KR20200080871A - Control device of a gantry stage including a error controller - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a control device capable of minimizing a yaw error during driving control of a gantry stage in order to reduce load on components and improve control precision. The control device of the present invention includes: a first control unit including a first motor driving one side of an arm of the gantry stage and a position control unit outputting a position control value of a second motor driving the other side of the arm; a second control unit including a first current control unit connected downstream of the first control unit and outputting a first current value input to the first motor and a second current control unit outputting a second current value input to the second motor; and a deviation control unit which removes a yaw error value of the arm using a first measurement value measuring a driving amount of the first motor and a second measurement value measuring a driving amount of the second motor.

Description

편차 제어부를 구비한 갠트리 스테이지의 제어 장치{CONTROL DEVICE OF A GANTRY STAGE INCLUDING A ERROR CONTROLLER}CONTROL DEVICE OF A GANTRY STAGE INCLUDING A ERROR CONTROLLER

본 발명은 갠트리 스테이지의 요 에러값을 감소시키는 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a control device for reducing the yaw error value of a gantry stage.

갠트리 스테이지는 이동 수단으로서 갠트리를 구비하는 직각 좌표 로봇이다. 갠트리란 문형(門形)의 구조물로서 그 자체가 이동하는 것이다. 갠트리 스테이지는 반도체, 디스플레이 공정 등에 사용되며, 위치 오차를 제한하기 위하여 정밀한 구동이 요구된다.The gantry stage is a rectangular coordinate robot with a gantry as a moving means. A gantry is a gate-shaped structure that moves itself. Gantry stages are used in semiconductor and display processes, and precise driving is required to limit position errors.

한국등록특허공보 제10-0713561호Korean Registered Patent Publication No. 10-0713561

본 발명은 갠트리 스테이지의 구동 제어시 요(Yaw) 오차를 최소화하여 기구의 부하를 줄이고, 제어 정밀도를 향상시킬 수 있는 제어 장치를 제공한다.The present invention provides a control device capable of reducing the load of the instrument and improving control precision by minimizing yaw error during driving control of the gantry stage.

본 발명의 제어 장치는, 갠트리 스테이지의 아암의 일측을 구동하는 제1 모터 및 상기 아암의 타측을 구동하는 제2 모터의 위치 제어값을 출력하는 위치 제어부를 구비하는 제1 제어부; 상기 제1 제어부의 하류에 연결되고, 상기 제1 모터에 입력되는 제1 전류값을 출력하는 제1 전류 제어부 및 상기 제2 모터에 입력되는 제2 전류값을 출력하는 제2 전류 제어부를 구비하는 제2 제어부; 상기 제1 모터의 구동량을 측정한 제1 측정값 및 상기 제2 모터의 구동량을 측정한 제2 측정값을 이용하여 상기 아암의 요 에러값을 제거하는 편차 제어부; 를 포함한다.The control device of the present invention includes: a first control unit having a position control unit outputting a position control value of a first motor driving one side of the arm of the gantry stage and a second motor driving the other side of the arm; It is connected to the downstream of the first control unit, and includes a first current control unit for outputting a first current value input to the first motor and a second current control unit for outputting a second current value input to the second motor. A second control unit; A deviation control unit for removing a yaw error value of the arm by using a first measurement value measuring the driving amount of the first motor and a second measurement value measuring the driving amount of the second motor; It includes.

본 발명의 제어 장치가 적용되는 갠트리 스테이지는, 아암을 포함한 이동부의 일축 직선 운동에 대해서 복수의 모터가 마련되어 갠트리 스테이지의 요 또는 비틀림을 억제할 수 있다. In the gantry stage to which the control device of the present invention is applied, a plurality of motors are provided for uniaxial linear motion of a moving part including an arm to suppress yaw or twist of the gantry stage.

본 발명의 제어 장치는 제1 모터의 구동량을 측정한 제1 측정값 및 제2 모터의 구동량을 측정한 제2 측정값을 입력받는 편차 제어부를 구비하여, 각 모터간의 구동량 편차를 억제할 수 있다.The control device of the present invention includes a deviation control unit that receives a first measurement value measuring the driving amount of the first motor and a second measurement value measuring the driving amount of the second motor, thereby suppressing the deviation of the driving amount between each motor. can do.

본 발명의 제어 장치는 편차 제어시 갠트리 스테이지에 발생하는 진동 억제를 위하여 진동 주파수 제거 기능을 갖는 노치 필터를 편차 제어부에 설치하므로, 요 에러값 억제를 인공 지능적으로 수행할 수 있다. The control device of the present invention is equipped with a notch filter having a vibration frequency elimination function in the deviation control unit to suppress vibrations generated in the gantry stage during deviation control, so that it is possible to artificially suppress yaw error values.

빠른 속응성이 요구될 경우, 정상 상태 오차 억제가 요구되는 경우, 요 에러값에 의한 진동을 억제하려는 경우, 노치 필터에 의하여 갠트리 스테이지의 진동을 억제하고 이에 따라 편차 제어부의 요 에러값 감소 성능이 더욱 증가될 수 있다.When quick response is required, when steady-state error suppression is required, when vibration due to yaw error value is suppressed, vibration of the gantry stage is suppressed by a notch filter, thereby reducing yaw error value of the deviation control unit. It can be further increased.

한편, 위치 제어부와 전류 제어부를 하드웨어로 구현하고, 온칩화시키므로 처리 시간이 감소된다.On the other hand, since the position control unit and the current control unit are implemented in hardware and on-chip, processing time is reduced.

따라서, 위치 제어를 전류 제어부의 샘플링 주기 내에서 실행할 수 있으므로 실시간으로 요 에러값 제거 및 진동을 억제할 수 있다.Therefore, since the position control can be performed within the sampling cycle of the current control section, the yaw error value can be removed and vibration can be suppressed in real time.

도 1은 본 발명의 제어 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 하드웨어로 구현된 위치 제어부 및 전류 제어부의 구동 로직을 도시한다.
도 3은 본 발명의 제어 장치가 연결되는 갠트리 스테이지의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 노치 필터의 동작을 설명하는 주파수 응답 선도이다.1 is a block diagram showing a control device of the present invention.
2 illustrates driving logic of the position control unit and the current control unit implemented in hardware of the present invention.
3 is a schematic diagram of a gantry stage to which the control device of the present invention is connected.
4 is a frequency response diagram illustrating the operation of the notch filter of the present invention.

본 발명의 제어 장치는, 제1 제어부(100), 제2 제어부(200), 편차 제어부(170)를 포함한다.The control device of the present invention includes a first control unit 100, a second control unit 200, and a deviation control unit 170.

제1 제어부(100)는 갠트리 스테이지(400)의 아암(430)의 일측을 구동하는 제1 모터(311) 및 갠트리 스테이지(400)의 아암(430)의 타측을 구동하는 제2 모터(321)를 제어할 수 있다. 제1 제어부(100)는 위치 제어부(130)를 포함할 수 있다.The first control unit 100 includes a first motor 311 driving one side of the arm 430 of the gantry stage 400 and a second motor 321 driving the other side of the arm 430 of the gantry stage 400. Can be controlled. The first control unit 100 may include a location control unit 130.

갠트리 스테이지(400)는 직교하는 X축, Y축, Z축 각각의 직선 축에 대하여 왕복 운동을 하는 X축 이동부, Y축 이동부, Z축 이동부를 구비할 수 있다. 예를 들면 X축 이동부, Y축 이동부, Z축 이동부는 직선 이동하는 아암(430)(ARM)일 수 있다. 각 아암(430)의 일단 및 타단에는 모터(311, 321) 및 모터(311, 321)에 연결된 볼 스크류가 설치되어 각 아암(430)의 직선 이동력을 제공할 수 있다. The gantry stage 400 may include an X-axis moving portion, a Y-axis moving portion, and a Z-axis moving portion reciprocating with respect to each of the orthogonal X-axis, Y-axis, and Z-axis linear axes. For example, the X-axis movement unit, the Y-axis movement unit, and the Z-axis movement unit may be an arm 430 (ARM) that moves linearly. One end and the other end of each arm 430 are provided with a motor (311, 321) and a ball screw connected to the motor (311, 321) to provide a linear movement force of each arm (430).

이때, 갠트리 스테이지(400)의 크기가 커지면 X축, Y축, Z축의 직선 운동에 대해서 아암(430)의 무게 중심과 볼 스크류의 힘의 작용점의 위치에 따라 비틀림이 발생할 수 있다. 아암(430)의 비틀림 변위나 비틀림 모멘트를 요(yaw)로 정의할 수 있다. 작용점에 대하여 아암(430)의 무게 중심의 위치나 거리에 비례하는 비틀림이 발생할 수 있다. 갠트리 스테이지(400)가 커지고 이동 속도가 빨라짐에 따라 더 큰 비틀림이 발생할 수 있다. 비틀림 오차는 아암(430)의 일측 단부와 타측 단부의 위치 오차로 표현될 수 있으며, 요 에러(yaw error) 또는 요 에러값(X1-X2)로 정의할 수 있다. At this time, when the size of the gantry stage 400 increases, torsion may occur depending on the position of the center of gravity of the arm 430 and the point of action of the force of the ball screw with respect to the linear motion of the X, Y, and Z axes. The torsional displacement or torsional moment of the arm 430 can be defined as a yaw. Torsion may occur in proportion to the position or distance of the center of gravity of the arm 430 with respect to the action point. As the gantry stage 400 becomes larger and the movement speed increases, a larger twist may occur. The torsional error may be expressed as a positional error between one end of the arm 430 and the other end, and may be defined as a yaw error or a yaw error value (X1-X2).

예를 들어, 갠트리 스테이지(400)가 LCD 마더 글라스를 반송하는 경우, 10.5세대의 마더 글라스의 경우 가로 2.9M, 세로 3.1M에 달한다. 갠트리 스테이지(400)는 패턴 인쇄 등을 형성할 때 요 에러없이 정밀하게 평행 이동될 필요가 있다.For example, when the gantry stage 400 conveys the LCD mother glass, in the case of the 10.5 generation mother glass, it reaches 2.9M in width and 3.1M in length. When forming a pattern printing or the like, the gantry stage 400 needs to be precisely moved without a yaw error.

갠트리 스테이지(400)의 위치 정밀도 향상 및 요 에러 감소를 위하여 하나의 아암(430)에 두 개의 모터(311, 321)가 설치되는 하드웨어 구조가 바람직하다. 그러나, 이는 수동적인 감소 수단일 뿐, 적응 제어 수단으로서 본 발명의 편차 제어부(170)와 같은 특별한 요 에러 감소 수단이 필요하다.In order to improve the positional accuracy of the gantry stage 400 and reduce yaw errors, a hardware structure in which two motors 311 and 321 are installed on one arm 430 is preferable. However, this is only a passive reduction means, and as an adaptive control means, a special yaw error reduction means such as the deviation control unit 170 of the present invention is required.

갠트리 스테이지(400)는 구동력을 생성하는 모터(311, 321), 모터(311, 321)의 구동력을 아암(430)에 전달하고 아암(430)의 직선 운동을 안내하는 가이드부(410, 420), 모터(311, 321)의 구동량을 측정하는 엔코더(391, 392), 모터(311, 321)를 제어하는 서보 드라이버로서 위치 제어부(130)를 포함할 수 있다. 모터(311, 321)는 회전 모터(311, 321) 또는 직선 이동하는 리니어 모터(311, 321)일 수 있다. 이에 대응하여 엔코더(391, 392)는 회전량을 측정하거나 직선 이동을 측정하는 센서일 수 있다. The gantry stage 400 includes motors 311 and 321 that generate driving force, and guide portions 410 and 420 that transmit the driving force of the motors 311 and 321 to the arm 430 and guide linear motion of the arm 430. , It may include an encoder (391, 392) for measuring the driving amount of the motor (311, 321), a servo driver for controlling the motor (311, 321), the position control unit 130. The motors 311 and 321 may be rotary motors 311 and 321 or linear motors 311 and 321 that move in a straight line. Correspondingly, the encoders 391 and 392 may be sensors that measure a rotation amount or measure linear movement.

회전량을 측정하는 엔코더(391, 392)의 경우, 모터(311, 321)의 각속도, 각가속도, 회전 각도, 회전 수 중 적어도 하나를 구동량으로 측정할 수 있다. 직선 이동량을 측정하는 엔코더(391, 392)의 경우, 아암(430)이 이동한 거리, 이동 속도, 이동 가속도 중 적어도 하나를 구동량으로 측정할 수 있다. 구동량으로 측정된 측정값은 위치 제어부(130) 또는 편차 제어부(170)로 피드백될 수 있다.In the case of the encoders 391 and 392 for measuring the rotation amount, at least one of the angular velocity, angular acceleration, rotation angle, and rotation number of the motors 311 and 321 may be measured as the driving amount. In the case of the encoders 391 and 392 for measuring the linear movement amount, at least one of a distance, movement speed, and movement acceleration that the arm 430 has moved can be measured as a driving amount. The measured value measured by the driving amount may be fed back to the position control unit 130 or the deviation control unit 170.

예를 들어, 도 3에는 측정값(X1, X2)으로서 회전 각도 또는 위치가 도시된다. 하드웨어 관점에서 정밀도를 높이기 위하여 제1 모터(311)가 갠트리 스테이지(400)의 아암(430)의 일측을 구동하고, 제2 모터(321)가 갠트리 스테이지(400)의 아암(430)의 타측을 구동할 수 있다. 소프트웨어 관점에서 정밀도를 높이기 위하여 위치 제어부(130) 또는 편차 제어부(170)가 마련될 수 있다.For example, Fig. 3 shows the rotation angle or position as the measurement values X1 and X2. In order to increase precision from a hardware perspective, the first motor 311 drives one side of the arm 430 of the gantry stage 400, and the second motor 321 moves the other side of the arm 430 of the gantry stage 400. It can be driven. The position control unit 130 or the deviation control unit 170 may be provided to increase precision from a software perspective.

제1 모터(311) 및 제2 모터(321)의 제어 목표로서 모터(311, 321) 또는 아암(430)의 위치 지령값(P*)이 위치 제어부(130)에 입력될 수 있다.The position command values P* of the motors 311 and 321 or the arm 430 may be input to the position control unit 130 as control targets of the first motor 311 and the second motor 321.

제1 산출부(110)는 위치 지령값(P*)에서 제1 측정값(X1) 및 제2 측정값(X2)의 평균을 뺀 값을 위치 에러값(Pos_err)으로 산출하며, 위치 제어부(130)에는 위치 에러값(Pos_err)이 입력될 수 있다. 위치 지령값(P*) 및 위치 에러값(Pos_err)은 제1 모터(311) 및 제2 모터(321)별로 구분되지 않는 공통값일 수 있다. 위치 제어부(130)에 입력되는 지령값 및 위치 제어부(130)에서 출력되는 제어값은 제1 모터(311) 및 제2 모터(321)별로 구분되지 않을 수 있다. The first calculation unit 110 calculates a value obtained by subtracting the average of the first measurement value X1 and the second measurement value X2 from the position command value P* as the position error value Pos_err, and the position control unit ( The location error value Pos_err may be input to 130). The position command value P* and the position error value Pos_err may be common values that are not classified for each of the first motor 311 and the second motor 321. The command value input to the position control unit 130 and the control value output from the position control unit 130 may not be classified for each of the first motor 311 and the second motor 321.

이와 같은 상태에서 아암(430)의 요 에러값(X1-X2)을 제거하기 위하여 각 모터(311, 321) 별로 구분된 지령값을 입력할 필요가 있으며 위치 제어부(130)의 출력에서 편차 제어부(170)의 출력을 감산한 값 및 가산한 값이 각각의 모터(311, 321)에 구분 입력되면 요 에러값(X1-X2)의 신속한 제거가 가능할 수 있다.In this state, in order to remove the yaw error value (X1-X2) of the arm 430, it is necessary to input a command value classified for each motor (311, 321), and the deviation control unit from the output of the position control unit 130 ( If the subtracted value of the output of 170) and the added value are separately input to the respective motors 311 and 321, rapid removal of the yaw error value X1-X2 may be possible.

위치 제어부(130)의 출력에서 편차 제어부(170)의 출력을 뺀 값이 제1 모터(311)에 입력될 수 있다. 위치 제어부(130)의 출력에서 편차 제어부(170)의 출력을 더한 값이 제2 모터(321)에 입력될 수 있다.A value obtained by subtracting the output of the deviation control unit 170 from the output of the location control unit 130 may be input to the first motor 311. A value obtained by adding the output of the deviation control unit 170 to the output of the position control unit 130 may be input to the second motor 321.

위치 에러값(Pos_err)의 신속한 제거를 위하여 피드 포워드부(120)가 제1 제어부에 추가될 수 있다. 피드 포워드부(120)는 위치 지령값(P*)을 입력받고 제2 산출부(140)에 위치 추정값을 출력할 수 있다. 제2 산출부(140)는 위치 제어부(130)의 출력에 피드 포워드부(120)의 출력을 더할 수 있다. 제2 산출부(140)의 출력은 공통값으로서 제1 분기부(150) 및 제2 분기부(160)에 입력될 수 있다.The feed forward unit 120 may be added to the first control unit for rapid removal of the position error value Pos_err. The feed forward unit 120 may receive the position command value P* and output the position estimation value to the second calculator 140. The second calculation unit 140 may add the output of the feed forward unit 120 to the output of the location control unit 130. The output of the second calculator 140 may be input to the first branch 150 and the second branch 160 as common values.

제2 제어부(200)는 각 모터(311, 321)의 추력(Force) 제어 또는 전류(Current) 제어를 위하여 전류 제어부(220a, 220b)를 구비할 수 있다. 전류 제어부(220a, 220b)는 각 모터(311, 321)별로 구분되는 지령값(Current 1, Current 2)을 입력할 수 있다. 제1 모터(311)의 추력 제어 또는 제1 모터(311)의 전류 제어를 위하여 제1 전류 제어부(220a)가 마련될 수 있다. 제2 모터(321)의 추력 제어 또는 제1 모터(311)의 전류 제어를 위하여 제2 전류 제어부(220b)가 마련될 수 있다.The second control unit 200 may include current control units 220a and 220b for forcing control or current control of each of the motors 311 and 321. The current controllers 220a and 220b may input command values (Current 1 and Current 2) classified for each motor 311 and 321. A first current control unit 220a may be provided for thrust control of the first motor 311 or current control of the first motor 311. The second current control unit 220b may be provided for thrust control of the second motor 321 or current control of the first motor 311.

제2 제어부(200)는 각 모터(311, 321)별로 구분되는 값을 전달할 수 있다. 제2 제어부(200)는, 제1 제어부(100)의 하류에 연결되는 제1 속도 제어부(210a)와, 제1 속도 제어부(210a) 및 제1 모터(311) 사이에 연결되는 제1 전류 제어부(220a)를 구비할 수 있다. 제2 제어부(200)는, 제1 제어부(100)의 하류에 연결되는 제2 속도 제어부(210b)와, 제2 속도 제어부(210b) 및 제2 모터(321) 사이에 연결되는 제2 전류 제어부(220b)를 구비할 수 있다.The second control unit 200 may transmit values classified for each of the motors 311 and 321. The second control unit 200 includes a first speed control unit 210a connected downstream of the first control unit 100 and a first current control unit connected between the first speed control unit 210a and the first motor 311. It may be provided (220a). The second control unit 200 includes a second speed control unit 210b connected downstream of the first control unit 100, and a second current control unit connected between the second speed control unit 210b and the second motor 321. It may be provided (220b).

편차 제어부(170)는 아암(430)의 요 에러값(X1-X2)을 제거하기 위한 출력을 생성할 수 있다. 편차 제어부(170)의 입력은 제1 모터(311)의 구동량을 측정한 제1 엔코더(391)의 제1 측정값(X1) 및 제2 모터(321)의 구동량을 측정한 제2 엔코더(392)의 제2 측정값(X2)이 편차 제어부(170)에 입력될 수 있다. 요 에러값(X1-X2)이 편차 제어부(170)에 직접 입력될 수 있고, 제1 측정값(X1) 및 제2 측정값(X2)을 이용하여 편차 제어부(170) 내에서 요 에러값(X1-X2)이 산출될 수 있다. 편차 제어부(170)는 제1 측정값(X1) 및 제2 측정값(X2)을 이용하여 아암(430)의 요 에러값(X1-X2)을 제거하기 위한 제어 동작을 할 수 있다.The deviation control unit 170 may generate an output for removing the yaw error value X1-X2 of the arm 430. The input of the deviation control unit 170 is a first encoder 31 that measures the driving amount of the first motor 311, a first measurement value X1 of the first encoder 391, and a second encoder that measures the driving amount of the second motor 321. The second measurement value X2 of 392 may be input to the deviation control unit 170. The yaw error value (X1-X2) may be directly input to the deviation control unit 170, and the yaw error value within the deviation control unit 170 using the first measurement value (X1) and the second measurement value (X2) ( X1-X2) can be calculated. The deviation control unit 170 may perform a control operation for removing the yaw error value X1-X2 of the arm 430 using the first measurement value X1 and the second measurement value X2.

아암(430)의 일방향 운동에 있어서, 복수의 모터(311, 321)가 동일 운동에 대한 동력원으로 사용될 경우에 각 모터(311, 321)는 동일한 구동량으로 제어되어야 한다. 하지만 같은 제어값을 각 모터(311, 321)에 입력하더라도, 개별 모터(311, 321)는 같은 위치, 속도로 제어되기는 어렵고 위치 또는 속도의 편차가 발생할 수 있다. 모터(311, 321), 볼 스크류를 동일 모델로 구성하더라도 각 부품의 공차 때문에 실제 구동상에서 차이가 발생할 수 있다. 또한, 아암(430)이 이송하는 질량체의 편심 등에 따라서 각 모터(311, 321)에 가해지는 부하가 달라지기 때문에 각 모터(311, 321)의 실제 구동량이 달라질 수 있다.In one-way movement of the arm 430, when a plurality of motors 311 and 321 are used as a power source for the same movement, each of the motors 311 and 321 must be controlled with the same driving amount. However, even if the same control values are input to each of the motors 311 and 321, individual motors 311 and 321 are difficult to control at the same position and speed, and deviations in position or speed may occur. Even if the motors 311 and 321 and the ball screw are configured in the same model, a difference may occur in the actual driving due to the tolerance of each component. In addition, since the load applied to each of the motors 311 and 321 varies depending on the eccentricity of the mass that the arm 430 conveys, the actual driving amount of each motor 311 and 321 may vary.

따라서, 각 모터(311, 321)에는 구동량 편차값이 보정된 최종 제어값이 입력되는 것이 바람직하다. 편차 제어부(170)는 제1 측정값(X1) 및 제2 측정값(X2)의 차이에 해당하는 요 에러값(X1-X2)을 산출하고, 요 에러값(X1-X2)에 대응하는 속도 보정값을 출력할 수 있다. Therefore, it is preferable that the final control value for which the driving amount deviation value is corrected is input to each of the motors 311 and 321. The deviation control unit 170 calculates a yaw error value X1-X2 corresponding to the difference between the first measurement value X1 and the second measurement value X2, and the speed corresponding to the yaw error value X1-X2 The correction value can be output.

위치 제어부(130)의 출력 또는 제2 산??부(140)의 출력인 속도 제어값에 편차 제어부(170)의 출력인 속도 보정값을 감산한 제1 속도 지령값과, 위치 제어부(130)의 출력 또는 제2 산??부(140)의 출력인 속도 제어값에 편차 제어부(170)의 출력인 속도 보정값을 가산한 제2 속도 지령값이 각각의 모터(311, 321)에 구분 입력되면 요 에러값(X1-X2)을 신속하게 제거할 수 있다.The first speed command value obtained by subtracting the speed correction value that is the output of the deviation control unit 170 from the speed control value that is the output of the position control unit 130 or the output of the second mountain unit 140, and the position control unit 130 A second speed command value obtained by adding the speed correction value, which is the output of the deviation control unit 170, to the speed control value, which is the output of the output or the second mountain unit 140, is input to each motor 311 and 321 separately. When the yaw error value (X1-X2) can be quickly removed.

편차 제어부(170)는 노치 필터(175)를 구비할 수 있다. 한편, 편차 제어부(170)는 게인 설정부(171)와 제한부(173)를 더 구비할 수 있다. 편차 제어부(170)의 입력쪽으로부터 출력쪽까지, 게인 설정부(171), 제한부(173), 노치 필터(175)가 순차적으로 연결될 수 있다.The deviation control unit 170 may include a notch filter 175. Meanwhile, the deviation control unit 170 may further include a gain setting unit 171 and a limiting unit 173. From the input side to the output side of the deviation control unit 170, the gain setting unit 171, the limiting unit 173, and the notch filter 175 may be sequentially connected.

도 4에 도시된 노치 필터(175)는 제1 측정값(X1), 제2 측정값(X2), 제1 측정값(X1)과 제2 측정값(X2)의 차이 중 적어도 하나에 대하여 공진 주파수에 대응되는 특정 주파수 대역의 성분을 제거할 수 있다. 노치 필터(175)는 제1 모터(311), 제2 모터(321) 또는 아암(430)의 공진 주파수를 포함하는 특정 주파수 대역의 성분을 줄일 수 있다.The notch filter 175 illustrated in FIG. 4 resonates with respect to at least one of the first measurement value X1, the second measurement value X2, and the difference between the first measurement value X1 and the second measurement value X2 Components of a specific frequency band corresponding to frequencies can be removed. The notch filter 175 may reduce components of a specific frequency band including the resonance frequency of the first motor 311, the second motor 321, or the arm 430.

제1 분기부(150)는 위치 제어부(130)의 출력에서 노치 필터(175)의 출력을 빼고, 이를 제1 속도 제어부(210a) 또는 제1 전류 제어부(220a)에 전달할 수 있다. 제1 분기부(150), 제1 속도 제어부(210a) 및 제1 전류 제어부(220a)가 제1 모터(311)에 연결될 수 있다.The first branch unit 150 may subtract the output of the notch filter 175 from the output of the position control unit 130 and transmit it to the first speed control unit 210a or the first current control unit 220a. The first branch unit 150, the first speed control unit 210a and the first current control unit 220a may be connected to the first motor 311.

제2 분기부(160)는 위치 제어부(130)의 출력에 노치 필터(175)의 출력을 더하고, 이를 제2 속도 제어부(210b) 또는 제2 전류 제어부(220b)에 전달할 수 있다. 제2 분기부(160), 제2 속도 제어부(210b) 및 제2 전류 제어부(220b)가 제2 모터(321)에 연결될 수 있다.The second branch unit 160 may add the output of the notch filter 175 to the output of the position control unit 130 and transmit it to the second speed control unit 210b or the second current control unit 220b. The second branch unit 160, the second speed control unit 210b and the second current control unit 220b may be connected to the second motor 321.

위치 제어부(130)의 출력에서 노치 필터(175)의 출력을 뺀 값과 위치 제어부(130)의 출력에 노치 필터(175)의 출력을 합한 값이 제1 모터(311) 및 제2 모터(321)에 각각 입력될 수 있다. 노치 필터(175)의 출력은 요 에러값(X1-X2)을 감소시키는 제어 성분 또는 아암(430)의 공진을 제거하는 제어 성분이다. 따라서, 위치 제어부(130)의 공통 출력에서 노치 필터(175)의 출력을 감산한 값과 가산한 값이 제1 모터(311) 및 제2 모터(321)에 구분 입력되면 요 에러값(X1-X2)을 신속하게 제거할 수 있고, 아암(430)의 공진을 신속하게 제거할 수 있다.The value obtained by subtracting the output of the notch filter 175 from the output of the position control unit 130 and the value obtained by adding the output of the notch filter 175 to the output of the position control unit 130 are the first motor 311 and the second motor 321. ). The output of the notch filter 175 is a control component that reduces the yaw error value X1-X2 or a control component that eliminates resonance of the arm 430. Therefore, when the value obtained by subtracting the output of the notch filter 175 from the common output of the position control unit 130 and the added value are input separately to the first motor 311 and the second motor 321, the yaw error value X1- X2) can be quickly removed, and resonance of the arm 430 can be quickly removed.

게인 설정부(171)는 제1 측정값(X1) 및 제2 측정값(X2)의 차이 또는 요 에러값(X1-X2)에 게인을 곱할 수 있다. The gain setting unit 171 may multiply the difference between the first measurement value X1 and the second measurement value X2 or the yaw error value X1-X2.

제한부(173)는 요 에러값(X1-X2)의 입력에 의하여 아암(430)의 응답이 발산하지 않도록 상한 또는 하한을 제한할 수 있다. 제한부(173)는 게인 설정부(171) 및 노치 필터(175) 사이에 마련될 수 있다. 제한부(173)는 게인 설정부(171)에서 노치 필터(175)로 입력되는 값의 상한 또는 하한을 제한할 수 있다.The limiting unit 173 may limit the upper limit or the lower limit so that the response of the arm 430 does not diverge by inputting the yaw error value X1-X2. The limiting unit 173 may be provided between the gain setting unit 171 and the notch filter 175. The limiter 173 may limit the upper limit or the lower limit of the value input from the gain setting unit 171 to the notch filter 175.

한편, 위치 제어부(130) 또는 제2 제어부(200)가 실시간 동작하기 위하여 하드웨어 로직으로 구현할 수 있다. 칩 구성부(500)는 적어도 위치 제어부(130), 제1 전류 제어부(220a), 및 제2 전류 제어부(220b)를 포함할 수 있다. 칩 구성부(500)는 마이크로 칩에 하드웨어 회로로서 구현될 수 있다. Meanwhile, the location control unit 130 or the second control unit 200 may be implemented by hardware logic to operate in real time. The chip configuration unit 500 may include at least a position control unit 130, a first current control unit 220a, and a second current control unit 220b. The chip component 500 may be implemented as a hardware circuit in a microchip.

도 2를 참조하면, 제1 전류 제어부(220a) 및 제2 전류 제어부(220b)의 샘플링 주기 내에서 위치 제어부(130)의 출력이 생성되거나 위치 제어부(130)의 제어 동작이 완료될 수 있다.Referring to FIG. 2, the output of the position control unit 130 may be generated or the control operation of the position control unit 130 may be completed within the sampling cycles of the first current control unit 220a and the second current control unit 220b.

제1 전류 제어부(220a) 및 제2 전류 제어부(220b)의 샘플링 주기는 동일할 수 있고, 동일한 샘플링 타임에 개시 또는 종료될 수 있다. 도시된 제어 주기는 전류 제어부(220a, 220b)의 샘플링 주기를 의미한다. 전류 제어부(220a, 220b)의 하나의 제어 주기 또는 하나의 샘플링 주기 내에서 위치 제어부(130)의 하나의 제어 주기가 완료되거나, 편차 제어부(170)의 하나의 제어 주기가 완료될 수 있다. 전류 제어부(220a, 220b)의 제어 주기 또는 샘플링 주기 내에서 위치 제어부(130)의 제어 동작 또는 편차 제어부(170)의 제어 동작이 완료될 수 있다.The sampling periods of the first current control unit 220a and the second current control unit 220b may be the same, and may be started or end at the same sampling time. The illustrated control period means the sampling period of the current control units 220a and 220b. One control period of the position control unit 130 may be completed within one control period or one sampling period of the current control units 220a and 220b, or one control period of the deviation control unit 170 may be completed. The control operation of the position control unit 130 or the control operation of the deviation control unit 170 may be completed within the control period or the sampling period of the current control units 220a and 220b.

전류 제어부(220a, 220b)의 제어 주기 내에서 위치 제어부(130)는 위지 정보를 요청할 수 있다. 전류 제어부(220a, 220b)의 제어 주기 내에서 위치 제어부(130)는 위치 정보(P*, X1, X2)를 입수할 수 있다. 위치 제어부(130)는 입수한 위치 정보에 따라 위치 제어 동작을 수행하고 속도 제어값을 제2 제어부(200)에 전달할 수 있다. 속도 제어값은 각 모터(311, 321)별로 구분될 수 있으며 제1 속도 제어부(210a) 및 제2 속도 제어부(210b)에 각각 입력될 수 있다. 전류 제어부(220a, 220b)의 제어 주기 내에서 편차 제어부(170)의 노치 필터(175)는 제2 제어부(200)의 속도 제어부(210a, 210b) 또는 전류 제어부(220a, 220b)에 입력될 전류 또는 속도 지령값을 필터링할 수 있다. Within the control period of the current control units 220a and 220b, the position control unit 130 may request location information. Within the control period of the current control units 220a and 220b, the location control unit 130 may obtain location information P*, X1, and X2. The position control unit 130 may perform a position control operation according to the acquired position information and transmit the speed control value to the second control unit 200. The speed control values may be classified for each motor 311 and 321 and may be input to the first speed control unit 210a and the second speed control unit 210b, respectively. The notch filter 175 of the deviation control unit 170 within the control period of the current control units 220a and 220b is the current to be input to the speed control units 210a and 210b or the current control units 220a and 220b of the second control unit 200. Alternatively, the speed command value can be filtered.

100...제1 제어부 110...제1 산출부
120...피드 포워드부 130...위치 제어부
140...제2 산출부 150...제1 분기부
160...제2 분기부 170...편차 제어부
171...게인 설정부 173...제한부
175...노치 필터 200...제2 제어부
210a, 210b...속도 제어부 210a...제1 속도 제어부
210b...제2 속도 제어부 220a, 220b... 전류 제어부
220a...제1 전류 제어부 220b...제2 전류 제어부
311...제1 모터 321...제2 모터
391...제1 엔코더 392...제2 엔코더
400...갠트리 스테이지 410, 420...가이드부
430...아암 500...칩 구성부
X1...제1 측정값
X2...제2 측정값 P*...위치 지령값100... first control unit 110... first calculation unit
120...feed forward 130...position control
140... second calculation unit 150... first quarter
160...second branch 170...deviation control
171...gain setting section 173...limits
175...notch filter 200...second control
210a, 210b... speed control unit 210a... first speed control unit
210b... second speed control unit 220a, 220b... current control unit
220a... first current control unit 220b... second current control unit
311...first motor 321...second motor
391...first encoder 392...second encoder
400...Gantry stage 410, 420...Guide section
430...arm 500...chip components
X1...first measured value
X2...2nd measured value P*...position command value

Claims (9)

갠트리 스테이지의 아암의 일측을 구동하는 제1 모터 및 상기 아암의 타측을 구동하는 제2 모터의 위치 제어값을 출력하는 위치 제어부를 구비하는 제1 제어부;
상기 제1 제어부의 하류에 연결되고, 상기 제1 모터에 입력되는 제1 전류값을 출력하는 제1 전류 제어부 및 상기 제2 모터에 입력되는 제2 전류값을 출력하는 제2 전류 제어부를 구비하는 제2 제어부;
상기 제1 모터의 구동량을 측정한 제1 측정값 및 상기 제2 모터의 구동량을 측정한 제2 측정값을 이용하여 상기 아암의 요 에러값을 제거하는 편차 제어부; 를 포함하는 제어 장치.
A first control unit having a position control unit outputting a position control value of a first motor driving one side of the arm of the gantry stage and a second motor driving the other side of the arm;
It is connected to the downstream of the first control unit, and includes a first current control unit for outputting a first current value input to the first motor and a second current control unit for outputting a second current value input to the second motor. A second control unit;
A deviation control unit for removing a yaw error value of the arm by using a first measurement value measuring the driving amount of the first motor and a second measurement value measuring the driving amount of the second motor; Control device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 편차 제어부는,
상기 제1 측정값, 상기 제2 측정값, 상기 제1 측정값과 상기 제2 측정값의 차이 중 적어도 하나에 대하여 공진 주파수에 대응되는 특정 주파수 대역의 성분을 제거하는 노치 필터를 구비하는 제어 장치.
According to claim 1,
The deviation control unit,
A control device having a notch filter for removing a component of a specific frequency band corresponding to a resonance frequency with respect to at least one of the first measurement value, the second measurement value, and the difference between the first measurement value and the second measurement value .
제2항에 있어서,
상기 위치 제어부의 출력에서 상기 노치 필터의 출력을 빼는 제1 분기부;
상기 위치 제어부의 출력에 상기 노치 필터의 출력을 더하는 제2 분기부; 를 포함하고,
상기 제1 분기부 및 상기 제1 전류 제어부가 상기 제1 모터에 연결되며,
상기 제2 분기부 및 상기 제2 전류 제어부가 상기 제2 모터에 연결되는 제어 장치.
According to claim 2,
A first branch unit subtracting the output of the notch filter from the output of the position control unit;
A second branch unit for adding the output of the notch filter to the output of the position control unit; Including,
The first branch part and the first current control part are connected to the first motor,
The second branch and the second current control unit is a control device connected to the second motor.
제3항에 있어서,
상기 편차 제어부는,
상기 제1 측정값 및 상기 제2 측정값의 차이에 게인을 곱하는 게인 설정부와,
상기 게인 설정부 및 상기 노치 필터 사이에 마련되며 상기 게인 설정부에서 상기 노치 필터로 입력되는 값의 상한 또는 하한을 제한하는 제한부를 구비하는 제어 장치.
According to claim 3,
The deviation control unit,
And a gain setting unit for multiplying the difference between the first measurement value and the second measurement value,
A control device provided between the gain setting unit and the notch filter, and having a limiting unit that limits an upper limit or a lower limit of a value input from the gain setting unit to the notch filter.
제1항에 있어서,
상기 편차 제어부의 후단에 노치 필터가 마련되고,
상기 노치 필터는 상기 제1 모터, 상기 제2 모터 또는 상기 아암의 공진 주파수를 포함하는 특정 주파수 대역의 성분을 줄이며,
상기 위치 제어부의 출력에서 상기 노치 필터의 출력을 뺀 값과 상기 위치 제어부의 출력에 상기 노치 필터의 출력을 합한 값이 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터에 각각 입력되는 제어 장치.
According to claim 1,
A notch filter is provided at a rear end of the deviation control unit,
The notch filter reduces a component of a specific frequency band including the resonant frequency of the first motor, the second motor, or the arm,
A control device for subtracting the output of the notch filter from the output of the position control unit and a value obtained by adding the output of the notch filter to the output of the position control unit is input to the first motor and the second motor.
제1항에 있어서,
상기 위치 제어부에는 위치 에러값이 입력되고,
상기 위치 에러값은 위치 지령값에서 상기 제1 측정값과 상기 제2 측정값의 평균을 뺀 값으로서, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터별로 구분되지 않는 공통값이며,
상기 위치 제어부의 출력에서 상기 편차 제어부의 출력을 뺀 값이 상기 제1 모터에 입력되고,
상기 위치 제어부의 출력에서 상기 편차 제어부의 출력을 더한 값이 상기 제2 모터에 입력되는 제어 장치.
According to claim 1,
A position error value is input to the position control unit,
The position error value is a value obtained by subtracting the average of the first measured value and the second measured value from a position command value, and is a common value that is not classified for each of the first motor and the second motor,
A value obtained by subtracting the output of the deviation control from the output of the position control is input to the first motor,
A control device in which a value obtained by adding the output of the deviation control unit to the output of the position control unit is input to the second motor.
제1항에 있어서,
상기 제2 제어부는,
상기 제1 제어부의 하류에 연결되는 제1 속도 제어부와,
상기 제1 속도 제어부 및 상기 제1 모터 사이에 연결되는 상기 제1 전류 제어부와,
상기 제1 제어부의 하류에 연결되는 제2 속도 제어부와,
상기 제2 속도 제어부 및 상기 제2 모터 사이에 연결되는 상기 제2 전류 제어부를 포함하는 제어 장치.
According to claim 1,
The second control unit,
A first speed control unit connected downstream of the first control unit,
The first current control part connected between the first speed control part and the first motor,
A second speed controller connected downstream of the first controller,
And a second current control part connected between the second speed control part and the second motor.
제1항에 있어서,
칩 구성부는 상기 위치 제어부, 상기 제1 전류 제어부, 및 상기 제2 전류 제어부를 포함하고,
상기 칩 구성부는 마이크로 칩에 하드웨어 회로로서 구현되는 제어 장치.
According to claim 1,
The chip component includes the position controller, the first current controller, and the second current controller,
The chip component is a control device implemented as a hardware circuit in a microchip.
제1항에 있어서,
상기 제1 전류 제어부 및 상기 제2 전류 제어부의 샘플링 주기 내에서 상기 위치 제어부의 출력이 생성되는 제어 장치.According to claim 1,
A control device for generating outputs of the position control unit within a sampling period of the first current control unit and the second current control unit.
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