DE102004064143B3

DE102004064143B3 - Scanner-System

Info

Publication number: DE102004064143B3
Application number: DE102004064143.9A
Authority: DE
Inventors: Souichi Toyama; Haruaki Otsuki; Atsushi Sakamoto; Kenta Seki; Yaichi Okubo
Original assignee: Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2024-09-01
Also published as: JP4443208B2; CN1627121A; DE102004042056A1; HK1074885A1; US7432681B2; KR100744733B1; CN1318880C; TW200519404A; KR20050059401A; TWI255923B; JP2005173377A; US20050128553A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Scanner-System, das umfasst einen Spiegel, der an einer Drehwelle abgestützt ist; und eine Servosteuereinheit zum Erfassen eines Drehwinkels der Drehwelle und zum Integrieren eines Fehlers des Erfassungswerts des Drehwinkels in Bezug auf einen Sollwert, um zu veranlassen, dass der Erfassungswert dem Sollwert folgt; wobei entsprechend den Bewegungswinkeln des Galvanometerspiegels eine Vielzahl von Verstärkungen von Kompensationseinheiten, die die Servosteuereinheit bilden, zuvor definiert werden, wobei die Verstärkungen der Kompensationseinheiten in Übereinstimmung mit dem Bewegungswinkel je nach dem Sollwert geändert werden, bevor die Drehwelle gedreht wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Scanner-System zum Erfassen eines Drehwinkels einer Drehwelle, die einen Galvanometerspiegel abstützt, und zum Steuern der Drehwelle, um den Galvanometerspiegel in einer gewünschten Winkelstellung zu positionieren.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Ein Scanner-System ist eine Vorrichtung, in der eine Drehwelle, die einen Galvanometerspiegel (im Folgenden als „Spiegel“ bezeichnet) abstützt, durch einen Motor gedreht wird, so dass die reflektierende Oberfläche des Spiegels unter einem gewünschten Winkel positioniert wird. So wird z. B. ein maschinell zu bearbeitendes Werkstück in einer vorgegebenen Position mit einem Laserstrahl bestrahlt, der von einem Laseroszillator ausgegeben wird. Das Scanner-System wird z. B. in einer Laserperforiermaschine (im Folgenden als „Laserbearbeitungsvorrichtung“ bezeichnet) zur Herstellung von Leiterplatten verwendet.
Die Geschwindigkeit (Ansprechempfindlichkeit) zum Positionieren des Spiegels und dessen Fehler in Bezug auf einen Sollwert haben in der Laserbearbeitungsvorrichtung gewaltigen Einfluss auf den Bearbeitungsdurchsatz und auf die Bearbeitungspositionsgenauigkeit. Der Bearbeitungsdurchsatz der Laserbearbeitungsvorrichtung ist typisch nicht niedriger als 30000 Löcher pro Minute (nicht niedriger als 500 Löcher pro Sekunde), wobei der Spiegel in einer durchschnittlichen Zeit von 1 ms oder kürzer positioniert wird. Andererseits ist der Bearbeitungspositionsfehler in der Laserbearbeitungsvorrichtung als Ganzes nicht größer als ±15 µm. In dem Gesamtfehler beträgt der dem Scanner-System zuzuschreibende Fehler etwa mehrere Mikrometer.
Um eine so hohe Geschwindigkeit und eine so hohe Genauigkeit beim Positionieren des Laserstrahls zu erzielen, besitzt das Scanner-System eine Servosteuereinheit zur Rückkopplungssteuerung des Winkels des Spiegels.
An der Drehwelle, die den Spiegel abstützt, ist ein Winkelsensor zur Erfassung des Drehwinkels der Drehwelle angebracht. Die Servosteuereinheit arbeitet in der Spiegelpositionierungsoperation in der Weise, dass ein Verfolgungsfehler in Bezug auf einen Sollwert Null ist. Der Sollwert ist ein fester Wert bei einer Zielwinkelposition des Spiegels. Somit wird unter Verwendung eines Servokompensators mit einem integralen Verhalten in einem Niederfrequenzbereich ein so genanntes Typ-1-Servosystem gebildet, um den stationären Fehler zu Luft zu machen. Das Servosteuersystem kann durch ein analoges Servosystem implementiert sein, das mit einer analog arbeitenden Schaltung durch eine kontinuierliche Zeitsteuerung zu steuern ist, oder kann durch ein digitales Servosystem implementiert sein, das mit einem Programm eines Mikroprozessors durch eine diskrete Zeitsteuerung zu steuern ist. Ferner können die beiden bei Bedarf gemeinsam verwendet werden.
Die Bestrahlungsposition eines Laserstrahls wird in der Laserbearbeitungsvorrichtung anhand der Koordinatendaten der zu bearbeitenden Löcher in einen Winkel des Spiegels umgesetzt. Eine obere Steuereinheit führt diese Koordinatenumsetzung aus und sendet die Sollwerte an die Servosteuereinheit. Um die Bestrahlung des Laserimpulses mit der Positionierung des Spiegels zu synchronisieren, steuert die obere Steuereinheit außerdem die Zeitgebung, wann der Sollwert gesendet wird, und die Zeitgebung, wann der Laseroszillator betätigt wird.
Im Stand der Technik ist eine Technik zum Steuern eines Scanner-Systems offenbart, in der die Ausregelzeit eingestellt wird, um eine solche Resonanz, dass die Betriebsfrequenz des Scanner-Systems in das Resonanzfrequenzband der Scanner-Systembreite eintritt, zu unterdrücken ( JP-2000-28955 A ).
Außerdem ist eine Technik offenbart, in der eine Servosteuereinheit aus einem Kompensator einer Analogschaltung und aus einem Kompensator eines Digitalcomputers gebildet ist, wobei der Kompensator der Analogschaltung bei der Torsionseigenfrequenz eines Scanners als ein Sperrfilter wirkt, um das Steuerband zu erweitern (JP-2002-1 96274 A).
Die Servosteuereinheit hat den Spiegel als Antwort auf eine Reihe der ihrerseits von der oberen Steuereinheit gesendeten Sollwerte (im Folgenden als „Winkelsollmuster“) in einer vorgegebenen Positionierungszeit zu bewegen und auszuregeln. Das heißt, um eine schnelle und genaue Laserbearbeitung zu erreichen, ist es wesentlich, nicht nur einfach den stationären Fehler des Spiegelwinkels zu null zu machen, sondern ebenfalls den Übergangsfehler der Ausregeloperation (im Folgenden als „Ausregelantwort“ bezeichnet) so klein wie möglich zu machen, sobald der Fehler in einen vorgegebenen zulässigen Bereich eintritt, während der Laserimpuls abgefeuert wird.
Das Servosteuersystem besitzt eine Vielzahl von Eigenschwingungen, die sein dynamisches Verhalten definieren. Jede Eigenschwingung eines dynamischen Systems ist durch die Eigenfrequenz der Schwingung und den Dämpfungsfaktor der Schwingung charakterisiert, während jede aperiodische Dämpfungsmode durch ihre Zeitkonstante charakterisiert ist.
Im Fall des Servosteuersystems des Scanner-Systems sind die Eigenschwingungen des Systems als Ganzes durch das Strukturschwingungsverhalten des zu steuernden Scanner-Systems oder durch das dynamische Verhalten des Servokompensators bestimmt. Eine Mode mit niedriger Eigenfrequenz oder langer Zeitkonstante besitzt einen Einfluss auf das Niederfrequenzverhalten der Frequenzantwortübertragungsfunktion des Servosteuersystems. Andererseits besitzt eine Mode mit hoher Eigenfrequenz oder kurzer Zeitkonstante einen Einfluss auf das Hochfrequenzverhalten. Insbesondere in einem Hochfrequenzbereich gibt es eine Vielzahl von durch die Strukturschwingungen veranlasste Moden, deren Resonanzpunkte eng beieinander liegen können.
Ferner ist das Winkelsollmuster nicht gleichförmig, sondern wird im Spiegelbewegungswinkel oder Zeitintervall geändert. Die angeregten Moden sind je nach den Winkelsollmustern verschieden. Somit ändert sich die Ausregelantwort. Um die Ansprechempfindlichkeit des Scanner-Systems zu verbessern, muss es dementsprechend so konstruiert sein, dass es durch die Vielfalt des Winkelsollmusters nicht beeinflusst wird.
DE 196 19 271 C2 offenbart eine Regeleinrichtung mit einem Regelkreis zur Regelung der Istgröße einer Regelstrecke auf eine vorgegebene Sollgröße, wobei der Regelkreis einen Proportional-Anteil (P-Glied) und/oder einen Integral-Anteil (I-Glied und/oder einen Differenzial-Anteil (D-Glied aufweist, mit einer Vergleichseinrichtung, mittels der eine Regeldifferenz zwischen der Sollgröße und der Istgröße ermittelbar ist, und mit einer einen variablen Verstärkungsfaktor aufweisenden Istwert-Korrektureinrichtung, wobei der variable Verstärkungsfaktor durch den Betrag der Regeldifferenz und/oder durch den Betrag der zeitlichen Änderung der Sollgröße steuerbar ist und wobei der Proportional-Anteil durch den variablen Verstärkungsfaktor der Korrektureinrichtung multiplikativ derart korrigierbar ist, dass der Durchgriff der Regeldifferenz auf die Istgröße mit abnehmendem Betrag der Regeldifferenz und/oder mit abnehmendem Betrag der zeitlichen Änderung der Sollgröße zunimmt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Scanner-System zu schaffen, in dem ein Spiegel schnell positioniert werden kann und in dem die Bearbeitungsgeschwindigkeit verbessert werden kann.
Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe dient ein Scanner-System gemäß Patentanspruch 1.
Gemäß einer zweiten Konfiguration der Erfindung enthält ein Scanner-System eine Servosteuereinheit zum Erfassen eines Drehwinkels einer Drehwelle, die einen Galvanometerspiegel abstützt, und zum Integrieren eines Fehlers eines Erfassungswerts des Drehwinkels in Bezug auf einen Sollwert, um zu veranlassen, dass der Erfassungswert dem Sollwert folgt, wobei entsprechend den Bewegungswinkeln des Galvanometerspiegels eine Vielzahl von Verstärkungen von Kompensationseinheiten, die die Servosteuereinheit bilden, zuvor definiert werden, wobei die Verstärkungen der Kompensatoren in Übereinstimmung mit dem Bewegungswinkel je nach dem Sollwert geändert werden, bevor die Drehwelle gedreht wird.
Der Spiegel des Scanner-Systems kann schnell positioniert werden und die Bearbeitungsgeschwindigkeit kann verbessert werden. Außerdem können die Differenzen beim Ausregeln der Antwort des Galvanometerspiegels trotz der Änderung des Winkelsolls unterdrückt werden, so dass die Antwort immer schnell erfolgen werden kann.
Figurenliste

1 ist ein Blockschaltplan einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Scanner-System gemäß der vorliegenden Erfindung;
2A und 2B sind graphische Darstellungen, die das Frequenzantwortverhalten des Scanner-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
3A und 3B sind graphische Darstellungen, die das Verhalten des Scanner-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen; und
4A und 4B sind graphische Darstellungen, die das Verhalten eines Scanner-Systems im Stand der Technik zeigen.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform beschrieben.
1 ist ein Blockschaltplan einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Scanner-System gemäß der vorliegenden Erfindung.
Eine Steuereinheit 5 der Laserbearbeitungsvorrichtung gibt anhand eines in die Steuereinheit 5 eingegebenen Bearbeitungsprogramms Koordinatendaten der einer Bearbeitungsposition an eine obere Steuereinheit 4 aus. Die obere Steuereinheit 4 setzt die eingegebenen Koordinatendaten in ein Winkelsoll zur Steuerung eines Spiegels 12 um und sendet das Winkelsoll an eine Servosteuereinheit 2. In diesem Fall steuert die obere Steuereinheit 4 die Zeitgebung der Sendung des Winkelsolls, um es mit einem von dem Laseroszillator 6 ausgegebenen Impuls zu synchronisieren.
In dieser Ausführungsform ist ein Scanner-System S von einem Trajektoriengenerator 22, von der Servosteuereinheit 2 und von einem Scanner 1 gebildet.
Der Trajektoriengenerator 22 interpoliert stetig das von der oberen Steuereinheit 4 ausgegebene stufenförmige Winkelsoll, um ein Trajektoriensignal (im Folgenden als „Sollwert“ bezeichnet) zu bilden, und gibt den Sollwert an die Servosteuereinheit 2 aus.
Der Scanner 1 ist aus einem Motor 11 und dem an einer Drehwelle 13 des Motors 11 befestigten Spiegel 12 gebildet. In den Motor 11 ist ein Winkelsensor 14 zur Erfassung des Drehwinkels der Drehwelle 13 eingebaut. Eine von dem Winkelsensor 14 erfasste Erfassungsdateneinheit wird in eine Winkelerfassungsschaltung 21 eingegeben und von der Winkelerfassungsschaltung 21 als ein Erfassungswert ausgegeben. Der Motor 11 wird von der Servosteuereinheit 2 gesteuert.
Nachfolgend wird die Konfiguration der Servosteuereinheit 2 beschrieben.
Der von der Winkelerfassungsschaltung 21 ausgegebene Erfassungswert wird in einen Subtrahierer 23, einen Erfassungswert-Proportionalkompensator 27 und einen Erfassungswert-Differentialkompensator 28 eingegeben. Um die Stabilität der Rückkopplungsschleife zu erhalten, kompensiert der Erfassungswert-Proportionalkompensator 27 den Erfassungswert proportional, während der Erfassungswert-Differentialkompensator 28 den Erfassungswert differenziell kompensiert.
Der Subtrahierer 23 berechnet einen Verfolgungsfehler, der eine Differenz zwischen dem von dem Trajektoriengenerator 22 ausgegebenen Sollwert und dem Erfassungswert berechnet und das Ergebnis der Berechnung an einen Integralkompensator 24 und an einen Verfolgungsfehler-Proportionalkompensator 25 ausgibt, die so arbeiten, dass sie den Verfolgungsfehler zu null machen.
Ein Addierer 26 addiert die Ausgaben des Integralkompensators 24 und des Verfolgungsfehler-Proportionalkompensators 25 miteinander und gibt das Ergebnis der Addition an einen Subtrahierer 30 aus.
Ein Addierer 29 addiert die Ausgabe des Erfassungswert-Proportionalkompensators 27 und die Ausgabe des Erfassungswert-Differentialkompensators 28 und die Ausgabe einer Konstantwert-Erzeugungseinheit 33 miteinander und gibt das Ergebnis der Addition an den Subtrahierer 30 aus. Im Folgenden wird der Betrieb der Konstantwert-Erzeugungseinheit 33 beschrieben.
Der Subtrahierer 30 subtrahiert die Ausgabe des Addierers 29 von der Ausgabe des Addierers 26, so dass die Ausgaben des Erfassungswert-Proportionalkompensators 27 und des Erfassungswert-Differentialkompensators 28 als Gegenkopplungen dienen. Im Ergebnis kann eine Stabilisierung erzielt werden, während in einer Schleifenübertragungsfunktion der Rückkopplungsschleife ein ausreichender Phasenspielraum in der Nähe einer Verstärkungsübergangsfrequenz sichergestellt wird.
Die Ausgabe des Subtrahierers 30 wird über einen Hochfrequenzbereichs-Stabilisierungskompensator 31 einer Motoransteuerstrom-Steuerschaltung 32 zugeführt, so dass dem Motor 11 ein der Ausgabe entsprechender Motoransteuerstrom zugeführt wird.
Nachfolgend wird die Funktion jedes Bestandteils der Servosteuereinheit 2 beschrieben.
Der Integralkompensator 24 integriert den Verfolgungsfehler. Dementsprechend arbeitet der Integralkompensator 24 so, dass er den stationären Wert (die Abweichung des stationären Zustands) des Verfolgungsfehlers zu null macht, selbst wenn auf die Drehwelle 13 eine stufenförmige Drehmomentstörung wirkt. Allerdings dauert es eine Zeit, den Verfolgungsfehler zu integrieren. Dementsprechend ist der Anstieg einer Steuereingabe in den Motor 11 in der Beschleunigungsoperation sofort nach Beginn des Bewegens des Spiegels 12 so langsam, dass die Ansprechempfindlichkeit als ein Übergangsverhalten der Servosteuerung schwer zu erhöhen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit der Anstieg der Steuereingabe durch Verwendung des Verfolgungsfehler-Proportionalkompensators 25 steiler. Das heißt, da die Antwort des Winkels des Spiegels 12 auf den Sollwert verzögert ist, tritt sofort nach Beginn der Bewegung des Spiegels 12 ein verhältnismäßig großer Verfolgungsfehler auf. Der Verfolgungsfehler-Proportionalkompensator 25 gibt jederzeit ein zu dem Verfolgungsfehler proportionales Signal aus, so dass der Anstieg der Steuereingabe zur Zeit der Beschleunigung steiler sein kann. Somit kann die Antwort schneller gemacht werden.
In dem Hochfrequenzbereichs-Stabilisierungskompensator 31 sind Steuersperrfilter mit Mittenfrequenzen bei einer Vielzahl von jeweils durch Torsionsschwingungsmoden der Drehwelle veranlassten Resonanzfrequenzen sowie Kantensperrfilter zum jeweiligen Abschneiden von Zwischenfrequenzen zwischen benachbarten Resonanzfrequenzen in Serie geschaltet.
Um den Einfluss der Resonanzspitze zu verringern, ist hier jedes Steuersperrfilter so eingestellt, dass es eine Mittenfrequenz, die einer Resonanzfrequenz entspricht, und einen Dämpfungsfaktor eines Übertragungsfunktionsnenners, der gleich dem Dämpfungsfaktor der Resonanzspitze ist, besitzt. Die Frequenz und der Dämpfungsfaktor der Resonanzspitze können übrigens durch einen FFT-Analysierer gemessen werden.
Andererseits ist jedes Kantensperrfilter vorgesehen, um genügend Stabilität in dem Steuersystem sicherzustellen, wenn zwei Resonanzspitzen nahe beieinander sind. Das heißt, wenn zwei Resonanzspitzen nahe beieinander sind, überlappen sich die Fußpunkte der zwei Spitzen bei den Zwischenfrequenzen zwischen den Spitzen, so dass hier die Verstärkung erhöht ist. Wenn dieser Frequenzbereich unter Verwendung des Verfahrens des Nyquist-Stabilitätskriteriums untersucht wird, liegt er in der komplexen Ebene nahe bei dem so genannten Stabilitätskriterium der Koordinatenwerte (-1, 0), so dass der Verstärkungsspielraum kurz ist. Diese Tendenz wird merklicher, während die Bandbreite des Steuersystems erweitert wird. Somit ist es unmöglich, lediglich durch Steuern von Sperrfiltern in Reihe genügend Stabilität in dem Steuersystem sicherzustellen.
Somit ist ein Kantensperrfilter zum Abschneiden einer Zwischenfrequenz zwischen den Resonanzspitzen mit den Steuersperrfiltern zum Verringern der Resonanzspitzen in Reihe geschaltet. Da das Kantensperrfilter zum Erhöhen des Verstärkungsspielraums vorgesehen ist, besitzt es im Vergleich zu dem Steuersperrfilter ein breites und allmählich abfallendes Verhalten. Als die Mittenfrequenz des Kantensperrfilters ist eine Phasenübergangsfrequenz der Nyquist-Trajektorie eingestellt. Die Parameter (Dämpfungsfaktoren des Nenners und des Zählers der Übertragungsfunktion) des Abschneideverhaltens werden so eingestellt, dass ein Verstärkungsspielraum von 7 dB oder größer, vorzugsweise von 10 dB oder größer, sichergestellt ist.
Das heißt, es wird z. B. angenommen, dass das Übertragungsverhalten (Verstärkungsverhalten) in einem Hochfrequenzbereich von mehreren kHz oder mehr zwischen der Eingabe der Motoransteuerstrom-Steuerschaltung 32 und der Ausgabe des Winkelsensors 14 wie in 2A gezeigt eine Kurve mit einer Vielzahl von durch Torsionseigenschwingungsmoden der Drehwelle verursachten Resonanzpunkten zieht. Im Fall eines auf eine Laserbearbeitungsvorrichtung angewendeten Scanner-Systems haben in einer zu steuernden Vorrichtung (Laserscanner 1) mit einen solchen Verstärkungsverhalten zwei Spitzen, d. h. die höchste Resonanzspitze (Frequenz A) und die zweithöchste Resonanzspitze (Frequenz B) Einfluss auf die Stabilität des Steuersystems.
Somit sind in diesem Fall die Steuersperrfilter für die Frequenz A bzw. für die Frequenz B vorgesehen. Da die Frequenz A und die Frequenz B nahe beieinander liegen, ist außerdem ein Kantensperrfilter zum Abschneiden bei Zwischenfrequenzen zwischen der Frequenz A und der Frequenz B angeschlossen.
Wenn der so konfigurierte Hochfrequenzbereichs-Stabilisierungskompensator 31 vorgesehen ist, zieht das Übertragungsverhalten (Verstärkungsverhalten) zwischen der Eingabe des Hochfrequenzbereichs-Stabilisierungskompensators 31 und der Ausgabe des Winkelsensors 14 eine durch die durchgezogene Linie in 2B gezeigte Kurve. Übrigens zeigt die Strichlinie in 2B die durch die durchgezogene Linie in 2A gezeigte Kurve. Wie aus 2B klar ist, fällt die Verstärkung in dem Übertragungsverhalten bei den zwei Resonanzspitzen ab und fällt die Verstärkung in der Zwischenfrequenz zwischen beiden ebenfalls ab, wenn der Hochfrequenzbereichs-Stabilisierungskompensator 31 vorgesehen ist. Somit kann die Frequenzbandbreite der Servosteuerung stabil erweitert werden.
Nachfolgend wird die Wirkung beschrieben, die durch Vorsehen des Verfolgungsfehler-Proportionalkompensators 25 und des Hochfrequenzbereichs- Stabilisierungskompensators 31 erhalten wird.
3A und 3B sind graphische Darstellungen, die das Verhalten des Scanner-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. 3A ist eine graphische Darstellung, die die Antwortsignalform des Spiegelwinkels zeigt, und 3B ist eine graphische Darstellung, die die Motoransteuerstrom-Signalform zeigt. Andererseits sind 4A und 4B graphische Darstellungen, die das Verhalten eines Scanner-Systems im Stand der Technik zeigen, in dem der Verfolgungsfehler-Proportionalkompensator 25 und der Hochfrequenzbereichs- Stabilisierungskompensator 31 nicht vorgesehen sind. 4A ist eine graphische Darstellung, die die Antwortsignalform des Spiegelwinkels zeigt, und 4B ist eine graphische Darstellung, die die Motoransteuerstrom-Signalform zeigt. Die 3A, 3B und 4A, 4B zeigen Antworten auf das Winkelsoll desselben Bewegungswinkels.
Wie in 4B gezeigt ist, steigt ein Motoransteuerstrom allmählich an, wenn der Verfolgungsfehler-Proportionalkompensator 25 nicht vorgesehen ist. Andererseits steigt ein Motoransteuerstrom wie in 3B gezeigt steil an, wenn der Verfolgungsfehler-Proportionalkompensator 25 vorgesehen ist. Wie in den 3A und 4A gezeigt ist, kann der Spiegel im Ergebnis in Übereinstimmung mit dem Sollwert schnell positioniert werden, wenn der Verfolgungsfehler-Proportionalkompensator 25 vorgesehen ist. Somit kann die Bearbeitungszeit verkürzt werden.
Wenn die Antwortsignalformen der Spiegelwinkel miteinander verglichen werden, wird wegen der Wirkung des Hochfrequenzbereichs-Stabilisierungskompensators 31 die in 3A in demselben zulässigen Fehlerbereich wie die in 4A und in einer kürzeren Positionierungszeit als die in 4A stabil ausgeregelt.
Außerdem wird hier wie folgt der Betrieb des Verfolgungsfehler-Proportionalkompensators 25 beschrieben. Durch Aufschneiden (offener Regelkreis) des Kreises an einem Abschnitt des dem Scanner 1 zugeführten Motoransteuerstroms kann hier eine Schleifenübertragungsfunktion der Rückkopplungsschleife in der Servosteuereinheit 2 definiert werden.
Wenn die Gesamtsummen der Proportionalkoeffizienten des Nachfolgefehler-Proportionalkompensators 25 und des Proportionalkompensators 27 gleich sind, sind in diesem Fall die Verhalten der Schleifenübertragungsfunktionen die gleichen, so dass ihre Stabilitätsspielräume gleich sind. Allerdings hängt das Übergangsantwortverhalten auf eine beabsichtigte Trajektorie als ein geschlossener Regelkreis von der Verteilung der Proportionalkoeffizienten zwischen dem Verfolgungsfehler-Proportionalkompensator 25 und dem Proportionalkompensators 27 ab. Das heißt, der Verfolgungsfehler-Proportionalkompensator 25 ist dadurch charakterisiert, dass das Antwortverhalten auf den Sollwert eingestellt werden kann, ohne die Stabilität der Rückkopplungsschleife zu ändern.
Wie oben beschrieben wurde, kann der Spiegel wegen des Verfolgungsfehler-Proportionalkompensators 25 und des Hochfrequenzbereichs- Stabilisierungskompensators 31, die in der Servosteuereinheit 2 vorgesehen sind, schnell positioniert werden, so dass die Bearbeitungsgeschwindigkeit verbessert werden kann.
Wenn das Winkelsoll geändert wird, wird das Frequenzspektrum des Solls geändert.
Im Ergebnis wird die Größe der Erregung der zu der Rückkopplungsschleife gehörenden Eigenschwingungen geändert.
Somit erfolgt die Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wie folgt, um den Spiegel schneller zu positionieren.
Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung werden in einer nicht gezeigten Speichereinheit den Bewegungswinkeln entsprechende Optimalverstärkungen für den Integralkompensator 24, für den Verfolgungsfehler-Proportionalkompensator 25, für den Erfassungswert-Proportionalkompensator 27 und für den Erfassungswert-Differentialkompensator 28 vorbereitet, um ein gewünschtes Positionierungsantwortverhalten zu haben und die Stabilität als die Rückkopplungsschleife zu halten. Daraufhin wird der Wert jeder Verstärkung in Übereinstimmung mit dem Bewegungswinkel geändert. Somit werden die Verhalten der Eigenschwingungen gewechselt, so dass die Unterschiede der Ausregelantworten unterdrückt sind, so dass sie niedrig sind.
Wenn die Verstärkung geändert wird, muss das Auftreten einer durch die Änderung der Verstärkung veranlassten Übergangsantwort unterdrückt werden. Somit muss die Verstärkung geändert werden, sobald der Wert der Verstärkung hergestellt ist, d. h., sobald die Servosteuereinheit ein stufenartiges Winkelsoll von der oberen Steuereinheit erreicht (unmittelbar, bevor der Spiegel bewegt wird).
In diesem Fall besitzt der Erfassungswert-Proportionalkompensator 27 eine so genannte steuerbare Federrückstellkraft, die dem mit einem Koeffizienten multiplizierten Winkelerfassungssignal entspricht. Wenn die Größe der Verstärkung geändert wird, wird die Rückstellkraft schrittweise geändert, so dass der Spiegel 12 durch eine Stufenantwort schwankt. Somit kann von der Ausgabe des Proportionalkompensators 27 ein konstanter Wert subtrahiert werden, der durch Multiplizieren des Erfassungswerts mit einem einer Differenz der Verstärkung entsprechenden Koeffizienten erhalten wird, sobald die Verstärkung das erste Mal geändert wird (wenn die Servosteuereinheit hochgefahren wird), um die Stufenantwort zu beseitigen.
Wenn die Verstärkung das zweite Mal oder später geändert wird, wird von der Ausgabe des Erfassungswert-Proportionalkompensators 27 ein Wert subtrahiert, der durch die kumulierte Summe des konstanten Werts erhalten wird. Jedes Mal, wenn die Verstärkung geändert wird, berechnet der Konstantwertgenerator 33 den konstanten Wert und kumuliert ihn. Daraufhin ändert der Konstantwertgenerator 33 das Vorzeichen des kumulierten Summenwerts und gibt ihn aus. Die Ausgabe des Konstantwertgenerators 33 wird in dem Addierer 29 zur Ausgabe des Erfassungswert-Proportionalkompensators 27 addiert. Somit ist nicht zu befürchten, dass der Spiegel 12 durch eine schrittweise Antwort schwankt, selbst wenn die Verstärkung wiederholt geändert wird.
Da die Ausgabe des Erfassungswert-Differentialkompensators 28 im stationären Zustand im Wesentlichen null ist, erzeugt der Spiegel 12 außerdem keine Antwort auf die Änderung der Verstärkung. Außerdem ist die Eingabe des Verfolgungsfehler-Integralkompensators 24 ein Verfolgungsfehler, der im stationären Zustand null ist. Somit erzeugt der Spiegel 12 keine Antwort auf die Änderung der Verstärkung, wenn auf der Eingangsseite eine veränderliche Verstärkung geliefert wird. Da die Eingabe des Verfolgungsfehler- Proportionalkompensators 25 im stationären Zustand null ist, erzeugt der Spiegel 12 außerdem keine Antwort auf die Änderung der Verstärkung.
Wenn der Trajektoriengenerator 22 in der oberen Steuereinheit 4 vorgesehen ist, braucht er in dem Scanner-System nicht vorgesehen zu sein.
Wenn der von der Strichlinie in 1 eingeschlossene Abschnitt von einer einzelnen CPU gebildet wird, können den Bewegungswinkeln entsprechende optimale Verstärkungen des Integralkompensators 24, des Verfolgungsfehler- Proportionalkompensators 25, des Erfassungswert-Proportionalkompensators 27 und des Erfassungswert-Differentialkompensators 28 in einem Speicherabschnitt der CPU gespeichert werden.

Claims

Scanner-System, das umfasst: einen Spiegel (12), der drehbar an einer Drehwelle (13) abgestützt ist; einen Winkelsensor (14) zum Erfassen eines Drehwinkels der Drehwelle (13); und eine Servosteuereinheit (2) zum Positionieren der Drehwelle (13), um so den Drehwinkel der Drehwelle (13) in Antwort auf eine Reihe von Sollwerten, die durch die Servosteuereinheit (2) empfangen wurde, auszuregeln, Kompensationsmittel (24, 25, 27, 28), die in der Servosteuereinheit (2) beinhaltet sind, um die Positionierungsantwort der Drehwelle (13) zu verbessern; dadurch gekennzeichnet, dass: die Servosteuereinheit (2) enthält: eine Speichereinheit, die den Drehwinkeln des Spiegels (12) entsprechende Optimalverstärkungen für einen Integralkompensator (24), der eingerichtet ist, einen Fehler, der durch Abziehen eines Winkeldetektionswerts, der von dem Winkelsensor (14) detektiert wird, von den Sollwerten erhalten wird, zu integrieren, für einen Verfolgungsfehler-Proportionalkompensator (25), der eingerichtet ist, einen zu dem Fehler proportionalen Korrekturwert zu berechnen, für einen Erfassungswert-Proportionalkompensator (27), der eingerichtet ist, den Winkeldetektionswert proportional zu kompensieren, und für einen Erfassungswert-Differentialkompensator (28), der eingerichtet ist, den Winkeldetektionswert differentiell zu kompensieren, speichert; einen Subtrahierer (30), der eingerichtet ist, einen addierten Wert der Verstärkung des Erfassungswert-Proportionalkompensators (27) und der Verstärkung des Erfassungswert-Differentialkompensators (28) von einem addierten Wert der Verstärkung des Integralkompensators (24) und der Verstärkung des Verfolgungsfehler-Proportionalkompensators (25) abzuziehen, um einen Subtraktionswert als eine Frequenzantwortübertragungsfunktion, die den Sollwerten entspricht, auszugeben; und einen Hochfrequenzbereichs-Stabilisierungskompensator (31), der Steuersperrfilter zum Dämpfen von Resonanzspitzen, die in der Frequenzantwortübertragungsfunktion enthalten sind, und Kantensperrfilter zum Abschneiden von Frequenzen zwischen den Resonanzspitzen innerhalb der Frequenzantwortübertragungsfunktion, in Reihe geschaltet enthält.