JP2008220023A - Apparatus and method of positioning control - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波モータを用いて移動体を目標位置へ移動させる位置決め装置等に用いられる位置決め制御装置および位置決め制御方法に関する。 The present invention relates to a positioning control device and a positioning control method used in a positioning device or the like that moves a moving body to a target position using an ultrasonic motor.
Ｘ−Ｙステージ等の移動体を所定位置へ移動させて位置決めするシステムとして超音波モータを用いたものが知られている。超音波モータは移動体との間に作用する摩擦力を利用して移動体を移動させるものであるため、移動体において超音波モータと接触する部分の表面状態が、移動体の動作特性に大きな影響を与える。 A system using an ultrasonic motor is known as a system for positioning by moving a moving body such as an XY stage to a predetermined position. Since the ultrasonic motor moves the moving body using the frictional force acting between the moving body and the surface state of the moving body in contact with the ultrasonic motor, the operating characteristics of the moving body are large. Influence.
例えば、超音波モータに駆動信号（駆動電圧）を印加しても、その電圧値が一定値に上がるまでの間や共振が安定するまでの間は移動体が移動しない、所謂、不感帯が存在する。そこで、位置決め装置における移動体の始動特性を高める方法として、超音波モータの起動時に駆動周波数をスイープする方法や超音波モータの不感帯をフィードフォワード制御に取り入れる方法等が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。 For example, even if a drive signal (drive voltage) is applied to the ultrasonic motor, there is a so-called dead zone where the moving body does not move until the voltage value rises to a certain value or until the resonance is stabilized. . Thus, as a method for improving the starting characteristics of the moving body in the positioning device, a method of sweeping the drive frequency when starting the ultrasonic motor, a method of incorporating the dead zone of the ultrasonic motor into feedforward control, and the like have been proposed (for example, patents) References 1 and 2).
また、移動体を目的位置へ移動させる際には、移動時間と移動距離との関係を示した移動プロファイルを作成するとともに移動体の位置をエンコーダによって測定し、移動プロファイルの位置指示量と移動体の実際の位置データとから求められる位置偏差に基づく制御量と、位置指示量から求められる速度指示量と移動体の実際の速度データとから求められる速度偏差に基づく制御量とを用いて、超音波モータをＰＩＤフィードバック制御する制御方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。ここで、位置偏差と速度偏差の割合と各制御量を算出するための係数はそれぞれ一定であり、ＰＩＤパラメータも一定値に設定されている。 When moving the moving body to the target position, a moving profile showing the relationship between the moving time and the moving distance is created and the position of the moving body is measured by an encoder. Using the control amount based on the position deviation obtained from the actual position data of the vehicle, the speed indication amount obtained from the position indication amount, and the control amount based on the speed deviation obtained from the actual speed data of the moving object, A control method for performing PID feedback control of a sonic motor is known (see, for example, Patent Document 3). Here, the ratio of the position deviation and the speed deviation and the coefficients for calculating each control amount are constant, and the PID parameter is also set to a constant value.
しかしながら、移動体において超音波モータと接触する領域の表面状態は、その全範囲にわたって同じ（均一）であるとは限らず、超音波モータとの間の摩擦摩耗によっても刻々と変化する。また、超音波モータにおいて移動体と接触する部分にも摩擦摩耗が生じる。 However, the surface state of the area in contact with the ultrasonic motor in the moving body is not always the same (uniform) over the entire range, and changes every moment due to frictional wear with the ultrasonic motor. Further, frictional wear also occurs in the portion of the ultrasonic motor that contacts the moving body.
そのため、超音波モータの始動条件が一定の場合には、移動体のどの部分が超音波モータと接触しているかによって、移動体の始動特性に差が現れることがある。このように始動特性が一定でない場合、その後の移動体の速度・位置制御が不安定になるおそれがある。 Therefore, when the starting condition of the ultrasonic motor is constant, a difference may appear in the starting characteristics of the moving body depending on which part of the moving body is in contact with the ultrasonic motor. If the starting characteristics are not constant in this way, the speed / position control of the moving body thereafter may become unstable.
また、上述した従来のフィードフォワード制御やフィードバック制御では、ＰＩＤパラメータ等が一定であるために、移動体と超音波モータとの間の摩擦状態が変化することによって、移動プロファイルで指示された位置／速度と移動体の実際の位置／速度とのずれが大きくなって制御精度が低下し、正確な位置決めができなくなったり、位置決めまでの時間が長くなったりする等の問題が生じる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、移動体の始動特性が良好であり、また、移動体を位置偏差および速度偏差を小さく抑えて高い精度で移動させることができる位置決め制御装置および位置決め制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and has a favorable starting characteristic of a moving body, and a positioning control device capable of moving the moving body with high accuracy while suppressing a positional deviation and a speed deviation. An object is to provide a positioning control method.
本発明によれば、移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めするために、作成された移動プロファイルにしたがい、前記移動体の位置偏差に基づく制御量と速度偏差に基づく制御量とを用いて前記超音波モータをＰＩＤフィードバック制御する位置決め制御装置であって、
所定の移動プロファイルと、その移動プロファイルにしたがって移動体を移動させたときの超音波モータの制御量とを記憶し、前記移動体を目標位置へ移動させる際にそのために作成された移動プロファイルと同じ移動プロファイルが既に記憶されているときに、その移動プロファイルに対応する超音波モータの制御量を呼び出してフィードフォワード制御量として前記超音波モータに印加するフィードフォワード制御部と、を具備することを特徴とする位置決め制御装置が提供される。
According to the present invention, in order to move and position the moving body to a predetermined position by friction drive by an ultrasonic motor, based on the control amount based on the position deviation of the moving body and the speed deviation according to the created movement profile. A positioning control device that performs PID feedback control of the ultrasonic motor using a control amount;
Stores a predetermined movement profile and the control amount of the ultrasonic motor when the moving body is moved according to the movement profile, and is the same as the movement profile created for moving the moving body to the target position A feedforward control unit that, when a movement profile is already stored, calls a control amount of the ultrasonic motor corresponding to the movement profile and applies the control amount to the ultrasonic motor as a feedforward control amount. A positioning control device is provided.
なお、本発明に係る位置決め制御装置は、換言すれば、超音波モータの駆動制御装置ということができる。 In other words, the positioning control device according to the present invention can be said to be an ultrasonic motor drive control device.
ここで、フィードフォワード制御部は、所定の移動プロファイルに対応する超音波モータの制御量を呼び出してフィードフォワード制御により移動体を移動させた場合には、そのときの超音波モータの制御量を新たに記憶し、先に記憶されていた制御量を消去する構成とすることが好ましい。これにより移動体と超音波モータとの間の最新の摩擦状態が制御に利用されることになり、制御精度が高められる。 Here, when the feedforward control unit calls the control amount of the ultrasonic motor corresponding to the predetermined movement profile and moves the moving body by feedforward control, the feedforward control unit newly sets the control amount of the ultrasonic motor at that time. Preferably, the control amount stored previously is erased. Accordingly, the latest friction state between the moving body and the ultrasonic motor is used for control, and the control accuracy is improved.
また、本発明によれば、移動体を摩擦駆動する超音波モータをＰＩＤフィードバック制御して、前記移動体を所定位置へ移動させて位置決めする位置決め制御方法であって、移動体を目標位置へ移動させる指令信号にしたがって、前記移動体を前記目標位置まで移動させるための位置指示量を含む移動プロファイルを作成し、その移動プロファイルにて移動体を移動させたときの超音波モータの制御量を記憶し、これ以降にこの移動プロファイルと同じ移動プロファイルで移動体を移動させるときには、記憶された超音波モータの制御量を読み出して、これをフィードフォワード制御量として超音波モータに印加することを特徴とする位置決め制御方法が提供される。 In addition, according to the present invention, there is provided a positioning control method for performing positioning by moving a moving body to a predetermined position by performing PID feedback control on an ultrasonic motor that frictionally drives the moving body, and moving the moving body to a target position. A movement profile including a position instruction amount for moving the moving body to the target position is created in accordance with a command signal to be stored, and a control amount of the ultrasonic motor when the moving body is moved with the movement profile is stored. Then, when moving the moving body with the same movement profile as this movement profile thereafter, the stored control amount of the ultrasonic motor is read and applied to the ultrasonic motor as a feedforward control amount. A positioning control method is provided.
本発明の位置決め制御装置および位置決め制御方法では、所定の移動プロファイルで移動体を移動させたときの超音波モータの制御量がデータとして記憶され、それ以降に同じ移動プロファイルで移動体を移動させる際の制御に、先の制御に用いた制御量を用いることができるので、移動体と超音波モータとの間の摩擦状態に対応した精密な制御を行うことができる。これにより位置偏差と速度偏差を小さく抑えた精密な制御が実現されるという優れた効果を奏する。 In the positioning control device and the positioning control method of the present invention, the control amount of the ultrasonic motor when the moving body is moved with a predetermined movement profile is stored as data, and thereafter the moving body is moved with the same movement profile. Since the control amount used in the previous control can be used for this control, precise control corresponding to the friction state between the moving body and the ultrasonic motor can be performed. As a result, an excellent effect is achieved in that precise control with a small positional deviation and speed deviation is realized.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に位置決め装置１００の概略構成を示す。この位置決め装置１００は、移動体たるスライダ５０と、スライダ５０を移動させるための超音波モータ１０と、スライダ５０の移動／位置決めの制御のために超音波モータ１０の駆動制御を行う制御装置２０と、スライダ５０をＸ方向にスライド自在に保持するガイド３０ａと、スライダ５０の位置を算出するエンコーダ３０ｂと、スライダ５０の移動位置等を指令するための操作盤４０とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of the
ここでは、超音波モータ１０として、スライダ５０に当接するヘッド１１と、ヘッド１１を駆動するための圧電素子１２ａ，１２ｂと、圧電素子１２ａ，１２ｂを保持するための保持部材１３とを備えた構造のものを示している。なお、図１に示す符号１４ａはバネ等の付勢部材であり、この付勢部材１４ａは、ヘッド１１とスライダ５０との間にスライダ５０を移動させるために必要な摩擦力が生じるようにヘッド１１を一定の力でスライダ５０に押し付けている。また、図１に示す符号１４ｂもまたバネ等の付勢部材であり、２個の付勢部材１４ｂは保持部材１３のＸ方向でのぶれやずれを防止している。
Here, the
ヘッド１１は、耐摩耗性に優れるエンジニアリングセラミックス（例えば、アルミナ、窒化珪素等）からなる。圧電素子１２ａ，１２ｂには、所謂、積層型圧電アクチュエータであり、電圧の印加によって生じる伸縮方向が一定角度（例えば、３０度〜９０度）で交差するように、伸縮方向端の一方がヘッド１１に取り付けられ、伸縮方向端の他方が保持部材１３の側壁部内面に取り付けられている。保持部材１３は、例えば、エンジニアプラスチックや金属からなる。
The head 11 is made of engineering ceramics (for example, alumina, silicon nitride, etc.) having excellent wear resistance. The
超音波モータ１０の駆動は、圧電素子１２ａ，１２ｂに位相が９０度ずれた共振周波数電圧を印加することにより行われ、これによりヘッド１１に楕円運動を生じさせて、スライダ５０を摩擦駆動する。
The
ガイド３０ａはスライダ５０のＸ方向位置（座標）を測定するためのセンサ（図示せず）を備えており、そのセンサによるスライダ５０の検出信号はエンコーダ３０ｂに入力される。エンコーダ３０ｂはその検出信号をスライダ５０の位置を示すデジタル信号に変換して制御装置２０へと出力する。操作盤４０から制御装置２０へは、オペレータがスライダ５０を移動させる目標位置を入力することによりあるいは所定の作業プログラムの進行にしたがって自動的に、スライダ５０を目標位置へ移動させる移動指示値が送信される。
The
制御装置２０は、スライダ５０を目標位置へ移動させるという操作盤４０からの移動指示値に基づいて、スライダ５０を移動させるために超音波モータ１０を駆動する電圧波形（電圧値、印加時間等）を計算し、それを圧電素子１２ａ，１２ｂに印加する。
Based on the movement instruction value from the
制御装置２０は、１または複数の演算素子（プロセッサ；ＣＰＵ）と、制御プログラムが記憶された不揮発性半導体メモリー（ＲＯＭ）を備えている。制御プログラムは、後述するプロファイルジェネレータ２１，位置偏差演算部２２，速度偏差演算部２３，ＰＩＤ演算部２４，微分演算部２５ａ，２５ｂ，フィードフォワード制御部２６としてのそれぞれの機能を発現させるためのプログラムや、各種制御量の加減計算を行うプログラム等である。つまり、これらプロファイルジェネレータ２１等の各部は、制御装置２０内で行われる各種の演算処理を、その機能ごとに分類したものである。
The
制御装置２０は、スライダ５０の移動時の種々の情報を記憶するためのデータ記憶部（例えば、揮発性半導体メモリー（ＲＡＭ）やハードディスク（ＨＤ）等）を備えている。このデータ記憶部には、過去に実行された移動プロファイルと、その移動プロファイルにしたがってスライダ５０を移動させたときの制御量とが、フィードフォワード制御（以下“ＦＦ制御”という）用のデータテーブルとなって記憶されている。
The
さらに、制御装置２０は超音波モータ１０を駆動するための電源となるパワーアンプを備えている。
Further, the
図２に制御装置２０の制御ブロック図を示す。スライダ５０の移動操作を行う場合、最初に、目標位置へのスライダ５０の移動を指示する移動指示値が操作盤４０から制御装置２０へ入力される。この移動指示値に基づいて、プロファイルジェネレータ（ＰＧ）２１がスライダ５０を目標位置へ移動させるための移動プロファイルを作成する。
FIG. 2 shows a control block diagram of the
移動プロファイルは、超音波モータ１０の動作能力に基づいて、スライダ５０を目標位置へ到達させるまでに必要な時間を定め、その時間内において、一定時間ごとにスライダ５０をどの位置にまで移動させるのかを示す制御量（以下「位置指示量ｓｐ」という）を含んでいる。
The movement profile determines the time required for the
プロファイルジェネレータ２１は、位置指示量ｓｐを微分（ラプラス変換）して導かれる速度指示量ｓｖ１のプロファイルがＳ形プロファイルまたは台形プロファイルとなる移動プロファイルを作成する。この移動プロファイルの微分処理は微分処理部２５ａで行われる。
The
移動プロファイルには、エンコーダ３０ｂがスライダ５０の実位置を常に測定していることにより、超音波モータ１０のヘッド１１がスライダ５０の始動時にスライダ５０のどの位置（スライド方向の座標に相当するもの）に接触しているのかを示す始動位置情報が含まれている。
In the movement profile, since the
そこで、ＦＦ制御を行うためのＦＦ制御量を決定するフィードフォワード制御部（以下“ＦＦ制御部”という）２６にプロファイルジェネレータ２１により作成された移動プロファイルが送られ、ＦＦ制御部２６では、その移動プロファイルと同じ移動プロファイルがデータ記憶部にあるかどうかを検索する。
Therefore, the movement profile created by the
その検索の結果、データ記憶部に同じ移動プロファイルが記憶されていた場合には、その移動プロファイルに対応する制御量のデータがＦＦ制御量として読み出される。一方、データ記憶部に同じ移動プロファイルが記憶されていない場合には、ＦＦ制御量は０（ゼロ）に決定される。ＦＦ制御部２６からは、実行される移動プロファイルの進行に応じてＦＦ制御量が出力される。
As a result of the search, if the same movement profile is stored in the data storage unit, control amount data corresponding to the movement profile is read as the FF control amount. On the other hand, when the same movement profile is not stored in the data storage unit, the FF control amount is determined to be 0 (zero). The
他方、プロファイルジェネレータ２１において移動プロファイルが作成されるとともに、位置偏差に基づく制御量を定める位置偏差演算部２２で用いられる係数Ｋｐ、速度偏差に基づく制御量を定める速度偏差演算部２３で用いられる係数Ｋｖ、ＰＩＤ演算部２４で用いられるＰＩＤ制御パラメータ（Ｐ値，Ｉ値，Ｄ値）、オフセット制御量がＲＯＭから読み出される。
On the other hand, a profile is generated in the
こうして、超音波モータ１０の駆動制御が実際に開始される。
Thus, the drive control of the
超音波モータ１０の駆動が開始されると、エンコーダ３０ｂはスライダ５０の実位置を測定しているので、プロファイルジェネレータ２１で作成した位置指示量ｓｐからエンコーダ３０ｂの検出値が差し引かれ、これにより位置誤差が求められる。この地位誤差は位置偏差演算部２２に入力され、そこで、この位置誤差に位置フィードバック制御のための係数Ｋｐを掛け合わせることによって、位置偏差に基づく制御量が求められる。
When the driving of the
また、エンコーダ３０ｂの検出値は微分処理部２５ｂに入力され、そこでスライダ５０の実速度量ｓｖ２が求められる。微分処理部２５ａで得られる速度指示量ｓｖ１からこの実速度量ｓｖ２が差し引かれて、速度誤差が求められる。この速度誤差は、速度偏差演算部２３に入力され、そこで、この速度誤差に速度フィードバック制御のための係数Ｋｖを掛け合わせることによって、速度偏差による制御量が求められる。
The detection value of the
これら位置偏差に基づく制御量と速度偏差に基づく制御量とが合算されてＰＩＤ演算部Ｇ（ＰＩＤ）２４に入力され、そこで、超音波モータ１０に印加する電圧を決定する制御量が求められる。
The control amount based on the position deviation and the control amount based on the speed deviation are added together and input to the PID calculation unit G (PID) 24, where a control amount for determining the voltage to be applied to the
ＰＩＤ演算部２４により得られる制御量と、超音波モータ１０の不感帯を考慮したオフセット制御量と、ＦＦ制御部２６から移動プロファイルの進行に応じて出力されるＦＦ制御量とが合算され、こうして得られた最終制御量がアンプ（図示せず）へ入力される。そして、アンプから駆動電圧Ｖが出力され、超音波モータ１０を構成する圧電素子１２ａ，１２ｂに印加される。
The control amount obtained by the
こうしてスライダ５０を移動させ、位置決めするが、この駆動制御が行われている間、最終制御量からオフセット制御量を差し引いた制御量（以下“新たなＦＦ制御量”という）が移動プロファイルの進行に対応してデータ記憶部に記憶される。最終制御量からオフセット制御量を差し引くのは、オフセット制御量は常に超音波モータ１０の制御量に加えられるからである。
In this way, the
このスライダ５０の移動操作に係る超音波モータ１０の駆動制御が行われている間のＦＦ制御量が常に０（ゼロ）であった場合、すなわち、過去に同じ移動プロファイルでの制御が行われていない場合には、データ記憶部に記憶された新たなＦＦ制御量が、この制御以降にこれと同じ移動プロファイルで行われるスライダ５０の移動操作の際に用いられることになる。
When the FF control amount is always 0 (zero) while the drive control of the
一方、移動プロファイルの進行に対応してＦＦ制御量が、逐次、最終制御量の決定に供給される場合、すなわち、過去に同じ移動プロファイルでの制御が行われていた場合には、データ記憶部に記憶されていた過去のＦＦ制御量は消去されて新たなＦＦ制御量に書き換えられ、この制御以降にこれと同じ移動プロファイルで行われるスライダ５０の移動操作の際に用いられることになる。
On the other hand, when the FF control amount is sequentially supplied to the determination of the final control amount corresponding to the progress of the movement profile, that is, when the control with the same movement profile has been performed in the past, the data storage unit The past FF control amount stored in is erased and rewritten with a new FF control amount, and is used in the movement operation of the
例えば、シリコンウエハの検査装置等では、シリコンウエハを保持したステージを、基本的に同じ移動プロファイルで繰り返し移動させる場合が多く、このような場合には、上述の制御方法は極めて有用である。なぜなら、超音波モータとステージとの摩擦力の変化や超音波モータ自体の特性変化等がなければ、ＦＦ制御量が更新されることはなく（但し、最初のＦＦ制御量の記憶は必要）、このＦＦ制御量だけで、前回と同じ制御精度が得られるからである。 For example, in a silicon wafer inspection apparatus or the like, the stage holding the silicon wafer is often repeatedly moved with basically the same movement profile. In such a case, the above-described control method is extremely useful. This is because the FF control amount is not updated unless there is a change in the frictional force between the ultrasonic motor and the stage or a change in the characteristics of the ultrasonic motor itself (however, the first FF control amount needs to be stored) This is because the same control accuracy as the previous time can be obtained by using only this FF control amount.
しかし現実には、移動体を繰り返し移動させることによって、移動体において超音波モータと接触する領域の表面状態が変化し、また、超音波モータにおいて移動体と接触する部分の表面状態も摩耗等により変化するため、超音波モータと移動体との摩擦状態は経時的に変化する。また、超音波モータ自体の特性変化も経時劣化（エージング）等により、起こり得る。また、温度や湿度等の位置決め装置の使用環境が変わることによっても、超音波モータと移動体との摩擦状態は変化する。 However, in reality, by repeatedly moving the moving body, the surface state of the area that contacts the ultrasonic motor in the moving body changes, and the surface state of the portion that contacts the moving body in the ultrasonic motor also changes due to wear or the like. Therefore, the friction state between the ultrasonic motor and the moving body changes with time. In addition, characteristic changes of the ultrasonic motor itself may occur due to deterioration with time (aging) or the like. Further, the friction state between the ultrasonic motor and the moving body also changes when the use environment of the positioning device such as temperature and humidity changes.
それでも、ＦＦ制御量が常に更新されるために、駆動環境の変化に対応することができ、新しいＦＦ制御量を用い、さらにフィードバック制御もが行われるため、新しいＦＦ制御量を用いない制御と比較すると、位置偏差と速度偏差を小さく抑えた安定な移動体の移動、位置決めが可能となる。 Nevertheless, since the FF control amount is constantly updated, it is possible to cope with changes in the driving environment, and since a new FF control amount is used and further feedback control is performed, it is compared with control without using a new FF control amount. Then, it is possible to move and position the movable body stably while suppressing the position deviation and the speed deviation.
（比較例）
図４Ａ〜４Ｄに、図１に示した構造を有する超音波モータを用い、図２に示したブロック制御図において、ＦＦ制御部２６からＦＦ制御量が出力されないようにして（つまり、ＦＦ制御量が０（ゼロ））、リニアステージを移動させた場合の移動プロファイルと偏差を示す。
(Comparative example)
4A to 4D, the ultrasonic motor having the structure shown in FIG. 1 is used, and in the block control diagram shown in FIG. 2, the FF control amount is not output from the FF control unit 26 (that is, the FF control amount). Is 0 (zero)), and shows the movement profile and deviation when the linear stage is moved.
ここで、図４Ａは移動プロファイルによる位置の指示値とエンコーダによる位置の実測値との関係を、図４Ｂは位置偏差（位置の指示値と実測値との差）を、図４Ｃは速度の指示値と実測値との関係を、図４Ｄは速度偏差（速度の指示値と実測値との差）を、それぞれ示している。 4A shows the relationship between the position indication value based on the movement profile and the actual position value measured by the encoder, FIG. 4B shows the position deviation (difference between the position indication value and the actual measurement value), and FIG. 4C shows the speed indication. FIG. 4D shows the speed deviation (difference between the speed indication value and the actual measurement value), respectively.
リニアステージの移動プロファイルは、最大速度：２００ｍｍ／ｓｅｃ、加速度：３．０ｍ／ｓｅｃ２、加加速度：９０ｍ／ｓｅｃ３の、所謂、Ｓ型移動プロファイルで、この移動プロファイルにしたがってリニアステージを２０ｍｍ移動させた。なお、オフセット制御量は０とした。 Roaming profile of the linear stage, maximum speed: 200 mm / sec, the acceleration: 3.0 m / sec 2, jerk: of 90m / sec 3, so-called S-type mobile profile, 20 mm moves the linear stage in accordance with the movement profile I let you. The offset control amount was set to zero.
図４Ａ，図４Ｃでは、縦軸スケールの値が大きいために、指示値と実測値とが実質的に重なって見えているが、図４Ｂから最大で６μｍの位置偏差が発生しており、その後も±５μｍ程度の位置偏差が生じていることがわかる。また、図４Ｄから最大で１．５ｍｍ／ｓｅｃの速度偏差が発生し、その後も約±０．５ｍｍ／ｓｅｃの範囲で速度偏差が発生していることがわかる。 In FIG. 4A and FIG. 4C, since the value of the vertical scale is large, the indication value and the actual measurement value appear to overlap each other, but a position deviation of 6 μm at maximum occurs from FIG. 4B. It can also be seen that a positional deviation of about ± 5 μm occurs. Further, it can be seen from FIG. 4D that a maximum speed deviation of 1.5 mm / sec occurs, and thereafter, a speed deviation occurs in a range of about ± 0.5 mm / sec.
（実施例）
上記比較例実行時に、超音波モータに与えられる制御量を記憶した。オフセット制御量は０（ゼロ）であるので、記憶された制御量はそのまま新たなＦＦ制御量として用いることができる。そこでこのＦＦ制御量を用いて同じリニアステージを移動させた場合の移動プロファイルと偏差を図３Ａ〜３Ｄに示す。図３Ａは位置の指示値と実測値との関係を、図３Ｂは位置偏差を、図３Ｃは速度の指示値と実測値との関係を、図３Ｄは速度偏差をそれぞれ示している。
(Example)
The control amount given to the ultrasonic motor when the comparative example was executed was stored. Since the offset control amount is 0 (zero), the stored control amount can be used as a new FF control amount as it is. Accordingly, FIGS. 3A to 3D show movement profiles and deviations when the same linear stage is moved using this FF control amount. 3A shows the relationship between the position indication value and the actual measurement value, FIG. 3B shows the position deviation, FIG. 3C shows the relationship between the speed instruction value and the actual measurement value, and FIG. 3D shows the speed deviation.
リニアステージの移動条件は比較例の場合と同じである。図３Ａ，図３Ｃでは、縦軸スケールの値が大きいために、指示値と実測値とが実質的に重なって見えている。図３Ｂから位置偏差は最大でも２μｍに抑えられており、図３Ｄから速度偏差も最大で０．５ｍｍ／ｓｅｃ、その後も±０．２ｍｍ／ｓｅｃの範囲に抑えられていることが確認された。 The movement conditions of the linear stage are the same as in the comparative example. In FIG. 3A and FIG. 3C, since the value of the vertical scale is large, the instruction value and the actually measured value appear to overlap each other. From FIG. 3B, it was confirmed that the positional deviation was suppressed to 2 μm at the maximum, and from FIG. 3D, the speed deviation was suppressed to a maximum of 0.5 mm / sec, and thereafter also within the range of ± 0.2 mm / sec.
これら比較例と実施例との対比より、同じ移動プロファイルによる制御を行う場合に、先の制御で得られた制御量をその後の制御にＦＦ制御量として用いることにより、位置偏差と速度偏差の小さい、安定かつ高精度な制御が実現されていることが確認された。 From the comparison between the comparative example and the example, when the control using the same movement profile is performed, the control amount obtained in the previous control is used as the FF control amount in the subsequent control, so that the position deviation and the speed deviation are small. It was confirmed that stable and highly accurate control was realized.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、ＦＦ制御量を、逐次、更新する形態について説明したが、例えば、位置決め装置がクリーンルーム等の環境一定の場所で使用される場合には、超音波モータと移動体との間の摩擦状態は緩やかに変化する。そのため、例えば、同じ移動プロファイルでの制御が数十回，数百回行われたときに、ＦＦ制御量を更新する構成としてもよいし、または、数ヶ月ごとにＦＦ制御量を更新する構成としてもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such a form. For example, the mode of sequentially updating the FF control amount has been described. For example, when the positioning device is used in a constant environment such as a clean room, the friction state between the ultrasonic motor and the moving body is It changes slowly. Therefore, for example, when the control with the same movement profile is performed tens or hundreds of times, the FF control amount may be updated, or the FF control amount is updated every several months. Also good.
また、プロファイルジェネレータ２１は、位置指示量ｓｐについての移動プロファイルを作成するとともに、速度指示量ｓｖ１についての移動プロファイルをも作成する形態としてもよい。つまり、微分処理部２５ａでの演算処理がプロファイルジェネレータ２１で行われるようにしてもよい。
Further, the
さらに、移動プロファイルが始動位置情報を含んでいる場合について説明したが、移動プロファイルは始動位置情報を含んでいないが、エンコーダ３０ｂが検出した移動体の位置情報が始動位置情報としてＦＦ制御部２６へ送られることにより、ＦＦ制御部２６がＦＦ制御量を読み出すことができるようになっていてもよい。
Furthermore, although the case where the movement profile includes the start position information has been described, the movement profile does not include the start position information, but the position information of the moving body detected by the
プロファイルジェネレータ２１，位置偏差演算部２２，速度偏差演算部２３，ＰＩＤ演算部２４，微分演算部２５ａ，２５ｂ，ＦＦ制御部２６は、演算素子がプログラムを実行することによって実現される機能部であるとして説明したが、これらはそれぞれが演算素子，記憶装置等を備えたマイクロコンピュータであって、相互に情報交換がなされる構成であってもよい。
The
超音波モータは、図１に示される構造のものに限定されるものはなく、スライダ等の移動体との接触部が楕円軌道を描くように運動することで移動体を所定方向へ移動させる超音波モータであれば、その構造は問わない。また、本発明は、円盤等の回転体の駆動に超音波モータを用いた位置決め装置にも適用することができる。 The ultrasonic motor is not limited to the structure shown in FIG. 1, and an ultrasonic motor that moves the moving body in a predetermined direction by moving the contact portion with the moving body such as a slider in an elliptical orbit. If it is a sonic motor, the structure will not ask | require. The present invention can also be applied to a positioning device that uses an ultrasonic motor to drive a rotating body such as a disk.
１０…超音波モータ、１１…ヘッド、１２ａ・１２ｂ…圧電素子、１３…保持部材、１４ａ・１４ｂ…付勢部材、２０…制御装置、２１…プロファイルジェネレータ（ＰＧ）、２２…位置偏差演算部、２３…速度偏差演算部、２４…ＰＩＤ演算部、２５ａ・２５ｂ…微分処理部、２６…フィードフォワード制御部（ＦＦ制御部）、３０ａ…ガイド、３０ｂ…エンコーダ、４０…操作盤、５０…スライダ、１００…位置決め装置。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
所定の移動プロファイルと、その移動プロファイルにしたがって移動体を移動させたときの超音波モータの制御量とを記憶し、前記移動体を目標位置へ移動させる際にそのために作成された移動プロファイルと同じ移動プロファイルが既に記憶されているときに、その移動プロファイルに対応する超音波モータの制御量を呼び出してフィードフォワード制御量として前記超音波モータに印加するフィードフォワード制御部と、を具備することを特徴とする位置決め制御装置。 In order to move and position a moving body to a predetermined position by friction drive by an ultrasonic motor, a control amount based on a position deviation of the moving body and a control amount based on a speed deviation are used according to the created movement profile. A positioning control device for performing PID feedback control on the ultrasonic motor,
Stores a predetermined movement profile and the control amount of the ultrasonic motor when the moving body is moved according to the movement profile, and is the same as the movement profile created for moving the moving body to the target position A feedforward control unit that, when a movement profile is already stored, calls a control amount of the ultrasonic motor corresponding to the movement profile and applies the control amount to the ultrasonic motor as a feedforward control amount. Positioning control device.
移動体を目標位置へ移動させる指令信号にしたがって、前記移動体を前記目標位置まで移動させるための位置指示量を含む移動プロファイルを作成し、
その移動プロファイルにて移動体を移動させたときの超音波モータの制御量を記憶し、
これ以降にこの移動プロファイルと同じ移動プロファイルで移動体を移動させるときには、記憶された超音波モータの制御量を読み出して、これをフィードフォワード制御量として超音波モータに印加することを特徴とする位置決め制御方法。 A positioning control method for positioning an ultrasonic motor that frictionally drives a moving body by performing PID feedback control and moving the moving body to a predetermined position,
In accordance with a command signal for moving the moving body to the target position, a movement profile including a position instruction amount for moving the moving body to the target position is created.
Store the control amount of the ultrasonic motor when moving the moving body with the movement profile,
Thereafter, when the moving body is moved with the same movement profile as this movement profile, the stored control amount of the ultrasonic motor is read and applied to the ultrasonic motor as a feedforward control amount. Control method.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011176967A (en) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Taiheiyo Cement Corp | Positioning device and positioning method |
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-
2007
- 2007-03-02 JP JP2007052677A patent/JP2008220023A/en active Pending
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