JPS62136341A - 精密位置決め装置 - Google Patents
精密位置決め装置Info
- Publication number
- JPS62136341A JPS62136341A JP27694685A JP27694685A JPS62136341A JP S62136341 A JPS62136341 A JP S62136341A JP 27694685 A JP27694685 A JP 27694685A JP 27694685 A JP27694685 A JP 27694685A JP S62136341 A JPS62136341 A JP S62136341A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- drive motor
- feed screw
- movable base
- rotary
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Machine Tool Positioning Apparatuses (AREA)
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。
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〕
この発明は１例えば半導体製造装置、測長器、工作機械
などで必要とされる超精密な位置決め機構に関するもの
である、 〔従来の技術〕 第６図、第４図は従来のＮＣ工作機械などの精密位置決
め装置の構成を示すブロック図である。
などで必要とされる超精密な位置決め機構に関するもの
である、 〔従来の技術〕 第６図、第４図は従来のＮＣ工作機械などの精密位置決
め装置の構成を示すブロック図である。
第３図において、（１）は扱制御対象となっている可動
台、（２）はこの可動台（１）を動かす送りネジ、（３
）はこの送りネジ（２）を回動させる駆動モータ、（４
）はこの駆動モータ（３）の回転角度を検出する回転検
出器、（５）はこの回転検出器（４）の出力をフィード
バック信号とするＮＣ装置、（６ンはこのＮＣ装置の出
力を増巾するサーボアンプであって、このサーボアンプ
（６）の出力は駆動モータ（３）に与えられ可動台（１
）の位置決めを行う。
台、（２）はこの可動台（１）を動かす送りネジ、（３
）はこの送りネジ（２）を回動させる駆動モータ、（４
）はこの駆動モータ（３）の回転角度を検出する回転検
出器、（５）はこの回転検出器（４）の出力をフィード
バック信号とするＮＣ装置、（６ンはこのＮＣ装置の出
力を増巾するサーボアンプであって、このサーボアンプ
（６）の出力は駆動モータ（３）に与えられ可動台（１
）の位置決めを行う。
上記第３図のような制御系はセミクローズトループ制御
と呼ばれ、駆動モータ（３）側に回転検出器（４）が取
付ゆられ、この信号をフィードバックしてサーボ制御を
行なうことによシ、可動台（１）の位置決めを行なう。
と呼ばれ、駆動モータ（３）側に回転検出器（４）が取
付ゆられ、この信号をフィードバックしてサーボ制御を
行なうことによシ、可動台（１）の位置決めを行なう。
この場合、サーボ系は送ジネジ等の機構部のガタや機械
共振系を含まないため、安定なサーボ制御が行なえる。
共振系を含まないため、安定なサーボ制御が行なえる。
次に第４図の従来例について説明する。図において、（
１）〜（３）と（５）、 （６）は第１図と同一のもの
である。（７）は可動台（１）の変位検出器でありこの
出力をＮＣ装置（５）にフィードバックしている。
１）〜（３）と（５）、 （６）は第１図と同一のもの
である。（７）は可動台（１）の変位検出器でありこの
出力をＮＣ装置（５）にフィードバックしている。
上記第４図で示すような制御系はクローズトループ制御
と呼ばね、可動台（１）の変位を変位検出器（７ンによ
り検出し、この信号をフィードバンクして行なうので、
高精度な位置決めが可能である。
と呼ばね、可動台（１）の変位を変位検出器（７ンによ
り検出し、この信号をフィードバンクして行なうので、
高精度な位置決めが可能である。
上記第６図の従来例において、フィードバック制御を行
なっているのは、１駆動モータ（３）までであり、可動
台（１）はオープンループ制御となジ、送りねじ（２）
すどの伝達機構のガタやねじれのため、高精度な位置決
めは期待できない。
なっているのは、１駆動モータ（３）までであり、可動
台（１）はオープンループ制御となジ、送りねじ（２）
すどの伝達機構のガタやねじれのため、高精度な位置決
めは期待できない。
又上記第４図の従来例においては、制御ループの中に伝
達機構のガタ、機械共振などを含むことになり、機構の
機械定数を充分把握して駆動系とのマンテングをはから
ないとサーボ系が不安定となる。また、機械特性のため
、サーボ系として応答を速くでさないとか、サーボ剛性
が低下するなどの問題がある。
達機構のガタ、機械共振などを含むことになり、機構の
機械定数を充分把握して駆動系とのマンテングをはから
ないとサーボ系が不安定となる。また、機械特性のため
、サーボ系として応答を速くでさないとか、サーボ剛性
が低下するなどの問題がある。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、機械特性の悪影響を除去し、応答性の良い高精度
な可動台の位置決め装置を得ることを目的とする。
ので、機械特性の悪影響を除去し、応答性の良い高精度
な可動台の位置決め装置を得ることを目的とする。
この発明に係る精密位置決め装置は、駆動モータ、送り
ネジ及び可動台によって構成される位置決め装置におい
て、上記送りネジの上記駆動モータ側と反駆動モータ側
の両側に回転位置を検出する検出器を設けろと共に、上
記可動台はこの可動台の変位を検出する検出器を設げ、
これらの検出器の信号にフィードバックゲインを乗じて
加え合せることにより駆動モータ制御信号を生成する制
御装置と、上記駆動モータ制御信号を増巾して上記駆動
モータを駆動するサーボアンプとを備えたものである。
ネジ及び可動台によって構成される位置決め装置におい
て、上記送りネジの上記駆動モータ側と反駆動モータ側
の両側に回転位置を検出する検出器を設けろと共に、上
記可動台はこの可動台の変位を検出する検出器を設げ、
これらの検出器の信号にフィードバックゲインを乗じて
加え合せることにより駆動モータ制御信号を生成する制
御装置と、上記駆動モータ制御信号を増巾して上記駆動
モータを駆動するサーボアンプとを備えたものである。
この発明においては、駆動モータに設けた送りネジを回
転すると可動台が移動する。この可動台にはこの可動台
の位置検出器が、又上記送りネジの一端と駆動モータを
介して送りネジの反対側にはこの送りネジの回転位置を
検出する回転位置検出器が設けｔあり、そねぞね、の検
出器の出力は制御装置の入力となり、こ〜でフィードバ
ックゲインを乗じて加算した値をサーボアンプの入力と
し。
転すると可動台が移動する。この可動台にはこの可動台
の位置検出器が、又上記送りネジの一端と駆動モータを
介して送りネジの反対側にはこの送りネジの回転位置を
検出する回転位置検出器が設けｔあり、そねぞね、の検
出器の出力は制御装置の入力となり、こ〜でフィードバ
ックゲインを乗じて加算した値をサーボアンプの入力と
し。
このサーボアンプによって増巾した出力によって上記駆
動モータを回動する。
動モータを回動する。
第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。
図において、（１）、 （２）、 （３）、 （６）は
従来の装置と全く同一のものである。（２ａ）は送りネ
ジ（２）の回転によって可動台（１）を移動させろため
可動台（１）に設けられたナンド部、（８ａ）は駆動モ
ータ（３）側に設け、駆動モータ（３）の回転位置を検
出する光学式のロータリエンコーダ、（８ｂ）はナツト
部（２ａ）を介して反対側の送りネジ（２）の端に設け
られ、この送りネジ（２）の回転位置を検出する光学式
のロータリエンコーダ、（９）は可動台（１）上に取付
けられ、レーザ干渉測長器（至）と組合わせることによ
り、可動台（１λの直線移動変位を高精度に検出する反
射ミラー、αηはエンコーダ（８ａ）、エンコーダ（８
ｂ）、レーザ干渉測長器αｑによって検出された変位信
号より駆動モータ制御信号ａ２を生るように構成されて
いる。
従来の装置と全く同一のものである。（２ａ）は送りネ
ジ（２）の回転によって可動台（１）を移動させろため
可動台（１）に設けられたナンド部、（８ａ）は駆動モ
ータ（３）側に設け、駆動モータ（３）の回転位置を検
出する光学式のロータリエンコーダ、（８ｂ）はナツト
部（２ａ）を介して反対側の送りネジ（２）の端に設け
られ、この送りネジ（２）の回転位置を検出する光学式
のロータリエンコーダ、（９）は可動台（１）上に取付
けられ、レーザ干渉測長器（至）と組合わせることによ
り、可動台（１λの直線移動変位を高精度に検出する反
射ミラー、αηはエンコーダ（８ａ）、エンコーダ（８
ｂ）、レーザ干渉測長器αｑによって検出された変位信
号より駆動モータ制御信号ａ２を生るように構成されて
いる。
次にこの動作について説明する。上記のように構成され
た精密位置決め装置においては、制御系は送りネジ系の
ばね剛性による共振系及び可動台（１）の剛性による共
振系を含んでいる。いま、駆動モータ（３）の回転角度
をθつ、回転角速度を〜、送りネジ（２ンのナンド部（
２ａ）の回転角度をθ。、回転と炎わすと、制御対象の
機械特性は下式の如（畏わされる。
た精密位置決め装置においては、制御系は送りネジ系の
ばね剛性による共振系及び可動台（１）の剛性による共
振系を含んでいる。いま、駆動モータ（３）の回転角度
をθつ、回転角速度を〜、送りネジ（２ンのナンド部（
２ａ）の回転角度をθ。、回転と炎わすと、制御対象の
機械特性は下式の如（畏わされる。
、Ｔ＝ＪＭ’Ｍ ・・・ 〔１
〕但し、Ｔ：駆動トルク、Ｊｍ：駆動モータイナーシギ
、ｔ：送りネジピッチ。
〕但し、Ｔ：駆動トルク、Ｊｍ：駆動モータイナーシギ
、ｔ：送りネジピッチ。
ＪＬ：送りネジ部イナーシャ、Ｍ：可動台質量、Ｋ１：
送りネジ部ばね剛性、 Ｋ２：可動台部ばね剛性、ｑ：送りネジ部活性係数、Ｃ
２；送９台部粘性係数 このような機械共振系を含む制御系は、そのすべての状
態変数をフィードバンクし、最適なフィードバックゲイ
ンを選択することにより、安定で良好な応答特性を持っ
た位置決めサーボ系を構成できる。
送りネジ部ばね剛性、 Ｋ２：可動台部ばね剛性、ｑ：送りネジ部活性係数、Ｃ
２；送９台部粘性係数 このような機械共振系を含む制御系は、そのすべての状
態変数をフィードバンクし、最適なフィードバックゲイ
ンを選択することにより、安定で良好な応答特性を持っ
た位置決めサーボ系を構成できる。
第２図は上記の位置決めサーボ制御を実現する制御装置
αηの構成ブロック図を示す。レーザ干渉副長器四によ
シ検出された可動台（１）の変位信号Ｘは、目標値Ｘｒ
と減算されて位置偏差信号ｘｅとなり、これを積分回路
（２）で積分して信号ａｘを生成する。
αηの構成ブロック図を示す。レーザ干渉副長器四によ
シ検出された可動台（１）の変位信号Ｘは、目標値Ｘｒ
と減算されて位置偏差信号ｘｅとなり、これを積分回路
（２）で積分して信号ａｘを生成する。
また変位信号Ｘは微分回路（６）により微分さね、速度
信号交を生成する。ロータリエンコーダ（８＆）は駆動
モータ（３）の回転角度θＭを検出する。またこ回転角
度θＭと反モータ側のロータリエンコーダ（８ｂ）から
の回転角度信号θ、及び可動台（１）の変ＵＸより、送
りネジ（２）のナンド部（２ａ）での回転角度θ。を下
式により演算して生成する。
信号交を生成する。ロータリエンコーダ（８＆）は駆動
モータ（３）の回転角度θＭを検出する。またこ回転角
度θＭと反モータ側のロータリエンコーダ（８ｂ）から
の回転角度信号θ、及び可動台（１）の変ＵＸより、送
りネジ（２）のナンド部（２ａ）での回転角度θ。を下
式により演算して生成する。
θｏ＝（θ「」〕×τ十〇 ・・・〔４〕（１１Ｌ、
Ｌ：ロータリエンコーダ８ａとロータリエンコーダ８ｂ
の間の距離 また、θＤを微分回路αＱで微分して送りネジナンド部
の回転角速度らを生成する。以上の状態量よって求めた
最適なフィードバークゲインＡ１〜Ａ、を乗算回路（１
７ａ）〜（１７ｇ）で乗算し、加算回路（至）でこれら
を加算することによシ、目標値Ｘｒに追従するための最
適な駆動モータ制御信号を生成する。
Ｌ：ロータリエンコーダ８ａとロータリエンコーダ８ｂ
の間の距離 また、θＤを微分回路αＱで微分して送りネジナンド部
の回転角速度らを生成する。以上の状態量よって求めた
最適なフィードバークゲインＡ１〜Ａ、を乗算回路（１
７ａ）〜（１７ｇ）で乗算し、加算回路（至）でこれら
を加算することによシ、目標値Ｘｒに追従するための最
適な駆動モータ制御信号を生成する。
また、機械系のばね定数は、可動台（１）の位置によっ
て変動することが考えられる。このばね定数の変動量が
少ない場合は、動作開始時に最適なフィードバックゲイ
ンＡ、〜Ａ、を乗算回路（１７ａ）〜（１７ｇ）に一度
設定するだけでよい。
て変動することが考えられる。このばね定数の変動量が
少ない場合は、動作開始時に最適なフィードバックゲイ
ンＡ、〜Ａ、を乗算回路（１７ａ）〜（１７ｇ）に一度
設定するだけでよい。
上記ばね定数の変動量が大さい場合には、可動台（１）
の位置に応じた最適フィードバックゲインの組合わせを
あらかじめ数種類計算で求めて、記憶回路−に格納して
おく。動作開始後はゲイン切替回路（６）により、可動
台（１）の変位信号Ｘに応じてそこねにより、制御装置
α復は可動台（１）の立置にかかわらず、常に最適な駆
動モータ制御信号へ２を生成することができる。
の位置に応じた最適フィードバックゲインの組合わせを
あらかじめ数種類計算で求めて、記憶回路−に格納して
おく。動作開始後はゲイン切替回路（６）により、可動
台（１）の変位信号Ｘに応じてそこねにより、制御装置
α復は可動台（１）の立置にかかわらず、常に最適な駆
動モータ制御信号へ２を生成することができる。
なの、上記制御装［ｆｆＣＬηの処理は、簡単な加減乗
除及び微分積分回路であり、オペア゛ンブ回路（演算増
巾回路）とディジタルＩＣを組合わせることにより、容
易に実現できる。また、マイクロコンピュータによるプ
ログラム処理で実現しても良い。
除及び微分積分回路であり、オペア゛ンブ回路（演算増
巾回路）とディジタルＩＣを組合わせることにより、容
易に実現できる。また、マイクロコンピュータによるプ
ログラム処理で実現しても良い。
上記実施例では回転検出手段として光学式のロータリエ
ンコーダ（８ａ）、（８ｂ）を用いた例を示したが、レ
ゾルバ、磁気式エンコーダなど回転角度を検出できろも
のであれば良く、同様の効果を奏する。また直線変位検
出手段としてレーザ干渉測長器αｑを用いたが、リニア
スケール、マグネスケールなどを用いても良い。
ンコーダ（８ａ）、（８ｂ）を用いた例を示したが、レ
ゾルバ、磁気式エンコーダなど回転角度を検出できろも
のであれば良く、同様の効果を奏する。また直線変位検
出手段としてレーザ干渉測長器αｑを用いたが、リニア
スケール、マグネスケールなどを用いても良い。
また、上記実施例では直線位置決め機構の場合を示した
が、回転位置決め機構においても同様の構成により、同
様の効果を奏する。
が、回転位置決め機構においても同様の構成により、同
様の効果を奏する。
この発明は、以上説明したように、駆動モータ、送りね
じ、可動台の変位をそねぞね検出してフィードバックす
ることにより、機構によるガタや共振などの悪影響を除
去し、応答性の良い安定なサーボ系が構成でき、長変泣
に亘石高精度な精密位置決めが実現でさるという効果が
ある。
じ、可動台の変位をそねぞね検出してフィードバックす
ることにより、機構によるガタや共振などの悪影響を除
去し、応答性の良い安定なサーボ系が構成でき、長変泣
に亘石高精度な精密位置決めが実現でさるという効果が
ある。
第１−はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はどの発明の一実施例の制御装置の処理を説明する制御
回路のブロック図、第３図は従来のＮＣ装置におけるセ
ミクローズド・ループ制御のブロック図、第４図は従来
のＮＣ装置におけるクローズトループｌ１３１１御のブ
ロック図である。 図において（１）は可動台、（２）は送９ネジ、（３）
は駆動モータ、（６）はサーボアンプ、（８ａ）、（８
ｂ）はロータリエンコーダ、（９）は反射ミラー、αｑ
はレーザ干渉測長器、αυは制御装置、（２）は駆動モ
ータ制御信号である。 なお各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 弁理士 佐 藤 正 年 １ ；可市ケ台 ９：及身丁
ミラー２：痙二・ノ）ジ° １ｏ：し
−プ゛子閂Ｉ暢１長」−８ａ：口−７リエシコ−７°１ ８ｂ：ローグリエニコータ゛
はどの発明の一実施例の制御装置の処理を説明する制御
回路のブロック図、第３図は従来のＮＣ装置におけるセ
ミクローズド・ループ制御のブロック図、第４図は従来
のＮＣ装置におけるクローズトループｌ１３１１御のブ
ロック図である。 図において（１）は可動台、（２）は送９ネジ、（３）
は駆動モータ、（６）はサーボアンプ、（８ａ）、（８
ｂ）はロータリエンコーダ、（９）は反射ミラー、αｑ
はレーザ干渉測長器、αυは制御装置、（２）は駆動モ
ータ制御信号である。 なお各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 弁理士 佐 藤 正 年 １ ；可市ケ台 ９：及身丁
ミラー２：痙二・ノ）ジ° １ｏ：し
−プ゛子閂Ｉ暢１長」−８ａ：口−７リエシコ−７°１ ８ｂ：ローグリエニコータ゛
Claims (2)
- （１）駆動モータ、送りネジ及び可動台によって構成さ
れる位置決め装置において、上記送りネジの上記駆動モ
ータ側と反駆動モータ側の両側に回転位置を検出する検
出器を設けると共に、上記可動台はこの可動台の変位を
検出する検出器を設け、これらの検出器の信号にフィー
ドバックゲインを乗じて加え合せることにより駆動モー
タ制御信号を生成する制御装置と、上記駆動モータ制御
信号を増巾して上記駆動モータを駆動するサーボアンプ
とを備えたことを特徴とする精密位置決め装置。 - （２）フィードバックゲインは、可動台の変位に応じて
可変できる装置を備えたことを特徴とする特許請求範囲
第１項記載の精密位置決め装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27694685A JPS62136341A (ja) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | 精密位置決め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27694685A JPS62136341A (ja) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | 精密位置決め装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62136341A true JPS62136341A (ja) | 1987-06-19 |
Family
ID=17576616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27694685A Pending JPS62136341A (ja) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | 精密位置決め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62136341A (ja) |
-
1985
- 1985-12-11 JP JP27694685A patent/JPS62136341A/ja active Pending
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