(57)【要約】【課題】    各スライダが他方のスライダに与える影響を考慮し、二つのリニアスライダ双方の位置決め性能を、同時に向上させる。【解決手段】スライダ１用の制御器１と、スライダ２用の制御器２と、制御器１の出力によりスライダ１を駆動するパワー部１と、制御器２の出力によりスライダ２を駆動するパワー部２と、リニアスライダの機械定数と制御入力１および制御入力２に基づいてスライダ１とスライダ２が各々他方のスライダに与える影響を除去するための制御器１に出力する非干渉補償量１および制御器２に出力する非干渉補償量２を演算する非干渉補償演算部と、を備える。【選択図】  図１
2005078479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひとつの機台上に二つのスライダを有するリニアスライダの、
前記二つのスライダ位置を各々制御する位置決め制御装置において、
スライダ１の位置を制御する制御器１と、
スライダ２の位置を制御する制御器２と、
前記制御器１から出力される制御入力１に基づいて、スライダ１を駆動するための推力を与えるパワー部１と、
前記制御器２から出力される制御入力２に基づいて、スライダ２を駆動するための推力を与えるパワー部２と、
前記リニアスライダの機械定数と前記制御入力１および制御入力２に基づいてスライダ１およびスライダ２が各々他方のスライダに与える影響を除去するための、制御器１に出力する非干渉補償量１および制御器２に出力する非干渉補償量２を演算する非干渉補償演算部とを有し、
前記制御器１は、前記スライダ１に対する位置指令１と、前記非干渉補償量１を用いて前記制御入力１を出力し、
前記制御器２は、前記スライダ２に対する位置指令２と、前記非干渉補償量２を用いて前記制御入力２を出力するように構成されることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
前記スライダ１は位置検出器１を、前記スライダ２は位置検出器２をそなえ、各々の位置検出器は各々のスライダ位置を検出し、前記スライダ１の位置検出値１を制御器１へ出力し、前記スライダ２の位置検出値２を制御器２へ出力し、
前記制御器１は前記スライダ１に対する前記位置指令１と、前記非干渉補償量１と前記位置検出値１を用いて制御入力１を出力し、
前記制御器２は前記スライダ２に対する前記位置指令２と、前記非干渉補償量２と前記位置検出値２を用いて制御入力２を出力するように構成されることを特徴とする請求項１記載の位置決め制御装置。
【請求項３】
前記非干渉補償演算部が、二つの一次フィルタと二つの微分器で構成されることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の位置決め制御装置。
【請求項４】
ひとつの機台上に二つのスライダを有し、各々のスライダの位置はセンサにより検出されるリニアスライダの、前記二つのスライダ位置を各々制御する位置決め制御装置において、
スライダ１の位置を制御する実制御器１と、
スライダ２の位置を制御する実制御器２と、
前記実制御器１から出力される実制御入力１に基づいて、スライダ１を駆動するための推力を与えるパワー部１と、
前記実制御器２から出力される実制御入力２に基づいて、スライダ２を駆動するための推力を与えるパワー部２と、
前記スライダ１および前記スライダ２および前記機台の状態量を、動特性写像を演算することで算出し、前記リニアスライダの模擬状態量を出力する模擬リニアスライダモデル演算部と、
前記模擬リニアスライダモデル演算部より出力された前記模擬状態量を入力し、各々の状態量にゲインを乗算し加算して模擬リニアスライダモデルに対する補償入力を演算する模擬制御入力演算部と、
前記実制御器１および前記実制御器２は、スライダ１に対する位置指令１およびスライダ２に対する位置指令２と前記模擬状態量と前記模擬制御入力の少なくとも一つと、スライダ１の位置検出器１の出力である位置検出値１およびスライダ２の位置検出器の出力である位置検出値２を用いて前記パワー部１および前記パワー部２への前記実制御入力１および前記実制御入力２を決定するように構成されることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項５】
前記模擬リニアスライダモデル演算部は、少なくとも６つの積分器で構成されることを特徴とする請求項４記載の位置決め制御装置。
【請求項６】
前記模擬リニアスライダモデル演算部は、前記スライダ１の模擬位置、模擬速度、模擬加速度、模擬推力のうちの少なくとも一つおよび
前記スライダ２の模擬位置、模擬速度、模擬加速度、模擬推力のうちの少なくとも一つを出力することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の位置決め制御装置。
【請求項７】
前記位置指令１は、前記模擬リニアモータモデル演算部における前記スライダ１の模擬位置１であり、前記位置指令２は前記模擬リニアスライダモデル演算部における前記スライダ２の模擬位置２であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の位置決め制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひとつの機台上に二つのスライダを有し、各々のスライダが別の対象物を搬送する、例えば電子部品実装装置や露光装置などに用いられる位置決め制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生産性の向上を狙い、工作機や電子部品実装装置の搬送系が高速化されている。それに伴い、テーブルの反力が機台に印加され、機台と地上との間に存するバネ要素により機台が振動し、そのために機台に乗っているスライダの位置決め性能に悪影響を及ぼす事例が報告され、その改善発明が報告されている（例えば、特許文献１参照）。
従来のリニアスライダによる機台振動問題の改善事例を図４に基づいて説明する（特許文献１より）。
図４は、従来例を示す図である。図４において、１０１は電動機伝達関数、１０２は減速器及び極／直行座標変換定数、１０３はテーブル変位／力変換バネ定数、１０４はテーブル駆動伝達関数、１０５は機台駆動伝達関数、１０６は機台変位／力変換バネ定数、１０７はテーブルの地上からみた絶対変位、１０８は機台からみたテーブル変位、１０９は地上からみた機台変位、１１０はテーブルを駆動する推進力、１１１はテーブルと電動機出力との変位差、１１２は電動機変位、１１３は電動機を駆動するためのトルク（推進力）、１１４は減速器及び直行／極座標変換定数、１２１は電動機、１２６は電動機制御器、１２８は電動機位置検出信号、１３４は位置目標値信号、１３５は電動機位置補償器、１３９は従来例のモデルによる前置補償器、１４１は電動機制御器に対する位置指令、１４２は電動機モデル位置時系列データ、１４４はトルクモデル指令時系列データ、１５１は前置補償器内制御器である。
従来例ではまず、入力トルク１１３と減速器および直行／極座標変換定数１０２を掛けたテーブル推進力１１０を合わせた入力より電動機変位１１２を発生する電動機伝達関数１０１と、前記電動機変位１１２に減速器および極／直行座標変換定数１０２を掛け合わせた出力と機台からみたテーブル変位１０８との偏差に、テーブル変位／力変換バネ定数１０３を掛け合わせてテーブル推進力１１０を発生させ、前記テーブル推進力１１０によりテーブルの地上からみた絶対変位１０７を出力するテーブル伝達関数１０４と、機台変位１０９に機台変位／力変換バネ定数１０６を掛け合わせ前記テーブル推進力１１０と共に入力して機台変位１０９を発生する機台駆動伝達関数１０５を配し、前記テーブルの地上からみた絶対変位１０７と前記機台変位１０９との差により機台からみたテーブル変位１０８を発生させる、機台振動モデルを定義し、そのモデル演算を前置補償器内にて実行し、その結果得られた各状態量を用いて補償器１５１を設計することで、モデル内のテーブル変位を安定に制御し、安定に制御された状態量を用いて電動機制御器１２６が構成されるため、モデルが実制御対象の特性を十分に反映していれば、実制御対象も前置補償器１３９内のモデル同様、安定に制御されるとするものである。
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ００／５２５４３号公報（第８図など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来例のモデルは、スライダテーブルが一つのものについてである。近年適用の増えている一つの機台上に二つのスライダを有するリニアスライダでは、各スライダの推力が機台に与える影響は、他方のスライダにも影響を及ぼすため、単純に、従来例を二つ並列に用いればよいということにはならない。そのため、スライダ2個搭載型のリニアスライダには、従来とは異なった振動問題が残ることとなり、性能劣化の問題を抱えていた。
そこで、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、各スライダが他方のスライダに与える影響を考慮し、その影響を抑えるようにし、二つのリニアスライダ双方の位置決め性能を、同時に向上させることができる位置決め制御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】
【０００４】
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、
ひとつの機台上に二つのスライダを有するリニアスライダの、前記二つのスライダ位置を各々制御する位置決め制御装置において、
スライダ１の位置を制御する制御器１と
スライダ２の位置を制御する制御器２と
前記制御器１から出力される制御入力１に基づいて、スライダ１を駆動するための推力を与えるパワー部１と
前記制御器２から出力される制御入力２に基づいて、スライダ２を駆動するための推力を与えるパワー部２と
前記リニアスライダの機械定数と前記制御入力１および制御入力２に基づいてスライダ１およびスライダ２が各々他方のスライダに与える影響を除去するための、制御器１に出力する非干渉補償量１および制御器２に出力する非干渉補償量２を演算する非干渉補償演算部とを有し、
前記制御器１は、前記スライダ１に対する位置指令１と、前記非干渉補償量１を用いて前記制御入力１を出力し、
前記制御器２は、前記スライダ２に対する位置指令２と、前記非干渉補償量２を用いて前記制御入力２を出力するように構成されること
を特徴とするものである。
このようになっているため、お互いのスライダから受ける干渉影響を除去でき、位置決め性能を向上させることができる。
【０００５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において
前記スライダ１は位置検出器１を、前記スライダ２は位置検出器２をそなえ、各々の位置検出器は各々のスライダ位置を検出し、前記スライダ１の位置検出値１を制御器１へ出力し、前記スライダ２の位置検出値２を制御器２へ出力し、
前記制御器１は前記スライダ１に対する前記位置指令１と、前記非干渉補償量１と前記位置検出値１を用いて制御入力１を出力し、
前記制御器２は前記スライダ２に対する前記位置指令２と、前記非干渉補償量２と前記位置検出値２を用いて制御入力２を出力するように構成されること
を特徴とするものである。
このようになっているため、請求項１の効果に加えて位置検出値を用いてフィードバック制御器を構成できるため、さらに制御性能を向上させることができる。
【０００６】
また、請求項３に記載の発明は、非干渉補償演算部の構成について、二つの一次フィルタと二つの微分器によって構成することを特徴とするものである。
このようになっているため、簡便に補償演算を行うことができる。
【０００７】
また、請求項４に記載の発明は、
ひとつの機台上に二つのスライダを有し、各々のスライダの位置はセンサにより検出されるリニアスライダの、前記二つのスライダ位置を各々制御する位置決め制御装置において、
スライダ１の位置を制御する実制御器１と
スライダ２の位置を制御する実制御器２と
前記実制御器１から出力される実制御入力１に基づいて、スライダ１を駆動するための推力を与えるパワー部１と
前記実制御器２から出力される実制御入力２に基づいて、スライダ２を駆動するための推力を与えるパワー部２と
前記スライダ１および前記スライダ２および前記機台の状態量を、動特性写像を演算することで算出し、前記リニアスライダの模擬状態量を出力する模擬リニアスライダモデル演算部と
前記模擬リニアスライダモデル演算部より出力された前記模擬状態量を入力し、各々の状態量にゲインを乗算し加算して模擬リニアスライダモデルに対する補償入力を演算する模擬制御入力演算部と
前記実制御器１および前記実制御器２は、スライダ１に対する位置指令１およびスライダ２に対する位置指令２と前記模擬状態量と前記模擬制御入力の少なくとも一つと、スライダ１の位置検出器１の出力である位置検出値１およびスライダ２の位置検出器２の出力である位置検出値２を用いて前記パワー部１および前記パワー部２への前記実制御入力１および前記実制御入力２を決定するように構成されること
を特徴とするものである。
このようになっているため、位置決め性能を安定に向上させることができ、さらに模擬制御入力演算部の設定により制御応答設定の自由度が増すので、きめ細かく応答の設定をすることができる。
【０００８】
また、請求項５に記載の発明は、
請求項４記載の発明における模擬リニアスライダモデル演算部が、少なくとも６つの積分器で構成されること
を特徴とするものである。
このようになっているため、簡便に制御系の設計ができる。
【０００９】
また請求項６記載の発明は
請求項４もしくは請求項５の発明における模擬リニアスライダモデル演算部が、
前記スライダ１の模擬位置、模擬速度、模擬加速度、模擬推力のうちの少なくとも一つおよび
前記スライダ２の模擬位置、模擬速度、模擬加速度、模擬推力のうちの少なくとも一つを出力すること
を特徴とするものである。
このようになっているため、模擬リニアスライダモデル演算部の模擬状態量を実制御器にくまなく反映できる。
【００１０】
また請求項７記載の発明は
請求項４もしくは請求項５もしくは請求項６の発明における前記位置指令１が、模擬リニアスライダモデル演算部における前記スライダ１の模擬位置１であり、前記位置指令２は前記模擬リニアスライダモデル演算部における前記スライダ２の模擬位置２であること
を特徴とするものである。
このようになっているため、模擬制御入力により制御された模擬リニアスライダモデル演算部の安定化された模擬状態量を実制御器に反映できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第一の発明である位置決め制御装置によれば、各スライダが他方のスライダに与える影響を有効に除去することができるので、位置決め制御性能を向上させることができるという効果がある。
また、第２の発明である位置決め制御装置によれば、模擬リニアスライダモデル演算部を装置に搭載し、全模擬状態量を用いて模擬制御入力を構成することにより、模擬リニアスライダモデル演算部内の各スライダおよび機台の模擬状態量を安定化し、その模擬状態量を実制御器に用いるので制御系を安定化させ、位置決め性能を向上させることができる。さらに、模擬制御入力演算部および模擬リニアスライダモデル演算部を有することにより、制御系の設計自由度が増えるので、応答をきめ細かく設定することができるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の位置決め制御装置の構成ブロック図である。図において１は本発明である位置決め制御装置、２は制御器１、３は制御器２、４は位置指令１、５は位置指令２、５ａは非干渉補償演算部、６は非干渉補償量１、７は非干渉補償量２、８は制御入力１、９は制御入力２、１０はパワー部１、１１はパワー部２、１２はスライダ１、１３はスライダ２、１４はスライダ１を駆動するための推力、１５はスライダ２を駆動するための推力、１６は機台である。
スライダ１に対する位置指令１が制御器１に、スライダ２に対する位置指令２が制御器２に入力され、各制御器からは各パワー部へ推力指令が出力される。各パワー部は、入力した指令に基づいて推力を発生させ、スライダを駆動する。
二つの可動子を搭載する機台が、地上とバネ要素で接合されている場合、そのダイナミクスを表すブロック線図は図５のようになる。図５において、３１はスライダ１に入力される推力f1、３２はスライダ２に入力される推力f2、３３はスライダ１の推力を入力として位置を出力とする伝達関数、３４はスライダ２の推力を入力として位置を出力とする伝達関数、３５は機台の推力を入力として位置を出力とする伝達関数、３６は地上と機台間に存在するバネ要素を表す変位／力変換定数、３７は機台変位を入力として力を出力する粘性摩擦伝達関数、３８は地上からみたスライダ１の絶対位置χT1、３９は地上からみたスライダ２の絶対位置χT2、４０は機台からみたスライダ１の相対位置χt1、４１は機台からみたスライダ２の相対位置χt2、４２は地上からみた機台の絶対位置χBである。ここで、ブロック線図を変形していくと、図６のブロック図を得る。図６において、５１はスライダ１の位置伝達関数、５２はスライダ２の位置伝達関数、５３はスライダ間の干渉力伝達関数、他の符号は図５と同じものである。このように、スライダ間の干渉力は数学モデルで記述できるので、何らかの方法でその干渉力を写像する（例えば、ファジィルールの使用やニューラルネットワークの適用など）ことにより、前もって、干渉力を除去する非干渉補償量を決定することができる。
例えば、干渉力伝達関数は
【００１４】
【数１】
2005078479.tif 000003
【００１５】
と変形できるので、一次フィルタ2個と微分器2個を用いることで干渉力を表現でき、よって請求項３のように非干渉補償量演算部を一次フィルタ2個、微分器2個で構成することができる。
図２は各スライダの位置を検出する場合の構成図を示したものである。図２において、１７は位置検出器１、１８は位置検出器２、１９は位置検出値１、２０は位置検出値２である。図２に示すように、各スライダの位置検出器１および位置検出器２を用いて位置検出値１および位置検出値２を検出し、各検出値を制御器１および制御器２へフィードバックして制御系をフィードバック制御構成とする請求項２に示す位置決め制御装置を用いることで、位置決め制御性能をさらに向上させることができる。
【実施例２】
【００１６】
図３は第２実施例の構成を示す図である。図３において、２ａは実制御器１、３ａは実制御器２、８ａは実制御入力１、９ａは実制御入力２、２１は模擬制御入力演算部、２２は模擬リニアスライダモデル演算部、２３は模擬制御入力１、２４は模擬制御入力２、２５は模擬状態量、他の符号は、図１および図２と同じである。
模擬リニアスライダ演算部２２では、スライダ１およびスライダ２に加わる推力と、スライダ１およびスライダ２および機台の状態量との関係を写像する（例えばファジィルールの使用、ニューラルネットワークの適用など）ような構造とする。例えば、請求項５の発明のように、図５に示す数学モデルのような少なくとも6個の積分器を用いて模擬リニアスライダモデル演算部を構成してもよい。そこから得た模擬状態量を用いて、模擬制御入力演算部は模擬制御入力１および模擬制御入力２を演算する。模擬制御入力演算部では、実制御対象では検出できない状態量を模擬して使用できるので、単に実制御対象の状態のみを用いて制御するよりも安定した制御系を実現することができる。この模擬制御入力演算部の模擬制御入力と、模擬制御入力によって安定化された状態量を実制御器１および実制御器２に出力し、実制御器１および実制御器２はそれらの情報とスライダ１およびスライダ２の位置検出値を用いて実制御入力を決定する。模擬リニアスライダモデル演算部の、制御入力に対する模擬状態量への写像が、実制御対象のものを非常に精度よく反映していれば、本発明はスライダ１およびスライダ２の位置決め性能を大幅に向上できる。
請求項６のように、模擬リニアスライダモデル演算部は、スライダおよび機台の位置、速度、加速度、推力を出力すれば、各実制御器はリニアスライダの挙動をくまなく反映できるので、制御性能を向上させることができる。
また請求項７のように、位置指令そのものを模擬リニアスライダモデル演算部出力の模擬位置を用いることで、安定化された指令を導入でき、制御性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施例を示す位置決め制御装置の構成図
【図２】本発明の請求項２の位置決め制御装置の構成図
【図３】第２実施例を示す位置決め制御装置の構成図
【図４】従来の位置決め方法を示すブロック図
【図５】位置決め制御装置の制御対象の動作を説明するブロック図１
【図６】位置決め制御装置の制御対象の動作を説明するブロック図２
【符号の説明】
【００１８】
１  位置決め制御装置
２  制御器１
２ａ  実制御器１
３  制御器２
３ａ  実制御器２
４  位置指令１
５  位置指令２
５ａ  非干渉補償演算部
６  非干渉補償量１
７  非干渉補償量２
８  制御入力１
８ａ  実制御入力１
９  制御入力２
９ａ  実制御入力２
１０  パワー部１
１１  パワー部２
１２  スライダ１
１３  スライダ２
１４  スライダ１を駆動するための推力
１５  スライダ２を駆動するための推力
１６  機台
１７  位置検出器１
１８  位置検出器２
１９  位置検出値１
２０  位置検出値２
２１  模擬制御入力演算部
２２  模擬リニアスライダモデル演算部
２３  模擬制御入力１
２４  模擬制御入力２
２５  模擬状態量
３１  スライダ１に入力される推力f1
３２  スライダ２に入力される推力f2
３３  スライダ１の推力を入力として位置を出力とする伝達関数
３４  スライダ２の推力を入力として位置を出力とする伝達関数
３５  機台の推力を入力として位置を出力とする伝達関数
３６  地上と機台間に存在するバネ要素を表す変位／力変換定数KB
３７  機台変位を入力として力を出力する粘性摩擦伝達関数
３８  地上からみたスライダ１の絶対位置χT1
３９  地上からみたスライダ２の絶対位置χT2
４０  機台からみたスライダ１の相対位置χt1
４１  機台からみたスライダ２の相対位置χt2
４２  地上からみた機台の絶対位置χB
５１  スライダ１の位置伝達関数
５２  スライダ２の位置伝達関数
５３  スライダ間の干渉力伝達関数
１０１  電動機伝達関数
１０２  減速器及び極／直行座標変換定数
１０３  テーブル変位／力変換バネ定数
１０４  テーブル駆動伝達関数
１０５  機台駆動伝達関数
１０６  機台変位／力変換バネ定数
１０７  テーブルの地上からみた絶対変位
１０８  機台からみたテーブル変位
１０９  地上からみた機台変位
１１０  テーブルを駆動する推進力
１１１  テーブルと電動機出力との変位差
１１２  電動機変位
１１３  電動機を駆動するためのトルク（推進力）
１１４  減速器及び直行／極座標変換定数
１２１  電動機
１２６  電動機制御器
１２８  電動機位置検出信号
１３４  位置目標値信号
１３５  電動機位置補償器
１３９  従来例のモデルによる前置補償器
１４１  電動機制御器に対する位置指令
１４２  電動機モデル位置時系列データ
１４４  トルクモデル指令時系列データ
１５１  前置補償器内制御器
【図１】
2005078479.tif 000004
【図２】
2005078479.tif 000005
【図３】
2005078479.tif 000006
【図４】
2005078479.tif 000007
【図５】
2005078479.tif 000008
【図６】
2005078479.tif 000009