静圧軸受機構を利用した高速・高精度空気圧サーボテーブルの開発

开发采用静压轴承机构的高速、高精度气动伺服工作台

• 批准号: 11750201
• 负责人: 藤田 壽憲
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750201/
• 关键词: 流体制御; 空気圧; 半導体製造装置; 精密ステージ; 静圧軸受; 非接触駆動; 精密位置決め

半導体などの製造装置においては,高速性,耐久性の点から電動駆動による限界が近づいている.一方,空気圧サーボ機構では比エネルギの高さを生かした高速駆動が可能であるものの,パッキン摩擦により精密な駆動が困難であるとされてきた.そこで本研究では上記の問題を解決する新しい精密位置決め用アクチュエータとして,静圧軸受機構を用いた空気圧サーボテーブルを提案し,その制御性について検討することを目的としている.昨年度は,静圧軸受を用いて完全非接触な1軸ステージを試作し,これを100[Hz]の高応答性を有するサーボ弁で駆動したところ,2[mm]のステップ入力に対して,電動機のに匹敵する位置決め精度と電動機を越える高速化を達成することができた.今年度はサーボ弁の改善と制御手法を研究課題の中心した.空気圧サーボ弁の特性が,結果としてサーボテーブルの高速化と位置決め精度を決定していることが明らかになった.そこで,これまでリニアの電流アンプと差動トランスが用いられきたサーボ弁を,トランジスタによるPWM駆動とエンコーダによる検出に切り替えサーボ弁特性の改善をはかった.サーボ弁の動特性を考慮した制御設計法を確立し,サーボ弁のヒステリシス特性の向上とあわせて,昨年度の結果に比べ応答の高速化と著しい位置決め精度の向上が見られた.また空気圧の非線形性も,厳密な線形化による手法により補償が可能であることがわかり,外乱オブザーバとの併用で任意の位置で50[nm]の位置決め精度と,良好な応答性を確保することができた.

在半导体制造设备中，电动驱动器的限制在高速和耐用性方面接近。但是，气动伺服机制具有高速驾驶，可以利用高特异性能量，但是由于包装摩擦，精确的驾驶很困难。因此，本研究提出了使用静压轴承机制作为解决上述问题的新精确定位执行器的气动伺服表，并旨在检查其可控性。去年，我们使用静压轴承创建了一个完全非接口的单轴阶段的原型，并以高响应能力为100 [Hz]的伺服阀驱动，并实现了与电动机超过电动机的速度相当的定位精度，用于2 [mm]。今年，伺服阀的主要研究主题是改进和控制方法。气动阀的特性决定了伺服表的速度和定位精度。因此，以前已与线性电流放大器和差分变压器一起使用的伺服阀通过晶体管切换到PWM驱动器并通过编码器检测，以改善伺服阀特性。考虑到伺服阀的动态特性，还建立了一种控制设计方法，除了改善伺服阀的磁滞特性外，与去年的结果相比，还观察到响应速度和定位精度。还发现，可以使用严格的线性化方法来补偿气压的非线性，并且在与干扰观察者结合使用时，可以在任何位置确保50 nm的定位精度。