テーブル位置制御装置及びテーブル移動装置
【課題】ｘｙθ移動機構において、ｘ移動、ｙ移動、θ回転の間の干渉による誤差を抑制することである。
【解決手段】テーブル移動装置１０は、テーブル移動機構１００と、制御回路２０とを含んで構成される。制御回路２０は、指令取得部２２と、指令データにｘ位置等をフィードバックするための減算器２４と、指令データについて制御された出力である移動指令値等に変換する制御アルゴリズム部２６と、ｘ移動、ｙ移動、θ回転の間の相互干渉を除去する処理を行う補正部２８と、補正された移動指令値等を個々の気体圧制御アクチュエータの電流駆動指令に変換してテーブル移動機構１００に供給する駆動信号変換部３０と、テーブル移動機構１００からの各センサのデータをｘ座標、ｙ座標、回転角度θに変換して減算器２４に入力する位置情報変換部３２を含む。
【解決手段】テーブル移動装置１０は、テーブル移動機構１００と、制御回路２０とを含んで構成される。制御回路２０は、指令取得部２２と、指令データにｘ位置等をフィードバックするための減算器２４と、指令データについて制御された出力である移動指令値等に変換する制御アルゴリズム部２６と、ｘ移動、ｙ移動、θ回転の間の相互干渉を除去する処理を行う補正部２８と、補正された移動指令値等を個々の気体圧制御アクチュエータの電流駆動指令に変換してテーブル移動機構１００に供給する駆動信号変換部３０と、テーブル移動機構１００からの各センサのデータをｘ座標、ｙ座標、回転角度θに変換して減算器２４に入力する位置情報変換部３２を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はテーブル位置制御装置及びテーブル移動装置に係り、特に複数の気体圧制御アクチュエータを用いて、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なうテーブル位置制御装置及びテーブル移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させるには、例えばテーブルをｘ方向に移動駆動するｘモータと、ｙ方向に移動駆動するｙモータとを用いて行うことができる。この場合に、ｘモータはテーブルをｘ方向にのみ移動させ、ｙモータはテーブルをｙ方向にのみ移動させるために用いられるのであるが、実際にはｘモータの移動駆動によりテーブルのｙ方向の位置が乱れ、同様にｙモータの移動駆動によりテーブルのｘ方向の位置が乱れることがある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数のサーボモータで各軸間の干渉を防止するため、主サーボモータのモータ位置フィードバック信号と従サーボモータのモータ位置フィードバック信号の差に位置補正ゲインを掛けた補正値を主サーボモータの速度指令に加えた指令信号を従サーボモータの速度指令に与えることを特徴とする従来技術が紹介され、そして、その従来技術では、定常状態に落ち着いた後で、主サーボ軸の負荷位置と従サーボ軸の負荷位置との差が０にならないことを指摘している。そしてここでは、従サーボモータのトルク指令をモータモデルに入力した結果と、従サーボモータの位置信号から差分演算される速度フィードバック信号との差を求め、その差に相当するトルクを推定して推定された補償トルクを従サーボモータのトルク指令に加えることで、主サーボ軸の負荷位置と従サーボ軸の負荷位置との差を０にすることができると述べられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８６４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させるだけでなく、ｘ軸及びｙ軸に垂直なｚ軸周りにテーブルを回転させるには、テーブルの案内をｚ軸周りに回転可能に支持する必要がある。そのために、ｘ方向に移動可能なｘテーブル、ｙ方向に移動可能なｙテーブル、ｚ軸周りに回転可能なθテーブルを順次積み重ねた構造のものが用いられる。このような複雑な積層構造のテーブルを用いずに、１つのテーブルをｘｙ平面内で流体軸受構造で支持し、テーブルの２つの辺を適当な２つの駆動モータで移動駆動する構成をとることも可能である。
【０００６】
ｘｙθ移動装置においては、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令の３つの独立な移動指令を有することが便利であるが、この場合において、ｘ移動、ｙ移動、θ回転の間に干渉が生じると、任意の位置及び角度の位置決めが不正確になる。特許文献１には、主サーボモータと従サーボモータとの間でトルク補償を行うことが述べられているが、ｘ位置、ｙ位置、そのｘｙ位置におけるθ回転を正確に行なうためには、サーボモータのトルク補償それのみでは不十分である。
【０００７】
本発明の目的は、ｘｙθ移動機構において、ｘ移動、ｙ移動、θ回転の間の干渉による位置決め誤差を抑制することを可能にするテーブル位置制御装置及びテーブル移動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るテーブル位置制御装置は、複数の気体圧制御アクチュエータを用いて、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なうテーブル位置制御装置であって、テーブルのｘ軸移動に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱を相殺し、テーブルのｙ軸移動に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱を相殺し、テーブルのθ回転に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱を相殺して、テーブルの移動及び回転を補正する補正手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るテーブル位置制御装置は、気体圧制御アクチュエータを用いて、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なうテーブル位置制御装置であって、テーブルのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、テーブルのｙ軸移動指令に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱をフィードバックし、テーブルのθ回転指令に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱をフィードバックし、各擾乱成分を相殺するように、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令とを補正する補正手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るテーブル位置制御装置において、テーブルのｘ軸移動指令に対してテーブルに生じるｙ軸移動の擾乱を表すｘｙ伝達関数と、テーブルのｘ軸移動指令に対してテーブルに生じるθ回転の擾乱を表すｘθ伝達関数と、テーブルのｙ軸移動指令に対してテーブルに生じるｘ軸移動の擾乱を表すｙｘ伝達関数と、テーブルのｙ軸移動指令に対してテーブルに生じるθ回転の擾乱を表すｙθ伝達関数と、テーブルのθ回転指令に対してテーブルに生じるｘ軸移動の擾乱を表すθｘ伝達関数と、テーブルのθ回転指令に対してテーブルに生じるｙ軸移動の擾乱を表すθｙ伝達関数と、を予め求めてそれぞれ記憶する記憶部を備え、補正手段は、テーブルのｘ軸移動指令に対し、記憶部に記憶されているｙｘ伝達関数とθｘ伝達関数とに基づいてｘ軸移動指令を補正し、テーブルのｙ軸移動指令に対し、記憶部に記憶されているｘｙ伝達関数とθｙ伝達関数とに基づいてｙ軸移動指令を補正し、テーブルのθ回転指令に対し、記憶部に記憶されているｘθ伝達関数とｙθ伝達関数とに基づいてθ回転指令を補正することが好ましい。
【００１１】
また、補正手段は、テーブルを移動及び回転駆動する複数の気体圧制御アクチュエータの各駆動電流指令に対し補正を行うことが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係るテーブル移動装置は、ｘ軸に垂直なｘ駆動辺とｙ軸に垂直なｙ駆動辺とを有するテーブルと、ｘ駆動辺においてｙ方向に離間して配置され、ｘ駆動辺を協働して駆動する少なくとも２つのｘ駆動用気体圧制御アクチュエータと、ｙ駆動辺を駆動する少なくとも１つのｙ駆動用気体圧制御アクチュエータと、各気体圧制御アクチュエータを制御し、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なう制御部と、を備え、制御部は、テーブルのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、テーブルのｙ軸移動指令に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱をフィードバックし、テーブルのθ回転指令に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱をフィードバックし、各擾乱成分を相殺するように、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令とを補正する補正手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るテーブル移動装置は、ｘ軸に垂直なｘ駆動辺とｙ軸に垂直なｙ駆動辺とを有するテーブルと、ｘ駆動辺においてｙ方向に離間して配置され、ｘ駆動辺を協働して駆動する少なくとも２つのｘ駆動用気体圧制御アクチュエータと、ｙ駆動辺を駆動する少なくとも１つのｙ駆動用気体圧制御アクチュエータと、テーブルの中心部である代表位置から離れた周辺部に配置され、テーブルの移動及び回転を検出する複数のセンサと、複数のセンサの検出値に基づいて各気体圧制御アクチュエータを制御し、テーブルの代表位置をｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なう制御部と、を備え、制御部は、テーブルの代表位置についてのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、テーブルの代表位置についてのｙ軸移動指令に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱をフィードバックし、テーブルの代表位置についてのθ回転指令に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱をフィードバックし、各擾乱成分を相殺するように、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令とを補正する補正手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、制御部は、テーブルの代表位置についての補正後のｘ軸移動指令と、補正後のθ回転指令とに基づいて、ｘ駆動用の各気体圧制御アクチュエータに対する電流駆動指令を生成することが好ましい。
【００１５】
また、複数のセンサは、ｘ駆動辺においてｙ軸方向に離間して配置され、その離間した位置におけるテーブルのｘ方向の変位を検出する２つのｘ変位センサを含み、制御部は、２つのｘ変位センサの検出値に基づいて、テーブルの代表位置についてのｘ方向の移動量と、ｚ軸周りのθ回転量とを求め、それぞれテーブルの代表位置についてのｘ軸移動指令及びθ回転指令にそれぞれフィードバックすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、テーブル位置制御は、複数の気体圧制御アクチュエータを用いて、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なう。気体圧制御アクチュエータは、油圧を用いるものに比べてコンタミネーションの問題が少なく、また、電磁的ノイズも発生せず、温度変化による影響、振動、騒音も少なくできる。したがって、テーブル位置制御の精度の向上に適している。
【００１７】
また、上記構成の少なくとも１つにより、テーブルのｘ軸移動に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱のように、ｘ移動、ｙ移動、ｚ軸周りのθ回転の間の干渉について、補正を行う。したがって、精度のよい位置決めを行うことができる。
【００１８】
また、上記構成の少なくとも１つにより、例えば、テーブルのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、各擾乱成分を相殺するようにｘ軸移動指令を補正する。このように、ｘ移動、ｙ移動、ｚ軸周りのθ回転の間の干渉による擾乱を移動指令又はθ回転指令にフィードバックして補正を行う。したがって、これらの間の干渉による位置決め誤差を抑制することができる。
【００１９】
また、上記構成の少なくとも１つにより、例えば、テーブルのｘ軸移動指令に対してテーブルの移動または回転に与える干渉の結果としての擾乱を表すものとして、ｙ軸移動の擾乱を表すｘｙ伝達関数及びθ回転の擾乱を表すｘθ伝達関数をそれぞれ求めて記憶する。このように、目的とする移動指令又はθ回転指令に対して他の移動又は回転に与える擾乱を、それぞれ伝達関数の形式で予め求め記憶し、擾乱に対する補正はこれらの伝達関数に基づいて行なう。したがって、これらの間の干渉による位置決め誤差を抑制することができる。
【００２０】
また、上記構成の少なくとも１つにより、テーブルを移動及び回転駆動する複数の気体圧制御アクチュエータの各駆動電流指令に対し補正を行う。すなわち、結果として生じる移動誤差、回転誤差の値を補正するのではなく、これらの誤差を相殺するような制御を行う。これにより、ｘ移動、ｙ移動、θ回転の間の干渉による誤差を効果的に抑制することができる。
【００２１】
また、上記構成の少なくとも１つにより、テーブルの駆動は、ｘ駆動辺においてｙ軸方向に離間して配置される少なくとも２つのｘ駆動用気体圧制御アクチュエータと、ｙ駆動辺を駆動する少なくとも１つのｙ駆動用気体圧制御アクチュエータによって行なう。したがって、ｘ移動、ｙ移動、θ回転を最小限で３つの気体圧制御アクチュエータで行うので構成が簡単となる。
【００２２】
また、上記構成の少なくとも１つにより、テーブルの中心部である代表位置から離れた周辺部に配置され、テーブルの移動及び回転を検出する複数のセンサを用いて、これらのセンサの検出値に基づいて各気体圧制御アクチュエータを制御し、テーブルの代表位置をｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なう。この場合、センサの位置はテーブルの代表位置から離れているので、その検出情報に基づいてテーブルの移動又は回転を制御すると、例えばｘ軸移動指令に対して、ｙ移動及びθ回転の誤差が生じやすい。すなわち、移動指令又はθ回転指令に対し、ｘ移動、ｙ移動、θ回転の間の干渉が生じやすくなる。そこで、上記構成では、例えば、テーブルのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、各擾乱成分を相殺するようにｘ軸移動指令を補正する。このように、ｘ移動、ｙ移動、ｚ軸周りのθ回転の間の干渉による擾乱を移動指令又はθ回転指令にフィードバックして補正を行う。したがって、テーブルの代表位置から離れた位置に配置されるセンサを用いても、これらの間の干渉による位置決め誤差を抑制することができる。
【００２３】
また、テーブルの代表位置についての補正後のｘ軸移動指令と、補正後のθ回転指令とに基づいて、ｘ駆動用の各気体圧制御アクチュエータに対する電流駆動指令を生成する。これにより、θ回転のための特別なアクチュエータを設けることなく、複数のｘ駆動用の各気体圧制御アクチュエータに対する駆動指令によってｘ移動と共にθ回転を行なわせることができ、構成が簡単になる。
【００２４】
また、ｘ駆動辺においてｙ軸方向に離間して配置され、その離間した位置におけるテーブルのｘ方向の変位を検出する２つのｘ変位センサによって、テーブルの代表位置についてのｘ方向の移動量と、ｚ軸周りの回転量とを求める。これにより、角度測定器のような特別の角度検出センサを設けることなく、θ回転を検出し、これを制御にフィードバックするので、構成が簡単となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、ｘｙθ移動可能なテーブルを矩形の平面形状とするが、ｘ方向に移動駆動するアクチュエータとｙ方向に移動駆動するアクチュエータとから駆動力を受ける辺を有していればよく、全体の形状自体は、目的に応じたものであってよい。例えば円形平面形状テーブルであって、その側面の一部に、各アクチュエータの駆動力を受ける面が設けられているものであってもよい。もちろん円形平面形状以外の平面形状であってもよい。また、以下で説明するアクチュエータの数、センサの数は、単なる例示であって、目的に応じ、アクチュエータの数をこれより増減してもよく、センサの数をこれより増加させてもよい。また、気体圧制御アクチュエータの構造、センサの検出方法は説明のための例示であって、これ以外の構造の気体圧制御アクチュエータを用いてテーブルを移動及び回転駆動してもよく、あるいはこれ以外の方法によってテーブルの移動及び回転を検出するものとしてもよい。
【００２６】
図１は、テーブル移動装置１０の構成を示す図である。テーブル移動装置１０は、テーブル移動機構１００と、これを制御する制御回路２０とを含んで構成され、制御回路２０はテーブル移動機構１００に対し図１に示されるｘ軸方向の移動、ｙ軸方向の移動、ｘｙ平面に垂直なｚ軸周りのθ回転を制御する機能を有する。
【００２７】
テーブル移動機構１００は、ｘｙ平面内で任意の位置に移動可能で、その任意の位置でθ回転可能に流体支持された矩形平面形状テーブルと、矩形平面形状テーブルをｘ方向に移動駆動可能な４つの気体圧制御アクチュエータと、ｙ方向に移動駆動可能な２つの気体圧制御アクチュエータと、矩形平面テーブルに設けられた３つのセンサとを含んで構成される。
【００２８】
制御回路２０は、ｘ位置指令ｘ０等の指令データを取得する指令取得部２２と、指令データにｘ位置等をフィードバックするための減算器２４と、指令データについて制御された出力である移動指令値及びθ回転指令値に変換する制御アルゴリズム部２６と、相互干渉を除去する処理を行う補正部２８と、補正された移動指令値及びθ回転指令値を個々の気体圧制御アクチュエータの電流駆動指令に変換してテーブル移動機構１００に供給する駆動信号変換部３０と、テーブル移動機構１００からの各センサのデータをｘ座標、ｙ座標、回転角度θに変換して減算器２４に入力する位置情報変換部３２を含み、これにより、相互干渉を相殺する補正機能を含むフィードバックループを形成する。
【００２９】
なお、図１において、制御アルゴリズム部２６の出力として示されるＵｘ等、補正部２８の出力として示されるｘｕ等、駆動信号変換部３０の出力として示されるｘ−１等、位置情報変換部３２の入力として示されるｓ−１等は、いずれも信号を示すものである。例えば、ｘ−１等は、後述する気体圧制御アクチュエータへの電流駆動指令信号を示し、Ｓ−１等は、後述するセンサシステムの出力であって位置情報変換部３２に入力される信号を示す。
【００３０】
図２は、テーブル移動機構１００を構成するテーブルと複数の気体圧制御アクチュエータの配置を示す図である。ここでテーブル１０２は、平面形状が矩形をなし、テーブル移動機構１００の筐体１０４の支持穴１０６と隙間をあけて配置され、筐体１０４に対しｚ軸方向に流体支持されている。気体圧制御アクチュエータは、テーブル１０２の矩形平面形状の各辺に向き合って合計６つ配置される。その中で４つは、テーブル１０２の矩形平面形状の各辺のうち、ｘ方向に垂直でｙ方向に平行な２つの辺をそれぞれ駆動する。この駆動辺をｘ駆動辺１１０，１１１と呼ぶことにし、この辺に向かい合う気体圧制御アクチュエータを、ｘ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５，１１６，１１７と呼ぶこととする。同様に、テーブル１０２の矩形平面形状の各辺のうち、ｙ方向に垂直でｘ方向に平行な２つの辺をｙ駆動辺１１２，１１３と呼び、これに向かい合う残りの２つの気体圧制御アクチュエータをｙ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１８，１１９と呼ぶ。
【００３１】
ｘ駆動辺１１０に向かい合って、ｘ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５が、ｙ方向に沿って相互に離間して配置される。離間の中心線は、テーブル１０２の重心位置１０８を通る。すなわち、離間されて配置される２つの気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５の駆動軸は、テーブル１０２の重心位置１０８に対して対称に配置される。同様にｘ駆動辺１１１に向かい合って、ｘ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１６，１１７がｙ方向に相互に離間して配置される。そして、ｘ駆動辺１１０に向かい合う２つの気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５は、テーブル１０２を挟んで、ｘ駆動辺１１１に向かい合う２つの気体圧制御アクチュエータ１１６，１１７とも相互に向かい合う関係で配置される。換言すれば、気体圧制御アクチュエータ１１４と気体圧制御アクチュエータ１１６とは、駆動軸方向が同軸で、テーブル１０２を相互に押し合う関係で配置され、同様に気体圧制御アクチュエータ１１５と気体圧制御アクチュエータ１１７とは、駆動軸方向が同軸で、テーブル１０２を相互に押し合う関係で配置される。
【００３２】
ｙ駆動辺１１２に向かい合うｙ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１８は、ｙ駆動辺１１２のｘ方向に沿った中央部に配置され、したがってその駆動軸は、テーブル１０２の重心位置１０８を通る。同様にｙ駆動辺１１３に向かい合うｙ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１９は、ｙ駆動辺１１３のｘ方向に沿った中央部に配置され、したがってその駆動軸は、テーブル１０２の重心位置１０８を通る。このように、２つのｙ駆動用気体圧制御気体圧制御アクチュエータ１１８，１１９は、駆動軸方向が同軸で、テーブル１０２を相互に押し合う関係で配置される。
【００３３】
上記のように、各気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９には、駆動信号変換部３０から電流駆動指令が供給される。すなわち気体圧制御アクチュエータ１１４には電流駆動指令ｘ−１が、気体圧制御アクチュエータ１１５には電流駆動指令ｘ−２が、気体圧制御アクチュエータ１１６には電流駆動指令ｘ−３が、気体圧制御アクチュエータ１１７には電流駆動指令ｘ−４が供給される。同様に、気体圧制御アクチュエータ１１８には電流駆動指令ｙ−１が、気体圧制御アクチュエータ１１９には電流駆動指令ｙ−２が供給される。
【００３４】
テーブル１０２を移動駆動あるいは回転駆動するには、各気体圧制御アクチュエータに供給される電流駆動指令を次のように制御して行うことができる。
【００３５】
ｘ方向にテーブル１０２を移動駆動するときは、電流駆動指令ｘ−１，ｘ−２，ｘ−３，ｘ−４をすべて同じ駆動方向で同じ大きさの電流駆動指令としてそれぞれｘ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５，１１６，１１７に供給する。ここで駆動方向が同じとは、図２に示すｘ方向について同じ方向という意味である。したがって、気体圧制御アクチュエータの駆動方向とは必ずしも一致しない。つまり、電流駆動指令ｘ−１，ｘ−２に対応する気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５の駆動方向は、図２における−ｘ方向がアクチュエータとして対象物を押す方向であるのに対し、電流駆動指令ｘ−３，ｘ−４に対応する気体圧制御アクチュエータ１１６，１１７の駆動方向は、図２における＋ｘ方向がアクチュエータとして対象物を押す方向である。
【００３６】
ｙ方向にテーブル１０２を移動駆動するときは、電流駆動指令ｙ−１，ｙ−２をすべて同じ駆動方向で同じ大きさの電流駆動指令としてそれぞれｙ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１８，１１９に供給する。この場合も同じ駆動方向とは、図２に示すｙ方向について同じ方向という意味であって、気体圧制御アクチュエータ１１８，１１９についていえば、一方はテーブル１０２を押す方向に駆動され、他方はテーブル１０２に押される方向に駆動される。
【００３７】
テーブル１０２をｚ軸周りに回転駆動するときは、電流駆動指令ｙ−１，ｙ−２はゼロとしてｙ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１８，１１９を駆動しない状態の下で、４つのｘ電流駆動指令ｘ−１からｘ−４を、ｘ−１とｘ−３の第１の組と、ｘ−２とｘ−４の第２の組との２つの組に分け、同じ組の電流駆動指令は同じ駆動方向とし、異なる組の間では駆動方向を逆とする。図２の紙面上においてテーブル１０２を時計方向に回転駆動するときは、ｘ−１とｘ−３の第１の組の電流駆動指令の駆動方向を図２に示す＋ｘ方向に、ｘ−２，ｘ−４の第２の組の電流駆動指令の駆動方向を−ｘ方向とする。各電流駆動指令の大きさは同じである。これにより、テーブル１０２は、その重心位置１０８の周りに時計方向に回転するように駆動力モーメントを受ける。同様に、テーブル１０２を反時計方向に回転駆動するときは、第１の組の電流駆動指令の駆動方向を図２に示す−ｘ方向に、第２の組の電流駆動指令を＋ｘ方向とする。これにより、テーブル１０２は、その重心位置１０８の周りに反時計方向に回転するように駆動力モーメントを受ける。
【００３８】
図３は、気体圧制御アクチュエータの構造の１例を示すものとして、図２における気体圧制御アクチュエータ１１９の部分の断面図である。この気体圧制御アクチュエータ１１９は、粗動と微動が可能なアクチュエータである。気体圧制御アクチュエータ１１９は、テーブル移動機構１００の筐体１０４の中に設けられる案内部１３０と、案内部１３０に案内されてｙ方向に移動可能な可動子１３２を含んで構成される。
【００３９】
案内部１３０は、例えば底部を有する円筒状の穴で、底面に粗動用の気体圧Ｐｃを有する気体を供給する粗動気体供給部１３４を備え、側面に微動用の気体圧Ｐｆを有する気体を供給する微動気体供給部１３６を備える。可動子１３２は、案内部１３０の内部形状に対応し、例えば円柱状の部材である。可動子１３２は、側面と先端部に開口を有し、その間を結ぶ気体流路１３８を内部に備えている。気体流路１３８は、側面の開口から微動用の気体圧Ｐｆを有する気体を受け取り、可動子１３２の内部を流し先端部の開口から、その先端部の面とテーブル１０２のｙ駆動辺１１３との間の隙間に向かって流す機能を有する。気体流路１３８には適当な絞り部１４４を設けることが好ましい。
【００４０】
このような構成の気体圧制御アクチュエータ１１９において、粗動用の気体圧Ｐｃを有する気体は、案内部１３０の底面と可動子１３２の底面の間の気体室１４０に供給され、可動子１３２の底面１３３にｙ方向の駆動力を与える。この機構は、周知のピストン・シリンダ機構と同様である。微動用の気体圧Ｐｆを有する気体は、可動子１３２の先端部の面とｙ駆動辺１１３との間の隙間を流れるが、テーブル１０２は、もう一方のｙ駆動辺１１２においてもう一方のｙ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１８から押付力Ｆを可動子１３２の先端面に対し及ぼしている。すなわち、微動用の気体圧Ｐｆを有する気体は、この押付力Ｆに抗して、可動子１３２の先端部の面とｙ駆動辺１１３との間の隙間を流れ、この隙間の間隔は、気体圧Ｐｆによって可変できる。この機構はいわゆる気体軸受機構に類似するもので、気体圧Ｐｆを変化させることで、気体の流れる隙間の間隔をサブμｍからμｍの程度で変化させることができる。したがって、気体圧Ｐｆを制御することで、ｙ駆動辺１１３を微小移動させることができる。このようにして、気体圧Ｐｃの制御と気体圧Ｐｆの制御を組み合わせることで、気体圧制御アクチュエータ１１９は、微動から粗動まで幅広い範囲で精度よくテーブル１０２を移動駆動できる。
【００４１】
図４は、テーブル移動機構１００を構成するセンサシステム１５０を説明する図である。図２と共通の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。なお、ここでは気体圧制御アクチュエータの図示を省略している。センサシステム１５０は、テーブル１０２において、ｘ駆動辺１１０に設けられる２つの反射面１５４，１５５と、ｙ駆動辺１１２に設けられる１つの反射面１５８と、これら３つの反射面にレーザ光を照射し、各反射面から戻される反射光を受け取って、各反射面における入射光と反射光の位相差から各反射面の変位を検出するためのレーザ干渉光学系を含んで構成される。
【００４２】
ｘ駆動辺１１０に設けられる２つの反射面１５４，１５５は、ｙ方向に平行な反射面で、ｙ方向に沿って相互に離間して配置される。離間の距離は、各反射面１５４，１５５に入射光の光軸の間の間隔Ｌで示されている。離間の中心線は、テーブル１０２の重心位置１０８を通る。すなわち、２つの反射面１５４，１５５は、テーブル１０２の重心位置１０８に対し対称に配置される。ｙ駆動辺１１２に設けられる反射面１５８は、その入射光の光軸の方向がテーブル１０２の重心位置１０８を通っていないが、もちろん、重心位置１０８を通るものとしてもよい。かかる反射面１５４，１５５，１５８は、テーブル１０２の上に取り付けられた適当な反射鏡を用いることができる。また、テーブル１０２の側面の一部を鏡面に磨いて反射面とし、これを用いるものとしてもよい。
【００４３】
レーザ干渉光学系は、レーザ光を放射するレーザヘッド１６０と、放射されたレーザ光を、各反射面１５４，１５４，１５８に向けて分配するビームスプリッタ１６２，１６４と、各反射面１５４，１５５，１５８にほぼ鉛直方向にレーザ光を入射してその反射光を受け取り、入射光と反射光との位相差を検出して出力する光干渉計１６６，１６８，１７０を含んで構成される。各光干渉計１６６，１６８，１７０の出力は、対応する反射面１５４，１５５，１５８の変位を示す信号Ｓ−１，Ｓ−２，Ｓ−３として、位置情報変換部３２に入力される。すなわち、信号Ｓ−１は、反射面１５４におけるｘ方向の変位を示し、信号Ｓ−２は、反射面１５５におけるｘ方向の変位を示し、信号Ｓ−３は、反射面１５８におけるｙ方向の変位を示す。
【００４４】
再び図１に戻り、次に制御回路２０を構成する各要素について説明する。制御回路２０は、上記のように、指令取得部２２と、減算器２４と、制御アルゴリズム部２６と、補正部２８と、駆動信号変換部３０と、位置情報変換部３２とを含む。そして、駆動信号変換部３０と、位置情報変換部３２との間にはテーブル移動機構１００が配置される。
【００４５】
指令取得部２２は、テーブル１０２の移動及び回転の目標値を指令値として取得する機能を有する。ここで指令値は、テーブル１０２の目標ｘ座標であるｘ０、目標ｙ座標であるｙ０、座標ｘ０，ｙ０における目標回転角度であるθ０である。これらの指令データは、テーブル１０２を移動駆動するプログラムによって、遂時的に与えられる。
【００４６】
減算器２４は、指令データから、テーブル１０２の実際の位置データを減算し、テーブル１０２の移動における目標値と実際値との間の誤差を算出する機能を有する。指令データは、上記のｘ０，ｙ０，θ０であり、実際値のデータは、位置情報変換部３２から出力されるテーブル１０２の実際のｘ座標、ｙ座標、回転角度θである。減算器２４は、各指令データｘ０，ｙ０，θ０のそれぞれに対応し、その誤差として、ｘ０−ｘ，ｙ０−ｙ，θ０−θを算出し、制御アルゴリズム部２６に出力する機能を有する。
【００４７】
制御アルゴリズム部２６では、入力された誤差であるｘ０−ｘ，ｙ０−ｙ，θ０−θをそれぞれゼロに近づける制御アルゴリズムを実行し、そのために必要なテーブル１０２の移動指令値及びθ回転指令値として、ｘ軸移動指令値Ｕｘ，ｙ軸移動指令値Ｕｙ，θ回転指令値Ｕθを出力する機能を有する。
【００４８】
図５は、制御アルゴリズム部２６の詳細なブロックダイヤグラムである。制御アルゴリズム部２６では、減算器２４から入力された３つの誤差データｘ０−ｘ，ｙ０−ｙ，θ０−θのそれぞれに対応し、同じ内容の制御アルゴリズムを実行する。そこで、３つの誤差に対する各処理を代表して、ｘ方向位置誤差データｘ０−ｘに対する処理を説明する。
【００４９】
減算器２４から入力された誤差信号は、変位比例ゲイン４０によって増幅されるとともに積分器４２によって積分処理される。変位比例ゲイン４０によって増幅された信号と積分器４２によって積分された信号とは、加算器４４によって加算される。すなわちここでは位置誤差に対し比例積分（ＰＩ）制御が行われている。ＰＩ制御された後の信号はリミッタ４６において出力が所定の値に制限され、速度指令として減算器５２の一方側信号として入力される。リミッタ４６は、ＰＩ制御された信号を次の段の入力信号としてそのまま用いるときに現れるオーバーシュートの影響を抑制する機能を有する。
【００５０】
一方、位置情報変換部３２からのテーブル１０２の実際のｘ位置信号は、微分器４８によって微分され、テーブル１０２の速度信号として、減算器５２の他方側信号として入力される。微分器４８の分母成分は、所定の周波数帯域の前後のゲインを下げ、高周波ノイズ等を抑制する機能を有する。微分器４８の出力は、減算器５２に入力される前に減衰器５０によって適当な信号レベルに調整される。
【００５１】
減算器５２は、速度指令とテーブル１０２の速度信号との差を算出し、速度誤差信号とする機能を有する。減算器５２によって出力される速度誤差信号は、速度比例ゲイン５４によって増幅され、リミッタ５６によって次段へのオーバーシュートの影響を抑制する処理が行われて、加速度指令として減算器６２の一方側信号として入力される。ここでは、位置誤差の処理がＰＩ制御であるのに対し、比例（Ｐ）制御が行われている。一方で微分器４８によって求められたテーブル１０２の速度信号はさらに微分器５８で微分され、テーブル１０２の加速度信号として、減算器６２の他方側信号として入力される。微分器５８の分母成分の内容は微分器４８で説明したものと同様である。微分器５８の出力は、減算器６２に入力される前に減衰器６０によって適当な信号レベルに調整されることも、前に説明したのと同様である。
【００５２】
減算器６２は、加速度指令とテーブル１０２の加速度信号との差を算出し、加速度誤差信号とする機能を有する。減算器６２によって出力される加速度誤差信号は、加速度比例ゲイン６４によって増幅され、適当な極性変換（ＰＯ）６６を行なった後、リミッタ６８によって次段へのオーバーシュートを抑制する処理が行われる。リミッタ６８の出力は、位置指令ｘ０に実際の位置ｘを近づけるための駆動信号であり、具体的には、テーブル１０２をｘ方向に駆動するアクチュエータへの駆動信号に対応する。アクチュエータへの駆動信号は具体的には電流駆動指令データであるので、加速度比例ゲイン６４は、デジタル信号を電流信号に変換する電流変換機能を有し、リミッタ６８は、電流リミッタの機能を有することになる。
【００５３】
このようにして、ｘ方向位置誤差データｘ０−ｘに対し制御アルゴリズムが実行されて、位置誤差をゼロに近づけるための移動指令値Ｕｘが生成される。同様なアルゴリズムの実行によって、ｙ方向位置誤差データｙ０−ｙについても、これをゼロに近づけるための移動指令値Ｕｙが生成され、回転誤差データθ０−θについても、これをゼロに近づけるためのθ回転指令値Ｕθが生成される。これらの生成された指令値Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕθは、補正部２８に入力される。
【００５４】
補正部２８は、相互干渉を除去する処理を行う機能を有し、具体的な演算処理としては、図６に示される行列演算が行なわれる。図６に示される行列演算は、１行３列の指令値ベクトルに３行３列の相互干渉除去ベクトルを乗算して、相互干渉が除去された１行３列の補正後指令値ベクトルを得る処理を示している。
【００５５】
３行３列の相互干渉除去ベクトルの各成分も図６に示されている。ここでｘｙ（Ｓ）は、テーブル１０２のｘ軸移動指令に対してテーブル１０２に生じるｙ軸移動の擾乱を表すｘｙ伝達関数である。またｘθ（Ｓ）は、テーブル１０２のｘ軸移動指令に対してテーブル１０２に生じるθ回転の擾乱を表すｘθ伝達関数である。同様に、ｙｘ（Ｓ）は、テーブル１０２のｙ軸移動指令に対してテーブル１０２に生じるｘ軸移動の擾乱を表すｙｘ伝達関数であり、ｙθ（Ｓ）は、テーブル１０２のｙ軸移動指令に対してテーブル１０２に生じるθ回転の擾乱を表すｙθ伝達関数である。また、θｘ（Ｓ）は、テーブル１０２のθ回転指令に対してテーブル１０２に生じるｘ軸移動の擾乱を表すθｘ伝達関数であり、θｙ（Ｓ）は、テーブル１０２のθ回転指令に対してテーブルに生じるｙ軸移動の擾乱を表すθｙ伝達関数である。
【００５６】
また、図６におけるＰｘ（Ｓ）等は、図１において補正部２８の出力に対し、補正部以降の要素全体が応答するプロセス応答を示す。概略的にいえば、補正部２８の出力に対するテーブル移動機構１００の応答を示す伝達関数である。Ｐｘ（Ｓ）は、ｘ軸移動指令値に対する応答を示し、Ｐｙ（Ｓ）はｙ軸移動指令値に対する応答を示し、Ｐθ（Ｓ）はθ回転指令値に対する応答を示す。相互干渉除去ベクトルの各成分が、指令信号に対する相互干渉の応答を示す伝達関数そのものでなく、テーブル移動機構１００等の応答を示す伝達関数で除算されるのは、相互干渉の補正が、位置信号ｘ、ｙ、回転信号θを直接補正するのではなく、移動指令値及びθ回転指令値レベルで補正するためである。すなわち、指令値に対する位置信号への応答の伝達関数としてのＰｘ，Ｐｙ，Ｐθで、相互干渉の応答の伝達関数を規準化する必要があるためである。
【００５７】
これらの伝達関数等は、予め、制御対象となるテーブル移動装置１０の具体的構造について、実験により求めることができる。求められたこれらの伝達関数は、テーブル移動装置１０に設けられる適当な記憶装置に記憶される。
【００５８】
図６に従って、例えばｘ軸移動指令値Ｕｘは、相互干渉除去の補正が行われた後、ｘｕ＝Ｕｘ−Ｕｙ｛ｙｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝−Ｕθ｛θｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝として出力される。つまり、テーブル１０２のｘ軸移動指令値Ｕｘに対しては、ｙ軸移動指令値Ｕｙによってｘ軸方向の変位擾乱（δｘｙ）＝Ｕｙｙｘ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令であるδｘｙ／Ｐｘ（Ｓ）＝Ｕｙ｛ｙｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝と、θ回転指令値Ｕθによってｘ軸方向の変位擾乱（δｘθ）＝Ｕθθｘ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令であるδｘθ／Ｐｘ（Ｓ）＝Ｕθ｛θｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝とが補正される。つまり、ｙ軸移動指令値Ｕｙによってｘ軸方向の変位擾乱（δｘｙ）＝Ｕｙｙｘ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令であるδｘｙ／Ｐｘ（Ｓ）＝Ｕｙ｛ｙｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝と、θ回転指令値Ｕθによってｘ軸方向の変位擾乱（δｘθ）＝Ｕθθｘ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令であるδｘθ／Ｐｘ（Ｓ）＝Ｕθ｛θｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝とがフィードバックされて補正される。これにより、ｘ軸移動指令値Ｕｘに対するｘ軸移動について、その他の指令値に基づく擾乱である相互干渉が除去できる。
【００５９】
同様にして、ｙ軸移動指令値Ｕｙは、相互干渉除去の補正が行われた後、ｙｕ＝Ｕｙ−Ｕｘ｛ｘｙ（Ｓ）／Ｐｙ（Ｓ）｝−Ｕθ｛θｙ（Ｓ）／Ｐｙ（Ｓ）｝として出力される。つまり、テーブル１０２のｙ軸移動指令値Ｕｙに対しては、ｘ軸移動指令値Ｕｘによってｙ軸方向の変位擾乱（δｙｘ）＝Ｕｘｘｙ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令である（δｙｘ）／Ｐｙ（ｓ）＝Ｕｘ｛ｘｙ（Ｓ）／Ｐｙ（Ｓ）｝と、θ回転指令値Ｕθによってｙ軸方向の変位擾乱（δｙθ）＝Ｕθθｙ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令であるδｙθ／Ｐｙ（Ｓ）＝Ｕθ｛θｙ（Ｓ）／ＰｙＳ）｝とが補正される。
【００６０】
また、θ回転指令値Ｕθは、相互干渉除去の補正が行われた後、θｕ＝Ｕθ−Ｕｘ｛ｘθ（Ｓ）／Ｐθ（Ｓ）｝−Ｕｙ｛ｙθ（Ｓ）／Ｐθ（Ｓ）｝として出力される。つまり、テーブル１０２のθ回転指令値Ｕθに対し、ｘ軸移動指令値Ｕｘによってθ回転擾乱（δθｘ）＝Ｕｘｘθ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令である（δθｘ）／Ｐθ（ｓ）＝Ｕｘ｛ｘθ（Ｓ）／Ｐθ（Ｓ）｝と、ｙ軸移動指令値Ｕｙによってθ回転擾乱（δθｙ）＝Ｕｙｙθ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令である（δθｙ）／Ｐθ（ｓ）＝Ｕｙ｛ｙθ（Ｓ）／Ｐθ（Ｓ）｝が補正される。
【００６１】
図７は、この補正の様子を示すブロックグラムである。例えば、ｘ軸移動指令値Ｕｘは、これからＵθ｛θｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝が減算され、その結果に対しさらにＵｙ｛ｙｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝が減算されて補正後のｘ軸移動指令値ｘｕとなる。これにそれ以後のプロセス応答として伝達関数Ｐｘ（Ｓ）が乗算されたものがテーブル移動機構１００の出力となって、実際のｘ座標となり、減算器２４にフィードバックされる。
【００６２】
同様に、ｙ軸移動指令値Ｕｙは、これからＵθ｛θｙ（Ｓ）／Ｐｙ（Ｓ）｝とＵｘ｛ｘｙ（Ｓ）／Ｐｙ（Ｓ）｝がそれぞれ減算されて補正後のｙ軸移動指令値ｙｕとなる。これにそれ以後のプロセス応答として伝達関数Ｐｙ（Ｓ）が乗算されたものがテーブル移動機構１００の出力となって、実際のｙ座標となり、減算器２４にフィードバックされる。
【００６３】
また、θ回転指令値Ｕθは、これからＵｘ｛ｘθ（Ｓ）／Ｐθ（Ｓ）｝とＵｙ｛ｙθ（Ｓ）／Ｐθ（Ｓ）｝がそれぞれ減算されて補正後のθ回転指令値θｕとなる。これにそれ以後のプロセス応答として伝達関数Ｐθ（Ｓ）が乗算されたものがテーブル移動機構１００の出力となって、実際の回転角度θとなり、減算器２４にフィードバックされる。
【００６４】
このようにして、制御アルゴリズム部２６から出力された移動指令値及びθ回転指令値が補正部２８において、相互干渉を除去する処理が行われ、補正後の移動指令値及びθ回転指令値として駆動信号変換部３０に入力される。駆動信号変換部３０は、補正部２８から出力される補正後のｘ軸移動指令値ｘｕ、補正後のｙ軸移動指令値ｙｕ、補正後のθ回転指令値θｕの３つの信号から、テーブル移動機構１００の６つの気体圧制御アクチュエータへの電流駆動指令ｘ−１，ｘ−２，ｘ−３，ｘ−４，ｙ−１，ｙ−２をそれぞれ生成する機能を有する。
【００６５】
図８は、駆動信号変換部３０の処理内容を示すブロック図である。ここで、補正部２８の出力である補正後の移動指令値及びθ回転指令値ｘｕ，ｙｕ，θｕの符号は、図２で示したｘ，ｙ，θの方向をプラスとし、テーブル移動機構１００に対する出力である各電流駆動指令ｘ−１，ｘ−２，ｘ−３，ｘ−４，ｙ−１，ｙ−２の符号は、各気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９についてその駆動軸の方向に沿ってテーブル１０２を押す方向をプラスとしてある。
【００６６】
例えば回転駆動を行なわない場合は、補正部２８からのｘ軸移動指令値ｘｕは、その極性をマイナスとしたものをｘ−１，ｘ−２とし、プラスにしたものをｘ−３，ｘ−４として出力する。これは、図２において、＋ｘ方向にテーブル１０２を移動駆動したいときには、気体圧制御アクチュエータ１１６，１１７に対しテーブル１０２を押す方向の電流駆動指令を、気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５に対しテーブル１０２から押される方向、つまり引っ込む方向の電流駆動指令を与えることを意味する。同様に、補正部２８からのｙ軸移動指令値ｙｕは、その極性をマイナスとしたものをｙ−１とし、プラスにしたものをｙ−２として出力する。これは、図２において、＋ｙ方向にテーブル１０２を移動駆動したいときには、気体圧制御アクチュエータ１１９に対しテーブル１０２を押す方向の電流駆動指令を、気体圧制御アクチュエータ１１８に対しテーブル１０２から押される方向、つまり引っ込む方向の電流駆動指令を与えることを意味する。
【００６７】
回転駆動のみを行なう場合は、補正部２８からのθ回転指令値θｕは、その極性をマイナスとしたものをｘ−２，ｘ−３とし、プラスにしたものをｘ−１，ｘ−４として出力する。これは、図２において、＋θ方向、すなわち紙面に対し反時計方向にテーブル１０２を回転駆動したいときには、気体圧制御アクチュエータ１１４，１１７に対しテーブル１０２を押す方向の電流駆動指令を、気体圧制御アクチュエータ１１５，１１６に対しテーブル１０２から押される方向、つまり引っ込む方向の電流駆動指令を与えることを意味する。回転とｘ方向移動とを行なう場合には、上記のｘ移動駆動の場合と回転駆動の場合との組み合わせになる。このようにして、回転駆動もｘ駆動用気体圧制御アクチュエータの駆動指令の方向の極性を適当に変更して組み合わせることで行うことができる。
【００６８】
図９は、位置情報変換部３２の信号処理を示す図である。位置情報変換部３２は、テーブル１０２に対して設けられるセンサシステム１５０から出力される信号Ｓ−１，Ｓ−２，Ｓ−３から、テーブル１０２の代表位置のｘ座標、ｙ座標およびその位置における回転角度θに変換する機能を有する。テーブル１０２の代表位置としては、例えばテーブル１０２の重心位置１０８等の中心部の位置を用いることができる。
【００６９】
図９に示されるように、テーブル１０２のｘ座標は、信号Ｓ−１と信号Ｓ−２の平均値から得ることができる。すなわち、信号Ｓ−１はｘ駆動辺１１０に平行な反射面１５４のｘ方向の変位を示し、信号Ｓ−２は、反射面１５４からｘ駆動辺１１０にそってｙ方向に離間する反射面１５５のｘ方向変位を示すので、この２つの変位量を平均することで、２つの反射面１５４，１５５の離間の中心位置におけるｘ方向変位とできる。テーブル１０２の重心位置１０８は、２つの反射面１５４，１５５の離間の中心線上にあるので、信号Ｓ−１と信号Ｓ−２の平均値は、テーブル１０２の中央部の代表位置のｘ座標あるいは、テーブル１０２の移動に伴うｘ方向の変位を示すことになる。テーブル１０２の代表位置として、テーブル１０２の重心位置１０８以外の位置を用いるときは、テーブル１０２上でその代表位置と重心位置１０８との相対位置関係を予め求めておき、その相対位置関係を用いて、信号Ｓ−１と信号Ｓ−２の平均値からその代表位置のｘ座標に変換を行うことができる。なお、図９に示すように、必要があれば、信号Ｓ−１と信号Ｓ−２の平均値処理の後に、極性変換ＰＯを行なうことがよい。
【００７０】
テーブル１０２の回転角度θは、信号Ｓ−１の絶対値と信号Ｓ−２の絶対値の差を、反射面１５４，１５５の間の間隔Ｌで除すことで近似的に得ることができる。この場合も必要があれば、信号Ｓ−１と信号Ｓ−２の差分処理の後に、極性変換ＰＯを行なうことで、回転方向を正確に示すことができる。テーブル１０２のｙ座標は、信号Ｓ−３の値から直接得ることができる。このようにして、テーブル１０２のｘ駆動辺１１０に設けられた２つの反射面１５４，１５５とこれに対応するレーザ干渉計からなるセンサシステムによって、テーブル１０２の回転角度θを検出することができる。
【００７１】
位置情報変換部３２によってテーブル１０２の代表位置のｘ座標、ｙ座標、回転角度θが得られると、これらは減算器２４に入力され、それぞれ、指令データｘ０，ｙ０，θ０に対し減算処理が行われ、ｘ方向位置誤差、ｙ方向位置誤差、回転角度誤差が算出される。それ以後は、上記の制御アルゴリズム部２６の機能によってこれらの誤差を少なくする制御が行われ、補正部２８によって相互干渉が抑制される補正処理が行われる。このようにして、ｘｙθ移動機構において、ｘ移動、ｙ移動、θ回転の間の干渉による位置決め誤差を抑制することができ、精度のよいテーブル移動を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る実施の形態のテーブル移動装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、テーブル移動機構を構成するテーブルと複数の気体圧制御アクチュエータの配置を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、気体圧制御アクチュエータの構造の１例を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、テーブル移動機構を構成するセンサシステムを説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態におけるアルゴリズム部の詳細なブロックダイヤグラムである。
【図６】本発明に係る実施の形態において、補正部で行なわれる行列演算を説明する図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、相互干渉除去のための補正の様子を示すブロックグラムである。
【図８】本発明に係る実施の形態において、駆動信号変換部の処理内容を示すブロック図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、位置情報変換部の信号処理を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０ テーブル移動装置、２０ 制御回路、２２ 指令取得部、２４，５２，６２ 減算器、２６ 制御アルゴリズム部、２８ 補正部、３０ 駆動信号変換部、３２ 位置情報変換部、４０ 変位比例ゲイン、４２ 積分器、４４ 加算器、４６，５６，６８ リミッタ、４８，５８ 微分器、５０，６０ 減衰器、５４ 速度比例ゲイン、６４ 加速度比例ゲイン、６６ 極性変換、１００ テーブル移動機構、１０２ テーブル、１０４ 筐体、１０６ 支持穴、１０８ 重心位置、１１０，１１１，１１２，１１３ 駆動辺、１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９ 気体圧制御アクチュエータ、１３０ 案内部、１３２ 可動子、１３３ 可動子の底面、１３４ 粗動気体供給部、１３６ 微動気体供給部、１３８ 気体流路、１４０ 気体室、１４４ 絞り部、１５０ センサシステム、１５４，１５５，１５８ 反射面、１６０ レーザヘッド、１６２，１６４ ビームスプリッタ、１６６，１６８，１７０ 光干渉計。
【技術分野】
【０００１】
本発明はテーブル位置制御装置及びテーブル移動装置に係り、特に複数の気体圧制御アクチュエータを用いて、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なうテーブル位置制御装置及びテーブル移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させるには、例えばテーブルをｘ方向に移動駆動するｘモータと、ｙ方向に移動駆動するｙモータとを用いて行うことができる。この場合に、ｘモータはテーブルをｘ方向にのみ移動させ、ｙモータはテーブルをｙ方向にのみ移動させるために用いられるのであるが、実際にはｘモータの移動駆動によりテーブルのｙ方向の位置が乱れ、同様にｙモータの移動駆動によりテーブルのｘ方向の位置が乱れることがある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数のサーボモータで各軸間の干渉を防止するため、主サーボモータのモータ位置フィードバック信号と従サーボモータのモータ位置フィードバック信号の差に位置補正ゲインを掛けた補正値を主サーボモータの速度指令に加えた指令信号を従サーボモータの速度指令に与えることを特徴とする従来技術が紹介され、そして、その従来技術では、定常状態に落ち着いた後で、主サーボ軸の負荷位置と従サーボ軸の負荷位置との差が０にならないことを指摘している。そしてここでは、従サーボモータのトルク指令をモータモデルに入力した結果と、従サーボモータの位置信号から差分演算される速度フィードバック信号との差を求め、その差に相当するトルクを推定して推定された補償トルクを従サーボモータのトルク指令に加えることで、主サーボ軸の負荷位置と従サーボ軸の負荷位置との差を０にすることができると述べられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８６４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させるだけでなく、ｘ軸及びｙ軸に垂直なｚ軸周りにテーブルを回転させるには、テーブルの案内をｚ軸周りに回転可能に支持する必要がある。そのために、ｘ方向に移動可能なｘテーブル、ｙ方向に移動可能なｙテーブル、ｚ軸周りに回転可能なθテーブルを順次積み重ねた構造のものが用いられる。このような複雑な積層構造のテーブルを用いずに、１つのテーブルをｘｙ平面内で流体軸受構造で支持し、テーブルの２つの辺を適当な２つの駆動モータで移動駆動する構成をとることも可能である。
【０００６】
ｘｙθ移動装置においては、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令の３つの独立な移動指令を有することが便利であるが、この場合において、ｘ移動、ｙ移動、θ回転の間に干渉が生じると、任意の位置及び角度の位置決めが不正確になる。特許文献１には、主サーボモータと従サーボモータとの間でトルク補償を行うことが述べられているが、ｘ位置、ｙ位置、そのｘｙ位置におけるθ回転を正確に行なうためには、サーボモータのトルク補償それのみでは不十分である。
【０００７】
本発明の目的は、ｘｙθ移動機構において、ｘ移動、ｙ移動、θ回転の間の干渉による位置決め誤差を抑制することを可能にするテーブル位置制御装置及びテーブル移動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るテーブル位置制御装置は、複数の気体圧制御アクチュエータを用いて、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なうテーブル位置制御装置であって、テーブルのｘ軸移動に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱を相殺し、テーブルのｙ軸移動に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱を相殺し、テーブルのθ回転に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱を相殺して、テーブルの移動及び回転を補正する補正手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るテーブル位置制御装置は、気体圧制御アクチュエータを用いて、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なうテーブル位置制御装置であって、テーブルのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、テーブルのｙ軸移動指令に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱をフィードバックし、テーブルのθ回転指令に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱をフィードバックし、各擾乱成分を相殺するように、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令とを補正する補正手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るテーブル位置制御装置において、テーブルのｘ軸移動指令に対してテーブルに生じるｙ軸移動の擾乱を表すｘｙ伝達関数と、テーブルのｘ軸移動指令に対してテーブルに生じるθ回転の擾乱を表すｘθ伝達関数と、テーブルのｙ軸移動指令に対してテーブルに生じるｘ軸移動の擾乱を表すｙｘ伝達関数と、テーブルのｙ軸移動指令に対してテーブルに生じるθ回転の擾乱を表すｙθ伝達関数と、テーブルのθ回転指令に対してテーブルに生じるｘ軸移動の擾乱を表すθｘ伝達関数と、テーブルのθ回転指令に対してテーブルに生じるｙ軸移動の擾乱を表すθｙ伝達関数と、を予め求めてそれぞれ記憶する記憶部を備え、補正手段は、テーブルのｘ軸移動指令に対し、記憶部に記憶されているｙｘ伝達関数とθｘ伝達関数とに基づいてｘ軸移動指令を補正し、テーブルのｙ軸移動指令に対し、記憶部に記憶されているｘｙ伝達関数とθｙ伝達関数とに基づいてｙ軸移動指令を補正し、テーブルのθ回転指令に対し、記憶部に記憶されているｘθ伝達関数とｙθ伝達関数とに基づいてθ回転指令を補正することが好ましい。
【００１１】
また、補正手段は、テーブルを移動及び回転駆動する複数の気体圧制御アクチュエータの各駆動電流指令に対し補正を行うことが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係るテーブル移動装置は、ｘ軸に垂直なｘ駆動辺とｙ軸に垂直なｙ駆動辺とを有するテーブルと、ｘ駆動辺においてｙ方向に離間して配置され、ｘ駆動辺を協働して駆動する少なくとも２つのｘ駆動用気体圧制御アクチュエータと、ｙ駆動辺を駆動する少なくとも１つのｙ駆動用気体圧制御アクチュエータと、各気体圧制御アクチュエータを制御し、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なう制御部と、を備え、制御部は、テーブルのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、テーブルのｙ軸移動指令に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱をフィードバックし、テーブルのθ回転指令に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱をフィードバックし、各擾乱成分を相殺するように、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令とを補正する補正手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るテーブル移動装置は、ｘ軸に垂直なｘ駆動辺とｙ軸に垂直なｙ駆動辺とを有するテーブルと、ｘ駆動辺においてｙ方向に離間して配置され、ｘ駆動辺を協働して駆動する少なくとも２つのｘ駆動用気体圧制御アクチュエータと、ｙ駆動辺を駆動する少なくとも１つのｙ駆動用気体圧制御アクチュエータと、テーブルの中心部である代表位置から離れた周辺部に配置され、テーブルの移動及び回転を検出する複数のセンサと、複数のセンサの検出値に基づいて各気体圧制御アクチュエータを制御し、テーブルの代表位置をｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なう制御部と、を備え、制御部は、テーブルの代表位置についてのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、テーブルの代表位置についてのｙ軸移動指令に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱をフィードバックし、テーブルの代表位置についてのθ回転指令に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱をフィードバックし、各擾乱成分を相殺するように、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令とを補正する補正手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、制御部は、テーブルの代表位置についての補正後のｘ軸移動指令と、補正後のθ回転指令とに基づいて、ｘ駆動用の各気体圧制御アクチュエータに対する電流駆動指令を生成することが好ましい。
【００１５】
また、複数のセンサは、ｘ駆動辺においてｙ軸方向に離間して配置され、その離間した位置におけるテーブルのｘ方向の変位を検出する２つのｘ変位センサを含み、制御部は、２つのｘ変位センサの検出値に基づいて、テーブルの代表位置についてのｘ方向の移動量と、ｚ軸周りのθ回転量とを求め、それぞれテーブルの代表位置についてのｘ軸移動指令及びθ回転指令にそれぞれフィードバックすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、テーブル位置制御は、複数の気体圧制御アクチュエータを用いて、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なう。気体圧制御アクチュエータは、油圧を用いるものに比べてコンタミネーションの問題が少なく、また、電磁的ノイズも発生せず、温度変化による影響、振動、騒音も少なくできる。したがって、テーブル位置制御の精度の向上に適している。
【００１７】
また、上記構成の少なくとも１つにより、テーブルのｘ軸移動に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱のように、ｘ移動、ｙ移動、ｚ軸周りのθ回転の間の干渉について、補正を行う。したがって、精度のよい位置決めを行うことができる。
【００１８】
また、上記構成の少なくとも１つにより、例えば、テーブルのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、各擾乱成分を相殺するようにｘ軸移動指令を補正する。このように、ｘ移動、ｙ移動、ｚ軸周りのθ回転の間の干渉による擾乱を移動指令又はθ回転指令にフィードバックして補正を行う。したがって、これらの間の干渉による位置決め誤差を抑制することができる。
【００１９】
また、上記構成の少なくとも１つにより、例えば、テーブルのｘ軸移動指令に対してテーブルの移動または回転に与える干渉の結果としての擾乱を表すものとして、ｙ軸移動の擾乱を表すｘｙ伝達関数及びθ回転の擾乱を表すｘθ伝達関数をそれぞれ求めて記憶する。このように、目的とする移動指令又はθ回転指令に対して他の移動又は回転に与える擾乱を、それぞれ伝達関数の形式で予め求め記憶し、擾乱に対する補正はこれらの伝達関数に基づいて行なう。したがって、これらの間の干渉による位置決め誤差を抑制することができる。
【００２０】
また、上記構成の少なくとも１つにより、テーブルを移動及び回転駆動する複数の気体圧制御アクチュエータの各駆動電流指令に対し補正を行う。すなわち、結果として生じる移動誤差、回転誤差の値を補正するのではなく、これらの誤差を相殺するような制御を行う。これにより、ｘ移動、ｙ移動、θ回転の間の干渉による誤差を効果的に抑制することができる。
【００２１】
また、上記構成の少なくとも１つにより、テーブルの駆動は、ｘ駆動辺においてｙ軸方向に離間して配置される少なくとも２つのｘ駆動用気体圧制御アクチュエータと、ｙ駆動辺を駆動する少なくとも１つのｙ駆動用気体圧制御アクチュエータによって行なう。したがって、ｘ移動、ｙ移動、θ回転を最小限で３つの気体圧制御アクチュエータで行うので構成が簡単となる。
【００２２】
また、上記構成の少なくとも１つにより、テーブルの中心部である代表位置から離れた周辺部に配置され、テーブルの移動及び回転を検出する複数のセンサを用いて、これらのセンサの検出値に基づいて各気体圧制御アクチュエータを制御し、テーブルの代表位置をｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なう。この場合、センサの位置はテーブルの代表位置から離れているので、その検出情報に基づいてテーブルの移動又は回転を制御すると、例えばｘ軸移動指令に対して、ｙ移動及びθ回転の誤差が生じやすい。すなわち、移動指令又はθ回転指令に対し、ｘ移動、ｙ移動、θ回転の間の干渉が生じやすくなる。そこで、上記構成では、例えば、テーブルのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、各擾乱成分を相殺するようにｘ軸移動指令を補正する。このように、ｘ移動、ｙ移動、ｚ軸周りのθ回転の間の干渉による擾乱を移動指令又はθ回転指令にフィードバックして補正を行う。したがって、テーブルの代表位置から離れた位置に配置されるセンサを用いても、これらの間の干渉による位置決め誤差を抑制することができる。
【００２３】
また、テーブルの代表位置についての補正後のｘ軸移動指令と、補正後のθ回転指令とに基づいて、ｘ駆動用の各気体圧制御アクチュエータに対する電流駆動指令を生成する。これにより、θ回転のための特別なアクチュエータを設けることなく、複数のｘ駆動用の各気体圧制御アクチュエータに対する駆動指令によってｘ移動と共にθ回転を行なわせることができ、構成が簡単になる。
【００２４】
また、ｘ駆動辺においてｙ軸方向に離間して配置され、その離間した位置におけるテーブルのｘ方向の変位を検出する２つのｘ変位センサによって、テーブルの代表位置についてのｘ方向の移動量と、ｚ軸周りの回転量とを求める。これにより、角度測定器のような特別の角度検出センサを設けることなく、θ回転を検出し、これを制御にフィードバックするので、構成が簡単となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、ｘｙθ移動可能なテーブルを矩形の平面形状とするが、ｘ方向に移動駆動するアクチュエータとｙ方向に移動駆動するアクチュエータとから駆動力を受ける辺を有していればよく、全体の形状自体は、目的に応じたものであってよい。例えば円形平面形状テーブルであって、その側面の一部に、各アクチュエータの駆動力を受ける面が設けられているものであってもよい。もちろん円形平面形状以外の平面形状であってもよい。また、以下で説明するアクチュエータの数、センサの数は、単なる例示であって、目的に応じ、アクチュエータの数をこれより増減してもよく、センサの数をこれより増加させてもよい。また、気体圧制御アクチュエータの構造、センサの検出方法は説明のための例示であって、これ以外の構造の気体圧制御アクチュエータを用いてテーブルを移動及び回転駆動してもよく、あるいはこれ以外の方法によってテーブルの移動及び回転を検出するものとしてもよい。
【００２６】
図１は、テーブル移動装置１０の構成を示す図である。テーブル移動装置１０は、テーブル移動機構１００と、これを制御する制御回路２０とを含んで構成され、制御回路２０はテーブル移動機構１００に対し図１に示されるｘ軸方向の移動、ｙ軸方向の移動、ｘｙ平面に垂直なｚ軸周りのθ回転を制御する機能を有する。
【００２７】
テーブル移動機構１００は、ｘｙ平面内で任意の位置に移動可能で、その任意の位置でθ回転可能に流体支持された矩形平面形状テーブルと、矩形平面形状テーブルをｘ方向に移動駆動可能な４つの気体圧制御アクチュエータと、ｙ方向に移動駆動可能な２つの気体圧制御アクチュエータと、矩形平面テーブルに設けられた３つのセンサとを含んで構成される。
【００２８】
制御回路２０は、ｘ位置指令ｘ０等の指令データを取得する指令取得部２２と、指令データにｘ位置等をフィードバックするための減算器２４と、指令データについて制御された出力である移動指令値及びθ回転指令値に変換する制御アルゴリズム部２６と、相互干渉を除去する処理を行う補正部２８と、補正された移動指令値及びθ回転指令値を個々の気体圧制御アクチュエータの電流駆動指令に変換してテーブル移動機構１００に供給する駆動信号変換部３０と、テーブル移動機構１００からの各センサのデータをｘ座標、ｙ座標、回転角度θに変換して減算器２４に入力する位置情報変換部３２を含み、これにより、相互干渉を相殺する補正機能を含むフィードバックループを形成する。
【００２９】
なお、図１において、制御アルゴリズム部２６の出力として示されるＵｘ等、補正部２８の出力として示されるｘｕ等、駆動信号変換部３０の出力として示されるｘ−１等、位置情報変換部３２の入力として示されるｓ−１等は、いずれも信号を示すものである。例えば、ｘ−１等は、後述する気体圧制御アクチュエータへの電流駆動指令信号を示し、Ｓ−１等は、後述するセンサシステムの出力であって位置情報変換部３２に入力される信号を示す。
【００３０】
図２は、テーブル移動機構１００を構成するテーブルと複数の気体圧制御アクチュエータの配置を示す図である。ここでテーブル１０２は、平面形状が矩形をなし、テーブル移動機構１００の筐体１０４の支持穴１０６と隙間をあけて配置され、筐体１０４に対しｚ軸方向に流体支持されている。気体圧制御アクチュエータは、テーブル１０２の矩形平面形状の各辺に向き合って合計６つ配置される。その中で４つは、テーブル１０２の矩形平面形状の各辺のうち、ｘ方向に垂直でｙ方向に平行な２つの辺をそれぞれ駆動する。この駆動辺をｘ駆動辺１１０，１１１と呼ぶことにし、この辺に向かい合う気体圧制御アクチュエータを、ｘ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５，１１６，１１７と呼ぶこととする。同様に、テーブル１０２の矩形平面形状の各辺のうち、ｙ方向に垂直でｘ方向に平行な２つの辺をｙ駆動辺１１２，１１３と呼び、これに向かい合う残りの２つの気体圧制御アクチュエータをｙ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１８，１１９と呼ぶ。
【００３１】
ｘ駆動辺１１０に向かい合って、ｘ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５が、ｙ方向に沿って相互に離間して配置される。離間の中心線は、テーブル１０２の重心位置１０８を通る。すなわち、離間されて配置される２つの気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５の駆動軸は、テーブル１０２の重心位置１０８に対して対称に配置される。同様にｘ駆動辺１１１に向かい合って、ｘ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１６，１１７がｙ方向に相互に離間して配置される。そして、ｘ駆動辺１１０に向かい合う２つの気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５は、テーブル１０２を挟んで、ｘ駆動辺１１１に向かい合う２つの気体圧制御アクチュエータ１１６，１１７とも相互に向かい合う関係で配置される。換言すれば、気体圧制御アクチュエータ１１４と気体圧制御アクチュエータ１１６とは、駆動軸方向が同軸で、テーブル１０２を相互に押し合う関係で配置され、同様に気体圧制御アクチュエータ１１５と気体圧制御アクチュエータ１１７とは、駆動軸方向が同軸で、テーブル１０２を相互に押し合う関係で配置される。
【００３２】
ｙ駆動辺１１２に向かい合うｙ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１８は、ｙ駆動辺１１２のｘ方向に沿った中央部に配置され、したがってその駆動軸は、テーブル１０２の重心位置１０８を通る。同様にｙ駆動辺１１３に向かい合うｙ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１９は、ｙ駆動辺１１３のｘ方向に沿った中央部に配置され、したがってその駆動軸は、テーブル１０２の重心位置１０８を通る。このように、２つのｙ駆動用気体圧制御気体圧制御アクチュエータ１１８，１１９は、駆動軸方向が同軸で、テーブル１０２を相互に押し合う関係で配置される。
【００３３】
上記のように、各気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９には、駆動信号変換部３０から電流駆動指令が供給される。すなわち気体圧制御アクチュエータ１１４には電流駆動指令ｘ−１が、気体圧制御アクチュエータ１１５には電流駆動指令ｘ−２が、気体圧制御アクチュエータ１１６には電流駆動指令ｘ−３が、気体圧制御アクチュエータ１１７には電流駆動指令ｘ−４が供給される。同様に、気体圧制御アクチュエータ１１８には電流駆動指令ｙ−１が、気体圧制御アクチュエータ１１９には電流駆動指令ｙ−２が供給される。
【００３４】
テーブル１０２を移動駆動あるいは回転駆動するには、各気体圧制御アクチュエータに供給される電流駆動指令を次のように制御して行うことができる。
【００３５】
ｘ方向にテーブル１０２を移動駆動するときは、電流駆動指令ｘ−１，ｘ−２，ｘ−３，ｘ−４をすべて同じ駆動方向で同じ大きさの電流駆動指令としてそれぞれｘ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５，１１６，１１７に供給する。ここで駆動方向が同じとは、図２に示すｘ方向について同じ方向という意味である。したがって、気体圧制御アクチュエータの駆動方向とは必ずしも一致しない。つまり、電流駆動指令ｘ−１，ｘ−２に対応する気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５の駆動方向は、図２における−ｘ方向がアクチュエータとして対象物を押す方向であるのに対し、電流駆動指令ｘ−３，ｘ−４に対応する気体圧制御アクチュエータ１１６，１１７の駆動方向は、図２における＋ｘ方向がアクチュエータとして対象物を押す方向である。
【００３６】
ｙ方向にテーブル１０２を移動駆動するときは、電流駆動指令ｙ−１，ｙ−２をすべて同じ駆動方向で同じ大きさの電流駆動指令としてそれぞれｙ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１８，１１９に供給する。この場合も同じ駆動方向とは、図２に示すｙ方向について同じ方向という意味であって、気体圧制御アクチュエータ１１８，１１９についていえば、一方はテーブル１０２を押す方向に駆動され、他方はテーブル１０２に押される方向に駆動される。
【００３７】
テーブル１０２をｚ軸周りに回転駆動するときは、電流駆動指令ｙ−１，ｙ−２はゼロとしてｙ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１８，１１９を駆動しない状態の下で、４つのｘ電流駆動指令ｘ−１からｘ−４を、ｘ−１とｘ−３の第１の組と、ｘ−２とｘ−４の第２の組との２つの組に分け、同じ組の電流駆動指令は同じ駆動方向とし、異なる組の間では駆動方向を逆とする。図２の紙面上においてテーブル１０２を時計方向に回転駆動するときは、ｘ−１とｘ−３の第１の組の電流駆動指令の駆動方向を図２に示す＋ｘ方向に、ｘ−２，ｘ−４の第２の組の電流駆動指令の駆動方向を−ｘ方向とする。各電流駆動指令の大きさは同じである。これにより、テーブル１０２は、その重心位置１０８の周りに時計方向に回転するように駆動力モーメントを受ける。同様に、テーブル１０２を反時計方向に回転駆動するときは、第１の組の電流駆動指令の駆動方向を図２に示す−ｘ方向に、第２の組の電流駆動指令を＋ｘ方向とする。これにより、テーブル１０２は、その重心位置１０８の周りに反時計方向に回転するように駆動力モーメントを受ける。
【００３８】
図３は、気体圧制御アクチュエータの構造の１例を示すものとして、図２における気体圧制御アクチュエータ１１９の部分の断面図である。この気体圧制御アクチュエータ１１９は、粗動と微動が可能なアクチュエータである。気体圧制御アクチュエータ１１９は、テーブル移動機構１００の筐体１０４の中に設けられる案内部１３０と、案内部１３０に案内されてｙ方向に移動可能な可動子１３２を含んで構成される。
【００３９】
案内部１３０は、例えば底部を有する円筒状の穴で、底面に粗動用の気体圧Ｐｃを有する気体を供給する粗動気体供給部１３４を備え、側面に微動用の気体圧Ｐｆを有する気体を供給する微動気体供給部１３６を備える。可動子１３２は、案内部１３０の内部形状に対応し、例えば円柱状の部材である。可動子１３２は、側面と先端部に開口を有し、その間を結ぶ気体流路１３８を内部に備えている。気体流路１３８は、側面の開口から微動用の気体圧Ｐｆを有する気体を受け取り、可動子１３２の内部を流し先端部の開口から、その先端部の面とテーブル１０２のｙ駆動辺１１３との間の隙間に向かって流す機能を有する。気体流路１３８には適当な絞り部１４４を設けることが好ましい。
【００４０】
このような構成の気体圧制御アクチュエータ１１９において、粗動用の気体圧Ｐｃを有する気体は、案内部１３０の底面と可動子１３２の底面の間の気体室１４０に供給され、可動子１３２の底面１３３にｙ方向の駆動力を与える。この機構は、周知のピストン・シリンダ機構と同様である。微動用の気体圧Ｐｆを有する気体は、可動子１３２の先端部の面とｙ駆動辺１１３との間の隙間を流れるが、テーブル１０２は、もう一方のｙ駆動辺１１２においてもう一方のｙ駆動用気体圧制御アクチュエータ１１８から押付力Ｆを可動子１３２の先端面に対し及ぼしている。すなわち、微動用の気体圧Ｐｆを有する気体は、この押付力Ｆに抗して、可動子１３２の先端部の面とｙ駆動辺１１３との間の隙間を流れ、この隙間の間隔は、気体圧Ｐｆによって可変できる。この機構はいわゆる気体軸受機構に類似するもので、気体圧Ｐｆを変化させることで、気体の流れる隙間の間隔をサブμｍからμｍの程度で変化させることができる。したがって、気体圧Ｐｆを制御することで、ｙ駆動辺１１３を微小移動させることができる。このようにして、気体圧Ｐｃの制御と気体圧Ｐｆの制御を組み合わせることで、気体圧制御アクチュエータ１１９は、微動から粗動まで幅広い範囲で精度よくテーブル１０２を移動駆動できる。
【００４１】
図４は、テーブル移動機構１００を構成するセンサシステム１５０を説明する図である。図２と共通の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。なお、ここでは気体圧制御アクチュエータの図示を省略している。センサシステム１５０は、テーブル１０２において、ｘ駆動辺１１０に設けられる２つの反射面１５４，１５５と、ｙ駆動辺１１２に設けられる１つの反射面１５８と、これら３つの反射面にレーザ光を照射し、各反射面から戻される反射光を受け取って、各反射面における入射光と反射光の位相差から各反射面の変位を検出するためのレーザ干渉光学系を含んで構成される。
【００４２】
ｘ駆動辺１１０に設けられる２つの反射面１５４，１５５は、ｙ方向に平行な反射面で、ｙ方向に沿って相互に離間して配置される。離間の距離は、各反射面１５４，１５５に入射光の光軸の間の間隔Ｌで示されている。離間の中心線は、テーブル１０２の重心位置１０８を通る。すなわち、２つの反射面１５４，１５５は、テーブル１０２の重心位置１０８に対し対称に配置される。ｙ駆動辺１１２に設けられる反射面１５８は、その入射光の光軸の方向がテーブル１０２の重心位置１０８を通っていないが、もちろん、重心位置１０８を通るものとしてもよい。かかる反射面１５４，１５５，１５８は、テーブル１０２の上に取り付けられた適当な反射鏡を用いることができる。また、テーブル１０２の側面の一部を鏡面に磨いて反射面とし、これを用いるものとしてもよい。
【００４３】
レーザ干渉光学系は、レーザ光を放射するレーザヘッド１６０と、放射されたレーザ光を、各反射面１５４，１５４，１５８に向けて分配するビームスプリッタ１６２，１６４と、各反射面１５４，１５５，１５８にほぼ鉛直方向にレーザ光を入射してその反射光を受け取り、入射光と反射光との位相差を検出して出力する光干渉計１６６，１６８，１７０を含んで構成される。各光干渉計１６６，１６８，１７０の出力は、対応する反射面１５４，１５５，１５８の変位を示す信号Ｓ−１，Ｓ−２，Ｓ−３として、位置情報変換部３２に入力される。すなわち、信号Ｓ−１は、反射面１５４におけるｘ方向の変位を示し、信号Ｓ−２は、反射面１５５におけるｘ方向の変位を示し、信号Ｓ−３は、反射面１５８におけるｙ方向の変位を示す。
【００４４】
再び図１に戻り、次に制御回路２０を構成する各要素について説明する。制御回路２０は、上記のように、指令取得部２２と、減算器２４と、制御アルゴリズム部２６と、補正部２８と、駆動信号変換部３０と、位置情報変換部３２とを含む。そして、駆動信号変換部３０と、位置情報変換部３２との間にはテーブル移動機構１００が配置される。
【００４５】
指令取得部２２は、テーブル１０２の移動及び回転の目標値を指令値として取得する機能を有する。ここで指令値は、テーブル１０２の目標ｘ座標であるｘ０、目標ｙ座標であるｙ０、座標ｘ０，ｙ０における目標回転角度であるθ０である。これらの指令データは、テーブル１０２を移動駆動するプログラムによって、遂時的に与えられる。
【００４６】
減算器２４は、指令データから、テーブル１０２の実際の位置データを減算し、テーブル１０２の移動における目標値と実際値との間の誤差を算出する機能を有する。指令データは、上記のｘ０，ｙ０，θ０であり、実際値のデータは、位置情報変換部３２から出力されるテーブル１０２の実際のｘ座標、ｙ座標、回転角度θである。減算器２４は、各指令データｘ０，ｙ０，θ０のそれぞれに対応し、その誤差として、ｘ０−ｘ，ｙ０−ｙ，θ０−θを算出し、制御アルゴリズム部２６に出力する機能を有する。
【００４７】
制御アルゴリズム部２６では、入力された誤差であるｘ０−ｘ，ｙ０−ｙ，θ０−θをそれぞれゼロに近づける制御アルゴリズムを実行し、そのために必要なテーブル１０２の移動指令値及びθ回転指令値として、ｘ軸移動指令値Ｕｘ，ｙ軸移動指令値Ｕｙ，θ回転指令値Ｕθを出力する機能を有する。
【００４８】
図５は、制御アルゴリズム部２６の詳細なブロックダイヤグラムである。制御アルゴリズム部２６では、減算器２４から入力された３つの誤差データｘ０−ｘ，ｙ０−ｙ，θ０−θのそれぞれに対応し、同じ内容の制御アルゴリズムを実行する。そこで、３つの誤差に対する各処理を代表して、ｘ方向位置誤差データｘ０−ｘに対する処理を説明する。
【００４９】
減算器２４から入力された誤差信号は、変位比例ゲイン４０によって増幅されるとともに積分器４２によって積分処理される。変位比例ゲイン４０によって増幅された信号と積分器４２によって積分された信号とは、加算器４４によって加算される。すなわちここでは位置誤差に対し比例積分（ＰＩ）制御が行われている。ＰＩ制御された後の信号はリミッタ４６において出力が所定の値に制限され、速度指令として減算器５２の一方側信号として入力される。リミッタ４６は、ＰＩ制御された信号を次の段の入力信号としてそのまま用いるときに現れるオーバーシュートの影響を抑制する機能を有する。
【００５０】
一方、位置情報変換部３２からのテーブル１０２の実際のｘ位置信号は、微分器４８によって微分され、テーブル１０２の速度信号として、減算器５２の他方側信号として入力される。微分器４８の分母成分は、所定の周波数帯域の前後のゲインを下げ、高周波ノイズ等を抑制する機能を有する。微分器４８の出力は、減算器５２に入力される前に減衰器５０によって適当な信号レベルに調整される。
【００５１】
減算器５２は、速度指令とテーブル１０２の速度信号との差を算出し、速度誤差信号とする機能を有する。減算器５２によって出力される速度誤差信号は、速度比例ゲイン５４によって増幅され、リミッタ５６によって次段へのオーバーシュートの影響を抑制する処理が行われて、加速度指令として減算器６２の一方側信号として入力される。ここでは、位置誤差の処理がＰＩ制御であるのに対し、比例（Ｐ）制御が行われている。一方で微分器４８によって求められたテーブル１０２の速度信号はさらに微分器５８で微分され、テーブル１０２の加速度信号として、減算器６２の他方側信号として入力される。微分器５８の分母成分の内容は微分器４８で説明したものと同様である。微分器５８の出力は、減算器６２に入力される前に減衰器６０によって適当な信号レベルに調整されることも、前に説明したのと同様である。
【００５２】
減算器６２は、加速度指令とテーブル１０２の加速度信号との差を算出し、加速度誤差信号とする機能を有する。減算器６２によって出力される加速度誤差信号は、加速度比例ゲイン６４によって増幅され、適当な極性変換（ＰＯ）６６を行なった後、リミッタ６８によって次段へのオーバーシュートを抑制する処理が行われる。リミッタ６８の出力は、位置指令ｘ０に実際の位置ｘを近づけるための駆動信号であり、具体的には、テーブル１０２をｘ方向に駆動するアクチュエータへの駆動信号に対応する。アクチュエータへの駆動信号は具体的には電流駆動指令データであるので、加速度比例ゲイン６４は、デジタル信号を電流信号に変換する電流変換機能を有し、リミッタ６８は、電流リミッタの機能を有することになる。
【００５３】
このようにして、ｘ方向位置誤差データｘ０−ｘに対し制御アルゴリズムが実行されて、位置誤差をゼロに近づけるための移動指令値Ｕｘが生成される。同様なアルゴリズムの実行によって、ｙ方向位置誤差データｙ０−ｙについても、これをゼロに近づけるための移動指令値Ｕｙが生成され、回転誤差データθ０−θについても、これをゼロに近づけるためのθ回転指令値Ｕθが生成される。これらの生成された指令値Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕθは、補正部２８に入力される。
【００５４】
補正部２８は、相互干渉を除去する処理を行う機能を有し、具体的な演算処理としては、図６に示される行列演算が行なわれる。図６に示される行列演算は、１行３列の指令値ベクトルに３行３列の相互干渉除去ベクトルを乗算して、相互干渉が除去された１行３列の補正後指令値ベクトルを得る処理を示している。
【００５５】
３行３列の相互干渉除去ベクトルの各成分も図６に示されている。ここでｘｙ（Ｓ）は、テーブル１０２のｘ軸移動指令に対してテーブル１０２に生じるｙ軸移動の擾乱を表すｘｙ伝達関数である。またｘθ（Ｓ）は、テーブル１０２のｘ軸移動指令に対してテーブル１０２に生じるθ回転の擾乱を表すｘθ伝達関数である。同様に、ｙｘ（Ｓ）は、テーブル１０２のｙ軸移動指令に対してテーブル１０２に生じるｘ軸移動の擾乱を表すｙｘ伝達関数であり、ｙθ（Ｓ）は、テーブル１０２のｙ軸移動指令に対してテーブル１０２に生じるθ回転の擾乱を表すｙθ伝達関数である。また、θｘ（Ｓ）は、テーブル１０２のθ回転指令に対してテーブル１０２に生じるｘ軸移動の擾乱を表すθｘ伝達関数であり、θｙ（Ｓ）は、テーブル１０２のθ回転指令に対してテーブルに生じるｙ軸移動の擾乱を表すθｙ伝達関数である。
【００５６】
また、図６におけるＰｘ（Ｓ）等は、図１において補正部２８の出力に対し、補正部以降の要素全体が応答するプロセス応答を示す。概略的にいえば、補正部２８の出力に対するテーブル移動機構１００の応答を示す伝達関数である。Ｐｘ（Ｓ）は、ｘ軸移動指令値に対する応答を示し、Ｐｙ（Ｓ）はｙ軸移動指令値に対する応答を示し、Ｐθ（Ｓ）はθ回転指令値に対する応答を示す。相互干渉除去ベクトルの各成分が、指令信号に対する相互干渉の応答を示す伝達関数そのものでなく、テーブル移動機構１００等の応答を示す伝達関数で除算されるのは、相互干渉の補正が、位置信号ｘ、ｙ、回転信号θを直接補正するのではなく、移動指令値及びθ回転指令値レベルで補正するためである。すなわち、指令値に対する位置信号への応答の伝達関数としてのＰｘ，Ｐｙ，Ｐθで、相互干渉の応答の伝達関数を規準化する必要があるためである。
【００５７】
これらの伝達関数等は、予め、制御対象となるテーブル移動装置１０の具体的構造について、実験により求めることができる。求められたこれらの伝達関数は、テーブル移動装置１０に設けられる適当な記憶装置に記憶される。
【００５８】
図６に従って、例えばｘ軸移動指令値Ｕｘは、相互干渉除去の補正が行われた後、ｘｕ＝Ｕｘ−Ｕｙ｛ｙｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝−Ｕθ｛θｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝として出力される。つまり、テーブル１０２のｘ軸移動指令値Ｕｘに対しては、ｙ軸移動指令値Ｕｙによってｘ軸方向の変位擾乱（δｘｙ）＝Ｕｙｙｘ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令であるδｘｙ／Ｐｘ（Ｓ）＝Ｕｙ｛ｙｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝と、θ回転指令値Ｕθによってｘ軸方向の変位擾乱（δｘθ）＝Ｕθθｘ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令であるδｘθ／Ｐｘ（Ｓ）＝Ｕθ｛θｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝とが補正される。つまり、ｙ軸移動指令値Ｕｙによってｘ軸方向の変位擾乱（δｘｙ）＝Ｕｙｙｘ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令であるδｘｙ／Ｐｘ（Ｓ）＝Ｕｙ｛ｙｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝と、θ回転指令値Ｕθによってｘ軸方向の変位擾乱（δｘθ）＝Ｕθθｘ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令であるδｘθ／Ｐｘ（Ｓ）＝Ｕθ｛θｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝とがフィードバックされて補正される。これにより、ｘ軸移動指令値Ｕｘに対するｘ軸移動について、その他の指令値に基づく擾乱である相互干渉が除去できる。
【００５９】
同様にして、ｙ軸移動指令値Ｕｙは、相互干渉除去の補正が行われた後、ｙｕ＝Ｕｙ−Ｕｘ｛ｘｙ（Ｓ）／Ｐｙ（Ｓ）｝−Ｕθ｛θｙ（Ｓ）／Ｐｙ（Ｓ）｝として出力される。つまり、テーブル１０２のｙ軸移動指令値Ｕｙに対しては、ｘ軸移動指令値Ｕｘによってｙ軸方向の変位擾乱（δｙｘ）＝Ｕｘｘｙ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令である（δｙｘ）／Ｐｙ（ｓ）＝Ｕｘ｛ｘｙ（Ｓ）／Ｐｙ（Ｓ）｝と、θ回転指令値Ｕθによってｙ軸方向の変位擾乱（δｙθ）＝Ｕθθｙ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令であるδｙθ／Ｐｙ（Ｓ）＝Ｕθ｛θｙ（Ｓ）／ＰｙＳ）｝とが補正される。
【００６０】
また、θ回転指令値Ｕθは、相互干渉除去の補正が行われた後、θｕ＝Ｕθ−Ｕｘ｛ｘθ（Ｓ）／Ｐθ（Ｓ）｝−Ｕｙ｛ｙθ（Ｓ）／Ｐθ（Ｓ）｝として出力される。つまり、テーブル１０２のθ回転指令値Ｕθに対し、ｘ軸移動指令値Ｕｘによってθ回転擾乱（δθｘ）＝Ｕｘｘθ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令である（δθｘ）／Ｐθ（ｓ）＝Ｕｘ｛ｘθ（Ｓ）／Ｐθ（Ｓ）｝と、ｙ軸移動指令値Ｕｙによってθ回転擾乱（δθｙ）＝Ｕｙｙθ（Ｓ）が生じるのでそれによる等価擾乱指令である（δθｙ）／Ｐθ（ｓ）＝Ｕｙ｛ｙθ（Ｓ）／Ｐθ（Ｓ）｝が補正される。
【００６１】
図７は、この補正の様子を示すブロックグラムである。例えば、ｘ軸移動指令値Ｕｘは、これからＵθ｛θｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝が減算され、その結果に対しさらにＵｙ｛ｙｘ（Ｓ）／Ｐｘ（Ｓ）｝が減算されて補正後のｘ軸移動指令値ｘｕとなる。これにそれ以後のプロセス応答として伝達関数Ｐｘ（Ｓ）が乗算されたものがテーブル移動機構１００の出力となって、実際のｘ座標となり、減算器２４にフィードバックされる。
【００６２】
同様に、ｙ軸移動指令値Ｕｙは、これからＵθ｛θｙ（Ｓ）／Ｐｙ（Ｓ）｝とＵｘ｛ｘｙ（Ｓ）／Ｐｙ（Ｓ）｝がそれぞれ減算されて補正後のｙ軸移動指令値ｙｕとなる。これにそれ以後のプロセス応答として伝達関数Ｐｙ（Ｓ）が乗算されたものがテーブル移動機構１００の出力となって、実際のｙ座標となり、減算器２４にフィードバックされる。
【００６３】
また、θ回転指令値Ｕθは、これからＵｘ｛ｘθ（Ｓ）／Ｐθ（Ｓ）｝とＵｙ｛ｙθ（Ｓ）／Ｐθ（Ｓ）｝がそれぞれ減算されて補正後のθ回転指令値θｕとなる。これにそれ以後のプロセス応答として伝達関数Ｐθ（Ｓ）が乗算されたものがテーブル移動機構１００の出力となって、実際の回転角度θとなり、減算器２４にフィードバックされる。
【００６４】
このようにして、制御アルゴリズム部２６から出力された移動指令値及びθ回転指令値が補正部２８において、相互干渉を除去する処理が行われ、補正後の移動指令値及びθ回転指令値として駆動信号変換部３０に入力される。駆動信号変換部３０は、補正部２８から出力される補正後のｘ軸移動指令値ｘｕ、補正後のｙ軸移動指令値ｙｕ、補正後のθ回転指令値θｕの３つの信号から、テーブル移動機構１００の６つの気体圧制御アクチュエータへの電流駆動指令ｘ−１，ｘ−２，ｘ−３，ｘ−４，ｙ−１，ｙ−２をそれぞれ生成する機能を有する。
【００６５】
図８は、駆動信号変換部３０の処理内容を示すブロック図である。ここで、補正部２８の出力である補正後の移動指令値及びθ回転指令値ｘｕ，ｙｕ，θｕの符号は、図２で示したｘ，ｙ，θの方向をプラスとし、テーブル移動機構１００に対する出力である各電流駆動指令ｘ−１，ｘ−２，ｘ−３，ｘ−４，ｙ−１，ｙ−２の符号は、各気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９についてその駆動軸の方向に沿ってテーブル１０２を押す方向をプラスとしてある。
【００６６】
例えば回転駆動を行なわない場合は、補正部２８からのｘ軸移動指令値ｘｕは、その極性をマイナスとしたものをｘ−１，ｘ−２とし、プラスにしたものをｘ−３，ｘ−４として出力する。これは、図２において、＋ｘ方向にテーブル１０２を移動駆動したいときには、気体圧制御アクチュエータ１１６，１１７に対しテーブル１０２を押す方向の電流駆動指令を、気体圧制御アクチュエータ１１４，１１５に対しテーブル１０２から押される方向、つまり引っ込む方向の電流駆動指令を与えることを意味する。同様に、補正部２８からのｙ軸移動指令値ｙｕは、その極性をマイナスとしたものをｙ−１とし、プラスにしたものをｙ−２として出力する。これは、図２において、＋ｙ方向にテーブル１０２を移動駆動したいときには、気体圧制御アクチュエータ１１９に対しテーブル１０２を押す方向の電流駆動指令を、気体圧制御アクチュエータ１１８に対しテーブル１０２から押される方向、つまり引っ込む方向の電流駆動指令を与えることを意味する。
【００６７】
回転駆動のみを行なう場合は、補正部２８からのθ回転指令値θｕは、その極性をマイナスとしたものをｘ−２，ｘ−３とし、プラスにしたものをｘ−１，ｘ−４として出力する。これは、図２において、＋θ方向、すなわち紙面に対し反時計方向にテーブル１０２を回転駆動したいときには、気体圧制御アクチュエータ１１４，１１７に対しテーブル１０２を押す方向の電流駆動指令を、気体圧制御アクチュエータ１１５，１１６に対しテーブル１０２から押される方向、つまり引っ込む方向の電流駆動指令を与えることを意味する。回転とｘ方向移動とを行なう場合には、上記のｘ移動駆動の場合と回転駆動の場合との組み合わせになる。このようにして、回転駆動もｘ駆動用気体圧制御アクチュエータの駆動指令の方向の極性を適当に変更して組み合わせることで行うことができる。
【００６８】
図９は、位置情報変換部３２の信号処理を示す図である。位置情報変換部３２は、テーブル１０２に対して設けられるセンサシステム１５０から出力される信号Ｓ−１，Ｓ−２，Ｓ−３から、テーブル１０２の代表位置のｘ座標、ｙ座標およびその位置における回転角度θに変換する機能を有する。テーブル１０２の代表位置としては、例えばテーブル１０２の重心位置１０８等の中心部の位置を用いることができる。
【００６９】
図９に示されるように、テーブル１０２のｘ座標は、信号Ｓ−１と信号Ｓ−２の平均値から得ることができる。すなわち、信号Ｓ−１はｘ駆動辺１１０に平行な反射面１５４のｘ方向の変位を示し、信号Ｓ−２は、反射面１５４からｘ駆動辺１１０にそってｙ方向に離間する反射面１５５のｘ方向変位を示すので、この２つの変位量を平均することで、２つの反射面１５４，１５５の離間の中心位置におけるｘ方向変位とできる。テーブル１０２の重心位置１０８は、２つの反射面１５４，１５５の離間の中心線上にあるので、信号Ｓ−１と信号Ｓ−２の平均値は、テーブル１０２の中央部の代表位置のｘ座標あるいは、テーブル１０２の移動に伴うｘ方向の変位を示すことになる。テーブル１０２の代表位置として、テーブル１０２の重心位置１０８以外の位置を用いるときは、テーブル１０２上でその代表位置と重心位置１０８との相対位置関係を予め求めておき、その相対位置関係を用いて、信号Ｓ−１と信号Ｓ−２の平均値からその代表位置のｘ座標に変換を行うことができる。なお、図９に示すように、必要があれば、信号Ｓ−１と信号Ｓ−２の平均値処理の後に、極性変換ＰＯを行なうことがよい。
【００７０】
テーブル１０２の回転角度θは、信号Ｓ−１の絶対値と信号Ｓ−２の絶対値の差を、反射面１５４，１５５の間の間隔Ｌで除すことで近似的に得ることができる。この場合も必要があれば、信号Ｓ−１と信号Ｓ−２の差分処理の後に、極性変換ＰＯを行なうことで、回転方向を正確に示すことができる。テーブル１０２のｙ座標は、信号Ｓ−３の値から直接得ることができる。このようにして、テーブル１０２のｘ駆動辺１１０に設けられた２つの反射面１５４，１５５とこれに対応するレーザ干渉計からなるセンサシステムによって、テーブル１０２の回転角度θを検出することができる。
【００７１】
位置情報変換部３２によってテーブル１０２の代表位置のｘ座標、ｙ座標、回転角度θが得られると、これらは減算器２４に入力され、それぞれ、指令データｘ０，ｙ０，θ０に対し減算処理が行われ、ｘ方向位置誤差、ｙ方向位置誤差、回転角度誤差が算出される。それ以後は、上記の制御アルゴリズム部２６の機能によってこれらの誤差を少なくする制御が行われ、補正部２８によって相互干渉が抑制される補正処理が行われる。このようにして、ｘｙθ移動機構において、ｘ移動、ｙ移動、θ回転の間の干渉による位置決め誤差を抑制することができ、精度のよいテーブル移動を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る実施の形態のテーブル移動装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、テーブル移動機構を構成するテーブルと複数の気体圧制御アクチュエータの配置を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、気体圧制御アクチュエータの構造の１例を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、テーブル移動機構を構成するセンサシステムを説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態におけるアルゴリズム部の詳細なブロックダイヤグラムである。
【図６】本発明に係る実施の形態において、補正部で行なわれる行列演算を説明する図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、相互干渉除去のための補正の様子を示すブロックグラムである。
【図８】本発明に係る実施の形態において、駆動信号変換部の処理内容を示すブロック図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、位置情報変換部の信号処理を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０ テーブル移動装置、２０ 制御回路、２２ 指令取得部、２４，５２，６２ 減算器、２６ 制御アルゴリズム部、２８ 補正部、３０ 駆動信号変換部、３２ 位置情報変換部、４０ 変位比例ゲイン、４２ 積分器、４４ 加算器、４６，５６，６８ リミッタ、４８，５８ 微分器、５０，６０ 減衰器、５４ 速度比例ゲイン、６４ 加速度比例ゲイン、６６ 極性変換、１００ テーブル移動機構、１０２ テーブル、１０４ 筐体、１０６ 支持穴、１０８ 重心位置、１１０，１１１，１１２，１１３ 駆動辺、１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９ 気体圧制御アクチュエータ、１３０ 案内部、１３２ 可動子、１３３ 可動子の底面、１３４ 粗動気体供給部、１３６ 微動気体供給部、１３８ 気体流路、１４０ 気体室、１４４ 絞り部、１５０ センサシステム、１５４，１５５，１５８ 反射面、１６０ レーザヘッド、１６２，１６４ ビームスプリッタ、１６６，１６８，１７０ 光干渉計。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気体圧制御アクチュエータを用いて、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なうテーブル位置制御装置であって、
テーブルのｘ軸移動に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱を相殺し、
テーブルのｙ軸移動に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱を相殺し、
テーブルのθ回転に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱を相殺して、
テーブルの移動及び回転を補正する補正手段を備えることを特徴とするテーブル位置制御装置。
【請求項２】
気体圧制御アクチュエータを用いて、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なうテーブル位置制御装置であって、
テーブルのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、
テーブルのｙ軸移動指令に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱をフィードバックし、
テーブルのθ回転指令に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱をフィードバックし、
各擾乱成分を相殺するように、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令とを補正する補正手段を備えることを特徴とするテーブル位置制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のテーブル位置制御装置において、
テーブルのｘ軸移動指令に対してテーブルに生じるｙ軸移動の擾乱を表すｘｙ伝達関数と、
テーブルのｘ軸移動指令に対してテーブルに生じるθ回転の擾乱を表すｘθ伝達関数と、
テーブルのｙ軸移動指令に対してテーブルに生じるｘ軸移動の擾乱を表すｙｘ伝達関数と、
テーブルのｙ軸移動指令に対してテーブルに生じるθ回転の擾乱を表すｙθ伝達関数と、
テーブルのθ回転指令に対してテーブルに生じるｘ軸移動の擾乱を表すθｘ伝達関数と、
テーブルのθ回転指令に対してテーブルに生じるｙ軸移動の擾乱を表すθｙ伝達関数と、
を予め求めてそれぞれ記憶する記憶部を備え、
補正手段は、
テーブルのｘ軸移動指令に対し、記憶部に記憶されているｙｘ伝達関数とθｘ伝達関数とに基づいてｘ軸移動指令を補正し、
テーブルのｙ軸移動指令に対し、記憶部に記憶されているｘｙ伝達関数とθｙ伝達関数とに基づいてｙ軸移動指令を補正し、
テーブルのθ回転指令に対し、記憶部に記憶されているｘθ伝達関数とｙθ伝達関数とに基づいてθ回転指令を補正することを特徴とするテーブル位置制御装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のテーブル制御装置において、
補正手段は、
テーブルを移動及び回転駆動する複数の気体圧制御アクチュエータの各駆動電流指令に対し補正を行うことを特徴とするテーブル制御装置。
【請求項５】
ｘ軸に垂直なｘ駆動辺とｙ軸に垂直なｙ駆動辺とを有するテーブルと、
ｘ駆動辺においてｙ方向に離間して配置され、ｘ駆動辺を協働して駆動する少なくとも２つのｘ駆動用気体圧制御アクチュエータと、
ｙ駆動辺を駆動する少なくとも１つのｙ駆動用気体圧制御アクチュエータと、
各気体圧制御アクチュエータを制御し、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なう制御部と、
を備え、
制御部は、
テーブルのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、
テーブルのｙ軸移動指令に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱をフィードバックし、
テーブルのθ回転指令に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱をフィードバックし、
各擾乱成分を相殺するように、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令とを補正する補正手段を備えることを特徴とするテーブル移動装置。
【請求項６】
ｘ軸に垂直なｘ駆動辺とｙ軸に垂直なｙ駆動辺とを有するテーブルと、
ｘ駆動辺においてｙ方向に離間して配置され、ｘ駆動辺を協働して駆動する少なくとも２つのｘ駆動用気体圧制御アクチュエータと、
ｙ駆動辺を駆動する少なくとも１つのｙ駆動用気体圧制御アクチュエータと、
テーブルの中心部である代表位置から離れた周辺部に配置され、テーブルの移動及び回転を検出する複数のセンサと、
複数のセンサの検出値に基づいて各気体圧制御アクチュエータを制御し、テーブルの代表位置をｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なう制御部と、
を備え、
制御部は、
テーブルの代表位置についてのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、
テーブルの代表位置についてのｙ軸移動指令に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱をフィードバックし、
テーブルの代表位置についてのθ回転指令に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱をフィードバックし、
各擾乱成分を相殺するように、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令とを補正する補正手段を備えることを特徴とするテーブル移動装置。
【請求項７】
請求項６に記載のテーブル移動装置において、
制御部は、
テーブルの代表位置についての補正後のｘ軸移動指令と、補正後のθ回転指令とに基づいて、ｘ駆動用の各気体圧制御アクチュエータに対する電流駆動指令を生成することを特徴とするテーブル移動装置。
【請求項８】
請求項６に記載のテーブル移動装置において、
複数のセンサは、ｘ駆動辺においてｙ軸方向に離間して配置され、その離間した位置におけるテーブルのｘ方向の変位を検出する２つのｘ変位センサを含み、
制御部は、２つのｘ変位センサの検出値に基づいて、テーブルの代表位置についてのｘ方向の移動量と、ｚ軸周りのθ回転量とを求め、それぞれテーブルの代表位置についてのｘ軸移動指令及びθ回転指令にそれぞれフィードバックすることを特徴とするテーブル移動装置。
【請求項１】
複数の気体圧制御アクチュエータを用いて、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なうテーブル位置制御装置であって、
テーブルのｘ軸移動に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱を相殺し、
テーブルのｙ軸移動に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱を相殺し、
テーブルのθ回転に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱を相殺して、
テーブルの移動及び回転を補正する補正手段を備えることを特徴とするテーブル位置制御装置。
【請求項２】
気体圧制御アクチュエータを用いて、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なうテーブル位置制御装置であって、
テーブルのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、
テーブルのｙ軸移動指令に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱をフィードバックし、
テーブルのθ回転指令に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱をフィードバックし、
各擾乱成分を相殺するように、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令とを補正する補正手段を備えることを特徴とするテーブル位置制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のテーブル位置制御装置において、
テーブルのｘ軸移動指令に対してテーブルに生じるｙ軸移動の擾乱を表すｘｙ伝達関数と、
テーブルのｘ軸移動指令に対してテーブルに生じるθ回転の擾乱を表すｘθ伝達関数と、
テーブルのｙ軸移動指令に対してテーブルに生じるｘ軸移動の擾乱を表すｙｘ伝達関数と、
テーブルのｙ軸移動指令に対してテーブルに生じるθ回転の擾乱を表すｙθ伝達関数と、
テーブルのθ回転指令に対してテーブルに生じるｘ軸移動の擾乱を表すθｘ伝達関数と、
テーブルのθ回転指令に対してテーブルに生じるｙ軸移動の擾乱を表すθｙ伝達関数と、
を予め求めてそれぞれ記憶する記憶部を備え、
補正手段は、
テーブルのｘ軸移動指令に対し、記憶部に記憶されているｙｘ伝達関数とθｘ伝達関数とに基づいてｘ軸移動指令を補正し、
テーブルのｙ軸移動指令に対し、記憶部に記憶されているｘｙ伝達関数とθｙ伝達関数とに基づいてｙ軸移動指令を補正し、
テーブルのθ回転指令に対し、記憶部に記憶されているｘθ伝達関数とｙθ伝達関数とに基づいてθ回転指令を補正することを特徴とするテーブル位置制御装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のテーブル制御装置において、
補正手段は、
テーブルを移動及び回転駆動する複数の気体圧制御アクチュエータの各駆動電流指令に対し補正を行うことを特徴とするテーブル制御装置。
【請求項５】
ｘ軸に垂直なｘ駆動辺とｙ軸に垂直なｙ駆動辺とを有するテーブルと、
ｘ駆動辺においてｙ方向に離間して配置され、ｘ駆動辺を協働して駆動する少なくとも２つのｘ駆動用気体圧制御アクチュエータと、
ｙ駆動辺を駆動する少なくとも１つのｙ駆動用気体圧制御アクチュエータと、
各気体圧制御アクチュエータを制御し、テーブルをｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なう制御部と、
を備え、
制御部は、
テーブルのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、
テーブルのｙ軸移動指令に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱をフィードバックし、
テーブルのθ回転指令に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱をフィードバックし、
各擾乱成分を相殺するように、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令とを補正する補正手段を備えることを特徴とするテーブル移動装置。
【請求項６】
ｘ軸に垂直なｘ駆動辺とｙ軸に垂直なｙ駆動辺とを有するテーブルと、
ｘ駆動辺においてｙ方向に離間して配置され、ｘ駆動辺を協働して駆動する少なくとも２つのｘ駆動用気体圧制御アクチュエータと、
ｙ駆動辺を駆動する少なくとも１つのｙ駆動用気体圧制御アクチュエータと、
テーブルの中心部である代表位置から離れた周辺部に配置され、テーブルの移動及び回転を検出する複数のセンサと、
複数のセンサの検出値に基づいて各気体圧制御アクチュエータを制御し、テーブルの代表位置をｘｙ平面内の任意の位置に移動させ、またはｚ軸周りの任意の角度でθ回転させる制御を行なう制御部と、
を備え、
制御部は、
テーブルの代表位置についてのｘ軸移動指令に対し、ｙ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｘ軸移動の擾乱をフィードバックし、
テーブルの代表位置についてのｙ軸移動指令に対し、ｘ軸移動指令及びθ回転指令のそれぞれによって生じるｙ軸移動の擾乱をフィードバックし、
テーブルの代表位置についてのθ回転指令に対し、ｘ軸移動指令及びｙ軸移動指令のそれぞれによって生じるθ回転の擾乱をフィードバックし、
各擾乱成分を相殺するように、ｘ軸移動指令とｙ軸移動指令とθ回転指令とを補正する補正手段を備えることを特徴とするテーブル移動装置。
【請求項７】
請求項６に記載のテーブル移動装置において、
制御部は、
テーブルの代表位置についての補正後のｘ軸移動指令と、補正後のθ回転指令とに基づいて、ｘ駆動用の各気体圧制御アクチュエータに対する電流駆動指令を生成することを特徴とするテーブル移動装置。
【請求項８】
請求項６に記載のテーブル移動装置において、
複数のセンサは、ｘ駆動辺においてｙ軸方向に離間して配置され、その離間した位置におけるテーブルのｘ方向の変位を検出する２つのｘ変位センサを含み、
制御部は、２つのｘ変位センサの検出値に基づいて、テーブルの代表位置についてのｘ方向の移動量と、ｚ軸周りのθ回転量とを求め、それぞれテーブルの代表位置についてのｘ軸移動指令及びθ回転指令にそれぞれフィードバックすることを特徴とするテーブル移動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２１３３４２（Ｐ２００７−２１３３４２Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２９１６（Ｐ２００６−３２９１６）
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【出願人】（５０３０９４０７０）ピー・エス・シー株式会社 (36)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【出願人】（５０３０９４０７０）ピー・エス・シー株式会社 (36)
【Ｆターム（参考）】
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