JP3194246B2 - Ｘ−ｙステージの制御装置 - Google Patents
Ｘ−ｙステージの制御装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＸ−Ｙステージの制
御装置に関し、特にレーザ加工システムにおいて用いら
れるワーク位置決め用のＸ−Ｙステージに適した制御装
置に関する。
御装置に関し、特にレーザ加工システムにおいて用いら
れるワーク位置決め用のＸ−Ｙステージに適した制御装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ加工システムに用いられるワーク
位置決め用のＸ−Ｙステージでは、広い加工範囲（スト
ローク）を有すること並びに、加速・減速時及び高速運
動時を含めた運動精度がストローク内で変化の無いこと
が要求される。
位置決め用のＸ−Ｙステージでは、広い加工範囲（スト
ローク）を有すること並びに、加速・減速時及び高速運
動時を含めた運動精度がストローク内で変化の無いこと
が要求される。
【０００３】この種のＸ−Ｙステージの一例を図６を参
照して説明する。図６において、このＸ−Ｙステージ
は、サーボモータ６１とボールねじ６２とを組み合わせ
たＸ軸ステージ６０に、サーボモータ７１とボールねじ
７２とを組み合わせたＹ軸ステージ７０を積み上げるよ
うに構成している。ボールねじ６２には、図示していな
いが、その回転によりＸ軸方向に駆動される被駆動部材
が組み合わされており、この被駆動部材にＹ軸ステージ
７０が搭載された構成となっている。そして、Ｙ軸ステ
ージ７０のボールねじ７２にはトッププレート８０が組
み合わされ、ボールねじ７２の回転によりトッププレー
ト８０がＹ軸方向に駆動される。結果として、Ｘ軸ステ
ージ６０とＹ軸ステージ７０との組み合わせにより、ト
ッププレート８０はＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動され
る。
照して説明する。図６において、このＸ−Ｙステージ
は、サーボモータ６１とボールねじ６２とを組み合わせ
たＸ軸ステージ６０に、サーボモータ７１とボールねじ
７２とを組み合わせたＹ軸ステージ７０を積み上げるよ
うに構成している。ボールねじ６２には、図示していな
いが、その回転によりＸ軸方向に駆動される被駆動部材
が組み合わされており、この被駆動部材にＹ軸ステージ
７０が搭載された構成となっている。そして、Ｙ軸ステ
ージ７０のボールねじ７２にはトッププレート８０が組
み合わされ、ボールねじ７２の回転によりトッププレー
ト８０がＹ軸方向に駆動される。結果として、Ｘ軸ステ
ージ６０とＹ軸ステージ７０との組み合わせにより、ト
ッププレート８０はＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動され
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】トッププレート８０の
位置制御方式としては、サーボモータ６１、７１のそれ
ぞれに設けられたエンコーダ６３、７３からの回転検出
信号に基づいてトッププレート８０のＸ軸方向、Ｙ軸方
向に関する位置を検出し、これを目標値と一致するよう
に制御するセミクローズドループ位置制御方式が採用さ
れている。しかし、この方式では、ボールねじ部分の剛
性やバックラッシュの影響がフィードバックされないた
めに、トッププレート８０の位置に誤差が生じる。
位置制御方式としては、サーボモータ６１、７１のそれ
ぞれに設けられたエンコーダ６３、７３からの回転検出
信号に基づいてトッププレート８０のＸ軸方向、Ｙ軸方
向に関する位置を検出し、これを目標値と一致するよう
に制御するセミクローズドループ位置制御方式が採用さ
れている。しかし、この方式では、ボールねじ部分の剛
性やバックラッシュの影響がフィードバックされないた
めに、トッププレート８０の位置に誤差が生じる。
【０００５】このため、上記の方式に代えて、トッププ
レート８０の位置を直接検出してフィードバックするフ
ルクローズドループ位置制御方式が採用される場合もあ
るが、この方式では高速移動時のボールねじ部分の振動
による制御ループの安定性が確保できず、応答性をあげ
られないという問題がある。
レート８０の位置を直接検出してフィードバックするフ
ルクローズドループ位置制御方式が採用される場合もあ
るが、この方式では高速移動時のボールねじ部分の振動
による制御ループの安定性が確保できず、応答性をあげ
られないという問題がある。
【０００６】そこで、本発明の課題は、ストローク内で
の制御特性の変動を無くし、一様な制御特性、運動精度
を確保できるようなＸ−Ｙステージの制御装置を提供す
ることにある。
の制御特性の変動を無くし、一様な制御特性、運動精度
を確保できるようなＸ−Ｙステージの制御装置を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、Ｘ軸方
向及びＹ軸方向に駆動可能にされたトッププレートと、
ベース上に設置され、前記トッププレートをＸ軸、Ｙ軸
の一方の軸方向に駆動する１つのリニアモータと、前記
ベース上に設置され、前記トッププレートをＸ軸、Ｙ軸
の他方の軸方向に駆動するように互いに平行に構成され
た第１、第２のリニアモータと、前記ベース上に設けら
れて前記トッププレートの一方の軸方向の位置を検出す
るための１つの位置検出器と、前記第１、第２のリニア
モータのそれぞれに対応して前記ベース上に設けられて
互いに離れた位置で前記トッププレートの他方の軸方向
の位置を検出するための第１、第２の位置検出器と、前
記１つのリニアモータ、前記第１、第２のリニアモータ
をそれぞれ、対応する位置検出器からの位置検出値と対
応する位置指令値とに基づいて制御する３つのフィード
バック制御系とを備え、前記３つのフィードバック制御
系はそれぞれ、前記位置検出値と前記位置指令値とによ
り制御量指令値を作成する位置制御器を含み、前記第
１、第２のリニアモータの前記フィードバック制御系に
はそれぞれ、前記位置制御器の後段に前記１つの位置検
出器の位置検出値に応じてゲイン量が決定される補正ゲ
イン要素を付加したことを特徴とするＸ−Ｙステージの
制御装置が提供される。
向及びＹ軸方向に駆動可能にされたトッププレートと、
ベース上に設置され、前記トッププレートをＸ軸、Ｙ軸
の一方の軸方向に駆動する１つのリニアモータと、前記
ベース上に設置され、前記トッププレートをＸ軸、Ｙ軸
の他方の軸方向に駆動するように互いに平行に構成され
た第１、第２のリニアモータと、前記ベース上に設けら
れて前記トッププレートの一方の軸方向の位置を検出す
るための１つの位置検出器と、前記第１、第２のリニア
モータのそれぞれに対応して前記ベース上に設けられて
互いに離れた位置で前記トッププレートの他方の軸方向
の位置を検出するための第１、第２の位置検出器と、前
記１つのリニアモータ、前記第１、第２のリニアモータ
をそれぞれ、対応する位置検出器からの位置検出値と対
応する位置指令値とに基づいて制御する３つのフィード
バック制御系とを備え、前記３つのフィードバック制御
系はそれぞれ、前記位置検出値と前記位置指令値とによ
り制御量指令値を作成する位置制御器を含み、前記第
１、第２のリニアモータの前記フィードバック制御系に
はそれぞれ、前記位置制御器の後段に前記１つの位置検
出器の位置検出値に応じてゲイン量が決定される補正ゲ
イン要素を付加したことを特徴とするＸ−Ｙステージの
制御装置が提供される。
【０００８】上記の構成により、Ｘ、Ｙ方向ともに６０
０（ｍｍ）の加工範囲（ストローク）を有し、かつ高速
運動に適した高精度なＸ−Ｙステージが得られ、このよ
うなＸ−Ｙステージは、特にレーザを用いたクリーム半
田印刷用のメタルマスク加工機に最適である。
０（ｍｍ）の加工範囲（ストローク）を有し、かつ高速
運動に適した高精度なＸ−Ｙステージが得られ、このよ
うなＸ−Ｙステージは、特にレーザを用いたクリーム半
田印刷用のメタルマスク加工機に最適である。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明によるＸ−Ｙステージの一
例を図２を参照して説明する。図２において、このＸ−
Ｙステージは、ベース２０上に、トッププレート２１と
それをＸ軸方向−Ｙ軸方向に案内するリニアベアリング
と３組のリニアモータとを組み合わせて構成される。ベ
ース２０上に配置された２本のＹリニアベアリング２２
とＹ軸方向駆動用の２組のＹ１リニアモータ２３、Ｙ２
リニアモータ２４とその可動部を共用するＹリニアベア
リング２５とによりＹ軸方向の案内系が構成されてい
る。なお、トッププレート２１は、これに搭載されるワ
ークよりもやや小さくなるような開口を有している。こ
れは、レーザ加工時にはレーザ光がワークを透過するか
らである。
例を図２を参照して説明する。図２において、このＸ−
Ｙステージは、ベース２０上に、トッププレート２１と
それをＸ軸方向−Ｙ軸方向に案内するリニアベアリング
と３組のリニアモータとを組み合わせて構成される。ベ
ース２０上に配置された２本のＹリニアベアリング２２
とＹ軸方向駆動用の２組のＹ１リニアモータ２３、Ｙ２
リニアモータ２４とその可動部を共用するＹリニアベア
リング２５とによりＹ軸方向の案内系が構成されてい
る。なお、トッププレート２１は、これに搭載されるワ
ークよりもやや小さくなるような開口を有している。こ
れは、レーザ加工時にはレーザ光がワークを透過するか
らである。
【００１０】これらの案内系の可動部に中間プレート２
６が締結されると共にＸリニアモータ２７が設けられ、
中間プレート２６の上面に２組のＸリニアベアリング２
８によりＸ軸方向の案内系が構成されている。Ｘ軸方向
の案内系の可動部に、ワークが固定されるトッププレー
ト２１が締結されている。
６が締結されると共にＸリニアモータ２７が設けられ、
中間プレート２６の上面に２組のＸリニアベアリング２
８によりＸ軸方向の案内系が構成されている。Ｘ軸方向
の案内系の可動部に、ワークが固定されるトッププレー
ト２１が締結されている。
【００１１】このＸ−Ｙステージにおいては、トッププ
レート２１のＹ軸方向の駆動は２組のＹ１リニアモータ
２３、Ｙ２リニアモータ２４によりＸリニアベアリング
２８を介して行われる。このような構造により、各リニ
アモータはＸ−Ｙステージの構造の一部（ビルトイン
型）となり、機構の単純化、負荷の軽量化が図られてい
る。一方、トッププレート２１のＸ軸方向の駆動は、Ｘ
リニアモータ２７によりトッププレート２１の側面に取
り付けられたリニアベアリング２９を介して行われる。
このようにして、Ｙ１リニアモータ２３、Ｙ２リニアモ
ータ２４によりトッププレート２１と中間プレート２６
とがベース２０上においてＹ軸方向に駆動され、Ｘリニ
アモータ２７によりトッププレート２１上においてＸ軸
方向に駆動される。
レート２１のＹ軸方向の駆動は２組のＹ１リニアモータ
２３、Ｙ２リニアモータ２４によりＸリニアベアリング
２８を介して行われる。このような構造により、各リニ
アモータはＸ−Ｙステージの構造の一部（ビルトイン
型）となり、機構の単純化、負荷の軽量化が図られてい
る。一方、トッププレート２１のＸ軸方向の駆動は、Ｘ
リニアモータ２７によりトッププレート２１の側面に取
り付けられたリニアベアリング２９を介して行われる。
このようにして、Ｙ１リニアモータ２３、Ｙ２リニアモ
ータ２４によりトッププレート２１と中間プレート２６
とがベース２０上においてＹ軸方向に駆動され、Ｘリニ
アモータ２７によりトッププレート２１上においてＸ軸
方向に駆動される。
【００１２】トッププレート２１の位置検出は、Ｙ１リ
ニアモータ２３の側面に取り付けられたＹ１リニアエン
コーダ３１及びＹ２リニアモータ２４の側面に取り付け
られたＹ２リニアエンコーダ３２と，Ｘリニアモータ２
７の側面に取り付けられたＸリニアエンコーダ３３とに
より行われる。このようにして、一定の距離をおいたＹ
１リニアエンコーダ３１とＹ２リニアエンコーダ３２と
でＹ軸方向の位置を検出することで、それぞれの検出値
の差によりトッププレート２１のヨーイング運動を検出
することができる。
ニアモータ２３の側面に取り付けられたＹ１リニアエン
コーダ３１及びＹ２リニアモータ２４の側面に取り付け
られたＹ２リニアエンコーダ３２と，Ｘリニアモータ２
７の側面に取り付けられたＸリニアエンコーダ３３とに
より行われる。このようにして、一定の距離をおいたＹ
１リニアエンコーダ３１とＹ２リニアエンコーダ３２と
でＹ軸方向の位置を検出することで、それぞれの検出値
の差によりトッププレート２１のヨーイング運動を検出
することができる。
【００１３】図１を参照して、本発明の好ましい実施の
形態による位置制御装置について説明する。前述したよ
うに、トッププレート２１の位置検出を、Ｙ１リニアモ
ータ２３側面のＹ１リニアエンコーダ３１及びＹ２リニ
アモータ２４側面のＹ２リニアエンコーダ３２と、Ｘリ
ニアモータ２７側面のＸリニアエンコーダ３３とで行
う。Ｘリニアモータ２７に対する制御は、Ｘリニアエン
コーダ３３の位置検出値をフィードバックしてＸ軸位置
指令値との偏差を検出し、この偏差をＸ位置制御器１１
に与える。Ｘ位置制御器１１では、この偏差に基づいて
Ｘ軸に関する制御量指令値を作成する。一方、Ｙ１リニ
アモータ２３に対する制御は、Ｙ１リニアエンコーダ３
１の位置検出値をフィードバックしてＹ軸位置指令値と
の偏差を検出し、この偏差をＹ１位置制御器１２に与え
る。Ｙ１位置制御器１２では、この偏差に基づいてＹ１
軸に関する制御量指令値を作成する。同様にして、Ｙ２
リニアモータ２４に対する制御は、Ｙ２リニアエンコー
ダ３２の位置検出値をフィードバックしてＹ軸位置指令
値との偏差を検出し、この偏差をＹ２位置制御器１３に
与える。Ｙ２位置制御器１３では、この偏差に基づいて
Ｙ２軸に関する制御量指令値を作成する。
形態による位置制御装置について説明する。前述したよ
うに、トッププレート２１の位置検出を、Ｙ１リニアモ
ータ２３側面のＹ１リニアエンコーダ３１及びＹ２リニ
アモータ２４側面のＹ２リニアエンコーダ３２と、Ｘリ
ニアモータ２７側面のＸリニアエンコーダ３３とで行
う。Ｘリニアモータ２７に対する制御は、Ｘリニアエン
コーダ３３の位置検出値をフィードバックしてＸ軸位置
指令値との偏差を検出し、この偏差をＸ位置制御器１１
に与える。Ｘ位置制御器１１では、この偏差に基づいて
Ｘ軸に関する制御量指令値を作成する。一方、Ｙ１リニ
アモータ２３に対する制御は、Ｙ１リニアエンコーダ３
１の位置検出値をフィードバックしてＹ軸位置指令値と
の偏差を検出し、この偏差をＹ１位置制御器１２に与え
る。Ｙ１位置制御器１２では、この偏差に基づいてＹ１
軸に関する制御量指令値を作成する。同様にして、Ｙ２
リニアモータ２４に対する制御は、Ｙ２リニアエンコー
ダ３２の位置検出値をフィードバックしてＹ軸位置指令
値との偏差を検出し、この偏差をＹ２位置制御器１３に
与える。Ｙ２位置制御器１３では、この偏差に基づいて
Ｙ２軸に関する制御量指令値を作成する。
【００１４】ここで、Ｙ１リニアモータ２３，Ｙ２リニ
アモータ２４のフィードバック制御ループには、Ｙ１位
置制御器１２、Ｙ２位置制御器１３の後段にそれぞれ、
トッププレート２１のＸ軸方向の位置検出値に応じた補
正ゲイン要素１４，１５を付加して、Ｙ１位置制御器１
２、Ｙ２位置制御器１３からの制御量指令値に補正ゲイ
ンを乗算することで、加工点回りの回転運動の発生を防
ぐ構成としている。
アモータ２４のフィードバック制御ループには、Ｙ１位
置制御器１２、Ｙ２位置制御器１３の後段にそれぞれ、
トッププレート２１のＸ軸方向の位置検出値に応じた補
正ゲイン要素１４，１５を付加して、Ｙ１位置制御器１
２、Ｙ２位置制御器１３からの制御量指令値に補正ゲイ
ンを乗算することで、加工点回りの回転運動の発生を防
ぐ構成としている。
【００１５】また、Ｘリニアモータ２７，Ｙ１リニアモ
ータ２３，Ｙ２リニアモータ２４の各制御ループにそれ
ぞれ、外乱オブザーバを用いた外乱補償器１６，１７，
１８を付加し、リニアベアリングガイドの摩擦特性の変
動等の外乱要因をキャンセルする構成としている。外乱
補償器１６，１７，１８から出力される電流指令値はそ
れぞれ、Ｘリニアモータ２７用のモータアンプ１９−
１、Ｙ１リニアモータ２３用のモータアンプ１９−２、
Ｙ２リニアモータ２４用のモータアンプ１９−３に与え
られ、各モータアンプは与えられた電流指令値に基づい
て対応するリニアモータの制御を行う。
ータ２３，Ｙ２リニアモータ２４の各制御ループにそれ
ぞれ、外乱オブザーバを用いた外乱補償器１６，１７，
１８を付加し、リニアベアリングガイドの摩擦特性の変
動等の外乱要因をキャンセルする構成としている。外乱
補償器１６，１７，１８から出力される電流指令値はそ
れぞれ、Ｘリニアモータ２７用のモータアンプ１９−
１、Ｙ１リニアモータ２３用のモータアンプ１９−２、
Ｙ２リニアモータ２４用のモータアンプ１９−３に与え
られ、各モータアンプは与えられた電流指令値に基づい
て対応するリニアモータの制御を行う。
【００１６】以上の構成による本発明の位置制御装置の
作用について説明する。
作用について説明する。
【００１７】本制御装置によれば、これまで述べてきた
各要素の構成により、全ストローク範囲において高い運
動精度を確保できる。まず、トッププレート２１の位置
はＸリニアエンコーダ３３、Ｙ１リニアエンコーダ３
１，Ｙ２リニアエンコーダ３２により検出される。この
とき、平行に一定距離をおいて配置されたＹ１リニアエ
ンコーダ３１，Ｙ２リニアエンコーダ３２に、トッププ
レート２１のヨーイング運動が検出値の差として計測さ
れる。
各要素の構成により、全ストローク範囲において高い運
動精度を確保できる。まず、トッププレート２１の位置
はＸリニアエンコーダ３３、Ｙ１リニアエンコーダ３
１，Ｙ２リニアエンコーダ３２により検出される。この
とき、平行に一定距離をおいて配置されたＹ１リニアエ
ンコーダ３１，Ｙ２リニアエンコーダ３２に、トッププ
レート２１のヨーイング運動が検出値の差として計測さ
れる。
【００１８】図３に補正ゲイン要素１４、１５の原理モ
デルを示す。ここで、Ｍ1 ，Ｍ2 はそれぞれＹ１リニア
モータ２３，Ｙ２リニアモータ２４の負荷であり、Ｋ
は、Ｙ１リニアモータ２３，Ｙ２リニアモータ２４間の
剛性である。Ｋ1 ，Ｋ2 はそれぞれ、Ｙ１リニアモータ
２３，Ｙ２リニアモータ２４の補正ゲインである。図３
において、推力指令値ｆ* からＹ１軸に関する位置検出
値への伝達関係は、次式（１）で与えられる。
デルを示す。ここで、Ｍ1 ，Ｍ2 はそれぞれＹ１リニア
モータ２３，Ｙ２リニアモータ２４の負荷であり、Ｋ
は、Ｙ１リニアモータ２３，Ｙ２リニアモータ２４間の
剛性である。Ｋ1 ，Ｋ2 はそれぞれ、Ｙ１リニアモータ
２３，Ｙ２リニアモータ２４の補正ゲインである。図３
において、推力指令値ｆ* からＹ１軸に関する位置検出
値への伝達関係は、次式（１）で与えられる。
【００１９】
【数１】 このときのトッププレート２１のヨーイング運動のモー
ドの共振周波数は以下の式（２）、（３）で与えられ
る。
ドの共振周波数は以下の式（２）、（３）で与えられ
る。
【００２０】
【数２】
【数３】 ここで、Ｙ１リニアモータ２３，Ｙ２リニアモータ２４
の補正ゲインの比を各負荷質量の比と同一にする。すな
わち、次の式（４）とする。
の補正ゲインの比を各負荷質量の比と同一にする。すな
わち、次の式（４）とする。
【００２１】
【数４】 このようにすると、極周波数＝零点周波数となり、トッ
ププレート２１のヨーイング運動のモードが極零キャン
セルされる。したがって、推力指令値ｆ* からＹ１軸に
関する位置検出値への伝達関数は次の式（５）となり、
モータの負荷は見かけ上質量のみとして扱える。
ププレート２１のヨーイング運動のモードが極零キャン
セルされる。したがって、推力指令値ｆ* からＹ１軸に
関する位置検出値への伝達関数は次の式（５）となり、
モータの負荷は見かけ上質量のみとして扱える。
【００２２】
【数５】
【００２３】本発明のステージでは、Ｙ１リニアモータ
２３，Ｙ２リニアモータ２４から見た負荷質量は、トッ
ププレート２１のＸ軸方向の位置によりほぼ比例的に変
化するため、補正ゲイン量Ｋ1 及びＫ2 は、図４に示す
ようにトッププレート２１のＸ軸方向の位置検出値に応
じて決定される。すなわち、Ｙ１位置制御器１２、Ｙ２
位置制御器１３からの制御量指令値に補正ゲイン要素１
４，１５により補正ゲイン量Ｋ1 及びＫ2 が乗算され、
トッププレート２１のＹ軸方向の運動と加工点回りの回
転運動を非干渉化し、トッププレート２１の加工点回り
の回転運動の発生を防ぐ構成としている。
２３，Ｙ２リニアモータ２４から見た負荷質量は、トッ
ププレート２１のＸ軸方向の位置によりほぼ比例的に変
化するため、補正ゲイン量Ｋ1 及びＫ2 は、図４に示す
ようにトッププレート２１のＸ軸方向の位置検出値に応
じて決定される。すなわち、Ｙ１位置制御器１２、Ｙ２
位置制御器１３からの制御量指令値に補正ゲイン要素１
４，１５により補正ゲイン量Ｋ1 及びＫ2 が乗算され、
トッププレート２１のＹ軸方向の運動と加工点回りの回
転運動を非干渉化し、トッププレート２１の加工点回り
の回転運動の発生を防ぐ構成としている。
【００２４】更に、Ｘリニアモータ２７，Ｙ１リニアモ
ータ２３，Ｙ２リニアモータ２４の各制御系に付加され
た外乱補償器１６，１７，１８の詳細を、Ｘリニアモー
タ２７に適用した場合について図５に示す。まず、２次
低域通過型フィルタ（Ｇｓ）からなるフィルタ１６−１
を用いて、位置制御器から出力された制御量指令値をフ
ィルタリングする。また、Ｘリニアモータ２７及び負荷
を擬似した制御対象の逆モデル（Ｍｓ2 ／Ｋｆ、ここ
で、ＭｓはＸリニアモータ２７及び負荷の質量、Ｋｆは
モータ推力定数）及び２次低域通過型フィルタ（Ｇｓ）
から成るフィルタ１６−２を用いて、Ｘリニアエンコー
ダ３３にて検出された位置検出値より制御対象に印加さ
れている実推力値指令値を推定する。
ータ２３，Ｙ２リニアモータ２４の各制御系に付加され
た外乱補償器１６，１７，１８の詳細を、Ｘリニアモー
タ２７に適用した場合について図５に示す。まず、２次
低域通過型フィルタ（Ｇｓ）からなるフィルタ１６−１
を用いて、位置制御器から出力された制御量指令値をフ
ィルタリングする。また、Ｘリニアモータ２７及び負荷
を擬似した制御対象の逆モデル（Ｍｓ2 ／Ｋｆ、ここ
で、ＭｓはＸリニアモータ２７及び負荷の質量、Ｋｆは
モータ推力定数）及び２次低域通過型フィルタ（Ｇｓ）
から成るフィルタ１６−２を用いて、Ｘリニアエンコー
ダ３３にて検出された位置検出値より制御対象に印加さ
れている実推力値指令値を推定する。
【００２５】そして、減算器１６−３によりフィルタ１
６−１、１６−２の出力の差分をとることにより、制御
対象に印加されている外乱力を推定し、この推定外乱力
を減算器１６−４により制御量指令値から減算すること
により、外乱力を補償する。このように、実推力推定時
の制御対象モデルとして、リニアモータ及び負荷の質量
からなるモデルを用いることで、リニアベアリングの案
内摩擦の変動等を外乱力として推定し補償することがで
きる。これは、Ｙ１リニアモータ２３，Ｙ２リニアモー
タ２４の場合についても同様である。
６−１、１６−２の出力の差分をとることにより、制御
対象に印加されている外乱力を推定し、この推定外乱力
を減算器１６−４により制御量指令値から減算すること
により、外乱力を補償する。このように、実推力推定時
の制御対象モデルとして、リニアモータ及び負荷の質量
からなるモデルを用いることで、リニアベアリングの案
内摩擦の変動等を外乱力として推定し補償することがで
きる。これは、Ｙ１リニアモータ２３，Ｙ２リニアモー
タ２４の場合についても同様である。
【００２６】以上のように、本発明では、トッププレー
ト２１のＸ軸方向の位置検出値に応じてＹ１リニアモー
タ２３，Ｙ２リニアモータ２４の制御ゲインを可変させ
ることで、トッププレート２１の加工点回りの回転運動
の発生を防ぎ、それに起因する誤差を減少させることが
できる。これにより、トッププレート２１のＸ軸方向の
位置の変化に伴うトッププレート２１の加工点回りの回
転運動誤差を減少させることができる。
ト２１のＸ軸方向の位置検出値に応じてＹ１リニアモー
タ２３，Ｙ２リニアモータ２４の制御ゲインを可変させ
ることで、トッププレート２１の加工点回りの回転運動
の発生を防ぎ、それに起因する誤差を減少させることが
できる。これにより、トッププレート２１のＸ軸方向の
位置の変化に伴うトッププレート２１の加工点回りの回
転運動誤差を減少させることができる。
【００２７】また、外乱オブザーバを用いた外乱補償器
により、トッププレート位置で変動するリニアベアリン
グの案内摩擦の変動等を外乱として推定し、これら外乱
要因を補償することができる。
により、トッププレート位置で変動するリニアベアリン
グの案内摩擦の変動等を外乱として推定し、これら外乱
要因を補償することができる。
【００２８】なお、本発明は、対象物を移動及び走査さ
せる装置の制御装置に広く応用可能である。例えば、各
種のレーザ加工機のワーク位置決め装置、液晶パネル製
造装置及び検査装置などに適用できる。
せる装置の制御装置に広く応用可能である。例えば、各
種のレーザ加工機のワーク位置決め装置、液晶パネル製
造装置及び検査装置などに適用できる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、広い範囲のストローク
にわたって制御特性の変動を無くし、一様な制御特性・
運動精度を確保できる。また、従来の位置制御器に対し
て、構成要素を付加する構成で、優れた制御特性を持つ
制御装置を提供できる。
にわたって制御特性の変動を無くし、一様な制御特性・
運動精度を確保できる。また、従来の位置制御器に対し
て、構成要素を付加する構成で、優れた制御特性を持つ
制御装置を提供できる。
【図１】本発明の好ましい実施の形態による位置制御装
置の構成を示すブロック図である。
置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明によるＸ−Ｙステージの構成を示す図で
あり、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は正面図、図（ｃ）
は側面図である。
あり、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は正面図、図（ｃ）
は側面図である。
【図３】図１に示された補正ゲイン要素の原理モデルに
ついて説明するための図である。
ついて説明するための図である。
【図４】図１に示されたＹ１リニアモータ、Ｙ２リニア
モータの制御系について示したブロック図である。
モータの制御系について示したブロック図である。
【図５】図１に示された外乱補償器について説明するた
めのブロック図である。
めのブロック図である。
【図６】従来のＸ−Ｙステージの構成を示す図である。
２０ ベース ２１ トッププレート ２２、２５ Ｙリニアベアリング ２３ Ｙ１リニアモータ ２４ Ｙ２リニアモータ ２６ 中間プレート ２７ Ｘリニアモータ ２８ Ｘリニアベアリング ２９ リニアベアリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０５Ｄ 3/12 ３０５ Ｇ０５Ｄ 3/12 ３０５Ｖ (56)参考文献 特開 昭63−109956（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159349（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−173639（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−95744（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/18 B23Q 5/00 - 5/58 G05B 11/00 - 13/04 G05D 3/00 - 3/20
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｘ軸方向及びＹ軸方向に駆動可能にされ
たトッププレートと、ベース上に設置され、前記トップ
プレートをＸ軸、Ｙ軸の一方の軸方向に駆動する１つの
リニアモータと、前記ベース上に設置され、 前記トッププレートをＸ軸、
Ｙ軸の他方の軸方向に駆動するように互いに平行に構成
された第１、第２のリニアモータと、 前記ベース上に設けられて前記トッププレートの一方の
軸方向の位置を検出するための１つの位置検出器と、 前記第１、第２のリニアモータのそれぞれに対応して前
記ベース上に設けられて互いに離れた位置で前記トップ
プレートの他方の軸方向の位置を検出するための第１、
第２の位置検出器と、 前記１つのリニアモータ、前記第１、第２のリニアモー
タをそれぞれ、対応する位置検出器からの位置検出値と
対応する位置指令値とに基づいて制御する３つのフィー
ドバック制御系とを備え、 前記３つのフィードバック制御系はそれぞれ、前記位置
検出値と前記位置指令値とにより制御量指令値を作成す
る位置制御器を含み、 前記第１、第２のリニアモータの前記フィードバック制
御系にはそれぞれ、前記位置制御器の後段に前記１つの
位置検出器の位置検出値に応じてゲイン量が決定される
補正ゲイン要素を付加したことを特徴とするＸ−Ｙステ
ージの制御装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の制御装置において、前記
補正ゲイン要素のゲイン量を、前記トッププレートの一
方の軸方向のストローク量と前記１つの位置検出器の位
置検出値との比に基づいて決定することを特徴とするＸ
−Ｙステージの制御装置。 - 【請求項３】 請求項１あるいは２記載の制御装置にお
いて、前記３つのフィードバック制御系にそれぞれ、前
記制御量指令値を２次低域通過型フィルタにてフィルタ
リングした制御量指令推定値と、対応するモータおよび
負荷を擬似した制御対象の逆モデル及び２次低域通過型
フィルタにて対応する位置検出値より推定した実推力値
指令との差分により外乱力を推定する外乱オブザーバ
と、前記外乱力を対応する前記制御量指令値から減算す
ることで外乱を補償する減算器とを含む外乱補償器を設
けたことを特徴とするＸ−Ｙステージの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08689597A JP3194246B2 (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | Ｘ−ｙステージの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08689597A JP3194246B2 (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | Ｘ−ｙステージの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10277771A JPH10277771A (ja) | 1998-10-20 |
| JP3194246B2 true JP3194246B2 (ja) | 2001-07-30 |
Family
ID=13899579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08689597A Expired - Fee Related JP3194246B2 (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | Ｘ−ｙステージの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3194246B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6668202B2 (en) | 2001-11-21 | 2003-12-23 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Position control system and velocity control system for stage driving mechanism |
| JP4391883B2 (ja) | 2004-05-19 | 2009-12-24 | 住友重機械工業株式会社 | 移動体位置制御装置及びこの制御装置を用いたステージ装置 |
| JP2007018439A (ja) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Juki Corp | ガントリ型ｘｙ位置決め装置 |
| JP2007173264A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Tanaka Seiki Kk | 多軸巻線機 |
| JP2009077591A (ja) * | 2007-09-21 | 2009-04-09 | Juki Corp | Ｘｙ位置決め装置の駆動制御装置 |
| JP5756626B2 (ja) * | 2010-12-23 | 2015-07-29 | 日本車輌製造株式会社 | レーザ加工機 |
| CN104203484B (zh) * | 2012-03-23 | 2017-04-05 | 三菱电机株式会社 | 激光加工装置 |
| JP6141681B2 (ja) * | 2012-06-06 | 2017-06-07 | Thk株式会社 | モータ制御装置、およびモータ制御方法 |
-
1997
- 1997-04-04 JP JP08689597A patent/JP3194246B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10277771A (ja) | 1998-10-20 |
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