JPS63216111A - 駆動制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、可動物体の位置や速度の制御を行なう駆動制
御装置に関し、特に指令パルス列にて駆動するサーボモ
ータを用い指令速度に応じて制御モードを切り換えて高
速時から低速時に至るまでの動作を安定にした駆動制御
装置に関する。

［従来技術］ 従来の半導体露光装置のステージの定速送りの駆動機構
は、高速位置決めの動作も兼ねており、ステージ位置が
検出されフィードバックされていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながらこのような従来技術によれば、モータ等か
らなる駆動部とステージ等の被駆動部との間に存在する
弾性や粘性によりサーボモータとステージの間にはずれ
や振動が生じゃすく、したがフて、露光パターンの高精
細化に伴い、これらの振動やずれが問題のひとつとなっ
てきている。

本発明は、上述従来例の問題点に鑑み、駆動装置におい
て、速度や位置の指令値に対する追従の忠実性の向上を
主目的とする。

［問題点を解決するための手段および作用］上記問題点
を解決するため本発明では、駆動部を制御して被駆動部
の位置や速度を制御する駆動制御装置において、該駆動
部と被駆動部のそれぞれに位置検出手段を設け、これら
の出力に重み付けをして帰還するようにしている。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る駆動制御装置の機械（
駆動）系の構成を示す。同図において、１は定速送り用
サーボモータ、２はモータ１に直結されたタコジェネレ
ータ、３はウオームギヤ、４はギヤ３に接続されたりオ
ームホイール、５゜１１はクラッチ、６，７．１２はギ
ヤ、８はギヤ７に直結した回転エンコーダ、９は高速位
置制御用のサーボモータ、ｌＯはモータ９に直結したタ
コジェネレータである。また、１３はボールねじ、１４
はねじ１３を受けるナツト、１５はシャフト、１６はシ
ャフト１５につながっている負荷、１７はリニアスケー
ルである。

この駆動系は、サーボモータ１．９によフて回転トルク
を作り出す。サーボモータ１で作り出されたトルクは、
つオームギヤ３を通して回転比率１／４０のウオームホ
イール４に伝達される。つオームホイール４とクラッチ
５はシャフトにより連結されており、クラッチ５が接続
されている時は回転トルクがそのままギヤ６に伝わり、
接続されていない時は回転するのはクラッチ５の上側板
のみである。ギヤ６の回転はこのギヤ６につながったギ
ヤ７に回転比率１／１で伝達される。ギヤ７は回転エン
コーダ８とボールねじ１３につながっている。一方、サ
ーボモータ９よって作り出されたトルクは、クラッチ１
１によってクラッチ５の場合と同様にしてギヤ１２に伝
達される。ギヤ１２は回転比率１／２でギヤ７につなが
っている。ここでは、クラッチ５とクラッチ１１が両方
同時につながっていたり離れたりした状態は存在しない
ように制御している。ボールねじ１３に伝わった回転ト
ルクはナツト１４のところで回転系から直進系へ変換さ
れ、ナツト１４からの直進系の力はシャフト１５でつな
がれた負荷１６を動かす。負荷１６にはリニアスケール
１７が付いている。

第２図は第１図のシステムを電気的に制御する部分の構
成図である。同図において、１８は全システムに指令を
送るＣＰＵ、１９はインターフェースポード、２０．２
１はそれぞれ定速送り用と高速位置決め用のプリアンプ
、２２．２３はサーボドライバ、２４はＣＰ　ＵｌＢと
インターフェースポード１９とを接続するマルチパス、
２５〜３８は制御のための信号（線）である。

この構成において、ＣＰ　Ｕ　１８より制御モード、位
置および速度指令を含む駆動命令が下されると、インタ
ーフェースポード１９ではこれらの指令値とロータリー
エンコーダ８やリニアスケール１７からの信号３７．３
８とを比較して速度指令信号２５および位置指令信号２
６とサーボモータ１．９の選択信号２７．２８を出力す
る。速度指令信号２５は、選択信号２７．２８により可
能化されたプリアンプ２０または２１を介してドライバ
２２または２３に送出され、これを受けたドライバ２２
（または２３）は、モータ１（または９）に対して電圧
を出力し、かつタコジェネレータ２（または１０）から
の電圧３３（または３５）に基づき出力を調整する。

第３図は上述の第１図および第２図に示した系をブロッ
ク図にまとめたものである。ただし、力学系においては
複雑な伝達関数を示す部分は省略しである。また、第４
図はこの系の機械系の部分をモデル化した図を示す。

第４図において、ＪＭはモータ１　（または９）におけ
る回転子とギヤによる回転系のイナーシャ、ＴＭはこれ
を駆動しようとする力、Ｍはステージ（負荷１６）の質
量を示す。また、質量ＭとイナーシャＪ８とは、ばね定
数にという値をもったボールねじによってつながってい
る。質ｉＭおよびイナーシャＪＭと固定部分との間なら
びに質量ＭとイナーシャＪＭとの間には、それぞれＣＬ
ｌＣＭ、ＣＧという値を持った粘性が存在する。ここで
、回転系・直進系変換定数をαとし、イナーシャＪＭお
よび質量Ｍの位置をそれぞれθ。およびｘＬとすれば、
この系の運動方程式は次のようになる。

＋ａｋ　（ａθ、−ｘＬ）＝＝ＴＭ ・・・・・・（１） ＋ｋ　（ｘＬ−α０間）＝０ ・・・・・・（２） 但し、変数上に付けたドツト（゛）は微分を意味する。

（１）　、　　（２）式よりＴ。からＸ、に至る伝達関
数は ・・・・・・（３） となる。但し、 Ａ＝ＪＭ　　−Ｍ Ｂ”ＪＭ　（Ｃｏ／ａ２＋ｃＬ）＋Ｍ　（ＣＭ　＋Ｃｃ
ｌ　）Ｃ＝　（ＪＭ＋α’　Ｍ）ｋ＋　（ＣＭＣＬ＋Ｃ
ＭＣ。

／α２＋Ｃ１１Ｃｔ、） Ｄ＝（ＣＭ＋α２ＣＬ　’）　ｋ Ｅ＝Ｃ（１／α Ｆ＝αに であり、Ｓはラプラス演算子を示す。

また、この（３）式と比較して機械系のばね定数を含ま
ない場合、すなわち系をひとつの剛体と見たときのモデ
ルを第５図に示す。この場合、回転系のイナーシャコア
と直進系の質量Ｍを併せ持つ剛体に粘性Ｃが存在し、こ
れらを入力であるトルクＴＭで駆動し出力であるｘＬが
変化する。この場合も同様に伝達関数を求めると、 ｘＬ　　　　　　　　　　　　　　　　　　α・・・・
・・（４） となる。これを（３）式と比較すれば、（３）式は（４
）式に２次遅れ要素を乗じた形となっている。

そこで第３図の回路では、この遅れを補償するために、
枠６６内の回路によってＸｔと０２の差をとり、粘性項
として負帰還をかけである。

次に、第３図の装置の位置決め動作を第６図のフローチ
ャートに従って説明する。

位置決め動作を開始して、原点合せ等のイニシャライズ
（ステップ１０１）が行なわれた後、マルチパス２４よ
り目標位置指令と（最高）速度指令を受ける（ステップ
１０２）と、ＣＰ　０１８は、これらの値より減速位置
を算出しくステップ１０３）てこれをＩ／Ｆボード１９
内の減速位置レジスタ４２に、また最高速度指令値を最
高速レジスタ４３にラッチさせ（ステップ１０４　）　
、制御回路４４にスタート命令を送る（ステップ１０５
）。

すると、制御回路４４は、速度パターンＲＯＭ４５の値
を読み出してその゛速度の値を逐次乗算型Ｄ／Ａ４８に
送出する。この値は、乗算型Ｄ／Ａ４６から最高速レジ
スタ４３にラッチされた値を乗ぜられた形でＶ／Ｆコン
バータ４７に入力され、パルス列の速度指令に変換され
る。

この信号は一方においてＦ／Ｖコンバータ４８を経てア
ナログの速度指令信号に変換され、減算回路４９の正入
力端に供給される。減算回路４９においては、この信号
とリニアスケール１７からのパルス列よりＦ／Ｖコンバ
ータ５０を経て作成される速度信号とを減算処理して誤
差電圧を出力する。この誤差信号は所定のゲインを有す
るリニアアンプ２゜で増幅された後、サーボドライバ２
２に入力される。また、この誤差電圧がサーボドライバ
２２に入力されるまでの過程で、ロータリーエンコーダ
８からの信号をＦ／Ｖ変換したものとリニアスケール１
７からの信号をＦ／Ｖ変換したものの差分が減算回路５
２．５１を経てフィードバックされている。

上記パルス列の速度指令信号は、他方において、目標位
置カウンタ５５に人力される。減算回路５６では、該カ
ウンタ５５の計数値とリニアスケール１７からのパルス
列をカウントする現在位置カウンタ６１の計数値との差
分な算出する。この差分値は、Ｄ／Ａコンバータ５７で
アナログ変換され、リニアアンプ５８により所定のゲイ
ンで増幅される。

アンプ５８のこの出力は加算回路５９でリニアアンプ２
０の出力と加算されサーボドライバ２２の入力電圧にフ
ィードフォワードされる。ドライバ２２は入力端子に応
じてモータ１を駆動し、この回転トルクにより前述のよ
うに負荷１６が移動される。

このようにして、ステップ１０６においてフィードバッ
クされながら負荷１６が加速されて最高速度に達した後
、減速開始位置に達するまで負荷１６は上記最高速度で
移動する。減速位置ラッチ４２と現在位置カウンタ６１
の出力値に基づき、負荷１６が減速開始位置に達したと
判定されたら（ステップ１０７　）　、再びＲＯＭ４５
の速度パターンに基づき減速され（ステップ１０８）、
そして、目標位置カウンタ５５と現在位置カウンタ６１
の出力値に基づき目標位置に達したと判定されたら（ス
テップ１０９）駆動が停止され位置決めされる（ステッ
プ１１０）。

以上のステップ１０２〜１１０の動作は、位置決めすべ
き位置の数に応じて繰り返される。

なお、以上のような駆動部のロータリーエンコーダから
のフィードバックおよびリニアスケールからのフィード
バックは定速送りの場合にも適用でとるが、この場合、
これらフィードバック時の重み付けは速度指令値により
使い分ける必要がある。

第７図は以上のようにして本実施例の装置により駆動制
御を行なう場合の計算により求めた時間応答波形を示す
グラフである。すなわちこのグラフは上述実施例の制御
方法を適用した場合のステップ人力に対する応答波形を
表わしており、第８図に示した応答波形で表わされるよ
うな従来の制御方法の場合に比べ、明らかに制御系の応
答性が改善されていることがわかる。なお、第７図およ
び第８図のグラフは、第１図の装置において、キャリッ
ジ（被駆動物）の質量が３００Ｋｇ、共振周波数が６３
Ｈｚの場合を示す。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、位置検出手段を駆
動部および被駆動部に設け、これら検出手段からの出力
値あるいは偏差を取り込んで駆動制御することにより、
複雑な力学的伝達系を持つ機構においてその時間遅れを
抑圧することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る駆動制御ｉ置の機械
系の見取図、 第２図は、第１図の機械系を制御するための電気系の見
取図、 第３図は、第１図および第２図の系をまとめたブロック
線図、 第４図は、機械系の部分をモデル化した図、第５図は、
機械系をひとつの剛体とみなしたときのモデル図、 第６図は、第３図の装置の動作を示すフローチャート、 第７図は、本発明の一実施例に係る駆動制御装置を用い
て駆動制御することにより特性が改善された場合の時間
応答波形を示すグラフ、そして、第８図は、従来の駆動
制御による時間応答波形である。 １：定速送り用サーボモータ、 ２：タコジェネレータ、３；ウオームギヤ、４：ウオー
ムホイール、５，１１：クラッチ、６．７，１２：ギヤ
、８二回転エンコーダ、９：サーボモータ、ｌＯ：タコ
ジェネレータ、１３：ボールねし、１４：ナツト、１５
：シャフト、１６：負荷、１７：リニヤスケール、１８
：ｃＰＵ。 １９：インターフェースポード、 ２０．２１：プリアンプ、 ２２．２３：サーボドライバ、２４：マルチバス、２５
：速度指令信号、２６：位置指令信号、２７．２８　　
：サーボモータの選択信号、３３、３５：タコジェネレ
ータからの電圧、３７：ロータリーエンコーダからの信
号、３８：リニアスケールからの信号。 特許出願人　　　キャノン株式会社 代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄 代理人　弁理士　　　伊　東　哲　也 第２図 第４図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被駆動部と、該被駆動部を駆動する駆動部と、該駆
   動部の位置を検出する第１の検出手段と、上記被駆動部
   の位置を検出する第２の検出手段と、上記駆動部を制御
   して上記被駆動部の速度および位置を制御する制御手段
   とを具備することを特徴とする駆動制御装置。 ２、前記駆動部が、高速位置決め用モータと定速送り用
   モータおよびこれらの接続状態を切り換えてこれらを使
   い分けるクラッチを含む特許請求の範囲第１項記載の駆
   動制御装置。 ３、前記制御手段が、前記第１および第２の検出手段か
   らの出力をそれぞれ重みを付けて帰還する手段を含む特
   許請求の範囲第１項記載の駆動制御装置。 ４、前記駆動部が高速位置決め用モータと定速送り用モ
   ータを有し、前記制御手段がこれらのモータならびに前
   記第１および第２の検出手段からの信号の重み付けを駆
   動状態に応じて使い分ける特許請求の範囲第１項記載の
   駆動制御装置。