JPS6346520A - 位置決め機構の駆動方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、工作機械、計測装置、半導体製造装置など
に用いられる位置決め機構の駆動方法に関連する。

〈従来の技術〉 第５図は従来のこの種位置決め機構の一構成例を示し、
微動テーブル１１弾性ばね体２および、アクチュエータ
３をその構成要素として含んでいる。図示例のアクチュ
エータ３はボイスコイル型リニアモータであって、ヨー
ク４に永久磁石５が配設されると共に、その内側にコイ
ルボビン６が往復動可能に配備されて成る。

前記弾性ばね体２は、外端が前記ヨーク４に、また内端
が微動テーブル１およびコイルボビン６に、それぞれ接
続固定されており、コイル７に通電してアクチュエータ
３が推力を発生させると、弾性ばね体２がこの推力とば
ね反力とが釣り合う地点まで撓んで、微動テーブル１の
微小位置決めが実現される。

このような推力発生用のアクチュエータ３と弾性ばね体
２とを組み合わせて位置決め機構を構成した場合に、従
来はアクチュエータ３に対し、第６図に示すようなステ
ップ状の推力Ｆを発生させることにより、位置決め機構
を駆動するという駆動方法がとられてきた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところがこのような駆動方法では、微動テーブル１の変
位りが正弦波状となって振動し、この残留振動のために
位置決め整定時間が長くかかるという問題があった。

この発明は、上記問題を解消するためのものであって、
アクチュエータが発生する推力の波形を２段階のステッ
プ状とすることによって、位置決め整定時間の短縮を実
現する位置決め機構の駆動方法を提供することを目的と
する。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明では、推力発生用の
アクチュエータと弾性ばね体とを組み合わせて構成され
る移動体の位置決め機構において、 前記アクチュエータで発生させる推力の波形を、第１図
に示す如く２段階のステップ状に設定し、第１段目のス
テップ状の推力Ｆ＋　で移動体に所定の変位を与えた後
、つぎに第２段目のステップ状の推力Ｆｚで移動体を目
標位置に位置決めするようにした。

〈作用〉 アクチュエータに通電して第１段目のステップ状の推力
ＦＩを発生させると、位置決め機構が駆動されて移動体
に所定の変位が与えられる。

通常この種位置決め機構にステップ状の推力が与えられ
ると、移動体の変位波形は第６図の如く振動的になるが
、ここではこの振動波形の最初の極大値Ｐが最終整定変
位Ｄ（目標値）となるよう前記の推力Ｆ１の大きさを決
定する。

そして移動体の変位が極大となって速度がゼロとなった
時点で、つぎに第２段目のステップ状の推力Ｆ２を発生
させるが、この場合の推力Ｆ８は移動体を目標位置まで
変位させるに必要な大きさに設定するもので、これによ
り移動体は残留振動のない安定状態で位置決めされるこ
とになる。

〈実施例〉 第１図は、この発明の一実施例にかかる位置決め機構の
駆動方法を示している。

この位置決め機構は、第５図で説明したとおり、微動テ
ーブル、弾性ばね体２および、推力発生用のアクチュエ
ータをその構成要素として含むものである。

第１図中、破線は前記アクチュエータが発生する推力を
、また実線はこの推力により微動テーブルに与えられる
変位を、それぞれ示している。同図によれば、アクチュ
エータが発生する推力の波形は２段階のステップ状に設
定されており、この第１段目のステップ状の推力Ｆ、で
微動テーブルに所定の変位を与えた後、つぎに第２段目
のステップ状の推力Ｆ、で微動テーブルを目標位置に位
置決めしている。

ところでこの位置決め機構にステップ状の推力を与える
と、微動テーブルの変位波形は前記第６図の如く減衰振
動となろが、この実施例ではこの振動波形の最初の極大
値Ｐが最終整定変位Ｄ（目標値）となるよう前記の推力
Ｆ、の大きさを決定する。ついで微動テーブルの速度が
ゼロとなった時点を時間または速度で管理し、この瞬間
に第２段目のステップ状の推力として、微動テーブルを
目標位置まで変位させるに必要な大きさの推力Ｆ２を発
生させる。これにより微動テーブルは残留振動のない安
定状態で位置決めされることになる。

第２図は、アクチュエータで発生させる時間経過に対す
る推力の変化状態を拡大して示しである。

−ｍに弾性ばね体とアクチュエータとを組み合わせて成
る位置決め機構において、前記アクチュエータにステッ
プ状の推力Ｆを発生させた場合、弾性ばね体のばね定数
をに、　ｆＪｊｉ衰比をζ。

固有円振動数をω７とすると、微動テーブルの変位Ｘは
つぎの０式で表される応答を示す。

Ｘ（ｔ）　＝　　（１−ｅ−ｇ’ｓ’　　（ｃｏｓＦ７
ｅω、　ｔこの０式は、つぎの０式で示す時間ｔのとき
に極値をもつから、最初の極大値Ｘ□やはつぎの０式で
与えられる。

ただしｎは整数である。

Ｆ かくしてこの実施例では、目標値Ｘ、５、が上記振動波
形の最初の極大値Ｘ　ｗａｘと等しくなるようにつぎの
０式で与えられる推力Ｆ、を第１段目の推力Ｆ１　とし
てアクチュエータで発生させる。

そしてつぎの０式で示す時間１．が経過した時点で、つ
ぎの０式で与えられる推力Ｆｔを第２段口の推力Ｆ、と
じてアクチュエータで発生させる。

π Ｆ　ｔ　”　Ｋ−Ｘ−ｂＪ　・・・・■上記のようにア
クチュエータで発生させる推力を２段階のステップ状に
設定すれば、微動テーブルを最短時間で残留振動なしで
目標位置に位置決めできる。

なお減衰比この小さい位置決め機構については、近似的
にζ＝０と置くことができるから、前記０式の第１段目
の推力Ｆ１と前記０式の時間ｔ、とはつぎの■′■′弐
のようになり、この場合は演算がきわめて容易となるゆ ωガ また上記実施例では、推力Ｆ１から推力Ｆ２への切り換
えは、前記時間ｔ、を時間管理することにより行ってい
るが、これに限らず、速度検出器を用いて微動テーブル
の速度がゼロになった時点を検出し、この検出時に対応
して推力の切り換えを行うようにしてもよい。

第３図は、この発明にかかる駆動方法を実施するための
具体的手段を示す。

同図中ＣＰＵｌ０は目標値Ｘ、、ｊを入力して上記の各
演算を実行するためのものであり、まず第１段目の推力
Ｆ、をデータ出力し、さらに時間１．経過後に第２段目
の推力Ｆ２をデータ出力する。データラッチ回路１１は
ＣＰＵｌ０からの入力データを保持して、これをＤ／Ａ
変換器１２へ出力する。Ｄ／Ａ変換器１２は入力データ
をディジタル量からアナログ量へ変換し、このアナログ
信号をアンプ１３を経てアクチュエータ１４へ出力する
。

第４図は、上記ＣＰＵｌ０の制御手順を示しており、ス
テップｌ　（図中ｒｓＴＩＪで示す）で目標値Ｘ。ｂＪ
を入力し、ステップ２で推力Ｆ、、Ｆ！および時間１．
の各算出演算を実行する。Ｖｔ＜ステップ３で第１段目
の推力Ｆ、を出力し、ステップ４でタイマによる時間１
．の管理を行った後、ステップ５で第２段目の推力Ｆ２
を出力する。

なお上記実施例では、ソフトウェアによる制御方式を採
用しているが、これに限らず、ハードウェアによる制御
方式を採用することも可能である。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如く、アクチュエータが発生する推力
の波形を２段階のステップ状としたから、移動体を最短
時間で残留振動なしで目標位置に位置決めでき、位置決
め整定時間の短縮を実現する等、発明目的を達成した顕
著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる位置決め機構の駆
動方法を示す説明図、第２図はアクチュエータが発生す
る推力波形を示す説明図、第３図はこの発明を実施する
ための具体的手段の一例を示すブロック図、第４図はＣ
Ｐ　Ｕの制御手順を示す流れ図、第５図は従来の位置決
め機構の一構成例を示す断面図、第６図は従来の位置決
め機構の駆動方法を示す説明図である。 １・・微動テーブル　２・・弾性ばね体３・・アクチュ
エータ 従４．．．イ庄置シ犬／ｌネ代゛構の一環１友液１に示
ｄａ斤面日／・・・橿文ｔｎチー２−ル ２−−−　ｊギ４１ｉりＷ林 ３・・−アクチｚｆ−−タ 骨ム）Ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 推力発生用のアクチュエータと弾性ばね体とを組み合わ
   せて構成される移動体の位置決め機構において、 前記アクチュエータで発生させる推力の波形を２段階の
   ステップ状に設定し、第１段目のステップ状の推力で移
   動体に所定の変位を与えた後、つぎに第２段目のステッ
   プ状の推力で移動体を目標位置に位置決めすることを特
   徴とする位置決め機構の駆動方法。