JPH0367824B2 - - Google Patents

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。

（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。

（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。

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。

（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。

（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δ_a1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e_a1とす
る。その結果検出器からの出力はE_a1＝e₀＋e_a1と
なる。その出力E_a1に標準１ステツプδ分の電圧
（−ｅ）を加算したもの（E_a1−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。

この比較器は前記変位検出器のその後の出力
E_aと比較値（E_a1−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E_a−（E_a1−ｅ）であり、
その初期においてはE_a＝E_a1であるから、E_a1−
（E_a1−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
δ_b1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、δ_a1−δ_b1になるので、変位検
出器の出力E_aはE_a＝E_a1−e_b1となり、これと比較
値との差は（E_a1−e_b1）−（E_a1−ｅ）＝ｅ−e_b1とな
る。したがつて、第２スライダの前進量δ_b1がδ
になつて、e_b1＝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。

（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E_aを
出力する。この出力電圧E_aは比較器１６の一方
の入力端子に与えられる。出力電圧E_a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。

次に前記装置の動作を説明する。

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。

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δ_a1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δ_a1に応じた出力電圧
E_a1を発生する。この出力電圧E_a1は零点e₀と変位
比例分e_a1との和、すなわちE_a1＝e₀＋e_a1となる。
出力電圧E_a1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E_a1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。

ホールド回路１８は直ちに読み出され、その出
力E_a1に対し加算器１９が電圧（−ｅ）を加算し
て出力E_b1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＝E_a1
−E_b1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。

ところで、前記動作のスタート時においては出
力E_aは変位検出器８の出力e_a1と零点e₀との和、
すなわちE_a1＝e₀＋e_a1であり、かつ、E_b1＝E_a1−
ｅであるからE₁＝E_a1−E_b1＝E_a1−（E_a1−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E_a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δ_b1になつたとき、E_a＝e₀＋e_a1−e_b1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＝E_a−E_b1＝（e₀＋e_a1−e_b1）−（e₀＋e_a1−ｅ）
＝ｅ−e_b1となる。したがつて、e_b1がｅになる
（すなわち、δ_b1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δ_a1には関係がないことを
示している。

次のステツプで再びスライダ３がδ_a2の歩進を
行なうと、変位検出器８は出力E_a2＝e₁＋e_a2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＋e_a1−ｅである。したがつ
て、比較器１６の出力E₂はE₂＝E_a2−E_b2＝（e₁＋
e_a2）−（e₁＋e_a2−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。

以上のサイクルをｎ回繰返えすとスライダ３は
l_a＝_o 〓^k=1 δakだけ前進し、スライダ４はl_b＝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。

なお、｜l_a−l_b｜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。

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。

（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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。