JPH01244514A - 可動体の位置決め制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の切用分野〉　　　　。

この発明は、例えば圧電素子を駆動源とする微動ステー
ジ装置などにおいて、前記圧電素子により駆動される可
動体を高速かつ高精度に位置決め制御するための可動体
の位置決め制御方法に関する。

〈従来の技術〉 従来のこの種位置決め制御系は、第３図に示す如く、可
動体１の目標位置に対し、可動体１の現在位置を位置検
出器２で検出してこれをフィードバックし、目標位置と
現在位置とから位置偏差を求めている。この位置偏差は
積分動作３で積分された後、つぎの比例動作４で比例定
数Ｋが与えられて操作量が決定される。この操作量はＤ
／Ａ変換器５でアナログ電圧に変換された後に駆動アン
プ６に与えられ、その増幅出力が駆動源としての圧電素
子７に印加されて可動体１を駆動して位置決め制御する
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら前記駆動アンプ６は、大きな増幅度が必要
であるため、駆動アンプ６のスルーレート（単位時間当
たりの立上り電圧）が入力電圧の上昇に伴って小さくな
ることが問題となる。すなわち前記比例動作４で与えら
れる比例定数Ｋを、小さい移動量に対して最適な値に設
定して、大きな移動量のステップを行った場合に、入力
電圧が前記駆動アンプ６のスルーレートを越えてしまい
、可動体１が振動して整定しないという問題がある。

第４図は、小さい移動量で比例定数Ｋを最適に設定して
、小さな移動量のステップを行ったときの位置決め制御
特性ａと、大きな移動量のステップを行ったときの位置
決め制御特性すとを示しており、後者の特性すには振動
して整定しない状態が現れている。

また前記比例定数Ｋを大きい移動量に対して最適な値に
設定して、小さい移動量のステップを行った場合には、
入力電圧が前記駆動アンプ６のスルーレートに対して余
裕があり過ぎて高速化ができないという問題がある。

第５図は、大きい移動量で比例定数Ｋを最適に設定して
、大きな移動量のステップを行ったときの位置決め制御
特性Ｃと、小さな移動量のステップを行ったときの位置
決め制御特性ｄをとを示しており、後者の特性ｄには連
応性に劣った状態が現れている。

この発明は、上記問題に着目してなされたものであって
、比例動作における比例定数を可変設定することにより
、高速かつ高精度の位置決めを実現する新規な可動体の
位置決め制御方法を提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明では、比例動作を経
て得た操作量をアナログ電圧に変換して駆動アンプへ与
え、その増幅出力を駆動源としての圧電素子に印加して
可動体を位置決め制御するのに、前記可動体の移動量に
応じて比例動作で与えられる比例定数の最適値を選定し
て、前記操作量を算出するようにしている。

〈作用〉 制御開始前に可動体の移動量に応して比例動作の演算に
使用する最適な比例定数を設定することにより、移動量
の大小を問わず常に良好な応答が得られ、高速かつ高精
度の位置決めを実現できる。

〈実施例〉 第２図は、この発明の位置決め制御方法が適用実施され
た微動ステージ装置を示すもので、ベース１１上に、平
面形状が矩形状のステージ１２が移動自由に配備されて
いる。このステージ１２は上面をワーク支持面１３とな
し、このワーク支持面１３上にＬ型ミラー１４が配備し
である。このＬ型ミラー１４にはレーザ測長器からのレ
ーザ光が照射され、これによりステージ１２の位置が計
測されて微小位置決めが実行される。

このステージ１２は、その下面の４隅位置を転勤自由な
支持球１５で支持されている。これら支持球１５ば上下
（Ｚ軸）方向に高い剛性を有し、またステージ１２の移
動方向には大きな自由度を有する。ステージ１２の４隅
位置には、ヘース１１との間に送り案内機構１６がそれ
ぞれ配備され、ステージ１２をこの送り案内機構１６に
よりＸ軸、Ｙ軸の各軸方向に案内支持し一ζいる。各送
り案内機構１６は、直交する２軸方向に自由度を有する
平行ばね構造を構成するものであって、図示例の場合、
各送り案内機構１６として円弧状の切欠き１７を有する
ヒンジばねが用いである。

ステージ１２の直交する２辺中央部には、対向するヘー
ス１１との間に、ステージ１２をＸ軸方向へ変位させる
第１駆動部１８ａと、ステージ１２をＹ軸方向へ変位さ
せる第２駆動部１８ｂとが設けられており、これら各駆
動部Ｌ８ａ、１．８ｂは、圧電素子１９をその駆動源と
している。

第１図は、上記微動ステージ装置において、ステージ１
２を微小位置決めするだめの位置決め制御系の構成例を
示しており、レーザ測長器２０がステージ１２の現在位
置を検出し、この現在位置と目標位置とから演算制御装
置２５が操作量を算出して、これをＤ／Ａ変換器２３へ
出力している。このＤ／Ａ変換器２３は操作量をアナロ
グ電圧に変換して駆動アンプ２４へ与え、その増幅出力
の圧電素子１９への印加によりステージ１２が駆動され
て位置決め制御される。

前記の演算制御装置２５は、例えばマイクロコンピュー
タにおけるＣＰＵであり、サンプリングタイム毎に目標
位置と現在位置とから位置偏差を求める。この位置偏差
は積分動作２１で積分され、さらに比例動作２２で複数
の比例定数に、〜に４のうち、その最適値が与えられて
操作量が算出される。

前記比例定数に、〜に、は、下表に示す如くステージ１
２の移動量に応じて予め設定されており、制御開始前に
ステップすべき移動量がＯ〜ｌａｌ、　ｌａｌ　〜ｌｂ
ｌ、　ｌｂｌ　〜ｌｃｌ、　ｌｃｌ　〜ｌｄｌノイずレ
ノ範囲に属するかによって比例定数の最適値を選定して
おり、これにより前記駆動アンプ２４への入力電圧が駆
動アンプ２４のスルーレートを越えないようになして、
移動量に応じた良好な応答が得られるよう構成している
。

つぎに第１図の微動ステージ装置および第２図の位置決
め制御系の動作を説明する。

いまこの制御系に目標位置が与えられると、レーザ測長
器２０がステージ１２の現在位置を検出し、この現在位
置と目標位置とから演算制御装置２５は積分動作２１お
よび比例動作２２の各演算を実行して操作量を算出する
。この制御演算に先立ち、演算制御装置２５は、ステー
ジ１２の移動量に応じて比例動作２２の演算で用いる最
適な比例定数を選定して前記操作量の算出を行うことに
なる。この操作量はＤ／Ａ変換器２３でアナログ電圧に
変換されて駆動アンプ２４に与えられ、その増幅出力が
圧電素子１９に印加されて、ステージ１２が駆動され位
置決め制御される。

なお上記実施例は、微動ステージを制御対象とするもの
であるが、この発明は、圧電素子を駆動源とするもので
あれば制御対象はステージ以外のものであってもよい。

また可動体の位置検出もこの実施例のようなレーザ測長
器２０に限らず、他の手段を用いることもでき、さらに
位置決め制御系はソフトウェアサーボでなく、ハードウ
ェアで構成することも可能である。

〈発明の効果〉　　゛ この発明は上記の如（、可動体の移動量に応じて比例動
作の演算に用いる最適な比例定数を選定して操作量を算
出するから、移動量の大小を問わず常に良好な応答が得
られ、高速かつ高精度の位置決めを実現できるなど、発
明目的を達成した顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる位置決め制御系を示すブロッ
ク図、第２図はこの発明が適用実施された微動ステージ
装置の外観を示す斜面図、第３図は従来の位置決め制御
系を示すブロック図、第４図および第５図は位置決め制
御特性を示す説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 比例動作を経て得た操作量をアナログ電圧に変換して駆
   動アンプへ与え、その増幅出力を駆動源としての圧電素
   子に印加して可動体を位置決め制御する方法であって、 前記可動体の移動量に応じて比例動作で与えられる比例
   定数の最適値を選定して、前記操作量を算出することを
   特徴とする可動体の位置決め制御方法。