(57)【要約】【課題】半導体等の産業全般に使われている高速精密移送システムの特性を測定して特性値を自動的に調整し、残留振動の除去および精密度の向上を図るセルフチューニング機能を有する高速精密移送装置の制御装置の提供を目的とする。【解決手段】制御装置は、対象物が安着するステージと、ステージを移動するための駆動部を有する高速精密移送装置に設置され、ステージの移動を制御する高速精密移送装置の制御装置として、駆動部の作動を制御するためのモータドライブと、モータドライブと連結し、ステージを一定区間反復移動し、発生する振動応答に対する逆位相の振動が発生するように入力整形を制御する振動除去部を有して構成されている。【選択図】図３
0003140600.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
対象物が安着するステージと、前記ステージを移動するための駆動部とを有する高速精密移送装置に設置され、前記ステージの移動を制御する高速精密移送装置の制御装置として、
前記駆動部の作動を制御するためのモータドライブと、
前記モータードライブと連結しながら、前記ステージを一定区間反復移動して、発生する振動応答に対する逆位相の振動が発生するように入力整形を制御する振動除去部を含むことを特徴とするセルフチューニング機能を有する高速精密移送装置の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記振動除去部は前記ステージの反復移動時に発生する変位および振幅を測定し、前記ステージの位置情報を更新するオートチューニング処理部と、
前記オートチューニング処理部によって、測定された変位および振幅に伴う振動と逆位相の振動の発生するように入力整形を発生する入力整形処理部を含むことを特徴とするセルフチューニング機能を有する高速精密移送装置の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記振動除去部は前記ステージの初期位置および位置決定情報を保存する保存部をさらに含むことを特徴とするセルフチューニング機能を有する高速精密移送装置の制御装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、前記振動除去部は前記駆動部が求めるモーションで作動するように制御するモーションコントローラをさらに含むことを特徴とするセルフチューニング機能を有する高速精密移送装置の制御装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、前記振動除去部は前記ステージの移動を測定するために設置されたセンサをさらに含むことを特徴とするセルフチューニング機能を有する高速精密移送装置の制御装置。
【請求項６】
請求項５において、前記センサは上記駆動部に設置されるエンコーダまたはタコメータ、測定対象物またはステージに付属する加速度計、またはＣＣＤカメラ、対象物またはステージの移動変位を測定するレーザセンサのいずれか一つであることを特徴とするセルフチューニング機能を有する高速精密移送装置の制御装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、高速精密移送作業が要求される産業に使用される製品を移動させる高速精密移送装置の制御装置に関するものであり、より詳細には、製品を安着したステージの移動時、入力整形（Ｉｎｐｕｔ  Ｓｈａｐｉｎｇ：インプット・シェイピング）により移動させ、入力整形に必要な因子（Ｐａｒａｍｅｔｅｒ：パラメータ）を自動で評価して、調整することの可能なセルフチューニング機能を有する高速精密移送装置の制御装置（以下、単に「制御装置」と称する）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に半導体またはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ）等の産業では、作業中の製品を高速で精密移送をするための移送装置が開発され、使用されている。この移送装置は、高速で精密に移送を制御するためにサーボモータが主に使用されている。従来の移送装置では、高速で移送をする場合、停止時に大きな残留振動が発生することになり、これに伴い移送装置の残留振動がなくなるまで待機しなければならず、移送時に要する時間が増加することがあった。従って、従来の移送装置では、製品の移送時に発生する残留振動を抑制するために、該残留振動と逆位相の振動を発生させ、振動を減衰させる入力整形（インプット・シェイピング）が使用されている。
【０００３】
図１は従来技術に使用されるサーボモータの適用された高速精密移送装置の概略図である。従来の移送装置は、図１に図示される通り、モータが設置され、高速精密移動が可能なサーボモータ１２が使用される。また、従来の移送装置の場合、サーボモータ１２を制御する制御装置１０が連結される。この制御装置１０は、サーボモータ１２を駆動するためのモータドライブ１４と求めるモーションを遂行するためのモーションコントローラ１６、ＰＬＣ／ＰＣ１８等と同様の上位コントローラで構成されるものである。ここで、上位コントローラは、上記のモーションコントローラ１６と分離した例が示されているが、これらを共に構成することも可能である。また、高速精密移送装置の制御装置１０は、入力及び出力のためのデジタル入出力部２０（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）が連結し、モーションコントローラ１６とモータドライブ１４の間には命令信号及びフィードバック信号のための回線が並列に連結している。
【０００４】
制御装置１０は、製品の移動時に、モーションコントローラ１６がモータ１２に入力整形を適用し、残留振動の発生を防止することができる。しかし、この制御装置１０は入力整形の適用時、固有振動数、速度、加減速等のシステム特性に対する正確な判断と測定が必要となる。さらに、実際の製造現場では、幅広い応用分野が存在し、除去対象の残留振動の種類及び大きさが多様であるとともに、作業環境に伴う変化の要素が多く存在する。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
そのため、近年では残留振動を除去するための入力整形を適用するシステムの特性を自動的に測定し、適用可能な移送装置の開発が求められている。一方、従来において、入力整形を利用する技術には、米国特許第６，９２８，３７９号に開示されたＺＶ（Ｚｅｒｏ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）、ＺＶＤ（Ｚｅｒｏ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ＆  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）、シェイパ（Ｓｈａｐｅｒ）またはＥＩ（Ｅｘｔｒａ−Ｉｎｓｅｎｔｉｖｅ）−ｓｈａｐｅｒ等が提案されているが、係る従来技術は産業用のクレーンにのみ適用されるものであり、対象物を高速精密移送することは限界があった。さらに、このような入力整形を利用する技術を対象物を高速精密移送するためのステージ装置に採用するためには、シェイパのインパルスの大きさと時間等の特性値を測定する必要があり、従来では係る値を測定しながら使用し、インパルスの大きさと時間等の条件を自動的に調節できないことがあった。
【０００６】
そこで、本考案は、前述の従来技術の問題点を解決するものであり、半導体、ＬＣＤまたは産業全般に使用されている高速精密移送システムの特性を自動的に測定し、係る特性値を自動的に調整し、入力整形が正確に制御されるようにして残留振動の除去及び精密度の向上を図ることを目的とする制御装置を提供するものである。
【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に、本考案の制御装置は、対象物が安着するステージと、前記ステージを移動するための駆動部とを有する高速精密移送装置に設置され、前記ステージの移動を制御する高速精密移送装置の制御装置として、前記駆動部の作動を制御するためのモータードライブと、前記モータードライブと連結しながら、前記ステージを一定区間反復移動して、発生する振動応答に対する逆位相の振動が発生するように入力整形を制御する振動除去部を含む。ここで、前記振動除去部は前記ステージの反復移動時に発生する変位および振幅を測定し、前記ステージの位置情報を更新するオートチューニング処理部と、前記オートチューニング処理部によって、測定された変位および振幅に伴う振動と逆位相の振動の発生するように入力整形を発生する入力整形処理部を含むことができる。また、前記振動除去部は前記ステージの初期位置および位置決定情報を保存する保存部をさらに含むことができる。さらに、前記振動除去部は前記駆動部が求めるモーションで作動するように制御するモーションコントローラをさらに含むことも可能である。加えて、前記振動除去部は前記ステージの移動を測定するために設置されたセンサをさらに含むことができ、前記センサは上記駆動部に設置されるエンコーダまたはタコメータ、測定対象物またはステージに付属する加速度計、またはＣＣＤカメラ、対象物またはステージの移動変位を測定するレーザセンサのいずれか一つであることが望ましい。
【考案の効果】
【０００８】
前述された通り、本考案の制御装置は、対象物が安着したステージを反復移動させて得られる振動応答を利用し、入力整形を発生させ、残留振動を最小化することができ、半導体、ＬＣＤまたは産業全般に使われている高速精密移送システムの特性を自動で測定して、係る特性値を自動的に調整し、入力整形が正確に制御されるようにして残留振動の除去および精密度の向上を図ることができる長所を有している。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本考案の実施例を添付した図を参照し、詳細に説明する。ここで、図２は本考案の制御装置の概略図である。本考案の高速精密移送装置制御装置５０（以下、単に「制御装置５０」と称す）は、図２に示されるように、モータの一例としてサーボモータ５２が使用され、上記サーボモータ５２の駆動のためのモータドライブ５４とＰＬＣ／ＰＣ５８等と同じ上位コントローラを含んでいる。また、モータドライブ５４の駆動を制御しながら、システムの特性値を調整して、反映する振動除去部５６（Ｓｅｒｖｏ−Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：Ｓ−ＶＩＣ）をさらに含んでいる。また、制御装置５０は、上述のコントローラへの入力及び出力のためのデジタル入出力部６０（ＤＩＯ）が連結し、デジタル入出力部６０とコントローラを連結する回線には振動除去部５６で分岐した回線が連結している。また、モータドライブ５４とコントローラを連結する回線には、各々振動除去部５６と連結し、命令信号（Ｓｉｇｎａｌ）及びフィードバック信号（Ｆｅｅｄｂａｃｋ）を伝達する回線が並列に連結している。
【００１０】
ここで、振動除去部５６は、特性値を残留振動の種類と大きさまたは作業環境等に伴う変化の要素によりセルフチューニングが可能であるため、振動除去部５６はステージを一定区間反復移動し、発生する振動応答を利用して、固有振動数を含んだ入力整形に必要な因子を自動的に計算し、逆位相の振動が発生するように入力整形を制御する。これと共に、制御装置５０は、モーションコントローラと上位コントローラが別途に構成されたシステムまたは二つのコントローラが共通するすべてのシステムに対して適用することができる。前述の振動除去部５６の構成を図３に図示した構成図を参考にして説明すると、次にようになる。ここで、図３は制御装置の構成図を示している。
【００１１】
振動除去部５６は、内部にセルフチューニングのためのオートチューニング処理部５６２（Ａｕｔｏ  Ｔｕｎｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）、ステージの初期値及び位置決定情報を保存する保存部５６４（Ｍｅｍｏｒｙ）、入力整形を適用するための入力整形処理部５６６（Ｉｎｐｕｔ  Ｓｈａｐｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）３２ｂｉｔバス５６８を通じて、ＣＰＵ５６０とデータ通信をしている。また、振動除去部５６と連結する外部装置は、デジタル入出力部（ＤＩＯ）、命令信号、モータのエンコーダに連結したフィードバック信号等で構成されている。また、振動除去部５６は、外部システムとの通信のための外部通信部５６９がコミュニケーションユニット５６９ａ（ＲＳ２３２、ＵＳＢ等）とネットワーク５６９ｃ等を通じて形成され、プログラムローダ５６９ｂ（Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｌｏａｄｅｒ）を介して、位置決定に対する情報以外にも、モーションに関連した情報を入力することができる。
【００１２】
図４（ａ）及び（ｂ）は、本考案の制御装置が適用された高速精密移送装置の概略図である。制御装置５０は、図４に図示される通り、製品を安着し、移送するためのステージ１１０と該ステージ１１０が移動可能に支持されるレール部１１２を含んでいる。ここで、本考案に使用されるレール部１１２は、周知のその他の移送システムに代えることができる。例えば、制御装置５０は、レール部１１２の代わりに、ボールスクリュ（Ｂａｌｌ  Ｓｃｒｅｗ）、ＬＭガイド（ＬＭ  Ｇｕｉｄｅ）、タイミングベルト（Ｔｉｍｉｎｇ  Ｂｅｌｔ）等を使用することが可能である。一方、レール部１１２には、ステージ１１０を実質的に移動させるモータ、一例としてサーボモータ５２が設けられる。サーボモータ５２はステージ１１０と連結したり、レール部１１２を回転させ、ステージ１１０を移送することも可能である。本考案の実施例におけるモータとして、サーボモータ５２が主として使用したが、他方式のモータ、すなわち、リニアモータ、インバータモータ、インダクションモータ、ステッピングモータ等を使用するためには、位置或いは速度に速度に対するフィードバック信号を適用し、移送を制御することができる。
【００１３】
一方、上述のサーボモータ５２は、作動を制御しながら、周辺環境に伴う特性値を変化させる制御装置５０が連結される。この制御装置５０はサーボモータ５２を作動させる制御信号を発生するモータドライブ５４と残留振動の減衰のためにセルフチューニング機能を有する振動除去部５６を含んでいる。また、振動除去部５６には、ＰＣＬ／ＰＣ５８のような上位コントローラまたはモーションコントローラ５９が連結され、全体的なシステムを制御する。また、振動除去部５６は、モーションコントローラ５９の機能を含むように構成され、さらに別のモーションコントローラ５９を追加しなくてもステージ１１０に入力整形を発生させ、移動を制御することができる。この場合、振動除去部５６は、チューニングのための最大範囲の移動距離を入力し、チューニングを実行させることにより、自動的に振動除去のための入力整形パラメータを計算することとなる。したがって、制御装置５０は、振動除去部５６で計算された入力整形パラメータを利用して、ステージ１１０が最小限の振動で作動するように制御することができる。
【００１４】
加えて、本考案の制御装置５０のフィードバックのための構成を、図５を参考にして、より詳細に説明すると、次のようになる。図５は本考案の制御装置のフィードバックを測定するためのセンサの設置例を示す図である。まず、本考案の制御装置５０は、対象物が置かれたステージ１１０の初期位置情報を認識する。そして、制御装置５０は、セルフチューニングのために入力整形の発生に必要な入力整形のパラメータを自動的に決定する。このために、制御装置５０は、フィードバックシステムの信号を分析する。ここで、ステージ１１０の初期位置情報の認識及びフィードバック信号は、エンコーダまたはタコメータ１３２（Ｔａｃｈｏｍｅｔｅｒ）、測定対象物に直接取付けられた加速度計１３４（Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ）、レーザセンサ１３６ａ，１３６ｂ（レーザ干渉計等）、ＣＣＤカメラ等が使用される。
【００１５】
一方、制御装置５０は、ステージ１１０の入力整形のための特性値を作業者が手動で直接入力することも可能であり、このために入力整形パラメータ受信入力部が用意されている。この入力整形パラメータ受信入力部は、プログラムローダ５６９ａにより入力整形パラメータが入力される。上記入力整形パラメータ受信入力部は、エンコーダまたはタコメータ１３２、測定対象物に直接取付けられた加速度計１３４、レーザセンサ１３６（レーザ干渉計等）等のセンサ類が故障または異常作動時に使用することができる。
【００１６】
次に、それぞれのセンサで測定されたフィードバック信号を利用して、ステージ１１０に置かれた製品を一定区間を反復移動させ、振動応答の周期を獲得する。このとき、得られた製品の振動応答周期は、図６のグラフに示される。そして、これと同時に得られた振動応答を利用し、固有振動数を含む入力整形に必要なパラメータを自動的に計算し、逆位相の振動が発生するように入力整形を制御する。この時、対象物が剛体と同じ振動形態を有し、対象物の固定位置がステージ１１０から顕著に著しく遠くない場合、ステージ１１０の振動応答が対象物の振動応答と同一であると考えられる。従って、対象物に対する直接的な振動応答を測定しなくても、間接的に対象物の振動応答を測定することができる。本考案の制御装置５０は、セルフチューニングのための自動入力整形パラメータを図６と同じシステムの振動応答を得た後、自動計算アルゴリズムを通じて決定することができる。
【００１７】
従って、対象物に対する直接的な振動応答を測定しなくても、間接的に対象物の振動応答を測定することが可能だ。図６でＴはシステムの振動周期であり、ｘ１とｘ２は振幅である。また、図６の振動応答から減衰振動であることを知ることができる。なお、振動応答が非減衰振動の場合にも、同一の方法を適用することができる。また、振動応答の一周期間隔で測定した連続する二つの振幅（変位）に該当する時間は、ｔ１，ｔ２であり、下記の数１を利用して、振幅比を求めることができる。
【００１８】
【数１】
0003140600.tif 000003
【００１９】
ここで、減衰固有周期は、τｄ＝２π／ｗｄであり、ｔ２＝ｔ１＋τｄとなる。そのため、数１は、下記の数２として表わすことができる。
【００２０】
【数２】
0003140600.tif 000004
【００２１】
さらに、対数減少率δは、数２を通じて求めることができ、下記の数３として表される。
【００２２】
【数３】
0003140600.tif 000005
【００２３】
ここで、数３において減衰が小さい場合には、数４として近似化することができる。
【００２４】
【数４】
0003140600.tif 000006
【００２５】
一方、対数減少率δは、無次元数であり、実際は無次元数の減衰比ζの他の形態である。従って、対数減数率δが判れば、数５を利用して求めることができる。
【数５】
0003140600.tif 000007
【００２６】
従って、一周期間隔で連続する任意の二つの変位の関係から数６を求めることができる。
【００２７】
【数６】
0003140600.tif 000008
【００２８】
図７はζと、対数減少率δの関係を表す数３及び数４を図示したものである。ここで、ζ＝０．３までは、二つの曲線の間に差が殆どないことが示される。本考案は、図５で測定されたフィードバック信号を利用し、図６と上記式を利用し、セルフチューニング過程で自動的に入力整形パラメータのζと固有振動周期を計算することができる。さらに同時に、本考案の制御装置５０は、対象物が安着したステージを高速で精密移動する高速精密移送装置に使用可能としたことにより、従来のシェイパ技術におけるステージ移送時に発生する振動除去のために最も適合したシェイパは、ＺＶ−シェイパであり、このＺＶ−シェイパーを使用するためには、数７の値を決定しなければならない。
【００２９】
【数７】
0003140600.tif 000009
【００３０】
ここで、Ｔｄは減衰固有振動周期である。加えて、本考案は、セルフチューニングの過程で算出された入力整形パラメータを利用し、結果的に求められる入力整形シェイパーを伴う入力整形パラメータを自動的に計算する機能を振動除去部５６が含んでいる。そのため、制御装置５０は、セルフチューニング機能を利用して、入力整形を発生させ、残留振動を最小化することができる。また、制御装置５０は、振動除去部５６でプログラムローダ５６９ｂを利用して、振動除去機能に対する使用有無と移送に対する情報（移送距離、速度、加速及び減速時間）を入力すれば、上記振動除去部５６が既存のモーションコントローラの代わりにシステムの残留振動を効果的に除去しながら、ユーザの望む作業を早く遂行できる。
【００３１】
従って、本考案の制御装置５０を使うことによって、残留振動により、既存システムのサイクル時間が減少し、生産性を高めることが可能となり、システムの駆動系が持つ最大性能を自動的に計算することとなるため、効果的に駆動系の最大性能を発揮することができ、位置精度に関し、より正確な制御が可能となる。
【００３２】
以上のように、本考案の制御装置を例示した図面に基づいて説明したが、本考案は、上記に説明した実施例及び図面によって限定されるものではなく、実用新案登録請求の範囲内で本考案が属する技術分野における通常の知識を有するもの等によって、多様な修正及び変形が行われるのは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来技術に使用される制御装置を図示した概略図。
【図２】本考案の制御装置を図示した概略図。
【図３】制御装置の構成図。
【図４】（ａ），（ｂ）制御装置が適用された高速精密移送装置を示す概略図。
【図５】フィードバックを測定するためのセンサの設置例を図示した説明図。
【図６】ステージを一定区間反復移動させて得られた振動応答の周期を示すグラフ。
【図７】ζと対数減衰率δの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３４】
５０  制御装置（セルフチューニング機能を有する高速精密移送装置の制御装置）
５２  サーボモータ
５４  モータドライブ
５６  振動除去部
５６０  ＣＰＵ
５６２  オートチューニング処理部
５６４  保存部
５６６  入力整形処理部  
【図１】
0003140600.tif 000010
【図２】
0003140600.tif 000011
【図３】
0003140600.tif 000012
【図４】
0003140600.tif 000013
【図５】
0003140600.tif 000014
【図６】
0003140600.tif 000015
【図７】
0003140600.tif 000016