WO2015072011A1 - 周波数特性測定方法及び位置決め制御装置 - Google Patents

周波数特性測定方法及び位置決め制御装置 Download PDF

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桃井　康行
博紀 小川
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Definitions

  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a positioning control device and a frequency characteristic measurement method capable of optimizing measurement accuracy while suppressing an increase in measurement time of frequency characteristics. To do.
  • a positioning control device 202 includes a display unit 204 that displays various information and setting screens, an input device 201 that inputs various information and setting values, and a measurement target 205 (table driving device 205 in FIG. 1;
  • the positioning control function unit 217 for controlling the operation of the measurement target 205 and the frequency characteristic measurement function unit 203 for measuring the frequency characteristic of the measurement target 205 are roughly provided.
  • the frequency characteristic measurement function 203 includes a storage unit 206, a frequency calculation unit 207, a wave number calculation unit 208, a sine wave generation unit (signal application unit) 209, and a gain / phase calculation unit 210.
  • step S304 first, initialization of a sine wave to be applied such as setting of a frequency feed index i for determining a frequency to be measured, securing of an output signal storage area, initialization necessary for frequency characteristic measurement, and the like are performed. (Step S305).
  • the frequency to be measured is updated to f (i) by updating the index i (step S306), and the set frequency f (i) and the sine wave having the amplitude are applied to the measurement object 205 by the sine wave generator. Then, the output signal in the measurement at the index i is stored (step S308), and the gain / phase characteristics at the index i are calculated (step S309).
  • the maximum wave number Cmax is set from the entire measurement time or the frequency range where the measurement accuracy is to be guaranteed.
  • the wave number C obtained from the above (Equation 10) is equal to or less than the maximum wave number Cmax (C ⁇ Cmax)
  • a frequency region 703 in which the wave number Cm is constant in a high frequency region and a region 702 in which the wave number Cm is variable are formed.
  • the frequency up to 400 Hz is compared with the theoretical transfer characteristic (see FIGS. 7 and 8) as shown in FIGS. Match in area. That is, it can be seen that the present embodiment can measure the frequency characteristic with higher accuracy than the transfer characteristic in the prior art (see FIGS. 5 and 6). That is, as in the present embodiment, by having a frequency region in which the wave number is variable, a highly accurate frequency characteristic can be measured in a short time.
  • a Y linear guide 1402 is arranged on the base 1401 in the Y axis direction in the drawing, and the Y table 1404 is freely restrained only in the Y axis direction, and is positioned in the Y axis direction by the Y linear motor 1403.
  • the top table 1407 is freely restrained only in the X axis direction with respect to the Y table 1404 by the X linear guide 1405, and is positioned in the X axis direction by the X linear motor 1406.
  • the wafer 1408 mounted on the top table 1407 is positioned in the XY axis direction with respect to the base 1404.
  • the wafer 1408 is irradiated with an optical beam or electron beam 1409 for semiconductor manufacturing or inspection, and semiconductor manufacturing or inspection is performed.
  • the positioning control device is applied to a printed circuit board processing apparatus as a positioning control system.
  • the operation of the printed circuit board processing apparatus is controlled, and A positioning control device 202 that measures frequency characteristics is provided.

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Abstract

　波数または印加時間長の少なくとも一方が周波数毎に異なる周波数領域を有するように周波数掃引した正弦波信号を、移動対象を移動させる移動装置の制御系に印加し、正弦波信号の印加により制御系から得られる伝達特性の時系列データを取得し、時系列データにスペクトル解析を施すように構成する。これにより、周波数特性の測定時間の長大化を抑制しつつ測定精度の最適化を図ることができる位置決め制御装置及び周波数特性測定方法を提供することができる。

Description

周波数特性測定方法及び位置決め制御装置
　本発明は、移動体の位置の制御に用いる周波数特性の測定方法及び位置決め制御装置に関する。
　各種加工装置やメカトロニクス製造・検査装置などの産業機械においては、装置を構成する移動体の位置決めの精度が加工品やメカトロニクス製品の品質を決定する大きな要因として挙げられる。例えば、半導体の製造検査装置、或いは、基板への部品実装装置などにおいては、移動体の位置決め制御の精度が製品の品質の良否を左右し、また、エレベータ等においては、安全性や乗り心地を決定する重要な要素であり、その位置決めの精度向上に向けた技術開発が進められている。
　このような位置決め制御系の設計や調整には、機構系や制御系の周波数特性が用いられており、周波数特性の測定精度が位置決め精度に大きく関係している。例えば、このような、周波数特性の測定に関する技術として、特許文献１（特開平１０－３３９７５１号公報）には、入力信号における信号レベルとスイープ開始周波数と終了周波数とスイープ開始周波数から終了周波数に至る周波数ステップ量とを設定した後、前記スイープ開始周波数点からアナログ・ディジタル混在での過渡特性解析を行い、その出力信号の結果をフーリエ解析し、入力信号周波数点での実部と虚部の信号強度を求めることにより信号レベルと位相を求め、前記のスイープ終了周波数まで前記のアナログ・ディジタル混在での解析とフーリエ解析を繰り返し行って、前記出力信号、及び位相の周波数特性を求めることを特徴とするアナログ・ディジタル混在シミュレーション方法が開示されている。
特開平１０－３３９７５１号公報
　しかしながら上記従来技術には次のような問題点がある。
　例えば、デジタル制御を用いた位置決め制御装置において測定精度を維持するためには、位置決め制御系のサンプリング周波数の１／２（ナイキスト周波数）までの測定が理論上必要であるが、測定時間短縮などのためにサンプリング周波数を抑制すると、特に、高い周波数領域においては周波数特性の測定精度が悪化してしまう。また、各周波数でのデータ取得時間を長くすれば周波数特性の測定精度を向上することができるが、データ取得時間をどの程度に設定するかの指標が無いため、測定時間が不必要に長い場合や、測定時間が必要な測定精度を得るのに不十分である場合などが考えられる。
　上記従来技術においては、ゲインおよび位相の周波数特性を解析するためのデータ取得時間は一定であるため、高い周波数領域における測定精度が悪化する恐れがあり、さらに、周波数特性測定の精度向上のためにデータ取得および解析を繰り返しているため、非常に長い測定時間が必要となっている。
　本発明は上記に鑑みてなされたものであり、周波数特性の測定時間の長大化を抑制しつつ測定精度の最適化を図ることができる位置決め制御装置及び周波数特性測定方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、波数または印加時間長の少なくとも一方が周波数毎に異なる周波数領域を有するように周波数掃引した正弦波信号を、移動対象を移動させる移動装置の制御系に印加する信号印加部と、前記正弦波信号の印加により前記制御系から得られる伝達特性の時系列データを取得する時系列データ取得部と、前記時系列データにスペクトル解析を施すスペクトル解析部とを備えたものとする。
　本発明によれば、周波数特性の測定時間の長大化を抑制しつつ測定精度の最適化を図ることができる。
第１の実施の形態に係る位置決め制御システムの全体構成を概略的に示す図である。 第１の実施の形態に係る位置決め制御装置の全体構成を概略的に示す図である。 位置決め制御装置における制御系のブロック線図の一例を示す図である。 周波数特性測定の手順を示すフローチャートである。 従来技術における伝達特性のシミュレーションによる測定結果の一例を示す図であり、ゲインに関する周波数特性を示す図である。 従来技術における伝達特性のシミュレーションによる測定結果の一例を示す図であり、位相に関する周波数特性を示す図である。 理論的な伝達特性のシミュレーションによる測定結果を示す図であり、ゲインに関する周波数特性を示す図である。 理論的な伝達特性のシミュレーションによる測定結果を示す図であり、位相に関する周波数特性を示す図である。 測定対象に印加する正弦波信号の離散化の一例を示す図であり、３０Ｈｚの正弦波信号を周波数１ｋＨｚでサンプリングする場合を示す図である。 測定対象に印加する正弦波信号の離散化の一例を示す図であり、３００Ｈｚの正弦波信号を周波数１ｋＨｚでサンプリングする場合を示す図である。 各周波数において振幅１の正弦波を印加した場合の離散化雑音を含まない理想的な周波数特性のシミュレーション結果を示す図であり、ゲインに関する周波数特性を示す図である。 各周波数において振幅１の正弦波を印加した場合の離散化雑音を含まない理想的な周波数特性のシミュレーション結果を示す図であり、位相に関する周波数特性を示す図である。 各周波数において波数を一定として振幅１の正弦波を印加した場合の離散化雑音を含む場合での周波数特性のシミュレーション結果を示す図であり、ゲインに関する周波数特性を示す図である。 各周波数において波数を一定として振幅１の正弦波を印加した場合の離散化雑音を含む場合での周波数特性のシミュレーション結果を示す図であり、位相に関する周波数特性を示す図である。 第１の実施の形態における周波数特性測定時の波数を示す図である。 第１の実施の形態における伝達特性のシミュレーションによる測定結果の一例を示す図であり、ゲインに関する周波数特性を示す図である。 第１の実施の形態における伝達特性のシミュレーションによる測定結果の一例を示す図であり、位相に関する周波数特性を示す図である。 第２の実施の形態に係る部品実装装置の全体構成を概略的に示す図である。 第３の実施の形態に係る半導体製造・検査装置の全体構成を概略的に示す図である。 第４の実施の形態に係るプリント基板加工装置の全体構成を概略的に示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
　＜第１の実施の形態＞
  本発明の第１の実施の形態を図１～図１７を参照しつつ説明する。
　図１は、本実施の形態における位置決め制御システムの全体構成を概略的に示す図である。
　図１において、位置決め制御システムは、本実施の形態における制御対象及び測定対象の一例として示すテーブル駆動装置２０５と、位置決め制御システムを制御する位置決め制御装置２０２とを備えている。
　テーブル駆動装置２０５は、ベーステーブル１００と、移動対象としてのトップテーブル１１０と、トップテーブル１１０を移動する移動装置であるＸ軸方向駆動機構１２０及びＹ軸方向駆動機構１３０とから概略構成されている。
　Ｙ軸方向駆動機構１３０は、ベーステーブル１００上にＹ軸方向に沿って配置されたＹ軸方向リニアガイド１３１、Ｙ軸方向駆動モータ固定子１３２、及び、Ｙ軸方向リニアスケール１３３を有している。Ｙ軸方向リニアガイド１３１には、図示しないスライドユニットが取り付けられており、これによりＸ軸方向駆動機構１２０のＹテーブル１２６のＹ軸方向への移動がガイドされる。また、Ｙテーブル１２６に設けられたＹ軸方向モータ可動子１２４をＹ軸方向モータ固定子１３２に対して駆動することにより、Ｙテーブル１２６をＹ軸方向リニアガイド１３１に沿って駆動することができる。また、Ｙテーブル１２６に設けられたＹスケールヘッド１２５によりＹ軸方向リニアスケール１３３を検出することにより、Ｙテーブル１２６のＹ軸方向の位置（座標）を検出することができる。なお、Ｙ軸方向リニアスケール１３３及びＹスケールヘッド１２５は、移動対象であるトップテーブル１１０の位置を検出する位置検出装置の一部を構成する。
　Ｘ軸方向駆動機構１２０は、Ｙテーブル１２６上にＸ軸方向に沿って配置されたＸ軸方向リニアガイド１２１、Ｘ軸方向駆動モータ固定子１２２、及び、Ｘ軸方向リニアスケール１２３を有している。Ｘ軸方向リニアガイド１２１には、図示しないスライドユニットが取り付けられており、これによりトップテーブル１１０のＸ軸方向への移動がガイドされる。また、トップテーブル１１０に設けられたＸ軸方向モータ可動子１１１をＸ軸方向モータ固定子１２２に対して駆動することにより、トップテーブル１１０をＸ軸方向リニアガイド１２１に沿って駆動することができる。また、トップテーブル１１０に設けられたＸスケールヘッド１１２によりＸ軸方向リニアスケール１２３を検出することにより、トップテーブル１１０のＸ軸方向の位置（座標）を検出することができる。
　図２は、本実施の形態に係る位置決め制御装置の全体構成を概略的に示す図であり、図３は位置決め制御装置における制御系のブロック線図の一例を示す図である。
　図３に示すように、位置決め制御装置の制御系は、例えば、測定対象２０５のＸ軸方向駆動機構１２０やＹ軸方向駆動機構１３０などに相当する制御対象１０４と、予め設定された目標移動量、速度、および加速度などの移動パラメータを用いて位置指令ｒを生成して出力する指令生成部１０１と、指令生成部１０１の出力である位置指令ｒと制御対象１０４の出力である現在位置ｙとの差分ｅをコントローラ１０２に出力する差分器１０５と、制御対象１０４に対する操作量ｕ１を演算して出力するコントローラ１０２と、コントローラ１０２の出力である操作量ｕ１と仮想的な推力外乱ｄとの和である操作量ｕ２を制御対象１０４に出力する加算器１０３とを有している。指令生成部１０１やコントローラ１０２、差分器１０５等は、後述する位置決め制御機能部２１７の構成機能に相当する。
　推力外乱ｄから操作量ｕ２までの伝達特性は感度関数と呼ばれ、下記（数１）の伝達関数で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、推力外乱ｄから操作量ｕ１までの伝達特性は相補感度関数と呼ばれ、下記（数２）の伝達特性で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　さらに、操作量ｕ２から操作量ｕ１までの伝達特性は開ループ特性と呼ばれ、下記（数３）の伝達特性で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　また、コントローラ１０２などにより操作量ｕ１を０とした（制御を行わない）状態において操作量ｕ２および現在位置ｙを取り出した場合、操作量ｕ２から現在位置ｙまでの伝達特性は制御対象特性と呼ばれ、下記（数４）の伝達関数で表される。また、操作量ｕ１を０としない（制御を行った）状態においては、操作量ｕ２から現在位置ｙまでの伝達特性は整定関数と呼ばれ、下記（数５）のように感度関数と制御対象特性の積で表される。つまり、この場合には制御対象１０４の特性は、整定関数と感度関数から演算できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　一般に、開ループ特性は制御系の安定性評価に用い、感度関数は外乱抑圧特性の評価，相補感度関数は応答特性の評価に用いる。したがって、開ループ特性や感度関数、相補感度関数を測定することにより、制御系を評価し、コントローラ１０２のパラメータを調整できる。また、制御対象特性を測定することにより、コントローラ１０２の構造やパラメータを設計し、制御系を構築できる。
　なお、図３においては、説明の簡単のために一軸の制御系ブロック線図のみを示しているが、複数軸の制御系についても軸間干渉をなくすことにより、各軸の制御系が同様のブロックで構成される。さらに、複数の入力または出力をもつ多入出力系の制御対象（測定対象）においても、入出力ペアごとの制御系が同様のブロックで構成される。
　また、図３において取り上げた位置決め制御系はあくまでも一例であり、本実施の形態における位置決め制御系の構成等を限定するものではない。すなわち、例えばコントローラ１０２の入力は差分ｅのみでなく操作量ｕ１，ｕ２や現在位置ｙ、位置指令ｒなどを含んでもよく、目的に合わせた種々の構成が可能である。また、同様に、図３は、コントローラ１０２の設計および調整に必要な伝達特性の一例を取り上げたものであり、測定対象の構成等を限定するものではない。すなわち、制御対象の２点間の伝達特性を測定したい場合においても、仮想的な外乱を印加し前記２点の状態量を取り出すことにより伝達特性を測定してもよく、目的に合わせて自由に選択可能である。
　図２において、位置決め制御装置２０２は、各種情報や設定画面を表示する表示部２０４と、各種情報や設定値を入力する入力装置２０１と、測定対象２０５（図１におけるテーブル駆動装置２０５：以降は単に測定対象２０５と記載する）の動作を制御する位置決め制御機能部２１７と、測定対象２０５の周波数特性を測定する周波数特性測定機能部２０３とを概略備えている。
　位置決め制御機能部２１７は、測定対象（テーブル駆動装置）２０５のＸ軸方向駆動機構１２０及びＹ軸方向駆動機構１３０の動作を制御することによりトップテーブル１１０を移動させ、ベーステーブル１００に対するトップテーブル１１０の位置決めを行う。
　周波数特性測定機能２０３は、記憶部２０６と、周波数演算部２０７と、波数演算部２０８と、正弦波発生部（信号印加部）２０９と、ゲイン・位相演算部２１０とから構成されている。
　記憶部２０６には、測定を要求された伝達特性に対応した正弦波印加部や出力信号、測定する周波数範囲や周波数刻み、各周波数での正弦波波数や測定時間、正弦波振幅などの設定値２１２と、予め定められた各種の既定値２１１と、周波数演算部２０７、波数演算部２０８、及びゲイン・位相演算部２１０での演算結果である周波数データ２１３、波数データ２１４、及び周波数特性データ２１６と、測定対象２０５から出力される時系列データ２１５とが記憶されている。
　周波数演算部２０７は、既定値２１１による設定値２１２の測定周波数範囲や周波数点数などから周波数データ２１３を演算し、記憶装置２０６に記憶する。
　波数演算部２０８は、設定値２１２のサンプリング時間などと周波数データ２１３より各周波数で測定にかかる波数データ２１４を演算し、記憶装置２０６に記憶する。
　正弦波発生部２０９は、設定値２１２の正弦波振幅と周波数データ２１３から決まる正弦波を波数データ２１４から決まる波数分発生し、測定対象２０５に印加する。
　ゲイン・位相演算部２１０は、時系列データ２１５と周波数データ２１３から測定周波数での周波数特性データ２１６を演算し、記憶装置２０６に記憶する。
　表示部２０４は、周波数データ２１３、波数データ２１４、周波数特性データ２１６等を用いて測定に使用した周波数毎の波数や測定した周波数特性を表示する。なお、表示されるデータは目的に合わせた構成としてよく、例えば、時系列データ２１５を含んでもよい。
　本実施の形態においては、以上のように構成した位置決め制御装置により測定対象２０５における目的の伝達特性を測定する。
　ここで、本実施の形態における周波数特性測定について図４を参照しつつ説明する。
　図４は、周波数特性測定の手順を示すフローチャートである。
　図４において、周波数特性測定では、まず、通常の位置決め動作が停止され、オペレータが入力部２０１により、測定を要求された伝達特性に対応した正弦波印加部や出力信号、測定する周波数範囲や周波数刻み、各周波数での正弦波波数や測定時間、正弦波振幅などの設定値を設定する（ステップＳ３０１）。
　例えば、図３に示した制御系において上記（数３）の開ループ特性を測定する際には、正弦波印加部をｄ、出力信号をｕ１およびｕ２と設定すればよい。なお、この設定値は，それぞれオペレータやユーザによって設定されるが、全部または一部に装置内に記憶された既定値を用いてもよい。
　次に、設定された周波数範囲や周波数刻みなどから、測定する周波数や全周波数点数ｋを演算し（ステップＳ３０２）、各測定周波数での正弦波波数を演算して設定し（ステップＳ３０３）、これらのパラメータを設定したのちに周波数特性測定を行う（ステップＳ３０４）。ステップＳ３０３での各測定周波数での正弦波波数の演算では、波数または印加時間長の少なくとも一方が周波数毎に異なる周波数領域を有するような演算を行う（後に詳述）。
　ステップＳ３０４の周波数特性測定では、まず、測定する周波数を決定する周波数送りインデックスｉの設定など印加する正弦波の初期化や、出力信号記憶域の確保、周波数特性測定に必要な初期化などを行う（ステップＳ３０５）。
　次に、インデックスｉを更新することで測定する周波数をｆ（ｉ）に更新し（ステップＳ３０６）、設定された周波数ｆ（ｉ）、振幅の正弦波を正弦波発生部により測定対象２０５に印加し（ステップＳ３０７）、インデックスｉでの測定における出力信号を記憶し（ステップＳ３０８）、インデックスｉでのゲイン・位相特性を演算する（ステップＳ３０９）。
　信号のゲイン特性ｇ、位相特性ｐは、出力信号の周波数ｆ（ｉ）における余弦波成分Ｒｅと正弦波成分Ｉｍを用いて下記（数６）及び（数７）により演算できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　同様に、例えば、信号Ａから信号Ｂへのゲイン伝達特性Ｇｔ、位相伝達特性Ｐｔは、信号Ａの余弦波成分ＲｅＡ、正弦波成分ＩｍＡと、信号Ｂの余弦波成分ＲｅＢ、正弦波成分ＩｍＢを用いて下記（数８）及び（数９）により演算できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　ここで、設定した全測定周波数の測定が終了したかどうかを判定し（ステップＳ３１０）、判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ３１０の判定結果がＹＥＳになるまでステップＳ３０６～Ｓ３０９の処理を繰り返す。また、ステップＳ３１０での判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ３０４を抜けて、測定した周波数特性や演算した波数などを表示部２０４に表示し（ステップＳ３１１）、処理を終了する。
　なお、図４に示した周波数特性測定においては、例えば、ステップＳ３１１の表示は、ステップＳ３０９のゲイン・位相演算での演算結果が出力されるたびに表示するように構成してもよい。また、ステップＳ３０８のゲイン・位相演算は、全周波数測定終了後すなわちステップＳ３０４の後に行ってもよい。
　ここで、本実施の形態における周波数特性測定を従来技術と比較しつつ詳細に説明する。
　図５及び図６は、従来技術における伝達特性のシミュレーションによる測定結果の一例を示す図であり、図５はゲインに関する周波数特性、図６は位相に関する周波数特性をそれぞれ示す図である。また、図７及び図８は理論的な伝達特性のシミュレーションによる測定結果を示す図であり、図７はゲインに関する周波数特性、図８は位相に関する周波数特性をそれぞれ示す図である。
　図５及び図６に示した従来技術では、各周波数における測定波数を一定とし、また、印加する正弦波および出力される信号に外的な雑音は入っていない状態としている。しかしながら、図５及び図６に示した従来技術の伝達特性は、図７及び図８に示した理論的な伝達特性と比較して、低い周波数領域では一致しているものの、９０Ｈｚを超えた高い周波数領域では差異がみられる。印加信号および出力信号に外的な雑音が入っていな条件であることから、この伝達関数の測定結果の差異は入出力信号の離散化による測定誤差であると考えられる。
　図９及び図１０は、測定対象に印加する正弦波信号の離散化の一例を示す図であり、図９は３０Ｈｚの正弦波信号を周波数１ｋＨｚでサンプリングする場合、図１０は３００Ｈｚの正弦波信号を周波数１ｋＨｚでサンプリングする場合をそれぞれ示している。
　図９に示すように、サンプリング周波数（１ｋＨｚ）よりも正弦波信号の周波数領域が比較的低い（３０Ｈｚ）場合では、印加する正弦波は理論的な正弦波をほぼ実現できている。しかしながら、サンプリング周波数（１ｋＨｚ）よりも正弦波信号の周波数領域が比較的高い（３００Ｈｚ）場合では、印加する正弦波は理論的な正弦波を実現できていない。すなわち、この理論的な正弦波と離散化後の正弦波との不一致が、離散化による雑音（離散化雑音）となり、図５及び図６で示した測定誤差の原因となる。
　図１１及び図１２は、各周波数において振幅１の正弦波を印加した場合の離散化雑音を含まない理想的な周波数特性のシミュレーション結果を示す図であり、図１１はゲインに関する周波数特性、図１２は位相に関する周波数特性をそれぞれ示す図である。また、図１３及び図１４は、各周波数において波数を一定として振幅１の正弦波を印加した場合の離散化雑音を含む場合での周波数特性のシミュレーション結果を示す図であり、図１３はゲインに関する周波数特性、図１４は位相に関する周波数特性をそれぞれ示す図である。
　図１１～図１４に示すように、印加正弦波の周波数特性が、離散化雑音により精度が劣化することがわかる。印加正弦波は周波数特性測定機能が出力するものであるため既知である。したがって，本実施の形態では、この印加正弦波の離散化雑音による測定誤差を指標として波数を演算し、測定に用いることで測定精度が向上する。
　図１３及び図１４の場合の印加正弦波のゲイン特性Ｇ１は下記（数１０）で表される。ここでＮは、測定の時間サンプル数（整数）であり、サンプル数Ｎと波数Ｃとの関係は下記（数１１）、サンプル数Ｎと測定時間Ｔとの関係は下記（数１２）でそれぞれ表される。なお、下記（数１０）～（数１２）において、ｆは測定周波数であり、Ｔｓはサンプル時間である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　印加正弦波では，離散化雑音がない場合のゲイン特性は振幅となり既知である。したがって、ゲイン特性Ｇ１に許容する測定誤差を指標として規定すれば、上記（数１０）における未知の変数はサンプル数Ｎのみである。そこで、上記（数１０）をサンプル数Ｎについて解くことで上記（数１１）より各周波数での波数Ｃが求まる。同様に、上記（数１２）より各周波数での測定時間Ｔが求まる。ここで、上記（数１０）をサンプル数Ｎについて解く方法は、解析的解法であっても数値的解法であってもよい。さらに上記（数１０）の近似式に対して解いてもよい。また、用いる波数は、上記（数１１）で求まる波数Ｃ以上であればよく、用いる測定時間は、上記（数１２）で求まる測定時間Ｔ以上であればよい。
　本実施の形態では、以上のように演算した波数または測定時間をもちいることにより、精度の高い周波数特性を短時間で測定することができる。
　なお、本実施の形態においては、上記（数１０）において、印加正弦波のゲイン特性を示したが、演算の方法や数式を限定するものではない。すなわち，例えば演算に使用する信号は出力信号でもよく、使用する特性は位相特性であってもよい。
　図１５は、本実施の形態における周波数特性測定時の波数を示す図である。
　図１５は、上記（数１０）より求めたものであり、波数を設定した最小波数で一定とする周波数領域７０１と、波数を可変とする周波数領域７０２と、波数を設定した最大波数で一定とする周波数領域７０３とを有している。
　最小波数Ｃｍｉｎは外的な雑音を考慮して設定する。上記（数１０）より求めた波数Ｃが最小波数Ｃｍｉｎに満たない（Ｃ＜Ｃｍｉｎ）場合には、測定に用いる波数ＣｍをＣｍｉｎ（Ｃｍ＝Ｃｍｉｎ）とする。これにより、低い周波数領域に波数Ｃｍが一定となる周波数領域７０１ができる。
　また、最大波数Ｃｍａｘは全測定時間または測定精度を保証したい周波数領域から設定する。上記（数１０）より求めた波数Ｃが最大波数Ｃｍａｘに以下（Ｃ≦Ｃｍａｘ）の場合には，測定に用いる波数Ｃｍを波数Ｃ（Ｃｍ＝Ｃ）とし、波数Ｃが最大波数Ｃｍａｘを超える（Ｃ＞Ｃｍａｘ）場合には、測定に用いる波数Ｃｍを最大波数Ｃｍａx（Ｃｍ＝Ｃｍａｘ）とする。これにより、高い周波数領域に波数Ｃｍが一定となる周波数領域７０３と、波数Ｃｍが可変となる領域７０２ができる。
　なお、図１５は、波数の特性を限定するものではない。すなわち、最小波数や最大波数は任意に決めてよい。また，波数可変の周波数領域を１つ以上もてば、波数固定とする周波数領域の数は０以上であればよい。さらに、測定時間に対して同様であってもよい。
　図１６及び図１７は、本実施の形態における伝達特性のシミュレーションによる測定結果の一例を示す図であり、図１６はゲインに関する周波数特性、図１７は位相に関する周波数特性をそれぞれ示す図である。
　本実施の形態では図１５で示した測定波数を用いているので、図１６及び図１７に示すように、理論的な伝達特性（図７及び図８参照）と比較して、４００Ｈｚまでの周波数領域で一致している。すなわち、従来技術における伝達特性（図５及び図６参照）と比較して、本実施の形態においては高精度な周波数特性を測定できることがわかる。つまり、本実施の形態のように、波数を可変とした周波数領域をもつことにより、短時間で精度の高い周波数特性が測定できる。
　以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。
　一般的に、デジタル制御を用いた位置決め制御装置において測定精度を維持するためには、位置決め制御系のサンプリング周波数の１／２（ナイキスト周波数）までの測定が理論上必要であるが、測定時間短縮などのためにサンプリング周波数を抑制すると、特に、高い周波数領域においては周波数特性の測定精度が悪化してしまう。また、各周波数でのデータ取得時間を長くすれば周波数特性の測定精度を向上することができるが、データ取得時間をどの程度に設定するかの指標が無いため、測定時間が不必要に長い場合や、測定時間が必要な測定精度を得るのに不十分である場合などが考えられる。
　例えば、離散化雑音による測定誤差を軽減し、測定精度を向上するためには２つの方法が考えられる。１つは、離散化の基準となるサンプリング時間を短縮し、高い周波数領域においても信号の実現性を向上させ、離散化雑音を低減することで測定精度を向上する方法である。しかしながら、位置決め制御装置においては位置決め制御のために制御周期というサンプリング時間が用いられている。したがって、制御周期より短いサンプリング時間を周波数特性測定のために実現しても、実際のサンプリング時間は制御ループ内で制御周期となってしまい、効果が期待できない。もう１つの方法は、測定に使用する波数を増やし、測定周波数の信号強度を上げることで測定精度を向上する方法である。つまり、雑音に強い周波数特性測定のためには，波数を多くとることが有効である。しかしながら、公知技術では離散化雑音と外的な雑音を統一的に取り扱うため，波数や測定時間の設定の指標がない。なぜなら、外的な雑音は測定環境に依存するため、あらかじめ決めることはできないからである。
　従来技術においては、ゲインおよび位相の周波数特性を解析するためのデータ取得時間は一定であるため、高い周波数領域における測定精度が悪化する恐れがあり、さらに、周波数特性測定の精度向上のためにデータ取得および解析を繰り返しているため、非常に長い測定時間が必要となっている。
　これに対し、本実施の形態においては、波数または印加時間長の少なくとも一方が周波数毎に異なる周波数領域を有するように周波数掃引した正弦波信号を、移動対象を移動させる移動装置の制御系に印加するように構成したので、周波数特性の測定時間の長大化を抑制しつつ測定精度の最適化を図ることができ、短時間で精度の高い周波数特性が測定できる。
　＜第２の実施の形態＞
  本発明の第２の実施の形態を図１８を参照しつつ説明する。
　本実施の形態は、第１の実施の形態に係る位置決め制御装置を位置決め制御システムとしての部品実装装置に適用したものであり、部品実装装置の動作を制御するとともに、部品実装装置の周波数特性を測定する位置決め制御装置２０２を備えている。
　図１８は、本実施の形態に係る部品実装装置の全体構成を概略的に示す図である。
　図１８において、図中Ｙ軸方向に可動なＹビーム１３０３は、２つのＹリニアモータ１３０１および１３０２によってベースに対してＹ軸方向に駆動・位置決めされる。同様に実装ヘッド１３０５は、Ｘリニアモータ１３０４によってＹビーム１３０３に対してＸ軸方向に駆動・位置決めされる。これにより実装ヘッド１３０５は、ＸＹ平面で自由に位置決め行われる。実装ヘッド１３０５には、複数の吸着ノズル１３０６が備えられ、それぞれの吸着ノズル１３０６は部品を吸着して保持するとともに、Ｚ方向に可動されてプリント基板１３０７上の任意の位置に部品を実装する。
　その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
　以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得る事ができる。
　＜第３の実施の形態＞
  本発明の第３の実施の形態を図１９を参照しつつ説明する。
　本実施の形態は、第１の実施の形態に係る位置決め制御装置を位置決め制御システムとしての半導体製造・検査装置に適用したものであり、半導体製造・検査装置の動作を制御するとともに、半導体製造・検査装置の周波数特性を測定する位置決め制御装置２０２を備えている。
　図１９は、本実施の形態に係る半導体製造・検査装置の全体構成を概略的に示す図である。
　図１９において、ベース１４０１上には図中Ｙ軸方向にＹリニアガイド１４０２が配置され、Ｙテーブル１４０４はＹ軸方向にのみ自由に拘束されており、Ｙリニアモータ１４０３によってＹ軸方向に位置決めされる。トップテーブル１４０７は、Ｘリニアガイド１４０５によってＹテーブル１４０４に対してＸ軸方向にのみ自由に拘束されており、Ｘリニアモータ１４０６によってＸ軸方向に位置決めされる。これにより、トップテーブル１４０７上に搭載されたウェハ１４０８は、ベース１４０４に対してＸＹ軸方向に位置決めが行われる。ウェハ１４０８上には、半導体製造または検査のための光学ビームや電子ビーム等１４０９が照射され、半導体の製造や検査が行われる。
　その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
　以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得る事ができる。
　＜第４の実施の形態＞
  本発明の第４の実施の形態を図２０を参照しつつ説明する。
　本実施の形態は、第１の実施の形態に係る位置決め制御装置を位置決め制御システムとしてのプリント基板加工装置に適用したものであり、プリント基板加工装置の動作を制御するとともに、プリント基板加工装置の周波数特性を測定する位置決め制御装置２０２を備えている。
　図２０は、本実施の形態に係るプリント基板加工装置の全体構成を概略的に示す図である。
　図２０において、ベッド１上には２本の案内ガイド１５０４を介してテーブル１５０３が図中Ｙ軸方向に自由に設置されている。Ｙ送りねじ１５０５によってテーブル３はＹ軸方向に位置決めされる。また、ベッド１５０１上には門型コラムレール１５０２が備えられ、門型コラムレール１５０６側面にＸ案内ガイド１５０６を介してスライド板１５０８が取り付けられている。スライド板１５０８は、Ｘ駆動手段（図示せず）によって門型コラムレール１５０６に対してＸ軸方向に位置決めされる。これによりスライド板１５０８とテーブル１５０３はＸＹ軸方向に相対的に位置決めされる。スライド板１５０８には複数のドリルユニット１５０７が配置され、テーブル１５０３上に配置されるプリント基板の加工を行う。
　その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
　以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得る事ができる。
１００　ベーステーブル
１１０　トップテーブル
１１１　Ｘ軸方向モータ可動子
１２０　Ｘ軸方向駆動機構
１２１　Ｘ軸方向リニアガイド
１２２　Ｘ軸方向駆動モータ固定子
１２３　Ｘ軸方向リニアスケール
１２４　Ｙ軸方向駆動モータ可動子
１２５　スケールヘッド
１２６　Ｙテーブル
１３０　Ｙ軸方向駆動機構
１３１　Ｙ軸方向リニアガイド
１３２　Ｙ軸方向駆動モータ固定子
１３３　Ｙ軸方向リニアスケール
２０１　入力装置
２０２　位置決め制御装置
２０３　周波数特性測定機能部
２０４　表示部
２０５　測定対象（テーブル駆動装置）
２０６　記憶部
２０７　周波数演算部
２０８　波数演算部
２０９　正弦波発生部（信号印加部）
２１０　ゲイン・位相演算部
２１１　既定値
２１２　設定値
２１３　周波数データ
２１４　波数データ
２１５　時系列データ
２１６　周波数特性データ
２１７　位置決め制御機能部

Claims (20)

  1. 　波数または印加時間長の少なくとも一方が周波数毎に異なる周波数領域を有するように周波数掃引した正弦波信号を、移動対象を移動させる移動装置の制御系に印加する信号印加部と、
    　前記正弦波信号の印加により前記制御系から得られる伝達特性の時系列データを取得する時系列データ取得部と、
    　前記時系列データにスペクトル解析を施すスペクトル解析部と
    を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。
  2. 　請求項１記載の位置決め制御装置において、
    　前記信号印加部は、前記正弦波信号の波数が一定である少なくとも１つの周波数領域と、前記正弦波信号の波数が周波数毎に異なる少なくとも１つの周波数領域とを有するように周波数掃引を行うことを特徴とする位置決め制御装置。
  3. 　請求項２記載の位置決め制御装置において、
    　前記正弦波信号の波数が一定である周波数領域における前記波数は、オペレータが設定可能であることを特徴とする位置決め制御装置。
  4. 　請求項２記載の位置決め制御装置において、
    　前記正弦波信号の波数が一定である周波数領域における前記波数は、予め定められた前記正弦波印加部の周波数掃引の時間に基づいて定められることを特徴とする位置決め制御装置。
  5. 　請求項１記載の位置決め制御装置において、
    　前記信号印加部は、前記正弦波信号の印加時間長が一定である少なくとも１つの周波数領域と、前記正弦波信号の印加時間長が周波数毎に異なる少なくとも１つの周波数領域とを有するように周波数掃引を行うことを特徴とする位置決め制御装置。
  6. 　請求項５記載の位置決め制御装置において、
    　前記正弦波信号の印加時間長が一定である周波数領域における前記印加時間長は、オペレータが設定可能であることを特徴とする位置決め制御装置。
  7. 　請求項５記載の位置決め制御装置において、
    　前記正弦波信号の印加時間長が一定である周波数領域における前記印加時間長は、予め定められた前記正弦波印加部の周波数掃引の時間に基づいて定められることを特徴とする位置決め制御装置。
  8. 　請求項１記載の位置決め制御装置において、
    　前記制御系に印加する前記正弦波信号の波数または印加時間長の少なくとも一方が周波数毎に異なる周波数領域における前記波数または前記印加時間長は、測定誤差の指標に基づいて定められることを特徴とする位置決め制御装置。
  9. 　請求項８記載の位置決め制御装置において、
    　前記測定誤差の指標は、前記正弦波信号の周波数応答特性における離散化雑音から得られることを特徴とする位置決め制御装置。
  10. 　請求項１記載の位置決め制御装置において、
    　前記正弦波信号の周波数毎の前記波数または前記時間長を表示する表示部を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。
  11. 　請求項１記載の位置決め制御装置を備えた部品実装装置。
  12. 　請求項１記載の位置決め制御装置を備えた半導体製造検査装置。
  13. 　請求項１記載の位置決め制御装置を備えた基板加工装置。
  14. 　波数または印加時間長の少なくとも一方が周波数毎に異なる周波数領域を有するように周波数掃引した正弦波信号を、移動対象を移動させる移動装置の制御系に印加する手順と、
    　前記正弦波信号の印加により前記制御系から得られる伝達特性の時系列データを取得する手順と、
    　前記時系列データにスペクトル解析を施す手順と
    を備えたことを特徴とする周波数特性測定方法。
  15. 　請求項１４記載の周波数特性測定方法において、
    　前記正弦波信号の波数が一定である少なくとも１つの周波数領域と、前記正弦波信号の波数が周波数毎に異なる少なくとも１つの周波数領域とを有するように前記周波数掃引を行うことを特徴とする周波数特性測定方法。
  16. 　請求項１５記載の周波数特性測定方法において、
    　前記正弦波信号の波数が一定である周波数領域における前記波数は、予め定められた前記周波数掃引の時間に基づいて定められることを特徴とする周波数特性測定方法。
  17. 　請求項１４記載の周波数特性測定方法において、
    　前記正弦波信号の印加時間長が一定である少なくとも１つの周波数領域と、前記正弦波信号の印加時間長が周波数毎に異なる少なくとも１つの周波数領域とを有するように前記周波数掃引を行うことを特徴とする周波数特性測定方法。
  18. 　請求項１７記載の位置決め制御装置において、
    　前記正弦波信号の印加時間長が一定である周波数領域における前記印加時間長は、予め定められた前記周波数掃引の時間に基づいて定められることを特徴とする周波数特性測定方法。
  19. 　請求項１４記載の周波数特性測定方法において、
    　前記制御系に印加する前記正弦波信号の波数または印加時間長の少なくとも一方が周波数毎に異なる周波数領域における前記波数または前記印加時間長は、測定誤差の指標に基づいて定められることを特徴とする周波数特性測定方法。
  20. 　請求項１９記載の周波数特性測定方法において、
    　前記測定誤差の指標は、前記正弦波信号の周波数応答特性における離散化雑音から得られることを特徴とする周波数特性測定方法。
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