JPH04140805A - 高速位置決め装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工作ａｉｉｍ、プリンタ、プロッタあるいは
半導体製造装置（ステッパ）などに広く用いられている
位置決め装置に関し、特にスルーブッした高速位置決め
装置に関するものである。

〔従来の技術） 工作機械、プリンタ、プロッタ機器あるいはステッパな
どには、モータなどの回転駆動手段による回転運動を変
換器を介して直線運動に変換し、搬送物体を直線方向所
望の位置に高速高精度にボジショニングする位置決め装
置が多く採用されている。このような装置は、モータ、
カップリング及びボールネジなどから構成される回転機
構と案内機構及び搬送物体からなる直線機構から構成さ
れている。この中で、直動機構における案内機構には、
摺動、転がり、及び非接触の三種類がある。いずれの案
内機構においても、位置決め装置の制御系は、回転駆動
手段側から電流制御ループ、速度制御ループ、及び位置
制御ループという三重の制御ループから構成されている
。

従来の位置決め装置の制御系構成を第２図に示す、同国
において、搬送物体１の直進方向の位置は、たとえばレ
ーザ干渉計２などの位置センサで測定される０位置セン
サ２の出力は目標値３と比較され、偏差信号４となる。

この偏差信号４はディジタル・アナログコンバータ５（
以下、ＤＡＣと略記）を通ってアナログ量の位置偏差信
号となり、位置制御器６、速度制御器７、電流制御器８
を経て回転駆動手段であるモータ９を駆動する。

タコジュネレータ１０が付いたモータ９の回転はカップ
リング１１を介してボールネジ１２を回転させ、回転・
直動の変換器、例えばナツト１３によって直線運動に変
換され、搬送物体１を所望の位置にボジショニングする
。位置決め時の信号の流れ及び動作は上述のとおりであ
る。長いストロークを迅速に移動し、かつ所定の位置に
高精度位置決めする場合、ストロークの大半は速度制御
で移動し、所定の目標位置近傍で位置制御に切り変える
。ＤＡＣ５の出力は台形状の速度パターンであり、この
時モード切り替えスイッチ１４はＡ側に接続されており
、アンプ１５を通って速度制御ループに前記速度パター
ンが印加される。これにより搬送物体１を高速に目標位
置近傍まで移動する。目標位置への接近は位置センサ２
で監視され、目標位置手前に到達したことを検知すると
、モード切り替えスイッチ１４をＢ側に接続して位置決
め動作に入り所望の目標位置まで高精度に収束させる。

すなわち、高速応答が実現できる速度制御によって目標
位置近傍まで粗く移動してから、目標位置近傍では所定
の目標位置に精度良く収束するように、位置制御を働か
せる。

このように速度制御から位置制御へモード切り替えを最
適に実行することによって高速高精度位置決めを図って
いた。

〔発明が解決しようとする課題〕

案内機構が摺！！ｌＩないし転がりの場合、静止状態に
ある搬送物体１を動かそうとしたとき、まず案内面の静
止摩擦に打ち勝つようなトルクを回転駆動手段に与えな
ければならない。従来の技術では、ＤＡＣ５の出力には
、目標位置ｘｄと現在位置Ｘとの差である偏差信号にバ
イアス信号が重量に打ち勝つトルクを発生させていた。

　（ｊｉ差信号は目標位置からのズレ量であるから、位
置制御系が動作していれば偏差信号は零となる。一方、
バイアス信号の役割は、回転及び案内面の摩擦に打ち勝
って搬送物体を移動させるためのオフセットである。

ここで、バイアス信号は位置制御系の目標位置３に印加
したステップ信号とみなせる０位置決め制御系における
三重の制御ループは一番内側の電流ループからはじまっ
て中間には速度ループがあり、一番外側に位置ループが
構成される。そして、この順番に周波数ｆ域が狭くなっ
ている。したがりて、目標位置の入力端子に加えられた
ステップ信号に対する実際の搬送物体１の位置決め応答
は極めて緩慢なものとなる。結局、位置偏差信号に静止
摩擦補償用のバイアス信号を重畳すると、実際の位置決
め応答には偏差信号に基づく応答と摩擦補償用のバイア
ス信号印加に原因する緩慢なステップ応答とが重畳する
。これは高速位置本発明は上記従来技術の問題点に鑑み
なされたものであり、静止摩擦補償を高速に行い、高速
高精度位置決めを夷□現させることを目的とする。

［課題を解決するための手段および作用］上述したよう
に、三重制御ループの一番内側の電流制御ループは周波
数帯域が高周波数まで平坦にのびており、しかも回転駆
動手段のアクチュエータがＤＣモータの場合には電流が
回転トルクに直接対応する。したがって、ＤＡＣ出力に
ではなく電流制御器８に加算端子を設けてここに摩擦補
償用のバイアス信号を加えれば、摩擦補償が高速に実現
され、結果として位置決めの高速化が図られる。

すなわち、ＤＡＣ出力は目標位置ｘｄと現在位置Ｘとの
偏差信号のみが動作し、摩擦補償用バイアス信号は’Ｄ
　Ａ　Ｃ出力にではなく電流制御器８に加算端子を設け
てここに印加する。目標値Ｘｄへの収束はＤＡＣ出力の
偏差信号が動作する位置制御ループにおいて機能させ、
また摩擦補償は位置制御ループの中の電流制御器を直接
使用することによって機能させ、全体として位置決め時
間を著しく短縮させる。

〔実施例〕

ＴＳ１図は本発明の高速位置決め装置の一実施例を示す
、同図において、符号判別器１６は現在位置Ｘが目標位
置ｘ、１に対して手前側（ｘｄ−ｘ＞０）にあるのか、
あるいは行き過ぎ（Ｘｄ−Ｘ＜０）でいるのかを判別す
る０例えば前者の場合には“Ｈ“、後者の場合には“Ｌ
”の信号を出力する。この信号は電流制ａｌｌ器８の入
力に接続された摩擦補償回路１７に導かれ、目標位置手
前にあるか行き過ぎた位置にあるかによって、すなわち
“Ｈ“Ｌ”信号によって摩擦補償回路の出力極性が切り
替えられる。摩擦補償回路１７の出力極性は搬送物体１
の現在位置を目標位置へ移動させる極性となるように選
択される。

摩擦補償回路１７の構成例を第３図に示す。同図におい
て、演算増幅器１８の出方にはマイナス極性のバイアス
電圧が、そして演算増幅器１９の出力にはプラス極性の
バイアス電圧が設定される。それらのバイアス電圧は、
符号判別器１５の出力でスイッチ２０を操作して演算増
幅器１８あるいは１９の出力のどちらかが選択される。

選択された極性を有するバイアス電圧は電子スイッチ２
０の出力となり、電流制御器８の入力に加算されて摩擦
補償が行われる。

本発明に係る高速位置決め装置を使った位置決め結果を
第４図（ｂ）に示す。また、同図（ａ）には従来の位置
決め装置を使った場合の位置決め収束波形を示す。従来
の装置を使った位置決めの収束波形は約３周期の振動を
繰り返して整定する。これに対し本発明の高速位置決め
装置によれば半周期あとには整定動作に入り、従来技術
に比べ著しい位置決め性能の改善が図られる。

上記実施例においては、第３図で説明したように摩擦補
償回路１７は演算増幅器で構成される。

この場合、摩擦補償信号のバイアスレベルは調整可能で
あるが、位置決め動作中はそのレベルは一定である。搬
送物体１の移動場所によらず補償すべき摩擦レベルが一
定の案内機構であればＮ３図に示した摩擦補償回路の構
成で十分な位置決め性能を移動場所に拘らず実現するこ
とができる。

しかし、搬送物体１の移動位１あるいは移動方向によっ
て機構系の摩擦特性が異なり、したがって摩擦補償のバ
イアスレベルも移動場所と移動方向ごとにきめ細かく設
定する必要が生ずる場合がある。このような場合の位置
決めには、摩擦補償回路１７をＤＡＣおよび搬送物体１
の移動方向と移動場所ごとに設定すべき摩擦補償バイア
スレベルを格納したメモリテーブルとにより、構成し、
このテーブルから読み比した情報に基づいて最適な摩擦
補償のバイアスレベルをＤＡＣから圧力してそれを電流
制御器８の入力に加える構成としてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、摩擦補償を電流制御器の部分で直
接実施することによって位置決め応答そのものを高速に
できる。また、ＤＡＣ圧カに摩擦ｍｆｆ１用バイアスを
重畳していた場合に比較して著しく位置決め収束波形の
整定を良好にすることができ、搬送物体の停止精度を向
上させることができる。したがって、生産性が向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高速位置決め装置の一実施例の構
成図、 第２図は従来の位置決め装置の構成図、第３図は本発明
に係る摩擦補償回路の一例を示す回路図、 第４図は従来の位置決め装置および本発明の高速位置決
め装置の位置決め収束波形の実験結果のグラフである。 １・・・搬送物体、２・・・位置センサ、３・・・目標
位置、４・・・位置偏差信号、５・・・ディジタルアナ
ログコンバータ、６・・・位置制ｍ器、７・・・速度制
御器、８・・・電流制御器、９・・・モータ、１０・・
・タコジェネレータ、１１・・・カップリング、１２・
・・ポールネジ、１３・・・回転・直動変換器（ナツト
）、１４・・・モード切替スイッチ、１５・・・アンプ
、１６・・・符号判別器、１７・・・摩擦補償回路、１
８．１９・・・演算増幅器、２ｏ・・・電子スイッチ。 特許出願人　　キャノン株式会社 代理人　弁理士　　伊　東　哲　也 代理人　弁理士　　伊　東　辰　雄 第 図 （０）　イ虞！東の４立１１）央１５）も１第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）位置決めすべき物体の移動手段と、該物体の位置
   検出手段と、前記移動手段への電流供給量を制御するた
   めに該移動手段に接続された電流制御回路と、該電流制
   御回路の入力側に接続された速度制御回路と、該速度制
   御回路の入力側に接続された位置制御回路と、前記位置
   検出手段の検出結果に基づき目標位置に対し前記物体の
   位置が前か後ろかを判別する符合判別回路と、該符号判
   別回路の出力に応じバイアス信号の極性が選択されるよ
   うに構成された摩擦補償回路とを具備し、該摩擦補償回
   路の出力側を前記電流制御回路の入力側に接続したこと
   を特徴とする高速位置決め装置。
2. （２）前記摩擦補償回路は、前記符号判別回路の出力に
   応じて２つの位置に切換え動作する選択スイッチと、該
   選択スイッチの一方の切換え端子側に接続する正のバイ
   アス電圧回路と、前記選択スイッチの他の一方の切換え
   端子側に接続する負のバイアス電圧回路とからなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高速位置決め
   装置。
3. （３）前記摩擦補償回路は、前記物体の位置および移動
   方向に応じて最適な摩擦補償レベルを格納したメモリテ
   ーブルを含み、該メモリテーブルから読み出した情報を
   Ｄ／Ａコンバータを介して前記電流制御回路に入力させ
   る構成としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の高速位置決め装置。