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JP5873384B2 - Table positioning device - Google Patents
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JP5873384B2 - Table positioning device - Google Patents

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Description

本発明は、テーブル移動機構部と動力付与部と移動変位量検出部と位置決め制御回路部とを具備し、テーブルを超高速(2.5mm/sec)かつ高精度(1nm)で位置決めするためのテーブル位置決め装置に関する。   The present invention includes a table moving mechanism unit, a power applying unit, a moving displacement amount detecting unit, and a positioning control circuit unit, and is used for positioning a table with ultra-high speed (2.5 mm / sec) and high accuracy (1 nm). The present invention relates to a table positioning device.

上位概念的には対象物を高精度で位置決めするための技術的手段として共通するも、具体的(下位概念的)には、例えばレザー光線を利用した半導体露光装置(大型・高価)と、例えば光ファイバーの試験研究用の位置決め装置(小型・廉価)とは、技術的に相容れない事項が多い。   Although it is commonly used as a technical means for positioning an object with high accuracy in terms of upper concepts, specifically (subordinate concepts) include, for example, a semiconductor exposure apparatus (large and expensive) using a laser beam, for example, There are many technical incompatibility with the positioning device (compact and inexpensive) for optical fiber testing and research.

本出願人らは、後者に関して、まず、産業上の利用性の確立および普及拡大のために、大幅な小型軽量化,低コスト化および取扱い容易化を達成するための移動変位検出器つまり光学的変位検出装置(特許文献1を参照)を提案した。この装置は、3つの光学格子を用いたスリーグレーチング方式で、高精度化および検出高速化も達成できる。   In connection with the latter, the present applicants firstly introduced a moving displacement detector, that is, an optical device for achieving a significant reduction in size, weight, cost, and ease of handling in order to establish industrial use and expand its use. A displacement detection device (see Patent Document 1) was proposed. This apparatus is a three-grating method using three optical gratings, and can achieve high accuracy and high detection speed.

次に、かかる光学的変位検出装置を、ステージ内(ベースとテーブルとの間)に収容させてテーブルの移動変位量検出部として利用するとともに、テーブル移動機構部を粗動用マイクロヘッドおよび微動用ピエゾアクチュエータを直列配設した手動式の位置決め装置(特許文献2)を提案した。   Next, the optical displacement detection device is accommodated in the stage (between the base and the table) and used as a movement displacement amount detection unit for the table, and the table movement mechanism unit is used for the coarse movement microhead and the fine movement piezo. A manual positioning device (Patent Document 2) in which actuators are arranged in series has been proposed.

また、粗動用をモータ駆動型ねじ軸としかつ微動用のピエゾアクチュエータとねじ軸とをテーブルの移動方向に直列配設した自動式位置決め装置(特許文献3)を提案した。引続き、応動変位許容手段等を設けることで、一段の高精度化等を企図した自動式位置決め装置(特許文献4)を提案した。さらに、構成要素ごとの改善も図った。例えば、回路(逓倍回路および分割回路)を含む移動変位量検出部(特許文献5)を提案した。かくして、全体として超薄型(小型・軽量)で、テーブルを高精度(例えば、0.1μm)で位置決めすることができた。   In addition, an automatic positioning device (Patent Document 3) has been proposed in which a coarse drive is a motor-driven screw shaft, and a fine motion piezo actuator and a screw shaft are arranged in series in the moving direction of the table. Subsequently, an automatic positioning device (Patent Document 4) was proposed in which a responsive displacement allowing means or the like was provided to achieve higher accuracy. In addition, improvements were made for each component. For example, a moving displacement amount detection unit (Patent Document 5) including a circuit (multiplication circuit and division circuit) has been proposed. Thus, it was possible to position the table with high precision (for example, 0.1 μm) with an ultra-thin shape (small and light) as a whole.

さらに、これらの技術的積み重ねの上に、ピエゾアクチュエータ駆動型の不利(不連続性、長時間駆動性)を解消(連続化、短時間駆動化)するものとして、ピエゾアクチュエータを排した全域(テーブル移動範囲)を1つのねじ軸で駆動可能に形成したいわゆる全域ねじ軸駆動型のテーブル位置決め装置(特許文献6)を提案した。この提案装置によれば、連続駆動により比較的短時間で高精度位置決めすることができた。   Furthermore, on top of these technical stacks, the entire area (tables) where the piezo actuators have been removed is used to eliminate the disadvantages (discontinuity, long-time drive) of the piezo-actuator drive type (continuous, short-time drive). A so-called full-range screw shaft drive type table positioning device (Patent Document 6) has been proposed in which the movement range is formed so as to be driven by a single screw shaft. According to this proposed apparatus, high-accuracy positioning can be performed in a relatively short time by continuous driving.

しかし、この提案位置決め装置(特許文献6)は、位置決め時間の短縮を図れるものの位置決め精度は0.01μm(10nm)程度であり、一段の高精度[例えば、0.001μm(1nm)以下]の位置決め精度を保証することはできない。   However, although this proposed positioning device (Patent Document 6) can shorten the positioning time, the positioning accuracy is about 0.01 μm (10 nm), and the positioning accuracy is one step higher (for example, 0.001 μm (1 nm or less)). Accuracy cannot be guaranteed.

ここにおいて、位置決め精度を一段と向上させるためには、構成要素(例えば、ねじ軸のリード、モータのステップ角度、減速機の有無、スケールピッチ、移動変位量検出信号の分割数等々)をできるだけ小さくあるいは多くすることが必要である。しかし、個々の構成要素を独立して小数化あるいは大数化を図っても、それらの組合せに機械的、光学的・電気・電子的な整合性がなければ、何の意味もない。つまり、製作コストを含む経済的負担が増大する割には実用性に欠ける。   Here, in order to further improve the positioning accuracy, the constituent elements (for example, screw shaft lead, motor step angle, speed reducer presence / absence, scale pitch, number of movement displacement detection signal divisions, etc.) should be as small as possible. It is necessary to do more. However, even if individual components are reduced or increased in number independently, there is no meaning as long as the combination thereof does not have mechanical, optical, electrical, and electronic consistency. In other words, it lacks practicality for an increased economic burden including manufacturing costs.

そこで、駆動系並びに検出系および制御系を1nm以下の位置決め精度を確立可能な整合性ある特定構成要素の組合せから形成した高精度位置決め装置を提案(特許文献7)した。この提案によれば、不安定要因を捉えかつこれを自動的に解消できるとともに、図12に示す如く1nm以下の高精度位置決めを担保でき、小型で安価な位置決め装置を提供できる。   In view of this, a high-accuracy positioning device has been proposed (Patent Document 7) in which the drive system, the detection system, and the control system are formed from a combination of specific constituent elements that can establish positioning accuracy of 1 nm or less. According to this proposal, an unstable factor can be detected and resolved automatically, and high-precision positioning of 1 nm or less can be ensured as shown in FIG. 12, and a small and inexpensive positioning device can be provided.

特開平7−286816号公報JP-A-7-286816 特開平8−185238号公報JP-A-8-185238 特開平9−192956号公報JP-A-9-192958 特開平10−58267号公報JP-A-10-58267 特開2000−235417号公報JP 2000-235417 A 特開2004−101320号公報JP 2004-101320 A 特開2007−219832号公報JP 2007-219832 A

確かに、提案装置(特許文献7)の特許成立と時期を同じくして高精度(1nm)の位置決め装置の普及拡大が始まった。つまり、実用において安定動作を担保しつつ高精度位置決めができることが認められた証であると考えられる。   Certainly, the spread of high-precision (1 nm) positioning devices began at the same time as the patent of the proposed device (Patent Document 7) was established. That is, it is considered that this is a proof that high-precision positioning can be performed while ensuring stable operation in practice.

この普及拡大に伴う具体的な使用態様の多様化は留まるところを知らない。例えば、連続性が求められる電子細線の測定・位置決め、位置決め範囲の拡大が求められる光ファイバーの調芯用位置決め、あるいは引上げ駆動負荷の大きな近接場に対するプローブ(下向き荷重)の位置決め等々である。   The diversification of specific modes of use accompanying this widespread expansion is unknown. For example, measurement and positioning of an electronic thin wire that requires continuity, positioning for alignment of an optical fiber that requires expansion of a positioning range, positioning of a probe (downward load) with respect to a near field with a large pulling drive load, and the like.

ところで、いずれの使用態様においても、高精度位置決め可能領域つまりストローク(テーブルの移動範囲)の一段の拡大要請が強い。他方、目標位置に高精度(1nm)で位置決めきることを前提とした上で、テーブル移動時間の一層の短縮化要請も強い。図12でいえば、高速移動時間(約1.998Sec)をその1/2、1/3に短縮することができれば、作業能率が大幅に向上すると指摘されている。しかし、位置決め可能領域の拡大を前提とすれば、一層の高精度化と移動速度の高速化とは二律背反的関係にある。   By the way, in any usage mode, there is a strong demand for further expansion of the high-precision positioning possible region, that is, the stroke (table movement range). On the other hand, on the premise that the target position can be positioned with high accuracy (1 nm), there is a strong demand for further shortening of the table moving time. Referring to FIG. 12, it is pointed out that if the high-speed moving time (about 1.998 Sec) can be shortened to 1/2 or 1/3, the work efficiency is greatly improved. However, if it is assumed that the positionable region is enlarged, there is a trade-off relationship between higher accuracy and higher movement speed.

しかも、提案(特許文献7)の位置決め装置は、各構成要素の適正化を慎重に吟味・実験し、丁度遺伝子組換え等の如く幾多の構成要素とそれらのランク別値の中から整合性あるものを選択しかつそれらの組合せをもって構築された究極的なものである。また、多くの検証作業と膨大な時間・労力を掛けることで確立されたものである。したがって、構成要素の適正化のみでは、これ以上の抜本的解決策は見いだせない。   Moreover, the proposed positioning device (Patent Document 7) carefully examines and experimentes on the optimization of each component, and is consistent with many components such as genetic recombination and their rank-specific values. It is the ultimate one built with choices and combinations of them. Moreover, it was established by spending a lot of verification work and enormous time and labor. Therefore, no more drastic solution can be found by just optimizing the components.

ここに、発想の転換を伴う研究・開発、つまり高精度位置決めを超高速で行える新たな位置決め装置の開発が強く求められている。   Here, there is a strong demand for research and development that involves a change in concept, that is, the development of a new positioning device that can perform high-precision positioning at ultra-high speed.

本発明の目的は、1nm以下の高精度位置決めを超高速かつ安定して行なえる全域ねじ軸駆動型のテーブル位置決め装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a full-range screw shaft drive type table positioning apparatus capable of stably performing high-precision positioning of 1 nm or less at an ultra-high speed and stably.

実際使用者からの要請・指摘を分析すると、一層の高速化は、位置決め開始から目標位置に位置決め完了するまでに要する時間を短縮することである。一方、製作者の観点からは、進歩する構成要素の吟味・導入は当然とするが、全構成要素の性能が同期的に進歩するわけではない。例えば、検出系の高速化は達成できたとしても、駆動系や制御系が未達である場合がある。移動高速化を計るには、駆動パルス信号(モータ回転制御信号)の周波数を一段と上げなければならない。しかし、電子・電機的な各構成要素の最大応答周波数は同じではない。特に、モータドライバの最大応答周波数は低い方である。   When analyzing requests / indications from users in practice, further speedup is to shorten the time required from the start of positioning to completion of positioning at the target position. On the other hand, from the producer's point of view, it is natural to examine and introduce components that advance, but the performance of all components does not advance synchronously. For example, even if the detection system can be speeded up, the drive system and the control system may not be achieved. In order to increase the movement speed, the frequency of the drive pulse signal (motor rotation control signal) must be further increased. However, the maximum response frequency of each electronic / electrical component is not the same. In particular, the maximum response frequency of the motor driver is the lower one.

高精度(1nm)の位置決めに必須な中速回転(移動)制御および低速回転(移動)制御に関する時間短縮は、例えば累積代表リード誤差等との関係から難しい。しかも、中・低速移動制御の時間は高速移動制御の時間に比較すれば短時間であるから全体的には短縮化効果が低い。つまり、中・低速移動制御に関する短縮化に取り組む意義は薄れる。かくして、高速移動制御の時間短縮を計ることが望ましい。しかし、駆動パルス信号の分解能およびモータドライバの最大応答周波数が限界的である以上、高速回転(移動)制御の時間短縮を計ることは至難である。   It is difficult to reduce the time for medium speed rotation (movement) control and low speed rotation (movement) control essential for high-accuracy (1 nm) positioning because of, for example, the relationship with cumulative representative read error. Moreover, since the time for medium / low speed movement control is shorter than the time for high speed movement control, the overall effect of shortening is low. In other words, the significance of working on shortening of medium / low speed movement control is diminished. Thus, it is desirable to reduce the time for high-speed movement control. However, since the resolution of the drive pulse signal and the maximum response frequency of the motor driver are limited, it is extremely difficult to reduce the time for high-speed rotation (movement) control.

ここにおいて、実際使用者の要請・指摘に鑑みれば、最終的な高精度位置決め精度を担保することができる限りにおいて、高速回転制御に関する駆動パルス信号の分解能を落としても差し支えない筈である。また、モータドライバの最大応答周波数以下の周波数で動作させるならば問題はない筈である。そこで、これら事項を巧みに利用すれば、高精度化および超高速化の双方を達成することができる筈である。   Here, in view of the demands and indications of actual users, the resolution of the drive pulse signal related to the high-speed rotation control may be reduced as long as the final high-precision positioning accuracy can be ensured. If the motor driver is operated at a frequency lower than the maximum response frequency, there should be no problem. Therefore, if these items are used skillfully, both high precision and ultra high speed should be achieved.

ところで、指定移動量の大小は使用者の専権事項でありかつ恣意的である。したがって、超高速回転制御のみに限定すると、例えば指定移動量が小さい場合に支障が生じ得る。例えば、指定移動量の値が、超高速回転制御用駆動パルス信号の分解能以下の場合は、位置決め制御ができない事態を招く虞がある。   By the way, the magnitude of the designated movement amount is an exclusive matter of the user and is arbitrary. Therefore, if only limited to the ultra-high speed rotation control, for example, a trouble may occur when the designated movement amount is small. For example, when the value of the designated movement amount is equal to or less than the resolution of the drive pulse signal for ultra-high speed rotation control, there is a possibility that positioning control cannot be performed.

かくして、本発明は、モータドライバの分割数を高速回転制御用分割数と超高速回転制御用分割数とを切換え可能に形成し、所定条件の下に超高速回転制御および高速回転制御を選択的に実行させ、しかる後に中・低速回転制御に移行可能に構成したものである。   Thus, according to the present invention, the number of motor driver divisions can be switched between the number of divisions for high-speed rotation control and the number of divisions for ultra-high-speed rotation control, and ultra-high-speed rotation control and high-speed rotation control are selectively performed under predetermined conditions. It is configured to be able to shift to medium / low speed rotation control after that.

具体的には、請求項1の発明に係るテーブル位置決め装置は、リードが1mm以下のねじ軸を利用しかつテーブルをベースに対して移動可能なテーブル移動機構部と、ねじ軸に連結されたステッピングモータおよびモータドライバを含みかつモータ回転制御信号に基づきねじ軸を回転駆動してテーブルを最小で1nmずつ移動可能な移動用動力をテーブル移動機構部に付与する動力付与部と、3つの光学格子および信号分割回路を含み各光学格子の明線および暗線がそれぞれ2μmとされかつ1パルス当たり1nmの移動変位量検出信号を生成出力してテーブルの移動変位量を検出する移動変位量検出部と、オープンループ制御による高速回転用,クローズドループ制御による中速回転用および低速回転用のモータ回転制御信号をこの順序で切換え出力可能でかつテーブルを目標位置に位置決めするための位置決め制御信号を動力付与部へ生成出力する位置決め制御回路部と、低速回転中に装置構成要素に発生した機械的振動に起因して生成された見掛けモータ回転制御信号を無視する見掛け信号無視手段を具備するテーブル位置決め装置において、ねじ軸にステッピングモータを直結し、モータドライバを高速回転用分割数と超高速回転用分割数とを選択的に切換え可能に形成し、高速回転用分割数および超高速回転用分割数のいずれかを選択するための分割数選択切換情報を格納するメモリと,実際位置決め運転に際して指定された指定位置決め情報とメモリに格納された分割数選択切換情報とを利用して当該実際位置決め運転に最適なモータドライバの分割数を選択する分割数選択手段と,選択された最適分割数に切換えるための分割数選択切換信号をモータドライバに生成出力する切換信号生成出力手段とを設け、位置決め制御回路部がオープンループ制御による高速回転用のモータ回転制御信号に代わる超高速回転用のモータ回転制御信号を出力可能に形成され、オープンループ制御による高速位置決め制御と比較して一段と高速な超高速位置決め制御を実行可能に形成された、ことを特徴とする。   Specifically, the table positioning device according to the first aspect of the invention is a table moving mechanism that uses a screw shaft whose lead is 1 mm or less and can move the table relative to the base, and a stepping connected to the screw shaft. A power applying unit that includes a motor and a motor driver and rotationally drives the screw shaft based on the motor rotation control signal to apply moving power to the table moving mechanism unit that can move the table by 1 nm at a minimum; and three optical gratings; A moving displacement amount detection unit that includes a signal dividing circuit and that generates and outputs a moving displacement amount detection signal of 1 nm per pulse with a bright line and a dark line of each optical grating of 2 μm, and an open position. Motor rotation control signals for high speed rotation by loop control, medium speed rotation by closed loop control, and low speed rotation in this order. A positioning control circuit unit that generates and outputs a positioning control signal for positioning the table at the target position to the power applying unit, and a mechanical vibration generated in the device components during low-speed rotation. In a table positioning device equipped with an apparent signal ignoring means that ignores the apparent motor rotation control signal, a stepping motor is directly connected to the screw shaft, and the motor driver is selectively set to the high-speed rotation division number and the ultra-high-speed rotation division number. The memory is configured to be switchable and stores division number selection switching information for selecting either the high-speed rotation division number or the super-high-speed rotation division number, and the specified positioning information and memory specified in the actual positioning operation. Number of divisions for selecting the optimum number of motor driver divisions for the actual positioning operation using the stored division number selection switching information There is provided selection means and switching signal generation output means for generating and outputting a division number selection switching signal for switching to the selected optimum division number to the motor driver, and the positioning control circuit unit rotates the motor for high-speed rotation by open loop control. It is formed so that it can output a motor rotation control signal for ultra-high speed rotation instead of a control signal, and it is formed so that it can execute ultra-high-speed positioning control much faster than high-speed positioning control by open loop control. To do.

また、請求項2の発明は、ねじ軸がリード1mmのボールねじ軸とされかつ信号分割回路の信号分割数が2,000に選択されている。   In the invention of claim 2, the screw shaft is a ball screw shaft having a lead of 1 mm, and the signal division number of the signal division circuit is selected to be 2,000.

また、請求項3の発明は、ステッピングモータのステップ角度が0.36度に選択されている。   In the invention of claim 3, the step angle of the stepping motor is selected to be 0.36 degrees.

請求項4の発明は、高速回転用分割数が1,000とされかつ超高速回転用分割数が20とされている。   In the invention of claim 4, the number of divisions for high-speed rotation is 1,000, and the number of divisions for ultra-high-speed rotation is 20.

さらに、請求項5の発明は、分割数選択切換情報がモータドライバの最大応答周波数に達するまでの基準移動速度と基準移動量とを関連付けた情報とされている。   Further, the invention according to claim 5 is information associating the reference moving speed and the reference moving amount until the division number selection switching information reaches the maximum response frequency of the motor driver.

さらに、請求項6の発明は、分割数選択手段が、指定移動速度が基準移動速度の中のいずれかに等しい場合で指定移動量が当該基準移動速度に対応する基準移動量に比べて短い場合は高速回転用分割数を最適な分割数として選択可能かつ指定移動量が当該基準移動速度に対応する基準移動量に比べて長い場合は超高速回転用分割数を最適な分割数として選択可能に形成されている。   Further, the invention according to claim 6 is the case where the division number selection means is such that the designated movement speed is equal to any of the reference movement speeds and the designated movement amount is shorter than the reference movement quantity corresponding to the reference movement speed. The number of divisions for high-speed rotation can be selected as the optimum number of divisions, and when the specified movement amount is longer than the reference movement amount corresponding to the reference movement speed, the division number for ultra-high-speed rotation can be selected as the optimum division number Is formed.

さらにまた、請求項7の発明は、位置決め制御回路部が、指定移動量に基づく超高速位置決めを実行した場合における位置決め完了位置が累積代表リード誤差相当位置に至る以前の位置になると想定されるときは当該指定移動量に対応する位置決め制御信号に相当するパルス数に1パルスを加算したパルス数を前記動力付与部へ生成出力可能に形成されている。   Furthermore, in the seventh aspect of the invention, when the positioning control circuit unit executes the ultra-high-speed positioning based on the designated movement amount, the positioning completion position is assumed to be a position before reaching the accumulated representative read error equivalent position. Is formed so that the number of pulses obtained by adding one pulse to the number of pulses corresponding to the positioning control signal corresponding to the designated movement amount can be generated and output to the power applying unit.

請求項8の発明は、ステッピングモータの回転軸に機械式ダンパーが連結されている。   In the invention of claim 8, a mechanical damper is connected to the rotating shaft of the stepping motor.

請求項1の発明によれば、1nm以下の高精度位置決めを超高速かつ安定して行えるとともに、小型軽量なテーブル位置決め装置を提供できる。   According to the first aspect of the present invention, a high-precision positioning of 1 nm or less can be performed stably at an ultra-high speed, and a small and lightweight table positioning apparatus can be provided.

また、請求項2の発明によれば、請求項1の発明の場合に比較して、一段のコスト低減化および動作安定化を達成できる。   Further, according to the invention of claim 2, compared with the case of the invention of claim 1, further cost reduction and operation stabilization can be achieved.

また、請求項3の発明によれば、モータドライバの分割数の減少化に有効である。   According to the invention of claim 3, it is effective in reducing the number of divisions of the motor driver.

請求項4の発明によれば、モータドライバに過度な負担を掛けずに高速および超高速を切換えた運転ができる。   According to the invention of claim 4, it is possible to perform an operation in which high speed and ultra high speed are switched without imposing an excessive burden on the motor driver.

さらに、請求項5の発明によれば、モータドライバの最大応答周波数以下での周波数作動を担保しつつ高速移動および超高速移動を安定して切換えられ、運転態様に対する適応性が広い。   Furthermore, according to the invention of claim 5, high-speed movement and ultra-high speed movement can be stably switched while ensuring the frequency operation below the maximum response frequency of the motor driver, and the adaptability to the driving mode is wide.

さらに、請求項6の発明によれば、移動速度および移動量の指定をした位置決め運転ができかつ指定値の如何に拘らず安定した位置決めができる。   Furthermore, according to the sixth aspect of the invention, a positioning operation in which the moving speed and the moving amount are designated can be performed, and stable positioning can be performed regardless of the designated values.

さらにまた、請求項7の発明によれば、超高速移動運転から中速移動運転への引き継ぎを迅速に行え、最終位置決め終了までの時間短縮にも有効である。   Furthermore, according to the seventh aspect of the present invention, it is possible to quickly take over from the ultra high speed movement operation to the medium speed movement operation, and it is effective in shortening the time until the final positioning is completed.

請求項8の発明によれば、低速移動運転時の機械的振動を吸収でき、一段と安定した位置決めができる。   According to invention of Claim 8, the mechanical vibration at the time of low-speed movement driving | operation can be absorbed, and the more stable positioning can be performed.

本発明の実施の形態に係るステージを説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the stage which concerns on embodiment of this invention. 同じく、ステージを説明するための側面図である。Similarly, it is a side view for explaining a stage. 同じく、テーブルを取外した状態のステージを説明するための平面図である。Similarly, it is a top view for demonstrating the stage of the state which removed the table. 同じく、図3の矢視線A−Aに基づく側断面図である。Similarly, it is side sectional drawing based on arrow sight line AA of FIG. 同じく、図4の矢視線B−Bに基づく横断面図である。Similarly, it is a cross-sectional view based on arrow BB of FIG. 同じく、位置決め駆動制御ユニットを説明するためのブロック図である。Similarly, it is a block diagram for explaining a positioning drive control unit. 同じく、メモリと分割数選択切換情報を説明するための図である。Similarly, it is a figure for demonstrating a memory and division number selection switching information. 同じく、位置決め駆動制御動作(1)を説明するためのフローチャートである。Similarly, it is a flowchart for explaining a positioning drive control operation (1). 同じく、位置決め駆動制御動作(2)を説明するためのフローチャートである。Similarly, it is a flow chart for explaining positioning drive control operation (2). 同じく、位置決め駆動制御動作を説明するためのタイミングチャートである。Similarly, it is a timing chart for explaining a positioning drive control operation. 同じく、位置決め駆動制御動作例を説明するためのタイミングチャートで、(A)は0.5mm/sec、(B)は1.0mm/sec、(C)は2.5mm/secの場合を示す。Similarly, in the timing chart for explaining the positioning drive control operation example, (A) shows a case of 0.5 mm / sec, (B) shows 1.0 mm / sec, and (C) shows a case of 2.5 mm / sec. 従来例の位置決め駆動制御動作例を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the positioning drive control operation example of a prior art example.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

本テーブル位置決め装置は、図1〜図11に示す如く、ステージ10とテーブル移動機構部40と動力付与部50と移動変位量検出部60と位置決め制御回路部90と見掛け信号無視手段100を具備する基本的構成において、ねじ軸41にステッピングモータ51を直結しかつモータドライバ93を高速回転用分割数(1,000)と超高速回転用分割数(20)とを選択的に切換え可能に形成し、メモリ82Mと分割数選択手段(81、82)と切換信号生成出力手段(88)とを設け、さらに位置決め制御回路部90をオープンループ制御による超高速回転用のモータ回転制御信号Pdhhを出力可能に形成し、オープンループ制御による高速位置決め制御と比較して一段と高速な超高速位置決め制御を実行可能に形成されている。   As shown in FIGS. 1 to 11, the table positioning apparatus includes a stage 10, a table moving mechanism unit 40, a power applying unit 50, a movement displacement amount detecting unit 60, a positioning control circuit unit 90, and an apparent signal ignoring unit 100. In the basic configuration, the stepping motor 51 is directly connected to the screw shaft 41, and the motor driver 93 is formed so as to be selectively switchable between the high-speed rotation division number (1,000) and the super-high-speed rotation division number (20). , A memory 82M, division number selection means (81, 82) and switching signal generation output means (88) are provided, and the positioning control circuit 90 can output a motor rotation control signal Pdhh for ultra-high speed rotation by open loop control. In comparison with high-speed positioning control by open loop control, ultra-high-speed positioning control that is much faster than that is possible.

確認的に、テーブル位置決め装置の基本的構成は、テーブル移動機構部40が全域ねじ軸回転駆動型とされ、動力付与部50がモータ回転駆動型とされかつ位置決め制御回路部90から出力されたモータ回転制御信号Pdに基づきテーブル31を最小で1nmずつ移動可能とされ、移動変位量検出部60が3つの光学格子(61F、63S,63T)を含み1パルス当たり1nmの移動変位量検出信号Psdを生成出力可能で、位置決め制御回路部90をオープンループ制御による高速回転用,クローズドループ制御による中速回転用および低速回転用のモータ回転制御信号(Pdh,Pdm,Pdl)をこの順序で切換え出力可能に形成し、さらに見掛け信号無視手段100を設けて低速回転中に発生するステージ10の機械的振動に起因する見掛け信号(見掛けのモータ回転制御信号)Pdzを無視可能に形成されている。   To be sure, the basic configuration of the table positioning device is that the table moving mechanism section 40 is a whole-area screw shaft rotation drive type, the power applying section 50 is a motor rotation drive type, and the motor output from the positioning control circuit section 90 is used. The table 31 can be moved by 1 nm at a minimum based on the rotation control signal Pd, and the moving displacement detection unit 60 includes three optical gratings (61F, 63S, 63T), and a moving displacement detection signal Psd of 1 nm per pulse. It is possible to generate and output, and the positioning control circuit 90 can switch and output motor rotation control signals (Pdh, Pdm, Pdl) for high speed rotation by open loop control, medium speed rotation by closed loop control, and low speed rotation in this order. Further, the apparent signal ignoring means 100 is provided to cause mechanical vibration of the stage 10 that occurs during low-speed rotation. The apparent signal are neglected movable around a PDZ (motor rotation control signal apparent) that.

図1〜図5において、ステージ10は、ベース11とテーブル31とを含み、テーブル31は左右のクロスローラガイド21を介して基軸線(Z)方向に摺動(移動)可能に装着されている。ベース11およびテーブル31は、アルミニュウム合金製で軽量化され、テーブル31は平面四角(120mm×120mm)の薄平板形状で、平均板厚は12mmである。テーブル31の質量は、無負荷(テーブルのみの質量)時が0.5kgで、最大負荷(ワーク等の荷重を含む質量)時は10kgである。しかも、この実施の形態では、テーブル31とベース11とを基軸線(Z)を中心として幅方向に左右対称形状とすることで、加工容易化および低コスト化を促進している。   1 to 5, a stage 10 includes a base 11 and a table 31, and the table 31 is mounted so as to be slidable (movable) in the base axis (Z) direction via left and right cross roller guides 21. . The base 11 and the table 31 are made of an aluminum alloy and are reduced in weight. The table 31 is a flat plate (120 mm × 120 mm) thin plate shape, and the average plate thickness is 12 mm. The mass of the table 31 is 0.5 kg when there is no load (the mass of the table alone), and 10 kg when the maximum load (a mass including a load such as a workpiece). In addition, in this embodiment, the table 31 and the base 11 are symmetrically formed in the width direction about the base axis (Z), thereby facilitating the processing and cost reduction.

なお、テーブル31は、図2に2点鎖線で示した右側の後進限位置(31R)と左側の前進限位置(31L)との間(全域…テーブルの移動可能範囲:50mm)を往復移動できる。前進限位置(31L)および後進限位置(31R)は、図3に示すリミットセンサ29(29R,29L)で検出される。限位置検出信号lt(ltr,ltl)は、図6に示すように位置決め制御回路部90に送られ、緊急停止用信号として使用される。   The table 31 can reciprocate between the rightward rearward limit position (31R) and the leftward forward limit position (31L) indicated by a two-dot chain line in FIG. 2 (entire range: movable range of the table: 50 mm). . The forward limit position (31L) and the reverse limit position (31R) are detected by limit sensors 29 (29R, 29L) shown in FIG. The limit position detection signal lt (ltr, ltl) is sent to the positioning control circuit 90 as shown in FIG. 6 and used as an emergency stop signal.

テーブル移動機構部40は、図4に示す如く、ベース11側に装着されたねじ軸41と,テーブル31側に装着されかつねじ軸41に螺合したナット部材45とを含み、モータ(ステッピングモータ51)から付与される移動用動力を用いてねじ軸41を回転駆動することでベース11に対してテーブル31をZ方向に移動(往復相対移動)可能な全域ねじ軸回転駆動型である。この実施の形態では、ねじ軸41はバックラッシュ等が少ない精巧なボールねじ軸とされかつナット部材45はこれに対応する構造としてある。   As shown in FIG. 4, the table moving mechanism section 40 includes a screw shaft 41 attached to the base 11 side and a nut member 45 attached to the table 31 side and screwed to the screw shaft 41, and includes a motor (stepping motor). 51), the screw shaft 41 is rotationally driven using the moving power applied from 51), so that the table 31 can be moved in the Z direction relative to the base 11 (reciprocal relative movement). In this embodiment, the screw shaft 41 is a sophisticated ball screw shaft with little backlash and the like, and the nut member 45 has a structure corresponding thereto.

ボールねじ軸(41)の右端側はベアリング23を介してベース11に回転自在に支持され、図4のハニカム方式のカップリング24を介してモータ51の出力軸51Sに連結されている。介在する機械的誤差発生要因と考えられる減速機は一掃した。   The right end side of the ball screw shaft (41) is rotatably supported on the base 11 via a bearing 23, and is connected to an output shaft 51S of a motor 51 via a honeycomb type coupling 24 of FIG. The speed reducer, which is considered to be the cause of the intervening mechanical error, was wiped out.

この実施の形態では、信号分割や制御上の取扱い容易化および現今での装置経済優位化の観点から、ボールねじ軸(41)のねじリードを1mmとしてある。なお、1mm以下のねじリード(例えば、0.5mm)として構築してもよい。   In this embodiment, the screw lead of the ball screw shaft (41) is set to 1 mm from the viewpoints of easy handling in signal division and control, and the current advantage of the apparatus economy. In addition, you may construct | assemble as a 1 mm or less screw lead (for example, 0.5 mm).

ステッピングモータ51には、機械式ダンパー28を連結して低速回転運転時の振動を機械的に抑制乃至吸収可能に形成してある。このダンパー28は、ドーナツ状の内部慣性体とシリコンゲルが振動を吸収しかつ安定したダンピング効果を発揮するものとして、クリーンダンパ(オリエンタルモータ製)を用いた。なお、ステッピングモータ51は、つまみ(ダンパー28の外枠)で手動回転させることもできる。   A mechanical damper 28 is connected to the stepping motor 51 so that vibration during low-speed rotation operation can be mechanically suppressed or absorbed. As this damper 28, a clean damper (manufactured by Oriental Motor) was used as one in which the donut-shaped internal inertial body and the silicon gel absorb vibration and exhibit a stable damping effect. The stepping motor 51 can also be manually rotated with a knob (an outer frame of the damper 28).

動力付与部50は、モータ(ステッピングモータ51)およびモータドライバ93を含むモータ回転駆動型で、位置決め制御回路部90から出力されたモータ回転制御信号である回転駆動パルス信号Pd(高速回転駆動パルス信号Pdh,中速回転駆動パルス信号Pdm,低速回転駆動パルス信号Pdl)に基づきねじ軸41を回転駆動してテーブル31を最小で1nmずつZ方向に移動可能である。   The power application unit 50 is a motor rotation drive type including a motor (stepping motor 51) and a motor driver 93, and is a rotation drive pulse signal Pd (high-speed rotation drive pulse signal) that is a motor rotation control signal output from the positioning control circuit unit 90. Based on Pdh, medium speed rotation drive pulse signal Pdm, and low speed rotation drive pulse signal Pdl), the screw shaft 41 is rotationally driven to move the table 31 in the Z direction by 1 nm at a minimum.

さらに、動力付与部50は、回転駆動パルス信号Pdとして新たな超高速回転駆動パルス信号Pdhhに基づきねじ軸41を回転駆動してテーブル31を最小で50nmずつZ方向に移動可能に形成されている。超高速回転駆動パルス信号Pdhhの分解能が50nmであるから、駆動パルス信号数が同一ならば、分解能が1nmの高速回転駆動パルス信号Pdhによる移動速度(0.5mm/sec)より大幅な高速化を実現できる。つまり、超高速(2.5mm/sec)で移動可能ある。   Furthermore, the power applying unit 50 is formed so as to be able to move the table 31 in the Z direction by a minimum of 50 nm by rotationally driving the screw shaft 41 based on the new ultra-high speed rotation drive pulse signal Pdhh as the rotation drive pulse signal Pd. . Since the resolution of the ultra-high speed rotation drive pulse signal Pdhh is 50 nm, if the number of drive pulse signals is the same, the speed can be significantly increased compared to the moving speed (0.5 mm / sec) of the high-speed rotation drive pulse signal Pdh with a resolution of 1 nm. realizable. That is, it can move at an ultra-high speed (2.5 mm / sec).

図6に示すモータドライバ93は、マイクロステップドライブ型であって、1パルス当りのモータ回転角度をドライブ分割数(この実施形態では、“1,000”と“20”)に応じて細分する機能を持つ。この実施形態におけるモータ51のステップ角度が0.36(360/1,000)度であるので、分割数が1,000の場合は、1パルス(1パルス:モータ回転制御信号)当りのモータ回転角度は、0.00036度[=0.36度×(1/1,000)]になる。なお、ドライブ分割数は、モータドライバ93の電子的最大応答周波数と安定動作担保のための余裕付加との点から“1,000”程度である。将来的に一段の向上が望まれる。   The motor driver 93 shown in FIG. 6 is a micro-step drive type, and has a function of subdividing the motor rotation angle per pulse according to the number of drive divisions (in this embodiment, “1,000” and “20”). have. Since the step angle of the motor 51 in this embodiment is 0.36 (360 / 1,000) degrees, when the division number is 1,000, the motor rotation per pulse (1 pulse: motor rotation control signal) The angle is 0.00036 degrees [= 0.36 degrees × (1 / 1,000)]. The number of drive divisions is about “1,000” in terms of the electronic maximum response frequency of the motor driver 93 and the addition of a margin for ensuring stable operation. Further improvement is desired in the future.

図10を参照して、高速用の分割数(1,000)の場合は、動力付与部50は、位置決め制御回路部90から出力されたモータ回転制御信号(回転駆動パルス信号Pd)に基づきボールねじ軸(41)を回転駆動してテーブル31をZ方向に最小で1nm[=リード(1mm/360°)×ステップ角度(360°/1,000)×ドライバ分割数(1/1,000)]ずつ移動可能である。   Referring to FIG. 10, in the case of the number of divisions for high speed (1,000), the power application unit 50 determines the ball based on the motor rotation control signal (rotation drive pulse signal Pd) output from the positioning control circuit unit 90. The screw shaft (41) is driven to rotate, and the table 31 is minimum 1 nm in the Z direction [= lead (1 mm / 360 °) × step angle (360 ° / 1,000) × driver division number (1 / 1,000) ] Can be moved one by one.

超高速用の分割数(20)とした場合は、テーブル31をZ方向に最小で50nm[=リード(1mm/360°)×ステップ角度(360°/1,000)×ドライバ分割数(1/20)]ずつ移動可能である。つまり、位置決め開始から目標位置に位置決め完了するまでに要する時間を短縮する策として、オープンループ制御に供する高速回転駆動パルス信号Pdhの分解能(1nm)に比較して低い分解能(50nm)の超高速回転駆動パルス信号Pdhhを生成する。これにより、モータドライバ93の最大応答周波数を超えない領域内で超高速回転駆動が可能となる。   When the number of divisions for ultra-high speed (20) is used, the table 31 is set to a minimum of 50 nm in the Z direction [= lead (1 mm / 360 °) × step angle (360 ° / 1,000) × driver division number (1 / 20)] can be moved one by one. That is, as a measure for shortening the time required from the start of positioning to the completion of positioning at the target position, ultra-high-speed rotation with a resolution (50 nm) lower than the resolution (1 nm) of the high-speed rotation drive pulse signal Pdh used for open loop control A drive pulse signal Pdhh is generated. As a result, it is possible to perform ultra-high speed rotation driving in a region that does not exceed the maximum response frequency of the motor driver 93.

移動変位量検出部60は、3つの光学格子(61F、63Sおよび63T)および信号分割回路95を含み、高分解能(1nm/1パルス)の移動変位量検出信号Psdを生成出力可能に形成されている。なお、超高速用分割数(20)とした分解能(50nm)での超高速回転駆動運転中でも、移動変位量検出信号Psdの分解能は1nm/1パルスに維持される。したがって、超高速回転駆動運転中の何時からでも、中速回転駆動に移行できかつ中速回転駆動に精度的支障が及ぶ虞は全くない。   The movement displacement amount detection unit 60 includes three optical gratings (61F, 63S, and 63T) and a signal division circuit 95, and is formed so as to be able to generate and output a movement displacement amount detection signal Psd with high resolution (1 nm / 1 pulse). Yes. Note that the resolution of the moving displacement detection signal Psd is maintained at 1 nm / 1 pulse even during the ultra-high-speed rotation driving operation with the resolution (50 nm) with the super-high-speed division number (20). Therefore, there is no possibility of shifting to the medium speed rotation drive at any time during the ultra high speed rotation drive operation and causing an impediment to accuracy in the medium speed rotation drive.

詳しくは、移動変位量検出部60は、図4に示すテーブル31(ベース11側としてもよい。)に取付けられたメインスケール61(61F)と,ベース11(テーブル31側としてもよい。)に取付けられたインデックススケール63(63S,63T)と,図6に示す検出器(発光器,受光器,アンプ,演算増幅器等を含む。)65と,信号分割回路95とからなり、ベース11に対するテーブル31の移動変位量を検出可能であるとともに、検出移動変位量Psdを位置決め制御回路部90にフィードバック可能かつCPU81に出力可能に形成されている。   Specifically, the movement displacement amount detection unit 60 is attached to the main scale 61 (61F) attached to the table 31 (base 11 side) and the base 11 (table 31 side) shown in FIG. The table for the base 11 is composed of an attached index scale 63 (63S, 63T), a detector (including a light emitter, a light receiver, an amplifier, an operational amplifier, etc.) 65 shown in FIG. The moving displacement amount 31 can be detected, and the detected moving displacement amount Psd can be fed back to the positioning control circuit 90 and output to the CPU 81.

テーブル31側に、図4に示すねじ軸収容空間部35を設けるとともにナット部材45とメインスケール61とを取付ける。また、ベース11側に設けられた上下に貫通する図4,図5の検出器収容空間部69内に基板68(インデックススケール63,検出器65が取り付けられている。)を外部から平面的姿勢変更可能に取付けてある。つまり、ベース11の下面側から、インデックススケール63の平面的姿勢を変更しつつ行なうモアレ調整および移動変位量検出部60(検出器65等)の点検調整を実行可能に構成されている。したがって、小型・軽量,低コストかつ取扱い容易で、検出可能有効長の拡大と自動位置決めが容易になる。   A screw shaft accommodating space 35 shown in FIG. 4 is provided on the table 31 side, and the nut member 45 and the main scale 61 are attached. Also, the substrate 68 (with the index scale 63 and the detector 65 attached) is provided in a planar posture from the outside in the detector housing space 69 shown in FIGS. It is installed so that it can be changed. That is, the moire adjustment performed while changing the planar posture of the index scale 63 and the inspection adjustment of the movement displacement detection unit 60 (detector 65 etc.) can be executed from the lower surface side of the base 11. Therefore, it is small, lightweight, low cost and easy to handle, and it is easy to expand the detectable effective length and to perform automatic positioning.

さて、メインスケール61には、図4に示す第1光学格子61Fが設けられている。このスケール61は、全体としてガラス製平板形状を成しかつ幅方向形状が左右対称とされている。加工歪の左右バランスをとることで、一層の高精度検出ができる。テーブル31には光学格子面を下向き状態として取付けられている。   The main scale 61 is provided with a first optical grating 61F shown in FIG. The scale 61 has a flat plate shape made of glass as a whole, and the shape in the width direction is bilaterally symmetric. By taking the right and left balance of the processing distortion, even higher precision can be detected. The table 31 is attached with the optical grating surface facing downward.

インデックススケール63には、図3に示す第2光学格子63Sと第3光学格子63Tとが接近配設され、寸法短縮化と第1光学格子61Fに対する平行度の確立を容易化してある。このインデックススケール63も全体としてガラス製平板形状を成しかつ基板68に上向き状態で取付けられている。   A second optical grating 63S and a third optical grating 63T shown in FIG. 3 are arranged close to the index scale 63, thereby facilitating the shortening of dimensions and the establishment of parallelism with the first optical grating 61F. The index scale 63 also has a flat plate shape made of glass as a whole and is attached to the substrate 68 in an upward state.

この基板68には、第3光学格子63Tの下方側に位置する図5に示した受光部66Jと、この手前側でかつ第2光学格子63Sの下方側に位置する発光部66Hとが取付けられている。   The substrate 68 is attached with the light receiving portion 66J shown in FIG. 5 located below the third optical grating 63T and the light emitting portion 66H located on the near side and below the second optical grating 63S. ing.

発光部66Hは、図示しないLEDと集光レンズとからなり、所定傾斜角を持って基板68に取付けられている。拡散光の有効利用度を高めることができる。両スケール61,63間のギャップ(図4で上下方向間隔)を大きくすることができる。また、受光部66Jは、1チップの受光素子を図3に示した4つの第3光学格子63Tに対応させて4分割した受光素子からなる。したがって、温度特性等のバラツキを最小限に抑えられ、同一平面上の配設を自動的に保障できる。   The light emitting unit 66H includes an LED and a condenser lens (not shown), and is attached to the substrate 68 with a predetermined inclination angle. Effective utilization of diffused light can be increased. The gap between the scales 61 and 63 (the vertical distance in FIG. 4) can be increased. The light receiving unit 66J includes a light receiving element obtained by dividing one chip of the light receiving element into four corresponding to the four third optical gratings 63T shown in FIG. Therefore, variations in temperature characteristics and the like can be minimized, and the arrangement on the same plane can be automatically guaranteed.

かかる移動変位量検出部60では、発光素子(LED)からの拡散光はそのレンズで集光されインデックススケール63上の第2光学格子63Sを透過し、メインスケール61上の第1光学格子61Fに光効率良く入射される。この際、光絶縁手段(図示省略)が設けられているので、各受光素子に拡散光が直接入射されることはない。   In the moving displacement detection unit 60, the diffused light from the light emitting element (LED) is collected by the lens, passes through the second optical grating 63S on the index scale 63, and passes through the first optical grating 61F on the main scale 61. Incident light efficiently. At this time, since light insulating means (not shown) is provided, diffused light is not directly incident on each light receiving element.

メインスケール61側の第1光学格子61Fから反射された検出光は、インデックススケール63上の1箇所に集められかつ第2光学格子63Sに接近配設された4つの第3光学格子63Tを透過して、各受光素子(66J)に入射される。   The detection light reflected from the first optical grating 61F on the main scale 61 side is collected at one place on the index scale 63 and passes through the four third optical gratings 63T disposed close to the second optical grating 63S. Then, it enters each light receiving element (66J).

かくして、インデックススケール63とメインスケール61とを相対変位させれば、検出器65は、各受光素子からの光電変換信号(出力信号)を解析しつつ図10に示すスケール信号φA,φBを出力することができる。   Thus, if the index scale 63 and the main scale 61 are relatively displaced, the detector 65 outputs the scale signals φA and φB shown in FIG. 10 while analyzing the photoelectric conversion signals (output signals) from the respective light receiving elements. be able to.

第2光学格子63Sおよび各第3光学格子63Tが、インデックススケール63の長手(Z)方向に接近配設されているので、第2光学格子63Sおよび各第3光学格子63Tを含む平面と第1光学格子61Fを含む平面との平行度を比較的に簡単に調整できる。取扱いが容易で、装置の小型化および低コスト化も図れる。   Since the second optical grating 63S and each third optical grating 63T are arranged close to each other in the longitudinal (Z) direction of the index scale 63, the plane including the second optical grating 63S and each third optical grating 63T and the first The parallelism with the plane including the optical grating 61F can be adjusted relatively easily. Handling is easy, and the size and cost of the apparatus can be reduced.

メインスケール61の第1光学格子61F並びにインデックススケール63の第2光学格子63Sおよび第3光学格子63Tの各明線(幅)および暗線(幅)は、それぞれ2μmとされている。つまり、第1光学格子61F,第2光学格子63Sおよび第3光学格子63Tの各明暗目盛ピッチを電子線描画後に転写複製可能でコスト低減効果が大きな4μmとしてある。   The bright lines (widths) and dark lines (widths) of the first optical grating 61F of the main scale 61 and the second optical grating 63S and the third optical grating 63T of the index scale 63 are 2 μm, respectively. That is, the bright and dark scale pitches of the first optical grating 61F, the second optical grating 63S, and the third optical grating 63T are set to 4 μm, which can be transferred and copied after electron beam drawing and has a large cost reduction effect.

図6、図10において、検出器65から出力されるスケール信号φA,φBの各1周期は2μmで、中心電圧Vrが2.5Vで、振幅電圧Vppが2Vである。信号分割回路95は、スケール信号(正弦波で90度の位相差を持つφA相およびφB相の検出信号)を2,000分割した分割後検出パルス信号(移動変位量検出信号)Psdを生成出力する。つまり、移動変位量検出部60の最小検出分解能を1nmとすることができる。   6 and 10, each period of the scale signals φA and φB output from the detector 65 is 2 μm, the center voltage Vr is 2.5V, and the amplitude voltage Vpp is 2V. The signal dividing circuit 95 generates and outputs a divided detection pulse signal (movement displacement amount detection signal) Psd obtained by dividing the scale signal (φA-phase and φB-phase detection signals having a phase difference of 90 degrees with a sine wave) into 2,000. To do. That is, the minimum detection resolution of the movement displacement amount detection unit 60 can be set to 1 nm.

ここに、位置決め制御回路部90は、図示しない偏差カウンタ,信号切換素子等を含み、オープンループ制御による高速回転用のモータ回転制御信号(Pdh),クローズドループ制御による中速回転用のモータ回転制御信号(Pdm)および低速回転用のモータ回転制御信号(Pdl)を、この順序で切換えてモータドライバ93へ出力可能に形成されている。   Here, the positioning control circuit unit 90 includes a deviation counter, a signal switching element, and the like (not shown), a motor rotation control signal (Pdh) for high speed rotation by open loop control, and a motor rotation control for medium speed rotation by closed loop control. The signal (Pdm) and the motor rotation control signal (Pdl) for low speed rotation are switched in this order so that they can be output to the motor driver 93.

この発明では、一層の高速化を企図することから、モータ回転制御信号(Pdh)を入力としたオープンループ高速回転制御を基本としつつ、モータ回転制御信号(Pdhh)を入力としたオープンループ超高速回転制御を優先して選択実行可能に形成してある。   Since the present invention intends to further increase the speed, it is based on open-loop high-speed rotation control with the motor rotation control signal (Pdh) as an input, and open-loop ultra-high speed with the motor rotation control signal (Pdhh) as an input. The rotation control is prioritized so that it can be selected and executed.

クローズドループ制御は、偏差カウンタ等を働かせ、運転制御部80(パルス信号制御部85)から入力される指令値(指令パルス信号Psz)を目標位置信号としかつ移動変位量検出部60(信号分割回路95)から入力される移動変位量検出信号(分割後パルス信号Psd)をフィードバック信号として駆動パルス信号(PdmまたはPdl)を生成出力させる、ことで実行される。   In the closed loop control, a deviation counter or the like is operated, the command value (command pulse signal Psz) input from the operation control unit 80 (pulse signal control unit 85) is used as a target position signal, and the movement displacement amount detection unit 60 (signal division circuit) 95) and generating and outputting a drive pulse signal (Pdm or Pdl) using the movement displacement amount detection signal (post-division pulse signal Psd) input from 95) as a feedback signal.

オープンループ制御は、運転制御部80(パルス信号制御部85)から入力される指令値(指令パルス信号Psz)を素通り状態でそのまま駆動パルス信号(Pdhh,Pdh)として生成出力させることで実行される。   The open loop control is executed by generating and outputting the command value (command pulse signal Psz) input from the operation control unit 80 (pulse signal control unit 85) as it is as a drive pulse signal (Pdhh, Pdh) in a passing state. .

高速回転用駆動パルス信号(モータ回転制御信号)Pdhに基づくステッピングモータ51の高速回転速度は、ステッピングモータの許容最大速度[f=500kHz]と同じ値とされる。つまり、最大回転速度(fh=500kHz…0.500mm/sec)に選択されている。そして、高速回転用のモータ回転制御信号は、高速回転用周波数fh(500kHz)の駆動パルス信号Pdhとして出力される。   The high-speed rotation speed of the stepping motor 51 based on the high-speed rotation drive pulse signal (motor rotation control signal) Pdh is set to the same value as the allowable maximum speed [f = 500 kHz] of the stepping motor. That is, the maximum rotation speed (fh = 500 kHz... 0.500 mm / sec) is selected. The motor rotation control signal for high speed rotation is output as a drive pulse signal Pdh having a high speed rotation frequency fh (500 kHz).

超高速回転用駆動パルス信号(モータ回転制御信号)Pdhhに基づくステッピングモータ51の超高速回転速度は、分解能を低くすることでステッピングモータ51の許容最大速度[f=500kHz]よりも低い値(50kHz)とされる。つまり、最大回転速度(fhh=50kHz…2.500mm/sec)に選択してある。そして、超高速回転用のモータ回転制御信号は、超高速回転用周波数fhh(50kHz)の駆動パルス信号Pdhhとして出力される。すなわち、周波数を低く(1/10)してモータドライバ93の負担軽減化を図りつつ1パルス当たりの移動量を50倍として実質的なテーブル移動速度を超高速化している。   The ultra high speed rotation speed of the stepping motor 51 based on the ultra high speed rotation drive pulse signal (motor rotation control signal) Pdhh is lower than the allowable maximum speed [f = 500 kHz] of the stepping motor 51 by reducing the resolution (50 kHz). ). That is, the maximum rotation speed (fhh = 50 kHz... 2.500 mm / sec) is selected. The motor rotation control signal for ultra-high speed rotation is output as a drive pulse signal Pdhh having an ultra-high speed rotation frequency fhh (50 kHz). In other words, the frequency is lowered (1/10) to reduce the load on the motor driver 93, and the movement amount per pulse is increased by 50 times to substantially increase the actual table movement speed.

すなわち、テーブル移動時間の短縮化のために、ボールねじ軸(構造)41の累積代表リード誤差E[=(累積代表リード)−(累積基準リード)=800nm]に相当する位置に至る以前の行程(距離)については、許容最大速度で移動させるわけである。なお、“累積代表リード”とは、累積実リードの傾斜を代表する直線で、ボールねじ(41)の有効移動量(または、ねじ部有効長さ)に対する累積実リードを示す曲線から、最小二乗法(または、それに類する近似法)により求められる。“累積実リード”とは、連続測定による累積リード線図からその平均的傾向を求めたものである。また、“累積基準リード”とは、基準リードに従って任意の回転数で回転させたときの累積リードである。   That is, in order to shorten the table moving time, the process before reaching the position corresponding to the cumulative representative lead error E [= (cumulative representative lead) − (cumulative reference lead) = 800 nm] of the ball screw shaft (structure) 41. The (distance) is moved at an allowable maximum speed. The “cumulative representative lead” is a straight line representing the inclination of the cumulative actual lead, and is a minimum of two from the curve indicating the cumulative actual lead with respect to the effective movement amount (or effective length of the threaded portion) of the ball screw (41). It is obtained by multiplication (or similar approximation method). The “cumulative actual lead” is an average tendency obtained from a cumulative lead diagram obtained by continuous measurement. The “cumulative reference lead” is the cumulative lead when rotated at an arbitrary number of revolutions according to the reference lead.

また、低速回転用駆動パルス信号(モータ回転制御信号)Pdlに基づくモータ51の低速回転速度は、オーバーランの発生を防止することのできる回転速度つまり最小速度(0.0002mm/sec)に選択されている。低速回転用モータ回転制御信号は、低速回転用周波数fl(200Hz)の駆動パルス信号Pdlとして出力される。   Further, the low-speed rotation speed of the motor 51 based on the low-speed rotation drive pulse signal (motor rotation control signal) Pdl is selected to be the minimum speed (0.0002 mm / sec) that can prevent the occurrence of overrun. ing. The low-speed rotation motor rotation control signal is output as a drive pulse signal Pdl having a low-speed rotation frequency fl (200 Hz).

そして、中速回転用駆動パルス信号(モータ回転制御信号)Pdmに基づくモータ51の中速用回転速度は、それらの中間の値とする。すなわち、高速制御用の偏差許容値Eh(=Max.800nm)を解消するためのテーブル移動動作を迅速に行い、その時間短縮を図ることを目的として選択される。中速回転用周波数fmは、低速回転用周波数f1(200Hz)の値の10倍以上の値(2kHz)に選択するのが好ましい。なお、中速回転駆動工程は複数(例えば、2段階)としても実施することができる。   The intermediate speed rotation speed of the motor 51 based on the medium speed rotation drive pulse signal (motor rotation control signal) Pdm is set to an intermediate value between them. That is, it is selected for the purpose of quickly performing a table moving operation for eliminating the deviation allowable value Eh (= Max. 800 nm) for high speed control and shortening the time. The medium speed rotation frequency fm is preferably selected to be a value (2 kHz) that is at least 10 times the value of the low speed rotation frequency f1 (200 Hz). Note that the medium-speed rotation driving process can be performed in a plurality (for example, two stages).

また、中速回転駆動範囲を、テーブル移動機構部(ボールねじ軸構造等)40の特性上の誤差E[相当距離(800nm)]の7.9%に相当する中距離範囲(Max.63nm)に選択し、低速回転駆動範囲を移動変位量検出部60の検出最小分解能(1nm)に相当する距離(1nm)の±100%に相当する小距離範囲(±1nm)に選択してある。   Further, the medium speed rotation drive range is set to a medium distance range (Max. 63 nm) corresponding to 7.9% of the error E [equivalent distance (800 nm)] on the characteristics of the table moving mechanism unit (ball screw shaft structure or the like) 40. The low-speed rotation drive range is selected to be a small distance range (± 1 nm) corresponding to ± 100% of the distance (1 nm) corresponding to the minimum detection resolution (1 nm) of the movement displacement amount detection unit 60.

かくして、図10に示すように、中速回転駆動時間(約0.37秒)と低速回転駆動時間(約0.31秒)の和である短時間(0.68秒)で最終位置決めすることができる。因みに、中速回転駆動を行なわずかつ低速回転駆動のみで誤差E(Max.800nm)を解消する場合は、10倍(=4.00秒=800nm/200Hz)の時間が掛かる。   Thus, as shown in FIG. 10, the final positioning is performed in a short time (0.68 seconds), which is the sum of the medium speed rotation drive time (about 0.37 seconds) and the low speed rotation drive time (about 0.31 seconds). Can do. Incidentally, when the error E (Max. 800 nm) is eliminated only by the low-speed rotation drive without performing the medium-speed rotation drive, it takes 10 times (= 4.00 seconds = 800 nm / 200 Hz).

図6において、位置決め駆動制御ユニット70には、運転制御部80(CPU81,ROM82およびRAM83)とパルス信号制御部85と位置決め制御回路部90と動力付与部50の一部を構成するモータドライバ93と移動変位量検出部60の一部を構成する信号分割回路95とが組込まれている。なお、振動周波数検出手段101は、偏差カウンタ等を含む位置決め制御回路部90内に一体的に形成されているが、説明便宜上、位置決め制御回路部90外に表示してある。   In FIG. 6, the positioning drive control unit 70 includes an operation control unit 80 (CPU 81, ROM 82 and RAM 83), a pulse signal control unit 85, a positioning control circuit unit 90, and a motor driver 93 that constitutes a part of the power application unit 50. A signal dividing circuit 95 constituting a part of the movement displacement amount detection unit 60 is incorporated. The vibration frequency detection means 101 is integrally formed in the positioning control circuit unit 90 including a deviation counter and the like, but is displayed outside the positioning control circuit unit 90 for convenience of explanation.

CPU81は、ROM82に格納された設定記憶制御プログラムに基づき設定部(PNL)71等を用いて設定入力された情報を受信しかつデータ処理するとともに、受信した記憶対象情報についてはRAM83のワークエリアに記憶する。設定部(PNL)71は、後記する表示部(IND)72と一体のタッチパネル構造としてもよい。   The CPU 81 receives information input and set using the setting unit (PNL) 71 based on the setting storage control program stored in the ROM 82 and processes the data, and the received storage target information is stored in the work area of the RAM 83. Remember. The setting unit (PNL) 71 may have a touch panel structure integrated with a display unit (IND) 72 described later.

なお、記憶対象情報ごとに複数の設定値を予めセットしておき、その中の1つを、例えばディップスイッチを用いて、選択してワークエリアに記憶するように構築してもよい。また、記憶対象情報は、ROM82に格納された固定値(例えば、低速回転用偏差許容値)を読み込みかつその値をそのままRAM83のワークエリアに記憶するようにしてもよい。   A plurality of setting values may be set in advance for each storage target information, and one of them may be selected and stored in the work area using, for example, a dip switch. As the storage target information, a fixed value (for example, a low-speed rotation deviation allowable value) stored in the ROM 82 may be read and stored in the work area of the RAM 83 as it is.

記憶対象情報としては、設定部(PNL)71を用いて設定・選択・指令入力された図8のST11に示す位置決め指令値(目標位置)、ST12の移動速度指令値はもとより、超高・高・中・低速回転用周波数fhh(50kHz)・fh(500kHz)・fm(2kHz)・fl(200Hz)と、超高・高・中・低速回転用目標位置と、移動変位量(目標位置…例えば、5mm)と、基準周波数fs(25Hz)、振動周波数検出タイミングである検出開始位置(5mm−10nm)等の各設定値である。なお、超高・高回転速度制御用の目標位置は、超高・高速用偏差許容値Eh(Max.800nm)以内の値にそれぞれ設定記憶しておけばよい。また、中・低速回転速度制御用の目標位置は、中・低速用偏差許容値Em(Max.63nm)以内の値にそれぞれ設定記憶しておけばよい。   As the storage target information, the positioning command value (target position) shown in ST11 of FIG. 8 set / selected / commanded using the setting unit (PNL) 71, the moving speed command value of ST12, and the super high / high Medium / low speed rotation frequency fhh (50 kHz), fh (500 kHz), fm (2 kHz), fl (200 Hz), super high / high / medium / low speed rotation target position, and displacement (target position, for example) 5 mm), a reference frequency fs (25 Hz), a detection start position (5 mm-10 nm) that is a vibration frequency detection timing, and the like. The target position for ultra high / high rotational speed control may be set and stored at a value within the ultra high / high speed deviation allowable value Eh (Max. 800 nm). The target positions for medium / low speed rotation speed control may be set and stored at values within the medium / low speed deviation allowable value Em (Max. 63 nm).

従来例では高速回転制御による移動速度は中速、低速の場合と同様に一定値(0.5mm/sec)とされたが、この実施の形態では位置決め指令値と同様に、オペレータが超高移動速度を含む一定範囲(0.5〜2.5mm/sec)内で任意の値を選択かつ設定入力することができる。この点からも、実用性が一段と高い。   In the conventional example, the moving speed by the high-speed rotation control is set to a constant value (0.5 mm / sec) as in the case of the medium speed and the low speed. However, in this embodiment, the operator moves at an extremely high speed as with the positioning command value. An arbitrary value can be selected and set and input within a certain range (0.5 to 2.5 mm / sec) including the speed. From this point, the practicality is much higher.

以下ではオープンループ制御による超高速回転用目標位置および高速回転用目標位置を800nm、クローズドループ制御用目標位置を[(63−α)]nmとして設定記憶した場合について説明する。αは、例えば6nmとする。クローズドループ制御に関する低速用目標位置つまり最終的な目標位置は低速回転用偏差許容値Elと等しい±1nmとして設定する。   In the following, a description will be given of a case where the ultra high speed rotation target position and the high speed rotation target position by open loop control are set and stored as 800 nm, and the closed loop control target position is [(63-α)] nm. α is, for example, 6 nm. The low speed target position related to the closed loop control, that is, the final target position is set as ± 1 nm which is equal to the low speed rotation deviation allowable value El.

なお、固定値つまりモータドライバ93およびステッピングモータ51の特性で決まる最大回転用周波数fmax.(=500kHz=fh)や偏差許容値Eh(Max.800nm)等は、予めROM62に格納(記憶)されている。   It should be noted that the maximum rotation frequency fmax. Determined by the fixed value, that is, the characteristics of the motor driver 93 and the stepping motor 51 is determined. (= 500 kHz = fh), deviation allowable value Eh (Max. 800 nm), and the like are stored (stored) in the ROM 62 in advance.

また、CPU81は、ROM82に格納された表示制御プログラムに基づき各種の表示対象情報を表示部(IND)72に送信して表示させる。表示対象情報としては、目標位置(設定移動変位量),現在位置(テーブルの実際移動変位量および現在偏差)等である。各種の設定値を選択的に表示することもできる。   Further, the CPU 81 transmits various display target information to the display unit (IND) 72 based on the display control program stored in the ROM 82 and displays the information. The display target information includes a target position (set movement displacement amount), a current position (actual movement displacement amount and current deviation of the table), and the like. Various setting values can be selectively displayed.

次に、パルス信号制御部85は、発振器等を含み運転制御部80(CPU81)からの指令に従って当該指令に対応する周波数(fhh,fh,fmまたはfl)のパルス信号Pszを位置決め制御回路部90に生成出力可能に形成されている。   Next, the pulse signal control unit 85 includes an oscillator and the like, and in accordance with a command from the operation control unit 80 (CPU 81), the pulse signal Psz having a frequency (fhh, fh, fm, or fl) corresponding to the command is determined by the positioning control circuit unit 90. It can be generated and output.

分割数選択手段(81、82)は、分割数選択プログラムを格納させたROM82と当該制御プログラムを実行するCPU81とから形成され、実際位置決め運転に際して指定された指定位置決め情報(目標値)と図6に示すメモリ82Mに格納された分割数選択切換情報とを利用して当該実際位置決め運転に最適なモータドライバ93の分割数を選択する。指定位置決め情報(目標値)は、設定部(PNL)71を用いて設定入力される。指定移動速度も同様に入力される。   The division number selection means (81, 82) is formed of a ROM 82 that stores a division number selection program and a CPU 81 that executes the control program, and designated positioning information (target value) designated in actual positioning operation and FIG. The division number selection switching information stored in the memory 82M is used to select the optimum division number of the motor driver 93 for the actual positioning operation. The designated positioning information (target value) is set and input using a setting unit (PNL) 71. The designated movement speed is also input in the same manner.

メモリ82Mには、高速回転用分割数(1,000)および超高速回転用分割数(20)のいずれを選択するかについての指針つまり分割数選択切換情報が格納されている。図7に示す分割数選択切換情報(基準移動速度、基準限界移動量)は、この実施の形態に係るモータドライバ93の最大応答周波数(1Mpps)に達する基準移動速度Vsと基準限界移動量Xsとの関係を示す情報である。   The memory 82M stores a guideline for selecting either the high-speed rotation division number (1,000) or the super-high-speed rotation division number (20), that is, division number selection switching information. The division number selection switching information (reference movement speed, reference limit movement amount) shown in FIG. 7 includes the reference movement speed Vs and the reference limit movement amount Xs that reach the maximum response frequency (1 Mbps) of the motor driver 93 according to this embodiment. It is the information which shows the relationship.

つまり、モータ回転制御信号Pdの周波数が最大応答周波数(1Mpps)に到達したときの移動量を基準限界移動量Xsとしかつこの基準限界移動量Xsを当該基準移動速度Vsに対応させて記憶した情報である。   That is, the movement amount when the frequency of the motor rotation control signal Pd reaches the maximum response frequency (1 Mbps) is set as the reference limit movement amount Xs, and the reference limit movement amount Xs is stored in association with the reference movement speed Vs. It is.

すなわち、ステージ10(11、31)およびステッピングモータ51のイナーシャとの関係から移動速度の立上り・立下り特性が決まることからすれば、基準移動速度Vsを設定して起動した場合において指定移動量Xが基準移動速度Vs(=指定移動速度V)に対応する基準限界移動量Xs以上であれば、最大応答周波数(1Mpps)に達してしまうことになる。基準限界移動量Xs未満であれば、最大応答周波数(1Mpps)に達することはない。   That is, if the rising / falling characteristics of the moving speed are determined from the relationship between the stage 10 (11, 31) and the inertia of the stepping motor 51, the designated moving amount X is set when the reference moving speed Vs is set and started. Is equal to or greater than the reference limit movement amount Xs corresponding to the reference movement speed Vs (= designated movement speed V), the maximum response frequency (1 Mbps) is reached. If it is less than the reference limit movement amount Xs, the maximum response frequency (1 Mbps) is not reached.

図7を参照し、例えば、基準移動速度Vs3が1.8mm/secで、基準限界移動量Xs3が0.025mmについて考える。指定移動速度V3が1.8mm/secでかつ指定移動量X3が0.025mmを超える値(例えば、0.03mm)であれば、モータドライバ93の周波数が最大応答周波数(1Mpps)に達してしまうから、分割数1,000での高速運転(500kHz)は無理である。つまり、1,000よりも小さな分割数(この実施の形態では、20)による超高速運転(50kHz)が望ましい。すなわち、高速回転領域での分解能を低下させるユニークな技術事項の導入により、従来例の最高速度(0.5mm/sec)を超える超高速運転(1.8mm/sec)ができる。   Referring to FIG. 7, for example, consider a case where the reference movement speed Vs3 is 1.8 mm / sec and the reference limit movement amount Xs3 is 0.025 mm. If the designated movement speed V3 is 1.8 mm / sec and the designated movement amount X3 is a value exceeding 0.025 mm (for example, 0.03 mm), the frequency of the motor driver 93 reaches the maximum response frequency (1 Mbps). Therefore, high-speed operation (500 kHz) with 1,000 divisions is impossible. That is, an ultra high speed operation (50 kHz) with a division number smaller than 1,000 (20 in this embodiment) is desirable. That is, by introducing a unique technical matter that lowers the resolution in the high-speed rotation region, ultra-high speed operation (1.8 mm / sec) exceeding the maximum speed (0.5 mm / sec) of the conventional example can be performed.

しかし、指定移動速度V3が同じ1.8mm/secであっても、指定移動量X3が0.025mm未満(例えば、0.020mm)であれば、最大応答周波数(1Mpps)に達することがないから分割数1,000の高速運転(500kHz)を実行してもかまわない。つまり、常に超高速運転とするのではく、指定移動量が小さな場合は高速運転を実行することができる余地を残してある。運用の実際に対する適応性の拡大である。   However, even if the designated movement speed V3 is the same 1.8 mm / sec, the maximum response frequency (1 Mbps) will not be reached if the designated movement amount X3 is less than 0.025 mm (for example, 0.020 mm). High-speed operation (500 kHz) with a division number of 1,000 may be executed. In other words, there is always room for high-speed operation when the designated movement amount is small, instead of always performing ultra-high-speed operation. It is the expansion of adaptability to the actual operation.

さらに、具体的に、例えば指定移動速度V1が0.8mm/secでかつ指定移動量X1が0.05mmを超える値(例えば、0.07)の場合、最大応答周波数(1Mpps)に達してしまうから高速用周波数(500kHz)による指定移動速度V1(0.8mm/sec)での高速回転運転は禁止される。つまり、超高速用周波数(50kHz)による指定移動速度Vs1(0.8mm/sec)での超高速回転運転とする。   More specifically, for example, when the designated movement speed V1 is 0.8 mm / sec and the designated movement amount X1 is a value exceeding 0.05 mm (for example, 0.07), the maximum response frequency (1 Mbps) is reached. To high-speed rotation operation at a designated moving speed V1 (0.8 mm / sec) at a high-speed frequency (500 kHz) is prohibited. That is, the super high speed rotation operation is performed at the designated moving speed Vs1 (0.8 mm / sec) with the super high speed frequency (50 kHz).

しかし、指定移動速度V1が0.8mm/secでかつ指定移動量X1が0.05mm未満(例えば、0.04mm)であれば、最大応答周波数(1Mpps)に達することがないから、高速回転用分割数(1,000)のまま当該指定移動速度V1(0.8mm/sec)での高速回転運転ができる。もっとも、指定移動速度V1が0.5mm/secである場合は、当該指定移動速度V1(0.5mm/sec)の高速回転運転をすればよく、基準移動速度(Vs1)中の最速(1.0mm/sec)による超高速回転に切換える必要はない。オペレータの指定(0.8mm/sec)を尊重する。   However, if the designated movement speed V1 is 0.8 mm / sec and the designated movement amount X1 is less than 0.05 mm (for example, 0.04 mm), the maximum response frequency (1 Mbps) will not be reached. High-speed rotation operation at the designated movement speed V1 (0.8 mm / sec) can be performed with the number of divisions (1,000). However, when the designated moving speed V1 is 0.5 mm / sec, high-speed rotation operation of the designated moving speed V1 (0.5 mm / sec) may be performed, and the highest speed (1. There is no need to switch to ultra high speed rotation at 0 mm / sec). Respect the operator's specification (0.8 mm / sec).

同様に、指定移動速度V4が2.5mm/secでかつ指定移動量X4が0.02mmを超える値(例えば、1.0005mm)であれば、超高速用周波数(50kHz)による指定移動速度V4(2.5mm/sec)で超高速回転運転が行われる。このように指定移動量が長大であるほど、時間短縮効果が大きい。   Similarly, if the designated moving speed V4 is 2.5 mm / sec and the designated moving amount X4 is a value exceeding 0.02 mm (for example, 1.0005 mm), the designated moving speed V4 (50 kHz) at the super high speed frequency (50 kHz) is used. 2.5 mm / sec), ultra-high speed rotation operation is performed. Thus, the longer the designated movement amount, the greater the time reduction effect.

なお、同じ指定移動速度V4(2.5mm/sec)であっても指定移動量X4が小さい場合(例えば、0.0005)は、高速用周波数(500kHz)による指定移動速度V4(2.5mm/sec)で高速回転運転させる。最大応答周波数(1Mpps)に達しないので、分割数を切換えない。   If the designated movement amount X4 is small (for example, 0.0005) even at the same designated movement speed V4 (2.5 mm / sec), the designated movement speed V4 (2.5 mm / sec) based on the high-speed frequency (500 kHz). sec). Since the maximum response frequency (1 Mbps) is not reached, the number of divisions is not switched.

ここに、分割数選択手段(81、82)は、図6、図7に示すメモリ82Mに格納された分割数選択切換情報(基準移動速度Vs、基準切換移動量Xs)と実際位置決め運転に際して指定された指定位置決め情報(指定移動速度V、指定移動量X)とを比較判別して当該実際位置決め運転に最適なモータドライバ93の分割数を選択する。   Here, the division number selection means (81, 82) designates the division number selection switching information (reference movement speed Vs, reference switching movement amount Xs) stored in the memory 82M shown in FIGS. 6 and 7 and the actual positioning operation. The designated positioning information (designated movement speed V, designated movement amount X) is compared and determined, and the optimal number of divisions of the motor driver 93 for the actual positioning operation is selected.

すなわち、分割数選択手段(81、82)は、指定移動速度Vが基準移動速度Vsの中のいずれかに等しい場合で指定移動量Xが当該基準移動速度Vsに対応する基準限界移動量Xsに比べて長い場合は、超高速回転用分割数(20)を最適な分割数として選択する[図8のST13でYES(Yと記してある。)、ST14]。反対に、指定移動量Xが当該基準移動速度Vsに対応する基準限界移動量Xsに比べて短い場合は、高速回転用分割数(1,000)を最適な分割数として選択[ST13でNO(Nと記してある。)、ST16]する。なお、指定移動量Xが超高速用分解能(50nm)以下の場合は、高速回転用分割数(1,000)を選択する。   In other words, the division number selecting means (81, 82) sets the designated movement amount X to the reference limit movement amount Xs corresponding to the reference movement speed Vs when the designated movement speed V is equal to any of the reference movement speeds Vs. If it is longer, the super-high-speed rotation division number (20) is selected as the optimum division number [YES in ST13 in FIG. 8 (denoted as Y), ST14]. On the contrary, when the designated movement amount X is shorter than the reference limit movement amount Xs corresponding to the reference movement speed Vs, the high-speed rotation division number (1,000) is selected as the optimum division number [NO in ST13] N.), ST16]. When the designated movement amount X is equal to or less than the resolution for ultra high speed (50 nm), the number of divisions for high speed rotation (1,000) is selected.

そして、この実施の形態では、分割数切換制御部88を含む装置構築上の便宜から、分割数選択手段(81、82)はモータドライバ93の分割数(20)を最適な分割数として選択した場合には例えば単相Hレベル系の選択信号(有効信号)Ssctを出力し、分割数(1,000)をモータドライバ93の最適な分割数として選択した場合にはLレベル系の選択信号(無効信号)Ssctを出力する。   In this embodiment, the division number selection means (81, 82) selects the division number (20) of the motor driver 93 as the optimum division number for the convenience in constructing the apparatus including the division number switching control unit 88. In this case, for example, a single-phase H-level selection signal (effective signal) Ssct is output, and when the division number (1,000) is selected as the optimum division number of the motor driver 93, an L-level selection signal ( Invalid signal) Ssct is output.

切換信号生成出力手段は、図6に示す分割数切換制御部88から形成され、モータドライバ93の最適分割数(20)が選択された場合に出力される選択信号(有効信号)Ssctを受信すると、これをトリガー信号として、超高速用分割数(20)に切換制御するための例えば複数相Hレベル系の分割数選択切換制御信号(切換有効制御信号)Schgをモータドライバ93に生成出力(図8のST14)する。この実施の形態では、分割数選択切換制御信号(切換有効制御信号)Schgは、ST14に示すように分割数切換制御部88の分割数切換制御機能(分割数を1,000から20に切換える。)を有効とする制御信号として取り扱われる。なお、分割数切換制御部88は、上記したパルス信号制御部85と一体的に形成することができる。   The switching signal generation output means is formed from the division number switching control unit 88 shown in FIG. 6 and receives a selection signal (valid signal) Ssct that is output when the optimum division number (20) of the motor driver 93 is selected. Using this as a trigger signal, for example, a multi-phase H-level division number selection switching control signal (switching valid control signal) Schg for switching control to the super high-speed division number (20) is generated and output to the motor driver 93 (FIG. 8 ST14). In this embodiment, the division number selection switching control signal (switching valid control signal) Schg switches the division number switching control function (division number from 1,000 to 20) of the division number switching control unit 88 as shown in ST14. ) Is treated as a control signal. The division number switching control unit 88 can be formed integrally with the pulse signal control unit 85 described above.

また、切換信号生成出力手段(88)は、最適分割数(1,000)が選択された場合に出力される選択信号(無効信号)Ssctを受信すると、高速用分割数(1,000)に戻し切換え制御するためのLレベル系の分割数選択切換制御信号(切換無効制御信号)Schgをモータドライバ93に生成出力(ST16)する。この場合の分割数選択切換制御信号(切換無効制御信号)Schgは、分割数切換制御部88の分割数切換制御機能(分割数を1,000から20に切換える。)を無効とする制御信号として取り扱われる。   When the switching signal generation output means (88) receives the selection signal (invalid signal) Ssct output when the optimum division number (1,000) is selected, the switching signal generation output means (88) sets the high-speed division number (1,000). An L level division number selection switching control signal (switching invalid control signal) Schg for return switching control is generated and output to the motor driver 93 (ST16). The division number selection switching control signal (switch invalid control signal) Schg in this case is a control signal for invalidating the division number switching control function (switching the division number from 1,000 to 20) of the division number switching control unit 88. Handled.

つまり、この実施の形態では、モータドライバ93は常態では高速用分割数(1,000…中・低速用分割数と同じ。)で分割動作する。そして、切換有効制御信号(Schg)が入力された場合に限り分割数切換制御機能を有効とし、それ以外の場合は常態である高速用分割数(1,000)に自動的に戻し切換えするように形成してある。   In other words, in this embodiment, the motor driver 93 normally performs the dividing operation with the high-speed division number (1,000... Same as the medium / low-speed division number). Then, the division number switching control function is made effective only when the switching effective control signal (Schg) is input, and in other cases, it is automatically switched back to the normal high-speed division number (1,000). Is formed.

位置決め制御回路部90は、パルス信号制御部85から当該指令移動速度に対応する周波数(fhh)のパルス信号Pszを受信すると、基本的に超高速回転運転により全体的位置決め時間の短縮を計るように機能する。つまり、指令移動量(目標位置)との関係で、超高速回転運転終了時のテーブル位置が累積代表リード誤差相当位置(800nm)に至る以前の位置で止まることがある。この場合、当該停止位置から累積代表リード誤差相当位置に到達するまで高速回転運転で補完することが考えられるが、これは部分的遅速化と言わざるを得ない。   When the positioning control circuit unit 90 receives the pulse signal Psz having a frequency (fhh) corresponding to the command movement speed from the pulse signal control unit 85, the positioning control circuit unit 90 basically shortens the overall positioning time by the ultra-high speed rotation operation. Function. In other words, the table position at the end of the ultra high speed rotation operation may stop at a position before reaching the accumulated representative read error equivalent position (800 nm) in relation to the command movement amount (target position). In this case, it can be considered that the high-speed rotation operation is complemented until reaching the position corresponding to the accumulated representative read error from the stop position, but this is inevitably referred to as partial slowdown.

かくして、位置決め制御回路部90は、指定移動量Xに基づく超高速位置決めを実行した場合における位置決め完了位置が累積代表リード誤差相当位置(800nm)に至る以前の位置(手前の位置)になると想定されるときは、当該指定移動量Xに対応する位置決め制御信号に相当するパルス数に1パルスを加算したパルス数(位置決め制御信号)を動力付与部50へ生成出力可能に形成してある。   Thus, the positioning control circuit 90 is assumed that the positioning completion position when the ultra-high-speed positioning based on the designated movement amount X is executed is the position before the accumulated representative read error equivalent position (800 nm) (the position before this). In this case, the number of pulses (positioning control signal) obtained by adding one pulse to the number of pulses corresponding to the positioning control signal corresponding to the designated movement amount X can be generated and output to the power applying unit 50.

例えば、図11(B)、(C)に示すように、指定移動量が1.000010mmの場合、必要な超高速位置制御用パルス数は19984.2[=(1,000,010−800)nm/50nm]である。この状態は、中速位置制御領域の手前で超高速位置制御が終了してしまったので、このままでは中速位置制御にスムースに引き継げないことを意味する。そこで、1パルスを加算(小数点以下を繰り上げる。)した19,985パルスとする。すると、中速位置制御領域内に40nm[=50nm×(1−0.2)]分だけ入り込んだ位置(760nm)で、超高速位置決めを終了させることができる。1nm分解能による中速位置制御に何らの悪影響も与えずに迅速で円滑な引き継ぎができる。   For example, as shown in FIGS. 11B and 11C, when the designated movement amount is 1.000010 mm, the number of necessary ultra-high speed position control pulses is 19984.2 [= (1,000,010-800). nm / 50 nm]. This state means that since the super-high-speed position control has ended before the medium-speed position control region, it cannot be smoothly transferred to the medium-speed position control as it is. Therefore, 19,985 pulses are obtained by adding one pulse (rounding up the decimal point). Then, ultra-high-speed positioning can be terminated at a position (760 nm) that has entered the medium-speed position control region by 40 nm [= 50 nm × (1-0.2)]. A quick and smooth takeover can be performed without any adverse effect on the medium speed position control with 1 nm resolution.

かかる構成の位置決め装置は、次の通り動作する。   The positioning device having such a configuration operates as follows.

運転制御部80(CPU81)は、指令(図8のST10でYES)に従いRAM83から位置決め指令量(指定移動量X…目標位置)を読込み(ST11)、引続き移動速度指令値(指定移動速度V)を読み込む(ST12)。   The operation control unit 80 (CPU 81) reads the positioning command amount (designated movement amount X... Target position) from the RAM 83 in accordance with the command (YES in ST10 in FIG. 8) (ST11), and continues to move speed command value (designated movement speed V). Is read (ST12).

すると、分割数選択手段(81、82)は、図7のメモリ82Mに格納された分割数選択切換情報とRAM83のワークエリアに記憶された指定位置決め情報と参照して分割数を選択する。指定移動速度Vが基準移動速度Vsの中のいずれかに等しい場合で指定移動量Xが当該基準移動速度Vsに対応する基準限界移動量Xsに比べて長い場合は超高速回転用分割数(20)を最適な分割数として選択する(ST13でYES)。   Then, the division number selection means (81, 82) selects the division number with reference to the division number selection switching information stored in the memory 82M of FIG. 7 and the designated positioning information stored in the work area of the RAM 83. When the designated movement speed V is equal to any of the reference movement speeds Vs and the designated movement amount X is longer than the reference limit movement amount Xs corresponding to the reference movement speed Vs, the number of divisions for super high speed rotation (20 ) Is selected as the optimum number of divisions (YES in ST13).

例えば、指定移動量Xが1.000010mmで、指定移動速度Vが1.0mm/secである場合は、当該基準限界移動量Xsが0.05mmであるから、図11(B)に示すように超高速回転(20kHz)用の分割数(20)が選択される(ST14)。選択信号(有効信号)Ssctが出力されかつ切換信号生成出力手段(分割数切換制御部88)からモータドライバ93に分割数選択切換制御信号(切換有効制御信号)Schgが生成出力される。これにより、分割数が超高速用分割数(20)に切換わる。なお、ST14には、分割数切換制御88の分割数切換制御機能(1,000→20)を有効とする旨を“分割数切換制御部有効”と記してある。   For example, when the designated movement amount X is 1.000010 mm and the designated movement speed V is 1.0 mm / sec, the reference limit movement amount Xs is 0.05 mm. Therefore, as shown in FIG. The number of divisions (20) for ultra high speed rotation (20 kHz) is selected (ST14). The selection signal (valid signal) Ssct is output, and the switching signal generation output means (division number switching control unit 88) generates and outputs the division number selection switching control signal (switching effective control signal) Schg to the motor driver 93. Thereby, the number of divisions is switched to the number of divisions for ultra high speed (20). In ST14, the fact that the division number switching control function (1,000 → 20) of the division number switching control 88 is validated is described as “division number switching control unit valid”.

また、図7、図11(C)を参照し、指定移動量Xが同じ(1.000010mm)でかつ指定移動速度Vが2.5mm/secとされた場合も、当該基準限界移動量Xsが0.020mmであるから、超高速回転(50kHz)用の分割数(20)が選択される(ST13でYES、ST14)。つまり、分割数切換制御88の分割数切換制御機能(1,000→20)を有効とする。   7 and 11C, when the designated movement amount X is the same (1.0000010 mm) and the designated movement speed V is 2.5 mm / sec, the reference limit movement amount Xs is Since it is 0.020 mm, the division number (20) for ultra-high speed rotation (50 kHz) is selected (YES in ST13, ST14). That is, the division number switching control function (1,000 → 20) of the division number switching control 88 is validated.

しかし、指定移動量Xが上記場合と同じ1.000010mmでも、指定移動速度Vが0.5mm/secの場合は、従来例の場合(図12)と同様にモータドライバ93の最大応答周波数に達することがなくかつ図7の分割数選択切換情報の枠外とされている。つまり、図11(A)に示すように高速回転(500kHz)用の分割数(1,000)が選択される(ST13でNO、ST16)。分割数は高速用分割数(1,000)のままでよい。ST16では、分割数切換制御88の分割数切換制御機能(1,000→20)を無効とする旨を“分割数切換制御部無効”と記してある。   However, even if the designated movement amount X is 1.000010 mm as in the above case, when the designated movement speed V is 0.5 mm / sec, the maximum response frequency of the motor driver 93 is reached as in the conventional example (FIG. 12). And is outside the frame of the division number selection switching information of FIG. That is, as shown in FIG. 11A, the division number (1,000) for high speed rotation (500 kHz) is selected (NO in ST13, ST16). The division number may remain the high-speed division number (1,000). In ST16, the fact that the division number switching control function (1,000 → 20) of the division number switching control 88 is invalidated is described as “division number switching control unit invalid”.

超高速回転運転が選択された場合(ST14)において、運転制御部80(CPU81)は、指令に従いRAM83から読み込んだ指定移動量(目標位置)X、移動速度指令値(指定移動速度V)に対応する超高速オープンループ制御用の位置決め指令信号(パルス数および周波数の指定を含む。)OPNを出力する。この指令信号OPNを受信したパルス信号制御部85は、指令パルス信号Psz[超高速回転用周波数fhhおよび超高速回転用目標位置(800nm)に対応する数の超高速駆動パルス信号Pdhh]を生成出力する(ST15)。なお、説明簡素化のために上記した1パルス加算分についての説明は省略する。   When the super high speed rotation operation is selected (ST14), the operation control unit 80 (CPU 81) corresponds to the designated movement amount (target position) X and the movement speed command value (designated movement speed V) read from the RAM 83 according to the command. A positioning command signal (including designation of the number of pulses and frequency) OPN for super high speed open loop control is output. Upon receiving this command signal OPN, the pulse signal control unit 85 generates and outputs a command pulse signal Psz [number of ultra-high-speed drive pulse signals Pdhh corresponding to the ultra-high-speed rotation frequency fhh and the ultra-high-speed rotation target position (800 nm)]. (ST15). For simplification of description, the description of the above-described one-pulse addition is omitted.

すると、位置決め制御回路部90が、オープンループ制御に切換えたままの状態で超高速駆動パルス信号Pdhhをモータドライバ93に送り(素通りさせ)、ステッピングモータ51を超高速回転させる(ST15)。テーブル31は、図11(C)に示す超高速(2.5mm/sec)で図4のZ方向(例えば、右方向)に超高速移動する。   Then, the positioning control circuit unit 90 sends (passes through) the ultra high speed drive pulse signal Pdhh to the motor driver 93 while switching to the open loop control, and rotates the stepping motor 51 at ultra high speed (ST15). The table 31 moves at a super high speed (2.5 mm / sec) shown in FIG. 11C in the Z direction (eg, the right direction) in FIG.

この超高速回転中に、CPU81は移動変位量Psdを現在位置として読込み(ST18)、RAM83に記憶された超高速回転用偏差許容値(Eh=Max.800nm)に相当するものとして設定記憶された超高速回転用目標位置(800nm)に到達したか否かを判別する(ST19)。この場合の運転制御部80(CPU81,ROM82)は、移動変位量読込み制御手段,偏差判別手段として働く。   During this ultra high speed rotation, the CPU 81 reads the movement displacement amount Psd as the current position (ST18), and is set and stored as corresponding to the ultra high speed rotation deviation allowable value (Eh = Max.800 nm) stored in the RAM 83. It is determined whether or not the ultra-high speed rotation target position (800 nm) has been reached (ST19). In this case, the operation control unit 80 (CPU 81, ROM 82) functions as a movement displacement amount reading control means and a deviation determination means.

そして、運転制御部80(CPU81,ROM82)は、テーブル31の移動変位量が(1.000010mm−800nm)に至っていない場合、つまり超高速回転用目標位置(800nm)に到達していないと判別(ST19でNO)した場合は、分割数切換制御を有効(ST20でYES)として超高速回転を続行させる(ST15)。超高速回転用目標位置(800nm)に到達していると判別(ST19でYES)できた場合には、分割数切換制御部88の分割数切換制御機能を無効(ST21)とするとともに、オープンループ制御からクローズドループ制御への切換指令しかつ中速クローズドループ制御用の位置決め指令信号(パルス数および周波数の指定を含む。)CLSDを出力する(図9のST22)。この指令信号CLSDを受信したパルス信号制御部85は、中速回転用周波数fmの指令パルス信号Pszを生成出力する。   Then, the operation control unit 80 (CPU 81, ROM 82) determines that the movement displacement amount of the table 31 has not reached (1.0001010 mm-800 nm), that is, has not reached the ultra-high speed rotation target position (800 nm) ( If NO in ST19, the division number switching control is enabled (YES in ST20) and the ultra high speed rotation is continued (ST15). If it can be determined that the target position for ultra-high speed rotation (800 nm) has been reached (YES in ST19), the division number switching control function of the division number switching control unit 88 is disabled (ST21) and an open loop A command for switching from control to closed loop control and a positioning command signal (including designation of the number of pulses and frequency) CLSD for medium speed closed loop control are output (ST22 in FIG. 9). Upon receiving this command signal CLSD, the pulse signal control unit 85 generates and outputs a command pulse signal Psz having a medium speed rotation frequency fm.

一方、高速回転運転が選択された場合(図8のST16)において、運転制御部80(CPU81)は、指定移動量(目標位置)X、移動速度指令値(指定移動速度V)に対応する高速オープンループ制御用の位置決め指令信号(パルス数および周波数の指定を含む。)OPNを出力する。この指令信号OPNを受信したパルス信号制御部85は、指令パルス信号Psz[高速回転用周波数fhおよび高速回転用目標位置(800nm)に対応する数の高速駆動パルス信号Pdh]を生成出力する(ST17)。   On the other hand, when the high speed rotation operation is selected (ST16 in FIG. 8), the operation control unit 80 (CPU 81) causes the high speed corresponding to the designated movement amount (target position) X and the movement speed command value (designated movement speed V). A positioning command signal for open loop control (including designation of the number of pulses and frequency) OPN is output. Upon receiving this command signal OPN, the pulse signal control unit 85 generates and outputs the command pulse signal Psz [the number of high-speed drive pulse signals Pdh corresponding to the high-speed rotation frequency fh and the high-speed rotation target position (800 nm)] (ST17). ).

すると、位置決め制御回路部90が、オープンループ制御に切換えたままの状態で高速駆動パルス信号Pdhをモータドライバ93に送り(素通りさせ)、モータ51を高速回転させる(ST17)。テーブル31は、図11(A)に示す高速(0.5mm/sec)で図4のZ方向(例えば、右方向)に高速移動する。   Then, the positioning control circuit unit 90 sends (passes through) the high-speed drive pulse signal Pdh to the motor driver 93 while switching to the open loop control, and rotates the motor 51 at high speed (ST17). The table 31 moves at a high speed (0.5 mm / sec) shown in FIG. 11A in the Z direction (for example, the right direction) in FIG.

この高速回転中に、CPU81は移動変位量Psdを現在位置として読込み(ST18)、RAM83に記憶された高速回転用偏差許容値(Eh=Max.800nm)に相当するものとして設定記憶された高速回転用目標位置(800nm)に到達したか否かを判別する(ST19)。この場合の運転制御部80(CPU81,ROM82)は、移動変位量読込み制御手段,偏差判別手段として働く。   During this high-speed rotation, the CPU 81 reads the movement displacement amount Psd as the current position (ST18), and the high-speed rotation set and stored as corresponding to the high-speed rotation deviation allowable value (Eh = Max.800 nm) stored in the RAM 83. It is determined whether or not the target position (800 nm) has been reached (ST19). In this case, the operation control unit 80 (CPU 81, ROM 82) functions as a movement displacement amount reading control means and a deviation determination means.

そして、運転制御部80(CPU81,ROM82)は、テーブル31の移動変位量が(10mm−800nm)に至っていない場合つまり高速回転用目標位置(800nm)に到達していないと判別(図8のST19でNO)した場合は、分割数切換制御機能を無効(ST20でNO)として高速回転を続行させる(ST17)。高速回転用目標位置(800nm)に到達していると判別(ST19でYES)できた場合には、分割数切換制御部88の分割数切換制御機能が現在無効であるから無効化処理(ST21)は行わずに素通りし、オープンループ制御からクローズドループ制御への切換指令かつ中速クローズドループ制御用の位置決め指令信号(パルス数および周波数の指定を含む。)CLSDを出力する(図9のST22)。この指令信号CLSDを受信したパルス信号制御部85は、中速回転用周波数fmの指令パルス信号Pszを生成出力する。   Then, the operation control unit 80 (CPU 81, ROM 82) determines that the movement displacement amount of the table 31 has not reached (10 mm-800 nm), that is, has not reached the high-speed rotation target position (800 nm) (ST19 in FIG. 8). If NO, the division number switching control function is disabled (NO in ST20) and high speed rotation is continued (ST17). If it can be determined that the high-speed rotation target position (800 nm) has been reached (YES in ST19), the division number switching control function of the division number switching control unit 88 is currently invalidated, so the invalidation process (ST21). Is passed, and a switching command from open loop control to closed loop control and a positioning command signal for medium speed closed loop control (including designation of the number of pulses and frequency) CLSD are output (ST22 in FIG. 9). . Upon receiving this command signal CLSD, the pulse signal control unit 85 generates and outputs a command pulse signal Psz having a medium speed rotation frequency fm.

すると、位置決め制御回路部90は、移動変位量検出部60(95)から読込んだ移動変位量(分割後検出パルス信号Psd)をフィードバック信号とするクローズドループ制御に切換えかつ生成した中速駆動パルス信号Pdmをモータドライバ93に送り、ステッピングモータ51を中速回転させる(ST22)。テーブル31は、図11(C)、(A)の右側に示す中速(0.002mm/sec)で移動され、中速回転用の目標位置に向けて位置決めされる。   Then, the positioning control circuit unit 90 switches to closed loop control using the movement displacement amount (post-division detection pulse signal Psd) read from the movement displacement amount detection unit 60 (95) as a feedback signal and generates the medium speed drive pulse. The signal Pdm is sent to the motor driver 93 to rotate the stepping motor 51 at medium speed (ST22). The table 31 is moved at a medium speed (0.002 mm / sec) shown on the right side of FIGS. 11C and 11A and positioned toward a target position for medium speed rotation.

この中速回転中に、CPU81は移動変位量Psdを連続読込みしつつ、中速回転用の偏差許容値(Em=±63nm)に相応するものとしてRAM83に設定記憶されている目標位置(63−α)nm以内に到達しているか否かを判別する(ST23、ST24)。この場合も、運転制御部80(CPU81,ROM82)は、移動変位量読込み制御手段,偏差判別手段として働く。   During the medium speed rotation, the CPU 81 continuously reads the movement displacement amount Psd and sets the target position (63−63) set and stored in the RAM 83 as corresponding to the medium speed rotation allowable value (Em = ± 63 nm). α) It is discriminated whether or not it is within nm (ST23, ST24). Also in this case, the operation control unit 80 (CPU 81, ROM 82) functions as a movement displacement reading control unit and a deviation determination unit.

そして、目標位置(63−α)nmに到達していないと判別(ST24でNO)した場合は、中速回転を続行させる(ST22)。到達していると判別(ST24でYES)できた場合、運転制御部80(81)は低速クローズドループ制御用の位置決め指令信号(パルス数および周波数の指定を含む。)CLSD2を出力する。この指令信号CLSD2を受信したパルス信号制御部85は、低速回転用周波数flの指令パルス信号Pszを生成出力する。   When it is determined that the target position (63-α) nm has not been reached (NO in ST24), the medium speed rotation is continued (ST22). If it can be determined that it has reached (YES in ST24), the operation control unit 80 (81) outputs a positioning command signal (including designation of the number of pulses and frequency) CLSD2 for low-speed closed loop control. The pulse signal control unit 85 that has received the command signal CLSD2 generates and outputs a command pulse signal Psz having a low-speed rotation frequency fl.

すると、位置決め制御回路部90は、移動変位量検出部60(95)から読込んだ移動変位量(分割後検出パルス信号Psd)をフィードバック信号とするクローズドループ制御に切換えたままの状態で低速駆動パルス信号Pdlをモータドライバ93に送り、モータ51を低速回転させる(図9のST25)。テーブル31は、図11(C)、(A)の右側に示す低速(0.0002mm/sec)で移動され、低速回転用つまり最終の目標位置(±1nm)に向けて位置決めされる。   Then, the positioning control circuit unit 90 drives at low speed while switching to closed loop control using the movement displacement amount (post-division detection pulse signal Psd) read from the movement displacement amount detection unit 60 (95) as a feedback signal. The pulse signal Pdl is sent to the motor driver 93 to rotate the motor 51 at a low speed (ST25 in FIG. 9). The table 31 is moved at a low speed (0.0002 mm / sec) shown on the right side of FIGS. 11C and 11A, and is positioned for low-speed rotation, that is, toward the final target position (± 1 nm).

この低速回転中に、CPU81は移動変位量Psdを連続読込みしつつ、RAM83に記憶された低速回転用の偏差許容値(El=±1nm)以内であるか否かを判別する(ST26、ST32)。この場合も、運転制御部80(CPU81,ROM82)は、移動変位量読込み制御手段,偏差判別手段として働く。   During this low-speed rotation, the CPU 81 continuously reads the movement displacement amount Psd and determines whether it is within the deviation allowance for low-speed rotation (El = ± 1 nm) stored in the RAM 83 (ST26, ST32). . Also in this case, the operation control unit 80 (CPU 81, ROM 82) functions as a movement displacement reading control unit and a deviation determination unit.

そして、偏差許容値(El=±1nm)以内でないと判別(ST32でNO)した場合は、低速回転を続行させる(ST25)。偏差許容値(El=±1nm)以内であると判別(ST32でYES)できた場合には、位置決めを終了させる。   If it is determined that the deviation is not within the tolerance (El = ± 1 nm) (NO in ST32), the low-speed rotation is continued (ST25). If it is determined that the deviation is within the allowable value (El = ± 1 nm) (YES in ST32), the positioning is terminated.

ここで、見掛け発生信号無視手段とこれに関する動作(図9のST27〜ST31)について詳しく説明する。   Here, the apparent generation signal ignoring means and the operation related thereto (ST27 to ST31 in FIG. 9) will be described in detail.

上述の通り、低速回転用周波数flの値を、オーバーラン発生を防止することができる低速度(0.0002mm/sec)つまり200Hzに選択してあるから、低速回転駆動終了時には確実に移動変位量検出部60の最小分解能(1nm)および駆動パルス信号Pdlの移動量(1nm/1パルス)に相当する高精度(1nm)で位置決め停止できている筈である。   As described above, since the value of the low-speed rotation frequency fl is selected to be low speed (0.0002 mm / sec), that is, 200 Hz, which can prevent overrun, it is ensured that the amount of movement displacement at the end of low-speed rotation drive. Positioning can be stopped with high accuracy (1 nm) corresponding to the minimum resolution (1 nm) of the detector 60 and the amount of movement of the drive pulse signal Pdl (1 nm / 1 pulse).

しかし、この従来の考え方は、位置決め精度が10nm程度の位置決め装置[例えば、先提案(特許文献6)の装置]を確立する場合に有効(適合)であるが、特に1nm以下の高精度位置決めを保証する装置の場合は適合外と言える。   However, this conventional concept is effective (adapted) when establishing a positioning device with a positioning accuracy of about 10 nm [for example, the device of the previous proposal (Patent Document 6)]. In the case of a guaranteed device, it can be said that it is out of conformity.

本発明を創生するに先立つ試験研究によれば、高精度(1nm以下)であるが故の固有的外乱の侵入に係る不安定要因が存在することが認められた。つまり、最終位置決め精度(1nm以下)を安定かつ確実に保証できない事態が生じている。すなわち、位置決め精度(1nm以下)を中心にハンチングが生じ最終位置決めができない事態、±1nmを超える精度で位置決め終了となる事態や、一旦位置決め終了した後に最終位置決め精度(1nm以下)を中心として変動してしまう事態等である。   According to test studies prior to the creation of the present invention, it has been recognized that there are instability factors related to the entry of inherent disturbances due to their high precision (1 nm or less). That is, there is a situation in which the final positioning accuracy (1 nm or less) cannot be guaranteed stably and reliably. That is, hunting occurs mainly with positioning accuracy (1 nm or less) and final positioning cannot be performed, positioning ends with an accuracy exceeding ± 1 nm, and after positioning is finished, the final positioning accuracy (1 nm or less) varies. It is a situation that ends up.

この原因は、クローズドループ制御による低速回転駆動終了時点において、微妙な機械的振動が発生する場合があり、高分解能(1nm)の移動変位量検出部60がその振動を変位量として検出しかつ位置決め制御回路部(偏差カウンタ)90が偏差打消用の低速回転駆動パルス信号Pdlを生成出力することにある。この偏差打消用の低速回転駆動パルス信号Pdlは、本来的制御内容から外れた見掛け発生信号であって、位置決め制御上、無用であるばかりか有害なものである。   The cause is that subtle mechanical vibration may occur at the end of the low-speed rotation drive by the closed loop control, and the high displacement (1 nm) moving displacement detector 60 detects the vibration as a displacement and performs positioning. The control circuit unit (deviation counter) 90 is to generate and output a low-speed rotation drive pulse signal Pdl for canceling the deviation. This low-speed rotation drive pulse signal Pdl for canceling the deviation is an apparent occurrence signal that is not included in the original control contents, and is not only unnecessary but also harmful in positioning control.

かくして、低速回転駆動終了時点に機械的振動が発生しない構造を具現化すべく検討した。例えば、ステージ10の要所に重厚な防振ゴムを装着する。ステージ10(11,31等)の機械的な剛性を高くする等である。しかし、いずれも構造複雑化および装置大型化やコスト高を招来する欠点がある。これら欠点を忍受することとしあるいは例えば低速回転用速度を一段と低い値に設定したとしても、機械的振動を完全に払拭することは至難であった。   Thus, studies were made to realize a structure in which mechanical vibration does not occur at the end of low-speed rotation driving. For example, a heavy anti-vibration rubber is attached to the important part of the stage 10. For example, the mechanical rigidity of the stage 10 (11, 31, etc.) is increased. However, all have drawbacks that lead to increased structural complexity, larger equipment, and higher costs. Even if these drawbacks are accepted or the speed for low-speed rotation is set to a much lower value, it is difficult to completely eliminate the mechanical vibration.

しかしながら、この固有かつ特殊な問題を解消しなければ、装置の普及拡大は到底できない。そこで、心ならずも低速回転駆動終了時における機械的振動の発生を前提に詳細検証した結果、位置決め終了時に発生する機械的振動の振幅と振動周波数との間に一定の相関があることを見出した。   However, unless the unique and special problems are solved, the spread of the apparatus cannot be achieved. Therefore, as a result of detailed verification on the premise that mechanical vibration is generated at the end of low-speed rotation driving, it has been found that there is a certain correlation between the amplitude of the mechanical vibration generated at the end of positioning and the vibration frequency.

具体的には、この実施形態に係るステージ10の構造(特に、テーブル31の大きさ…質量0.5kg)では、Z方向の振幅wzが±1nmを越える場合はその振動周波数fmzが25Hzを超える値のときであった。最大荷重は上記した10kgである。すなわち25Hz以下では、±1nmを越える値の振幅は認められなかった。これを中心としたステージ10(テーブル31)の大型化(例えば、テーブル31の平面形状を200mm×200mmとする。)あるいは小型化(例えば、100mm×100mmとする。)しても、この程度の大きさ(構造)の違いでは、やはり±1nmを越える振幅は認められなかった。テーブル質量の増減量が最大荷重10kgに対して非常に小さいからと思われる。   Specifically, in the structure of the stage 10 according to this embodiment (particularly, the size of the table 31... Mass 0.5 kg), when the amplitude wz in the Z direction exceeds ± 1 nm, the vibration frequency fmz exceeds 25 Hz. It was at the time of value. The maximum load is 10 kg as described above. That is, at 25 Hz or less, an amplitude exceeding ± 1 nm was not recognized. Even if the stage 10 (table 31) centering on this is enlarged (for example, the planar shape of the table 31 is 200 mm × 200 mm) or downsized (for example, 100 mm × 100 mm), it is about this extent. With respect to the difference in size (structure), an amplitude exceeding ± 1 nm was not recognized. It seems that the increase / decrease amount of the table mass is very small with respect to the maximum load of 10 kg.

そこで、上記の見掛け発生信号(見掛けモータ回転制御信号)を特定しかつハードウエアまたは/およびソフトウエアにより除外する技術を創生した。この実施の形態では、見掛け信号無視手段100を設け、機械的振動を検出した場合に見掛け発生信号(見掛けモータ回転制御信号)を無視(モータドライバ93側に出力しない。)するように構築してある。   In view of this, the present inventors have devised a technique for specifying the above-described apparent generation signal (apparent motor rotation control signal) and excluding it by hardware or / and software. In this embodiment, the apparent signal ignoring means 100 is provided and constructed so as to ignore the apparent generation signal (apparent motor rotation control signal) when mechanical vibration is detected (not output to the motor driver 93 side). is there.

この見掛け信号無視手段100は、位置決め制御回路部90内に設けられた振動周波数検出手段101、周波数比較判別手段102および信号出力阻止制御手段103とから構成され、低速回転中にステージ10に発生した機械的振動に起因して生成された見掛け発生信号(1つの見掛けモータ回転制御信号…Pdl)を無視する手段である。   The apparent signal ignoring means 100 is composed of a vibration frequency detecting means 101, a frequency comparison discriminating means 102 and a signal output blocking control means 103 provided in the positioning control circuit section 90, and is generated on the stage 10 during low speed rotation. This is means for ignoring an apparent generation signal (one apparent motor rotation control signal... Pdl) generated due to mechanical vibration.

振動周波数検出手段101は、低速回転中のステージ10の機械的振動周波数fmkを検出(図9のST28)する。この実施の形態では、低速回転駆動終了時(タイミング詳細は後記する。)における偏差カウンタの出力信号の立上りパルスでトリガーを掛けかつ振動の1周期の時間を計測することにより、機械的振動周波数fmkを検出する。したがって、振動周波数検出手段101として他の形態[例えば、テーブル31(またはベース11)側に設けた振動センサ(101)…図6に2点鎖線で示した。]を用いる場合に比較して、取扱い容易でかつ低コストで具現化でき、信頼性も非常に高い。   The vibration frequency detection means 101 detects the mechanical vibration frequency fmk of the stage 10 during low-speed rotation (ST28 in FIG. 9). In this embodiment, the mechanical vibration frequency fmk is obtained by triggering with the rising pulse of the output signal of the deviation counter at the end of low-speed rotation driving (timing details will be described later) and measuring the time of one period of vibration. Is detected. Therefore, the vibration frequency detecting means 101 is shown in another form [for example, the vibration sensor (101) provided on the table 31 (or base 11) side... ], It can be easily implemented and can be realized at low cost, and its reliability is very high.

周波数比較判別手段102は、読み込み(ST29)された基準周波数(設定周波数)fsと検出された振動周波数fmkとを比較判別する。検出振動周波数fmkが設定基準周波数fs(25Hz)を超える周波数ではないと判別(ST30でNO)する。振動が発生しておらず検出できない場合もYES判断する。なお、基準周波数(設定周波数)は、CPU81から直接(図6では図示省略した)にまたはパルス信号制御部85を通して位置決め制御回路部90内に取り込まれる。   The frequency comparison discriminating means 102 compares and discriminates the read reference frequency (set frequency) fs and the detected vibration frequency fmk (ST29). It is determined that the detected vibration frequency fmk is not a frequency exceeding the set reference frequency fs (25 Hz) (NO in ST30). A YES determination is also made when vibration cannot be detected and cannot be detected. The reference frequency (set frequency) is taken into the positioning control circuit unit 90 directly from the CPU 81 (not shown in FIG. 6) or through the pulse signal control unit 85.

そして、NO判断されかつ現在値が偏差許容値(El=±1nm)以内でないと判別(ST32でNO)された場合には、低速回転駆動が続行される(ST25)。偏差許容値(El=±1nm)以内であると判別(ST32でYES)できた場合には、位置決めを終了する。   If NO is determined and it is determined that the current value is not within the allowable deviation value (El = ± 1 nm) (NO in ST32), low-speed rotation driving is continued (ST25). If it can be determined that the deviation is within the allowable value (El = ± 1 nm) (YES in ST32), the positioning is terminated.

ここに、周波数比較判別手段102によって検出振動周波数fmkが設定基準周波数fsを超える周波数であると判別(ST30でYES)された場合は、信号出力阻止制御手段103が働く。つまり、位置決め制御回路部90で生成された低速回転用のモータ回転制御信号Pdl(見掛けモータ回転制御信号)がモータドライバ93に出力されることを阻止する(ST31)。したがって、ハンチングを防止することができる。   Here, when the frequency comparison determination means 102 determines that the detected vibration frequency fmk is a frequency exceeding the set reference frequency fs (YES in ST30), the signal output prevention control means 103 operates. That is, the motor rotation control signal Pdl (apparent motor rotation control signal) for low-speed rotation generated by the positioning control circuit unit 90 is prevented from being output to the motor driver 93 (ST31). Therefore, hunting can be prevented.

ところで、位置決め時間短縮化の観点からすると、低速回転駆動途中にあっては、仮に25Hzを超える機械的振動が何らかの原因で発生(誘発乃至付加)したとしても、モータ回転制御信号(Pdl)の出力阻止によりモータ回転を中断させるべきでない。また、低速回転駆動中に何時でも振動周波数検出手段101および周波数比較判別手段102を作動(ST28、ST30)させることも、データ処理負荷の増大を招く不利がある。   By the way, from the viewpoint of shortening the positioning time, during the low-speed rotation drive, even if mechanical vibration exceeding 25 Hz occurs for some reason (induction or addition), the motor rotation control signal (Pdl) is output. The motor rotation should not be interrupted by blocking. In addition, operating the vibration frequency detection means 101 and the frequency comparison determination means 102 at any time during low-speed rotation driving (ST28, ST30) is also disadvantageous in increasing the data processing load.

かかる事態は、振動周波数検出手段101および周波数比較判別手段102を位置決め制御回路部90内の回路素子を利用した簡素回路(例えば、OR回路)で構築する場合においては、超高速モータ回転制御中、高速モータ回転制御中および中速モータ回転制御中でも当該モータ回転制御信号(Pdhh、Pdh、Pdm)の出力が阻止されモータ回転中断の虞があり得る。しかも、背景的原点に戻れば、低速回転制御による位置決め終了時点に発生した機械的振動に伴う不具合を一掃することを目的とする考え方に馴染まない。   Such a situation occurs when the vibration frequency detection means 101 and the frequency comparison determination means 102 are constructed with a simple circuit (for example, an OR circuit) using circuit elements in the positioning control circuit unit 90, during ultra-high speed motor rotation control, Even during the high-speed motor rotation control and the medium-speed motor rotation control, the output of the motor rotation control signals (Pdhh, Pdh, Pdm) may be blocked, and there is a possibility that the motor rotation may be interrupted. In addition, if it returns to the background origin, it does not become familiar with the idea that aims to clear out the problems associated with mechanical vibration that occurred at the end of positioning by low-speed rotation control.

ここにおいて、周波数検出タイミング検出手段105を設け、周波数検出タイミングになったことが確認(ST27でYES)された以降に、ST28〜ST31に進行可能に形成してある。この実施の形態では、周波数検出タイミングを低速回転による位置決め終了間際(例えば、最後から数えて10番目の低速駆動パルス信号Pdlを出力した時点)として設定してある。最後から数えて1番(あるいは2番)目以降の低速駆動パルス信号Pdlが出力された時点等に選択設定してもよい。   Here, the frequency detection timing detection means 105 is provided, and is formed so that it can proceed to ST28 to ST31 after it is confirmed that the frequency detection timing has been reached (YES in ST27). In this embodiment, the frequency detection timing is set as the end of positioning by low-speed rotation (for example, when the tenth low-speed drive pulse signal Pdl counted from the end is output). It may be selected and set at the time when the first (or second) and subsequent low-speed drive pulse signal Pdl is output from the end.

以上では、この周波数検出タイミング検出手段105,周波数比較判別手段102および信号出力阻止制御手段103を、ハードウエア(位置決め制御回路部90)により形成した場合について説明したが、ソフトウエア(例えば、当該各制御プログラムを格納させたROM82とこれを実行するCPU81)から形成してもよい。この場合、振動周波数検出手段101の検出信号はCPU81でも読込み可能に形成すればよい。   The case where the frequency detection timing detection unit 105, the frequency comparison determination unit 102, and the signal output prevention control unit 103 are formed by hardware (positioning control circuit unit 90) has been described above. You may form from ROM82 which stored the control program, and CPU81 which performs this. In this case, the detection signal of the vibration frequency detecting means 101 may be formed so as to be readable by the CPU 81.

さらに、周波数検出タイミング検出手段(105)は、位置決め駆動制御ユニット70内のその他電気信号の振動に伴う周波数変化を捉えて検出するように形成することもできる。   Further, the frequency detection timing detection means (105) can be formed so as to detect and detect a frequency change accompanying vibration of other electrical signals in the positioning drive control unit.

なお、見掛け発生信号を無視する方法乃至手段としては、他の方法乃至手段をもって実施するようにしてもよい。例えば、機械的振動を検出した場合に移動変位量検出器60の全部又は一部の動作をロックして分割後検出パルス信号Psdの値をホールドさせる、検出振動周波数が25HZ以下の場合に低速回転駆動パルス信号Pdlを通過させるローパスフィルタを位置決め制御回路部90内に設ける等である。   The method or means for ignoring the apparent generation signal may be implemented by other methods or means. For example, when mechanical vibration is detected, all or a part of the movement displacement detector 60 is locked to hold the value of the divided detection pulse signal Psd. When the detected vibration frequency is 25 Hz or less, low speed rotation is performed. For example, a low-pass filter that allows the drive pulse signal Pdl to pass therethrough is provided in the positioning control circuit unit 90.

この実施形態に係る位置決め装置では、図8、図10、図11(C)を参照して、オープンループ制御によりテーブル31はZ方向に当該装置(51等)の許容最高と同じ値の超高速(2.5mm/sec)で移動される。指定移動量Xが1.00010mmであれば、従来例(図12)の高速位置制御時間が約1.998secであるのに対して、本発明[図11(C)]の場合は超高速位置制御時間が約0.3997secであり、約1/5の時間で終了することができる。つまり、約5倍の高速化を達成できた。   In the positioning device according to this embodiment, referring to FIG. 8, FIG. 10, and FIG. 11C, the table 31 is super-high speed with the same value as the allowable maximum of the device (51 etc.) in the Z direction by open loop control. It is moved at (2.5 mm / sec). When the designated movement amount X is 1.00010 mm, the high-speed position control time in the conventional example (FIG. 12) is about 1.998 sec, whereas in the present invention [FIG. The control time is about 0.3997 sec, and can be completed in about 1/5 time. In other words, the speed was increased about 5 times.

運用の実際において、分解能1nmでの評価領域が5mm間隔で配設されている場合、従来例の場合は次の評価領域に約10秒掛かって移行していたが、本発明の場合は約2秒で移行させることできるから、評価作業能率を大幅に向上できる。手空き時間を一掃できる。いわんや上記したテーブル移動可能範囲(50mm)の往(復)移動を考えると、従来例の約100秒から約20秒に飛躍的時間短縮を達成できる。   In the actual operation, when the evaluation areas with a resolution of 1 nm are arranged at intervals of 5 mm, in the case of the conventional example, the transition to the next evaluation area takes about 10 seconds, but in the case of the present invention, about 2 Since it can be shifted in seconds, the evaluation work efficiency can be greatly improved. You can clear your free time. In other words, considering the above-described movement (return) of the table movable range (50 mm), a dramatic time reduction can be achieved from about 100 seconds to about 20 seconds in the conventional example.

しかも、指定移動速度は、所定範囲(0.5超〜2.5mm/sec)内の任意の移動速度を指定することができるから、実用性が飛躍的に向上した。つまり、図11(C)に示す超高速(2.5mm/sec)のみならず、例えば図11(B)に示す超高速(1.0mm/sec)を指定した移動運転も行える。   In addition, since the specified moving speed can be set to an arbitrary moving speed within a predetermined range (over 0.5 to 2.5 mm / sec), the practicality has been dramatically improved. That is, not only the ultra high speed (2.5 mm / sec) shown in FIG. 11 (C) but also, for example, the mobile operation specifying the ultra high speed (1.0 mm / sec) shown in FIG. 11 (B) can be performed.

図11(A)の場合は、高速位置制御時間が1.998secであり、従来例の場合(図12)と同じである。つまり、従来使用態様も選択することができる。   In the case of FIG. 11A, the high-speed position control time is 1.998 sec, which is the same as in the case of the conventional example (FIG. 12). That is, the conventional usage mode can also be selected.

超高速位置制御でも高速位置制御でも、最小分解能が1nmである移動変位量検出部60を用いて検出したテーブル現在位置が偏差許容値(800nm)相当の設定目標位置内に入ると、クローズドループ制御に切換えら、中速(0.002mm/sec)で移動される。引続き、現在値が偏差許容値(±63nm)相当の設定目標位置[(63−α)nm]内に入ると、クローズドループ制御のまま、オーバーランの心配がない低速(0.0002mm/sec)で移動される。したがって、テーブル移動機構部40の誤差E(800nm)を打消して±1nmの高精度位置決めを終了するまでの時間を大幅に短縮(0.68秒=0.37+0.31)することができる。誤差打消工程を低速回転駆動のみで行なう場合の必要時間は4.00秒(=800/200)である。   In both ultra-high speed position control and high-speed position control, closed-loop control is performed when the current position of the table detected using the moving displacement amount detection unit 60 having a minimum resolution of 1 nm falls within the set target position corresponding to the deviation allowable value (800 nm). Is switched to medium speed (0.002 mm / sec). Subsequently, when the current value enters the set target position [(63-α) nm] corresponding to the deviation tolerance (± 63 nm), the low speed (0.0002 mm / sec) with no concern for overrun while maintaining the closed loop control. It is moved with. Therefore, the time required to cancel the error E (800 nm) of the table moving mechanism unit 40 and complete the high-precision positioning of ± 1 nm can be greatly shortened (0.68 seconds = 0.37 + 0.31). The required time when the error cancellation step is performed only by the low-speed rotation drive is 4.00 seconds (= 800/200).

因みに、全域をモータ連続駆動により制御するので、粗動(ねじ軸駆動)および微動(ピエゾアクチュエータ駆動)の切換構造の欠点を一掃することができる。つまり、移動変位量を大きくでき、連続駆動による移動時間の短縮ができ、ボールねじ軸41を傾斜状態や垂直状態としても使用でき、垂直状態でかつ負荷を引上げる態様でも使用できる。   Incidentally, since the entire region is controlled by continuous motor drive, the disadvantages of the switching structure between coarse movement (screw shaft drive) and fine movement (piezo actuator drive) can be eliminated. That is, the amount of movement displacement can be increased, the movement time by continuous driving can be shortened, the ball screw shaft 41 can be used in an inclined state or a vertical state, and it can be used in a vertical state and in a state where the load is increased.

しかも、ステージ10(11,31)に±1nmを越える大きな機械的振動が発生している場合には見掛け発生信号無視手段100が働き、位置決め制御回路部90で生成された見掛けモータ回転制御信号(低速回転用駆動パルス信号Pdl)がモータドライバ55側に出力されてしまうことを阻止する。機械的振動の収斂後に必要によって最後の低速回転用駆動パルス信号Pdlを出力して±1nm内に追い込む。したがって、安定した位置決め制御を確実に担保できかつ何時でも何処で使用しても高精度(±1nm)位置決めを保障できる。   In addition, when a large mechanical vibration exceeding ± 1 nm is generated in the stage 10 (11, 31), the apparent generation signal ignoring means 100 operates, and the apparent motor rotation control signal (generated by the positioning control circuit 90) ( The low-speed rotation drive pulse signal Pdl) is prevented from being output to the motor driver 55 side. If necessary, after the mechanical vibration is converged, the last drive pulse signal Pdl for low-speed rotation is output and driven within ± 1 nm. Therefore, stable positioning control can be reliably ensured and high accuracy (± 1 nm) positioning can be ensured regardless of where and when it is used.

この見掛け発生信号無視手段100は低速回転駆動の終了間際に動作するので、無用なモータ回転の中断やハンチングによる制御時間の長期化や不安定動作を一掃できる。さらに、ダンパー28も機械的に同等な作用効果を助長する。   Since the apparent generation signal ignoring means 100 operates just before the end of the low-speed rotation driving, it is possible to eliminate unnecessary motor rotation interruption, prolonged control time due to hunting, and unstable operation. Furthermore, the damper 28 also promotes a mechanically equivalent effect.

しかして、この実施の形態によれば、ねじ軸41にステッピングモータ51を直結し、モータドライバ93の分割数を高速回転用分割数(1,000)と超高速回転用分割数(20)とを選択的に切換え可能に形成し、指定位置決め情報と分割数選択切換情報とを利用して当該実際位置決め運転に最適な分割数を選択してモータドライバ93の分割数を選択分割数に切換え可能で、オープンループ制御による超高速回転用制御信号Pdhhを出力可能に形成されているので、オープンループ制御による高速位置決め制御と比較して一段と高速な超高速位置決め制御を実行できる。よって、1nm以下の高精度位置決めを超高速かつ安定して行えるとともに、小型軽量なテーブル位置決め装置を提供できる。   Thus, according to this embodiment, the stepping motor 51 is directly connected to the screw shaft 41, and the motor driver 93 is divided into a high-speed rotation division number (1,000) and an ultra-high-speed rotation division number (20). Can be selectively switched, and the optimum number of divisions for the actual positioning operation can be selected by using the designated positioning information and the division number selection switching information, and the division number of the motor driver 93 can be switched to the selected division number. Thus, since the control signal Pdhh for ultra-high speed rotation by open loop control is configured to be output, it is possible to execute ultra-high speed positioning control that is much faster than the high-speed positioning control by open loop control. Therefore, high-precision positioning of 1 nm or less can be performed stably at an ultra-high speed, and a small and lightweight table positioning apparatus can be provided.

また、ねじ軸41がリード1mmのボールねじ軸とされかつ信号分割回路95の信号分割数が2,000に選択されているので、一段のコスト低減化および動作安定化を達成できる。   Further, since the screw shaft 41 is a ball screw shaft with a lead of 1 mm and the signal division number of the signal dividing circuit 95 is selected to be 2,000, it is possible to achieve further cost reduction and operation stabilization.

また、ステッピングモータ51のステップ角度が0.36度に選択されているので、モータドライバ93の分割数の減少化に有効である。なお、減速機の一掃化にも役立つ。   Further, since the step angle of the stepping motor 51 is selected to be 0.36 degrees, it is effective in reducing the number of divisions of the motor driver 93. It is also useful for cleaning the speed reducer.

モータドライバ93の高速回転用分割数が1,000とされかつ超高速回転用分割数が20とされているので、モータドライバ93に過度な負担を掛けずに高速および超高速を切換えた運転ができる。   Since the number of divisions for high speed rotation of the motor driver 93 is 1,000 and the number of divisions for ultra high speed rotation is 20, operation that switches between high speed and ultra high speed without imposing an excessive burden on the motor driver 93 is possible. it can.

分割数選択切換情報がモータドライバ93の最大応答周波数に達するまでの基準移動速度Vsと基準移動量Xsとを関連付けた情報とされているので、モータドライバ93の最大応答周波数以下での周波数作動を担保しつつ高速移動および超高速移動を安定して切換えられ、運転態様に対する適応性が広い。   Since the division number selection switching information is information that associates the reference movement speed Vs until the motor driver 93 reaches the maximum response frequency and the reference movement amount Xs, the frequency operation below the maximum response frequency of the motor driver 93 is performed. High-speed movement and ultra-high-speed movement can be switched stably while securing, and the adaptability to the driving mode is wide.

さらに、分割数選択手段(81、82)は指定移動量Xが当該基準移動速度Vsに対応する基準移動量Xsに比べて短い場合は高速回転用分割数(1,000)を有効[超高速回転用分割数(20)を無効]としかつ基準移動量に比べて長い場合は超高速回転用分割数(20)を有効とするので、移動速度および移動量の指定をした位置決め運転ができかつ指定値の如何に拘らず安定した位置決めができる。   Further, the division number selection means (81, 82) makes the high-speed rotation division number (1,000) effective when the designated movement amount X is shorter than the reference movement amount Xs corresponding to the reference movement speed Vs [ultra-high speed. When the rotation division number (20) is invalid] and longer than the reference movement amount, the super-high-speed rotation division number (20) is effective, so that the positioning operation with the designated movement speed and movement amount can be performed, and Stable positioning is possible regardless of the specified value.

さらに、超高速位置決め完了位置が累積代表リード誤差相当位置に至る以前の位置になると想定されるときは位置決め制御信号に1パルスを加算したパルス数の位置決め制御信号を動力付与部50へ生成出力するので、超高速移動運転から中速移動運転への引き継ぎを迅速に行え、最終位置決め終了までの時間短縮にも有効である。   Further, when it is assumed that the super-high-speed positioning completion position is a position before reaching the position corresponding to the accumulated representative read error, a positioning control signal having the number of pulses obtained by adding one pulse to the positioning control signal is generated and output to the power applying unit 50. Therefore, it is possible to quickly take over from the ultra high speed moving operation to the medium speed moving operation, and it is effective for shortening the time until the final positioning is completed.

ステッピングモータ51の回転軸に機械式ダンパー28が連結されているので、低速移動運転時の機械的振動を吸収でき、一段と安定した位置決めができる。   Since the mechanical damper 28 is connected to the rotating shaft of the stepping motor 51, mechanical vibration during low-speed moving operation can be absorbed, and more stable positioning can be achieved.

移動量および移動速度を所定範囲内で設定変更した位置決め運転ができるので、従来例(移動速度が設定変更できなかった。)に比較して、応用範囲を飛躍的に拡大できる。   Since the positioning operation in which the movement amount and the movement speed are changed within a predetermined range can be performed, the application range can be greatly expanded as compared with the conventional example (the movement speed cannot be changed).

見掛け信号無視手段100が、低速回転中の機械的振動周波数を検出する振動周波数検出手段101と,検出振動周波数が設定基準周波数を超える周波数であるか否かを判別する周波数比較判別手段102と,低速回転用のモータ回転制御信号(Pdl)出力を阻止する信号出力阻止制御手段103とからなるので、無駄なく外乱侵入阻止できかつ一段と確実で安定した位置決めを行なえる。当該手段の具現化が容易である。   An apparent signal ignoring means 100, a vibration frequency detecting means 101 for detecting a mechanical vibration frequency during low-speed rotation, a frequency comparison determining means 102 for determining whether or not the detected vibration frequency exceeds a set reference frequency, Since it comprises the signal output blocking control means 103 that blocks the output of the motor rotation control signal (Pdl) for low-speed rotation, it is possible to prevent disturbance intrusion without waste and perform more reliable and stable positioning. Implementation of the means is easy.

基準周波数が25Hzに選択されているから、一段と検出が容易で迅速処理できる。また、設定部71を用いて設定変更できるのでテーブル移動機構部40の構造および運用事項に対する適応性が広くかつ周波数比較判別手段102が低速回転による位置決め終了間際に判別動作可能に形成されているので、無駄なモータ回転の中断やハンチングの発生を防止でき、データ処理負担も軽減できる。   Since the reference frequency is selected to be 25 Hz, the detection is easier and quicker. Further, since the setting can be changed using the setting unit 71, the adaptability to the structure and operation items of the table moving mechanism unit 40 is wide, and the frequency comparison / determination means 102 is formed so that it can be discriminated just before the end of positioning by low-speed rotation. In addition, useless motor rotation interruption and hunting can be prevented, and the data processing load can be reduced.

また、移動変位量検出部60がステージ10内に収容されているので、テーブル31をベース11から分解取外ししなくても、モアレ調整等を外部から簡単に行なえるとともに、使用中は密閉状態となるから塵芥の侵入や付着を防止できる。   Further, since the movement displacement amount detection unit 60 is housed in the stage 10, it is possible to easily perform moire adjustment and the like from the outside without disassembling and removing the table 31 from the base 11, and in a sealed state during use. Therefore, it is possible to prevent dust from entering and sticking.

また、各第3光学格子63Tが1箇所に集められかつインデックススケール63の長さ方向に接近配設されているので、Z方向の装置寸法をより小型化できるとともに、第1光学格子61Fを含む平面に対する平行度をより簡単かつ迅速に確立できる。   In addition, since the third optical gratings 63T are gathered at one place and are arranged close to each other in the length direction of the index scale 63, the apparatus size in the Z direction can be further reduced, and the first optical grating 61F is included. Parallelism to the plane can be established more easily and quickly.

10 ステージ
11 ベース
28 ダンパー
31 テーブル
40 テーブル移動機構部
41 ねじ軸(ボールねじ軸)
50 動力付与部
51 ステッピングモータ
55 モータドライバ
60 移動変位量検出部
61 メインスケール
63 インデックススケール
70 位置決め駆動制御ユニット
80 運転制御部
81 CPU(分割数選択手段)
82 ROM(分割数選択手段)
82M メモリ
88 分割数切換制御部(切換信号生成出力手段)
90 位置決め制御回路部(偏差カウンタ込み)
93 モータドライバ
95 信号分割回路
100 見掛け信号無視手段
Z 基軸線
Pd 駆動パルス信号(モータ回転制御信号)
Pdhh 超高速駆動パルス信号(超高速回転用モータ回転制御信号)
Pdh 高速駆動パルス信号(高速回転用モータ回転制御信号)
Pdm 中速回転駆動パルス信号(中速回転用モータ回転制御信号)
Pdl 低速駆動パルス信号(低速回転用モータ回転制御信号)
Pdz 見掛け駆動パルス信号(見掛けモータ回転制御信号)
Psd 分割後検出パルス信号(移動変位量検出信号)
Ssct 選択信号
Schg 分割数選択切換制御信
10 stage 11 base 28 damper 31 table 40 table moving mechanism 41 screw shaft (ball screw shaft)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 Power provision part 51 Stepping motor 55 Motor driver 60 Movement displacement amount detection part 61 Main scale 63 Index scale 70 Positioning drive control unit 80 Operation control part 81 CPU (division number selection means)
82 ROM (division number selection means)
82M Memory 88 Division number switching control section (switching signal generation output means)
90 Positioning control circuit (with deviation counter)
93 Motor driver 95 Signal dividing circuit 100 Apparent signal ignoring means Z Base line Pd Drive pulse signal (motor rotation control signal)
Pdhh Ultra-high-speed drive pulse signal (motor rotation control signal for ultra-high-speed rotation)
Pdh High-speed drive pulse signal (motor rotation control signal for high-speed rotation)
Pdm Medium-speed rotation drive pulse signal (Medium-speed rotation motor rotation control signal)
Pdl Low-speed drive pulse signal (low-speed motor rotation control signal)
Pdz Apparent drive pulse signal (apparent motor rotation control signal)
Detection pulse signal after Psd division (movement displacement detection signal)
Ssct selection signal Schg Division number selection switching control signal

Claims (8)

リードが1mm以下のねじ軸を利用しかつテーブルをベースに対して移動可能なテーブル移動機構部と、ねじ軸に連結されたステッピングモータおよびモータドライバを含みかつモータ回転制御信号に基づきねじ軸を回転駆動してテーブルを最小で1nmずつ移動可能な移動用動力をテーブル移動機構部に付与する動力付与部と、3つの光学格子および信号分割回路を含み各光学格子の明線および暗線がそれぞれ2μmとされかつ1パルス当たり1nmの移動変位量検出信号を生成出力してテーブルの移動変位量を検出する移動変位量検出部と、オープンループ制御による高速回転用,クローズドループ制御による中速回転用および低速回転用のモータ回転制御信号をこの順序で切換え出力可能でかつテーブルを目標位置に位置決めするための位置決め制御信号を動力付与部へ生成出力する位置決め制御回路部と、低速回転中に装置構成要素に発生した機械的振動に起因して生成された見掛けモータ回転制御信号を無視する見掛け信号無視手段を具備するテーブル位置決め装置において、
前記ねじ軸に前記ステッピングモータを直結し、
前記モータドライバの分割数を高速回転用分割数と超高速回転用分割数と選択的に切換え可能に形成し、
高速回転用分割数および超高速回転用分割数のいずれかを選択するための分割数選択切換情報を格納するメモリと,実際位置決め運転に際して指定された指定位置決め情報とメモリに格納された分割数選択切換情報とを利用して当該実際位置決め運転に最適な前記モータドライバの分割数を選択する分割数選択手段と,選択された最適分割数に切換えるための分割数選択切換信号を前記モータドライバに生成出力する切換信号生成出力手段とを設け、
前記位置決め制御回路部が、オープンループ制御による前記高速回転用のモータ回転制御信号に代わる超高速回転用のモータ回転制御信号を出力可能に形成され、
前記オープンループ制御による高速位置決め制御と比較して一段と高速な超高速位置決め制御を実行可能に形成された、テーブル位置決め装置。
It includes a table moving mechanism that uses a screw shaft whose lead is 1 mm or less and can move the table relative to the base, and a stepping motor and motor driver connected to the screw shaft, and rotates the screw shaft based on a motor rotation control signal. A power applying unit that applies power to the table moving mechanism unit to drive and move the table by 1 nm at a minimum, and includes three optical gratings and a signal dividing circuit, and the bright and dark lines of each optical grating are 2 μm, respectively. In addition, a displacement detection unit for detecting a displacement displacement of the table by generating and outputting a displacement displacement detection signal of 1 nm per pulse, for high speed rotation by open loop control, for medium speed rotation by closed loop control, and low speed The motor rotation control signal for rotation can be switched and output in this order, and the table is positioned at the target position A positioning control circuit for generating and outputting a positioning control signal to the power applying unit, and an apparent signal ignoring means for ignoring an apparent motor rotation control signal generated due to mechanical vibration generated in the device component during low-speed rotation; In the table positioning device provided,
Directly connecting the stepping motor to the screw shaft;
Selectively switchably forming the division number of the motor driver and the high speed division number and ultra high speed for the number of divisions,
Memory for storing division number selection switching information for selecting either high-speed rotation division number or ultra-high-speed rotation division number, designated positioning information specified during actual positioning operation, and division number selection stored in memory Using the switching information, a division number selection means for selecting the optimum division number of the motor driver for the actual positioning operation, and a division number selection switching signal for switching to the selected optimum division number are generated in the motor driver. Switching signal generation output means for outputting,
The positioning control circuit unit is configured to be able to output a motor rotation control signal for ultra high speed rotation instead of the motor rotation control signal for high speed rotation by open loop control,
A table positioning device formed so as to be capable of performing ultra-high-speed positioning control that is faster than the high-speed positioning control by the open loop control.
請求項1のテーブル位置決め装置において、
前記ねじ軸がリード1mmのボールねじ軸とされかつ前記信号分割回路の信号分割数が
2,000に選択されている、テーブル位置決め装置。
The table positioning device of claim 1,
A table positioning apparatus, wherein the screw shaft is a ball screw shaft having a lead of 1 mm, and the signal division number of the signal division circuit is selected to be 2,000.
請求項1または請求項2のテーブル位置決め装置において、
前記ステッピングモータのステップ角度が0.36度に選択されている、テーブル位置決め装置。
In the table positioning device according to claim 1 or 2,
A table positioning device in which a step angle of the stepping motor is selected to be 0.36 degrees.
請求項1〜請求項3のいずれかのテーブル位置決め装置において、
前記高速回転用分割数が1,000とされかつ前記超高速回転用分割数が20とされている、テーブル位置決め装置。
In the table positioning apparatus in any one of Claims 1-3,
The table positioning device, wherein the number of divisions for high-speed rotation is 1,000 and the number of divisions for ultra-high-speed rotation is 20.
請求項1〜請求項4のいずれかのテーブル位置決め装置において、
前記分割数選択切換情報が、前記モータドライバの最大応答周波数に達するまでの基準移動速度と基準限界移動量とを関連付けた情報とされている、テーブル位置決め装置。
In the table positioning apparatus in any one of Claims 1-4,
A table positioning apparatus in which the division number selection switching information is information relating a reference moving speed and a reference limit moving amount until the motor driver reaches the maximum response frequency.
請求項5のテーブル位置決め装置において、
前記分割数選択手段が、指定移動速度が前記基準移動速度の中のいずれかに等しい場合で指定移動量が当該基準移動速度に対応する基準移動量に比べて短い場合は前記高速回転用分割数を最適な分割数として選択可能かつ指定移動量が当該基準移動速度に対応する基準移動量に比べて長い場合は前記超高速回転用分割数を最適な分割数として選択可能に形成されている、テーブル位置決め装置。
The table positioning device according to claim 5, wherein
If the designated moving speed is equal to any of the reference moving speeds and the designated moving amount is shorter than the reference moving amount corresponding to the reference moving speed, the dividing number selecting means is the high-speed rotation dividing number. Can be selected as the optimal number of divisions, and when the designated movement amount is longer than the reference movement amount corresponding to the reference movement speed, the division number for ultra-high speed rotation is formed to be selectable as the optimum division number. Table positioning device.
請求項2〜請求項6のいずれかのテーブル位置決め装置において、
前記位置決め制御回路部が、指定移動量に基づく超高速位置決めを実行した場合における位置決め完了位置が累積代表リード誤差相当位置に至る以前の位置になると想定されるときは当該指定移動量に対応する位置決め制御信号に相当するパルス数に1パルスを加算したパルス数を前記動力付与部へ生成出力可能に形成されている、テーブル位置決め装置。
In the table positioning apparatus in any one of Claims 2-6,
When it is assumed that the positioning completion position when the positioning control circuit unit performs ultra-high-speed positioning based on the designated movement amount is a position before reaching the position corresponding to the accumulated representative read error, the positioning corresponding to the designated movement amount A table positioning device configured to be capable of generating and outputting a pulse number obtained by adding one pulse to a pulse number corresponding to a control signal to the power applying unit.
請求項2〜請求項7のいずれかのテーブル位置決め装置において、
前記ステッピングモータの回転軸に機械式ダンパーが連結されている、テーブル位置決め装置。
In the table positioning device according to any one of claims 2 to 7,
A table positioning device in which a mechanical damper is connected to a rotating shaft of the stepping motor.
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