JPH03282912A - 位置決め装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、粗動及び微動により位置決めを行う位置決め
装置に関する。

（従来の技術） 半導体製造装置、情報機器或いは精密工作機械ではテー
ブル等を位置決めしている。この位置決めはテーブルを
直線運動させて目標位置に一致させている。この位置決
めの技術には粗動装置及び微動装置を用いたデイアル制
御がある。このデュアル制御は、例えば粗動装置と微動
装置とを交互に作動させてテーブルを目標位置に位置決
めしている。

ところが、粗動装置と微動装置とを交互に作動させると
、例えば微動装置と同時に粗動装置が作動開始するとき
に微動装置と粗動装置との間に動作の干渉が生じる。こ
の干渉の原因は粗動装置と微動装置への各動作指令が同
時に発することができないことと、粗動装置と微動装置
との各応答速度がそれぞれ異なることからとである。こ
の干渉が生じると、テーブルは振動し、精度高く位置決
めできなくなる。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように粗動装置と微動装置との間に動作の干渉が
生じ、この干渉によりテーブルが振動し、精度高い位置
決めができない。

そこで本発明は、粗動装置と微動装置との間の干渉をな
くして精度高い位置決めができる位置決め装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、被位置決め体を粗動移動させる粗動駆動機構
と、被位置決め体を微動させる微動素子と、被位置決め
体の位置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段
により検出された被位置決め体の位置と目標位置との差
に応じて粗動駆動機構と微動素子とを交互に作動させ、
かっこの交互の作動における微動素子への印加電圧を元
のレベル以下に低下させこの期間中に粗動駆動機構を作
動開始させる粗動微動制御手段とを備えて上記目的を達
成しようとする位置決め装置である。

（作用） このような手段を備えたことにより、位置検出手段によ
り検出された被位置決め体の位置と目標位置との差に応
じて粗動微動制御手段により粗動駆動機構と微動素子と
が交互に作動され、かっこの交互の作動における微動素
子への印加電圧を元のレベル以下に低下させ、この期間
中にに粗動駆動機構を作動開始する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は位置決め装置の構成図である。支持台１上には
摩擦駆動機構２が設けられている。この摩擦駆動機構２
はスライダ３を直線的に移動させるものであって、回転
軸２０１及び支持軸２０２が突出している。この摩擦駆
動機構２には第１静圧軸受４が備えられている。この第
１静圧軸受４は駆動ロッド５を静圧により支持するもの
である。

なお、駆動ロッド５は回転軸２０１及び支持軸２０２に
対して接触している。この駆動ロッド５の先端には連結
部材６を介してスライダ３が連結されている。このスラ
イダ３は第２静圧軸受７により静圧支持されている。こ
の第２静圧軸受７は各支持台８．９により案内体１０が
支持されている。この案内体１０はスライダ３内を貫通
している。そして、案内体１０には多数の孔が形成され
、これら孔から空気が噴射してスライダ３を支持してい
る。

第１静圧軸受４には第１給気配管１１が接続され、第２
静圧軸受７の支持台９には第２給気配管１２が接続され
ている。第１給気配管１１には第１サーボ弁１３が接続
され、第２給気配管１２には第１サーボ弁１４が接続さ
れている。これらサーボ弁１３．１４は給気バイブ１５
により共通接続されて空気圧力供給源１６に接続されて
いる。

この空気圧力供給源１６は各給気配管１１．１２を通し
て空気に圧力をかけて供給する。

スライダ３上には第１反射ミラー２０が取付けられてい
るとともに補助板２１が固定されている。

そして、この補助板２１に圧電素子２２が設けられてい
る。この圧電素子２２はＰｂ　（Ｚｒ、Ｔｉ）０、（Ｐ
ＺＴ）の材料から成っている。この圧電素子２２は第２
図に示すように円柱状に形成され、かつ電圧印加により
Ｘ方向に変位する。又、この圧電素子２２の先端には第
２反射ミラー２３が設けられている。ところで、この装
置の位置決めは、第２反射ミラー２３に対して行われる
。

支持台１上にはレーザ測長システムを構成するＨｅ−Ｎ
ｅレーザ発振器（以下、レーザ発振器と省略する）２４
が設けられている。このレーザ発振器２４のレーザ出力
方向にはビームスプリッタ２５が配置されている。この
ビームスプリッタ２５はレーザ発振器２４から出力され
たレーザ光を２光路に分岐して第１及び第２分岐レーザ
光とするものである。こ、のビームスプリッタ２５の各
分岐方向のうち一方の分岐方向には第１光干渉計２６が
配置されている。この第１光干渉計２６は第１分岐レー
ザ光を通過させて第１反射ミラー２０に向で出力する。

そして、この第１光干渉計２６は第１反射ミラー２０か
らの反射レーザ光を受光し、この反射レーザ光と第１分
岐レーザ光との干渉光を得るものである。又、支持台１
上には第ルシーバ２７か設けられている。この第１しシ
ーμ２７は第１光干渉計２６に発生した干渉光を受け、
この干渉光の光強度に応じた電気信号Ｓ１に変換出力す
るものである。一方、ビームスプリッタ２５の他方の分
岐方向にはベンダ２８が配置されている。このベンダ２
８は第２分岐レーザ光を９０°向きを変えて出力するも
のである。このベンダ２８のレーザ出力方向には第２光
干渉計２９が配置されている。この第２光干渉計２９は
第２分岐レーザ光を通過させて第２反射ミラー２３に向
で出力する。そして、この第２光干渉計２９は第２反射
ミラー２３からの反射レーザ光を受光し、この反射レー
ザ光と第２分岐レーザ光との干渉光を得るものである。

又、支持台１上には第２レシーバ３０が設けられている
。この第２レシーバ３０は第２光干渉計２９に発生した
干渉光を受け、この干渉光の光強度に応じた電気信号Ｓ
２に変換出力するものである。尚、上記レーザ発振器２
４はレーザコントローラ３１によりレーザ光の出力制御
が行われる。

主制御装置３２は粗動制御及び微動制御の各機能を有し
ている。粗動制御機能は、第ルシーバ２７からの電気信
号Ｓｌを受けて第１反射ミラー２０の位置を求め、この
位置と目標位置との偏差を零とする粗動駆動信号ＣＢを
送出するものである。主制御装置３２と摩擦駆動機構２
とは増幅器３３を通して接続されている。従って、粗動
駆動信号ＣＢは増幅器３３により増幅されて摩擦駆動機
構２に送られる。これにより粗動制御はフィードバック
制御系により形成される。

微動制御機能は、第２レシーバ３０からの電気信号Ｓ２
を受けて第２反射ミラー２０の位置を求め、この位置と
目標位置との偏差を零とする微動駆動信号ＣＡを送出す
るものである。この微動駆動信号ＣＡは電圧信号となっ
ている。そして、この微動駆動信号ＣＡは圧電素子用ア
ンプ３４を通って圧電素子２２に加えられている。これ
により、微動制御はフィードバック制御系により形成さ
れる。

又、主制御装置３２は粗動制御機能と微動制御機能とを
交互に実行する機能を有している。

次に上記の如く構成された装置の作用について説明する
。

空気圧力供給源１６は給気バイブ１５に空気を供給して
いる。この空気は第１サーボ弁１３から第１給気配管１
１を通って第１静圧軸受４に供給される。又、この空気
は第２サーボ弁１４から第２給気配管１２を通って第２
静圧軸受７に供給される。第１静圧軸受４は供給された
空気を駆動ロッド５に対して噴射する。これにより駆動
ロッド５は浮上する。第２静圧軸受７は供給された空気
を案内体１０からスライダ３に対して噴射する。

これによりスライダ３は浮上する。

主制御装置３２は粗動制御と微動制御とを交互に実行す
る。ここで、粗動制御と微動制御と各動作について説明
する。粗動制御を説明すると、主制御装置３２は摩擦駆
動機構２に対して動作指令を発するとともにレーザコン
トローラ３１に対して動作指令を発する。レーザコント
ローラ３１は動作指令を受けると、レーザ発振器２４を
動作させてレーザ光を出力させる。このレーザ発振器２
４から出力されたレーザ光はビームスプリッタ２５によ
り２方向に分岐される。この分岐された一方の第１分岐
レーザ光は第１光干渉計２６を通過して第１反射ミラー
２０に到達する。この第１分岐レーザ光は反射ミラー２
０で反射して再び第１光干渉計２６に入射する。この第
１光干渉計２６はレーザ発振器２４からのレーザ光と反
射第１分岐レーザ光とが入射することにより干渉光が生
じる。この干渉光の光強度は第１反射ミラー２０と第１
光干渉計２６との間隔つまり第１反射ミラー２０の位置
に応じた強さとなっている。この干渉光は第ルシーバ２
７に送られ、この第ルシーバ２７は干渉光の光強度に応
じた電圧の電気信号Ｓ工に変換する。又、ビームスプリ
ッタ２５により分岐された他方の第２分岐レーザ光はベ
ンダ２８で反射して第２光干渉計２９に送られる。この
第２光干渉計２９は第１分岐レーザ光を通過させて第２
反射ミラー２３に送る。この第２分岐レーザ光は反射ミ
ラー２３で反射して再び第２光干渉計２９に入射する。

この第２光干渉計２９はレーザ発振器２４からのレーザ
光と反射第２分岐レーザ光とが入射することにより干渉
光が生じる。この干渉光の光強度は第２反射ミラー２３
と第２光干渉計２９との間隔つまり第２反射ミラー２３
の位置に応じた強さとなっている。この干渉光は第２レ
シーバ３０に送られ、この第２レシーバ３０は干渉光の
光強度に応じた電圧の電気信号Ｓ２に変換する。そして
、各電気信号５１８２は主制御装置３２に送られる。こ
のとき、主制御装置３２は粗動制御を実行しているので
、電気信号Ｓ２を無視する。

主制御装置３２は電気信号Ｓ１を受けて第１反射ミラー
２０の位置を求め、この位置と目標位置との偏差を零と
する粗動駆動信号ＣＢを送出する。

この粗動駆動信号ＣＢは増幅器３３により増幅されて摩
擦駆動機構２に送られる。この摩擦駆動機構２は粗動駆
動信号ＣＢを受けて駆動ロッド５を移動させる。この駆
動ロッド５の移動によりスライダ３が矢印（イ）方向に
移動する。

一方、微動制御は次の通りである。主制御装置３２は第
２レシーバ３０からの電気信号Ｓ２を受けて第２反射ミ
ラー２０の位置を求め、この位置と目標位置との偏差を
零とする微動駆動信号ＣＡを送出する。この微動駆動信
号ＣＡは電圧信号となっている。そして、この微動駆動
信号ＣＡは圧電素子用アンプ３４で増幅されて圧電素子
２２に加えられる。これにより圧電素子２２は印加され
た電圧値に応じて変位する。この圧電素子２２の変位に
より第２反射ミラー２２は目標位置に向かって移動する
。なお、この位置決め精度はレーザ発振器２４を使用す
るレーザ測長システムの出力、つまり第２レシーバ３０
の電気信号Ｓ２から求められる第２反射ミラー２２の検
出位置精度に対応している。

ところで、主制御装置３２は、粗動動作と微動動作とを
交互に実行するが、この場合、主制御装置３２から出力
される微動駆動信号ＣＡはステップ的に電圧値が高くな
っている。この微動駆動信号ＣＡは上記した経路を通っ
て圧電素子２２に加えられる。これにより、圧電素子２
２はステップ的に変位する。この変位は例えば１ステッ
プ当り２０ｒ＋ｍである。以下、粗動動作と微動動作と
の交互動作を説明すると、圧電素子２２は第４図のＡ。

Ｂ状態に示すように矢印ａ１方向にステップ的に変位す
る。圧電素子２２の変位がＣ状態に示す最大変位Ｆに達
すると、主制御装置３２は圧電素子２２への印加電圧を
元のレベル以下に低下させ、この中断期間ｉ中に摩擦駆
動機構２に変位Ｆの粗動駆動信号ＣＢを送出する。なお
、粗動駆動信号ＣＢの立上りは第５図に示すようにわず
かに傾斜している。従って、中断期間ｉはこの立上りに
要する時間以上であれば良い。これにより、圧電素子２
２はＤ状態に示すように矢印ａ２方向に変位つまり退縮
する。又、摩擦駆動機構２は駆動ロッド５を矢印ａ１方
向に変位Ｆだけ移動させる。この結果、反射ミラー２３
はＤ状態に示すようにＡ状態と比較して変位Ｆだけ移動
する。次に主制御装置３２は再びステップ的に電圧値を
高くする微動駆動信号ＣＡを送出する。この微動駆動信
号ＣＡは上記経路を通って圧電素子２２に加えられる。

これにより、圧電素子２２はＥ状態に示すように再びス
テップ的に変位して最大変位Ｆに達する。この最大変位
Ｆに達すると、主制御装置３２は圧電素子２２への印加
電圧を元のレベル以下に低下させ、この中断期間ｉ中に
摩擦駆動機構２に変位Ｆの粗動駆動信号ＣＢを送出する
。この結果、反射ミラー２３はＣ状態に示すようにＡ状
態と比較して変位２Ｆだけ移動する。以下、粗動と微動
とが繰り返されて第２反射ミラー２３が目標位置に位置
決めされる。

ここで、以上のように圧電素子２２への印加電圧は、最
大変位Ｆに達したときに一時的に元のレベル以下に低下
し、この低下の期間ｉが経過すると、再び圧電素子２２
への印加電圧をステップ的に高くし、かつ粗動駆動信号
ＣＢは期間ｉ内に送出しているので、第２反射ミラー２
３の振動は抑えられる。なお、ただ単に圧電素子２２へ
の印加電圧を元のレベルに低下し、再び圧電素子２２へ
の印加電圧をステップ的に高くすれば、第２反射ミラー
２３は摩擦駆動機構２の動作時に振動する。

このように上記一実施例においては、レーザ測長システ
ムにより検出された第２反射ミラー２３の位置と目標位
置との差に応じて摩擦駆動機構２と圧電素子２２とを交
互に作動し、かつこの交互の作動における圧電素子２２
の微動を停止させるとともに摩擦駆動機構２を作動させ
るときの圧電素子２への印加電圧を一時的に圧電素子２
２を微動させる以前の値以下に低下し、この低下期間ｉ
に摩擦駆動機構２を作動開始するようにしたので、圧電
素子２２の微動が停止されて摩擦駆動機構２が作動する
際にこれら圧電素子２２と摩擦駆動機構２との各動作が
干渉せずに位置決めしようとする第２反射ミラー２３が
振動することがない。従って、摩擦駆動機構２と圧電素
子２２とにより第２反射ミラー２３を目標位置に精度高
く位置決めできる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。例えば、摩
擦駆動機構２に代えてボールねじ送り機構、リニアモー
タ、静圧ねじ送り機構等を用いてもよい。又、圧電素子
２２に代えて電歪素子を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、粗動装置と微動装
置との間の干渉をなくして精度高い位置決めができる位
置決め装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明に係わる位置決め装置の一実
施例を説明するための図であって、第１図は構成図、第
２図は第２反射ミラーの外観図、第３図は粗動及び微動
制御時の制御作用を説明するための動作タイミング図、
第４図は粗動及び微動時の動きを示す図、第５図は粗動
及び微動制御時における振動を説明するための図である
。 １・・・支持台、２・・・摩擦駆動機構、３・・・スラ
イダ、４・・・第１静圧軸受、５・・・駆動ロッド、６
・・・連結部材、７・・・第２静圧軸受、８．９・・・
支持台、１０・・・案内体、１１・・・第１給気配管、
１２・・・第２給気配管、１３．１４・・・サーボ弁、
１５・・・給気パイプ、１６・・・空気圧力供給源、２
０・・・第１反射ミラー２１・・・補助板、２２・・・
圧電素子、２３・・・第２反射ミラー　２４・・・レー
ザ発振器、２５・・・ビームスプリッタ、２６・・・第
１光干渉計、２６．２７・・・第２レシーバ、２８・・
・ベンダ、２９・・・第２光干渉計、３０・・・第２レ
シーバ、３１・・・レーザコントローラ、３２・・・主
制御装置、３３・・・増幅器、３４・・・圧電素子用ア
ンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被位置決め体を粗動移動させる粗動駆動機構と、前記被
   位置決め体を微動させる微動素子と、前記被位置決め体
   の位置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段に
   より検出された前記被位置決め体の位置と目標位置との
   差に応じて前記粗動駆動機構と前記微動素子とを交互に
   作動させ、かつこの交互の作動における前記微動素子へ
   の印加電圧を元のレベル以下に低下させこの期間中に前
   記粗動駆動機構を作動開始させる粗動微動制御手段とを
   具備したことを特徴とする位置決め装置。