粗微動間連結分離機構を有する次世代型超精密位置決めステージの制御系設計

具有粗、精动耦合分离机构的新一代超精密定位平台控制系统设计

基本信息

  • 批准号:
    16J05268
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.18万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2016-04-22 至 2019-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

精密位置決めステージは半導体や液晶パネルを製造するための装置であり,製品の高性能化,低価格化の要求に伴い,装置の大型化,高速高精度化が求められている。精密位置決め装置の位置決め精度を低下させる要因は複数存在し,本研究ではそのうち機械共振及びケーブル外乱に着目し,新たな機構のステージを提案することによりそれらの問題を解決する。まず一つ目は粗微動間連結分離機構を有するステージ(カタパルトステージ)である。カタパルトステージは加減速時において粗微動間の接触を許容することで微動部のアクチュエータを軽量化し,微動部の制御帯域の向上を実現する。しかしカタパルトステージではアクチュエータの出力が小さくなるため,その制約を考慮した制御系が必要である。本研究では制約を考慮したフィードフォワード及びフィードバック制御系を提案し,その有効性を実験により示した。その結果カタパルトステージを実際の目標軌道で駆動させることが可能になり,カタパルトステージを実用化するための基礎を確立した。更にもう一つの誤差要因であるケーブル外乱を解決するために,無線電力伝送技術をステージに適用する(WHPS2)。無線でアクチュエータやセンサに電力を送ることで,センサ等につながれていた配線を除去し,ケーブル外乱を抜本的に解決する。本研究ではWHPS2の要求仕様を考慮したコイル設計,DCリンク電圧の安定化制御,電力軌道を考慮した制御系設計を統合することにより,無線電力伝送を用いた多軸精密位置決め装置というコンセプトが実現できることを実験により示した。以上より,新たな構造の精密位置決めステージにより,精密位置決めステージの性能を劣化させる2大要因である機械共振とケーブル外乱を解決した。将来的にはこれらの2つの装置を統合することにより,性能を劣化させる要因を全て除去した究極の精密位置決め装置が完成することを望む。
精密定位平台是用于制造半导体和液晶面板的设备,随着产品性能的提高和价格的降低,设备需要更大、更快、更精确。降低精密定位设备的定位精度的因素有多种,本研究重点关注机械共振和电缆扰动,并通过提出一种新型机械平台来解决这些问题。第一个是具有粗动和细动耦合和分离机构的平台(弹射器平台)。通过在加速和减速过程中允许粗调和微调之间的接触,弹射级减轻了微调部分中执行器的重量,并提高了微调部分的控制范围。然而,在弹射级中,执行器的输出很小,因此需要考虑到这一限制的控制系统。在本研究中,我们提出了一种考虑约束的前馈和反馈控制系统,并通过实验证明了其有效性。从而使弹射级在实际目标轨迹上驱动成为可能,为弹射级的实用化奠定了基础。为了解决电缆干扰(这是另一个误差因素),无线电力传输技术应用于平台(WHPS2)。通过无线传输电力到执行器和传感器,可以去除连接到传感器等的电线,从根本上解决电缆干扰。在本研究中,通过集成考虑WHPS2所需规格的线圈设计、直流母线电压的稳定控制以及考虑功率轨迹的控制系统设计,实现了使用无线电力传输的多轴精密定位装置的概念。实验表明这是可能的。如上所述,通过采用新型结构的精密定位平台,我们解决了影响精密定位平台性能的两大因素:机械共振和电缆干扰。未来,我们希望将这两种设备集成起来,打造出终极的精密定位设备,消除所有降低性能的因素。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Vibration Suppression Control for Two-Inertia System using Reference Governor
使用参考调速器的二惯量系统减振控制
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yazaki. Y.; Fujimoto. H.
  • 通讯作者:
    Fujimoto. H.
Development of Multi-axis High-Precision Stage using Multistep Wireless Power Transfer
使用多步无线电力传输开发多轴高精度平台
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yazaki. Y; Ohnishi. W; Imura. T; Fujimoto. H; Sakata. K; Hara. A; Chen. Z; Yokoyama. K; Suzuki. K
  • 通讯作者:
    Suzuki. K
Moving Coil Type Wireless Linear Motor based on Magnetic Resonance Coupling
基于磁共振耦合的动圈式无线直线电机
  • DOI:
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yuma Yazaki; Takurou Nishimura; Wataru Ohnishi; Takehiro Imura; Hiroshi Fujimoto
  • 通讯作者:
    Hiroshi Fujimoto
磁界共振結合を用いたMoving Coil型ワイヤレスリニアモータの基礎検討
利用磁场共振耦合的动圈式无线直线电机的基础研究
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    西村拓朗;矢崎雄馬;大西亘;佐藤基;居村岳広;藤本博志;堀洋一
  • 通讯作者:
    堀洋一
Evaluation of Disturbance Caused by Cable Tension in Multi-axis High-Precision Stage using Wireless Power Transfer
使用无线电力传输评估多轴高精度平台中电缆张力引起的干扰
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yazaki. Y; Ohnishi. W; Imura. T; Fujimoto. H; Sakata. K; Hara. A; Chen. Z; Yokoyama. K; Suzuki. K
  • 通讯作者:
    Suzuki. K
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矢﨑 雄馬其他文献

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    $ 2.18万
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