JPS62171013A - 位置決め制御装置 - 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】 ［発明の属する分野１ 本発明は、ステップアンドリピート型露光装置やＩＣホ
ンダ等の半導体製造装置、産業用ロボットおよびＮＣ工
作機械等における可動体の位置決め制御ＩＶｉ置に関し
、特に、負荷の変動や摺動部の摩擦力変化等の外乱の影
響を補正し、短時間に定常位置偏差なく位置決めでき、
かつ位置決め方向による定常位置偏差の差をなくするこ
とを可能とした位置決め制御装置に関する。

［従来技術の説明］ 従来、この種の可動体の位置決め制御装置の制御回路は
、第２０図のように構成されている。また、一般に、可
動体の位置決めは、第２１図の実線Ａのような基準目標
曲線に従って行なわれる。

第２１図において、ａ−ｅまでが速度制御区間であり、
可動体が位置決め目標位Ｗ１（停止目標位置）近傍に達
する点ｅで位置制御に切換えて最終的な位置決めを行な
っている。同図において、ａは加速開始点、ｂは最高速
度に達して定速駆動に移行する加速終了点、Ｃは減速開
始点、ｄは終速度に達する点すなわち減速終了点、ｅは
速度制御から位置制御への制御モード切換点、ｆは位置
決め完了点である。

第２０図において、速度制御モード時、アナログスイッ
チ６は速度指令用Ｄ／Ａ変換器２を選択し、速度関数発
生器１で、第２１図ａ−ｅのような基準速度曲線を作り
、Ｄ／Ａ変換器２で速度指令電圧を得る。増幅器７、モ
ータ８および速度検出器９の閉ループは速度フィードバ
ック制御による速度制御を行ない、Ｄ／Ａ変換器２から
の速度指令電圧に従った速度で可動体１０を移動する。

次に制御モード切換位Ｍｅにてより高精度に位置決めす
る位置制御モードに切換ねり、アナログスイッチ６は位
置偏差出力用Ｄ／Ａ変換器５を選択する。位置偏差カウ
ンタ４に始まるＤ／Ａ変換器５、増幅器７、モータ８、
可動体１０、位置検出器１１の閉ループは位置決めフィ
ードバック制御系を形成する。

このような構成では、増幅器７のゲインの調整誤差やド
リフト、またはｆ２！ｌｖＪ部の摩擦力の変化等の外乱
等により、減速終了位置ｄ（第２１図）から位置制御へ
の切換位置ｅまでの終速度の区間が第２１図の点線Ｂに
示すように長くなり、位置決めの時間を最短に安定良く
維持するのは困難であった。

また、このような装置の速度および位置の各制御系のル
ープゲインはそれぞれ一定であり、負荷の変動、摺動部
の１！ｊｔａ力の変化、または系の剛性の変化等の要因
により、あるいは制御系を不安定にしないためにはルー
プゲインを高く出来ない等の理由により、位置制御切換
時に撮動が起きたり、定常位置偏差（停止目標位置と実
際の停止位置との偏差）が大きい、位置および移動方向
により定常位置偏差の大きさが変化するという欠点があ
った。

［発明の目的１ 本発明の目的は、上述の従来形における問題点に鑑み、
位置決め制ｔｉｌｌ装置において、位置決め時間の短縮
を図ることにある。さらに、本発明は、定常位置偏差お
よび目標位置や移動方向による定常位置偏差の変化を減
少して位置決め精度の向上を図ることをさらなる目的と
する。

［実施例の説明］ 以下、本発明の詳細な説明する。

第１実施例 ここで、第２１図を参照して本発明の第１実施例の原理
を説明する。第２１図は、横軸を時間（１）軸として、
各時点における可動体１ｏの速度Ｖ（以下、速度曲線と
いう）およ、び位Ｑｘ（以下、動作曲線という）を表わ
したもので、Ａは設計時、製造時またはプログラムロー
ド時等、装置の位置決め動作前に予め設定されている基
準目標曲線、Ｂはサーボ制御誤差等により可動体の実速
度が曲線Ａとして設定された速度（基準速度）に一致し
なかった場合の実際の曲線例、Ｃは本発明に従って曲線
Ｂにおける減速開始点Ｃ′をｃ″に補正した場合の曲線
である。

基準目標曲線Ａ上の各点ａ〜ｆの座標は、それぞれ 加速開始点ａを位置ｘｏ、時刻ｔ。

加速終了点すを位置×１、時刻ｔ１ 減速ｕ（１始点Ｃを位置ｘ２、時刻ｔ２２減速終了ｄを
位置ｘ３　、時刻ｔ３ 制御モード切換点ｅを位置×４、時刻ｔ４位置決め完了
点ｆを位置Ｘ５　、時刻ｔ５とし、基準目標曲線Ａ上の
各点およびその座標に対応する曲線Ｂ（従来例）および
曲線Ｃ（本発明）上の各点およびその座標にはそれぞれ
　′および″を付して表わすものとする。また、 制御モード切換時の位置偏差をｐ、 減速開始の目標とする位置偏差をｒ１ 減速終了となるべき理論的な位置偏差をｑとする。これ
らの偏差ｐ、ｒ、　ｑは各々一定の値である。ざらに、
ここでは、加速時間ｔ、−ｔ。

を一定、減速時間もｔ３−ｔ２−ｔ３′−ｔ２ｔ＝　ｊ
　３Ｊｒ　−ｊ　２”＝一定とする。

ところで、この種の位置決め制ｍ＋装置においては、負
荷変動や摺動部の摩擦力変化等のため、上記基準速度と
可動体１０の実速度とに差が生じる。

例として、第２１図の曲線Ｂで示すように実速度が遅く
なった場合について説明する。すなわち、可動体１０は
、実速度が基準速度に等しければ基準目標曲線Ａｔをａ
、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆのように推移して行くのであるが
、実際は最高速度が下がるため、減速開始位置×２に達
する時間がｔ２′となりｔ２’−ｔ２だけ遅くなる。ま
た、減速時間は一定値（ｔ３−ｔ２＝ｔ３　’　−ｔ２
　’　）であるため、減速終了時間は１３′となる。減
速区間における移動距離は、基準の最高速度をｖｂ、実
際の最高速度をｖｂ’基準の終速度をｖｄ、実際の終速
度をｖｄ’　とすると、 曲線Ａでは （Ｘ３−Ｘ２　） ＝　（ｖｂ　＋ｖｄ　）Ｘ　（ｔ：＋−ｔ２）／２曲曲
線では （Ｘ３　’　−Ｘ２　’　） ＝（ｖｂ’　＋ｖｄ’　＞Ｘ（ｔ３’−ｔ２’　）／２
である。

ここで、ｖｂ　＞ｖｂ　’　、　ｖｄ　＞ｖｄ　’　、
　　（ｔ３−ｔ２　）＝（ｔ１’−ｔ２’　　）より、
減速終了位置×３′の減速終了目標位置×３からのずれ
砧は、ｊ＝ｘ３　−Ｘ３　　’　　＝　　（（ｖｂ　　
−ｖｂ　　’　　）＋　　（ｖｄ−ｖｄ’））Ｘ（ｔ３
−ｔ２）／２　　　＞Ｑとなり、曲線Ｂに示すように、
可動体は基準の減速終了目標位置（ｄ点）より手前のｄ
′点で減速を終了することがわかる。

次に、終速度ｖｄ”で速度／位置制御モード切換位置ま
で低速移動する訳であるが、移動距離はＪだけ増えてい
るため、移動時間は良くなり、ｅ′点（ｊ４’）で速度
／位置の切換が行なわれることになる。位置制御モード
に切換後、可動体は目標位置×５の極く近傍で停止し、
位置決めが完了するＢ’点、ｉｓ’）。

このようなプロセスにより、実際の位置決め時間し５′
は基準目標値ｔ５より良くなる。

位置決め時間を短縮するには誤差ｌをｂ−ｃ間の高速区
間で補正すれば、ｖｄ’＜ｖｂ”　であり、移動時間は
速度に反比例するため、ｉ／Ｖｄ’＞Ｊ／ｖｂ’　とな
り、より短時間へ補正できることがわかる。

すなわち、新しい減速開始目標位置偏差をｒ　ＩＩとし
、ｒ”＝ｒ−Ｊとすれば良い。ノは減速終了時の可動体
の位置を停止目標位置からの位置偏差ｍとして測定し、
この測定値ｍと基準目標値ｑとの差、すなわちＪ＝ｍ−
ｑとして求めることができる。

新しい減速開始目標位置偏差ｒ″に基づいて減速を開始
した場合、第２１図に曲線Ｃで示すように、減速開始の
位置は×２″２″はで２″となって従来曲線Ｂにおける
減速開始時間ｔ２′よりも遅くなるが、減速終了位置は
基準目標曲線Ａと同じ×３となり、終速度区間での移動
距離は基準目標曲線Ａと同じになる。この区間での処理
時間は実速度ｖｄ’　が基準速度ｖｄより低いため、ｔ
４″−ｔ３　”　＞ｊ４−ｔ３となるが、実際上は、実
速度と基準速度とは差が比較的小さく、かつこの区間の
移動距離が微小なため位置決めの全所要時間ｔ５″とｔ
５とはほぼ同時間となる。一方、この減速開始の時点を
補正しない場合の曲＄１Ｂと比較してみると、ｔ５−ｔ
５　’　＝Ｊ／ｖｄ　’　−１／ｖｂ’＞Ｑとなり、位
置決め時間は短縮される。

第１図は本発明の第１実施例のブロック図で、１は速度
関数発生器、２は速度指令値を速度指令電圧に変換する
Ｄ／Ａ変換器、３は可動体の停止目標位置ｘ５（ｆ点）
を格納する停止目標位置レジスタ、４は可動体の現在位
置とレジスタ３に格納されている停止目標位置との差で
ある位置偏差値を格納する位置偏差カウンタ、５はカウ
ンタ４から構成される装置偏差値を位置偏差電圧に変換
するＤ／Ａ変換器、６は速度制御と位置制御との切換を
行なうアナログスイッチ、７はサーボアンプである増幅
器、８は可動体１０を駆動するモータ、９はタコジェネ
レータ等のモータ速度検出器、１０はスライドテーブル
またはロボットの腕等の可動体である。１１はロータリ
イエンコーダ、リニアスケールまたはレーザ測長器等の
位置検出器で、現在位置格納レジスタを含む。１３は位
置決め終了後の位置誤差（エラー）つまり定常位ｖ１誤
差εを格納するレジスタ、１４は減速終了目標位置（６
点）を絶対値×３としてではなく偏差（ｉｇｑで格納す
るレジスタ、１５は前回位置決め時の実際の減速終了位
置ｍの減速終了目標位置ｑに対する誤差Ｊ＝ｍ−ｑを算
出する差分器、１６は前回位置決め時の減速終了位置ｍ
を記憶するラッチ、１７は減速開始位置の補正値Ｊを格
納するレジスタ、１８は減速開始位置ｒ（ｃ点）および
速度／位置制御モード切換　、）位置ｐ（ｅ点）を格納
するレジスタ、１９は現在位置と切換位置ｒ”−ｒ−４
とを比較する比較器である。また、Ａ＋　、Ａ２　、Ａ
３は加減算器である。

次に第１図の制御回路の作用を説明する。

電源投入後初めて位置決め動作をするとき、および最高
速度または速度関数等の条件を変えたとき、カウンタお
よびレジスタはクリアされる。減速終了目標位置偏差レ
ジスタ１４は、オペレータの入力操作またはこの制御回
路が適用される主装置からの指令により適宜設定または
変更することができる。

第１図の回路においては、オペレータの動作開始指令入
力操作または上記主装置からの動作開始指令により停止
目標位置レジスタ３に可動体の停止目標位置ｘ５（ｆ点
）が、切換位置レジスタ１８には切換位置データｐが、
レジスタ１４には減速終了偏差位置ｑがセットされる。

比較器１９においては位置偏差カウンタ４から構成され
る装置偏差値が切換位置偏差レジスタ１８から出力され
る切換位置データｐより大きければアナログスイッチ６
を速度制御側に切換え、切換位置偏差レジスタ１８の内
容を減速開始の偏差位置ｒ（絶対値Ｘ２）にセットし直
すとともに速度関数発生器１をトリガし、これにより、
速度制御を開始する。一方、現在位置偏差値が切換位置
データｐより小さければ速度制御をやめて、後述の位置
制御を行なう。

速度制御時、速度関数発生器１で発生した速度曲線に基
づいてＤ／Ａ変換器２より速度指令電圧が出力され、ア
ナログスイッチ６を介して速度サーボ系（増幅器７、モ
ータ８および速度検出器９の閉ループ）に与えられる。

これにより、可動体１０の速度および位置は、第２１図
の曲線Ｂのａ′〜ｅ′のように変化する。この際、カウ
ンタ４の内容がレジスタ１８の内容ｒに一致すると、比
較器１９がこれを検出し、速度関数発生器］が応答して
減速を開始する。そして、モータ８が点Ｃ′で減速を開
始した後、切換位置偏差レジスタ１８に切換位置ｐを設
定し、可動体１０の速度が終速度に達した点ｄ′の位置
偏差１ｍをレジスタ１６に記憶させる。

続いて、切換位置偏差レジスタ１８に設定された切換位
置ｐと現在位置カウンタで計測される現在位置とが一致
すると（第５図ｅ）、比較器１９はアナログスイッチ６
を位置制御側に切換える。

位置制御においては、位置偏差カウンタ４、Ｄ／Ａ変換
器５、増幅器７、モータ８、可動体１０、位置検出器１
１の閉ループにより、可動体１０の位置が高精度に位置
決めされる。

位置決め終了後、位置偏差カウンタ４内の定常位置偏差
ωεを補正値レジスタ１３に格納する。同様に、減速終
了目標位置偏差レジスタ１４の減速終了目標位置偏差ｑ
と減速終了位置偏差レジスタ１６の減速終了位置偏差ｍ
との差分値１を差分器１５にて求め、減速開始位置補正
値レジスタ１７に格納する。この１回目の動作により、
減速終了位置の補正値」と停止目標位置の補正値εが記
憶されたことになる。

２回目の動作時、停止目標位置レジスタ３、減速終了目
標位置偏差レジスタ１４および切換位置偏差レジスタ１
８には１回目と同様な値Ｘｓ　、　ｑおよびｐ、ｒが設
定される。しかし、これらの値のうち×５およびｒは、
今度は、加減算器Ａ１およびＡ３により各々補正値εお
よびノが加算または減算され補正される。

この場合、新しいく補正後の）減速開始位置偏差ｒ　Ｉ
ｔは次のようにして求められる。すなわち、減速終了目
標位置ｑと１回目の実際の減速終了位置ｍとの差ノ＝ｍ
−ｑを差分器１５で求める。このずれ量ｊだけ減速開始
位置を補正してやればよい。

従って、新しい減速開始位置ｒ″は減速開始位置ｒから
ずれｍｌを引いた値ｒ−Ｊとなる。

新しい停止目標位置×５′は基準の停止目標位置×５に
現在位置隔差カウンタ４により求められ補正値レジスタ
１３に格納されたずれ吊εを加算した値×５＋εとなる
。

これにより、１回目に学習した結果が２回目の動作に反
映され、その動作曲線は第２１図の２点鎖線Ｃのように
なる。同図から明らかなように、学習の結果、減速開始
点がＣ′からＣＪＬに補正されることにより停止点はｒ
′からｆ　ｎのように短縮され、また、停止位置も×５
′＋εの位置からεだけ手前の位置すなわち停止目標位
置×５に近付く。

また、この制御回路においては、アナログ回路のドリフ
トやオフセット等も含めて補正することができるため、
これらのドリフトやオフセットの補正等の対策に、従来
必要であった高価な回路や高級な演算増幅器等が不要と
なり、装置のコストダウンを図ることができる。

なお、少なくとも２回目以降の動作時においては、位置
制御時、補正値レジスタ１７をクリアしておく。

第２実施例 第２図は、計算機を使用した本発明の第２の実施例を示
す。同図において、２０はマイクロコンピュータまたは
ミニコンピユータ等の中央演算処理装置（ＣＰＵ）、２
１はＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ装置、２２は計算機のバ
ス、２３はアナログスイッチ６を切換えるための切換指
令装置である。

ここでは、第１図に１および１２〜１９で示されるブロ
ックの機能が、計算機のソフト処理に置き換えられてい
る。

次に第３図のフローチャートを参照しながら第２図の制
御回路の作用を説明する。

電源投入後の初期駆動または設定条件の変更時にはステ
ップＳＡ１からＳＡ２に進み、ステップＳＡ２にて各補
正値の初期化を行なう。すなわち、減速開始位置補正値
、位置決め補正値および補正回数を零とする。

位置決め動作においては、先ずステップＳＡ３にて目標
位置と位置決め補正値の差である目標値の計算を行なう
。目標位置は現在位置と移動距離との和で、最終的には
可動体１０を位置決めしたい位置である。

次に、計σ機は、Ｄ／Ａ変換器２′およびアナログスイ
ッチ６を介して速度制御系に第２１図のような速度曲線
に基づく速度指令信号を出力し、可動体１０を移動させ
る。また、これと併行して、減速終了位置偏差ｍ、制御
切換位置偏差ｑおよび位置決め終了位置偏差εを、その
時々のタイミングで位置偏差カウンタ４′の計数値によ
り、読みとる（ステップＳＡ４〜５Ａ１４）。

ステップ５Ａ１５の補正値の計算は、補正回数ｉ回目の
、減速開始補正値をΔＸ３　（ｉ）、位置決め補正値を
ΔＸ５（ｉ）、重み定数をに１として、ＪＸ３　　（り
＝ΔＸ３　（ｉ−ｉ＞＋＜ｑ−ｍ−Ｃｏｎｓｔ）　／Ｋ
ｉ ΔＸ５　（ｉ）＝ΔＸ５　（ｉ−１）＋ε／Ｋｉとなる
。この制御回路による補正値の計算は、−Ｆ２式を見て
分るように、ある一定の補正回数を過ぎると、補正値が
収束して安定する。

第３実施例 本発明の第３〜８の実施例の説明に先立ってこれらの実
施例の原理について説明する。

第２０図の制御回路において、位置決め制御系のループ
ゲインをＫｏ　　［１／Ｓ］、モータ８の定格トルクを
ＴＤ　［Ｎ−ｍｌ、モータ８が定格回転数のときの送り
速度をＦｒ　　［ｍ／Ｓｌ、モータ軸換算負荷トルクを
Ｔｄ　　［Ｎ−ｍｌとすると、負側トルクや摺動部の摩
擦力の変化を考慮した場合の位置決め偏差（定常位置偏
差）ε［ｍｌは５＞　（Ｆｒ　／Ｋｏ　＞　・（Ｔｄ　
／Ｔｐ　）となる。また、ループゲインＫｏはサーボ系
のシステム構成により一定の値以上に上げると発振状態
となり不安定となるために上げられない。このため従来
の方法では定常位置偏差εは一定の値以下に下げること
が出来なかった。

ここで、ボールネジを使ったステージの位置決めυ１＠
系での発振限界の例を第４図にゲインＫＯと定常位置偏
差εとの関係で示す。実線は反モータ側、点線はモータ
側の発振限界を示す。これによるとゲインＫＯと位置偏
差εの関係はＫｏ＝Ｋ・ε−ｒ で表わされる。ただし、Ｋ、Ｐは比例定数であり位置に
より変化する場合がある。

従来の方法の場合、速度制御から位置制御に切換えた後
は一定ゲインであり、粘性摩擦を持つ系での減衰波形は
、ゲインが低い場合（例えば第５図のゲイン特性ａ）は
第６図にａで示すように指数関数的に収束するとともに
、ゲインが高い場合（第５図のｂ）は第６図にｂで示す
ように振動的゛１に収束し、一方、乾燥摩擦の場合は直
線的に一定偏差値に収束する。従って、位置偏差に応じ
た安定領域でゲインＫＯが出来るだけ大きく設定される
ように、第５図の曲線Ｃ−ｅの如く時間とともにゲイン
ＫＯを上げて行くようにすると発振することなく第６図
の曲線Ｃに示すような応答特性を得ることができる。

さらに、この種のサーボ回路で位置決め制御を行なった
場合、摺動部や軸受等の摩擦力により、位置決めにヒス
テリシスが生じる。すなわち、位置偏差出力（サーボ増
幅器７への指令１ｉａ）は位置偏差とリニアな関係にあ
るため、微小位置偏差におけるモータ８の発生トルクは
上記摩擦力に打ら勝つことができずに不感帯として可動
体１０が移動することのできないｆｌＡＩｌ、が存在す
る。この問題の解消策として、一般的には、サーボ回路
に積分回路を付加し、この微小位置偏差による指令電圧
を時間とともに積分し、摩擦力に打ち勝つだけのモータ
トルクを発生するようにして定常位置偏差を零にしてい
る。すなわち、可動体の停止位置を停止目標位置に近付
けるようにしている。しかし、このように積分回路を使
用すると位置決め時間が良くなる。

また、前述したように、サーボ系のループゲインＫＯを
上げれば定常位置偏差εが零に近付き位置決め精度が上
がるが、ループゲインＫｏを上げていくとサーボ系とし
て不安定となり発振することがある。

そこで、第３〜８の実施例では、上記欠点を解消するこ
と、すなわら位置決め精度を上げる（定常位置偏差εを
零とする）ことと位置決め時間を短縮することを目的と
し、ｌ！！ｍの種類、大きざおよび系の剛性の大きさに
応じてゲイン曲線を選択することにより、定常位置偏差
および可動体の移動方向による定常位置偏差の差を惨め
て小さくし、位置決め精度の向上を図っている。ゲイン
曲線は、次の思想に基づいて定めればよい。つまり、■
速度制御から位置制御へ切換えた時には位置偏差が大き
いため全体のループゲインを下げ、その後は時間ととも
に位置偏差が小さくなるのでループゲインを上げていく
（第３〜５の実施例）。または、 ■定常位置偏差を零に極く近付けるためにはどの偏差位
置においても摩擦力に打ち勝つだけのモータトルクを発
生する位置偏差電圧が出力されるように位置偏差が小ざ
いほどループゲインを高くするように可変ゲインとする
（第６〜８の実施例）。

第５図においてＣ〜ｅは第３〜８の実施例で選択される
ゲイン特性例で、Ｃは直線変化、ｄは対数曲線変化、モ
してｅはｎ次曲線変化させる場合を示す。

第７図は本発明の第３の実施例を示す。同図において、
３〜５および７〜１１は第１図に同一の符号で示した各
１１コツクと共通または対応しており、３は停止１ｌＴ
４標位置レジスタ、４は位置偏差カウンタ、５はＤ／Ａ
変換器、７はサーボアンプ、８はモータ、９はモータ速
度検出器、１０は可動体、１１は位置検出器である。

また、３２は最大速度レジスタ、３３は速度データと位
置偏差データのどちらかを選択するセレクタ、３４は乗
算器、３５はＤ／Ａ変換器、３６はＤ／Ａ変換器３５に
入力するデータを記憶するレジスタ、３１は速度データ
とゲインデータのどちらかを選択するセレクタである。

３８は速度曲線作成用の速度データを記憶している速度
曲線テーブルで、上述の台形波状の曲線だけでなく、バ
ーサイン波、サイクロイド波、ｎ次曲線等、種々の曲線
を正規化して記憶している。

つまり、この速度曲線テーブル３８としてのＲＯＭの内
容は、Ｄ／Ａ変換器３５として１２ビツトのものを使用
した場合、アドレスｎとそのアドレスｎに格納されてい
るデータＤ（ｎ）との関係を例えばＤ　（ｎ）　＝　（
２”　−１）　・Ｋ　（ｎ）＝２０４７−　Ｋ　（ｎ　
） （但し、０≦Ｋ（ｎ）≦１） としである。ここで、Ｋ（ｎ＞は、０＜ｎ≦２５６の場
合、例えば （１）　台形波　　　Ｋ（ｎ）＝ｎ／２５６（２）　バ
ーサイン曲線 Ｋ　　（ｎ）　　＝　　（１／２　　）　　・　（１−
ｃｏｓ　　　（ｎ　　π（３）　サイクロイド曲線 Ｋ　（ｎ）　＝　（ｎ／２５６　）　−（１／２π）・
ｓｉｎ　　（２ｎπ／２５６　　） （４）　５次曲線 Ｋ　（ｎ＞　＝　６−　（ｎ／２５６　）　−１５−（
ｎ／２５６　）　＋１０・　（ｎ／２５Ｂ）’（５）　
指数関数曲線 Ｋ　（ｎ）　−ｅｘｐ　　（（ｎ／２５６　）　−１）
とする。第８図は、台形波の場合の加減速時のデータＤ
　（ｎ）を１６進表示で示す。

第７図に戻って、３９はゲインを設定するテーブルであ
るゲイン設定テーブル（メモリ）、４０は可動体１０の
加減速時間およびゲイン設定を行なうタ　−イミングを
作るための基準クロックを発生する発振器である。この
発振器４０は図示しない可変抵抗器等によって外部より
周波数を変えることができる。４１は時間を計数するア
ップダウンカウンタである。

次に、第７図の制御系の作用を説明する。

この制御系は、例えばマイクロプロセッサ等で構成され
る不図示の制御装置によりその動作を制御される。該制
御系においては、演算処理により、あるいはオペレータ
による入力操作により、可動体の移動距離および現在位
置く第２１図のＸＯ）と移動距離との和である停止目標
位置ｘ５が定まると、移動距離に応じて最大速度■Ｉ！
ｌａＸを最大速度レジスタ３２に設定し、速度曲線テー
ブル３８の速度曲線を選択し、さらに、停止目標位置×
５を目標位置レジスタ３に設定するとともに、目標位置
の場所（絶対座標）に応じてゲイン設定テーブル３９の
ゲイン曲線を選択する。

ゲインテーブル３９としでは、可変ゲインデータを停止
目標位置の絶対座標にかかわらず同じ値を使う１次元テ
ーブルと、目標位置の存在する場所によっＣも変わる２
次元的なテーブルの２つが考えられるが、ここでは２次
元配列のものを用いる。

第７図の制御系においては、上記目標位置ｘ５および最
大速度ｖ　ｌ１ｌａｘ等が設定されると、発振器４０の
発振周波数を、可動体１０の加減速時間に見合った基準
り０ツク（周期Δ１゛秒）を得るように、設定し、カウ
ンタ４１を初期化し、セレクタ３３およびセレクタ３１
を速度制御側に選択して第２１図におけるａ−ｄ区間の
速度制御を行なう。

ここで発振器４０の周期２１秒は、可動体１０の加速時
または減速時のサンプルカウント数、すなわちカウンタ
４１の出力する最大計数値をｎ、加減速′ｒｆ間を７　
ａｃ　［秒］としてＴａｃ＝ｎｘΔＴ［秒］より求まる
値に周波数を可変することによって設定する。また、基
準速度■はＶ＝Ｋ　（ｎ　）　・Ｖｍａｘとなる。

発１５４０を動作させた後、カウンタ４１は一定時間ご
とにカウントアツプし、このカウンタ４１のカウント値
ｎに対応して速度曲線テーブル３８から正層化速度デー
タＫ　（ｎ）が読み出される。この速度データＫ（ｎ）
はレジスタ３６に一時記憶され、Ｄ／Ａ変換器３５でア
ナログ化され、速度指令電圧として乗算器３４の第１の
入力端子に入力される。

一方、最大速度レジスタ３２に設定されたディジタルデ
ータとしての最大速度値ｖｗａｘは、Ｄ／Ａ変換器５で
アナログ電圧値に変換された後、乗算器３４の第２の入
力端子に供給される。乗算器３４は、上記式の演算を行
ない、Ｖ　ｌａＸをＫ　（ｎ）倍し、可動体の基準速度
Ｖとして出力する。カウンタ４１の１ｉｌｉｎが２５６
ニなルト Ｋ（２５６）＝１．　　Ｖ＝Ｖｍａｘ となり、可動体の速度は最大速度で定速状態となる。第
２１図Ｃ点の減速開始位置にきたら、カウンタ４１を減
痺カウンタとすることにより、減速速度曲線を得ること
ができる。なお、この減速時、発振器４０の設定値を変
えるようにすれば、加速時間と減速時間を異ならせるこ
とができる。

この速度制御の結果、可動体１０が目標位置近傍に到達
すると、次にセレクタ３３．３７を位置制御側に切換え
、発振器４０に可変ゲイン時間の設定を行ない、かつカ
ウンタ４１を初期化して本実施例の特徴とする可変ゲイ
ンモードによる位置制御を行なう。

この位置制御においては、発振器４０からのタイ　１、
ミングクロックを計数するカウンタ４１の計数値に応じ
て第９図に例示するようなゲイン設定テーブル３９のゲ
インデータが一定時間おきに読み出され、レジスタ３６
に格納される。第９図のテーブル３９ｘおよび３９Ｖは
ウェハＷＦの位置決め用で、目標位置の場所（ｘ、ｙ）
に応じた２次元配列テーブルである。

第７図に戻って、乗算器３４では、第１０図に示すよう
に、Ｄ／Ａ変換器５から出力されるアナログの位置偏差
電圧とレジスタ３６に格納されているゲインデータをＤ
／Ａ変換器３５でアナログ変換した電圧とを乗算する。

これにより、位置偏差電圧はゲインデータ倍される。つ
まり、制御系のループゲインをゲインデータに応じて可
変することができる。なお、カウンタ４１は、ゲインテ
ーブルの最終データが読み出された後は、カウントアツ
プを行むわす、レジスタ３６は最終のゲインデータを保
持する。

このようにすることで、速度制御から位ａυ制御へ切換
える際の振動の発生を防止することができるとともに、
位置決め時間の短縮、定常位置偏差の減少、および移動
方向による定常位置偏差の差の減少を図ることができる
。

また、最大速度の設定と速度曲線とを分離して発生する
ことにより速度曲線データを正規化、すなわちデータと
して相似の波形を一本化し、情報量を少なくすることが
できる。従って速度曲線をＲＯＭにテーブル化すること
ができ、任意の曲線とすることができる。また、速度Ｉ
ＩＩ敗発生器が、それぞれ加減速時間、正規化された速
度曲線データおよび最大速度を発生する部分に分離でき
、装置全体の構成としては簡略ｆヒすることができる。

第４実施例 第１１図は、本発明の第４の実施例に係る制御回路を示
す。前述した第７図の回路においては、最大速度レジス
タ３２、速度曲線テーブル３８、発振器４０およびカウ
ンタ４１で第１図に示す回路の速度関数発生器１と同様
の機能を実現するようにしている。第１１図の実施例に
おいては、これに対し、速度制御系を第１図と同様の速
度関数発生器１等で構成し、ゲインテーブル３９、発振
器４０およびカウンタ４１は位置制御系としてのみ用い
るとともに、第７図のレジスタ３６を除去し、乗算器３
４およびＤ／Ａ変換器３５の代りに乗算型Ｄ／Ａｌｌ換
鼎３４′をＤ／Ａ変換器５とアナログスイッチ６の位置
制御側接点との間に接続してこの乗算型Ｄ／Ａ変換器３
４′でゲインテーブル３９から出力されるゲインデータ
に応じてＤ／Ａ変換器５の出力を制御して増幅器７に供
給するようにしている。

第５実施例 第１２図は、計ｎ機を使用した制御回路の実施例を示す
。同図において、２０〜２２およびは第２図に同一の符
号で示した各ブロックと共通または月応しており、２０
はＣＰＵ、２１はメモリ、２２は計算鏝のバスである。

また、２３′　は速度指令データラッチ３２′　と位置
偏差データカウンタ４′の切換指令フラグである。メモ
リ２１内には、速度曲線テーブルおよびゲイン設定テー
ブルが設けられている。

ここでは第７図に３７〜４１で示されるブロックの機能
が、計算機を使うことにより、ブＯグラムで実行されて
いる。

次に第１３図のフローチャートを参照しながら第１２図
の制御回路の作用を説明する。

この制御回路においてＣＰ　ｔＪ　２０に移動距離情報
が与えられると、最大加速度はモータトルク、負荷トル
クおよび慣性力等により決まっているため、最大速度が
決まる。ＣＰ　Ｕ　２０は、ステップＳＢＩでこの最大
速度に応じた減速時間、減速区間移動距離および初期補
正値をメモリ２１から読み出し、これらのデータより減
速開始位置および位Ｔ１１１Ｉ１１制御モードへの切換
位置を決める。

次に、これらのデータをメモリ２１の所定のエリアに設
定しくステップ５Ｂ２）、切換指令フラグ２３′　指令
して速度指令ラッチ３２′　がＤ／Ａ変換蒸５１、：接
続されるようにセレクタ６を切換える。これにより、速
度制御モードとなり、加速、定速および減速という第２
１図ａ〜ｄ区間の速度υ制御を行なう（ステップ８８３
　）。この速度制御の結果、終速度による定速区間ｄ〜
ｅになると、ＣＰ　Ｕ　２０は、位置偏差カウンタ４′
の位置偏差データに基づいて制御モード切換位置の検出
を行ない（ステップ５８４）、位置制御モードへの切換
位置に達した時に、切換指令フラグ２３′　に指令を与
えて位置制御モードに切換える。

位置制御モードに切換えた後、停止目標位置に応じたゲ
インテーブル（第１４図）を選択しくステップＳＢＳ＞
、メモリ２１内に設けられているゲインテーブル読み出
し用のポインタを初期化し、最初のゲインデータを読み
出してレジスタ１６に設定する（ステップ５Ｂ６）。こ
れにより、制御回路のループゲインは、第１１図の制御
系について説明したように、乗算型Ｄ／Ａ変換器３４′
　においてゲインデータに応じて可変される。続くステ
ップＳ８７では可変ゲインの終了チェックを行ない、終
了していなければステップＳＢ８でポインタを歩進して
ゲインテーブルの次のアドレスを指示させる。次に、サ
ンプルタイムのチェックを行ない、次のゲインデータ出
力タイミングが到来するまで待機したくステップＳ８９
　”）後、ステップＳＢ６に戻って上記ステップ３８６
以下ステツプＳＢ９までの可変ゲインルーチンを繰返す
。このようにして、第５図のゲイン曲線のようにゲイン
を変化させて行く。

また、上記ステップＳＢ７で可変ゲインの終了が判定さ
れた時すなわちポインタがゲインテーブルの最後のデー
タを指した時は、可変ゲインルーチン（ステップＳＢ６
〜３８９　）を汰は出し、次Φ の位置決め終了判定ルーチン（ステップｓ　ｓ　ｉｏ＞
に移り、位置偏差が所定値以下となったとき、位置決め
制御動作を終了する。

なお、本実施例は適宜変形することができる。

例えば、第１２図におけるセレクタ６、切換指令フラグ
２３′、レジスタ３６および乗算型１〕／Ａ変換器３４
′廃止し、速度指令ラッチ３２′　をＤ／Ａ変換４５に
直接接続するとともに、位置制御時、ＣＰＵ２０は位置
検出器１１内の現在位置レジスタの内容すなわち現在位
置を読み、位置偏差に応じた指令電圧と時間変化するゲ
インデータとを乗算して得られた指令値を速度指令ラッ
チ３２′　へ出力するように構成すれば、ハード構成部
品を大幅に省略することができる。

第６実施例 第１５図は本発明の第６の実施例を示す。なお、前記し
た各実施例と共通または対応するブロックは同一の符号
で表わす。すなわち、３は停止目標位置レジスタ、４は
位置偏差カウンタ、５はＤ／Ａ変ｙＡ器、７はサーボア
ンプ、８は七−夕、９はモータ速度検出器、１０は可動
体、１１は位置検出器、３２は最大速度レジスタ、３３
．３７はセレクタ、３４′は乗算型Ｄ／Ａ変換器、３６
は速度データとゲインデータのうちセレクタ３７で選択
された方のデータを記憶するレジスタ、３８は速度曲線
テーブルであるメモリ、３９はゲインテーブルであるメ
モリ、４０は発振器、４１はカウンタである。

次に第１５図の制御系の作用を説明する。

この系においても、前記第３の実施例（第７図）と同様
に可動体１０の移動距離および現在位置と移動距離との
和である停止目標位置が定まると、移動距離に応じて最
大速度を最大速度レジスタ３２に設定し、速度曲線テー
ブル３８の速度曲線を選択し、さらに、停止目標位置を
目標位置レジスタ３に設定するとともに、停止目標位置
に応じてゲインテーブル３９のゲイン曲線を選択する。

ゲインテーブル３９としては、前述のように、可変ゲイ
ンデータを全ての位置で同じ値を使う１次元テーブルと
、目標位置の絶対座標によっても変わる２次元的なテー
ブルの２つが考えられる。第１６図は、２次元配列のも
のを示す。

第１５図のｔｉ１１１１１１系において、上記目標位Ｉ
！および最大速度等が設定され、さらに発振器４０の発
振周波数の設定が完了すると、カウンタ４１を初期化し
、セレクタ３３およびセレクタ３７を速度制御側に選択
して第２０図におけるａ−ｄ区間の速度制御を行なう。

この速度制御の結果、可動体１０が目標位置近傍にｆｆ
１１１達すると、次にセレクタ３３．３７を位置制御側
に切換え、本実施例の特徴とする可変ゲインモードによ
る位置制御を行なう。

この位置制御においては、位置偏差すなわち可動体１０
の停止目標位置と現在位置との差によりゲインテーブル
３９のゲインデータを選択してレジスータ３６に格納す
る。乗算型Ｄ／Ａ変換器３４′では、Ｄ／Ａ変換器５か
ら構成される装置偏差アナログ電圧をレジスタ３６の出
力値に応じて分圧し、制御系のゲインを変化させる。こ
のようにすることで、制御系のループゲインＫＯを常に
位置偏差に応じた最適値とすることが可能となり、定常
位置偏差は少なくなり、かつ、移動方向による定常位置
偏差の差も少なくすることが出来る。また、位置制御に
切換わった後の可動体の位置変化は、第６図に曲線Ｃで
示すように臨界制動的またはやや撮動的に定常位置に収
束する。すなわち、位置決め時間が短縮される。

第７実施例 第１７図は、本発明の第７の実施例を示す。同図の回路
は、第１５図のものに対し、速度制御と位置制御のディ
ジタル部を別々にしてアナログ部において明換えるよう
にしたものである。

第８実施例 第１８図は、本発明の第８の実施例を示す。同図の回路
は、第１２図（第５実施例）に対し、ＣＰＵ２０の制御
プログラムずなわらメモリ２１に格納するデータを変更
したもので、ハードウェア構成上は位置偏差カウンタ４
′の代りに可動体１０の現在位置を現在位置カウンタ４
“を用いたことを除き全く同様である。

次に第１９図のフローチャートを参照しながら第１８図
の制御回路の作用を説明する。

この制御回路において、動作開始後速度制御を行ない可
動体１０が制御モード切換位置に達して制御モードを位
置制御に切換えるまでの動作（ステップＳＣ１〜５Ｃ４
）は、第５実施例のｆＪ）作（第１３図のステップ３８
１〜ＳＢ４　）と同じであるから説明は省略する。

ステップＳＣ４で位置制御に切換えた後は、メモリ２１
内の２次元的なゲインテーブル（第１６図参照）から停
止目標位置に応じた１次元のゲインテーブルを選択する
。そして、ステップＳＣ５で現在位置カウンタ４：′か
ら現在位置を読み、この現在位置と停止目標位置との差
すなわち位置偏差を計算し、ステップＳＣ６で位置偏差
値の絶対値でゲインテーブルからゲインデータを読み出
し、レジスタ３６に設定する（ステップＳＣ７）。

次に、ステップＳ０８で位置決めが終了したか否かを判
定する。この位置決め終了判定は、位置制ｔＩＩＩＲ始
後一定時間内であるか否か、および位置偏差値が規格値
以内に入ったかどうかを検査して行なう。もし、位置制
御開始後一定時間内であり、位置偏差値が規格値以内に
入っていない場合は、ステップＳＣ９で位置決めは終了
していないものと判断し、上記の位置偏差計算、ゲイン
データ読み出し、および位置決め終了判定等の初年を繰
り返す。一方、ステップＳＣ８で、もし、位置偏差値が
規格値以内に入っていれば、ステップＳＣ９で位置決め
は終了しものと判定し位置決め制′ａ動作を終了する。

これにより定常位置偏差は陽めて小さくなり、かつ位置
または移動方向による定常位置偏差の差は小さくなり、
位置決め精度は向上する。なお、位置偏差値が規格値以
内に入ることなく上記一定時間が経過したときは、位置
決めは不可能であるものと判断し、その旨を表示する等
のエラー処理を行なう。

この実施例の場合、特に位訝制御時における各時点での
ループゲインを、常に、安定領域内での最大値またはそ
れに近い値に設定することが可能であるため、定常位置
偏差、および可動体の移動方向による定常位置偏差の差
が減少する。すなわら位置決め精度が向上する。また、
位置決め時間が短くなり、さらに、信頼性も向上する。

［発明の効果Ｊ 以上のように本発明によると、位置決め精度の向上およ
び位置決め時間の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示すブロック回路図
、 第２図は、本発明の第２の実施例を示すブロック回路図
、 第３図は、上記第２の実施例の動作説明のためのフロー
チャート、 第４図は、位置決め制御装置における位置偏差とゲイン
の安定限界を示すグラフ、 第５図は、第７図の回路における時間対ゲインの関係を
示すグラフ、 第６図は、位置制御に切換えた後の応答（位置変化）波
形図、 第７図は、本発明の第３の実施例を示すブロック回路図
、 第８図は、第７図の回路における速度曲線テーブルの説
明図、 第９図は、第７図の回路におけるウェハ位置決め用ゲイ
ンテーブルの説明図、 第１０図は、第７図の回路における乗算器の乗算原理を
示す図、 第１１図は、本発明の第４の実施例を示すブロック回路
図、 第１２図は、本発明の第５の実施例を示すブロック回路
図、 第１３図は、上記第５の実施例の動作説明のためのフロ
ーチャート、 第１４図は、第１２図におけるメモリ内に設定されたゲ
インテーブルの説明図、 第１５図は、本発明の第６の実施例を示すブロック回路
図、 第１６図は、第１５図の回路におけるウェハ位置決め用
ゲインテーブルの説明図、 第１７図は、本発明の第７の実施例を示すブロック回路
図、 第１８図は、本発明の第８の実施例を示すブロック回路
図、 第１９図は、上記第８の実施例の動作説明のためのフロ
ーチャート、 第２０図は、従来の制御回路を示すブロック図、第２１
図は、速度指令曲線の一例を示す線図である。 １：速度関数発生器、２．２’　　：Ｄ／Ａ変換器、３
：停止目標位置レジスタ、４．４′　二位置偏差カウン
タ、４″：現在位置カウンタ、５　：　Ｄ／Ａ変換器、
６：アナログスイッチ、７：増幅器、８：モータ、９：
速度検出器、１０：可動体、１１：位置検出器、１３：
補正値レジスタ、１４：減速終了目標位置偏差レジスタ
、１５：差分器、１６二減速終了位置偏差ラッチ、１７
：補正値レジスタ、１８：制御モード切換位置偏差レジ
スタ、１９：比較器、２０：中央演算処理装ｆｉｉｆ　
（ＣＰｔＪ）　、２１：メモリ、２３：切換指令装置、
２３′：ＦＪＪ換指令フラグ、３２：最大速度レジスタ
、３２′：速度指令データラッチ、３３゜３１＝ｔ？レ
クタ、３４：乗律器、３４′二乗算型Ｄ／Ａ変換器、３
５：Ｄ／Ａ変換器、３６：レジスタ、３８：速度曲線テ
ーブル、３９ニゲインテーブル、４０：発振器、４１：
カウンタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可動体と、 該可動体を移動する際の最大速度および加減速時間を設
   定する手段と、 設定された加減速時間に応じた速さで計数を進行するカ
   ウンタ手段と、 所定の速度関数を標準化速度データとして記憶し上記カ
   ウンタ手段の計数値出力に対応した標準化速度データを
   出力するテーブル手段と、 該テーブル手段から出力された標準化速度データと上記
   最大速度データとの積を算出しこれを上記可動体を移動
   する際の目標速度を表わす関数として発生する乗算手段
   と、 上記可動体の実速度を検出する手段と、 上記可動体の現在位置を検出する手段と、 所定の目標位置に対する上記現在位置の位置偏差を検出
   する手段と、 上記可動体を上記目標位置に移動して位置決めするに際
   し、先ず、該可動体を上記実速度を上記目標速度と一致
   させるべく駆動することにより該目標位置へ向けて相対
   的に高速で移動させる第１のサーボ制御系を形成し、次
   いで、上記現在位置の偏差を零とすべく該可動体を駆動
   することにより相対的に高い位置決め精度で該目標位置
   に移動し停止させる第２のサーボ制御系を形成する制御
   モード切換手段とを具備することを特徴とする位置決め
   制御装置。 ２、前記制御モード切換手段が、単一の乗算手段を前記
   第１および第２のサーボ制御系内に切換接続することに
   より前記第２および第１の乗算手段として兼用させるも
   のである特許請求の範囲第１項記載の位置決め制御装置
   。