JPH06310772A - 位置決め制御装置 - Google Patents

位置決め制御装置

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JPH06310772A
JPH06310772A JP9444393A JP9444393A JPH06310772A JP H06310772 A JPH06310772 A JP H06310772A JP 9444393 A JP9444393 A JP 9444393A JP 9444393 A JP9444393 A JP 9444393A JP H06310772 A JPH06310772 A JP H06310772A
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JP
Japan
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piezoelectric element
feedback
control device
displacement
positioning
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Withdrawn
Application number
JP9444393A
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English (en)
Inventor
Naoki Takizawa
直樹 瀧澤
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH06310772A publication Critical patent/JPH06310772A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 弾性支持されている可動部を圧電素子で位置
決めする装置において、高精度な位置決めを可能にでき
ると共に、その応答性を向上させる。 【構成】 可動部の変位を検出する変位センサ1と、圧
電素子の蓄積電荷を検出する検出器(コンデンサ8また
は抵抗11と積分器12)を設け、変位センサ1の出力
を圧電素子駆動装置5にフィードバックすると共に、マ
イナーループとして蓄積電荷検出器の出力をバンドパス
フィルター10または13を介して圧電素子駆動装置5
にフィードバックする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高分解能なアクチュエ
ータである圧電素子を用いた位置決め制御装置、特には
高精度な位置決めが必要な半導体露光装置や多種の工作
機械装置等に適用可能な位置決め制御装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、アクチュエータに圧電素子を用い
た位置決め制御装置は、図5に示すような圧電素子のヒ
ステリシス特性を取り除くために、例えば図3に示すよ
うに構成されている。図3において、1は弾性支持され
た可動部7の変位を検出する変位センサ、2は目標位置
と変位センサ1の検出出力との差を取る差分器、3は位
置決め制御系を安定にするためのPID補償器、5は圧
電素子駆動装置、6は可動部7を移動させるための圧電
素子であり、図3の従来装置では、変位センサ1で可動
部7の位置を検出し、可動部7の位置決めのために変位
センサ1の検出出力を差分器2とPID補償器3を介し
て圧電素子駆動装置5にフィードバックしている。
【0003】また、図4に示すような変位センサ1を使
用しない装置も知られている。図4の装置では、図6に
示すような圧電素子6の電荷と変位の特性の関係に着目
し、圧電素子6に接続された電荷検出コンデンサ8の検
出出力を増幅器14で増幅した後に、差分器15を介し
て圧電素子駆動装置5にフィードバックすることによ
り、圧電素子6による可動部7の位置決めを行ってい
る。
【0004】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、図
4の従来例のように圧電素子6の電荷量をフィードバッ
クして位置決めをすると、圧電素子6の漏れ電流のため
に圧電素子6に蓄えられている電荷量とコンデンサ8で
検出される電荷量とにズレが生じるので、可動部7を任
意の設定位置に長時間保って置くことができない。
【0005】この圧電素子の漏れ電流を補償するために
は、コンデンサ8によって検出される電荷を圧電素子6
の漏れ電流に合わせて逃がしてやる必要がある。しか
し、漏れ電流は圧電素子6の状態によって変わってしま
うため、それに合わせて電荷をコンデンサ8から逃がす
ことは困難である。
【0006】また、弾性支持されている可動部7の位置
決めにおいては、図3に示した従来例のように可動部7
の位置を検出し、その検出出力(信号)を圧電素子駆動
装置5にフィードバックして位置決めを行うとすると、
図7に示すように可動部7の構造的な共振周波数によっ
て、位置決め装置の応答性が制約され、外部からの振動
等の影響を受け易い。
【0007】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、その目的は、弾性支持された可動部を高精度に
且つ応答性良く位置決めすることのできる位置決め制御
装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】上述の目的を達
成するために、本発明の位置決め制御装置は、移動方向
に柔で前記移動方向と異なる方向には剛に弾性支持され
ている可動部と、電圧の印加に応じて伸縮し前記可動部
を前記移動方向に移動させる圧電素子と、前記圧電素子
に電圧を印加する駆動手段(圧電素子駆動装置5)と、
前記可動部の前記移動方向の変位を検出する変位検出手
段(変位センサ1)と、前記圧電素子に蓄えられた電荷
量を検出する電荷量検出手段(電荷検出コンデンサ8、
または抵抗11と積分器12)と、前記変位検出手段の
検出出力を前記駆動手段にフィードバックすると共に、
前記電荷量検出手段の検出出力の所定の周波数帯域だけ
前記駆動手段にフィードバックするフィードバック手段
(バンドパスフィルタ10,13と差分器2,4)を有
することを特徴としている。
【0009】本発明によれば、弾性支持された可動部の
変位を変位検出手段で検出しフィードバックすること
で、可動部の位置を高精度に安定して位置決めできる。
また、圧電素子に蓄えられる電荷と圧電素子を流れる電
流を可動部の構造に合わせて任意の周波数成分だけフィ
ードバックしてやることで、圧電素子の漏れ電流による
位置決め時のドリフトなどの影響を取り除くことができ
ると共に、可動部の構造的な共振周波数を図8のように
変えることができる。
【0010】そのため、位置決め制御装置としての応答
性が向上し、外部からの振動等に影響されにくくでき
る。
【0011】
【実施例】以下、図示の実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図1は本発明の位置決め制御装置の一実施
例を示す図である。
【0012】この図において、1はレーザー測長器や静
電容量式の変位センサ等の変位センサ、2は不図示の設
定器で設定された目標位置と変位センサ1で検出した可
動部7の現在位置との差を取る差分器、3は変位センサ
1の出力を利用するフィードバック系を安定させるため
の周知のPID補償器、4はPID補償器3からの信号
と圧電素子6の電荷のフィードバック信号を差分する差
分器、5は圧電素子6を駆動するために入力信号を高電
圧に増幅し、これを圧電素子6に印加する圧電素子駆動
装置である。
【0013】圧電素子6は電圧の印加に応じて伸縮し、
この伸縮により可動部7を移動方向に移動させる。可動
部7は移動方向に柔で、移動方向と異なる方向には剛に
弾性支持されている。
【0014】また、8は圧電素子6に直列に接続され、
圧電素子6に蓄えられている電荷を検出するためのコン
デンサ、9はコンデンサ8によって検出された電荷信号
を増幅する増幅器、10は増幅器9の後段に配置される
と共に、コンデンサ8によって検出された電荷信号のフ
ィードバックする周波数領域を所定範囲に決めるバンド
パスフィルタである。
【0015】この実施例において、変位センサ1によっ
て可動部7の位置が検出されると、その検出値が差分器
2によって目標位置データと比較され、両者間の誤差値
が求められる。差分器2で求められた可動部7の目標位
置からのズレ量(誤差信号)を補正するために、この誤
差信号がPID補償器3を介して圧電素子駆動装置5に
指令される。圧電素子駆動装置5は与えられた指令に従
って圧電素子6を駆動するために誤差信号を増幅する。
そして、圧電素子駆動装置5の出力(電圧)が印加され
ることによって圧電素子6は伸縮し、可動部7を位置決
めする。
【0016】しかし、この様なフィードバック系だけで
位置決めしようとすると、図7に示す様な圧電素子6と
可動部7の構造とで決まる共振周波数よって位置決め装
置の応答性が制限される。そこで、この共振系の特性を
改善するために、圧電素子6の変位と比例関係にある圧
電素子6の電荷をコンデンサ8で検出し、漏れ電流の影
響を受けないように低い周波数成分の信号を除去し、更
に不要な高い周波数成分のノイズを除去するためにバン
ドパスフィルタ10を介してマイナーループでフィード
バックする。
【0017】こうすることで、フィードバックされる領
域における圧電素子6の剛性が上がり、圧電素子6と可
動部7によって決まるメカ系の共振周波数が図8に示す
ように高くなり改善される。
【0018】このように圧電素子6の電荷をバンドパス
フィルタ10を介してフィードバックすることで、漏れ
電流の悪影響を除去しつつ圧電素子6と可動部7の構造
とで決まるメカ系(共振系)の特性改善ができる。それ
によって、PID補償器3による位置決め制御装置とし
ての応答性を高めることができる。その結果、外部から
の振動等の影響を受けにくい位置決め制御装置にでき
る。
【0019】図2は本発明の他の実施例である。同図に
おいて、11は圧電素子6に接続された電流検出用の抵
抗であり、12は抵抗11で検出された電流信号を増幅
して積分する積分増幅器、13は積分器12からの積分
された信号のフィードバックする領域を決めるバンドパ
スフィルタである。
【0020】この実施例では、抵抗11により圧電素子
6に流れる電流を検出し、その信号を積分することで圧
電素子6の電荷を求めている。そして、この積分された
信号をバンドパスフィルタ13を介して圧電素子駆動装
置5にフィードバックすることで、図1の実施例と同様
な結果を得ている。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
弾性支持されている可動部を圧電素子で位置決めする装
置において、高精度な位置決めを可能にできると共に、
その応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の位置決め制御装置の一実施例を示す
図。
【図2】本発明の位置決め装置の他の実施例を示す図。
【図3】従来の位置決め装置の一例を示す図。
【図4】従来の位置決め装置の他の例を示す図。
【図5】圧電素子の電圧−変位特性の関係を示す図。
【図6】圧電素子の電荷−変位特性の関係を示す図。
【図7】圧電素子駆動装置から可動部までの伝達関数特
性を示す図。
【図8】電荷フィードバックをした時の伝達関数特性を
示す図。
【符号の説明】
1 変位センサ 2 差分器 3 PID補償器 4 差分器 5 圧電素子駆動装置 6 圧電素子 7 可動部 8 電荷検出用コンデンサ 9 増幅器 10 バンドパスフィルタ 11 抵抗 12 積分器 13 バンドパスフィルタ 14 増幅器 15 差分器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動方向に柔で前記移動方向と異なる方
    向には剛に弾性支持されている可動部と、電圧の印加に
    応じて伸縮し前記可動部を前記移動方向に移動させる圧
    電素子と、前記圧電素子に電圧を印加する駆動手段と、
    前記可動部の前記移動方向の変位を検出する変位検出手
    段と、前記圧電素子に蓄えられた電荷量を検出する電荷
    量検出手段と、前記変位検出手段の検出出力を前記駆動
    手段にフィードバックすると共に、前記電荷量検出手段
    の検出出力の所定の周波数帯域だけ前記駆動手段にフィ
    ードバックするフィードバック手段を有することを特徴
    とする位置決め制御装置。
  2. 【請求項2】 前記電荷量検出手段は前記圧電素子に直
    列に接続されたコンデンサを有し、前記フィードバック
    手段は前記コンデンサの端子間電圧をバンドパスフィル
    タを介して前記駆動手段にフィードバックすることを特
    徴とする請求項1に記載の位置決め制御装置。
  3. 【請求項3】 前記電荷量検出手段は前記圧電素子に直
    列に接続された抵抗を有し、前記フィードバック手段は
    前記抵抗の端子間電圧を積分した信号をバンドパスフィ
    ルタを介して前記駆動手段にフィードバックすることを
    特徴とする請求項1に記載の位置決め制御装置。
JP9444393A 1993-04-21 1993-04-21 位置決め制御装置 Withdrawn JPH06310772A (ja)

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JP9444393A JPH06310772A (ja) 1993-04-21 1993-04-21 位置決め制御装置

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JPH06310772A true JPH06310772A (ja) 1994-11-04

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2368922A (en) * 2000-05-22 2002-05-15 Caterpillar Inc Controlling position and velocity of a piezoelectric device
GB2368923A (en) * 2000-05-22 2002-05-15 Caterpillar Inc Controlling position of a piezoelectric device using desired charge as control parameter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2368922A (en) * 2000-05-22 2002-05-15 Caterpillar Inc Controlling position and velocity of a piezoelectric device
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