(57)【要約】【課題】  回転時にモータの磁極位置とセンサの示す磁極位置のずれを正確に補正することで、θ制御に必要な推力を発生させることができ、回転時の推力不足に伴うトルク不足を解消し、静止保持することができる二次元位置決め装置を提供することを目的とする。【解決手段】  二次元位置決め装置において、フォーサ回転時に生じる各モータの磁極位置と各センサの示す磁極位置とのずれを算出する磁極位置補正量演算器６を備え、磁極位置補正量演算器６で、磁極位置補正量δx1，δx2，δy1，δy2を算出し、磁極位置補正量を推力制御器Ｘ1，Ｘ2，Ｙ1，Ｙ2に入力し、補正後の磁極位置にて各モータ１１〜１４を駆動することを特徴とする。【選択図】    図１
2008102697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーサをＸ軸方向に移動させる２台の第１、第２Ｘ軸モータと、前記フォーサをＹ軸方向に移動させる２台の第１、第２Ｙ軸モータと、前記第１、第２Ｘ軸モータの移動量を検出する２つの第1、第２Ｘ軸センサと、前記第１、第２Ｙ軸モータの移動量を検出する２つの第１、第２Ｙ軸センサと、前記フォーサのＸ軸方向の移動を制御するＸ軸制御器と、前記フォーサのＹ軸方向の移動を制御するＹ軸制御器と、前記フォーサのθ移動を制御するθ制御器と、前記Ｘ軸制御器と前記Ｙ軸制御器と前記θ制御器の出力する推力指令を前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの各推力指令に変換する推力指令変換器と、前記各推力指令を前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータに与える推力制御器と、前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの移動量をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθ方向の移動量に変換する移動量変換器を備えた二次元位置決め装置において、
前記フォーサ回転時に生じる前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの磁極位置と前記第1、第２Ｘ軸センサ及び前記第１、第２Ｙ軸センサの示す磁極位置とのずれを算出する磁極位置補正量演算器を備えたことを特徴とする二次元位置決め装置。
【請求項２】
前記磁極位置補正量演算器は、前記θ制御器に入力されるθ指令値を基に磁極位置補正量を算出することを特徴とする請求項１記載の二次元位置決め装置。
【請求項３】
前記磁極位置補正演算器は、
前記第１、第２Ｘ軸モータと前記第１、第２Ｙ軸モータの前記磁極位置補正量をδｘ1、δｘ2、δｙ1、δｙ2[°（電気角）]、
前記第１、第２Ｘ軸モータと前記第１、第２Ｙ軸モータの各々の中心から、前記第1、第２Ｘ軸センサと前記第１、第２Ｙ軸センサの各々の検出部までの距離をＬｘ1、Ｌｘ2、Ｌｙ1、Ｌｙ2[mm]、
前記θ制御器に入力されるθ指令値をθi[°（電気角）]、前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの極ピッチを同じλ[mm]とした場合、次式を使用して、
δx1＝Ｌx1×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
δx2＝Ｌx2×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
δy1＝Ｌy1×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
δy2＝Ｌy2×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
前記第１、第２Ｘ軸モータ及び第１、第２Ｙ軸モータの前記磁極位置補正量を算出することを特徴とする請求項２記載の二次元位置決め装置。
【請求項４】
前記磁極位置補正量演算器は、前記の式から算出した磁極位置補正量を前記推力制御器に入力し、補正後の磁極位置にて前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータを駆動することを特徴とする請求項３記載の二次元位置決め装置。
【請求項５】
フォーサをＸ軸方向に移動させる２台の第１、第２Ｘ軸モータと、前記フォーサをＹ軸方向に移動させる２台の第１、第２Ｙ軸モータと、前記第１、第２Ｘ軸モータの移動量を検出する２つの第1、第２Ｘ軸センサと、前記第１、第２Ｙ軸モータの移動量を検出する２つの第１、第２Ｙ軸センサと、前記フォーサのＸ軸方向の移動を制御するＸ軸制御器と、前記フォーサのＹ軸方向の移動を制御するＹ軸制御器と、前記フォーサのθ移動を制御するθ制御器と、前記Ｘ軸制御器と前記Ｙ軸制御器と前記θ制御器の出力する推力指令を前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの各推力指令に変換する推力指令変換器と、前記各推力指令を前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータに与える推力制御器と、前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの移動量をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθ方向の移動量に変換する移動量変換器を備えた二次元位置決め装置の運転中において、前記フォーサ回転時に生じる前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの磁極位置と前記第1、第２Ｘ軸センサ及び前記第１、第２Ｙ軸センサの示す磁極位置とのずれを補正するようにしたことを特徴とする二次元位置決め装置の回転時の磁極位置ずれ補正方法。
【請求項６】
前記磁極位置補正方法は、前記θ制御器に入力されるθ指令値を基に磁極位置補正量を算出することを特徴とする請求項５記載の二次元位置決め装置の回転時の磁極位置ずれ補正方法。
【請求項７】
前記磁極位置補正方法は、
前記第１、第２Ｘ軸モータと前記第１、第２Ｙ軸モータの前記磁極位置補正量をδｘ1、δｘ2、δｙ1、δｙ2[°（電気角）]、
前記第１、第２Ｘ軸モータと前記第１、第２Ｙ軸モータの各々の中心から、前記第1、第２Ｘ軸センサと前記第１、第２Ｙ軸センサの各々の検出部までの距離をＬｘ1、Ｌｘ2、Ｌｙ1、Ｌｙ2[mm]、
前記θ制御器に入力されるθ指令値をθi[°（電気角）]、前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの極ピッチを同じλ[mm]とした場合、次式を使用して、
δx1＝Ｌx1×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
δx2＝Ｌx2×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
δy1＝Ｌy1×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
δy2＝Ｌy2×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
前記第１、第２Ｘ軸モータ及び第１、第２Ｙ軸モータの前記磁極位置補正量を算出することを特徴とする請求項６記載の二次元位置決め装置の回転時の磁極位置ずれ補正方法。
【請求項８】
前記磁極位置補正方法は、前記の式から算出した磁極位置補正量を前記推力制御器に入力し、補正後の磁極位置にて前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータを駆動することを特徴とする請求項７記載の二次元位置決め装置の回転時の磁極位置ずれ補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元位置決めを行うシステムにおいて、回転駆動時のモータ推力低下を防ぐために、磁極位置補正を行い、二次元位置決めを行う、二次元位置決め装置およびその回転時の磁極位置ずれ補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の二次元位置決め装置は、第１にＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向をそれぞれ独立に制御を行い、図４に示すような平面サーボを駆動するための推力指令を生成し、推力指令を平面サーボを構成するモータの推力指令に変換して、それぞれ独立に推力制御を行うことで、θ方向のサーボ剛性が向上して、フォーサの回転ずれにより制御不能に陥ることを防止して、二次元の位置決めを行っているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
第２に２つのＸ軸センサの検出信号について和と差をとり、スライダ部のＸ軸方向の位置検出信号およびスライダ部のヨーイング角θの検出信号に変換して、変換した信号をもとにスライダ部のＸ軸方向移動およびθ方向移動についてそれぞれ独立にフィードバック制御して、θ方向制御の制御方式やサーボゲインをＸ軸方向のそれとは独立に設定して、θ方向のサーボ剛性が向上して、スライダ部の回転ずれにより制御不能に陥ることを防止して、二次元の位置決めを行っているものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
ここで、図４は従来手法１の二次元位置決め装置のモータ構成図、図５は従来手法１の二次元位置決め装置の制御ブロック図である。
図４において、２０はプラテン、１５２はＸＹスケール、１９はフォーサである。フォーサ１９はギャップを介してプラテン２０と対向しているが、そのギャップ中のプラテン２０上にＸＹスケール１５２が配置されている。ＸＹスケール１５２は、その厚さが一様に薄く製造されており、Ｘ軸とＹ軸に平行な格子状のスリットが設けられている。
図５において、フォーサ１９は第１Ｘ軸モータ１４４、第２Ｘ軸モータ１４５、第１Ｙ軸モータ１４６、第２Ｙ軸モータ１４７、第１Ｘ軸センサ１４８、第２Ｘ軸センサ１４９、第１Ｙ軸センサ１５０、第２Ｙ軸センサ１５１が搭載されている。第１Ｘ軸モータ１４４、第２Ｘ軸モータ１４５、第１Ｙ軸モータ１４６、第２Ｙ軸モータ１４７は卍字状に配置されている。第１Ｘ軸モータ１４４、第２Ｘ軸モータ１４５、第１Ｙ軸モータ１４６、第２Ｙ軸モータ１４７は、電機子巻線、永久磁石、鉄心歯（図示無し）から構成され、ギャップを介してプラテン２０上に形成された格子状鉄心歯との電磁力によってＸ軸方向推力とＹ軸方向推力を発生させるようになっている。
【０００４】
図５において、フォーサ１９を駆動する場合、フォーサ１９のＸ軸方向の位置指令ＸｉとＹ軸方向の位置指令Ｙｉとθ指令（回転角指令）θiをそれぞれ、Ｘ軸制御器１３５、Ｙ軸制御器１３６、θ制御器１３７に入力し、Ｘ軸、Ｙ軸、θをそれぞれ独立に制御を行い、各指令どおりにフォーサ１９が移動するような推力指令を生成する。このとき、フォーサ１９の移動量検出値は、フォーサ１９を構成する４つのモータの移動量を検出する第１Ｘ軸センサ１４８、第２Ｘ軸センサ１４９、第１Ｙ軸センサ１５０、第２Ｙ軸センサ１５１の信号ｘ1、ｘ2、ｙ1、ｙ2をもとに、移動量変換器１３９にて作成される、フォーサ１９のＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向の移動量ｘ、ｙ、θを使用する。例えば、フォーサ１９をＸ軸方向のみ移動させる場合は、Ｘ軸位置指令Ｘｉを入力し、Ｘ軸制御器１３５にて位置制御および速度制御を行い、Ｘ軸位置指令Ｘｉに従いフォーサ１９が動作するような推力指令Ｆｘを出力する。この時、Ｙ軸制御器１３６及びθ制御器１３７からはフォーサ１９がＹ軸方向に動作しないようなＹ軸推力指令Ｆｙとフォーサ１９が回転しないようなθ推力指令Ｆθを出力する。Ｘ軸制御器１３５、Ｙ軸制御器１３６、θ制御器１３７から出力される推力指令Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆθは、指令変換器１３８にて、フォーサ１９を構成する４つのモータ、第１Ｘ軸モータ１４４、第２Ｘ軸モータ１４５、第１Ｙ軸モータ１４６、第２Ｙ軸モータ１４７の推力指令Ｆｘ1、Ｆｘ2、Ｆｙ1、Ｆｙ2に変換される。各推力指令は、フォーサ１９を構成する４つのモータの推力を制御する推力制御器Ｘ1１４０、推力制御器Ｘ2１４１、推力制御器Ｙ1１４２、推力制御器Ｙ2１４３にそれぞれ入力され、推力指令値どおり各モータが駆動するように必要な電流をモータに与える。以上の処理により、フォーサ１９を駆動していた。
【０００５】
図６は従来手法２の二次元位置決め装置の制御ブロック図である。
図６において、Ｘ軸センサ１０１は、スライダ部の移動方向を判別し、判別した方向に応じてアップパルスまたはダウンパルスを発生する。発生パルス数はスライダ部の移動量に応じた数になる。アップダウンカウンタ１０２は、アップパルスまたはダウンパルスに応じてアップカウントまたはダウンカウントを行う。アップダウンカウンタ１０２のカウントがスライダ部の検出位置になる。
補正手段１０３は、ミラーの曲がりに依存するスライダ部の位置とスライダ部のヨーイングを除去するための補正量を対応させた補正テーブル１０４を保持している。補正手段１０３は、与えられた指令位置をもとに補正テーブル１０４から補正量を読み出し、読み出した補正量でアップダウンカウンタ１０２の検出位置を補正する。補正テーブル１０４のデータはキャリブレーションによって得たデータである。補正手段１０３は、Ｘ軸ミラーと、Ｙ軸ミラーの機械的誤差による曲がりを補正するために設けられている。Ｘ軸ミラーとＹ軸ミラーの曲がりが位置検出に影響しない程度の曲がりであれば、補正手段１０３は設けなくてもよい。Ｘ軸センサ１０５についてもＸ軸センサ１０１と同様にアップダウンカウンタ１０６、補正手段１０７、補正テーブル１０８が設けられている。変換回路１０９は、補正手段１０３および１０７から得たＸ軸方向の検出位置Ｘ１およびＸ２の信号を受け、これらの信号をスライダ部中心のＸ軸方向位置ｘおよびスライダ部のヨーイング角θの信号に変換する。変換式は次のとおりである。
ｘ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２
θ＝（Ｘ２−Ｘ１）／２Ｌｄ
Ｌｄ：スライダ部の中心からＸ軸センサ１０１、１０５の光軸までの距離。
Ｘ軸位置制御部１１０はＸ軸位置指令Ｘｉと検出位置ｘの偏差をもとにスライダ部のＸ軸方向の位置をフィードバック制御するための制御信号を出力する。
Ｘ軸速度演算回路１１１は、検出位置の変化速度からスライダ部のＸ軸方向の移動速度を検出する。
Ｘ軸速度制御部１１２は、Ｘ軸位置制御部１１０の制御信号とＸ軸速度演算回路１１１の検出速度の偏差をもとにスライダ部のＸ軸方向の移動速度をフィードバック制御するための制御信号を出力する。この制御信号は、スライダ部をＸ軸方向に移動させる推力指令Ｉｒ０になる。
θの制御についても同様にθ位置制御部１１３、θ速度演算回路１１４、θ速度制御部１１５が設けられている。θ速度制御部１１５の制御信号がスライダ部をθ方向に回転させる推力指令Ｉｒθになる。
リミッタ１１６は、Ｘ軸方向の推力指令値Ｉｒ０のリミット値を
Ｉｍａｘ  −  ｜Ｉｒθ｜（Ｉｍａｘは最大推力指令値）
に制限し、制限後の推力指令値Ｉｒｘを出力する。これによって、θ方向の推力指令値Ｉｒθに応じてＸ軸方向の推力指令値Ｉｒ０のリミット値を制限している。
指令値変換回路１１７は、Ｘ軸方向の推力指令値Ｉｒｘ、θ方向の推力指令値Ｉｒθを次式により、Ｘ軸モータ１１８および１１９の推力指令値Ｉｒ１およびＩｒ２に変換する。
Ｉｒ１＝Ｉｒｘ  −  Ｉｒθ
Ｉｒ２＝Ｉｒｘ  ＋  Ｉｒθ
推力指令値Ｉｒ１およびＩｒ２はリミッタ１１６の作用により−Ｉｍａｘ〜Ｉｍａｘの範囲におさまる。
【０００６】
電流センサ１２０は、Ｘ軸モータ１１８のコイルに流れる電流を検出する。転流・電流制御回路１２１は、Ｘ軸モータ１１８の転流制御とコイルに流れる電流の制御を行う。転流角演算回路１２２は、アップダウンカウンタ１０２のカウンタとsin値が対応して格納されたsinテーブルを持っている。Ｘ軸モータ１１８が３相モータである場合は、アップダウンカウンタ１０２のカウンタが与えられると、転流角演算回路１２２はsinテーブルからsinφとsin(φ＋１２０°)の値を読み出す。φはアップダウンカウンタ１０２のカウンタに応じて変わる角度である。
マルチプライング・デジタル・アナログ変換回路（ＭＤＡとする）１２３，１２４は、推力指令値Ｉｒ１をアナログ入力信号、sinテーブルから読み出したsinφとsin(φ＋１２０°)の値をゲイン設定信号として、Ｉｒ１sinφとＩｒ１sin(φ＋１２０°)なる電流指令値を出力する。ここで、２つの指令値の位相が１２０°ずれているのは、モータが３相モータであるためである。相数が異なる場合は位相ずれは他の値になる。
Ｘ軸電流制御回路１２５は、電流指令値Ｉｒ１sinφ、Ｉｒ１sin(φ＋１２０°)と電流センサ１２０の電流検出値の偏差をもとにＸ軸モータ１１８のコイルに流れる電流を制御する。Ｘ軸モータ１１９についても同様に電流センサ１２６と転流・電流制御回路１２７が設けられている。Ｙ軸方向のサーボ制御系についても、Ｘ軸方向およびθ方向のサーボ制御系と同様に、アップダウンカウンタ１２８、補正手段１２９、補正テーブル１３０、Ｙ軸位置制御部１３１、Ｙ軸速度演算回路１３２、Ｙ軸速度制御部１３３、転流・電流制御回路１３４が設けられている。Ｙ軸方向のサーボ制御系では、変換回路１０９で行ったような制御量の変換を行わないで制御を実行している。
このように、従来の二次元位置決め装置は、２つのＸ軸センサの検出信号について和と差をとり、スライダ部のＸ軸方向の位置検出信号およびスライダ部のヨーイング角θの検出信号に変換して、変換した信号をもとにスライダ部のＸ軸方向移動およびθ方向移動についてそれぞれ独立にフィードバック制御して、θ方向制御の制御方式やサーボゲインをＸ軸方向のそれとは独立に設定して、θ方向のサーボ剛性が向上して、スライダ部の回転ずれにより制御不能に陥ることを防止して、二次元の位置決めをするのである。
【特許文献１】特開２００６−７１５３６（第３−５頁、図７）
【特許文献２】特許第３５４３７０１号（第６−１０頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来手法１の二次元位置決め装置は、フォーサを構成するモータを駆動する推力制御器において、センサの示す値をそのまま磁極位置として使用するので、回転時に、回転により生じる、モータの磁極位置とセンサの示す磁極位置のずれを補正できず、θ制御に必要な推力を発生させることができないので、静止保持ができないという問題があった。
また、従来手法２の二次元位置決め装置の補正手段では、回転時に、回転により生じる、モータの磁極位置とセンサの示す磁極位置のずれを補正できないという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、回転時にモータの磁極位置とセンサの示す磁極位置のずれを正確に補正することで、θ制御に必要な推力を発生させることができ、回転時の推力不足に伴うトルク不足を解消し、静止保持することができる二次元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】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、請求項１記載の二次元位置決め装置に係り、フォーサをＸ軸方向に移動させる２台の第１、第２Ｘ軸モータと、前記フォーサをＹ軸方向に移動させる２台の第１、第２Ｙ軸モータと、前記第１、第２Ｘ軸モータの移動量を検出する２つの第1、第２Ｘ軸センサと、前記第１、第２Ｙ軸モータの移動量を検出する２つの第１、第２Ｙ軸センサと、前記フォーサのＸ軸方向の移動を制御するＸ軸制御器と、前記フォーサのＹ軸方向の移動を制御するＹ軸制御器と、前記フォーサのθ移動を制御するθ制御器と、前記Ｘ軸制御器と前記Ｙ軸制御器と前記θ制御器の出力する推力指令を前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの各推力指令に変換する推力指令変換器と、前記各推力指令を前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータに与える推力制御器と、前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの移動量をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθ方向の移動量に変換する移動量変換器を備えた二次元位置決め装置において、前記フォーサ回転時に生じる前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの磁極位置と前記第1、第２Ｘ軸センサ及び前記第１、第２Ｙ軸センサの示す磁極位置とのずれを算出する磁極位置補正量演算器を備えたことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の二次元位置決め装置において、前記磁極位置補正量演算器が、前記θ制御器に入力されるθ指令値を基に磁極位置補正量を算出することを特徴としている。
さらに、請求項３記載の発明は、請求項２記載の二次元位置決め装置において、前記磁極位置補正演算器が、前記第１、第２Ｘ軸モータと前記第１、第２Ｙ軸モータの前記磁極位置補正量をδｘ1、δｘ2、δｙ1、δｙ2[°（電気角）]、前記第１、第２Ｘ軸モータと前記第１、第２Ｙ軸モータの各々の中心から、前記第1、第２Ｘ軸センサと前記第１、第２Ｙ軸センサの各々の検出部までの距離をＬｘ1、Ｌｘ2、Ｌｙ1、Ｌｙ2[mm]、前記θ制御器に入力されるθ指令値をθi[°（電気角）]、前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの極ピッチを同じλ[mm]とした場合、次式を使用して、
δx1＝Ｌx1×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
δx2＝Ｌx2×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
δy1＝Ｌy1×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
δy2＝Ｌy2×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
前記第１、第２Ｘ軸モータ及び第１、第２Ｙ軸モータの前記磁極位置補正量を算出することを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項３記載の二次元位置決め装置において、前記磁極位置補正量演算器が、前記の式から算出した磁極位置補正量を前記推力制御器に入力し、補正後の磁極位置にて前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータを駆動することを特徴としている。
【０００９】
請求項５記載の発明は、二次元位置決め装置の回転時の磁極位置ずれ補正方法に係り、フォーサをＸ軸方向に移動させる２台の第１、第２Ｘ軸モータと、前記フォーサをＹ軸方向に移動させる２台の第１、第２Ｙ軸モータと、前記第１、第２Ｘ軸モータの移動量を検出する２つの第1、第２Ｘ軸センサと、前記第１、第２Ｙ軸モータの移動量を検出する２つの第１、第２Ｙ軸センサと、前記フォーサのＸ軸方向の移動を制御するＸ軸制御器と、前記フォーサのＹ軸方向の移動を制御するＹ軸制御器と、前記フォーサのθ移動を制御するθ制御器と、前記Ｘ軸制御器と前記Ｙ軸制御器と前記θ制御器の出力する推力指令を前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの各推力指令に変換する推力指令変換器と、前記各推力指令を前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータに与える推力制御器と、前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの移動量をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθ方向の移動量に変換する移動量変換器を備えた二次元位置決め装置の運転中において、前記フォーサ回転時に生じる前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの磁極位置と前記第1、第２Ｘ軸センサ及び前記第１、第２Ｙ軸センサの示す磁極位置とのずれを補正するようにしたことを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の二次元位置決め装置の回転時の磁極位置ずれ補正方法において、前記磁極位置補正方法が、前記θ制御器に入力されるθ指令値を基に磁極位置補正量を算出することを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項６記載の二次元位置決め装置の回転時の磁極位置ずれ補正方法において、前記磁極位置補正方法が、前記第１、第２Ｘ軸モータと前記第１、第２Ｙ軸モータの前記磁極位置補正量をδｘ1、δｘ2、δｙ1、δｙ2[°（電気角）]、前記第１、第２Ｘ軸モータと前記第１、第２Ｙ軸モータの各々の中心から、前記第1、第２Ｘ軸センサと前記第１、第２Ｙ軸センサの各々の検出部までの距離をＬｘ1、Ｌｘ2、Ｌｙ1、Ｌｙ2[mm]、
前記θ制御器に入力されるθ指令値をθi[°（電気角）]、前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータの極ピッチを同じλ[mm]とした場合、次式を使用して、
δx1＝Ｌx1×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
δx2＝Ｌx2×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
δy1＝Ｌy1×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
δy2＝Ｌy2×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°
前記第１、第２Ｘ軸モータ及び第１、第２Ｙ軸モータの前記磁極位置補正量を算出することを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の二次元位置決め装置の回転時の磁極位置ずれ補正方法において、前記磁極位置補正方法が、前記の式から算出した磁極位置補正量を前記推力制御器に入力し、補正後の磁極位置にて前記第１、第２Ｘ軸モータ及び前記第１、第２Ｙ軸モータを駆動することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
以上の構成によって、回転時にモータの磁極位置とセンサの示す磁極位置のずれを正確に補正することができ、その結果、θ制御に必要な推力を発生させることができ、回転時の推力不足に伴うトルク不足を解消し、静止保持することができる二次元位置決め装置が得られることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の二次元位置決め装置の制御ブロック図である。図において、１は、フォーサ１９のＸ軸方向移動を制御するＸ軸制御器、２はフォーサ１９のＹ軸方向移動を制御するＹ軸制御器、３はフォーサのθ移動（回転移動）を制御するθ制御器、４はＸ軸制御器１、Ｙ軸制御器２、θ制御器３から出力される推力指令を、フォーサ１９を構成する各モータに与える推力指令に変換する推力指令変換器、５はフォーサ１９を構成する各モータの移動量を、フォーサ１９のＸ軸方向の移動量、Ｙ軸方向の移動量、θ移動量に変換する移動量変換器、６はθ指令に応じて、磁極位置補正量を算出する磁極位置補正量演算器、７はフォーサ１９を構成するモータの第１Ｘ軸モータ１１の推力を制御する推力制御器Ｘ1、８はフォーサ１９を構成するモータの第２Ｘ軸モータ１２の推力を制御する推力制御器Ｘ2、９はフォーサ１９を構成するモータの第１Ｙ軸モータ１３の推力を制御する推力制御器Ｙ1、１０はフォーサ１９を構成するモータの第２Ｙ軸モータ１４の推力を制御する推力制御器Ｙ2、１１はフォーサ１９を構成し、フォーサのＸ軸方向駆動を実現する第１Ｘ軸モータ、１２はフォーサ１９を構成し、フォーサ１９のＸ軸方向駆動を実現する第２Ｘ軸モータ、１３はフォーサ１９を構成し、フォーサ１９のＹ軸方向駆動を実現する第１Ｙ軸モータ、１４はフォーサ１９を構成し、フォーサ１９のＹ軸方向駆動を実現する第２Ｙ軸モータ、１５は、第１Ｘ軸モータ１１の移動量を検出する第１Ｘ軸センサ、１６は、第２Ｘ軸モータ１２の移動量を検出する第２Ｘ軸センサ、１７は、第１Ｙ軸モータ１３の移動量を検出する第１Ｙ軸センサ、１８は、第２Ｙ軸モータ１４の移動量を検出する第２Ｙ軸センサである。
【００１３】
図２において、１９はフォーサであり、４つのモータ第１Ｘ軸モータ１１、第２Ｘ軸モータ１２、第１Ｙ軸モータ１３、第２Ｙ軸モータ１４と各モータの位置を検出する第１Ｘ軸センサ１５、第２Ｘ軸センサ１６、第１Ｙ軸センサ１７、第２Ｙ軸センサ１８で構成される。第１Ｘ軸センサ１５、第２Ｘ軸センサ１６、第１Ｙ軸センサ１７、第２Ｙ軸センサ１８は、プラテン２０上に設置されたＸＹスケールの格子状スリット検出することで第１Ｘ軸モータ１１、第２Ｘ軸モータ１２、第１Ｙ軸モータ１３、第２Ｙ軸モータ１４の位置を得ることができる。ＸＹスケールはプラテン２０上の全面をカバーしており、フォーサ１９に搭載された第１Ｘ軸センサ１５、第２Ｘ軸センサ１６、第１Ｙ軸センサ１７、第２Ｙ軸センサ１８はフォーサ１９の移動に伴いプラテン２０からその移動量を検出することができる。また、ここで駆動する二次元位置決め装置は、図４で示す平面サーボである。
本発明が従来技術と異なる部分は、フォーサ回転時に生じる各モータの磁極位置と各センサの示す磁極位置とのずれを算出する磁極位置補正量演算器を備え、前記磁極位置補正量演算器で、磁極位置補正量を算出し、磁極位置補正量を前記推力制御器に入力し、補正後の磁極位置にて各モータを駆動することである。
【００１４】
図２のフォーサ１９を駆動する場合、フォーサ１９のＸ軸方向の位置指令ＸｉとＹ軸方向の位置指令Ｙｉとθ指令（回転角指令）θiをそれぞれ、Ｘ軸制御器１、Ｙ軸制御器２、θ制御器３に入力し、Ｘ軸、Ｙ軸、θをそれぞれ独立に制御を行い、各指令どおりにフォーサ１９が移動するような推力指令を生成する。このとき、フォーサ１９の移動量検出値は、フォーサ１９を構成する４つのモータの移動量を検出する第１Ｘ軸センサ１５、第２Ｘ軸センサ１６、第１Ｙ軸センサ１７、第２Ｙ軸センサ１８の信号ｘ1、ｘ2、ｙ1、ｙ2をもとに、移動量変換器５にて作成される、フォーサ１９のＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向の移動量ｘ、ｙ、θを使用する。
例えば、フォーサ１９をＸ軸方向のみ移動させる場合は、Ｘ軸位置指令Ｘｉを入力し、Ｘ軸制御器１にて位置制御および速度制御を行い、Ｘ軸位置指令Ｘｉに従いフォーサ１９が動作するような推力指令Ｆｘを出力する。この時、Ｙ軸制御器２及びθ制御器３からはフォーサ１９がＹ軸方向に動作しないようなＹ軸推力指令Ｆｙとフォーサ１９が回転しないようなθ推力指令Ｆθを出力する。
Ｘ軸制御器１、Ｙ軸制御器２、θ制御器３から出力される推力指令Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆθは、指令変換器４にて、フォーサ１９を構成する４つのモータ、第１Ｘ軸モータ１１、第２Ｘ軸モータ１２、第１Ｙ軸モータ１３、第２Ｙ軸モータ１４の推力指令Ｆｘ1、Ｆｘ2、Ｆｙ1、Ｆｙ2に変換される。各推力指令は、フォーサ１９を構成する４つのモータの推力を制御する推力制御器Ｘ1７、推力制御器Ｘ2８、推力制御器Ｙ1９、推力制御器Ｙ2１０にそれぞれ入力され、推力指令値どおり各モータが駆動するように必要な電流をモータに与える。以上の処理により、フォーサ１９は駆動される。しかし、図３に示すように、θ方向に移動する場合、つまりフォーサ１９がＣ−Ｃ‘からＤ−Ｄ’の位置にθiだけ回転する場合は、プラテン２０に対しフォーサが傾くため、第１Ｘ軸モータ１１では、第１Ｘ軸モータ１１の磁極位置Ａ−Ａ‘に対して、第１Ｘ軸センサ１５の示す磁極位置Ｂ−Ｂ’には、Ｌｘ１×sin(θi)（ここで、Ｌｘ１は第１Ｘ軸モータ１１の中心から第１Ｘ軸センサ１５の検出部までの距離である。単位は[mm]）のずれが生じる。そのため、磁極位置補正量演算器６にて、式１を用いて第１Ｘ軸モータの磁極位置補正量δｘ１（°（電気角））を算出する。
δx1＝Ｌx1×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°     ・・・・・（１）
【００１５】
式１において、θiはθ制御器３に入力されるθ指令値（単位[°]）、λｘ１は第１Ｘ軸モータの極ピッチ（単位[mm]）である。
磁極位置補正量演算器６にて算出した磁極位置補正量δｘ１は、第１Ｘ軸センサ１５の検出値ｘ1より減算し、減算した値を用いて、推力制御器ｘ１にて推力制御を行う。第２Ｘ軸モータ１２、第１Ｙ軸モータ１３、第２Ｙ軸モータ１４でも同様に磁極位置補正量（第２Ｘ軸モータ１２の場合δｘ２、第１Ｙ軸モータ１３の場合δｙ１、第２Ｙ軸モータ１４の場合δｙ２）を式２、式３、式４を用いて算出し、磁極位置補正を行い推力制御を行う。
δx2＝Ｌx2×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°  ・・・・（２）
δy1＝Ｌy1×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°  ・・・・（３）
δy2＝Ｌy2×ｓｉｎ（θｉ）／λ×１８０°  ・・・・（４）
【００１６】
上記手順にて処理を行うと、回転時にモータの磁極位置とセンサの示す磁極位置のずれを正確に補正することで、θ制御に必要な推力を発生させることができ、回転時の推力不足に伴うトルク不足を解消し、静止保持することができる、二次元位置決めが可能になる。
以上のように、磁極位置補正量の計算には、θ制御器３に入力されるθ指令であるθiを用いたが、第１Ｘ軸センサ１５、第２Ｘ軸センサ１６、第１Ｙ軸センサ１７、第２Ｙ軸センサ１８の信号をもとに移動量変換器６で生成されたθ方向の移動量θを使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
磁極位置補正することによって、静止保持することができるので、超精密という用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施例を示す二次元位置決め装置の制御ブロック図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す二次元位置決め装置のモータの構成図である。
【図３】本発明の二次元位置決め装置の回転時の動作を示すモータ構成図である。
【図４】従来手法１の二次元位置決め装置のモータ構成図である。
【図５】従来手法１の二次元位置決め装置の制御ブロック図である。
【図６】従来手法２の二次元位置決め装置の制御ブロック図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  Ｘ軸制御器
２  Ｙ軸制御器
３  θ制御器
４  推力指令変換器
５  移動量変換器
６  磁極位置補正量演算器
７  推力制御器Ｘ1
８  推力制御器Ｘ2
９  推力制御器Ｙ1
１０  推力制御器Ｙ2
１１  第１Ｘ軸モータ
１２  第２Ｘ軸モータ
１３  第１Ｙ軸モータ
１４  第２Ｙ軸モータ
１５  第１Ｘ軸センサ
１６  第２Ｘ軸センサ
１７  第１Ｙ軸センサ
１８  第２Ｙ軸センサ
１９  フォーサ
２０  プラテン
１０１  Ｘ軸センサ
１０２  アップダウンカウンタ
１０３  補正手段
１０４  補正テーブル
１０５  Ｘ軸センサ
１０６  アップダウンカウンタ
１０７  補正手段
１０８  補正テーブル
１０９  変換回路
１１０  Ｘ軸位置制御部
１１１  Ｘ軸速度演算回路
１１２  Ｘ軸速度制御部
１１３  θ位置制御部
１１４  θ速度演算回路
１１５  θ速度制御部
１１６  リミッタ
１１７  指令値変換回路
１１８  Ｘ軸モータ
１１９  Ｘ軸モータ
１２０  電流センサ
１２１  転流・電流制御回路
１２２  転流角演算回路
１２３  マルチプライング・デジタル・アナログ変換回路
１２４  マルチプライング・デジタル・アナログ変換回路
１２５  Ｘ軸電流制御回路
１２６  電流センサ
１２７  転流・電流制御回路
１２８  アップダウンカウンタ
１２９  補正手段
１３０  補正テーブル
１３１  Ｙ軸位置制御部
１３２  Ｙ軸速度演算回路
１３３  Ｙ軸速度制御部
１３４  転流・電流制御回路
１３５  Ｘ軸制御器
１３６  Ｙ軸制御器
１３７  θ制御器
１３８  推力指令変換器
１３９  移動量変換器
１４０  推力制御器Ｘ1
１４１  推力制御器Ｘ2
１４２  推力制御器Ｙ1
１４３  推力制御器Ｙ2
１４４  第１Ｘ軸モータ
１４５  第２Ｘ軸モータ
１４６  第１Ｙ軸モータ
１４７  第２Ｙ軸モータ
１４８  第１Ｘ軸センサ
１４９  第２Ｘ軸センサ
１５０  第１Ｙ軸センサ
１５１  第２Ｙ軸センサ
１５２  ＸＹスケール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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