JP2008102697A - Two dimensional positioning device and method for correcting deviation of magnetic pole position during rotation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次元位置決めを行うシステムにおいて、回転駆動時のモータ推力低下を防ぐために、磁極位置補正を行い、二次元位置決めを行う、二次元位置決め装置およびその回転時の磁極位置ずれ補正方法に関する。 The present invention relates to a two-dimensional positioning apparatus and a method of correcting a magnetic pole position deviation during rotation, in which a magnetic pole position is corrected and two-dimensional positioning is performed in order to prevent a reduction in motor thrust during rotational driving in a system that performs two-dimensional positioning. .
従来の二次元位置決め装置は、第1にX軸方向、Y軸方向、θ方向をそれぞれ独立に制御を行い、図4に示すような平面サーボを駆動するための推力指令を生成し、推力指令を平面サーボを構成するモータの推力指令に変換して、それぞれ独立に推力制御を行うことで、θ方向のサーボ剛性が向上して、フォーサの回転ずれにより制御不能に陥ることを防止して、二次元の位置決めを行っているものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
第2に2つのX軸センサの検出信号について和と差をとり、スライダ部のX軸方向の位置検出信号およびスライダ部のヨーイング角θの検出信号に変換して、変換した信号をもとにスライダ部のX軸方向移動およびθ方向移動についてそれぞれ独立にフィードバック制御して、θ方向制御の制御方式やサーボゲインをX軸方向のそれとは独立に設定して、θ方向のサーボ剛性が向上して、スライダ部の回転ずれにより制御不能に陥ることを防止して、二次元の位置決めを行っているものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
The conventional two-dimensional positioning device firstly controls the X-axis direction, the Y-axis direction, and the θ-direction independently, generates a thrust command for driving a planar servo as shown in FIG. Is converted into a thrust command of the motor that constitutes the planar servo, and the thrust control is independently performed, so that the servo rigidity in the θ direction is improved, and it is prevented from becoming uncontrollable due to the rotation deviation of the forcer, One that performs two-dimensional positioning has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
Secondly, the sum and difference of the detection signals of the two X-axis sensors are taken and converted into the position detection signal of the slider portion in the X-axis direction and the detection signal of the yawing angle θ of the slider portion, and based on the converted signals Feedback control is independently performed for the X-axis direction movement and the θ-direction movement of the slider, and the control method and servo gain of the θ-direction control are set independently from those in the X-axis direction, improving the servo rigidity in the θ direction. Thus, there has been proposed one that performs two-dimensional positioning while preventing the slider portion from becoming uncontrollable due to rotational deviation of the slider portion (see, for example, Patent Document 2).
ここで、図4は従来手法1の二次元位置決め装置のモータ構成図、図5は従来手法1の二次元位置決め装置の制御ブロック図である。
図4において、20はプラテン、152はXYスケール、19はフォーサである。フォーサ19はギャップを介してプラテン20と対向しているが、そのギャップ中のプラテン20上にXYスケール152が配置されている。XYスケール152は、その厚さが一様に薄く製造されており、X軸とY軸に平行な格子状のスリットが設けられている。
図5において、フォーサ19は第1X軸モータ144、第2X軸モータ145、第1Y軸モータ146、第2Y軸モータ147、第1X軸センサ148、第2X軸センサ149、第1Y軸センサ150、第2Y軸センサ151が搭載されている。第1X軸モータ144、第2X軸モータ145、第1Y軸モータ146、第2Y軸モータ147は卍字状に配置されている。第1X軸モータ144、第2X軸モータ145、第1Y軸モータ146、第2Y軸モータ147は、電機子巻線、永久磁石、鉄心歯(図示無し)から構成され、ギャップを介してプラテン20上に形成された格子状鉄心歯との電磁力によってX軸方向推力とY軸方向推力を発生させるようになっている。
Here, FIG. 4 is a motor configuration diagram of the two-dimensional positioning device of the
In FIG. 4, 20 is a platen, 152 is an XY scale, and 19 is a forcer. The
In FIG. 5, the
図5において、フォーサ19を駆動する場合、フォーサ19のX軸方向の位置指令XiとY軸方向の位置指令Yiとθ指令(回転角指令)θiをそれぞれ、X軸制御器135、Y軸制御器136、θ制御器137に入力し、X軸、Y軸、θをそれぞれ独立に制御を行い、各指令どおりにフォーサ19が移動するような推力指令を生成する。このとき、フォーサ19の移動量検出値は、フォーサ19を構成する4つのモータの移動量を検出する第1X軸センサ148、第2X軸センサ149、第1Y軸センサ150、第2Y軸センサ151の信号x1、x2、y1、y2をもとに、移動量変換器139にて作成される、フォーサ19のX軸方向、Y軸方向、θ方向の移動量x、y、θを使用する。例えば、フォーサ19をX軸方向のみ移動させる場合は、X軸位置指令Xiを入力し、X軸制御器135にて位置制御および速度制御を行い、X軸位置指令Xiに従いフォーサ19が動作するような推力指令Fxを出力する。この時、Y軸制御器136及びθ制御器137からはフォーサ19がY軸方向に動作しないようなY軸推力指令Fyとフォーサ19が回転しないようなθ推力指令Fθを出力する。X軸制御器135、Y軸制御器136、θ制御器137から出力される推力指令Fx、Fy、Fθは、指令変換器138にて、フォーサ19を構成する4つのモータ、第1X軸モータ144、第2X軸モータ145、第1Y軸モータ146、第2Y軸モータ147の推力指令Fx1、Fx2、Fy1、Fy2に変換される。各推力指令は、フォーサ19を構成する4つのモータの推力を制御する推力制御器X1140、推力制御器X2141、推力制御器Y1142、推力制御器Y2143にそれぞれ入力され、推力指令値どおり各モータが駆動するように必要な電流をモータに与える。以上の処理により、フォーサ19を駆動していた。
In FIG. 5, when the
図6は従来手法2の二次元位置決め装置の制御ブロック図である。
図6において、X軸センサ101は、スライダ部の移動方向を判別し、判別した方向に応じてアップパルスまたはダウンパルスを発生する。発生パルス数はスライダ部の移動量に応じた数になる。アップダウンカウンタ102は、アップパルスまたはダウンパルスに応じてアップカウントまたはダウンカウントを行う。アップダウンカウンタ102のカウントがスライダ部の検出位置になる。
補正手段103は、ミラーの曲がりに依存するスライダ部の位置とスライダ部のヨーイングを除去するための補正量を対応させた補正テーブル104を保持している。補正手段103は、与えられた指令位置をもとに補正テーブル104から補正量を読み出し、読み出した補正量でアップダウンカウンタ102の検出位置を補正する。補正テーブル104のデータはキャリブレーションによって得たデータである。補正手段103は、X軸ミラーと、Y軸ミラーの機械的誤差による曲がりを補正するために設けられている。X軸ミラーとY軸ミラーの曲がりが位置検出に影響しない程度の曲がりであれば、補正手段103は設けなくてもよい。X軸センサ105についてもX軸センサ101と同様にアップダウンカウンタ106、補正手段107、補正テーブル108が設けられている。変換回路109は、補正手段103および107から得たX軸方向の検出位置X1およびX2の信号を受け、これらの信号をスライダ部中心のX軸方向位置xおよびスライダ部のヨーイング角θの信号に変換する。変換式は次のとおりである。
x=(X1+X2)/2
θ=(X2−X1)/2Ld
Ld:スライダ部の中心からX軸センサ101、105の光軸までの距離。
X軸位置制御部110はX軸位置指令Xiと検出位置xの偏差をもとにスライダ部のX軸方向の位置をフィードバック制御するための制御信号を出力する。
X軸速度演算回路111は、検出位置の変化速度からスライダ部のX軸方向の移動速度を検出する。
X軸速度制御部112は、X軸位置制御部110の制御信号とX軸速度演算回路111の検出速度の偏差をもとにスライダ部のX軸方向の移動速度をフィードバック制御するための制御信号を出力する。この制御信号は、スライダ部をX軸方向に移動させる推力指令Ir0になる。
θの制御についても同様にθ位置制御部113、θ速度演算回路114、θ速度制御部115が設けられている。θ速度制御部115の制御信号がスライダ部をθ方向に回転させる推力指令Irθになる。
リミッタ116は、X軸方向の推力指令値Ir0のリミット値を
Imax − |Irθ|(Imaxは最大推力指令値)
に制限し、制限後の推力指令値Irxを出力する。これによって、θ方向の推力指令値Irθに応じてX軸方向の推力指令値Ir0のリミット値を制限している。
指令値変換回路117は、X軸方向の推力指令値Irx、θ方向の推力指令値Irθを次式により、X軸モータ118および119の推力指令値Ir1およびIr2に変換する。
Ir1=Irx − Irθ
Ir2=Irx + Irθ
推力指令値Ir1およびIr2はリミッタ116の作用により−Imax〜Imaxの範囲におさまる。
FIG. 6 is a control block diagram of the two-dimensional positioning apparatus of the
In FIG. 6, the X-axis sensor 101 discriminates the moving direction of the slider part, and generates an up pulse or a down pulse according to the discriminated direction. The number of generated pulses is a number corresponding to the amount of movement of the slider portion. The up / down
The correction means 103 holds a correction table 104 that associates the position of the slider portion that depends on the bending of the mirror and the correction amount for removing yawing of the slider portion. The correction means 103 reads the correction amount from the correction table 104 based on the given command position, and corrects the detection position of the up / down
x = (X1 + X2) / 2
θ = (X2−X1) / 2Ld
Ld: distance from the center of the slider portion to the optical axes of the
The X-axis
The X-axis speed calculation circuit 111 detects the moving speed of the slider portion in the X-axis direction from the change speed of the detection position.
The X-axis
Similarly, for θ control, a θ
The limiter 116 sets the limit value of the thrust command value Ir0 in the X-axis direction as Imax− | Irθ | (Imax is the maximum thrust command value)
And the thrust command value Irx after the limit is output. Thus, the limit value of the thrust command value Ir0 in the X-axis direction is limited according to the thrust command value Irθ in the θ direction.
The command value conversion circuit 117 converts the thrust command value Irx in the X axis direction and the thrust command value Irθ in the θ direction into the thrust command values Ir1 and Ir2 of the
Ir1 = Irx−Irθ
Ir2 = Irx + Irθ
The thrust command values Ir1 and Ir2 fall within the range of −Imax to Imax due to the action of the limiter 116.
電流センサ120は、X軸モータ118のコイルに流れる電流を検出する。転流・電流制御回路121は、X軸モータ118の転流制御とコイルに流れる電流の制御を行う。転流角演算回路122は、アップダウンカウンタ102のカウンタとsin値が対応して格納されたsinテーブルを持っている。X軸モータ118が3相モータである場合は、アップダウンカウンタ102のカウンタが与えられると、転流角演算回路122はsinテーブルからsinφとsin(φ+120°)の値を読み出す。φはアップダウンカウンタ102のカウンタに応じて変わる角度である。
マルチプライング・デジタル・アナログ変換回路(MDAとする)123,124は、推力指令値Ir1をアナログ入力信号、sinテーブルから読み出したsinφとsin(φ+120°)の値をゲイン設定信号として、Ir1sinφとIr1sin(φ+120°)なる電流指令値を出力する。ここで、2つの指令値の位相が120°ずれているのは、モータが3相モータであるためである。相数が異なる場合は位相ずれは他の値になる。
X軸電流制御回路125は、電流指令値Ir1sinφ、Ir1sin(φ+120°)と電流センサ120の電流検出値の偏差をもとにX軸モータ118のコイルに流れる電流を制御する。X軸モータ119についても同様に電流センサ126と転流・電流制御回路127が設けられている。Y軸方向のサーボ制御系についても、X軸方向およびθ方向のサーボ制御系と同様に、アップダウンカウンタ128、補正手段129、補正テーブル130、Y軸位置制御部131、Y軸速度演算回路132、Y軸速度制御部133、転流・電流制御回路134が設けられている。Y軸方向のサーボ制御系では、変換回路109で行ったような制御量の変換を行わないで制御を実行している。
このように、従来の二次元位置決め装置は、2つのX軸センサの検出信号について和と差をとり、スライダ部のX軸方向の位置検出信号およびスライダ部のヨーイング角θの検出信号に変換して、変換した信号をもとにスライダ部のX軸方向移動およびθ方向移動についてそれぞれ独立にフィードバック制御して、θ方向制御の制御方式やサーボゲインをX軸方向のそれとは独立に設定して、θ方向のサーボ剛性が向上して、スライダ部の回転ずれにより制御不能に陥ることを防止して、二次元の位置決めをするのである。
The multiplying digital-to-analog converters (MDA) 123 and 124 use the thrust command value Ir1 as an analog input signal, and the values of sinφ and sin (φ + 120 °) read from the sin table as gain setting signals. A current command value of Ir1sin (φ + 120 °) is output. Here, the reason why the phases of the two command values are shifted by 120 ° is that the motor is a three-phase motor. When the number of phases is different, the phase shift has another value.
The X-axis current control circuit 125 controls the current flowing through the coil of the
Thus, the conventional two-dimensional positioning device takes the sum and difference of the detection signals of the two X-axis sensors and converts them into a position detection signal of the slider portion in the X-axis direction and a detection signal of the yawing angle θ of the slider portion. Based on the converted signal, feedback control is independently performed for the X-axis direction movement and θ-direction movement of the slider section, and the control method and servo gain for θ-direction control are set independently of those in the X-axis direction. The servo rigidity in the θ direction is improved, and it is prevented from becoming uncontrollable due to the rotational deviation of the slider portion, and two-dimensional positioning is performed.
従来手法1の二次元位置決め装置は、フォーサを構成するモータを駆動する推力制御器において、センサの示す値をそのまま磁極位置として使用するので、回転時に、回転により生じる、モータの磁極位置とセンサの示す磁極位置のずれを補正できず、θ制御に必要な推力を発生させることができないので、静止保持ができないという問題があった。
また、従来手法2の二次元位置決め装置の補正手段では、回転時に、回転により生じる、モータの磁極位置とセンサの示す磁極位置のずれを補正できないという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、回転時にモータの磁極位置とセンサの示す磁極位置のずれを正確に補正することで、θ制御に必要な推力を発生させることができ、回転時の推力不足に伴うトルク不足を解消し、静止保持することができる二次元位置決め装置を提供することを目的とする。
The two-dimensional positioning device of the
Further, the correction means of the two-dimensional positioning device of the
The present invention has been made in view of such problems, and can generate thrust necessary for θ control by accurately correcting the deviation between the magnetic pole position of the motor and the magnetic pole position indicated by the sensor during rotation. An object of the present invention is to provide a two-dimensional positioning device that can solve the torque shortage caused by the lack of thrust during rotation and can be held stationary.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1に記載の発明は、請求項1記載の二次元位置決め装置に係り、フォーサをX軸方向に移動させる2台の第1、第2X軸モータと、前記フォーサをY軸方向に移動させる2台の第1、第2Y軸モータと、前記第1、第2X軸モータの移動量を検出する2つの第1、第2X軸センサと、前記第1、第2Y軸モータの移動量を検出する2つの第1、第2Y軸センサと、前記フォーサのX軸方向の移動を制御するX軸制御器と、前記フォーサのY軸方向の移動を制御するY軸制御器と、前記フォーサのθ移動を制御するθ制御器と、前記X軸制御器と前記Y軸制御器と前記θ制御器の出力する推力指令を前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータの各推力指令に変換する推力指令変換器と、前記各推力指令を前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータに与える推力制御器と、前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータの移動量をX軸方向、Y軸方向及びθ方向の移動量に変換する移動量変換器を備えた二次元位置決め装置において、前記フォーサ回転時に生じる前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータの磁極位置と前記第1、第2X軸センサ及び前記第1、第2Y軸センサの示す磁極位置とのずれを算出する磁極位置補正量演算器を備えたことを特徴としている。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の二次元位置決め装置において、前記磁極位置補正量演算器が、前記θ制御器に入力されるθ指令値を基に磁極位置補正量を算出することを特徴としている。
さらに、請求項3記載の発明は、請求項2記載の二次元位置決め装置において、前記磁極位置補正演算器が、前記第1、第2X軸モータと前記第1、第2Y軸モータの前記磁極位置補正量をδx1、δx2、δy1、δy2[°(電気角)]、前記第1、第2X軸モータと前記第1、第2Y軸モータの各々の中心から、前記第1、第2X軸センサと前記第1、第2Y軸センサの各々の検出部までの距離をLx1、Lx2、Ly1、Ly2[mm]、前記θ制御器に入力されるθ指令値をθi[°(電気角)]、前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータの極ピッチを同じλ[mm]とした場合、次式を使用して、
δx1=Lx1×sin(θi)/λ×180°
δx2=Lx2×sin(θi)/λ×180°
δy1=Ly1×sin(θi)/λ×180°
δy2=Ly2×sin(θi)/λ×180°
前記第1、第2X軸モータ及び第1、第2Y軸モータの前記磁極位置補正量を算出することを特徴としている。
請求項4記載の発明は、請求項3記載の二次元位置決め装置において、前記磁極位置補正量演算器が、前記の式から算出した磁極位置補正量を前記推力制御器に入力し、補正後の磁極位置にて前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータを駆動することを特徴としている。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the two-dimensional positioning apparatus according to the first aspect, the magnetic pole position correction amount calculator calculates a magnetic pole position correction amount based on a θ command value input to the θ controller. It is characterized by.
Further, the invention according to
δ x1 = L x1 × sin (θi) / λ × 180 °
δ x2 = L x2 × sin (θi) / λ × 180 °
δ y1 = L y1 × sin (θi) / λ × 180 °
δ y2 = L y2 × sin (θi) / λ × 180 °
The magnetic pole position correction amounts of the first and second X-axis motors and the first and second Y-axis motors are calculated.
According to a fourth aspect of the present invention, in the two-dimensional positioning apparatus according to the third aspect, the magnetic pole position correction amount calculator inputs the magnetic pole position correction amount calculated from the above equation to the thrust controller, The first and second X-axis motors and the first and second Y-axis motors are driven at the magnetic pole positions.
請求項5記載の発明は、二次元位置決め装置の回転時の磁極位置ずれ補正方法に係り、フォーサをX軸方向に移動させる2台の第1、第2X軸モータと、前記フォーサをY軸方向に移動させる2台の第1、第2Y軸モータと、前記第1、第2X軸モータの移動量を検出する2つの第1、第2X軸センサと、前記第1、第2Y軸モータの移動量を検出する2つの第1、第2Y軸センサと、前記フォーサのX軸方向の移動を制御するX軸制御器と、前記フォーサのY軸方向の移動を制御するY軸制御器と、前記フォーサのθ移動を制御するθ制御器と、前記X軸制御器と前記Y軸制御器と前記θ制御器の出力する推力指令を前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータの各推力指令に変換する推力指令変換器と、前記各推力指令を前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータに与える推力制御器と、前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータの移動量をX軸方向、Y軸方向及びθ方向の移動量に変換する移動量変換器を備えた二次元位置決め装置の運転中において、前記フォーサ回転時に生じる前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータの磁極位置と前記第1、第2X軸センサ及び前記第1、第2Y軸センサの示す磁極位置とのずれを補正するようにしたことを特徴としている。
請求項6記載の発明は、請求項5記載の二次元位置決め装置の回転時の磁極位置ずれ補正方法において、前記磁極位置補正方法が、前記θ制御器に入力されるθ指令値を基に磁極位置補正量を算出することを特徴としている。
請求項7記載の発明は、請求項6記載の二次元位置決め装置の回転時の磁極位置ずれ補正方法において、前記磁極位置補正方法が、前記第1、第2X軸モータと前記第1、第2Y軸モータの前記磁極位置補正量をδx1、δx2、δy1、δy2[°(電気角)]、前記第1、第2X軸モータと前記第1、第2Y軸モータの各々の中心から、前記第1、第2X軸センサと前記第1、第2Y軸センサの各々の検出部までの距離をLx1、Lx2、Ly1、Ly2[mm]、
前記θ制御器に入力されるθ指令値をθi[°(電気角)]、前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータの極ピッチを同じλ[mm]とした場合、次式を使用して、
δx1=Lx1×sin(θi)/λ×180°
δx2=Lx2×sin(θi)/λ×180°
δy1=Ly1×sin(θi)/λ×180°
δy2=Ly2×sin(θi)/λ×180°
前記第1、第2X軸モータ及び第1、第2Y軸モータの前記磁極位置補正量を算出することを特徴としている。
請求項8記載の発明は、請求項7記載の二次元位置決め装置の回転時の磁極位置ずれ補正方法において、前記磁極位置補正方法が、前記の式から算出した磁極位置補正量を前記推力制御器に入力し、補正後の磁極位置にて前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータを駆動することを特徴としている。
The invention according to
According to a sixth aspect of the present invention, in the magnetic pole position deviation correction method during rotation of the two-dimensional positioning device according to the fifth aspect, the magnetic pole position correction method is based on a θ command value input to the θ controller. It is characterized in that a position correction amount is calculated.
According to a seventh aspect of the present invention, in the magnetic pole position deviation correction method during rotation of the two-dimensional positioning device according to the sixth aspect, the magnetic pole position correction method includes the first and second X-axis motors and the first and second Y. The magnetic pole position correction amount of the shaft motor is calculated from the centers of δx 1 , δx 2 , δy 1 , δy 2 [° (electrical angle)], the first and second X-axis motors, and the first and second Y-axis motors. , Lx 1 , Lx 2 , Ly 1 , Ly 2 [mm], distances between the first and second X-axis sensors and the detection units of the first and second Y-axis sensors,
When the θ command value input to the θ controller is θi [° (electrical angle)] and the pole pitches of the first and second X-axis motors and the first and second Y-axis motors are the same λ [mm] , Using the following formula:
δ x1 = L x1 × sin (θi) / λ × 180 °
δ x2 = L x2 × sin (θi) / λ × 180 °
δ y1 = L y1 × sin (θi) / λ × 180 °
δ y2 = L y2 × sin (θi) / λ × 180 °
The magnetic pole position correction amounts of the first and second X-axis motors and the first and second Y-axis motors are calculated.
The invention according to
以上の構成によって、回転時にモータの磁極位置とセンサの示す磁極位置のずれを正確に補正することができ、その結果、θ制御に必要な推力を発生させることができ、回転時の推力不足に伴うトルク不足を解消し、静止保持することができる二次元位置決め装置が得られることとなる。 With the above configuration, it is possible to accurately correct the deviation between the magnetic pole position of the motor and the magnetic pole position indicated by the sensor during rotation, and as a result, it is possible to generate thrust necessary for θ control, resulting in insufficient thrust during rotation. Thus, a two-dimensional positioning device that can eliminate the torque shortage and can be held stationary is obtained.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の二次元位置決め装置の制御ブロック図である。図において、1は、フォーサ19のX軸方向移動を制御するX軸制御器、2はフォーサ19のY軸方向移動を制御するY軸制御器、3はフォーサのθ移動(回転移動)を制御するθ制御器、4はX軸制御器1、Y軸制御器2、θ制御器3から出力される推力指令を、フォーサ19を構成する各モータに与える推力指令に変換する推力指令変換器、5はフォーサ19を構成する各モータの移動量を、フォーサ19のX軸方向の移動量、Y軸方向の移動量、θ移動量に変換する移動量変換器、6はθ指令に応じて、磁極位置補正量を算出する磁極位置補正量演算器、7はフォーサ19を構成するモータの第1X軸モータ11の推力を制御する推力制御器X1、8はフォーサ19を構成するモータの第2X軸モータ12の推力を制御する推力制御器X2、9はフォーサ19を構成するモータの第1Y軸モータ13の推力を制御する推力制御器Y1、10はフォーサ19を構成するモータの第2Y軸モータ14の推力を制御する推力制御器Y2、11はフォーサ19を構成し、フォーサのX軸方向駆動を実現する第1X軸モータ、12はフォーサ19を構成し、フォーサ19のX軸方向駆動を実現する第2X軸モータ、13はフォーサ19を構成し、フォーサ19のY軸方向駆動を実現する第1Y軸モータ、14はフォーサ19を構成し、フォーサ19のY軸方向駆動を実現する第2Y軸モータ、15は、第1X軸モータ11の移動量を検出する第1X軸センサ、16は、第2X軸モータ12の移動量を検出する第2X軸センサ、17は、第1Y軸モータ13の移動量を検出する第1Y軸センサ、18は、第2Y軸モータ14の移動量を検出する第2Y軸センサである。
FIG. 1 is a control block diagram of the two-dimensional positioning apparatus of the present invention. In the figure, 1 is an X-axis controller for controlling the movement of the
図2において、19はフォーサであり、4つのモータ第1X軸モータ11、第2X軸モータ12、第1Y軸モータ13、第2Y軸モータ14と各モータの位置を検出する第1X軸センサ15、第2X軸センサ16、第1Y軸センサ17、第2Y軸センサ18で構成される。第1X軸センサ15、第2X軸センサ16、第1Y軸センサ17、第2Y軸センサ18は、プラテン20上に設置されたXYスケールの格子状スリット検出することで第1X軸モータ11、第2X軸モータ12、第1Y軸モータ13、第2Y軸モータ14の位置を得ることができる。XYスケールはプラテン20上の全面をカバーしており、フォーサ19に搭載された第1X軸センサ15、第2X軸センサ16、第1Y軸センサ17、第2Y軸センサ18はフォーサ19の移動に伴いプラテン20からその移動量を検出することができる。また、ここで駆動する二次元位置決め装置は、図4で示す平面サーボである。
本発明が従来技術と異なる部分は、フォーサ回転時に生じる各モータの磁極位置と各センサの示す磁極位置とのずれを算出する磁極位置補正量演算器を備え、前記磁極位置補正量演算器で、磁極位置補正量を算出し、磁極位置補正量を前記推力制御器に入力し、補正後の磁極位置にて各モータを駆動することである。
In FIG. 2,
The present invention is different from the prior art in that it includes a magnetic pole position correction amount calculator that calculates a deviation between the magnetic pole position of each motor and the magnetic pole position indicated by each sensor that occurs during forcer rotation. The magnetic pole position correction amount is calculated, the magnetic pole position correction amount is input to the thrust controller, and each motor is driven at the corrected magnetic pole position.
図2のフォーサ19を駆動する場合、フォーサ19のX軸方向の位置指令XiとY軸方向の位置指令Yiとθ指令(回転角指令)θiをそれぞれ、X軸制御器1、Y軸制御器2、θ制御器3に入力し、X軸、Y軸、θをそれぞれ独立に制御を行い、各指令どおりにフォーサ19が移動するような推力指令を生成する。このとき、フォーサ19の移動量検出値は、フォーサ19を構成する4つのモータの移動量を検出する第1X軸センサ15、第2X軸センサ16、第1Y軸センサ17、第2Y軸センサ18の信号x1、x2、y1、y2をもとに、移動量変換器5にて作成される、フォーサ19のX軸方向、Y軸方向、θ方向の移動量x、y、θを使用する。
例えば、フォーサ19をX軸方向のみ移動させる場合は、X軸位置指令Xiを入力し、X軸制御器1にて位置制御および速度制御を行い、X軸位置指令Xiに従いフォーサ19が動作するような推力指令Fxを出力する。この時、Y軸制御器2及びθ制御器3からはフォーサ19がY軸方向に動作しないようなY軸推力指令Fyとフォーサ19が回転しないようなθ推力指令Fθを出力する。
X軸制御器1、Y軸制御器2、θ制御器3から出力される推力指令Fx、Fy、Fθは、指令変換器4にて、フォーサ19を構成する4つのモータ、第1X軸モータ11、第2X軸モータ12、第1Y軸モータ13、第2Y軸モータ14の推力指令Fx1、Fx2、Fy1、Fy2に変換される。各推力指令は、フォーサ19を構成する4つのモータの推力を制御する推力制御器X17、推力制御器X28、推力制御器Y19、推力制御器Y210にそれぞれ入力され、推力指令値どおり各モータが駆動するように必要な電流をモータに与える。以上の処理により、フォーサ19は駆動される。しかし、図3に示すように、θ方向に移動する場合、つまりフォーサ19がC−C‘からD−D’の位置にθiだけ回転する場合は、プラテン20に対しフォーサが傾くため、第1X軸モータ11では、第1X軸モータ11の磁極位置A−A‘に対して、第1X軸センサ15の示す磁極位置B−B’には、Lx1×sin(θi)(ここで、Lx1は第1X軸モータ11の中心から第1X軸センサ15の検出部までの距離である。単位は[mm])のずれが生じる。そのため、磁極位置補正量演算器6にて、式1を用いて第1X軸モータの磁極位置補正量δx1(°(電気角))を算出する。
δx1=Lx1×sin(θi)/λ×180° ・・・・・(1)
When the
For example, when the
Thrust commands Fx, Fy, Fθ output from the
δ x1 = L x1 × sin (θi) / λ × 180 ° (1)
式1において、θiはθ制御器3に入力されるθ指令値(単位[°])、λx1は第1X軸モータの極ピッチ(単位[mm])である。
磁極位置補正量演算器6にて算出した磁極位置補正量δx1は、第1X軸センサ15の検出値x1より減算し、減算した値を用いて、推力制御器x1にて推力制御を行う。第2X軸モータ12、第1Y軸モータ13、第2Y軸モータ14でも同様に磁極位置補正量(第2X軸モータ12の場合δx2、第1Y軸モータ13の場合δy1、第2Y軸モータ14の場合δy2)を式2、式3、式4を用いて算出し、磁極位置補正を行い推力制御を行う。
δx2=Lx2×sin(θi)/λ×180° ・・・・(2)
δy1=Ly1×sin(θi)/λ×180° ・・・・(3)
δy2=Ly2×sin(θi)/λ×180° ・・・・(4)
In
The magnetic pole position correction amount δx1 calculated by the magnetic pole position
δ x2 = L x2 × sin ( θi) / λ × 180 ° ···· (2)
δ y1 = L y1 × sin (θi) / λ × 180 ° (3)
δ y2 = L y2 × sin (θi) / λ × 180 ° (4)
上記手順にて処理を行うと、回転時にモータの磁極位置とセンサの示す磁極位置のずれを正確に補正することで、θ制御に必要な推力を発生させることができ、回転時の推力不足に伴うトルク不足を解消し、静止保持することができる、二次元位置決めが可能になる。
以上のように、磁極位置補正量の計算には、θ制御器3に入力されるθ指令であるθiを用いたが、第1X軸センサ15、第2X軸センサ16、第1Y軸センサ17、第2Y軸センサ18の信号をもとに移動量変換器6で生成されたθ方向の移動量θを使用してもよい。
When processing is performed according to the above procedure, the thrust necessary for θ control can be generated by accurately correcting the deviation between the magnetic pole position of the motor and the magnetic pole position indicated by the sensor during rotation, resulting in insufficient thrust during rotation. The two-dimensional positioning which can eliminate the torque shortage and can be kept stationary becomes possible.
As described above, θi which is the θ command input to the
磁極位置補正することによって、静止保持することができるので、超精密という用途にも適用できる。 By correcting the magnetic pole position, it can be held stationary, so it can be applied to ultra-precision applications.
1 X軸制御器
2 Y軸制御器
3 θ制御器
4 推力指令変換器
5 移動量変換器
6 磁極位置補正量演算器
7 推力制御器X1
8 推力制御器X2
9 推力制御器Y1
10 推力制御器Y2
11 第1X軸モータ
12 第2X軸モータ
13 第1Y軸モータ
14 第2Y軸モータ
15 第1X軸センサ
16 第2X軸センサ
17 第1Y軸センサ
18 第2Y軸センサ
19 フォーサ
20 プラテン
101 X軸センサ
102 アップダウンカウンタ
103 補正手段
104 補正テーブル
105 X軸センサ
106 アップダウンカウンタ
107 補正手段
108 補正テーブル
109 変換回路
110 X軸位置制御部
111 X軸速度演算回路
112 X軸速度制御部
113 θ位置制御部
114 θ速度演算回路
115 θ速度制御部
116 リミッタ
117 指令値変換回路
118 X軸モータ
119 X軸モータ
120 電流センサ
121 転流・電流制御回路
122 転流角演算回路
123 マルチプライング・デジタル・アナログ変換回路
124 マルチプライング・デジタル・アナログ変換回路
125 X軸電流制御回路
126 電流センサ
127 転流・電流制御回路
128 アップダウンカウンタ
129 補正手段
130 補正テーブル
131 Y軸位置制御部
132 Y軸速度演算回路
133 Y軸速度制御部
134 転流・電流制御回路
135 X軸制御器
136 Y軸制御器
137 θ制御器
138 推力指令変換器
139 移動量変換器
140 推力制御器X1
141 推力制御器X2
142 推力制御器Y1
143 推力制御器Y2
144 第1X軸モータ
145 第2X軸モータ
146 第1Y軸モータ
147 第2Y軸モータ
148 第1X軸センサ
149 第2X軸センサ
150 第1Y軸センサ
151 第2Y軸センサ
152 XYスケール
1 X-axis controller 2 Y-
8 Thrust controller X 2
9 Thrust controller Y 1
10 Thrust controller Y 2
11 1st
141 Thrust controller X 2
142 propulsive force controller Y 1
143 Thrust controller Y 2
144 1st X axis motor 145 2nd X axis motor 146 1st Y axis motor 147 2nd Y axis motor 148 1st X axis sensor 149 2nd X axis sensor 150 1st Y axis sensor 151 2nd Y axis sensor 152 XY scale
Claims (8)
前記フォーサ回転時に生じる前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータの磁極位置と前記第1、第2X軸センサ及び前記第1、第2Y軸センサの示す磁極位置とのずれを算出する磁極位置補正量演算器を備えたことを特徴とする二次元位置決め装置。 Two first and second X-axis motors that move the forcer in the X-axis direction, two first and second Y-axis motors that move the forcer in the Y-axis direction, and the first and second X-axis motors Two first and second X-axis sensors for detecting the amount of movement, two first and second Y-axis sensors for detecting the amount of movement of the first and second Y-axis motors, and movement of the forcer in the X-axis direction. An X-axis controller for controlling, a Y-axis controller for controlling movement of the forcer in the Y-axis direction, a θ controller for controlling θ movement of the forcer, the X-axis controller, and the Y-axis controller; A thrust command converter for converting a thrust command output from the θ controller into thrust commands for the first and second X-axis motors and the first and second Y-axis motors; A thrust controller applied to a 2X-axis motor and the first and second Y-axis motors; In the two-dimensional positioning apparatus including a movement amount converter that converts the movement amount of the second X-axis motor and the first and second Y-axis motors into movement amounts in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the θ-direction,
Deviations between the magnetic pole positions of the first and second X-axis motors and the first and second Y-axis motors and the magnetic pole positions indicated by the first and second X-axis sensors and the first and second Y-axis sensors that occur during the forcer rotation. A two-dimensional positioning device comprising a magnetic pole position correction amount calculator for calculating
前記第1、第2X軸モータと前記第1、第2Y軸モータの前記磁極位置補正量をδx1、δx2、δy1、δy2[°(電気角)]、
前記第1、第2X軸モータと前記第1、第2Y軸モータの各々の中心から、前記第1、第2X軸センサと前記第1、第2Y軸センサの各々の検出部までの距離をLx1、Lx2、Ly1、Ly2[mm]、
前記θ制御器に入力されるθ指令値をθi[°(電気角)]、前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータの極ピッチを同じλ[mm]とした場合、次式を使用して、
δx1=Lx1×sin(θi)/λ×180°
δx2=Lx2×sin(θi)/λ×180°
δy1=Ly1×sin(θi)/λ×180°
δy2=Ly2×sin(θi)/λ×180°
前記第1、第2X軸モータ及び第1、第2Y軸モータの前記磁極位置補正量を算出することを特徴とする請求項2記載の二次元位置決め装置。 The magnetic pole position correction calculator is
The magnetic pole position correction amounts of the first and second X-axis motors and the first and second Y-axis motors are expressed as δx 1 , δx 2 , δy 1 , δy 2 [° (electrical angle)],
The distance from the center of each of the first and second X-axis motors and the first and second Y-axis motors to the detection unit of each of the first and second X-axis sensors and the first and second Y-axis sensors is expressed as Lx. 1 , Lx 2 , Ly 1 , Ly 2 [mm],
When the θ command value input to the θ controller is θi [° (electrical angle)] and the pole pitches of the first and second X-axis motors and the first and second Y-axis motors are the same λ [mm] , Using the following formula:
δ x1 = L x1 × sin (θi) / λ × 180 °
δ x2 = L x2 × sin (θi) / λ × 180 °
δ y1 = L y1 × sin (θi) / λ × 180 °
δ y2 = L y2 × sin (θi) / λ × 180 °
3. The two-dimensional positioning apparatus according to claim 2, wherein the magnetic pole position correction amounts of the first and second X-axis motors and the first and second Y-axis motors are calculated.
前記第1、第2X軸モータと前記第1、第2Y軸モータの前記磁極位置補正量をδx1、δx2、δy1、δy2[°(電気角)]、
前記第1、第2X軸モータと前記第1、第2Y軸モータの各々の中心から、前記第1、第2X軸センサと前記第1、第2Y軸センサの各々の検出部までの距離をLx1、Lx2、Ly1、Ly2[mm]、
前記θ制御器に入力されるθ指令値をθi[°(電気角)]、前記第1、第2X軸モータ及び前記第1、第2Y軸モータの極ピッチを同じλ[mm]とした場合、次式を使用して、
δx1=Lx1×sin(θi)/λ×180°
δx2=Lx2×sin(θi)/λ×180°
δy1=Ly1×sin(θi)/λ×180°
δy2=Ly2×sin(θi)/λ×180°
前記第1、第2X軸モータ及び第1、第2Y軸モータの前記磁極位置補正量を算出することを特徴とする請求項6記載の二次元位置決め装置の回転時の磁極位置ずれ補正方法。 The magnetic pole position correction method is:
The magnetic pole position correction amounts of the first and second X-axis motors and the first and second Y-axis motors are expressed as δx 1 , δx 2 , δy 1 , δy 2 [° (electrical angle)],
The distance from the center of each of the first and second X-axis motors and the first and second Y-axis motors to the detection unit of each of the first and second X-axis sensors and the first and second Y-axis sensors is expressed as Lx. 1 , Lx 2 , Ly 1 , Ly 2 [mm],
When the θ command value input to the θ controller is θi [° (electrical angle)] and the pole pitches of the first and second X-axis motors and the first and second Y-axis motors are the same λ [mm] , Using the following formula:
δ x1 = L x1 × sin (θi) / λ × 180 °
δ x2 = L x2 × sin (θi) / λ × 180 °
δ y1 = L y1 × sin (θi) / λ × 180 °
δ y2 = L y2 × sin (θi) / λ × 180 °
7. The magnetic pole position deviation correction method during rotation of the two-dimensional positioning device according to claim 6, wherein the magnetic pole position correction amounts of the first, second X-axis motor and first, second Y-axis motor are calculated.
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JP2006284041A JP2008102697A (en) | 2006-10-18 | 2006-10-18 | Two dimensional positioning device and method for correcting deviation of magnetic pole position during rotation |
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