JPH0367824B2 - - Google Patents

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JPH0367824B2
JPH0367824B2 JP632986A JP632986A JPH0367824B2 JP H0367824 B2 JPH0367824 B2 JP H0367824B2 JP 632986 A JP632986 A JP 632986A JP 632986 A JP632986 A JP 632986A JP H0367824 B2 JPH0367824 B2 JP H0367824B2
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JP
Japan
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slider
output
comparator
voltage
displacement detector
Prior art date
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Expired
Application number
JP632986A
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Japanese (ja)
Other versions
JPS62166945A (en
Inventor
Hidekazu Muto
Tsutomu Tadane
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
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Publication date
Application filed by Koyo Seiko Co Ltd filed Critical Koyo Seiko Co Ltd
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Publication of JPS62166945A publication Critical patent/JPS62166945A/en
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Machine Tool Positioning Apparatuses (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は精密加工或は、測長器の較正等のため
の精密位置決め装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a precision positioning device for precision machining or calibration of a length measuring device.

(従来技術) 従来のこの種の位置決め装置としては、レーザ
干渉計等によつて現在位置を測定し、その結果を
直流サーボモータにフイードバツクしつつ送る方
法を採用したもの、或は、工作機械のNC装置に
見られるように、パルスモータにより微小ステツ
プを発生し、それをボールネジ等を介して直線運
動に変換して1m程度までの送りを行うものであ
る。
(Prior art) Conventional positioning devices of this type include those that measure the current position using a laser interferometer or the like and send the results as feedback to a DC servo motor; As seen in NC devices, a pulse motor generates minute steps, which are converted into linear motion via a ball screw, etc., and are sent up to about 1 meter.

(発明が解決しようとする問題点) 現在位置を測定し、それをサーボモータにフイ
ードバツクする前記従来技術においては、精度を
向上させるためにはレーザ干渉計のような高級な
測定器を用いなければならない。また、パルスモ
ータを用いる従来技術においては、ステツプ巾を
小さくすることが困難であり、しいて小さくする
と機構上の誤差が増大するので5〜10μm程度の
ステツプが限度となる。
(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional technology described above, which measures the current position and feeds it back to the servo motor, high-grade measuring instruments such as laser interferometers must be used to improve accuracy. No. Further, in the conventional technology using a pulse motor, it is difficult to reduce the step width, and if it is made smaller, mechanical errors increase, so the step width is limited to about 5 to 10 .mu.m.

本発明は、これらの問題点を解決すること、す
なわち、高級な測定器を用いることなく、しか
も、微小ステツプ巾(1μm程度)の送りを長距
離にわたつて行なえるようにすることを目的とす
るものである。
The purpose of the present invention is to solve these problems, that is, to enable feeding of minute steps (about 1 μm) over long distances without using high-grade measuring equipment. It is something to do.

(問題点を解決するための手段) 本発明は前記目的のために、パルスモータによ
りステツプ駆動される第1のスライダと、該第1
のスライダと平行して移動できる第2のスライダ
と、前記両スライダの相対変位を検出する変位検
出器と、該変位検出器の出力を各ステツプ毎の所
定のタイミングでホールドする一時的な記憶手段
と、該記憶手段の記憶内容にステツプ巾で決定さ
れる一定値を加算する加算器と、該加算器の出力
を比較値とし、それと前記変位検出器の出力との
差を出力する比較器と、比較器の出力により付勢
され、前記第2のスライダを各ステツプ毎に駆動
するサーボ機構とを具備している。
(Means for Solving the Problems) For the above purpose, the present invention provides a first slider step-driven by a pulse motor;
a second slider that can move in parallel with the slider; a displacement detector that detects the relative displacement of both sliders; and a temporary storage means that holds the output of the displacement detector at a predetermined timing for each step. an adder that adds a constant value determined by the step width to the memory content of the storage means; and a comparator that uses the output of the adder as a comparison value and outputs the difference between it and the output of the displacement detector. , and a servo mechanism that is energized by the output of the comparator and drives the second slider for each step.

(作用) スタート時点において、検出器から出ている電
圧をe0とする。パルスモータで駆動される第1の
スライダが第1ステツプにおいて、第2スライダ
よりδa1だけ前進すると、その相対変位が変位検
出器によつて検出されるその検出電圧をea1とす
る。その結果検出器からの出力はEa1=e0+ea1
なる。その出力Ea1に標準1ステツプδ分の電圧
(−e)を加算したもの(Ea1−e)が比較値(こ
れは1ステツプ完了まで変化しない。)として比
較器に入力される。
(Function) At the start point, the voltage output from the detector is set as e 0 . When the first slider driven by the pulse motor moves forward by δ a1 from the second slider in the first step, the detection voltage at which the relative displacement is detected by the displacement detector is set as e a1 . As a result, the output from the detector becomes E a1 = e 0 + e a1 . The output E a1 plus the voltage (-e) for one standard step δ (E a1 -e) is input to the comparator as a comparison value (this does not change until one step is completed).

この比較器は前記変位検出器のその後の出力
Eaと比較値(Ea1−e)との差を出力し、これが
積分器によつて積分されそれによりサーボ機構が
付勢される。積分器の役割はサーボモータの不感
帯をゼロとし、残留偏差をなくするのが目的であ
る。比較器からの出力はEa−(Ea1−e)であり、
その初期においてはEa=Ea1であるから、Ea1
(Ea1−e)=eであり、サーボ機構はこれにより
始動する。サーボ機構により第2スライダが距離
δb1だけ前進すると、両スライダ間の相対変位が
その分だけ減少し、δa1−δb1になるので、変位検
出器の出力EaはEa=Ea1−eb1となり、これと比較
値との差は(Ea1−eb1)−(Ea1−e)=e−eb1とな
る。したがつて、第2スライダの前進量δb1がδ
になつて、eb1=eになると、比較器からの出力
が零になり、第1ステツプを終了する。以下この
ステツプがn回繰返えされ、nδの送りが行なわ
れる。
This comparator is the subsequent output of said displacement detector.
The difference between E a and the comparison value (E a1 -e) is output, and this is integrated by an integrator, thereby energizing the servo mechanism. The role of the integrator is to eliminate the dead zone of the servo motor and eliminate residual deviation. The output from the comparator is E a − (E a1 − e),
At the beginning, E a = E a1 , so E a1
(E a1 −e)=e, and the servo mechanism is thereby started. When the second slider advances by a distance δ b1 by the servo mechanism, the relative displacement between both sliders decreases by that amount and becomes δ a1 - δ b1 , so the output E a of the displacement detector is E a = E a1 - e b1 , and the difference between this and the comparison value is (E a1 - e b1 ) - (E a1 - e) = e - e b1 . Therefore, the amount of advance δ b1 of the second slider is δ
When e b1 =e, the output from the comparator becomes zero and the first step ends. Thereafter, this step is repeated n times, and n.delta. is fed.

(実施例) 3と4は別個のスライダであつて、それぞれ空
気による浮動テーブル12上に支持され、きわめ
て摩擦抵抗の小さい状態で摺動することができ
る。スライダ3はプーリ5と6に掛けたスチール
ベルト1によつて直線駆動される。スチールベル
ト1はパルスモータ14によつてステツプ駆動さ
れる。スライダ4はプーリ7と11に掛けたスチ
ールベルト2によつて直線駆動されその方向はス
ライダ3の駆動方向と平行である。スチールベル
ト2は直流サーボモータ15によつて無段階駆動
される。位置決めすべきワーク、工具或は指針等
はこのスライダ4に結合される。スライダ4上に
は高感度の変位検出器8が固定されており、その
プローブ9がスライダ3上に固定したブロツク1
0の基準面10aに当接する。変位検出器8はス
ライダ3と4の相対変位を検知して、電圧Ea
出力する。この出力電圧Eaは比較器16の一方
の入力端子に与えられる。出力電圧Eaは分岐さ
れてゲート17を介してホールド回路18でホー
ルドされる。ホールド回路18の読出し出力は加
算器19で電圧(−e)と加算された上で比較器
16の他方の入力端子に与えられる。比較器16
は両入力端子に与えられる電圧の差Eを出力し、
それが積分されてドライバ20に入力される。ド
ライバ20は入力電圧Eに応じてサーボモータ1
5を駆動する。
(Embodiment) 3 and 4 are separate sliders, each supported on an air floating table 12, and can slide with extremely low frictional resistance. The slider 3 is linearly driven by a steel belt 1 placed around pulleys 5 and 6. The steel belt 1 is driven in steps by a pulse motor 14. The slider 4 is linearly driven by a steel belt 2 that is placed around pulleys 7 and 11, and its direction is parallel to the driving direction of the slider 3. The steel belt 2 is continuously driven by a DC servo motor 15. A workpiece, a tool, a pointer, etc. to be positioned is connected to this slider 4. A highly sensitive displacement detector 8 is fixed on the slider 4, and its probe 9 detects the block 1 fixed on the slider 3.
0 reference surface 10a. A displacement detector 8 detects the relative displacement between the sliders 3 and 4 and outputs a voltage E a . This output voltage E a is applied to one input terminal of the comparator 16 . The output voltage E a is branched and held in a hold circuit 18 via a gate 17 . The read output of the hold circuit 18 is added to the voltage (-e) by an adder 19 and then applied to the other input terminal of the comparator 16. Comparator 16
outputs the difference E between the voltages applied to both input terminals,
It is integrated and input to the driver 20. The driver 20 drives the servo motor 1 according to the input voltage E.
Drive 5.

次に前記装置の動作を説明する。 Next, the operation of the device will be explained.

パルス発振器21の出力は、ドライバ22を介
してパルスモータ14を付勢し、それを歩進させ
る。その結果、スライダ3が1ステツプ前進す
る。この1ステツプを例えば1μmとする。
The output of the pulse oscillator 21 energizes the pulse motor 14 via the driver 22, causing it to step forward. As a result, the slider 3 moves forward by one step. This one step is, for example, 1 μm.

前述のようにパルスモータによるステツプはス
テツプ巾を微細にした場合には、不正確になるの
で実際の前進巾は1μmにはならない。そこで、
第1ステツプ巾をδa1とすると、スライダ3上の
ブロツク10は第3図から同へ前進するの
で、変位検出器8は前進巾δa1に応じた出力電圧
Ea1を発生する。この出力電圧Ea1は零点e0と変位
比例分ea1との和、すなわちEa1=e0+ea1となる。
出力電圧Ea1は比較器16の正側入力端子に与え
られると共に、ゲート回路17を介してホールド
回路18に与えられる。ホールド回路18はそれ
に先立つてクリアされており、ゲート回路17は
出力電圧Ea1をホールド回路18に与えた直後に
オフとなる。これらの動作はパルス発振器21の
出力で同期制御されるタイミング回路23によつ
て行なわれる。
As mentioned above, when the step width is made finer, the step by the pulse motor becomes inaccurate, so the actual advancing width will not be 1 .mu.m. Therefore,
Assuming that the first step width is δ a1 , the block 10 on the slider 3 moves forward from FIG .
Generate E a1 . This output voltage E a1 is the sum of the zero point e 0 and the displacement proportion e a1 , that is, E a1 = e 0 + e a1 .
The output voltage E a1 is applied to the positive input terminal of the comparator 16 and is also applied to the hold circuit 18 via the gate circuit 17 . The hold circuit 18 is cleared in advance, and the gate circuit 17 is turned off immediately after applying the output voltage E a1 to the hold circuit 18. These operations are performed by a timing circuit 23 that is synchronously controlled by the output of the pulse oscillator 21.

ホールド回路18は直ちに読み出され、その出
力Ea1に対し加算器19が電圧(−e)を加算し
て出力Eb1を出力し、それを比較器16の負側入
力端子に与える。その結果比較器16はE1=Ea1
−Eb1を出力し、さらに積分器によつて積分され
それにより直流サーボモータ15が付勢される。
The hold circuit 18 is immediately read out, and the adder 19 adds a voltage (-e) to its output E a1 to output an output E b1 , which is applied to the negative input terminal of the comparator 16. As a result, the comparator 16 calculates E 1 =E a1
-E b1 is output and further integrated by an integrator, thereby energizing the DC servo motor 15.

ところで、前記動作のスタート時においては出
力Eaは変位検出器8の出力ea1と零点e0との和、
すなわちEa1=e0+ea1であり、かつ、Eb1=Ea1
eであるからE1=Ea1−Eb1=Ea1−(Ea1−e)=e
であり、サーボモータ15は電圧eによつて駆動
される。サーボモータ15の駆動によりスライダ
4が前進すると両スライダ3,4の相対変位が減
少するため変位検出器8の出力Eaはそれに伴な
つて減少し、スライダ4の前進量が第3図に示
すようにδb1になつたとき、Ea=e0+ea1−eb1に変
化する。この状態における積分器への入力電圧E
はE=Ea−Eb1=(e0+ea1−eb1)−(e0+ea1−e)
=e−eb1となる。したがつて、eb1がeになる
(すなわち、δb1がδになる)とサーボモータ15
は停止する。これはスライダ4が電圧eに応じた
量δだけ歩進したことを意味し、その原因となつ
たスライダ3の歩進巾δa1には関係がないことを
示している。
By the way, at the start of the operation, the output E a is the sum of the output e a1 of the displacement detector 8 and the zero point e 0 ,
That is, E a1 = e 0 + e a1 , and E b1 = E a1
Since e, E 1 =E a1 −E b1 =E a1 −(E a1 −e)=e
The servo motor 15 is driven by the voltage e. When the slider 4 moves forward due to the drive of the servo motor 15, the relative displacement between both sliders 3 and 4 decreases, so the output E a of the displacement detector 8 decreases accordingly, and the amount of advance of the slider 4 is shown in FIG. 3. When it becomes δ b1 , it changes to E a = e 0 + e a1 − e b1 . Input voltage E to the integrator in this state
is E=E a −E b1 = (e 0 + e a1 − e b1 ) − (e 0 + e a1 − e)
= ee b1 . Therefore, when e b1 becomes e (that is, δ b1 becomes δ), the servo motor 15
stops. This means that the slider 4 has stepped by an amount δ corresponding to the voltage e, and shows that it has nothing to do with the step width δ a1 of the slider 3 that caused this.

次のステツプで再びスライダ3がδa2の歩進を
行なうと、変位検出器8は出力Ea2=e1+ea2を発
生し、それがホールド回路18に書き替えられ
る。ただし、e1=e0+ea1−eである。したがつ
て、比較器16の出力E2はE2=Ea2−Eb2=(e1
ea2)−(e1+ea2−e)=eとなつて、サーボモータ
15は電圧eに比例した量δだけスライダ4を歩
進させる。
When the slider 3 again advances by δ a2 in the next step, the displacement detector 8 generates an output E a2 =e 1 +e a2 , which is rewritten by the hold circuit 18 . However, e 1 =e 0 +e a1 −e. Therefore, the output E 2 of the comparator 16 is E 2 =E a2 −E b2 =(e 1 +
e a2 )−(e 1 +e a2 −e)=e, and the servo motor 15 advances the slider 4 by an amount δ proportional to the voltage e.

以上のサイクルをn回繰返えすとスライダ3は
laok=1 δakだけ前進し、スライダ4はlb=nδだけ
前進することになる。したがつて、スライダ4を
電圧eで決定される距離、例えば1μmを単位に、
その整数倍の距離だけ移動させることができる。
すなわち、スライダ4の移動はスライダ3の移動
を原因として行なわれるが、単なる追尾ではな
く、電圧eを基準として行なわれるため、パルス
モータ14に基因する各ステツプ間の長短には影
響されない。
After repeating the above cycle n times, slider 3 becomes
l a = ok=1 It moves forward by δak, and the slider 4 moves forward by l b =nδ. Therefore, move the slider 4 at a distance determined by the voltage e, for example, in units of 1 μm.
It can be moved by an integral multiple of that distance.
That is, although the movement of the slider 4 is caused by the movement of the slider 3, it is not simply tracked, but is performed based on the voltage e, and is not affected by the length between each step caused by the pulse motor 14.

なお、|la−lb|が一定値以上になると、両スラ
イダ3,4間の間隔が適正範囲を越えることにな
り、同期外れになるのでパルスモータ14による
ステツプ巾と、正確なステツプ巾を決定する電圧
eとをそのようなことにならないように選定する
必要があるがその範囲内であればステツプ巾を変
化させることもできる。
Note that if |l a −l b | exceeds a certain value, the distance between the sliders 3 and 4 will exceed the appropriate range, resulting in loss of synchronization. It is necessary to select the voltage e that determines the voltage e to avoid such a problem, but the step width can be changed within that range.

前記実施例においては、直線駆動機構としてス
チールベルト1,2を用いたが、これはバツクラ
ツシユを解消した送りねじであつてもよいし、そ
の他の直線駆動機構であつてもよい。また、空気
による浮動テーブル12の代りに、リニヤボール
スライダを用いることもできる。さらに、直流サ
ーボモータ15に代えて圧電素子を用いることが
できる。この圧電素子は両スライダ3,4間に介
在させてそれに生じた変位をスライダ4に与え
る。圧電素子は入力電圧Eに比例した変位を生
じ、入力電圧Eの最大限は前述のようにステツプ
決定電圧eであるので、スライダ4を1ステツプ
δで歩進させることができる。
In the embodiment described above, steel belts 1 and 2 are used as the linear drive mechanism, but these may be a feed screw that eliminates backlash or other linear drive mechanisms. Furthermore, instead of the air floating table 12, a linear ball slider can also be used. Furthermore, a piezoelectric element can be used in place of the DC servo motor 15. This piezoelectric element is interposed between both sliders 3 and 4, and applies the displacement generated thereto to slider 4. The piezoelectric element produces a displacement proportional to the input voltage E, and since the maximum of the input voltage E is the step determining voltage e as described above, the slider 4 can be stepped by one step δ.

(効果) 本発明は以上ようにパルスモータを用いるので
あるが、それにより精度が決定されるのではな
く、パルスモータで歩進される第1スライダをベ
ースとして、第2スライダのそれからの正確な相
対変位をサーボ機構により行なわせ、その積重ね
により移動を行なうので、移動精度はサーボ機構
により決定され高い精度が得られる。そして、変
位検出器は微小変位を検出すればよいので、精度
の高いものが容易に得られ、レーザ干渉装置のよ
うな高級なものを必要としない。また、移動全長
はステツプ数を増大することにより、いくらでも
延長することができる。
(Effect) The present invention uses a pulse motor as described above, but the accuracy is not determined by it, but the accuracy of the second slider is determined based on the first slider that is stepped by the pulse motor. Since relative displacement is performed by a servo mechanism and movement is performed by stacking them, the movement accuracy is determined by the servo mechanism and high accuracy can be obtained. Since the displacement detector only needs to detect minute displacements, a highly accurate one can be easily obtained, and a high-grade device such as a laser interference device is not required. Furthermore, the total length of movement can be extended as desired by increasing the number of steps.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例を示す平面図、第2図
は同正面図、第3図は動作説明用の平面図であ
る。 1,2……スチールベルト、3,4……第1、
第2スライダ、8……変位検出器、14……パル
スモータ、15……直流サーボモータ、16……
比較器、18……ホールド回路、19……加算
器、23……タイミング回路。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view thereof, and FIG. 3 is a plan view for explaining the operation. 1, 2... Steel belt, 3, 4... 1st,
2nd slider, 8... Displacement detector, 14... Pulse motor, 15... DC servo motor, 16...
Comparator, 18...hold circuit, 19...adder, 23...timing circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 パルスモータによりステツプ駆動される第1
のスライダと、該第1のスライダと平行して移動
できる第2のスライダと、前記両スライダの相対
変位を検出する変位検出器と、該変位検出器の出
力を各ステツプ毎の所定のタイミングでホールド
する一時的な記憶手段と、該記憶手段の記憶内容
にステツプ巾で決定される一定値を加算する加算
器と、該加算器の出力を比較値とし、それと前記
変位検出器の出力との差を出力する比較器と、該
比較器の出力により付勢され、前記第2のスライ
ダを各ステツプ毎に駆動するサーボ機構とを具備
してなる精密位置決め装置。
1 The first step driven by a pulse motor
a second slider that can move in parallel with the first slider; a displacement detector that detects the relative displacement of both sliders; and a displacement detector that detects the output of the displacement detector at a predetermined timing for each step. a temporary storage means for holding, an adder for adding a constant value determined by the step width to the memory contents of the storage means, and an output of the adder as a comparison value, and a comparison value between it and the output of the displacement detector. A precision positioning device comprising: a comparator that outputs a difference; and a servo mechanism that is energized by the output of the comparator and drives the second slider for each step.
JP632986A 1986-01-17 1986-01-17 Precisely positioning device Granted JPS62166945A (en)

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