位置決め制御装置および位置決め制御方法
【課題】超音波モータを用いた位置決め装置に用いられ、移動体を移動プロファイルにしたがって精度よく移動させる位置決め制御装置を提供する。
【解決手段】位置決め装置１００において、スライダ５０を超音波モータ１０による摩擦駆動によって目標位置へ移動させて位置決めするために、位置センサ３０ｂにより測定されるスライダ５０の位置データを用いて超音波モータ１０を制御する制御装置２０は、超音波モータ１０の駆動周波数と位置センサ３０ｂによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分を、位置センサ３０ｂにより測定されるスライダ５０の位置データからカットするためのフィルタ２５を具備する。
【解決手段】位置決め装置１００において、スライダ５０を超音波モータ１０による摩擦駆動によって目標位置へ移動させて位置決めするために、位置センサ３０ｂにより測定されるスライダ５０の位置データを用いて超音波モータ１０を制御する制御装置２０は、超音波モータ１０の駆動周波数と位置センサ３０ｂによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分を、位置センサ３０ｂにより測定されるスライダ５０の位置データからカットするためのフィルタ２５を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータを用いて移動体を目標位置へ移動させる位置決め装置等に用いられる位置決め制御装置および位置決め制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ−Ｙステージ等の移動体を所定位置へ移動させて位置決めするシステムとして、移動体との間に作用する摩擦力を利用して移動体を移動させる超音波モータを用いたものが知られている。
【０００３】
図５に、超音波モータを用いた従来の移動ステージ装置の概略構成と制御ブロックを示す。この移動ステージ装置は、ステージ９１と、ステージ９１を移動させる超音波モータ９９と、ステージ９１の実位置を検出する位置センサ（エンコーダ）９２と、ステージ９１を移動させる目標位置を入力するための操作盤９４と、操作盤９４に入力された目標位置にしたがって超音波モータ９９を駆動するための制御装置９３とを備えている。
【０００４】
この制御装置９３は、移動体を目標位置へ一定時間で移動させるための位置指示量を含む移動プロファイルを作成する指示値発生部９７と、位置センサ９２によって検出されたステージ９１の位置データと指示値発生部９７から送信された位置指示値との偏差を基にしてＰＩＤ演算処理を行うことによって超音波モータ９９の制御信号を計算する制御量計算部９８と、を有する信号発生部９５を備えている。また、制御装置９３は、制御量計算部９８により得られた制御信号を超音波モータ９９の駆動信号（すなわち、電圧信号）に変換する信号調整部９６を備えている。
【０００５】
超音波モータ９９としては、ステージ９１に所定の力で押圧されたヘッドに楕円振動を生じさせるものが用いられる（例えば、特許文献１参照）。この楕円振動とは、ステージ９１を押圧する方向の成分とステージ９１の移動方向の成分とが周期的に変化することにより、ヘッドが一定の楕円軌跡を描くように振動（運動）ことを指す。
【０００６】
特許文献１に開示された超音波モータは、ここでの図示は省略するが、ステージ９１に当接させるためのヘッドと、このヘッドにその伸縮方向が一定角度で交差するように取り付けられた２個の圧電素子と、これら２個の圧電素子を保持する保持部材と、ヘッドをステージ９１に押し付ける予圧機構とを備えており、２個の圧電素子に、例えば、位相が９０°ずれた共振周波数の電圧を印加することにより、ヘッドに楕円運動を生じさせる。
【０００７】
この超音波モータ９９では、ヘッドが楕円軌道のステージ側を通るときに、ヘッドとステージ９１との間の摩擦力によって、ステージ９１はヘッドが楕円軌道の上側を移動する方向へ移動する。一方、ヘッドがその反対側を通るときには、予圧機構がヘッドの動きに追従できずにヘッドとステージ９１との間に作用する摩擦力がなくなるために、ステージ９１は逆戻りしない。
【０００８】
こうして超音波モータ９９がステージ９１を移動させる際には、ヘッドの振動がステージ９１に少なからず伝播される。そのため、例えば、ステージ９１の固有値が１００Ｈｚ付近にあるのに対し、超音波モータ９９の振動周波数（駆動周波数）が数十ｋＨｚであり、これらの間に大きな差がある場合でも、わずかながら超音波モータの駆動周波数でステージが振動し、その振動がステージ９１の位置情報の変動として位置センサ９２によって測定される位置データに乗ることがある。
【０００９】
このようにして位置データに超音波モータ９９の振動に伴う変動成分が乗ってしまうと、ステージ９１の移動制御に悪影響を及ぼすおそれがある。特に、超音波モータの振動による変動成分は、他の振動等の変動成分と比べて周波数が高い為に、位置センサ９２が測定した位置データから速度データや加速度データを計算して超音波モータ９９の制御に用いる場合には、超音波モータ９９の振動による変動成分が増幅され、本来の速度データや加速度データが増幅された変動成分（つまり、ノイズ）に埋もれてしまうおそれがある。
【００１０】
そのようになってしまうと、ステージ９１を作成した移動プロファイルに従って精度よく移動させることができなくなり、位置決め精度も低下する。このような位置決め精度の低下は、ナノメールオーダーでの位置決め制御が要求される移動ステージ、例えば、半導体製造装置に用いられるステージ装置では、特に深刻な問題となる。
【特許文献１】特開２０００−１５２６７１号公報（第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、超音波モータを用いた位置決め装置に用いられ、移動体を移動プロファイルにしたがって精度よく移動させ、また、精密な位置決めを可能とする位置決め制御装置および位置決め制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の観点によれば、移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めするために、位置センサにより測定される移動体の位置データを用いて前記超音波モータを制御する位置決め制御装置であって、
超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分を、前記位置センサにより測定される移動体の位置データからカットするためのフィルタを具備することを特徴とする位置決め制御装置が提供される。
【００１３】
本発明の第２の観点によれば、移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めするために、位置センサにより測定される移動体の位置データを用いて前記超音波モータを制御する位置決め制御装置であって、
移動体を目標位置へ一定の時間で移動させるための位置指示値を生成する指示値発生部と、
超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分を、前記位置センサにより測定される移動体の位置データと前記指示値発生部で生成された位置指示値とから求められた超音波モータの制御量からカットするためのフィルタと、を具備することを特徴とする位置決め制御装置が提供される。
【００１４】
これらの位置決め制御装置において、フィルタとしては、超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数を中心周波数とするノッチフィルタが好適に用いられる。または、超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数を算出し、フィルタの周波数カット特性を決めるフィルタ定数算出部をさらに具備する構成とすることも好ましい。
【００１５】
本発明の第３の観点によれば、上記第１の観点に係る位置決め制御装置により実行され位置決め制御方法であり、逆に言えば、その位置決め制御装置の構成を得るための位置決め制御方法、すなわち、移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めする位置決め制御方法であって、
移動体を目標位置へ移動させる位置指示値を作成し、
移動体の実際の位置を一定のサンプリング周波数で測定し、
測定された実際の移動体の位置データから、超音波モータの駆動周波数と前記位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分をカットし、
こうして得られた位置データと前記位置指示値とから超音波モータを駆動するための制御量を求め、
その制御量を電圧値に変換して超音波モータに印加することを特徴とする位置決め制御方法が提供される。
【００１６】
本発明の第４の観点によれば、上記第２の観点に係る位置決め制御装置により実行され位置決め制御方法であり、逆に言えば、その位置決め制御装置の構成を得るための位置決め制御方法、すなわち、移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めする位置決め制御方法であって、
移動体を目標位置へ移動させる位置指示値を作成し、
移動体の実際の位置を一定のサンプリング周波数で測定し、
測定された実際の移動体の位置データと前記位置指示値とから超音波モータの制御量を求め、
こうして求めた超音波モータの制御量から、超音波モータの駆動周波数と前記位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分をカットすることにより、超音波モータを駆動するための新たな制御量を求め、
この新たな制御量を電圧値に変換して超音波モータに印加することを特徴とする位置決め制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る位置決め制御装置および位置決め制御方法では、移動体が超音波モータから振動を受けることによって移動体に位置変動が生じても、その位置変動が制御へ与える悪影響を排除することができる。これにより、移動体を、移動プロファイルにしたがって精度よく移動させ、精密に位置決めすることができるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に位置決め装置１００の概略構成を示す。この位置決め装置１００は、移動体たるスライダ５０と、スライダ５０を移動させるための超音波モータ１０と、スライダ５０の移動／位置決めの制御のために超音波モータ１０の駆動制御を行う位置決め制御装置（以下「制御装置」という）２０と、スライダ５０をＸ方向にスライド自在に保持するガイド３０ａと、スライダ５０の位置を検出する位置センサ３０ｂと、スライダ５０の移動位置等を指令するための操作盤４０とを備えている。
【００１９】
ここでは、超音波モータ１０として、スライダ５０に当接するヘッド１１と、ヘッド１１を駆動するための圧電素子１２ａ，１２ｂと、圧電素子１２ａ，１２ｂを保持するための保持部材１３とを備えた構造のものを示している。なお、図１に示す符号１４ａはバネ等の付勢部材であり、この付勢部材１４ａは、ヘッド１１とスライダ５０との間にスライダ５０を移動させるために必要な摩擦力が生じるようにヘッド１１を一定の力でスライダ５０に押し付けている。また、図１に示す符号１４ｂもまたバネ等の付勢部材であり、２個の付勢部材１４ｂは保持部材１３のＸ方向でのぶれやずれを防止している。
【００２０】
ヘッド１１は、耐摩耗性に優れるエンジニアリングセラミックス（例えば、アルミナ、窒化珪素等）からなる。圧電素子１２ａ，１２ｂには、所謂、積層型圧電アクチュエータであり、電圧の印加によって生じる伸縮方向が一定角度（例えば、３０度〜９０度）で交差するように、伸縮方向端の一方がヘッド１１に取り付けられ、伸縮方向端の他方が保持部材１３の側壁部内面に取り付けられている。保持部材１３は、例えば、エンジニアプラスチックや金属からなる。
【００２１】
超音波モータ１０の駆動は、圧電素子１２ａ，１２ｂに位相が９０度ずれた共振周波数電圧を印加することにより行われ、これによりヘッド１１に楕円振動を生じさせて、スライダ５０を摩擦駆動する。スライダ５０はガイド３０ａに沿ってＸ方向に移動自在である。
【００２２】
位置センサ３０ｂは、例えば、スライダ５０のＸ方向位置（座標）を測定するための光学式センサヘッドと、光学式センサヘッドの検出信号をデジタル信号からなる位置データを得るエンコーダとを備えている。例えば、光学式センサヘッドからは一定周波数のパルスレーザが発射され、その反射光を一定の周波数でサンプリングすることによって、位置データが得られる。この位置データはデジタデータであり、エンコーダから制御装置２０へと出力される。
【００２３】
操作盤４０から制御装置２０へは、オペレータがスライダ５０を移動させる目標位置を入力することによりあるいは所定の作業プログラムの進行にしたがって自動的に、スライダ５０を目標位置へ移動させる移動指示値が送信される。
【００２４】
制御装置２０のより詳細な構成を図２に示す。制御装置２０は、超音波モータ１０を駆動するための信号を作成する信号発生部２１と、信号発生部２１で作成した駆動信号を、実際に超音波モータ１０を駆動するための電圧信号に変換するアンプたる信号調整部２２を備えている。
【００２５】
信号発生部２１は、１または複数の演算素子（プロセッサ；ＣＰＵ）と、種々の処理を実行するための制御・計算プログラムが記憶された不揮発性半導体メモリ（ＲＯＭ）と、操作盤４０，位置センサ３０ｂから入力された各種データや制御・計算プログラムにより計算されたデータ等を一時的に記憶する揮発性半導体メモリ（ＲＡＭ）等を備えており、所定のプログラムの実行により、以下に説明する指示値発生部２３，制御量計算部２４，フィルタ２５としてのそれぞれの処理機能が発現する。
【００２６】
信号発生部２１は、スライダ５０を目標位置へ移動させるという操作盤４０からの移動指示値に基づいて、スライダ５０を目標位置へ移動させるための移動プロファイルを作成する指示値発生部２３を有している。この移動プロファイルは、超音波モータ１０の動作能力に基づいて、スライダ５０を目標位置へ到達させるまでに必要な時間を定め、その時間内において、一定時間ごとにスライダ５０をどの位置にまで移動させるのかを示す位置指示値を含んでいる。
【００２７】
信号発生部２１はまた、超音波モータ１０の駆動周波数と位置センサ３０ｂによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分（すなわち、位置センサ３０ｂによって得られるスライダ５０の位置データに含まれる超音波モータ１０の振動による変動成分）を、位置センサ３０ｂにより測定されるスライダ５０の位置データからカットするためのフィルタ２５、すなわちノッチフィルタを有している。このフィルタ２５としては、このエリアシング周波数のみでなく、エリアシング周波数を中心とした一定範囲の周波数成分をカットするものが好適である。超音波モータ１０の駆動周波数（共振周波数）と位置センサ３０ｂにおける位置データのサンプリング周波数は既知であるので、エリアシング周波数は計算により求めることができる。
【００２８】
信号発生部２１はさらに、指示値発生部２３で作成した位置指示値と、フィルタ２５を通して得られた位置データ（以下「補正位置データ」という）とから、超音波モータ１０を駆動するための制御量を計算する制御量計算部２４を備えている。
【００２９】
例えば、スライダ５０の移動制御には、位置制御と速度制御とが組み合わせて用いられる。このため、制御量計算部２４は、指示値発生部２３で作成した位置指示値と補正位置データとを用いて位置偏差に基づく制御量を求め、指示値発生部２３で作成した位置指示値の時間微分により求められる速度指示値と、補正位置データの時間微分により求められる速度データとを用いて速度偏差に基づく制御量を求め、これら位置偏差と速度偏差に基づく制御量をＰＩＤ演算することにより、超音波モータ１０の駆動信号を計算する。
【００３０】
このように構成された位置決め装置１００では、スライダ５０を移動させる目標位置が操作盤４０から指示値発生部２３に入力されると、指示値発生部２３で位置指示値を含む移動プロファイルが作成され、この位置指示値に基づいて制御量計算部２４は速度指示値を計算する。一方、スライダ５０の実際の位置を位置センサ３０ｂが一定のサンプリング周波数で測定する。こうして測定されたスライダ５０の位置データから、超音波モータ１０の駆動周波数と位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分が、フィルタ２５によりカットされる。
【００３１】
このようにして得られた補正位置データに基づいて制御量計算部２４は速度データを計算する。制御量計算部２４はさらに、位置指示値と補正位置データとから位置偏差に基づく制御量を求め、また、速度指示値と速度データとから速度偏差に基づく制御量を求め、これらの制御量のＰＩＤ演算により超音波モータ１０の駆動信号を求める。
【００３２】
この駆動信号は、信号調整部２２により電圧信号に変換されて超音波モータ１０の圧電素子１２ａ，１２ｂに印加される。圧電素子１２ａ，１２ｂの駆動によりヘッド１１に楕円振動が発生し、スライダ５０をＸ方向の所定の向きに移動させる。
【００３３】
このような制御におけるフィルタ２５の役割についてより詳細に説明する。図３Ａに、先に従来技術として説明した図５の制御装置（つまり、図２の制御装置２０からフィルタ２５を除外した構造を有するもの）を用いて、スライダ５０の速度を、初速０ｍｍ／ｓｅｃの状態から２００ｍｓｅｃ後に速度８０ｍｍ／ｓｅｃへと直線的に増加させる移動プロファイル（図３Ａ中の直線）にしたがって、スライダ５０を加速させたときのスライダ５０の位置データを位置センサ３０ｂによって測定し、得られた位置データから速度データを求めた結果を示す。ここで、超音波モータ１０の駆動周波数は３８．３１４ｋＨｚであり、位置センサ３０ｂのサンプリング周波数は１０ｋＨｚである。
【００３４】
この図３Ａからスライダ５０の速度変動が大きいことがわかる。そこで、この速度変動を小さく抑えるには、一般的に加速度制御が用いられる。そこで、この速度データの時間微分により加速度データを求めると、図３Ｂに示されるように、超音波モータ１０の振動による大きな変動成分が含まれており、実際の加速度（後に示す図３Ｄに記載されたものと同等のもの）は、この変動成分に埋もれてしまっている。
【００３５】
図３Ｃは、この加速度データのＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザによる周波数分析結果を示すチャートである。図３Ｃより、図３Ｂの加速度データに含まれる大きな変動は１．６８５ｋＨｚであり、これは超音波モータ１０の駆動周波数と位置センサ３０ｂのサンプリング周波数によるエリアシングによって生じた周波数成分であることが、１０ｋＨｚ×４−３８．３１４＝１．６８６ｋＨｚ≒１．６８５ｋＨｚ、よりわかる。
【００３６】
そこで、位置センサ３０ｂが測定した位置データからエリアシング周波数の成分をカットし、こうして得られた補正位置データから速度データを求め、さらに速度データから加速度データを求めた結果を図３Ｄ，３Ｅに示す。これら図３Ｄ，３Ｅに示すように、抽出したい加速度データが得られることが確認された。なお、図３Ｅは時間２０ｍｓｅｃ〜４０ｍｓｅｃの範囲の拡大図であり、エリアシング周波数の成分カット前後での加速度データを重ねて示している。
【００３７】
そこで次に、図２の制御装置２０であって、１．６８６ｋＨｚを中心とする成分、例えば、１．６０２ｋHz〜１．７７０ｋＨｚの成分をカットするフィルタ２５を有するものを用いて、スライダ５０を図３Ａに示す移動プロファイルで移動させたときに得られた速度データを、図３Ｆに示す。この図３Ｆに示されるように、位置データからエリアシング周波数の成分を除去した制御を行うことにより、速度変動が小さく抑えられていることがわかる。このことは、ひいては、スライダ５０を停止させる際の位置決め精度を高めることにつながる。
【００３８】
次に、別の実施形態に係る，信号発生部２１Ａを有する制御装置２０Ａについて図４を参照しながら説明する。この制御装置２０Ａが先に説明した図２の制御装置２０と異なる点は、超音波モータ１０の駆動制御が位置偏差に基づく制御のみにより行われることと、フィルタ２５で除去するエリアシング周波数の決定がフィルタ定数算出部２６により行われることと、フィルタ２５の挿入位置である。以下、これらについて説明する。
【００３９】
フィルタ定数算出部２６は、位置センサ３０ｂのサンプリング周波数と超音波モータ１０の駆動周波数とから、エリアシング周波数を、例えば、先に示した数式（エリアシング周波数＝サンプリング周波数×ｎ−駆動周波数（ｎ：自然数））により求める。
【００４０】
制御装置２０Ａでは、位置センサ３０ｂにより測定された実際のスライダ５０の位置データと指示値発生部２３で作成した位置指示値とに基づいて超音波モータ１０の制御量を求めた後に、この制御量からエリアシング周波数の成分を除去する位置にフィルタ２５が挿入されている。
【００４１】
先に図２を参照して説明した制御装置２０では、フィルタ２５を位置センサ３０ｂと制御量計算部２４との間に設けたが、位置偏差に基づく制御量により超音波モータ１０を駆動する場合には、このような位置にフィルタ２５を設けることが可能である。この場合、フィルタ２５は、デジタル信号処理により、超音波モータの制御量からエリアシング周波数の成分を除去する。
【００４２】
図４に示す制御装置２０Ａを用いてスライダ５０を目標位置に移動させる場合、最初に目標位置が操作盤４０から指示値発生部２３に入力されると、指示値発生部２３で位置指示値を含む移動プロファイルが作成され、この位置指示値が制御量計算部２４に入力される。一方、スライダ５０の実際の位置を位置センサ３０ｂが一定のサンプリング周波数で測定し、その位置データが制御量計算部２４に入力される。
【００４３】
制御量計算部２４は位置指示値と位置データとから位置偏差に基づく制御量を求め、これをＰＩＤ演算することにより、超音波モータ１０の制御量を求めた後、これをフィルタ２５に通すことにより、超音波モータ１０の制御量からエリアシング周波数の成分がカットされ、超音波モータ１０の新たな制御量が得られる。なお、フィルタ２５においてカットされるエリアシング周波数は、超音波モータ１０の駆動周波数と位置センサ３０ｂのサンプリング周波数とから予め求められている。
【００４４】
この新たな制御量は、信号調整部２２において電圧信号に変換されて超音波モータ１０を構成する圧電素子１２ａ，１２ｂに印加される。このような処理によっても、位置偏差による制御量を正確に計算することができるので、スライダ５０を位置精度よく移動させることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、エリアシング周波数が既知の場合に、一定の回路構成によりそのエリアシング周波数の成分をカットするように動作するフィルタ（回路）を、位置センサから制御装置への信号伝達路の中間（制御装置２０外であってもよい）、または、制御量算出部２４から信号調整部２２への信号伝達路の中間に設けることができる。
【００４６】
超音波モータは、図１に示される構造のものに限定されるものはなく、スライダ等の移動体との接触部が楕円軌道を描くように運動することで移動体を所定方向へ移動させる超音波モータであれば、その構造は問わない。
【００４７】
具体的には、矩形圧電板と、この矩形圧電板の短辺に設けられたヘッドと、矩形圧電板の一方の主面に２行２列に形成されて対角にあるものどうしが接続されて形成された２組の駆動電極と、矩形電極板の他方の主面に形成された共通電極と、ヘッドをステージ９１に押し付ける予圧機構と有しており、これら２組の駆動電極に、例えば、位相が９０°ずれた共振周波数の電圧を印加することにより、ヘッドに楕円運動を生じさせる超音波モータを用いることもできる。
【００４８】
さらに本発明は、円盤等の回転体の駆動に超音波モータを用いた位置決め装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】位置決め装置の概略構造を示す平面図。
【図２】超音波モータの制御形態を示すブロック図。
【図３Ａ】図５に示す制御装置によるスライダの速度データグラフ。
【図３Ｂ】図３Ａの速度データから求めた加速度データグラフ。
【図３Ｃ】図３Ｂの加速度データのＦＦＴ周波数分析結果を示すチャート。
【図３Ｄ】位置センサによる位置データからエリアシング周波数の成分をカットして得られた補正位置データから求めた加速度データグラフ。
【図３Ｅ】図３Ｄの部分拡大図。
【図３Ｆ】図２に示す制御装置によるスライダの速度データグラフ。
【図４】超音波モータの別の制御形態を示すブロック図。
【図５】超音波モータの従来の制御形態を示すブロック図。
【符号の説明】
【００５０】
１０…超音波モータ、１１…ヘッド、１２ａ・１２ｂ…圧電素子、１３…保持部材、１４ａ・１４ｂ…付勢部材、２０…制御装置、２１・２１Ａ…信号発生部、２２…信号調整部、２３…指示値発生部、２４…制御量計算部、２５…フィルタ、２６…フィルタ定数算出部、３０ａ…ガイド、３０ｂ…位置センサ、４０…操作盤、５０…スライダ、１００…位置決め装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータを用いて移動体を目標位置へ移動させる位置決め装置等に用いられる位置決め制御装置および位置決め制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ−Ｙステージ等の移動体を所定位置へ移動させて位置決めするシステムとして、移動体との間に作用する摩擦力を利用して移動体を移動させる超音波モータを用いたものが知られている。
【０００３】
図５に、超音波モータを用いた従来の移動ステージ装置の概略構成と制御ブロックを示す。この移動ステージ装置は、ステージ９１と、ステージ９１を移動させる超音波モータ９９と、ステージ９１の実位置を検出する位置センサ（エンコーダ）９２と、ステージ９１を移動させる目標位置を入力するための操作盤９４と、操作盤９４に入力された目標位置にしたがって超音波モータ９９を駆動するための制御装置９３とを備えている。
【０００４】
この制御装置９３は、移動体を目標位置へ一定時間で移動させるための位置指示量を含む移動プロファイルを作成する指示値発生部９７と、位置センサ９２によって検出されたステージ９１の位置データと指示値発生部９７から送信された位置指示値との偏差を基にしてＰＩＤ演算処理を行うことによって超音波モータ９９の制御信号を計算する制御量計算部９８と、を有する信号発生部９５を備えている。また、制御装置９３は、制御量計算部９８により得られた制御信号を超音波モータ９９の駆動信号（すなわち、電圧信号）に変換する信号調整部９６を備えている。
【０００５】
超音波モータ９９としては、ステージ９１に所定の力で押圧されたヘッドに楕円振動を生じさせるものが用いられる（例えば、特許文献１参照）。この楕円振動とは、ステージ９１を押圧する方向の成分とステージ９１の移動方向の成分とが周期的に変化することにより、ヘッドが一定の楕円軌跡を描くように振動（運動）ことを指す。
【０００６】
特許文献１に開示された超音波モータは、ここでの図示は省略するが、ステージ９１に当接させるためのヘッドと、このヘッドにその伸縮方向が一定角度で交差するように取り付けられた２個の圧電素子と、これら２個の圧電素子を保持する保持部材と、ヘッドをステージ９１に押し付ける予圧機構とを備えており、２個の圧電素子に、例えば、位相が９０°ずれた共振周波数の電圧を印加することにより、ヘッドに楕円運動を生じさせる。
【０００７】
この超音波モータ９９では、ヘッドが楕円軌道のステージ側を通るときに、ヘッドとステージ９１との間の摩擦力によって、ステージ９１はヘッドが楕円軌道の上側を移動する方向へ移動する。一方、ヘッドがその反対側を通るときには、予圧機構がヘッドの動きに追従できずにヘッドとステージ９１との間に作用する摩擦力がなくなるために、ステージ９１は逆戻りしない。
【０００８】
こうして超音波モータ９９がステージ９１を移動させる際には、ヘッドの振動がステージ９１に少なからず伝播される。そのため、例えば、ステージ９１の固有値が１００Ｈｚ付近にあるのに対し、超音波モータ９９の振動周波数（駆動周波数）が数十ｋＨｚであり、これらの間に大きな差がある場合でも、わずかながら超音波モータの駆動周波数でステージが振動し、その振動がステージ９１の位置情報の変動として位置センサ９２によって測定される位置データに乗ることがある。
【０００９】
このようにして位置データに超音波モータ９９の振動に伴う変動成分が乗ってしまうと、ステージ９１の移動制御に悪影響を及ぼすおそれがある。特に、超音波モータの振動による変動成分は、他の振動等の変動成分と比べて周波数が高い為に、位置センサ９２が測定した位置データから速度データや加速度データを計算して超音波モータ９９の制御に用いる場合には、超音波モータ９９の振動による変動成分が増幅され、本来の速度データや加速度データが増幅された変動成分（つまり、ノイズ）に埋もれてしまうおそれがある。
【００１０】
そのようになってしまうと、ステージ９１を作成した移動プロファイルに従って精度よく移動させることができなくなり、位置決め精度も低下する。このような位置決め精度の低下は、ナノメールオーダーでの位置決め制御が要求される移動ステージ、例えば、半導体製造装置に用いられるステージ装置では、特に深刻な問題となる。
【特許文献１】特開２０００−１５２６７１号公報（第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、超音波モータを用いた位置決め装置に用いられ、移動体を移動プロファイルにしたがって精度よく移動させ、また、精密な位置決めを可能とする位置決め制御装置および位置決め制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の観点によれば、移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めするために、位置センサにより測定される移動体の位置データを用いて前記超音波モータを制御する位置決め制御装置であって、
超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分を、前記位置センサにより測定される移動体の位置データからカットするためのフィルタを具備することを特徴とする位置決め制御装置が提供される。
【００１３】
本発明の第２の観点によれば、移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めするために、位置センサにより測定される移動体の位置データを用いて前記超音波モータを制御する位置決め制御装置であって、
移動体を目標位置へ一定の時間で移動させるための位置指示値を生成する指示値発生部と、
超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分を、前記位置センサにより測定される移動体の位置データと前記指示値発生部で生成された位置指示値とから求められた超音波モータの制御量からカットするためのフィルタと、を具備することを特徴とする位置決め制御装置が提供される。
【００１４】
これらの位置決め制御装置において、フィルタとしては、超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数を中心周波数とするノッチフィルタが好適に用いられる。または、超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数を算出し、フィルタの周波数カット特性を決めるフィルタ定数算出部をさらに具備する構成とすることも好ましい。
【００１５】
本発明の第３の観点によれば、上記第１の観点に係る位置決め制御装置により実行され位置決め制御方法であり、逆に言えば、その位置決め制御装置の構成を得るための位置決め制御方法、すなわち、移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めする位置決め制御方法であって、
移動体を目標位置へ移動させる位置指示値を作成し、
移動体の実際の位置を一定のサンプリング周波数で測定し、
測定された実際の移動体の位置データから、超音波モータの駆動周波数と前記位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分をカットし、
こうして得られた位置データと前記位置指示値とから超音波モータを駆動するための制御量を求め、
その制御量を電圧値に変換して超音波モータに印加することを特徴とする位置決め制御方法が提供される。
【００１６】
本発明の第４の観点によれば、上記第２の観点に係る位置決め制御装置により実行され位置決め制御方法であり、逆に言えば、その位置決め制御装置の構成を得るための位置決め制御方法、すなわち、移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めする位置決め制御方法であって、
移動体を目標位置へ移動させる位置指示値を作成し、
移動体の実際の位置を一定のサンプリング周波数で測定し、
測定された実際の移動体の位置データと前記位置指示値とから超音波モータの制御量を求め、
こうして求めた超音波モータの制御量から、超音波モータの駆動周波数と前記位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分をカットすることにより、超音波モータを駆動するための新たな制御量を求め、
この新たな制御量を電圧値に変換して超音波モータに印加することを特徴とする位置決め制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る位置決め制御装置および位置決め制御方法では、移動体が超音波モータから振動を受けることによって移動体に位置変動が生じても、その位置変動が制御へ与える悪影響を排除することができる。これにより、移動体を、移動プロファイルにしたがって精度よく移動させ、精密に位置決めすることができるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に位置決め装置１００の概略構成を示す。この位置決め装置１００は、移動体たるスライダ５０と、スライダ５０を移動させるための超音波モータ１０と、スライダ５０の移動／位置決めの制御のために超音波モータ１０の駆動制御を行う位置決め制御装置（以下「制御装置」という）２０と、スライダ５０をＸ方向にスライド自在に保持するガイド３０ａと、スライダ５０の位置を検出する位置センサ３０ｂと、スライダ５０の移動位置等を指令するための操作盤４０とを備えている。
【００１９】
ここでは、超音波モータ１０として、スライダ５０に当接するヘッド１１と、ヘッド１１を駆動するための圧電素子１２ａ，１２ｂと、圧電素子１２ａ，１２ｂを保持するための保持部材１３とを備えた構造のものを示している。なお、図１に示す符号１４ａはバネ等の付勢部材であり、この付勢部材１４ａは、ヘッド１１とスライダ５０との間にスライダ５０を移動させるために必要な摩擦力が生じるようにヘッド１１を一定の力でスライダ５０に押し付けている。また、図１に示す符号１４ｂもまたバネ等の付勢部材であり、２個の付勢部材１４ｂは保持部材１３のＸ方向でのぶれやずれを防止している。
【００２０】
ヘッド１１は、耐摩耗性に優れるエンジニアリングセラミックス（例えば、アルミナ、窒化珪素等）からなる。圧電素子１２ａ，１２ｂには、所謂、積層型圧電アクチュエータであり、電圧の印加によって生じる伸縮方向が一定角度（例えば、３０度〜９０度）で交差するように、伸縮方向端の一方がヘッド１１に取り付けられ、伸縮方向端の他方が保持部材１３の側壁部内面に取り付けられている。保持部材１３は、例えば、エンジニアプラスチックや金属からなる。
【００２１】
超音波モータ１０の駆動は、圧電素子１２ａ，１２ｂに位相が９０度ずれた共振周波数電圧を印加することにより行われ、これによりヘッド１１に楕円振動を生じさせて、スライダ５０を摩擦駆動する。スライダ５０はガイド３０ａに沿ってＸ方向に移動自在である。
【００２２】
位置センサ３０ｂは、例えば、スライダ５０のＸ方向位置（座標）を測定するための光学式センサヘッドと、光学式センサヘッドの検出信号をデジタル信号からなる位置データを得るエンコーダとを備えている。例えば、光学式センサヘッドからは一定周波数のパルスレーザが発射され、その反射光を一定の周波数でサンプリングすることによって、位置データが得られる。この位置データはデジタデータであり、エンコーダから制御装置２０へと出力される。
【００２３】
操作盤４０から制御装置２０へは、オペレータがスライダ５０を移動させる目標位置を入力することによりあるいは所定の作業プログラムの進行にしたがって自動的に、スライダ５０を目標位置へ移動させる移動指示値が送信される。
【００２４】
制御装置２０のより詳細な構成を図２に示す。制御装置２０は、超音波モータ１０を駆動するための信号を作成する信号発生部２１と、信号発生部２１で作成した駆動信号を、実際に超音波モータ１０を駆動するための電圧信号に変換するアンプたる信号調整部２２を備えている。
【００２５】
信号発生部２１は、１または複数の演算素子（プロセッサ；ＣＰＵ）と、種々の処理を実行するための制御・計算プログラムが記憶された不揮発性半導体メモリ（ＲＯＭ）と、操作盤４０，位置センサ３０ｂから入力された各種データや制御・計算プログラムにより計算されたデータ等を一時的に記憶する揮発性半導体メモリ（ＲＡＭ）等を備えており、所定のプログラムの実行により、以下に説明する指示値発生部２３，制御量計算部２４，フィルタ２５としてのそれぞれの処理機能が発現する。
【００２６】
信号発生部２１は、スライダ５０を目標位置へ移動させるという操作盤４０からの移動指示値に基づいて、スライダ５０を目標位置へ移動させるための移動プロファイルを作成する指示値発生部２３を有している。この移動プロファイルは、超音波モータ１０の動作能力に基づいて、スライダ５０を目標位置へ到達させるまでに必要な時間を定め、その時間内において、一定時間ごとにスライダ５０をどの位置にまで移動させるのかを示す位置指示値を含んでいる。
【００２７】
信号発生部２１はまた、超音波モータ１０の駆動周波数と位置センサ３０ｂによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分（すなわち、位置センサ３０ｂによって得られるスライダ５０の位置データに含まれる超音波モータ１０の振動による変動成分）を、位置センサ３０ｂにより測定されるスライダ５０の位置データからカットするためのフィルタ２５、すなわちノッチフィルタを有している。このフィルタ２５としては、このエリアシング周波数のみでなく、エリアシング周波数を中心とした一定範囲の周波数成分をカットするものが好適である。超音波モータ１０の駆動周波数（共振周波数）と位置センサ３０ｂにおける位置データのサンプリング周波数は既知であるので、エリアシング周波数は計算により求めることができる。
【００２８】
信号発生部２１はさらに、指示値発生部２３で作成した位置指示値と、フィルタ２５を通して得られた位置データ（以下「補正位置データ」という）とから、超音波モータ１０を駆動するための制御量を計算する制御量計算部２４を備えている。
【００２９】
例えば、スライダ５０の移動制御には、位置制御と速度制御とが組み合わせて用いられる。このため、制御量計算部２４は、指示値発生部２３で作成した位置指示値と補正位置データとを用いて位置偏差に基づく制御量を求め、指示値発生部２３で作成した位置指示値の時間微分により求められる速度指示値と、補正位置データの時間微分により求められる速度データとを用いて速度偏差に基づく制御量を求め、これら位置偏差と速度偏差に基づく制御量をＰＩＤ演算することにより、超音波モータ１０の駆動信号を計算する。
【００３０】
このように構成された位置決め装置１００では、スライダ５０を移動させる目標位置が操作盤４０から指示値発生部２３に入力されると、指示値発生部２３で位置指示値を含む移動プロファイルが作成され、この位置指示値に基づいて制御量計算部２４は速度指示値を計算する。一方、スライダ５０の実際の位置を位置センサ３０ｂが一定のサンプリング周波数で測定する。こうして測定されたスライダ５０の位置データから、超音波モータ１０の駆動周波数と位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分が、フィルタ２５によりカットされる。
【００３１】
このようにして得られた補正位置データに基づいて制御量計算部２４は速度データを計算する。制御量計算部２４はさらに、位置指示値と補正位置データとから位置偏差に基づく制御量を求め、また、速度指示値と速度データとから速度偏差に基づく制御量を求め、これらの制御量のＰＩＤ演算により超音波モータ１０の駆動信号を求める。
【００３２】
この駆動信号は、信号調整部２２により電圧信号に変換されて超音波モータ１０の圧電素子１２ａ，１２ｂに印加される。圧電素子１２ａ，１２ｂの駆動によりヘッド１１に楕円振動が発生し、スライダ５０をＸ方向の所定の向きに移動させる。
【００３３】
このような制御におけるフィルタ２５の役割についてより詳細に説明する。図３Ａに、先に従来技術として説明した図５の制御装置（つまり、図２の制御装置２０からフィルタ２５を除外した構造を有するもの）を用いて、スライダ５０の速度を、初速０ｍｍ／ｓｅｃの状態から２００ｍｓｅｃ後に速度８０ｍｍ／ｓｅｃへと直線的に増加させる移動プロファイル（図３Ａ中の直線）にしたがって、スライダ５０を加速させたときのスライダ５０の位置データを位置センサ３０ｂによって測定し、得られた位置データから速度データを求めた結果を示す。ここで、超音波モータ１０の駆動周波数は３８．３１４ｋＨｚであり、位置センサ３０ｂのサンプリング周波数は１０ｋＨｚである。
【００３４】
この図３Ａからスライダ５０の速度変動が大きいことがわかる。そこで、この速度変動を小さく抑えるには、一般的に加速度制御が用いられる。そこで、この速度データの時間微分により加速度データを求めると、図３Ｂに示されるように、超音波モータ１０の振動による大きな変動成分が含まれており、実際の加速度（後に示す図３Ｄに記載されたものと同等のもの）は、この変動成分に埋もれてしまっている。
【００３５】
図３Ｃは、この加速度データのＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザによる周波数分析結果を示すチャートである。図３Ｃより、図３Ｂの加速度データに含まれる大きな変動は１．６８５ｋＨｚであり、これは超音波モータ１０の駆動周波数と位置センサ３０ｂのサンプリング周波数によるエリアシングによって生じた周波数成分であることが、１０ｋＨｚ×４−３８．３１４＝１．６８６ｋＨｚ≒１．６８５ｋＨｚ、よりわかる。
【００３６】
そこで、位置センサ３０ｂが測定した位置データからエリアシング周波数の成分をカットし、こうして得られた補正位置データから速度データを求め、さらに速度データから加速度データを求めた結果を図３Ｄ，３Ｅに示す。これら図３Ｄ，３Ｅに示すように、抽出したい加速度データが得られることが確認された。なお、図３Ｅは時間２０ｍｓｅｃ〜４０ｍｓｅｃの範囲の拡大図であり、エリアシング周波数の成分カット前後での加速度データを重ねて示している。
【００３７】
そこで次に、図２の制御装置２０であって、１．６８６ｋＨｚを中心とする成分、例えば、１．６０２ｋHz〜１．７７０ｋＨｚの成分をカットするフィルタ２５を有するものを用いて、スライダ５０を図３Ａに示す移動プロファイルで移動させたときに得られた速度データを、図３Ｆに示す。この図３Ｆに示されるように、位置データからエリアシング周波数の成分を除去した制御を行うことにより、速度変動が小さく抑えられていることがわかる。このことは、ひいては、スライダ５０を停止させる際の位置決め精度を高めることにつながる。
【００３８】
次に、別の実施形態に係る，信号発生部２１Ａを有する制御装置２０Ａについて図４を参照しながら説明する。この制御装置２０Ａが先に説明した図２の制御装置２０と異なる点は、超音波モータ１０の駆動制御が位置偏差に基づく制御のみにより行われることと、フィルタ２５で除去するエリアシング周波数の決定がフィルタ定数算出部２６により行われることと、フィルタ２５の挿入位置である。以下、これらについて説明する。
【００３９】
フィルタ定数算出部２６は、位置センサ３０ｂのサンプリング周波数と超音波モータ１０の駆動周波数とから、エリアシング周波数を、例えば、先に示した数式（エリアシング周波数＝サンプリング周波数×ｎ−駆動周波数（ｎ：自然数））により求める。
【００４０】
制御装置２０Ａでは、位置センサ３０ｂにより測定された実際のスライダ５０の位置データと指示値発生部２３で作成した位置指示値とに基づいて超音波モータ１０の制御量を求めた後に、この制御量からエリアシング周波数の成分を除去する位置にフィルタ２５が挿入されている。
【００４１】
先に図２を参照して説明した制御装置２０では、フィルタ２５を位置センサ３０ｂと制御量計算部２４との間に設けたが、位置偏差に基づく制御量により超音波モータ１０を駆動する場合には、このような位置にフィルタ２５を設けることが可能である。この場合、フィルタ２５は、デジタル信号処理により、超音波モータの制御量からエリアシング周波数の成分を除去する。
【００４２】
図４に示す制御装置２０Ａを用いてスライダ５０を目標位置に移動させる場合、最初に目標位置が操作盤４０から指示値発生部２３に入力されると、指示値発生部２３で位置指示値を含む移動プロファイルが作成され、この位置指示値が制御量計算部２４に入力される。一方、スライダ５０の実際の位置を位置センサ３０ｂが一定のサンプリング周波数で測定し、その位置データが制御量計算部２４に入力される。
【００４３】
制御量計算部２４は位置指示値と位置データとから位置偏差に基づく制御量を求め、これをＰＩＤ演算することにより、超音波モータ１０の制御量を求めた後、これをフィルタ２５に通すことにより、超音波モータ１０の制御量からエリアシング周波数の成分がカットされ、超音波モータ１０の新たな制御量が得られる。なお、フィルタ２５においてカットされるエリアシング周波数は、超音波モータ１０の駆動周波数と位置センサ３０ｂのサンプリング周波数とから予め求められている。
【００４４】
この新たな制御量は、信号調整部２２において電圧信号に変換されて超音波モータ１０を構成する圧電素子１２ａ，１２ｂに印加される。このような処理によっても、位置偏差による制御量を正確に計算することができるので、スライダ５０を位置精度よく移動させることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、エリアシング周波数が既知の場合に、一定の回路構成によりそのエリアシング周波数の成分をカットするように動作するフィルタ（回路）を、位置センサから制御装置への信号伝達路の中間（制御装置２０外であってもよい）、または、制御量算出部２４から信号調整部２２への信号伝達路の中間に設けることができる。
【００４６】
超音波モータは、図１に示される構造のものに限定されるものはなく、スライダ等の移動体との接触部が楕円軌道を描くように運動することで移動体を所定方向へ移動させる超音波モータであれば、その構造は問わない。
【００４７】
具体的には、矩形圧電板と、この矩形圧電板の短辺に設けられたヘッドと、矩形圧電板の一方の主面に２行２列に形成されて対角にあるものどうしが接続されて形成された２組の駆動電極と、矩形電極板の他方の主面に形成された共通電極と、ヘッドをステージ９１に押し付ける予圧機構と有しており、これら２組の駆動電極に、例えば、位相が９０°ずれた共振周波数の電圧を印加することにより、ヘッドに楕円運動を生じさせる超音波モータを用いることもできる。
【００４８】
さらに本発明は、円盤等の回転体の駆動に超音波モータを用いた位置決め装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】位置決め装置の概略構造を示す平面図。
【図２】超音波モータの制御形態を示すブロック図。
【図３Ａ】図５に示す制御装置によるスライダの速度データグラフ。
【図３Ｂ】図３Ａの速度データから求めた加速度データグラフ。
【図３Ｃ】図３Ｂの加速度データのＦＦＴ周波数分析結果を示すチャート。
【図３Ｄ】位置センサによる位置データからエリアシング周波数の成分をカットして得られた補正位置データから求めた加速度データグラフ。
【図３Ｅ】図３Ｄの部分拡大図。
【図３Ｆ】図２に示す制御装置によるスライダの速度データグラフ。
【図４】超音波モータの別の制御形態を示すブロック図。
【図５】超音波モータの従来の制御形態を示すブロック図。
【符号の説明】
【００５０】
１０…超音波モータ、１１…ヘッド、１２ａ・１２ｂ…圧電素子、１３…保持部材、１４ａ・１４ｂ…付勢部材、２０…制御装置、２１・２１Ａ…信号発生部、２２…信号調整部、２３…指示値発生部、２４…制御量計算部、２５…フィルタ、２６…フィルタ定数算出部、３０ａ…ガイド、３０ｂ…位置センサ、４０…操作盤、５０…スライダ、１００…位置決め装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めするために、位置センサにより測定される移動体の位置データを用いて前記超音波モータを制御する位置決め制御装置であって、
超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分を、前記位置センサにより測定される移動体の位置データからカットするためのフィルタを具備することを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めするために、位置センサにより測定される移動体の位置データを用いて前記超音波モータを制御する位置決め制御装置であって、
移動体を目標位置へ一定の時間で移動させるための位置指示値を生成する指示値発生部と、
超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分を、前記位置センサにより測定される移動体の位置データと前記指示値発生部で生成された位置指示値とから求められた超音波モータの制御量からカットするためのフィルタと、を具備することを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項３】
前記フィルタは、超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数を中心周波数とするノッチフィルタであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置決め制御装置。
【請求項４】
超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数を算出し、前記フィルタの周波数カット特性を決めるフィルタ定数算出部をさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置決め制御装置。
【請求項５】
移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めする位置決め制御方法であって、
移動体を目標位置へ移動させる位置指示値を作成し、
移動体の実際の位置を一定のサンプリング周波数で測定し、
測定された実際の移動体の位置データから、超音波モータの駆動周波数と前記位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分をカットし、
こうして得られた位置データと前記位置指示値とから超音波モータを駆動するための制御量を求め、
その制御量を電圧値に変換して超音波モータに印加することを特徴とする位置決め制御方法。
【請求項６】
移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めする位置決め制御方法であって、
移動体を目標位置へ移動させる位置指示値を作成し、
移動体の実際の位置を一定のサンプリング周波数で測定し、
測定された実際の移動体の位置データと前記位置指示値とから超音波モータの制御量を求め、
こうして求めた超音波モータの制御量から、超音波モータの駆動周波数と前記位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分をカットすることにより、超音波モータを駆動するための新たな制御量を求め、
この新たな制御量を電圧値に変換して超音波モータに印加することを特徴とする位置決め制御方法。
【請求項１】
移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めするために、位置センサにより測定される移動体の位置データを用いて前記超音波モータを制御する位置決め制御装置であって、
超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分を、前記位置センサにより測定される移動体の位置データからカットするためのフィルタを具備することを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めするために、位置センサにより測定される移動体の位置データを用いて前記超音波モータを制御する位置決め制御装置であって、
移動体を目標位置へ一定の時間で移動させるための位置指示値を生成する指示値発生部と、
超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分を、前記位置センサにより測定される移動体の位置データと前記指示値発生部で生成された位置指示値とから求められた超音波モータの制御量からカットするためのフィルタと、を具備することを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項３】
前記フィルタは、超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数を中心周波数とするノッチフィルタであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置決め制御装置。
【請求項４】
超音波モータの駆動周波数と位置センサによる位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数を算出し、前記フィルタの周波数カット特性を決めるフィルタ定数算出部をさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置決め制御装置。
【請求項５】
移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めする位置決め制御方法であって、
移動体を目標位置へ移動させる位置指示値を作成し、
移動体の実際の位置を一定のサンプリング周波数で測定し、
測定された実際の移動体の位置データから、超音波モータの駆動周波数と前記位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分をカットし、
こうして得られた位置データと前記位置指示値とから超音波モータを駆動するための制御量を求め、
その制御量を電圧値に変換して超音波モータに印加することを特徴とする位置決め制御方法。
【請求項６】
移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めする位置決め制御方法であって、
移動体を目標位置へ移動させる位置指示値を作成し、
移動体の実際の位置を一定のサンプリング周波数で測定し、
測定された実際の移動体の位置データと前記位置指示値とから超音波モータの制御量を求め、
こうして求めた超音波モータの制御量から、超音波モータの駆動周波数と前記位置データのサンプリング周波数とのエリアシング周波数の成分をカットすることにより、超音波モータを駆動するための新たな制御量を求め、
この新たな制御量を電圧値に変換して超音波モータに印加することを特徴とする位置決め制御方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２５２９５９（Ｐ２００８−２５２９５９Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８７０６４（Ｐ２００７−８７０６４）
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
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