JPH02111273A - Drive for piezo-actuator - Google Patents
Drive for piezo-actuatorInfo
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- JPH02111273A JPH02111273A JP63264509A JP26450988A JPH02111273A JP H02111273 A JPH02111273 A JP H02111273A JP 63264509 A JP63264509 A JP 63264509A JP 26450988 A JP26450988 A JP 26450988A JP H02111273 A JPH02111273 A JP H02111273A
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、精密位置決めテーブルなど小ストロークで高
精度の位置決めを行なう必要があるテーブルtJ[K動
するビニシアクチユニークの駆動装置に関するものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a drive device for a vinyl actuator that moves a table tJ[K, such as a precision positioning table, which needs to perform highly accurate positioning with a small stroke.
従来の技術
ピエゾアクチュエータは、半導体装置などサブミクロン
の位置決め精度が必要なテーブルの駆動源として用いら
れている。このピエゾアクチュエータの駆動装置として
は、アクチュエータと平行に位置計測手段を設け、この
位置情報をフィードバックすることにより高精度化を実
現している。2. Description of the Related Art Piezo actuators are used as drive sources for tables that require submicron positioning accuracy, such as semiconductor devices. The drive device for this piezo actuator is provided with a position measuring means in parallel with the actuator, and this position information is fed back to achieve high accuracy.
以下図面を参照しながら上述したピエゾアクチュエータ
駆動装置の一例について説明する。An example of the piezo actuator drive device described above will be described below with reference to the drawings.
第4図は従来のピエゾアクチュエータ駆動装置を用いた
テーブルの例を示すものである。第4図において、41
はピエゾ素子、42はテーブル位置計測手段、43はテ
ーブル駆動部、44はテーブル基盤、46はピエゾ素子
駆動部、46はテーブル位置フィードバック手段、47
はテーブル目標位置設定手段である。FIG. 4 shows an example of a table using a conventional piezo actuator drive device. In Figure 4, 41
42 is a piezo element, 42 is a table position measuring means, 43 is a table drive section, 44 is a table base, 46 is a piezo element drive section, 46 is a table position feedback means, 47
is table target position setting means.
以上のように構成されたピエゾアクチュエータ駆動テー
ブルおよび駆動装置について以下その動作を説明する。The operation of the piezo actuator drive table and drive device configured as above will be described below.
まず、テーブル目標位置設定手段47によりテフルの目
標位置が設定される。テーブル位置フィードバック手段
46では、前述のテーブル目標位置設定手段47にて設
定されたテーブル目標位置とテーブル位置計測手段42
で計測されたテーブル現在位置の差に比例した信号をピ
エゾ素子駆動部46に送る。ピエゾ素子駆動部45では
、テーブル位置フィードバンク手段46から送られる信
号に基づいて、目標位置との差が零になる方向にピエゾ
素子41に印加する電圧を増減させる。First, the table target position setting means 47 sets the target position of Tefle. The table position feedback means 46 compares the table target position set by the table target position setting means 47 with the table position measurement means 42.
A signal proportional to the difference between the table current positions measured in is sent to the piezo element drive unit 46. The piezo element driving section 45 increases or decreases the voltage applied to the piezo element 41 in a direction in which the difference from the target position becomes zero based on the signal sent from the table position feed bank means 46.
これによりビエゾ素子41は伸縮し、テーブル基盤44
に対してテーブル駆動部43を移動させ、このテーブル
駆動部43の移動量がテーブル位置計測手段42により
計測される。以上の動作を繰り返す一連の閉ループによ
り、テーフ諏しは目標位置に対して高精度に位置決めさ
れる。As a result, the Viezo element 41 expands and contracts, and the table base 44
The table drive section 43 is moved relative to the table drive section 43, and the amount of movement of the table drive section 43 is measured by the table position measuring means 42. Through a series of closed loops that repeat the above operations, the tapered comb is positioned with high precision with respect to the target position.
発明が解決しようとする課題
しかしながら上記のような構成では、テーフ諏しの構成
が複雑でテーブルの小型が困難である。又、テーフ諏し
の位置決め精度が位置計測手段の精度で決定されてしま
う。また、テーブルの位置決め速度が位置計測手段の応
答速度により決定されるなど、位置計測手段の特性に影
響されてしまうという問題点を有している。Problems to be Solved by the Invention However, in the above configuration, the configuration of the table binding is complicated and it is difficult to make the table smaller. Moreover, the positioning accuracy of the tape binding is determined by the accuracy of the position measuring means. Another problem is that the positioning speed of the table is determined by the response speed of the position measuring means, and thus is influenced by the characteristics of the position measuring means.
本発明は上記問題点に鑑み、位置計測手段を用いずに高
粘度の位置決めが可能なピエゾアクチュエータ駆動装置
を提供するものである。In view of the above-mentioned problems, the present invention provides a piezo actuator drive device that can perform high-viscosity positioning without using a position measuring means.
課題を解決するだめの手段
上記問題点を解決するために、本発明のビニシアクチユ
ニーク駆動装置は、ピエゾ素子、ピエゾアクチュエータ
目標位置設定手段と、設定された目標位置をピエゾ電圧
値に変換するピエゾ素子位置−電圧値変換手段と、目標
位置が現在位置より減少していることを検出するピエゾ
アクチュエータ目標位置減少検出手段と、目標位置減少
時にピエゾ素子の印加電圧を一艮零ボルトにするピエゾ
素子印加電圧零ボルト設定手段と、ピエゾ素子に電圧を
印加するピエゾ素子電圧印加手段を備えたものである。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the vinyl actuator unique drive device of the present invention includes piezo element, piezo actuator target position setting means, and converts the set target position into a piezo voltage value. piezo element position-voltage value conversion means; piezo actuator target position reduction detection means for detecting that the target position has decreased from the current position; The device is equipped with a means for setting an element applied voltage of zero volts and a piezo element voltage applying means for applying a voltage to the piezo element.
作 用
本発明によれば、ピエゾアクチュエータ目標位置設定手
段により設定された目標位置が、ピエゾ素子位置−電圧
値変換手段によりピエゾ素子に印加する電圧値に変換さ
れ、この電圧値に基づきピエゾ素子電圧印加手段により
ピエゾ素子に電圧が加えられることによって設定された
目標位置に位置決めされる。一方、ピエゾアクチュエー
タ目標位置減少検出手段では、常に現在の位置、即ち電
圧値が記憶されており、ピエゾアクチュエータ目標位置
設定手段により設定された目標位置が、現在位置よりも
減少したか否かを判別している。もし目標位置が現在位
置よりも減少していたら、ピエゾ素子印加電圧零ボルト
設定手段に信号を送υ、ピエゾ素子印加電圧零ボルト設
定手段が−・旦ピエゾ素子1の印加電圧を零ボルトにす
る。その後、ピエゾ素子電圧印加手段により所定の電圧
をピエゾ素子に印加することによって目標位置に位置決
めされる。According to the present invention, the target position set by the piezo actuator target position setting means is converted into a voltage value to be applied to the piezo element by the piezo element position-voltage value conversion means, and the piezo element voltage is adjusted based on this voltage value. A voltage is applied to the piezo element by the application means, so that the piezo element is positioned at a set target position. On the other hand, the piezo actuator target position decrease detection means always stores the current position, that is, the voltage value, and determines whether the target position set by the piezo actuator target position setting means has decreased from the current position. are doing. If the target position is lower than the current position, a signal is sent to the piezo element applied voltage zero volt setting means, and the piezo element applied voltage zero volt setting means immediately sets the applied voltage of the piezo element 1 to zero volts. . Thereafter, the piezo element is positioned at the target position by applying a predetermined voltage to the piezo element using the piezo element voltage applying means.
ここで、ピエゾ素子1の変位量の電圧に対する非線形性
は、ピエゾ素子位置−電圧値変換手段により補正され、
まだピエゾ素子1のヒステリシス性も設定電圧が減少す
る場合には、−旦ビエゾ素子に印加する電圧を零ボルト
にすることで回避できるので、位14計測手段によるフ
ィードバック系を持たずに、開ループでピエゾ素子の高
精度位置決めを実現することができる。Here, the nonlinearity of the displacement amount of the piezo element 1 with respect to the voltage is corrected by the piezo element position-voltage value conversion means,
If the set voltage decreases, the hysteresis of the piezo element 1 can be avoided by reducing the voltage applied to the piezo element to zero volts. This makes it possible to achieve high-precision positioning of piezo elements.
実施例
以下、本発明の一実施例のピエゾアクチュエータ駆動装
置について図面を参照しながら説明する。Embodiment Hereinafter, a piezo actuator drive device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は、一実施例のビニシアクチユニーク駆動装置の
ブロック図である。第1図において、1はピエゾ素子、
2は′混圧用アンプ、3はデジタル−アナログ変換器、
4はピエゾ位置−電圧テープ/l/ROM、6は中央処
理部、6はピエゾアクチュエータ目標位置入力用キーボ
ードである。FIG. 1 is a block diagram of a vinyl actuator unique drive device according to one embodiment. In FIG. 1, 1 is a piezo element;
2 is a mixed pressure amplifier, 3 is a digital-to-analog converter,
4 is a piezo position/voltage tape/l/ROM, 6 is a central processing unit, and 6 is a keyboard for inputting a piezo actuator target position.
以上のように構成されたピエゾアクチュエータ駆動装置
について、以下第1図〜第3図を用いて、その動作を説
明する。The operation of the piezo actuator drive device configured as described above will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.
まず、ピエゾアクチュエータ目標位置入力用キーボード
6により入力された目標位置は、中央処理部5に送られ
、現在のピエゾアクチュエータの位置と目標位置の比較
が行なわれる。もし目標位置の方が大きけれは、中央処
理部5はピエゾ位置−電圧テープ)v(ROM)4に目
標位置をセットする。ピエゾ位置−電圧テープ)v(R
OM)4では、第2図に示すような特性に従って、目標
位置を電圧値に変換し、デジタル−アナログ変換器3に
出力する。ここで電圧値がアナログの電圧値に変換され
、さらに電圧用アンプ2により増幅されて、ピエゾ素子
1に印加される。一方、目標位置が現在位置より小さい
場合は、中央処理部5が一旦ピエゾ位置−電圧テープ)
v (ROM ) 4に零を出力し、−度ビエゾ素子1
に印加される電圧を零ボ/L/ )にする。その後、再
び目標位置をピエゾ位置−電圧テープ/l/(ROM)
4に出力する。First, the target position input using the piezo actuator target position input keyboard 6 is sent to the central processing section 5, where the current piezo actuator position and the target position are compared. If the target position is larger, the central processing unit 5 sets the target position in the piezo position-voltage tape)v(ROM)4. Piezo position - voltage tape) v (R
OM) 4 converts the target position into a voltage value according to the characteristics shown in FIG. 2, and outputs it to the digital-to-analog converter 3. Here, the voltage value is converted to an analog voltage value, further amplified by voltage amplifier 2, and applied to piezo element 1. On the other hand, if the target position is smaller than the current position, the central processing unit 5 temporarily returns the piezo position to the voltage tape.
v (ROM) Outputs zero to 4, - degree viezo element 1
Set the voltage applied to zero (/L/ ). After that, change the target position again to piezo position - voltage tape/l/(ROM)
Output to 4.
ここで、ピエゾ素子1の特性について第3図を用いて説
明する。第3図はピエゾ素子に電圧を印加した時の変位
量を示したものである。第3図において、ピエゾ素子1
に対して零ボルトから電圧を少しずつ増加させていく時
の変位量と、逆に電圧をある点から減少させていく時の
変位量が、同じ値を示さないことを示している。これが
ピエゾ素子1のヒステリシス性というものである。また
、ピエゾ電圧に対する変位置も直線的には変化していな
い(非線形性)。Here, the characteristics of the piezo element 1 will be explained using FIG. 3. FIG. 3 shows the amount of displacement when voltage is applied to the piezo element. In FIG. 3, piezo element 1
This shows that the amount of displacement when the voltage is gradually increased from zero volts and the amount of displacement when the voltage is decreased from a certain point do not show the same value. This is the hysteresis property of the piezo element 1. Furthermore, the displacement position relative to the piezo voltage does not change linearly (nonlinearity).
そこで本発明では、前者のヒステリシス性は、電圧を現
在より低い値に設定する時は、−度電圧を零ボルトにす
ることにより解決し、後者の非線形性は、第2図に示す
ような特性を有するピエゾ位置−電圧テーフ諏しくRO
M)4を持つことにより解決している。Therefore, in the present invention, the former hysteresis is solved by setting the -degree voltage to zero volts when setting the voltage to a lower value than the current value, and the latter nonlinearity is solved by the characteristic shown in Figure 2. Piezo position-voltage tape with RO
M) It is solved by having 4.
また、上記ピエゾ位置−電圧テーフ諏し4をRAMによ
り構成して中央処理部6が適切な時に第2図に示す特性
を書き込んで使用してもよい。ピエゾ位置−電圧テーブ
ルは、ROM、RAMにかかわらず、位置の値をアドレ
スとしてセットすれば、電圧値がデータとして出力され
るようになっている。Alternatively, the piezo position/voltage tape register 4 may be constructed from a RAM, and the central processing section 6 may write the characteristics shown in FIG. 2 at an appropriate time and use it. Regardless of whether the piezo position-voltage table is stored in ROM or RAM, if a position value is set as an address, the voltage value will be output as data.
以上のように本実施例によれは、ビニシアクチユニーク
目標位置設定手段としてキーボード6を用い、ピエゾ素
子位置−電圧値変換手段としてピエゾ位置−電圧テープ
/v(ROM)4を用い、ピエゾアクチュエータ目標位
置減少検出手段、ピエゾ素子印加電圧零ボルト設定手段
を中央処理部6でソフトウェアによ如実現し、ピエゾ素
子電圧印加手段としてデジタル−アナログ変換器3およ
び電圧用アンプ2を用いている。As described above, according to this embodiment, the keyboard 6 is used as the vinyl actuator unique target position setting means, the piezo position-voltage tape/v (ROM) 4 is used as the piezo element position-voltage value conversion means, and the piezo actuator The target position decrease detection means and the piezo element applied voltage zero volt setting means are realized by software in the central processing section 6, and the digital-to-analog converter 3 and the voltage amplifier 2 are used as the piezo element voltage application means.
これらの(4t7成により、ハードウェアの構成が簡略
化され、また、ピエゾ素子間のバラツキは、それぞれに
対応した特性をピエゾ位置−電圧テーブル4(ROM又
はRA M )に持たせることができるので、ピエゾ素
子に対する選択の自由度も多いなどの特長がある。また
、開ループの位置決め制御であるので、静止中の振動な
どがなく、位置決め速度もピエゾ素子の伸縮速度のみで
決定されるだめ高速である。With these (4t7 configurations), the hardware configuration is simplified, and the variations between piezo elements can be fixed in the piezo position-voltage table 4 (ROM or RAM) with corresponding characteristics. , it has the advantage of having a high degree of freedom in selecting the piezo element.Also, since it is an open-loop positioning control, there is no vibration while stationary, and the positioning speed is determined only by the expansion and contraction speed of the piezo element. It is.
発明の効果
以上のように本発明は、ピエゾ素子とピエゾアクチュエ
ータ目標位置設定手段と、前述で設定された目標位置を
ピエゾ電圧値に変換するピエゾ素子位置−電圧値変換手
段と、目標位置が現在位置より減少していることを検出
するピエゾアクチュエータ目標位置減少検出手段と、目
標位置減少時にピエゾ素子の印加電圧を一旦零ボルトに
するピエゾ素子印加電圧零ボルト設定手段と、ピエゾ素
子に電圧を印加するピエゾ素子電圧印加手段を設けるこ
とにより、簡単な構成で高速、高精度の位置決めが実現
できる。Effects of the Invention As described above, the present invention provides piezo element and piezo actuator target position setting means, piezo element position-voltage value conversion means for converting the target position set as described above into a piezo voltage value, and Piezo actuator target position decrease detection means for detecting that the target position has decreased from the target position, piezo element applied voltage zero volt setting means for temporarily reducing the applied voltage to the piezo element to zero volts when the target position decreases, and applying voltage to the piezo element. By providing a piezo element voltage applying means, high-speed, high-precision positioning can be achieved with a simple configuration.
第1図は本発明の一実施例のピエゾアクチュエータ駆動
装置のブロック図、第2図は同ピエゾ位置−電圧テーブ
ルの内容を示すグラフ、第3図はピエゾ素子の一般的な
電圧−変位量特性を示すグラフ、第4図は従来例のピエ
ゾアクチュエータを用いたテーブルのブロック図である
。
1・・・・・・ピエゾ素子、2・・・・・・電圧用アン
プ、3・・・・・・デジタル−アナログ変換器、4・・
・・・・ピエゾ位置−電圧テープAI(ROM)、6・
・・・・・中央処理部、6・・・・・・ピエゾアクチュ
エータ目標位置設定用キーボード。
代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名第
図
第
図
第
図Fig. 1 is a block diagram of a piezo actuator drive device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a graph showing the contents of the piezo position-voltage table, and Fig. 3 is a general voltage-displacement characteristic of a piezo element. FIG. 4 is a block diagram of a table using a conventional piezo actuator. 1...Piezo element, 2...Voltage amplifier, 3...Digital-analog converter, 4...
...Piezo position-voltage tape AI (ROM), 6.
... Central processing unit, 6 ... Keyboard for piezo actuator target position setting. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano and one other person
Claims (1)
段と、設定された目標位置をピエゾ電圧値に変換するピ
エゾ素子位置−電圧値変換手段と、目標位置が現在位置
より減少していることを検出するピエゾアクチュエータ
目標位置減少検出手段と、目標位置減少時にピエゾ素子
の印加電圧を一旦零ボルトにするピエゾ素子印加電圧零
ボルト設定手段と、ピエゾ素子に電圧を印加するピエゾ
素子電圧印加手段を備えたことを特徴とするピエゾアク
チュエータ駆動装置。A piezo element, a piezo actuator target position setting means, a piezo element position-voltage value conversion means for converting the set target position into a piezo voltage value, and a piezo actuator for detecting that the target position is decreased from the current position. The present invention is characterized by comprising a target position decrease detecting means, a piezo element applied voltage zero volt setting means for temporarily reducing the applied voltage to the piezo element to zero volts when the target position decreases, and a piezo element voltage applying means for applying a voltage to the piezo element. Piezo actuator drive device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63264509A JPH02111273A (en) | 1988-10-20 | 1988-10-20 | Drive for piezo-actuator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63264509A JPH02111273A (en) | 1988-10-20 | 1988-10-20 | Drive for piezo-actuator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02111273A true JPH02111273A (en) | 1990-04-24 |
Family
ID=17404231
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63264509A Pending JPH02111273A (en) | 1988-10-20 | 1988-10-20 | Drive for piezo-actuator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02111273A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6046525A (en) * | 1996-03-28 | 2000-04-04 | Nec Corporation | Piezo-electric actuator control method and device and variable wavelength filter using the piezo-electric actuator device |
CN110336484A (en) * | 2019-06-20 | 2019-10-15 | 华侨大学 | A kind of fitting of a polynomial modification method of piezoelectric ceramics Hysteresis Nonlinear |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5429359A (en) * | 1977-08-08 | 1979-03-05 | Toray Ind Inc | Flame-retardant polyamide resin composition |
-
1988
- 1988-10-20 JP JP63264509A patent/JPH02111273A/en active Pending
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CN110336484A (en) * | 2019-06-20 | 2019-10-15 | 华侨大学 | A kind of fitting of a polynomial modification method of piezoelectric ceramics Hysteresis Nonlinear |
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