JP2003084838A - 位置決め装置及び位置決め方法 - Google Patents

位置決め装置及び位置決め方法

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JP2003084838A JP2001270974A JP2001270974A JP2003084838A JP 2003084838 A JP2003084838 A JP 2003084838A JP 2001270974 A JP2001270974 A JP 2001270974A JP 2001270974 A JP2001270974 A JP 2001270974A JP 2003084838 A JP2003084838 A JP 2003084838A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、位置決め対象を従来より一層高速に
位置決めすることができる位置決め装置及び位置決め方
法を実現しようとするものである。 【解決手段】位置決め対象を所望位置に移動する位置決
め装置及び位置決め方法において、位置決め対象を所望
の速度及び加速度で移動させ、当該位置決め対象の位置
決め直後に生じる残留振動の振動周期に応じて、当該残
留振動をキャンセルするように当該位置決め対象の加減
速時間及び減速開始のタイミングを調整するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は位置決め装置及び位
置決め方法に関し、例えば半導体素子を基板上に搬送す
るマウンタに適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のマウンタでは、半導体素
子を吸着するヘッドをX軸方向及びY軸方向に移動させ
ながら位置決め制御する際、当該ヘッドの動作パターン
を、いわゆる台形速度指令に基づいて算出された目標軌
道を利用して決定するようになされている。
【0003】この台形速度指令とは、加速、等速、減速
の過程を経て、現在位置から目標位置に到達させるため
の目標軌道である。その一般的な生成方法は、使用する
加速度と速度を決定し、目的とする移動距離に応じて加
速度時間、等速時間、減速時間を変更するものである。
【0004】例えば図12に示すように、移動指令とし
て、移動距離x〔m〕、最大速度V max〔m/s〕、
最大加速度amax〔m/s〕が与えられた場合、各移
動距離において、最大速度に達するまで同じ加速度を用
いて、目標軌道が生成される。そのときの速度軌道は、
図13に示すように、三角形又は台形となり、三角形の
速度軌道である移動距離0〜(Vmax /amax
〔m〕までの間、加速時間及び減速時間は変動する。
【0005】このようなマウンタにおいて、位置決め高
速化のためにヘッドの移動加速度を大きくすると、ヘッ
ド移動時に生じる反力が大きくなり、マウンタの基台か
らヘッド支持部を介してヘッドに至るまでの間で振動を
生じ易くなる。
【0006】この目標位置到着時の残留振動を、目標と
する位置決め精度に押さえるためにはヘッドの駆動系が
本来発生できる加速度よりも小さな加速度を最大加速度
として採用するようになされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
最大速度、最大加速度が固定された目標値生成方式を用
いた場合、最大速度、最大加速度の制約を満たすが、加
減速時間や減速開始のタイミングにより変動する目標軌
道の加減速成分の周波数特性は、考慮されていない。
【0008】この目標軌道における加速度の周波数特性
の変動により、位置決め位置決め対象の制御ポイントに
おける位置決め完了時の残留振動の様子が変化する問題
がある。
【0009】かかる問題を解決すべく、加速時間及び減
速時間を操作することにより位置決め制御における残留
振動の低減方法が提案されている。
【0010】まず第1の方法(特公昭60-29121号公報、
特開平05-270786号公報、特開平06-170769号公報、特開
平07-328965号公報)は、加速時間及び減速時間を振動
の固有周波数の整数倍にすることにより残留振動を減少
させる方法である。この方法は、ロボットマニュピレー
タやクレーン等で使用されており、加速時間が残留振動
周期の整数倍となる位置決めに用いられている。
【0011】しかしマウンタでは加速時間が残留振動の
振動周期よりも短い移動が多いため、この方法をそのま
まマウンタに使用すると、加減速時間を長くして目標軌
道による残留振動の制振を行った場合、図14に示すよ
うに、一般的な目標軌道(残留振動10〔Hz〕の1周期
分の加減速時間0.1〔sec〕)では加減速時間内で目
標位置に到達する短い距離では必ず残留振動の2周期分
の時間かかることになり、高速化が非常に困難となる問
題があった。
【0012】次に第2の方法(特開平2000-298521号公
報)は、位置決め時間をパラメータとしてもつことによ
り最大速度及び最大加速度の条件を満たしつつ、移動時
間と制振の度合いのデータベースを用いることにより制
振を行う方法である。
【0013】しかしこの方法では、それぞれ各装置ごと
に制振を実現するための移動時間と振動の程度について
のデータ作成が必要になり、そのための作業が非常に煩
雑になる問題があった。
【0014】さらに第3の方法(特開平05-108165号公
報)は、目標軌道に対して、移動指令時に与えられる制
振用に設定された周波数(以下、これを制振周波数と呼
ぶ)の周期の半分だけ時間をずらした同じ目標軌道を足
し合わせて2で割る方法である。
【0015】しかしこの方法によると、制振周波数の奇
数倍の振動周波数に対しては制振できるが、単一では偶
数倍の振動周波数に対しては制振できず、さらに同じ手
法を2度以上直列に繰り返すことにより任意の2以上の
周波数について制振できるが、それぞれの制振周波数の
周期の半分を足し合わせた時間、目標軌道生成完了時間
が遅くなるという問題があった。
【0016】従って、これら第1〜第3の方法の問題を
解決する条件として、加速時間、減速時間を位置決め完
了時に発生する最も振幅の大きな残留振動の振動周期に
応じて変更し、この振動をなるべく生じさせないように
することが望ましい。
【0017】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、位置決め対象を従来より一層高速に位置決めするこ
とができる位置決め装置及び位置決め方法を提案しよう
とするものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、位置決め対象を所望位置に移動す
る位置決め装置において、位置決め対象を移動させるた
めに駆動する駆動手段と、位置決め対象を所望の速度及
び加速度で移動させるように駆動手段を制御する制御手
段とを設け、制御手段は、位置決め対象の位置決め直後
に生じる残留振動の振動周期に応じて、当該残留振動を
キャンセルするように当該位置決め対象の加減速時間及
び減速開始のタイミングを調整するように駆動手段を制
御するようにした。
【0019】この結果、この位置決め装置では、位置決
め時に位置決め対象に生じた残留振動を効率良くキャン
セルすることができる。
【0020】また本発明においては、位置決め対象を所
望位置に移動する位置決め方法において、位置決め対象
を所望の速度及び加速度で移動させ、当該位置決め対象
の位置決め直後に生じる残留振動の振動周期に応じて、
当該残留振動をキャンセルするように当該位置決め対象
の加減速時間及び減速開始のタイミングを調整するよう
にした。
【0021】この結果、この位置決め方法では、位置決
め時に位置決め対象に生じた残留振動を効率良くキャン
セルすることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下図面について、本発明の一実
施の形態を詳述する。
【0023】(1)本実施の形態によるマウンタの構成 図1において、1は全体として本実施の形態によるマウ
ンタを示し、当該マウンタ1は、基板搬送部2が供給さ
れる加工対象の基板3を架台4上の所定位置にまで搬送
し、これを当該所定位置において所定時間固定保持する
ようになされている。
【0024】この架台4上には、当該架台4に対して矢
印aで示す前方向及びこれと逆方向の後方向に移動自在
の第1の可動体5と、第1の可動体5に対して矢印bで
示す右方向及びこれと逆の左方向に移動自在の第2の可
動体6と、第2の可動体6に対して矢印cで示す上方向
及びこれと逆の下方向に移動自在の第3の可動体7とを
順次介してヘッド8が配設されている。
【0025】ヘッド8は、第3の可動体7に固着された
ヘッド本体(図示せず)を有し、当該ヘッド本体の排気
口が図示しない管を介して負圧源(図示せず)と接続さ
れており、かくして負圧源から管を介してヘッド8に与
えられる負圧に基づいてヘッド8の下端部が半導体素子
を吸着し得るようになされている。
【0026】これによりこのマウンタ1では、負圧源
と、第1、第2及び第3の可動体5〜7でなる可動部1
0とを駆動することにより、架台4上に供給された半導
体素子をヘッド8の下端部に吸着して搬送でき、かくし
て基板3の対応するランド上に半導体素子をマウントす
ることができるようになされている。
【0027】実際上このマウンタ1では、動作時、基板
搬送部2が供給された加工対象の基板3を架台上の所定
位置にまで搬送して固定保持した後、可動部10が駆動
してヘッド8を半導体素子の供給位置の上方にまで移動
させ、下降させることにより当該ヘッド8の下端部を供
給位置にある半導体素子に密着又は近接させる。
【0028】続いて負圧源が駆動することによりヘッド
8による半導体素子の吸引を開始し、当該ヘッド8の下
端部に半導体素子を1つずつ吸着させる。
【0029】次いで可動部10が駆動してヘッド8を上
昇させ、基板搬送部2に固定保持されている基板3上方
の所定位置にまで当該ヘッド8を移動させた後、これを
下降させる。
【0030】さらにヘッド8に吸引保持された半導体素
子が基板3の対応するランドに接したところで可動部1
0を停止させ、続いて負圧源の駆動を停止させることに
より半導体素子の吸引保持を停止する。これによりヘッ
ド8の下端部に吸着された半導体素子を基板3上にマウ
ントする。
【0031】かくしてこのマウンタ1では、この後可動
部10が駆動してヘッド8を上昇させると共に、基板搬
送部2がこの基板3を送り、この後同様の動作を順次繰
り返すことにより、基板搬送部2に供給される基板3に
対して順次所定のランド上に半導体素子をマウントする
ようになされている。
【0032】(2)マウンタのハードウェア構成 図2は、上述したマウンタ1における各種動作を制御す
る制御部20の回路構成を示す。この制御部20は、全
体の制御を司るCPU(Central Processing Unit )2
1と、各種ソフトウェアが格納されたROM(Read Onl
y Memory)22と、CPU21のワークメモリとしての
RAM(Random Access Memory)23と、CPU21が
ネットワークを介して外部と通信するためのインターフ
ェース部24とを有し、これらがバス25を介して相互
に接続されることにより構成されている。
【0033】さらに制御部20には、バス25を介して
D/A変換器26、A/D変換器27及びカウンタ28
が接続されており、CPU21から供給される駆動デー
タD1をD/A変換器26を介してアナログ電圧に変換
した後、当該アナログ電圧をの制御の下で発生される所
定電圧をパワーアンプ29を介して増幅させて可動部1
0(図1)のアクチュエータ30に与えることにより、
当該可動部10を形成する第1、第2及び第3の可動体
5〜7を所望状態に駆動するようになされている。
【0034】そして第1、第2及び第3の可動体5〜7
にはアナログ計測器31及びディジタル計測器32が取
り付けられており、当該第1、第2及び第3の可動体5
〜7のアクチュエータ本体又はボールねじ、ラック・ピ
ニオン、タイミングブルト等の動力伝達機構の駆動状態
をアナログ量又はディジタル量で計測し、アナログ量の
計測結果は計測器アンプ33を介して増幅した後、制御
20部内のA/D変換器27でディジタル変換してCP
U21に送出する一方、ディジタル量の計測結果は制御
部20内のカウンタ28を介して計数値に変換してCP
U21に送出する。
【0035】この結果CPU21は、可動部10(図
1)を形成する第1、第2及び第3の可動体5〜7の駆
動状態に基づいて、当該第1、第2及び第3の可動体5
〜7を所望状態にフィードバック制御し得る。
【0036】またCPU21は、外部の上位アプリケー
ション34から与えられる移動指令情報D2や制振周波
数f〔Hz〕を表す周波数情報D3(共に後述する図
5)、各種センサ情報D4をインターフェース部24を
介して取り込み、当該移動指令情報等D2〜D4等と、
ROM22に格納されているソフトウェアとに基づいて
各種処理を実行する。
【0037】(3)本実施の形態による目標軌道生成方
法 (3−1)振動をキャンセルするための原理
【0038】移動中の位置決め対象を位置決めさせた直
後に生じる残留振動をキャンセルする場合、当該位置決
め対象を加速して制振させる(以下、これを加速制振と
呼ぶ)方法と減速して制振させる(以下、これを減速制
振と呼ぶ)方法の2通りの制振方法を組み合わせて、上
述した台形速度指令に基づく目標軌道の生成に適用させ
る。
【0039】ここで加速制振とは、インパルス入力に対
する振動のような任意の力の入力により生じる振動を、
位置決め対象に生じる残留振動の半周期後に同じ方向に
同じだけの力で加えることにより、当該残留振動をキャ
ンセルさせる制御である。
【0040】具体的には図3(A)及び(B)に示すよ
うに、第1のインパルス入力(約25〔N〕)IP1を加
えた時点から0.02〔sec〕後に第2のインパルス入力I
P2を同じ方向に同じだけの力で加えると(図3
(B))、第1のインパルス入力IP1に応じた振動V
A1に対して半周期後に第2のインパルス入力IP2に
応じた振動VA2を加えることで残留振動がキャンセル
された振動振幅VA3を得ることができる。
【0041】この加速制振の原理を台形速度指令に基づ
く目標軌道の生成に適用するには、加減速時間を位置決
め対象に生じる残留振動の1周期の正の整数倍の時間と
なるようにインパルス入力を与えて調整することによ
り、当該残留振動をキャンセルさせる。
【0042】一方、減速制振とは、インパルス入力に対
する振動のような任意の力の入力により生じる振動を、
位置決め対象に生じる残留振動の1周期の正の整数倍時
間後に逆方向に同じだけの力で加えることにより、当該
残留振動をキャンセルさせる制御である。
【0043】具体的には図4(A)及び(B)に示すよ
うに、第1のインパルス入力(約25〔N〕)IP3を加
えた時点から0.04〔sec〕後に第2のインパルス入力I
P4を逆方向に同じだけの力で加えると(図4
(B))、第1のインパルス入力IP3に応じた振動V
A5に対して1周期の正の整数倍時間後に第2のインパ
ルス入力IP4に応じた振動VA6を加えることで残留
振動がキャンセルされた振動振幅VA7を得ることがで
きる。
【0044】この減速制振の原理を台形速度指令に基づ
く目標軌道の生成に適用するには、加速開始時間から位
置決め対象に生じる残留振動の1周期の正の整数倍時間
後に減速を開始するようにインパルス入力を与えて調整
することにより、当該残留振動をキャンセルさせる。
【0045】このように加速制振及び減速制振の両方式
について、位置決め対象の移動距離に応じて選択的に切
り換えながら、当該両方式をつなぎ合わせることによ
り、位置決め対象がどのような移動距離をとった場合で
も残留振動をキャンセルさせ得るような最も高速移動が
可能な目標軌道を導出することができる。
【0046】(3−2)目標軌道生成処理 実際にCPU21は、図5に示す目標軌道生成処理手順
RT0に従って、位置決め対象の移動時における台形速
度指令に基づく目標軌道を、上述した加速制振及び減速
制振の組み合わせを用いて生成する。
【0047】まずCPU21は、ステップSP1におい
て、移動距離x〔m〕、最大速度v max〔m/s〕、
最大加速度amax〔m/s〕からなる移動指令情報
D2と、制振周波数f〔Hz〕を表す周波数情報D3
とを上位アプリケーションから受けると、続くステップ
SP2に進んで、このうち最大速度vmax〔m/
s〕、最大加速度amax〔m/s〕及び制振周波数f
〔Hz〕に基づいて、以下に述べる制振パラメータの
生成判別処理を実行する。
【0048】この制振パラメータの生成判別処理では、
図6に示すように、まず最大加速度amax〔m/
s〕で制振する制振周波数f〔Hz〕の1周期分の
時間1/f加速したときの速度(以下、これを制振周
波数速度と呼ぶ)をvfeq(=amax/f)〔m
/s〕としたとき、ヘッド駆動系の仕様で決まる最大速
度vmax〔m/s〕を例えば6通り(低速、第1及び
第2の中速、第1、第2及び第3の高速)に場合分けを
行う。
【0049】本実施の形態では、最大速度vmax〔m
/s〕が次式
【0050】
【数1】
【0051】で示すように、0以上で制振周波数速度v
feq以下のときには、低速であると判別し、次式
【0052】
【数2】
【0053】で示すように、制振周波数速度vfeq
り大きく制振周波数速度vfeqの2分の3倍以下のと
きには、第1の中速であると判別し、次式
【0054】
【数3】
【0055】で示すように、制振周波数速度vfeq
2分の3倍より大きく制振周波数速度vfeqの2倍以
下のときには、第2の中速であると判別し、次式
【0056】
【数4】
【0057】で示すように、制振周波数速度vfeq
2倍より大きく制振周波数速度vfe の2分の5倍以
下のときには、第1の高速であると判別し、次式
【0058】
【数5】
【0059】で示すように、制振周波数速度vfeq
2分の5倍より大きく制振周波数速度vfeqの3分の
8倍以下のときには、第2の高速であると判別し、次式
【0060】
【数6】
【0061】で示すように、制振周波数速度vfeq
3分の8倍より大きく制振周波数速度vfeqの3倍以
下のときには、第3の高速であると判別する。
【0062】なお、例として取り上げた場合分け使用時
の制限として、最大速度vmax〔m/s〕が制振周波
数速度vfeq〔m/s〕の3倍以下であるか、又は制
振周波数f〔Hz〕が3×amax/vmax〔H
z〕以下であることとする。
【0063】続いてCPU21は、ステップSP3に進
んで、上述の判別結果として得られた6通り(低速、第
1及び第2の中速、第1、第2及び第3の高速)の最大
速度vmax〔m/s〕について、それぞれ移動距離x
〔m〕に応じた制振最大速度v〔m/s〕及び制振最
大加速度a〔m/s〕を計算する。
【0064】具体的には、まず低速の場合、図7に示す
ように、移動距離x〔m〕が次式
【0065】
【数7】
【0066】で表す範囲内では、1周期の減速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0067】
【数8】
【0068】のように、移動距離x〔m〕と制振周波数
〔Hz〕との積に設定され、また制振最大加速度a
〔m/s〕は、次式
【0069】
【数9】
【0070】のように、最大加速度amax〔m/
s〕と等しい値に設定される(図7に示す実線L
A)。
【0071】また移動距離x〔m〕が次式
【0072】
【数10】
【0073】で表す範囲内では、1周期の加速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0074】
【数11】
【0075】のように、最大速度vmax〔m/s〕と
等しい値に設定され、また制振最大加速度a〔m/s
〕は、次式
【0076】
【数12】
【0077】のように、最大速度vmax〔m/s〕と
制振周波数f〔Hz〕との積に設定される(図7に示
す破線LB)。
【0078】続いて中速(第1及び第2の中速)の場
合、図8に示すように、移動距離x〔m〕が次式
【0079】
【数13】
【0080】で表す範囲内では、1周期の減速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0081】
【数14】
【0082】のように、移動距離x〔m〕と制振周波数
〔Hz〕との積に設定され、また制振最大加速度a
〔m/s〕は、次式
【0083】
【数15】
【0084】のように、最大加速度amax〔m/
s〕と等しい値に設定される(図8に示す実線L
C)。
【0085】また移動距離x〔m〕が次式
【0086】
【数16】
【0087】で表す範囲内では、1周期の加速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0088】
【数17】
【0089】のように、制振周波数速度vfeq〔m/
s〕と等しい値に設定され、また制振最大加速度a
〔m/s〕は、次式
【0090】
【数18】
【0091】のように、最大加速度amax〔m/
s〕と等しい値に設定される(図8に示す破線L
D)。
【0092】そして移動距離x〔m〕が次式
【0093】
【数19】
【0094】で表す範囲内では、2周期の減速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0095】
【数20】
【0096】のように、移動距離x〔m〕と制振周波数
〔Hz〕との積の半分の値に設定され、また制振最
大加速度a〔m/s〕は、次式
【0097】
【数21】
【0098】のように、最大加速度amax〔m/
s〕と等しい値に設定される(図8に示す破線L
E)。
【0099】さらに移動距離x〔m〕が数(19)で示
す最大値を越えた場合には、第1の中速と第2の中速と
では異なる値をとる。
【0100】すなわち第1の中速の場合、移動距離x
〔m〕が次式
【0101】
【数22】
【0102】で表す範囲内では、1周期の加速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0103】
【数23】
【0104】のように、制振周波数速度vfeqと等し
い値に設定され、また制振最大加速度a〔m/s
は、次式
【0105】
【数24】
【0106】のように、最大加速度amax〔m/
s〕と等しい値に設定される(図8に示す破線L
F)。
【0107】そして移動距離x〔m〕が次式
【0108】
【数25】
【0109】で表す範囲内では、2周期の加速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0110】
【数26】
【0111】のように、最大速度vmax〔m/s〕と
等しい値に設定され、また制振最大加速度a〔m/s
〕は、次式
【0112】
【数27】
【0113】のように、最大速度vmax〔m/s〕と
制振周波数f〔Hz〕との積の半分の値に設定される
(図8に示す実線LG)。
【0114】一方、第2の中速の場合、移動距離x
〔m〕が次式
【0115】
【数28】
【0116】で表す範囲内では、1周期の加速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0117】
【数29】
【0118】のように、最大速度vmax〔m/s〕と
等しい値に設定され、また制振最大加速度a〔m/s
〕は、次式
【0119】
【数30】
【0120】のように、最大速度vmax〔m/s〕と
制振周波数f〔Hz〕との積の半分の値に設定される
(図8に示す破線LF)。
【0121】続いて高速(第1、第2及び第3の高速)
の場合、図9に示すように、移動距離x〔m〕が次式
【0122】
【数31】
【0123】で表す範囲内では、1周期の減速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0124】
【数32】
【0125】のように、移動距離x〔m〕と制振周波数
〔Hz〕との積に設定され、また制振最大加速度a
〔m/s〕は、次式
【0126】
【数33】
【0127】のように、最大加速度amax〔m/
s〕と等しい値に設定される(図9に示す実線L
H)。
【0128】また移動距離x〔m〕が次式
【0129】
【数34】
【0130】で表す範囲内では、1周期の加速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0131】
【数35】
【0132】のように、制振周波数速度vfeq〔m/
s〕と等しい値に設定され、また制振最大加速度a
〔m/s〕は、次式
【0133】
【数36】
【0134】のように、最大加速度amax〔m/
s〕と等しい値に設定される(図9に示す破線L
I)。
【0135】そして移動距離x〔m〕が次式
【0136】
【数37】
【0137】で表す範囲内では、2周期の減速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0138】
【数38】
【0139】のように、移動距離x〔m〕と制振周波数
〔Hz〕との積の半分の値に設定され、また制振最
大加速度a〔m/s〕は、次式
【0140】
【数39】
【0141】のように、最大加速度amax〔m/
s〕と等しい値に設定される(図9に示す破線L
J)。
【0142】さらに移動距離x〔m〕が次式
【0143】
【数40】
【0144】で表す範囲内では、2周期の加速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0145】
【数41】
【0146】のように、制振周波数速度vfeq〔m/
s〕の2倍の値に設定され、また制振最大加速度a
〔m/s〕は、次式
【0147】
【数42】
【0148】のように、最大加速度amax〔m/
s〕と等しい値に設定される(図9に示す破線L
K)。
【0149】さらに移動距離x〔m〕が次式
【0150】
【数43】
【0151】で表す範囲内では、2周期の加速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0152】
【数44】
【0153】のように、移動距離x〔m〕と制振周波数
〔Hz〕との積の3分の1の値に設定され、また制
振最大加速度a〔m/s〕は、次式
【0154】
【数45】
【0155】のように、最大加速度amax〔m/
s〕と等しい値に設定される(図9に示す破線L
L)。
【0156】さらに移動距離x〔m〕が数(43)で示
す最大値を越えた場合には、第1及び第2の高速と第3
の高速とでは異なる値をとる。
【0157】すなわち第1及び第2の高速の場合、移動
距離x〔m〕が次式
【0158】
【数46】
【0159】で表す範囲内では、2周期の加速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0160】
【数47】
【0161】のように、制振周波数速度vfeqの2倍
の値に設定され、また制振最大加速度a〔m/s
は、次式
【0162】
【数48】
【0163】のように、最大加速度amax〔m/
s〕と等しい値に設定される(図9に示す破線L
N)。
【0164】そして移動距離x〔m〕が次式
【0165】
【数49】
【0166】で表す範囲内では、4周期の減速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0167】
【数50】
【0168】のように、移動距離x〔m〕と制振周波数
〔Hz〕との積の4分の1の値に設定され、また制
振最大加速度a〔m/s〕は、次式
【0169】
【数51】
【0170】のように、最大加速度amax〔m/
s〕と等しい値に設定される(図9に示す破線L
O)。
【0171】さらに移動距離x〔m〕が数(49)で示
す最大値を越えた場合には、第1の高速と第2の高速と
では異なる値をとる。
【0172】すなわち第1の高速の場合、移動距離x
〔m〕が次式
【0173】
【数52】
【0174】で表す範囲内では、2周期の加速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0175】
【数53】
【0176】のように、制振周波数速度vfeqの2倍
の値に設定され、また制振最大加速度a〔m/s
は、次式
【0177】
【数54】
【0178】のように、最大加速度amax〔m/
s〕と等しい値に設定される(図9に示す破線L
P)。
【0179】そして移動距離x〔m〕が次式
【0180】
【数55】
【0181】で表す範囲内では、3周期の加速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0182】
【数56】
【0183】のように、最大速度vmax〔m/s〕と
等しい値に設定され、また制振最大加速度a〔m/s
〕は、次式
【0184】
【数57】
【0185】のように、最大速度vmax〔m/s〕と
制振周波数f〔Hz〕との積の3分の1の値に設定さ
れる(図9に示す実線LM)。
【0186】一方、第2の高速の場合、移動距離x
〔m〕が次式
【0187】
【数58】
【0188】で表す範囲内では、3周期の加速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0189】
【数59】
【0190】のように、最大速度vmax〔m/s〕と
等しい値に設定され、また制振最大加速度a〔m/s
〕は、次式
【0191】
【数60】
【0192】のように、最大速度vmax〔m/s〕と
制振周波数f〔Hz〕との積の3分の1の値に設定さ
れる(図9に示す実線LM)。
【0193】これに対して、第3の高速の場合、移動距
離x〔m〕が次式
【0194】
【数61】
【0195】で表す範囲内では、3周期の加速制振を行
うことにより、制振最大速度v〔m/s〕は、次式
【0196】
【数62】
【0197】のように、最大速度vmax〔m/s〕と
等しい値に設定され、また制振最大加速度a〔m/s
〕は、次式
【0198】
【数63】
【0199】のように、最大速度vmax〔m/s〕と
制振周波数f〔Hz〕との積の3分の1の値に設定さ
れる(図9に示す実線LM)。
【0200】このようにして制振パラメータの生成方法
判別の結果に応じて、6通りに場合分けされた速度(低
速、第1及び第2の中速、第1〜第3の高速)につい
て、それぞれ移動距離x〔m〕に応じた制振最大速度v
〔m/s〕、制振最大加速度a〔m/s〕を決定す
ることができる。
【0201】この後CPU21は、ステップSP4に進
んで、制振最大速度v〔m/s〕及び制振最大加速度
〔m/s〕と移動指令情報のうちの移動距離x
〔m〕とに基づいて、実時間処理にて時々刻々の目標軌
道を生成することができる。
【0202】(4)ジャークフィルタ演算処理 上述した目標軌道生成処理手順RT0(図5)に続く処
理として、いわゆるジャークフィルタを用いた制御演算
処理を実行することにより、加速度の変化を滑らかにし
て高周波域の振動を励起しないように動かすといったジ
ャーク(加速度の微分値)特有の効果を目標軌道の生成
に反映させることができる。
【0203】ここで、nを遅れサンプル数(1以上の整
数)とし、ジャークフィルタにより減衰させる周波数
(以下、これをジャーク周波数と呼ぶ)をfjerk〔H
z〕とし、サンプル値制御におけるサンプリング周波数
をfsample〔Hz〕とし、サンプル値制御における遅れ
演算子をz-1としたとき、ジャークフィルタによるレス
ポンスG(z-1)は、次式
【0204】
【数64】
【0205】
【数65】
【0206】で表される。但し、目標軌道の生成時間は
サンプル数n分長くなる。
【0207】このジャークフィルタによるレスポンスG
(z-1)を用いて、サンプル数n=1、2、3、10とし
たときの周波数特性F1、F2、F3、F10を図6に示
す。この図6で、横軸はサンプリング周波数f
sample〔Hz〕により正規化した周波数を示す。
【0208】またジャークフィルタを用いる前と後の三
角速度波形と台形速度波形の様子を図11(A)及び
(B)に示す(使用前を破線で示し、使用後を実線で示
す)。この図11(A)及び(B)では、ジャークフィ
ルタにおけるサンプル数n=100であり、サンプリング
周波数fsampleは4000〔Hz〕である。
【0209】このように目標軌道生成後にジャークフィ
ルタを用いることにより、具体的にどの周波数成分を刺
激しない目標軌道となるのかがはっきりと判別でき、ジ
ャークを含んでいることによる目標軌道生成完了時間の
遅れ時間1/fjerk〔sec〕もはっきりと把握でき、遅
れサンプル数nを指定することによりサンプリング間隔
の正の整数分の1という制約はつくもののほぼ任意に、
制御周期であるサンプリング間隔に対して比較的高周波
成分の振動を減少させることが可能となる。
【0210】またジャークフィルタを用いた目標軌道生
成において、ジャーク(加速度の微分値)の大きさによ
る場合分けが必要なくなるなど、簡略化でき、さらにジ
ャークが位置決め完了時の残留振動に与える影響をフィ
ルタの周波数特性として考慮することができる等、ジャ
ークの大きさの設定について試行錯誤する必要がなくな
る。
【0211】さらにフィードフォワード制御器として、
ジャークフィルタを使用することにより、制振パラメー
タ演算部で求めた、残留振動を低減する制振最大速度、
制振最大加速度のパラメータの残留振動を低減した目標
軌道の周波数特性に付加する、すなわち畳み込まれる形
でジャークフィルタの性質が反映されることとなる。
【0212】(5)本実施の形態による動作及び効果 以上の構成において、このマウンタ1では、半導体素子
を吸着するヘッド8をX軸方向及びY軸方向に移動させ
ながら所望位置に位置決めさせたときに、当該ヘッド駆
動系の仕様で決まる最大速度vmax〔m/s〕を判別して
所定条件下で6通り(低速、第1及び第2の中速、第1
〜第3の高速)に場合分けを行う。
【0213】続いて6通りに場合分けされたヘッド8の
最大速度vmax〔m/s〕について、各速度ごとに、移動
距離x〔m〕に応じて加速制振又は減速制振を選択的に
切り換えながら、当該ヘッド8に生じる残留振動を効率
良くキャンセルすることができるような制振最大速度v
〔m/s〕及び制振最大加速度a〔m/s〕を決定
する。
【0214】この後、ヘッド8の移動距離x〔m〕に応
じて決定された制振最大速度v〔m/s〕及び制振最
大加速度a〔m/s〕に基づいて、時々刻々と変化
するヘッド8の動作パターンに合わせて最速な目標軌道
を実時間処理で生成することができる。
【0215】このようにヘッド8の位置決め完了時に生
じる比較的低周波で振動振幅の大きな残留振動の周波数
を特定することにより、残留振動を誘発する周波数及び
その正の整数倍の周波数成分を低減した目標軌道を、移
動距離x〔m〕に応じた制振最大速度v〔m/s〕及
び制振最大加速度a〔m/s〕の調整により生成す
ることができる。
【0216】さらにヘッド8の移動の際に当該ヘッド8
の荷重が変更し、位置決め時に生じる残留振動の様子が
変化するような場合でも、予め位置決め完了時のヘッド
8の残留振動の様子を把握しておけば、移動指令時に残
留振動の周波数を制振周波数として反映させることによ
り、移動距離ごとに変動する残留振動にも対応すること
が可能になる。
【0217】これに加えて、ヘッド8の動作パターンを
決定するための目標軌道を生成した後、ジャークフィル
タを通過させることにより、目標軌道生成時にジャーク
を考慮しなくても比較的高周波成分の振動を減少させる
ことができ、より演算量の少ない目標軌道を生成するこ
とができる。
【0218】以上の構成によれば、このマウンタ1にお
いて、移動時のヘッド8を所望位置に位置決めさせたと
きに、ヘッド駆動系の仕様で決まる最大速度vmax〔m
/s〕及び最大加速度amax〔m/s〕の制限の下
で、当該位置決め完了時にヘッド8に生じる残留振動の
振動周期に応じて加減速時間及び減速開始のタイミング
を調整して、当該残留振動の周波数の正の整数倍となる
振動成分を制振した後、当該調整結果を目標軌道の生成
に反映させるようにしたことにより、位置決め時にヘッ
ド8に生じた残留振動を効率良くキャンセルすることが
でき、かくしてヘッド8を従来より一層高速に位置決め
することができるマウンタ1を実現できる。
【0219】さらに目標軌道の生成後にジャークフィル
タを用いることにより、比較的高周波成分の振動を減少
させ得る分、より高速な目標軌道を生成させることがで
き、位置決め時にヘッド8に生じた残留振動を一層効率
良くキャンセルすることができ、かくしてヘッド8を従
来より一層高速に位置決めすることができるマウンタ1
を実現できる。
【0220】(6)他の実施の形態 なお上述の実施の形態においては、位置決め対象を所望
位置に移動する位置決め装置として、図1に示すような
マウンタ1を適用するようにした場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、位置決め対象が駆動源の駆
動に応じて動力伝達されるような構成を有する、その他
種々の位置決め装置に広く適用することができる。
【0221】また本実施の形態においては、制御手段と
してのCPU21がヘッド(位置決め対象)8を所望の
速度及び加速度で移動させるようにアクチュエータ(駆
動手段)30を制御することを前提として、ヘッド8の
位置決め直後に生じる残留振動の振動周期に応じて、当
該残留振動をキャンセルするように当該ヘッド8の加減
速時間及び減速開始のタイミングを調整するようにアク
チュエータ30を制御するようにした場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、要は、ヘッド8の加減速
時間が当該ヘッド8の位置決め直後の残留振動の振動周
期より短くなる場合でも当該残留振動をキャンセルする
ことができれば、この他種々の方法によりアクチュエー
タ30を駆動制御するようにしても良い。
【0222】さらに本実施の形態においては、制御手段
としてのCPU21は、ヘッド8の位置決め直後に生じ
る残留振動の半周期後に同じ方向に同じだけの力で振動
を加えて、ヘッド8の加減速時間を、当該残留振動の1
周期の正の整数倍の時間に調整すると共に、当該残留振
動の1周期の正の整数倍時間後に逆方向に同じだけの力
で振動を加えて、ヘッド8の減速開始のタイミングを、
加速開始時間から残留振動の1周期の正の整数倍時間後
に調整するようにした場合について述べたが、本発明は
これに限らず、ヘッド8の加減速時間及び減速開始のタ
イミングは残留振動をキャンセルできれば種々の状態に
調整するようにしても良い。
【0223】さらに本実施の形態においては、制御手段
としてのCPU21は、アクチュエータ(駆動手段)3
0の仕様で決定する最大速度を6通りのレベルに場合分
けし、当該各レベルごとに、ヘッド8の位置決め直後に
生じる残留振動の振動周期に応じてヘッド8の加減速時
間及び減速開始のタイミングを調整するようにした場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、駆動手段の
仕様で決定する最大速度の制限下であれば、5通り以下
又は7通り以上の任意のレベルで場合分けをするように
しても良い。
【0224】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、位置決め
対象を所望位置に移動する位置決め装置において、位置
決め対象を移動させるために駆動する駆動手段と、位置
決め対象を所望の速度及び加速度で移動させるように駆
動手段を制御する制御手段とを設け、制御手段は、位置
決め対象の位置決め直後に生じる残留振動の振動周期に
応じて、当該残留振動をキャンセルするように当該位置
決め対象の加減速時間及び減速開始のタイミングを調整
するように駆動手段を制御するようにしたことにより、
位置決め時に位置決め対象に生じた残留振動を効率良く
キャンセルすることができ、かくして位置決め対象を従
来より一層高速に位置決めすることができる位置決め装
置を実現できる。
【0225】また本発明によれば、位置決め対象を所望
位置に移動する位置決め方法において、位置決め対象を
所望の速度及び加速度で移動させ、当該位置決め対象の
位置決め直後に生じる残留振動の振動周期に応じて、当
該残留振動をキャンセルするように当該位置決め対象の
加減速時間及び減速開始のタイミングを調整するように
したことにより、位置決め時に位置決め対象に生じた残
留振動を効率良くキャンセルすることができ、かくして
位置決め対象を従来より一層高速に位置決めすることが
できる位置決め方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態によるマウンタの構成を示す略線
的な斜視図である。
【図2】図1に示すマウンタ内部のハードウェア構成を
示すブロック図である。
【図3】加速制振の説明に供するグラフである。
【図4】減速制振の説明に供するグラフである。
【図5】目標軌道生成処理手順の説明に供するフローチ
ャートである。
【図6】ヘッド駆動系の仕様で決まる最大速度の場合分
けについての説明に供するグラフである。
【図7】低速の場合における制振最大速度及び制振最大
加速度の算出方法の説明に供するグラフである。
【図8】中速の場合における制振最大速度及び制振最大
加速度の算出方法の説明に供するグラフである。
【図9】高速の場合における制振最大速度及び制振最大
加速度の算出方法の説明に供するグラフである。
【図10】ジャークフィルタの周波数特性を表すグラフ
である。
【図11】ジャークフィルタの使用前後の速度及び加速
度を表すグラフである。
【図12】従来の目標軌道生成方法の説明に供する概念
図である。
【図13】従来の目標軌道を表すグラフである。
【図14】従来の目標軌道を表すグラフである。
【符号の説明】
1……マウンタ、8……ヘッド、5〜7……第1〜第3
の可動体、10……可動部、20……制御部、21……
CPU、30……アクチュエータ、D2……移動指令情
報、D3……周波数情報、RT0……目標軌道生成処理
手順。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成14年8月8日(2002.8.8)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0048
【補正方法】変更
【補正内容】
【0048】この制振パラメータの生成判別処理では、
図6に示すように、まず最大加速度amax〔m/
s〕で制振する制振周波数f〔Hz〕の1周期分の
時間1/f加速したときの速度(以下、これを制振周
波数速度と呼ぶ)をvfreq(=amax/f
〔m/s〕としたとき、ヘッド駆動系の仕様で決まる最
大速度vmax〔m/s〕を例えば6通り(低速、第1
及び第2の中速、第1、第2及び第3の高速)に場合分
けを行う。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0051
【補正方法】変更
【補正内容】
【0051】で示すように、0以上で制振周波数速度v
freq以下のときには、低速であると判別し、次式
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0053
【補正方法】変更
【補正内容】
【0053】で示すように、制振周波数速度vfreq
より大きく制振周波数速度vfreqの2分の3倍以下
のときには、第1の中速であると判別し、次式
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0055
【補正方法】変更
【補正内容】
【0055】で示すように、制振周波数速度vfreq
の2分の3倍より大きく制振周波数速度vfreqの2
倍以下のときには、第2の中速であると判別し、次式
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0057
【補正方法】変更
【補正内容】
【0057】で示すように、制振周波数速度vfreq
の2倍より大きく制振周波数速度v reqの2分の5
倍以下のときには、第1の高速であると判別し、次式
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0059
【補正方法】変更
【補正内容】
【0059】で示すように、制振周波数速度vfreq
の2分の5倍より大きく制振周波数速度vfreqの3
分の8倍以下のときには、第2の高速であると判別し、
次式
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0061
【補正方法】変更
【補正内容】
【0061】で示すように、制振周波数速度vfreq
の3分の8倍より大きく制振周波数速度vfreqの3
倍以下のときには、第3の高速であると判別する。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0062
【補正方法】変更
【補正内容】
【0062】なお、例として取り上げた場合分け使用時
の制限として、最大速度vmax〔m/s〕が制振周波
数速度vfreq〔m/s〕の3倍以下であるか、又は
制振周波数f〔Hz〕が3×amax/vmax〔H
z〕以下であることとする。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0089
【補正方法】変更
【補正内容】
【0089】のように、制振周波数速度vfreq〔m
/s〕と等しい値に設定され、また制振最大加速度a
〔m/s〕は、次式
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0104
【補正方法】変更
【補正内容】
【0104】のように、制振周波数速度vfreqと等
しい値に設定され、また制振最大加速度a〔m/
s〕は、次式
【手続補正11】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0132
【補正方法】変更
【補正内容】
【0132】のように、制振周波数速度vfreq〔m
/s〕と等しい値に設定され、また制振最大加速度a
〔m/s〕は、次式
【手続補正12】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0146
【補正方法】変更
【補正内容】
【0146】のように、制振周波数速度vfreq〔m
/s〕の2倍の値に設定され、また制振最大加速度a
〔m/s〕は、次式
【手続補正13】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0161
【補正方法】変更
【補正内容】
【0161】のように、制振周波数速度vfreqの2
倍の値に設定され、また制振最大加速度a〔m/
s〕は、次式
【手続補正14】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0176
【補正方法】変更
【補正内容】
【0176】のように、制振周波数速度vfreqの2
倍の値に設定され、また制振最大加速度a〔m/
s〕は、次式
【手続補正15】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0216
【補正方法】変更
【補正内容】
【0216】さらにヘッド8の移動の際に当該ヘッド8
の荷重が変更し、位置決め時に生じる残留振動の様子が
変化するような場合でも、予め位置決め完了時のヘッド
8の残留振動の様子を把握しておけば、移動指令時に残
留振動の周波数を制振周波数として反映させることによ
り、移動ごとに変動する残留振動にも対応することが可
能になる。
【手続補正16】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】
フロントページの続き Fターム(参考) 3C001 KA01 KA07 TA05 TA09 TB08 5E313 AA02 AA11 CC03 EE02 EE24 EE50 FG01 FG10 5H303 AA06 BB03 BB08 BB12 CC05 DD25 DD28 EE03 EE08 FF04 FF06 GG20 HH01 JJ02 KK01 KK16 KK27 LL03 LL06 LL09 MM05 QQ09

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】位置決め対象を所望位置に移動する位置決
    め装置において、 上記位置決め対象を移動させるために駆動する駆動手段
    と、 上記位置決め対象を所望の速度及び加速度で移動させる
    ように上記駆動手段を制御する制御手段とを具え、 上記制御手段は、上記位置決め対象の位置決め直後に生
    じる残留振動の振動周期に応じて、当該残留振動をキャ
    ンセルするように当該位置決め対象の加減速時間及び減
    速開始のタイミングを調整するように上記駆動手段を制
    御することを特徴とする位置決め装置。
  2. 【請求項2】上記制御手段は、 上記残留振動を生じさせる力が加えられた時間から当該
    残留振動の半周期後に同じ方向に同じだけの力で振動を
    加えて、上記位置決め対象の加減速時間を、上記残留振
    動の1周期の正の整数倍の時間に調整すると共に、 上記残留振動を生じさせる力が加えられた時間から当該
    残留振動の1周期の正の整数倍時間後に逆方向に同じだ
    けの力で振動を加えて、上記位置決め対象の減速開始の
    タイミングを、加速開始時間から上記残留振動の1周期
    の正の整数倍時間後に調整することを特徴とする請求項
    1に記載の位置決め装置。
  3. 【請求項3】上記制御手段は、上記駆動手段の仕様で決
    定する最大速度を複数のレベルに場合分けし、当該各レ
    ベルごとに上記残留振動の振動周期に応じて上記位置決
    め対象の加減速時間及び減速開始のタイミングを調整す
    ることを特徴とする請求項1に記載の位置決め装置。
  4. 【請求項4】上記制御手段は、ジャークフィルタを有
    し、 上記位置決め対象の加減速時間及び減速開始のタイミン
    グを調整した後、当該調整結果を上記ジャークフィルタ
    を介してフィルタ処理させることを特徴とする請求項1
    に記載の位置決め装置。
  5. 【請求項5】位置決め対象を所望位置に移動する位置決
    め方法において、 上記位置決め対象を所望の速度及び加速度で移動させる
    第1のステップと、 上記位置決め対象の位置決め直後に生じる残留振動の振
    動周期に応じて、当該残留振動をキャンセルするように
    当該位置決め対象の加減速時間及び減速開始のタイミン
    グを調整する第2のステップとを具えることを特徴とす
    る位置決め方法。
  6. 【請求項6】上記第2のステップでは、 上記残留振動を生じさせる力が加えられた時間から当該
    残留振動の半周期後に同じ方向に同じだけの力で振動を
    加えて、上記位置決め対象の加減速時間を、上記残留振
    動の1周期の正の整数倍の時間に調整すると共に、 上記残留振動を生じさせる力が加えられた時間から当該
    残留振動の1周期の正の整数倍時間後に逆方向に同じだ
    けの力で振動を加えて、上記位置決め対象の減速開始の
    タイミングを、加速開始時間から上記残留振動の1周期
    の正の整数倍時間後に調整することを特徴とする請求項
    5に記載の位置決め方法。
  7. 【請求項7】上記第2のステップでは、 上記位置決め対象を移動させる駆動系の仕様で決定する
    最大速度を複数のレベルに場合分けし、当該各レベルご
    とに上記残留振動の振動周期に応じて上記位置決め対象
    の加減速時間及び減速開始のタイミングを調整すること
    を特徴とする請求項5に記載の位置決め方法。
  8. 【請求項8】上記第2のステップにおいて上記位置決め
    対象の加減速時間及び減速開始のタイミングを調整した
    後、当該調整結果をジャークフィルタを介してフィルタ
    処理させる第3のステップを具えることを特徴とする請
    求項5に記載の位置決め方法。
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