JP4469388B2 - 移動体制御方法及び移動体制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の駆動パターンで移動体の駆動を制御するための移動体制御方法及び移動体制御装置に関する。

所定の駆動パターンで移動体を駆動する装置においては、機械的な振動要素を有する場合、振動が移動体の駆動パターン等によって励振され、固有振動（機械共振）してしまうことがある。かかる振動は、移動体の制振性能に著しい悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、従来の移動体制御方法として、移動体の位置又は速度に関する命令値（位置信号）をフィルタ部（ノッチフィルタ）に通過させて、移動体の位置指令値（精密位置決め用の信号）を生成する工程を含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような移動体制御方法では、移動体の制振性能の低下を抑制することが図られている。
特開平４−３８７７７号公報

しかしながら、上記の移動体制御方法では、前述したように、命令値をフィルタ部に通過させて位置指令値を生成することから、フィルタ部の影響で命令値と位置指令値とが時間的に互いに不一致となり、移動体の位置決め性能が低下してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、移動体の制振性能及び位置決め性能の低下を抑制することができる移動体制御方法及び移動体制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る移動体制御方法は、所定の駆動パターンで移動体の駆動を制御するための移動体制御方法であって、移動体の位置又は速度に関する命令値に基づいて移動体のジャークパターンを生成し、ジャークパターンをフィルタ部に通過させて移動体の位置指令値を生成する工程を含み、位置指令値を生成する工程においては、フィルタ部の伝達関数に基づいて、命令値に対する位置指令値の遅れ時間を求め、この遅れ時間だけジャークパターンを圧縮するように調整して調整ジャークパターンを生成し、調整ジャークパターンをフィルタ部に通過させること、を特徴とする。

また、本発明に係る移動体制御装置は、所定の駆動パターンで移動体の駆動を制御するための移動体制御装置であって、移動体の位置又は速度に関する命令値に基づいて移動体のジャークパターンを生成する生成部と、ジャークパターンを通過させて移動体の位置指令値を出力するフィルタ部と、を備え、生成部は、フィルタ部の伝達関数に基づいて、命令値に対する位置指令値の遅れ時間を求め、この遅れ時間だけジャークパターンを圧縮するように調整して調整ジャークパターンを生成すること、を特徴とする。

本発明では、ジャークパターンをフィルタ部に通過させて位置指令値を得るため、位置指令値において共振周波数成分等の振動を励振する周波数成分を低減させることができる。よって、機械的な振動要素を励振させずに移動体を駆動することが可能となる。また、フィルタ部の伝達関数から求められた遅れ時間だけジャークパターンを圧縮するように調整して調整ジャークパターンを生成する。よって、命令値と位置指令値とを時間的に互いに一致させることが可能となる。従って、本発明によれば、移動体の制振性能及び位置決め性能の低下を抑制することができ、その結果、移動体の整定時間の短縮化が可能となる。

また、フィルタ部は、ジャークパターンが通過する複数のフィルタを含んで構成され、位置指令値を生成する工程においては、複数のフィルタの複数の伝達関数のそれぞれに基づいて、複数の遅れ時間をそれぞれ求め、複数の遅れ時間の合計だけジャークパターンを圧縮するように調整して調整ジャークパターンを生成することが好ましい。また、フィルタ部は、ジャークパターンが通過する複数のフィルタを含んで構成され、生成部は、複数のフィルタの複数の伝達関数のそれぞれに基づいて、複数の遅れ時間をそれぞれ求め、複数の遅れ時間の合計だけジャークパターンを圧縮するように調整して調整ジャークパターンを生成することが好ましい。これらの場合、振動を励振する周波数が複数存在しても、これらの周波数成分を位置指令値において低減させることができる。

また、伝達関数は、具体的には、移動体の移動による当該移動体の振動を測定することにより決定される場合がある。

本発明によれば、移動体の制振性能及び位置決め性能の低下を抑制することができる。その結果、移動体の整定時間の短縮化が可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は本発明の実施形態を含むステージ装置を示す概略図、図２は図１のステージ装置のコントローラを示す概略図である。図１に示すように、ステージ装置（装置）１は、例えば半導体や液晶の検査用又は製造用装置として用いられるものである。このステージ装置１は、定盤２、移動体３、アクチュエータ４及びコントローラ（移動体制御装置）５を備えており、所定の駆動パターンで移動体３を駆動する。

定盤２は、床１６にバネ等の除振手段１７を介して支持されている。移動体３は、定盤２上に設けられており、エアベアリング等の案内手段（不図示）により、水平方向に移動可能に構成されている。アクチュエータ４は、移動体３を駆動するための駆動手段であり、定盤２に設けられ例えば永久磁石からなる固定子４ａと、移動体３に設けられ例えば電磁コイルからなる可動子４ｂとを含んで構成されている。この可動子４ｂには、コントローラ５が接続されている。

コントローラ５は、アクチュエータ４の駆動を制御して移動体３の駆動を制御するものであり、生成部６とフィルタ部７とを有している。このコントローラ５は、例えばユーザにより入力された移動体３の位置又は速度に関する命令値（以下、単に「命令値」という）に基づいて、移動体３のジャークパターンを生成する。そして、このジャークパターンをフィルタ部７に通過させて移動体３の位置指令値を生成する（詳しくは、後述）。

生成部６は、命令値に基づいて移動体３のジャークパターンを生成する。フィルタ部７は、ノッチフィルタを含む５次のフィルタであり、具体的には、ノッチフィルタ８及び積分器９を含んでいる。

ノッチフィルタ８は、ジャークパターンにおいて共振周波数成分等の振動を励振する成分を減衰（低減）させる。ここでは、ノッチフィルタ８として、下記（１）式に示す伝達関数Ｈ１の２次ノッチフィルタが採用されている。
Ｈ１（ｓ）＝（ｓ^２＋ω^２）／（ｓ^２＋２ζωｓ＋ω^２）…（１）
但し、ｓは変数、ωは周波数、ζはノッチフィルタ係数である。

積分器９は、ノッチフィルタ８を通過した後のジャークパターンを積分し、位置指令値を出力する。ここでは、積分器９として、例えば、下記（２）式に示す伝達関数Ｈ２の積分器が採用されている。
Ｈ２（ｓ）＝１／ｓ^３…（２）

次に、説明したステージ装置１のコントローラ５による移動体３の駆動制御について、図３を参照しつつ説明する。

まず、ノッチフィルタ８の設定を行なう（Ｓ１）。具体的には、移動体３を駆動することで生じる移動体３の振動を予め測定し、この測定結果に基づいて、ノッチフィルタ８の伝達関数を設定する。なお、この伝達関数は、ユーザの入力により設定される場合もある。

続いて、生成部６にて、ノッチフィルタ８の伝達関数に基づいて命令値に対する位置指令値の遅れ時間Ｔを求める（Ｓ２）。ここでの遅れ時間Ｔは、伝達関数の位相遅れに相当するものとしている。

続いて、移動体３のジャークパターンを生成する（Ｓ３）。具体的には、入力された命令値に基づいて、遅れ時間Ｔだけ圧縮するようにジャークパターンを調整して調整ジャークパターンを生成する。

図４は生成された調整ジャークパターンの一例を示す線図である。図中において、横軸は時間成分を示し、縦軸はジャーク成分を示す。また、図中において、実線Ｊ１は、移動時間Ｐから遅れ時間Ｔだけ時間成分が圧縮するように調整された本実施形態の調整ジャークパターンを示し、破線Ｊ２は、時間成分が圧縮されていない従来のジャークパターンを示す。

図４に示すように、調整ジャークパターンＪ１は、波形全体が均等に圧縮するように調整されている。また、この調整ジャークパターンＪ１は、ジャークパターンＪ２による移動体３の移動量に対し同等の移動量を確保すべく、波形と時間軸とで囲まれた面積が一定に保持されるように圧縮されている。具体的には、調整ジャークパターンＪ１は、その波形と時間軸とで囲まれた面積が維持されるように、時間成分が遅れ時間Ｔだけ縮小されると共にジャーク成分が拡大されている。なお、ここでの遅れ時間Ｔは、調整ジャークパターンＪ１を圧縮し過ぎない程度の時間量に設定されている。これは、ジャークパターンが圧縮され過ぎると、最大ジャーク値が大きくなり、移動体３の加速度が増大して振動が大きくなるという問題が生じるためである。

続いて、生成した調整ジャークパターンＪ１をフィルタ部７に通過させ（Ｓ４）、移動体３の位置指令値を生成する（Ｓ５）。そして、位置指令値を、アクチュエータ４の駆動制御値として当該アクチュエータ４へ出力し、これにより、アクチュエータ４の駆動が制御されることになる。

以上、本実施形態では、調整ジャークパターンＪ１をノッチフィルタ８に通過させて位置指令値が得られるため、位置指令値において共振周波数成分等の振動を励振する周波数成分を低減させることができる。その結果、機械共振を抑制することができると共に、機械的な振動要素を励振させずに移動体３を駆動することが可能となる。ここで、上述したように、この調整ジャークパターンＪ１にあっては、ノッチフィルタ８の伝達関数から求められた遅れ時間Ｔだけ圧縮されるように調整されている。よって、命令値と位置指令値とを時間的に互いに一致させることが可能となる。従って、本実施形態によれば、移動体３の制振性能及び位置決め性能の低下を抑制することができ、その結果、移動体３の整定時間の短縮化が可能となる。

つまり、本実施形態は、ジャークパターンを生成する段階で位置決め性能が担保されるものであり、ノッチフィルタ８による励振制御性能を維持しつつ、制振パターン（制振軌道）を移動体３の駆動パターンとして自動的に生成するものといえる。なお、本実施形態のコントローラ５を、既存の装置のコントローラに搭載させることも勿論可能である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、コントローラ５をステージ装置に適用したが、射出成形機、レーザ加工装置、ボンダ装置等に適用してもよい。要は、所定の駆動パターンで移動体を駆動する装置であれば、その移動体の駆動を制御するものとして適用することができる。

また、上記実施形態では、ジャークパターンＪ１を、１つのノッチフィルタ８に通過させたが、複数のノッチフィルタに通過させてもよい。つまり、フィルタ部は、ジャークパターンが通過する複数のフィルタを含んで構成されてもよい。この場合、複数のフィルタの複数の伝達関数のそれぞれに基づいて複数の遅れ時間をそれぞれ求め、これら複数の遅れ時間の合計だけ圧縮するようにジャークパターンを調整して、調整ジャークパターンを生成する。これにより、振動を励振する周波数が複数存在しても、これらの周波数成分を位置指令値において低減させることが可能となる。

本発明の実施形態を含むステージ装置を示す概略図である。 図１のステージ装置のコントローラを示す概略図である。 図１のステージ装置のコントローラによる処理手順を示すフローチャートである。 生成された調整ジャークパターンの一例を示す線図である。

符号の説明

１…ステージ装置（装置）、３…移動体、５…コントローラ（移動体制御装置）、６…生成部、７…フィルタ部、Ｊ１…調整ジャークパターン。

Claims (5)

1. 所定の駆動パターンで移動体の駆動を制御するための移動体制御方法であって、
   前記移動体の位置又は速度に関する命令値に基づいて前記移動体のジャークパターンを生成し、前記ジャークパターンをフィルタ部に通過させて前記移動体の位置指令値を生成する工程を含み、
   前記位置指令値を生成する工程においては、
   前記フィルタ部の伝達関数に基づいて、前記命令値に対する前記位置指令値の遅れ時間を求め、この遅れ時間だけ前記ジャークパターンを圧縮するように調整して調整ジャークパターンを生成し、前記調整ジャークパターンを前記フィルタ部に通過させること、を特徴とする移動体制御方法。
2. 前記フィルタ部は、前記ジャークパターンが通過する複数のフィルタを含んで構成され、
   前記位置指令値を生成する工程においては、
   複数の前記フィルタの複数の前記伝達関数のそれぞれに基づいて、複数の前記遅れ時間をそれぞれ求め、複数の前記遅れ時間の合計だけ前記ジャークパターンを圧縮するように調整して前記調整ジャークパターンを生成すること、を特徴とする請求項１記載の移動体制御方法。
3. 前記伝達関数は、前記移動体を駆動することで生じる当該移動体の振動を測定することにより決定されること、を特徴とする請求項１又は２記載の移動体制御方法。
4. 所定の駆動パターンで移動体の駆動を制御するための移動体制御装置であって、
   前記移動体の位置又は速度に関する命令値に基づいて前記移動体のジャークパターンを生成する生成部と、
   前記ジャークパターンを通過させて前記移動体の位置指令値を出力するフィルタ部と、を備え、
   前記生成部は、
   前記フィルタ部の伝達関数に基づいて、前記命令値に対する前記位置指令値の遅れ時間を求め、この遅れ時間だけ前記ジャークパターンを圧縮するように調整して調整ジャークパターンを生成すること、を特徴とする移動体制御装置。
5. 前記フィルタ部は、前記ジャークパターンが通過する複数のフィルタを含んで構成され、
   前記生成部は、
   複数の前記フィルタの複数の前記伝達関数のそれぞれに基づいて、複数の前記遅れ時間をそれぞれ求め、複数の前記遅れ時間の合計だけ前記ジャークパターンを圧縮するように調整して前記調整ジャークパターンを生成すること、を特徴とする請求項４記載の移動体制御装置。
   
   
   

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