図1は、本発明の多自由度ステージ制御装置 のブロック図である。図において、100は多自 由度ステージ制御装置となっている。220はア クチュエータ構成入力装置となっている。制 御装置の使用者は、アクチュエータ構成入力 装置220を用いてアクチュエータ構成を入力す る。160は推力変換演算器であり、入力された アクチュエータ構成に応じて推力変換演算器 160の演算式が変化する。170は電流指令器であ り、入力されたアクチュエータ構成に応じて 演算式が変化する。また230は、センサ構成入 力装置となっている。制御装置の使用者は、 センサ構成入力装置230を用いてセンサ構成を 入力する。190はセンサ信号変換器であり、入 力されたセンサ構成により演算式が変化する 。180は位置演算器であり、入力されたセンサ 構成に応じて位置演算器180の演算式が変化す る。
 本発明が従来技術と異なる部分は、アクチ� ��エータ構成入力装置220およびセンサ構成入� ��装置230を備えた部分と、推力演算器160、電� ��指令器170、位置演算器180、センサ信号変換� ��190を可変とした部分である。

 図2は、本発明の多自由度ステージ制御装置 の動作を示すフローチャートである。以下で は図2を用いてその動作を説明する。多自由� �ステージ制御装置100は、フラッシュメモリ� �たはハードディスクなどの記憶装置を備え� �使用者が入力したアクチュエータ構成とセ� �サ構成を保存しておくことで、起動するた� �に毎回入力する手間を省くことができる。� �こで、アクチュエータ構成とセンサ構成を� �力するための制御前準備モードと、実際に� �定の制御周期で制御演算を行う制御モード� �を用意する。使用者は、始めに一度だけ制� �前準備モードでアクチュエータ構成とセン� �構成を入力して保存しておき、次回からは� �御モードで起動することができる。
 多自由度ステージ制御装置100を起動すると� ��まずstep1で制御前準備モードか制御モード� �を判定する。この判定は、モニタにモード� �択の画面を表示して使用者に入力を求める� �、ディップスイッチなどのハードウェアに� �り切り替えるか、またはフラッシュメモリ� �たはハードディスクなどの記憶装置を備え� �ソフトウェアフラグにより切り替えられる� �うにしてもよい。初めて使用する場合は、� �御前準備モードとして起動する。制御前準� �モードでは、アクチュエータ構成とセンサ� �成を入力する。アクチュエータ構成とは、� �クチュエータの数と、そのアクチュエータ� �れぞれの位置および種別を意味し、センサ� �成とは、センサの数と、そのセンサそれぞ� �の位置および種別を意味する。制御前準備� �ードでは、まずセンサ構成を入力する。始� �に、step11でセンサ数を入力する。センサ数� �、X軸、Y軸、Z軸にそれぞれいくつずつある� �を入力する。次に、step12でセンサ位置を入� �する。センサ位置は、step11で入力した数の� �ンサそれぞれについて、センサ信号にオフ� �ットを加えた値が零となる時のセンサ検出� �の絶対位置をX座標、Y座標、Z座標を入力す� �。ただし、このセンサオフセットについて� �、後のstep15で入力する。次に、step13でセン� �種別を選択する。センサ種別は、静電容量� �ンサや絶対値エンコーダなどの絶対位置セ� �サか、あるいは相対値リニアスケールやレ� �ザー干渉計などのように起動位置を零とす� �相対位置センサかを選択する。相対位置セ� �サの場合、制御モードでは起動直後に起動� �置を零とする相対位置情報を用いてステー� �を制御し、リセット動作を実行する。リセ� �ト動作では、零位置信号を検出したときの� �ンサ信号を保存する。リセット動作完了後� �、零位置信号検出時のセンサ信号を実際の� �ンサ信号から差し引くことにより絶対位置� �ンサと同様に扱うことができる。次に、step1 4でセンサ感度を、step15でセンサオフセット� �入力する。
 次に、アクチュエータ構成を入力する。始� ��に、step21でアクチュエータ数を入力する。� ��クチュエータ数は、X軸、Y軸、Z軸にそれぞ� ��いくつずつあるかを入力する。次に、step22� ��アクチュエータ位置を入力する。アクチュ� ��ータ位置は、step21で入力した数のアクチュ� ��ータそれぞれについて、推力中心点のX座標 、Y座標、Z座標を入力する。次に、step23でア� ��チュエータ種別を選択する。アクチュエー� ��種別は、例えばボイスコイルモータかリニ� ��モータを選択する。ボイスコイルモータで� ��れば位置によって電流と推力の関係がほぼ� ��定であるため、推力定数のみ入力すればよ� ��。リニアモータであれば、位置によって流� ��電流を変化させなければならないため、極� ��ッチと磁極位置の情報が必要である。step24� ��推力定数を入力する。step25ではアクチュエ� ��タ種別がボイスコイルモータであればstep1� �移行し、リニアモータであればstep26へ移行� �る。step26では極ピッチを、step27では磁極位� �を入力する。step100で設定を保存し、制御前� ��備モードを終了する。必要に応じて、次回� ��動時には制御モードで起動するようにフラ� ��を設定する。
 制御モードでは、step31で初期化処理を行う� ��ここでは、制御前準備モードで入力された� ��報を元に、初期化演算を行う。初期化演算� ��、具体的には、パラメータの読み込み、変� ��の初期値の設定、演算の高速化のための変� ��の演算などが含まれる。ここでは、例えばs tep21で入力されたアクチュエータ数がX軸方向 1つ、Y軸方向2つ、Z軸方向3つであれば、step22� ��入力されたアクチュエータ位置から(2)式の� ��列Gを求める。この行列は、推力変換器160で 用いる。次に、step32でセンサ信号を読みとる 。次に、step33でセンサ信号からセンサ位置を 算出する。具体的には、例えばX軸を検出す� �絶対位置センサのセンサ信号SX1が検出され� �ときのセンサ位置(xw、yw、zw)は次式により算 出する。ただし、step12で入力したセンサ位置 を(xl、yl、zl)、step15で入力したセンサオフセ� ��ト値をSofs、センサ感度をKとする。

 次に、step34で、ステージ位置を算出する� ��ステージ位置の演算式は、センサ構成によ� ��異なる。本発明の多自由度ステージ制御装� ��では、図4から図11で表されるセンサ構成に� ��応する位置演算式を全てメモリ上に保有し� ��おき、例えば、入力されたセンサ数がX軸2� �、Y軸2つ、Z軸3つである場合、図4のセンサ構 成の位置算出式を用い、X軸1つ、Y軸2つ、Z軸3 つである場合、図5のセンサ構成の位置算出� �を用いる。後は選択されたセンサ構成に応� �て、従来技術と同様にX軸、Y軸、Z軸方向の� �置と、ロール、ピッチ、ヨーの姿勢とを合� �せた6自由度で位置および姿勢を算出する。� ��に、step35で、ステージの位置指令を算出す� ��。次に、step36で、従来と同様の制御演算を� ��行する。次に、step37で、推力変換演算を実� ��する。推力変換演算では、step31で求めた行� ��Gを用いて(2)式の演算を実行し、各アクチュ エータの推力指令を求める。次に、step38で、 電流指令演算を実行する。電流指令演算では 、各アクチュエータの推力指令を電流指令に 変換する。例えばstep23で入力されたアクチュ エータ種別がボイスコイルモータであった場 合、電流指令irefは、次式により計算される� �ただし、step24で入力された推力定数をKvcmと� ��る。 

 また、例えばstep23で入力されたアクチュ� ��ータ種別が3相のリニアモータであった場合 、U相、V相、W相の電流指令iUref、iVrefiWrefは、 次式により計算される。ただし、step24で入力 された推力定数をKlm、step26で入力された極ピ ッチをPi、step27で入力された磁極位置をPoと� �る。

 次に、step39では、step38で求めた電流指令� ��多自由度ステージ制御装置100の電流アンプ� ��出力する。多自由度ステージ制御装置100は� ��け取った電流指令通りに各アクチュエータ� ��電流を制御し、発生した推力により動作す� ��。次にstep32に戻り、一定の制御周期ごとに� ��上の演算を繰り返す。

 このように、センサ構成入力装置とアク� ��ュエータ構成入力装置を備え、推力演算器� ��電流指令器、位置演算器、センサ信号変換� ��を可変とした構成をしているので、複数の� ��ンサ構成・アクチュエータ構成の中から選� ��することができ、位置演算部とアクチュエ� ��タ推力変換演算部の汎用性を高めることが� ��き、多自由度ステージ制御装置を様々な制� ��対象に使用することができる。また、始め� ��らあらゆるセンサ構成やアクチュエータ構� ��に対応することが困難な場合は、主によく� ��用されるセンサ構成やアクチュエータの演� ��式のみをメモリ上に備えておき、対応する� ��ンサ構成やアクチュエータ構成を追加した� ��場合に後から別に位置算出式や推力変換演� ��式を関数として与えるようにしてもよい。� ��れにより、新たに対応するセンサ構成やア� ��チュエータ構成を、追加のアップデート機� ��としてネットワーク配信するなどの使い方� ��可能になる。