JPWO2018169006A1

JPWO2018169006A1 - ステージ装置及び複合ステージの制御装置

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Publication number: JPWO2018169006A1
Application number: JP2019506266A
Authority: JP
Inventors: 勝昭大石; 敏高倉; 晴基赤堀; 啓志坂口; 侑樹竹田; 由紘野口
Original assignee: Suruga Seiki Co Ltd
Current assignee: Suruga Seiki Co Ltd
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2020-01-16
Anticipated expiration: 2038-03-15
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Abstract

【課題】ステージ装置の設置後の調節が困難な場合であっても、装置の運転条件を好適に保つステージ装置及び制御装置を提供する。【解決手段】直動ステージ２を含むステージ装置は、テーブル２４を所定の軌道で移動させるステージ機構２１、駆動用のモータ２２、テーブル２４に設けられた位置センサ３４、加速度センサ３２、ロードセル３０、ジャイロセンサ３３、第１〜第３温度センサ３６〜３８、モータコントローラ２６を備える。モータコントローラ２６の制御部３９は、モータ２２に位置制御信号及び加速度制御信号を送信してテーブル２４を移動させ、位置センサ３４で検知されるテーブル２４の実際の位置が目標位置と異なるときは、目標位置となるように位置制御信号を補正する。また、各センサのデータを制御装置である操作端末１０に送信し、操作端末１０で直動ステージ２の管理を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、主に工場内において、生産設備や検査設備の駆動部分に用いる際に好適なステージ装置及び複数のステージ装置を結合した複合ステージの制御装置に関する。

従来より、主に工場内において、製品の製造ラインや検査ラインで、ステージ装置が用いられている。モータで駆動されるステージ装置は、電動アクチュエータとも呼ばれており、工場内での製品の移動や、生産設備又は検査設備等の駆動部分に用いられている。このようなステージ装置として、特許文献１に開示された装置が知られている。

特許文献１に記載の装置は、スライダ（テーブル）の運転制御において、スライダの停止位置、速度及び加速度を設定し、その設定された運転条件で運転を行い、スライダの速度および加速度は、装置の使用者がスライダの移動状態を確認しながら速度調節器および加速度調節器を操作することにより設定するものとなっている。これにより、従来技術のように数値データをその都度入力するという煩雑な作業が不要となり、装置の使用者が容易に且つ確実に各移動条件を設定することができるとされている。

特開２００４−０５４７８９号公報

特許文献１に記載のステージ装置は、使用者がスライダの速度や加速度を容易に設定できるが、生産設備や検査設備の場合、ステージ装置の設置後の調節が困難な場合もあり、必要なタイミングで調節ができない場合がある。また、使用者の習熟度が低い場合、スライダの速度や加速度を設定することが困難な場合もある。

また、ステージ装置を継続して使用していると、駆動部分等に経時的にガタ等の劣化が生じるが、特許文献１に記載のステージ装置では、定期的に装置の点検が必要となる。また、ステージ装置が複数組み合わされた複合ステージでは、どのステージ装置が劣化しているか判断するのが困難であるという不都合がある。

本発明は、装置の設置後の調節が困難な場合や、使用者の習熟度が低い場合であっても、装置の運転条件を好適な状態に保つことができるステージ装置を提供することを目的とする。また、本発明は、当該目的に加えて、ステージ装置の運転状況を把握し、ステージ装置にガタ等の劣化が生じた場合でも自動的に調整することができ、メンテナンスが容易なステージ装置を提供することを目的とする。さらに複数のステージ装置を備える複合ステージにおいて、不具合のあるステージ装置を特定して報知することができる制御装置を提供する。

上記目的を達成するため、本発明のステージ装置は、物体を移動させるテーブルを所定の軌道で移動させるステージ機構と、前記ステージ機構を駆動するモータと、前記テーブルの位置を検出する位置センサと、前記テーブルに生じる加速度を検出する加速度センサと、前記モータの運転を制御する制御部とを備えたステージ装置であって、前記制御部は、前記テーブルの位置を指示する位置制御信号と、前記テーブルの加速度を指示する加速度制御信号により前記モータの回転制御を行い、前記位置制御信号によって前記テーブルが目標位置となるように前記モータを駆動する際に、前記加速度制御信号によって前記テーブルが目標加速度となるように前記モータを駆動し、前記モータによって前記テーブルが移動された際の前記位置センサの検出値が所定の位置閾値を超えて前記目標位置と異なっているときは、前記位置センサの検出値が前記目標位置となるように前記位置制御信号を補正することを特徴とする。

本発明のステージ装置によれば、制御部が位置制御信号及び加速度制御信号を送信して、位置情報のみならず加速度についてもテーブルの移動を制御しているため、テーブルの移動を正確且つ迅速に行う事ができる。また、制御部は、モータによってテーブルが移動された際の位置センサの検出値が所定の位置閾値を超えて前記目標位置と異なっているときは、位置センサの検出値が目標位置となるように位置制御信号を補正する。

位置センサの検出値が目標位置と異なる場合は、ステージ機構の各部品の摩耗や劣化によりガタが生じる等の理由が考えられる。本発明のステージ装置では、位置制御信号によって移動されたテーブルの位置を位置センサで監視することにより、このようなガタが生じた場合に、そのガタに応じた位置制御信号の補正を行っている。このため、本発明のステージ装置では、テーブルを正しく位置決めできるだけでなく、生じたガタの把握も行うことができる。

また、本発明のステージ装置においては、前記テーブルにかかる荷重を検出する荷重センサをさらに備え、前記加速度制御信号は、正の加速度制御信号及び負の加速度制御信号からなり、前記制御部は、前記荷重センサの検出値が所定の荷重閾値を超えたときは、前記加速度制御信号を絶対値の低い値に補正することが好ましい。

テーブルに生じる荷重が所定の荷重閾値を超えた状態でステージ装置の運転を続けると、ステージ装置が破損するおそれがある。本発明では、このような場合に加速度制御信号を正規の加速度制御信号よりも低い値に補正しているので、ステージ装置への負担の軽減を図ることができる。

また、本発明のステージ装置においては、前記制御部は、前記加速度制御信号が変更される変更点から所定時間前に前記加速度制御信号を補正することが好ましい。当該構成によれば、テーブルにかかる荷重が大きい場合であっても、加速度の変更点の所定時間前に加速度の絶対値を低くする補正が行われる。即ち、正の加速の場合、及び負の加速（減速）の場合、共に加速度の変更点より前に加速度の絶対値が低くなるので、加速度の変化が緩やかなものとなる。このため、例えばテーブルが加速状態又は減速状態から一定速になる際には、速度超過（オーバーシュート）が抑制され、テーブルに生じる過負荷が抑制される。

また、本発明のステージ装置においては、前記加速度センサは、前記テーブルの移動方向に生じる重力加速度成分を検出し、前記制御部は、前記加速度制御信号を、前記重力加速度成分を含む値とすることが好ましい。これによれば、例えばテーブルが上下動する場合、テーブルに生じる加速度は重力加速度が勘案された制御となるので、テーブルに過度に加速度が生じるおそれがない。

また、本発明のステージ装置においては、前記テーブルの姿勢を検知するジャイロセンサをさらに備え、前記制御部は、前記ジャイロセンサの検出値によって検知される前記テーブルの姿勢が、所定の姿勢閾値を超えたときは、前記加速度制御信号を絶対値の低い値に補正することが好ましい。

テーブルの姿勢が所定の姿勢閾値を超えた場合、考えられるのはテーブルに対して過度の負荷が生じた場合である。このような場合、本発明では、加速度制御信号を正規の加速度制御信号よりも絶対値の低い値に補正するので、テーブルを含むステージ装置のさらなる劣化を予防することができる。

また、本発明のステージ装置においては、前記制御部は、前記加速度センサの検出値を周波数分析して前記テーブル及び前記テーブルにより移動される前記物体の固有振動周波数と、前記固有振動周波数となるときの前記モータの回転数を取得し、前記固有振動周波数となるときの前記モータの回転数での運転時間を減少させることが好ましい。

当該構成によれば、テーブル及びテーブルにより移動される物体の固有振動周波数を伴ってテーブルが移動される時間が少なくなるので、テーブル等の共振によるステージ装置の負担を軽減することができる。

本発明の複合ステージの制御装置は、前記ステージ装置を複数組み合わせた複合ステージを制御する装置であって、いずれかの前記ステージ装置において前記位置制御信号を補正した際の補正値が所定の補正許容値を超えているときは、当該ステージ装置を特定して警報を報知する報知部を備えていることを特徴とする。

当該構成によれば、複数のステージ装置が組み合わされた複合ステージにおいて、あるステージ装置のガタ等が許容範囲を超えた場合であっても、報知部による警報によってそのステージ装置を特定することができる。従って、複合ステージ全体でガタ等による不都合が生じた場合であっても、容易に原因となるステージ装置を特定することができ、復旧作業等も迅速に行う事ができる。

また、同様に、本発明の複合ステージの制御装置において、前記テーブルにかかる荷重を検出する荷重センサを備えるものであるときは、前記報知部は、いずれかの前記ステージ装置において前記荷重センサの検出値が所定の荷重閾値を超えた際に、当該ステージ装置を特定して警報を報知することが好ましい。

また、同様に、本発明の複合ステージの制御装置において、前記ステージ装置が前記テーブルの姿勢を検知するジャイロセンサを備えるものであるときは、前記報知部は、前記ジャイロセンサの検出値によって検知される前記テーブルの姿勢が所定の姿勢閾値を超えた際に、当該ステージ装置を特定して警報を報知することが好ましい。

本発明のステージ装置によれば、装置の設置後の調節が困難な場合や、使用者の習熟度が低い場合であっても、装置の運転条件を好適な状態に保つことができるステージ装置を提供することができる。また、本発明のステージ装置によれば、ステージ装置の運転状況を把握し、ステージ装置にガタ等の劣化が生じた場合でも自動的に調整することができ、メンテナンスが容易なステージ装置を提供することができる。さらに複数のステージ装置を備える複合ステージにおいては、不具合のあるステージ装置を特定して報知することができる。

ステージ装置が複数連結されている複合ステージを示す説明図。本発明のステージ装置の一例である直動ステージを示す説明図。直動ステージ、複合ステージ及びその制御装置である操作端末の機能的構成を示す説明図。ステージ装置のテーブルが移動される際の速度と時間との関係を示すグラフ。

次に、図１〜図４を参照して、本発明の実施形態の一例であるステージ装置及び複合ステージの制御装置について説明する。図１はステージ装置が複数連結されている複合ステージを示す説明図、図２は本発明のステージ装置の一例である直動ステージを示す説明図、図３は直動ステージ、複合ステージ及びその制御装置である操作端末の機能的構成を示す説明図、図４は本実施形態におけるステージ装置のテーブルが移動される際の速度と時間との関係を示すグラフである。

図１に示すように、本実施形態では、複数のステージ装置を複数組み合わせて複合ステージ１としている。ステージ装置は、図１において、最下段から直動ステージ２、直動ステージ３、直動ステージ４が組み合わされている。また、直動ステージ４のＹ方向の前方に、ゴニオステージ５、ゴニオステージ６、及び回転ステージ７が組み合わされている。

図１においては、直動ステージ２はＸ方向に前後して駆動される。この直動ステージ２の上面には、同じく直動ステージ３が取り付けられており、この直動ステージ３のテーブル３ａは図１においてＹ方向に前後して駆動される。

また、図１において、直動ステージ３の上面に略Ｌ字形のブラケット８を介して、Ｚ方向に上下動する直動ステージ４が取り付けられている。この直動ステージ４のテーブル４ａは図１においてＺ方向に上下して駆動される。また、この直動ステージ４のテーブル４ａの前面には、Ｚ方向を軸として円弧軌道を描くテーブル５ａを備えたゴニオステージ５が取り付けられている。

このゴニオステージ５のＹ方向の前面には、Ｘ方向を軸として円弧軌道を描くテーブル６ａを備えたゴニオステージ６が取り付けられている。さらにこのゴニオステージ６のテーブル６ａの前面には、Ｙ軸を中心に円運動を行うテーブル７ａを備えた回転ステージ７が取り付けられている。

複合ステージ１は、回転ステージ７のテーブル７ａの表面に取り付けられる治具（図示省略）で精密機械の部品の加工を行うものである。この複合ステージ１は、制御装置である操作端末１０（図３参照）によって運転プログラム等が設定される。

次に、図２を参照して、本実施形態のステージ装置について、直動ステージ２を例にして説明する。本実施形態の直動ステージ２は、一軸方向に往復移動が可能なステージ機構２１と、このステージ機構２１を駆動するモータ２２とを備えている。ステージ機構２１は、設置場所に固定されるベース２３と、ベース２３上を往復移動するテーブル２４とを備えている。

モータ２２は、ベース２３の側面に固定されている。また、モータ２２は、コネクタ２５を介してモータコントローラ２６（図３参照）に電気的に接続されている。モータ２２は、本実施形態ではステッピングモータを用いており、モータコントローラ２６によって、モータ２２の回転速度及び加速度、テーブル２４の位置等の制御が可能となっている。

また、ステージ機構２１は、モータ２２にカップリング２７を介して接続されるボールネジ２８と、ボールネジ２８によって前後方向（図２におけるＸ方向）に移動されるナット部材２９を備えている。ナット部材２９には、ナット部材２９とテーブル２４の裏面とを接続するロードセル（荷重センサ）３０が固定されている。

ロードセル３０は、テーブル２４及びテーブル２４に載置される物体の重量を検出するセンサである。本実施形態においては、テーブル２４の上に載置されている直動ステージ３、直動ステージ４、ゴニオステージ５、ゴニオステージ６、回転ステージ７の各ステージ及びその付属品の重量を検出する。

また、ロードセル３０は、テーブル２４を移動させた際の負荷を検出することができる。例えば、テーブル２４を移動させた際に各ステージの移動に伴うモーメントや、複合ステージ１に保持された部品に対する加工の際に生じる負荷等である。また、各ステージの経時的な劣化によってテーブル２４に生じる負荷が変化するが、その変化も検出することができる。

また、テーブル２４の裏面には、基板３１に取り付けられた加速度センサ３２及びジャイロセンサ３３が設けられている。加速度センサ３２は、テーブル２４の進退方向であるＸ方向のみならず、Ｙ方向、及び上下のＺ方向の加速度を検出することができる。ジャイロセンサ３３は、テーブル２４角度や角速度等を検出するセンサで、テーブル２４の傾きや捩れ等の動きを検知するものである。

また、ベース２３には位置センサ３４が設けられている。この位置センサ３４は、テーブル２４と共に移動するスケール３５のベース２３に対する位置を検知することにより、テーブル２４の位置を検知している。また、この位置センサ３４によって、直動ステージ２の経時劣化によるボールネジ２８のガタ等についても検出することができる。

本実施形態の直動ステージ２においては、位置センサ３４の近傍の温度を検出するための第１温度センサ３６、ナット部材２９の温度を検出するための第２温度センサ３７、及びモータ２２の温度を検出するための第３温度センサ３８を備えている。

第１温度センサ３６では、位置センサ３４の近傍の温度を検出することにより、スケール３５の温度による誤差の修正が可能となる。第２温度センサ３７では、ボールネジ２８の不具合が生じた場合等のナット部材２９の温度上昇を検知して不具合の早期発見を可能としている。第３温度センサ３８では、モータ２２に不具合が生じた場合等のモータ２２の温度上昇を検知して不具合の早期発見を可能としている。

次に、図３を参照して、本実施形態の直動ステージ２の機能的構成について説明する。図３に示すように、直動ステージ２は、ステージ機構２１とモータ２２とが連結されており、モータ２２にはモータコントローラ２６が電気的に接続されている。モータコントローラ２６には、上記各センサが接続されており、各センサからの信号を受信している。モータコントローラ２６は、制御部３９と通信部４０と記憶部４１とを備えている。

直動ステージ２は、直動ステージ（図３においてステージをＳと省略。以下同じ。）３、直動ステージ４、ゴニオステージ５、ゴニオステージ６、及び回転ステージ７と共に操作端末１０に電気的に接続されている。操作端末１０は、複合ステージ１の使用者が、複合ステージ１の運転プログラムを入力する際に用いられる端末である。

操作端末１０は、図３に示すように、複合ステージ１の運転プログラム等の入力を行う入力部４２と、運転プログラムによって複合ステージ１を稼働させるためのステージ制御部４３と、運転プログラム等の表示を行う表示部４４と、表示部４４において複合ステージ１の不具合情報等を表示させる報知部４５と、各種データの記憶を行う記憶部４６と、複合ステージ１及び外部ネットワーク（図示省略）等との通信を行う通信部４７とを備えている。

ここで、モータコントローラ２６は、マイクロコンピュータや記憶媒体としてのメモリ等のハードウエア（図示省略）と、モータ２２を回転制御するためのソフトウエアから構成される。また、操作端末１０は、ＣＰＵ等の各種プロセッサから構成されるコンピュータ、記憶媒体としてのメモリ、各種インターフェース等（図示省略）から構成されている。また、操作端末１０は、デスクトップ型或いはノート型のコンピュータ、或いはタブレット端末等を利用することもできる。

次に、本実施形態の直動ステージ２及び複合ステージ１の作動について説明する。複合ステージ１においては、回転ステージ７のテーブル７ａに取り付けられた治具（図示省略）の先端において精密機械の部品の加工を行っている。

具体的に、例えば図１における回転ステージ７のリング状のテーブル７ａの中心位置を基準として、Ａ点が加工前の部品を他の装置から受け取る受領点、Ｂ点が部品の加工を行う加工点、Ｃ点が加工された部品のリリース点としてこの３点の間を往復する動きを例にして説明する。

まず、図１は、治具を示す基準点が部品の加工を行う加工点Ｂに位置する状態を示している。この状態から部品の供給を受けるときは、基準点を加工点ＢからＸの矢印方向（図１において右下方向）に移動させながら、Ｚの矢印とは反対方向（下方向）に移動させ、且つＹの矢印方向（左下方向）に移動させる。実際には、これらの動きが同時に行われ、基準点が加工点Ｂから受領点Ａに移動する。

これらの動きは、基準点を加工点ＢからＸ方向に移動させるのは直動ステージ２であり、基準点をＺ方向に移動させるのは直動ステージ４であり、基準点をＹ方向に移動させるのは直動ステージ３となる。

逆に、基準点を受領点Ａから加工点Ｂに移動させるときは、受領点ＡからＸの矢印とは反対方向（左上方向）に移動させながら、Ｚの矢印方向（上方向）に移動させ、且つＹの矢印とは反対方向（右上方向）に移動させる。

同様に、基準点を加工点Ｂからリリース点Ｃに移動させるときは、基準点をＸの矢印とは反対方向（左上方向）に移動させることになる。このとき、Ｙ方向及びＺ方向への移動はない。

また、加工点Ｂにおいては、図示しない部品の姿勢が加工精度に直接影響するため、複合ステージ１の姿勢制御が重要となる。具体的には、加工すべき部品の姿勢を写真又は動画で撮影し、画像解析により部品の姿勢を検出する。このとき、赤外線又はレーザを併用して部品の姿勢を検出してもよい。

検出された部品の姿勢が、予め設定されている部品の基準姿勢と異なっているときは、複合ステージ１によって部品の姿勢が基準姿勢となるように修正を行う。具体的には、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の位置がずれている場合には直動ステージ２，３，及び４を移動させ、部品のＸ軸又はＺ軸を中心とした旋回角度が異なるときはゴニオステージ５及び６を移動させ、Ｙ軸を中心とした円周方向の角度が異なるときは回転ステージ７を移動させる。

次に、直動ステージ２における作動について説明する。直動ステージ２は、操作端末１０によって組まれた運転プログラムに従って運転される。直動ステージ２が運転状態にあるときは、ロードセル３０によってテーブル２４の上面に載置されている各ステージ及び付属品等の重量及び負荷を検知している。この重量及び負荷のデータは、逐次モータコントローラ２６に設けられている記憶部４１に記憶されている。また、この重量及び負荷のデータは、操作端末１０に送信されて操作端末１０内の記憶部４６においても記憶される。

ここで、直動ステージ２では、テーブル２４の上に直動ステージ３及び４、ゴニオステージ５及び６と共に、回転ステージ７が固定されている。制御部３９では、ロードセル３０によって検出される荷重に対して荷重閾値を設けている。この荷重閾値は、直動ステージ２の耐久性を確保するために設けられる閾値である。

例えば、荷重閾値として、直動ステージ３及び４の２台分の重量に相当する荷重が設定されているとすると、本実施形態においては、テーブル２４にかかる負荷は、直動ステージ２における荷重閾値を超えている。逆に、荷重閾値として、テーブル２４に載置されているステージ等の重量の合計を超える値が設定されている場合は、本実施形態の状態では荷重閾値内となる。なお、本実施形態では、テーブル２４に載置されている上記ステージ等の重量の合計が、荷重閾値を超えているものとして以下の説明を行う。

操作端末１０の運転プログラムによって、上記基準点を加工点Ｂから受領点Ａまで移動させるときは、直動ステージ２はテーブル２４を図１及び図２におけるＸの矢印方向に移動させる。その際、制御部３９は、モータ２２に対して、テーブル２４が所定の位置に移動するように位置制御信号を送信して回転制御を行う。また、同時に、制御部３９は、所定の加速度制御信号を送信して、テーブル２４が目標加速度となるようにモータ２２を駆動する。このとき、制御部３９では、位置センサ３４の検出値の変化と経過時間からテーブル２４の移動速度を算出する。

例えば、テーブル２４をＸの矢印方向に１０ｍｍ移動させる場合、制御部３９は、ボールネジ２８の回転に対するナット部材２９の移動量から、テーブル２４を１０ｍｍ移動させるのに必要な回転数を算出してモータ２２に位置制御信号を送信する。その際、テーブル２４の加速度を制御するために、制御部３９は加速度制御信号もモータ２２に送信する。これにより、テーブル２４は、制御部３９の指示により、モータ２２によって所定の加速度で１０ｍｍだけＸ方向に移動される。

このとき、位置センサ３４及びスケール３５によって、テーブル２４の移動量が検出される。直動ステージ２に劣化等が生じていない場合は、この位置センサ３４の検出値は、制御部３９によるテーブル２４の移動量である始点から１０ｍｍの位置と一致している。

一方で、直動ステージ２に長期間の使用による各部材の摩耗等によって劣化が生じている場合、例えば、ボールネジ２８とナット部材２９との間にガタ等が生じている場合は、位置センサ３４による検出値、即ち、実際のテーブル２４の移動後の位置が、目標位置である始点から１０ｍｍの位置とは異なる事態も生じうる。

ここで、制御部３９の指示によるテーブル２４の移動後の位置と、位置センサ３４の検出値の位置との差が、予め設定された位置閾値以内であれば、制御部３９は位置制御信号の補正を行わない。しかしながら、両者の差が位置閾値を超える場合は、制御部３９は、テーブル２４が位置センサ３４により示される目的の位置に移動するように位置制御信号を補正する。

当該位置制御信号の補正により、テーブル２４は、制御部３９及びモータ２２によって、正確な位置への移動が行われるようになる。また、制御部３９は、当該補正された値を記憶部４１に記憶しており、補正が行われる度に補正値の記録が行われる。

次に、図４を参照して、直動ステージ２のテーブル２４が移動される際の速度（Ｖ）と時間（Ｔ）との関係について説明する。図４において、時間がｔ１の段階では、制御部３９によるモータ２２の駆動により、テーブル２４は予め定められた正規の制御加速度（正の加速度）でテーブル２４を移動させる。

これにより、テーブル２４は、徐々に速度を増しながら移動する。本実施形態においては、テーブル２４にかかる負荷が荷重閾値を超えているため、制御部３９は、加速度の変更点Ｃ１から所定時間前のｔ２の段階において、ｔ１の段階の制御加速度よりも絶対値が低く補正された加速度制御信号をモータ２２に送信する。この所定時間は、任意に定めることができ、例えば、一定の時間としてもよく、荷重閾値に対する実測の荷重の大小に応じて設定してもよい。

これにより、テーブル２４には、時間がｔ１の段階よりも絶対値が低い加速度が与えられ、図４に示すようにｔ２においては速度の上昇率が低くなる。ここで、テーブル２４にかかる負荷が大きい場合であって、補正された加速度ではなく、正規の制御加速度でテーブル２４を加速したときは、図４の点線に示すように、一時的に予め設定された速度Ｖを超えることになる（オーバーシュート）。

しかしながら、本実施形態の直動ステージ２においては、制御部３９が、ｔ２の段階で上記補正された加速度制御信号によりモータ２２を駆動し、これによりテーブル２４の加速度が補正されるため、上記のようなオーバーシュートを防止することができる。

また、テーブル２４は、ｔ３の段階では一定の速度Ｖで移動がなされる。そして、ｔ４の段階では、制御部３９からモータ２２に所定の加速度制御信号（負の加速度）が送られ、テーブル２４が一定の加速度で減速していく。

本実施形態では、加速度の変更点Ｃ２から所定時間前のｔ５の段階において、制御部３９からモータ２２に正規の制御加速度よりも絶対値が小さい補正された加速度制御信号が送られ、テーブル２４に加わる負の加速度が小さくなる。

その後、ｔ６の段階において、制御部３９からモータ２２に停止信号が送信され、テーブル２４の移動が停止される。これにより、図４においてｔ５からｔ６の段階に移行する際に、テーブル２４は停止位置のオーバーシュートを起こすことなく、所定の位置である受領点Ａに停止される。

上記の通り、制御部３９は、モータ２２に対して上記基準点を加工点Ｂに移動させるよう制御しており、同時に、位置センサ３４によってテーブル２４が実際に移動した位置を検出している。何らかの原因により、位置センサ３４におけるテーブル２４の位置情報が、位置閾値を超えて所定の目標位置情報と異なっているときは、制御部３９は、位置センサ３４の位置情報が所定の目標位置となるように位置制御信号を補正する。

また、本実施形態では、制御部３９は、テーブル２４が停止している状態で、加速度センサ３２によって重力加速度成分の方向と大きさを取得し、記憶部４１に記憶している。制御部３９は、加速度制御信号を決定する際、この重力加速度成分の方向と大きさを考慮して決定を行っている。

例えば、直動ステージ２においては、テーブル２４の移動方向に対して垂直方向に重力が加わっているため、この加速度センサ３２の検出値は、Ｚ方向に向いた重力加速度となる。直動ステージ２においては、テーブル２４の移動方向（Ｘ方向）に生じる重力加速度成分はほぼ０であるため、加速度制御信号への重力加速度の影響は極めて小さい。

一方で、例えば直動ステージ４の場合、テーブル４ａの移動方向が重力加速度の方向と一致するので、加速度制御信号においては、重力加速度と一致する方向への加速度値を減少させ、重力加速度に反する方向への加速度値を増加させることを行っている。これにより、直動ステージ４におけるテーブル４ａの位置制御及び加速度制御の精度が向上し、テーブル４ａの正確な位置決めが可能となる。また、他のゴニオステージ５又は６、若しくは回転ステージ７においても同様に、重力加速度成分の大きさと方向によって加速度制御信号を重力加速度成分を含むように補正することにより、正確な制御が可能となる。

本実施形態では、さらに、制御部３９は、加速度センサ３２の検出値を取得して記憶部４１において記憶すると共に、加速度センサ３２の検出値の周波数分析を行っている。具体的には、加速度センサ３２の検出値に対してフーリエ変換を行い、変換後のピーク値の周波数から、テーブル２４及びテーブル２４に固定されている各ステージが一体となった移動体の固有振動周波数を検出する。

制御部３９では、この固有振動周波数が発生するモータ２２の回転数を算出し、操作端末１０の運転プログラムにおいて、その回転数でのモータ２２の運転条件がある場合、その回転数でのモータ２２の運転時間を減少させるように制御する。具体的には、仮にその回転数が一定時間継続する運転プログラムの場合、回転数を変更して運転を行うようにしている。

このような制御部３９の制御によって、テーブル２４及びこれに固定されている各ステージが一体となった移動体の固有振動周波数でモータ２２が運転される時間が減少するので、複合ステージ１に生じる負担を軽減することができる。

また、本実施形態では、直動ステージ２にジャイロセンサ３３が設けられており、このジャイロセンサ３３によって常時テーブル２４に生じる傾きや捩れ等の動きを検知している。ここで、例えば回転ステージ７に対して何らかの外力が加わったときは、この回転ステージ７に連結されている直動ステージ２のテーブル２４に傾きが生じることがある。

本実施形態では、制御部３９が、ジャイロセンサ３３の検出値が所定の姿勢閾値を超えた場合は、その旨の信号を通信部４０を介して操作端末１０に送信している。この姿勢閾値は、テーブル２４の角度等、ステージ装置の性能等に応じて適宜定めることができる。

操作端末１０では、通信部４７を介して当該信号を受信し、表示部４４の報知部４５においてテーブル２４に異常があることを報知する。報知部４５は、表示部４４に警告として画面表示を行うと共に、ブザー等の警告音を発して管理者に異常を報知する。また、このとき、操作端末１０の通信部４７を介して、外部のネットワークを通じて管理者の携帯端末に異常情報を送信してもよい。

また、ジャイロセンサ３３の検出値が所定の姿勢閾値を超えた場合は、制御部３９はモータ２２に送信する加速度制御信号を、正規の制御加速度よりも低い補正された加速度制御信号にしたうえで送信する。これにより、テーブル２４に加わる加速度が小さくなるので、直動ステージ２に生じる負担を減少させることができる。

ところで、複合ステージ１を長期間稼働させると、ボールネジ２８とナット部材２９との間、或いはステージ装置同士の連結部分等にガタ等が生じることは避けられない。このようなガタ等が発生した場合、位置センサ３４で検出されるテーブル２４の位置情報が、所定の目標位置情報と異なることになる。

本実施形態では、制御部３９は位置センサ３４の位置情報が位置閾値を超えて目標位置と異なっている場合は、所定の目標位置となるように位置制御信号を補正している。また、制御部３９は、この補正値を記憶部４１に逐次記録しているが、この補正の累積値が所定の補正許容値を超える場合は、直動ステージ２を特定してメンテナンス等が必要と判断して報知部４５による報知を行う。

これにより、直動ステージ２が故障するのを事前に防止することが可能となり、例えば、複合ステージ１の休止中にメンテナンスを行うことができるので、不慮の事態で生産ラインが停止する等の不都合を防止することができる。

また、複合ステージ１においては、操作端末１０によって運転プログラムが変更になる場合がある。例えば、上記実施形態において、製造すべき物品の仕様変更等により、受領点Ａ、加工点Ｂ又はリリース点Ｃの位置が変更となる場合がある。このような場合は、操作端末１０によって、各ステージ装置に新たな目標位置情報が送信される。

このように、各ステージ装置に新たな目標位置情報が送信されたときは、新たな運転プログラムによる複合ステージ１の運転が行われる。ここで、直動ステージ２においては、位置センサ３４によってテーブル２４の位置を検知しているが、直動ステージ２の経時劣化によるボールネジ２８のガタ等がある場合、操作端末１０のステージ制御部４３によっても位置制御信号の補正を行う事ができる。

また、このような位置補正を行った際に、その補正値の累積値が所定の補正許容値を超えている場合は、直動ステージ２を特定してメンテナンスが必要である旨の警報を報知部４５が発するようにしてもよい。

なお、上記実施形態における説明では、本発明のステージ装置として直動ステージ２を例にして詳細を説明したが、他のステージ装置である直動ステージ３，４、ゴニオステージ５，６、及び回転ステージ７の他のステージ装置においても同様に制御される。

従って、例えばゴニオステージ５の内部機構の劣化により、ゴニオステージ５の制御部（図示省略）において位置制御信号の補正が行われ、その累積値が所定の補正許容値を超えた場合、操作端末１０の報知部４５によってゴニオステージ５に異常があることが管理者に報知される。

また、第１温度センサ３６、第２温度センサ３７、及び第３温度センサ３８の信号から、温度が異常値を示した場合、その異常があるステージ装置とその異常箇所を特定して操作端末１０の報知部４５で警報を発してもよい。

このように、操作端末１０においては、警報が報知されるステージ装置が明らかにされるので、複合ステージ１の管理者は、多数のステージ装置の中から不具合が生じたステージ装置を容易に把握することができる。

以上、本実施形態のステージ装置及び複合ステージ１の制御装置について説明したが、本発明のステージ装置及び複合ステージは、上記実施形態に限らず、適宜応用が可能である。例えば、操作端末１０をインターネット等の外部ネットワークに接続し、当該ネットワークを介して外部からアクセスを行い、外部のサーバ装置から複合ステージ１の運転状況や保守管理を行うことも可能である。

その際、サーバ装置にモータコントローラ２６の記憶部４１、或いは操作端末１０の記憶部４６に記憶されているデータを収集して、複合ステージ１又は各ステージ装置の管理を行うものとしてもよい。

また、複合ステージ１におけるステージ装置の組み合わせについても、上記実施形態に限らず、直動ステージ２及び３のみを連結したＸ−Ｙステージとしてもよく、直動ステージ４と回転ステージ７のみを連結したもの等、種々の組み合わせとすることができる。

１…複合ステージ、２，３，４…直動ステージ、５，６…ゴニオステージ、７…回転ステージ、１０…操作端末（複合ステージの制御装置）、２１…ステージ機構、２２…モータ、２３…ベース、２４…テーブル、２６…モータコントローラ、２８…ボールネジ、２９…ナット部材、３０…ロードセル（荷重センサ）、３２…加速度センサ、３３…ジャイロセンサ、３４…位置センサ、３６〜３８…第１〜第３温度センサ、３９…制御部（モータコントローラ）、４０…通信部（モータコントローラ）、４１…記憶部（モータコントローラ）、４２…入力部、４３…ステージ制御部、４４…表示部、４５…報知部、４６…記憶部（操作端末）、４７…通信部（操作端末）。

Claims

物体を移動させるテーブルを所定の軌道で移動させるステージ機構と、
前記ステージ機構を駆動するモータと、
前記テーブルの位置を検出する位置センサと、
前記テーブルに生じる加速度を検出する加速度センサと、
前記モータの運転を制御する制御部とを備えたステージ装置であって、
前記制御部は、前記テーブルの位置を指示する位置制御信号と、前記テーブルの加速度を指示する加速度制御信号により前記モータの回転制御を行い、
前記位置制御信号によって前記テーブルが目標位置となるように前記モータを駆動する際に、前記加速度制御信号によって前記テーブルが目標加速度となるように前記モータを駆動し、
前記モータによって前記テーブルが移動された際の前記位置センサの検出値が所定の位置閾値を超えて前記目標位置と異なっているときは、前記位置センサの検出値が前記目標位置となるように前記位置制御信号を補正することを特徴とするステージ装置。
請求項１に記載のステージ装置であって、
前記テーブルにかかる荷重を検出する荷重センサをさらに備え、
前記加速度制御信号は、正の加速度制御信号及び負の加速度制御信号からなり、
前記制御部は、前記荷重センサの検出値が所定の荷重閾値を超えたときは、前記加速度制御信号を絶対値の低い値に補正することを特徴とするステージ装置。
請求項２に記載のステージ装置であって、
前記制御部は、前記加速度制御信号が変更される変更点から所定時間前に前記加速度制御信号を補正することを特徴とするステージ装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステージ装置であって、
前記加速度センサは、前記テーブルの移動方向に生じる重力加速度成分を検出し、
前記制御部は、前記加速度制御信号を、前記重力加速度成分を含む値とすることを特徴とするステージ装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステージ装置であって、
前記テーブルの姿勢を検知するジャイロセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記ジャイロセンサの検出値によって検知される前記テーブルの姿勢が、所定の姿勢閾値を超えたときは、前記加速度制御信号を絶対値の低い値に補正することを特徴とするステージ装置。
請求項４に記載のステージ装置であって、
前記テーブルの姿勢を検知するジャイロセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記ジャイロセンサの検出値によって検知される前記テーブルの姿勢が、所定の姿勢閾値を超えたときは、前記加速度制御信号を絶対値の低い値に補正することを特徴とするステージ装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステージ装置であって、
前記制御部は、前記加速度センサの検出値を周波数分析して前記テーブル及び前記テーブルにより移動される前記物体の固有振動周波数と、前記固有振動周波数となるときの前記モータの回転数を取得し、前記固有振動周波数となるときの前記モータの回転数での運転時間を減少させることを特徴とするステージ装置。
請求項４に記載のステージ装置であって、
前記制御部は、前記加速度センサの検出値を周波数分析して前記テーブル及び前記テーブルにより移動される前記物体の固有振動周波数と、前記固有振動周波数となるときの前記モータの回転数を取得し、前記固有振動周波数となるときの前記モータの回転数での運転時間を減少させることを特徴とするステージ装置。
請求項５に記載のステージ装置であって、
前記制御部は、前記加速度センサの検出値を周波数分析して前記テーブル及び前記テーブルにより移動される前記物体の固有振動周波数と、前記固有振動周波数となるときの前記モータの回転数を取得し、前記固有振動周波数となるときの前記モータの回転数での運転時間を減少させることを特徴とするステージ装置。
請求項６に記載のステージ装置であって、
前記制御部は、前記加速度センサの検出値を周波数分析して前記テーブル及び前記テーブルにより移動される前記物体の固有振動周波数と、前記固有振動周波数となるときの前記モータの回転数を取得し、前記固有振動周波数となるときの前記モータの回転数での運転時間を減少させることを特徴とするステージ装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステージ装置を複数組み合わせた複合ステージを制御する装置であって、
いずれかの前記ステージ装置において前記位置制御信号を補正した際の補正値が所定の補正許容値を超えているときは、当該ステージ装置を特定して警報を報知する報知部を備えていることを特徴とする複合ステージの制御装置。
請求項４に記載のステージ装置を複数組み合わせた複合ステージを制御する装置であって、
いずれかの前記ステージ装置において前記位置制御信号を補正した際の補正値が所定の補正許容値を超えているときは、当該ステージ装置を特定して警報を報知する報知部を備えていることを特徴とする複合ステージの制御装置。
請求項５に記載のステージ装置を複数組み合わせた複合ステージを制御する装置であって、
いずれかの前記ステージ装置において前記位置制御信号を補正した際の補正値が所定の補正許容値を超えているときは、当該ステージ装置を特定して警報を報知する報知部を備えていることを特徴とする複合ステージの制御装置。
請求項６に記載のステージ装置を複数組み合わせた複合ステージを制御する装置であって、
いずれかの前記ステージ装置において前記位置制御信号を補正した際の補正値が所定の補正許容値を超えているときは、当該ステージ装置を特定して警報を報知する報知部を備えていることを特徴とする複合ステージの制御装置。
請求項７に記載のステージ装置を複数組み合わせた複合ステージを制御する装置であって、
いずれかの前記ステージ装置において前記位置制御信号を補正した際の補正値が所定の補正許容値を超えているときは、当該ステージ装置を特定して警報を報知する報知部を備えていることを特徴とする複合ステージの制御装置。
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のステージ装置を複数組み合わせた複合ステージを制御する装置であって、
いずれかの前記ステージ装置において前記位置制御信号を補正した際の補正値が所定の補正許容値を超えているときは、当該ステージ装置を特定して警報を報知する報知部を備えていることを特徴とする複合ステージの制御装置。
請求項１１に記載の複合ステージの制御装置であって、
前記テーブルにかかる荷重を検出する荷重センサを備えるものであるときは、
前記報知部は、いずれかの前記ステージ装置において前記荷重センサの検出値が所定の荷重閾値を超えた際に、当該ステージ装置を特定して警報を報知することを特徴とする複合ステージの制御装置。
請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の複合ステージの制御装置であって、
前記テーブルにかかる荷重を検出する荷重センサを備えるものであるときは、
前記報知部は、いずれかの前記ステージ装置において前記荷重センサの検出値が所定の荷重閾値を超えた際に、当該ステージ装置を特定して警報を報知することを特徴とする複合ステージの制御装置。
請求項１６に記載の複合ステージの制御装置であって、
前記テーブルにかかる荷重を検出する荷重センサを備えるものであるときは、
前記報知部は、いずれかの前記ステージ装置において前記荷重センサの検出値が所定の荷重閾値を超えた際に、当該ステージ装置を特定して警報を報知することを特徴とする複合ステージの制御装置。
請求項１７に記載の複合ステージの制御装置であって、
前記ステージ装置が前記テーブルの姿勢を検知するジャイロセンサを備えるものであるときは、
前記報知部は、前記ジャイロセンサの検出値によって検知される前記テーブルの姿勢が所定の姿勢閾値を超えた際に、当該ステージ装置を特定して警報を報知することを特徴とする複合ステージの制御装置。
請求項１８に記載の複合ステージの制御装置であって、
前記ステージ装置が前記テーブルの姿勢を検知するジャイロセンサを備えるものであるときは、
前記報知部は、前記ジャイロセンサの検出値によって検知される前記テーブルの姿勢が所定の姿勢閾値を超えた際に、当該ステージ装置を特定して警報を報知することを特徴とする複合ステージの制御装置。