(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルを搭載する機台と、前記テーブルを駆動する電動機と、前記電動機または前記テーブルの変位を検出する位置検出器とを有した機械装置に対して、前記電動機に電動機駆動信号を出力して前記テーブルを目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、
電動機伝達関数、テーブル駆動伝達関数、機台駆動伝達関数を有してトルク指令を入力して機台から見たテーブル変位を出力する機台振動モデルと、位置指令およびモデル電動機変位を入力して前記トルク指令を出力する電動機制御器モデルと、で構成する前置補償器と、
前記トルク指令に応じたトルクモデル指令時系列データ、前記機台から見たテーブル変位、前記モデル電動機変位に応じた電動機モデル位置時系列データ、前記電動機変位、機台振動抑制補償値を入力して前記電動機駆動信号を出力する電動機制御器と、を備え、
前記機台振動モデルが、前記トルク指令から前記機台振動抑制補償値を減算して前記電動機伝達関数を乗算して前記モデル電動機変位を算出し、前記モデル電動機変位に減速機及び極／直行座標変換定数を乗算して前記機台から見たテーブル変位を減算すると共にテーブル変位／力変換バネ定数を乗算してテーブル推進力を算出し、前記テーブル推進力に減速機及び直行／極座標変換定数を乗算して前記機台振動抑制補償値を算出し、
更に、前記テーブル推進力に前記テーブル駆動伝達関数を乗算して地上から見たテーブルの絶対変位を算出し、地上から見た機台変位に機台変位／力変換バネ定数を乗算して前記テーブル推進力を減算すると共に前記機台駆動伝達関数を乗算して前記地上から見た機台変位を算出し、
また更に、前記地上から見たテーブルの絶対変位から前記地上から見た機台変位を減算して前記機台から見たテーブル変位を算出するものである、ことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
所定方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルを搭載する機台と、前記テーブルを駆動する電動機と、前記電動機または前記テーブルの変位を検出する位置検出器とを有した機械装置に対して、前記電動機に電動機駆動信号を出力して前記テーブルを目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、
電動機伝達関数、テーブル駆動伝達関数、機台駆動伝達関数を有してトルク指令を入力して機台から見たテーブル変位を出力する機台振動モデルと、位置指令および前記機台から見たテーブル変位を入力して電動機位置指令モデル時系列データを出力するテーブル位置補償器モデルと、前記電動機位置指令モデル時系列データおよびモデル電動機変位を入力して前記トルク指令を出力する電動機制御器モデルと、で構成する前置補償器と、
前記機台から見たテーブル変位、前記電動機位置指令モデル時系列データ、前記テーブル変位を入力して電動機位置指令時系列データを出力するテーブル位置補償器と、
前記電動機位置指令時系列データ、前記トルク指令に応じたトルクモデル指令時系列データ、前記モデル電動機変位に応じた電動機モデル位置時系列データ、前記電動機変位、機台振動抑制補償値を入力して前記電動機駆動信号を出力する電動機位置補償器と、を備え、
前記機台振動モデルが、前記トルク指令から前記機台振動抑制補償値を減算して前記電動機伝達関数を乗算して前記モデル電動機変位を算出し、前記モデル電動機変位に減速機及び極／直行座標変換定数を乗算して前記機台から見たテーブル変位を減算すると共にテーブル変位／力変換バネ定数を乗算してテーブル推進力を算出し、前記テーブル推進力に減速機及び直行／極座標変換定数を乗算して前記機台振動抑制補償値を算出し、
更に、前記テーブル推進力に前記テーブル駆動伝達関数を乗算して地上から見たテーブルの絶対変位を算出し、地上から見た機台変位に機台変位／力変換バネ定数を乗算して前記テーブル推進力を減算すると共に前記機台駆動伝達関数を乗算して前記地上から見た機台変位を算出し、
また更に、前記地上から見たテーブルの絶対変位から前記地上から見た機台変位を減算して前記機台から見たテーブル変位を算出するものである、ことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項３】
所定方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルを搭載する機台と、前記テーブルを駆動する電動機と、前記電動機または前記テーブルの変位を検出する位置検出器とを有した機械装置に対して、前記電動機に電動機駆動信号を出力して前記テーブルを目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、
電動機伝達関数、テーブル駆動伝達関数、機台駆動伝達関数を有してトルク指令を入力して機台から見たテーブル変位を出力する機台振動モデルで構成する機台振動用状態推定器と、
位置指令、前記電動機変位、地上から見た機台変位を入力して前記電動機駆動信号を出力すると共に、前記電動機駆動信号を前記トルク指令として出力する電動機制御器と、を備え、
前記機台振動モデルが、前記トルク指令から機台振動抑制補償値を減算して前記電動機伝達関数を乗算してモデル電動機変位を算出し、前記モデル電動機変位に減速機及び極／直行座標変換定数を乗算して前記機台から見たテーブル変位を減算すると共にテーブル変位／力変換バネ定数を乗算してテーブル推進力を算出し、前記テーブル推進力に減速機及び直行／極座標変換定数を乗算して前記機台振動抑制補償値を算出し、
更に、前記テーブル推進力に前記テーブル駆動伝達関数を乗算して地上から見たテーブルの絶対変位を算出し、前記地上から見た機台変位に機台変位／力変換バネ定数を乗算して前記テーブル推進力を減算すると共に前記機台駆動伝達関数を乗算して前記地上から見た機台変位を算出し、
また更に、前記地上から見たテーブルの絶対変位から前記地上から見た機台変位を減算して前記機台から見たテーブル変位を算出するものである、ことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項４】
所定方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルを搭載する機台と、前記テーブルを駆動する電動機と、前記電動機または前記テーブルの変位を検出する位置検出器とを有した機械装置に対して、前記電動機に電動機駆動信号を出力して前記テーブルを目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、
電動機伝達関数、テーブル駆動伝達関数、機台駆動伝達関数を有してトルク指令を入力して機台から見たテーブル変位を出力する機台振動モデルで構成される機台振動用状態推定器と、
位置指令、前記電動機変位、前記テーブル変位、地上から見た機台変位を入力して前記電動機駆動信号を出力すると共に、前記電動機駆動信号を前記トルク指令として出力する電動機制御器と、を備え、
前記機台振動モデルが、前記トルク指令から機台振動抑制補償値を減算して前記電動機伝達関数を乗算してモデル電動機変位を算出し、前記モデル電動機変位に減速機及び極／直行座標変換定数を乗算して前記機台から見たテーブル変位を減算すると共にテーブル変位／力変換バネ定数を乗算してテーブル推進力を算出し、前記テーブル推進力に減速機及び直行／極座標変換定数を乗算して前記機台振動抑制補償値を算出し、
更に、前記テーブル推進力に前記テーブル駆動伝達関数を乗算して地上から見たテーブルの絶対変位を算出し、前記地上から見た機台変位に機台変位／力変換バネ定数を乗算して前記テーブル推進力を減算すると共に前記機台駆動伝達関数を乗算して前記地上から見た機台変位を算出し、
また更に、前記地上から見たテーブルの絶対変位から前記地上から見た機台変位を減算して前記機台から見たテーブル変位を算出するものである、ことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項５】
所定方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルを搭載する機台と、前記テーブルを駆動する電動機と、前記電動機または前記テーブルの変位を検出する位置検出器とを有した機械装置に対して、前記電動機に電動機駆動信号を出力して前記テーブルを目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、
電動機伝達関数、テーブル駆動伝達関数、機台駆動伝達関数を有してトルク指令を入力して機台から見たテーブル変位を出力する機台振動モデルと、位置指令、モデル電動機変位、前記機台から見たテーブル変位、地上から見た機台変位を入力して前記トルク指令を出力する制御器と、で構成する前置補償器と、
前記トルク指令に応じたトルクモデル指令時系列データ、前記機台から見たテーブル変位、前記モデル電動機変位に応じた電動機モデル位置時系列データ、前記電動機変位を入力して前記電動機駆動信号を出力する電動機制御器と、を備え、
前記機台振動モデルが、前記トルク指令から機台振動抑制補償値を減算して前記電動機伝達関数を乗算して前記モデル電動機変位を算出し、前記モデル電動機変位に減速機及び極／直行座標変換定数を乗算して前記機台から見たテーブル変位を減算すると共にテーブル変位／力変換バネ定数を乗算してテーブル推進力を算出し、前記テーブル推進力に減速機及び直行／極座標変換定数を乗算して前記機台振動抑制補償値を算出し、
更に、前記テーブル推進力に前記テーブル駆動伝達関数を乗算して地上から見たテーブルの絶対変位を算出し、前記地上から見た機台変位に機台変位／力変換バネ定数を乗算して前記テーブル推進力を減算すると共に前記機台駆動伝達関数を乗算して前記地上から見た機台変位を算出し、
また更に、前記地上から見たテーブルの絶対変位から前記地上から見た機台変位を減算して前記機台から見たテーブル変位を算出するものである、ことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項６】
所定方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルを搭載する機台と、前記テーブルを駆動する電動機と、前記電動機または前記テーブルの変位を検出する位置検出器とを有した機械装置に対して、前記電動機に電動機駆動信号を出力して前記テーブルを目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、
電動機伝達関数、テーブル駆動伝達関数、機台駆動伝達関数を有してトルク指令を入力して機台から見たテーブル変位を出力する機台振動モデルと、位置指令、モデル電動機変位、前記機台から見たテーブル変位、地上から見た機台変位を入力して前記トルク指令を出力する制御器と、で構成される前置補償器と、
前記機台から見たテーブル変位、前記テーブル変位を入力して電動機位置指令時系列データを出力するテーブル位置補償器と、
前記電動機位置指令時系列データ、前記トルク指令に応じたトルクモデル指令時系列データ、前記モデル電動機変位に応じた電動機モデル位置時系列データ、前記電動機変位を入力して前記電動機駆動信号を出力する電動機位置補償器と、を備え、
前記機台振動モデルが、前記トルク指令から前記機台振動抑制補償値を減算して前記電動機伝達関数を乗算して前記モデル電動機変位を算出し、前記モデル電動機変位に減速機及び極／直行座標変換定数を乗算して前記機台から見たテーブル変位を減算すると共にテーブル変位／力変換バネ定数を乗算してテーブル推進力を算出し、前記テーブル推進力に減速機及び直行／極座標変換定数を乗算して前記機台振動抑制補償値を算出し、
更に、前記テーブル推進力に前記テーブル駆動伝達関数を乗算して前記テーブルの地上から見た絶対変位を算出し、地上から見た機台変位に機台変位／力変換バネ定数を乗算して前記テーブル推進力を減算すると共に前記機台駆動伝達関数を乗算して前記地上から見た機台変位を算出し、
また更に、前記テーブルの地上から見た絶対変位から前記地上から見た機台変位を減算して前記機台から見たテーブル変位を算出するものである、ことを特徴とする位置決め制御装置。

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路基板の組立工程、マシニングセンタなどの工作機械で使用されるテーブルの位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
位置決め制御方法の従来例を、図６に基づいて説明する。図６は一軸方向のみの位置決め制御構成例を表している。図６において、２１は電動機、２２は電動機位置検出器、２３はワーク、２４はテーブル、２５は機台（定盤）、２６は電動機制御器、２７は電動機駆動信号、２８は電動機位置検出信号、２９はテーブル位置検出信号、３０は減速器、３１はボールネジ、３２はボールネジの一端を支えるナット、３３は除振パッド、３４は位置目標値信号である。
図６において、３４の位置目標値信号が電動機制御器２６に与えられ、電動機制御器２６では、電動機位置検出信号２８およびテーブル位置検出信号２９、を用いて加工されるワーク２３を搭載したテーブル２４の位置を位置目標値と一致させるように制御するものである。
図７に、電動機制御器２６内の制御構成例をブロック線図で示す。図７において、３６はテーブル位置補償器、３５は電動機位置補償器である。テーブル位置補償器３６では、テーブル位置検出信号２９とテーブル位置目標値とを評価し、電動機位置補償器３５に対する出力値を決定する。電動機位置補償器３５では、電動機位置検出信号２８とテーブル位置補償器３６の出力とを評価し、電動機２１に対する駆動信号を出力する。従来電動機制御器の中には、電動機位置検出信号２８のみを用いて、電動機位置決めをする事により、テーブル位置決めを行うものも多くある。上述例では、テーブル駆動機構としてボールネジを例に取ったが、近年はリニアモータを駆動手段に用いる装置例も多くなってきている。この場合には、一般にテーブル位置検出信号までを用いて電動機制御器を構成している場合が多い。以上により、テーブル位置を目標値に一致させる事により、テーブルに固定されたワークを所望の目標位置に一致させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、歩留まり向上のためのテーブル移動時間短縮のために、テーブル移動速度が急峻になり、テーブルを駆動させる推進力が大きくなってきている。そのため、推進力が発生する際に、テーブルから機台に対する反力も大きくなり、機台が揺れるという機台振動現象が発生している。テーブルの駆動手段にリニアモータを用いている場合は、この現象が特に顕著である。一般に、この機台振動はテーブルと機台とで変位・位相が異なるため、テーブル駆動動作は終了していても機台振動が残ることにより、テーブル位置が変動し、テーブルが駆動を始めてから停止するまでの時間の短縮を図れないという問題があった。
また、機台変位を計測しようとすると、設備全体が大きくなり且つコストもかかるため、特に既存設備に対して設備改善により機台振動を抑制しようとする方式は、現実性に乏しいという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、新たに設備改善をすることなく、機台振動を良好に抑制して、位置決め性能を向上させ製品歩留まりを改善できる位置決め制御装置を提供する。
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１ に記載の発明は、所定方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルを搭載する機台と、前記テーブルを駆動する電動機と、前記電動機または前記テーブルの変位を検出する位置検出器とを有した機械装置に対して、前記電動機に電動機駆動信号を出力して前記テーブルを目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、電動機伝達関数、テーブル駆動伝達関数、機台駆動伝達関数を有してトルク指令を入力して機台から見たテーブル変位を出力する機台振動モデルと、位置指令およびモデル電動機変位を入力して前記トルク指令を出力する電動機制御器モデルと、で構成する前置補償器と、前記トルク指令に応じたトルクモデル指令時系列データ、前記機台から見たテーブル変位、前記モデル電動機変位に応じた電動機モデル位置時系列データ、前記電動機変位、機台振動抑制補償値を入力して前記電動機駆動信号を出力する電動機制御器と、を備え、前記機台振動モデルが、前記トルク指令から前記機台振動抑制補償値を減算して前記電動機伝達関数を乗算して前記モデル電動機変位を算出し、前記モデル電動機変位に減速機及び極／直行座標変換定数を乗算して前記機台から見たテーブル変位を減算すると共にテーブル変位／力変換バネ定数を乗算してテーブル推進力を算出し、前記テーブル推進力に減速機及び直行／極座標変換定数を乗算して前記機台振動抑制補償値を算出し、更に、前記テーブル推進力に前記テーブル駆動伝達関数を乗算して地上から見たテーブルの絶対変位を算出し、地上から見た機台変位に機台変位／力変換バネ定数を乗算して前記テーブル推進力を減算すると共に前記機台駆動伝達関数を乗算して前記地上から見た機台変位を算出し、また更に、前記地上から見たテーブルの絶対変位から前記地上から見た機台変位を減算して前記機台から見たテーブル変位を算出するものである、ことを特徴とするものである。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、所定方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルを搭載する機台と、前記テーブルを駆動する電動機と、前記電動機または前記テーブルの変位を検出する位置検出器とを有した機械装置に対して、前記電動機に電動機駆動信号を出力して前記テーブルを目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、電動機伝達関数、テーブル駆動伝達関数、機台駆動伝達関数を有してトルク指令を入力して機台から見たテーブル変位を出力する機台振動モデルと、位置指令および前記機台から見たテーブル変位を入力して電動機位置指令モデル時系列データを出力するテーブル位置補償器モデルと、前記電動機位置指令モデル時系列データおよびモデル電動機変位を入力して前記トルク指令を出力する電動機制御器モデルと、で構成する前置補償器と、前記機台から見たテーブル変位、前記電動機位置指令モデル時系列データ、前記テーブル変位を入力して電動機位置指令時系列データを出力するテーブル位置補償器と、前記電動機位置指令時系列データ、前記トルク指令に応じたトルクモデル指令時系列データ、前記モデル電動機変位に応じた電動機モデル位置時系列データ、前記電動機変位、機台振動抑制補償値を入力して前記電動機駆動信号を出力する電動機位置補償器と、を備え、前記機台振動モデルが、前記トルク指令から前記機台振動抑制補償値を減算して前記電動機伝達関数を乗算して前記モデル電動機変位を算出し、前記モデル電動機変位に減速機及び極／直行座標変換定数を乗算して前記機台から見たテーブル変位を減算すると共にテーブル変位／力変換バネ定数を乗算してテーブル推進力を算出し、前記テーブル推進力に減速機及び直行／極座標変換定数を乗算して前記機台振動抑制補償値を算出し、更に、前記テーブル推進力に前記テーブル駆動伝達関数を乗算して地上から見たテーブルの絶対変位を算出し、地上から見た機台変位に機台変位／力変換バネ定数を乗算して前記テーブル推進力を減算すると共に前記機台駆動伝達関数を乗算して前記地上から見た機台変位を算出し、また更に、前記地上から見たテーブルの絶対変位から前記地上から見た機台変位を減算して前記機台から見たテーブル変位を算出するものである、ことを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、所定方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルを搭載する機台と、前記テーブルを駆動する電動機と、前記電動機または前記テーブルの変位を検出する位置検出器とを有した機械装置に対して、前記電動機に電動機駆動信号を出力して前記テーブルを目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、電動機伝達関数、テーブル駆動伝達関数、機台駆動伝達関数を有してトルク指令を入力して機台から見たテーブル変位を出力する機台振動モデルで構成する機台振動用状態推定器と、位置指令、前記電動機変位、地上から見た機台変位を入力して前記電動機駆動信号を出力すると共に、前記電動機駆動信号を前記トルク指令として出力する電動機制御器と、を備え、前記機台振動モデルが、前記トルク指令から機台振動抑制補償値を減算して前記電動機伝達関数を乗算してモデル電動機変位を算出し、前記モデル電動機変位に減速機及び極／直行座標変換定数を乗算して前記機台から見たテーブル変位を減算すると共にテーブル変位／力変換バネ定数を乗算してテーブル推進力を算出し、前記テーブル推進力に減速機及び直行／極座標変換定数を乗算して前記機台振動抑制補償値を算出し、更に、前記テーブル推進力に前記テーブル駆動伝達関数を乗算して地上から見たテーブルの絶対変位を算出し、前記地上から見た機台変位に機台変位／力変換バネ定数を乗算して前記テーブル推進力を減算すると共に前記機台駆動伝達関数を乗算して前記地上から見た機台変位を算出し、また更に、前記地上から見たテーブルの絶対変位から前記地上から見た機台変位を減算して前記機台から見たテーブル変位を算出するものである、ことを特徴とするものである。
【０００７】
また、請求項４に記載の発明は、所定方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルを搭載する機台と、前記テーブルを駆動する電動機と、前記電動機または前記テーブルの変位を検出する位置検出器とを有した機械装置に対して、前記電動機に電動機駆動信号を出力して前記テーブルを目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、電動機伝達関数、テーブル駆動伝達関数、機台駆動伝達関数を有してトルク指令を入力して機台から見たテーブル変位を出力する機台振動モデルで構成される機台振動用状態推定器と、位置指令、前記電動機変位、前記テーブル変位、地上から見た機台変位を入力して前記電動機駆動信号を出力すると共に、前記電動機駆動信号を前記トルク指令として出力する電動機制御器と、を備え、前記機台振動モデルが、前記トルク指令から機台振動抑制補償値を減算して前記電動機伝達関数を乗算してモデル電動機変位を算出し、前記モデル電動機変位に減速機及び極／直行座標変換定数を乗算して前記機台から見たテーブル変位を減算すると共にテーブル変位／力変換バネ定数を乗算してテーブル推進力を算出し、前記テーブル推進力に減速機及び直行／極座標変換定数を乗算して前記機台振動抑制補償値を算出し、更に、前記テーブル推進力に前記テーブル駆動伝達関数を乗算して地上から見たテーブルの絶対変位を算出し、前記地上から見た機台変位に機台変位／力変換バネ定数を乗算して前記テーブル推進力を減算すると共に前記機台駆動伝達関数を乗算して前記地上から見た機台変位を算出し、また更に、前記地上から見たテーブルの絶対変位から前記地上から見た機台変位を減算して前記機台から見たテーブル変位を算出するものである、ことを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、所定方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルを搭載する機台と、前記テーブルを駆動する電動機と、前記電動機または前記テーブルの変位を検出する位置検出器とを有した機械装置に対して、前記電動機に電動機駆動信号を出力して前記テーブルを目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、電動機伝達関数、テーブル駆動伝達関数、機台駆動伝達関数を有してトルク指令を入力して機台から見たテーブル変位を出力する機台振動モデルと、位置指令、モデル電動機変位、前記機台から見たテーブル変位、地上から見た機台変位を入力して前記トルク指令を出力する制御器と、で構成する前置補償器と、前記トルク指令に応じたトルクモデル指令時系列データ、前記機台から見たテーブル変位、前記モデル電動機変位に応じた電動機モデル位置時系列データ、前記電動機変位を入力して前記電動機駆動信号を出力する電動機制御器と、を備え、前記機台振動モデルが、前記トルク指令から機台振動抑制補償値を減算して前記電動機伝達関数を乗算して前記モデル電動機変位を算出し、前記モデル電動機変位に減速機及び極／直行座標変換定数を乗算して前記機台から見たテーブル変位を減算すると共にテーブル変位／力変換バネ定数を乗算してテーブル推進力を算出し、前記テーブル推進力に減速機及び直行／極座標変換定数を乗算して前記機台振動抑制補償値を算出し、更に、前記テーブル推進力に前記テーブル駆動伝達関数を乗算して地上から見たテーブルの絶対変位を算出し、前記地上から見た機台変位に機台変位／力変換バネ定数を乗算して前記テーブル推進力を減算すると共に前記機台駆動伝達関数を乗算して前記地上から見た機台変位を算出し、また更に、前記地上から見たテーブルの絶対変位から前記地上から見た機台変位を減算して前記機台から見たテーブル変位を算出するものである、ことを特徴とするものである。

【０００８】
また、請求項６に記載の発明は、所定方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルを搭載する機台と、前記テーブルを駆動する電動機と、前記電動機または前記テーブルの変位を検出する位置検出器とを有した機械装置に対して、前記電動機に電動機駆動信号を出力して前記テーブルを目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、電動機伝達関数、テーブル駆動伝達関数、機台駆動伝達関数を有してトルク指令を入力して機台から見たテーブル変位を出力する機台振動モデルと、位置指令、モデル電動機変位、前記機台から見たテーブル変位、地上から見た機台変位を入力して前記トルク指令を出力する制御器と、で構成される前置補償器と、前記機台から見たテーブル変位、前記テーブル変位を入力して電動機位置指令時系列データを出力するテーブル位置補償器と、前記電動機位置指令時系列データ、前記トルク指令に応じたトルクモデル指令時系列データ、前記モデル電動機変位に応じた電動機モデル位置時系列データ、前記電動機変位を入力して前記電動機駆動信号を出力する電動機位置補償器と、を備え、前記機台振動モデルが、前記トルク指令から前記機台振動抑制補償値を減算して前記電動機伝達関数を乗算して前記モデル電動機変位を算出し、前記モデル電動機変位に減速機及び極／直行座標変換定数を乗算して前記機台から見たテーブル変位を減算すると共にテーブル変位／力変換バネ定数を乗算してテーブル推進力を算出し、前記テーブル推進力に減速機及び直行／極座標変換定数を乗算して前記機台振動抑制補償値を算出し、更に、前記テーブル推進力に前記テーブル駆動伝達関数を乗算して前記テーブルの地上から見た絶対変位を算出し、地上から見た機台変位に機台変位／力変換バネ定数を乗算して前記テーブル推進力を減算すると共に前記機台駆動伝達関数を乗算して前記地上から見た機台変位を算出し、また更に、前記テーブルの地上から見た絶対変位から前記地上から見た機台変位を減算して前記機台から見たテーブル変位を算出するものである、ことを特徴とするものである。
【０００９】
以上の構成によれば、電動機制御器への位置指令入力の前に、機台振動モデルを有する前置補償器を配置し、この補償器から電動機制御器へ位置指令と機台振動抑制補償値を出力してフィードバック制御により機台振動を抑制することによって、位置決め制御性能を向上させることができる。この場合に計測手段信号として、電動機位置検出信号のみを用いる構成と、電動機位置検出信号とテーブル位置検出信号の双方を用いる構成と、どちらでも構成可能である。
あるいは、電動機制御器に対し、機台振動モデルを用いた状態推定器を構成して、機台の変位推定値をフィードバックする補償器を付加することで、機台振動を抑制して位置決め性能を向上させることができる。この場合に計測手段信号として、電動機位置検出信号のみを用いる構成と、電動機位置検出信号とテーブル位置検出信号の双方を用いる構成と、どちらでも構成可能である。
また、様々なパラメータを含む実制御対象を、遺伝的アルゴリズムをもちいたパラメータ同定を行う事によって、機台振動モデルパラメータのチューニングを自動的に且つ精度よく行うことができ、それにより機台振動を抑制して位置決め性能を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る機台振動モデルのブロック図である。
図１において、１は電動機伝達関数、２は減速器及び極／直行座標変換定数、３はテーブル変位／力変換バネ定数、４はテーブル駆動伝達関数、５は機台駆動伝達関数、６は機台変位／力変換バネ定数、７はテーブルの地上からみた絶対変位、８は機台からみたテーブル変位、９は地上からみた機台変位、１０はテーブルを駆動する推進力、１１はテーブルと電動機出力との変位差、１２は電動機変位、１３は電動機を駆動するためのトルク（推進力）、１４は減速器及び直行／極座標変換定数である。
【００１１】
先ず、電動機に、入力トルク１３と、減速器および直行／極座標変換定数１４を掛けたテーブル推進力１０を合わせたものが入力され、電動機変位１２が発生する。これに、減速器および極／直行座標変換定数２を掛けたものと機台からみたテーブル変位８との偏差１１に、テーブル変位／力変換バネ定数３が掛け合わされることにより、テーブル推進力１０が発生する。これにより、テーブルが駆動される。この推進力１０は、反力として機台５に伝わる。機台５には、テーブルの推進力１０と、地上との間に設置されているバネ要素からくる力、すなわち機台変位９に機台変位／力変換バネ定数６が掛けられた力とが合わされたものが機台に入力され、機台変位９が発生する。テーブル変位７と機台変位９との差により、機台上でのテーブル変位、つまり機台からみたテーブル変位８が発生するという構造になっている。この構造を用いて機台振動の補償器を構成できる。
実際の工作機械や半導体製造装置などの産業用機械は、この様な３質点系ではなく多質点系であるが、代表値であるモータ慣性、機台質量、テーブル質量と、計測結果から決定できるバネ定数により現象を近似的に表すことができ、必要な状態信号を推定することができる。これによって、コストの削減と処理時間の短縮というメリットが期待できる。
【００１２】
次に、本モデルを用いた制御方法を以下に示す。
図２ は図１ に示す機台振動モデルを用いた位置決め制御系の構成図である。
図２ において、位置決め制御方法が実証される制御系の構成図であり、３ ７ は前置補償器内の電動機制御器モデル、３ ９ は本発明のモデルによる前置補償器、４ １ は電動機制御器に対する位置指令、４ ２は電動機モデル位置時系列データ、４ ３ は機台振動抑制補償値、４ ４ はトルクモデル指令時系列データである。その他の図１ と同一構成には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００１３】
このような構成とする事により、具体的な機台振動補償動作の要点は、テーブル変位／力変換バネ定数３の出力であるテーブルの推進力１０により、テーブルが駆動されて、機台５にはマイナスの反力が伝わり、機台振動モデルで定義されるバネ定数、テーブル計測値より模擬推定される、機台変位９が発生する。この機台変位９とテーブル変位７の差がテーブル変位８として位置指令として出力される。このテーブル変位８→偏差１１→テーブル駆動伝達関数−機台駆動伝達関数→テーブル変位８、のループからのテーブル推進力１０に、減速器及び直行／極座標変換定数１４を掛けて、テーブル用の直進制御値からモータ用の回転制御値に変換し、機台振動の振動抑制補償値４２としてフィードバック制御器３５へ入力し、位置指令４１としてのテーブル変位８と、電動機モデル時系列データ４２、トルクモデル時系列データ４４を入力して、時系列データに基づき位置指令を補償値により補償して電動機２１を制御し、機台振動を抑制する動作となる。  このように、前置補償器３９内で事前に、バネ定数等のモデル定義によって、機台振動の挙動を模擬し、その各状態量が推定できるため、前もって従来のフィードバック制御器３５に対して補償値を入力して電動機を制御し、機台振動を抑制することができる。それによって、位置決め性能が大幅に改善される。
【００１４】
次に、本発明の第２ の実施の形態について図に基づいて説明する。
図３ は本発明の第２ の実施の形態に係る機台振動モデルを用いた位置決め制御系の構成図である。
図３ において、位置決め制御方法が実証される制御系の構成図であり、３ ８ は前置補償器内テーブル位置補償器モデル、４０ は本発明の前置補償器、４ ５ は電動機位置指令モデル時系列データである。
その他の図２ と同一構成には同一符号を付し重複する説明は省略する。
本実施の形態では、従来型の電動機制御器２ ６ にテーブル位置補償器３ ６ が存在する構成なのでこれに基づき、前置補償器４ ０ にもテーブル位置補償器モデル３ ８ を新たに配する。それにより、前置補償器４ ０ 内で事前に機台振動の挙動が模擬され、その各状態量が推定できるために、前もって従来型のフィードバック制御器３ ５ 、３ ６ に対し補償値（ ４ ２ 〜 ４ ４ 、４ １ 、４ ５ 等） を入力することができる。それによって、位置決め性能、追従性が改善される。
【００１５】
次に、本発明の第３ の実施の形態について図に基づいて説明する。
図４ は本発明の第３ の実施の形態に係る機台振動モデルを用いた位置決め制御系の構成図である。
図４ において、位置決め制御方法が実証される制御系の構成図であり、４ ６ は機台位置推定値、４ ７ は電動機に対するトルク指令、４ ８ は機台振動用状態推定器、４ ９ は機台フィードバックゲインを含んだ電動機制御器である。
その他、図１ 、２ と同一構成には同一符号を付し重複する説明は省略する。
電動機に与えられるトルク指令を機台振動状態推定器４ ８ に入力することにより、計測できない機台の状態量が推定できる。機台位置推定値をフィードバックすることにより、状態フィードバック系の理論による偏差を無くす制御により、機台振動を抑制することができる。
【００１６】
次に、本発明の第４ の実施の形態について図に基づいて説明する。
図５ は本発明の第４ の実施の形態に係る機台振動モデルを用いた位置決め制御系の構成図である。
図５ の付番号は図４ と同一であり、本実施の形態では、図４ に示した前実施の形態における機台位置推定値のフィードバックに加えて、電動機制御器２ ６ 内にテーブル位置補償器３ ６ を配して、テーブル位置検出値までフィードバックしている例であるが、この場合でも状態推定器４ ８ により機台位置を推定し、フィードバック系に挿入する事により、機台振動を抑制する事ができる。
このように、本発明によれば、テーブル及び電動機用の既存の計測器のみで、機台用の計測器は一切増設しないで、機台の状態を模擬的に推定する方法によってコストを削減し、効率の良い位置決め制御が可能になる。
【００１７】
次に、本発明の第５ の実施の形態について図に基づいて説明する。
図８ は本発明の第５ の実施の形態に係る機台振動モデルを用いた位置決め制御系の構成図である。
図８ において、位置決め制御方法が実証される制御系の構成図であり、５ １ は前置補償器内制御器である。
その他、図１ 、２ と同一構成には同一符号を付し重複する説明は省略する。
本実施の形態では、機台振動モデルを使って状態フィードバックを実現し、それにより前置補償器内制御器を実現している。これにより、前置補償器３ ９ 内で事前に、バネ定数等のモデル定義によって、機台振動の挙動を模擬しその各状態量が推定できるため、各状態量をフィードバックしゲインを掛けることにより機台振動を抑制させ且つ速やかに目標位置へ機台振動モデル内のテーブルを位置決めする制御入力を決定でき、その機台モデルを良好に制御する補償値を従来のフィードバック制御器３ ５ に対して入力して電動機を制御し、機台振動を抑制することができる。それによって、位置決め性能が大幅に改善される。
【００１８】
次に、本発明の第６ の実施の形態について図に基づいて説明する。
図９ は本発明の第６ の実施の形態に係る機台振動モデルを用いた位置決め制御系の構成図である。
図９ において、位置決め制御方法が実証される制御系の構成図であり、図３ 、８ と同一構成には同一符号を付し重複する説明は省略する。
本実施の形態では、従来型の電動機制御器２ ６ にテーブル位置補償器３ ６ が存在する構成となっているが、前置補償器内制御器は請求項６ と同じであり、従来制御器への補償値をテーブル位置補償器が存在するような形態に合せて入力させてやることにより位置決め性能を改善できる。
【００１９】
次に、本発明の第７ の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１ ０ は本発明の第７ の実施の形態に係る機台振動モデルを用いた位置決め制御系の処理フローチャートである。
図１ ０ において、位置決め制御方法が実証される処理フローチャートであり、５ ２ は図６ に示すような実機を駆動しデータを採取する第１ 処理工程、５ ３ は遺伝的アルゴリズムを用いて機台振動モデルパラメータを同定する第２ 処理工程、５ ４ は前記処理により得られたパラメータを有する機台振動モデルを用いた制御則により実機を駆動する第３ 処理工程、５ ５は５ ４ により得られた結果が仕様を満足しているかどうかを評価する第４ 処理工程である。
【００２０】
次に前記第２ 処理工程で同定されたパラメータを有する機台振動モデルを用いて、請求項１ 〜 ６ のいずれかの制御方法を用いて実機を駆動する。
次に前記第３ 処理工程で得られた制御結果が仕様を満足しているかどうかを評価し、満足されていなければ、第２ 処理工程より繰り返す。その際、第２ 処理工程では遺伝的アルゴリズムの評価値を変更する。
上記処理を繰り返すことにより、最適なパラメータに設定された機台振動モデルが自動的に決定され、よって調整時間を短縮できるだけでなく、精度よく作業を実施することができる。
【００２１】
次に前記第２処理工程で同定されたパラメータを有する機台振動モデルを用いて、請求項２〜７のいずれかの制御方法を用いて実機を駆動する。
次に前記第３処理工程で得られた制御結果が仕様を満足しているかどうかを評価し、満足されていなければ、第２処理工程より繰り返す。その際、第２処理工程では遺伝的アルゴリズムの評価値を変更する。
上記処理を繰り返すことにより、最適なパラメータに設定された機台振動モデルが自動的に決定され、よって調整時間を短縮できるだけでなく、精度よく作業を実施することができる。
【００２２】
図１１に従来手法を用いた場合の実験結果を、図１２に本発明を用いた場合の実験結果を示す。どちらも指令から実位置実績の位置偏差を示したものであり、0.08[s]で指令は目標位置に到達している。このように、0.08[s]以降の指令払い出し後、図１１では機台の振動により偏差が大きく振動しているが、図１２では本発明の適用により振動が大幅に抑制されており、制御性能が大きく改善されたことがわかる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、機台振動を考慮したモデルを定義したので、それを用いた前置補償器およびフィードバック補償器を設計して、機台振動を補償または抑制する制御構成を取ることが可能になり、テーブルが駆動を始めてから停止するまでの時間の短縮ができ、位置決め性能を向上させ製品歩留まりが改善される効果がある。
また、本発明によれば、新たに機台位置測定器などの新規設備を付加させる必要がないので、既に運用している設備にもソフトウエア変更のみで対応でき、コスト削減の方向に沿って実現性が高いという効果がある。
以上のように本発明にかかる位置決め制御方法は、電子回路基板の組立工程、半導体製造装置、マシニングセンタなどの工作機械で使用されるテーブル位置決め装置の位置決め方法として有用である。特に、テーブルの駆動手段にリニアモータを用いている場合機台振動現象が大きくなるが、本発明によれば新たに設備改善をすることなく、機台振動を良好に抑制して、位置決め性能を向上させ製品歩留まりを改善するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る機台振動モデルのブロック図である。
【図２】図１に示す機台振動モデルを用いた位置決め制御系の構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る機台振動モデルを用いた位置決め制御系の構成図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る機台振動モデルを用いた位置決め制御系の構成図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る機台振動モデルを用いた位置決め制御系の構成図である。
【図６】従来のテーブル位置決め制御の構成例を示す図である。
【図７】図６に示す電動機制御器のブロック線図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る機台振動モデルを用いた位置決め制御系の構成図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係る機台振動モデルを用いた位置決め制御系の構成図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態に係る機台振動モデルを用いた位置決め制御系の処理フローチャートである。
【図１１】従来制御手法を用いた場合の実験結果である（位置偏差）。
【図１２】本発明を用いた場合の実験結果である（位置偏差）。
【符号の説明】
１  電動機伝達関数
２  減速器及び極／直交座標変換定数
３  テーブル変位／力変換バネ定数
４  テーブル駆動伝達関数
５  機台駆動伝達関数
６  機台変位／力変換バネ定数、
７  テーブルの地上からみた絶対変位
８  機台からみたテーブル変位
９  地上からみた機台変位
１０  テーブルを駆動する推進力
１１  テーブルと電動機出力との変位差
１２  電動機変位
１３  電動機を駆動するためのトルク（推進力）
１４  減速器及び直行／極座標変換定数
２１  電動機
２２  電動機位置検出器
２３  ワーク
２４  テーブル
２５  機台（定盤）
２６  電動機制御器
２７  電動機駆動信号
２８  電動機位置検出信号
２９  テーブル位置検出信号
３０  減速器
３１  ボールネジ
３２  ボールネジの一端を支えるナット
３３  除振パッド
３４  位置目標値信号
３５  電動機位置補償器
３６  テーブル位置補償器
３７  前置補償器内の電動機制御器モデル
３８  前置補償器内テーブル位置補償器モデル
３９、４０  前置補償器
４１  電動機制御器に対する位置指令
４２  電動機モデル位置時系列データ
４３  機台振動抑制補償値
４４  トルクモデル指令時系列データ
４５  電動機位置指令モデル時系列データ
４６  機台位置推定値
４７  電動機に対するトルク指令
４８  機台振動用状態推定器
４９  機台フィードバックゲインを含んだ電動機制御器
５１  前置補償器内制御器
５２  実機を駆動しデータを採取する第１処理工程
５３  遺伝的アルゴリズムを用いて機台振動モデルパラメータを同定する第２処理工程
５４  前記処理により得られたパラメータを有する機台振動モデルを用いた制御則により実機を駆動する第３処理工程
５５  ５４により得られた結果が仕様を満足しているかどうかを評価する第４処理工程
【図１】
0004474674.tif 000002
【図２】
0004474674.tif 000003
【図３】
0004474674.tif 000004
【図４】
0004474674.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0004474674.tif 000008
【図８】
0004474674.tif 000009
【図９】
0004474674.tif 000010
【図１０】
0004474674.tif 000011
【図１１】
0004474674.tif 000012
【図１２】
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