位置決め装置
【課題】特定のエリアでは高い位置決め精度を確保しつつ、全体として比較的安価な位置決め装置を提供する。
【解決手段】 位置制御されるスライダ１と、このスライダ１と対向する面に磁極の歯が形成されてスライダ１と平面モータを構成するプラテン１０とを備えた位置決め装置において、
スライダ１の位置を検出するレゾルバ３０ａ〜３０ｃ（以下レゾルバ３０とする。）と、
プラテン１０の特定のエリアＡにおけるスライダ１の位置をレゾルバ３０よりも高い精度で検出するレーザ干渉計２０ａ，２０ｂ（以下レーザ干渉計２０とする。）と、
スライダ１の位置に応じてレゾルバ３０またはレーザ干渉計２０のいずれかの位置検出装置を選択する切替スイッチ１００ｃと、
位置指令値および切替スイッチ１００ｃで選択された位置検出装置で検出される位置検出値に基づいてスライダ１の位置制御を実行する位置制御部１０２と、
を備えたことを特徴とする位置決め装置。
【解決手段】 位置制御されるスライダ１と、このスライダ１と対向する面に磁極の歯が形成されてスライダ１と平面モータを構成するプラテン１０とを備えた位置決め装置において、
スライダ１の位置を検出するレゾルバ３０ａ〜３０ｃ（以下レゾルバ３０とする。）と、
プラテン１０の特定のエリアＡにおけるスライダ１の位置をレゾルバ３０よりも高い精度で検出するレーザ干渉計２０ａ，２０ｂ（以下レーザ干渉計２０とする。）と、
スライダ１の位置に応じてレゾルバ３０またはレーザ干渉計２０のいずれかの位置検出装置を選択する切替スイッチ１００ｃと、
位置指令値および切替スイッチ１００ｃで選択された位置検出装置で検出される位置検出値に基づいてスライダ１の位置制御を実行する位置制御部１０２と、
を備えたことを特徴とする位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置決め装置に関し、詳しくは、平面モータを構成するプラテンに対するスライダの位置を制御する位置決め装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３は従来の位置決め装置の一例を示す構成図である。四辺形のプラテン１０上に四辺形のスライダが搭載されており、プラテン１０上でＸ軸方向およびＹ軸方向に位置制御される。プラテン１０とスライダのそれぞれの対向面には所定ピッチの磁極の歯（以下単に歯という）が形成されており、平面モータを構成している。この平面モータを駆動することによって、スライダは指定された位置に移動する。
【０００３】
スライダの側辺の３辺にはバーミラーが設けられている。プラテン１０の辺１０ａ〜１０ｃにはスライダの位置検出を行う複数のレーザ干渉計が固定配置されている。プラテンの一方の対向する辺１０ａ，１０ｂに配置されたレーザ干渉計はスライダのＸ軸方向の位置検出を行い、辺１０ｃに配置されたレーザ干渉計はスライダのＹ軸方向の位置検出を行う。レーザ干渉計は、出射したレーザ光とこのレーザ光がスライダのバーミラーで反射されて戻ってくる反射光との干渉に基づき、スライダの位置を高精度に検出する。さらに詳しくは、レーザ干渉計は、反射光との干渉に基づいてレーザ干渉計とバーミラーとの間の距離に応じた検出信号を出力し、この検出信号に基づいてスライダの位置が算出される。
【０００４】
レーザ干渉計で位置検出が可能なスライダの位置範囲は、スライダのバーミラーからの反射光がそのレーザ干渉計から外れる直前位置までに限られる。そのため、レーザ干渉計をスライダの移動方向に沿って複数設け、スライダの移動に伴いこれら複数のレーザ干渉計の中から使用すべきレーザ干渉計を切り替えることによって、スライダが移動可能な全エリアにおいてスライダの位置検出を可能としている。
【０００５】
なお、プラテン１０の辺１０ａ，１０ｂに配置されたレーザ干渉計は、それぞれスライダのＸ軸方向の位置を２点ずつ検出して、スライダの回転角θを求めている。検出されたスライダの位置および回転角θは、平面モータにフィードバックされ、スライダの位置制御や姿勢制御に利用される。下記特許文献１には、レーザ干渉計を用いてスライダの位置検出を行う位置決め装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１６３４１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、位置決め装置の用途によっては、必ずしもスライダが移動可能な全エリアにおいて高い位置決め精度が必要とされているわけではなく、特定のエリアにおいてのみ高い位置決め精度を得ることができればよいという場合がある。このような場合には、その特定エリア以外のエリアでは、レーザ干渉計の位置検出精度はオーバースペックとなる。
【０００８】
レーザ干渉計は、高価な部品であるため、オーバースペックとなるエリアについてまでレーザ干渉計を用いて位置検出を行うのは、位置決め装置の不要なコストアップにつながる。
【０００９】
また、上記のようにレーザ干渉計の切り替えを伴う位置検出システムでは、レーザ干渉計切り替え時に発生する誤差が位置検出値に累積されていってしまう。そのため、高い位置決め精度が必要とされる特定エリアにおいても、レーザ干渉計本来の位置検出精度が得られない場合がある。
【００１０】
本発明は、従来装置の問題をなくし、特定のエリアでは高い位置決め精度を確保しつつ、全体として比較的安価な位置決め装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記のような目的を達成するために、請求項１の発明は、
位置制御されるスライダと、このスライダと対向する面に磁極の歯が形成されて前記スライダと平面モータを構成するプラテンとを備えた位置決め装置において、
前記スライダの位置を検出する第１の位置検出装置と、
前記プラテンの特定のエリア内における前記スライダの位置を前記第１の位置検出装置よりも高い精度で検出する第２の位置検出装置と、
前記スライダの位置に応じて前記第１または第２の位置検出装置のいずれかを選択する切替手段と、
位置指令値および前記切替手段で選択された位置検出装置で検出される位置検出値に基づいて前記スライダの位置制御を実行する位置制御部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、
請求項１に記載の位置決め装置において、前記第１および第２の位置検出装置の切り替え前後で前記スライダを同じ位置に維持する補正を行う補正部を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、
請求項２に記載の位置決め装置において、前記補正部は、前記切替手段が位置検出装置を切り替える際に、前記第１の位置検出装置の検出誤差に基づいて、前記位置指令値および前記第２の位置検出装置で検出される位置検出値を補正することを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、
請求項３に記載の位置決め装置において、前記第１の位置検出装置の検出誤差は、前記プラテンの前記スライダの現在位置に対応する歯に固有の検出誤差であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、
請求項３に記載の位置決め装置において、前記第１の位置検出装置の検出誤差は、前記プラテンの歯ピッチに同期して現れる検出誤差であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、
請求項１〜５のいずれかに記載の位置決め装置において、前記第１の位置検出装置は前記スライダに設けられたレゾルバであり、
前記第２の位置検出装置はレーザ干渉計であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、
第１の位置検出装置と、プラテンの特定のエリア内におけるスライダの位置を第１の位置検出装置よりも高い精度で検出する第２の位置検出装置とを備え、スライダの位置に応じてこれらの位置検出装置を使い分けることによって、特定のエリアでは高い位置決め精度を確保しつつ、全体として比較的安価な位置決め装置を提供することができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、
前記第１および第２の位置検出装置の切り替え前後で前記スライダを同じ位置に維持する補正を行う補正部を備えているため、位置検出装置の切り替え時に発生するスライダの急激な移動を防止できる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、
前記補正部は、位置検出装置を切り替える際に、前記第１の位置検出装置の検出誤差に基づいて、前記位置指令値および前記第２の位置検出装置で検出される位置検出値を補正するため、第１の位置検出装置の検出誤差に起因して発生するスライダの急激な移動を防止できる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、
前記第１の位置検出装置の検出誤差は、前記プラテンの前記スライダの現在位置に対応する歯に固有の検出誤差であるため、プラテンの歯に不揃いや加工誤差などがある場合でも、位置検出装置の切り替え位置によらず、スライダの急激な移動を確実に防止できる。
【００２１】
請求項５の発明によれば、
前記第１の位置検出装置の検出誤差は、前記プラテンの歯ピッチに同期して現れる検出誤差であるため、位置検出装置の切り替え時のスライダ位置と、そのスライダ位置に対応するプラテンの歯との相対的な位置関係によらず、スライダの急激な移動を確実に防止できる。
【００２２】
請求項６の発明によれば、
第１の位置検出装置はレゾルバであり、第２の位置検出装置はレーザ干渉計であるため、レーザ干渉計で高い位置検出精度を確保するとともに、レゾルバにより位置決め装置全体の低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施例１では、スライダの位置検出を行う第１の位置検出装置としてレゾルバを、第２の位置検出装置としてレーザ干渉計を利用する。レゾルバを構成する主な部品はコアとコイルであり、レーザ干渉計など他のセンサに比較して構造が簡単で安価である。また、レゾルバのコアとコイルはいずれも耐久性が大きいため、メンテナンスが容易である。まず、レゾルバの動作原理について説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１はレゾルバが位置に応じた信号を出力する動作原理の説明図である。レゾルバのセンサ部２００は、コア２０１と、このコア２０１に巻かれたコイル２０２で構成される。センサ部２００はプラテン１０上に所定の空隙を介して配置される。コア２０１のプラテン１０と対向する面には、プラテン１０の歯と同じピッチＬで歯が形成されている。
【００２５】
プラテン１０とコア２０１との間には、プラテン１０の歯とコア２０１の歯の相対位置に応じたインピーダンスＺが存在する。コイル２０１に励磁電圧として一定振幅の矩形電圧を入力すると、コア２０１が励磁されてプラテン１０との間に磁気回路Ｂが形成される。この磁気回路ＢはインピーダンスＺにより影響を受けるため、結果としてコイル２０２の端子間電圧はプラテン１０とコア２０１の相対位置に応じて変化する。そこで、コイル２０２の端子間電圧を取り出し、その振幅を検出信号とする。
【００２６】
図１の（ａ）は、コア２０１の歯とプラテン１０の歯との対向する面積が最大、すなわち位相差が０°となる相対位置を示している。このときインピーダンスＺは最小となり、検出信号は最大となる。
一方、図１の（ｂ）は、コア２０１の歯とプラテン１０の歯との対向する面積が最小、すなわち位相差が１８０°となる相対位置を示している。このときインピーダンスＺは最大となり、検出信号は最小となる。
【００２７】
センサ部２００がプラテン１０上を移動すると、インピーダンスＺは正弦波状に変化する。そのため、検出信号は、図１の（ｃ）に示すように、ピッチＬの周期で正弦波状に変化する。
【００２８】
レゾルバは、このようなセンサ部２００を２組用意し、図２に示すようにプラテン１０に対する位相を９０°ずらして配置して構成する。センサ部２００の一方をｓｉｎ相、他方をｃｏｓ相とし、これらのセンサ部から得られる検出信号のアークタンジェントを取ることによって、レゾルバのプラテン１０に対する位相差、すなわちプラテン１０の歯に対する相対位置が求められる。なお、プラテン１０のどの歯に対する相対位置かは、検出信号が原点位置から繰り返す正弦波の山の数をカウントして求められる。以上より、レゾルバによって原点位置からの位置に応じた信号を取り出すことができる。なお、一般的にレーザ干渉計の方がレゾルバよりも高い位置検出精度を有する。
【００２９】
図３は、本実施例の位置決め装置の構成を示す上面図である。
プラテン１０上にエアベアリングを利用してスライダ１が搭載されている。プラテン１０とスライダ１のそれぞれの対向面にはＸ軸方向およびＹ軸方向に一定ピッチＬの歯１０ａ，１ａが形成されており、平面モータを構成している。スライダ１は、プラテン１０上でこの平面モータによりＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ軸方向に位置制御される。なお、本図ではプラテン１０の歯を一部省略して示している。
【００３０】
スライダ１は矩形状をしており、スライダ１の各辺はＸ軸またはこのＸ軸に直交するＹ軸のいずれかに沿うようにプラテン１０上に配置されている。
【００３１】
プラテン１０のＹ軸に沿った辺にレーザ干渉計２０ａが、Ｘ軸に沿った辺にレーザ干渉計２０ｂが固定配置されている。また、スライダ１のレーザ干渉計２０ａに対向する側辺にバーミラー２１ａが、レーザ干渉計２０ｂに対向する側辺にバーミラー２１ｂが搭載されている。レーザ干渉計２０ａはスライダ１のＸ位置を検出し、レーザ干渉計２０ｂはスライダ１のＹ位置を検出する。また、レーザ干渉計２０ｂではスライダ１のＹ位置を２点検出し、検出されたＹ位置の差分に基づいてスライダ１の回転角θが検出される。
【００３２】
さらに、レゾルバ３０ａ〜３０ｃがスライダ１に設けられている。レゾルバ３０ａ〜３０ｃは、スライダ１のプラテン１０との対向面の辺縁部に埋設されている。レゾルバ３０ａ，３０ｂは、それぞれスライダ１のＸ軸方向の中央部に埋設され、レゾルバ３０ｃはスライダ１のＹ軸方向の中央部に埋設されている。レゾルバ３０ａ，３０ｂは、プラテン１０との対向面にＸ軸方向に一定ピッチＬで歯が形成されており、スライダ１の中央部のＸ位置を検出する。レゾルバ３０ｃは、プラテン１０との対向面にＹ軸方向に一定ピッチＬで歯が形成されており、スライダ１の中央部のＹ位置を検出する。また、レゾルバ３０ａ，３０ｂで検出されたＸ位置の差分に基づいて、スライダ１の回転角θが検出される。
【００３３】
レーザ干渉計２０ａ，２０ｂの検出信号Ｏia，Ｏibと、レゾルバ３０ａ〜３０ｃの検出信号Ｏra，Ｏrb，Ｏrcは、それぞれ図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタル化され、その後図示しない演算部１００に入力される。演算部１００は、これらの検出信号に基づいてスライダ１の現在位置および回転角を算出する。算出されたスライダ１の現在位置と回転角は、平面モータにフィードバックされ、スライダ１の位置制御や姿勢制御に利用される。
【００３４】
以下、レーザ干渉計２０ａ，２０ｂを代表するときはレーザ干渉計２０と記載し、レゾルバ３０ａ〜３０ｃを代表するときはレゾルバ３０と記載する。また、検出信号Ｏia，Ｏibを代表するときは検出信号Ｏiと記載し、検出信号Ｏra，Ｏrb，Ｏrcを代表するときは検出信号Ｏrと記載する。
【００３５】
図４は、プラテン１０のエリア分けを示す図である。エリアＡは、プラテン１０上でスライダ１に高い位置決め精度が必要とされるエリアである。エリアＢは、プラテン１０上のエリアＡ以外のエリアであり、エリアＡほど高い位置決め精度が必要とされないエリアである。
以下、「スライダ１がエリアＡに位置する」とはスライダ１の全体がエリアＡ内に入っている状態を意味し、「スライダ１がエリアＢに位置する」とはスライダ１の少なくとも一部がエリアＡから出ている状態を意味する。
【００３６】
スライダ１がエリアＡに位置する場合には、レーザ干渉計２０によりスライダ１の位置検出を行う。スライダ１がエリアＢに位置する場合には、レゾルバ３０によりスライダ１の位置検出を行う。
【００３７】
なお、レゾルバ３０はプラテン１０上の全面で位置検出が可能であるが、レーザ干渉計２０はスライダ１の位置によって位置検出できる範囲が限定される。レーザ干渉計２０により位置検出が可能なスライダ１のＹ軸方向の範囲は、バーミラー２１ａからの反射光がレーザ干渉計２０ａから外れる直前位置までである。また、スライダ１のＸ軸方向の範囲は、バーミラー２１ｂからの反射光がレーザ干渉計２０ｂから外れる直前位置までとなる。そのため、エリアＡの位置やサイズに合わせて、レーザ干渉計２０ａ，２０ｂの取り付け位置や、バーミラー２１ａ，２１ｂのサイズ、スライダ１のサイズを決定する。
スライダ１がエリアＢに位置している場合には、レーザ干渉計２０による位置検出値は不定となる。
【００３８】
図５は本実施例の位置決め装置の詳細を示すブロック図である。
位置決め装置は、位置制御部１０２、スライダ１、レーザ干渉計２０、レゾルバ３０、演算部１００から構成されている。演算部１００は、測定処理部１００ａ，１００ｂ、切替スイッチ１００ｃ、座標確立部１００ｄ、補正部１００ｅから構成されている。位置決め装置は、上位装置から各種の指示信号やスライダ１の位置指令値が与えられる。
【００３９】
位置指令値生成部１０１は、上位装置に含まれ、スライダ１の位置指令値Ｐcmdを生成する。位置制御部１０２は、位置指令値生成部１０１から位置指令値Ｐcmdが与えられる。位置指令値Ｐcmdはスライダ１を移動させたい座標（Ｘcmd，Ｙcmd，θcmd）、すなわち目標位置を示す信号である。位置制御部１０２は、位置指令値Ｐcmdをスライダ１の平面モータに供給する駆動電流に変換し、スライダ１を移動させる。
【００４０】
レーザ干渉計２０の検出信号Ｏiは、測定処理部１００ａに入力される。また、レゾルバ３０の検出信号Ｏrは、測定処理部１００ｂに入力される。測定処理部１００ａは、入力された検出信号Ｏiを位置検出値Ｐi（Ｘi，Ｙi，θi）に変換し、切替手段１００ｃに出力する。また、測定処理部１００ｂは、入力された検出信号Ｏrを位置検出値Ｐr（Ｘr，Ｙr，θr）に変換し、切替スイッチ１００ｃに出力する。
【００４１】
切替スイッチ１００ｃは、上位装置より与えられる切替指示信号Ｓ１に従って位置検出値Ｐi，Ｐrのいずれかに切り替える。切替スイッチ１００ｃは、選択した位置検出値を位置フィードバック信号Ｐfbとして位置制御部１０２にフィードバックする。位置制御部１０２は、フィードバック信号Ｐfbと位置指令値Ｐcmdとの偏差がゼロとなるように、スライダ１をサーボ制御する。
【００４２】
切替指示信号Ｓ１は、スライダ１がエリアＢからエリアＡに移動する場合には位置検出値Ｐiを選択するように切り替えられ、エリアＡからエリアＢに移動する場合には位置検出値Ｐrを選択するように切り替えられる。これにより、レーザ干渉計２０とレゾルバ３０が切り替えられる。
【００４３】
次に、レーザ干渉計２０とレゾルバ３０の切り替え時の動作について説明する。
スライダ１がエリアＢからエリアＡへ移動する場合と、エリアＡからエリアＢに移動する場合について順に説明する。
【００４４】
＜エリアＢからエリアＡへ移動する場合＞
レゾルバ３０による位置検出から、レーザ干渉計２０による位置検出を確立する動作を行う。
【００４５】
レーザ干渉計２０はエリアＢでは位置検出値が不定であり、また、レーザ干渉計２０はインクリメント式の検出装置である。そのため、レーザ干渉計２０による位置検出を確立するためには、スライダ１がエリアＡに進入後、レーザ干渉計２０による位置検出を開始する時点で初期値を与える必要がある（ステップＳＴ１）。
【００４６】
座標確立部１００ｄは、測定処理部１００ｂから位置検出値Ｐrが入力される。また、座標確立部１００ｄは、スライダ１がエリアＡに進入後、上位装置よりレーザ干渉計２０による位置検出の確立を指示する確立指示信号Ｓ２が入力される。座標確立部１００ｄは、確立指示信号Ｓ２の入力に応じて位置検出値Ｐrを測定処理部１００ａに出力する。測定処理部１００ａは、入力された位置検出値Ｐrを位置検出値Ｐiにプリセットする（ステップＳＴ２）。その後、切り替え手段１００ｃは、位置検出値をＰrからＰiに切り替える（ステップＳＴ３）。
【００４７】
ところで、レゾルバ３０でスライダ１の位置検出を行うと、位置検出値Ｐrにはスライダ１の位置に応じた位置検出誤差Ｅ（Ｅx，Ｅy，Ｅθ）が現れる。位置検出値Ｐiに位置検出値Ｐrをプリセットすることにより、その後の位置検出値Ｐiにも継続して位置検出誤差Ｅが付加されてしまう。エリアＡでは高い位置検出精度が必要とされるため、位置検出値Ｐiからこの位置検出誤差Ｅを補正する必要がある。
【００４８】
補正部１００ｅは位置検出誤差Ｅの補正を行う。補正部１００ｅには、測定処理部１００ｂから位置検出値Ｐrが入力される。また、補正部１００ｅは、上位装置より位置検出誤差Ｅの補正を指示する補正指示信号Ｓ３が入力される。補正部１００ｅには、位置検出値Ｐrと、その位置における位置検出誤差Ｅとをあらかじめ対応付けておく。補正部１００ｅは、補正指示信号Ｓ３の入力に応じて位置検出値Ｐrに対応する位置検出誤差Ｅを求め、測定処理部１００ａに出力する。測定処理部１００ａは、プリセットした位置検出値Ｐrから位置検出誤差Ｅを減算し、位置検出値Ｐiの初期値とする（ステップＳＴ４）。これにより、位置検出値Ｐiから位置検出誤差Ｅが除去される。すなわち、切り替え後の位置フィードバック信号Ｐfbから位置検出誤差Ｅが除去される。
【００４９】
なお、位置検出値Ｐiを位置検出誤差Ｅで補正することにより、位置フィードバック信号Ｐfbと位置指令値Ｐcmdの値が異なる値となる。位置フィードバック信号Ｐfbと位置指令値Ｐcmdを同じ値に保つため、位置指令値Ｐcmdに対しても位置検出誤差Ｅの補正を行う。
【００５０】
補正部１００ｅは、測定処理部１００ａとともに位置指令値生成部１０１にも位置検出誤差Ｅを出力する。位置指令値生成部１０１は、位置指令値Ｐcmdから位置検出誤差Ｅを減算し、これを新しい位置指令値Ｐcmdとして出力する（ステップＳＴ５）。これにより、切替スイッチ１００ｃによる切り替えの前後において、位置指令値Ｐcmdと位置フィードバック信号Ｐfbが一致した状態が保たれる。
【００５１】
なお、ステップＳＴ４とステップＳＴ５は、同時に行う。位置指令値Ｐcmdと位置フィードバック信号Ｐfbが乖離する期間が生じると、位置指令値Ｐcmdと位置フィードバック信号Ｐfbの偏差が瞬間的に変化する。位置制御部１０２は、偏差が瞬間的に変化したことに起因してスライダ１を急激に移動させてしまい、スライダ１上に搭載されたワークが過大な加速度を受け損傷する場合があるためである。
【００５２】
ステップＳＴ２〜ＳＴ５までの処理は、スライダ１をプラテン１０の同一地点に位置させた状態で行う。さらに、ステップＳＴ４とステップＳＴ５は、ステップＳＴ３の直後、またはステップＳＴ３と同時に行う。
以上により、レーザ干渉計２０による位置検出が確立される。
【００５３】
＜エリアＡからエリアＢへ移動する場合＞
レーザ干渉計２０による位置検出から、レゾルバ３０による位置検出に移行する動作を行う。
【００５４】
レゾルバ３０による位置検出に移行する動作は、スライダ１がエリアＡに位置した状態で行う。スライダ１がエリアＡに位置しているときは、位置検出値Ｐi，Ｐrの両方が得られる。位置検出値Ｐrには位置検出誤差Ｅが含まれている。この位置検出誤差Ｅはスライダ１の位置に依存するため、レーザ干渉計２０の確立時に補正に利用した位置検出誤差値と異なる。そのため、通常、位置検出値Ｐiと位置検出値Ｐrは一致しない（ステップＳＴ６）。
【００５５】
この状態で切替スイッチ１００ｃを位置検出値ＰiからＰrへと切り替えると、切り替え前後で位置フィードバック信号が乖離する。そのため、再度補正部１００ｅにより位置検出誤差Ｅの補正を行う。
【００５６】
補正部１００ｅには、再度上位装置より補正指示信号Ｓ３が入力され、位置検出値Ｐrに対応する位置検出誤差Ｅを求める。補正部１００ｅは、求めた位置検出誤差Ｅを測定処理部１００ａに出力する。測定処理部１００ａは、現在の位置検出値Ｐiに位置検出誤差Ｅを加算し、新しい位置検出値Ｐiとして出力する（ステップＳＴ７）。これにより、位置検出値Ｐiは位置検出値Ｐrと一致する。
【００５７】
さらに、補正部１００ｅは、位置指令値生成部１０１に位置検出誤差Ｅを出力する。位置指令値生成部１０１は、位置指令値Ｐcmdに位置検出誤差Ｅを加算し、これを新しい位置指令値Ｐcmdとして出力する（ステップＳＴ８）。ステップＳＴ８はステップＳＴ７と同時に行う。その後、切り替え手段１００ｃは、位置検出値をＰiからＰrに切り替える（ステップＳＴ９）。これにより、切替スイッチ１００ｃによる切り替えの前後において、位置指令値Ｐcmdと位置フィードバック信号Ｐfbが一致した状態が保たれる。
【００５８】
ステップＳＴ７〜ＳＴ９の処理は、スライダ１をプラテン１０の同一地点に位置させた状態で行う。さらに、ステップＳＴ７とＳＴ８は、ステップＳＴ９の直前またはＳＴ９と同時に行う。
以上により、レゾルバ３０による位置検出への移行が完了する。
その後、スライダ１がエリアＡから出ると、レーザ干渉計２０では検出信号Ｏiが得られなくなり、位置検出値Ｐiは不定となる。
【００５９】
なお、図５では位置指令値生成部１０１、位置制御部１０２および演算部１００を機能ブロックのみで示しているが、実際にはＣＰＵで構成される。
【００６０】
図６は位置検出装置の切り替え時における各信号の値の変化を示す図であり、（ａ）はスライダ１がエリアＢからエリアＡへ移動する場合、（ｂ）はスライダ１がエリアＡからエリアＢへ移動する場合の信号の変化である。なお、簡単のためＸ軸方向の値のみ示す。
【００６１】
ステップＳＴ１において、位置指令値Ｘcmdおよび位置検出値Ｘrはともに10000である。レーザ干渉計２０は確立前のため位置検出値Ｘiは不定である。位置検出値Ｘr＝10000のときの位置検出誤差Ｅx＝＋50であり、スライダ１は実際にはＸ＝9950に位置している。
【００６２】
位置検出値Ｘrの値が位置検出値ＸiにプリセットされてＸi＝10000となる（ステップＳＴ２）。その後、切替スイッチ１００ｃにより位置検出装置がレゾルバ３０からレーザ干渉計２０に切り替えられる（ステップＳＴ３）。また、位置検出値Ｘiから位置検出誤差Ｅxが減算されてＸi＝9950となり（ステップＳＴ４）、位置指令値Ｘcmdから位置検出誤差Ｅxが減算されてＸcmd＝9950となる（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ４とステップＳＴ５は同時に行われるため、切り替えの前後において位置指令値Ｘcmdと位置フィードバック信号Ｘfbは常に一致している。そのため、切り替え前後でスライダ１は移動しない。
【００６３】
ステップＳＴ６において、位置指令値Ｘcmd、位置検出値Ｘiおよびスライダ位置はすべて20000である。スライダ１がこの位置にあるとき、レゾルバ３０による位置検出では位置検出値Ｘr＝19900であり、位置検出誤差Ｅx＝−100である。
【００６４】
位置検出値Ｘiに位置検出誤差Ｅxが加算されてＸi＝19900となり（ステップＳＴ７）、位置指令値Ｘcmdに位置検出誤差Ｅxが加算されてＸcmd＝19900となる（ステップＳＴ８）。その後、切替スイッチ１００ｃにより位置検出装置がレーザ干渉計２０からレゾルバ３０に切り替えられる（ステップＳＴ９）。ステップＳＴ７とステップＳＴ８は同時に行われるため、切り替えの前後において位置指令値Ｘcmdと位置フィードバック信号Ｘfbは常に一致している。そのため、切り替え前後でスライダ１は移動しない。
【００６５】
次に、位置検出誤差Ｅ（Ｅx，Ｅy，Ｅθ）について説明する。
本実施例では、位置検出誤差Ｅを、プラテンの歯ピッチに同期して現れる誤差（位置検出誤差Ｅa）と、プラテン１０の各歯それぞれに固有の誤差（位置検出誤差Ｅb）の２種類に分けて誤差値を求める。位置検出誤差Ｅa，Ｅbは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびθ軸方向それぞれについて測定する。なお、位置検出誤差Ｅの取得は、位置決め装置の製造時など、実稼動に先立って行う。
【００６６】
まず、位置検出誤差Ｅa（Ｅax，Ｅay，Ｅaθ）について説明する。
レゾルバ３０は、プラテン１０の歯１０ａに対する相対位置に基づいて検出信号を生成する。そのため、レゾルバ３０の検出信号には、歯ピッチＬの周期で位置検出誤差が現れる。
【００６７】
図７はプラテン１０の歯１０ａの拡大図である。歯１０ａを格子状に複数のエリアに分割し、各格子点にスライダ１を位置決めしたときに発生する位置検出誤差Ｅaを測定する。位置検出誤差は、スライダ１の上面に位置決め用マークを付しておき、プラテン１０の上方に固定したカメラでその位置決め用マークの実際の位置を観測し、観測された位置を理論値と比較することによって求める。なお、歯１０ａ内におけるＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を示す場合に、添え字pを付加する。
【００６８】
図７において、位置（Ｘp[m]，Ｙp[n]）の格子点をＢ１、位置（Ｘp[m]，Ｙp[n+1]）の格子点をＢ２、位置（Ｘp[m+1]，Ｙp[n+1]）の格子点をＢ３、位置（Ｘp[m+1]，Ｙp[n]）の格子点をＢ４とする。
【００６９】
図８は、位置検出誤差Ｅaを示す図であり、図７の網掛け部分を拡大して示したものである。図８の（ａ）はＸ軸方向の位置検出誤差Ｅax、（ｂ）はＹ軸方向の位置検出誤差Ｅay、（ｃ）はθ軸方向の位置検出誤差Ｅaθである。
【００７０】
各格子点で区切られる各エリア内部の位置検出誤差Ｅaは、周囲の格子点における位置検出誤差から内挿して求める。たとえば、図中の点Ｂ（ｘp，ｙp）における位置検出誤差Ｅax，Ｅay，Ｅaθは、点Ｂが存在するエリアを区切る格子点Ｂ１〜Ｂ４における位置検出誤差から内挿して算出する。
【００７１】
格子点Ｂ１〜Ｂ４におけるＸ軸方向の位置検出誤差を、それぞれ
Ｅax[m][n]、Ｅax[m][n+1]、Ｅax[m+1][n+1]、Ｅax[m+1][n]
としたとき、点Ｂにおける位置検出誤差Ｅaxは、以下のように表現できる。
【００７２】
また、格子点Ｂ１〜Ｂ４におけるＹ軸方向の位置検出誤差を、それぞれ
Ｅay[m][n]、Ｅay[m][n+1]、Ｅay[m+1][n+1]、Ｅay[m+1][n]
としたとき、点Ｂにおける位置検出誤差Ｅayは、以下のように表現できる。
【００７３】
また、格子点Ｂ１〜Ｂ４におけるθ軸方向の位置検出誤差を、それぞれ
Ｅaθ[m][n]、Ｅaθ[m][n+1]、Ｅaθ[m+1][n+1]、Ｅaθ[m+1][n]
としたとき、点Ｂにおける位置検出誤差Ｅaθは、以下のように表現できる。
【００７４】
次に、位置検出誤差Ｅb（Ｅbx，Ｅby，Ｅbθ）について説明する。
プラテン１０の歯１０ａには、加工誤差によって歯の不揃いなどが発生している。そのため、レゾルバ３０の検出信号には、各歯それぞれに固有の誤差が現れる。
【００７５】
図９はプラテン１０を示す図である。プラテン１０を格子状に複数のエリアに分割し、各格子点にスライダ１を位置決めしたときに発生する位置検出誤差Ｅbを求める。図９の位置検出誤差は、スライダ１の上面に位置決め用マークを付しておき、プラテン１０の上方に固定したカメラでその位置決め用マークの実際の位置を観測し、観測された位置を理論値と比較することによって求める。
【００７６】
なお、位置検出誤差の観測値をＥb’としたとき、観測値Ｅb’には位置検出誤差Ｅaが含まれている。そのため、位置検出誤差Ｅbは、観測値Ｅb’から位置検出誤差Ｅaを減算して求める。
【００７７】
図９において、位置（Ｘ[h]，Ｙ[k]）の格子点をＣ１、位置（Ｘ[h]，Ｙ[k+1]）の格子点をＣ２、位置（Ｘ[h+1]，Ｙ[k+1]）の格子点をＣ３、位置（Ｘ[h+1]，Ｙ[k]）の格子点をＣ４とする。
【００７８】
図１０は、位置検出誤差Ｅbを示す図であり、図９の網掛け部分を拡大して示したものである。図１０の（ａ）はＸ軸方向の位置検出誤差Ｅbx、（ｂ）はＹ軸方向の位置検出誤差Ｅby’、（ｃ）はθ軸方向の位置検出誤差Ｅbθ’である。
【００７９】
各格子点で区切られる各エリア内部の位置検出誤差Ｅbは、周囲の格子点における位置検出誤差から内挿して求める。たとえば、図中の点Ｃ（ｘ，ｙ）における位置検出誤差Ｅbx，Ｅby，Ｅbθは、点Ｃが存在するエリアを区切る格子点Ｃ１〜Ｃ４における位置検出誤差から内挿して算出する。
【００８０】
格子点Ｃ１〜Ｃ４におけるＸ軸方向の位置検出誤差を、それぞれ
Ｅbx[h][k]、Ｅbx[h][k+1]、Ｅbx[h+1][k+1]、Ｅbx[h+1][k]
としたとき、点Ｃにおける位置検出誤差Ｅbxは、以下のように表現できる。
【００８１】
また、格子点Ｃ１〜Ｃ４におけるＹ軸方向の位置検出誤差を、それぞれ
Ｅby[h][k]、Ｅby[h][k+1]、Ｅby[h+1][k+1]、Ｅby[h+1][k]
としたとき、点Ｃにおける位置検出誤差Ｅbyは、以下のように表現できる。
【００８２】
また、格子点Ｃ１〜Ｃ４におけるθ軸方向の位置検出誤差を、それぞれ
Ｅbθ[h][k]、Ｅbθ[h][k+1]、Ｅbθ[h+1][k+1]、Ｅbθ[h+1][k]
としたとき、点Ｃにおける位置検出誤差Ｅbθは、以下のように表現できる。
【００８３】
補正部１００ｅには、プラテン１０の歯１０ａを複数エリアに分割する格子点Ｂ１，Ｂ２，・・・に対応する位置検出誤差Ｅaを記憶させるとともに、プラテン１０全体を複数のエリアに分割する格子点Ｃ１，Ｃ２，・・・に対応する位置検出誤差Ｅbを記憶させておく。そして、補正部１００ｅは、これらの位置検出誤差Ｅa，Ｅbを加算し、位置検出誤差Ｅとする。
【００８４】
すなわち、補正部１００ｅは、スライダ１の位置に応じて、
位置検出誤差Ｅx＝Ｅax＋Ｅbx ……（７）
位置検出誤差Ｅy＝Ｅay＋Ｅby ……（８）
位置検出誤差Ｅθ＝Ｅaθ＋Ｅbθ ……（９）
を計算し、位置検出誤差Ｅを算出する。
【００８５】
本実施例は以上のように構成され、
スライダ１の位置を検出するレゾルバ３０と、プラテン１０のエリアＡ内におけるスライダ１の位置をレゾルバ３０よりも高い精度で検出するレーザ干渉計２０とを備え、スライダ１の位置に応じてレゾルバ３０とレーザ干渉計２０を使い分けることによって、エリアＡでは高い位置決め精度を確保しつつ、全体として比較的安価な位置決め装置を提供することができる。
【００８６】
また、レゾルバ３０とレーザ干渉計２０の切り替え前後でスライダ１を同じ位置に維持する補正を行う補正部１００ｅを備えているため、切り替え時に発生するスライダ位置の飛びを防止できる。
【００８７】
また、補正部１００ｅは、レゾルバ３０とレーザ干渉計２０とを切り替える際に、レゾルバ３０の位置検出誤差Ｅに基づいて、位置指令値Ｐcmdおよびレーザ干渉計２０で検出される位置検出値Ｐiを補正するため、レゾルバ３０の位置検出誤差Ｅに起因して発生するスライダ位置の飛びを防止できる。
【００８８】
また、レゾルバ３０の位置検出誤差Ｅは、プラテン１０のスライダ１の現在位置に対応する歯に固有の検出誤差Ｅbを含んでいるため、プラテン１０の歯に不揃いや加工誤差などがある場合でも、レゾルバ３０とレーザ干渉計２０の切り替え位置によらず、確実にスライダ位置の飛びを防止できる。
【００８９】
また、レゾルバ３０の位置検出誤差Ｅは、プラテン１０の歯ピッチＬに同期して現れる位置検出誤差Ｅaを含んでいるため、レゾルバ３０とレーザ干渉計２０の切り替え時のスライダ位置と、そのスライダ位置に対応するプラテン１０の歯との相対的な位置関係によらず、確実にスライダ位置の飛びを防止できる。
【００９０】
なお、本実施例では、位置検出誤差Ｅbをプラテン１０上の全面において算出できるようにした。しかし、レゾルバ３０とレーザ干渉計２０の切り替えを行う位置がプラテン１０上の特定の位置に限定される場合には、補正部１００ｅに記憶する位置検出誤差Ｅbは、その切り替え位置の分のみとしてもよい。
【００９１】
本実施例において、レゾルバ３０は請求項における第１の位置検出装置、レーザ干渉計２０は第２の位置検出装置、切替スイッチ１００ｃは切替手段に相当する。
【実施例２】
【００９２】
図１１は本発明の実施例２を示す上面図である。本実施例は、先の実施例１に対し、高い位置決め精度が必要とされるエリアが２ヶ所のものである。
【００９３】
プラテン１１は、エリアＡ１、エリアＡ２、エリアＢの３つに分けられている。エリアＡ１，Ａ２は高い位置決め精度が必要とされるエリアであり、実施例１のエリアＡに相当する。エリアＢ１は実施例１のエリアＢに相当する。プラテン１１にはスライダ１が搭載されている。
【００９４】
プラテン１１のＹ軸に沿った辺にレーザ干渉計２０ａ，２０ｃが、Ｘ軸に沿った辺にレーザ干渉計２０ｂが固定配置されている。レーザ干渉計２０ａはエリアＡ１に対応し、レーザ干渉計２０ｃはエリアＡ２に対応する。
【００９５】
スライダ１がエリアＡ１に位置する場合には、レーザ干渉計２０ａ，２０ｂを用いてスライダ１の位置検出が行われる。スライダ１がエリアＡ２に位置する場合には、レーザ干渉計２０ｃ，２０ｂを用いてスライダ１の位置検出が行われる。スライダ１がエリアＢ１に位置する場合には、レゾルバ３０によりスライダ１の位置検出が行われる。その他の構成は前記実施例１と同じである。
【００９６】
本実施例は以上のように構成され、実施例１で得られる効果に加え、プラテン１１上に高い位置決め精度が必要とされるエリアが複数ある場合でも、必要最小限の個数のレーザ干渉計でそれらのエリアでは高い位置決め精度を確保しつつ、全体として比較的安価な位置決め装置を提供することができる。
【実施例３】
【００９７】
図１２は本発明の実施例３を示す上面図である。本実施例は、先の実施例１の位置決め装置を２台接続したものである。
【００９８】
プラテン１０に、第２のプラテン１０’が接続されている。プラテン１０’は、エリアＡ’とエリアＢ’の２つのエリアに分けられており、それぞれプラテン１０におけるエリアＡとエリアＢに相当する。プラテン１０’のＹ軸に沿った辺にはレーザ干渉計２０ａ’が、Ｘ軸に沿った辺にはレーザ干渉計２０ｂ’が固定配置されている。
【００９９】
プラテン１０にはスライダ１が搭載され、プラテン１０’にはスライダ１’が搭載されている。スライダ１，１’は、それぞれ個別に位置制御される。これらのスライダは、それぞれプラテン１０上およびプラテン１０’上の両方を移動する。これらのスライダは、エリアＡに位置する場合にはレーザ干渉計２０ａ，２０ｂにより位置検出が行われ、エリアＡ’に位置する場合にはレーザ干渉計２０ａ’，２０ｂ’により位置検出が行われる。なお、スライダ１，１’のＸ軸方向の位置検出をレーザ干渉計２０ａ，２０ａ’の両方で行うことができるように、スライダ１，１’にはＹ軸に沿う側面の両方にバーミラーが搭載されている。その他の構成は前記実施例１と同じである。
【０１００】
本実施例の位置決め装置の用途例として、半導体製造用の露光装置がある。エリアＡの上方に、レチクル面上に形成されているＩＣ等の電子回路パターンとウエハとの相対的な位置合わせを行うためのアライメント装置を備え、エリアＡ’の上方に露光機を備えておく。スライダ１にウエハを搭載し、まずエリアＡに位置させてアライメントを行う。その後スライダ１をエリアＡ’に移動させ、ウエハの露光を行う。スライダ１で露光を行っている間に、スライダ１’をエリアＡに位置させてアライメントを行う。スライダ１の露光が終了すると、スライダ１，１’の位置を交代する。このように、各スライダをエリアＡ，エリアＡ’に交互に往復させ、アライメントと露光を交互に繰り返す。これにより、露光装置の単位時間当たりのウエハ加工処理量を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】レゾルバによる位置検出の動作原理の説明図である。
【図２】レゾルバの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１を示す上面図である。
【図４】プラテン１０のエリア分けを示す図である。
【図５】実施例１の位置決め装置の詳細を示すブロック図である。
【図６】位置検出装置の切り替え時における各信号の値の変化を示す図である。
【図７】プラテン１０の歯１０ａの拡大図である。
【図８】位置検出誤差Ｅaを示す図である。
【図９】プラテン１０を示す図である。
【図１０】位置検出誤差Ｅbを示す図である。
【図１１】本発明の実施例２を示す上面図である。
【図１２】本発明の実施例３を示す上面図である。
【図１３】従来例の位置決め装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１ スライダ
１０ プラテン
２０，２０ａ，２０ｂ レーザ干渉計
２１ａ，２１ｂ バーミラー
３０，３０ａ〜３０ｃ レゾルバ
１００ 演算部
１００ａ，１００ｂ 測定処理部
１００ｃ 切替スイッチ
１００ｄ 座標確立部
１００ｅ 補正部
１０１ 位置指令値生成部
１０２ 位置制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置決め装置に関し、詳しくは、平面モータを構成するプラテンに対するスライダの位置を制御する位置決め装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３は従来の位置決め装置の一例を示す構成図である。四辺形のプラテン１０上に四辺形のスライダが搭載されており、プラテン１０上でＸ軸方向およびＹ軸方向に位置制御される。プラテン１０とスライダのそれぞれの対向面には所定ピッチの磁極の歯（以下単に歯という）が形成されており、平面モータを構成している。この平面モータを駆動することによって、スライダは指定された位置に移動する。
【０００３】
スライダの側辺の３辺にはバーミラーが設けられている。プラテン１０の辺１０ａ〜１０ｃにはスライダの位置検出を行う複数のレーザ干渉計が固定配置されている。プラテンの一方の対向する辺１０ａ，１０ｂに配置されたレーザ干渉計はスライダのＸ軸方向の位置検出を行い、辺１０ｃに配置されたレーザ干渉計はスライダのＹ軸方向の位置検出を行う。レーザ干渉計は、出射したレーザ光とこのレーザ光がスライダのバーミラーで反射されて戻ってくる反射光との干渉に基づき、スライダの位置を高精度に検出する。さらに詳しくは、レーザ干渉計は、反射光との干渉に基づいてレーザ干渉計とバーミラーとの間の距離に応じた検出信号を出力し、この検出信号に基づいてスライダの位置が算出される。
【０００４】
レーザ干渉計で位置検出が可能なスライダの位置範囲は、スライダのバーミラーからの反射光がそのレーザ干渉計から外れる直前位置までに限られる。そのため、レーザ干渉計をスライダの移動方向に沿って複数設け、スライダの移動に伴いこれら複数のレーザ干渉計の中から使用すべきレーザ干渉計を切り替えることによって、スライダが移動可能な全エリアにおいてスライダの位置検出を可能としている。
【０００５】
なお、プラテン１０の辺１０ａ，１０ｂに配置されたレーザ干渉計は、それぞれスライダのＸ軸方向の位置を２点ずつ検出して、スライダの回転角θを求めている。検出されたスライダの位置および回転角θは、平面モータにフィードバックされ、スライダの位置制御や姿勢制御に利用される。下記特許文献１には、レーザ干渉計を用いてスライダの位置検出を行う位置決め装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１６３４１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、位置決め装置の用途によっては、必ずしもスライダが移動可能な全エリアにおいて高い位置決め精度が必要とされているわけではなく、特定のエリアにおいてのみ高い位置決め精度を得ることができればよいという場合がある。このような場合には、その特定エリア以外のエリアでは、レーザ干渉計の位置検出精度はオーバースペックとなる。
【０００８】
レーザ干渉計は、高価な部品であるため、オーバースペックとなるエリアについてまでレーザ干渉計を用いて位置検出を行うのは、位置決め装置の不要なコストアップにつながる。
【０００９】
また、上記のようにレーザ干渉計の切り替えを伴う位置検出システムでは、レーザ干渉計切り替え時に発生する誤差が位置検出値に累積されていってしまう。そのため、高い位置決め精度が必要とされる特定エリアにおいても、レーザ干渉計本来の位置検出精度が得られない場合がある。
【００１０】
本発明は、従来装置の問題をなくし、特定のエリアでは高い位置決め精度を確保しつつ、全体として比較的安価な位置決め装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記のような目的を達成するために、請求項１の発明は、
位置制御されるスライダと、このスライダと対向する面に磁極の歯が形成されて前記スライダと平面モータを構成するプラテンとを備えた位置決め装置において、
前記スライダの位置を検出する第１の位置検出装置と、
前記プラテンの特定のエリア内における前記スライダの位置を前記第１の位置検出装置よりも高い精度で検出する第２の位置検出装置と、
前記スライダの位置に応じて前記第１または第２の位置検出装置のいずれかを選択する切替手段と、
位置指令値および前記切替手段で選択された位置検出装置で検出される位置検出値に基づいて前記スライダの位置制御を実行する位置制御部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、
請求項１に記載の位置決め装置において、前記第１および第２の位置検出装置の切り替え前後で前記スライダを同じ位置に維持する補正を行う補正部を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、
請求項２に記載の位置決め装置において、前記補正部は、前記切替手段が位置検出装置を切り替える際に、前記第１の位置検出装置の検出誤差に基づいて、前記位置指令値および前記第２の位置検出装置で検出される位置検出値を補正することを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、
請求項３に記載の位置決め装置において、前記第１の位置検出装置の検出誤差は、前記プラテンの前記スライダの現在位置に対応する歯に固有の検出誤差であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、
請求項３に記載の位置決め装置において、前記第１の位置検出装置の検出誤差は、前記プラテンの歯ピッチに同期して現れる検出誤差であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、
請求項１〜５のいずれかに記載の位置決め装置において、前記第１の位置検出装置は前記スライダに設けられたレゾルバであり、
前記第２の位置検出装置はレーザ干渉計であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、
第１の位置検出装置と、プラテンの特定のエリア内におけるスライダの位置を第１の位置検出装置よりも高い精度で検出する第２の位置検出装置とを備え、スライダの位置に応じてこれらの位置検出装置を使い分けることによって、特定のエリアでは高い位置決め精度を確保しつつ、全体として比較的安価な位置決め装置を提供することができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、
前記第１および第２の位置検出装置の切り替え前後で前記スライダを同じ位置に維持する補正を行う補正部を備えているため、位置検出装置の切り替え時に発生するスライダの急激な移動を防止できる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、
前記補正部は、位置検出装置を切り替える際に、前記第１の位置検出装置の検出誤差に基づいて、前記位置指令値および前記第２の位置検出装置で検出される位置検出値を補正するため、第１の位置検出装置の検出誤差に起因して発生するスライダの急激な移動を防止できる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、
前記第１の位置検出装置の検出誤差は、前記プラテンの前記スライダの現在位置に対応する歯に固有の検出誤差であるため、プラテンの歯に不揃いや加工誤差などがある場合でも、位置検出装置の切り替え位置によらず、スライダの急激な移動を確実に防止できる。
【００２１】
請求項５の発明によれば、
前記第１の位置検出装置の検出誤差は、前記プラテンの歯ピッチに同期して現れる検出誤差であるため、位置検出装置の切り替え時のスライダ位置と、そのスライダ位置に対応するプラテンの歯との相対的な位置関係によらず、スライダの急激な移動を確実に防止できる。
【００２２】
請求項６の発明によれば、
第１の位置検出装置はレゾルバであり、第２の位置検出装置はレーザ干渉計であるため、レーザ干渉計で高い位置検出精度を確保するとともに、レゾルバにより位置決め装置全体の低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施例１では、スライダの位置検出を行う第１の位置検出装置としてレゾルバを、第２の位置検出装置としてレーザ干渉計を利用する。レゾルバを構成する主な部品はコアとコイルであり、レーザ干渉計など他のセンサに比較して構造が簡単で安価である。また、レゾルバのコアとコイルはいずれも耐久性が大きいため、メンテナンスが容易である。まず、レゾルバの動作原理について説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１はレゾルバが位置に応じた信号を出力する動作原理の説明図である。レゾルバのセンサ部２００は、コア２０１と、このコア２０１に巻かれたコイル２０２で構成される。センサ部２００はプラテン１０上に所定の空隙を介して配置される。コア２０１のプラテン１０と対向する面には、プラテン１０の歯と同じピッチＬで歯が形成されている。
【００２５】
プラテン１０とコア２０１との間には、プラテン１０の歯とコア２０１の歯の相対位置に応じたインピーダンスＺが存在する。コイル２０１に励磁電圧として一定振幅の矩形電圧を入力すると、コア２０１が励磁されてプラテン１０との間に磁気回路Ｂが形成される。この磁気回路ＢはインピーダンスＺにより影響を受けるため、結果としてコイル２０２の端子間電圧はプラテン１０とコア２０１の相対位置に応じて変化する。そこで、コイル２０２の端子間電圧を取り出し、その振幅を検出信号とする。
【００２６】
図１の（ａ）は、コア２０１の歯とプラテン１０の歯との対向する面積が最大、すなわち位相差が０°となる相対位置を示している。このときインピーダンスＺは最小となり、検出信号は最大となる。
一方、図１の（ｂ）は、コア２０１の歯とプラテン１０の歯との対向する面積が最小、すなわち位相差が１８０°となる相対位置を示している。このときインピーダンスＺは最大となり、検出信号は最小となる。
【００２７】
センサ部２００がプラテン１０上を移動すると、インピーダンスＺは正弦波状に変化する。そのため、検出信号は、図１の（ｃ）に示すように、ピッチＬの周期で正弦波状に変化する。
【００２８】
レゾルバは、このようなセンサ部２００を２組用意し、図２に示すようにプラテン１０に対する位相を９０°ずらして配置して構成する。センサ部２００の一方をｓｉｎ相、他方をｃｏｓ相とし、これらのセンサ部から得られる検出信号のアークタンジェントを取ることによって、レゾルバのプラテン１０に対する位相差、すなわちプラテン１０の歯に対する相対位置が求められる。なお、プラテン１０のどの歯に対する相対位置かは、検出信号が原点位置から繰り返す正弦波の山の数をカウントして求められる。以上より、レゾルバによって原点位置からの位置に応じた信号を取り出すことができる。なお、一般的にレーザ干渉計の方がレゾルバよりも高い位置検出精度を有する。
【００２９】
図３は、本実施例の位置決め装置の構成を示す上面図である。
プラテン１０上にエアベアリングを利用してスライダ１が搭載されている。プラテン１０とスライダ１のそれぞれの対向面にはＸ軸方向およびＹ軸方向に一定ピッチＬの歯１０ａ，１ａが形成されており、平面モータを構成している。スライダ１は、プラテン１０上でこの平面モータによりＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ軸方向に位置制御される。なお、本図ではプラテン１０の歯を一部省略して示している。
【００３０】
スライダ１は矩形状をしており、スライダ１の各辺はＸ軸またはこのＸ軸に直交するＹ軸のいずれかに沿うようにプラテン１０上に配置されている。
【００３１】
プラテン１０のＹ軸に沿った辺にレーザ干渉計２０ａが、Ｘ軸に沿った辺にレーザ干渉計２０ｂが固定配置されている。また、スライダ１のレーザ干渉計２０ａに対向する側辺にバーミラー２１ａが、レーザ干渉計２０ｂに対向する側辺にバーミラー２１ｂが搭載されている。レーザ干渉計２０ａはスライダ１のＸ位置を検出し、レーザ干渉計２０ｂはスライダ１のＹ位置を検出する。また、レーザ干渉計２０ｂではスライダ１のＹ位置を２点検出し、検出されたＹ位置の差分に基づいてスライダ１の回転角θが検出される。
【００３２】
さらに、レゾルバ３０ａ〜３０ｃがスライダ１に設けられている。レゾルバ３０ａ〜３０ｃは、スライダ１のプラテン１０との対向面の辺縁部に埋設されている。レゾルバ３０ａ，３０ｂは、それぞれスライダ１のＸ軸方向の中央部に埋設され、レゾルバ３０ｃはスライダ１のＹ軸方向の中央部に埋設されている。レゾルバ３０ａ，３０ｂは、プラテン１０との対向面にＸ軸方向に一定ピッチＬで歯が形成されており、スライダ１の中央部のＸ位置を検出する。レゾルバ３０ｃは、プラテン１０との対向面にＹ軸方向に一定ピッチＬで歯が形成されており、スライダ１の中央部のＹ位置を検出する。また、レゾルバ３０ａ，３０ｂで検出されたＸ位置の差分に基づいて、スライダ１の回転角θが検出される。
【００３３】
レーザ干渉計２０ａ，２０ｂの検出信号Ｏia，Ｏibと、レゾルバ３０ａ〜３０ｃの検出信号Ｏra，Ｏrb，Ｏrcは、それぞれ図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタル化され、その後図示しない演算部１００に入力される。演算部１００は、これらの検出信号に基づいてスライダ１の現在位置および回転角を算出する。算出されたスライダ１の現在位置と回転角は、平面モータにフィードバックされ、スライダ１の位置制御や姿勢制御に利用される。
【００３４】
以下、レーザ干渉計２０ａ，２０ｂを代表するときはレーザ干渉計２０と記載し、レゾルバ３０ａ〜３０ｃを代表するときはレゾルバ３０と記載する。また、検出信号Ｏia，Ｏibを代表するときは検出信号Ｏiと記載し、検出信号Ｏra，Ｏrb，Ｏrcを代表するときは検出信号Ｏrと記載する。
【００３５】
図４は、プラテン１０のエリア分けを示す図である。エリアＡは、プラテン１０上でスライダ１に高い位置決め精度が必要とされるエリアである。エリアＢは、プラテン１０上のエリアＡ以外のエリアであり、エリアＡほど高い位置決め精度が必要とされないエリアである。
以下、「スライダ１がエリアＡに位置する」とはスライダ１の全体がエリアＡ内に入っている状態を意味し、「スライダ１がエリアＢに位置する」とはスライダ１の少なくとも一部がエリアＡから出ている状態を意味する。
【００３６】
スライダ１がエリアＡに位置する場合には、レーザ干渉計２０によりスライダ１の位置検出を行う。スライダ１がエリアＢに位置する場合には、レゾルバ３０によりスライダ１の位置検出を行う。
【００３７】
なお、レゾルバ３０はプラテン１０上の全面で位置検出が可能であるが、レーザ干渉計２０はスライダ１の位置によって位置検出できる範囲が限定される。レーザ干渉計２０により位置検出が可能なスライダ１のＹ軸方向の範囲は、バーミラー２１ａからの反射光がレーザ干渉計２０ａから外れる直前位置までである。また、スライダ１のＸ軸方向の範囲は、バーミラー２１ｂからの反射光がレーザ干渉計２０ｂから外れる直前位置までとなる。そのため、エリアＡの位置やサイズに合わせて、レーザ干渉計２０ａ，２０ｂの取り付け位置や、バーミラー２１ａ，２１ｂのサイズ、スライダ１のサイズを決定する。
スライダ１がエリアＢに位置している場合には、レーザ干渉計２０による位置検出値は不定となる。
【００３８】
図５は本実施例の位置決め装置の詳細を示すブロック図である。
位置決め装置は、位置制御部１０２、スライダ１、レーザ干渉計２０、レゾルバ３０、演算部１００から構成されている。演算部１００は、測定処理部１００ａ，１００ｂ、切替スイッチ１００ｃ、座標確立部１００ｄ、補正部１００ｅから構成されている。位置決め装置は、上位装置から各種の指示信号やスライダ１の位置指令値が与えられる。
【００３９】
位置指令値生成部１０１は、上位装置に含まれ、スライダ１の位置指令値Ｐcmdを生成する。位置制御部１０２は、位置指令値生成部１０１から位置指令値Ｐcmdが与えられる。位置指令値Ｐcmdはスライダ１を移動させたい座標（Ｘcmd，Ｙcmd，θcmd）、すなわち目標位置を示す信号である。位置制御部１０２は、位置指令値Ｐcmdをスライダ１の平面モータに供給する駆動電流に変換し、スライダ１を移動させる。
【００４０】
レーザ干渉計２０の検出信号Ｏiは、測定処理部１００ａに入力される。また、レゾルバ３０の検出信号Ｏrは、測定処理部１００ｂに入力される。測定処理部１００ａは、入力された検出信号Ｏiを位置検出値Ｐi（Ｘi，Ｙi，θi）に変換し、切替手段１００ｃに出力する。また、測定処理部１００ｂは、入力された検出信号Ｏrを位置検出値Ｐr（Ｘr，Ｙr，θr）に変換し、切替スイッチ１００ｃに出力する。
【００４１】
切替スイッチ１００ｃは、上位装置より与えられる切替指示信号Ｓ１に従って位置検出値Ｐi，Ｐrのいずれかに切り替える。切替スイッチ１００ｃは、選択した位置検出値を位置フィードバック信号Ｐfbとして位置制御部１０２にフィードバックする。位置制御部１０２は、フィードバック信号Ｐfbと位置指令値Ｐcmdとの偏差がゼロとなるように、スライダ１をサーボ制御する。
【００４２】
切替指示信号Ｓ１は、スライダ１がエリアＢからエリアＡに移動する場合には位置検出値Ｐiを選択するように切り替えられ、エリアＡからエリアＢに移動する場合には位置検出値Ｐrを選択するように切り替えられる。これにより、レーザ干渉計２０とレゾルバ３０が切り替えられる。
【００４３】
次に、レーザ干渉計２０とレゾルバ３０の切り替え時の動作について説明する。
スライダ１がエリアＢからエリアＡへ移動する場合と、エリアＡからエリアＢに移動する場合について順に説明する。
【００４４】
＜エリアＢからエリアＡへ移動する場合＞
レゾルバ３０による位置検出から、レーザ干渉計２０による位置検出を確立する動作を行う。
【００４５】
レーザ干渉計２０はエリアＢでは位置検出値が不定であり、また、レーザ干渉計２０はインクリメント式の検出装置である。そのため、レーザ干渉計２０による位置検出を確立するためには、スライダ１がエリアＡに進入後、レーザ干渉計２０による位置検出を開始する時点で初期値を与える必要がある（ステップＳＴ１）。
【００４６】
座標確立部１００ｄは、測定処理部１００ｂから位置検出値Ｐrが入力される。また、座標確立部１００ｄは、スライダ１がエリアＡに進入後、上位装置よりレーザ干渉計２０による位置検出の確立を指示する確立指示信号Ｓ２が入力される。座標確立部１００ｄは、確立指示信号Ｓ２の入力に応じて位置検出値Ｐrを測定処理部１００ａに出力する。測定処理部１００ａは、入力された位置検出値Ｐrを位置検出値Ｐiにプリセットする（ステップＳＴ２）。その後、切り替え手段１００ｃは、位置検出値をＰrからＰiに切り替える（ステップＳＴ３）。
【００４７】
ところで、レゾルバ３０でスライダ１の位置検出を行うと、位置検出値Ｐrにはスライダ１の位置に応じた位置検出誤差Ｅ（Ｅx，Ｅy，Ｅθ）が現れる。位置検出値Ｐiに位置検出値Ｐrをプリセットすることにより、その後の位置検出値Ｐiにも継続して位置検出誤差Ｅが付加されてしまう。エリアＡでは高い位置検出精度が必要とされるため、位置検出値Ｐiからこの位置検出誤差Ｅを補正する必要がある。
【００４８】
補正部１００ｅは位置検出誤差Ｅの補正を行う。補正部１００ｅには、測定処理部１００ｂから位置検出値Ｐrが入力される。また、補正部１００ｅは、上位装置より位置検出誤差Ｅの補正を指示する補正指示信号Ｓ３が入力される。補正部１００ｅには、位置検出値Ｐrと、その位置における位置検出誤差Ｅとをあらかじめ対応付けておく。補正部１００ｅは、補正指示信号Ｓ３の入力に応じて位置検出値Ｐrに対応する位置検出誤差Ｅを求め、測定処理部１００ａに出力する。測定処理部１００ａは、プリセットした位置検出値Ｐrから位置検出誤差Ｅを減算し、位置検出値Ｐiの初期値とする（ステップＳＴ４）。これにより、位置検出値Ｐiから位置検出誤差Ｅが除去される。すなわち、切り替え後の位置フィードバック信号Ｐfbから位置検出誤差Ｅが除去される。
【００４９】
なお、位置検出値Ｐiを位置検出誤差Ｅで補正することにより、位置フィードバック信号Ｐfbと位置指令値Ｐcmdの値が異なる値となる。位置フィードバック信号Ｐfbと位置指令値Ｐcmdを同じ値に保つため、位置指令値Ｐcmdに対しても位置検出誤差Ｅの補正を行う。
【００５０】
補正部１００ｅは、測定処理部１００ａとともに位置指令値生成部１０１にも位置検出誤差Ｅを出力する。位置指令値生成部１０１は、位置指令値Ｐcmdから位置検出誤差Ｅを減算し、これを新しい位置指令値Ｐcmdとして出力する（ステップＳＴ５）。これにより、切替スイッチ１００ｃによる切り替えの前後において、位置指令値Ｐcmdと位置フィードバック信号Ｐfbが一致した状態が保たれる。
【００５１】
なお、ステップＳＴ４とステップＳＴ５は、同時に行う。位置指令値Ｐcmdと位置フィードバック信号Ｐfbが乖離する期間が生じると、位置指令値Ｐcmdと位置フィードバック信号Ｐfbの偏差が瞬間的に変化する。位置制御部１０２は、偏差が瞬間的に変化したことに起因してスライダ１を急激に移動させてしまい、スライダ１上に搭載されたワークが過大な加速度を受け損傷する場合があるためである。
【００５２】
ステップＳＴ２〜ＳＴ５までの処理は、スライダ１をプラテン１０の同一地点に位置させた状態で行う。さらに、ステップＳＴ４とステップＳＴ５は、ステップＳＴ３の直後、またはステップＳＴ３と同時に行う。
以上により、レーザ干渉計２０による位置検出が確立される。
【００５３】
＜エリアＡからエリアＢへ移動する場合＞
レーザ干渉計２０による位置検出から、レゾルバ３０による位置検出に移行する動作を行う。
【００５４】
レゾルバ３０による位置検出に移行する動作は、スライダ１がエリアＡに位置した状態で行う。スライダ１がエリアＡに位置しているときは、位置検出値Ｐi，Ｐrの両方が得られる。位置検出値Ｐrには位置検出誤差Ｅが含まれている。この位置検出誤差Ｅはスライダ１の位置に依存するため、レーザ干渉計２０の確立時に補正に利用した位置検出誤差値と異なる。そのため、通常、位置検出値Ｐiと位置検出値Ｐrは一致しない（ステップＳＴ６）。
【００５５】
この状態で切替スイッチ１００ｃを位置検出値ＰiからＰrへと切り替えると、切り替え前後で位置フィードバック信号が乖離する。そのため、再度補正部１００ｅにより位置検出誤差Ｅの補正を行う。
【００５６】
補正部１００ｅには、再度上位装置より補正指示信号Ｓ３が入力され、位置検出値Ｐrに対応する位置検出誤差Ｅを求める。補正部１００ｅは、求めた位置検出誤差Ｅを測定処理部１００ａに出力する。測定処理部１００ａは、現在の位置検出値Ｐiに位置検出誤差Ｅを加算し、新しい位置検出値Ｐiとして出力する（ステップＳＴ７）。これにより、位置検出値Ｐiは位置検出値Ｐrと一致する。
【００５７】
さらに、補正部１００ｅは、位置指令値生成部１０１に位置検出誤差Ｅを出力する。位置指令値生成部１０１は、位置指令値Ｐcmdに位置検出誤差Ｅを加算し、これを新しい位置指令値Ｐcmdとして出力する（ステップＳＴ８）。ステップＳＴ８はステップＳＴ７と同時に行う。その後、切り替え手段１００ｃは、位置検出値をＰiからＰrに切り替える（ステップＳＴ９）。これにより、切替スイッチ１００ｃによる切り替えの前後において、位置指令値Ｐcmdと位置フィードバック信号Ｐfbが一致した状態が保たれる。
【００５８】
ステップＳＴ７〜ＳＴ９の処理は、スライダ１をプラテン１０の同一地点に位置させた状態で行う。さらに、ステップＳＴ７とＳＴ８は、ステップＳＴ９の直前またはＳＴ９と同時に行う。
以上により、レゾルバ３０による位置検出への移行が完了する。
その後、スライダ１がエリアＡから出ると、レーザ干渉計２０では検出信号Ｏiが得られなくなり、位置検出値Ｐiは不定となる。
【００５９】
なお、図５では位置指令値生成部１０１、位置制御部１０２および演算部１００を機能ブロックのみで示しているが、実際にはＣＰＵで構成される。
【００６０】
図６は位置検出装置の切り替え時における各信号の値の変化を示す図であり、（ａ）はスライダ１がエリアＢからエリアＡへ移動する場合、（ｂ）はスライダ１がエリアＡからエリアＢへ移動する場合の信号の変化である。なお、簡単のためＸ軸方向の値のみ示す。
【００６１】
ステップＳＴ１において、位置指令値Ｘcmdおよび位置検出値Ｘrはともに10000である。レーザ干渉計２０は確立前のため位置検出値Ｘiは不定である。位置検出値Ｘr＝10000のときの位置検出誤差Ｅx＝＋50であり、スライダ１は実際にはＸ＝9950に位置している。
【００６２】
位置検出値Ｘrの値が位置検出値ＸiにプリセットされてＸi＝10000となる（ステップＳＴ２）。その後、切替スイッチ１００ｃにより位置検出装置がレゾルバ３０からレーザ干渉計２０に切り替えられる（ステップＳＴ３）。また、位置検出値Ｘiから位置検出誤差Ｅxが減算されてＸi＝9950となり（ステップＳＴ４）、位置指令値Ｘcmdから位置検出誤差Ｅxが減算されてＸcmd＝9950となる（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ４とステップＳＴ５は同時に行われるため、切り替えの前後において位置指令値Ｘcmdと位置フィードバック信号Ｘfbは常に一致している。そのため、切り替え前後でスライダ１は移動しない。
【００６３】
ステップＳＴ６において、位置指令値Ｘcmd、位置検出値Ｘiおよびスライダ位置はすべて20000である。スライダ１がこの位置にあるとき、レゾルバ３０による位置検出では位置検出値Ｘr＝19900であり、位置検出誤差Ｅx＝−100である。
【００６４】
位置検出値Ｘiに位置検出誤差Ｅxが加算されてＸi＝19900となり（ステップＳＴ７）、位置指令値Ｘcmdに位置検出誤差Ｅxが加算されてＸcmd＝19900となる（ステップＳＴ８）。その後、切替スイッチ１００ｃにより位置検出装置がレーザ干渉計２０からレゾルバ３０に切り替えられる（ステップＳＴ９）。ステップＳＴ７とステップＳＴ８は同時に行われるため、切り替えの前後において位置指令値Ｘcmdと位置フィードバック信号Ｘfbは常に一致している。そのため、切り替え前後でスライダ１は移動しない。
【００６５】
次に、位置検出誤差Ｅ（Ｅx，Ｅy，Ｅθ）について説明する。
本実施例では、位置検出誤差Ｅを、プラテンの歯ピッチに同期して現れる誤差（位置検出誤差Ｅa）と、プラテン１０の各歯それぞれに固有の誤差（位置検出誤差Ｅb）の２種類に分けて誤差値を求める。位置検出誤差Ｅa，Ｅbは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびθ軸方向それぞれについて測定する。なお、位置検出誤差Ｅの取得は、位置決め装置の製造時など、実稼動に先立って行う。
【００６６】
まず、位置検出誤差Ｅa（Ｅax，Ｅay，Ｅaθ）について説明する。
レゾルバ３０は、プラテン１０の歯１０ａに対する相対位置に基づいて検出信号を生成する。そのため、レゾルバ３０の検出信号には、歯ピッチＬの周期で位置検出誤差が現れる。
【００６７】
図７はプラテン１０の歯１０ａの拡大図である。歯１０ａを格子状に複数のエリアに分割し、各格子点にスライダ１を位置決めしたときに発生する位置検出誤差Ｅaを測定する。位置検出誤差は、スライダ１の上面に位置決め用マークを付しておき、プラテン１０の上方に固定したカメラでその位置決め用マークの実際の位置を観測し、観測された位置を理論値と比較することによって求める。なお、歯１０ａ内におけるＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を示す場合に、添え字pを付加する。
【００６８】
図７において、位置（Ｘp[m]，Ｙp[n]）の格子点をＢ１、位置（Ｘp[m]，Ｙp[n+1]）の格子点をＢ２、位置（Ｘp[m+1]，Ｙp[n+1]）の格子点をＢ３、位置（Ｘp[m+1]，Ｙp[n]）の格子点をＢ４とする。
【００６９】
図８は、位置検出誤差Ｅaを示す図であり、図７の網掛け部分を拡大して示したものである。図８の（ａ）はＸ軸方向の位置検出誤差Ｅax、（ｂ）はＹ軸方向の位置検出誤差Ｅay、（ｃ）はθ軸方向の位置検出誤差Ｅaθである。
【００７０】
各格子点で区切られる各エリア内部の位置検出誤差Ｅaは、周囲の格子点における位置検出誤差から内挿して求める。たとえば、図中の点Ｂ（ｘp，ｙp）における位置検出誤差Ｅax，Ｅay，Ｅaθは、点Ｂが存在するエリアを区切る格子点Ｂ１〜Ｂ４における位置検出誤差から内挿して算出する。
【００７１】
格子点Ｂ１〜Ｂ４におけるＸ軸方向の位置検出誤差を、それぞれ
Ｅax[m][n]、Ｅax[m][n+1]、Ｅax[m+1][n+1]、Ｅax[m+1][n]
としたとき、点Ｂにおける位置検出誤差Ｅaxは、以下のように表現できる。
【００７２】
また、格子点Ｂ１〜Ｂ４におけるＹ軸方向の位置検出誤差を、それぞれ
Ｅay[m][n]、Ｅay[m][n+1]、Ｅay[m+1][n+1]、Ｅay[m+1][n]
としたとき、点Ｂにおける位置検出誤差Ｅayは、以下のように表現できる。
【００７３】
また、格子点Ｂ１〜Ｂ４におけるθ軸方向の位置検出誤差を、それぞれ
Ｅaθ[m][n]、Ｅaθ[m][n+1]、Ｅaθ[m+1][n+1]、Ｅaθ[m+1][n]
としたとき、点Ｂにおける位置検出誤差Ｅaθは、以下のように表現できる。
【００７４】
次に、位置検出誤差Ｅb（Ｅbx，Ｅby，Ｅbθ）について説明する。
プラテン１０の歯１０ａには、加工誤差によって歯の不揃いなどが発生している。そのため、レゾルバ３０の検出信号には、各歯それぞれに固有の誤差が現れる。
【００７５】
図９はプラテン１０を示す図である。プラテン１０を格子状に複数のエリアに分割し、各格子点にスライダ１を位置決めしたときに発生する位置検出誤差Ｅbを求める。図９の位置検出誤差は、スライダ１の上面に位置決め用マークを付しておき、プラテン１０の上方に固定したカメラでその位置決め用マークの実際の位置を観測し、観測された位置を理論値と比較することによって求める。
【００７６】
なお、位置検出誤差の観測値をＥb’としたとき、観測値Ｅb’には位置検出誤差Ｅaが含まれている。そのため、位置検出誤差Ｅbは、観測値Ｅb’から位置検出誤差Ｅaを減算して求める。
【００７７】
図９において、位置（Ｘ[h]，Ｙ[k]）の格子点をＣ１、位置（Ｘ[h]，Ｙ[k+1]）の格子点をＣ２、位置（Ｘ[h+1]，Ｙ[k+1]）の格子点をＣ３、位置（Ｘ[h+1]，Ｙ[k]）の格子点をＣ４とする。
【００７８】
図１０は、位置検出誤差Ｅbを示す図であり、図９の網掛け部分を拡大して示したものである。図１０の（ａ）はＸ軸方向の位置検出誤差Ｅbx、（ｂ）はＹ軸方向の位置検出誤差Ｅby’、（ｃ）はθ軸方向の位置検出誤差Ｅbθ’である。
【００７９】
各格子点で区切られる各エリア内部の位置検出誤差Ｅbは、周囲の格子点における位置検出誤差から内挿して求める。たとえば、図中の点Ｃ（ｘ，ｙ）における位置検出誤差Ｅbx，Ｅby，Ｅbθは、点Ｃが存在するエリアを区切る格子点Ｃ１〜Ｃ４における位置検出誤差から内挿して算出する。
【００８０】
格子点Ｃ１〜Ｃ４におけるＸ軸方向の位置検出誤差を、それぞれ
Ｅbx[h][k]、Ｅbx[h][k+1]、Ｅbx[h+1][k+1]、Ｅbx[h+1][k]
としたとき、点Ｃにおける位置検出誤差Ｅbxは、以下のように表現できる。
【００８１】
また、格子点Ｃ１〜Ｃ４におけるＹ軸方向の位置検出誤差を、それぞれ
Ｅby[h][k]、Ｅby[h][k+1]、Ｅby[h+1][k+1]、Ｅby[h+1][k]
としたとき、点Ｃにおける位置検出誤差Ｅbyは、以下のように表現できる。
【００８２】
また、格子点Ｃ１〜Ｃ４におけるθ軸方向の位置検出誤差を、それぞれ
Ｅbθ[h][k]、Ｅbθ[h][k+1]、Ｅbθ[h+1][k+1]、Ｅbθ[h+1][k]
としたとき、点Ｃにおける位置検出誤差Ｅbθは、以下のように表現できる。
【００８３】
補正部１００ｅには、プラテン１０の歯１０ａを複数エリアに分割する格子点Ｂ１，Ｂ２，・・・に対応する位置検出誤差Ｅaを記憶させるとともに、プラテン１０全体を複数のエリアに分割する格子点Ｃ１，Ｃ２，・・・に対応する位置検出誤差Ｅbを記憶させておく。そして、補正部１００ｅは、これらの位置検出誤差Ｅa，Ｅbを加算し、位置検出誤差Ｅとする。
【００８４】
すなわち、補正部１００ｅは、スライダ１の位置に応じて、
位置検出誤差Ｅx＝Ｅax＋Ｅbx ……（７）
位置検出誤差Ｅy＝Ｅay＋Ｅby ……（８）
位置検出誤差Ｅθ＝Ｅaθ＋Ｅbθ ……（９）
を計算し、位置検出誤差Ｅを算出する。
【００８５】
本実施例は以上のように構成され、
スライダ１の位置を検出するレゾルバ３０と、プラテン１０のエリアＡ内におけるスライダ１の位置をレゾルバ３０よりも高い精度で検出するレーザ干渉計２０とを備え、スライダ１の位置に応じてレゾルバ３０とレーザ干渉計２０を使い分けることによって、エリアＡでは高い位置決め精度を確保しつつ、全体として比較的安価な位置決め装置を提供することができる。
【００８６】
また、レゾルバ３０とレーザ干渉計２０の切り替え前後でスライダ１を同じ位置に維持する補正を行う補正部１００ｅを備えているため、切り替え時に発生するスライダ位置の飛びを防止できる。
【００８７】
また、補正部１００ｅは、レゾルバ３０とレーザ干渉計２０とを切り替える際に、レゾルバ３０の位置検出誤差Ｅに基づいて、位置指令値Ｐcmdおよびレーザ干渉計２０で検出される位置検出値Ｐiを補正するため、レゾルバ３０の位置検出誤差Ｅに起因して発生するスライダ位置の飛びを防止できる。
【００８８】
また、レゾルバ３０の位置検出誤差Ｅは、プラテン１０のスライダ１の現在位置に対応する歯に固有の検出誤差Ｅbを含んでいるため、プラテン１０の歯に不揃いや加工誤差などがある場合でも、レゾルバ３０とレーザ干渉計２０の切り替え位置によらず、確実にスライダ位置の飛びを防止できる。
【００８９】
また、レゾルバ３０の位置検出誤差Ｅは、プラテン１０の歯ピッチＬに同期して現れる位置検出誤差Ｅaを含んでいるため、レゾルバ３０とレーザ干渉計２０の切り替え時のスライダ位置と、そのスライダ位置に対応するプラテン１０の歯との相対的な位置関係によらず、確実にスライダ位置の飛びを防止できる。
【００９０】
なお、本実施例では、位置検出誤差Ｅbをプラテン１０上の全面において算出できるようにした。しかし、レゾルバ３０とレーザ干渉計２０の切り替えを行う位置がプラテン１０上の特定の位置に限定される場合には、補正部１００ｅに記憶する位置検出誤差Ｅbは、その切り替え位置の分のみとしてもよい。
【００９１】
本実施例において、レゾルバ３０は請求項における第１の位置検出装置、レーザ干渉計２０は第２の位置検出装置、切替スイッチ１００ｃは切替手段に相当する。
【実施例２】
【００９２】
図１１は本発明の実施例２を示す上面図である。本実施例は、先の実施例１に対し、高い位置決め精度が必要とされるエリアが２ヶ所のものである。
【００９３】
プラテン１１は、エリアＡ１、エリアＡ２、エリアＢの３つに分けられている。エリアＡ１，Ａ２は高い位置決め精度が必要とされるエリアであり、実施例１のエリアＡに相当する。エリアＢ１は実施例１のエリアＢに相当する。プラテン１１にはスライダ１が搭載されている。
【００９４】
プラテン１１のＹ軸に沿った辺にレーザ干渉計２０ａ，２０ｃが、Ｘ軸に沿った辺にレーザ干渉計２０ｂが固定配置されている。レーザ干渉計２０ａはエリアＡ１に対応し、レーザ干渉計２０ｃはエリアＡ２に対応する。
【００９５】
スライダ１がエリアＡ１に位置する場合には、レーザ干渉計２０ａ，２０ｂを用いてスライダ１の位置検出が行われる。スライダ１がエリアＡ２に位置する場合には、レーザ干渉計２０ｃ，２０ｂを用いてスライダ１の位置検出が行われる。スライダ１がエリアＢ１に位置する場合には、レゾルバ３０によりスライダ１の位置検出が行われる。その他の構成は前記実施例１と同じである。
【００９６】
本実施例は以上のように構成され、実施例１で得られる効果に加え、プラテン１１上に高い位置決め精度が必要とされるエリアが複数ある場合でも、必要最小限の個数のレーザ干渉計でそれらのエリアでは高い位置決め精度を確保しつつ、全体として比較的安価な位置決め装置を提供することができる。
【実施例３】
【００９７】
図１２は本発明の実施例３を示す上面図である。本実施例は、先の実施例１の位置決め装置を２台接続したものである。
【００９８】
プラテン１０に、第２のプラテン１０’が接続されている。プラテン１０’は、エリアＡ’とエリアＢ’の２つのエリアに分けられており、それぞれプラテン１０におけるエリアＡとエリアＢに相当する。プラテン１０’のＹ軸に沿った辺にはレーザ干渉計２０ａ’が、Ｘ軸に沿った辺にはレーザ干渉計２０ｂ’が固定配置されている。
【００９９】
プラテン１０にはスライダ１が搭載され、プラテン１０’にはスライダ１’が搭載されている。スライダ１，１’は、それぞれ個別に位置制御される。これらのスライダは、それぞれプラテン１０上およびプラテン１０’上の両方を移動する。これらのスライダは、エリアＡに位置する場合にはレーザ干渉計２０ａ，２０ｂにより位置検出が行われ、エリアＡ’に位置する場合にはレーザ干渉計２０ａ’，２０ｂ’により位置検出が行われる。なお、スライダ１，１’のＸ軸方向の位置検出をレーザ干渉計２０ａ，２０ａ’の両方で行うことができるように、スライダ１，１’にはＹ軸に沿う側面の両方にバーミラーが搭載されている。その他の構成は前記実施例１と同じである。
【０１００】
本実施例の位置決め装置の用途例として、半導体製造用の露光装置がある。エリアＡの上方に、レチクル面上に形成されているＩＣ等の電子回路パターンとウエハとの相対的な位置合わせを行うためのアライメント装置を備え、エリアＡ’の上方に露光機を備えておく。スライダ１にウエハを搭載し、まずエリアＡに位置させてアライメントを行う。その後スライダ１をエリアＡ’に移動させ、ウエハの露光を行う。スライダ１で露光を行っている間に、スライダ１’をエリアＡに位置させてアライメントを行う。スライダ１の露光が終了すると、スライダ１，１’の位置を交代する。このように、各スライダをエリアＡ，エリアＡ’に交互に往復させ、アライメントと露光を交互に繰り返す。これにより、露光装置の単位時間当たりのウエハ加工処理量を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】レゾルバによる位置検出の動作原理の説明図である。
【図２】レゾルバの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１を示す上面図である。
【図４】プラテン１０のエリア分けを示す図である。
【図５】実施例１の位置決め装置の詳細を示すブロック図である。
【図６】位置検出装置の切り替え時における各信号の値の変化を示す図である。
【図７】プラテン１０の歯１０ａの拡大図である。
【図８】位置検出誤差Ｅaを示す図である。
【図９】プラテン１０を示す図である。
【図１０】位置検出誤差Ｅbを示す図である。
【図１１】本発明の実施例２を示す上面図である。
【図１２】本発明の実施例３を示す上面図である。
【図１３】従来例の位置決め装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１ スライダ
１０ プラテン
２０，２０ａ，２０ｂ レーザ干渉計
２１ａ，２１ｂ バーミラー
３０，３０ａ〜３０ｃ レゾルバ
１００ 演算部
１００ａ，１００ｂ 測定処理部
１００ｃ 切替スイッチ
１００ｄ 座標確立部
１００ｅ 補正部
１０１ 位置指令値生成部
１０２ 位置制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置制御されるスライダと、このスライダと対向する面に磁極の歯が形成されて前記スライダと平面モータを構成するプラテンとを備えた位置決め装置において、
前記スライダの位置を検出する第１の位置検出装置と、
前記プラテンの特定のエリア内における前記スライダの位置を前記第１の位置検出装置よりも高い精度で検出する第２の位置検出装置と、
前記スライダの位置に応じて前記第１または第２の位置検出装置のいずれかを選択する切替手段と、
位置指令値および前記切替手段で選択された位置検出装置で検出される位置検出値に基づいて前記スライダの位置制御を実行する位置制御部と、
を備えたことを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記第１および第２の位置検出装置の切り替え前後で前記スライダを同じ位置に維持する補正を行う補正部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記切替手段が位置検出装置を切り替える際に、前記第１の位置検出装置の検出誤差に基づいて、前記位置指令値および前記第２の位置検出装置で検出される位置検出値を補正することを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記第１の位置検出装置の検出誤差は、前記プラテンの前記スライダの現在位置に対応する歯に固有の検出誤差であることを特徴とする請求項３に記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記第１の位置検出装置の検出誤差は、前記プラテンの歯ピッチに同期して現れる検出誤差であることを特徴とする請求項３に記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記第１の位置検出装置は前記スライダに設けられたレゾルバであり、
前記第２の位置検出装置はレーザ干渉計であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１】
位置制御されるスライダと、このスライダと対向する面に磁極の歯が形成されて前記スライダと平面モータを構成するプラテンとを備えた位置決め装置において、
前記スライダの位置を検出する第１の位置検出装置と、
前記プラテンの特定のエリア内における前記スライダの位置を前記第１の位置検出装置よりも高い精度で検出する第２の位置検出装置と、
前記スライダの位置に応じて前記第１または第２の位置検出装置のいずれかを選択する切替手段と、
位置指令値および前記切替手段で選択された位置検出装置で検出される位置検出値に基づいて前記スライダの位置制御を実行する位置制御部と、
を備えたことを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記第１および第２の位置検出装置の切り替え前後で前記スライダを同じ位置に維持する補正を行う補正部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記切替手段が位置検出装置を切り替える際に、前記第１の位置検出装置の検出誤差に基づいて、前記位置指令値および前記第２の位置検出装置で検出される位置検出値を補正することを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記第１の位置検出装置の検出誤差は、前記プラテンの前記スライダの現在位置に対応する歯に固有の検出誤差であることを特徴とする請求項３に記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記第１の位置検出装置の検出誤差は、前記プラテンの歯ピッチに同期して現れる検出誤差であることを特徴とする請求項３に記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記第１の位置検出装置は前記スライダに設けられたレゾルバであり、
前記第２の位置検出装置はレーザ干渉計であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の位置決め装置。
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図３】
【図４】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図３】
【図４】
【図７】
【図９】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２６９２１（Ｐ２０１０−２６９２１Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８９８７２（Ｐ２００８−１８９８７２）
【出願日】平成２０年７月２３日（２００８．７．２３）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２３日（２００８．７．２３）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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