JP2798928B2 - 位置決め制御装置 - Google Patents
位置決め制御装置Info
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- JP2798928B2 JP2798928B2 JP63078861A JP7886188A JP2798928B2 JP 2798928 B2 JP2798928 B2 JP 2798928B2 JP 63078861 A JP63078861 A JP 63078861A JP 7886188 A JP7886188 A JP 7886188A JP 2798928 B2 JP2798928 B2 JP 2798928B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は，被位置決め体の位置決めをモータの駆動力
を使って行なう位置決め制御装置に係り，特にモータと
被位置決め体との間に介在する動力伝達機構の振動減衰
特性を制御的な手段で高めることができるようにした位
置決め制御装置に関する。
を使って行なう位置決め制御装置に係り，特にモータと
被位置決め体との間に介在する動力伝達機構の振動減衰
特性を制御的な手段で高めることができるようにした位
置決め制御装置に関する。
（従来の技術） 従来，テーブルやアーム等の被位置決め体を所望の位
置に位置決めする手段として、電気的なサーボ機構が広
く使用されている。第４図はソフトサーボ方式を採用し
たサーボ機構の代表的な機構部分を示す図である。すな
わち、図中１は被位置決め体としてのステージ,2は駆動
源としてのDCモータ,3はDCモータ２の回転速度を検出す
る回転速度検出器としてのタコジェネレータ,4はボール
ネジ,5はカップリング,6はアンギュラ軸受,7a,7bはガイ
ド,8はステージ１の静止座標系に対する位置を測定する
ためのレーザ干渉計,9はレーザビーム,10はレーザ干渉
計８と対をなすミラーである。この機構では,DCモータ
２の回転によりボールネジ４を回転させ，これによって
ステージ１をガイド7a,7bに沿わせて直線動させるよう
にしている。このとき，ステージ１の移動距離Xsは，レ
ーザ干渉計８とミラー10とによって測定される。
置に位置決めする手段として、電気的なサーボ機構が広
く使用されている。第４図はソフトサーボ方式を採用し
たサーボ機構の代表的な機構部分を示す図である。すな
わち、図中１は被位置決め体としてのステージ,2は駆動
源としてのDCモータ,3はDCモータ２の回転速度を検出す
る回転速度検出器としてのタコジェネレータ,4はボール
ネジ,5はカップリング,6はアンギュラ軸受,7a,7bはガイ
ド,8はステージ１の静止座標系に対する位置を測定する
ためのレーザ干渉計,9はレーザビーム,10はレーザ干渉
計８と対をなすミラーである。この機構では,DCモータ
２の回転によりボールネジ４を回転させ，これによって
ステージ１をガイド7a,7bに沿わせて直線動させるよう
にしている。このとき，ステージ１の移動距離Xsは，レ
ーザ干渉計８とミラー10とによって測定される。
このような機構を使ってステージ１を所望位置に位置
決めしようとするときには，通常，第５図に示すような
位置決め制御装置が用いられている。すなわち，図中20
は外部から与えられる位置指令信号,21はレーザ干渉計
８によって測定されたステージ１の現在位置信号,22は
位置指令信号と現在位置信号との差を演算する演算回
路,23はD/Aコンバータ,24は速度制御アンプ,25はパワー
アンプ,26はタコジェネレータ３によって検出された回
転速度信号である。この位置決め制御装置では，レーザ
干渉計８の出力である現在位置信号21をフィードバック
して位置決め制御を行なう。このとき，回転速度信号26
のフィードバックループは，位置決め制御においてダン
ピングループとして作用し，制御の安定性を向上させて
いる。
決めしようとするときには，通常，第５図に示すような
位置決め制御装置が用いられている。すなわち，図中20
は外部から与えられる位置指令信号,21はレーザ干渉計
８によって測定されたステージ１の現在位置信号,22は
位置指令信号と現在位置信号との差を演算する演算回
路,23はD/Aコンバータ,24は速度制御アンプ,25はパワー
アンプ,26はタコジェネレータ３によって検出された回
転速度信号である。この位置決め制御装置では，レーザ
干渉計８の出力である現在位置信号21をフィードバック
して位置決め制御を行なう。このとき，回転速度信号26
のフィードバックループは，位置決め制御においてダン
ピングループとして作用し，制御の安定性を向上させて
いる。
しかしながら，上記のように構成された従来の位置決
め制御装置にあっては次のような問題があった。上記構
成のものにおいて高速で，かつ高精度な位置決め制御を
行なおうとすると，通常は応答が振動的になり，制御特
性が悪化する。この振動は,DCモータ２とステージ１と
の間に存在しているボールネジ4,カップリング5,アンギ
ュラ軸受６等の動力伝達機構の振動特性に起因してい
る。DCモータ２の回転が剛にステージ１に伝達されれば
上記の問題は生じない。しかし，動力伝達機構を構成す
る上記部品は，通常，剛性が無限大ではないので，必然
的に動力伝達機構が低剛性になり，しかも振動の減衰特
性も悪い。
め制御装置にあっては次のような問題があった。上記構
成のものにおいて高速で，かつ高精度な位置決め制御を
行なおうとすると，通常は応答が振動的になり，制御特
性が悪化する。この振動は,DCモータ２とステージ１と
の間に存在しているボールネジ4,カップリング5,アンギ
ュラ軸受６等の動力伝達機構の振動特性に起因してい
る。DCモータ２の回転が剛にステージ１に伝達されれば
上記の問題は生じない。しかし，動力伝達機構を構成す
る上記部品は，通常，剛性が無限大ではないので，必然
的に動力伝達機構が低剛性になり，しかも振動の減衰特
性も悪い。
第６図に上記した駆動機構の振動モデルを示す。DCモ
ータ２やタコジェネレータ３は１つの自由度系を構成し
ていると見なすことができ，またステージ１も他の１つ
の自由度系を構成していると見なすことができる。そし
て，この２つの自由度系をボールネジ4,カップリング5,
アンギュラ軸受６からなるバネＳが連結していると見な
すことができる。なお，図中Xsはステージ１の移動距
離,TはDCモータ２の出力トルク，θはDCモータ２の回転
角,C1はガイド7a,7bの摩擦,C2はボールネジ４等の摩擦
トルク,kはバネ定数を示している。この振動モデルから
判かるように,DCモータ21の減衰特性は摩擦トルクC2と
タコジェネレータ３とによって得られる。しかし，一番
重要であるステージ１の減衰特性は，摩擦C1でしか得ら
れない。摩擦C1を増せば大きな減衰特性が得られるが，
反面，高精度な位置決めが困難となる。
ータ２やタコジェネレータ３は１つの自由度系を構成し
ていると見なすことができ，またステージ１も他の１つ
の自由度系を構成していると見なすことができる。そし
て，この２つの自由度系をボールネジ4,カップリング5,
アンギュラ軸受６からなるバネＳが連結していると見な
すことができる。なお，図中Xsはステージ１の移動距
離,TはDCモータ２の出力トルク，θはDCモータ２の回転
角,C1はガイド7a,7bの摩擦,C2はボールネジ４等の摩擦
トルク,kはバネ定数を示している。この振動モデルから
判かるように,DCモータ21の減衰特性は摩擦トルクC2と
タコジェネレータ３とによって得られる。しかし，一番
重要であるステージ１の減衰特性は，摩擦C1でしか得ら
れない。摩擦C1を増せば大きな減衰特性が得られるが，
反面，高精度な位置決めが困難となる。
（発明が解決しようとする課題） 上述の如く，従来の装置にあっては，高速で，かつ高
精度な位置決め制御を行なうことが困難であった。
精度な位置決め制御を行なうことが困難であった。
そこで本発明は，駆動用のモータと被位置決め体との
間に低剛性で低減衰性の動力伝達機構が存在していて
も，この動力伝達機構の減衰特性を制御的な手段によっ
て向上させることができ，もって高速で高精度な位置決
め制御が可能な位置決め制御装置を提供することを目的
としている。
間に低剛性で低減衰性の動力伝達機構が存在していて
も，この動力伝達機構の減衰特性を制御的な手段によっ
て向上させることができ，もって高速で高精度な位置決
め制御が可能な位置決め制御装置を提供することを目的
としている。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために，本発明に係る位置決め制
御装置は，被位置決め体に対して動力伝達機構を介して
移動力を与えるモータと，前記被位置決め体の位置を検
出するレーザ干渉計と，このレーザ干渉計で得られた位
置信号を一定時間間隔でサンプリングして得たサンプル
値の前後の差から前記被位置決め体の速度を検出する速
度検出装置と，前記モータの回転速度を検出する回転速
度検出器と，前記レーザ干渉計で得られた位置信号をフ
ィードバック信号とし，このフィードバック信号と目標
位置信号とから位置偏差信号を生成する位置偏差信号生
成系と，前記回転速度検出器で得られた回転速度信号と
前記速度検出装置で得られた速度信号との和の信号をフ
ィードバック信号とし，このフィードバック信号と前記
位置偏差信号生成系で生成された位置偏差信号とから前
記モータの駆動信号を生成する駆動信号生成系とを備え
ている。
御装置は，被位置決め体に対して動力伝達機構を介して
移動力を与えるモータと，前記被位置決め体の位置を検
出するレーザ干渉計と，このレーザ干渉計で得られた位
置信号を一定時間間隔でサンプリングして得たサンプル
値の前後の差から前記被位置決め体の速度を検出する速
度検出装置と，前記モータの回転速度を検出する回転速
度検出器と，前記レーザ干渉計で得られた位置信号をフ
ィードバック信号とし，このフィードバック信号と目標
位置信号とから位置偏差信号を生成する位置偏差信号生
成系と，前記回転速度検出器で得られた回転速度信号と
前記速度検出装置で得られた速度信号との和の信号をフ
ィードバック信号とし，このフィードバック信号と前記
位置偏差信号生成系で生成された位置偏差信号とから前
記モータの駆動信号を生成する駆動信号生成系とを備え
ている。
（作 用） 本発明のように，被位置決め体の速度信号も位置制御
ループ内の速度制御ループに同時にフィードバックする
と，動力伝達機構の振動的な応答特性を実質的に非振動
的な応答特性に変えることが可能となる。したがって，
モータと被位置決め体とをあたかも剛に連結した状態と
ほぼ等しい状態を形成できる。
ループ内の速度制御ループに同時にフィードバックする
と，動力伝達機構の振動的な応答特性を実質的に非振動
的な応答特性に変えることが可能となる。したがって，
モータと被位置決め体とをあたかも剛に連結した状態と
ほぼ等しい状態を形成できる。
特に，本発明では，被位置決め体の位置を検出する検
出器としてサブミクロンオーダまで検出可能なレーザ干
渉計を用いている。そして，このレーザ干渉計で得られ
た位置信号を一定時間間隔でサンプリングして得たサン
プル値の前後の差から被位置決め体の速度を検出する速
度検出装置を設け，この速度検出装置で得られた速度信
号を駆動信号生成系にフィードバックしている。したが
って，モータと被位置決め体との間に存在する動力伝達
機構の低剛性及び低減衰特性に起因する被位置決め体の
僅かな速度変化に対しても，その速度変化と，そのとき
の被位置決め体の移動方向とを正確に検出できる。この
ため，上述した速度変化及び移動方向に駆動信号生成系
を応答させることができ，この結果，被位置決め体の振
動を良好にダンピングさせることができるので，高速で
かつ精度の高い位置決めを実現できる。
出器としてサブミクロンオーダまで検出可能なレーザ干
渉計を用いている。そして，このレーザ干渉計で得られ
た位置信号を一定時間間隔でサンプリングして得たサン
プル値の前後の差から被位置決め体の速度を検出する速
度検出装置を設け，この速度検出装置で得られた速度信
号を駆動信号生成系にフィードバックしている。したが
って，モータと被位置決め体との間に存在する動力伝達
機構の低剛性及び低減衰特性に起因する被位置決め体の
僅かな速度変化に対しても，その速度変化と，そのとき
の被位置決め体の移動方向とを正確に検出できる。この
ため，上述した速度変化及び移動方向に駆動信号生成系
を応答させることができ，この結果，被位置決め体の振
動を良好にダンピングさせることができるので，高速で
かつ精度の高い位置決めを実現できる。
（実施例） 以下，図面を参照しながら実施例を説明する。
第１図は一実施例に係る位置決め制御装置を示すもの
で，第５図と同一部分は同一符号で示してある。したが
って，重複する部分の詳しい説明は省略する。
で，第５図と同一部分は同一符号で示してある。したが
って，重複する部分の詳しい説明は省略する。
この実施例に係る位置決め制御装置が従来のものと異
なる点は，ステージ１の移動位置を検出しているレーザ
干渉計８の出力21を速度検出装置41を用いて速度信号42
に変換し，この速度信号42とタコジェネレータ３で得ら
れた回転速度信号26との和を速度制御アンプ24へとフィ
ードバックさせていることにある。
なる点は，ステージ１の移動位置を検出しているレーザ
干渉計８の出力21を速度検出装置41を用いて速度信号42
に変換し，この速度信号42とタコジェネレータ３で得ら
れた回転速度信号26との和を速度制御アンプ24へとフィ
ードバックさせていることにある。
速度検出装置41は，具体的には第２図に示すように構
成されている。すなわち，レーザ干渉計８の出力21であ
る（符号＋絶対値）をデータ変換回路51で２の補数形式
のデータ52に変換する。この変換されたデータをラッチ
パルス発生器53から出力されたパルスを使ってタイミン
グ（t2）でラッチ回路54でラッチし，またタイミング
（t1）でラッチ回路55でラッチする。なお，ラッチパル
スの周期をΔｔとすると,t1＋Δｔ＝t2に設定されてい
る。ラッチ回路55のデータはインバータ56を介して反転
される。そして，この反転されたデータとラッチ回路54
のデータとが加算器57で加算される。したがって，タイ
ミング（t2）で得られたデータとタイミング（t1）で得
られたデータとの差が計算される。この実施例では上記
差を速度信号としている。そして，この速度信号はD/A
変換器58によってアナログ信号に変換された後，速度信
号42として速度制御アンプ24に与えられる。
成されている。すなわち，レーザ干渉計８の出力21であ
る（符号＋絶対値）をデータ変換回路51で２の補数形式
のデータ52に変換する。この変換されたデータをラッチ
パルス発生器53から出力されたパルスを使ってタイミン
グ（t2）でラッチ回路54でラッチし，またタイミング
（t1）でラッチ回路55でラッチする。なお，ラッチパル
スの周期をΔｔとすると,t1＋Δｔ＝t2に設定されてい
る。ラッチ回路55のデータはインバータ56を介して反転
される。そして，この反転されたデータとラッチ回路54
のデータとが加算器57で加算される。したがって，タイ
ミング（t2）で得られたデータとタイミング（t1）で得
られたデータとの差が計算される。この実施例では上記
差を速度信号としている。そして，この速度信号はD/A
変換器58によってアナログ信号に変換された後，速度信
号42として速度制御アンプ24に与えられる。
このような構成であると，ボールネジ4,カップリング
5,アンギュラ軸受６等の低剛性で低減衰特性の動力伝達
機構の存在によってステージ１に現われようとする振動
成分が位置制御ループ内の速度制御ループにフィードバ
ックされる。このため，結果的に動力伝達機構の振動的
な応答特性が非振動的な応答特性に改善されることにな
る。そして,DCモータ２の減衰定数はタコジェネレータ
３の出力で，またステージ１の減衰定数は速度検出装置
41の出力で高めることができる。したがって，高速で，
かつ高精度な位置決め制御が可能となる。
5,アンギュラ軸受６等の低剛性で低減衰特性の動力伝達
機構の存在によってステージ１に現われようとする振動
成分が位置制御ループ内の速度制御ループにフィードバ
ックされる。このため，結果的に動力伝達機構の振動的
な応答特性が非振動的な応答特性に改善されることにな
る。そして,DCモータ２の減衰定数はタコジェネレータ
３の出力で，またステージ１の減衰定数は速度検出装置
41の出力で高めることができる。したがって，高速で，
かつ高精度な位置決め制御が可能となる。
特に，この例では，ステージ１の位置を検出する検出
器としてサブミクロンオーダまで検出可能なレーザ干渉
計８を用いている。そして，このレーザ干渉計８で得ら
れた位置信号を一定時間間隔でサンプリングして得たサ
ンプル値の前後の差からステージ１の速度を検出する速
度検出装置41を設け，この速度検出装置41で得られたス
テージ１の移動方向を含む速度信号を位置制御ループ内
の速度制御ループににフィードバックしている。したが
って，モータ２とステージ１との間に存在するボールネ
ジ4,カップリング5,アンギュラ軸受６等からなる動力伝
達機構の低剛性及び低減衰特性に起因するステージ１の
僅かな速度変化に対しても速度制御ループを応答させて
上述した速度変化，つまりステージ１の振動を良好にダ
ンピングさせることができる。この結果，高速で，かつ
精度の高い位置決めが可能となる。
器としてサブミクロンオーダまで検出可能なレーザ干渉
計８を用いている。そして，このレーザ干渉計８で得ら
れた位置信号を一定時間間隔でサンプリングして得たサ
ンプル値の前後の差からステージ１の速度を検出する速
度検出装置41を設け，この速度検出装置41で得られたス
テージ１の移動方向を含む速度信号を位置制御ループ内
の速度制御ループににフィードバックしている。したが
って，モータ２とステージ１との間に存在するボールネ
ジ4,カップリング5,アンギュラ軸受６等からなる動力伝
達機構の低剛性及び低減衰特性に起因するステージ１の
僅かな速度変化に対しても速度制御ループを応答させて
上述した速度変化，つまりステージ１の振動を良好にダ
ンピングさせることができる。この結果，高速で，かつ
精度の高い位置決めが可能となる。
第３図はその効果を確認するために行なった実験結果
を示すものである。すなわち，同図（ａ）は速度制御ア
ンプにタコジェネレータの出力だけをフィードバックさ
せた場合（従来例）の位置決め応答特性を示し，同図
（ｂ）は速度制御アンプにタコジェネレータの出力と速
度検出装置41の出力とをフィードバックさせた場合（本
発明）の位置決め応答特性を示している。この図からも
判かるように速度検出装置41の出力もフィードバックさ
せることによって位置決め応答特性を大幅に向上させる
ことができる。
を示すものである。すなわち，同図（ａ）は速度制御ア
ンプにタコジェネレータの出力だけをフィードバックさ
せた場合（従来例）の位置決め応答特性を示し，同図
（ｂ）は速度制御アンプにタコジェネレータの出力と速
度検出装置41の出力とをフィードバックさせた場合（本
発明）の位置決め応答特性を示している。この図からも
判かるように速度検出装置41の出力もフィードバックさ
せることによって位置決め応答特性を大幅に向上させる
ことができる。
なお，上記実施例では被位置決め体がステージの場合
であるが，各種の被位置決め体に適用できることは勿論
である。
であるが，各種の被位置決め体に適用できることは勿論
である。
［発明の効果］ 以上のように構成された本発明に係る位置決め制御装
置によれば，モータと被位置決め体との間に低剛性で，
低減衰特性の動力伝達機構が介在している場合でも，こ
の動力伝達機構の影響を受けることなく高速で高精度な
位置決め制御を実現することができる。
置によれば，モータと被位置決め体との間に低剛性で，
低減衰特性の動力伝達機構が介在している場合でも，こ
の動力伝達機構の影響を受けることなく高速で高精度な
位置決め制御を実現することができる。
第１図は一実施例に係る位置決め制御装置の構成説明
図，第２図は同装置における速度検出装置の構成図，第
３図は実験によって得られた同装置の位置決めを応答特
性を従来例のそれと比較して示す図，第４図は位置決め
機構部分の一例を示す斜視図，第５図は従来の位置決め
制御装置の構成図，第６図は位置決め機構部分の振動モ
デル図である。 １……被位置決め体となるステージ,2……DCモータ,3…
…回転速度検出器としてのタコジェネレータ,4……動力
伝達機構の一部をなすボールネジ,5……動力伝達機構の
一部をなすカップリング,6……動力伝達機構の一部をな
すアンギュラ軸受,7a,7b……ガイド,9……レーザ干渉
計,22……演算回路,24……速度制御アンプ,25……パワ
ーアンプ,41……速度検出装置。
図，第２図は同装置における速度検出装置の構成図，第
３図は実験によって得られた同装置の位置決めを応答特
性を従来例のそれと比較して示す図，第４図は位置決め
機構部分の一例を示す斜視図，第５図は従来の位置決め
制御装置の構成図，第６図は位置決め機構部分の振動モ
デル図である。 １……被位置決め体となるステージ,2……DCモータ,3…
…回転速度検出器としてのタコジェネレータ,4……動力
伝達機構の一部をなすボールネジ,5……動力伝達機構の
一部をなすカップリング,6……動力伝達機構の一部をな
すアンギュラ軸受,7a,7b……ガイド,9……レーザ干渉
計,22……演算回路,24……速度制御アンプ,25……パワ
ーアンプ,41……速度検出装置。
Claims (1)
- 【請求項１】被位置決め体に対して動力伝達機構を介し
て移動力を与えるモータと， 前記被位置決め体の位置を検出するレーザ干渉計と， このレーザ干渉計で得られた位置信号を一定時間間隔で
サンプリングして得たサンプル値の前後の差から前記被
位置決め体の速度を検出する速度検出装置と， 前記モータの回転速度を検出する回転速度検出器と， 前記レーザ干渉計で得られた位置信号をフィードバック
信号とし，このフィードバック信号と目標位置信号とか
ら位置偏差信号を生成する位置偏差信号生成系と， 前記回転速度検出器で得られた回転速度信号と前記速度
検出装置で得られた速度信号との和の信号をフィードバ
ック信号とし，このフィードバック信号と前記位置偏差
信号生成系で生成された位置偏差信号とから前記モータ
の駆動信号を生成する駆動信号生成系 とを具備してなることを特徴とする位置決め制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63078861A JP2798928B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | 位置決め制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63078861A JP2798928B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | 位置決め制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01251210A JPH01251210A (ja) | 1989-10-06 |
| JP2798928B2 true JP2798928B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=13673609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63078861A Expired - Fee Related JP2798928B2 (ja) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | 位置決め制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2798928B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8381902B2 (en) | 2008-05-28 | 2013-02-26 | Kobe Steel, Ltd. | Belt meandering preventing device and belt meandering preventing method for running test device |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03110607A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-05-10 | Fanuc Ltd | サーボモータの制御方式 |
| US5477304A (en) | 1992-10-22 | 1995-12-19 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus |
| JP5058884B2 (ja) * | 2008-05-28 | 2012-10-24 | 株式会社神戸製鋼所 | 走行試験装置のベルト蛇行防止装置及び蛇行防止方法 |
| JP5058950B2 (ja) * | 2008-11-18 | 2012-10-24 | 株式会社神戸製鋼所 | 走行試験装置のベルト蛇行防止装置及びベルト蛇行防止方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62229307A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-08 | Canon Inc | 位置決め制御装置 |
-
1988
- 1988-03-31 JP JP63078861A patent/JP2798928B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8381902B2 (en) | 2008-05-28 | 2013-02-26 | Kobe Steel, Ltd. | Belt meandering preventing device and belt meandering preventing method for running test device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01251210A (ja) | 1989-10-06 |
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