JPS60118818A - High-speed positioning device for stage - Google Patents

High-speed positioning device for stage

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Publication number
JPS60118818A
JPS60118818A JP22634583A JP22634583A JPS60118818A JP S60118818 A JPS60118818 A JP S60118818A JP 22634583 A JP22634583 A JP 22634583A JP 22634583 A JP22634583 A JP 22634583A JP S60118818 A JPS60118818 A JP S60118818A
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JP
Japan
Prior art keywords
stage
pulses
motor
command
target position
Prior art date
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Pending
Application number
JP22634583A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuaki Saeki
和明 佐伯
Aiichi Ishikawa
愛一 石川
Noriyoshi Hashimoto
橋本 憲慶
Koichi Kudo
浩一 工藤
Kuniyuki Yoshikawa
吉川 邦行
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Nippon Kogaku KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp, Nippon Kogaku KK filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPS60118818A publication Critical patent/JPS60118818A/en
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/24Base structure
    • G02B21/26Stages; Adjusting means therefor

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable smooth stopping of a stage in a target position by making the driving voltage of a DC motor zero just before the target position of the stage by a prescribed extent then driving the motor at a low speed until the stage arrives at the target position. CONSTITUTION:When the coordinate position of a stage 3 is instructed from an instructing device 2, a microcomputer 1 calculates the number N of pulses corresponding to the moving distance of the stage 3. A control signal for the number of pulses is then inputted to a pulse generator 5 so that the command pulses of the number N' smaller by a constant than the number N are outputted. A DC motor 10 begins to run and maintains the max. speed until the command pulses are inputted by the number N'. When the number of feedback pulses to a deviation counter 7 approaches to N', the speed of the motor 10 decreases and when said number attains N', the driving voltage is zero. The microcomputer 1 controls thereafter the command pulse generator so as to bring the stage to the target position. The stages stops smoothly in the target position.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、直流モーターによるステップ駆動法を用いた
ステージの高速位置決め装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a high-speed stage positioning device using a step drive method using a DC motor.

(発明の背景) 直流モータによるステップ駆動法を用いたステージの駆
動装置fは、顕微鏡等のステージの移動距離に応じた数
の指令パルスを偏差カウンタの一人)J端子に人力し、
該偏差カウンタの個入力端子に直流モーターの回転軸に
結合したロータリーエンコーダからのフィードバックパ
ルスを入力せしめ。
(Background of the Invention) A stage drive device f using a step drive method using a DC motor manually inputs a number of command pulses corresponding to the moving distance of a stage of a microscope or the like to the J terminal of a deviation counter.
Feedback pulses from a rotary encoder connected to the rotating shaft of the DC motor are input to the individual input terminals of the deviation counter.

偏差カウンタの出力をデジタル・アナログ変換器(以下
、D/A変換器と称す)にてアナログ信号に変換した後
、増幅器等を介して直流モーターを駆動する如き構造の
ものであった。従って、偏差カウンタめ出力は、指令パ
ルス数とフィード・;ツクパルス数の減算された値とな
る。そして1両者の値が等しくなると出力は零となり、
D、/A変換器の出力も零となって直流モーターは停止
する。
The structure was such that the output of the deviation counter was converted into an analog signal by a digital-to-analog converter (hereinafter referred to as a D/A converter), and then a DC motor was driven via an amplifier or the like. Therefore, the output of the deviation counter is a value obtained by subtracting the number of command pulses and the number of feed pulses. 1When the two values are equal, the output becomes zero,
The outputs of the D and /A converters also become zero, and the DC motor stops.

すなわち、直流モーターは指令パルスの数だけフイード
バックパルスが生じたところで停止する。
That is, the DC motor stops when the number of feedback pulses equal to the number of command pulses has been generated.

そこで、ステージは所定距離移動することになる。Therefore, the stage will move a predetermined distance.

ところが、上述の如き従来の駆動装置の高速位置決め装
置では、ステージの移動距離に応じた数の指令パルスを
入力し、その量だけモーターを回転する構造であるため
に、減速がスムーズに行なわれず、目標位置を越えて直
流モーターが回転してしまい、その場合には指令パルス
よシフイードバックパルスが多くなシ、その結果偏差カ
ウンタの出力の符号が逆転してしまうことで直流モータ
ーが逆回転してしまい、目標位置を挾んで過渡応答をし
たシ、最悪の場合には発振してしまうという欠点があっ
た。
However, in the conventional high-speed positioning device of the drive device as described above, the number of command pulses corresponding to the moving distance of the stage is input and the motor is rotated by that amount, so deceleration is not performed smoothly. If the DC motor rotates beyond the target position, there will be more shift back pulses than command pulses, and as a result, the sign of the deviation counter output will be reversed, causing the DC motor to rotate in the opposite direction. In the worst case, the method has the disadvantage of causing transient response when the target position is not reached, and in the worst case, oscillation.

(発明の目的) 本発明は、上述の如き従来のステップ駆動法の欠点を除
去し、ステージ・を目標位置にスムーズに停止させるこ
とのできるステージの高速位置決め装置を提供すること
を目的とする。
(Object of the Invention) An object of the present invention is to provide a high-speed stage positioning device that can eliminate the drawbacks of the conventional step drive method as described above and can smoothly stop the stage at a target position.

(実施例) 第1図は顕微鏡のステージを位置決めするための一実施
例のブロック図である。
(Embodiment) FIG. 1 is a block diagram of an embodiment for positioning the stage of a microscope.

マイクロコンピュータ1には、指示装置2からのステー
ジ3の座標位置を指示する信号と、ロータリーエンコー
ダ4からの回転方向信号と、パルマイクロコンピュータ
1はこれらの入力信号から後述のフローチャートに従っ
て、パルス発生器5の出力する指令パルスの数と、D/
A変換器8のゲインどを制御する。パルス発生器5は、
マイクロコンピュータ1からのパルス数コントロール信
号によって、対応した数のパルスを所定周波数で出力す
る如く制御される。
The microcomputer 1 receives a signal indicating the coordinate position of the stage 3 from the indicating device 2 and a rotation direction signal from the rotary encoder 4, and the pulse microcomputer 1 receives a pulse generator from these input signals according to the flowchart described later. The number of command pulses outputted by 5 and D/
The gain of the A converter 8 is controlled. The pulse generator 5 is
It is controlled by a pulse number control signal from the microcomputer 1 to output a corresponding number of pulses at a predetermined frequency.

偏差カウンタ7は、パルス発生器5から入力されたパル
ス数を基準とし、ロータリーエンコーダ4から人ノfさ
れるフィードバックパルス数を加減算する。J)/A変
換器8は、偏差カウンタ7の計数パルスに対応したアナ
ログ信号を出力する。このアナログ信号・は増幅器9を
介して直流モーターlOを回転せしめる。直流モーター
lOの軸にはリードねじが結合されており、このリード
ねじにステージ3のナツトを螺合することによって、直
流モーター10の回転をステージ3の直線移動に変換す
ることができる。直流モーター1oの回転軸にはロータ
リーエンコーダ40回転軸が結合しており、その結果、
ロータリーエンコーダ4から出力サレルハルス(フィー
ドバックパルス)ノ数はステージ3の移動量に対応して
いることになる。
The deviation counter 7 adds or subtracts the number of feedback pulses input from the rotary encoder 4 based on the number of pulses input from the pulse generator 5. The J)/A converter 8 outputs an analog signal corresponding to the count pulses of the deviation counter 7. This analog signal causes the DC motor IO to rotate via the amplifier 9. A lead screw is coupled to the shaft of the DC motor IO, and by screwing the nut of the stage 3 onto this lead screw, rotation of the DC motor 10 can be converted into linear movement of the stage 3. A rotary encoder 40 rotation axis is connected to the rotation axis of the DC motor 1o, and as a result,
The number of Salerhals (feedback pulses) output from the rotary encoder 4 corresponds to the amount of movement of the stage 3.

ロータリーエンコーダ4からは周知の如く回転方向信号
(右回転、左回転)を取シ出すことができる。o −夕
IJ−x 7コーダ4のフィードバックパルスは上述の
如く、偏差カウンタ7の個入力端子に入力されると共に
座標カウンタ6にも入力され。
As is well known, a rotation direction signal (clockwise rotation, counterclockwise rotation) can be extracted from the rotary encoder 4. o - IJ-x 7 The feedback pulse of the coder 4 is input to the input terminal of the deviation counter 7 and also to the coordinate counter 6 as described above.

ステージ3の座標値が測定される如く成うている。It is configured such that the coordinate values of stage 3 are measured.

次に、第2図に示したマイクロコンピュータ1のフロー
チャート及び直流モーター1oの速度曲線である第3図
を参照しつつ第1図の動作を説明する。
Next, the operation shown in FIG. 1 will be explained with reference to the flowchart of the microcomputer 1 shown in FIG. 2 and FIG. 3, which is a speed curve of the DC motor 1o.

初めにステージ3を初期設定した後、座標カウンタ6を
リセットし、指示装置2からステージ3の座標値ft(
ステージ上に定めた座標のうち例えば観察光軸が交叉す
る座標)を指示すると、マイクロコンピュータ1はステ
ージ3の移動距離に対応したパルス数Nを演算1シ(ス
テップ20)、パルス発生器5よシパルス数Nより定数
aだけ少ない数N’(二N−a)の指令パルスが出力さ
れるよウニ、パルス発生器5にパルス数コントロール信
号を人力せしめる(ステップ21)。パルス発生器5の
指令パルス数が数N′になると(ステップ22)。
After initializing the stage 3, the coordinate counter 6 is reset, and the coordinate value ft(
When the microcomputer 1 specifies the coordinates set on the stage (for example, the coordinates where the observation optical axes intersect), the microcomputer 1 calculates the number of pulses N corresponding to the moving distance of the stage 3 (step 20), and the pulse generator 5 A pulse number control signal is manually applied to the pulse generator 5 so that a number N' (2N-a) of command pulses which is smaller than the number N of pulses by a constant a is outputted (step 21). When the number of command pulses of the pulse generator 5 reaches the number N' (step 22).

ロータリーエンコーダ4からの回転方向信号からエンコ
ーダの回転方向を判断する(ステップ23)。
The rotational direction of the encoder is determined from the rotational direction signal from the rotary encoder 4 (step 23).

直流モーター10は、指令パルスの所定数のパルスによ
って回転を始め、最高速度Vsに達し、以後、偏差カウ
ンタ7に入力される指令パルスとフィードバックパルス
は、バランスがとれるから。
The DC motor 10 starts rotating with a predetermined number of command pulses, reaches the maximum speed Vs, and thereafter the command pulses and feedback pulses input to the deviation counter 7 are balanced.

指令パルスが数N′大入力れるまで直流モータ10は最
高速度を維持する。この様子を第3図に示した。
The DC motor 10 maintains the maximum speed until a command pulse of several N' is input. This situation is shown in Figure 3.

第;3図で横軸nはフィードバックパルス数、縦軸Vは
直流モーター10の速度でおる。フィードバックパルス
の数がN′に近づいていくと、偏差カウン4シ タ7の計数パルスの数は最高速v8を維持するに必要な
パルス数から除々に減少するから、直流モーター10の
速度は減少していく。そして、フィードバンクパルス数
がN′になると直流モーター10の駆動電圧は零になる
が、慣性のために直流モーターlOは指令パルスの数N
′に対応する座標位置を行きすぎる。その結果、今度は
逆に、フィードバックパル亥の数が数N′よシも増えよ
うとするから、偏差カウンタ7の計数パルス数は負にな
シ。
In FIG. 3, the horizontal axis n represents the number of feedback pulses, and the vertical axis V represents the speed of the DC motor 10. As the number of feedback pulses approaches N', the number of pulses counted by the deviation counter 4 gradually decreases from the number of pulses required to maintain the maximum speed v8, so the speed of the DC motor 10 decreases. To go. When the number of feed bank pulses reaches N', the driving voltage of the DC motor 10 becomes zero, but due to inertia, the DC motor lO
The coordinate position corresponding to ′ is overstepped. As a result, the number of feedback pulses increases by N', so the number of pulses counted by the deviation counter 7 becomes negative.

直流モーター10は逆回転を始めるような駆動電圧が印
加されるようになる。そして、直流モーター10が逆回
転を始めた瞬間をロータリーエンコーダ4の回転方向信
号によって検知したマイクロコンピュータ1は、D/A
変換器8のゲインを1から零にする如くゲインコントロ
ール信号を制御する(ステップ24)。次に、マイクロ
コンピュータ1は偏差カウンタ7の計数パルス数の正負
を判断しくステップ25)、正であればD/A変換器6
のゲインを1に戻す(ステップ26)。負であれば、偏
差カウンタ7の計数パルス数が正になるまで、パルス発
生器5よシ指令パルスを偏差カウンタ7に人力する(ス
テップ27)。偏差カウンタ7の計数パルス数が正にな
ると、ステップ26に進み、パルス発生器5が指令パル
スを数べだけ111ノ月−1A=か否かを判断しくステ
ップ28)、指令パルスが数Nだけ出力されていなけれ
ば指令パルスが数Nだけ出力されるようにパルス発生器
5を制御しくステップ29)、指令パルスの数がNにな
ると、座標カウンタ6の値と、指示装置2の座標値(W
とが一致したか否かを判断する(ステップ3oL一致L
7ていれば位置決めは完了し、一致1、ていなければ何
らかのトラブルがあ一つたとして不図示の警報器等によ
って警告を行なう(ステップ31)。
A drive voltage is applied to the DC motor 10 so that it starts rotating in reverse. Then, the microcomputer 1 detects the moment when the DC motor 10 starts rotating in the reverse direction using the rotation direction signal of the rotary encoder 4.
The gain control signal is controlled so as to change the gain of the converter 8 from 1 to 0 (step 24). Next, the microcomputer 1 determines whether the number of pulses counted by the deviation counter 7 is positive or negative (step 25), and if it is positive, the D/A converter 6
The gain of is returned to 1 (step 26). If it is negative, the pulse generator 5 manually inputs command pulses to the deviation counter 7 until the number of pulses counted by the deviation counter 7 becomes positive (step 27). When the number of pulses counted by the deviation counter 7 becomes positive, the process proceeds to step 26, where the pulse generator 5 determines whether or not the number of command pulses is 111 months - 1A=N (step 28), where the number of command pulses is equal to the number N. If not, the pulse generator 5 is controlled so that the number N of command pulses is output (step 29). When the number of command pulses reaches N, the value of the coordinate counter 6 and the coordinate value of the indicating device 2 (step 29) are controlled. W
(Step 3oL match L)
If it is 7, the positioning is completed, and if it is not a match 1, some kind of trouble has occurred and a warning is given by an alarm (not shown) or the like (step 31).

このようにして指示装置2に設定した座標位置に正確に
位置決めされてステージは停止する。この停止位置から
他の座標位置にステージを移動させたければ、その座標
位置を指示装置によって指示スれば、マイクロコンピュ
ータ1は座標カウンタ6からの絶対座標値を入力してい
るから、前者の座標位置から後者の座標位置にステージ
を移動させるためのパルス数Nをステップ20にてめる
ことができる。それ以後の動作は第2図と全く同じであ
る。
In this way, the stage is accurately positioned at the coordinate position set on the pointing device 2 and stopped. If you want to move the stage from this stop position to another coordinate position, you can specify that coordinate position using the indicating device. The number N of pulses for moving the stage from this position to the latter coordinate position can be determined in step 20. The subsequent operations are exactly the same as in FIG.

また9以上の説明は、−次元のステージの場合にそのt
ま当てはまるが、二次元のステージ、すなわちいわゆる
X−Yステージにおいても同様に行なうことができる。
In addition, the explanation for 9 or more is that in the case of a -dimensional stage, the t
However, it is also possible to perform the same operation on a two-dimensional stage, that is, a so-called XY stage.

その場合には、マイクロコンピュータ1が第2図のステ
ップ20で、X方向へのパールス数NxとY方向へのパ
ルス数NYとを各々求め、tずX方向ステージについて
第2図のステップ22からステップ30までを行ない、
その後Y方向ステージにおいて同様に行なえば良い。
In that case, the microcomputer 1 calculates the number of pulses Nx in the X direction and the number NY of pulses in the Y direction in step 20 of FIG. Do up to step 30,
After that, the same process may be performed on the Y-direction stage.

さらに、D/A変換器8のゲインをコントロールする代
わシに、増幅器9のゲインをコントロールしても良く、
マた。ロータリーエンコーダ4の代わシに、ステージ3
の移動量を直接読み取るリニアエンコーダ等を用いても
同様の結果を得ることは明らかである。
Furthermore, instead of controlling the gain of the D/A converter 8, the gain of the amplifier 9 may be controlled,
Mata. In place of rotary encoder 4, stage 3
It is clear that similar results can be obtained by using a linear encoder or the like that directly reads the amount of movement.

(発明の効果) 以上述べた如く本発明によれば、ステップ駆動法を用い
たステージの高速位置決め装置において。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, there is provided a high-speed stage positioning apparatus using a step drive method.

目標位置に達したことを検出して直流モーターにブ1/
−ギをかけるのでは、なく、目標位置の所定量手前で直
流モーターの駆動電圧を零とし、その後目標位置まで低
速で駆動しているので、過渡応答を最小限に抑えること
ができ、目標位置にスムーズに停止させることのできる
ステージの高速位置決め装置を得ることができる。
Detects that the target position has been reached and sends a signal to the DC motor.
-Rather than applying power, the drive voltage of the DC motor is set to zero a predetermined amount before the target position, and then the motor is driven at low speed to the target position, so transient response can be minimized and the target position Therefore, it is possible to obtain a high-speed stage positioning device that can smoothly stop the stage.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の第1実施例のブロック図、第2図は第
1図で用いられるマイクロコンピュータ1のフローチャ
ート、第3図は第1図で用いられる直流モーター10の
速度カーブを示す図、である。 ′(主要部分の符号の説明) 1・・・・・・マイクロコンピュータ、3・・・・・・
スf’/+4・・・・・・ローp リーエンコータ。 5・・・・・・パルス発生!+ 7・・・・・・偏差カウンタ。 8・・・・・・D/A変換器。 10・・・・・・直流モーター。 出願人 日本光学工業株式会社 代理人渡辺隆男 第1 図 」−2図
FIG. 1 is a block diagram of the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart of the microcomputer 1 used in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing the speed curve of the DC motor 10 used in FIG. 1. , is. '(Explanation of symbols of main parts) 1...Microcomputer, 3...
f'/+4...Low encoder. 5...Pulse occurs! + 7... Deviation counter. 8...D/A converter. 10...DC motor. Applicant Nippon Kogaku Co., Ltd. Agent Takao Watanabe Figure 1-2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ステージと、該ステージの所定移動量毎にフィードバッ
クパルスを出力するエンコーダ手段と。 前記ステージの移動量に対応した指令パルスを出力する
指令パルス発生器と、前記フィードバックパルスと前記
指令パルスの差が零になることに応−シ じて前記ステージを駆動するための直流モータの駆動電
圧を零にする如き駆動手段と、を有するステージの高速
位置決め装置において。 前記ステージの所望の移動量よシも所定数少ない指令パ
ルスを出力する如く前記指令パルス発生器を制御し、前
記フィードバックパルスの符号が変化した時点で前記直
流モーターの駆動電圧を零にし、その後、前記ステージ
の所望の移動量になるように指令パルスを追加する如く
前記指令パルス発生器を制御するマイクロコンピュータ
を設けたことを特徴とするステージの高速位置決め装置
[Claims] A stage, and an encoder means for outputting a feedback pulse every predetermined movement amount of the stage. a command pulse generator that outputs a command pulse corresponding to the amount of movement of the stage; and a DC motor for driving the stage in response to a difference between the feedback pulse and the command pulse becoming zero. A high-speed positioning device for a stage, comprising a driving means for reducing voltage to zero. The command pulse generator is controlled to output a predetermined number of command pulses corresponding to the desired movement amount of the stage, and when the sign of the feedback pulse changes, the driving voltage of the DC motor is made zero, and then the 1. A high-speed positioning device for a stage, comprising a microcomputer that controls the command pulse generator so as to add command pulses so as to achieve a desired movement amount of the stage.
JP22634583A 1983-11-30 1983-11-30 High-speed positioning device for stage Pending JPS60118818A (en)

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