(57)【要約】【課題】応答性が良く高精度の高精度サーボ制御装置を得る。【解決手段】モータの回転運動を検出し正弦波・余弦波信号を出力する検出器１９と、正弦波・余弦波信号から階段状デジタルフィードバック信号を生成するアップダウンカウンタ４２と、位置指令のうち階段状デジタルフィードバック信号にて自己修正された上位桁の値を上位アナログ指令値に変換する第１のＤ／Ａコンバータ３と、階段状デジタルフィードバック信号と同じ周期のノコギリ波状アナログフィードバック信号を生成するノコギリ波生成手段２１と、位置指令のうち下位桁の値を下位アナログ指令値に変換する第２のＤ／Ａコンバータ７と、上位アナログ指令値、ノコギリ波状アナログフィードバック信号及び下位アナログ指令値を重畳してアナログ指令値を生成する加算手段４とを備える。【選択図】          図２
2005278258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに接続して設けられ該モータの回転運動を検出し検出信号として正弦波信号及び余弦波信号を出力する検出器と、
前記正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られるパルス列をカウントし、
これに基づき階段状デジタルフィードバック信号を生成するアップダウンカウンタと、  前記モータへの位置指令のうち前記階段状デジタルフィードバック信号にて自己修正された上位桁の値を上位アナログ指令値に変換する第１のＤ／Ａコンバータと、
前記階段状デジタルフィードバック信号と周期を同じくするノコギリ波状アナログフィードバック信号を前記正弦波信号及び余弦波信号から生成するノコギリ波生成手段と、
前記位置指令のうち下位桁の値を下位アナログ指令値に変換する第２のＤ／Ａコンバータと、
前記上位アナログ指令値、前記ノコギリ波状アナログフィードバック信号及び前記下位アナログ指令値を重畳して前記モータのアナログ指令値を生成する加算手段と
を備えたことを特徴とする高精度サーボ制御装置。
【請求項２】
前記ノコギリ波状アナログフィードバック信号は、前記正弦波信号及び余弦波信号の１周期に対して三角波が４個連続して形成されてなる
ことを特徴とする請求項１に記載の高精度サーボ制御装置。
【請求項３】
前記ノコギリ波生成手段は、
前記正弦波信号と前記余弦波信号の加算信号を生成する加算信号生成手段と、
前記正弦波信号から前記余弦波信号を減算した減算信号を生成する減算信号生成手段と、
前記加算信号及び前記減算信号の反転信号を生成する反転信号生成手段と、
前記正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られる矩形波に基づいて、前記加算信号、前記減算信号及び前記反転信号の所定の傾斜直線近似部分を選択して前記三角波が連続する形状を生成する選択手段と
を有することを特徴とする請求項２に記載の高精度サーボ制御装置。
【請求項４】
前記三角波の形状は、前記階段状デジタルフィードバック信号に重畳された際に該階段状デジタルフィードバック信号の隣り合う頂点間を直線で補完する形状である
ことを特徴とする請求項２または３に記載の高精度サーボ制御装置。
【請求項５】
レーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザ光を走査させる走査手段とを備えたレーザマーカ装置であって、
前記走査手段が、
請求項１から４のいずれか１項に記載の高精度サーボ制御装置と、
前記高精度サーボ制御装置により回転運動が制御される前記スキャナモータと、
前記スキャナモータの回転軸に接続され前記レーザ光を反射させて走査するスキャナミラーと
を有することを特徴とするレーザマーカ装置。
【請求項６】
前記スキャナモータがガルバノモータである
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザマーカ装置。
【請求項７】
モータに接続して設けられ該モータの回転運動を検出する検出器が出力する正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られるパルス列をカウントし、これに基づき階段状デジタルフィードバック信号を生成し、
前記階段状デジタルフィードバック信号により、前記モータの位置指令のうち上位桁の値を自己修正した後、これをアナログ変換して上位アナログ指令値を生成し、
前記正弦波信号及び余弦波信号から前記階段状デジタルフィードバック信号と周期を同じくするノコギリ波状アナログフィードバック信号を生成し、
前記位置指令のうち下位桁の値をアナログ変換して下位アナログ指令値を生成し、
前記上位アナログ指令値、前記ノコギリ波状アナログフィードバック信号及び前記下位アナログ指令値を重畳して前記モータのアナログ指令値を生成する
ことを特徴とする高精度サーボ制御方法。
【請求項８】
前記ノコギリ波状アナログフィードバック信号は、前記正弦波信号及び余弦波信号の１周期に対して三角波が４個連続するようにして形成される
ことを特徴とする請求項７に記載の高精度サーボ制御方法。
【請求項９】
前記ノコギリ波状アナログフィードバック信号は、
前記正弦波信号と前記余弦波信号とを加算した信号と、その反転信号と、前記正弦波信号から前記余弦波信号を減算した信号と、その反転信号とを生成し、
前記正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られる矩形波に基づいて、前記正弦波信号及び余弦波信号の所定の傾斜直線近似部分を選択して前記三角波が連続する形状とされる
ことを特徴とする請求項８に記載の高精度サーボ制御方法。
【請求項１０】
前記三角波の形状を、前記階段状デジタルフィードバック信号に重畳された際に該階段状デジタルフィードバック信号の隣り合う頂点間が直線で補完されるような形状にする
ことを特徴とする請求項８または９に記載の高精度サーボ制御方法。
【請求項１１】
モータに接続して設けられ該モータの回転運動を検出する検出器の出力する正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られるパルス列カウントに基づいて生成される階段状デジタルフィードバック信号の隣り合う頂点間を直線で補完するノコギリ波フィードバック信号を生成するノコギリ波信号生成回路であって、
前記正弦波信号と前記余弦波信号の加算信号を生成する加算信号生成回路と、
前記正弦波信号から前記余弦波信号を減算した減算信号を生成する減算信号生成回路と、
前記加算信号及び前記減算信号の反転信号を生成する反転信号生成回路と、
前記正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られる矩形波に基づいて、前記加算信号、減算信号及び反転信号の所定の傾斜直線近似部分を選択して前記三角波が連続する形状を生成する選択回路と
を有することを特徴とするノコギリ波信号生成回路。
【請求項１２】
モータに接続して設けられ該モータの回転運動を検出する検出器の出力する正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られるパルス列カウントに基づいて生成される階段状デジタルフィードバック信号の隣り合う頂点間を直線で補完するノコギリ波フィードバック信号を生成するノコギリ波信号生成方法であって、
前記正弦波信号と前記余弦波信号とを加算した信号と、その反転信号と、前記正弦波信号から前記余弦波信号を減算した信号と、その反転信号とを生成し、
前記正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られる矩形波に基づいて、前記正弦波信号及び余弦波信号の所定の傾斜直線近似部分を選択して前記三角波が連続する形状とされる
ことを特徴とするノコギリ波信号生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はシリコンウエハーに情報を書き込むレーザマーカ装置、このレーザマーカ装置に用いられる高精度サーボ制御装置及び高精度サーボ制御方法に関するものである。また、高精度サーボ制御装置に用いられるノコギリ波信号生成回路及びノコギリ波信号生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、シリコンウエハーに情報を書き込むレーザマーカ装置においては、レーザ光の照射点を移動させ、その軌跡によって所望の文字・図形を被加工物上にマーキングする。この種のレーザマーカ装置は、レーザ光源から発せられたレーザ光の向きをスキャナミラーによって変え、これにより照射点の位置を移動させて被加工物上にマーキングする。そして、このスキャナミラーを駆動するスキャナモータとしてイナーシャが少なく高応答のガルバノモータが用いられることがある。このガルバノモータは±１５度程度の小さな角度内を往復するような回転動作しかできない。そのため、例えばスキャナミラーとスキャナモータとを２組用いて任意の場所にレーザ光を導くようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３２２８７１７号公報（第３−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような構造のレーザマーカ装置に用いるサーボ制御装置としては、オープンループ方式のものでは精度に限界があり、また、従来のデジタルフィードバック方式のものでは応答性に問題が有る。さらに、現在の汎用サーボ制御装置は、モータのイナーシャが有る程度有ることを考慮したサンプリング制御及びＰＷＭ変調方式のものであり、イナーシャが無く高応答のガルバノモータには不向きである。このようなことから、ガルバノモータを搭載したレーザマーカ装置に用いるサーボ制御装置は、アナログループ（アナログフィードバック）方式のものとすることが望ましい。
【０００５】
図７は従来のアナログループ方式のサーボ制御装置のブロック図である。図７において、図示しないＣＰＵから出力されたデジタルの指令値は一旦レジスタ１に格納される。その後、レジスタ１から出力されたデジタルの指令値Ｘｓｏは、加算器２によって後述する階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０を重畳されて自己修正される。自己修正された指令値Ｘｓ０は、Ｄ／Ａコンバータ３にてアナログ信号に変換された後、アナログサーボアンプ１１で増幅されてモータ１２に入力される。これによって、モータ１２が回転する。
【０００６】
エンコーダ１９は、モータ１２の回転運動を検出し検出信号Ｘｆとしてアナログの正弦波信号及び余弦波信号を出力する。なお、余弦波は正弦波の９０度進角した波形なので、このようなエンコーダの出力を２相の正弦波とも呼ぶことがあるが、本願では便宜上正弦波及び余弦波と呼ぶ。成形微分器４１は、この検出信号Ｘｆを入力し、この信号を成形微分してアップカウントパルスＵｐとダウンカウントパルスＤｎの２つのパルス列を生成しこれを出力する。
【０００７】
アップダウンカウンタ４２は、このアップカウントパルスＵｐとダウンカウントパルスＤｎからなるパルス列を入力し、両信号をカウントすることにより、図８に示す階段状のデジタルフィードバック信号Ｘｆ０を出力する。この階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０は、上述のように加算器２によって指令値Ｘｓ０に重畳され、これにより指令値Ｘｓ０は自己修正される。
【０００８】
このような構成をなす従来のアナログループ方式のサーボ制御装置においては、デジタルの指令値Ｘｓｏの最小桁は、フィードバック信号の最小分解能である階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０の１段の大きさに等しい。そのため、この分解能以上の高い精度でフィードバック制御をすることができないという未解決の課題がある。また、フィードバック信号が階段状であるためにハンチングの発生を抑制することが難しいという未解決の課題もある。
【０００９】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、応答性が良く高精度で安定した動作のフィードバック制御をすることができる高精度サーボ制御装置及び高精度サーボ制御方法を得ることを目的とする。また、この高精度サーボ制御装置に用いられるノコギリ波信号生成回路及びノコギリ波信号生成方法を得ることを目的とする。さらには、この高精度サーボ制御装置を用いたレーザマーカ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の請求項１の高精度サーボ制御装置は、モータに接続して設けられモータの回転運動を検出し検出信号として正弦波信号及び余弦波信号を出力する検出器と、正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られるパルス列をカウントし、これに基づき階段状デジタルフィードバック信号を生成するアップダウンカウンタと、モータへの位置指令のうち階段状デジタルフィードバック信号にて自己修正された上位桁の値を上位アナログ指令値に変換する第１のＤ／Ａコンバータと、階段状デジタルフィードバック信号と周期を同じくするノコギリ波状アナログフィードバック信号を正弦波信号及び余弦波信号から生成するノコギリ波生成手段と、位置指令のうち下位桁の値を下位アナログ指令値に変換する第２のＤ／Ａコンバータと、上位アナログ指令値、ノコギリ波状アナログフィードバック信号及び下位アナログ指令値を重畳してモータのアナログ指令値を生成する加算手段とを備えている。
【００１１】
この発明の請求項２の高精度サーボ制御装置においては、ノコギリ波状アナログフィードバック信号は、正弦波信号及び余弦波信号の１周期に対して三角波が４個連続して形成されてなる。
【００１２】
この発明の請求項３の高精度サーボ制御装置においては、ノコギリ波生成手段は、正弦波信号と余弦波信号の加算信号を生成する加算信号生成手段と、正弦波信号から余弦波信号を減算した減算信号を生成する減算信号生成手段と、加算信号及び減算信号の反転信号を生成する反転信号生成手段と、正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られる矩形波に基づいて、加算信号、減算信号及び反転信号の所定の傾斜直線近似部分を選択して三角波が連続する形状を生成する選択手段とを有する。
【００１３】
この発明の請求項４の高精度サーボ制御装置においては、三角波の形状は、階段状デジタルフィードバック信号に重畳された際に階段状デジタルフィードバック信号の隣り合う頂点間を直線で補完する形状である。
【００１４】
この発明の請求項５のレーザマーカ装置は、レーザ光源と、レーザ光源から出射したレーザ光を走査させる走査手段とを備えたレーザマーカ装置であって、走査手段が、請求項１から４のいずれか１項に記載の高精度サーボ制御装置と、高精度サーボ制御装置により回転運動が制御されるスキャナモータと、スキャナモータの回転軸に接続されレーザ光を反射させて走査するスキャナミラーとを有する。
【００１５】
この発明の請求項６のレーザマーカ装置においては、スキャナモータがガルバノモータである。
【００１６】
この発明の請求項７の高精度サーボ制御方法は、モータに接続して設けられモータの回転運動を検出する検出器が出力する正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られるパルス列をカウントし、これに基づき階段状デジタルフィードバック信号を生成し、階段状デジタルフィードバック信号により、モータの位置指令のうち上位桁の値を自己修正した後、これをアナログ変換して上位アナログ指令値を生成し、正弦波信号及び余弦波信号から階段状デジタルフィードバック信号と周期を同じくするノコギリ波状アナログフィードバック信号を生成し、位置指令のうち下位桁の値をアナログ変換して下位アナログ指令値を生成し、上位アナログ指令値、ノコギリ波状アナログフィードバック信号及び下位アナログ指令値を重畳してモータのアナログ指令値を生成する。
【００１７】
この発明の請求項８の高精度サーボ制御方法においては、ノコギリ波状アナログフィードバック信号は、正弦波信号及び余弦波信号の１周期に対して三角波が４個連続するようにして形成される。
【００１８】
この発明の請求項９の高精度サーボ制御方法においては、ノコギリ波状アナログフィードバック信号は、正弦波信号と余弦波信号とを加算した信号と、その反転信号と、正弦波信号から余弦波信号を減算した信号と、その反転信号とを生成し、正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られる矩形波に基づいて、正弦波信号及び余弦波信号の所定の傾斜直線近似部分を選択して三角波が連続する形状とされる。
【００１９】
この発明の請求項１０の高精度サーボ制御方法においては、三角波の形状を、階段状デジタルフィードバック信号に重畳された際に階段状デジタルフィードバック信号の隣り合う頂点間が直線で補完されるような形状にする。
【００２０】
この発明の請求項１１のノコギリ波信号生成回路は、モータに接続して設けられモータの回転運動を検出する検出器の出力する正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られるパルス列カウントに基づいて生成される階段状デジタルフィードバック信号の隣り合う頂点間を直線で補完するノコギリ波フィードバック信号を生成するノコギリ波信号生成回路であって、正弦波信号と余弦波信号の加算信号を生成する加算信号生成回路と、正弦波信号から余弦波信号を減算した減算信号を生成する減算信号生成回路と、加算信号及び減算信号の反転信号を生成する反転信号生成回路と、正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られる矩形波に基づいて、加算信号、減算信号及び反転信号の所定の傾斜直線近似部分を選択して三角波が連続する形状を生成する選択回路とを有する。
【００２１】
この発明の請求項１２のノコギリ波信号生成方法は、モータに接続して設けられモータの回転運動を検出する検出器の出力する正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られるパルス列カウントに基づいて生成される階段状デジタルフィードバック信号の隣り合う頂点間を直線で補完するノコギリ波フィードバック信号を生成するノコギリ波信号生成方法であって、正弦波信号と余弦波信号とを加算した信号と、その反転信号と、正弦波信号から余弦波信号を減算した信号と、その反転信号とを生成し、正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られる矩形波に基づいて、正弦波０信号及び余弦波信号の所定の傾斜直線近似部分を選択して三角波が連続する形状とされる。
【発明の効果】
【００２２】
第１の発明の高精度サーボ制御装置によれば、階段状デジタルフィードバック信号と周期を同じくするノコギリ波状アナログフィードバック信号を生成するノコギリ波生成手段と、位置指令のうち下位桁の値を下位アナログ指令値に変換する第２のＤ／Ａコンバータと、上位アナログ指令値、ノコギリ波状アナログフィードバック信号及び下位アナログ指令値を重畳してモータのアナログ指令値を生成する加算手段とを備えているので、階段状デジタルフィードバック信号の階段状部分をノコギリ波状アナログフィードバック信号によって埋めることができ、実質的の階段状部分を無くしたフィードバック信号とすることができる。その結果、階段状デジタルフィードバック信号の分解能よりもさらに小さな単位にてアナログフィードバック制御をすることができ、応答性が良く高精度で安定した動作のフィードバック制御をすることができる。
【００２３】
第２の発明の高精度サーボ制御装置によれば、ノコギリ波状アナログフィードバック信号は、正弦波信号及び余弦波信号の１周期に対して三角波が４個連続して形成されてなるので、正弦波信号及び余弦波信号に対して相互に加減乗除演算等をすることで三角波の形成を容易に行うことができコストダウンを図ることができる。
【００２４】
第３の発明の高精度サーボ制御装置によれば、ノコギリ波生成手段は、正弦波信号と余弦波信号の加算信号を生成する加算信号生成手段と、正弦波信号から余弦波信号を減算した減算信号を生成する減算信号生成手段と、加算信号及び減算信号の反転信号を生成する反転信号生成手段と、加算信号、減算信号及び反転信号の所定の傾斜直線近似部分を選択する選択手段とを有するので、ノコギリ波状アナログフィードバック信号を容易に作り出すことができコストダウンを図ることができるとともに、ノコギリ波信号の形成回路を簡素なものとすることができるので、フィードバック制御の動作が安定し信頼性の高い装置とすることができる。
【００２５】
第４の発明の高精度サーボ制御装置によれば、三角波の形状は、階段状デジタルフィードバック信号に重畳された際に階段状デジタルフィードバック信号の隣り合う頂点間を直線で補完する形状であるので、フィードバック制御がスムーズで安定したものとなり高精度で信頼性の高い装置とすることができる。
【００２６】
第５の発明のレーザマーカ装置によれば、走査手段が、請求項１から４のいずれか１項に記載の高精度サーボ制御装置と、高精度サーボ制御装置により回転運動が制御されるスキャナモータと、スキャナモータの回転軸に接続されレーザ光を反射させて走査するスキャナミラーとを有するので、従来のものより小さな単位にてアナログフィードバック制御をすることができ、応答性が良く高精度のレーザマーカ装置とすることができる。
【００２７】
第６の発明のレーザマーカ装置によれば、スキャナモータがガルバノモータであるので、アナログフィードバック制御の特性を有効に作用させることができ、動作が安定し信頼性の高い装置とすることができる。
【００２８】
第７の発明の高精度サーボ制御方法によれば、正弦波信号及び余弦波信号から階段状デジタルフィードバック信号と周期を同じくするノコギリ波状アナログフィードバック信号を生成し、位置指令のうち下位桁の値をアナログ変換して下位アナログ指令値を生成し、上位アナログ指令値、ノコギリ波状アナログフィードバック信号及び下位アナログ指令値を重畳してモータのアナログ指令値を生成するので、階段状デジタルフィードバック信号の分解能よりもさらに小さな単位にてアナログフィードバック制御をすることができる。
【００２９】
第８の発明の高精度サーボ制御方法によれば、ノコギリ波状アナログフィードバック信号は、正弦波信号及び余弦波信号の１周期に対して三角波が４個連続するようにして形成されるので、三角波の形成が容易でコストダウンを図ることができる。
【００３０】
第９の発明の高精度サーボ制御方法によれば、ノコギリ波状アナログフィードバック信号は、正弦波信号と余弦波信号とを加算した信号と、その反転信号と、正弦波信号から余弦波信号を減算した信号と、その反転信号とを生成し、正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られる矩形波に基づいて、正弦波信号及び余弦波信号の所定の傾斜直線近似部分を選択して三角波が連続する形状とされるので、ノコギリ波状アナログフィードバック信号を簡素な装置構成で作り出すことができ、コストダウンを図ることができる。
【００３１】
第１０の発明の高精度サーボ制御方法によれば、三角波の形状を、階段状デジタルフィードバック信号に重畳された際に階段状デジタルフィードバック信号の隣り合う頂点間が直線で補完されるような形状にするので、スムーズで安定したフィードバック制御をすることができる。
【００３２】
第１１の発明のノコギリ波信号生成回路によれば、正弦波信号と余弦波信号の加算信号を生成する加算信号生成回路と、正弦波信号から余弦波信号を減算した減算信号を生成する減算信号生成回路と、加算信号及び減算信号の反転信号を生成する反転信号生成回路と、正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られる矩形波に基づいて、加算信号、減算信号及び反転信号の所定の傾斜直線近似部分を選択して三角波が連続する形状を生成する選択回路とを有するので、ノコギリ波状アナログフィードバック信号を簡素な回路構成にて作り出すことができ、コストダウンを図ることができるとともに、誤動作がなく安定した信頼性の高い回路とすることができる。
【００３３】
第１２の発明のノコギリ波信号生成方法によれば、正弦波信号と余弦波信号とを加算した信号と、その反転信号と、正弦波信号から余弦波信号を減算した信号と、その反転信号とを生成し、正弦波信号及び余弦波信号をデジタル成形することにより得られる矩形波に基づいて、正弦波信号及び余弦波信号の所定の傾斜直線近似部分を選択して三角波が連続する形状とされるので、ノコギリ波状アナログフィードバック信号を容易に作り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施例について図を参照して説明する。
【実施例】
【００３５】
図１はこの発明のレーザマーカ装置のレーザ光の経路の周辺のみを示す斜視図である。図１において、レーザマーカ装置１００はレーザ光５２を出射するレーザ光源５１と、レーザ光５２の経路上に、第１のスキャナミラー１３、第２のスキャナミラー１５及び集光レンズ５５の順で配置された光学系と、第１のスキャナモータ及び第２のスキャナモータである第１のガルバノモータ１２及び第２のガルバノモータ１４とを有している。
【００３６】
第１のガルバノモータ１２及び第２のガルバノモータ１４は、図示しないサーボ制御装置によって回転する。つまり、第１のガルバノモータ１２及び第２のガルバノモータ１４は、図中矢印Ｗ及び矢印Ｖで示されるように所定の角度の範囲内で回転する。その結果、薄膜５６上で集光されたレーザ光５２がｘ方向及びｙ方向に走査される。
【００３７】
次に動作を説明する。レーザ光源５１から出射されたレーザ光５２は、まず、経路Ｓ１に沿って進み、第１のスキャナミラー１３にて反射されて次に経路Ｓ２に沿って進み、第２のスキャナミラー１５によって反射されて経路Ｓ３に沿って進み、最後に集光レンズ５５によって絞られて、経路Ｓ４を通って被加工物の表面の薄膜５６上に集光する。この状態で、第１のガルバノモータ１２及び第２のガルバノモータ１４は、図示しないサーボ制御装置によって予め決められた順序により所定の角度だけ順次回転する。つまり、第１のガルバノモータ１２及び第２のガルバノモータ１４は、図中矢印Ｗ及び矢印Ｖで示されるように所定の角度の範囲内で回転する。その結果、薄膜５６上に集光されたレーザ光５２が予め決められた道筋で進み薄膜５６に文字や印を刻み付ける。
【００３８】
図２はこの発明のレーザマーカ装置に用いられるアナログループ方式の高精度サーボ制御装置のブロック図である。図２において、第１のガルバノモータ１２を除く部が高精度サーボ制御装置を示している。なお、本実施例においては、第１のガルバノモータ１２を制御する高精度サーボ制御装置を示しているが、第２のガルバノモータ１４においても同じように高精度サーボ制御装置が設けられている。
【００３９】
高精度サーボ制御装置は大きく２つの系統に分かれている。１つは図示しないＣＰＵからガルバノモータ１２へ指令値を伝達する指令系統９０である。２つ目の系統は、ガルバノモータ１２の回転動作を検出して指令値にフィードバックするフィードバック系統８０である。
【００４０】
指令系統９０は、指令値の上位ビット（上位桁）がセットされる第１のレジスタ１と、指令値の下位ビットがセットされる第２のレジスタ２と、上位ビットをアナログ変換する第１のＤ／Ａコンバータ３と下位ビット（下位桁）をアナログ変換する第２のＤ／Ａコンバータ７と、両者を重畳する加算手段である加算器４と、加算された指令値を増幅するアナログサーボアンプ１１とを有している。
【００４１】
一方、フィードバック系統８０は、第１のガルバノモータ１２に接続して設けられた検出器であるエンコーダ１９と、エンコーダ１９の出力Ｘｆを成形微分する成形微分器４１と、成形微分器４１の生成したパルス列を入力してフィードバック信号Ｘｆ０を生成するアップダウンカウンタ４２と、エンコーダ１９の出力Ｘｆからノコギリ波状のフィードバック信号Ｘｆ１を生成するノコギリ波生成手段及びノコギリ波信号生成回路であるアナログ演算器２１とを有している。
【００４２】
図示しないＣＰＵから出力された２０ビットのデジタルの指令値は、上位桁である上位１６ビットが第１のレジスタ１に格納され、下位桁である下位４ビットが第２のレジスタ６に格納される。第１のレジスタ１から出力されたデジタルの指令値Ｘｓｏは、加算器２によって階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０を重畳されて自己修正される。デジタルの指令値Ｘｓｏの最小桁は、フィードバック信号の最小分解能である階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０の１段の大きさに等しい。
【００４３】
一方、第２のレジスタ６から出力された下位の４ビットのデジタルの指令値は、第２のＤ／Ａコンバータ７にてアナログ信号に変換されて下位アナログ指令値Ｘｓ１として加算器４に向けて出力される。上位アナログ指令値と下位アナログ指令値Ｘｓ１とは、後述するノコギリ波状アナログフィードバック信号Ｘｆ１と重畳されて自己修正される。加算器４によって重畳された３つのアナログ信号は、アナログ信号指令値としてアナログサーボアンプ１１で増幅された後、ガルバノモータ１２に入力されてこれを回転させる。
【００４４】
エンコーダ１９は、ガルバノモータ１２の回転運動を検出し、その検出信号としてアナログ正弦波及び余弦波信号Ｘｆ１（以後、信号(イ)Ｓｉｎθ、信号(ロ)Ｃｏｓθと呼ぶ）を出力する。成形微分器４１は、この信号(イ)Ｓｉｎθと信号(ロ)Ｃｏｓθを入力し、この信号を成形微分してアップカウントパルスＵｐとダウンカウントパルスＤｎの２つのパルス列を生成しこれをアップダウンカウンタ４２に向けて出力する。成形微分器４１は、さらに信号(イ)Ｓｉｎθと信号(ロ)ＣｏｓθからＡＢ相信号である信号Ａ，Ｂを生成しこれをアナログ演算器２１に向けて出力する。
【００４５】
アップカウントパルスＵｐのパルス列とダウンカウントパルスＤｎのパルス列を入力したアップダウンカウンタ４２は、これらのパルス列号をカウントすることにより、図６に示す階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０を生成しこれを出力する。この階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０は、上述のように加算器２によって指令値Ｘｓ０に重畳される。このとき、デジタルの指令値Ｘｓｏと階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０との関係は、デジタルの指令値Ｘｓｏの最小桁が、フィードバック信号の最小分解能である階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０の１段の大きさに等しい。
【００４６】
また、エンコーダ１９から出力された信号(イ)Ｓｉｎθ及び信号(ロ)Ｃｏｓθは、アナログ演算器２１の動作により、ノコギリ波状アナログフィードバック信号Ｘｆ１に変換される。この動作を図３、図４及び図１５に沿って説明する。図３はアナログ演算器２１のブロック図である。図４はノコギリ波状アナログフィードバック信号Ｘｆ１が生成される様子を説明する図である。
【００４７】
図３に示されたアナログ演算器２１において、端子ｔ１及び端子ｔ２から入力されたＡＢ相信号を構成する信号Ａ，Ｂは、図４の（い）に示すタイミングとされている。この信号Ａ，Ｂは、変形されて後述するように、重ねられた信号(イ)Ｓｉｎθ、信号(ロ)Ｃｏｓθから所定の信号を選ぶ際に使われる。
【００４８】
端子ｔ３から入力された信号(イ)Ｓｉｎθには、加算信号生成手段及び加算信号生成回路である加算器２３によって信号(ロ)Ｃｏｓθが加算される。この様子は図４の（あ）に示される。信号(イ)Ｓｉｎθに信号(ロ)Ｃｏｓθが加算されて、加算信号(ハ)√２Ｓｉｎ（θ−π／４）が生成される。つまり
【００４９】
(イ)Ｓｉｎθ＋(ロ)Ｃｏｓθ＝(ハ)√２Ｓｉｎ（θ−π／４）    （１）
【００５０】
となる。一方、端子ｔ４から入力された信号(ロ)Ｃｏｓθは、減算信号生成手段及び減算信号生成回路である減算器２４によって信号(イ)Ｓｉｎθから減算される。この様子も図４の（あ）に示される。信号(イ)Ｓｉｎθから信号(ロ)Ｃｏｓθが減算されて、減算信号(ニ)√２Ｓｉｎ（θ＋π／４）が生成される。つまり
【００５１】
(イ)Ｓｉｎθ−(ロ)Ｃｏｓθ＝(ニ)√２Ｓｉｎ（θ＋π／４）    （２）
【００５２】
となる。続いて、加算器２３で生成された信号、つまり式（１）で算出された信号は、２つに分岐する。そして、一方はそのまま選択手段及び選択回路の一部である乗算器３２に向かい、他方は反転信号生成手段及び反転信号生成回路である反転器２６で反転されて、反転信号
【００５３】
−(ハ)√２Ｓｉｎ（θ−π／４）          （３）
【００５４】
とされて、その後、選択手段及び選択回路の一部である乗算器３３に向う。また、減算器２４で生成された信号、つまり式（２）で算出された信号は、同じように２つに分岐し、一方はそのまま選択手段及び選択回路の一部である乗算器３４に向かい、他方は反転器２７で反転されて、反転信号
【００５５】
−(ニ)√２Ｓｉｎ（θ＋π／４）          （４）
【００５６】
とされて、その後、選択手段及び選択回路の一部である乗算器３５に向う。このようにして生成された４つの信号の波形は、図４の（あ）に示されるように、夫々−π／４≦θ≦＋π／４の条件下では、θ＝Ｓｉｎθが成立し直線と見なすことができる。そして、選択手段及び選択回路はこの傾斜直線近似部分を抽出してノコギリ状の波形を得る。選択手段及び選択回路である論理演算器３１は、成形微分器４１が出力したＡＢ相を構成する信号Ａ，Ｂを組み合わせて図４の（え）に示すような以下の４つの信号を生成する。すなわち、
【００５７】
（ａ）Ａ×Ｂ
（ｂ）Ａ×Ｂバー
（ｃ）Ａバー×Ｂバー
（ｄ）Ａバー×Ｂ
【００５８】
を生成する。この４つの信号は、それぞれ乗算器３２，３３，３４，３５に入力される。これらの乗算器は、外部から“ｌｏｗ（０）”の信号が入力されるとデータを通過させず、“ｈｉｇｈｔ（１）”の信号が入力されるとデータを通過させる。この様子が、図４の（え）に表されている。それぞれの乗算器３２，３３，３４，３５は、この図４の（え）のタイミングで、（あ）に示された４つの信号のうちをいずれか１つの信号を選択する。
【００５９】
このようにして選択された４つの信号は、結合手段である加算器３８で加算され、図５に示されるノコギリ波状アナログフィードバック信号Ｘｆ１として端子ｔ５から出力される。結果として、このノコギリ波状アナログフィードバック信号Ｘｆ１は、
【００６０】
０〜９０度の範囲は、        √２Ｓｉｎ（θ−π／４）
９０〜１８０度の範囲は、    −√２Ｓｉｎ（θ＋π／４）
１８０〜２７０度の範囲は、    −√２Ｓｉｎ（θ−π／４）
２７０〜３６０度の範囲は、      √２Ｓｉｎ（θ＋π／４）
【００６１】
という形状の信号となる。このノコギリ波状アナログフィードバック信号Ｘｆ１は、信号(イ)Ｓｉｎθ及び信号(ロ)Ｃｏｓθの１周期に対して三角波が４個連続して形成されており、階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０と周期を同じくする信号であり、ノコギリ波の隣り合う２つの頂点の間隔は、階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０の１段、すなわち上位アナログ指令の最小単位（１ビット）に相当する。ノコギリ波状アナログフィードバック信号Ｘｆ１は、階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０に重畳された際に階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０の隣り合う頂点間が直線で補完されるような形状となっている。なお、直線で補完されない場合には適当な増幅器を追加して三角波の高さを増減させればよい。
【００６２】
この階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０は、加算器４によって、指令値の上位桁が階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０によって自己修正された後アナログ変換された上位アナログ指令値に、指令値の下位桁がアナログ変換された下位アナログ指令値Ｘｓ１とともに重畳される。この時点で、フィードバック信号は、図６に示されるように階段状の部分が埋められて概略直線状のＬ１となる。つまり、ノコギリ波状アナログフィードバック信号Ｘｆ１は、階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０に重畳された際に階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０の隣り合う頂点間を直線で補完する。そのため、階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０の最小単位（１段の大きさ）よりも小さな精度で、フィードバック制御をすることができ、第２のレジスタ６により、階段状デジタルフィードバック信号Ｘｆ０の最小単位よりも小さな指令値を合わせて指令することにより、ガルバノモータ１２，１４の動作をより微細に動作させることができ、さらにハンチングを無くし安定した運転動作とすることができる。
【００６３】
なお、本実施例のサーボ制御装置は、レーザマーカ装置１００に用いられるものであるが、レーザマーカ装置１００に限らず、アナログループ（アナログフィードバック）方式のフィードバック制御を行う装置であれば適用することができる。
【００６４】
また、本実施例のノコギリ波状アナログフィードバック信号は、正弦波信号及び余弦波信号の１周期に対して三角波が４個連続して形成されているが、三角波は１周期に対して４個に限定されるものでなく、要するに、三角波の形状は、階段状デジタルフィードバック信号に重畳された際に階段状デジタルフィードバック信号の隣り合う頂点間を直線で補完する形状であればよい。さらに、隣り合う頂点間を直線で補完する形状とは、数学で言う相似あるいは合同といった形状を言うものでなく、電気的に２つの波形が重畳したときに、階段状の段部を埋め込み隣り合う頂点間を直線で補完するような形状を言うものである。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本願発明は、アナログループ（アナログフィードバック）方式のフィードバック制御装置に好適であり、特に、ガルバノモータを用いた走査手段を有するレーザマーカ装置に用いられるアナログループ（アナログフィードバック）方式のフィードバック制御装置に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明のレーザマーカ装置のレーザ光の経路の周辺のみを示す斜視図である。
【図２】この発明のレーザマーカ装置に用いられるアナログループ方式の高精度サーボ制御装置のブロック図である。
【図３】図２の高精度サーボ制御装置の有するアナログ演算器のブロック図である。
【図４】ノコギリ波状アナログフィードバック信号の生成される過程を説明する説明図である。
【図５】生成されたノコギリ波状アナログフィードバック信号を示す図である。
【図６】階段状デジタルフィードバック信号の隣り合う頂点間が直線で補完された様子を示す図である。
【図７】従来のアナログループ方式のサーボ制御装置のブロック図である。
【図８】階段状に形成された従来のデジタルフィードバック信号を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  第１のレジスタ
２  加算器
４  加算器（加算手段）
３  第１のＤ／Ａコンバータ
６  第２のレジスタ
７  第２のＤ／Ａコンバータ
１１  アナログサーボアンプ
１２  第１のガルバノモータ（スキャナモータ）
１４  第２のガルバノモータ（スキャナモータ）
１９  エンコーダ（検出器）
２１  アナログ演算器（ノコギリ波生成手段、ノコギリ波信号生成回路）
２３  加算器（加算信号生成手段、加算信号生成回路）
２４  減算器（減算信号生成手段、減算信号生成回路）
２６  反転器（反転信号生成手段、反転信号生成回路）
３１  論理演算器（選択手段、選択回路）
３２，３３，３４，３５  乗算器（選択手段、選択回路）
４１  成形微分器
４２  アップダウンカウンタ
５１  レーザ光源
５５  集光レンズ
８０  フィードバック系統
９０  指令系統
１００  レーザマーカ装置
【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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【図７】
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【図８】
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