JPH10277771A - X−yステージの制御装置 - Google Patents
X−yステージの制御装置Info
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- JPH10277771A JPH10277771A JP9086895A JP8689597A JPH10277771A JP H10277771 A JPH10277771 A JP H10277771A JP 9086895 A JP9086895 A JP 9086895A JP 8689597 A JP8689597 A JP 8689597A JP H10277771 A JPH10277771 A JP H10277771A
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Abstract
一様な制御特性、運動精度を確保できるようなX−Yス
テージの制御装置を提供すること。 【解決手段】 トッププレートをX軸方向に駆動するX
リニアモータ27、Y軸方向に駆動する第1、第2のY
リニアモータ23、24をそれぞれ、対応するリニアエ
ンコーダ33、31、32からの位置検出値と対応する
位置指令値とに基づいて制御する第1〜第3のフィード
バック制御系を備える。各フィードバック制御系はそれ
ぞれ、前記位置検出値と前記位置指令値とにより制御量
指令値を作成する位置制御器11、12、13を含み、
前記第2、第3のフィードバック制御系にはそれぞれ、
前記位置制御器の後段に前記リニアエンコーダ33の位
置検出値に応じてゲイン量が決定される補正ゲイン要素
14、15を付加した。
Description
御装置に関し、特にレーザ加工システムにおいて用いら
れるワーク位置決め用のX−Yステージに適した制御装
置に関する。
位置決め用のX−Yステージでは、広い加工範囲(スト
ローク)を有すること並びに、加速・減速時及び高速運
動時を含めた運動精度がストローク内で変化の無いこと
が要求される。
照して説明する。図6において、このX−Yステージ
は、サーボモータ61とボールねじ62とを組み合わせ
たX軸ステージ60に、サーボモータ71とボールねじ
72とを組み合わせたY軸ステージ70を積み上げるよ
うに構成している。ボールねじ62には、図示していな
いが、その回転によりX軸方向に駆動される被駆動部材
が組み合わされており、この被駆動部材にY軸ステージ
70が搭載された構成となっている。そして、Y軸ステ
ージ70のボールねじ72にはトッププレート80が組
み合わされ、ボールねじ72の回転によりトッププレー
ト80がY軸方向に駆動される。結果として、X軸ステ
ージ60とY軸ステージ70との組み合わせにより、ト
ッププレート80はX軸方向及びY軸方向に駆動され
る。
位置制御方式としては、サーボモータ61、71のそれ
ぞれに設けられたエンコーダ63、73からの回転検出
信号に基づいてトッププレート80のX軸方向、Y軸方
向に関する位置を検出し、これを目標値と一致するよう
に制御するセミクローズドループ位置制御方式が採用さ
れている。しかし、この方式では、ボールねじ部分の剛
性やバックラッシュの影響がフィードバックされないた
めに、トッププレート80の位置に誤差が生じる。
レート80の位置を直接検出してフィードバックするフ
ルクローズドループ位置制御方式が採用される場合もあ
るが、この方式では高速移動時のボールねじ部分の振動
による制御ループの安定性が確保できず、応答性をあげ
られないという問題がある。
の制御特性の変動を無くし、一様な制御特性、運動精度
を確保できるようなX−Yステージの制御装置を提供す
ることにある。
向及びY軸方向に駆動可能にされたトッププレートと、
前記ステージをX軸方向に駆動するXリニアモータと、
前記ステージをY軸方向に駆動するように互いに平行に
構成された第1、第2のYリニアモータと、前記Xリニ
アモータに設けられて前記ステージのX軸方向の位置を
検出するためのX軸位置検出器と、前記2組のYリニア
モータのそれぞれに設けられて互いに離れた位置で前記
ステージのY軸方向の位置を検出するための第1、第2
のY軸位置検出器と、前記Xリニアモータ、前記第1、
第2のYリニアモータをそれぞれ、対応する位置検出器
からの位置検出値と対応する位置指令値とに基づいて制
御する3つの制御系とを備え、前記3つの制御系はそれ
ぞれ、前記位置検出値と前記位置指令値とにより制御量
指令値を作成する位置制御器を含み、前記第1、第2の
Yリニアモータの前記制御系にはそれぞれ、前記位置制
御器の後段に前記X軸位置検出器の位置検出値に応じて
ゲイン量が決定される補正ゲイン要素を付加したことを
特徴とするX−Yステージの制御装置が提供される。
0(mm)の加工範囲(ストローク)を有し、かつ高速
運動に適した高精度なX−Yステージが得られ、このよ
うなX−Yステージは、特にレーザを用いたクリーム半
田印刷用のメタルマスク加工機に最適である。
例を図2を参照して説明する。図2において、このX−
Yステージは、ベース20上に、トッププレート21と
それをX軸方向−Y軸方向に案内するリニアベアリング
と3組のリニアモータとを組み合わせて構成される。ベ
ース20上に配置された2本のYリニアベアリング22
とY軸方向駆動用の2組のY1リニアモータ23、Y2
リニアモータ24とその可動部を共用するYリニアベア
リング25とによりY軸方向の案内系が構成されてい
る。なお、トッププレート21は、これに搭載されるワ
ークよりもやや小さくなるような開口を有している。こ
れは、レーザ加工時にはレーザ光がワークを透過するか
らである。
6が締結されると共にXリニアモータ27が設けられ、
中間プレート26の上面に2組のXリニアベアリング2
8によりX軸方向の案内系が構成されている。X軸方向
の案内系の可動部に、ワークが固定されるトッププレー
ト21が締結されている。
レート21のY軸方向の駆動は2組のY1リニアモータ
23、Y2リニアモータ24によりXリニアベアリング
28を介して行われる。このような構造により、各リニ
アモータはX−Yステージの構造の一部(ビルトイン
型)となり、機構の単純化、負荷の軽量化が図られてい
る。一方、トッププレート21のX軸方向の駆動は、X
リニアモータ27によりトッププレート21の側面に取
り付けられたリニアベアリング29を介して行われる。
このようにして、Y1リニアモータ23、Y2リニアモ
ータ24によりトッププレート21と中間プレート26
とがベース20上においてY軸方向に駆動され、Xリニ
アモータ27によりトッププレート21上においてX軸
方向に駆動される。
ニアモータ23の側面に取り付けられたY1リニアエン
コーダ31及びY2リニアモータ24の側面に取り付け
られたY2リニアエンコーダ32と,Xリニアモータ2
7の側面に取り付けられたXリニアエンコーダ33とに
より行われる。このようにして、一定の距離をおいたY
1リニアエンコーダ31とY2リニアエンコーダ32と
でY軸方向の位置を検出することで、それぞれの検出値
の差によりトッププレート21のヨーイング運動を検出
することができる。
形態による位置制御装置について説明する。前述したよ
うに、トッププレート21の位置検出を、Y1リニアモ
ータ23側面のY1リニアエンコーダ31及びY2リニ
アモータ24側面のY2リニアエンコーダ32と、Xリ
ニアモータ27側面のXリニアエンコーダ33とで行
う。Xリニアモータ27に対する制御は、Xリニアエン
コーダ33の位置検出値をフィードバックしてX軸位置
指令値との偏差を検出し、この偏差をX位置制御器11
に与える。X位置制御器11では、この偏差に基づいて
X軸に関する制御量指令値を作成する。一方、Y1リニ
アモータ23に対する制御は、Y1リニアエンコーダ3
1の位置検出値をフィードバックしてY軸位置指令値と
の偏差を検出し、この偏差をY1位置制御器12に与え
る。Y1位置制御器12では、この偏差に基づいてY1
軸に関する制御量指令値を作成する。同様にして、Y2
リニアモータ24に対する制御は、Y2リニアエンコー
ダ32の位置検出値をフィードバックしてY軸位置指令
値との偏差を検出し、この偏差をY2位置制御器13に
与える。Y2位置制御器13では、この偏差に基づいて
Y2軸に関する制御量指令値を作成する。
アモータ24のフィードバック制御ループには、Y1位
置制御器12、Y2位置制御器13の後段にそれぞれ、
トッププレート21のX軸方向の位置検出値に応じた補
正ゲイン要素14,15を付加して、Y1位置制御器1
2、Y2位置制御器13からの制御量指令値に補正ゲイ
ンを乗算することで、加工点回りの回転運動の発生を防
ぐ構成としている。
ータ23,Y2リニアモータ24の各制御ループにそれ
ぞれ、外乱オブザーバを用いた外乱補償器16,17,
18を付加し、リニアベアリングガイドの摩擦特性の変
動等の外乱要因をキャンセルする構成としている。外乱
補償器16,17,18から出力される電流指令値はそ
れぞれ、Xリニアモータ27用のモータアンプ19−
1、Y1リニアモータ23用のモータアンプ19−2、
Y2リニアモータ24用のモータアンプ19−3に与え
られ、各モータアンプは与えられた電流指令値に基づい
て対応するリニアモータの制御を行う。
作用について説明する。
各要素の構成により、全ストローク範囲において高い運
動精度を確保できる。まず、トッププレート21の位置
はXリニアエンコーダ33、Y1リニアエンコーダ3
1,Y2リニアエンコーダ32により検出される。この
とき、平行に一定距離をおいて配置されたY1リニアエ
ンコーダ31,Y2リニアエンコーダ32に、トッププ
レート21のヨーイング運動が検出値の差として計測さ
れる。
デルを示す。ここで、M1 ,M2 はそれぞれY1リニア
モータ23,Y2リニアモータ24の負荷であり、K
は、Y1リニアモータ23,Y2リニアモータ24間の
剛性である。K1 ,K2 はそれぞれ、Y1リニアモータ
23,Y2リニアモータ24の補正ゲインである。図3
において、推力指令値f* からY1軸に関する位置検出
値への伝達関係は、次式(1)で与えられる。
ドの共振周波数は以下の式(2)、(3)で与えられ
る。
の補正ゲインの比を各負荷質量の比と同一にする。すな
わち、次の式(4)とする。
ププレート21のヨーイング運動のモードが極零キャン
セルされる。したがって、推力指令値f* からY1軸に
関する位置検出値への伝達関数は次の式(5)となり、
モータの負荷は見かけ上質量のみとして扱える。
23,Y2リニアモータ24から見た負荷質量は、トッ
ププレート21のX軸方向の位置によりほぼ比例的に変
化するため、補正ゲイン量K1 及びK2 は、図4に示す
ようにトッププレート21のX軸方向の位置検出値に応
じて決定される。すなわち、Y1位置制御器12、Y2
位置制御器13からの制御量指令値に補正ゲイン要素1
4,15により補正ゲイン量K1 及びK2 が乗算され、
トッププレート21のY軸方向の運動と加工点回りの回
転運動を非干渉化し、トッププレート21の加工点回り
の回転運動の発生を防ぐ構成としている。
ータ23,Y2リニアモータ24の各制御系に付加され
た外乱補償器16,17,18の詳細を、Xリニアモー
タ27に適用した場合について図5に示す。まず、2次
低域通過型フィルタ(Gs)からなるフィルタ16−1
を用いて、位置制御器から出力された制御量指令値をフ
ィルタリングする。また、Xリニアモータ27及び負荷
を擬似した制御対象の逆モデル(Ms2 /Kf、ここ
で、MsはXリニアモータ27及び負荷の質量、Kfは
モータ推力定数)及び2次低域通過型フィルタ(Gs)
から成るフィルタ16−2を用いて、Xリニアエンコー
ダ33にて検出された位置検出値より制御対象に印加さ
れている実推力値指令値を推定する。
6−1、16−2の出力の差分をとることにより、制御
対象に印加されている外乱力を推定し、この推定外乱力
を減算器16−4により制御量指令値から減算すること
により、外乱力を補償する。このように、実推力推定時
の制御対象モデルとして、リニアモータ及び負荷の質量
からなるモデルを用いることで、リニアベアリングの案
内摩擦の変動等を外乱力として推定し補償することがで
きる。これは、Y1リニアモータ23,Y2リニアモー
タ24の場合についても同様である。
ト21のX軸方向の位置検出値に応じてY1リニアモー
タ23,Y2リニアモータ24の制御ゲインを可変させ
ることで、トッププレート21の加工点回りの回転運動
の発生を防ぎ、それに起因する誤差を減少させることが
できる。これにより、トッププレート21のX軸方向の
位置の変化に伴うトッププレート21の加工点回りの回
転運動誤差を減少させることができる。
により、トッププレート位置で変動するリニアベアリン
グの案内摩擦の変動等を外乱として推定し、これら外乱
要因を補償することができる。
せる装置の制御装置に広く応用可能である。例えば、各
種のレーザ加工機のワーク位置決め装置、液晶パネル製
造装置及び検査装置などに適用できる。
にわたって制御特性の変動を無くし、一様な制御特性・
運動精度を確保できる。また、従来の位置制御器に対し
て、構成要素を付加する構成で、優れた制御特性を持つ
制御装置を提供できる。
置の構成を示すブロック図である。
あり、図(a)は平面図、図(b)は正面図、図(c)
は側面図である。
ついて説明するための図である。
モータの制御系について示したブロック図である。
めのブロック図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 X軸方向及びY軸方向に駆動可能にされ
たトッププレートと、 前記トッププレートをX軸方向に駆動するXリニアモー
タと、 前記トッププレートをY軸方向に駆動するように互いに
平行に構成された第1、第2のYリニアモータと、 前記Xリニアモータに設けられて前記トッププレートの
X軸方向の位置を検出するためのX軸位置検出器と、 前記第1、第2のYリニアモータのそれぞれに設けられ
て互いに離れた位置で前記トッププレートのY軸方向の
位置を検出するための第1、第2のY軸位置検出器と、 前記Xリニアモータ、前記第1、第2のYリニアモータ
をそれぞれ、対応する位置検出器からの位置検出値と対
応する位置指令値とに基づいて制御する3つのフィード
バック制御系とを備え、 前記3つのフィードバック制御系はそれぞれ、前記位置
検出値と前記位置指令値とにより制御量指令値を作成す
る位置制御器を含み、 前記第1、第2のYリニアモータの前記フィードバック
制御系にはそれぞれ、前記位置制御器の後段に前記X軸
位置検出器の位置検出値に応じてゲイン量が決定される
補正ゲイン要素を付加したことを特徴とするX−Yステ
ージの制御装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の制御装置において、前記
補正ゲイン要素のゲイン量を、前記トッププレートのX
軸方向のストローク量と前記X軸位置検出器の位置検出
値との比に基づいて決定することを特徴とするX−Yス
テージの制御装置。 - 【請求項3】 請求項1あるいは2記載の制御装置にお
いて、前記3つのフィードバック制御系にそれぞれ、前
記制御量指令値を2次低域通過型フィルタにてフィルタ
リングした制御量指令推定値と、対応するモータおよび
負荷を擬似した制御対象の逆モデル及び2次低域通過型
フィルタにて対応する位置検出値より推定した実推力値
指令との差分により外乱力を推定する外乱オブザーバ
と、前記外乱力を対応する前記制御量指令値から減算す
ることで外乱を補償する減算器とを含む外乱補償器を設
けたことを特徴とするX−Yステージの制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08689597A JP3194246B2 (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | X−yステージの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08689597A JP3194246B2 (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | X−yステージの制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10277771A true JPH10277771A (ja) | 1998-10-20 |
JP3194246B2 JP3194246B2 (ja) | 2001-07-30 |
Family
ID=13899579
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08689597A Expired - Fee Related JP3194246B2 (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | X−yステージの制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3194246B2 (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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KR20140128444A (ko) * | 2012-03-23 | 2014-11-05 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 레이저 가공 장치 |
-
1997
- 1997-04-04 JP JP08689597A patent/JP3194246B2/ja not_active Expired - Fee Related
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