JPS58182705A - 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】 本願はモータによる可動体の位置決め制御方法に関し、
更に詳しくは、可動体の位置、速度等の制御を、基準と
なる制御曲線と逐次比較して実際の制御指令値を得て行
なう制御方法に関する発明である。

ある物体を可動体に載せ、これを所定の位置に移動させ
る位置決め制御は、精密加工全行なう産業設備にあって
は不可欠であり、殊に半導体産業に於けるＩＣ製造工程
のマスク合せ装置、ボンダ、表面検査機等では特に重要
とされている。

ところでこれらの設備は、製品の小型化及び歩留まりの
改善等の要請から、より精密で（２） かつ速い動作が要求される。然しなから動作時間を短縮
するため急加速、急減速全行なうと、これに比例した力
が働き、低剛性の部分（板バネ、カップリング等）で振
動し易くなる。

そこでこの種の制御装置Ｃ二あっては、各種の速度制御
が工夫されているが、いずれも振動の抑制効果が充分で
なかったり、あるいは構成が著しく複雑になる等の欠陥
があった。

本願はこうした従来の欠陥を消却すべく開発されたもの
で、可動体の速度制御を、基準となる制御曲線と逐次比
較して行ない、これによって可動体の振動を極力防止し
精密な位置制御を可能としたものである。

以下本発明を図示実施例に基づいて詳説する。

第１図は、本発明で採用した制御方法に於いて制御の３
要素の各々についての制御曲線を示すもので、（イ）は
加速度αと時間１．（ロ）は速度Ｖと時間ｔ、（ハ）は
移動距離ｄと時間ｔと（３） の関係ケ示す。なおそれぞれの曲線は独立ではなく、い
ずれかｌの曲、線が定まれば他の曲線は計算で求まる。

図示に於いて、ｔ、は加速時間、１ｏ−１，は減速時間
、ｔ２は目漂位置までの移動時間、ｔｏｆ二おけるｖｍ
は最高速度、ｄｏは力ｎ速距離ケ示す。

またｔ≦ｔｏｌ二於いてαｌ　ｖ、ｄＩ、ｔの関係は次
の通りである。

ｔ≦ｔ１　のときα＝　Ａｃｔ　、　ｖ＝’　Ａｃｔ２
．　ｄ＝１ｙＡｃｔ３ｔｏ≧ｔｉｔ、のときα＝ＡｃＪ
　　Ａｃ　（ｔ−ｔ、）２ ｖ−、２Ａｃｔｌ　ｔ−ＨＡｃｔ　−Ａｃｔ、２３ ｄ　　：、　　　Ｔ４ｃ　ｔ、　　−Ａｃ　ｔ、”、ｊ
＋　Ａｃ　ｔＨｔ２−↓Ａｃｔ３ ただしＡｃは加速度係数を示す。

図示制御曲線によると、可動体は始動時に加速されるが
、袷の加速係数は最高速度の１１二達するまでは正の一
定値＝呈し、これを越えると負の一定値となり、最高速
度（二連したときに０１即ち可動体は定速で移動する。

停（４） 正時は減速されるが、その加速係数（絶対値は始動時と
同じ）は負の一定値から正の一定ｆ直に変化する。

本発明方法が図示の制御方法全採用するのは、加速、減
速が徐々Ｃ行われるために、目標値の直前では加速度が
ほぼＯとなり、目標値での力（加速度に比例する）の変
化が小さく、可動体の振動が小さいからである。

第２図は、モータ駆動の可動体の位置決め装置にマイク
ロプロセサを使用して本発明方法を実施した場合の構成
図を示す。

可動体（テーブル、ステージ等）１には螺杵２を貫挿螺
合させ、該螺杵２はカップリング３を介しモータ４に接
続する。これＣ−よりモータ４の回転運動が可動体の直
線運動に変換される。むろんモータと可動体との連結手
段は図示の他、適宜の回転−直線運動変換手段を用いる
ことができる。

モータ４はここではＤＣサーボモータを使％ｆるが、Ｖ
／Ｆ変換器を設けてパルスモー（５） 夕を使用することも熱論可能である。

可動体の位置検出は、直接的にはレーザあるいはモアレ
スケール等イニよる直線位置検出器５を用いるが、間接
的には回転位置検出器６等を用いる。第２図において、
７は前者の場合のセンサ、８．９はそれぞれ後者の場合
のタコジェネレータ、エンコーダを示す。

この他図ζ二おいて、ｌＯはオーバーリミットスイッチ
（リードスイッチ、ホトスイッチなど）、１１はマイク
ロプロセサを内蔵する制御回路を示す。該回路は後述の
制御指令に従って、信号をディジタル処理する。以下該
制御回路の各部の働きを簡単に説明する。

入力信号は位置検出器５又は６の出力、即ち可動体の位
置を表わすディジタル信号である。

メインコントローラ（例えばホストコンピュータ）１２
は所与の指令要素の値を与えるもので、伝送バッファ１
３を介し制御回路に入力する。

（６） 位置検出カウンタ１４は例えば移動距離全１ミクロン単
位とし、エンコーダ等の分解能で１パルス当たりの移動
量をセットすると、該パルス金カウントすること（二よ
って移動距離が算出できる。

Ｄ／Ａ変換器１５は、所与の手順に従って演算された結
果（ティジタル信号）全アナログ信号に変換して、モー
タの回転全制御するモータドライバー１６に出力する。

テーブルの状態人力１７は、オーバリミットスイッチ１
０が作動したときその信号全入力するためのもので、こ
のとき制御回路１１はモータ全血ちに停止するように作
動する。

第１、第２テーブル１８とは、ＲＯＭ　（リードオンリ
ーメモリー）であって、詳細は後述するが、第１テーブ
ルは最高速度　ｖｍ。

加速度係数ＡＣヲパラメータとした加速距離、移動距離
比、速度比全格納し、第２チーフルは基準となる制御曲
線を構成する各々の移動距離（アドレス）、制御指令速
度（データ）（７） 全格納する。

ＣＰＵ１’９とメモリ２ｏは本発明で採用したマイクロ
プロセサの基本構成を示すものである。

なお上記制御回路は一例であって、現在のところＩＣの
複数のチップで構成されるが、これは限定的なものでは
ない。

第３図は、詳細は後述するが、加速サイクルにおいて基
準速度制御曲線Ｌｓ　と該曲線から算出される実制御曲
線Ｌｃｔ；　ｋ示し、第４図は２つの例Ｃ二ついて本発
明方法により得られる制御曲線を示すものである。

第５図は前記第２テーブルの各データから構成される基
準制御曲線を示す。

なお第１テーブルの一例は別表に示す通りであるが、こ
の第１テーブルで加速距離を掲げるのは、後述するよう
に、本発明方法の第１ステツプにおいて、尚該指令値に
おける加速距離全総移動距離の＋と比較して当初の指令
最高速度での加速始動が可能かどうかを判（８） 別するからである。また第１テーブルの移動距離比、速
度比は、加速始動が可能となった指令値（加速距離を含
む）を基準となる制御曲線（第５図）の指令値と比較し
て得た定数であり、下記の如く定義できる。

なお別表及び第５図において、基準制御曲線における制
御要素の指令値は、最高速度Ｖｍ　：　１５０　ｍｒｎ
／ｓｅｃ、　　加速距離ｄｏ　＝　８．２２ｒｎｍ。

加速度係数Ａｃ　＝　５００００　ｍｍ／　５ｅｅ３で
ある。

次に本発明によって実際のモータ制御をする場合の手順
につき、第６図にフローチャート金掲げ説明する。

第１ステツプ　〔制御要素の初期指令値の指令から加速
始動を可能とする指令値の決定まで〕 （９） 本発明によるモータの制御は、まず３要素、つまり目標
位１ｔＰｐ（総移動距離Ｔｄでもよい）、最高速度Ｖｍ
、加速度係数Ａ。が与えられたとき、第１図に示す制御
曲線に沿った制御が可能かどうか判断する。即ち３要索
をメインコントローラ１２（例えばホストコンピュータ
、シーケンサ、キーボード）より指令し、次いでモータ
制御回路１１が該指令要素のＶｍ、Ａｃから実際の制御
を可能とする加速側＃Ｉを第１テーブル（別表）より選
択し、これを総移動距離の＋と比較する。この意味は次
の通りである。

第１図の制御曲線において、定速（最高速度）期間を０
（即ち、加速及び減速期間のみ）としたとき、総移動距
離の＋は当初の指令値での加速距離となるから、これ全
第１チーフルから求めた加速距離ｄ。とその大小を比較
し、前者が犬のときはモータの制御が可能、即ち可動体
１を指令した加速度係数で加速しかつ指令した最高速度
まで達することが可能（１０） となり、逆に総移動距離の士が加速距離より小さいとき
は、指令した加速係数で加速すると加速期間が終了する
前に指令最高速度に達しモータの制御ができない。

そこで指令した３要素のうち最高速度についてその値全
減少させ、制御可能となるとき実例にて説明する。例え
ばＴｄ＝ＩＱｍｍ。

Ｖｍ＝１４０ｍｍ／ｓｅｃ、　Ａｃ＝１６００００１１
１／５ｅｅ３とすると、加速距離ｄ。は第１テーブル（
別ｄ 表）より４１４３市と求まり、　　（＝５ｍｍ）と比較
すると５＞４．１４３となｐ指令最高速度まで動作可能
なパターンとなる。

またＴａ　＝　０．５ｍｍ、　Ｖｍ＝＝　１４０ｍｍ／
ｓｅｃ。

Ａｃ　＝　１６００００ｍｍ／５ｅｃ３とすると、０．
２５＜４．１４３となりＶｍ　＝　’２０　ｍｉｘ　／
　ｓｅｃまで減少させて動作可能なパターンとなる。第
４図はこれら２つの実施例Ｃ二おける速度制御曲線を示
す。

第２ステツプ　〔加速サイクルＰ１（第４図参照）〕 加速サイクルとは移動距離が加速距離以上になるまでの
期間である。以下第３図に基いて説明する。

このサイクルでは、現在位置を入力し初期位置（動作前
）との差を算出しくこの値ヲｄＸとする）、これに第１
ステツプで求めた移動この結果に先取り量を乗する）（
この値ヲｙとする）、第２テーブル（第５図参照）のア
ドレス情報（移動距離）とする。

次にアドレスよりデータ（速度）ｖｙＴｈ読み、これ（
二鎖１ステップで求めた速度比□を乗じてモータへの実
制御値ｖｘ　ｆ求め、これを出力する（モータはこの実
制御値が与えられると回転を始め、位置が変化する）。

以上の操作を繰り返すことによりモータは徐々Ｃ二加速
し、最高速度まで達する。

第３ステツプ　〔最高速度サイクルＰ２〕最高速度サイ
クルとは移動距離が加速距離以上になった後のサイクル
であり、モータへは加速距離になった時の速度指令を出
力しつづける。

第４ステツプ　〔減速サイクルＰ３〕 減速サイクルとは現在位置と目標位置との差が加速距離
以下となった後の期間をいう。

このサイクルでは現在位置と目標位置との差を算出し、
この残り距離を位置データとして使用する。つまりこの
残り距離を加速サイクルでの移動距離と考えモータへの
指令値を求める。以上の操作を繰返すことによりモータ
は徐々に減速し目標値に近づく。

第５ステツプ　〔最終サイクルＰ、　］最終サイクルと
は、現在位置が目標位置に近づいた時の期間である。

このサイクルとは、目標位置の手前で停止してしまった
場合の積分制御（速度比を徐々に増加させ指令値を大き
くする）や、目標位置（二連した場合の発振防止（速度
比全減少さく１３） せる）を行なう。

また目標位置（二連すると、終了信号をメインコントロ
ーラ（−送り、目標位置に制御しながら次の指令待ちと
なる。

以上本願に係るモータの制御方法の構成につき詳説した
が、その構成から次のような特有の効果が奏する。

即ち、本発明方法Ｉｎよれば、可動体の位置速度等の制
御は基準となる制御曲線と逐次比較して実際の制御指令
値を得てなされるから、基準曲線と該曲線について指令
値をパラメータとして求めた比例定数を予め求めておけ
ば、所与の指令値について実制御曲線をえかくことがで
きる。

従って基準制御曲線として、第１図のような指令曲線ケ
採用すれば、可動体の停止時の振動は極めて小さくする
・ことができる。

また本発明方法を実現する装置では、基準曲線と、前記
比例定数とをテーブル化し、そのデータｋＲＯＭとして
格納しておけばよく、（１４） 後はコンピュータを使用してシステム化することが容易
であるから、小型かつ簡素なものとなる。

さらに本発明の方法を実施する装置Ｃ二おいては、従来
のディジタルサーボ機構において必要とされた、メイン
コントローラとディジタル制御部との間に接続するパル
ス発生を省略でき、装置は簡素化される。

（１５） 別　　表 （１６）

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は本発明
で採用した制御曲線を示し、第２図は本発明方法を実施
するための装置の一例を示し、第３図は加速サイクルで
の基準速度制御曲線と算出実制御曲線を示し、第４図は
実例の２つについての実制御曲線を示し、第５図は第２
テーブル（基準曲線で表示）を示し、第６図は第２図の
装置を実施するためのプログラムのフローチャートを示
す。 （１７）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　可動体の、駆動モータ金制御して該可動体の移動
   距離、移動速症等を制御する制御方法に於いて、まず制
   御要素の所与の指令値において該可動体全加速始動させ
   うるか否か判別し、加速始動させうる場合は該指令値の
   まま、そうでない場合は少なくともｌの制御要素につい
   てその指令値を可変して該可動体を加速始動させうる指
   令値を得、次いで予め基準制御曲線（二ついて指令値を
   パラメータとして求めた比例定数から前記加速始動させ
   うる指令値に対応する比例定数を求め、次いで該比例定
   数と前記基準制御曲線の各制御指令値とを逐次比較して
   実際に可動体を制御する実制御指令値金得、これ（二よ
   って可動体の、駆動モータを制御す（１） るようにした、可動体の位置決め制御方法。 ２　可変させる指令要素を最高速度とした、特許請求の
   範囲第１項記載の制御方法。 ３゜・比例定数を、移動距離比と速度比とした、特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の制御方法。