JP3267314B2 - 位置決め制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は転がり案内機構を用いた
位置決め制御方法に関し、特にナノメートル単位の精度
が要求される半導体製造装置、超精密加工装置、超精密
計測装置等に用いられる位置決め制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、転がり案内機構を用いた位置決め
制御方法は、転がり案内部の微細な変形を考慮していな
いので、本発明者が特開平３−７３００７「超精密位置
決め装置」により、転がり案内機構の変位が、数十ｎｍ
以下で線形のばね特性を示す領域Ｉと、４００ｎｍ以上
１００μｍ以下のヒステリシスを持つ非線形のばね特性
を示す領域IIと、１００μｍ以上で飽和摩擦力を超えた
駆動力によって移動される通常の転がり特性を示す領域
III に分離されることを開示し、高精度の位置決め制御
方法は領域III における粗動位置決め制御と、領域Ｉ、
IIにおける微動位置決め制御に分けて別々に制御するこ
とを提案した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の位置決
め制御方法は、転がりを含む粗動位置決めが行なわれる
領域IIIから、転がりを伴なわないばね特性のみによる
１００μｍ以下の変位を行なう領域Ｉに位置決め対象物
が載置されているテーブルを静止させるまでに時間がか
かり、また領域Ｉにテーブルを留めるためには外力が数
１０グラム以下である必要があり、大きな外力が加わる
系には位置決め状態を保持できず、さらに、あらかじめ
ばね定数を調べなければならないという欠点がある。

【０００４】本発明の目的は、領域IIIから領域Ｉにテ
ーブルを静止させる時間を短縮し、かつ、大きな外力が
加わる系に対しても領域Ｉにおける位置決めが保持で
き、ばね定数を推定できる位置決め制御方法を提供する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の位置決め制御方
法は、粗動位置決めにより目標位置を超えた位置に転が
り案内台を停止した後、微動位置決めに移行し、前記テ
ーブルを少なくとも２回段階的に目標位置に向けて微移
動させ、その後の微動位置決めの段階的微移動毎に、各
前記２回の微移動時の駆動力と、その時の位置のデータ
から前記テーブルのばね定数を設定し、駆動力の補正を
行う。

【０００６】上記の制御は、次に述べるステップによ
る。 （１）位置決め開始点ｘ₀ から最終目標位置ｘ_r をわず
かに超えた第１の位置ｘ₁ へ駆動力ｆ₀ を加えて前記テ
ーブルを移動する粗動位置決め制御を行なう第１のステ
ップと、 （２）前記テーブルを第１の位置ｘ₁ から、第１の位置
ｘ₁ と最終目標位置ｘ_rとの中間にある第２の位置ｘ₂
へ、粗動位置決め時の駆動力ｆ₀ から微小力Δｆを差し
引いた駆動力ｆ₁ ＝ｆ₀ −Δｆで移動させる領域II内第
１の微動位置決め制御を行ない、また、このときの位置
ｘがｘ≧ｘ₂ になった瞬間の駆動力ｆ₂ を測定する第２
のステップと、 （３）前記テーブルを第２の位置ｘ₂ から、第２の位置
ｘ₂ と最終目標位置ｘ_rとの中間にある第３の位置ｘ₃
へ、駆動力ｆ₁ で移動させる第２の微動位置決め制御を
行ない、また、このときの位置ｘがｘ≧ｘ₃ になった瞬
間の駆動力ｆ₃ を測定する第３のステップと、 （４）前記テーブルを第３の位置ｘ₃ から、第３の位置
ｘ₃ と最終目標位置ｘ_rとの中間にある第４の位置ｘ₄
へ、 Ｋ_S4＝（ｆ₂ −ｆ₃ ）／（ｘ₂ −ｘ₃ ） を線形化ばね定数とし、ｘ₄ ＜ｘ＜ｘ₃ とするときの駆
動力 ｆ＝ｆ₁ ＋Ｋ_S4＊（ｘ₄ −ｘ） で移動させる第３の微動位置決め制御を行ない、このと
きの位置ｘがｘ≧ｘ₄になった瞬間の駆動力ｆ₄ を測定
する第４のステップと、 （５）さらに、前記テーブルを第ｎ−１の位置ｘ_n-1 か
ら、位置ｘ_n-1 と最終目標位置ｘ_r との中間の位置第ｎ
の位置ｘ_n へ、 Ｋ_Sn＝（ｆ_n-2 −ｆ_n-1 ）／（ｘ_n-2 −ｘ_n-1 ） を線形化ばね定数とし、ｘ_n ＜ｘ＜ｘ_n-1 かつｆ_M を１
移動サンプル周期前の駆動力とするときの駆動力 ｆ＝ｆ_M ＋Ｋ_Sn＊（ｘ_n −ｘ） で移動させる第ｎの微動位置決めを行ない、また、この
ときの位置ｘがｘ≧ｘ_n になった瞬間の駆動力ｆ_n を測
定する第ｎのステップを経て順次、最終目標位置ｘ_r へ
近よせる。

【０００７】また、前記ｎステップを経て最終目標位置
ｘ_r に近よせる位置決め方法において、線形化ばね定数
が Ｋ_Sn＝（ｆ₃ −ｆ₂ ）／（ｘ₂ −ｘ₃ ） と固定してもよく、また、第４と第５のステップの駆動
力ｆが、ｖを転がり案内部のテーブルの速度、Ｋ_V を速
度フィードバックのゲインとしたときの ｆ＝ｆ_M ＋Ｋ_Sn＊（ｘ_r −ｘ）−Ｋ_V ＊ｖ であってもよい。

【０００８】また、粗動位置決め後に、目標位置付近の
領域IIの微動位置決めによる微小変位の往復移動に切替
え、漸次ばね特性による領域Ｉの微動位置決めに移行す
る高精度位置決めを行なうこともでき、さらに、その微
小変位の往復移動時の駆動力と変位の振動からばね定数
を求め、該ばね定数に最適な駆動力を加えて微小変位を
行なわせても良い。

【０００９】また、微小変位の領域IIに入った後、２段
階の駆動力を使用し、第１段階の駆動力によって発生し
た変位に対し、第２段階の駆動力を加えることにより目
標位置に静止させる制御も可能である。

【００１０】

【作用】粗動位置決めで目標位置をわずかに超えて一旦
停止し、そこから目標位置へ向ってテーブルを段階的に
微動位置決めしていく制御は、まず、転がりの変位が力
に比例する領域IIの特性となるので、領域III 内で位置
決めの繰り返へしを行なうよりも時間を短縮でき、か
つ、領域Ｉ内より力の範囲が桁違いに大きいので、大き
な外力が加わる系においても位置決めを保持でき、その
後、領域Ｉ内の微動位置決めを行なうことができる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１２】図１は本発明の位置決め制御方法の第１の
実施例が実行される装置の要部のブロック図、図２はそ
の位置決め制御方法のフローチャート、図３は転がり摩
擦力の特性を示す図、図４は転がり案内機構の粗動位置
決めの駆動力と摩擦力の関係を示す説明図、図５は、図
１の位置決め制御における摩擦力と変位の関係を示す
図、図６は、微動位置決めの駆動力と変位の関係を示す
図である。

【００１３】この装置の位置決め制御関連の要部は、指
令発生器１と、位置制御コントローラ２と、力制御コン
トローラ３と、スイッチ４と、パワーアンプ５と、モー
タ固定部６と、モータ可動部７と、可動テーブル８と、
位置検出器９を有している。指令発生器１は、可動テー
ブル８の位置指令を発する。位置制御コントローラ２は
粗動位置決めの制御を行なう。力制御コントローラ３は
微動位置決めの制御を行なう。スイッチ４は粗動位置決
めと微動位置決めの切替えを行なう。パワーアンプ５は
位置制御コントローラ２と力制御コントローラ３からの
制御電流を増幅してモータ固定部６の動作電流として出
力する。モータ固定部６はリニアモータの固定のフィー
ルドコイルであり、モータ可動部７はモータ固定部６の
電流の変化によって移動する。可動テーブル８は位置決
め対象物が載置されるテーブルである。位置検出器９
は、可動テーブル９の位置を検出しその検出結果を位置
制御コントローラ２と力制御コントローラ３へ連続的に
出力する。

【００１４】転がり案内機構における転がり摩擦力は、
通常図３に示すような特性であると考えられており、図
１に示す可動テーブルの動的モデルは図４に示すように
単純な質量系に近似される。ここで、ｘは位置を、ｆは
駆動力を、Ｆは摩擦力を、Ｆｓは飽和摩擦力を、Ｍはテ
ーブルの質量を表わし、さらにｖを速度、ｒを目標位
置、Ｋ_P ，Ｋ_V を係数とするとき、 ｆ＝Ｋ_P ＊（ｒ−ｘ）−Ｋ_V ＊ｖ （１） となり、位置ｘと速度ｖをフィードバックすることで安
定な位置制御を行なうことができる。ここで速度ｖは速
度検出器で直接計測するか、あるいは、位置信号から演
算することができる。

【００１５】しかし、転がり案内の性質を精密に調べる
と、特開平３−７３００７に詳しく述べているように、
微細な変位領域で、変位が駆動力に依存する性質がある
ことが分かっている（例えば、論文、小泉他：転がり摩
擦の研究−転がり出し変位の挙動−、「潤滑」、２７巻
９号、６９０／６９６（１９８２））。このような性質
を単純化して示したのが図５で、駆動力および外力がな
い状態で平衡した位置を原点とし、変位と摩擦力との関
係を示している。初め、摩擦力Ｆは変位に関して単調に
増加し、定常摩擦力Ｆｓで飽和する。飽和した状態でｘ
₁ まで移動した後、領域IIにおいて逆方向へ戻すと、初
めに生じた弾性変形が解放されて、図５のように、ヒス
テリシスを生じ、摩擦力は減少する。摩擦力が変位に依
存する領域Ｉでは、変位と摩擦力とは定位的であり、入
力が変位でも、駆動力（＝摩擦力）でも同じ特性が得ら
れる。本発明は、摩擦力がゼロの近傍ではなく、飽和摩
擦力Ｆｓからその半分程度の、かなり大きな摩擦力の近
傍で位置決めを行う制御方法を与えるものである。

【００１６】つぎに、本実施例の制御方法について図２
のフローチャートを参照して説明する。

【００１７】スイッチ４は、位置決め制御の開始時には
位置制御コントローラを選択し、終了時点で、力制御コ
ントローラに切り替わるようになっている。

【００１８】以下の説明で用いる記号は次の通りの意味
である。

【００１９】ｘ₀ ：位置決めの開始位置 ｘ₀ ，ｘ₁ ，ｘ₂ ，ｘ₃ ：位置 ｘ_r ：位置決め目標位置 ｆ：駆動力 ｆ₀ ，ｆ₁ ，ｆ₂ ，ｆ₃ ：各位置ｘ₀，ｘ₁，ｘ₂，ｘ₃に
おける駆動力 Ｋ_S ：線形化ばね定数 Ｔ_S ：制御のサンプル周期 開始点ｘ₀ からｘ₁ へ通常の位置決め制御を行う。この
ときモータ駆動力は（１）式のように発生する（ステッ
プ５１）。ただし、 ｘ₁ ＝ｘ₀ ＋δ₁ （２） とする。δ₁ はある微小な変位である。

【００２０】ステップ５１の位置決めが終ったら（本制
御では位置決めの判定は従来と比べてはるかにゆるやか
で良い）、位置ｘ₁ からｘ₂ まで、制御サンプル周期ご
とに、次のように駆動力を制御する。

【００２１】現在位置ｘについて、 ｘ₂ ＜ｘ＜ｘ₁ （３） を判定する（ステップ５２）。この条件が成立すると
き、 ｆ₁＝ｆ₀ −Δｆ （４） とする（ステップ５３）。ただし、ｆ_Mは１サンプル周
期前の駆動力であり、Δｆはある微小な力である。

【００２２】駆動力が減ぜられると、図５に示した特性
に従い、位置ｘは戻り、減少していく。

【００２３】条件（３）が成立しなくなった瞬間の位置
ｘ＝ｘ₂ の駆動力をｆ₂ とし、次のステップに移行する
（ステップ５２）。

【００２４】現在位置ｘについて、 ｘ₃ ＜ｘ＜ｘ₂ （５） を判定する（ステップ５４）。ただし、 ｘ₂ ＝ｘ₁ −δ₂ （６） でδ₂ は微小な変位である。

【００２５】この条件が成立するとき、（４）式で表さ
れるように駆動力を減ずる（ステップ５５）。条件
（５）が成立しなくなった位置ｘ＝ｘ₂ になった瞬間の
駆動力をｆ₃ とし、次のステップに移行する（ステップ
５４）。

【００２６】これまでのデータを用いて、近似的な線形
化バネ定数Ｋ_S4を Ｋ_S4 ＝（ｆ₂ −ｆ₃ ）／（ｘ₂ −ｘ₃ ） （７） で算定する（ステップ５６）。

【００２７】各サンプル周期で、駆動力ｆを ｆ＝ｆ_M ＋Ｋ_Sn ＊（ｘ₁ −ｘ） （８） とする（ステップ５７）。このステップを繰り返すこと
で、最終的に目標位置ｘ _r に位置決めされる。

【００２８】なお、上記のようにＫ_Sn を固定せず、前
回および前前回のデータ、ｆ_n-1 、ｆ_n-2 、ｘ_n-1 、ｘ
_n-2 を使用してＫ_Sn を求めてもよい。

【００２９】位置決め制御の安定性を高めるため、速度
フィードバックを付加することが有効な場合もある。こ
のときは、 ｆ＝ｆ_M ＋Ｋ_Sn ＊（ｘ_r −ｘ）−Ｋ_V ＊ｖ （９） とする。ただし、Ｋ_V は速度フィードバックのゲインで
ある。

【００３０】図７は本発明の位置決め制御方法の第２の
実施例が実行される装置の位置決め制御関連の要部のブ
ロック図、図８（ａ）は位置決め制御における駆動力と
摩擦力と変位の関係を示す図、図８（ｂ）は微動位置決
め部分の拡大図、図９は粗動位置決めの動作から微動位
置決めの動作へ切り替えときのテーブルの動きを示す
図、図１０は転がり案内の領域IIにおける力に対する変
位の特性を示す図、図１１は転がり案内の領域Ｉにおけ
る力に対する変位の特性を示す図、図１２（ａ），
（ｂ）はそれぞれ転がり案内の領域III とＩにおける力
と摩擦力の関係のモデルを示す図である。

【００３１】この装置における位置決め制御関連の要部
は、指令発生器２１、粗動制御装置２２、微動制御装置
２３、正弦波発生装置２４、スイッチＳＷ₁ 、ホールド
回路２６、スイッチＳＷ₂ 、割算器２６、加算器２７、
パワーアンプ２８、モータ２９、位置検出器３０を有す
る。指令発生器２１は粗動位置指令ｒ_c と微動位置指令
ｒ_f を発する。粗動制御装置２２は粗動位置指令ｒ_c に
基き位置検出器３０の検出情報によりテーブルの粗動制
御を行ない制御電流Ｔ_rcを出力する。微動制御装置２３
は微動位置指令ｒ_f に基き位置検出器３０の検出情報に
よりテーブルの微動制御を行なう。正弦波発生器２４は
正弦波信号Ｔ_rsを出力する。スイッチＳＷ₁ はホールド
信号Ｓ_hのＯＮ／ＯＦＦを行なう。スイッチＳＷ₂ は正
弦波信号Ｔ_rsの加算器２７への接続と、微動制御装置２
３の出力Ｔ_rfの加算器２７への接続を行なう。割算器２
６は駆動力の振幅と変位の振幅から微小変位時のばね定
数Ｋ＝ｆ_bk_t ／ｘ_b の算出を行なう。加算器２７は粗動
位置決め後、その力指令に正弦波を重畳し、その後微動
制御への切替を行なう。パワーアンプ２８は制御電流の
モータ２９への増幅を行なう。モータ２９はＡＣリニア
モータで、パワーアンプ２８からの駆動電流で駆動さ
れ、位置決め対象物が載置されたテーブルを非接触で転
がり案内する。位置検出器３０はセンサで、テーブルの
位置情報を連続的に出力する。

【００３２】転がり案内機構のテーブルの動特性は、そ
の変位によって、図７（ａ），（ｂ）のモデルで示され
る特性になる。

【００３３】次に、第２の実施例の位置決め制御方法に
ついて説明する。 （１）スイッチＳＷ₁ をｏｆｆ、スイッチＳＷ₂ をｏｆ
ｆ接点ａに接続、粗動位置指令ｒ_c ＝ｘ₁ として、出発
位置ｘ₀ から位置ｘ₁ へ通常の位置決め、すなわち図８
（ａ）に示すモデルの位置制御である粗動制御を行な
う。このときの変位は、ｘ₂ を粗動位置決め目標位置と
し、微小変位をｄｘとするとｘ₁ ＝ｘ₂ ＋ｄｘとなる。 （２）次に、粗動位置指令ｒ_c ＝ｘ₂ として位置ｘ₁ か
ら位置ｘ₂ への粗動位置決めを行なう。 （３）位置ｘ₂ への粗動位置決めができたら、スイッチ
ＳＷ₁をｏｎとし、ホールド信号Ｓ_hをホールド回路２５
へ接続する。ホールド回路２５によりテーブルが目標位
置ｘ₂ の極めて近い位置での変位を維持される。すなわ
ち位置ｘ₁ を経由した２段変位が行なわれて位置ｘ₂ に
停止したことにより、テーブルの特性が図８（ｂ）に示
す弾性特性になり、力指令に変位が比例するので力指令
の維持により変位が維持されることになる。 （４）次に、スイッチＳＷ₂ を接点ｂに接続（正弦波接
続）すると、力指令に正弦波Ｔ_rs＝Ａsinωtを重畳し、
これによりテーブルは位置ｘ₂ 付近で微小な往復運動を
行なう。 （５）この往復運動に伴ない、割算器２６が往復運動の
駆動力の振幅ｆ_bと変位の振幅ｘ_b から次式で表わされ
る微小変位時のばね定数Ｋを同定する。

【００３４】Ｋ＝ｆ_b ｋ_t ／ｘ_b （６）図８（ｂ）モデルの位置制御に適用可能な微動制
御の制御パラメータを前項（５）で求めたばね定数Ｋに
合わせて設定する。 （７）次に、スイッチＳＷ₂ を接点Ｃに接続することに
より制御を微動制御に切り替え、高精度の制御を行な
う。

【００３５】図１３は（ａ），（ｂ）本発明の位置決め
制御方法の第３の実施例の微動制御段階におけるばね系
の駆動力に対応する変位と、その位相面を示す図、図１
４（ａ），（ｂ）は図１３の制御方法で減衰のある場合
の図、図１５（ａ），（ｂ）は第３の実施例のポジキャ
スト制御による変位と、その位相面を示す図、図１６
（ａ），（ｂ）は２Ｎのステップ入力に対する応答の測
定置でそれぞれテーブルの時間的変位と速度の変化を示
す図と位相の変化を示す図、図１７（ａ），（ｂ），
（ｃ）はそれぞれ第３の実施例のポジキャスト制御によ
り１ｍｍの位置決めを行うときの具体例で、力指令波
形、テーブルの時間的変化、位相面上の変化を示す図で
ある。

【００３６】本実施例は第１の実施例と同様の構成であ
るが、特に２段階のステップ状波形となる駆動力を用い
るものである。

【００３７】次に本実施例の制御方法を説明する。

【００３８】粗動制御によってテーブルを領域IIの範囲
に停止した後、ステップ入力として第１段の力ｆ_S を加
えると、テーブルの変位が、ばね定数ｋ、固有振動数ω
とするばね系の応答として、力ｆ_s に対し、 安定点ｘ_s ＝ｆ_s ／ｋ…（１０） を中心に図１３（ａ）に示すような振動をする。また、
位相面上では図１３（ｂ）に示すようにｘ_s を中心とす
る半径ｘ_s の円を時計方向に回転する軌道となる。ここ
で最大行き過ぎ点Ｐ（２ｘ_s ，０）に達した瞬間に入力
をｆ_s から、第２段階の力として２ｆ_s に切り替える
と、軌道はＰを中心とする円に切り替わることになる
が、半径ゼロの円となるため、軌道はこの点で静止す
る。したがって、ｘ＝ｕ₀ なる位置決めを行なう場合、
まず、 ｆ₁ ＝ｕ₀ ／（２ｋ） …（１１） なる第１段階の力（ステップ入力）を加えるステップ指
令を与え、最大行き過ぎ点に達した時刻 ｔ＝ｔ_p ＝π／ω …（１２） に第２段階の力（ステップ入力） ｆ₂ ＝ｋ・ｕ₀ …（１３） に切り替えることにより残留振動のない位置決めが可能
となる。

【００３９】次に、図１４に示す応答に減衰ζがある場
合は、行き過ぎ点ｘ_p が

【００４０】

【数１】 となるのでｘ＝ｕ₀ なる位置決めを行なう場合、まず

【００４１】

【数２】 なるステップ指令を与え、最大行き過ぎ点に達した時間

【００４２】

【数３】 で第２段階の力 ｆ₂ ＝ｋ・ｕ₀ …（１７） に切り替えることにより、所望の位置決めが実現でき
る。図１５（ａ），（ｂ）に、それぞれポジキャスト制
御による応答と位相面上での軌道を示している。

【００４３】また、実際の位置決めにおいては、指令値
は、系のステップ応答を測定し、ばね定数ｋ、変位のピ
ーク値ｘ_p、最終値ｘ_s 、行き過ぎ時間ｔ_p を求め、（１
５）、（１７）式および

【００４４】

【数４】 の関係より実験的に決定する。例えば２Ｎのステップ入
力に対する応答を測定した結果を図１６に示す。この結
果から、 ｋ＝１．８Ｎ／μｍ ｘ_s ＝１．２μｍ ｘ_p ＝１．８μｍ ｔ_p ＝８．８ｍｓ となる。

【００４５】ポジキャスト制御により、変位１μｍの位
置決めを行うための指令値を求めると、 ｆ₂ ＝ｋ・１μｍ ＝１．８Ｎ ｆ₁ ＝ｆ₂ ・ｘ_s ／ｘ_p ＝１．２Ｎ となる。このステップ指令を与えたときの系の応答を測
定した結果を図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。こ
れによると、残留振動が殆どなく、所要時間は１０ｍｓ
以下の高速な位置決めが実現されていることがわかる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、粗動制御
を転がり案内機構の非線型ばね特性の領域IIにおいて停
止し、その後、微動制御段階でばね制御を経過したステ
ップ毎に計算して更新しつつ位置決めを段階的に進め、
また、粗動制御を目標位置近くで停止してホールドし、
微小制御において正弦波を重畳し、その周期毎にばね定
数を計算して駆動力を更新しつつ位置決めを進め、ある
いは、微動制御においてステップ入力に対するテーブル
応答振動数を測定してばね定数を算出し、該振動の位相
面上の最大行き過ぎ点への時間を測定してこの時間に位
相軌道の半径０の円となる駆動力を加えて微動を停止さ
せることにより、所要時間の短縮と、大きな外力が加わ
る系においても高精密位置決めが可能になるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置決め制御方法の第１の実施例が実
行される装置の要部のブロック図である。

【図２】図１において行なわれる位置決め制御方法のフ
ローチャートである。

【図３】転がり摩擦力の特性を示す図である。

【図４】転がり案内機構の粗動位置決めの駆動力と摩擦
力の関係を示す説明図である。

【図５】図１の位置決め制御における摩擦力と変位の関
係を示す図である。

【図６】微動位置決めの駆動力と変位の関係を示す図で
ある。

【図７】本発明の位置決め制御方法の第２の実施例が実
行される装置の制御関連の要部のブロック図である。

【図８】（ａ）は位置決め制御における駆動力と摩擦力
と変位の関係を示す図、（ｂ）は微動位置決め部分の拡
大図である。

【図９】粗動位置決めの動作から微動位置決め動作へ切
り替えのときのテーブルの動きを示す図である。

【図１０】転がり案内の領域IIにおける力に対する変位
の特性を示す図である。

【図１１】転がり案内の領域Ｉにおける力に対する変位
の特性を示す図である。

【図１２】（ａ），（ｂ）はそれぞれ転がり案内の領域
III とＩにおける力と摩擦力の関係のモデルを示す図で
ある。

【図１３】（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の位置決め
制御方法の第３の実施例の微動制御段階におけるばね系
の駆動力に対応する変位と位相面を示す図である。

【図１４】（ａ），（ｂ）図１３の制御で減衰のある場
合の図である。

【図１５】（ａ），（ｂ）はそれぞれ第３の実施例のポ
ジキャスト制御による変位と位相面を示す図である。

【図１６】（ａ），（ｂ）は２Ｎのステップ入力に対す
る応答の測定値でそれぞれテーブルの時間的変位と速度
の変化を示す図である。

【図１７】（ａ），（ｂ），（ｃ）は第３の実施例のポ
ジキャスト制御により変位１ｍｍの位置決めを行うとき
の具体例で力指令波形、テーブルの時間変化、位相面上
の変化を示す図である。

【符号の説明】

１ 指令発生器 ２ 位置制御コントローラ ３ 力制御コントローラ ４ スイッチ ５ パワーアンプ ６ モータ固定部 ７ モータ可動部 ８ 可動テーブル ９ 位置検出器 ２１ 指令発生器 ２２ 粗動制御装置 ２３ 微動制御装置 ２４ 正弦波発生器 ２５ ホールド回路 ２６ 割算器 ２７ 加算器 ２８ パワーアンプ ２９ モータ ３０ 位置検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−73007（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−239609（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−15534（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 3/00 - 3/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータで駆動される転がり案内機構を用
   い、位置決めの対象物が載置されたテーブルを、飽和摩
   擦に抗しての転がりを伴なう移動が行なわれる領域III
   の粗動位置決めと、前記テーブルが摩擦力に抗して加え
   られた力に依存する変位をする領域IIの微動位置決め
   と、前記テーブルの変位がばね特性による線形の駆動力
   に比例する領域Ｉの微動位置決めとを併用する位置決め
   制御方法において、 粗動位置決めにより目標をわずかに超えた位置にテーブ
   ルを停止させた後、領域IIおよび領域Ｉの微動位置決め
   に移行し、前記テーブルを少なくとも２回段階的に目標
   位置に向けて微動させ、 その後、前２回の微動時の駆動力と、その時の位置のデ
   ータから前記テーブルのばね定数を設定し、該ばね定数
   に基いて、加えるべき駆動力を補正する位置決め制御方
   法であって、その手順が、 （１）位置決め開始点ｘ ₀ から最終目標位置ｘ _r をわず
   かに超えた第１の位置ｘ ₁ へ駆動力ｆ ₀ を加えて前記テ
   ーブルを移動する粗動位置決め制御を行なう第１のステ
   ップと、 （２）前記テーブルを第１の位置ｘ ₁ から、第１の位置
   ｘ ₁ と最終目標位置ｘ _r との中間にある第２の位置ｘ ₂
   へ、粗動位置決め時の駆動力ｆ ₀ から微小力Δｆを
   差し引いた駆動力ｆ ₁ ＝ｆ ₀ −Δｆ
   で移動させる領域II内の第１の微動位置決め制御を行な
   い、また、このときの位置ｘ≧ｘ ₂ になった瞬間の駆動
   力ｆ ₂ を測定する第２のステップと、 （３）前記テーブルを第２の位置ｘ ₂ から、第２の位置
   ｘ ₂ と最終目標位置ｘ _r との中間にある第３の位置ｘ ₃
   へ、駆動力ｆ ₁ で移動させる第２の微動位置決め制御を
   行ない、また、このときの第３の位置ｘがｘ≧ｘ ₃ にな
   った瞬間の駆動力ｆ ₃ を測定する第３のステップと、 （４）前記テーブルを第３の位置ｘ ₃ から、第３の位置
   ｘがｘ ₃ と最終目標位置ｘ _r との中間にある第４の位置
   ｘ ₄ へ、 Ｋ _S4 ＝（ｆ ₂ −ｆ ₃ ）／（ｘ ₂ −ｘ ₃ ） を線形化ばね定数とし、ｘ ₄ ＜ｘ＜ｘ ₃ とする区間を駆
   動力 ｆ＝ｆ ₁ ＋Ｋ _S4 ＊（ｘ ₄ −ｘ）で移動させる第３の微動
   位置決め制御を行ない、このときの位置ｘがｘ≧ｘ ₄ に
   なった瞬間の駆動力ｆ ₄ を測定する第４のステップと、 （５）さらに、前記テーブルを第ｎ−１の位置ｘ _n-1 か
   ら、位置ｘ _n-1 と最終目標位置ｘ _r との中間の位置第ｎ
   の位置ｘ _n へ、 Ｋ _Sn ＝（ｆ _n-2 −ｆ _n-1 ）／（ｘ _n-2 −ｘ _n-1 ） を線形化ばね定数とし、ｘ _n ＜ｘ＜ｘ _n-1 、かつｆ _M を
   １移動サンプル周期前の駆動力とするときの駆動力 ｆ＝ｆ _M ＋Ｋ _Sn ＊（ｘ _n −ｘ） で移動させる第ｎの微動位置決めを行ない、また、この
   ときの位置ｘがｘ≧ｘ _n になった瞬間の駆動力ｆ _n を測
   定する第ｎのステップを経て順次、最終目標位置ｘ _r へ
   近よせることを特徴とする位置決め制御方法。
2. 【請求項２】 線形化ばね定数Ｋ_Snが、 Ｋ_Sn＝（ｆ₂ −ｆ₃ ）／（ｘ₂ −ｘ₃ ） である請求項１記載の位置決め制御方法。
3. 【請求項３】 第４と第５のステップの駆動力が、ｖを
   転がり案内部のテーブルの速度、Ｋ_V を速度フィードバ
   ックのゲインとしたときの駆動力 ｆ＝ｆ_M ＋Ｋ_Sn＊（ｘ_r −ｘ）−Ｋ_v ＊ｖ である請求項１または２に記載の位置決め制御方法。