JP3243520B2 - 位置決め制御方法及び装置 - Google Patents
位置決め制御方法及び装置Info
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- JP3243520B2 JP3243520B2 JP16462792A JP16462792A JP3243520B2 JP 3243520 B2 JP3243520 B2 JP 3243520B2 JP 16462792 A JP16462792 A JP 16462792A JP 16462792 A JP16462792 A JP 16462792A JP 3243520 B2 JP3243520 B2 JP 3243520B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、位置決め制御方法及び
装置に関し、大移動量で高精度な位置決めを必要とする
位置決め装置及び移動装置に適用して有用なものであ
る。
装置に関し、大移動量で高精度な位置決めを必要とする
位置決め装置及び移動装置に適用して有用なものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図８は、粗動機構と微動機構を組み合わ
せて大移動量を高精度に位置決めするための位置決め装
置における、従来技術に係る制御装置を示すブロック線
図である。図８において、信号発生器１０４は、位置決
め対象の移動指令信号Ａ５を発生するもので、コンピュ
ータ若しくはアナログ回路で構成してある。絶対位置検
出手段１０５は、例えばレーザ干渉計で形成したセンサ
であり、位置決め対象の絶対変位量Ｈ５を検出して、変
位信号Ｂ５を出力するものである。相対位置検出手段１
０３は、例えば静電容量型変位計で形成したセンサであ
り、粗動機構１０１に対する微動機構１０２の相対変位
を検出し、その出力信号Ｋ５を制御演算部１０８に送出
する。制御演算部１０８は、例えば積分器のようにゲイ
ン及び周波数特性が調整できるもので、出力信号Ｌ５を
送出する。
せて大移動量を高精度に位置決めするための位置決め装
置における、従来技術に係る制御装置を示すブロック線
図である。図８において、信号発生器１０４は、位置決
め対象の移動指令信号Ａ５を発生するもので、コンピュ
ータ若しくはアナログ回路で構成してある。絶対位置検
出手段１０５は、例えばレーザ干渉計で形成したセンサ
であり、位置決め対象の絶対変位量Ｈ５を検出して、変
位信号Ｂ５を出力するものである。相対位置検出手段１
０３は、例えば静電容量型変位計で形成したセンサであ
り、粗動機構１０１に対する微動機構１０２の相対変位
を検出し、その出力信号Ｋ５を制御演算部１０８に送出
する。制御演算部１０８は、例えば積分器のようにゲイ
ン及び周波数特性が調整できるもので、出力信号Ｌ５を
送出する。
【０００３】一方、粗動機構１０１は、駆動源として、
例えばＤＣサーボモータ、ステッピングモータ等のアク
チュエータを用い、案内要素として、例えば転がり、摩
擦を用いたもので、応答速度は比較的遅く、位置決め精
度は比較的低いが、移動量は大きなものとなっている。
この粗動機構１０１は、粗動補償回路１０６の出力信号
である粗動補償指令信号Ｄ５に基づき粗動変位量Ｆ５だ
け移動する。粗動補償回路１０６は、移動指令信号Ａ５
と変位信号Ｂ５とからなる偏差信号Ｃ５に、相対変位量
Ｇ５に基づく出力信号Ｌ５を加算して生成される粗動移
動指令信号Ｍ５に基づき前記粗動補償指令信号Ｄ５を生
成する。
例えばＤＣサーボモータ、ステッピングモータ等のアク
チュエータを用い、案内要素として、例えば転がり、摩
擦を用いたもので、応答速度は比較的遅く、位置決め精
度は比較的低いが、移動量は大きなものとなっている。
この粗動機構１０１は、粗動補償回路１０６の出力信号
である粗動補償指令信号Ｄ５に基づき粗動変位量Ｆ５だ
け移動する。粗動補償回路１０６は、移動指令信号Ａ５
と変位信号Ｂ５とからなる偏差信号Ｃ５に、相対変位量
Ｇ５に基づく出力信号Ｌ５を加算して生成される粗動移
動指令信号Ｍ５に基づき前記粗動補償指令信号Ｄ５を生
成する。
【０００４】他方、微動機構１０２は、駆動源として高
速応答が可能で高変位分解能を有し、発生力の大きな、
例えば圧電素子、磁歪素子等のアクチュエータを用い、
案内要素として、例えばヒンジばね、板ばね等を用いた
物で、応答速度は速く、位置決め精度は高いが移動量は
数十μｍ程度と小さい。この微動機構１０２は、微動補
償回路１０７の出力信号である微動補償指令信号Ｅ５に
基づき相対変位量Ｇ５だけ移動する。微動補償回路１０
７は、前記偏差信号Ｃ５に基づき前記微動補償指令信号
Ｅ５を生成する。
速応答が可能で高変位分解能を有し、発生力の大きな、
例えば圧電素子、磁歪素子等のアクチュエータを用い、
案内要素として、例えばヒンジばね、板ばね等を用いた
物で、応答速度は速く、位置決め精度は高いが移動量は
数十μｍ程度と小さい。この微動機構１０２は、微動補
償回路１０７の出力信号である微動補償指令信号Ｅ５に
基づき相対変位量Ｇ５だけ移動する。微動補償回路１０
７は、前記偏差信号Ｃ５に基づき前記微動補償指令信号
Ｅ５を生成する。
【０００５】かかる従来の方法によれば、移動指令信号
Ａ５から変位信号Ｂ５を差し引いて偏差信号Ｃ５を生成
し、この偏差信号Ｃ５を微動補償回路１０７に直接に及
び相対変位量Ｇ５に基づく出力信号をＬ５を加味して粗
動補償回路１０６側へ夫々供給することになる。つま
り、粗動補償回路１０６側へ供給された偏差信号Ｃ５
が、微動機構１０２の粗動機構１０１に対する相対変位
量Ｇ５を検出する相対位置検出手段１０３からの出力信
号Ｋ５に基づく出力信号Ｌ５に加え合わされて粗動移動
指令信号Ｍ５（＝Ｃ５＋Ｌ５）を生成し、その後粗動移
動指定信号Ｍ５が粗動補償回路１０６を通ることで粗動
補償指令信号Ｄ５を生成する。
Ａ５から変位信号Ｂ５を差し引いて偏差信号Ｃ５を生成
し、この偏差信号Ｃ５を微動補償回路１０７に直接に及
び相対変位量Ｇ５に基づく出力信号をＬ５を加味して粗
動補償回路１０６側へ夫々供給することになる。つま
り、粗動補償回路１０６側へ供給された偏差信号Ｃ５
が、微動機構１０２の粗動機構１０１に対する相対変位
量Ｇ５を検出する相対位置検出手段１０３からの出力信
号Ｋ５に基づく出力信号Ｌ５に加え合わされて粗動移動
指令信号Ｍ５（＝Ｃ５＋Ｌ５）を生成し、その後粗動移
動指定信号Ｍ５が粗動補償回路１０６を通ることで粗動
補償指令信号Ｄ５を生成する。
【０００６】他方、微動補償回路１０７に送られた偏差
信号Ｃ５は、この微動補償回路１０７を通過後、微動補
償指令信号Ｅ５を発生する。かくして、粗動補償指令信
号Ｄ５及び微動補償指令信号Ｅ５により、粗動機構１０
１及び微動機構１０２を、それぞれ粗動変位量Ｆ５及び
相対変位量Ｇ５だけ移動する。
信号Ｃ５は、この微動補償回路１０７を通過後、微動補
償指令信号Ｅ５を発生する。かくして、粗動補償指令信
号Ｄ５及び微動補償指令信号Ｅ５により、粗動機構１０
１及び微動機構１０２を、それぞれ粗動変位量Ｆ５及び
相対変位量Ｇ５だけ移動する。
【０００７】粗動機構１０１は、粗動補償指令信号Ｄ５
を受け、移動指令信号Ａ５に対して一致するように粗動
変位量Ｆ５だけ常に移動しようとするが、粗動機構１０
１は精度が悪いため、移動指令信号Ａ５と変位信号Ｂ５
とを差し引いた偏差信号Ｃ５を零にできず、完全な位置
決めができずに残った偏差を、微動機構１０２が相対移
動量Ｇ５だけ移動することで位置決め対象の固定位置に
対する絶対変位量Ｈ５がＨ５＝Ｆ５＋Ｇ５となり大移動
量かつ高精度に位置決めされる。この場合、絶対変位量
Ｈ５は、絶対位置検出手段１０５によって検出され、こ
の時の検出信号である変位信号Ｂ５を信号発生器１０４
の移動指令信号Ａ５から差し引くことで偏差信号Ｃ５を
生成し、クローズドフィードバック制御を行う。
を受け、移動指令信号Ａ５に対して一致するように粗動
変位量Ｆ５だけ常に移動しようとするが、粗動機構１０
１は精度が悪いため、移動指令信号Ａ５と変位信号Ｂ５
とを差し引いた偏差信号Ｃ５を零にできず、完全な位置
決めができずに残った偏差を、微動機構１０２が相対移
動量Ｇ５だけ移動することで位置決め対象の固定位置に
対する絶対変位量Ｈ５がＨ５＝Ｆ５＋Ｇ５となり大移動
量かつ高精度に位置決めされる。この場合、絶対変位量
Ｈ５は、絶対位置検出手段１０５によって検出され、こ
の時の検出信号である変位信号Ｂ５を信号発生器１０４
の移動指令信号Ａ５から差し引くことで偏差信号Ｃ５を
生成し、クローズドフィードバック制御を行う。
【０００８】また、微動機構１０２が移動することによ
って蓄積していく微動変位量Ｇ５を相対位置検出手段１
０３で微動機構１０２と粗動機構１０１の相対変位量と
して検出し、この相対変位量に対する出力信号Ｋ５を制
御演算部１０８に通し、ここで発生した信号Ｌ５を偏差
信号Ｃ５に加え合わせた結果生成される粗動移動指令信
号Ｍ５を粗動補償回路１０６に供給している。この結
果、生成された粗動補償指令信号Ｄ５によって、粗動機
構１０１が移動する。このため、粗動機構１０１が、常
に微動変位量Ｇ５を観測し、微動機構１０２がある特定
の変位になると移動する結果、微動機構１０２は常にあ
る特定の範囲内で移動できる。この際の微動機構１０２
の可動範囲の設定は制御演算部１０８のゲイン調整によ
り行われる。かくして、微動機構１０２は、常時可動範
囲内で動くことが可能となる。以上の動作により、長い
距離にわたり、高精度に位置決めがなされる。
って蓄積していく微動変位量Ｇ５を相対位置検出手段１
０３で微動機構１０２と粗動機構１０１の相対変位量と
して検出し、この相対変位量に対する出力信号Ｋ５を制
御演算部１０８に通し、ここで発生した信号Ｌ５を偏差
信号Ｃ５に加え合わせた結果生成される粗動移動指令信
号Ｍ５を粗動補償回路１０６に供給している。この結
果、生成された粗動補償指令信号Ｄ５によって、粗動機
構１０１が移動する。このため、粗動機構１０１が、常
に微動変位量Ｇ５を観測し、微動機構１０２がある特定
の変位になると移動する結果、微動機構１０２は常にあ
る特定の範囲内で移動できる。この際の微動機構１０２
の可動範囲の設定は制御演算部１０８のゲイン調整によ
り行われる。かくして、微動機構１０２は、常時可動範
囲内で動くことが可能となる。以上の動作により、長い
距離にわたり、高精度に位置決めがなされる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述の如き方式により
大移動量かつ高精度の位置決めが可能であるが、かかる
位置決め制御装置を使用して、例えばＸ−Ｙ平面内の広
い範囲にわたり、位置決め対象を、目標とする軌跡に追
従させようとする場合、従来の制御装置を二軸以上組み
合わせて制御することが必要になる。そのためには、図
７に示すように従来の位置決め制御装置を二組、組み合
わせてＸ−Ｙ二軸の制御装置を構成する。かかる場合、
組み立て誤差、あるいはＸ軸に移動指令信号Ａ５を加え
たにもかかわらず直交するＹ軸にも変位が発生する軸間
干渉などの移動指令信号Ａ５に起因しない変位量によっ
て、位置決め精度が悪化すると同時に制御系が発振する
等の問題があった。また、移動指令信号Ａ５に起因しな
い変位量としては、位置決め対象に振動、衝撃、温度変
化等の外乱が加わった時も生じ、同様に位置決め精度の
悪化や制御系の発振のおそれがある。
大移動量かつ高精度の位置決めが可能であるが、かかる
位置決め制御装置を使用して、例えばＸ−Ｙ平面内の広
い範囲にわたり、位置決め対象を、目標とする軌跡に追
従させようとする場合、従来の制御装置を二軸以上組み
合わせて制御することが必要になる。そのためには、図
７に示すように従来の位置決め制御装置を二組、組み合
わせてＸ−Ｙ二軸の制御装置を構成する。かかる場合、
組み立て誤差、あるいはＸ軸に移動指令信号Ａ５を加え
たにもかかわらず直交するＹ軸にも変位が発生する軸間
干渉などの移動指令信号Ａ５に起因しない変位量によっ
て、位置決め精度が悪化すると同時に制御系が発振する
等の問題があった。また、移動指令信号Ａ５に起因しな
い変位量としては、位置決め対象に振動、衝撃、温度変
化等の外乱が加わった時も生じ、同様に位置決め精度の
悪化や制御系の発振のおそれがある。
【００１０】本発明は、前述の従来技術の問題点に鑑み
なされたものであり、移動指令信号に起因しない制御対
象の変位を抑制し、位置決め対象を高精度にかつ安定に
追従させるような制御が行える位置決め制御方法及び装
置を提供することを目的とする。
なされたものであり、移動指令信号に起因しない制御対
象の変位を抑制し、位置決め対象を高精度にかつ安定に
追従させるような制御が行える位置決め制御方法及び装
置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、 （１）大移動量を有するが位置決め精度の低い粗動機構
と、小移動量ではあるが位置決め精度の高い微動機構と
から成る移動装置の前記微動機構上に搭載した位置決め
対象の位置を制御する位置決め制御方法において、位置
決め対象の固定位置に対する変位量を表す変位信号と移
動指令信号との差から成る偏差信号を、微動機構の粗動
機構に対する相対変位量を表す信号に基づき生成された
信号に加え合わせて粗動移動指令信号を生成し、この粗
動移動指令信号に基づき生成された粗動補償指令信号を
粗動機構へ入力し、前記偏差信号と前記相対変位量を表
す信号との差から成る微動指令信号を生成し、さらに移
動指令信号に起因しない制御対象の変位量から補正信号
を生成し、前記微動指令信号に基づいて生成された微動
補償指令信号と前記補正信号の差から成る微動補正指令
信号を微動機構へ入力することを特徴とし、 （２）また、大移動量を有するが位置決め精度の低い粗
動機構と、小移動量ではあるが位置決め精度の高い微動
機構とから成る移動装置の前記微動機構上に搭載した位
置決め対象の位置を制御する位置決め制御装置におい
て、前記位置決め対象の移動指令信号を発生する信号発
生器と、前記位置決め対象の固定位置に対する絶対位置
を検出してこのときの変位量を表わす変位信号を送出す
る絶対位置検出手段と、前記微動機構の前記粗動機構に
対する相対変位量を検出する相対位置検出手段と、前記
位置決め対象に生じた相対変位量から補正信号を出力す
る手段と、前記移動指令信号と前記変位信号との差を表
わす偏差信号を出力する手段と、前記偏差信号と前記相
対位置検出手段の出力信号との差を表す微動指令信号を
出力する手段と、前記微動指令信号に基づいて微動補償
指令信号を生成する微動補償手段と、前記微動補償指令
信号と前記補正信号との差を表す微動補正指令信号を出
力する手段と、 前記微動補正指令信号に基づき制御され
る前記微動機構と、前記相対位置検出手段の出力信号に
基づき信号を生成する制御演算手段と、前記偏差信号に
前記制御演算手段により生成された信号を加算した粗動
移動指令信号を出力する手段と、 前記粗動移動指令信号
に基づき粗動補償指令信号を生成する粗動補償手段と、
前記粗動補償指令信号に基づき制御される前記粗動機構
とを有することを特徴とする。
明の構成は、 （１）大移動量を有するが位置決め精度の低い粗動機構
と、小移動量ではあるが位置決め精度の高い微動機構と
から成る移動装置の前記微動機構上に搭載した位置決め
対象の位置を制御する位置決め制御方法において、位置
決め対象の固定位置に対する変位量を表す変位信号と移
動指令信号との差から成る偏差信号を、微動機構の粗動
機構に対する相対変位量を表す信号に基づき生成された
信号に加え合わせて粗動移動指令信号を生成し、この粗
動移動指令信号に基づき生成された粗動補償指令信号を
粗動機構へ入力し、前記偏差信号と前記相対変位量を表
す信号との差から成る微動指令信号を生成し、さらに移
動指令信号に起因しない制御対象の変位量から補正信号
を生成し、前記微動指令信号に基づいて生成された微動
補償指令信号と前記補正信号の差から成る微動補正指令
信号を微動機構へ入力することを特徴とし、 （２）また、大移動量を有するが位置決め精度の低い粗
動機構と、小移動量ではあるが位置決め精度の高い微動
機構とから成る移動装置の前記微動機構上に搭載した位
置決め対象の位置を制御する位置決め制御装置におい
て、前記位置決め対象の移動指令信号を発生する信号発
生器と、前記位置決め対象の固定位置に対する絶対位置
を検出してこのときの変位量を表わす変位信号を送出す
る絶対位置検出手段と、前記微動機構の前記粗動機構に
対する相対変位量を検出する相対位置検出手段と、前記
位置決め対象に生じた相対変位量から補正信号を出力す
る手段と、前記移動指令信号と前記変位信号との差を表
わす偏差信号を出力する手段と、前記偏差信号と前記相
対位置検出手段の出力信号との差を表す微動指令信号を
出力する手段と、前記微動指令信号に基づいて微動補償
指令信号を生成する微動補償手段と、前記微動補償指令
信号と前記補正信号との差を表す微動補正指令信号を出
力する手段と、 前記微動補正指令信号に基づき制御され
る前記微動機構と、前記相対位置検出手段の出力信号に
基づき信号を生成する制御演算手段と、前記偏差信号に
前記制御演算手段により生成された信号を加算した粗動
移動指令信号を出力する手段と、 前記粗動移動指令信号
に基づき粗動補償指令信号を生成する粗動補償手段と、
前記粗動補償指令信号に基づき制御される前記粗動機構
とを有することを特徴とする。
【００１２】
【作用】上記本発明によれば、移動指令信号に起因しな
い制御対象の変位量が生じた場合でも、この変位量から
補正信号を生成する手段を付設する構成としたため、こ
の補正信号と微動補償指令信号の差からなる信号を微動
機構に入力することによって前記の移動指令信号に起因
しない制御対象の変位量を抑制することができる。
い制御対象の変位量が生じた場合でも、この変位量から
補正信号を生成する手段を付設する構成としたため、こ
の補正信号と微動補償指令信号の差からなる信号を微動
機構に入力することによって前記の移動指令信号に起因
しない制御対象の変位量を抑制することができる。
【００１３】
【実施例】ここで、図１〜図６を参照して本発明の実施
例を説明する。図１は従来技術図８に対応する実施例の
ブロック線図である。同図に示す信号発生器４は、位置
決め対象の移動指令信号Ａを発生するもので、コンピュ
ータ若しくはアナログ回路で構成してある。絶対位置検
出手段５は、例えばレーザ干渉計で形成したセンサであ
り、位置決め対象の固定位置に対する変位である絶対変
位量Ｈに基づき絶対位置を検出して、このときの変位量
を表す変位信号Ｂを出力するものである。相対位置検出
手段３は、例えば静電容量型変位計で形成したセンサで
あり、粗動機構１に対する微動機構２の相対変位を検出
し、その出力信号Ｋを制御演算部８に供給する。制御演
算部８は、積分器のようなゲイン及び周波数特性を調整
するもので、出力信号Ｌを送出する。
例を説明する。図１は従来技術図８に対応する実施例の
ブロック線図である。同図に示す信号発生器４は、位置
決め対象の移動指令信号Ａを発生するもので、コンピュ
ータ若しくはアナログ回路で構成してある。絶対位置検
出手段５は、例えばレーザ干渉計で形成したセンサであ
り、位置決め対象の固定位置に対する変位である絶対変
位量Ｈに基づき絶対位置を検出して、このときの変位量
を表す変位信号Ｂを出力するものである。相対位置検出
手段３は、例えば静電容量型変位計で形成したセンサで
あり、粗動機構１に対する微動機構２の相対変位を検出
し、その出力信号Ｋを制御演算部８に供給する。制御演
算部８は、積分器のようなゲイン及び周波数特性を調整
するもので、出力信号Ｌを送出する。
【００１４】粗動機構１は、駆動源として、例えばＤＣ
サーボモータ、ステッピングモータ等のアクチュエータ
を用い、案内要素として、例えば転がり、摩擦を用いた
もので、応答速度は比較的遅く、位置決め精度は比較的
低いが、移動量は大きなものとなっている。この粗動機
構１は、粗動補償回路６の出力信号である粗動補償指令
信号Ｄに基づき粗動変位量Ｆだけ移動する。粗動補償回
路６は、移動指令信号Ａと変位信号Ｂとの偏差信号Ｃ
に、相対変位量Ｇに基づく出力信号Ｌを加算して生成さ
れる粗動移動指令信号Ｍに基づき前記粗動補償指令信号
Ｄを生成する。
サーボモータ、ステッピングモータ等のアクチュエータ
を用い、案内要素として、例えば転がり、摩擦を用いた
もので、応答速度は比較的遅く、位置決め精度は比較的
低いが、移動量は大きなものとなっている。この粗動機
構１は、粗動補償回路６の出力信号である粗動補償指令
信号Ｄに基づき粗動変位量Ｆだけ移動する。粗動補償回
路６は、移動指令信号Ａと変位信号Ｂとの偏差信号Ｃ
に、相対変位量Ｇに基づく出力信号Ｌを加算して生成さ
れる粗動移動指令信号Ｍに基づき前記粗動補償指令信号
Ｄを生成する。
【００１５】微動機構２は、駆動源として高速応答が可
能で、高変位分解能、大発生力を有する、例えば圧電素
子、磁歪素子等のアクチュエータを用い、案内要素とし
て、例えばヒンジばね、板ばね等を用いた物で、応答速
度は速く、位置決め精度は高いが、移動量は数十μｍ程
度と小さい。この微動機構２が移動した時の粗動機構に
対する微動機構の変位量は、相対変位量Ｇとなる。
能で、高変位分解能、大発生力を有する、例えば圧電素
子、磁歪素子等のアクチュエータを用い、案内要素とし
て、例えばヒンジばね、板ばね等を用いた物で、応答速
度は速く、位置決め精度は高いが、移動量は数十μｍ程
度と小さい。この微動機構２が移動した時の粗動機構に
対する微動機構の変位量は、相対変位量Ｇとなる。
【００１６】以上の構成にあって、本実施例では、外乱
等に対する補正手段を付加する構成をとる。すなわち、
相対変位量Ｇに基づき得られる相対位置検出手段出力信
号Ｋを偏差信号Ｃから差し引いて微動補償回路７への微
動指令信号Ｎを得る接続構成とする。また、相対位置検
出手段３は演算手段２１に接続され、この演算手段２１
では微動変位信号Ｐを得る。フィルタ２２は、例えばロ
ーパスフィルタで、微動変位信号Ｐより微動補正指令信
号Ｓを差し引いて得られた微動補正信号Ｑから雑音成分
を除去して補正信号Ｒを得る。そして、フィルタ２２の
出力である補正信号Ｒを微動補償指令信号Ｅより差し引
き微動補正指令信号Ｓを得る。かくして、微動補償指令
信号Ｅから補正信号Ｒを差し引いた微動補正指令信号Ｓ
に基づき微動機構２が移動する。
等に対する補正手段を付加する構成をとる。すなわち、
相対変位量Ｇに基づき得られる相対位置検出手段出力信
号Ｋを偏差信号Ｃから差し引いて微動補償回路７への微
動指令信号Ｎを得る接続構成とする。また、相対位置検
出手段３は演算手段２１に接続され、この演算手段２１
では微動変位信号Ｐを得る。フィルタ２２は、例えばロ
ーパスフィルタで、微動変位信号Ｐより微動補正指令信
号Ｓを差し引いて得られた微動補正信号Ｑから雑音成分
を除去して補正信号Ｒを得る。そして、フィルタ２２の
出力である補正信号Ｒを微動補償指令信号Ｅより差し引
き微動補正指令信号Ｓを得る。かくして、微動補償指令
信号Ｅから補正信号Ｒを差し引いた微動補正指令信号Ｓ
に基づき微動機構２が移動する。
【００１７】ここで、外乱が加わった場合の状態を鑑み
て図１を更に詳細に説明する。粗動機構１及び微動機構
２に、振動、衝撃、温度変化、あるいは、位置決め装置
を多軸化した時に生じる軸間干渉等の外乱が加わると、
この外乱の影響を受けて粗動補償指令信号Ｄ及び微動補
償指令信号Ｅに起因しない変位量が発生するため、絶対
位置量Ｈに位置決め誤差が生じてしまう。この場合、外
乱によって生じる変位量のうち、粗動補償指令信号Ｄに
起因しない変位量は、本位置決め装置が、粗動機構１の
上に微動機構２が搭載された構成となっているため、微
動機構２が前記粗動補償信号Ｄに起因しない変位量を吸
収し、問題とならない。一方、微動補償指令信号Ｅに起
因しない変位量は、本位置決め装置が、これを吸収でき
る構成となっていないため、微動機構２には、微動補償
指令信号Ｅに起因しない変位量が残ってしまう。
て図１を更に詳細に説明する。粗動機構１及び微動機構
２に、振動、衝撃、温度変化、あるいは、位置決め装置
を多軸化した時に生じる軸間干渉等の外乱が加わると、
この外乱の影響を受けて粗動補償指令信号Ｄ及び微動補
償指令信号Ｅに起因しない変位量が発生するため、絶対
位置量Ｈに位置決め誤差が生じてしまう。この場合、外
乱によって生じる変位量のうち、粗動補償指令信号Ｄに
起因しない変位量は、本位置決め装置が、粗動機構１の
上に微動機構２が搭載された構成となっているため、微
動機構２が前記粗動補償信号Ｄに起因しない変位量を吸
収し、問題とならない。一方、微動補償指令信号Ｅに起
因しない変位量は、本位置決め装置が、これを吸収でき
る構成となっていないため、微動機構２には、微動補償
指令信号Ｅに起因しない変位量が残ってしまう。
【００１８】図２に外乱Ｔが加わった時の微動機構２に
おける入出力信号の流れを示す。図２に示すように外乱
Ｔが加わると微動入力信号Ｕは、微動補償指令信号Ｅに
外乱Ｔが加え合わされた信号となる。このような、微動
入力信号Ｕが微動機構２に入力されることによって、微
動機構２は、相対変位量Ｇだけ移動する。この時、相対
変位量Ｇには、微動補償指令信号Ｅに起因しない外乱Ｔ
による変位量が含まれている。そこで、図３に示すよう
に、外乱Ｔを打ち消すような補正信号Ｒを微動補償指令
信号Ｅから予め差し引き、この結果得られた信号を微動
補正信号Ｓとすれば、微動補正信号Ｓに外乱Ｔが加え合
わされた時、補正信号Ｒと外乱Ｔが互いに打ち消しあう
結果、生成された微動入力信号Ｕには外乱Ｔが含まれな
くなる。したがって、微動入力信号Ｕが微動機構２に入
力された結果生じる相対変位量Ｇには、微動補償指令信
号Ｅに起因しない変位量は含まれていないことになる。
おける入出力信号の流れを示す。図２に示すように外乱
Ｔが加わると微動入力信号Ｕは、微動補償指令信号Ｅに
外乱Ｔが加え合わされた信号となる。このような、微動
入力信号Ｕが微動機構２に入力されることによって、微
動機構２は、相対変位量Ｇだけ移動する。この時、相対
変位量Ｇには、微動補償指令信号Ｅに起因しない外乱Ｔ
による変位量が含まれている。そこで、図３に示すよう
に、外乱Ｔを打ち消すような補正信号Ｒを微動補償指令
信号Ｅから予め差し引き、この結果得られた信号を微動
補正信号Ｓとすれば、微動補正信号Ｓに外乱Ｔが加え合
わされた時、補正信号Ｒと外乱Ｔが互いに打ち消しあう
結果、生成された微動入力信号Ｕには外乱Ｔが含まれな
くなる。したがって、微動入力信号Ｕが微動機構２に入
力された結果生じる相対変位量Ｇには、微動補償指令信
号Ｅに起因しない変位量は含まれていないことになる。
【００１９】ここで、図４に基づいてこの補正信号Ｒの
導出過程を説明する。まず、微動入力信号Ｕは、Ｓ＋Ｔ
となり、微動機構２に入力され相対変位量Ｇだけ移動す
る。このときの相対変位量Ｇを相対位置検出手段３によ
って検出し、相対位置検出手段出力Ｋが得られる。ここ
で、相対位置検出手段出力Ｋは、微動機構２、相対位置
検出手段３を通ったことによってＫ＝αＵ＝α（Ｓ＋
Ｔ）となる。なお、αは、微動機構２、相対位置検出手
段３の特性により決定される任意の係数である。ここ
で、演算手段２１は、入力信号を１／α倍する機能を持
っており、相対位置検出手段出力Ｋが演算手段２１に入
力されると、その出力信号である微動変位信号Ｐは、Ｐ
＝Ｓ＋Ｔとなる。さらに、前記微動変位信号Ｐから微動
補正指令信号Ｓを図４に示すように、差し引いてやれ
ば、その結果生成される微動補正信号Ｑは、 Ｑ＝Ｐ−Ｓ＝（Ｓ＋Ｔ）−Ｓ＝Ｔ となる。
導出過程を説明する。まず、微動入力信号Ｕは、Ｓ＋Ｔ
となり、微動機構２に入力され相対変位量Ｇだけ移動す
る。このときの相対変位量Ｇを相対位置検出手段３によ
って検出し、相対位置検出手段出力Ｋが得られる。ここ
で、相対位置検出手段出力Ｋは、微動機構２、相対位置
検出手段３を通ったことによってＫ＝αＵ＝α（Ｓ＋
Ｔ）となる。なお、αは、微動機構２、相対位置検出手
段３の特性により決定される任意の係数である。ここ
で、演算手段２１は、入力信号を１／α倍する機能を持
っており、相対位置検出手段出力Ｋが演算手段２１に入
力されると、その出力信号である微動変位信号Ｐは、Ｐ
＝Ｓ＋Ｔとなる。さらに、前記微動変位信号Ｐから微動
補正指令信号Ｓを図４に示すように、差し引いてやれ
ば、その結果生成される微動補正信号Ｑは、 Ｑ＝Ｐ−Ｓ＝（Ｓ＋Ｔ）−Ｓ＝Ｔ となる。
【００２０】次に、この微動補正信号Ｑに含まれている
例えば電源ノイズ等の雑音を、フィルタ２２に通して、
減衰または遮断することで、補正信号Ｒが得られる。前
記補正信号Ｒは、微動補正信号Ｑから雑音成分のみを除
去したものであり、基本的には、微動補正信号Ｑと等し
い。従って、補正信号Ｒは、Ｒ＝Ｔとなる。
例えば電源ノイズ等の雑音を、フィルタ２２に通して、
減衰または遮断することで、補正信号Ｒが得られる。前
記補正信号Ｒは、微動補正信号Ｑから雑音成分のみを除
去したものであり、基本的には、微動補正信号Ｑと等し
い。従って、補正信号Ｒは、Ｒ＝Ｔとなる。
【００２１】以上のようにして得られた補正信号Ｒを微
動補償指令信号Ｅから予め差し引くと、微動補正指令信
号Ｓは、Ｓ＝Ｅ−Ｒとなる。次に、外乱Ｔが微動補正指
令信号Ｓに加わるため微動入力信号Ｕは、Ｕ＝Ｓ＋Ｔ＝
Ｅ−Ｒ＋Ｔとなる。ここで、前述したように、Ｒ＝Ｔで
あるため、Ｕ＝Ｅとなり、微動機構２には、微動補償指
令信号Ｅに起因しない変位量は生じなくなる。
動補償指令信号Ｅから予め差し引くと、微動補正指令信
号Ｓは、Ｓ＝Ｅ−Ｒとなる。次に、外乱Ｔが微動補正指
令信号Ｓに加わるため微動入力信号Ｕは、Ｕ＝Ｓ＋Ｔ＝
Ｅ−Ｒ＋Ｔとなる。ここで、前述したように、Ｒ＝Ｔで
あるため、Ｕ＝Ｅとなり、微動機構２には、微動補償指
令信号Ｅに起因しない変位量は生じなくなる。
【００２２】図５は、従来の制御方法において、位置決
め対象に外乱を加えた時の位置決め対象の変位量を示し
たグラフである。同図を参照すれば、３０ｎｍの変位量
が発生していることがわかる。これに対し、図６の本実
施例による方法では、図５と同様の外乱を加えた場合で
も位置決め対象の変位量は２ｎｍとなっており、本実施
例により、外乱に起因する位置決め対象の変位量が抑制
されていることがわかる。
め対象に外乱を加えた時の位置決め対象の変位量を示し
たグラフである。同図を参照すれば、３０ｎｍの変位量
が発生していることがわかる。これに対し、図６の本実
施例による方法では、図５と同様の外乱を加えた場合で
も位置決め対象の変位量は２ｎｍとなっており、本実施
例により、外乱に起因する位置決め対象の変位量が抑制
されていることがわかる。
【００２３】
【発明の効果】以上、実施例をあげて詳細に説明したよ
うに、本発明による制御によれば、制御対象に外乱等の
移動指令信号に起因しない変位が加わったとしても、こ
れを抑制することができるため、広範囲を高精度に安定
して位置決めすることが可能となる。
うに、本発明による制御によれば、制御対象に外乱等の
移動指令信号に起因しない変位が加わったとしても、こ
れを抑制することができるため、広範囲を高精度に安定
して位置決めすることが可能となる。
【図１】本発明の実施例を示すブロック線図である。
【図２】微動機構における入出力信号の流れを示すブロ
ック線図である。
ック線図である。
【図３】外乱を制御する原理を示したブロック線図であ
る。
る。
【図４】実施例に基づく微動機構の制御方法を示したブ
ロック線図である。
ロック線図である。
【図５】従来の制御方法を適用した場合、制御対象に外
乱を与えた時の変位量を示すグラフである。
乱を与えた時の変位量を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例における制御方法を適用した場
合、制御対象に外乱を与えた時の変位量を示すグラフで
ある。
合、制御対象に外乱を与えた時の変位量を示すグラフで
ある。
【図７】従来の制御方法を組み合わせてＸ−Ｙ平面の制
御を行う場合の概念図である。
御を行う場合の概念図である。
【図８】従来の技術に係る位置決め制御装置を示すブロ
ック線図である。
ック線図である。
１ 粗動機構 ２ 微動機構 ３ 相対位置検出手段 ４ 信号発生器 ５ 絶対位置検出手段 ６ 粗動補償回路 ７ 微動補償回路 ８ 制御演算部 ２１ 演算手段 ２２ フィルタ Ａ 移動指令信号 Ｂ 変位信号 Ｃ 偏差信号 Ｄ 粗動補償指令信号 Ｅ 微動補償指令信号 Ｆ 粗動変位量 Ｇ 相対変位量 Ｈ 絶対変位量 Ｋ 相対位置検出手段出力信号 Ｌ 制御演算部出力信号 Ｍ 粗動移動指令信号 Ｎ 微動指令信号 Ｐ 微動変位信号 Ｑ 微動補正信号 Ｒ 補正信号 Ｓ 微動補正指令信号 Ｔ 外乱 Ｕ 微動入力信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田原 諭 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地 １ 三菱重工業株式会社 基盤技術研究 所内 審査官 八木 誠 (56)参考文献 特開 平７−168625（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−95741（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−134504（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23Q 15/00 - 15/28 G05B 19/18 - 19/46 G05D 3/00 - 3/12
Claims (2)
- 【請求項１】 大移動量を有するが位置決め精度の低い
粗動機構と、小移動量ではあるが位置決め精度の高い微
動機構とから成る移動装置の前記微動機構上に搭載した
位置決め対象の位置を制御する位置決め制御方法におい
て、 位置決め対象の固定位置に対する変位量を表す変位信号
と移動指令信号との差から成る偏差信号を、微動機構の
粗動機構に対する相対変位量を表す信号に基づき生成さ
れた信号に加え合わせて粗動移動指令信号を生成し、 この粗動移動指令信号に基づき生成された粗動補償指令
信号を粗動機構へ入力し、 前記偏差信号と前記相対変位量を表す信号との差から成
る微動指令信号を生成し、 さらに移動指令信号に起因しない制御対象の変位量から
補正信号を生成し、前記微動指令信号に基づいて生成さ
れた微動補償指令信号と前記補正信号の差から成る微動
補正指令信号を微動機構へ入力することを特徴とする位
置決め制御方法。 - 【請求項２】 大移動量を有するが位置決め精度の低い
粗動機構と、小移動量ではあるが位置決め精度の高い微
動機構とから成る移動装置の前記微動機構上に搭載した
位置決め対象の位置を制御する位置決め制御装置におい
て、 前記位置決め対象の移動指令信号を発生する信号発生器
と、 前記位置決め対象の固定位置に対する絶対位置を検出し
てこのときの変位量を表わす変位信号を送出する絶対位
置検出手段と、 前記微動機構の前記粗動機構に対する相対変位量を検出
する相対位置検出手段と、 前記位置決め対象に生じた相対変位量から補正信号を出
力する手段と、 前記移動指令信号と前記変位信号との差を表わす偏差信
号を出力する手段と、 前記偏差信号と前記相対位置検出手段の出力信号との差
を表す微動指令信号を出力する手段と、前記微動指令信号に基づいて微動補償指令信号を生成す
る微動補償手段と、 前記微動補償指令信号と前記補正信号との差を表す微動
補正指令信号を出力す る手段と、 前記微動補正指令信号 に基づき制御される前記微動機構
と、前記相対位置検出手段の出力信号に基づき信号を生成す
る制御演算手段と、 前記偏差信号に前記制御演算手段により生成された信号
を加算した粗動移動指令信号を出力する手段と、 前記粗動移動指令信号に基づき粗動補償指令信号を生成
する粗動補償手段と、 前記粗動補償指令信号 に基づき制御される前記粗動機構
とを有す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 |
|---|---|---|---|
| JP16462792A JP3243520B2 (ja) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | 位置決め制御方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16462792A JP3243520B2 (ja) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | 位置決め制御方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06752A JPH06752A (ja) | 1994-01-11 |
| JP3243520B2 true JP3243520B2 (ja) | 2002-01-07 |
Family
ID=15796801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16462792A Expired - Lifetime JP3243520B2 (ja) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | 位置決め制御方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3243520B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19754681A1 (de) * | 1997-12-10 | 1999-06-17 | Peter Heiland | In einem Rastermodus abtastende Vorrichtung mit einer Kompensation des Störeinflusses vonmechanischen Schwingungen auf dem Abtastvorgang |
| US10437225B2 (en) | 2014-09-30 | 2019-10-08 | Makino Milling Machine Co., Ltd. | Feed shaft control method and numerically controlled machine tool |
-
1992
- 1992-06-23 JP JP16462792A patent/JP3243520B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06752A (ja) | 1994-01-11 |
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