戰，我們從來沒有懷疑過 Renishaw 的實力，相信未來他們能夠為我們提供合適的光學尺產品。

ASMPT（新加坡）

在當今半導體產業的奈米級別發展下，後段製程設備面臨著精度、生產力和穩定性等巨大挑戰。作為運動控制中至關重要的原件之一，光學尺需要不斷更新技術並推出新產品，以滿足市場的嚴苛要求。

在購買光學尺產品時，必須要考慮的關鍵規格包括速度，抖動，光學尺的尺寸，和安全合規性。

ASMPT 多年來採用多款 Renishaw 的光學尺產品，從 RGH 到 RESOLUTE 系列，再到近期的 ATOM DX 微型系列和 VIONiC 高性能系列等，應用在不同階段的後段製程設備上。

其中包括 ASMPT 的 INFINITE，即一款 12 英寸的晶片鍵合機，專為一般 IC（積體電路）封裝而設計。這款先進的系統擁有創新特徵，如精確的點膠控制以及量測鍵合線厚度達微米級精度的檢測功能。

半導體核心設備 — 贏得市場競爭優勢

北京華卓精科科技股份有限公司（華卓精科）是中國國內從事精密製程核心裝備的領先者。他們開發的半導體設備和運動平台大多採用 Renishaw 高性能光學尺系統。

華卓精科的精密運動平台以直線電機驅動，配置 Renishaw TONiC 系列等光學尺系統，通過 Ti 介面輸出奈米級解析度訊號。除了半導體製程應用，平台也設計用於顯示面板、玻璃切割、三維成像等等。

Renishaw TONiC™ 增量式光學尺是專為半導體應用而設計的。其動態訊號處理功能可提高訊號穩定性，而且電子細分誤差更低於 ± 30 nm，為華卓精科等原始設備製造商 (OEM) 帶來了市場競爭優勢。

Renishaw 光學尺產品的多樣性和穩定性能是重要因素，規格也十分貼近市場需求，與華卓精度的產品定位十分匹配。

北京華卓精科科技股份有限公司（中國）

精密運動平台 — 用於真空環境的光學尺

Renishaw TONiC™ UHV 超高真空光學尺系列從讀頭、電纜到尺都經過專門設計，真空壓力高達 10-10 托（Torr），能夠滿足 FPD 和半導體製程設備的嚴苛要求。

VAD Instrument 公司製造各種精密運動平台，在半導體、FPD 和電子應用領域的真空環境中使用。該公司在其真空相容平台中採用了 TONiC™ UHV 光學尺和 RLE 光纖雷射尺。

用於半導體製程的真空平台

Renishaw 的光學尺產品在市場上都有良好的口碑，而 TONiC™ 系列更是在高端設備上常見的應用，早已得到市場廣泛認可。

VAD Instrument（韓國）

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直驅馬達 — OEM 實現創新贏得客戶訂單

JUSTEK Inc. 是韓國的一家領先市場的運動控制零組件製造商。該公司設計和製造線性馬達、直驅旋轉馬達、運動平台和傳送帶等。JUSTEK 為其直驅馬達和運動平台選用了 Renishaw ATOM™ 微型光學尺系列。

「ATOM™ 讀頭的微型設計十分適合我們的直驅馬達，馬達內部的空間非常有限。經過反覆測試後，我們發現 ATOM™ 無論在穩定性、體積和性能方面都具有優勢。」JUSTEK 銷售經理解釋。

Renishaw 在工業量測領域具有極高的聲譽，多年來一直為我們的產品把關。

Renishaw 為我們客製了一款可提供非標準解析度的光學尺，讓我們的客戶可無縫連接到原有的控制器上，為我們提供了一個贏得訂單的完美解決方案。

JUSTEK Inc.（韓國）

JUSTEK 製造的直驅旋轉馬達（JTR30 系列）

ATOM™ 系列是 Renishaw 光學尺家族中的微型型號，讀頭尺寸僅 7.3 x 20.5 x 12.7 mm。它是市場上少見的一款兼具微型化設計與優異的訊號穩定性、抗汙性和可靠性的光學尺。

JUSTEK 採用的 Renishaw 光學尺產品包括：

• 適用於直驅馬達和運動平台的 ATOM™ 微型光學尺系列。
• 適用於 OLED 面板檢測設備的 TONiC™ 增量式光學尺系列。
• 適用於 OLED 面板噴墨印刷設備的 RESOLUTE™ 絕對式光學尺系列。

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