JP2009186304A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特殊な波長測定の機構を必要とせず、レーザ光源の劣化を検出することができる位置決め装置を実現する。
【解決手段】プラテン上に配置されたスライダの原点位置からのＸ方向及びＹ方向の移動距離をレーザ干渉計により測定して位置制御する位置決め装置において、
前記スライダをＸ方向またはＹ方向に移動させながら、前記レーザ干渉計のレーザ温度またはレーザ駆動電流の少なくともいずれかを所定範囲で変動させた時のレーザ干渉計の受信信号の振幅変化を検出し、その振幅変化が所定の閾値を超えた場合にレーザ干渉計が異常と判断する診断部を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラテン上に配置されたスライダの原点位置からのＸ方向及びＹ方向の移動距離を、レーザ干渉計により測定して位置制御する位置決め装置に関し、詳しくは、前記レーザ干渉計の安定性検出に関するものである。

プラテン上に配置されたスライダの原点位置からのＸ方向及びＹ方向の移動距離を、レーザ干渉計により測定して位置制御する位置決め装置の構成及びスライダの位置制御技術については、特許文献１に詳細が開示されている。

レーザ干渉計のレーザ光線の波長を測定して光源の劣化現象を検出する診断手段を備えた位置決め装置については、特許文献２に技術開示がある。

図３は、原点復帰制御を実行する従来の位置決め装置の構成例を示す機能ブロック図である。スライダ１０は、プラテン２０上に配置されている。スライダ１０に接続されたケーブル（図示せず）を通して、モータ駆動用電流、エアベアリング用エアーが供給される。これにより、スライダ１０はプラテン２０上に空気浮上し、Ｘ，Ｙ方向に推力を発生してプラテン２０上を走行し、また、θ方向にトルクを発生して回転することができる。

プラテン２０の周囲にはＹ軸方向には２個のレーザ干渉計３１、３２が配置されており、Ｘ軸方向には１個のレーザ干渉計３３が配置されている。スライダ１０の周端部にはＹ軸方向のバーミラー１１及びＸ軸方向のバーミラー１２が取り付けられている。

これらレーザ干渉計から出力されたレーザ光をスライダのバーミラーで反射してレーザ干渉計に戻すことで、スライダ１０のＸ，Ｙ方向の変位を検出することができる。

スライダがＸ，Ｙ方向に自走するためには、θ方向のずれがある程度小さくなければならない。このため、レーザ干渉計３３の横には回転センサ４０が装備されている。スライダがθ方向に回転している場合は、後述する減反復帰動作時に、回転センサ４０の信号をみながらスライダを回転させ、正規の姿勢に戻す。

レーザ干渉計は、スライダ１０がＸ，Ｙ方向に動いた量（距離）を検出できるが、プラテン２０上の絶対位置を測定することはできない。このため、電源オン時に、原点復帰動作を行って、スライダ１０をプラテン２０上の原点位置Ｐに位置決めし、その後、サーボ制御による位置制御を開始する必要がある。

原点復帰動作のため、プラテン２０に近接してＹ軸方向に２個の原点センサ５１，５２が、Ｘ軸方向に１個の原点センサ５３が配置されている。

これら原点センサは、スライダ１０との距離を測定する機能を有する。しかし、測定範囲が限られているため、スライダ１０を原点センサの近傍に移動させた後でないと、距離を測定できない。スライダ１０を原点センサの近傍に移動させるために、リミットセンサ６１（図はその光軸を示す）及びリミットセンサ６２が設けられている。

レーザ干渉計３１，３２，３３は、レーザ干渉計駆動部７０に接続されて電力供給されると共に、その検出値が制御装置８０のスライダ位置制御部８１に入力される。スライダ位置制御部８１は、上位からの位置指令値とレーザ干渉計の検出値に基づいてモータドライバ８２を介してスライダ１０を位置サーボ系により指令位置に移動制御する。

回転センサ４０及び原点センサ５１，５２，５３の検出値並びにリミットセンサ６１，６２の検出値は、制御装置８０の原点復帰制御部８３に入力される。原点復帰制御部８３は、原点復帰動作時には、ステッピングパルスモータ動作によりモータドライバ８２を介してスライダ１０を移動させる。

原点復帰動作では、ステッピングパルスモータ動作によって、スライダ１０を、その端がリミットセンサ６１及びリミットセンサ６２の光軸と一致する位置まで動かし、位置決めする。リミットセンサの光軸位置は既知であるので、そこで、スライダはプラテン上での自身の位置を知ることができる。

ただし、リミットセンサでの位置検出精度は高くない。そのため、正確な位置を知るためには、原点センサ近傍にスライダ１０を動かして、原点センサの値から、Ｘ，Ｙ，θ位置を検出する。このときの移動量は、リミットセンサの光軸位置と原点センサの設置位置から決まり、既知である。

図４（Ａ）〜（Ｃ）は、原点復帰制御の手順を説明する位置決め装置の機能ブロック図である。まず、スライダ１０を励磁した上で、回転センサ４０により、スライダ１０のおおまかなθ方向姿勢を検出する。スライダ１０が傾いていれば、ステッピングパルスモータ動作によってスライダ１０を回転させて、正規の姿勢に戻す。

図４（Ａ）のステップでは、ステッピングパルスモータ動作でＹ軸に平行して矢印Ａ方向に操作し、リミットセンサ６２の位置で停止させる。図４（Ｂ）のステップでは、Ｘ軸に平行して矢印Ｂ方向に操作し、リミットセンサ６１の位置で停止させ、原点センサの検出範囲まで微速で動かす。

図４（Ｃ）のステップでは、３つの原点センサ５１，５２，５３により、スライダ１０の位置、姿勢を検出し、ステッピングパルスモータ動作にて、原点復帰位置Ｐに高精度で位置決めする。

このような手順による原点復帰動作が終了後に、原点Ｐを基準位置として、干渉計３１，３２，３３の移動距離検出値に基づいてスライダ１０が、位置サーボ系により指令位置に移動制御される。

特開２０００−０６５９７０号公報 特開２００１−１５３９８４号公報

従来の位置決め装置の構成では、次のような問題がある。
（１）レーザ干渉計用レーザ光源の波長が不安定で、原点復帰後のサーボ制御運転中に波長が変化するようであれば、正常なサーボ制御ができなくなり、異常停止に陥る。その場合、本ステージのみならず、応用装置やそのワークにダメージを与える危険がある。

（２）特許文献２には、レーザ光源の波長を直接測定して劣化現象を検出する診断手法が開示されているが、特殊なスリット手段を設ける等、波長測定のための構成が複雑であり、実装にはコストアップが伴う。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、特殊な波長測定の機構を必要とせず、レーザ光源の劣化を検出することができる位置決め装置の実現を目的としている。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）プラテン上に配置されたスライダの原点位置からのＸ方向及びＹ方向の移動距離をレーザ干渉計により測定して位置制御する位置決め装置において、
前記スライダをＸ方向またはＹ方向に移動させながら、前記レーザ干渉計のレーザ温度またはレーザ駆動電流の少なくともいずれかを所定範囲で変動させた時のレーザ干渉計の受信信号の振幅変化を検出し、その振幅変化が所定の閾値を超えた場合にレーザ干渉計が異常と判断する診断部を有することを特徴とする位置決め装置。

（２）前記診断部は、前記レーザ温度を設計値Ｔ±ΔＴで変動させることを特徴とする（１）に記載の位置決め装置。

（３）前記診断部は、前記レーザ駆動電流を設計値Ａ±ΔＡで変動させることを特徴とする（１）に記載の位置決め装置。

（４）前記診断部は、前記スライダをステッピングパルスモータモードにより前記プラテン上の原点位置に復帰させた後に前記診断を実行することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の位置決め装置。

（５）前記診断部は、前記スライダをステッピングパルスモータモードにより前記プラテン上の原点位置に復帰させる途中において前記診断を実行することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の位置決め装置。

本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）レーザ温度及びレーザ電流に所定の外乱を与えた時の受信信号振幅の変化を監視することによって、レーザが安定して発振しているか否かのチェックでき、特殊な波長測定の機構を必要とせず、レーザ光源の劣化を検出することができる位置決め装置を実現することができる。
レーザ光源の劣化の検出を行った結果、レーザ光源が安定と診断されれば、レーザ干渉計による位置サーボ制御に移行する。レーザ光源が安定でないと診断されれば、その時点でアラームを通報してスライダのモータを停止させることができる。これにより、ステージ、応用装置、ワークにダメージを与える危険を低減させることができる。

（２）この確認動作を原点復帰動作毎に実行すれば、レーザの波長安定点がずれてきていることが発見できる。この情報を予防保全システムで利用すれば、システムの安全管理の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した位置決め装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図３で説明した従来の位置決め装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

図３の構成に対する本発明の特徴部は、制御装置８０に設けたレーザ干渉計診断部１００の構成にある。レーザ干渉計診断部１００は、レーザ干渉計駆動部７０及び制御装置１００内の原点復帰制御部８３と連動して、ステッピングパルスモータ動作時に一連の診断を実行する。診断結果の異常情報ＡＬは、予防保全システム２００へ出力される。

干渉計用レーザ光源は、レーザ干渉計駆動部７０に設けられている。レーザ干渉計駆動部７０は、制御装置１００から与えられるレーザ温度、レーザ電流の設定値を維持するよう、内部に温度及びレーザ電流の制御機構が設けられている。

レーザ干渉計診断部１００は、診断時にこれらの設定値を所定幅に変化させる外乱を与え、外乱を与えた時のレーザ干渉計の受信信号の振幅変化を監視する。一般にレーザ波長の変動は、レーザ干渉計の受信信号の振幅変化と相関がある。干渉計用レーザ光源の温度および電流を所定値変化させた時に、レーザ干渉計の受信信号の振幅が所定の閾値をこえて変化した場合に、波長変動が発生しているものと予測することができる。

図２は、本発明の診断の手順を説明するフローチャートである。以下、図２のステップＳ１乃至ステップＳ１３に従って診断の手順を説明する。この実施形態では、スライダ１０が原点位置に復帰した後、ステップＳ１で診断ルーチンをスタートさせる。

ステップＳ２で、ステッピングパルスモータ動作にて、スライダ１０を例えばＹ方向に所定距離（100ｍｍ）を低速移動させる。この移動期間中にレーザ温度Ｔ（設定値）及びレーザ電流Ａ（設定値）におけるレーザ干渉計４１，４２の信号振幅をステップＳ３でチェックする。正常（ＯＫ）であればステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、移動期間中にレーザの設定温度Ｔを所定幅ΔＴ上昇させてレーザ干渉計４１，４２の信号振幅をチェックする。正常であれば、ステップＳ５でレーザの設定温度Ｔを所定幅２ΔＴ下降させてレーザ干渉計４１，４２の信号振幅をチェックする。正常であればステップＳ６でレーザの設定温度Ｔを所定幅ΔＴ上昇させ元の設定値Ｔに戻し、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、レーザの設定電流Ａを所定幅ΔＡ上昇させてレーザ干渉計４１，４２の信号振幅をチェックする。正常であれば、ステップＳ８でレーザの設定電流Ａを所定幅２ΔＡ下降させてレーザ干渉計４１，４２の信号振幅をチェックする。正常であればステップＳ９でレーザの設定電流Ａを所定幅ΔＡ上昇させ元の設定値Ａに戻し、ステップＳ１０で診断の正常処理を実行し、ステップＳ１１でこの診断ルーチンを終了する。

ステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ５，ステップＳ７、ステップＳ８におけるレーザ干渉計４１，４２の信号振幅のチェックで一定以上変動する異常（ＮＧ）があれば、ステップＳ１２進み、診断異常処理を実行し、ステップＳ１３でアラーム処理を実行し、スライダ１０を原点復帰位置に戻して停止させる。

診断処理が終了すると、エアベアリングをエアーオフし、スライダ１０をプラテン２０の上面に着座させる。この状態では、原点センサによるスライダ位置検出値とレーザ干渉計による測定位置の両者が分かるので、サーボ運転に必要な転流制御の電気角を算出することができる。

この状態でレーザ干渉計による距離測定値に基づく位置サーボ制御に切り替え、エアベアリングをエアーオンして、スライダ１０をプラテン２０上に浮上させ、スライダ位置制御部８１による位置サーボ制御に移行する。

図２で説明した診断ルーチンは、原点復帰動作終了後のステッピングパルスモータ動作時に実行する例を示したが、原点復帰動作開始前、または原点復帰動作の途中において割り込み処理で実行することも可能である。

実施形態のレーザ光源は、汎用的な半導体レーザを使用しており、レーザ温度、レーザ電流が波長安定性に大きな影響を与える。診断例では、レーザ温度３点、レーザ電流３点のみでのチェックする手法を示したが、より細かく温度、あるいは電流を刻んで、数多くの条件でチェックを行えば検出確度を向上させることができる。しかしながら、診断時間中は位置決め装置本来の仕事ができないので、診断にいくら時間を割くかは運転効率を勘案して決定する。

本発明を適用した位置決め装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。 本発明の診断の手順を説明するフローチャートである。 原点復帰制御を実行する従来の位置決め装置の構成例を示す機能ブロック図である。 原点復帰制御の手順を説明する従来の位置決め装置の機能ブロック図である。

符号の説明

１０ スライダ
２０ プラテン
３１，３２，３３ レーザ干渉計
４０ 回転センサ
５１，５２，５３ 原点センサ
６１，６２ リミットセンサ
７０ レーザ干渉計駆動部
８０ 制御装置
８１ モータドライバ
８２ 原点復帰制御部
８３ スライダ位置制御部
１００ レーザ干渉計診断部
２００ 予防保全システム

Claims (5)

1. プラテン上に配置されたスライダの原点位置からのＸ方向及びＹ方向の移動距離をレーザ干渉計により測定して位置制御する位置決め装置において、
   前記スライダをＸ方向またはＹ方向に移動させながら、前記レーザ干渉計のレーザ温度またはレーザ駆動電流の少なくともいずれかを所定範囲で変動させた時のレーザ干渉計の受信信号の振幅変化を検出し、その振幅変化が所定の閾値を超えた場合にレーザ干渉計が異常と判断する診断部を有することを特徴とする位置決め装置。
2. 前記診断部は、前記レーザ温度を設計値Ｔ±ΔＴで変動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。
3. 前記診断部は、前記レーザ駆動電流を設計値Ａ±ΔＡで変動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。
4. 前記診断部は、前記スライダをステッピングパルスモータモードにより前記プラテン上の原点位置に復帰させた後に前記診断を実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の位置決め装置。
5. 前記診断部は、前記スライダをステッピングパルスモータモードにより前記プラテン上の原点位置に復帰させる途中において前記診断を実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の位置決め装置。

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