JP2004038426A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置決め対象物を搭載するスライダを固定体に対して浮揚した状態で移動させて、前記位置決め対象物を所定の位置に位置決めする位置決め装置において、スライダに発生するコギングによるローリング及びピッチングを補正して高精度な位置決めを行う。
【解決手段】位置決め対象物を搭載するスライダを、固定体に対して浮揚した状態で位置決めする位置決め装置であって、前記スライダをＸ軸方向に移動させる少なくとも２個のＸ軸モータと、スライダをＹ軸方向に移動させる少なくとも２個のＹ軸モータと、スライダのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を検出する位置センサと、各モータにそれぞれ設けられたインバータと、前記位置センサの位置情報に基づいてスライダの姿勢を制御する信号を生成し生成した信号を前記インバータに送出する姿勢制御部とを有することを特徴とする位置決め装置である。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置決め装置に関し、詳しくは平面サーボモータの位置決め精度向上を図った位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における、平面サーボモータシステムを構築する位置決め装置は、図１１に示すように、可動部であるスライダ１０１、土台となるプラテン１０２及び位置センサである３軸レーザ干渉計用の２本の平面ミラーであるＸ平面ミラー１０３及びＹ平面ミラー１０４から構成されるモータ部１０５と、上位コントローラ１０６から与えられる位置司令信号に従ってスライダ１０１を移動させるための電流を駆動し制御するＸＹサーボドライバ部１０７とから構成されている。
【０００３】
スライダ１０１は、平面モータ１０８と３軸レーザ干渉計１０９から構成されている。この平面モータ１０８にはＸ１モータコア１１０及びＸ２モータコア１１１、２個のＹモータコア１１２、１１３が点対称となるよう配置されている。Ｘ１モータコアとＸ２モータコアは別個の電流駆動用インバータに接続されており、Ｘ１モータコア１１０とＸ２モータコア１１１に逆方向の電流を流すことで回転トルクを発生させることができる。
【０００４】
スライダ１０１に搭載された３軸レーザ干渉計１０９は、Ｙ平面ミラー１０４にＹ軸レーザ光線の反射光を受信してＹ方向の位置を制御し、Ｘ平面ミラー１０３にＸ１軸レーザ光線及びＸ２軸レーザ光線の反射光を受信してＸ軸方向の位置制御を行う。このように３軸レーザ干渉計１０９は、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ軸の位置検出を行う。検出した各軸の信号はＸＹサーボドライバ部１０７に伝えられ、そこでＸ、Ｙ、θ軸位置に変換される。θ軸角度はＸ１軸位置とＸ２軸位置の差から算出している。
【０００５】
ＸＹサーボドライバ部１０７は、３軸レーザ干渉計の検出信号を用いて、位置決めフィードバック制御を行うものであり、上位コントローラ１０６からのＸ軸及びＹ軸位置指令信号を受信するＸ軸及びＹ軸位置・速度制御部１１４、１１５と、Ｘ軸及びＹ軸位置・速度制御部１１４、１１５からの信号に基づいてＸ１及びＸ２電流、Ｙ電流を生成するＸ１及びＸ２、Ｙ電流駆動インバータ１１６、１１７、１１８と、モータ部１０５の３軸レーザ干渉計１０９からのＸ１及びＸ２、Ｙ軸位置信号を受信する座標変換部１１９と、この座標変換部１１９からの信号はＸ軸及びＹ軸位置・速度制御部１１４、１１５にフィードバック制御すると共に、及びθ位置指令信号により０に制御する信号をθ軸位置・速度制御部１２０に送出する。このθ軸位置・速度制御部１２０からの信号はＸ１及びＸ２電流駆動インバータ１１６、１１７にフィードバックされ回転制御される。
【０００６】
このような構成からなるＸＹサーボドライバ部１０７において、その内部で位置と速度制御はＸ、Ｙ、θ軸に対して独立に行ない、Ｘｌ、Ｘ２、Ｙ軸電流駆動インバータ１１６、１１７、１１８ヘの指令に変換する箇所でＸ軸とθ軸の非干渉化を行っている。これにより、Ｘ、Ｙ、θの制御ゲインは独立に設定することが可能となっている。
【０００７】
Ｘ軸とＹ軸に関しては、上位コントローラ１０６からの位置指令信号に従ってスライダ１０１を移動させ位置決めを行うが、θ軸ではθ軸方向の角度振れを０におさえるべく制御する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術で説明した位置決め装置である平面モータは、コキング力により、モータ位置でピッチング、ローリングが変化する。このとき、図１２に示すように、３軸レーザ干渉計による位置決めフィードバック制御を行っているため、３軸レーザ千渉計高さＺＬでのＸ、Ｙ、θ位置誤差は無い。しかし、図１３に示すように、スライダの上に取り付けられたワーク（搬送物）の上端面（Ｚ＝Ｚｗ）では、ピッチング、ローリングに応じたＸ、Ｙ誤差（（Ｚｗ−ＺＬ）φ）が生じる。例えば、（Ｚｗ−ＺＬ）＝２００ｍｍでは、ピッチング角が１角度秒（ｌ／３６０００度）ずれると１μｍの誤差となる。
【０００９】
従って、スライダ上に取り付けられたワーク（搬送物）の上端面において、ピッチング、ローリングに応じたＸ、Ｙ誤差が生じないように駆動制御することに解決しなければならない課題を有する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る位置決め装置は、次に示す構成にすることである。
【００１１】
（１）位置決め対象物を搭載するスライダを、固定体に対して浮揚した状態で位置決めする位置決め装置であって、
前記スライダをＸ軸方向に移動させる少なくとも２個のＸ軸モータと、
スライダをＹ軸方向に移動させる少なくとも２個のＹ軸モータと、
スライダのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を検出する位置センサと、
各モータにそれぞれ設けられたインバータと、
前記位置センサの位置情報に基づいてスライダの姿勢を制御する信号を生成し生成した信号を前記インバータに送出する姿勢制御部と、
を有することを特徴とする位置決め装置。
（２）前記姿勢制御部は、前記位置センサの位置情報に基づいて、スライダのピッチング角度及びローリング角度が０になるように前記インバータに信号を送出することを特徴とする（１）に記載の位置決め装置。
（３）前記姿勢制御部は、前記位置センサの位置情報に基づいて、スライダのピッチング角度及びローリング角度を算出し、ピッチング角度及びローリング角度が０になるように前記インバータに信号を送出することを特徴とする（１）に記載の位置決め装置。
【００１２】
（４）位置決め対象物を搭載するスライダを固定体に対して浮揚した状態で移動させて、前記位置決め対象物を所定の位置に位置決めする位置決め装置であって、
前記スライダをＸ軸方向に移動させる第１及び第２Ｘ軸モータと、
スライダをＹ軸方向に移動させる第１及び第２Ｙ軸モータと、
スライダのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を検出する位置センサと、
Ｘ軸制御手段による電流指令値信号により前記第１Ｘ軸モータ及び第２Ｘ軸モータの電流をそれぞれ制御する第１Ｘ軸及び第２Ｘ軸インバータと、
Ｙ軸制御手段による電流指令値信号により前記第１Ｙ軸モータ及び第２Ｙ軸モータの電流をそれぞれ制御する第１Ｙ軸及び第２Ｙ軸インバータと、
前記Ｘ軸制御手段並びにＹ軸制御手段と、第１及び第２Ｘ軸インバータ並びに第１及び第２Ｙ軸インバータとの間設けられ、前記スライダのピッチング及びローリングを補正する姿勢制御部とを備え、
前記姿勢制御部は、前記位置センサの位置情報に基づいて、前記スライダの位置におけるピッチング角度及びローリング角度が０になるように電流指令値と転流角信号を生成して、前記第１及び第２Ｘ軸インバータ並びに前記第１及び第２Ｙ軸インバータに送出することを特徴とする位置決め装置。
（５）位置決め対象物を搭載するスライダを固定体に対して浮揚した状態で移動させて、前記位置決め対象物を所定の位置に位置決めする位置決め装置であって、
前記スライダをＸ軸方向に移動させる第１及び第２Ｘ軸モータと、
スライダをＹ軸方向に移動させる第１及び第２Ｙ軸モータと、
スライダのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を検出する位置センサと、
Ｘ軸制御手段による電流指令値信号により前記第１Ｘ軸モータ及び第２Ｘ軸モータの電流をそれぞれ制御する第１Ｘ軸及び第２Ｘ軸インバータと、
Ｙ軸制御手段による電流指令値信号により前記第１Ｙ軸モータ及び第２Ｙ軸モータの電流をそれぞれ制御する第１Ｙ軸及び第２Ｙ軸インバータと、
前記Ｘ軸制御手段並びにＹ軸制御手段と、第１及び第２Ｘ軸インバータ並びに第１及び第２Ｙ軸インバータとの間設けられ、前記スライダのピッチング及びローリングを補正する姿勢制御部とを備え、
前記姿勢制御部は、前記位置センサの位置情報に基づいて、スライダの位置におけるピッチング角度及びローリング角度を算出し、ピッチング角度及びローリング角度が０になるように電流指令値と転流角信号を生成して、前記第１及び第２Ｘ軸インバータ並びに前記第１及び第２Ｙ軸インバータに送出することを特徴とする位置決め装置。
【００１３】
このように、スライダがＸ方向又はＹ方向に動くときに発生するピッチング角度或いはローリング角度が発生しないように電流指令値と転流角信号を生成してモータへの駆動電流を制御するようにしたことにより、スライダの始動時における傾きを抑制することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る位置決め装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
先ず、本願発明の位置決め装置の原理について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１６】
スライダは、図１に示すように、Ｘ１モータコアとＸ２モータコアが点対称に配置され、Ｙ１モータコアとＹ２モータコアが同じく点対称に配置された構成となっており、図１においてＸ１及びＸ２モータコアの駆動でＸ方向に動き、Ｙ１及びＹ２モータコアの駆動でＹ方向に動く。
そして、スライダはプラテンに対してエアベアリングで空気浮上しているが、スライダ内のモータコアに流れる電流を増すと、プラテンに対する吸引力が増して、わずかではあるが、浮上量が小さくなる。従って、図１に示す４つのモータコアである、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２モータコアにそれぞれ別個のインバータを接続して、電流と転流角をそれぞれ制御すれば、ピッチング、ローリング方向の角度を微小ではあるが制御できる。
ここで、図２に示すように、プラテンがＹ方向に動いたときの進行方向への傾きをピッチングという。図３に示すように、スライダがＸ方向に動いたときの進行方向への傾きをローリングという。
【００１７】
そこで、任意のモータ位置におけるピッチング角度、ローリング角度がわかれば、その角度を０になるようにＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２モータコアに流す電流値を補正することで、ピッチング、ローリング角変化によるワーク上端面でのＸ、Ｙ位置誤差を０にすることができる。
例えば、図２において、Ｙｌ、Ｘ２モータコアの電流を増すと、Ｙｌ、Ｘ２モータコア側浮上量は、Ｘｌ、Ｙ２モータコア側浮上量に比べて小さくなり、ピッチング角度は＋方向に変化する。
このとき、Ｙｌ、Ｘ２モータコアの転流角がそのままだと、Ｙ１、Ｘ２モータコアが発生する推力も増してモータが動いてしまうので、電流を増す前と同じ推力値となるよう、転流角を補正する。
【００１８】
モータ推力
＝（推力定数）×（モータ電流）×ｓｉｎ（転流角−機械角）…式（１）
【００１９】
ここで、機械角とは、プラテンの歯とモータコアの歯の位相差であり、モータ位置により一意的に決まる。通常は、転流角−機械角＝π／２となるよう、転流角を制御する。本願発明においては、モータ推力を変えないでモータ電流を増すため、転流角は上記式（１）より逆算して求めればよい。
【００２０】
次に、上記説明した原理に基づく、本願発明の位置決め装置の実施例について、図面を参照して説明する。
【００２１】
本願発明に係る位置決め装置は、図４に示すように、図示しない位置決め対象物を搭載するスライダ１１を格子プラテン１２に対して浮揚した状態で移動させて、この位置決め対象物を所定の位置（２次元位置）に位置決めする装置である。この位置決め装置は、例えば、プローバ、ハンドラ、ステッパ等の半導体製造装置に用いられる。
その構成は、可動部であるスライダ１１と、土台となる平盤の格子プラテン１２及び位置センサである３軸レーザ干渉計用の２個の平面ミラーであるＸ平面ミラー１３及びＹ平面ミラー１４から構成されるモータ部１５と、上位コントローラ１６から与えられる位置司令信号に従ってスライダ１１を移動させるための電流を駆動し制御すると共に上記原理を実現する姿勢制御部を備えたＸＹサーボドライバ部１７とから構成されている。
【００２２】
スライダ１１は、位置決めの対象物を搭載してＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する移動体である。このスライダ１１は、格子プラテン１２と対向する面にノズルを備えており、図示しない浮揚手段がこのノズルから圧縮空気を噴出させることによって浮上力を得て、格子プラテン１２上を浮揚する。
格子プラテン１２は、磁性体で構成された固定体であり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って一定ピッチの歯が形成されている。
【００２３】
この固定体の格子プラテン１２上を駆動するＸ軸モータ及びＹ軸モータを構成するスライダ１１は、図４及び主として図５に示すように、４ブロックに分割した中心位置を中心にして点対称位置にＸ１及びＸ２軸モータコア１８、１９からなるＸ１及びＸ２軸モータ２０、２１、Ｙ１及びＹ２軸モータコア２２、２３からなるＹ１及びＹ２軸モータ２４、２５を配列した構成になっている。
Ｘ１及びＸ２軸モータ２０、２１は、Ｘ軸方向にスライダ１１を駆動するモータであり、格子プラテン１２の歯と対向する位置にＸ軸方向に一定ピッチで歯が形成されたモータコアを備えており、歯と歯の間に磁気吸引力を生じさせてスライダ１１をＸ軸方向に移動させる。
Ｙ１及びＹ２軸モータ２４、２５は、Ｙ軸方向にスライダ１１を駆動させるモータであり、格子プラテン１２の歯と対向する位置に、Ｙ軸方向に一定ピッチで歯が形成されたモータコアを備えており、歯と歯との間に磁気吸引力を生じさせてスライダ１１をＹ軸方向に移動させる。
【００２４】
Ｘ１及びＸ２軸モータコア１８、１９、Ｙ１及びＹ２軸モータコア２２、２３は、それぞれが直交する方向に配列され、且つスライダ１１の中心Ｏに対して点対称位置に配置されている。
【００２５】
このＸ１及びＸ２軸モータコア１８、１９、Ｙ１及びＹ２軸モータコア２２、２３の構造は、いずれも同一構造になっており、以下、図６に示すＸ１軸モータコア１８について説明すると、Ｘ１軸モータコア１８は、先端部が櫛歯形状に形成された３個の歯を設けた突極２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃを一単位とし、この一単位を単位として整列状態に複数個形成した第１のモータコア２７と、この第１のモータコア２７と同一形状に形成した第２のモータコア２８を平行に対峙させ、その対峙させた間に永久磁石２９を挟み込むようにして配列した構造になっている。この永久磁石２９は第１及び第２のモータコア２７、２８の配列方向に沿って着磁されている。
【００２６】
そして、第１及び第２のモータコア２７、２８には、突極２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃの配列順に沿ってＡ相コイル３０Ａ、Ｂ相コイル３０Ｂ、Ｃ相コイル３０Ｃが巻回されている。このＡ相コイル３０Ａ、Ｂ相コイル３０Ｂ、Ｃ相コイル３０Ｃは、２つの第１及び第２のモータコア２７、２８の突極２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃに跨って巻回されている。各突極２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃの先端にはピッチＰで上記の櫛歯形状の歯３１が形成されている。
【００２７】
このＡ相コイル３０Ａ、Ｂ相コイル３０Ｂ、Ｃ相コイル３０Ｃには位相が１２０度づつずれた正弦波電流が流される。第１のモータコア２７は第２のモータコア２８に対して、突極２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃの歯３１の位相をＰ／２だけずらして配置されている。Ａ相コイル３０Ａ、Ｂ相コイル３０Ｂ、Ｃ相コイル３０Ｃは３相の正弦波電流を流すことによって、第１及び第２のモータコア２７、２８はＡ方向又は、Ａ’方向に移動する。
【００２８】
図４に戻って、Ｘ平面ミラー１３は、格子プラテン１２に装着されており。Ｙ軸方向に沿って鏡面が形成されている。Ｙ平面ミラー１４は、格子プラテン１２に装着されており、Ｘ軸方向に沿って鏡面が形成されている。
【００２９】
３軸レーザ干渉計３２は、図７に示すように、スライダ１１のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を検出すると共に、スライダ１１のθ軸回りの回転角（回転ずれ角）を検出する。この３軸レーザ干渉計３２は、Ｘ１軸センサ３３を備えるＸ１軸干渉ユニット３４と、Ｘ２軸センサ３５を備えるＸ２軸干渉ユニット３６と、Ｙ軸センサ３７を備えるＹ軸干渉ユニット３８と、Ｘ１及びＸ２軸センサ３３、３５及びＹ軸センサ３７に共通の光源となるレーザ光源部３９とを備えた構成になっている。
【００３０】
Ｘ１及びＸ２軸センサ３３、３５のＸ１及びＸ２コーナーキューブ４０、４１は、図７に示すように、スライダ１１のＸ軸方向の中心軸Ｘに対して対称位置に配置され、Ｙ軸センサ３７のＹコーナーキューブ４２は、スライダ１１のＸ軸方向の中心軸Ｘに配置されている。
このため、スライダ１１に熱膨張が生じたときに、各Ｘ１及びＸ２、Ｙコーナーキューブ４０、４１、４２の位置ずれ量が略等しくなる。これによって、熱膨張によりＸ１及びＸ２軸センサ３３、３５及びＹ軸センサ３７が受ける影響を低減できるのである。
【００３１】
Ｘ１及びＸ２軸センサ３３、３５は、スライダ１１のＸ軸方向の位置を検出するレーザ干渉計であり、Ｙ軸センサ３７はスライダ１１のＹ軸方向の位置を検出するレーザ干渉計である。図４に示すように、Ｘ１及びＸ２軸センサ３３、３５は、Ｘ軸方向にレーザ光を照射して、格子プラテン１２に装着されたＸ平面ミラー１３で反射された反射光を受け、光の干渉を利用してスライダ１１の位置を検出する。
Ｙ軸センサ３７は、Ｙ軸方向にレーザ光を照射して、格子プラテン１２に装着されたＹ平面ミラー１４で反射された反射光を受け、光の干渉を利用してスライダ１１の位置を検出する。Ｘ１及びＸ２軸センサ３３、３５及びＹ軸センサ３７は、いずれも同一構造であり、以下ではＸ１軸センサ３３の構造を説明する。
【００３２】
Ｘ１軸センサ３３の構成は、図８に示すように、レーザ光源５５の出射光の光路に、レーザ光源５５からの光線と所定の角度の位置関係で配置した第１及び第２のミラー４３、４４、ハーフミラー４５、偏向ビームスプリッタ（ＰＢＳとする）４６、λ／４板４７、Ｘ１コーナーキューブ４０、Ｘ平面ミラ一１３が配置され、光線を検出するフォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）４８、第１及び第２の減算器４９、５０、第１及び第２のコンパレータ５１、５２、方向判別回路５３、アップダウンコンパレータ５４から構成されている。
【００３３】
ここで、レーザ光源５５から出た光は、ハーフミラー４５、第１のミラー４３、第２のミラー４４、ハーフミラー４５の経路で進み、図のＢ方向に進む光がある。この光を▲１▼の光とする。また、レーザ光源５５から出た光には、ハーフミラー４５、ＰＢＳ４６、λ／４板４７、Ｘ平面ミラー１３、λ／４板４７、ＰＢＳ４６、Ｘ１コーナーキユーブ４０、λ／４板４７、Ｘ平面ミラー１３、λ／４板４７、ＰＢＳ４６、ハーフミラー４５の経路で進み、図のＢ方向に進む光がある。この光を▲２▼の光とする。
【００３４】
第１のミラー４３は、レーザ光源５２の光軸と４５度の角度をなして配置されている。これに対して、第２のミラー４４はレーザ光源５２の光軸と（４５度＋θａ）の角度をなして配置されている。第２のミラー４４の配置角度がθａだけずれていることにより、▲１▼の光の波面が▲２▼の光の波面に対してθａだけずれる。これによって、▲１▼の光と▲２▼の光が干渉して干渉縞Ｓを作る。フォトダイオードアレイ（ＰＤＡとする）４８は、この干渉縞Ｓを検出する。ＰＤＡ４８は４個の第１、第２、第３、第４のＰＤＡ４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ、４８Ｄからなる。４個のフォトダイオードである第１〜第４のＰＤＡ４８Ａ〜４８Ｄは干渉縞Ｓの１ピッチ内に配置されている。各第１〜第４のＰＤＡ４８Ａ〜４８Ｄはｐ／４（ｐは干渉縞のピッチ）づつずらして配置されている。干渉縞Ｓのピッチｐ＝λ／θａ（λはレーザ光の波長）となる。
【００３５】
第１の減算器４９は、（第１のＰＤＡ４８Ａの検出信号）−（第３のＰＤＡ４８Ｃの検出信号）なる演算を行う。第２の減算器５０は、（第２のＰＤＡ４８Ｂの検出信号）−（第４のＰＤＡ４８Ｄの検出信号）なる演算を行う。
【００３６】
スライダ１１が移動すると、これに伴ってＸ１軸センサ３３が移動し、干渉縞Ｓが図８のＤ方向或いはＤ’方向に動く。干渉縞Ｓが動くと第１〜第４のＰＤＡ４８Ａ〜４８Ｄにあたる干渉縞Ｓの明暗部分が動き、第１〜第４のＰＤＡ４８Ａ〜４８Ｄの検出値が変化する。これをもとにスライダ１１の位置を検出する。
【００３７】
干渉縞ＳがＤ方向に移動したときは、第１〜第４のＰＤＡ４８Ａ〜４８Ｄの出力ＶＡ〜ＶＤは次のとおりになる。
ＶＡ＝Ｋ〔１＋ｍｓｉｎ｛ｘｅ・２π／（λ／４）｝〕＋Ｋｎ
ＶＢ＝Ｋ［ｌ＋ｍｃｏｓ｛ｘｅ・２π／（λ／４）｝］＋Ｋｎ
ＶＣ＝Ｋ［ｌ−ｍｓｉｎ｛ｘｅ・２π／（λ／４）｝］＋Ｋｎ
ＶＤ＝Ｋ［ｌ−ｍｃｏｓ｛ｘｅ・２π／（λ／４）｝］＋Ｋｎ
ｘｅ：検出対象の距離、Ｋ，ｍ：係数、Ｋｎ：ノイズ成分
【００３８】
そして第１及び第２の減算器４９、５０の減算信号は次の通りになる。
ＶＡ−ＶＣ＝２ｍＫｓｉｎ｛ｘｅ・２π／（λ／４）｝
ＶＢ−ＶＤ＝２ｍＫｃｏｓ｛ｘｅ・２π／（λ／４）｝
減算の結果、外乱光により発生した直流のノイズ成分Ｋｎがキャンセルされる。信号（ＶＡ−ＶＣ）と（ＶＢ−ＶＤ）が前述したＡ相パルスとＢ相パルスに変換される。干渉縞がＤ’方向に動いたときは、信号（ＶＡ−ＶＣ）と（ＶＢ−ＶＤ）の位相関係は逆転する。
【００３９】
第１及び第２のコンパレータ５１ａ、５１ｂは、第１及び第２の減算器４９、５０の減算信号からＡ相パルスとＢ相パルスを生成する。方向判別回路５３は、Ａ相パルスとＢ相パルスの位相関係からスライダ１１の移動方向を判別し、判別結果に応じてアップパルス信号またはダウンパルス信号を発生する。
【００４０】
アップダウンカウンタ５４は、アップパルス信号又はダウンパルス信号に応じてアップカウント又はダウンカウントを行う。アップダウンカウンタのカウントがスライダ１１の検出位置になる。初期状態ではＸ１軸モータ２０のＡ相コイル、Ｂ相コイル、Ｃ相コイルに既知電流を流したときにモータのロータとステータの歯の位相がどれだけずれるかが予め分っている。この時のアップダウンカウンタ５４の値を基準値、例えば０に設定する。スライダ１１の移動に伴ってアップダウンカウンタ５４は基準値からアップカウントまたはダウンカウントを行って位置を検出する。このようにしてインクリメンタル方式に位置検出をする。
【００４１】
次に、ＸＹサーボドライバ部１７について、図面を参照して説明する。
ＸＹサーボドライバ部１７は、図４に示すように、上位コントローラ１６からのＸ軸及びＹ軸位置指令信号ｘｉ、ｙｉを受信するＸ軸及びＹ軸位置・速度制御部５５、５６と、任意のモータ位置におけるピッチング角度、ローリング角度を０になるようにＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２モータコア１８、１９、２２、２３に流す電流値を補正する姿勢制御部５７と、Ｘ軸及びＹ軸位置・速度制御部５５、５６からの信号に基づいてＸ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２電流を生成するＸ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２電流駆動インバータ５８、５９、６０、６１と、モータ部１５の３軸レーザ干渉計３２からのＸ１及びＸ２、Ｙ軸位置信号を受信する座標変換部６２と、この座標変換部６２からの信号はＸ軸及びＹ軸位置・速度制御５５、５６にフィードバック制御すると共に、θ位置指令信号により０に制御する信号をθ軸位置・速度制御部６３に送出する。このθ軸位置・速度制御部６３からの信号はＸ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２電流駆動インバータ５８、５９、６０、６１にフィードバックされ回転制御される。このθ軸位置指令信号は、スライダ１１がθ軸回りに回転しないようにθ軸位置（θｉ＝０）を指令する。
【００４２】
Ｘ軸位置・速度制御部５５は、スライダ１１がＸ軸方向に移動するように、Ｘ１及びＸ２軸モ一夕２０、２１を制御する制御部であり、上位コントローラ１６が出力するＸ軸位置指令値（位置Ｘの信号）ｘｉを帰還信号としてスライダ１１のＸ軸方向の位置と速度をフィードバック制御するものであり、スライダ１１をＸ軸方向に移動させるＸ１推力指定値及びＸ２推力指令値を制御信号として出力する。
【００４３】
Ｙ軸位置・速度制御部５６は、スライダ１１がＹ軸方向に移動するように、Ｙ１及びＹ２軸モ一夕２４、２５を制御する制御部であり、上位コントローラ１６が出力するＹ軸位置指令値（位置Ｙの信号）ｙｉを帰還信号としてスライダ１１のＹ軸方向の位置と速度をフィードバック制御するものであり、スライダ１１をＹ軸方向に移動させるＹ１推力指令値及びＹ２推力指令値を制御信号として出力する。
【００４４】
θ軸位置・速度制御部６３は、スライダ１１がθ軸回りに回転するように、Ｘ１及びＸ２軸モータ２０、２１及びＹ１及びＹ２軸モータ２４、２５を制御する制御部であり、ヨーイング角θの信号を帰還信号としてスライダ１１のθ方向の位置と速度をフィードバック制御するために、θ方向の推力指令値Ｉｒθを制御信号として出力する。
【００４５】
姿勢制御部５７は、図９に示すように、Ｘ、Ｙ、θ位置・速度制御部５５、５６、６３からのＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２推力指定値を入力すると共に、スライダ１１のＸ位置及びＹ位置の信号を入力してＸ軸或いはＹ軸方向のコギングによるローリング或いはピッチングの傾きの姿勢制御をする。姿勢制御部５７は、Ｘ軸方向のコギングにより発生するローリングによる傾きを、モータの歯で１ピッチ分（転流角で０〜２π）を予め測定しておいた値が格納されているローリング補正テーブル６４と、このローリング補正テーブル６４からのデータを利用してローリング補正の演算をするローリング補正演算部６５と、Ｙ軸方向のコギングによるピッチングによる傾きを、モータの歯で１ピッチ分（転流角で０〜２π）を予め測定しておいた値が格納してあるピッチング補正テーブル６６と、このピッチング補正テーブル６６を利用してピッチング補正の演算をするピッチング補正演算部６７と、ローリング補正演算部６５及びピッチング補正演算部６７により演算されたデータとＸ、Ｙ、θ位置・速度制御部５５、５６、６３からの推力指令値とに基づいて転流角を演算する転流角演算部６８とからなる。
【００４６】
ローリング補正演算部６５では、ローリング補正テーブル６４から得た補正量より、４つのＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２モータコア１８、１９、２２、２３に供給する駆動電流への増分を算出する。増分は０または正の値とする。
【００４７】
ピッチング補正演算部６７では、ピッチング補正テーブル６６から得た補正量より、４つのＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２モータコア１８、１９、２２、２３に供給する駆動電流への増分を算出する。増分は０または正の値とする。
【００４８】
そして、このピッチング補正演算部６７で算出された駆動電流の増分と、ローリング補正演算部６５で算出された駆動電流の増分を加え合わせた値が電流補正値になり、転流角演算部６８に入力される。尚、電流増加分とピッチング、ローリング角変化の関係は、実験により求まっており、既知のものとする。
【００４９】
転流角演算部６８では、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２モータコア１８、１９、２２、２３の推力が、（推力定数）×（推力指令値）と等しくなるように、転流角を算出する。即ち、上記の式（１）である［モータ推力＝（推力定数）×（モータ電流）×ｓｉｎ（転流角−機械角）］、を基に転流角を逆算すればよい。
【００５０】
Ｘ１軸電流駆動インバータは、Ｘ１電流指令値とＸ１転流角信号を入力してＸ１軸モータの電流を制御し、Ｘ２軸電流駆動インバータはＸ２電流指令値とＸ２転流角信号を入力してＸ２軸モータの電流を制御し、Ｙ１軸電流駆動インバータはＹ１電流指令値とＹ１転流角信号を入力してＹ１軸モータの電流を制御し、Ｙ２軸電流駆動インバータはＹ２電流指令値とＹ２転流角信号を入力してＹ２軸モータの電流を制御する。
【００５１】
このようにして、スライダのコギングによって発生するローリング或いはピッチングの傾きが発生することを前提として、サーボ停止時にその傾きを補正することで、位置決め完了状態でのピッチング、ローリングによるワーク上端面のＸ、Ｙ位置誤差をキャンセルすることができるのである。
【００５２】
次に、姿勢制御部に関する他の具体例について、図を参照して説明する。
全体の構成は、図４に示すブロック図と同様であるので、その説明は省略し、異なる姿勢制御部に関して、図１０を参照して説明する。
この姿勢制御部は、図示しない、オンラインでピッチング、ローリングを測定するセンサを付加したもので、必要なときに、このセンサからのローリング及びピッチングのデータを入力して電流指令値と転流角信号を生成するというものである。
その構成は、Ｘ軸方向のコギング力により変動するローリング角検出値を入力してローリング補正の演算をするローリング補正演算部６５と、Ｙ軸方向のコギング力により変動するピッチング角検出値を入力してピッチング補正の演算をするピッチング補正演算部６７と、スライダのＸ位置及びＹ位置を入力し、ローリング補正演算部６５及びピッチング補正演算部６７により演算された電流補正値とＸ、Ｙ、θ位置・速度制御部５５、５６、６３からの推力指令値とに基づいて転流角を演算する転流角演算部６８とからなる。ローリング補正演算部６５及びピッチング補正演算部６７の出力する補正量は正または０の値である。
【００５３】
転流角演算部６８では、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２モータコア１８、１９、２２、２３の推力が、（推力定数）×（推力指令値）と等しくなるように、転流角を算出する。
即ち、推力指令値が０以上では、
（電流指令値）＝（推力定数）×（推力指令値＋電流補正値）
とし、推力指令値が０より小さいときは、
（電流指令値）＝（推力定数）×（推力指令値−電流補正値）
として、
（推力定数）×（推力指令値）＝（電流指令値）×ｓｉｎ（転流角−機械角）
となるように転流角を逆算すればよい。
【００５４】
このように、ピッチング、ローリングを検出するセンサを利用すると、別途補正テーブル等を容易する必要がない。又、このローリング、ピッチングを測定するセンサを付加すれば、ピッチング、ローリングの変化のみならず、プラテンの撓み、外力によるピッチング、ローリング変動も補正することができる。
なお、実施例ではＸ軸モータとＹ軸モータをそれぞれ２個設けた場合に付いて説明したが、Ｘ軸モータとＹ軸モータはそれぞれ３個以上設けてもよい。
また、実施例では電流駆動インバータを設けた場合について説明したが、これ以外のインバータ例えば電圧駆動インバータであってもよい。
【００５５】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明に係る位置決め装置においては、スライダのコギングによって発生するピッチング、ローリング角変動を、サーボ停止時に補正することで、位置決め完了状態での、ピッチング、ローリングによるワーク上端面のＸ、Ｙ位置誤差をキャンセルすることができ、高精度な位置決めを実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる位置決め装置の原理説明図である。
【図２】本発明にかかる位置決め装置の原理説明図である。
【図３】本発明にかかる位置決め装置の原理説明図である。
【図４】本発明にかかる位置決め装置の一実施例の構成図である。
【図５】図４の装置に用いるスライダの構成図である。
【図６】図４の装置に用いるモータのコア部分の構成図である。
【図７】図４の装置に用いるレーザ干渉計の構成図である。
【図８】図４の装置に用いるＸ軸センサの構成図である。
【図９】図４の装置に用いる姿勢制御部の構成図である。
【図１０】図４の装置に用いる姿勢制御部の他の構成例を示した図である。
【図１１】従来における位置決め装置の構成例を示した図である。
【図１２】図１１の従来装置の動作説明図である。
【図１３】図１１の従来装置の動作説明図である。
【符号の説明】
１１　　　スライダ
１２　　　格子プラテン
１５　　　モータ部
２０　　　Ｘ１軸モータ
２１　　　Ｘ２軸モータ
２４　　　Ｙ１軸モータ
２５　　　Ｙ２軸モータ
３３　　　Ｘ１軸センサ
３５　　　Ｘ２軸センサ
３７　　　Ｙ軸センサ
５５　　　Ｘ軸位置・速度制御部
５６　　　Ｙ軸位置・速度制御部
５７　　　姿勢制御部
５８　　　Ｘ１電流駆動インバータ
５９　　　Ｘ２電流駆動インバータ
６０　　　Ｙ１電流駆動インバータ
６１　　　Ｙ２電流駆動インバータ
６３　　　θ軸位置・速度制御部

Claims (5)

1. 位置決め対象物を搭載するスライダを、固定体に対して浮揚した状態で位置決めする位置決め装置であって、
   前記スライダをＸ軸方向に移動させる少なくとも２個のＸ軸モータと、
   スライダをＹ軸方向に移動させる少なくとも２個のＹ軸モータと、
   スライダのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を検出する位置センサと、
   各モータにそれぞれ設けられたインバータと、
   前記位置センサの位置情報に基づいてスライダの姿勢を制御する信号を生成し生成した信号を前記インバータに送出する姿勢制御部と、
   を有することを特徴とする位置決め装置。
2. 前記姿勢制御部は、前記位置センサの位置情報に基づいて、スライダのピッチング角度及びローリング角度が０になるように前記インバータに信号を送出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. 前記姿勢制御部は、前記位置センサの位置情報に基づいて、スライダのピッチング角度及びローリング角度を算出し、ピッチング角度及びローリング角度が０になるように前記インバータに信号を送出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. 位置決め対象物を搭載するスライダを固定体に対して浮揚した状態で移動させて、前記位置決め対象物を所定の位置に位置決めする位置決め装置であって、
   前記スライダをＸ軸方向に移動させる第１及び第２Ｘ軸モータと、
   スライダをＹ軸方向に移動させる第１及び第２Ｙ軸モータと、
   スライダのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を検出する位置センサと、
   Ｘ軸制御手段による電流指令値信号により前記第１Ｘ軸モータ及び第２Ｘ軸モータの電流をそれぞれ制御する第１Ｘ軸及び第２Ｘ軸インバータと、
   Ｙ軸制御手段による電流指令値信号により前記第１Ｙ軸モータ及び第２Ｙ軸モータの電流をそれぞれ制御する第１Ｙ軸及び第２Ｙ軸インバータと、
   前記Ｘ軸制御手段並びにＹ軸制御手段と、第１及び第２Ｘ軸インバータ並びに第１及び第２Ｙ軸インバータとの間設けられ、前記スライダのピッチング及びローリングを補正する姿勢制御部とを備え、
   前記姿勢制御部は、前記位置センサの位置情報に基づいて、前記スライダの位置におけるピッチング角度及びローリング角度が０になるように電流指令値と転流角信号を生成して、前記第１及び第２Ｘ軸インバータ並びに前記第１及び第２Ｙ軸インバータに送出することを特徴とする位置決め装置。
5. 位置決め対象物を搭載するスライダを固定体に対して浮揚した状態で移動させて、前記位置決め対象物を所定の位置に位置決めする位置決め装置であって、
   前記スライダをＸ軸方向に移動させる第１及び第２Ｘ軸モータと、
   スライダをＹ軸方向に移動させる第１及び第２Ｙ軸モータと、
   スライダのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を検出する位置センサと、
   Ｘ軸制御手段による電流指令値信号により前記第１Ｘ軸モータ及び第２Ｘ軸モータの電流をそれぞれ制御する第１Ｘ軸及び第２Ｘ軸インバータと、
   Ｙ軸制御手段による電流指令値信号により前記第１Ｙ軸モータ及び第２Ｙ軸モータの電流をそれぞれ制御する第１Ｙ軸及び第２Ｙ軸インバータと、
   前記Ｘ軸制御手段並びにＹ軸制御手段と、第１及び第２Ｘ軸インバータ並びに第１及び第２Ｙ軸インバータとの間設けられ、前記スライダのピッチング及びローリングを補正する姿勢制御部とを備え、
   前記姿勢制御部は、前記位置センサの位置情報に基づいて、スライダの位置におけるピッチング角度及びローリング角度を算出し、ピッチング角度及びローリング角度が０になるように電流指令値と転流角信号を生成して、前記第１及び第２Ｘ軸インバータ並びに前記第１及び第２Ｙ軸インバータに送出することを特徴とする位置決め装置。

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