JP2006170640A - 間隔自動追従装置 - Google Patents

Abstract

【課題】間隔自動追従装置において高速追従を可能とすることである。
【解決手段】間隔自動追従装置４０において、トルク指令に応じて加圧力を発生するモータ４２と、センサの検出値と目標値との差に応じモータ４２にトルク指令を与え、センサの検出値を目標値に対し追従させるサーボＩＣ（５０）とを組合せた加圧制御サーボ技術が転換される。レーザ変位計４８は、基板８との距離を検出し設定間隔からのずれ量をサーボＩＣ（５０）に入力する。サーボＩＣ（５０）は、目標値をずれ量ゼロとし、バイアス設定５２により、レーザ変位計４８の検出値に対応するトルク指令をモータの作動点である作動加圧力にバイアスして設定し、バイアスされたトルク指令に応じた駆動電流５６をモータ４２に供給する。モータ４２は駆動軸４４を介し移動台４６を移動させ、基板８との間隔を変更して設定間隔に追従させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、移動する対象物とツール又は測定器との間隔が一定になるように追従する間隔自動追従装置に関する。

液晶表示装置は、ガラス基板の上にパターニングや表面処理等の各種加工が施されながら製造される。その過程で、加工されたガラス基板等の検査が行われる。ガラス基板の検査は、ＬＳＩウエファの検査に似て、ガラス基板を支持し平面内で移動させる基板支持装置と、加工されたガラス基板の特性を測定する測定器との組み合わせで行われる。ガラス基板の特性の測定は、ガラス基板に直接接触して行うものもあるが、非接触で測定する方法もある。

例えば、特許文献１には、液晶パネルを構成する２つのガラス板の間に配置されるパネル用スペーサの分布を測定するために、ガラス板を支持してＸ軸方向に移動させるステージと、スペーサ分布測定のためにＹ方向にレーザ光を走査させることが開示される。ここではスペーサ分布測定のために、光学的手段によりガラス板に非接触的測定が行われている。

特開平８−５５０８号公報

特許文献１に示されるような非接触的測定、特に光学的測定においては、測定対象物と測定器との間隔の変動が測定結果に影響する。例えば、特許文献１の場合では、ガラス板がＸ方向に移動しながら測定を行うが、ガラス板の板厚のばらつきや反り等によって、測定対象物と測定器との間隔が変動し、それによって測定結果の信頼性が低下する。間隔の追従方法としては、カメラの自動焦点機構等が周知であるが、基板の特性測定のように、μｍの程度の高精度を有しない。また、レーザ変位計を用いて精度を上げ、位置制御技術を用いて制御する方法もあるが、例えば制御コントローラを一般的なＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等で構成すると、サイクルタイムが数ｍｓｅｃを要し、高速測定が困難である。

近年、サーボＩＣが専用の分野に特化した形で実用化されてきている。例えば、岩井，「高精度・高応答の加圧制御を実現する圧力制御サーボ」，松下電器産業株式会社モータ社モータ事業部パンフレット，２００２年９月によれば、圧力制御サーボＩＣ（型式ＭＳＤＡ＊＊＊＊＊Ａ２９）に汎用コントローラから目標値等の設定値を入力し、サーボモータにトルク指令を与え、加圧センサの出力と比較しながら一定の加圧力を得ることが可能とされる。

図１に、上記文献に述べられている圧力制御サーボＩＣを用いる構成例を示す。圧力制御サーボＩＣ（１０）は、モータ１４との間で、トルク指令に基づく駆動信号及びモータのエンコーダ信号の交信１２によりモータ１４を駆動制御し、モータ１４の回転をボールねじ等により直線運動の推力に変換し、圧縮用可動部１６を上下駆動する。圧縮用可動部１６はサンプル１８を圧縮加圧し、その加圧力は加圧センサ２０で検出され、センサアンプ２２により適当なアナログ信号に増幅され、圧力制御サーボＩＣ（１０）にフィードバックされる。なお、コントローラ２４は、圧力制御サーボＩＣ（１０）との間で、加圧目標値等の設定、加圧検出信号が目標値に到達した時刻情報等の信号の交信２６を行っている。

このように、圧力制御サーボＩＣ（１０）に、直接加圧センサ信号を取り込み、圧力制御サーボＩＣ（１０）のみにて加圧制御フィードバック系を構成するので、サイクルタイムが１００μｓｅｃから２００μｓｅｃと高速化でき、トルクを操作量として必要な加圧力を得ることが出来る。例えば、加圧目標値を５０００Ｎ（約５００ｇｆ）として、この加圧力になるように、モータ１４の推力を自動的に制御する。これを用いて、定圧の押し込み作業等が容易になる。

この圧力制御サーボＩＣのサイクルタイムは、ＰＬＣを用いる制御に比べると飛躍的に高速であるが、加圧力を検出し、それに応じてトルクを出力するので、間隔の自動追従にはそのままでは使用できない。例えば、加圧センサ２０を変位センサに置き換え、加圧センサ２０の出力に代えて変位センサの出力を用いることが考えられる。しかし、加圧センサとトルクとの関係と、変位とトルクとの関係とは必ずしも１対１に対応せず、その換算は必ずしも容易ではない。例えば、間隔追従の場合、所定の間隔からのずれ量ゼロが目標であるので、変位センサの出力をゼロとしてこれを圧力制御サーボＩＣに入力すると、トルク指令はゼロになってしまい、移動のためのトルクが出ず、そのままでは動作しない。

本発明の目的は、高速追従を可能とする間隔自動追従装置を提供することである。他の目的は、圧力制御サーボにおいて実用化される技術の転換を可能とする間隔自動追従装置を提供することである。

本発明に係る間隔自動追従装置は、移動する対象物に対し、任意の設定間隔で配置されるツールと、ツールと対象物との間の実際間隔と、任意の設定間隔との間のずれ量を検出するセンサと、加圧軸に取り付けられたツールを対象物に向けて移動させる駆動モータであって、トルク指令に応じて加圧力を発生する駆動モータと、センサの検出値と目標値との差に応じ駆動モータにトルク指令を与え、センサの検出値を目標値に対し追従させるサーボＩＣと、を備え、サーボＩＣは、目標値を、ずれ量ゼロとし、センサの検出値がゼロのときのトルク指令は、駆動モータの作動点である作動加圧力にバイアスされて設定されることを特徴とする。

また、本発明に係る間隔自動追従装置は、移動する基板に対し、任意の設定間隔で配置される基板特性測定部と、基板特性測定部と基板との間の実際間隔と、任意の設定間隔との間のずれ量を検出するセンサと、加圧軸に取り付けられた基板特性測定部を基板に向けて移動させる駆動モータであって、トルク指令に応じて加圧力を発生する駆動モータと、センサの検出値と目標値との差に応じ駆動モータにトルク指令を与え、センサの検出値を目標値に対し追従させるサーボＩＣと、を備え、サーボＩＣは、目標値を、ずれ量ゼロとし、センサの検出値がゼロのときのトルク指令は、駆動モータの作動点である作動加圧力にバイアスされて設定されることを特徴とする。

また、センサは、駆動モータの推力軸に取り付けられることが好ましい。

上記構成により、間隔のずれを検出するセンサと、センサの検出値と目標値との差に応じ駆動モータにトルク指令を与え、センサの検出値を目標値に対し追従させるサーボＩＣを用いるので、従来技術のＰＬＣ等を用いるのに比べ、フィードバックループが大幅に短縮され、高速応答が可能となる。

また、サーボＩＣは目標値をゼロとし、そのときのトルク指令は、駆動モータの作動点である作動加圧力にバイアスされて設定されるので、ゼロ目標のときにゼロトルク指令とならず、安定した作動領域で制御を行うことが出来る。すなわち、トルク指令に応じて加圧力を発生する加圧モータでは、目標値が所定の加圧力を想定し、ゼロ加圧力を想定していない。例えば、上記の圧力制御サーボＩＣに対応して用いられるモータでは、加圧目標値が５０００Ｎで、そのところで安定して作動するように設定される。したがって、目標値をゼロとするときは、それに対応するトルク指令値を、駆動モータの作動点である作動加圧力にバイアスすることで、安定した制御が行われることになる。このようにして、間隔自動追従装置において、圧力制御サーボにおいて実用化される技術の転換が可能となる。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下においては、単層のガラス基板をステージに搭載して移動させ、光学測定器で測定する基板特性測定器に間隔自動追従が適用される場合を説明するが、測定対象は、複数のガラス基板を組み立てた形態、あるいは液晶パネルの形態のものでもよい。また、ガラス基板に限らず、広く移動する基板を対象としてもよい。また、基板以外の対象物、例えばＩＣウエファ等であってもよい。測定器は光学測定器に限らず、その他の非接触型測定器であってもよい。例えば、基板等の測定物に光学的信号、無線信号等の検査信号を入力し、その応答により、基板等の特性を測定する装置であってもよい。

図２は、間隔自動追従装置４０が適用された基板特性測定機３０の構成図で、図３は間隔自動追従装置４０のブロック図である。これらの図には、測定対象物として、ガラスの基板８が示されている。基板特性測定機３０は、基板８を固定支持して図２の白抜き矢印の方向に移動するステージ３２と、筐体３４と、光学測定器３６と、制御部３８を含むが、光学測定器３６と基板８との距離を自動的に一定間隔として追従させるため、間隔自動追従装置４０を備える。

間隔自動追従装置４０は、基板特性測定機３０と一体となって組み込まれ、筐体３４に取り付けられるモータ４２と、モータの駆動軸４４によって図２の矢印方向に移動される移動台４６と、基板８との間隔を検出するレーザ変位計４８と、制御部３８の中に設けられるサーボＩＣ（５０）を含んで構成される。基板特性測定機３０の光学測定器３６は、移動台４６に取り付けられる。したがって、レーザ変位計４８は移動台４６を介し、光学測定器３６と一体として移動するので、光学測定器３６と基板８との間隔を検出するように機能する。

図３は、これらの要素のうち、間隔自動追従装置４０を構成するものについてブロック図で示すものである。上記のように制御部３８には、サーボＩＣ（５０）が設けられる。サーボＩＣ（５０）と、モータ４２の組合せは、上記の「圧力制御サーボＩＣ」で説明したものと同じ内容で、センサからの出力をフィードバックし、トルクを操作量として必要な加圧力を得ることが出来る。例えば、加圧目標値を５０００Ｎ（約５００ｇｆ）として、この加圧力になるように、モータの推力を自動的に制御する。

間隔自動追従装置４０は、サーボＩＣ（５０）にフィードバックするデータとしては間隔に関連する量、具体的にはレーザ変位計４８の検出量としたい。好ましくは、光学測定器３６と基板８との間の距離の絶対値ではなく、光学測定器３６と基板８との間の設定間隔からのずれ量にしたい。そうすることで、光学測定器３６と基板８との間の設定間隔が基板の種類、あるいは光学測定器の機種により変更になっても、レーザ変位計４８の出力値の基準点を変更するだけで、間隔自動追従装置４０としては設定の変更をする必要がなくなる。したがって、図１で説明したようなコントローラを省略でき、簡単な構成とすることができる。

サーボＩＣ（５０）にフィードバックするデータをずれ量とすると、サーボＩＣ（５０）には、目標値がずれ量ゼロとなる。サーボＩＣ（５０）とモータ４２の組合せは、もともと、センサの検出値と目標加圧値との差に応じモータにトルク指令を与え、センサの検出値を目標加圧値に対し追従させるようになっているので、この場合、目標加圧値がゼロとして扱われる。サーボＩＣ（５０）の本来の使われ方では、目標加圧値を例えば５０００Ｎとし、それに見合うトルクを出力するようになっている。ここで目標加圧値をゼロとして設定すると、それに見合うトルクはゼロトルクであるので、モータの作動点が大幅に異なってくる。

モータの動作点は、制御動作が安定して行われるように設定されている。例えば、モータの加圧出力軸につりあいばねを接続し、そのバランス点が作動点となるように設定される。上記の例では、目標加圧値が設定されるであろう範囲で制御動作が安定して行われるようにつりあいばねとのバランスで作動点が設定される。圧力制御で目標加圧力がゼロということはないので、目標加圧値をゼロにすると、この設定された作動点から大幅にずれたところで動作が行われることになり、安定動作が損なわれる。

そこで、サーボＩＣ（５０）には、目標値をゼロとするために、モータ４２に対するトルク指令の値を、ゼロトルクから、モータ４２の作動点である作動加圧力にバイアスされるように、バイアス設定５２の機能が付加される。

図４は、間隔自動追従装置４０の制御ダイアグラムである。指令値６２は、ずれ量ゼロＸ₀に設定される。指令値６２は減算器６６を通り、バイアス設定５２により、ずれ量ゼロに対応するゼロ加圧力が、モータ４２の作動点である作動加圧力にバイアスされる。バイアスされた値がトルク指令６４となり、駆動電流５６に変換されモータ４２に供給される。モータ４２は、バイアスされたトルク指令に対応する駆動電流５６で回転し、推力Ｆに変換されて移動台４６を移動させる。移動台４６と一体となって移動するレーザ変位計４８は、基板８との間の間隔を検出し、ずれ量Ｘを出力し、Ａ／Ｄ変換５４を介し、減算器６６にフィードバックされる。減算器６６では、指令値６２、すなわちずれ量ゼロＸ₀との偏差を演算してバイアス設定５２に入力する。バイアス設定５２ではその偏差を作動加圧力に加算してバイアスし、トルク指令６４に出力し、以後の処理が行なわれる。なお、モータ４２からは、その回転状態がエンコーダ情報５８を通してサーボＩＣ（５０）にフィードバックされ、モータ４２の回転制御が行われる。

かかる間隔自動追従装置４０が適用された基板特性測定機３０の動作を説明する。測定対象であるガラスの基板８がステージ３２に固定保持され、ステージ３２が図示されていない移動機構で移動する。それに応じ、レーザ変位計４８は、基板８との距離を検出し設定間隔からのずれ量を、信号の交信６０を介し、サーボＩＣ（５０）に入力する。設定間隔は、光学測定器３６が基板８を測定するのに適した間隔、例えば光学測定器３６の合焦距離に設定される。その設定は、例えばレーザ変位計４８の出力調整で容易に行うことができる。そして、レーザ変位計４８は、間隔の絶対値でなく、実際の検出間隔と設定間隔との間のずれ量を、信号の交信６０により、サーボＩＣ（５０）のＡ／Ｄ変換５４に入力する。

サーボＩＣ（５０）は、上記のように、目標値をずれ量ゼロとされる。この目標値は、測定器が変更されても共通に用いることができ、したがって、サーボＩＣ（５０）のハードウエアあるいはソフトウェアを一度設定するだけで足りる。また、サーボＩＣ（５０）は、バイアス設定５２により、レーザ変位計４８の検出値に対応するトルク指令をモータ４２の作動点である作動加圧力にバイアスして設定し、バイアスされたトルク指令に応じた駆動電流５６をモータ４２に供給する。かかるバイアス設定５２の機能の盛り込みは、サーボＩＣ（５０）のソフトウェアの変更、あるいはハードウウェアの変更によって容易に行うことが出来る。

したがって、サーボＩＣ（５０）は、検出間隔が設定間隔より大きいずれ量のときは、ずれ量をゼロにするように、検出間隔が小さくなる方向に移動台４６を移動させるトルク指令を出し、逆に、検出間隔が設定間隔より小さいずれ量のときは、ずれ量をゼロにするように、検出間隔が大きくなる方向に移動台４６を移動させるトルク指令を出す。このときのトルク指令の作動点は、モータ４２の作動点である作動加圧点に設定されている。具体的には、例えば５０００Ｎ（約５００ｇｆ）に設定され、この作動点を中心に、ずれ量をゼロにするようなトルク指令の制御が行われる。

したがって、モータ４２は、安定した作動点の下で、レーザ変位計４８のずれ量検出に応じた駆動電流５６で駆動される。そして、駆動軸４４を介し移動台４６を移動させ、基板８との間隔を変更し、レーザ変位計４８、すなわち光学測定器３６を基板８の移動に伴う間隔変動に対し、安定して自動的に追従させることが出来る。

このように、サーボＩＣ（５０）において、目標値をずれ量ゼロと普遍的な値とし、それに対応してモータ４２の作動点をバイアス設定５２によりシフトさせることで、フィードバックループが短く高速応答が可能な圧力制御サーボにおいて実用化される技術を、間隔自動追従装置に転換することが出来る。

高速応答が可能な圧力制御サーボの例を示す図である。 本発明に係る実施の形態の間隔自動追従装置が適用される基板特性測定機の構成図である。 本発明に係る実施の形態における間隔自動追従装置のブロック図である。 本発明に係る実施の形態における間隔自動追従装置の制御ダイアグラムである。

符号の説明

８ 基板、１０ 圧力制御サーボＩＣ、１２，２６，６０ 信号の交信、１４，４２ モータ、１６圧縮用可動部、１８ サンプル、２０ 加圧センサ、２２ センサアンプ、２４ コントローラ、３０ 基板特性測定機、３２ ステージ、３４ 筐体、３６ 光学測定器、３８ 制御部、４０ 間隔自動追従装置、４４ 駆動軸、４６ 移動台、４８ レーザ変位計、５０ サーボＩＣ、５２ バイアス設定、５４ Ａ／Ｄ変換、５６ 駆動電流、５８ エンコーダ情報、６２ 指令値、６４ トルク指令、６６ 減算器。

Claims (3)

1. 移動する対象物に対し、任意の設定間隔で配置されるツールと、
   ツールと対象物との間の実際間隔と、任意の設定間隔との間のずれ量を検出するセンサと、
   加圧軸に取り付けられたツールを対象物に向けて移動させる駆動モータであって、トルク指令に応じて加圧力を発生する駆動モータと、
   センサの検出値と目標値との差に応じ駆動モータにトルク指令を与え、センサの検出値を目標値に対し追従させるサーボＩＣと、
   を備え、
   サーボＩＣは、
   目標値を、ずれ量ゼロとし、
   センサの検出値がゼロのときのトルク指令は、駆動モータの作動点である作動加圧力にバイアスされて設定されることを特徴とする間隔自動追従装置。
2. 移動する基板に対し、任意の設定間隔で配置される基板特性測定部と、
   基板特性測定部と基板との間の実際間隔と、任意の設定間隔との間のずれ量を検出するセンサと、
   加圧軸に取り付けられた基板特性測定部を基板に向けて移動させる駆動モータであって、トルク指令に応じて加圧力を発生する駆動モータと、
   センサの検出値と目標値との差に応じ駆動モータにトルク指令を与え、センサの検出値を目標値に対し追従させるサーボＩＣと、
   を備え、
   サーボＩＣは、
   目標値を、ずれ量ゼロとし、
   センサの検出値がゼロのときのトルク指令は、駆動モータの作動点である作動加圧力にバイアスされて設定されることを特徴とする間隔自動追従装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の間隔自動追従装置において、
   センサは、駆動モータの推力軸に取り付けられることを特徴とする間隔自動追従装置。
   
   

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