JP5115783B2

JP5115783B2 - stage

Info

Publication number: JP5115783B2
Application number: JP2006322743A
Authority: JP
Inventors: 真啓大沼; 誠一佐藤; 譲星
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP2008067587A

Description

本発明は、所定距離を隔てて平行に配置されたマスタ軸リニアモータ及びスレーブ軸リニアモータと、これらリニアモータの軸方向にスライドして位置制御されるマスタスライダ及びスレーブスライダと、これらスライダ間を結合し前記軸方向と同一軸方向に移動制御されるブリッジ部材と、このブリッジ部材の高さ方向の軸に対する回転角を検出してこれを抑制する姿勢フィードバック制御手段と、を有するステージに関するものである。 The present invention relates to a master axis linear motor and a slave axis linear motor that are arranged in parallel at a predetermined distance, a master slider and a slave slider that are slid in the axial direction of these linear motors, and a position between these sliders. The present invention relates to a stage having a bridge member that is coupled and controlled to move in the same axial direction as the axial direction, and a posture feedback control unit that detects and suppresses a rotation angle of the bridge member with respect to an axis in the height direction. is there.

平行配置された一対のリニアモータによりマスタリニアモータ及びスレーブ軸リニアモータが形成され、これらリニアモータの夫々の軸方向に位置制御されるスライダ間を結合するブリッジ部材よりなるステージの構成及びスライダの位置制御に関しては、特許文献１に開示されている。 A master linear motor and a slave shaft linear motor are formed by a pair of linear motors arranged in parallel, and a stage structure and a slider position formed by a bridge member that couples sliders whose positions are controlled in the axial direction of the linear motors. The control is disclosed in Patent Document 1.

図８は、ステージ一般的な構成例を示す斜視図である。ステージは、所定距離を隔てて平行に配置されたマスタ軸リニアモータ１０及びスレーブ軸リニアモータ２０と、これらリニアモータの軸方向（Ｘ軸方向とする）にスライドして位置制御されるマスタスライダ１１及びスレーブスライダ２１と、これらスライダ間を結合し前記軸方向と同一軸方向（Ｘ軸方向）に移動制御されるブリッジ部材３０よりなる。 FIG. 8 is a perspective view showing a general configuration example of the stage. The stage includes a master axis linear motor 10 and a slave axis linear motor 20 that are arranged in parallel at a predetermined distance, and a master slider 11 that is slid in the axial direction of these linear motors (referred to as the X axis direction) and controlled in position. And a slave slider 21 and a bridge member 30 that is coupled between these sliders and controlled to move in the same axial direction (X-axis direction) as the axial direction.

マスタスライダ１１及びスレーブスライダ２１の位置制御によるブリッジ部材３０のＸ軸方向の運動に伴ない、ブリッジ部材３０の高さ方向の軸（Ｚ軸）回りに、機械的な制御位置誤差に起因する回転（以下、ヨーイング）が発生する。この回転角度（以下、ヨーイング角）をθで示す。 Along with the movement of the bridge member 30 in the X-axis direction by the position control of the master slider 11 and the slave slider 21, the rotation caused by the mechanical control position error around the height axis (Z-axis) of the bridge member 30. (Hereinafter, yawing) occurs. This rotation angle (hereinafter, yawing angle) is denoted by θ.

図９は、ヨーイング角θを検出してこれを抑制する姿勢フィードバック制御手段の一般構成を示す機能ブロック図である。ブリッジ部材３０のヨーイング角θは、マスタスライダ及びスレーブスライダのＸ軸方向位置Ｘ_Ｍ及びＸ_ｓの差（Ｘ_Ｍ−Ｘ_ｓ）と、マスタスライダ及びスレーブスライダ間の距離ｌ_Ｂにより、θが小さい場合には、θ＝（Ｘ_Ｍ−Ｘ_ｓ）／ｌ_Ｂで検出される。 FIG. 9 is a functional block diagram showing a general configuration of attitude feedback control means for detecting and suppressing the yawing angle θ. Yawing angle of the bridge member 30 theta is the master slider and the difference in the X-axis direction position _{X M} and _{X s} slave slider _(X M -X _s), the distance _{l B} between the master slider and slave slider, theta is small In this case, θ = (X _M −X _s ) / l _B is detected.

検出されたヨーイング角θは、パルス変換手段４０でディジタル値のヨーイング角フィードバック信号θｆに変換され、ヨーイング角設定値θｓ（＝０）との偏差θｉが誤差増幅器５０で演算され、速度指令Ｖｓを出力する。 The detected yawing angle θ is converted into a digital yawing angle feedback signal θf by the pulse conversion means 40, a deviation θi from the yawing angle setting value θs (= 0) is calculated by the error amplifier 50, and the speed command Vs is obtained. Output.

ヨーイング角θを入力する速度変換手段６０により算出された速度フィードバック信号Ｖｆと速度指令Ｖｓの偏差Ｖｉがドライバ７０で演算され、マスタ軸リニアモータ１０及びスレーブ軸リニアモータ２０を介して、ブリッジ部材３０に対してヨーイング角θを抑制するトルク指令Ｔｓを出力する。 A deviation Vi between the speed feedback signal Vf and the speed command Vs calculated by the speed conversion means 60 for inputting the yawing angle θ is calculated by the driver 70, and the bridge member 30 is passed through the master axis linear motor 10 and the slave axis linear motor 20. Torque command Ts for suppressing the yawing angle θ is output.

特開２００６−０３４０７８号公報JP 2006-034078 A

従来構成のステージでは、図９で説明した姿勢フィードバック制御手段によりブリッジ部材３０の等速運動時のヨーイング角を抑制する姿勢制御は可能である。しかしながら、ブリッジ部材３０の加減速運動時には、マスタスライダ１１及びスレーブスライダ２１の位置偏差が大きくなる。 In the stage having the conventional configuration, the attitude control for suppressing the yawing angle during the constant speed movement of the bridge member 30 can be performed by the attitude feedback control means described with reference to FIG. However, the positional deviation between the master slider 11 and the slave slider 21 increases during the acceleration / deceleration movement of the bridge member 30.

この位置偏差に起因して、ヨーイング軸（Ｚ軸）回りに機械的な共振が発生する。この機械的な共振に起因する振動は、一旦発生するとなかなか減衰することなく、等速運動領域になっても残ってしまう。 Due to this positional deviation, mechanical resonance occurs around the yawing axis (Z axis). The vibration caused by the mechanical resonance is not attenuated once generated and remains even in the constant velocity motion region.

この機械振動の特徴は、次のようにまとめられる。
（ａ）振幅値が大きい。
（ｂ）減衰が遅い。
（ｃ）振動数が低い。 The characteristics of this mechanical vibration can be summarized as follows.
(A) The amplitude value is large.
(B) Attenuation is slow.
(C) Low frequency.

図１０は、従来のステージの構成で測定されたブリッジ部材の機械振動特性図である。
ブリッジ部材の等速運動時のヨーイング角を抑制する姿勢フィードバック制御手段では、この機械的な共振による振動を抑制することが困難である。 FIG. 10 is a mechanical vibration characteristic diagram of the bridge member measured with the configuration of the conventional stage.
In the attitude feedback control means that suppresses the yawing angle during the constant speed movement of the bridge member, it is difficult to suppress vibration due to this mechanical resonance.

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、ブリッジ部材の等速運動時のヨーイング角を抑制する姿勢フィードバック制御手段を利用して、機械的な共振に起因する振動を抑制する機能を備えたステージの実現を目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and suppresses vibration caused by mechanical resonance by using a posture feedback control unit that suppresses the yawing angle during constant speed movement of the bridge member. The purpose is to realize a stage with the function to perform.

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成となっている。
（１）所定距離を隔てて平行に配置されたマスタ軸リニアモータ及びスレーブ軸リニアモータと、これらリニアモータの軸方向にスライドして位置制御されるマスタスライダ及びスレーブスライダと、これらスライダ間を結合し前記軸方向と同一軸方向に移動制御されるブリッジ部材と、このブリッジ部材の高さ方向の軸に対する回転角を検出してこれを抑制する姿勢フィードバック制御手段と、を有するステージにおいて、
前記ブリッジ部材上の前記マスタスライダ及びスレーブスライダとの結合部近傍に取り付けられた一対の加速度センサと、
前記姿勢フィードバック制御手段のフィードバックループ内に設けられ、前記一対の加速度センサの検出値の差分値に基づく角加速度信号を入力して演算する角加速度フィードバック手段と、
を具備し、
前記角加速度フィードバック手段は、
前記角加速度信号に所定の遅延時間を与えて回転抑制姿勢制御におけるダンピング係数を変化させる遅延時間設定部と、
前記角加速度信号に所定のゲインを与えて回転抑制姿勢制御における慣性モーメントを変化させるゲイン設定部と、
を備えることを特徴とするステージ。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) A master axis linear motor and a slave axis linear motor that are arranged in parallel at a predetermined distance, a master slider and a slave slider that are controlled in position by sliding in the axial direction of these linear motors, and the sliders are coupled to each other. In a stage having a bridge member that is controlled to move in the same axial direction as the axial direction, and a posture feedback control unit that detects and suppresses the rotation angle of the bridge member with respect to the axis in the height direction.
A pair of acceleration sensors attached in the vicinity of the coupling portion between the master slider and the slave slider on the bridge member;
Angular acceleration feedback means that is provided in a feedback loop of the attitude feedback control means and inputs and calculates an angular acceleration signal based on a difference value between detection values of the pair of acceleration sensors;
Comprising
The angular acceleration feedback means includes
A delay time setting unit that gives a predetermined delay time to the angular acceleration signal and changes a damping coefficient in rotation suppression posture control;
A gain setting unit that gives a predetermined gain to the angular acceleration signal to change the moment of inertia in the rotation suppression posture control;
A stage characterized by comprising.

（２）所定距離を隔てて平行に配置されたマスタ軸リニアモータ及びスレーブ軸リニアモータと、これらリニアモータの軸方向にスライドして位置制御されるマスタスライダ及びスレーブスライダと、これらスライダ間を結合し前記軸方向と同一軸方向に移動制御されるブリッジ部材と、このブリッジ部材の高さ方向の軸に対する回転角を検出してこれを抑制する姿勢フィードバック制御手段と、を有するステージにおいて、
前記ブリッジ部材上の前記マスタスライダ及びスレーブスライダとの結合部近傍に取り付けられた一対の加速度センサと、
前記姿勢フィードバック制御手段のフィードバックループ内に設けられ、前記一対の加速度センサの検出値の差分値を積算して算出された角速度信号を入力して演算する角速度フィードバック手段と、
を具備し、
前記角速度フィードバック手段は、
前記角速度信号に所定の遅延時間を与えて回転抑制姿勢制御における慣性モーメントを変化させる遅延時間設定部と、
前記角速度信号に所定のゲインを与えて回転抑制姿勢制御におけるダンピング係数を変化させるゲイン設定部と、
を備えることを特徴とするステージ。
( 2 ) A master axis linear motor and a slave axis linear motor arranged in parallel at a predetermined distance, a master slider and a slave slider that are controlled in position by sliding in the axial direction of these linear motors, and coupling between these sliders In a stage having a bridge member that is controlled to move in the same axial direction as the axial direction, and a posture feedback control unit that detects and suppresses a rotation angle of the bridge member with respect to an axis in the height direction.
A pair of acceleration sensors attached in the vicinity of the coupling portion between the master slider and the slave slider on the bridge member;
Angular velocity feedback means that is provided in a feedback loop of the attitude feedback control means and inputs and calculates an angular velocity signal calculated by integrating the difference values of the detection values of the pair of acceleration sensors;
Comprising
The angular velocity feedback means includes
A delay time setting unit that gives a predetermined delay time to the angular velocity signal to change the moment of inertia in the rotation suppression posture control;
A gain setting unit that gives a predetermined gain to the angular velocity signal to change a damping coefficient in the rotation suppression posture control;
A stage characterized by comprising.

（３）前記マスタ軸リニアモータ及びスレーブ軸リニアモータの軸方向に直交して前記ブリッジ部材上に直交軸リニアモータが形成され、この直交軸リニアモータの軸方向にスライドして位置制御される直交軸スライダ上にワークが搭載されることを特徴とする（１）または（２）に記載のステージ。

( 3 ) An orthogonal axis linear motor is formed on the bridge member perpendicular to the axial direction of the master axis linear motor and the slave axis linear motor, and the position is controlled by sliding in the axial direction of the orthogonal axis linear motor. The stage according to (1) or (2) , wherein a workpiece is mounted on an axis slider.

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、ブリッジ部材３０上で、マスタスライダ１１及びスレーブスライダ２１の結合部近傍に取り付けられた一対の加速度センサ１０１，１０２の検出値の差分値に基づく角加速度信号を、姿勢フィードバック制御手段のフィードバックループ内に設けられた角加速度フィードバック手段３００に入力すること、または、前記差分値を積算して算出した角速度信号を加速度フィードバック手段６００に入力することで、次のような効果がある。 As is apparent from the above description, according to the present invention, the difference value between the detection values of the pair of acceleration sensors 101 and 102 mounted on the bridge member 30 in the vicinity of the coupling portion of the master slider 11 and the slave slider 21. Is input to the angular acceleration feedback means 300 provided in the feedback loop of the attitude feedback control means, or the angular velocity signal calculated by integrating the difference values is input to the acceleration feedback means 600. Thus, there are the following effects.

加減速時に、マスタスライダ１１とスレーブスライダ２１の位置偏差を小さくすることができる。その結果、位置偏差に起因する機械的振動の、
（ａ）振幅値を小さくできる。
（ｂ）減衰を速くできる。
（ｃ）振動数をシフトさせることができる。 During acceleration / deceleration, the positional deviation between the master slider 11 and the slave slider 21 can be reduced. As a result, of mechanical vibration due to position deviation,
(A) The amplitude value can be reduced.
(B) Attenuation can be accelerated.
(C) The frequency can be shifted.

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したステージの一実施形態を示す斜視図である。図２は、本発明の角加速度フィードバック手段を備えた姿勢フィードバック制御手段の一実施形態を示す機能ブロック図である。図６及び図７で説明した従来ステージと同一要素には同一符号を付して説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a stage to which the present invention is applied. FIG. 2 is a functional block diagram showing an embodiment of the attitude feedback control means provided with the angular acceleration feedback means of the present invention. The same elements as those in the conventional stage described with reference to FIGS. Hereinafter, the characteristic part of the present invention will be described.

図１に示すブリッジ部材３０上において、マスタスライダ１１及びスレーブスライダ２１との結合部近傍には一対の加速度センサ１０１及び１０２が取り付けられている。これら加速度センサは、ブリッジ部材３０の機械的振動により発生する加速度ａｍ及びａｓを検出する。 On the bridge member 30 shown in FIG. 1, a pair of acceleration sensors 101 and 102 are attached in the vicinity of the coupling portion between the master slider 11 and the slave slider 21. These acceleration sensors detect accelerations am and as generated by mechanical vibration of the bridge member 30.

図２に示す姿勢フィードバック制御手段において、図９で説明した従来構成と比較した特徴部は、前記一対の加速度センサ１０１及び１０２の検出値の差分値に基づく角加速度信号を入力して演算する角加速度フィードバック手段３００をヨーイング抑制フィードバックループ内に設けた点にある。 In the posture feedback control means shown in FIG. 2, the characteristic part compared with the conventional configuration described in FIG. 9 is an angle calculated by inputting an angular acceleration signal based on a difference value between detection values of the pair of acceleration sensors 101 and 102. The acceleration feedback means 300 is provided in the yawing suppression feedback loop.

減算器２００は、一対の加速度センサ１０１及び１０２で検出された加速度ａｍとａｓ
の差分値から角加速度信号ａｉを算出して角加速度フィードバック手段３００に入力する。
角加速度フィードバック手段３００の出力ａ０は、ドライバ７０の入力に設けた加算器４００により、速度偏差Ｖｉに加算され、マスタ軸リニアモータ１０及びスレーブ軸リニアモータ２０を介して、ブリッジ部材３０へのトルク指令が加算されてＴｓ´となる。 The subtracter 200 includes accelerations am and as detected by the pair of acceleration sensors 101 and 102.
The angular acceleration signal ai is calculated from the difference value between the two values and input to the angular acceleration feedback means 300.
The output a0 of the angular acceleration feedback means 300 is added to the speed deviation Vi by an adder 400 provided at the input of the driver 70, and the torque applied to the bridge member 30 via the master axis linear motor 10 and the slave axis linear motor 20 The command is added to Ts ′.

角加速度フィードバック手段３００は、角加速度信号ａｉに所定のゲインを与えてヨーイング抑制姿勢制御における慣性モーメントを変化させるゲイン設定部３０１及び角加速度信号ａｉに所定の遅延時間を与えてヨーイング抑制姿勢制御におけるダンピング係数を変化させる遅延時間設定部３０２を備える。 The angular acceleration feedback means 300 gives a predetermined gain to the angular acceleration signal ai to change the moment of inertia in the yawing suppression attitude control, and gives a predetermined delay time to the angular acceleration signal ai to give a yaw suppression attitude control. A delay time setting unit 302 that changes the damping coefficient is provided.

図３は、加速度センサ１０１及び１０２及び角加速度フィードバック手段３００の信号処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１でブリッジ部材３０が動くことにより、ステップＳ２でヨーイング方向（Ｚ軸）の機械的振動が発生する。 FIG. 3 is a flowchart showing signal processing procedures of the acceleration sensors 101 and 102 and the angular acceleration feedback means 300. When the bridge member 30 moves in step S1, mechanical vibration in the yawing direction (Z axis) is generated in step S2.

ステップＳ３で２つの加速度センサ１０１，１０２が加速度情報を検出し、その検出値がステップＳ４で減算器２００を通過し、その差分値に基づきステップＳ５で角加速度情報を生成する。角加速度フィードバック手段３００は、ステップＳ６でこの角加速度情報をフィードバックする。 In step S3, the two acceleration sensors 101 and 102 detect acceleration information. The detected value passes through the subtracter 200 in step S4, and angular acceleration information is generated in step S5 based on the difference value. The angular acceleration feedback means 300 feeds back this angular acceleration information in step S6.

角加速度フィードバック手段３００は、ステップＳ７でフィードバックゲインＫａを積算し、ブリッジ部材３０の慣性モーメントを制御的に変える。更にステップＳ８で遅延時間Ｌだけ遅らせることで、ブリッジ部材３０のダンピングを制御的に変える。 The angular acceleration feedback means 300 integrates the feedback gain Ka in step S7, and controls the moment of inertia of the bridge member 30 in a controllable manner. Further, by delaying by the delay time L in step S8, the damping of the bridge member 30 is controlled in a controlled manner.

角加速度フィードバック手段３００は、ステップＳ９でフィードバック量をトルク指令値に足し込むことにより、ステップＳ１０でトルクが出力され、ステップＳ１１でブリッジ部材３０のヨーイング方向の機械振動を抑制する。ステップＳ３乃至ステップＳ１０が、角加速度制御ループにおける信号処理である。 The angular acceleration feedback means 300 adds the feedback amount to the torque command value in step S9, thereby outputting torque in step S10 and suppressing mechanical vibration in the yawing direction of the bridge member 30 in step S11. Steps S3 to S10 are signal processing in the angular acceleration control loop.

図４は、本発明のステージの構成で測定されたブリッジ部材３０の機械振動特性図である。図１０に示した従来のステージの構成で測定されたブリッジ部材の機械振動特性図に比較して、振幅値が小さく、減衰が速く、振動数がシフトされていることがわかる。 FIG. 4 is a mechanical vibration characteristic diagram of the bridge member 30 measured with the configuration of the stage of the present invention. Compared to the mechanical vibration characteristic diagram of the bridge member measured with the configuration of the conventional stage shown in FIG. 10, it can be seen that the amplitude value is small, the damping is fast, and the frequency is shifted.

次に、本発明の効果を数式的に説明する。図５は、角加速度フィードバック制御系の基本構成を示す機能ブロック図である。この制御系は、微分方程式により（１）式のように記述できる。 Next, the effect of the present invention will be described mathematically. FIG. 5 is a functional block diagram showing the basic configuration of the angular acceleration feedback control system. This control system can be described as equation (1) by a differential equation.

ここで、ヨーイング角θは、マスタスライダ及びスレーブスライダのＸ軸方向位置Ｘ_Ｍ及びＸ_ｓの差（Ｘ_Ｍ−Ｘ_ｓ）と、マスタスライダ及びスレーブスライダ間の距離ｌ_Ｂにより、θが小さい場合には、θ＝（Ｘ_Ｍ−Ｘ_ｓ）／ｌ_Ｂで求められる。 Here, the yawing angle theta, the master slider and the difference in the X-axis direction position X _M and X _s slave slider and (X M _-X _s), the distance l _B between the master slider and slave slider when theta is small Is obtained by θ = (X _M −X _s ) / l _B.

ここで、（ｆ_Ｍ−ｆ_Ｓ）は、マスタスライダ１１及びスレーブスライダ２１の推力差である。Ｊ［kgm2］は、慣性モーメント、Ｄ［Nms/rad］は粘性係数である。Ｋ［Nm/rad］は、復元係数である。 Here, (f _M −f _S ) is a thrust difference between the master slider 11 and the slave slider 21. J [kgm2] is the moment of inertia and D [Nms / rad] is the viscosity coefficient. K [Nm / rad] is a restoration coefficient.

（１）式をラプラス変換した角加速度−推力差の伝達関数は、（２）式のように記述できる。 A transfer function of angular acceleration-thrust difference obtained by Laplace transform of Equation (1) can be described as Equation (2).

ここで遅延時間要素は、パディ１次近似により、（３）式のように記述できる。 Here, the delay time element can be described as in equation (3) by Paddy first order approximation.

遅延時間を考慮した角加速度フィードバックゲインは、（４）式のように記述できる。 The angular acceleration feedback gain considering the delay time can be described as in equation (4).

（３）式及び（４）式を（２）式に代入した角加速度−推力差の伝達関数は、（５）式のように記述できる。 The transfer function of the angular acceleration-thrust difference obtained by substituting Equations (3) and (4) into Equation (2) can be described as Equation (5).

（５）式の計算では、Ａ≡ｌ_Ｂ／２と定義し、Ｌ≡０より、（Ｊ−ＡＫ_ａ）Ｌ／２≡０、
ＤＬ／２≡０、ＡＬ／２≡０として最終項を導いている。 In the calculation of equation (5), A≡l _B / 2 is defined, and from L≡0, (J−AK _a ) L / 2≡0,
The final term is derived as DL / 2≡0 and AL / 2≡0.

（５）式を整理した伝達関数は、（６）式のように記述できる。 A transfer function in which equation (5) is arranged can be described as equation (6).

（６）式の減衰率の項で明らかなように、フィードバックゲインＫ_ａを操作して慣性モーメントＪを、Ｊ→Ｊ＋ＡＫ_ａとすることにより、制御的に慣性モーメント及び固有振動数を変化させることができる。 (6) As it is clear in terms of the attenuation rate of expression, the moment of inertia J by operating the feedback gain K _a, by a J → J + AK _a, controllably varying the moment of inertia and the natural frequency Can do.

同様に、角加速度信号処理の遅延時間Ｌを操作して粘性係数Ｄを、Ｄ→Ｄ＋ＫＬ／２とすることにより粘性係数（ダンピング特性）を変化させることができる。 Similarly, the viscosity coefficient (damping characteristic) can be changed by manipulating the delay time L of the angular acceleration signal processing to change the viscosity coefficient D from D → D + KL / 2.

以上の結果から、フィードバックゲインＫ_ａと遅延時間Ｌを操作することで、減衰率及び固有振動数を変えることができ、その結果、振幅値を小さく、減衰を速く、振動数をシフトさせることができる。 From the above results, by operating the feedback gain K _a and the delay time L, you can change the attenuation factor and natural frequency, resulting in reduced amplitude values, fast decay, is possible to shift the frequency it can.

図６は、角速度フィードバック手段を備えた本発明の他の実施形態を示す機能ブロック図である。図２で説明した実施形態との構成上の相違点につき説明する。 FIG. 6 is a functional block diagram showing another embodiment of the present invention provided with angular velocity feedback means. Differences in configuration from the embodiment described in FIG. 2 will be described.

誤差増幅器５０の速度指令Ｖｓと速度変換手段６０の速度フィードバック信号Ｖｆの偏差が速度制御器８０に入力され、速度制御器８０からブリッジ部材３０に搭載されたマスタ軸及びスレーブ軸リニアモータに駆動電流Ｉｓを出力する。 The deviation between the speed command Vs of the error amplifier 50 and the speed feedback signal Vf of the speed conversion means 60 is input to the speed controller 80, and the drive current is supplied from the speed controller 80 to the master axis and slave axis linear motors mounted on the bridge member 30. Is is output.

駆動電流Ｉｓの経路の途中に設けられた加算器７００により、駆動電流Ｉｓに角速度フィードバック手段６００の演算出力ａｏが足し込まれる。角速度フィードバック手段６００は、一対の加速度センサ１０１及び１０２の検出値の差分値に基づく角加速度信号を入力する積算手段５００で算出した角速度信号を入力して所定の演算を実行する。 The operation output ao of the angular velocity feedback means 600 is added to the drive current Is by the adder 700 provided in the middle of the path of the drive current Is. The angular velocity feedback means 600 inputs the angular velocity signal calculated by the integrating means 500 that inputs the angular acceleration signal based on the difference value between the detection values of the pair of acceleration sensors 101 and 102, and executes a predetermined calculation.

減算器２００は、一対の加速度センサ１０１及び１０２で検出された加速度ａｍとａｓ
の差分値から角加速度信号ａｉを算出して積算手段５００に入力する。積算手段５００は、角加速度信号ａｉを積分演算して角速度信号ａｉ´に変換し、角速度フィードバック手段６００に入力する。 The subtracter 200 includes accelerations am and as detected by the pair of acceleration sensors 101 and 102.
The angular acceleration signal ai is calculated from the difference value between the two and input to the integrating means 500. The integrating means 500 integrates the angular acceleration signal ai to convert it into an angular velocity signal ai ′ and inputs it to the angular velocity feedback means 600.

角速度フィードバック手段６００が備えるゲイン設定部６０１は、入力された角速度信号ａｉ´に所定のゲインを与えてヨーイング抑制姿勢制御におけるダンピング係数を変化させる。 The gain setting unit 601 provided in the angular velocity feedback means 600 gives a predetermined gain to the input angular velocity signal ai ′ to change the damping coefficient in the yawing suppression posture control.

角速度フィードバック手段６００が備える遅延時間設定部６０２は、入力された角速度信号ａｉ´に所定の遅延時間を与えてヨーイング抑制姿勢制御における慣性モーメントを変化させる。 The delay time setting unit 602 provided in the angular velocity feedback means 600 gives a predetermined delay time to the input angular velocity signal ai ′ to change the moment of inertia in the yawing suppression posture control.

図７は、加速度センサ１０１及び１０２及び角速度フィードバック手段６００の信号処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１でブリッジ部材３０が動くことにより、ステップＳ２でヨーイング方向（Ｚ軸）の機械的振動が発生する。 FIG. 7 is a flowchart showing signal processing procedures of the acceleration sensors 101 and 102 and the angular velocity feedback means 600. When the bridge member 30 moves in step S1, mechanical vibration in the yawing direction (Z axis) is generated in step S2.

ステップＳ３で２つの加速度センサ１０１，１０２が加速度情報を検出し、その検出値がステップＳ４で減算器２００を通過し、その差分値に基づきステップＳ５で角加速度情報を生成する。 In step S3, the two acceleration sensors 101 and 102 detect acceleration information. The detected value passes through the subtracter 200 in step S4, and angular acceleration information is generated in step S5 based on the difference value.

積算手段５００は、ステップＳ６で角速度情報を入力して積算し、角速度情報を生成する。角速度フィードバック手段６００は、ステップＳ７でこの角速度情報を入力してフィードバックする。 In step S6, the integrating unit 500 inputs and integrates angular velocity information, and generates angular velocity information. The angular velocity feedback means 600 inputs this angular velocity information and feeds it back in step S7.

角速度フィードバック手段６００は、ステップＳ８でフィードバックゲインＫｖを掛けて、ブリッジ部材３０のダンピング係数を制御的に変える。更にステップＳ９で遅延時間Ｌだけ遅らせることで、ブリッジ部材３０の慣性モーメントを制御的に変える。 In step S8, the angular velocity feedback unit 600 multiplies the feedback gain Kv to control the damping coefficient of the bridge member 30 in a controllable manner. Further, by delaying by the delay time L in step S9, the moment of inertia of the bridge member 30 is controlled in a controlled manner.

角速度フィードバック手段６００は、ステップＳ１０でフィードバック量を電流値に足し込み、ステップＳ１１で電流出力することで、ステップＳ１２でブリッジ部材３０のヨーイング方向の機械振動を抑制する。 The angular velocity feedback means 600 adds the feedback amount to the current value in step S10 and outputs a current in step S11, thereby suppressing mechanical vibration in the yawing direction of the bridge member 30 in step S12.

次に、この実施形態の効果を数式的に説明する。（１）式乃至（３）式までは、図２の実施形態と同一である。 Next, the effect of this embodiment will be described mathematically. Expressions (1) to (3) are the same as those in the embodiment of FIG.

遅延時間を考慮した角速度フィードバックゲインは、（７）式のように記述できる。 The angular velocity feedback gain considering the delay time can be described as in equation (7).

（３）式及び（７）式を（２）式に代入した角速度−推力差の伝達関数は、（８）式のように記述できる。

The transfer function of angular velocity-thrust difference obtained by substituting Equations (3) and (7) into Equation (2) can be described as Equation (8).

（８）式の計算では、Ａ≡ｌ_Ｂ／２と定義し、Ｌ≡０より、ＪＬ／２≡０、ＡＬ／２≡０として最終項を導いている。 In the calculation of equation (8), A≡l _B / 2 is defined, and the final term is derived from L≡0 as JL / 2≡0 and AL / 2≡0.

（８）式を整理した伝達関数は、（９）式のように記述できる。 A transfer function in which equation (8) is arranged can be described as equation (9).

（９）式の減衰率の項で明らかなように、フィードバックゲインＫｖと遅延時間Ｌを操作して慣性モーメントＪを、Ｊ→（Ｊ−ＡＫｖＬ／２＋ＤＬ／２）と、粘性係数ＤをＤ→（Ｄ＋ＫＬ／２＋ＡＫｖ）とすることにより、制御的に慣性モーメント及びダンピング係数を変化させることができる。 As is apparent from the term of the attenuation rate in the equation (9), the feedback gain Kv and the delay time L are manipulated to change the moment of inertia J to J → (J−AKvL / 2 + DL / 2) and the viscosity coefficient D to D → By setting (D + KL / 2 + AKv), it is possible to controlly change the moment of inertia and the damping coefficient.

以上の結果から、フィードバックゲインＫｖと遅延時間Ｌを操作することで、減衰率及び固有振動数を変えることができ、その結果、振幅値を小さく、減衰を速く、振動数をシフトさせることができる。 From the above results, by manipulating the feedback gain Kv and the delay time L, the damping rate and the natural frequency can be changed, and as a result, the amplitude value can be reduced, the damping can be performed quickly, and the frequency can be shifted. .

角加速度フィードバック手段３００を備えた図２の実施形態と、角速度フィードバック手段６００を備えた図６の実施形態の効果を比較する。角加速度フィードバック手段３００におけるフィードバックゲインＫａの操作では、（６）式の固有振動数ωｎのシフト効果の方が減衰率ζの減衰効果より大である。 The effect of the embodiment of FIG. 2 provided with the angular acceleration feedback means 300 and the embodiment of FIG. 6 provided with the angular velocity feedback means 600 will be compared. In the operation of the feedback gain Ka in the angular acceleration feedback means 300, the shift effect of the natural frequency ωn in the equation (6) is larger than the attenuation effect of the attenuation factor ζ.

角速度フィードバック手段６００におけるフィードバックゲインＫｖの操作では、（９）式の減衰率ζの減衰効果の方が固有振動数ωｎのシフト効果より大である。従って、どちらを重視するかによってフィードバックの形態を選択することができる。 In the operation of the feedback gain Kv in the angular velocity feedback means 600, the damping effect of the damping rate ζ in the equation (9) is larger than the shifting effect of the natural frequency ωn. Therefore, the feedback form can be selected depending on which one is emphasized.

本発明を適用したステージの一実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one Embodiment of the stage to which this invention is applied. 本発明の角加速度フィードバック手段を備えた姿勢フィードバック制御手段の実施形態を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows embodiment of the attitude | position feedback control means provided with the angular acceleration feedback means of this invention. 加速度センサ及び角加速度フィードバック手段の信号処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the signal processing procedure of an acceleration sensor and an angular acceleration feedback means. 本発明のステージの構成で測定されたブリッジ部材の機械振動特性図である。It is a mechanical vibration characteristic figure of the bridge member measured with the composition of the stage of the present invention. 角加速度フィードバック制御系の基本構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the basic composition of an angular acceleration feedback control system. 角速度フィードバック手段を備えた本発明の他の実施形態を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows other embodiment of this invention provided with the angular velocity feedback means. 加速度センサ及び角速度フィードバック手段の信号処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the signal processing procedure of an acceleration sensor and an angular velocity feedback means. ステージ一般的な構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of a general structure of a stage. 姿勢フィードバック制御手段の一般構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the general structure of an attitude | position feedback control means. 従来のステージの構成で測定されたブリッジ部材の機械振動特性図である。It is a mechanical vibration characteristic figure of a bridge member measured with the composition of the conventional stage.

符号の説明Explanation of symbols

１０マスタ軸リニアモータ
１１マスタ軸スライダ
２０スレーブ軸リニアモータ
２１スレーブ軸スライダ
３０ブリッジ部材
４０パルス変換手段
５０誤差増幅器
６０速度変換手段
７０ドライバ
１０１，１０２加速度センサ
２００減算器
３００角加速度フィードバック手段
３０１ゲイン設定部
３０２遅延設定部
４００加算器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Master axis linear motor 11 Master axis slider 20 Slave axis linear motor 21 Slave axis slider 30 Bridge member 40 Pulse conversion means 50 Error amplifier 60 Speed conversion means 70 Driver 101,102 Acceleration sensor 200 Subtractor 300 Angular acceleration feedback means 301 Gain setting Unit 302 delay setting unit 400 adder

Claims

所定距離を隔てて平行に配置されたマスタ軸リニアモータ及びスレーブ軸リニアモータと、これらリニアモータの軸方向にスライドして位置制御されるマスタスライダ及びスレーブスライダと、これらスライダ間を結合し前記軸方向と同一軸方向に移動制御されるブリッジ部材と、このブリッジ部材の高さ方向の軸に対する回転角を検出してこれを抑制する姿勢フィードバック制御手段と、を有するステージにおいて、
前記ブリッジ部材上の前記マスタスライダ及びスレーブスライダとの結合部近傍に取り付けられた一対の加速度センサと、
前記姿勢フィードバック制御手段のフィードバックループ内に設けられ、前記一対の加速度センサの検出値の差分値に基づく角加速度信号を入力して演算する角加速度フィードバック手段と、
を具備し、
前記角加速度フィードバック手段は、
前記角加速度信号に所定の遅延時間を与えて回転抑制姿勢制御におけるダンピング係数を変化させる遅延時間設定部と、
前記角加速度信号に所定のゲインを与えて回転抑制姿勢制御における慣性モーメントを変化させるゲイン設定部と、
を備えることを特徴とするステージ。 A master axis linear motor and a slave axis linear motor that are arranged in parallel at a predetermined distance, a master slider and a slave slider that are slid in the axial direction of these linear motors and controlled in position, and these sliders are coupled to each other. In a stage having a bridge member that is controlled to move in the same axial direction as the direction, and an attitude feedback control unit that detects and suppresses the rotation angle of the bridge member with respect to the axis in the height direction.
A pair of acceleration sensors attached in the vicinity of the coupling portion between the master slider and the slave slider on the bridge member;
Angular acceleration feedback means that is provided in a feedback loop of the attitude feedback control means and inputs and calculates an angular acceleration signal based on a difference value between detection values of the pair of acceleration sensors;
Comprising
The angular acceleration feedback means includes
A delay time setting unit that gives a predetermined delay time to the angular acceleration signal and changes a damping coefficient in rotation suppression posture control;
A gain setting unit that gives a predetermined gain to the angular acceleration signal to change the moment of inertia in the rotation suppression posture control;
A stage characterized by comprising.

所定距離を隔てて平行に配置されたマスタ軸リニアモータ及びスレーブ軸リニアモータと、これらリニアモータの軸方向にスライドして位置制御されるマスタスライダ及びスレーブスライダと、これらスライダ間を結合し前記軸方向と同一軸方向に移動制御されるブリッジ部材と、このブリッジ部材の高さ方向の軸に対する回転角を検出してこれを抑制する姿勢フィードバック制御手段と、を有するステージにおいて、
前記ブリッジ部材上の前記マスタスライダ及びスレーブスライダとの結合部近傍に取り付けられた一対の加速度センサと、
前記姿勢フィードバック制御手段のフィードバックループ内に設けられ、前記一対の加速度センサの検出値の差分値を積算して算出された角速度信号を入力して演算する角速度フィードバック手段と、
を具備し、
前記角速度フィードバック手段は、
前記角速度信号に所定の遅延時間を与えて回転抑制姿勢制御における慣性モーメントを変化させる遅延時間設定部と、
前記角速度信号に所定のゲインを与えて回転抑制姿勢制御におけるダンピング係数を変化させるゲイン設定部と、
を備えることを特徴とするステージ。 A master axis linear motor and a slave axis linear motor that are arranged in parallel at a predetermined distance, a master slider and a slave slider that are slid in the axial direction of these linear motors and controlled in position, and these sliders are coupled to each other. In a stage having a bridge member that is controlled to move in the same axial direction as the direction, and an attitude feedback control unit that detects and suppresses the rotation angle of the bridge member with respect to the axis in the height direction.
A pair of acceleration sensors attached in the vicinity of the coupling portion between the master slider and the slave slider on the bridge member;
Angular velocity feedback means that is provided in a feedback loop of the attitude feedback control means and inputs and calculates an angular velocity signal calculated by integrating the difference values of the detection values of the pair of acceleration sensors;
Comprising
The angular velocity feedback means includes
A delay time setting unit that gives a predetermined delay time to the angular velocity signal to change the moment of inertia in the rotation suppression posture control;
A gain setting unit that gives a predetermined gain to the angular velocity signal to change a damping coefficient in the rotation suppression posture control;
A stage characterized by comprising.

前記マスタ軸リニアモータ及びスレーブ軸リニアモータの軸方向に直交して前記ブリッジ部材上に直交軸リニアモータが形成され、この直交軸リニアモータの軸方向にスライドして位置制御される直交軸スライダ上にワークが搭載されることを特徴とする請求項１または２に記載のステージ。 An orthogonal axis linear motor is formed on the bridge member perpendicular to the axial direction of the master axis linear motor and the slave axis linear motor, and the position is controlled by sliding in the axial direction of the orthogonal axis linear motor. stage according to claim 1 or 2, characterized in that the workpiece is mounted.