JPH01214766A - 信号抽出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、信号抽出方法に関する。

（従来の技術および課題） 例えば半導体製造におけるクリーンロボット、走行ロボ
ット、半導体ウェハの搬送ロボット、スピンナー、イン
デクサ−、プローバのｘＹ移動機構、イオン注入装置の
半導体ウェハ回転機構、などのように物体の位置、方向
、姿勢というような目標の変化などに追従する機能を持
つ制御機構や制御システムにおいて、例えば、Ｓｉｎ　
Ｏ（ｔ）　、　Ｃｏｓθ（、）等で示される２相エンコ
ーダを用いたサーボ系が一般に広く使用されている。そ
して、上記サーボ系においては１例えば速度制御のフィ
ードバックをかけようとする場合、何らかの方法で、上
記Ｓｉｎ　Ｏ（。、　Ｃｏｓθ（、）の２相信号から角
速度信号を取出すことが必要である。

また、入力信号例えばＳｉｎ　Ｏ（。等で示される正弦
波の電気信号の周波数すなわち角速度を知りたい場合も
ある。（ω。）＝２πｆｔ＋））しかしながら、上記取
出した出力の角速度信号中に、入力信号の振幅に依存す
る成分が含まれていると、上記入力信号の振幅が変化し
た場合に上記出力の角速度信号も変化するので正確な角
速度を得ることは困難であり、より高精度の角速度信号
が得られる方法が要求されていた。

本発明は、上述の従来事情に対処してなされたもので、
入力信号の振幅が変化しても正確な角速度信号が得られ
るようにした信号抽出方法を提供しようとするものであ
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） すなわち本発明は１位相が９０度異なる第１、第２の入
力信号の振幅成分を含む電気信号と、上記第１、第２の
入力信号の振幅成分のみ生成する電気回路の出力電気信
号とから、上記振幅成分を含まない電気信号を抽出する
ことを特徴とする。

（作　用） 本発明信号抽出方法では、位相が９０度異なる第１、第
２の入力信号の振幅成分を含む電気信号と、上記第１、
第２の入力信号の振幅成分のみ生成する電気回路の出力
電気信号とから、上記振幅成分を含まない電気信号を抽
出する構成のため、出力電気信号は上記第１、第２の入
力信号の振幅成分の影響を受けない。

（実施例） 以下、本発明信号抽出方法を例えば半導体製造の半導体
ウェハ搬送ロボットの２相工ンコーダ川角速度検出回路
の出力信号発生に適用した一実施例を図面を参照して説
明する。

まず、構成を説明する。

第１の乗算回路（１０１）と第２の乗算回路（１０２）
の各入力は、それぞれ２相工ンコーダ用角速度検出回路
（図示せず）に電気的に接続された入力端子（１０３）
　、入力端子（１０４）に接続され、また各出力は、そ
れぞれ加算回路（１０５）の入力（１０６）　、入力（
１０７）に接続されている。

この加算回路（１０５）の出力は、除算回路（１０８）
の除数側の入力（１０９）に接続されている。また、こ
の除算回路（１０８）の被除数側の入力（１１０）には
。

入力端子（１０３）　、　（１０４）に入力される入力
信号の振幅成分を含む電気信号が入力される如く構成さ
れている。

そして、上記振幅成分を含む電気信号を発生する手段と
して、例えば破線内に示される構成の信号発生装置（１
１１）　　（本出願人が出願番号特願昭６２−３２１０
６１にて出願済みの明細書中に記載済み）を使用し、入
力端子（１０３）　、　（１０４）にそれぞれこの回路
の入力端子（３）、（イ）を接続、またこの回路の出力
は上記除算回路（ＩＯ８）の被除数側の入力（１１０）
に接続されている。

なお、上記破線内に示される構成の回路については説明
を省略する。

また、加算回路（１０５）の出力は、比較回路（１１２
）の入力（１１３）にも接続され、この比較回路（１１
２）の他の入力（１１４）　、　（１１５）に入力され
る信号例えば上記加算回路（１０５）の出力値に対応し
て予め設定された上限、下限信号値とを比較し、この比
較結果に応じて出力信号を発生する如く構成されている
。

次に、動作作用を説明する。

入力端子（１０３）と入力端子（１０４）には、入力信
号として位相が９０度異なる第１．第２の振幅Ａなる入
力信号例えば正弦波ｅ　ｔｏｔ　：＝ＡＳｉｎ　ｆ）　
（ｔｔ、余弦波ｅ、。ｚ＝Ａｃｏｓθ。、をそれぞれ入
力する。

上記第１の入力信号ｅｔｏｔ＝Ａｓｉｎθ（ｔ）は、第
１の乗算回路（１０１）によって二乗され、出力として
Ａ”Ｓｉｎ”　０　（ｔｔの信号を得て、この信号を加
算回路（１０５）の入力（１０６）に入力する。

他方、第２の入力信号ｅ　１．、　＝ＡＣｏｓ　Ｏｔｔ
）は、第２の乗算回路（１０２）によって二乗され、出
力としてＡ２Ｃｏ５’　０　ｔｔ＞の信号を得て、この
信号を加算回路（１０５）の入力（１０７）に入力する
。

上記加算回路（ｔＯＳ）では、第１の乗算回路（１０１
）の出力信号と第２の乗算回路（１０２）の出力信号と
の和を演算する。すなわち上記加算回路（１０５）によ
りＡ”５ｉｎＪ（ｔ）＋Ａ”Ｃｏ５Ｊｔｔ＋＝Ａ”（Ｓ
ｉｎＪ（ｔ）＋Ｃｏ５Ｊ。））”Ａ２　の演算を行い、
上記第１、第２の入力信号の振幅成分のみ生成する。

この出力信号Ａ２を除算回路（１０８）の除数側の入力
（１０９）に入力する。

一方、破線内の回路に入力された第１の入力信号ｅ、、
１＝ＡＳｉｎ　Ｏｒｔ＞、第２の入力信号ｅ１０２＝Ａ
Ｃｏｓ　Ｏ＜ｔ）は、微分１乗算、減算処理を経て、出
力として、上記第１、第２の入力信号の振幅成分を含む
電気信号Ａ２ω１．）　を得る。

この電気信号Ａ２ω（、）　を被除数側の入力（１０１
）に入力する。

そして、除算回路（１０８）によって上記出力信号Ａ２
ω（七）　を加算回路（１０５）の出力信号Ａ２で除し
て出力としてω（、）なる信号が演算出力される。

すなわち、位相が９０度異なるＡＳｉｎθ。１、ＡＣｏ
ｓθ。、にて表わされる２相の信号と、この２相の信号
から得られた振幅成分を含むＡ２ω。、から、振幅成分
を含まない角速度ω（、）に比例した出力電気信号を抽
出することができる。

また、加算回路（１０５）の出力信号Ａ２を比較回路（
１１２）に入力し、他の入力例えば入力（１１４）に上
記出力信号Ａ２の許容上限値に相等するレベルの信号を
入力しておき、入力（１１５）に上記出力信号Ａ２の許
容下限値に相等するレベルの信号を入力しておく。そし
て、出力信号Ａ”の値が許容上限値と許容下限値の範囲
内にあれば比較回路（１１２）の出力を例えば２値表示
で“１”となるようにし、また、出力信号Ａ２の値が、
上記許容上限値を越えるか、もしくは上記許容下限値よ
り下ると比較回路（１１２）の出力を２値表示で“０”
となるようにすることにより、第１、第２の信号が正常
であるか常時監視することができる。

次に、上記構成に基づく具体的回路例を第２図を参照し
て説明する。なお、第１図破線内の振幅成分を含む信号
を発生する装置の回路例については説明を省略する。

第１の乗算回路（ｉｏｇは、例えば乗算専用ＩＣ・Ｍ　
１　（１０１ａ）および電源とアース間に接続されたコ
ンデンサＣ１０１および出力取出用の抵抗Ｒ１０１など
が所定の通りに接続構成されている。なお、コンデンサ
、抵抗の値は例えばＣｌ０Ｉ　＝　０．０４７μＦ、　
Ｒ１０１＝１０にΩ　に選定する。そして、上記第１の
乗算回路（ｌｏｔ）の入力（１１６）に第１の入力信号
ｅ　１０１　＝ＡＳｉｎＯ（ｔ）なる信号が入力される
と、この第１の入力信号ｅ１０１　は二乗され出力信号
ｅ１ｏ、＝ｅ２□。、／１０なる関係にある出力、すな
わちｅｔａ：ｉ＝Ａ”５ｉｎ２０＜ｔ＞／１０なる第１
の乗算回路（ｌｏｔ）の出力信号が得られる。

次に、第２の乗算回路（１０２）は、上記第１の乗算回
路（１０１）と同一に構成されており、この第２の乗算
回路（１０２）の入力（１１７）に第２の入力信号ｅ１
０２　＝　ＡＣｏｓθ（０なる信号が入力されると、こ
の第２の入力信号ｅ８゜２は二乗され出力信号６１Ｑ４
としてｅｌａ４＝８”、。２／１０なる関係にある出力
、すなわち８１ａ４＝Ａ”Ｃｏｓ”θ（ｔ）／ｌＯなる
第２の乗算回路（１０２）の出力信号が得られる。

一方、加算回路（１０５）は１例えば演算増幅器ＯＰ　
１　（１０５ａ）、電源とアース間に接続されたコンデ
ンサＣｌ０Ｉ、抵抗Ｒ１０２などが所定の通りに接続構
成された演算増幅回路から成っている。

なお、上記コンデンサ、抵抗の値は例えばＣｌ０Ｌ＝０
．０４７μＦ、　Ｒ１０２＝１０にΩに選定する。そし
て、この加算回路（１０５）の入力（１０６）、（１０
７）に、それぞれ第１の乗算回路（１０１）の出力信号
であるｅ、。。

＝Ａ”Ｓｉｎ”　０　＜ｔ）／１０なる信号、第２の乗
算回路（１０２）の出力信号であるｅ　ｘａａ　＝Ａ”
Ｃｏｓ”θｔｔ）／１０なる信号が入力される。

この時、上記加算回路（１０５）の出力信号ｅ□。。

は、上記２つの入力（１０６）　（１０７）に入力され
る信号の和に比例したｅ　、ａｓ　”　ｅ　ｔｏ３＋　
ｅ　、ｏｏなる出力、すなわちｅ　ｔｏｓ：（Ａ”Ｓｉ
ｎ”　Ｏｔｔ）／１０）＋（Ａ”Ｃｏｓ”θ（ｔ、／ｌ
ｏ）：Ａ２／１０（Ｓｉｎ”θ（１）＋Ｃｏｓ”θｔｔ
））”Ａ”／ｌ０Ｘ１＝＾２／１０なる加算回路（１０
５）の出力信号つまり第１、第２の入力信号の振幅成分
のみ生成された出力電気信号が得られる。

次に、除算回路（１０８）は１例えば除算専用ＩＣ・ｏ
　１　（１０８ａ）、電源とアース間に接続されたコン
デンサＣｌ０Ｉなどが所定の通りに接続構成された除算
回路から成っている。なお、上記コンデンサの値は例え
ばＣ１，、＝　０．０４７μＦに選定する。そして、被
除数側の入力（ｌ　ｔｏ）に入力された信号を、除数側
の入力（１０９）に入力された信号、すなわち加算回路
（１０５）の出力信号ｅ□。ｓ”Ａ”／１０で除して出
力信号を出力する。

今、信号発生装置（１１１）の入力端子０、（イ）に入
力としてそれぞれｅ　ｉｏｎ　＝ＡＳｉｎθ。１、ｅ　
Ｌａｇ　＝ＡＣｏｓθ（、）なる入力信号を入力すると
、出力として、ｅ　、　＝Ａ”ＣｌＲ２／１０・（１１
ｔｔ＞なる電気信号、すなわち、第１．第２の入力信号
の振幅成分Ａ２を含む信号が出力される。なお、上記電
気信号中のＣ１およびＲ２は信号発生装置（１１１）内
の回路に使用されているコンデンサおよび抵抗の値であ
り、定数である。

したがって、上記ｅ、は、第１、第２の入力信号ｅｘｏ
ｔ＝Ａｓｉｎθ。）、ｅ１１１１２＝ＡＣＯ６θ（１）
の振幅成分Ａの値が変化すると、その変化に応じて出力
値が変動する。

そこで、上記信号発生装置（ｔｏ）の出力信号ｅ７　を
、上記除算回路（１０８）の被除数側の入力（１１０）
に入力信号として入力する。

この時、上記除算回路（１０８）の出力信号ｅ　ｔａｓ
として、 ｅ、、、＝１０・ｅ、／ｅ１．、＝１０・（Ａ”ＣｌＲ
２／１０　・（１１（ｔ））／（Ａ”／１０）＝ＩＯ−
ＣＩＲ２ω（１＋なる第１、第２の振幅成分を含まない
電気信号を抽出する。

上記出力信号ｅ工。６は、第１、第２の入力信号ｅｘｏ
工１　ｅ１０２の振幅成分Ａを含まないので、上記第１
．第２の入力信号が何らかの原因で振幅Ａが変化したと
しても影響を受けない。

したがって、第１．第２の入力信号の振幅成分を含む電
気信号から、上記振幅成分に依存しないように振幅成分
を含まない電気信号を抽出した電気信号、すなわち角速
度信号を得ることができる。

そして、この角速度信号を速度制御用にフィードバック
する。

例えば、第３図に示すように、入力信号の周波数ｆ　＝
１０３０９ｔｌｚを一定に保ち入力信号の振幅を変化さ
せた時の出力電気信号の電圧の変化は、本信号抽出方法
を適用しない場合の出力電圧が振幅の変化により大きく
変化するのに対して、本信号抽出方法を適用した場合の
出力電圧は振幅の変化にかかわらず一定である。

また、第４図は、本信号抽出方法を適用して入力信号の
周波数４種類について各々の入力信号振幅電圧対出力電
圧の関係を示すグラフであり、良好に動作していること
が分る。

さらに、第５図は、本信号抽出方法を適用して入力信号
の周波数対出力電圧の関係を示すグラフであり、入力信
号の周波数と出力電圧とが正確に比例していることが分
る。

なお、上記実施例では、乗算回路（１０１）　（１０２
）として乗算専用ＩＣで構成したもの、また加算回路（
１０５）として演算増幅器、抵抗で構成したもの、除算
回路（１０８）として除算専用ＩＣで構成したものにつ
いてそれぞれ説明したが、本発明はかかる実施例に限定
されるものではなく、同一機能を有するものであれば他
の構成でもよい。

本発明信号抽出方法は、上述の如き優れた信号抽出機能
を有しているので、例えばＡＳｉｎ　Ｏ＜ｔ＞、ＡＣｏ
ｓθｌ）の２相信号を出すエンコーダを用いた半導体ウ
ェハ搬送ロボットのサーボ系の速度信号発生などに用い
て最適のものである６ また。入力信号の振幅成分を含む出力信号例えばＡ”Ｃ
ｌＲ２／１０・ω（。なる信号の電圧として所定の電圧
を得たい場合には、振幅成分Ａ２の大小に対応してＣｌ
Ｒ２の値を選定しなければならないが、本発明信号抽出
方法を適用すると先に説明したように出力信号として振
幅成分を含まない１０ＣＩＲ２ωα）なる電圧信号とし
て得られるので回路定数の選定は振幅の大小とは無関係
に容易に選定することができる。

なお、比較回路（１１２）は１例えば２個の専用の比較
器ＣＩ（１１７）、　Ｃ２（１１８）と電源とアース間
に接続されたコンデンサＣｌ０Ｉとから構成されている
。このコンデンサの値は例えばＣｌ０Ｌ　”　０．０４
７ｊＬＦに選定する。

そして、上記比較器ＣＩ（１１７）の負入力側、Ｃ２（
１１８）の正入力側に加算回路（１０５）の出力信号０
、ａｓ＝Ａ”／１０をそれぞれ入力し、ＣＩ（１１７）
の正入力（１１４）側、Ｃ２（１１８）の負入力（１１
５）側にそれぞれ上記出力信号ｅ　ｘｏｓの許容上限値
、許容下限値を入力し、出力を共通接続してその出力の
状態により出力信号ｅ、。の出力電圧を常時監視し、入
力信号ＡＳｉｎθ（ｔ’）、ＡＣｏｓ　Ｏ＜＊）の異常
すなわちこの入力信号を発生するエンコーダなどの異常
診断を行うことができる。

具体的には１例えば入力信号の振幅Ａ　＝　１０（Ｖ）
の場合、加算回路（１０５）の出力信号ｅ、、、：：１
０２／１０＝１０（Ｖ）となるので、入力（１１４）に
許容上限値１０＋０．５．１０．５（Ｖ）、入力（１１
５）　ニ許容下限値１０−０．５＝９．５（Ｖ）を入力
しておく。

この時、比較回路（１１２）の比較器Ｃ１（１１７）、
Ｃ２（１１ｇ）はスイッチとしての動作をし、加算回路
（ｔＯＳ）の出力信号の電圧ｅｔａｓ　が上記許容上下
限値内にある際には、比較器Ｃ１（１１７）はオフ状態
で出力“０”、Ｃ２（１１８）はオフ状態で出力１′０
”となるので上記比較回路（１１２）の出力としてオフ
状態゛′０′″を出力し、入力信号が正常なレベルであ
ることが分る。

また、加算回路（１０５）の出力信号の電圧ｅ１．。

が上記許容上限値を越えるか、許容下限値を下回る時に
は、比較器Ｃ１（１１７）がオン状態で出力１′Ｌ　Ｉ
Ｉか、比較器Ｃ２（１１ｇ）がオン状態で出力“１”と
なり。

上記比較回路（１１２）の出力としては、２つの比較器
Ｃ１（１１７）とＣ２（１１Ｂ）の論理和となるのでオ
ン状態１１１　ＩＩを出力し、入力信号が異常なレベル
であることが分る。なお、この比較回路（１１２）とし
て、専用の比較器を使用した例について説明したが。

他の例えば汎用の演算増幅器などを使用して構成してよ
いのは言うまでもなく、その出力２値状態も種々アレン
ジして監視するようにしてよいのも言うまでもない。

また、三角関数Ｓｉｎ”θ＋ｔ＞＋Ｃｏｓ”　１９　（
ｔ）”　ｌなる関係を利用しているので、第１．第２の
入力信号の正弦波、余弦波の位相差が９０度のときに最
高精度が得られる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明信号抽出方法によれば。

入力信号の振幅成分を含む角速度信号から、振幅成分を
含まない角速度信号を抽出できるので、正確な角速度信
号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明信号抽出方法を２相工ンコーダ川角速度
検出回路に適用した一実施例を示す構成図、第２図は第
１図の一回路構成図、第３図は第２図の一特性例図、第
４図第５図は第２図の他の一特性例図である。 ｌｏｔ・・・第１の乗算回路、　　１０２・・・第２の
乗算回路。 １０５・・・加算回路、　　　　１０８・・・除算回路
、１１２・・・比較回路。 特許出願人　東京エレクトロン株式会社第　１　図 第３図 （入カイ占モｉＡ５反４シ〔ｆ＝１０３ｏ９）ｌど　　
−ｊミ）第４図 入カイ島号扱・賜電凡とＶ） 第５図 入カイ再呂肩は支枝（ＫＨｚ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 位相が９０度異なる第１、第２の入力信号の振幅成分を
   含む電気信号と、上記第１、第２の入力信号の振幅成分
   のみ生成する電気回路の出力電気信号とから、上記振幅
   成分を含まない電気信号を抽出することを特徴とする信
   号抽出方法。