JP4078799B2

JP4078799B2 - ２次元位置決め装置

Info

Publication number: JP4078799B2
Application number: JP2000342761A
Authority: JP
Inventors: 茂橋田; 哲司田村; 敏博石田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: JP2002153085A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ干渉計等の光計測部を備えＸＹ方向に移動可能なスライダ部を有する２次元位置決め装置に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の２次元位置決め装置におけるステージを示す平面図である。ステージ１はプラテン部１０を有しており、このプラテン部１０には、Ｘ、Ｙ方向のそれぞれに、モータコアの歯部ピッチに対応する間隔でプラテン溝１０ａ（図中のＸＹ方向に延在する黒の直線で示す）が形成されている。プラテン部１０における図の右方には、Ｘ方向に移動するスライダ部をその異常走行時に停止させるためのＸ軸ストッパ１１が配設され、プラテン部１０における図の下方には、Ｙ方向に移動するスライダ部をその異常走行時に停止させるためのＹ軸ストッパ１２が配設されている。
【０００３】
また、Ｘ軸ストッパ１１に隣接して、レーザ干渉計３０のレーザ光を反射するＸ軸平面ミラー１３が配設され、Ｙ軸ストッパ１２に隣接して、レーザ干渉計３０のレーザ光を反射するＹ軸平面ミラー１４が配設されている。Ｘ軸平面ミラー１３及びＹ軸平面ミラー１４は、プラテン部１０の溝に対して平行又は直角になるように取り付けられている。
【０００４】
Ｘ軸ストッパ１１の近傍にはＯＴＸセンサ１５が配設され、このＯＴＸセンサ１５は、スライダ部４０（図４参照）がＸ軸平面ミラー１３に接近するとオンするように構成される。また、Ｙ軸平面ミラー１４の近傍にはＯＴＹセンサ１６が配設され、このＯＴＹセンサ１６は、スライダ部４０がＹ軸平面ミラー１４に接近するとオンするように構成される。これらＯＴＸセンサ１５及びＯＴＹセンサ１６は、原点復帰時に使用される。
【０００５】
Ｘ軸平面ミラー１３におけるＸ軸ストッパ１１の一端部に対応する位置には、ＯＴＹセンサ１６のセンサ光を反射する反射板１８が、また、Ｙ軸平面ミラー１４におけるＹ軸ストッパ１２の一端部に対応する位置には、ＯＴＸセンサ１５のセンサ光を反射する反射板１７がそれぞれ配設されている。ＯＴＸセンサ１５及びＯＴＹセンサ１６はそれぞれ、スライダ部４０がセンサ光を遮ったときに信号がオンとなる。
【０００６】
図４は、プラテン部１０上をＸＹ方向に移動するスライダ部４０を示す模式図である。スライダ部４０は、プラテン部１０と対向する側に設けられたモータ部２０と、モータ部２０上に搭載されたレーザ干渉計３０とを備えている。
【０００７】
図５は、モータ部２０の構成を示す模式図である。モータ部２０は、プラテン部１０との対向面に、Ｘ１モータコア２１、Ｘ２モータコア２５、Ｙ１モータコア２３、及びＹ２モータコア２４の計４個を、モータ部２０の中心に関して点対称の位置となるように備えている。Ｘ１モータコア２１及びＸ２モータコア２５はそれぞれ、Ｘ方向（図５の上下方向）に相互に所定の間隔をあけて延在する歯部を有する。また、Ｙ１モータコア２３及びＹ２モータコア２４はそれぞれ、Ｙ方向（図５の左右方向）に相互に所定の間隔をあけて延在する歯部を有する。図中の各モータコア２１、２３、２４、２５における白い部分がモータの歯部先を示し、灰色の部分が谷部を示している。
【０００８】
図６は、３軸レーザ干渉計３０の構造を示す模式図である。レーザ干渉計３０は、３つのレーザ干渉計３１〜３３を有している。Ｙ軸レーザ干渉計３３に対して、Ｘ１軸レーザ干渉計３１とＸ２軸レーザ干渉計３２とが直交する方向を向いて配置されている。レーザ干渉計３０はモータ部２０に固定されており、レーザ干渉計３０の光軸とモータコアの各歯部とが直角をなすように配置される。
【０００９】
このようにして組付けられたスライダ部４０を、プラテン部１０上に、モータコア２１、２３、２４、２５の各歯部と、プラテン溝１０ａとが斜めに交差しないようにして載せる。この状態で、エアベリング（図示せず）によってスライダ部４０を空気浮上させ、モータコア２１、２３、２４、２５のそれぞれに一定の電流を供給する。これにより、スライダ部４０は、Ｙ軸レーザ干渉計３３の光軸がＹ軸平面ミラー１４に対してほぼ直角に当たる姿勢で静止する。また、Ｘ１軸レーザ干渉計３１及びＸ２軸レーザ干渉計３２の各光軸は、Ｘ軸平面ミラー１３とほぼ直角に当たる姿勢になる。
【００１０】
従って、レーザ干渉計３０から出射された各レーザ光は、各平面ミラー１３、１４で反射されてレーザ干渉計３１〜３３の内の対応する干渉計に戻るので、モータ部２０の変位が測定でき、その測定結果を用いることにより位置決め制御を実行できる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の２次元位置決め装置では、モータコア２１、２３、２４、２５の各歯部と、プラテン部１０のプラテン溝１０ａとが斜めに交差してヨーイング方向に傾いた状態からでは、エアベアリングでスライダ部４０を空気浮上させて各モータコア２１、２３、２４、２５に一定電流を供給しても、レーザ干渉計３０からのレーザ光の各光軸が、各平面ミラー１３、１４に対して直角とはならない。
【００１２】
この状態では、レーザ干渉計３０における各レーザ干渉計３１〜３３にレーザ光が適正に戻らなくなり光パワーが低下するるため、モータ部２０の変位を計測することができず、位置決め制御を行うことができない。また、たとえモータ部２０の変位が計測できたとしても、モータコア２１、２３、２４、２５の各歯部とプラテン溝１０ａとが斜めになっているため、本来備えている良好な推力を得ることはできない。
【００１３】
現状では、上記のような場合、スライダ部４０を空気浮上させた状態で、ユーザが手動で姿勢を正常状態に戻す作業を行っているが、この作業は、応用装置によっては安全上許されない場合もある。また、スライダ部４０の角度は、かなり正確に合わせる必要があるため、手作業で行うユーザとって大きな負担となっている。
【００１４】
また、正常運転を続けているかぎり、モータコア２１、２３、２４、２５の各歯部とプラテン溝１０ａとが斜めに交差した状態で停止することはないが、例えば、スライダ部４０の高速移動中に停電になった場合に、スライダ部４０が斜めになった状態でプラテン部１０に張り付くこともある。
【００１５】
本発明は、上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、スライダ部がプラテン溝に対してヨーイング方向に傾いている場合であっても、ユーザの手作業によらずモータ部を自動的に正常な姿勢に復帰させてサーボ制御を行うことができ、安全性を高め、異常発生時のユーザの負担を軽減できる２次元位置決め装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の２次元位置決め装置は、ＸＹ方向に延在する複数のプラテン溝を有するステージと、プラテン溝に対向するモータ部を有するスライダ部と、スライダ部に搭載され該スライダ部の移動時の姿勢を光反射に基づいて検出する光計測部と、ステージ上でスライダ部をＸＹ方向に移動制御する制御部と、面接触した状態のスライダ部を正規の姿勢に矯正するストッパとを備えた２次元位置決め装置であって、
制御部が、作動開始時に、スライダ部をストッパに向けて移動させて面接触させた後、光計測部で検出されるスライダ部の姿勢の良否を判定することを特徴とする２次元位置決め装置を提供する。
【００１７】
本発明の２次元位置決め装置では、ストッパの取り付け角度の調整と制御シーケンスの変更により、モータ部が自走できる程度の傾きであれば、人手を介さずにモータ部の姿勢を正規の状態にすることができる。これにより、スライダ部がプラテン溝に対してヨーイング方向に傾いている場合であっても、ユーザの手作業によらずモータ部を自動的に正常な姿勢に復帰させてサーボ制御を行うことができ、安全性を高め、異常発生時のユーザの負担を軽減することができる。
【００１８】
具体的には、モータ部が、プラテン溝との対向面に該対向面の中心に関して一方向回りに配設された、Ｘ方向と平行な歯部を有する第１のＸ方向モータコア、Ｙ方向と平行な歯部を有する第１のＹ方向モータコア、Ｘ方向と平行な歯部を有する第２のＸ方向モータコア、及び、Ｙ方向と平行な歯部を有する第２のＹ方向モータコアを備え、制御部が、第１及び第２のＹ方向モータコアには同時に同じ電流信号を供給し、第１及び第２のＸ方向モータコアには同時又は個別に電流信号を供給可能に構成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本実施形態例に係る２次元位置決め装置の全体構成を示す平面図である。
【００２０】
本実施形態例に係る２次元位置決め装置では、図４に示したものと同様のスライダ部４０が、ステージ１上に所定の状態で載せられている。スライダ部４０は、ケーブル６１によって接続された制御ドライバ５０の制御を受けて作動する。
【００２１】
制御ドライバ５０は、図５に示したモータ部２０におけるＸ１モータコア２１と、Ｘ２モータコア２５と、Ｙ１モータコア２３及びＹ２モータコア２４との３組に対する電流（正弦波電流）信号の供給をそれぞれ独立に制御できるように構成されている。ケーブル６１には、３組のモータコア２０、２１、２３＋２４をそれぞれに駆動する正弦波電流や、図６に示した３軸レーザ干渉計３０の検出信号が流れる。
【００２２】
制御ドライバ５０は、図６に示したＸ１軸レーザ干渉計３１、Ｘ２軸レーザ干渉計３２、及びＹ軸レーザ干渉計３３にレーザ光が適正に戻ってきているか否かを、光パワーの強度で判定する。
【００２３】
プラテン部１０における図の右方には、Ｘ軸平面ミラー１３がＹ方向と平行に配設され、プラテン部１０における図の下方には、Ｙ軸平面ミラー１４がＸ方向と平行に配設されている。Ｘ軸平面ミラー１３は、レーザ干渉計３０に搭載されたＸ１軸レーザ干渉計３１及びＸ２軸レーザ干渉計３２からのレーザ光を反射する。また、Ｙ軸平面ミラー１４は、Ｙ軸レーザ干渉計３３からのレーザ光を反射する。Ｙ軸レーザ干渉計３３からのレーザ光の光軸は、Ｙ１モータコア２３及びＹ２モータコア２４の各歯部に対して直角になるように固定されている。
【００２４】
Ｘ軸平面ミラー１３のプラテン部１０側には、Ｘ軸平面ミラー１３と同等の長さを有し該Ｘ軸平面ミラー１３の延在方向に沿うＸ軸ストッパ１１が配設され、Ｙ軸平面ミラー１４のプラテン部１０側には、Ｙ軸平面ミラー１４と同等の長さを有し該Ｙ軸平面ミラー１４の延在方向に沿うＹ軸ストッパ１２が配設されている。
【００２５】
Ｘ軸ストッパ１１は、Ｘ方向に移動するスライダ部４０を停止させる機能とともに、面接触した際のスライダ部４０を正規の姿勢に矯正する機能を有するため、その位置及び角度が厳密に設定されている。また、Ｙ軸ストッパ１２は、Ｙ方向に移動するスライダ部を停止させる機能を有する。なお、スライダ部４０に対する姿勢矯正機能を、Ｘ軸ストッパ１１に代えて、Ｙ軸ストッパ１２に持たせることも可能である。
【００２６】
また、Ｘ軸平面ミラー１３及びＸ軸ストッパ１１の図の上端部近傍にはＯＴＸセンサ１５が配設されており、このＯＴＸセンサ１５は、スライダ部４０がＸ軸平面ミラー１３に接近した際にオンとなる。Ｙ軸平面ミラー１４及びＹ軸ストッパ１２の図の左端部近傍にはＯＴＹセンサ１６が配設されており、このＯＴＹセンサ１６は、スライダ部４０がＹ軸平面ミラー１４に接近した際にオンとなる。これらセンサ１５、１６の各出力信号は、制御ドライバ５０に入力される。
【００２７】
Ｘ軸平面ミラー１３におけるＸ軸ストッパ１１の一端部に対応する位置には、ＯＴＹセンサ１６のセンサ光を反射する反射板１８が、また、Ｙ軸平面ミラー１４におけるＹ軸ストッパ１２の一端部に対応する位置には、ＯＴＸセンサ１５のセンサ光を反射する反射板１７がそれぞれ配設されている。
【００２８】
更に、制御ドライバ５０とスライダ部４０との間には電磁弁６２が配設されている。この電磁弁６２は、エアベリングのオン／オフ制御に使用され、制御ドライバ５０によってコントロールされる。
【００２９】
本実施形態例に係る２次元位置決め装置では、上記スライダ部４０及びステージ１に対し、制御ドライバ５０によって図２の制御シーケンスを行う。すなわち、作動開始時には、ステップＳ１で、全てのモータコア２１、２３、２４、２５に電流信号を供給した後、電磁弁６２をオンして、スライダ部４０をプラテン部１０上で浮上させる。
【００３０】
次いで、ステップＳ２において、スライダ部４０をＸ方向に移動させてＯＴＸセンサ１５の近傍で位置決めし、更に、スライダ部４０をＹ方向に移動させてＯＴＹセンサ１６の近傍で位置決めする。この際、自走できないほどスライダ部４０が傾斜し、或いは、ＯＴＸセンサ１５、ＯＴＹセンサ１６及び電磁弁６２が故障している等の場合には、タイムオーバーにより異常終了となる。
【００３１】
更に、ステップＳ３で、スライダ部４０とＹ軸平面ミラー１４との間隔が規定の距離になるようにスライダ部４０をＹ方向に移動させ、引き続き、ステップＳ４で、Ｙ軸平面ミラー１４からのレーザ光の戻り光に異常があるか否かを判定する。
【００３２】
ステップＳ４での判定の結果、戻り光に異常がある場合は、ステップＳ５に進んで、Ｙ１モータコア２３及びＹ２モータコア２４への電流を０にし、Ｘ１モータコア２１及びＸ２モータコア２５に電流信号を供給して、スライダ部４０をＸ軸ストッパ１１に突き当てて姿勢を矯正し、戻り光が正常になるかどうか、規定の送り量を移動させてスライダ部４０を停止させ、その後、ステップＳ６に進む。
【００３３】
一方、ステップＳ４の判定の結果、戻り光に異常が無い場合は、ステップＳ１０にジャンプして、Ｘ１モータコア２１及びＸ２モータコア２５の双方に異なる電流信号を与えてスライダ部４０を回転させ、戻り光が正常である回転範囲を検出してその中心に角度決めし、正常と判定して処理を終了する。
【００３４】
また、ステップＳ６では、スライダ部４０を少し戻して、モータコア２１、２３、２４、２５の全てに電流を供給し、引き続き、ステップＳ７で、戻り光が正常であるか否かを判定する。この結果、戻り光が正常であれば、ＯＴＸセンサ１５の近傍までスライダ部４０を戻し、戻り光が正常でなければ、更にステップＳ９で、再試行回数がオーバーするまでステップＳ５からの処理を繰り返す。再試行回数がオーバーすれば、異常判定して処理を終了する。
【００３５】
本実施形態例に係る２次元位置決め装置によると、Ｘ１モータコア２１及びＸ２モータコア２５への電流信号を独立に制御してスライダ部４０を回転させ、この回転時の戻り光をチェックすることで姿勢を確認しつつ、スライダ部４０の姿勢を正常に保つことができる。スライダ部４０が自走できる範囲の傾きであれば、図２に示す制御シーケンスにより正常な姿勢に復帰させることができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態例では、Ｘ軸ストッパ１１の取り付け角度の調整と、制御ドライバ５０による制御シーケンスを変更したことにより、スライダ部４０がプラテン溝１０ａに対してヨーイング方向に傾いている場合でも、モータ部２０が自走できれば手動によらず、自動で正常な姿勢に復帰させてサーボ制御を行うことができる。これにより、異常発生時のユーザ負担が軽減できるとともに、安全性を向上させることができる。
【００３７】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の２次元位置決め装置は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した２次元位置決め装置も、本発明の範囲に含まれる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、スライダ部がプラテン溝に対してヨーイング方向に傾いている場合でもモータ部を自走させ、ユーザの手作業によらずモータ部を自動的に正常な姿勢に復帰させてサーボ制御を行うことができ、安全性を向上させ、異常発生時のユーザの負担を軽減できる２次元位置決め装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態例に係る２次元位置決め装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】本実施形態例に係る平面モータ置の制御シーケンスを示すフローチャートである。
【図３】従来の２次元位置決め装置におけるステージを示す平面図である。
【図４】プラテン部上をＸＹ方向に移動するスライダ部を示す模式図である。
【図５】モータ部の構成を示す模式図である。
【図６】３軸レーザ干渉計の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１ステージ
１０プラテン部
１０ａプラテン溝
１１Ｘ軸ストッパ
１２Ｙ軸ストッパ
１３Ｘ軸平面ミラー
１４Ｙ軸平面ミラー
１５ＯＴＸセンサ
１６ＯＴＹセンサ
１７、１８反射板
２０モータ部
２１Ｘ１モータコア
２３Ｙ１モータコア
２４Ｙ２モータコア
２５Ｘ２モータコア
３０３軸レーザ干渉計
３１Ｘ１軸レーザ干渉計
３２Ｘ２軸レーザ干渉計
３３Ｙ軸レーザ干渉計
４０スライダ部
５０制御ドライバ
６２電磁弁

Claims

ＸＹ方向に延在する複数のプラテン溝を有するステージと、プラテン溝に対向するモータ部を有するスライダ部と、スライダ部に搭載され該スライダ部の移動時の姿勢を光反射に基づいて検出する光計測部と、ステージ上でスライダ部をＸＹ方向に移動制御する制御部と、面接触した状態のスライダ部を正規の姿勢に矯正するストッパとを備えた２次元位置決め装置であって、
制御部が、作動開始時に、スライダ部をストッパに向けて移動させて面接触させた後、光計測部で検出されるスライダ部の姿勢の良否を判定することを特徴とする２次元位置決め装置。
モータ部が、プラテン溝との対向面に該対向面の中心に関して一方向回りに配設された、Ｘ方向と平行な歯部を有する第１のＸ方向モータコア、Ｙ方向と平行な歯部を有する第１のＹ方向モータコア、Ｘ方向と平行な歯部を有する第２のＸ方向モータコア、及び、Ｙ方向と平行な歯部を有する第２のＹ方向モータコアを備え、
制御部が、第１及び第２のＹ方向モータコアには同時に同じ電流信号を供給し、第１及び第２のＸ方向モータコアには同時又は個別に電流信号を供給可能に構成されている、請求項１に記載の２次元位置決め装置。