KR101600135B1 - 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치 및 제어 방법 및 측정 장치 - Google Patents

병렬 슬라이더 장치의 제어 장치 및 제어 방법 및 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 병렬 슬라이더 장치에 있어서, 2개의 슬라이더가 서로 간섭하는 일 없이 원활한 움직임을 가지고 이동하는 것을 실현하는 것이다.
전방측 리니어 서보 모터(72)를 위한 전방측 서보 컨트롤러(110)와 후방측 리니어 서보 모터(80)를 위한 후방측 서보 컨트롤러(130)에 서로 동일한 위치 지령을 부여하는 한편, 전방측 서보 컨트롤러(110)와 후방측 서보 컨트롤러(130)에서 제어 게인을 서로 다르게 한다.

Description

병렬 슬라이더 장치의 제어 장치 및 제어 방법 및 측정 장치{CONTROL DEVICE, CONTROL METHOD, AND MEASUREMENT DEVICE OF PARALLEL SLIDER DEVICE}
본 발명은 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치 및 제어 방법 및 측정 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 서로 평행하게 배치된 2개의 가이드 레일에 각각 이동 가능하게 또한 서로 기계적으로 연결된 2개의 슬라이더가 개별의 구동 수단에 의해 구동되는 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치 및 제어 방법과 그것을 이용한 측정 장치에 관한 것이다.
직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼 등 대구경이며 얇은 원반(피측정물)의 표리면의 평탄도(두께 불균일)를 측정하는 측정 장치로서, 피측정물을 소정의 평면을 따라서, 예컨대 수직면을 따라서 지지하는 지지체와, 상기 지지체의 전면측과 배면측의 양측에 각각 상기 평면을 따라서 서로 평행하게 배치된 직선 형상의 제 1 가이드 레일 및 제 2 가이드 레일과, 상기 제 1 및 제 2 가이드 레일의 각각에 레일 길이 방향으로 개별적으로 이동 가능하게 마련된 제 1 슬라이더 및 제 2 슬라이더와, 상기 제 1 슬라이더와 상기 제 2 슬라이더를 개별적으로 이동 방향으로 구동하는 리니어 서보 모터 등에 의한 제 1 구동 수단 및 제 2 구동 수단을 갖고, 상기 제 1 슬라이더에 상기 피측정물의 전면(표면)까지의 거리를 측정하는 제 1 측정 수단(변위계)이 장착되며, 상기 제 2 슬라이더에 상기 피측정물의 배면(이면)까지의 거리를 측정하는 제 2 측정 수단(변위계)이 장착된 것이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1).
상술의 구성에 의한 측정 장치에서는, 피측정물을 지지하는 지지체의 전면측과 배면측의 양측에 각각 독립하여 가이드 레일 및 슬라이더를 배치할 필요가 있지만, 가이드 레일의 높이 위치를, 변위계가 실리콘 웨이퍼 등의 피측정물의 표리면을 주사하는 높이 위치에 가까운 위치로 설정할 수 있어서, 가이드 레일이 지지체의 하방에 배치되어 있는 경우에 비하여, 가이드 레일과 변위계 높이 방향의 이격 거리를 짧게 할 수 있다.
이에 의해, 가이드 레일에 대한 슬라이더의 이동 축선 주위의 변위에 기인하는 롤링 방향 오차가 가이드 레일과 변위계의 높이 방향의 이격 거리에 비례하여 오차가 커지는 것이 배제되어, 표리면의 독립된 평탄도 측정을 고정밀도로 실행할 수 있게 된다.
일본 공개 특허 제 1999-351867 호 공보
그렇지만, 이 경우에는, 지지체의 전면측과 배면측의 양측에 독립하여 가이드 레일 및 슬라이더를 배치하고 있으므로, 각각의 슬라이더를 개별의 구동 수단에 의해 서로 동기시켜 구동해야만 해서, 슬라이더의 이동 방향으로 이송 불균일에 의해 변위계에 의한 피측정물의 측정 위치에 표리에서 어긋남을 일으킬 우려가 있다. 이것에 기인하여 피측정물의 두께 측정에 오차를 일으키는 것이 염려된다.
이것에 대하여, 이송 불균일에 의한 측정 위치의 어긋남을 배제하기 위해서, 2축의 슬라이더를 서로 기계적으로 연결하는 것이 본원 출원인과 동일한 출원인에 의해 고려되고 있다.
이 경우, 기계적으로 연결된 2축의 슬라이더마다 개별적으로 마련된 리니어 서보 모터 등의 구동 수단에 의해 구동 제어하여 슬라이더의 위치 제어를 실행하는 위치 제어 장치는, 각 슬라이더의 구동 수단마다 준비되고, 2개의 위치 제어 장치에 동일한 위치 지령을 부여하여 동기를 취해서, 슬라이더 상호의 위치 어긋남 등의 오차가 생기지 않도록 고려된다.
그러나, 한편으로, 이들 2개의 슬라이더는 기계적으로 연결되어 있기 때문에, 리니어 서보 모터에 의해 구동 제어되는 방향에 대하여 기계적인 결합에 의한 움직임의 제약이 있으며, 리니어 서보 모터와 슬라이더 자체의 탑재 중량을 포함하는 기계적 특성이 2개의 슬라이더에 있어서는 완전하게 일치하는 경우는 없는 것도 영향을 미쳐, 동일한 위치 지령을 2개의 위치 제어 장치에 분배해도, 위치 지령에 대한 게인의 설정과 이것에 따른 동작은 완전하게는 일치하지 않아서, 가끔 상호 간섭하여 원활한 움직임을 실현할 수 없는 경우가 있다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 상술과 같은 병렬 슬라이더 장치에 있어서, 2개의 슬라이더가 서로 간섭하는 일 없이 원활한 움직임을 가지고 이동하는 것을 실현하는 것이다.
본 발명에 따른 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치는, 서로 평행하게 배치된 제 1 가이드 레일 및 제 2 가이드 레일과, 상기 제 1 및 제 2 가이드 레일의 각각에 레일 길이 방향으로 이동 가능하게 마련된 제 1 슬라이더 및 제 2 슬라이더와, 상기 제 1 슬라이더와 상기 제 2 슬라이더를 서로 기계적으로 연결하는 연결 수단과, 상기 제 1 슬라이더 및 상기 제 2 슬라이더를 각각 개별적으로 상기 레일 길이 방향으로 구동하는 제 1 전동 서보 액추에이터 및 제 2 전동 서보 액추에이터를 갖는 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치로서, 상기 제 1 전동 서보 액추에이터의 구동을 제어하는 제 1 위치 제어 장치와, 상기 제 2 전동 서보 액추에이터의 구동을 제어하는 제 2 위치 제어 장치를 갖고, 상기 제 1 위치 제어 장치와 상기 제 2 위치 제어 장치에는 서로 동일한 위치 지령이 부여되며, 상기 제 1 위치 제어 장치와 상기 제 2 위치 제어 장치에서 제어 게인이 서로 다르다.
본 발명에 따른 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치는, 바람직한 하나의 실시형태로서, 상기 제 1 위치 제어 장치의 제어 게인은 시스템 동정(同定)된 적정값이며, 상기 제 2 위치 제어 장치의 제어 게인은 시스템 동정된 상기 적정값보다 작은 값이다.
본 발명에 따른 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치는, 바람직한 또 하나의 실시형태로서, 상기 제 1 위치 제어 장치와 상기 제 2 위치 제어 장치는 각각 피드백 보상식의 것이며, 상기 제어 게인으로서 위치 루프 게인을 설정하는 위치 루프 게인 설정기를 갖고, 상기 제 1 위치 제어 장치의 위치 루프 게인 설정기는 비례 요소와 적분 요소를 포함하는 PI 제어 혹은 비례 요소와 적분 요소와 미분 요소를 포함하는 PID 제어의 게인을 설정하고, 상기 제 2 위치 제어 장치의 위치 루프 게인 설정기는 비례 요소만을 포함하는 P 제어의 게인을 설정한다.
본 발명에 따른 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치는, 바람직한 다른 하나의 실시형태로서, 상기 제 1 위치 제어 장치와 상기 제 2 위치 제어 장치는 각각 피드백 보상식의 것이며, 상기 제 1 위치 제어 장치는 위치 루프와 속도 루프와 가속도 루프가 케스케이드(cascade) 접속되고, 상기 제 2 위치 제어 장치는 위치 루프와 속도 루프가 케스케이드 접속되어 있다.
본 발명에 따른 병렬 슬라이더 장치의 제어 방법은, 서로 평행하게 배치된 제 1 가이드 레일 및 제 2 가이드 레일과, 상기 제 1 및 제 2 가이드 레일의 각각에 레일 길이 방향으로 이동 가능하게 마련된 제 1 슬라이더 및 제 2 슬라이더와, 상기 제 1 슬라이더와 상기 제 2 슬라이더를 서로 기계적으로 연결하는 연결 수단과, 상기 제 1 슬라이더 및 상기 제 2 슬라이더를 각각 개별적으로 상기 레일 길이 방향으로 구동하는 제 1 전동 서보 액추에이터 및 제 2 전동 서보 액추에이터를 갖는 병렬 슬라이더 장치의 제어 방법으로서, 상기 제 1 전동 서보 액추에이터의 구동 제어를 제 1 위치 제어 장치에 의해 실행하고, 상기 제 2 전동 서보 액추에이터의 구동 제어를 제 2 위치 제어 장치에 의해 실행하며, 상기 제 1 위치 제어 장치와 상기 제 2 위치 제어 장치에는 서로 동일한 위치 지령을 부여하고, 상기 제 1 위치 제어 장치의 제어 게인과 상기 제 2 위치 제어 장치의 제어 게인을 서로 다른 값으로 설정하고 있다.
본 발명에 따른 병렬 슬라이더 장치의 제어 방법은, 바람직하게는, 상기 제 1 위치 제어 장치의 제어 게인은 시스템 동정된 적정값이며, 상기 제 2 위치 제어 장치의 제어 게인은 시스템 동정된 상기 적정값보다 작은 값이다.
본 발명에 따른 병렬 슬라이더 장치의 제어 방법은, 바람직한 하나의 실시형태로서, 상기 제 1 위치 제어 장치와 상기 제 2 위치 제어 장치는 각각 피드백 보상식의 것이며, 상기 제어 게인으로서 위치 루프 게인을 설정하는 위치 루프 게인 설정기를 갖고, 상기 제 1 위치 제어 장치의 위치 루프 게인 설정기는 비례 요소와 적분 요소를 포함하는 PI 제어 혹은 비례 요소와 적분 요소와 미분 요소를 포함하는 PID 제어의 게인을 설정하며, 상기 제 2 위치 제어 장치의 위치 루프 게인 설정기는 비례 요소만을 포함하는 P 제어의 게인을 설정한다.
본 발명에 따른 병렬 슬라이더 장치의 제어 방법은, 바람직한 다른 하나의 실시형태로서, 상기 제 1 위치 제어 장치와 상기 제 2 위치 제어 장치는 각각 피드백 보상식의 것이며, 상기 제 1 위치 제어 장치로서, 위치 루프와 속도 루프와 가속도 루프가 케스케이드 접속된 것을 이용하고, 상기 제 2 위치 제어 장치로서, 위치 루프와 속도 루프가 케스케이드 접속된 것을 이용한다.
본 발명에 따른 측정 장치는, 서로 평행하게 배치된 제 1 가이드 레일 및 제 2 가이드 레일과, 상기 제 1 및 제 2 가이드 레일의 각각에 레일 길이 방향으로 이동 가능하게 마련된 제 1 슬라이더 및 제 2 슬라이더와, 상기 제 1 슬라이더와 상기 제 2 슬라이더를 서로 기계적으로 연결하는 연결 수단과, 상기 제 1 슬라이더 및 상기 제 2 슬라이더를 각각 개별적으로 상기 레일 길이 방향으로 구동하는 제 1 전동 서보 액추에이터 및 제 2 전동 서보 액추에이터와, 상기 제 1 가이드 레일과 상기 제 2 가이드 레일 사이에 배치되어 피측정물을 지지하는 지지체와, 상기 제 1 슬라이더에 장착되어 상기 피측정물의 한쪽의 면까지의 거리를 측정하는 제 1 측정 수단과, 상기 제 2 슬라이더에 장착되어 상기 피측정물의 다른쪽의 면까지의 거리를 측정하는 제 2 측정 수단과, 상술의 발명에 의한 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치를 갖는다.
본 발명에 따른 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치에 의하면, 제 1 위치 제어 장치와 제 2 위치 제어 장치에서 제어 게인이 서로 다른 것에 의해, 제어 게인이 높은 쪽이 주측, 제어 게인이 낮은 쪽이 종측이 되어 종측의 슬라이더의 움직임이 주측의 슬라이더의 움직임에 추종하게 되어, 결과적으로 원활한 움직임이 실현된다. 이 경우, 높은 쪽의 제어 게인은 시스템 동정된 적정값이며, 낮은 쪽의 제어 게인은 시스템 동정된 적정값보다 작은 값이면 좋다.
제 1 위치 제어 장치와 제 2 위치 제어 장치에서 제어 게인을 서로 다르게 하는 것은, 직접적으로 제어 게인의 파라미터 설정에 의하는 것 이외에, 제 1 위치 제어 장치는 PID 제어 혹은 PI 제어를 실행하고, 제 2 위치 제어 장치는 P 제어를 실행하는 것으로 하거나, 제 1 위치 제어 장치와 제 2 위치 제어 장치에서, 케스케이드 접속되는 피드백 보상 제어의 루프의 형태를 서로 다르게 하는 등에 의해 실행하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치를 이용한 웨이퍼 평탄도 측정 장치의 하나의 실시형태를 도시하는 사시도,
도 2는 본 실시형태에 따른 웨이퍼 평탄도 측정 장치의 정면도,
도 3은 도 2의 선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면도,
도 4는 본 실시형태에 따른 공기압 리니어 가이드 방식의 병렬 슬라이더 장치의 전후 슬라이더 연결 기구 부분의 사시도,
도 5는 본 실시형태에 따른 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치 및 제어 방법의 실시에 이용되는 제어계를 나타내는 블록도.
본 발명에 따른 바람직한 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 첨부 도면을 참조한 설명에서 이용되는 전후, 상하, 좌우 방향은 각 첨부 도면에 표기된 방향으로 한다.
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 기대(10)의 수평인 상면에는 지지체(12)가 배치되어 있다. 지지체(12)는 피측정물인 원반 형상의 실리콘 웨이퍼(W)를 지지하는 것으로서, 기대(10) 상에 고정 장착된 돔 형상의 고정대(14)와, 고정대(14)에 회전 가능하게 장착된 원환 회전체(16)를 갖는다.
원환 회전체(16)는 정압식의 에어 베어링(도시 생략)에 의해 전후 방향으로 연장되는 수평인 중심 축선 주위로 고정대(14)에서 회전 가능하게 지지되어 있다. 원환 회전체(16)의 내주부에는, 선단에 롤러(18)를 갖는 복수 개의 지지 아암(20)이 둘레 방향으로 등간격으로 마련되어 있다. 원환 회전체(16)는, 롤러(18)가 실리콘 웨이퍼(W)의 외주홈(도시 생략)에 맞물리는 상태로, 지지 아암(20)에 의해 실리콘 웨이퍼(W)를 원환 형상 공간 내에 수직면을 따라서 지지한다. 또한, 이 실리콘 웨이퍼(W)의 지지 구조에 대하여, 보다 상세한 설명이 필요하면, 일본 특허 제 4132503 호 공보를 참조하길 바란다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 지지체(12)에는, 고정대(14)를 스테이터 부재, 원환 회전체(16)를 로터로 하는 브러시리스 DC 모터가 조립되어 있다. 이 브러시리스 DC 모터는 원환 회전체(16)를 회전 구동한다.
기대(10)의 상면에는 좌우의 엔드 브래킷(30, 32)이 장착되어 있다. 좌우의 엔드 브래킷(30, 32)은 지지체(12)의 좌우 양측에 배치되며, 상부에 전방측 가이드 레일(제 1 가이드 레일)(40)과 후방측 가이드 레일(제 2 가이드 레일)(42)의 좌우 양단부를 각각 고정 지지하고 있다.
환언하면, 전방측 가이드 레일(40)은 상하에 돌출부(플랜지부)(40A, 40B)를 갖는 I형 횡단면 형상의 직선 레일(진직)이고(도 3 참조), 좌우의 단부가 좌우의 엔드 브래킷(30, 32)의 상부에 고정 연결되어, 좌우의 엔드 브래킷(30, 32) 사이에 중개된 상태로, 지지체(12)의 전면측을 좌우 방향으로 수평하게 연장되어 있다.
마찬가지로, 후방측 가이드 레일(42)은 상하에 돌출부(42A, 42B)를 갖는 I형 횡단면 형상의 직선 레일(진직)이고, 좌우의 단부가 좌우의 엔드 브래킷(30, 32)의 상부에 고정 연결되어, 좌우의 엔드 브래킷(30, 32) 사이에 중개된 상태로, 지지체(12)의 배면측을 좌우 방향으로 수평하게 연장되어 있다.
상술의 전방측 가이드 레일(40)과 후방측 가이드 레일(42)은 동일 높이 위치에 있고 서로 평행하게 연장하고 있다.
또한, 전방측 가이드 레일(40)과 후방측 가이드 레일(42)은 좌우 양단의 상부가 보강 연결판(34, 36)에 의해 서로 연결되어 있다.
전방측 가이드 레일(40)에는 전방측 슬라이더(제 1 슬라이더)(44)가 레일 길이 방향인 좌우 방향으로 이동 가능하게 마련되어 있다. 전방측 슬라이더(44)는 4장의 직사각형 판재(44A 내지 44D)에 의해 전방측 가이드 레일(40)의 외주를 둘러싸는 사각통체로 구성되어 있다.
전방측 슬라이더(44)의 직사각형 판재(44A 내지 44D)의 각각의 내면과, 이에 대향하는 전방측 가이드 레일(40)의 상측의 돌출부(40A)의 상면 및 전후 양면과 하측의 돌출부(40B)의 하저면 및 전후 양면 사이에는 각각 제 1 에어갭이 설정되며, 전방측 슬라이더(44)의 직사각형 판재(44A 내지 44D)에는 각각 대향면을 향해 개구된 공기 분출 포트(46)가 형성되어 있다(도 3 참조).
공기 분출 포트(46)에는 도시가 생략된 압축 공기원으로부터 제 1 압력 조절기에 의해 제 1 압력(P1)으로 조압된 압축 공기가 공급된다. 이에 의해, 전방측 가이드 레일(40)과 전방측 슬라이더(44) 사이에 정압 베어링식의 제 1 공기압 리니어 가이드(48)가 구성된다. 전방측 가이드 레일(40)의 레일 길이 방향에 따른 전방측 슬라이더(44)의 직선 이동은 제 1 공기압 리니어 가이드(48)에 의해 전방측 가이드 레일(40)에 대하여 비접촉 상태로 안내된다.
마찬가지로, 후방측 가이드 레일(42)에는 후방측 슬라이더(제 2 슬라이더) (50)가 레일 길이 방향인 좌우 방향으로 이동 가능하게 마련되어 있다. 후방측 슬라이더(50)는 4장의 직사각형 판재(50A 내지 50D)에 의해 후방측 가이드 레일(42)의 외주를 둘러싸는 사각통체로 구성되어 있다.
후방측 슬라이더(50)의 직사각형 판재(50A 내지 50D)의 각각의 내면과, 이에 대향하는 후방측 가이드 레일(42)의 상방의 돌출부(42A)의 상면 및 전후 양면과 하측의 돌출부(42B)의 하저면 및 전후 양면 사이에는 각각 제 2 에어갭이 설정되고, 후방측 슬라이더(50)의 직사각형 판재(50A 내지 50D)에는 각각 대향면을 향해 개구된 공기 분출 포트(52)가 형성되어 있다(도 3 참조).
공기 분출 포트(52)에는 도시가 생략된 압축 공기원으로부터 제 2 압력 조절기에 의해 제 2 압력(P2)으로 조압된 압축 공기가 공급된다. 이에 의해, 후방측 가이드 레일(42)과 후방측 슬라이더(50) 사이에 정압 베어링식의 제 2 공기압 리니어 가이드(54)가 구성된다. 후방측 가이드 레일(42)의 레일 길이 방향에 따른 후방측 슬라이더(50)의 직선 이동은 제 2 공기압 리니어 가이드(54)에 의해 후방측 가이드 레일(42)에 대하여 비접촉 상태로 안내된다.
또한, 도 3에서는 제 1 및 제 2 공기압 리니어 가이드(48, 54)의 에어갭은 실제보다 크게 과장되게 도시되어 있다.
전방측 슬라이더(44)와 후방측 슬라이더(50)의 각각의 하저부에는 연결용 베이스 부재(56, 58)가 고정 장착되어 있다. 연결용 베이스 부재(56, 58)의 각각의 좌우 양면에는, 연결 환봉(60, 62)의 전후 양단부가 체결 볼트(64, 66)에 의해 연결용 베이스 부재(56, 58)에 고정된 V블록(68, 70)에 의해 고정되어 있다(도 4 참조). 이에 의해, 전방측 슬라이더(44)와 후방측 슬라이더(50)가 서로 동일한 좌우 방향 위치(주사 방향 위치) 및 동일한 전후 방향 위치에 기계적으로 강고하게 연결된다.
이 기계적인 연결은 V블록(68, 70)에 의해 연결 환봉(60, 62)을 보지하여 연결 환봉(60, 62)을 연결용 베이스 부재(56, 58)의 각각의 좌우 양면(평면)에 가압하는 것에 의해 실행되어 있으므로, 높은 좌우 방향 위치 정밀도를 가지고 실행되게 된다. 이와 같이 하여 전후 슬라이더 연결의 병렬 슬라이더 장치가 구성된다.
전방측 슬라이더(44) 상에는 전후 방향으로 이동 가능한 테이블(88)을 구비한 미동 테이블 장치(90)가 장착되어 있다. 테이블(88)에는 변위계(92)가 탑재되어 있다. 변위계(92)는 정전 용량식 변위계 등 비접촉식의 변위계이며, 원환 회전체(16)에 장착된 피측정물인 실리콘 웨이퍼(W)의 중심을 통과하는 높이에 배치되어, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면까지의 거리를 측정한다.
마찬가지로, 후방측 슬라이더(50) 상에는 전후 방향으로 이동 가능한 테이블(94)을 구비한 미동 테이블 장치(96)가 장착되어 있다. 테이블(94)에는 변위계(98)가 탑재되어 있다. 변위계(98)도 정전 용량식 변위계나 레이저식 변위계 등 비접촉식의 변위계이며, 원환 회전체(16)에 장착된 피측정물인 실리콘 웨이퍼(W)의 중심을 통과하는 높이에 배치되어 실리콘 웨이퍼(W)의 이면까지의 거리를 측정한다.
실리콘 웨이퍼(W)의 평탄도 측정은, 원환 회전체(16)에 의해 실리콘 웨이퍼(W)를 회전시킨 상태에서, 전방측 슬라이더(44), 후방측 슬라이더(50)의 좌우 방향 이동에 의해 변위계(92, 98)를, 실리콘 웨이퍼(W)를 직경 방향으로 가로지르는 방향으로 주사 이동하면서 변위계(92, 98)에 의해 변위계(92, 98)의 주사 위치로부터 실리콘 웨이퍼(W)의 표면, 이면까지의 거리를 측정함으로써 실행된다.
기대(10)의 전방측 가이드 레일(40)의 앞쪽 위치에는 제 1 전동 서보 액추에이터인 전방측 리니어 서보 모터(72)의 고정자 부재(74)가 브래킷(76)에 의해 고정 장착되어 있다. 고정자 부재(74)는 좌우 방향으로 길고, 전방측 가이드 레일(40)과 평행하게 연장되어 있다. 전방측 슬라이더(44)에는 전방측 리니어 서보 모터(72)의 가동자 부재(78)가 장착되어 있다. 이에 의해, 전방측 슬라이더(44)는 전방측 리니어 서보 모터(72)에 의해 좌우 방향으로 구동된다.
기대(10)의 후방측 가이드 레일(42)의 뒤쪽 위치에는 제 2 전동 서보 액추에이터인 후방측 리니어 서보 모터(80)의 고정자 부재(82)가 브래킷(84)에 의해 고정 장착되어 있다. 고정자 부재(82)는 좌우 방향으로 길고, 후방측 가이드 레일(42)과 평행하게 연장되어 있다. 후방측 슬라이더(50)에는 후방측 리니어 서보 모터(80)의 가동자 부재(86)가 장착되어 있다. 이에 의해, 후방측 슬라이더(50)는 후방측 리니어 서보 모터(80)에 의해 좌우 방향으로 구동된다.
전방측 가이드 레일(40)과 전방측 슬라이더(44) 사이와, 후방측 가이드 레일(42)과 후방측 슬라이더(50) 사이에는 각각 전방측 슬라이더(44), 후방측 슬라이더(50)의 좌우 방향 이동의 실제 위치를 검출하는 전방측 리니어 스케일(200), 후방측 리니어 스케일(202)(도 5 참조)이 마련되어 있다.
다음으로, 상술의 구성에 의한 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치의 하나의 실시형태를 도 5를 참조하여 설명한다.
이 제어 장치는 전방측 리니어 서보 모터(72)의 구동을 제어하는 제 1 위치 제어 장치인 전방측 서보 컨트롤러(100)와, 후방측 리니어 서보 모터(80)의 구동을 제어하는 제 2 위치 제어 장치인 후방측 서보 컨트롤러(130)와, 전방측 서보 컨트롤러(100)와 후방측 서보 컨트롤러(130)에서 공통인 위치 지령 발생기(140)를 갖는다.
위치 지령 발생기(140)는 예컨대 펄스열 지령식의 것이며, 위치 지령으로서, 제어해야 하는 전방측 슬라이더(44) 및 후방측 슬라이더(50)의 이동 속도에 따른 펄스 주파수를 취하고, 제어해야 하는 전방측 슬라이더(44) 및 후방측 슬라이더(50)의 이동량에 따른 펄스수의 펄스 신호를 전방측 서보 컨트롤러(100)와 후방측 서보 컨트롤러(130)로 출력한다.
전방측 서보 컨트롤러(100)는 위치 루프와 속도 루프와 가속도 루프가 케스케이드 접속된 것이며, 위치 지령 발생기(140)가 발생하는 위치 지령과 전방측 리니어 스케일(200)에 의해 검출되는 전방측 슬라이더(44)의 실제 위치와의 편차(위치 편차)를 산출하는 위치 편차 연산부(112)와, 위치 편차 연산부(112)가 출력하는 위치 편차에 위치 루프 게인을 설정하여 속도 지령을 출력하는 위치 루프 게인 설정부(114)와, 위치 루프 게인 설정부(114)가 출력하는 속도 지령과 전방측 리니어 스케일(200)이 출력하는 전방측 슬라이더(44)의 실제 위치 신호를 미분하여 얻어지는 전방측 슬라이더(44)의 실제 속도와의 편차(속도 편차)를 산출하는 속도 편차 연산부(116)와, 속도 편차 연산부(116)가 출력하는 속도 편차에 속도 루프 게인을 설정하여 가속도 지령을 출력하는 속도 루프 게인 설정부(118)와, 속도 루프 게인 설정부(118)가 출력하는 가속도 지령과 전방측 리니어 스케일(200)이 출력하는 전방측 슬라이더(44)의 실제 위치 신호를 2회 미분하여 얻어지는 전방측 슬라이더(44)의 실제 가속도와의 편차(가속도 편차)를 산출하는 가속도 편차 연산부(120)와, 가속도 편차 연산부(120)가 출력하는 가속도 편차에 가속도 루프 게인을 설정하여 펄스 지령을 전방측 리니어 서보 모터(72)에 출력하는 가속도 루프 게인 설정부(122)를 갖는다.
위치 루프 게인 설정부(114)는 위치 편차값에 비례 게인을 설정한 비례 요소와, 위치 편차의 적분값에 적분 게인을 설정한 적분 요소를 포함하는 PI 제어, 혹은, 비례 요소, 적분 요소에 부가하여 위치 편차의 미분값에 미분 게인을 설정한 미분 요소를 포함하는 PID 제어를 실행하는 것이며, PI 제어 혹은 PID 제어에 있어서, 각 요소의 게인 설정을 실행한다.
후방측 서보 컨트롤러(130)는 위치 루프와 속도 루프가 케스케이드 접속된 것이며, 위치 지령 발생기(140)가 발생하는 위치 지령과 후방측 리니어 스케일(202)에 의해 검출되는 후방측 슬라이더(50)의 실제 위치와의 편차(위치 편차)를 산출하는 위치 편차 연산부(132)와, 위치 편차 연산부(132)가 출력하는 위치 편차에 위치 루프 게인을 설정하여 속도 지령을 출력하는 위치 루프 게인 설정부(134)와, 위치 루프 게인 설정부(134)가 출력하는 속도 지령과 후방측 리니어 스케일(202)이 출력하는 후방측 슬라이더(50)의 실제 위치 신호를 미분하여 얻어지는 후방측 슬라이더(50)의 실제 속도와의 편차(속도 편차)를 산출하는 속도 편차 연산부(136)와, 속도 편차 연산부(136)가 출력하는 속도 편차에 속도 루프 게인을 설정하고 펄스 지령을 후방측 리니어 서보 모터(80)에 출력하는 속도 루프 게인 설정부(138)를 갖는다.
전방측 슬라이더(44)와 후방측 슬라이더(50)는 기계적으로 연결되어 있으므로, 이들 양자의 이동 위치는 항상 동일하다. 이 때문에, 전방측 서보 컨트롤러(100)와 후방측 서보 컨트롤러(130)에는 공통의 위치 지령 발생기(140)로부터 서로 동일한 위치 지령이 부여된다.
이에 의해, 전방측 리니어 서보 모터(72), 후방측 리니어 서보 모터(80)에 의한 전방측 슬라이더(44), 후방측 슬라이더(50)의 위치 제어는 전방측 리니어 스케일(200), 후방측 리니어 스케일(202)에 의해 검출되는 전방측 슬라이더(44), 후방측 슬라이더(50)의 실제 위치를 피드백 보상 정보로 하여 풀 클로우즈 방식으로 서로 독립된 피드백 제어계에 의해서, 동일 위치 지령하에서 전방측 슬라이더(44)와 후방측 슬라이더(50)의 좌우 방향 이동 위치(주사 위치)가 동일하게 되도록 동기하여 실행된다.
본 실시형태의 제어 장치에 있어서, 중요한 것은, 상술한 바와 같이, 전방측 서보 컨트롤러(100)는 위치 루프와 속도 루프와 가속도 루프를 포함하는데 반하여, 후방측 서보 컨트롤러(130)는 위치 루프와 속도 루프뿐이며, 케스케이드 접속되는 루프수가 다르다.
이에 의해, 결과적으로, 전방측 서보 컨트롤러(100)와 후방측 서보 컨트롤러(130)에서 제어 게인이 서로 다르게 된다. 이 경우, 전방측 서보 컨트롤러(100)의 제어 게인은 후방측 서보 컨트롤러(130)의 제어 게인보다 크게 되며, 전방측 서보 컨트롤러(100)의 제어 게인이 시스템 동정된 적정값(피드백 보상 제어에 있어서의 최적값)으로 설정되고, 후방측 서보 컨트롤러(130)의 제어 게인이 시스템 동정된 상기 적정값보다 작은 값으로 설정되면 좋다. 특히, 가속도 루프는 위치 루프, 속도 루프보다 제어량이 목표값에 수속하도록 작용하여, 결과적으로 하이 게인인 설정이 된다.
나아가서는, 전방측 서보 컨트롤러(100)는 PI 제어 혹은 PID 제어를 실행하는데 반하여, 후방측 서보 컨트롤러(130)는 P 제어를 실행하므로, 이에 의해서도, 결과적으로, 전방측 서보 컨트롤러(100)의 제어 게인은 후방측 서보 컨트롤러(130)의 제어 게인보다 커진다.
최종적으로는, 상술의 케스케이드 접속의 상위에 의한 제어 게인 차이와, PID 제어 방식의 상위에 의한 제어 게인 차이의 총합에 의해, 전방측 서보 컨트롤러(100)의 제어 게인이 시스템 동정된 적정값으로 설정되고, 후방측 서보 컨트롤러(130)의 제어 게인이 시스템 동정된 상기 적정값보다 작은 값으로 설정되면 좋다.
이에 의해, 제어 게인이 높은 전방측 서보 컨트롤러(100)가 주측, 제어 게인이 낮은 후방측 서보 컨트롤러(102)가 종측이 되고, 종측인 후방측 슬라이더(50)의 움직임이 주측인 전방측 슬라이더(44)의 움직임에 추종하게 되어, 결과적으로, 전방측 슬라이더(44)와 후방측 슬라이더(50)의 쌍방이 매끄러운 움직임을 가지고 이동하게 된다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 케스케이드 접속과 PID 제어 방식의 쌍방이 상위하지만, 실제로는, 게인 동정의 관점으로부터, 케스케이드 접속과 PID 제어 방식 중 어느 한쪽이 상위하면 좋다. 또한, 각 루프의 게인 설정(시정수 설정)에 의해, 전방측 서보 컨트롤러(100)와 후방측 서보 컨트롤러(130)에서 제어 게인을 서로 다르게 해도 좋다.
이상, 본 발명을 그 적합 형태 실시예에 대하여 설명했지만, 당업자라면 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 이와 같은 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

Claims (9)

  1. 서로 평행하게 배치된 제 1 가이드 레일 및 제 2 가이드 레일과, 상기 제 1 및 제 2 가이드 레일의 각각에 레일 길이 방향으로 이동 가능하게 마련된 제 1 슬라이더 및 제 2 슬라이더와, 상기 제 1 슬라이더와 상기 제 2 슬라이더를 서로 기계적으로 연결하는 연결 수단과, 상기 제 1 슬라이더 및 상기 제 2 슬라이더를 각각 개별적으로 상기 레일 길이 방향으로 구동하는 제 1 전동 서보 액추에이터 및 제 2 전동 서보 액추에이터를 갖는 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치에 있어서,
    상기 제 1 전동 서보 액추에이터의 구동을 제어하는 제 1 위치 제어 장치와,
    상기 제 2 전동 서보 액추에이터의 구동을 제어하는 제 2 위치 제어 장치를 갖고,
    상기 제 1 위치 제어 장치와 상기 제 2 위치 제어 장치에는 서로 동일한 위치 지령이 부여되며, 상기 제 1 위치 제어 장치는 비례 요소와, 적어도 적분 요소와 미분 요소 중 하나를 포함하는 PI 제어 또는 PID 제어를 행하고, 상기 제 2 위치 제어 장치는 비례 요소만을 포함하는 P 제어를 행하며,
    상기 제 1 위치 제어 장치와 상기 제 2 위치 제어 장치에서 제어 게인이 서로 다른
    병렬 슬라이더 장치의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 위치 제어 장치는 위치 루프와 속도 루프를 포함하는 피드백 보상식의 것이며,
    상기 제 2 위치 제어 장치는 위치 루프만을 포함하는 피드백 보상식의 것인
    병렬 슬라이더 장치의 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 위치 제어 장치는 위치 루프와 속도 루프와 가속도 루프를 포함하는 피드백 보상식의 것이며,
    상기 제 2 위치 제어 장치는 위치 루프와 속도 루프를 포함하는 피드백 보상식의 것인
    병렬 슬라이더 장치의 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 위치 제어 장치의 제어 게인은 시스템 동정된 적정값이며, 상기 제 2 위치 제어 장치의 제어 게인은 시스템 동정된 상기 적정값보다 작은 값인
    병렬 슬라이더 장치의 제어 장치.
  5. 서로 평행하게 배치된 제 1 가이드 레일 및 제 2 가이드 레일과, 상기 제 1 및 제 2 가이드 레일의 각각에 레일 길이 방향으로 이동 가능하게 마련된 제 1 슬라이더 및 제 2 슬라이더와, 상기 제 1 슬라이더와 상기 제 2 슬라이더를 서로 기계적으로 연결하는 연결 수단과, 상기 제 1 슬라이더 및 상기 제 2 슬라이더를 각각 개별적으로 상기 레일 길이 방향으로 구동하는 제 1 전동 서보 액추에이터 및 제 2 전동 서보 액추에이터를 갖는 병렬 슬라이더 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 제 1 전동 서보 액추에이터의 구동 제어를 제 1 위치 제어 장치에 의해 실행하고,
    상기 제 2 전동 서보 액추에이터의 구동 제어를 제 2 위치 제어 장치에 의해 실행하고,
    상기 제 1 위치 제어 장치와 상기 제 2 위치 제어 장치에는 서로 동일한 위치 지령을 부여하고,
    상기 제 1 위치 제어 장치는 비례 요소와, 적어도 적분 요소와 미분 요소 중 하나를 포함하는 PI 제어 또는 PID 제어를 행하고, 상기 제 2 위치 제어 장치는 비례 요소만을 포함하는 P 제어를 행하며,
    상기 제 1 위치 제어 장치의 제어 게인과 상기 제 2 위치 제어 장치의 제어 게인을 서로 다른 값으로 설정하는
    병렬 슬라이더 장치의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 전동 서보 액추에이터의 구동 제어는 상기 제 1 위치 제어 장치에 의해 위치 루프와 속도 루프를 포함하는 피드백 보상 제어에 의해 실행하고,
    상기 제 2 전동 서보 액추에이터의 구동 제어는 상기 제 2 위치 제어 장치에 의해 위치 루프만을 포함하는 피드백 보상 제어에 의해 실행하는
    병렬 슬라이더 장치의 제어 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 전동 서보 액추에이터의 구동 제어는 상기 제 1 위치 제어 장치에 의해 위치 루프와 속도 루프와 가속도 루프를 포함하는 피드백 보상 제어에 의해 실행하고,
    상기 제 2 전동 서보 액추에이터의 구동 제어는 상기 제 2 위치 제어 장치에 의해 위치 루프와 속도 루프를 포함하는 피드백 보상 제어에 의해 실행하는
    병렬 슬라이더 장치의 제어 방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 위치 제어 장치의 제어 게인을 시스템 동정된 적정값으로 하고, 상기 제 2 위치 제어 장치의 제어 게인을 시스템 동정된 상기 적정값보다 작은 값으로 하는
    병렬 슬라이더 장치의 제어 방법.
  9. 서로 평행하게 배치된 제 1 가이드 레일 및 제 2 가이드 레일과,
    상기 제 1 및 제 2 가이드 레일의 각각에 레일 길이 방향으로 이동 가능하게 마련된 제 1 슬라이더 및 제 2 슬라이더와,
    상기 제 1 슬라이더와 상기 제 2 슬라이더를 서로 기계적으로 연결하는 연결 수단과,
    상기 제 1 슬라이더 및 상기 제 2 슬라이더를 각각 개별적으로 상기 레일 길이 방향으로 구동하는 제 1 전동 서보 액추에이터 및 제 2 전동 서보 액추에이터와,
    상기 제 1 가이드 레일과 상기 제 2 가이드 레일 사이에 배치되어, 피측정물을 지지하는 지지체와,
    상기 제 1 슬라이더에 장착되어, 상기 피측정물의 한쪽의 면까지의 거리를 측정하는 제 1 측정 수단과,
    상기 제 2 슬라이더에 장착되어, 상기 피측정물의 다른쪽의 면까지의 거리를 측정하는 제 2 측정 수단과,
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 병렬 슬라이더 장치의 제어 장치를 갖는
    측정 장치.
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