(57)【要約】【課題】従来の位置決めでは、位置決めする際の整定範囲をゼロとして目標値に位置決めさせた場合、被駆動体がモータにより目標値に位置決めされた後もモータが常に小刻みに振動したり、外乱により被駆動体が整定範囲外に移動してしまう問題が発生する可能性があった。【解決手段】位置センサが検出した位置決めステージが位置する現在値が第１の整定範囲内の場合は、位置決めステージの整定範囲を第２の整定範囲内に変更し、位置センサが検出した位置決めステージが位置する現在値が第１の整定範囲外の場合は、再度位置決めステージを第１の整定範囲内に位置するように移動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＰＵからの指示値をＤ／Ａコンバータにて変換した信号を超音波モータに印加して駆動することで位置決めステージを移動させて、位置センサが検出した移動後の位置決めステージの現在値をＣＰＵに送るフィードバック制御で駆動し、位置決めの整定範囲として設定した第１の整定範囲および第２の整定範囲の内、範囲が狭い方の第２の整定範囲内に位置決め制御する位置決め装置であり、位置センサが検出した位置決めステージが位置する現在値が第１の整定範囲内の場合は、位置決めステージの整定範囲を第１の整定範囲よりも広い範囲である第２の整定範囲内に変更し、位置センサが検出した位置決めステージが位置する現在値が第１の整定範囲外の場合は、再度位置決めステージを第１の整定範囲内に位置するように移動させることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記位置決めステージが位置する現在値が第２の整定範囲内から第２の整定範囲外に変動した場合は、位置決めステージの整定範囲を第１の整定範囲内に変更し、再度位置決めステージを第１の整定範囲内に位置するように移動させることを特徴とする請求項１記載の位置決め装置。
【請求項３】
第１の整定範囲の最小値は前記位置決め装置の駆動分解能量に設定されていることを特徴とする請求項１および請求項２記載の位置決め装置。
【請求項４】
ＣＰＵからの指示値をＤ／Ａコンバータにて変換した信号を超音波モータに印加して駆動することで位置決めステージを移動させて、位置センサが検出した移動後の位置決めステージの現在値をＣＰＵに送るフィードバック制御で駆動し、位置決めの整定範囲として設定した第１の整定範囲および第２の整定範囲の内、範囲が狭い方の第２の整定範囲内に位置決め制御する位置決めステージの位置決め方法であり、位置センサが検出した位置決めステージが位置する現在値が第１の整定範囲内の場合は、位置決めステージの整定範囲を第１の整定範囲よりも広い範囲である第２の整定範囲内に変更し、位置センサが検出した位置決めステージが位置する現在値が第１の整定範囲外の場合は、再度位置決めステージを第１の整定範囲内に位置するように移動させることを特徴とする位置決めステージの位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密な移動精度を要する半導体製造・検査装置や光学装置に使用される位置決めシステムで位置検出に超高精度なリニアスケールセンサ（リニアエンコーダ）を使用し、アクチュエータとして高分解能な制御が可能な超音波モータを用いた精密位置決め装置及び位置決め制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、サブミクロン単位の精密な移動精度を要する磁気ヘッド検査装置や半導体分野及び光学分野の検査装置において、微小位置決めが可能な超音波モータを備えた位置決めステージとリニアスケールセンサとから構成される位置決め装置が数多く使用されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には外部より入力される位置指令を位置フィードバック値と比較し、その差を位置偏差として、位置偏差の絶対値が設定したしきい値を超える時は固定の位置ゲインを乗じ、しきい値以下の場合は予め記憶しておいた補正パターンから別の位置ゲインを選択して、その位置ゲインを乗じるという２段階で位置ゲインを乗じて速度制御する方法が示されている。このようにしきい値に応じて位置ゲインを補正することで、位置決め整定時間を短縮している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１２２７２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のような従来の位置決め装置では、機器の駆動源がサーボモータであるので、位置決めする際の整定範囲をゼロとして目標値に必ず位置決めさせた場合、被駆動体がモータにより目標値に位置決めされた後も、モータが常に小刻みに振動する状態になって静止状態にならない為、モータの耐久性の点で問題があった。又、上記の問題点の為に位置決めする際の整定範囲をある程度の幅に設定しても、被駆動体が位置決めされた整定範囲内の箇所が、整定範囲と整定範囲外との境界付近だった場合においては、モータの小刻みな振動により整定範囲外に被駆動体が位置することになってしまったり、外部振動等の外乱により被駆動体が整定範囲外に移動してしまう問題が発生する可能性がある。この場合も、整定範囲内でモータの駆動が停止し、整定範囲外にてモータが駆動することを短時間で繰り返すことになり、モータの耐久性を低下させる原因となっていた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来の位置決め装置のようにモータが不規則な振動を生じるのを防ぎ、外部振動等の外乱があったとしても、安定した位置決めができる位置決め装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明は、ＣＰＵからの指示値をＤ／Ａコンバータにて変換した信号を超音波モータに印加して駆動することで位置決めステージを移動させて、位置センサが検出した移動後の位置決めステージの現在値をＣＰＵに送るフィードバック制御で駆動し、位置決めの整定範囲として設定した第１の整定範囲および第２の整定範囲の内、範囲が狭い方の第２の整定範囲内に位置決めステージを位置決め制御した後、位置センサが検出した位置決めステージが位置する現在値が第１の整定範囲内の場合は、位置決めステージの整定範囲を第１の整定範囲よりも広い範囲である第２の整定範囲内に変更し、位置センサが検出した位置決めステージが位置する現在値が第１の整定範囲外の場合は、再度位置決めステージを第１の整定範囲内に位置するように移動させることを特徴としている。
【０００８】
このように、本発明は、図１で示されるように外部ホストから指示値が与えられるとリニアスケール８にて位置決めステージ６の現在位置（現在値）を検出しＣＰＵ２によりＰＩＤ演算などで求めた操作量をＤ／Ａコンバータ３にてアナログ信号へ変換しドライバ５で増幅し超音波モータ７に入力して駆動させることで位置決めステージ６を移動させる位置決めシステムであり、現在位置（現在値）をリニアスケール８で検出してＣＰＵ２に送り、ＣＰＵ２で操作量を演算しＤ／Ａコンバータ３にてアナログ変換した信号をドライバ５で増幅して超音波モータ７に駆動信号を入力する際に、リニアスケール８が検出した位置決めステージ６の位置する現在値が予め定めた第１の整定範囲内の場合は、位置決めステージ６の整定範囲を第１の整定範囲より広い範囲である第２の整定範囲内に変更し、位置センサが検出した位置決めステージ６が位置する現在値が第１の整定範囲外の場合は、再度位置決めステージを第１の整定範囲内に位置するように制御することを特徴としている。
【０００９】
又、好適には、前記位置決めステージが位置する現在値が第２の整定範囲内から第２の整定範囲外に変動した場合は、位置決めステージの整定範囲を第１の整定範囲内に変更し、再度位置決めステージを第１の整定範囲内に位置するように移動させることを特徴としている。
【００１０】
ここで、この際の整定範囲は、図示しないメモリに記憶しておく。メモリはＣＰＵ２に内蔵のＲＡＭを使っても良いし、外部に付属させても良い。整定範囲は、事前に位置決め装置を制御するのに適切な整定範囲を計測しておいて設定することが好ましい。ここではメモリに記憶しておく整定範囲を第１の整定範囲と第２の整定範囲（第２の整定範囲は第１の整定範囲よりも広い範囲）としているが、複数の整定範囲を設定して、メモリに記憶しておき、制御で使い分けても良い。
【００１１】
又、好適には第１の整定範囲の最小値は前記位置決め装置の駆動分解能量に設定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被駆動体（位置決めステージ）が必ず第２の整定範囲よりも狭い整定範囲である第１の整定範囲内で位置決めされることになるので、必要な整定範囲である第２の整定範囲内の中心範囲内で位置決めが完了することになり、仮に被駆動体（位置決めステージ）が第１の整定範囲外に位置することになっても第２の整定範囲内にて位置決めが完了することになる。従って、少々の外部振動等による外乱の影響があっても被駆動体（位置決めステージ）は必要な整定範囲内を外れる事が無くなり、その為にモータの耐久性は向上し、安定した位置決め制御が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来からの一般的な位置決め装置の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の位置決め装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は従来からの一般的な位置決め装置の一例を示すブロック図であるが、本発明も同じ構成のブロック図にて実施する。図２は本発明の位置決め装置の動作を示すフローチャートであり、図１と図２を使って本発明の特徴を説明する。
【００１５】
通常状態において位置決めステージ６は原点位置或いは前回のホストＰＣ１からの指示値に閉ループ位置決めされているので、ホストＰＣ１からの位置指令コマンドから計算される目標値（指示値）とリニアスケール８で検出した位置決めステージ６の現在位置（現在値）を元にＣＰＵ２にて制御サイクル（例えば１ｍｓ）ごとに操作量を演算する位置決め演算を実行している。
【００１６】
位置決めステージ６を移動させるために、ホストＰＣ１に位置指令（指示値）を入力すると、入力された位置指令（指示値）は、双方向通信可能な通信手段としてＲＳ２３２Ｃ通信を使って位置決め装置内のＣＰＵ２に送信されるが位置決めコントローラ４内のＣＰＵ２は指示値に変化がある前から位置決めステージ６の現在位置（現在値）をリニアスケール８で求め、ホストＰＣ１からの指示値に基づき、ＰＩＤ演算などで操作量を算出するまでを１回の制御サイクルとして位置決めされている。
【００１７】
ホストＰＣ１からの位置指令（指示値）に基づく位置決めステージ６の位置決めにおいて、位置決めステージ６は予めユーザ側が定めた整定範囲内の範囲にて位置決めしている。この整定範囲は最低でも絶対維持することが必要な範囲を１つは設定することが必要だが、複数の整定範囲を設定することによって安定的な位置決め制御が可能になる。好ましくは絶対維持することが必要な最も広い整定範囲の他に、それよりも狭い整定範囲を設定しておき、これらの整定範囲はメモリに保存することが好ましい。また、このメモリはＣＰＵ２に内蔵のＲＡＭを使っても良いし、別途外付けされていても良い。
【００１８】
以下に図２に基づいて本発明の位置決め装置による位置決め方法を記載する。
ホストＰＣ１に位置指令（指示値）を入力し、入力された位置指令（指示値）は、双方向通信可能な通信手段としてＲＳ２３２Ｃ通信を使って位置決め装置内のＣＰＵ２に送信される（Ｓｔｅｐ１）。ここで、ホストＰＣ１に事前に位置指令（指示値）を入力しておき、ホストＰＣを設定したプログラムによって自動制御させても良い。
【００１９】
次に位置決めコントローラは、初期化が終了して、通常の閉ループ位置決め制御中において、１回の制御サイクルごとに操作量を演算（位置決め演算）する際に使用する位置決めステージ６の現在位置（現在値）をリニアスケール８にて読み込む（Ｓｔｅｐ２）。
【００２０】
次に位置決めステージ６の整定範囲を、位置決めステージ６の整定範囲の情報が保存されているＲＡＭから読み込み、第１の整定範囲に変更して設定する（Ｓｔｅｐ３）。
【００２１】
次に位置決めステージ６の現在位置（現在値）とＣＰＵ２に格納されたホストＰＣ１からの位置指令（指示値）から演算して、位置決めステージ６を指示値に位置決め駆動する（Ｓｔｅｐ４）。
【００２２】
次に位置決め駆動後の位置決めステージ６の現在位置（現在値）をリニアスケール８にて読み込み、位置決めステージ６の現在位置（現在値）が第１の整定範囲内に位置しているか否かを判断する（Ｓｔｅｐ５）。位置決めステージ６の現在位置（現在値）が第１の整定範囲内の場合は、次のＳｔｅｐ６に進む。一方、位置決めステージ６の現在位置（現在値）が第１の整定範囲外の場合は、Ｓｔｅｐ４に戻って、再度位置決めステージ６を指示値に位置決め駆動する。
【００２３】
Ｓｔｅｐ５にて位置決めステージ６の現在位置（現在値）が第１の整定範囲内の場合は、位置決めステージ６の整定範囲を、第１の整定範囲より広い整定範囲である第２の整定範囲に変更して設定する（Ｓｔｅｐ６）。位置決めステージ６の整定範囲を、第１の整定範囲より広い整定範囲である第２の整定範囲に変更して設定することは、整定範囲を広げることなので、超音波モータが整定範囲内に移動するという駆動制御を伴うことはない。
【００２４】
Ｓｔｅｐ６にて位置決めステージ６の整定範囲を第２の整定範囲に変更して設定後、Ｓｔｅｐ７にて位置決めを完了する（Ｓｔｅｐ７）。
【００２５】
Ｓｔｅｐ７の位置決め完了後においてもリニアスケール８にて常時位置決めステージ６の現在位置（現在値）を読み込み、ＣＰＵ２にて整定範囲内に位置するかを判断している。そして、位置決めステージ６の現在位置（現在値）が、第１の整定範囲より広い第２の整定範囲外に位置するようになった場合にはＳｔｅｐ４に戻って、再度位置決めステージ６を第１の整定範囲内に位置決め駆動させる。
【００２６】
このように必要な整定範囲とその範囲内の中心点（位置決めの指示値）近辺にもう１つの整定範囲（必要な整定範囲よりも狭い整定範囲）を二つ設定して、その設定値にヒステリシスを設ける（整定範囲の設定値を異なる範囲とする）ことにより、必要な整定範囲を外れるともう１つの整定範囲に整定範囲を変更（置換）して位置決めを実施し、もう１つの整定範囲内に位置決めステージが位置するようになったら、整定範囲を必要な整定範囲に変更（置換）することで、位置決め完了後の位置保持時に超音波モータに不要な駆動指令が発生せずに安定した位置決めが可能になる。
ここで、位置保持を安定にするために第１の整定範囲は第２の整定範囲より狭い範囲を設定すればよいが、第１の整定範囲の最小値は位置決めステージシステムの駆動分解能量に設定することが好ましい。
【００２７】
以上の様に位置決め制御を行うことにより、必要な整定範囲の中心部にて位置決めステージの位置決めが完了し、少々の外乱では必要な整定範囲を外れることはない。その為に整定範囲の境界付近に位置することによって超音波モータが振動し続けるということは減少されることになり、モータの耐久性は向上し、安定した位置決め制御が実現する。
【符号の説明】
【００２８】
１  ホストＰＣ
２  ＣＰＵ
３  Ｄ／Ａコンバータ
４  位置決めコントローラ
５  ドライバ
６  位置決めステージ
７  超音波モータ
８  リニアスケール
９  移動機構
【図１】
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【図２】
2011221596.tif 000004