JP4591136B2 - ２次元位置決め装置 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置やプリント基板、液晶表示素子等の露光装置などで、電動機を駆動して、テーブルを移動させ、テーブル上の対象物を所定の位置に位置決めする２次元位置決め装置に関する。
第１従来例であるリニアモータを内蔵したステージ装置は、リニアモータを用いて微小の角度位置決めを可能にし、小型、薄型化している（例えば、特許文献１参照）。
また、第２従来例である２軸平行・１軸旋回運動案内機構およびこれを用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置は、テーブルへの組み付けが簡単でかつ高精度に案内支持できる２軸平行・１軸旋回運動案内機構を用いたテーブル装置としているものもある（例えば、特許文献２参照）。
さらに、複数のサーボモータの制御方法では、２軸間の偏差を少なくするため、各軸に同じ位置指令、速度指令をコントローラから分配し、フィードバック制御により各軸の位置制御、速度制御ループのゲインを高ゲインに調整し、位置制御，速度制御ループに積分を使い制御中の偏差を無くし、応答性を上げて、２軸間の偏差を小さくする方法を採用していた（例えば、特許文献３参照）。
また、第２従来例である２軸平行・１軸旋回運動案内機構およびこれを用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置は、テーブルへの組み付けが簡単でかつ高精度に案内支持できる２軸平行・１軸旋回運動案内機構を用いたテーブル装置としているものもある（例えば、特許文献２参照）。
さらに、複数のサーボモータの制御方法では、２軸間の偏差を少なくするため、各軸に同じ位置指令、速度指令をコントローラから分配し、フィードバック制御により各軸の位置制御、速度制御ループのゲインを高ゲインに調整し、位置制御，速度制御ループに積分を使い制御中の偏差を無くし、応答性を上げて、２軸間の偏差を小さくする方法を採用していた（例えば、特許文献３参照）。
第１従来例のリニアモータを内蔵したステージ装置を説明する。
図１７は第１従来例によるリニアモータを内蔵したステージ装置の一実施例を示し、一方向であるＸ方向から見た正面図、図１８は第１従来例による図１７のステージ装置を示す平面図である。
リニアモータを内蔵したステージ装置は、回転ステージ１０３と第２ステージ１０２との間に微小の回転方向に移動させる駆動装置として回転用リニアモータ１１３を組み込み、特に、回転ステージ１０３の微小量の角度位置きめを考慮して、回転用リニアモータ１１３として、可動マグネット型リニアモータを適用し、回転用リニアモータ１１３と回転方向部分である回転ステージ１０３を微小量だけ回転方向（即ち、θ方向）に移動させてワーク等の部品を角度位置決めする回転ステージ装置である。
一方向の直線方向であるＸ方向に往復移動する第１ステージ１０１と、Ｘ方向に直交するＹ方向に往復移動する第２ステージ１０２とによって構成されるＸＹステージ装置に回転ステージ１０３（即ち、θステージ装置）を組み込み、ＸＹ−θステージ装置の複合ステージ装置に構成し、ワーク等の部品をＸ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）に対して平面上での位置決めを行う構造に構成している。
このように、従来のリニアモータを内蔵したステージ装置は、小型、薄型化してＸＹθ方向の位置決めをするのである。
図１７は第１従来例によるリニアモータを内蔵したステージ装置の一実施例を示し、一方向であるＸ方向から見た正面図、図１８は第１従来例による図１７のステージ装置を示す平面図である。
リニアモータを内蔵したステージ装置は、回転ステージ１０３と第２ステージ１０２との間に微小の回転方向に移動させる駆動装置として回転用リニアモータ１１３を組み込み、特に、回転ステージ１０３の微小量の角度位置きめを考慮して、回転用リニアモータ１１３として、可動マグネット型リニアモータを適用し、回転用リニアモータ１１３と回転方向部分である回転ステージ１０３を微小量だけ回転方向（即ち、θ方向）に移動させてワーク等の部品を角度位置決めする回転ステージ装置である。
一方向の直線方向であるＸ方向に往復移動する第１ステージ１０１と、Ｘ方向に直交するＹ方向に往復移動する第２ステージ１０２とによって構成されるＸＹステージ装置に回転ステージ１０３（即ち、θステージ装置）を組み込み、ＸＹ−θステージ装置の複合ステージ装置に構成し、ワーク等の部品をＸ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）に対して平面上での位置決めを行う構造に構成している。
このように、従来のリニアモータを内蔵したステージ装置は、小型、薄型化してＸＹθ方向の位置決めをするのである。
第２従来例を２軸平行・１軸旋回運動案内機構およびこれを用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置を説明する。
図１９は第２従来例による２軸平行・１軸旋回運動案内機構の一部破断分解斜視図、図２０は第２従来例による２軸平行・１軸旋回運動案内機構を用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置であり、同図ａはテーブルを省略して２点鎖線で示す平面図、同図ｂは正面図、図２１は第２従来例によるテーブルの平面図である。
第２従来例に係る２軸平行・１軸旋回運動案内機構は、２軸平行運動案内部２７０（図１９）と、この２軸平行運動案内部２７０に組み付けられる旋回運動案内部２８０（図２０）とから構成されている。
また、２軸平行・１軸旋回運動案内機構２０１を用いた２軸平行・旋回テーブル装置は、図２０、図２１のように、４つの２軸平行・１軸旋回運動案内機構２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄを介して、テーブル２３３を基台２３４に対して平行に互いに直交する２軸方向に移動自在に支持し、テーブル２３３中央部に位置する旋回軸Ｃ0を中心にして旋回可能となっている。
４つのうち３つの２軸平行・１軸旋回運動案内機構２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｄには、それぞれ直線方向に伸縮駆動される、回転モータ２３８と、この回転モータ２３８の回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構２３９から構成される直線駆動機構２３７Ａ，２３７Ｂ，２３７Ｄが作動連結されている。２軸平行・１軸旋回運動案内機構２０１Ｃは自由に運動できる。
テーブル２３３を平行移動させる場合は、２つの直線駆動機構２３７Ａもしくは２３７Ｂを駆動する。テーブル２３３を旋回軸Ｃ０に対して旋回させる場合、直線駆動機構２３７Ａ，２３７Ｂとを互いに逆方向に同一量＋ΔＸ，−ΔＸだけ駆動させ、一方、直線駆動機構２３７ＤをＹ軸方向に所定量ΔＹだけ駆動させる。
このように、従来の２軸平行・１軸旋回運動案内機構およびこれを用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置は、テーブルを平行移動または旋回させ、位置決めを行うのである。
図１９は第２従来例による２軸平行・１軸旋回運動案内機構の一部破断分解斜視図、図２０は第２従来例による２軸平行・１軸旋回運動案内機構を用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置であり、同図ａはテーブルを省略して２点鎖線で示す平面図、同図ｂは正面図、図２１は第２従来例によるテーブルの平面図である。
第２従来例に係る２軸平行・１軸旋回運動案内機構は、２軸平行運動案内部２７０（図１９）と、この２軸平行運動案内部２７０に組み付けられる旋回運動案内部２８０（図２０）とから構成されている。
また、２軸平行・１軸旋回運動案内機構２０１を用いた２軸平行・旋回テーブル装置は、図２０、図２１のように、４つの２軸平行・１軸旋回運動案内機構２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄを介して、テーブル２３３を基台２３４に対して平行に互いに直交する２軸方向に移動自在に支持し、テーブル２３３中央部に位置する旋回軸Ｃ0を中心にして旋回可能となっている。
４つのうち３つの２軸平行・１軸旋回運動案内機構２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｄには、それぞれ直線方向に伸縮駆動される、回転モータ２３８と、この回転モータ２３８の回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構２３９から構成される直線駆動機構２３７Ａ，２３７Ｂ，２３７Ｄが作動連結されている。２軸平行・１軸旋回運動案内機構２０１Ｃは自由に運動できる。
テーブル２３３を平行移動させる場合は、２つの直線駆動機構２３７Ａもしくは２３７Ｂを駆動する。テーブル２３３を旋回軸Ｃ０に対して旋回させる場合、直線駆動機構２３７Ａ，２３７Ｂとを互いに逆方向に同一量＋ΔＸ，−ΔＸだけ駆動させ、一方、直線駆動機構２３７ＤをＹ軸方向に所定量ΔＹだけ駆動させる。
このように、従来の２軸平行・１軸旋回運動案内機構およびこれを用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置は、テーブルを平行移動または旋回させ、位置決めを行うのである。
図２２は第３従来例の形態を説明するためのブロック図である。
メインサーボモータ３２５とサブサーボモータ３３５は図示しないワークを共有して結合され、サーボ回路３０１とともに該ワークを駆動する駆動系を構成する。サーボ回路３０１は、メインサーボモータ３２５を含むメイン軸側を制御するメイン軸側サーボ回路３０２と、サブサーボモータ３３５を含むサブ軸側を制御するサブ軸側サーボ回路３０３を備え、さらに、メイン軸側サーボ回路２とサブ軸側サーボ回路３０３との間には位置補正器３０４を備え、サブ軸側サーボ回路３０３に対し速度指令を与える。
メイン軸側サーボ回路３０２は、通常のサーボ回路と同様に、位置制御器３２１と速度制御器３２２と電流制御器３２３を備え、位置制御器３２１は数値制御装置（ＣＮＣ）側から位置指令を受け取って速度指令を速度制御器３２２に送り、速度制御器３２２は速度指令を受け取ってトルク指令（電流指令）を電流制御器３２３に送り、電流制御器３２３はトルク指令を受け取って電圧指令を電力増幅器３２４に送る。電力増幅器３２４は電圧指令に基づいてメインサーボモータ３２５を駆動する。なお、メインエンコーダ３２６はメインサーボモータ３２５の速度及び位置を検出して、速度フィードバック値及び位置フィードバック値をメイン軸側サーボ回路３０２にフィードバックする。
また、電流フィードバック値は電力増幅器３２４からメイン軸側サーボ回路３０２にフィードバックされる。
これに対して、サブ軸側サーボ回路３０３は、通常のサーボ回路と異なり位置制御器を備えず、速度制御器３３２と電流制御器３３３を備え、速度制御器３３２は位置補正器３０４から速度指令を受け取ってトルク指令（電流指令）を電流制御器３３３に送り、電流制御器３３３はトルク指令を受け取って電圧指令を電力増幅器３３４に送る。
電力増幅器３３４は電圧指令に基づいてサブサーボモータ３３５を駆動する。なお、サブエンコーダ３３６はサブサーボモータ３３５の速度及び位置を検出し、速度フィードバック値及び位置フィードバック値をサブ軸側サーボ回路３３にフィードバックする。
位置補正器３０４は、メインサーボモータの位置フィードバック値とサブサーボモータの位置フィードバック値とを入力してその差分を求め、該差分に位置補正ゲインを乗じ、この値を用いてメイン軸側サーボ回路３０２の位置制御器３２１から入力した速度指令の補正を行い、補正した速度指令をサブ軸側サーボ回路３０３に入力する。
したがって、この位置補正器３０４は、メインサーボモータとサブサーボモータとの位置ずれを補償し、両サーボモータの同期を合わせる働きをする。また、この位置補正器３０４は、サブ軸側サーボ回路３０３の位置制御器としての機能を備え、速度制御器３３２に対して、メインサーボモータとサブサーボモータの同期合わせを行うための補正を施した速度指令を与える。
メインサーボモータ３２５とサブサーボモータ３３５は図示しないワークを共有して結合され、サーボ回路３０１とともに該ワークを駆動する駆動系を構成する。サーボ回路３０１は、メインサーボモータ３２５を含むメイン軸側を制御するメイン軸側サーボ回路３０２と、サブサーボモータ３３５を含むサブ軸側を制御するサブ軸側サーボ回路３０３を備え、さらに、メイン軸側サーボ回路２とサブ軸側サーボ回路３０３との間には位置補正器３０４を備え、サブ軸側サーボ回路３０３に対し速度指令を与える。
メイン軸側サーボ回路３０２は、通常のサーボ回路と同様に、位置制御器３２１と速度制御器３２２と電流制御器３２３を備え、位置制御器３２１は数値制御装置（ＣＮＣ）側から位置指令を受け取って速度指令を速度制御器３２２に送り、速度制御器３２２は速度指令を受け取ってトルク指令（電流指令）を電流制御器３２３に送り、電流制御器３２３はトルク指令を受け取って電圧指令を電力増幅器３２４に送る。電力増幅器３２４は電圧指令に基づいてメインサーボモータ３２５を駆動する。なお、メインエンコーダ３２６はメインサーボモータ３２５の速度及び位置を検出して、速度フィードバック値及び位置フィードバック値をメイン軸側サーボ回路３０２にフィードバックする。
また、電流フィードバック値は電力増幅器３２４からメイン軸側サーボ回路３０２にフィードバックされる。
これに対して、サブ軸側サーボ回路３０３は、通常のサーボ回路と異なり位置制御器を備えず、速度制御器３３２と電流制御器３３３を備え、速度制御器３３２は位置補正器３０４から速度指令を受け取ってトルク指令（電流指令）を電流制御器３３３に送り、電流制御器３３３はトルク指令を受け取って電圧指令を電力増幅器３３４に送る。
電力増幅器３３４は電圧指令に基づいてサブサーボモータ３３５を駆動する。なお、サブエンコーダ３３６はサブサーボモータ３３５の速度及び位置を検出し、速度フィードバック値及び位置フィードバック値をサブ軸側サーボ回路３３にフィードバックする。
位置補正器３０４は、メインサーボモータの位置フィードバック値とサブサーボモータの位置フィードバック値とを入力してその差分を求め、該差分に位置補正ゲインを乗じ、この値を用いてメイン軸側サーボ回路３０２の位置制御器３２１から入力した速度指令の補正を行い、補正した速度指令をサブ軸側サーボ回路３０３に入力する。
したがって、この位置補正器３０４は、メインサーボモータとサブサーボモータとの位置ずれを補償し、両サーボモータの同期を合わせる働きをする。また、この位置補正器３０４は、サブ軸側サーボ回路３０３の位置制御器としての機能を備え、速度制御器３３２に対して、メインサーボモータとサブサーボモータの同期合わせを行うための補正を施した速度指令を与える。
このように、従来の複数のサーボモータの制御方法は、１つの駆動系を１つの主サーボモータと少なくとも１つの従サーボモータとの複数のサーボモータで制御するサーボモータの制御方法において、応答性が良好で高精度な同期制御を行い、繰り返し制御を行う場合において、簡易な構成でかつ各軸間の干渉の発生を防止し、また、複数のサーボモータについて連結駆動と独立駆動の切り換えを行うのである。
特開２００２−３２８１９１号公報（図１、図２）
特開平１１−２４５１２８号公報（図２、図４、図５）
特開平１１−３０５８３９号公報（図２）
しかしながら、特許文献１のリニアモータを内蔵したステージ装置は、ＸＹθの３方向の各軸が重なりあった装置構成となっていて、位置決めする対象物が大型化すると、ステージ装置が物理的に高くなるという問題があった。近年、液晶材料は年々大型化しており、テーブル即ちステージの往復移動や回転移動させるためには、リニアモータやステージ装置をそのまま大きくせざるを得ず、ステージ装置の重心が高くなると、振動等の外乱に弱いという欠点もあった。
また、ＸＹθの３方向の各軸が重なりあった装置構成のため、ステージが大型化した場合、ＸＹが移動すると、重心位置がずれるので、駆動手段によるステージの移動位置によっては、各軸の連結部に荷重が集中し、ステージに大きなモーメント荷重が発生するので、ステージの円滑な移動が妨げられたり、意図しない回転移動が生じたりして、位置決め精度が低下する問題がある。
また、特許文献２の２軸平行・１軸旋回運動案内機構およびこれを用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置は、２軸平行・１軸旋回運動案内機構をテーブルの４隅のうちの３つに配置した、３軸構成となっていて、１軸のみで駆動する方向があるので、モータの容量が不均一のため、２軸を駆動させる方向と同じ性能を発揮することができないので、１軸のみで駆動する方向では、移動・位置決めに時間が掛かり、結果的に効率性・生産性が悪くなるという問題があった。
また、ボールねじ駆動なので、バックラッシュ等のメカロスが存在した。
さらに、大型化したテーブルを移動するような場合は、１軸駆動では、テーブルの片側で駆動することにとなるので、駆動軸の無いテーブル片側が遅れて移動し、テーブル位置決め精度が低下するというような問題もあった。
加えて、テーブル上の対象物の加工などが行われる際に、外力が掛かると、制御系で保持しない並進自由度や、回転自由度が存在するので、テーブルが外力に従い移動する場合がある。この後、外力によるテーブルや対象物の移動を把握する手段が無いので、テーブル位置を補正できない問題があった。
また、ＸＹθの３方向の各軸が重なりあった装置構成のため、ステージが大型化した場合、ＸＹが移動すると、重心位置がずれるので、駆動手段によるステージの移動位置によっては、各軸の連結部に荷重が集中し、ステージに大きなモーメント荷重が発生するので、ステージの円滑な移動が妨げられたり、意図しない回転移動が生じたりして、位置決め精度が低下する問題がある。
また、特許文献２の２軸平行・１軸旋回運動案内機構およびこれを用いた２軸平行・１軸旋回テーブル装置は、２軸平行・１軸旋回運動案内機構をテーブルの４隅のうちの３つに配置した、３軸構成となっていて、１軸のみで駆動する方向があるので、モータの容量が不均一のため、２軸を駆動させる方向と同じ性能を発揮することができないので、１軸のみで駆動する方向では、移動・位置決めに時間が掛かり、結果的に効率性・生産性が悪くなるという問題があった。
また、ボールねじ駆動なので、バックラッシュ等のメカロスが存在した。
さらに、大型化したテーブルを移動するような場合は、１軸駆動では、テーブルの片側で駆動することにとなるので、駆動軸の無いテーブル片側が遅れて移動し、テーブル位置決め精度が低下するというような問題もあった。
加えて、テーブル上の対象物の加工などが行われる際に、外力が掛かると、制御系で保持しない並進自由度や、回転自由度が存在するので、テーブルが外力に従い移動する場合がある。この後、外力によるテーブルや対象物の移動を把握する手段が無いので、テーブル位置を補正できない問題があった。
また、特許文献３の複数の電動機を１方向の駆動に用いる制御方法を取る機械構造の場合は、（１）機械的に２軸以上が締結されているため高ゲインに耐えられる剛性の高い機械にすることは難しい。（２）機械の据付誤差、位置センサの取り付け誤差、各軸の歪、ガタが必ず存在する。（３）軸間の偏差を減らすべくフィードバック制御で高ゲイン化したが、制御中に互いに干渉して、互いが出すトルクが外乱となり、機台振動や精度に悪影響を及ぼす。といった問題がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、テーブルが大型化しても、装置の高さを抑えて構成するとともに、テーブルや対象物による荷重をバランス良く分散して支持し、さらに、駆動力をバランスよく作用させることで、各方向への並進移動、回転移動を同じような性能で、精度良く、効率的に動作させ、加えて、テーブルに外力が加わって、テーブルが移動した場合にも、再度テーブルを補正できる２次元位置決め装置であって、１方向の駆動に複数の電動機を用いる構造をもつ機械に対して、フィードバック制御のみでなくフィードフォワードを併用して、不都合な問題を回避し容易に高速，高精度の動作を実現することのできる２次元位置決め装置を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、移動部が並進方向に自由度を持つ並進自由度部２つと移動部が回転方向に自由度を持つ回転自由度部１つとを組み合わせた複数の並進回転機構と、
前記並進回転機構に搭載して前記移動部を１つの並進方向に駆動する電動機と、
前記電動機を制御する制御器と、
前記制御器にてフィードバック制御に用いるために被検出体となる前記電動機または前記並進回転機構の位置決め動作量を検出する動作量検出手段と、
前記並進回転機構の前記電動機が２方向以上に前記移動部を動作するように複数の前記並進回転機構を配置する機台部と、
前記機台部の同一平面上に配置した複数の前記並進回転機構の上に配置したテーブルを並進および回転移動するために、前記電動機を動作させる前記制御器に指令する指令手段と、
を備え、
複数の前記電動機を駆動することで前記テーブル上の対象物を所定の位置に位置決めする２次元位置決め装置において、
複数の前記電動機それぞれに対応する制御器の駆動力を検出して、前記並進回転機構、その他機構的な誤差要因である機械的ギャップを無くすため駆動力が常に働くように、前記指令手段の指令に基づいて複数の前記制御器の不均一な駆動力を理想的なバランスに均等に調整する駆動力補正手段を備え、
前記指令手段は、前記駆動力補正手段の出力を、前記指令手段の指令に基づく各々の前記制御器が出力した駆動力に加えてフィードフォワード制御することを特徴とするものである。
請求項１記載の発明は、移動部が並進方向に自由度を持つ並進自由度部２つと移動部が回転方向に自由度を持つ回転自由度部１つとを組み合わせた複数の並進回転機構と、
前記並進回転機構に搭載して前記移動部を１つの並進方向に駆動する電動機と、
前記電動機を制御する制御器と、
前記制御器にてフィードバック制御に用いるために被検出体となる前記電動機または前記並進回転機構の位置決め動作量を検出する動作量検出手段と、
前記並進回転機構の前記電動機が２方向以上に前記移動部を動作するように複数の前記並進回転機構を配置する機台部と、
前記機台部の同一平面上に配置した複数の前記並進回転機構の上に配置したテーブルを並進および回転移動するために、前記電動機を動作させる前記制御器に指令する指令手段と、
を備え、
複数の前記電動機を駆動することで前記テーブル上の対象物を所定の位置に位置決めする２次元位置決め装置において、
複数の前記電動機それぞれに対応する制御器の駆動力を検出して、前記並進回転機構、その他機構的な誤差要因である機械的ギャップを無くすため駆動力が常に働くように、前記指令手段の指令に基づいて複数の前記制御器の不均一な駆動力を理想的なバランスに均等に調整する駆動力補正手段を備え、
前記指令手段は、前記駆動力補正手段の出力を、前記指令手段の指令に基づく各々の前記制御器が出力した駆動力に加えてフィードフォワード制御することを特徴とするものである。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の２次元位置決め装置において、
補正した複数の前記制御器の駆動力を前記指令手段の指令に基づいて各電動機で一定量の理想的なバランスに均等になるように前記駆動力補正手段が駆動力の補正を調整することを特徴とするものである。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２項記載の２次元位置決め装置において、前記制御器をサーボロックして前記電動機が現在位置を保持する形態で、前記駆動力補正手段および前記指令手段は、少なくとも１つの前記制御器の駆動力を補正することを特徴とするとするものである。
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の２次元位置決め装置において、
移動部が並進方向に自由度を持つ並進自由度部２つと移動部が回転方向に自由度を持つ回転自由度部１つとを組み合わせた複数の並進回転機構と、
前記並進回転機構に搭載して、前記移動部を１つの並進方向に駆動する電動機と、
前記電動機を制御する制御器と、
前記制御器にてフィードバック制御に用いるために被検出体となる前記電動機または前記並進回転機構の位置決め動作量を検出する動作量検出手段と、
前記並進回転機構の前記電動機が２方向以上に前記移動部を動作するように複数の前記並進回転機構を配置する機台部と、
前記機台部の同一平面上に配置した複数の前記並進回転機構の上に配置したテーブルを並進および回転移動するために、前記電動機を動作させる前記制御器に指令する指令手段と、
を備え、
複数の前記電動機を駆動することで前記テーブル上の対象物を所定の位置に位置決めする２次元位置決め装置において、
前記テーブルの形状不均一の理由で各電動機が担う負荷が不均一となり、各制御器の駆動力が各電動機で均等にならない場合に、
前記指令手段の位置指令から求めた加速度と各前記電動機に関わる負荷とに基づいて各前記電動機が担う不均一な負荷に対して慣性補償する駆動力を演算する駆動力補正手段を備え、
前記指令手段は、前記駆動力補正手段の出力を、前記指令手段の指令に基づく各々の前記制御器が出力した駆動力に加えてフィードフォワード制御することを特徴とするものである。
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の２次元位置決め装置において、各前記電動機に関わる負荷の分担に関しては、前記テーブルを並進移動する場合には、前記駆動力補正手段が、前記テーブルと前記対象物の重心位置と、前記並進回転機構の配置位置と、から総負荷に対する各前記電動機に関わる負荷の割合を算出して慣性補償する駆動力を演算することを特徴とするものである。
また、請求項６記載の発明は、請求項４記載の２次元位置決め装置において、
各前記電動機に関わる負荷の分担に関しては、前記テーブルを回転移動する場合には、前記駆動力補正手段が、前記テーブルおよび前記対象物の重心位置と、前記並進回転機構の配置位置と、前記テーブルの回転中心と前記電動機の距離と、から総負荷に対する各前記電動機に関わる負荷の割合を算出して慣性補償する駆動力を演算することを特徴とするものである。
補正した複数の前記制御器の駆動力を前記指令手段の指令に基づいて各電動機で一定量の理想的なバランスに均等になるように前記駆動力補正手段が駆動力の補正を調整することを特徴とするものである。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２項記載の２次元位置決め装置において、前記制御器をサーボロックして前記電動機が現在位置を保持する形態で、前記駆動力補正手段および前記指令手段は、少なくとも１つの前記制御器の駆動力を補正することを特徴とするとするものである。
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の２次元位置決め装置において、
移動部が並進方向に自由度を持つ並進自由度部２つと移動部が回転方向に自由度を持つ回転自由度部１つとを組み合わせた複数の並進回転機構と、
前記並進回転機構に搭載して、前記移動部を１つの並進方向に駆動する電動機と、
前記電動機を制御する制御器と、
前記制御器にてフィードバック制御に用いるために被検出体となる前記電動機または前記並進回転機構の位置決め動作量を検出する動作量検出手段と、
前記並進回転機構の前記電動機が２方向以上に前記移動部を動作するように複数の前記並進回転機構を配置する機台部と、
前記機台部の同一平面上に配置した複数の前記並進回転機構の上に配置したテーブルを並進および回転移動するために、前記電動機を動作させる前記制御器に指令する指令手段と、
を備え、
複数の前記電動機を駆動することで前記テーブル上の対象物を所定の位置に位置決めする２次元位置決め装置において、
前記テーブルの形状不均一の理由で各電動機が担う負荷が不均一となり、各制御器の駆動力が各電動機で均等にならない場合に、
前記指令手段の位置指令から求めた加速度と各前記電動機に関わる負荷とに基づいて各前記電動機が担う不均一な負荷に対して慣性補償する駆動力を演算する駆動力補正手段を備え、
前記指令手段は、前記駆動力補正手段の出力を、前記指令手段の指令に基づく各々の前記制御器が出力した駆動力に加えてフィードフォワード制御することを特徴とするものである。
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の２次元位置決め装置において、各前記電動機に関わる負荷の分担に関しては、前記テーブルを並進移動する場合には、前記駆動力補正手段が、前記テーブルと前記対象物の重心位置と、前記並進回転機構の配置位置と、から総負荷に対する各前記電動機に関わる負荷の割合を算出して慣性補償する駆動力を演算することを特徴とするものである。
また、請求項６記載の発明は、請求項４記載の２次元位置決め装置において、
各前記電動機に関わる負荷の分担に関しては、前記テーブルを回転移動する場合には、前記駆動力補正手段が、前記テーブルおよび前記対象物の重心位置と、前記並進回転機構の配置位置と、前記テーブルの回転中心と前記電動機の距離と、から総負荷に対する各前記電動機に関わる負荷の割合を算出して慣性補償する駆動力を演算することを特徴とするものである。
また、請求項７記載の発明は、請求項４記載の２次元位置決め装置において、
前記テーブルの上に置かれた対象物の目印を基準にしてその配置を取り込む２次元位置センサと、前記テーブルの上に置かれた対象物の位置を補正するための補正量を算出する補正量算出手段とを備え、
前記２次元位置センサで捕らえた前記テーブルもしくは前記テーブルの上に置かれた前記対象物の位置を、前記電動機を駆動し、前記テーブルを２方向の並進移動もしくは回転移動することによって、前記テーブルもしくは前記対象物の位置を補正することを特徴とするものである。
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の２次元位置決め装置において、前記２次元位置センサで、形状・質量が予め既知の前記対象物の配置を求めて負荷の配分を推定する負荷分布推定手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項９記載の発明は、請求項７記載の２次元位置決め装置において、前記２次元位置センサを複数備え、前記テーブルもしくは前記対象物の配置を複数の前記２次元位置センサで捕らえることを特徴とするものである。
また、請求項１０記載の発明は、請求項１記載の２次元位置決め装置において、前記電動機がリニアモータであって、前記制御器の出力である駆動力は推力であることを特徴とするものである。
また、請求項１１記載の発明は、請求項１記載の２次元位置決め装置において、前記並進回転機構が前記並進自由度部の少なくとも１つに前記電動機を搭載した並進駆動部を有することを特徴とするものである。
また、請求項１２記載の発明は、請求項１記載の２次元位置決め装置において、前記駆動力補正手段が、前記テーブルの並進と回転移動によって、駆動する前記電動機が異なるために、前記駆動力の不足や過補償なきよう出力する前記制御器を切り替えることを特徴とするものである。
また、請求項１３記載の発明は、請求項１記載の２次元位置決め装置において、補正する駆動力を重み付けする駆動力フィードフォワード・ゲインを前記駆動力補正手段が有することを特徴とするものである。
また、請求項１４記載の発明は、請求項１記載の２次元位置決め装置において、前記制御器が、位置指令を入力し、該位置指令と前記動作量検出手段の位置の動作量が一致するような速度指令を生成することにより位置制御を行う位置制御部と、前記速度指令と前記動作量検出手段の速度の動作量が一致するような駆動力指令を生成することにより速度制御を行う速度制御部と、前記駆動力指令を入力し、該駆動力指令を電流指令に変換し、電動機に供給する電流が変換した該電流指令と一致するような電流制御を行うことにより前記電動機の駆動を行っている電流制御部と、前記動作量検出手段の出力を、単位系に合わせて前記位置制御部もしくは前記速度制御部にフィードバックするフィードバック制御用の単位換算手段と、前記指令手段を介して位置指令を２階微分した加速度等位置の複数微分を含むフィードフォワード用の前記駆動力補正手段の出力を、前記制御器の出力の駆動力に加える加算器と、を備えたことを特徴とするものである。
前記テーブルの上に置かれた対象物の目印を基準にしてその配置を取り込む２次元位置センサと、前記テーブルの上に置かれた対象物の位置を補正するための補正量を算出する補正量算出手段とを備え、
前記２次元位置センサで捕らえた前記テーブルもしくは前記テーブルの上に置かれた前記対象物の位置を、前記電動機を駆動し、前記テーブルを２方向の並進移動もしくは回転移動することによって、前記テーブルもしくは前記対象物の位置を補正することを特徴とするものである。
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の２次元位置決め装置において、前記２次元位置センサで、形状・質量が予め既知の前記対象物の配置を求めて負荷の配分を推定する負荷分布推定手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項９記載の発明は、請求項７記載の２次元位置決め装置において、前記２次元位置センサを複数備え、前記テーブルもしくは前記対象物の配置を複数の前記２次元位置センサで捕らえることを特徴とするものである。
また、請求項１０記載の発明は、請求項１記載の２次元位置決め装置において、前記電動機がリニアモータであって、前記制御器の出力である駆動力は推力であることを特徴とするものである。
また、請求項１１記載の発明は、請求項１記載の２次元位置決め装置において、前記並進回転機構が前記並進自由度部の少なくとも１つに前記電動機を搭載した並進駆動部を有することを特徴とするものである。
また、請求項１２記載の発明は、請求項１記載の２次元位置決め装置において、前記駆動力補正手段が、前記テーブルの並進と回転移動によって、駆動する前記電動機が異なるために、前記駆動力の不足や過補償なきよう出力する前記制御器を切り替えることを特徴とするものである。
また、請求項１３記載の発明は、請求項１記載の２次元位置決め装置において、補正する駆動力を重み付けする駆動力フィードフォワード・ゲインを前記駆動力補正手段が有することを特徴とするものである。
また、請求項１４記載の発明は、請求項１記載の２次元位置決め装置において、前記制御器が、位置指令を入力し、該位置指令と前記動作量検出手段の位置の動作量が一致するような速度指令を生成することにより位置制御を行う位置制御部と、前記速度指令と前記動作量検出手段の速度の動作量が一致するような駆動力指令を生成することにより速度制御を行う速度制御部と、前記駆動力指令を入力し、該駆動力指令を電流指令に変換し、電動機に供給する電流が変換した該電流指令と一致するような電流制御を行うことにより前記電動機の駆動を行っている電流制御部と、前記動作量検出手段の出力を、単位系に合わせて前記位置制御部もしくは前記速度制御部にフィードバックするフィードバック制御用の単位換算手段と、前記指令手段を介して位置指令を２階微分した加速度等位置の複数微分を含むフィードフォワード用の前記駆動力補正手段の出力を、前記制御器の出力の駆動力に加える加算器と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項１記載の発明によると、並進回転機構ほかの機構部にフィードフォーワード駆動力を加えることで、機械的なガタやギャップを無くすことができ、機械的なロスを抑制して、精度よくテーブルを移動できるようになる。
また、請求項２記載の発明によると、テーブルが対称形で駆動力を各電動機で均等に調整する際に、並進回転機構ほかの機構部に加える駆動力を、複数の並進回転機構に均等に与えるので、機械的な偏りを抑制することができ、精度よくテーブルを移動することができる。
また、請求項３記載の発明によると、補正する電動機を少なくして、機械的な偏りを抑制することができ、精度よくテーブルを移動することができる。
また、請求項４記載の発明によると、テーブルの形状が不対称形等で補正が各電動機で均等に調整できない場合等には、位置指令の２階微分による加速度と慣性補償する駆動力により適正なフィードフォワードを構成して補正するので、駆動力を各電動機で均等に調整できない場合もテーブルを移動するために必要な各電動機の駆動力をバランスよく配分可能として、精度よくテーブルを移動することができる。
また、請求項５記載の発明によると、補正のため加える駆動力を、重心位置と、並進回転機構の配置位置から、バランスよく供給できるように演算できる。
また、請求項２記載の発明によると、テーブルが対称形で駆動力を各電動機で均等に調整する際に、並進回転機構ほかの機構部に加える駆動力を、複数の並進回転機構に均等に与えるので、機械的な偏りを抑制することができ、精度よくテーブルを移動することができる。
また、請求項３記載の発明によると、補正する電動機を少なくして、機械的な偏りを抑制することができ、精度よくテーブルを移動することができる。
また、請求項４記載の発明によると、テーブルの形状が不対称形等で補正が各電動機で均等に調整できない場合等には、位置指令の２階微分による加速度と慣性補償する駆動力により適正なフィードフォワードを構成して補正するので、駆動力を各電動機で均等に調整できない場合もテーブルを移動するために必要な各電動機の駆動力をバランスよく配分可能として、精度よくテーブルを移動することができる。
また、請求項５記載の発明によると、補正のため加える駆動力を、重心位置と、並進回転機構の配置位置から、バランスよく供給できるように演算できる。
また、請求項６記載の発明によると、テーブルを回転移動するのに必要な補正する駆動力を、テーブルおよび対象物の重心位置と、並進回転機構の配置位置と、テーブルの回転中心と電動機の距離から、バランスよく供給できるように演算できる。
また、請求項７記載の発明によると、テーブル上の対象物の配置状況を２次元位置センサを用いて把握し、位置の補正値を算出することで、テーブル移動動作を迅速に行うことができる。
また、請求項８記載の発明によると、２次元位置センサで前記対象物の配置を求めて負荷の配分を推定するので、荷重の重心を把握でき、補正のため加える駆動力出力を迅速に行うことができる。
また、請求項９記載の発明によると、１つの２次元位置センサでは、対象物がすべて把握できない場合でも、複数の２次元位置センサが分割して対象物を把握することで、対象物の配置を把握することができる。また、複数の種類の把握対象に使用できる。
また、請求項１０記載の発明によると、メカロスが少ない駆動機構となり、さらに保守・管理が少ない駆動機構を利用した２次元位置決め装置とすることができる。
また、請求項１１記載の発明によると、ＸＹθの３方向へ動作するテーブルを実現でき、テーブルや対象物の荷重を、バランス良く分散して支持することができる。
また、請求項１２記載の発明によると、テーブル移動の種類によって補正を切り替えることができ、状況に応じて精度よくテーブルを移動することができる。
また、請求項１３記載の発明によると、補正する駆動力に重みを付けて調整することができる。
また、請求項１４記載の発明によると、電動機を精度よく動作することができ、機構部の機械的ギャップを無くすためや慣性補償するための駆動力を加えて補正する装置を構成することができる。
また、請求項７記載の発明によると、テーブル上の対象物の配置状況を２次元位置センサを用いて把握し、位置の補正値を算出することで、テーブル移動動作を迅速に行うことができる。
また、請求項８記載の発明によると、２次元位置センサで前記対象物の配置を求めて負荷の配分を推定するので、荷重の重心を把握でき、補正のため加える駆動力出力を迅速に行うことができる。
また、請求項９記載の発明によると、１つの２次元位置センサでは、対象物がすべて把握できない場合でも、複数の２次元位置センサが分割して対象物を把握することで、対象物の配置を把握することができる。また、複数の種類の把握対象に使用できる。
また、請求項１０記載の発明によると、メカロスが少ない駆動機構となり、さらに保守・管理が少ない駆動機構を利用した２次元位置決め装置とすることができる。
また、請求項１１記載の発明によると、ＸＹθの３方向へ動作するテーブルを実現でき、テーブルや対象物の荷重を、バランス良く分散して支持することができる。
また、請求項１２記載の発明によると、テーブル移動の種類によって補正を切り替えることができ、状況に応じて精度よくテーブルを移動することができる。
また、請求項１３記載の発明によると、補正する駆動力に重みを付けて調整することができる。
また、請求項１４記載の発明によると、電動機を精度よく動作することができ、機構部の機械的ギャップを無くすためや慣性補償するための駆動力を加えて補正する装置を構成することができる。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の実施例１の２次元位置決め装置の概略図、図２は図１に示す２次元位置決め装置の上面図および並進回転機構の配置例を示す図、図３は図１に示す２次元位置決め装置に使用する並進回転機構の概略図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）および（ｃ）は側面図ある。
図１において、１は電動機（リニアモータ１Ｌ）、２は動作量検出手段、３は制御器、４はテーブル、５は対象物、６は並進回転機構、７は機台部、８は指令手段である。２次元位置決め装置は、図１に示すようにテーブル下面に４つの配置された並進回転機構６と、指令手段８とから構成されている。並進回転機構６は図３に示すように、リニアモータ１Ｌを配した並進駆動部１１の上に直交する並進自由度部１２と回転自由度部１３を有する。
並進駆動部１１には、リニアモータ１Ｌが装着され、直動案内２１を移動できる直動案内ブロック２２を設けることで、並進自由に支持されている。並進自由度部１２も直動案内２１を移動できる直動案内ブロック２２を設けることで、並進自由に支持されている。 回転自由度部１３には、回転用軸受２３を設けることで回転自由に支持されている。指令手段８の出力である指令を制御器３に入力すると、電動機１（リニアモータ１Ｌ）を駆動して、テーブル４およびテーブル４上の対象物５を並進または回転移動させる。
図１において、１は電動機（リニアモータ１Ｌ）、２は動作量検出手段、３は制御器、４はテーブル、５は対象物、６は並進回転機構、７は機台部、８は指令手段である。２次元位置決め装置は、図１に示すようにテーブル下面に４つの配置された並進回転機構６と、指令手段８とから構成されている。並進回転機構６は図３に示すように、リニアモータ１Ｌを配した並進駆動部１１の上に直交する並進自由度部１２と回転自由度部１３を有する。
並進駆動部１１には、リニアモータ１Ｌが装着され、直動案内２１を移動できる直動案内ブロック２２を設けることで、並進自由に支持されている。並進自由度部１２も直動案内２１を移動できる直動案内ブロック２２を設けることで、並進自由に支持されている。 回転自由度部１３には、回転用軸受２３を設けることで回転自由に支持されている。指令手段８の出力である指令を制御器３に入力すると、電動機１（リニアモータ１Ｌ）を駆動して、テーブル４およびテーブル４上の対象物５を並進または回転移動させる。
本発明が特許文献１と異なる部分は、リニアモータを重ねてＸＹθ方向へのテーブル移動を実現しているのでは無く、４つの並進回転機構６を備えてテーブルをＸＹθ方向へ移動させている部分である。
本発明が特許文献２と異なる部分は、４つの並進駆動部１１を備えた並進回転機構６と１つの回転自由度部１３を備えた並進回転機構６を備えてテーブルをＸＹθ方向へ移動させている部分である。
本発明が特許文献３と異なる部分は、４つの並進駆動部１１を備えた並進回転機構６を備えてテーブルをＸＹθ方向へ移動させている部分である。また、本発明はある軸のエンコーダ（動作量検出手段）出力を他の軸のエンコーダ出力との差をフィードバックするような構成では無く、追従性を高めたフィードフォワード制御を行っている。
本発明が特許文献２と異なる部分は、４つの並進駆動部１１を備えた並進回転機構６と１つの回転自由度部１３を備えた並進回転機構６を備えてテーブルをＸＹθ方向へ移動させている部分である。
本発明が特許文献３と異なる部分は、４つの並進駆動部１１を備えた並進回転機構６を備えてテーブルをＸＹθ方向へ移動させている部分である。また、本発明はある軸のエンコーダ（動作量検出手段）出力を他の軸のエンコーダ出力との差をフィードバックするような構成では無く、追従性を高めたフィードフォワード制御を行っている。
テーブル４の動作と並進回転駆動機構６のリニアモータ１Ｌの動作の関係は以下のようになっている。
図４は本発明の実施例１の２次元位置決め装置のテーブルの回転移動を示す図である。 Ｏoはテーブルの中心および回転中心、Ｒは回転半径、δZijは並進駆動部１１もしくは並進自由度部１２の移動量、δZiθは回転自由度部１３の回転量、Δθはテーブルの回転角度、ａ、ｂ、ｃ、ｄは初期位置である。
テーブル４をΔθ、テーブルの中心Ｏoを回転中心として回転移動させるには、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動するリニアモータ１Ｌをそれぞれ逆方向に稼動する。第１の並進回転機構６ａのリニアモータ１ＬをδZ１ｙだけ駆動軸方向に移動し、第２の並進回転機構６ｂのリニアモータ１ＬをδZ２ｘだけ駆動軸方向に移動し、第３の並進回転機構６ｃのリニアモータ１ＬをδZ３ｙだけ駆動軸方向に移動し、第４の並進回転機構６ｄのリニアモータ１ＬをδZ４ｘだけ駆動軸方向に移動すると、各並進回転機構６の並進自由度部１２と回転自由度部１３がそれぞれ並進、回転移動する。
このように、テーブル４の移動量と並進回転機構６の各移動量は幾何学的に決まり、並進駆動部１１の移動によりテーブル４はテーブル中心に回転移動する。
ここでは、テーブル４の中心Ｏoを基準としたが、任意の位置を回転中心としてもよく、幾何学的に並進回転機構６の各移動量がもとめられることにより任意の場所を回転中心として回転移動できる。
図４は本発明の実施例１の２次元位置決め装置のテーブルの回転移動を示す図である。 Ｏoはテーブルの中心および回転中心、Ｒは回転半径、δZijは並進駆動部１１もしくは並進自由度部１２の移動量、δZiθは回転自由度部１３の回転量、Δθはテーブルの回転角度、ａ、ｂ、ｃ、ｄは初期位置である。
テーブル４をΔθ、テーブルの中心Ｏoを回転中心として回転移動させるには、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動するリニアモータ１Ｌをそれぞれ逆方向に稼動する。第１の並進回転機構６ａのリニアモータ１ＬをδZ１ｙだけ駆動軸方向に移動し、第２の並進回転機構６ｂのリニアモータ１ＬをδZ２ｘだけ駆動軸方向に移動し、第３の並進回転機構６ｃのリニアモータ１ＬをδZ３ｙだけ駆動軸方向に移動し、第４の並進回転機構６ｄのリニアモータ１ＬをδZ４ｘだけ駆動軸方向に移動すると、各並進回転機構６の並進自由度部１２と回転自由度部１３がそれぞれ並進、回転移動する。
このように、テーブル４の移動量と並進回転機構６の各移動量は幾何学的に決まり、並進駆動部１１の移動によりテーブル４はテーブル中心に回転移動する。
ここでは、テーブル４の中心Ｏoを基準としたが、任意の位置を回転中心としてもよく、幾何学的に並進回転機構６の各移動量がもとめられることにより任意の場所を回転中心として回転移動できる。
図５は本発明の実施例１を示す２次元位置決め装置のテーブルの並進移動を示す図である。
Ｌはテーブル４の並進動作量、αはテーブル４の並進移動方向がなす角度、δZijは並進回転機構６の各並進駆動部１１つまりリニアモータ１Ｌの移動量である。テーブル４は、第１、第２、第３、第４の並進回転機構６ａ，６ｂの下部に配置された並進駆動部１１に移動量ＬのＸおよびＹ成分の移動量が指令され、位置決めされる。テーブル４をα方向に並進移動するには、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動するリニアモータ１Ｌをそれぞれ同方向に稼動する。第１の並進回転機構６ａのリニアモータ１ＬをδZ１ｙだけ駆動軸方向に移動し、第２の並進回転機構６ｂのリニアモータ１ＬをδZ２ｘだけ駆動軸方向に移動し、第３の並進回転機構６ｃのリニアモータ１ＬをδZ３ｙだけ駆動軸方向に移動し、第４の並進回転機構６ｄのリニアモータ１ＬをδZ４ｘだけ駆動軸方向に移動すると、各並進回転機構６の並進自由度部１２がそれぞれ並進移動する。
このように、テーブル４の移動量と並進回転機構６の各移動量は幾何学的に決まり、並進駆動部１１の移動により、テーブル４は並進移動する。Ｘ方向のみの並進移動では、第２、第４の並進回転機構６を駆動し、Ｙ方向のみの並進移動では、第1、第２の並進回転機構６を駆動すれば良い。
Ｌはテーブル４の並進動作量、αはテーブル４の並進移動方向がなす角度、δZijは並進回転機構６の各並進駆動部１１つまりリニアモータ１Ｌの移動量である。テーブル４は、第１、第２、第３、第４の並進回転機構６ａ，６ｂの下部に配置された並進駆動部１１に移動量ＬのＸおよびＹ成分の移動量が指令され、位置決めされる。テーブル４をα方向に並進移動するには、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動するリニアモータ１Ｌをそれぞれ同方向に稼動する。第１の並進回転機構６ａのリニアモータ１ＬをδZ１ｙだけ駆動軸方向に移動し、第２の並進回転機構６ｂのリニアモータ１ＬをδZ２ｘだけ駆動軸方向に移動し、第３の並進回転機構６ｃのリニアモータ１ＬをδZ３ｙだけ駆動軸方向に移動し、第４の並進回転機構６ｄのリニアモータ１ＬをδZ４ｘだけ駆動軸方向に移動すると、各並進回転機構６の並進自由度部１２がそれぞれ並進移動する。
このように、テーブル４の移動量と並進回転機構６の各移動量は幾何学的に決まり、並進駆動部１１の移動により、テーブル４は並進移動する。Ｘ方向のみの並進移動では、第２、第４の並進回転機構６を駆動し、Ｙ方向のみの並進移動では、第1、第２の並進回転機構６を駆動すれば良い。
以上のように、４つの並進回転機構６を有してしていれば、テーブル４および対象物５を回転および並進できる。テーブル４の回転および並進移動を指定すれば、幾何学的に決定する各リニアモータ１Ｌの移動量を指令手段８が制御器３に指令を出力して、任意にテーブル４を移動できる。
なお、本実施例では、４つの並進回転機構６を用いたが、テーブルの並進・回転は、最低３つの並進回転機構６で実現できる。また、並進回転機構６を更に増やして構成しても良い。
なお、本実施例では、４つの並進回転機構６を用いたが、テーブルの並進・回転は、最低３つの並進回転機構６で実現できる。また、並進回転機構６を更に増やして構成しても良い。
このような構成をしている２次元位置決め装置の動作は以下のようになる。
図６は本発明の実施例１の２次元位置決め装置の制御系のブロック図である。
図において、３０は位置制御部、３２は速度制御部、３３は電流制御部、３４は単位換算手段、３５は加算器である。
その動作は、駆動力（推力）を出力する速度制御部３２の出力（図中の丸１〜丸４）を検出して、駆動力補正手段１５に入力すると、各速度制御部３２ａ、ｂ、ｃ、ｄの出力を補正するフィードフォワード制御を実施する。
第１と第３の並進回転機構６はＹ方向へのテーブル移動、第２と第４の並進回転機構６はＸ方向へのテーブル移動に関わるので、第１と第３、第２と第４の並進回転機構６のリニアモータ１Ｌに掛かる駆動力が均等になるように、駆動力補正手段１５は複数の制御器３ａ、ｂ、ｃ、ｄの駆動力を補正する。
回転移動にはすべての並進回転機構６が関わるので、すべての制御器３の駆動力を補正する。
ある一定の駆動力が常に掛かるように駆動力の補正を行うことで、並進回転機構６ほかの機構部の機械的ギャップを無くした状態になり、このままリニアモータ１Ｌを駆動すれば、ガタやメカロスの無い動きが実現できる。
最初に各リニアモータ１Ｌが干渉しあい、大きな駆動力が発生してリニアモータ１Ｌの動作に支障をきたす場合には、各軸を比較して干渉を抑えるように、駆動力補正手段１５は、制御器３の駆動力を補正すれば良い。
以上のように、各軸の駆動力の補正を行うので、リニアモータ１Ｌの動作に支障をきたさず、ガタやメカロスの無い精度の良いテーブルの動作による２次元位置決めができるのである。
図６は本発明の実施例１の２次元位置決め装置の制御系のブロック図である。
図において、３０は位置制御部、３２は速度制御部、３３は電流制御部、３４は単位換算手段、３５は加算器である。
その動作は、駆動力（推力）を出力する速度制御部３２の出力（図中の丸１〜丸４）を検出して、駆動力補正手段１５に入力すると、各速度制御部３２ａ、ｂ、ｃ、ｄの出力を補正するフィードフォワード制御を実施する。
第１と第３の並進回転機構６はＹ方向へのテーブル移動、第２と第４の並進回転機構６はＸ方向へのテーブル移動に関わるので、第１と第３、第２と第４の並進回転機構６のリニアモータ１Ｌに掛かる駆動力が均等になるように、駆動力補正手段１５は複数の制御器３ａ、ｂ、ｃ、ｄの駆動力を補正する。
回転移動にはすべての並進回転機構６が関わるので、すべての制御器３の駆動力を補正する。
ある一定の駆動力が常に掛かるように駆動力の補正を行うことで、並進回転機構６ほかの機構部の機械的ギャップを無くした状態になり、このままリニアモータ１Ｌを駆動すれば、ガタやメカロスの無い動きが実現できる。
最初に各リニアモータ１Ｌが干渉しあい、大きな駆動力が発生してリニアモータ１Ｌの動作に支障をきたす場合には、各軸を比較して干渉を抑えるように、駆動力補正手段１５は、制御器３の駆動力を補正すれば良い。
以上のように、各軸の駆動力の補正を行うので、リニアモータ１Ｌの動作に支障をきたさず、ガタやメカロスの無い精度の良いテーブルの動作による２次元位置決めができるのである。
なお、本実施例では、４つの並進回転機構６を用いて、独立した並進方向（Ｘ・Ｙ）の対面する軸同志の比較、もしくは回転を考慮してすべて軸の比較により、均等な駆動力としたが、並進回転機構６の数を変えた場合には、補正後の駆動力の各ベクトルの和が０となるように調整しても良い。
図７は本発明の実施例１の２次元位置決め装置の上面図および並進回転機構の配置例２を示す図である。
図７のように並進回転機構６を配置すると、Ｙ方向の動きには、４つのリニアモータ１Ｌが関係し、Ｘ方向の動きにはすべてのリニアモータ１Ｌが関係するので、補正後の駆動力の各ベクトルの和が０となるように調整すれば良い。
また、元々ガタやメカロスの影響が少ない機構や、精度を要求しない場合には、常に干渉する駆動力が発生しないように補正を行っても良い。
図７は本発明の実施例１の２次元位置決め装置の上面図および並進回転機構の配置例２を示す図である。
図７のように並進回転機構６を配置すると、Ｙ方向の動きには、４つのリニアモータ１Ｌが関係し、Ｘ方向の動きにはすべてのリニアモータ１Ｌが関係するので、補正後の駆動力の各ベクトルの和が０となるように調整すれば良い。
また、元々ガタやメカロスの影響が少ない機構や、精度を要求しない場合には、常に干渉する駆動力が発生しないように補正を行っても良い。
また、本実施例では、図３に示すような、並進駆動部１１の上に直交する並進自由度部１２と、さらに上に回転自由度１３とする構成としたが、並進駆動部１１と並進自由度部１２の間に回転自由度部１３を置く構成としても良い。テーブル４の移動とリニアモータ１Ｌの移動の幾何学的関係が、本実施例とは異なるが、幾何学的にリニアモータ１Ｌの移動量を決定できる点は同じである。
なお、並進移動のＸＹ方向で、駆動力の補正を切り替えても良いし、さらに、回転移動時に補正を切り替えても良い。つまり、Ｘ方向、Ｙ方向、回転方向と移動形態によって補正の形態を切り替えても良い。
また、平面内のＸＹθの位置は、３つのリニアモータ１Ｌの稼動で実現できるので、４つの並進回転機構６およびリニアモータ１Ｌのうち３つは補正を行わず（０の駆動力を与え）、残りの１つに補正を加えて駆動力を調整して良い。つまり、各制御器３がフィードバック・ループを形成して保持力を持ち、すべてのリニアモータ１Ｌの位置も駆動力も決まるので、補正するリニアモータ１Ｌおよび制御器３を減らして、ガタやメカロスの影響を抑えるように補正しても良い。
なお、並進移動のＸＹ方向で、駆動力の補正を切り替えても良いし、さらに、回転移動時に補正を切り替えても良い。つまり、Ｘ方向、Ｙ方向、回転方向と移動形態によって補正の形態を切り替えても良い。
また、平面内のＸＹθの位置は、３つのリニアモータ１Ｌの稼動で実現できるので、４つの並進回転機構６およびリニアモータ１Ｌのうち３つは補正を行わず（０の駆動力を与え）、残りの１つに補正を加えて駆動力を調整して良い。つまり、各制御器３がフィードバック・ループを形成して保持力を持ち、すべてのリニアモータ１Ｌの位置も駆動力も決まるので、補正するリニアモータ１Ｌおよび制御器３を減らして、ガタやメカロスの影響を抑えるように補正しても良い。
〈従来例との比較〉
以上のようにして、制御器３の駆動力を検出し、駆動力補正手段１５により駆動力を補正することにより、精度のよいテーブル移動が可能な２次元位置決め装置となり、特許文献３の複数軸制御と比較すれば、特許文献３の場合は、サブ側のサーボ制御器３０３へ、メイン軸のエンコーダによるフィードバック値、およびサブ軸エンコーダによるフィードバック値を用いた位置補正ゲイン３４１によって補正したメイン軸の速度指令を印加する同期制御方式であるが、この場合はフィードバック制御のみであって、機械的ギャップ等による外乱が発生してから補正制御されるので追従性が悪く、半導体製造装置、液晶パネル製造装置の精密なテーブル・システムには偏差が大きく問題があった。
それに対して本発明の場合は、予め、予測可能な機械的ギャップ等の成分を予め予測補正するフィードフォワード制御を主体に、フィドフォワード制御と、フィードバック制御を併用した２慣性系の制御を構成したので、高精度な制御が可能となり指令と制御値の偏差の少ない半導体、液晶製造装置等における好適なテーブル・システムを構成できる。
以上のようにして、制御器３の駆動力を検出し、駆動力補正手段１５により駆動力を補正することにより、精度のよいテーブル移動が可能な２次元位置決め装置となり、特許文献３の複数軸制御と比較すれば、特許文献３の場合は、サブ側のサーボ制御器３０３へ、メイン軸のエンコーダによるフィードバック値、およびサブ軸エンコーダによるフィードバック値を用いた位置補正ゲイン３４１によって補正したメイン軸の速度指令を印加する同期制御方式であるが、この場合はフィードバック制御のみであって、機械的ギャップ等による外乱が発生してから補正制御されるので追従性が悪く、半導体製造装置、液晶パネル製造装置の精密なテーブル・システムには偏差が大きく問題があった。
それに対して本発明の場合は、予め、予測可能な機械的ギャップ等の成分を予め予測補正するフィードフォワード制御を主体に、フィドフォワード制御と、フィードバック制御を併用した２慣性系の制御を構成したので、高精度な制御が可能となり指令と制御値の偏差の少ない半導体、液晶製造装置等における好適なテーブル・システムを構成できる。
図８は本発明の実施例２を示す２次元位置決め装置の概略図である。
実施例２では実施例１の図１に、９は２次元位置センサ、１０は補正量算出手段の構成を加えている。制御器３の駆動力を実施例１と同様に、駆動力補正手段１５にて検出・比較しても良いが、本実施例では、機構および動作の特徴を元に駆動力補正手段１５を機能させる例を示す。つまり、実施例１とは、駆動力補正手段１５の機能が異なる。
並進回転機構６の数や配置およびその構成は、実施例１と同様であり、テーブル４の並進、回転移動も、実施例１の図４、図５と同様になる。２次元位置センサ９と、補正量算出手段１０を加えた一連の動作は以下のようになる。
図９は本発明の実施例２を示す２次元位置決め装置の２次元位置センサによる対象物の配置把握原理図および位置補正方法を示す図である。
テーブル４に置かれた対象物５の位置は、２次元位置センサ９で画像として認識される。対象物５に予め記されたマークや対象物５の特徴（図中＋で示す）を検出し、補正量算出手段１０は、その傾き角からある回転中心からの回転角度や、並進動作量が求められる。
補正角度Ф、動作量Lが補正量算出手段１０により算出され、テーブル４の位置から、幾何学的に、並進回転機構６の各駆動部の動作量が求められ、指令手段８から各制御器３に動作量δZiｊが指令され、テーブル４は位置決めされて、対象物５の位置が補正される。
実施例２では実施例１の図１に、９は２次元位置センサ、１０は補正量算出手段の構成を加えている。制御器３の駆動力を実施例１と同様に、駆動力補正手段１５にて検出・比較しても良いが、本実施例では、機構および動作の特徴を元に駆動力補正手段１５を機能させる例を示す。つまり、実施例１とは、駆動力補正手段１５の機能が異なる。
並進回転機構６の数や配置およびその構成は、実施例１と同様であり、テーブル４の並進、回転移動も、実施例１の図４、図５と同様になる。２次元位置センサ９と、補正量算出手段１０を加えた一連の動作は以下のようになる。
図９は本発明の実施例２を示す２次元位置決め装置の２次元位置センサによる対象物の配置把握原理図および位置補正方法を示す図である。
テーブル４に置かれた対象物５の位置は、２次元位置センサ９で画像として認識される。対象物５に予め記されたマークや対象物５の特徴（図中＋で示す）を検出し、補正量算出手段１０は、その傾き角からある回転中心からの回転角度や、並進動作量が求められる。
補正角度Ф、動作量Lが補正量算出手段１０により算出され、テーブル４の位置から、幾何学的に、並進回転機構６の各駆動部の動作量が求められ、指令手段８から各制御器３に動作量δZiｊが指令され、テーブル４は位置決めされて、対象物５の位置が補正される。
テーブル４や対象物５の荷重が均一であり、テーブル中心の回転移動であれば、実施例１のようにすれば、精度のよいテーブル移動が可能であるが、テーブル４の形状が不均一な場合や、任意の回転中心で回転移動するときは以下のようにする。
図１０は本発明の実施例２を示す２次元位置決め装置の上面図および並進回転機構の配置例２を示す図である。図１０のようにテーブル４は不均一であり、Ｘ・Ｙ方向への移動時に、Ｘ・Ｙともに対称では無いので、並進回転機構６には均一に荷重を受けることができないので、並進回転機構６のリニアモータ１Ｌを同じように動作させても、精度良くテーブル４を移動できない場合がある。
図１１は本発明の実施例２を示す２次元位置決め装置のテーブルの回転移動を示す図である。図において、Ｏｉは任意の回転中心、Ｒｉは回転半径である。任意の回転中心Ｏｉによるテーブル４の回転のため、並進回転機構６と回転中心Ｏｉの距離である回転半径Ｒｉは、各リニアモータ１Ｌによって異なるので、テーブル中心Ｏｏの回転移動のように並進回転機構６のリニアモータ１Ｌを同じように動作させても、精度良くテーブル４を移動できない場合がある。
図１０は本発明の実施例２を示す２次元位置決め装置の上面図および並進回転機構の配置例２を示す図である。図１０のようにテーブル４は不均一であり、Ｘ・Ｙ方向への移動時に、Ｘ・Ｙともに対称では無いので、並進回転機構６には均一に荷重を受けることができないので、並進回転機構６のリニアモータ１Ｌを同じように動作させても、精度良くテーブル４を移動できない場合がある。
図１１は本発明の実施例２を示す２次元位置決め装置のテーブルの回転移動を示す図である。図において、Ｏｉは任意の回転中心、Ｒｉは回転半径である。任意の回転中心Ｏｉによるテーブル４の回転のため、並進回転機構６と回転中心Ｏｉの距離である回転半径Ｒｉは、各リニアモータ１Ｌによって異なるので、テーブル中心Ｏｏの回転移動のように並進回転機構６のリニアモータ１Ｌを同じように動作させても、精度良くテーブル４を移動できない場合がある。
以上のような課題があるが、テーブル４の形状・重心位置は予め判っている。また、回転移動時の中心は指定できるので、回転半径Ｒｉが予め判っていることになる。
図１２は本発明の実施例２を示す２次元位置決め装置の制御系のブロック図である。駆動力補正手段１５は、予め判っているテーブル４の形状や、動作方法に従って、制御機３の駆動力（推力）を出力する速度制御部３２の出力に、駆動力を加えて補正する。
図１０のような不均一な形状のテーブル４をＸ方向に移動する場合、負荷の荷重が並進回転機構６に均一に掛からないので、駆動力補正手段１５は指令手段８の位置指令から求めた加速度と各電動機に関わる負荷とに基づいて２つの前記電動機に対して慣性補償する駆動力を演算する。第２の並進回転機構６ｂと第４の並進回転機構６ｃに掛かる荷重の差をＭｄとすれば、荷重の負担が多い第２の並進回転機構６ｂのリニアモータ１Ｌに、慣性補償する駆動力Ｔを演算する。
駆動力Ｔは、指令手段８の位置指令Ｐrを２階時間微分し、加速度Ａrとし、荷重の差Ｍｄを掛け、さらに、重み付けする駆動力フィードフォワード・ゲインＷｄを掛けて得るさらにこれに一定値Ｔｃを加えても良い。
図１２は本発明の実施例２を示す２次元位置決め装置の制御系のブロック図である。駆動力補正手段１５は、予め判っているテーブル４の形状や、動作方法に従って、制御機３の駆動力（推力）を出力する速度制御部３２の出力に、駆動力を加えて補正する。
図１０のような不均一な形状のテーブル４をＸ方向に移動する場合、負荷の荷重が並進回転機構６に均一に掛からないので、駆動力補正手段１５は指令手段８の位置指令から求めた加速度と各電動機に関わる負荷とに基づいて２つの前記電動機に対して慣性補償する駆動力を演算する。第２の並進回転機構６ｂと第４の並進回転機構６ｃに掛かる荷重の差をＭｄとすれば、荷重の負担が多い第２の並進回転機構６ｂのリニアモータ１Ｌに、慣性補償する駆動力Ｔを演算する。
駆動力Ｔは、指令手段８の位置指令Ｐrを２階時間微分し、加速度Ａrとし、荷重の差Ｍｄを掛け、さらに、重み付けする駆動力フィードフォワード・ゲインＷｄを掛けて得るさらにこれに一定値Ｔｃを加えても良い。
図１１のような、任意の回転中心Ｏｉの回転移動の場合も、回転中心Ｏｉがずれないように、また、各並進回転機構６のリニアモータ１Ｌの駆動により、均等な回転トルクとなるように、駆動力補正手段１５は、予め判るテーブル４の形状・重心位置や、各並進回転機構６の位置と関連する回転半径Ｒｉを考慮して補正する駆動力を、演算しフィードフォワード制御すれば良い。
以上のようにして、予め判るテーブル４の形状・重心位置や、移動方向、回転移動時の回転中心Ｏｉおよび各回転半径Ｒｉを考慮して、駆動力補正手段１５により駆動力を補正することにより、精度のよいテーブル移動が可能な２次元位置決め装置となり、フィードフォワードの方式が、実施例１の場合は均一荷重の各並進回転機構６ａ、ｂ、ｃ、ｄを制御器検出値によりバランスよく補正したのに対して、実施例２の場合はテーブルが不対称なので、対応して位置指令を２階微分した加速度を用いたフイードフォワードに、各電動機に関わる負荷荷重に基づく慣性補償分を付加したフィードフォワードを構成することによって、実施例２の場合も、特許文献１のフィードバック制御のみの制御方式に比較して、実施例１と同様にフィードフォワードとフィードバック方式による制御によって追従性の高い、高精度なテーブル駆動を実現でき、液晶パネル製造装置等に好適なテーブルを構成できる。
以上のようにして、予め判るテーブル４の形状・重心位置や、移動方向、回転移動時の回転中心Ｏｉおよび各回転半径Ｒｉを考慮して、駆動力補正手段１５により駆動力を補正することにより、精度のよいテーブル移動が可能な２次元位置決め装置となり、フィードフォワードの方式が、実施例１の場合は均一荷重の各並進回転機構６ａ、ｂ、ｃ、ｄを制御器検出値によりバランスよく補正したのに対して、実施例２の場合はテーブルが不対称なので、対応して位置指令を２階微分した加速度を用いたフイードフォワードに、各電動機に関わる負荷荷重に基づく慣性補償分を付加したフィードフォワードを構成することによって、実施例２の場合も、特許文献１のフィードバック制御のみの制御方式に比較して、実施例１と同様にフィードフォワードとフィードバック方式による制御によって追従性の高い、高精度なテーブル駆動を実現でき、液晶パネル製造装置等に好適なテーブルを構成できる。
図１３は本発明の実施例３を示す２次元位置決め装置の概略図である。
実施例３は、実施例２の図８の構成に、もうひとつ２次元位置センサ９を設け、さらに、負荷分布推定手段１６を加えている。制御器３の駆動力を実施例１と同様に、駆動力補正手段１５にて検出・比較しても良いし、実施例２と同様に、予め判るテーブル４の形状・重心位置や、移動方向、回転移動時の回転中心Ｏｉおよび各回転半径Ｒｉを考慮して、駆動力補正手段１５により駆動力を補正しても良いが、本実施例では、２次元位置センサ９と負荷分布推定手段１６を用いた結果から駆動力補正手段１５を機能させる例を示す。つまり、実施例１とは、駆動力補正手段１５の機能が異なる。
並進回転機構６の数や配置およびその構成は、実施例１と同様であり、テーブル４の並進、回転移動も、実施例１の図４、図５と同様になる。
２次元位置センサ９と負荷分布推定手段１６とを加えた一連の動作は以下のようになる。
図１４は本発明の実施例３を示す２次元位置決め装置の複数の２次元位置センサによる対象物の配置把握原理図例１である。
図１４のように、２次元位置センサ９は２つの視野Ａ，Ｂを捕捉し、物体（例えばテーブル４や対象物５）に予め記されたマークや対象物５の特徴を検出し、補正量算出手段１０は、その傾き角からある回転中心からの回転角度や、並進動作量が求められる。
なお、視野Ｃ，Ｄを検出できるように２次元位置センサ９を配置しても良い。２次元位置センサ９をさらに増やして配置しても良い。また、２次元位置センサ９の光学系を変更して視野の範囲を変えても良い。
実施例３は、実施例２の図８の構成に、もうひとつ２次元位置センサ９を設け、さらに、負荷分布推定手段１６を加えている。制御器３の駆動力を実施例１と同様に、駆動力補正手段１５にて検出・比較しても良いし、実施例２と同様に、予め判るテーブル４の形状・重心位置や、移動方向、回転移動時の回転中心Ｏｉおよび各回転半径Ｒｉを考慮して、駆動力補正手段１５により駆動力を補正しても良いが、本実施例では、２次元位置センサ９と負荷分布推定手段１６を用いた結果から駆動力補正手段１５を機能させる例を示す。つまり、実施例１とは、駆動力補正手段１５の機能が異なる。
並進回転機構６の数や配置およびその構成は、実施例１と同様であり、テーブル４の並進、回転移動も、実施例１の図４、図５と同様になる。
２次元位置センサ９と負荷分布推定手段１６とを加えた一連の動作は以下のようになる。
図１４は本発明の実施例３を示す２次元位置決め装置の複数の２次元位置センサによる対象物の配置把握原理図例１である。
図１４のように、２次元位置センサ９は２つの視野Ａ，Ｂを捕捉し、物体（例えばテーブル４や対象物５）に予め記されたマークや対象物５の特徴を検出し、補正量算出手段１０は、その傾き角からある回転中心からの回転角度や、並進動作量が求められる。
なお、視野Ｃ，Ｄを検出できるように２次元位置センサ９を配置しても良い。２次元位置センサ９をさらに増やして配置しても良い。また、２次元位置センサ９の光学系を変更して視野の範囲を変えても良い。
図１５は本発明の実施例３を示す２次元位置決め装置の複数の２次元位置センサによる対象物の配置把握原理図例２である。
図１５のように、２つの２次元位置センサ９で、テーブル４と対象物５を捕捉し、予め記されたマークや対象物５の特徴を検出し、補正量算出手段１０は、その傾き角からある回転中心からの回転角度や、並進動作量が求められる。
図１５のように、対象物５がテーブル４の中心（重心）からずれて置かれた場合を把握することもできる。ここでは、テーブル４と対象物５を捕捉しているので、両者の相対的な位置関係も把握できることになる。
以上のように、複数の２次元位置センサ９は、同じ物体を検出しても良いし、異なる物体を検出しても良い。
図１５のように、２つの２次元位置センサ９で、テーブル４と対象物５を捕捉し、予め記されたマークや対象物５の特徴を検出し、補正量算出手段１０は、その傾き角からある回転中心からの回転角度や、並進動作量が求められる。
図１５のように、対象物５がテーブル４の中心（重心）からずれて置かれた場合を把握することもできる。ここでは、テーブル４と対象物５を捕捉しているので、両者の相対的な位置関係も把握できることになる。
以上のように、複数の２次元位置センサ９は、同じ物体を検出しても良いし、異なる物体を検出しても良い。
図１６は、本発明の実施例３を示す２次元位置決め装置の上面図および並進回転機構と対象物の配置を示す図である。
図１５、図１６は対象物５がテーブル４の中心（重心）からずれて置かれている。この場合、実施例２と同様に、テーブル４を移動する複数の並進回転機構６のリニアモータ１Ｌに対して負荷荷重が均等にならない。
対象物５の形状・荷重は、予め判っていても、テーブル４にどのように置かれるか判らない。
しかしながら、２次元位置センサ９を有しているので、対象物５の配置を検出して、負荷分布推定手段１６が、対象物５の配置位置から補正量を出力し、補正量算出手段１０に入力すれば、実施例２と同様に、駆動力を補正するフィードフォワード制御を実施することができる。
以上のようにして、２次元位置センサ９が対象物５の配置を検出して、負荷分布推定手段１６が、対象物５の配置位置から補正量を出力するので、後は、実施例２と同様にして、駆動力補正手段１５により駆動力を補正することにより、精度のよいテーブル移動が可能な２次元位置決め装置となる。
図１５、図１６は対象物５がテーブル４の中心（重心）からずれて置かれている。この場合、実施例２と同様に、テーブル４を移動する複数の並進回転機構６のリニアモータ１Ｌに対して負荷荷重が均等にならない。
対象物５の形状・荷重は、予め判っていても、テーブル４にどのように置かれるか判らない。
しかしながら、２次元位置センサ９を有しているので、対象物５の配置を検出して、負荷分布推定手段１６が、対象物５の配置位置から補正量を出力し、補正量算出手段１０に入力すれば、実施例２と同様に、駆動力を補正するフィードフォワード制御を実施することができる。
以上のようにして、２次元位置センサ９が対象物５の配置を検出して、負荷分布推定手段１６が、対象物５の配置位置から補正量を出力するので、後は、実施例２と同様にして、駆動力補正手段１５により駆動力を補正することにより、精度のよいテーブル移動が可能な２次元位置決め装置となる。
複数の並進回転機構が用いられることによりテーブルが大型化しても、荷重が分散されて支持される工作機械の２次元位置決め装置などにも適用できる。この機構により、テーブルを薄型にできる。
また、機構部のギャップを無くしガタやメカロスの影響を抑えることができる。駆動力を補正することで、軸間の偏差を著しく低減して電動機を精度良く動作できる。
さらに、装置が大型化しても、特殊な大型電動機を使用せず、標準的な電動機を複数利用して、駆動力を分散するように構成できるので、装置部品の納期やコストの面で、特殊品に比べて安易に調達できるという利点もあり、特に、大型の対象物を製造する半導体製造装置、液晶パネル製造装置等のテーブル・システムとして好適である。
また、機構部のギャップを無くしガタやメカロスの影響を抑えることができる。駆動力を補正することで、軸間の偏差を著しく低減して電動機を精度良く動作できる。
さらに、装置が大型化しても、特殊な大型電動機を使用せず、標準的な電動機を複数利用して、駆動力を分散するように構成できるので、装置部品の納期やコストの面で、特殊品に比べて安易に調達できるという利点もあり、特に、大型の対象物を製造する半導体製造装置、液晶パネル製造装置等のテーブル・システムとして好適である。
１ 電動機 （リニアモータ１Ｌ）
２ 動作量検出手段
３ 制御器
４ テーブル
５ 対象物
６ 並進回転機構
７ 機台部
８ 指令手段
９ ２次元位置センサ
１０ 補正量算出手段
１１ 並進駆動部
１２ 並進自由度部
１３ 回転自由度部
１５ 駆動力補正手段
１６ 負荷分布推定手段
２１ 直動案内
２２ 直動案内ブロック
２３ 回転用軸受
３０ 位置制御部
３２ 速度制御部
３３ 電流制御部
３４ 単位換算手段
３５ 加算器
２ 動作量検出手段
３ 制御器
４ テーブル
５ 対象物
６ 並進回転機構
７ 機台部
８ 指令手段
９ ２次元位置センサ
１０ 補正量算出手段
１１ 並進駆動部
１２ 並進自由度部
１３ 回転自由度部
１５ 駆動力補正手段
１６ 負荷分布推定手段
２１ 直動案内
２２ 直動案内ブロック
２３ 回転用軸受
３０ 位置制御部
３２ 速度制御部
３３ 電流制御部
３４ 単位換算手段
３５ 加算器
Claims (14)
- 移動部が並進方向に自由度を持つ並進自由度部２つと移動部が回転方向に自由度を持つ回転自由度部１つとを組み合わせた複数の並進回転機構と、
前記並進回転機構に搭載して前記移動部を１つの並進方向に駆動する電動機と、
前記電動機を制御する制御器と、
前記制御器にてフィードバック制御に用いるために被検出体となる前記電動機または前記並進回転機構の位置決め動作量を検出する動作量検出手段と、
前記並進回転機構の前記電動機が２方向以上に前記移動部を動作するように複数の前記並進回転機構を配置する機台部と、
前記機台部の同一平面上に配置した複数の前記並進回転機構の上に配置したテーブルを並進および回転移動するために、前記電動機を動作させる前記制御器に指令する指令手段と、
を備え、
複数の前記電動機を駆動することで前記テーブル上の対象物を所定の位置に位置決めする２次元位置決め装置において、
複数の前記電動機それぞれに対応する制御器の駆動力を検出して、前記並進回転機構、その他機構的な誤差要因である機械的ギャップを無くすため駆動力が常に働くように、前記指令手段の指令に基づいて複数の前記制御器の不均一な駆動力を理想的なバランスに均等に調整する駆動力補正手段を備え、
前記指令手段は、前記駆動力補正手段の出力を、前記指令手段の指令に基づく各々の前記制御器が出力した駆動力に加えてフィードフォワード制御することを特徴とする２次元位置決め装置。 - 補正した複数の前記制御器の駆動力を前記指令手段の指令に基づいて各電動機で一定量の理想的なバランスに均等になるように前記駆動力補正手段が駆動力の補正を調整することを特徴とする請求項１記載の２次元位置決め装置。
- 前記制御器をサーボロックして前記電動機が現在位置を保持する形態で、前記駆動力補正手段および前記指令手段は、少なくとも１つの前記制御器の駆動力を補正することを特徴とする請求項１又は２記載の２次元位置決め装置。
- 移動部が並進方向に自由度を持つ並進自由度部２つと移動部が回転方向に自由度を持つ回転自由度部１つとを組み合わせた複数の並進回転機構と、
前記並進回転機構に搭載して、前記移動部を１つの並進方向に駆動する電動機と、
前記電動機を制御する制御器と、
前記制御器にてフィードバック制御に用いるために被検出体となる前記電動機または前記並進回転機構の位置決め動作量を検出する動作量検出手段と、
前記並進回転機構の前記電動機が２方向以上に前記移動部を動作するように複数の前記並進回転機構を配置する機台部と、
前記機台部の同一平面上に配置した複数の前記並進回転機構の上に配置したテーブルを並進および回転移動するために、前記電動機を動作させる前記制御器に指令する指令手段と、
を備え、
複数の前記電動機を駆動することで前記テーブル上の対象物を所定の位置に位置決めする２次元位置決め装置において、
前記テーブルの形状不均一の理由で各電動機が担う負荷が不均一となり、各制御器の駆動力が各電動機で均等にならない場合に、
前記指令手段の位置指令から求めた加速度と各前記電動機に関わる負荷とに基づいて各前記電動機が担う不均一な負荷に対して慣性補償する駆動力を演算する駆動力補正手段を備え、
前記指令手段は、前記駆動力補正手段の出力を、前記指令手段の指令に基づく各々の前記制御器が出力した駆動力に加えてフィードフォワード制御することを特徴とする請求項１記載の２次元位置決め装置。 - 各前記電動機に関わる負荷の分担に関しては、前記テーブルを並進移動する場合には、前記駆動力補正手段が、前記テーブルと前記対象物の重心位置と、前記並進回転機構の配置位置と、から総負荷に対する各前記電動機に関わる負荷の割合を算出して慣性補償する駆動力を演算することを特徴とする請求項４記載の２次元位置決め装置。
- 各前記電動機に関わる負荷の分担に関しては、前記テーブルを回転移動する場合には、前記駆動力補正手段が、前記テーブルおよび前記対象物の重心位置と、前記並進回転機構の配置位置と、前記テーブルの回転中心と前記電動機の距離と、から総負荷に対する各前記電動機に関わる負荷の割合を算出して慣性補償する駆動力を演算することを特徴とする請求項４記載の２次元位置決め装置。
- 前記テーブルの上に置かれた対象物の目印を基準にしてその配置を取り込む２次元位置センサと、前記テーブルの上に置かれた対象物の位置を補正するための補正量を算出する補正量算出手段とを備え、
前記２次元位置センサで捕らえた前記テーブルもしくは前記テーブルの上に置かれた前記対象物の位置を、前記電動機を駆動し、前記テーブルを２方向の並進移動もしくは回転移動することによって、前記テーブルもしくは前記対象物の位置を補正することを特徴とする請求項４記載の２次元位置決め装置。 - 前記２次元位置センサで、形状・質量が予め既知の前記対象物の配置を求めて負荷の配分を推定する負荷分布推定手段を有することを特徴とする請求項７記載の２次元位置決め装置。
- 前記２次元位置センサを複数備え、前記テーブルもしくは前記対象物の配置を複数の前記２次元位置センサで捕らえることを特徴とする請求項７記載の２次元位置決め装置。
- 前記電動機がリニアモータであって、前記制御器の出力である駆動力は推力であることを特徴とする請求項１記載の２次元位置決め装置。
- 前記並進回転機構が、前記並進自由度部の少なくとも１つに前記電動機を搭載した並進駆動部を有することを特徴とする請求項１記載の２次元位置決め装置。
- 前記駆動力補正手段が、前記テーブルの並進と回転移動によって、駆動する前記電動機が異なるために、前記駆動力の不足や過補償なきよう出力する前記制御器を切り替えることを特徴とする請求項１記載の２次元位置決め装置。
- ）
前記駆動力補正手段が、補正する駆動力を重み付けする駆動力フィードフォワード・ゲインを有することを特徴とする請求項１記載の２次元位置決め装置。 - 前記制御器が、位置指令を入力し、該位置指令と前記動作量検出手段の位置の動作量が一致するような速度指令を生成することにより位置制御を行う位置制御部と、前記速度指令と前記動作量検出手段の速度の動作量が一致するような駆動力指令を生成することにより速度制御を行う速度制御部と、前記駆動力指令を入力し、該駆動力指令を電流指令に変換し、電動機に供給する電流が変換した該電流指令と一致するような電流制御を行うことにより前記電動機の駆動を行っている電流制御部と、前記動作量検出手段の出力を、単位系に合わせて前記位置制御部もしくは前記速度制御部にフィードバックするフィードバック制御用の単位換算手段と、前記指令手段を介して位置指令を２階微分した加速度等位置の複数微分を含むフィードフォワード用の前記駆動力補正手段の出力を、前記制御器の出力の駆動力に加える加算器と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の２次元位置決め装置。
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