JP2000217396A - 移動ステ―ジ装置の脱調検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータリエンコーダを用いることなく簡易で
廉価な構成による移動ステージ装置の脱調検出装置を提
案すること。 【解決手段】 移動ステージ装置は原点位置検出用のホ
トインタラプタ７と、脱調検出用のホトインタラプタ８
とを有している。これらのホトインタラプタ７、８の距
離は、移動ステージ駆動源であるステッピングモータの
１回の脱調によりずれるステップ角数に対応する移動ス
テージの移動距離とされている。ホトインタラプタ８の
みより移動ステージが検出されて、その出力がオフにな
った場合には、移動ステージの一往復動作の間に脱調が
発生しなかったものと判定できる。双方のホトインタラ
プタ７、８が共に移動ステージを検出した場合には往動
時に脱調が発生したものと判定できる。いずれのホトイ
ンラタプタ７、８によっても移動ステージが検出されな
い場合は復動時に脱調が発生したもの判定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステッピングモー
タによって回転する送りねじ軸により移動ステージが直
線往復運動を行う移動ステージ装置に関し、特に、移動
ステージの１往復の間に発生したステッピングモータの
脱調を検出可能な脱調検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６には、従来におけるステッピングモ
ータを駆動源とした移動ステージ装置の一般的な構成を
示してある。この図に示すように移動ステージ装置１０
０は、ステッピングモータ１０２によって正逆回転され
る送りねじ軸１０３と、この送りねじ軸１０３に螺合し
たナット部分を備えた移動ステージ１０４と、移動ステ
ージ１０４を送りねじ軸１０３の軸線方向にしゅう動自
在に支持している２本のガイド軸１０５、１０６とを備
えている。

【０００３】移動ステージ１０４は、予め設定されてい
る駆動パターンに従って、所定のストロークで往復移動
する。一般に、移動ステージ１０４は、一往復毎に、原
点センサ１０５の出力に基づき、原点位置に位置決めさ
れ、この原点位置を駆動パターンの初期位置として移動
ステージ１０４の一往復の駆動制御が行われる。原点セ
ンサ１０５は一般にホトインタラプタが使用されてい
る。

【０００４】この構成の移動ステージ装置の移動制御
は、ステッピングモータのステップ数によって行われて
いるので、ステッピングモータが脱調すると、精度の良
い位置決めを行うことができない。

【０００５】そこで、従来においては、ステッピングモ
ータ１０２の回転軸１０２ａに磁気パターンが形成され
たロータリエンコーダ１０６を取り付け、磁気センサ１
０７によってステッピングモータ１０２の回転状態をモ
ニターし、駆動制御回路（図示せず）からステッピング
モータに供給される回転指令に対して実際のステッピン
グモータの回転が追従しなかった場合には脱調が発生し
たものと判断している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ステッピング
モータを備えた移動ステージ装置としては、所定のパタ
ーンで往復運動を繰り返すという単純な動作を行うもの
がある。このような移動ステージ装置では、移動ステー
ジが一往復する毎にステッピングモータに脱調が発生し
たか否かを判別できれば良い。

【０００７】このような移動ステージ装置に対しても従
来のようなロータリエンコーダを用いた脱調検出機構を
搭載することは、要求される性能に対して製造コストが
高くなり過ぎ、また、装置寸法も大きくなり過ぎるの
で、効率的でない。

【０００８】本発明の課題は、この点に鑑みて、簡単な
機構で必要とされる脱調検出を行うことのできる廉価な
移動ステージ装置の脱調検出装置を提案することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ステッピング
モータにより送りねじを正逆回転させ、該送りねじ軸の
正逆回転により移動ステージを往復移動させるように構
成した移動ステージ装置の脱調を検出する脱調検出装置
において、前記移動ステージが原点位置に到ったことを
検出するために用いる原点位置検出用センサと、前記ス
テッピングモータに脱調が発生したことを検出するため
に用いる脱調検出用センサと、前記原点位置検出用セン
サおよび前記脱調検出用センサの出力に基づき前記移動
ステージが一往復した間に前記ステッピングモータに脱
調が発生したか否かを判定する脱調判定手段とを有し、
前記脱調検出用センサは、前記原点位置検出用センサに
対して、前記移動ステージの往動方向に向けて、前記ス
テッピングモータの１回の脱調により遅延するステップ
角数に対応する移動距離だけ離れた位置に配置されてい
ることを特徴としている。

【００１０】ここで、前記脱調判定手段は次のようにし
てステッピングモータに脱調が発生したか否かを判断す
ることができる。

【００１１】すなわち、前記移動ステージの復動時に、
前記脱調検出用センサによってのみ前記移動ステージが
検出された場合には、前記ステッピングモータに脱調が
発生しなかったものと判定することができる。また、前
記脱調検出用センサおよび前記原点位置検出用センサの
双方によって前記移動ステージが検出された場合には、
前記移動ステージの往動時に脱調が発生したものと判定
することができる。更には、前記脱調検出用センサおよ
び前記原点位置検出用センサのいずれにっても前記移動
ステージが検出されない場合には、前記移動ステージの
復動時に脱調が発生したものと判定することができる。

【００１２】一方、前記原点位置検出用センサおよび前
記脱調検出用センサとしては、前記移動ステージに形成
されている検出片を光学的に検出する光学式センサを採
用することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用したステッ
ピングモータを用いた移動ステージ装置の機械的構成部
分の概要を制御系の概要と共に示す概略構成図である。

【００１４】機械的構成を説明すると、本例の移動ステ
ージ装置１は、ベースフレーム２と、このベースフレー
ム２に取り付けられた２相励磁式のステッピングモータ
３と、このステッピングモータ３に対して同軸状態に連
結された送りねじ軸４と、この送りねじ軸４に螺合して
いるナット部分を備えた移動ステージ５と、この移動ス
テージ５を送りねじ軸４の軸線方向に案内するためのし
ゅう動軸６とを備えている。送りねじ軸４を正逆回転さ
せるとことにより、移動ステージ５を図において矢印Ａ
で示す往動方向および矢印Ｂで示す復動方向に直線移動
させることができる。

【００１５】移動ステージ１はさらに、その往復運動の
開始点の側であるステッピングモータ３の側に、原点位
置検出用センサとしてのホトインタラプタ７と、脱調検
出用センサとしてのフォトインタラプタ８とが、移動ス
テージ本体１の移動方向に向けて一定の間隔で配列され
ている。移動ステージ５の側には、これらのホトインタ
ラプタ７、８によって検出される遮蔽板９が取り付けら
れている。後述するように、これらの２個のホトインタ
ラプタ７、８の出力に基づき、移動ステージ５の一往復
動作の間に脱調が発生したか否かの判別が行われる。

【００１６】移動ステージ装置１の制御系は駆動制御回
路１０を有し、この駆動制御回路１０は、ステッピング
モータ３をモータドライバ１１を介して２相励磁方式に
より駆動制御するためのモータ制御回路１２と、移動ス
テージ５の原点位置を検出するための原点検出回路１３
と、移動ステージ５の一往復動作における駆動パターン
を発生する駆動パターン発生回路１４と、２個のホトイ
ンタラプタ７、８の出力に基づき移動ステージ５の一往
復動作の間に脱調が発生したか否かを判定する脱調判定
回路１５を含んでいる。

【００１７】この構成の駆動制御回路１０は上位のコン
トローラ２０の制御の下に移動ステージ５を駆動する。
上位のコントローラ２０からは、駆動パターン選択指令
信号、移動ステージ本体５の起動、停止、原点復帰動作
を指令する信号等が駆動制御回路１０に供給される。

【００１８】図２は、本例の移動ステージ装置１におけ
る原点復帰動作を示すタイミングチャートである。原点
復帰動作は移動ステージ５の一往復動毎に行われる。ま
ず、上位のコントローラ２０から原点移動指令を受ける
と（時点Ｔ１）、駆動パルス（ＣＫ）に基づき生成され
る９０度位相のずれたＡ相およびＢ相電流、並びにモー
タ回転方向を示す方向切り換え信号によって、モータド
ライバ１１を介してステッピングモータ３が駆動され、
移動ステージ５は復動方向（図１の矢印Ｂの方向）に移
動する。

【００１９】ここで、本例のステッピングモータ３は、
図２（ｈ）に模式的に示すように、２相励磁方式により
１回転当たり２０極の停止位置を持っている。従って、
移動ステージ５の駆動パターンの初期位置、すなわち移
動ステージ５の原点位置は、Ａ相およびＢ相の信号波形
が同一状態になる４ステップ角毎となる。１回転当たり
では、図２（ｈ）に太線で示すように５ポイントある。
このような４ステップ角毎の回転位置は、Ａ相およびＢ
相信号をモニターすることにより得られる初期位置検出
信号（ＭＯ）（図２（ｇ））により検出できる。

【００２０】移動ステージ５が復動方向に移動すると、
その遮蔽板９が原点位置検出用センサであるホトインタ
ラプタ８の検出位置に到り、当該ホトインタラプタ８に
よって検出される。すなわち、ホトインタラプタ８を構
成している発光ダイオードとホトトランジスタの間の光
路を遮る位置に遮蔽板９が進入して、ホトインタラプタ
８の出力がオン状態からオフに切り換わる（時点Ｔ
２）。

【００２１】この後は、ステッピングモータの回転方向
の切り換え信号が出力され、ステッピングモータ３は逆
方向にステップ駆動される。この結果、移動ステージ５
は、往動方向（図１の矢印Ａで示す方向）に移動を開始
する。

【００２２】ここで、ステッピングモータ３の４ステッ
プ角毎の回転位置は、初期位置検出信号（ＭＯ）によっ
てモニターされており、往動が開始した後の最初の４ス
テップ角の回転位置が検出されると（時点Ｔ３）、この
位置が原点位置であるとして、駆動が停止される。従っ
て、この位置では原点位置センサはオンとなり、移動ス
テージは検出されない結果となる。このような原点位置
復帰動作時におけるステッピングモータ３の駆動状態
は、図２（ｈ）の実線Ｃによって示される通りである。

【００２３】原点位置に停止した状態にある移動ステー
ジ５は、上位のコントローラ２０からの起動指令に基づ
き（時点Ｔ４）、選択された駆動パターンに従って、往
復移動される。

【００２４】次に、脱調判別回路１５によって行われる
移動ステージ５の一往復動作の間に脱調が発生したか否
かを検出するための動作を説明する。まず、図３に示す
ように、ステッピングモータ３が脱調した場合には、そ
の脱調時点と同一のＡ、Ｂ相信号波形状態が次に得られ
るまではステッピグモータ３のステップ駆動は再開され
ない。Ａ、Ｂ相信号の位相差は９０度であるので、１回
の脱調によるステップ駆動の遅れは４ステップ角分とな
る。

【００２５】本例では、ステッピングモータ３の４ステ
ップ角分に対応する移動ステージ５の移動距離だけ、脱
調検出用センサとしてのホトインタラプタ８を、原点位
置検出用センサとしてのホトインタラプタ７よりも復動
側に離してある。この結果、次のようにして脱調が発生
したか否かを判別できる。

【００２６】図４を参照して説明すると、脱調が発生し
ていない場合には、移動ステージ５の往動距離および復
動距離は同一であるので、当該移動ステージ５は原点位
置から移動を開始して再び原点位置に戻る。

【００２７】ここで、原点位置は、図２を参照して説明
したように、原点位置検出用のホトインタラプタ７より
も往動側の位置であって、４ステップ角に相当する移動
距離よりも短い位置である。

【００２８】よって、図４（ａ）に示すように、正常動
作の場合には、移動ステージ５の遮蔽板９は、脱調検出
用センサであるホトインタラプタ８によってのみ検出さ
れ、原点位置検出用センサであるホトインタラプタ７に
よっては検出されない。すなわち、ホトインタラフタ８
の出力はオン状態からオフ状態に切り換わるのに対し
て、ホトインタラプタ７の出力はオン状態のままであ
る。

【００２９】これに対して、往動時に脱調が１回以上発
生した場合には、往動時の移動距離が少なくとも４ステ
ップ分少なくなり、復動時の移動距離は正常のままとな
る。この結果、移動ステージ５は、復動終了時には、原
点位置検出用センサであるホトインタラプタ７による検
出位置まで移動し、双方のホトインタラプタ７、８の出
力がオン状態からオフ状態に切り換わる。よって、これ
らの出力信号の変化に基づき、往動時に脱調が発生した
との判別を行うことができる。

【００３０】次に、復動時に脱調が１回以上発生した場
合には、往動時の移動距離は正常であるが、復動時の移
動距離が少なくとも４ステップ分少なくなる。この結
果、移動ステージ５は、復動終了時には、脱調検出用セ
ンサであるホトインタラプタ８の検出位置まで戻ること
ができず、双方のホトインタラプタ７、８の出力はオン
状態のままに保持される。よって、これらの出力信号の
変化に基づき、復動時に脱調が発生したとの判別を行う
ことができる。

【００３１】図４（ｄ）には上記の脱調判定回路１５に
よる判定パターンを一覧表にして示してある。

【００３２】なお、図５には脱調判定回路１５の回路構
成例を示してある。この図に示すように、脱調判定回路
１５は、３個のＤ型フリップフロップ１５１〜１５３
と、インバータ１５４と、アンド回路１５５と、オア回
路１５６から構成することができる。

【００３３】本例の移動ステージ装置１は例えば車間セ
ンサ用アクチュエータとして利用することができる。こ
の場合には、移動ステージ５に導波管を乗せ、一定の駆
動パターンで左右に移動ステージを往復移動させなが
ら、導波管から電磁波を発射し、前方の物体に照射すれ
ばよい。前方の物体からの反射波をパラボラアンテナで
受信し、ドップラ効果を利用することにより物体までの
距離を測定できる。この場合、移動ステージ装置１に脱
調が発生した場合には、予定した駆動パターンで導波管
を往復移動できないので、当該導波管から発射されて前
方の物体から戻ってきた反射波に基づく測定データは不
良となる。従って、本例の移動ステージ装置１における
ような脱調判定回路によって脱調の発生が検出された場
合には、当該不良データを測定データから除外すること
により、車間距離の測定の精度、信頼性を高めることが
できる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の移動ステ
ージ装置の脱調検出装置においては、原点位置検出用セ
ンサと脱調検出用センサを備え、これらのセンサ間距離
を、ステッピングモータの１回の脱調によりずれるステ
ップ角数に対応する距離としてある。従って、本発明に
よれば、これら２個のセンサの出力に基づき、移動ステ
ージの一往復動作の間において発生する脱調を検出でき
る。よって、ロータリエンコーダを用いることなく、簡
単で廉価な構成による脱調検出装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した移動ステージ装置の機械的構
成の主要部分を制御系の主要部分と共に示す概略構成図
である。

【図２】図１の移動ステージ装置における移動ステージ
本体の原点復帰動作を示すタイミングチャートである。

【図３】図１の移動ステージ装置における２個のホトイ
ンラタプタの位置関係を示す説明図である。

【図４】図１の移動ステージ装置における脱調判定回路
による脱調判定動作を示す説明図である。

【図５】図１の移動ステージ装置における脱調反転回路
の回路構成の例を示すブロック図である。

【図６】従来の移動ステージ装置における脱調検出機構
を説明するための概略構成図である。

【符号の説明】

１ 移動ステージ装置 ３ ステッピングモータ ４ 送りねじ軸 ５ 移動ステージ ７ ホトインタラプタ（原点位置検出用センサ） ８ ホトインタラプタ（脱調検出用センサ） ９ 移動ステージ本体に取り付けた遮蔽板（検出板） １０ 駆動制御回路 １１ モータドライバ １２ モータ制御回路 １３ 原点検出回路 １４ 駆動パターン発生回路 １５ 脱調判定回路 ２０ 上位のコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F078 CA08 CB02 CB05 CB18 CC03 CC11 5H580 AA10 BB09 CA12 CB03 CB08 FA04 FB03 HH08 HH39

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステッピングモータにより送りねじを正
   逆回転させ、該送りねじ軸の正逆回転により移動ステー
   ジを往復移動させるように構成した移動ステージ装置の
   脱調を検出する脱調検出装置において、 前記移動ステージが原点位置に到ったことを検出するた
   めに用いる原点位置検出用センサと、前記ステッピング
   モータに脱調が発生したことを検出するために用いる脱
   調検出用センサと、前記原点位置検出用センサおよび前
   記脱調検出用センサの出力に基づき前記移動ステージが
   一往復した間に前記ステッピングモータに脱調が発生し
   たか否かを判定する脱調判定手段とを有し、 前記脱調検出用センサは、前記原点位置検出用センサに
   対して、前記移動ステージの往動方向に向けて、前記ス
   テッピングモータの１回の脱調により遅延するステップ
   角数に対応する移動距離だけ離れた位置に配置されてい
   ることを特徴とする移動ステージの脱調検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記脱調判定手段
   は、前記移動ステージの復動終了時に、 前記脱調検出用センサによってのみ前記移動ステージが
   検出された場合には、前記ステッピングモータに脱調が
   発生しなかったものと判定し、前記脱調検出用センサお
   よび前記原点位置検出用センサの双方によって前記移動
   ステージが検出された場合には、前記移動ステージの往
   動時に脱調が発生したものと判定し、前記脱調検出用セ
   ンサおよび前記原点位置検出用センサのいずれにっても
   前記移動ステージが検出されない場合には、前記移動ス
   テージの復動時に脱調が発生したものと判定することを
   特徴とする移動ステージ装置の脱調検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記原点位置検出用センサおよび前記脱調検出用センサ
   は、前記移動ステージに形成されている検出片を光学的
   に検出する光学式センサであることを特徴とする移動ス
   テージ装置の脱調検出装置。