JPH07106525B2

JPH07106525B2 - 移動台装置の姿勢制御システム

Info

Publication number: JPH07106525B2
Application number: JP4115300A
Authority: JP
Inventors: 村洋太郎畑
Original assignee: 畑村洋太郎
Priority date: 1992-04-09
Filing date: 1992-04-09
Publication date: 1995-11-15
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: JPH05285772A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば半導体製造装
置，工作機械，各種検査装置等に用いられる移動台装置
に関し、特に移動台の姿勢を制御する移動台装置の姿勢
制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近
年、半導体技術で代表されるように微細加工の高精度化
の要求が高まっている。ＮＣ（数値制御）が開発されて
以来、機械各部の高剛性化と位置制御により加工精度は
飛躍的に向上したが、より機械加工の高精密化を図るに
は、”加工の知能化”の考えを取り入れる必要がある。

【０００３】加工の知能化とは、加工現場で生じている
物理現象を情報としてサンセでとりこみ、予め用意した
モデルに入力し、そこからの出力と設計から定まる目標
値と比較して、その差に応じてアクチュエータを動か
し、加工で生じる現象そのものをリアルタイムで変化さ
せて所期の目的の加工を行うものである。

【０００４】加工で生じる基本的な物理現象を図３１に
示す。物を加工すると、加工の行われる部分１００で加
工反力Ｎと熱Ｈの発生が生じる。この他にも動力源１０
１からの発熱、熱と加工反力の伝達によるベース１０
２，コラム１０３およびヘッド１０４等の構造体の変
形、周囲への熱Ｈや音Ｓの発散等の種々の現象が同時に
生じている。すなわち、すべての構成要素は力と熱で変
形しており、より加工の高精密化を図るためには、単な
る高剛性化による高精度化や、従来技術の組み合わせに
よるシステム化などでは不十分であった。この加工時の
物理現象としては、周囲の温度変化Ａ、熱と力による各
構造部材の変形Ｂ、伝熱による温度分布Ｃ、内部ひずみ
Ｄ、外部ひずみＥ、加工による振動Ｆ等の種々の情報と
して把握することができる。

【０００５】かかる見地から、加工の知能化に必要とさ
れる機械要素について、目下種々の試みがなされてい
る。

【０００６】本発明は、上記した加工の知能化に必要な
構成要素として加工テーブルに着目し、この加工テーブ
ルに利用することができる移動台装置の姿勢制御システ
ムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、軌道レールに転動体を介して移
動子を移動自在に設け、該移動子および軌道レールの少
なくとも一方側に移動台を取り付けた移動台装置におい
て、前記移動子を複数設け、前記移動台と個々の移動子
の間にそれぞれ微小変位発生部を設け、前記移動子の移
動によって移動台の粗動を行い、前記各微小変位発生部
で発生する一方向の微小変位の組み合わせによって移動
台の姿勢を制御することを特徴とする。

【０００８】変位発生部は移動台を支持する脚部に設け
たことを特徴とする。

【０００９】移動台の脚部は、移動子に取付けられた中
間台に支持されていることを特徴とする。

【００１０】移動台の脚部は移動子に直接支持されてい
ることを特徴とする。

【００１１】変位発生部は移動子に設けたことを特徴と
する。

【００１２】微小変位発生部は一方向にのみ変位を発生
させるものであることを特徴とする。

【００１３】移動台の姿勢の制御は、移動台走行時のピ
ッチング，ローリング，ヨーイングを補正する方向に、
各移動子の変位発生部を制御することを特徴とする。

【００１４】移動台の姿勢を外部から認識し、この認識
された姿勢情報に基づいて、変位発生部を制御すること
を特徴とする。

【００１５】移動台に作用する力を検出し、この検出さ
れた力情報に基づいて、移動子の変位発生部を制御する
ことを特徴とする。

【００１６】移動子に変位検出手段を設け、該変位検出
手段によって検出された変位情報から移動台の姿勢を認
識し、この認識された姿勢情報に基づいて、変位発生部
を制御することを特徴とする。

【００１７】移動子に力検出手段を設け、該値から検出
手段によって検出された力情報から移動台の姿勢を認識
し、この認識された姿勢情報に基づいて、変位発生部を
制御することを特徴とする。

【００１８】力検出手段によって検出された力情報から
移動子の変位量を求め、該変位量分を相殺するように変
位発生部に変位を発生させることによって移動台の姿勢
を一定位置に維持することを特徴とする。

【００１９】移動台が工作機械の加工テーブルであり、
加工テーブル上のワークと工具の相対位置を認識し、適
正な相対位置となるように移動台の姿勢を制御すること
を特徴とする。

【００２０】

【作用】上記構成の移動台装置の姿勢制御システムにあ
っては、移動子を移動させることによって移動台の粗動
送りを行う。一方、移動台と移動子の間に設けた微小変
位発生手段で微小変位を発生させることにより、移動台
の姿勢を制御する。すなわち、本願発明は、移動台を支
持する直線案内装置の複数の移動子に着目し、移動子の
支持面で姿勢を制御するようにしたものである。このよ
うに移動子の部分に変位発生部を設けているので、その
組み合わせ方でどのようなテーブルの姿勢制御も行うこ
とができ、非常に汎用性の高い姿勢制御システムを構築
することができる。

【００２１】姿勢の制御は、移動台走行時のピッチン
グ，ローリング，ヨーイングを補正するようにすれば、
ピッチング，ローリング，ヨーイングの影響を無視する
ことができる。

【００２２】また、移動台の姿勢を外部から認識し、こ
の認識された姿勢情報に基づいて、各移動子の変位発生
部を制御することにより、移動台の姿勢の制御を精密に
行える。

【００２３】一方、移動台に作用する力を検出し、この
力情報に基づいて各移動子の変位発生部を制御すること
により、力に応じた最適な姿勢を得ることができる。

【００２４】また、各移動子に変位検出手段を設け、検
出された変位情報から移動台の姿勢を認識するようにす
れば、外部の姿勢認識手段が不要となる。

【００２５】また、各移動子に力検出手段を設ければ、
外部の力検出手段が不要となる。

【００２６】また、力検出手段によって検出された力情
報から各摺動子の変位量を求め、該変位量分を相殺する
ように各移動子の変位発生部に変位を発生させることに
よって移動台の姿勢を一定位置に維持するようにすれ
ば、見かけ上剛性無限大の移動台装置を実現できる。

【００２７】そして、移動台を工作機械の加工テーブル
として用い、加工テーブル上のワークと工具の相対位置
を認識し、適正な相対位置となるように移動台の姿勢を
制御するようにすれば、工作機械の他の構成要素が熱や
力によって変形したとしても、常に加工状態を一定に保
つことができ、加工精度の向上を図ることができる。

【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。

【００２８】図１は本発明の一実施例に係る移動台装置
の姿勢制御システムの基本構成を示している。移動台装
置は、移動台の直線案内として転がり直線運動案内装置
を用いたものである。転がり直線運動案内装置は、軌道
レール１に転動体２を介して複数の移動子３を移動自在
に設けた構成で、この移動子３および軌道レール１の少
なくともいずれか一方、図示例では移動子３に移動台７
が取付けられ、軌道レール１はベース１０１に固定され
ている。

【００２９】移動台７はボールねじ等の粗動送り系１０
３によって直線方向に駆動され、ＮＣ情報に基づいて粗
動制御装置１１１から粗動指令信号が出力され、モータ
ドライバ１１２を介して粗動送りモータ１１３が駆動さ
れる。この粗動送り系１０３の制御はオープンループ制
御としてもよいし、移動台７の位置をフィードバックし
てクローズドループ制御としてもよい。

【００３０】一方、変位発生手段４の制御は、外部セン
サ１１４あるいは移動子３に設けられた力検出手段９や
変位検出手段８から得られる移動台７の姿勢に関する情
報に基づいてなされる。移動台７の姿勢は軌道レール
１，移動子３，ベース１０１，粗動送り系１０３のボー
ルねじ軸１０５，ボ−ルナット１０６等の各システム構
成要素の変形によって変化するものであり、各構成要素
の変形は熱と力によって生じる。移動台７の姿勢を知る
ための外部センサ１１４としては、まず移動台７自体の
変位を直接見るための変位センサやビデオカメラ等の視
覚センサを用いることができる。また、移動台７の姿勢
を直接検出するのではなく、各構成要素の変形量を検出
するようにしてもよい。各構成要素の変形量を検出する
には、構成要素の変形量を変形センサによって直接検出
してもよいし、ひずみを検出するようにしてもよい。ま
た、各構成要素に加わる熱と力を検出して変形量を演算
するようにしてもよい。さらに、各構成要素の内力状態
によって音を含む振動特性が変化することも考えられる
ので、振動特性を姿勢情報として検出するようにしても
よい。要するにすべての構成要素は、ひずみ・温度・音
・形等として情報を発生しており、これら構成要素から
発せられる情報のうち、利用可能なあらゆる情報をもと
にして微動制御装置１００にて移動台の姿勢７を認識し
て微動制御量を演算し、変位発生手段ドライバ１１４を
介して変位発生手段４を駆動制御するようになってい
る。

【００３１】図２は移動台装置に設ける変位発生部の各
種実施例を示している。図２(c) は微小変位発生手段を
移動台に設けたものであり、図２(d) ，(e) は変位発生
部を移動台を支持する脚部に設けたものである。このう
ち、図２(d) は移動台の脚部が移動子に取付けられた中
間台に支持した例で、図２(e) は移動台の脚部が移動子
に直接支持されている例である。

【００３２】また、図２(f) は変位発生手段が移動子に
設けられている例である。能としたものである。

【００３３】図３は図２(f) の移動子に変位発生手段を
設けた場合を例にとって、移動台の姿勢制御状態を示し
ている。すなわち、図２(a) ，(b) に示すように、軌道
レール１に沿って移動子３が移動する方向をＹ軸、軌道
レール１に対して直交しかつ移動子３の疑似摺動面に平
行方向をＸ軸、移動子３の疑似摺動面Ｓに対して直交す
る上下方向をＺ軸とした場合に、図３(b) はＺ軸方向
に、図３(c) はＸ軸方向に、図３(d) はＹ軸方向に、そ
れぞれ変位を発生させる様子を示している。

【００３４】また、図３(e) 〜 (g)には、移動台７の姿
勢を、移動台７がＹ軸回りに回動するローリング，Ｘ軸
回りに回動するピッチング，Ｚ軸回りに回動するヨーイ
ングを補正する方向に、各移動子３の変位発生部４を制
御する。

【００３５】また、力検出手段によって検出された力情
報から各摺動子の変位量を求め、該変位量分を相殺する
ように各移動子の変位発生部に変位を発生させることに
よって移動台の姿勢を一定位置に維持するようにすれ
ば、見かけ上剛性無限大の移動台装置を実現できる。図
４には、移動台装置の各種構成例を示している。

【００３６】すなわち、図４(a) は軌道レール１を一軸
構成としたもの、図４(b) は軌道レール１を２軸構成と
した例であるが、図１に示す例とは逆に、軌道レール１
に移動台７を取りつけたものである。

【００３７】図４(c) は２軸対向使用の例で、移動子３
を左右に対向して配置したものである。

【００３８】図４(d) に示す例は、左右の移動子３を上
下方向と水平方向に配置したものである。

【００３９】図４(e) は、２軸対向使用の例を９０度回
転させた構成例である。

【００４０】図４(f) に閉める例は同図(c) に示す例と
反対の構成であり、同図 (g)は同図(d) に示す例と反対
の構成例である。

【００４１】図５は図４(c) ，(f) ，(e) の２軸対向使
用の場合に、一方の移動子３に変位発生部４を設けない
でばねで支持するようにしたものである。

【００４２】なお、この図４，図５に示す構成例は、い
ずれもＹ軸方向の一軸方向に移動する場合であるが、図
６に示すように、ＸＹ軸の２方向へ移動可能な構成とし
てもよい。

【００４３】図７および図８は、移動台７を工作機械の
加工テーブルとして用いる場合の実施例を示している。
すなわち、移動台７上のワークＷと工具Ｔの相対位置を
認識し、適正な相対位置となるように移動台の姿勢を制
御するものである。

【００４４】図７はこの基本的なシステム構成を示すも
ので、図１のシステムに加えて工具Ｔ側に作用する力，
熱，変形量等を検出するセンサ１１６を設け、工具Ｔと
移動台７上の相対位置を認識し、最適な加工状態となる
ように、移動台７の姿勢を制御するものである。

【００４５】すなわち、マシニングセンタを例にとる
と、図３１に示したように、すべての構成要素は熱と力
によって変形しており、工具Ｔの姿勢も変化してしま
う。そこで、コラム等をアクティブな構造体として工具
Ｔの姿勢を制御することも試みられているが、この発明
では工具Ｔの姿勢の変化に追随させて移動台７の姿勢を
制御するものである。

【００４６】そのためには、まず工具ＴとワークＷの相
対位置関係を正確に認識する必要がある。この工具Ｔと
ワークＷの相対位置は、工具Ｔの位置，姿勢とワークＷ
の位置，姿勢を個別に検出することによって認識するこ
とができる。また、位置自体を検出しないで、工具Ｔと
ワークＷ間の加工反力の大きさと方向を検出することに
よって、工具ＴとワークＷの相対位置を判断することも
可能である。また、音センサによって工具ＴとワークＷ
の相対位置を認識することも可能である。また、視覚セ
ンサによって相対的な位置関係を検出することもでき
る。

【００４７】このように、工具Ｔの姿勢変化に追随する
ように移動台７の姿勢を制御することにより、工作機械
の他の構成要素が熱や力によって変形したとしても、常
に加工状態を最適状態に保つことができる。

【００４８】図９(a) 〜(c) は、本発明の変位発生直線
運動用案内装置の概念的な構成を示している。この変位
発生直線運動用案内装置は、直線的に延びる軌道レール
１と、この軌道レール１に転動体としての多数のボール
２を介して組みつけられる摺動台３と、から構成され
る。そして、摺動台３には変位発生部４が設けられてお
り、この変位発生部４によって変位を発生させて摺動台
３によって案内される可動テーブル等の被案内部材５の
位置を制御可能としている。

【００４９】変位発生方向としては、図９(d) に示すよ
うに、軌道レール１に沿って摺動台３が移動する方向を
Ｙ軸、軌道レール１に対して直交しかつ摺動台３の疑似
摺動面に平行方向をＸ軸、摺動台３の疑似摺動面Ｓに対
して直交する上下方向をＺ軸とした場合に、図９(a) で
はＺ軸方向に、図９(b) ではＸ軸方向に、図９(c) では
Ｙ軸方向に、それぞれ変位を発生する様子を示してい
る。

【００５０】図１０(a) は、この変位発生部４の変位量
を検出する変位検出手段８を設けた例を示している。こ
のように変位検出手段８を設けることにより、実際の変
位量をモニタすることができ、この変位情報に基づいて
変位発生部４の作動を制御すれば、被案内部材５の位置
をより精密に制御することが可能となる。また、図１０
(b) は摺動台３に作用する力を検出する力検出手段９を
設けたもので、作用する力情報に基づいて変位発生部４
を制御することもできる。

【００５１】変位検出手段８としては、たとえば、図１
１(a) に示すような歪みゲージ等の抵抗式センサ８ａ，
同図(b) に示すような圧電素子を用いて変位を電圧変化
として検出するセンサ８ｂ、同図(c) に示すような作動
トランスやうず電流センサ等の電磁誘導式センサ８ｃ、
同図(d) に示すような静電容量式のセンサ８ｄ、同図
(e) に示すような光りファイバ等を用いた光り干渉方式
のセンサ８ｅ等、微小変位を検出可能な種々のセンサを
用いることができる。また、図１１(f) ， (g)には力検
出手段の一例を示している。すなわち、図１１(f) に示
すものは、荷重に応じて荷重作用方向に弾性変形する弾
性部材９ｂと、この弾性部材９ｂのひずみ量を検出する
ための歪みゲージ９ａと、から構成されており、弾性部
材９ｂの歪み量の検出値から作用する力を検出するもの
である。

【００５２】図１１(g) に示す例は、弾性部材９ｂと、
この弾性部材９ｂに並べて配置される圧電素子９ｃの歪
み量の検出値から作用する力を検出するものである。

【００５３】もちろん、力検出手段としては、この図示
例の他種々の検出手段を用いることができる。

【００５４】図１２は変位発生部４の各種基本構成例を
示している。

【００５５】すなわち、図１２(a) はＺ軸方向に変位を
発生する場合、図１０(b) はＸ軸方向に変位を発生させ
る場合、図１２(c) はＹ軸方向に変位を発生させる場合
の構成例である。その他図示しないが、図１１(b) ，
(c) の構成を組合せることによりＸＹ軸の二方向に変位
を発生させることもできるし、また図１１(a) と図１１
(b) の構成を組み合わせることによりＸＺ軸の二方向
に、図１１(a) と図１１(c) の構成を組合せることによ
りＹＺ軸の二方向に変位を発生させることができる。さ
らに、図１１(a) 〜(c) の三つの構成を組合せることに
よりＸＹＺ軸の三方向に変位を発生させることができ
る。さらにまた、ＸＹＺ軸方向に限らず、任意の方向に
変位を発生させるように構成することが可能である。

【００５６】いずれの例も、変位発生部の構成として、
変位方向に弾性変形可能でかつ変位方向以外の方向には
剛な弾性部材６と、変位方向に伸縮可能な圧電素子や電
歪素子等の変位手段７と、を備えており、この弾性部材
６と変位手段７とが摺動台本体部３１とテーブル等が取
り付けられる取付部３２との対向面間に並べて設けられ
ている。

【００５７】図１２(d) に示す例は、変位伝達部材３３
を用いたものである。すなわち、ボールが転動する部分
を有する摺動台本体部３１と取付部３２の対向面間には
弾性部材６のみを設け、変位発生伝達部材の一端３３ａ
を摺動台本体部３１にと取付部３２のいずれか一方、図
示例では取付部３２に固定し、この変位伝達部材３３の
自由端部３３ｂと摺動台本体部３１と取付部３２の他方
側の部材、この実施例では摺動台本体部３１との間に変
位手段７を介在させたものである。

【００５８】変位手段６としては、圧電素子や電歪素子
の他に、物体の熱膨張を利用して伸縮させる熱アクチュ
エータや、図１２(e) ，(f) に示すような、流体圧によ
って伸縮するアクチュエータ７ａ、その他ボイスコイル
や磁歪素子等、要するに指令値に基づいて指令値に比例
して伸縮する各種アクチュエータを適用することができ
る。

【００５９】図１３は、図１２に示した変位発生部の基
本構成において、弾性部材６として薄肉の板ばね構成と
した場合の各種構成例を示している。

【００６０】図１３(a) は図１２(a) に示すＺ軸方向に
変位を発生させる場合の弾性部材の基本構成を示す。す
なわち、この弾性部材６Ａは、変位発生方向には弾性変
形可能でその他の方向には剛な薄肉構造になっており、
一端が取付部３２に固定され、他端が摺動台本体部３１
に固定されている。

【００６１】図１３(b) は、図１２(d) に示した変位伝
達部材を用いた変位発生部の具体例を示している。

【００６２】図１３(c) は、弾性部材６Ｂとして薄肉の
環状平板構造のものを用いた場合の例を示す。図１３
(d) 〜(f) はこの弾性部材６Ｂの平面形状を示すもの
で、同図(d) に示すように単なる環状平板形状としても
よく、また同図(e) ，(f) に示すように適当な穴６Ｃを
設けた形状としてもよい。

【００６３】図１３ (g)〜(i) は、変位手段７と弾性部
材６Ｂの配置構成例を示している。

【００６４】図１３ (g)は、弾性部材６Ｂと変位手段７
を共にリング状に形成して同心的に配置した例である。

【００６５】図１３(h) は、棒状の変位手段７と、リン
グ状の弾性部材６Ｂを用いたもので、棒状の変位手段７
を三か所に配置した例を示している図１３(i) は、棒状
の変位手段７を用いると共に、弾性部材６Ｂを棒状の変
位手段７をさけるように円周方向に分割構成としたもの
である。

【００６６】図１４は、図１２(b) ，(c) に示すＸ軸，
Ｙ軸方向に変位を発生させる場合の弾性部材の基本的な
構成例を示している。

【００６７】図１４(a) は、弾性部材６Ｄを互いに平行
に配置される薄肉部より構成される平行平板構造とした
例であり、Ｘ軸あるいはＹ軸方向の一方向にのみ弾性変
形可能な構造となっている。

【００６８】図１４(b) は、弾性部材６Ｅの構造として
薄肉円筒形状としたものである。このようにすれば、Ｘ
軸，Ｙ軸方向のいずれの方向にも弾性変形可能であり、
弾性変形の方向は一方向に限定されない。

【００６９】次に、本発明のより具体的な実施例につい
て説明する。以下、第１実施例から第８実施例までがＺ
軸変位型の実施例であり、第９実施例がＸ軸変位型の実
施例、第１０実施例がＹ軸変位型の実施例であり、第１
１実施例がＸＹ軸二方向変位型の実施例であり、第１２
実施例がＸ軸Ｙ軸変位型の変形例である。

【００７０】［第１実施例］図１５および図１６は第１
の実施例を示している。この第１実施例は、Ｚ軸方向に
変位を発生させる図１２(a) のモデル構成を具体化した
ものであり、図１５は概略構成を示し、図１０はより具
体的な構成例を示している。

【００７１】まず、図１５に基づいて概略構成を説明
し、次いで図１４に基づいてより詳細な部分を説明す
る。

【００７２】図１５の例は、弾性部材６Ｂとして図１３
(c) に示す薄肉の環状平板構造のものを適用した例であ
る。すなわち、摺動台３が、ボール２が転動する部分を
有する摺動台本体部３１と、被案内部材５が取り付けら
れる取付部３２と、摺動台本体部３１と取付部３２との
間に介在される変位発生部４とから構成されている。

【００７３】変位発生部４は、板ばね状の弾性部材６Ｂ
と、取付部３１とスライド部３２間の間隔を可変とする
変位手段７とから構成される。弾性部材６Ｂは薄肉の環
状平板形状であり、その外端が環状の取付部３２内端に
固定され、その内端が摺動台本体部３１に固定され、Ｚ
軸方向に弾性変形可能に構成されている。

【００７４】弾性部材６Ｂを環状平板構造とすることに
より、弾性部材６ＢはＺ軸方向には弾性変形可能でかつ
Ｚ軸以外のＸ，Ｙ軸方向には剛な構成となっており、Ｘ
軸，Ｙ軸方向の剛性を高剛性に保つことができる。

【００７５】弾性部材６Ｂの表面には、弾性部材６Ｂの
弾性変形に対応する変位量を検出するための検出手段と
しての抵抗式センサ８ａが貼着されている。この抵抗式
センサ８ａは、図１５(b) に示すように、もっとも歪み
の大きい弾性部材６Ｂの付けね部に貼着することによっ
て感度が高められている。

【００７６】次に図１０の例について、図１５と異なる
点およびより具体化されている点を説明する。

【００７７】この図示例では、摺動台３を構成する四角
形のブロック体を加工することによって取付部３２と弾
性部材６Ｂと摺動台本体部３１とを一体構成としてあ
る。すなわち、摺動台３の前後左右の側面に全周的にス
リット３４を形成し、一方、摺動台３の上面中央に円形
の凹部３５を形成し、凹部３５底面とスリット３４の間
を薄肉にして弾性部材６Ｂを構成している。この摺動台
３の凹部３５の開口部は蓋体３６によって閉塞されてい
る。

【００７８】抵抗式センサ８ａとしては、弾性部材６Ｂ
の外径端部と内径端部に４枚づつ等配し、内径端側と外
径端側の抵抗式センサ８ａの位相を４５度ずらして配置
してある。また、抵抗式センサ８ａを弾性部材６Ｂの凹
部３４側の表面に取付け、抵抗式センサ８ａからの信号
線は取付部３１に固定される接続端子９を通じて取り出
される。

【００７９】図１８には、このような変位発生直線運動
用案内装置の制御ブロック図が示されている。

【００８０】すなわち、圧電素子等の変位手段７を動作
させるために、指令値をアナログ信号に変換するＤ／Ａ
コンバータ１００と、この信号を増幅するドライブアン
プ１０１と、弾性部材６Ｂに貼着された抵抗式センサ８
ａの抵抗値を読むためのストレインアンプ１０２と、ス
トレイアンプ１０２から出力されたアナログの検出値を
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１０３と、
それを処理しコントロールする演算回路１０４と、から
構成されている。そして、抵抗式センサ８ａによて検出
された変位情報を常時モニタして演算回路１０４にフィ
ードバックし、適切な変位を発生させるように圧電素子
等の変位手段７を制御して逐次変位が調整される。すな
わち、摺動台３に取付けられるテーブル等の被案内部材
の位置が制御されることになる。

【００８１】制御構成としては、図中点線で示すよう
に、抵抗式センサからのアナログ情報をディジタル情報
に変換せずに直接指令値のアナログ信号と比較して制御
するように構成してもよい。

【００８２】［第２実施例］図１８は第２実施例を示す
もので、この実施例は変位発生部４に図１３(b) に示さ
れるような変位伝達部材３３を利用したものである。変
位の発生方向はＺ軸方向であり、変位検出手段として抵
抗式センサ８ａを弾性部材６に貼着したものである。

【００８３】［第３実施例］図１９は第３実施例を示す
もので、この実施例も変位発生部４の構成として図１３
(c) に示される環状薄肉平板構造の弾性部材６Ｂを適用
したもので、Ｚ軸方向に変位を発生させるタイプであ
る。そして、変位を検出する代わりに、力検出手段９を
設けて力を検出するようになっている。

【００８４】力検出手段９としては、図１１(f) ，(g)
に示すような力に対応して変形する弾性部材のひずみを
抵抗式センサ９ａによって電気信号に変換して検出する
ものである。弾性部材９ｂとしては、変位発生部４に適
用した弾性部材６Ｂと同様に、力の作用方向に弾性変形
可能でかつ他の方向には剛な薄肉の環状平板形状の板ば
ねが用いられ、摺動台本体部３１，取付部３２および変
位発生部４と一体構造となっている。そして、変位発生
部４を所定量伸長させると、その分だけ力が増大し、力
の増大分に応じて力検出手段９の弾性部材６ｂがたわ
み、そのたわみ量を抵抗式センサ９ａにて電気抵抗変化
として検出するようになっている。

【００８５】［第４実施例］図２０は本発明の第４実施
例を示している。この実施例は、図１８の第２実施例と
同様に変位伝達部材３３を用いたタイプに、変位検出手
段の代わりに第３実施例と同様の力検出手段９を適用し
たものである。

【００８６】［第５実施例］図２１および図２２は、本
発明の第５実施例を示している。このうち、図２１は概
略構成を示し、図２２はより具体的な構成例を示してい
る。

【００８７】すなわち、図２１に示す例は、図１５に示
す第１実施例の変位発生部４を摺動台本体部３１と分離
して別体構成としたものである。

【００８８】図２２(a) に示される具体例は、図１６に
示す具体例の変位発生部４を摺動台本体部３１と分離し
て別体構成としたものである。

【００８９】このように変位発生部４を分離しておけ
ば、既存の製品に変位発生用アタッチメントとして取付
けることができる。

【００９０】図２２(b) ，(c) は、変位発生部４の変形
例を示している。

【００９１】図２２(b) に示すものは、薄肉環状平板構
成の弾性部材６Ｂを互いに平行に組み合わせた平行平板
構造としたものである。

【００９２】図２２(c) に示すものは、両端にフランジ
付き円筒体の内外周に切り込みを入れて薄肉の環状平板
構造の弾性部材６Ｂを構成したもので、両端のフランジ
部間に圧電素子等の変位手段７を介在させ、より簡略化
した構成例を示す。

【００９３】［第６実施例］図２３は本発明の第６実施
例を示している。この実施例は、図１８に示す第２実施
例の変位発生部４を、摺動台本体部３１と分離して別体
構成としたものである。

【００９４】［第７実施例］図２４は本発明の第７実施
例を示している。この実施例は、図１９に示す第３実施
例の変位発生部４を、摺動台本体部３１と分離して別体
構成としたものである。

【００９５】［第８実施例］図２５は本発明の第８実施
例を示している。この実施例は、図２０に示す第４実施
例の変位発生部４を、摺動台本体部３１と別体構成とし
たものである。

【００９６】［第９実施例］図２６は本発明の第９実施
例を示している。この実施例はＸ軸方向変位型で、図１
２(b) の基本構成の変位発生部の構造として図１４(a)
のものを適用したものである。

【００９７】図２６(a) は変位発生部４と摺動台３を一
体構造としたもので、図２６(b) は変位発生部４を摺動
台本体部３１と分離して別体構成としたものである。

【００９８】［第１０実施例］図２７は本発明の第１０
実施例を示している。この実施例はＹ軸方向変位型で、
図１２(c) の基本構成の変位発生部の構造として図１４
(a) のものを適用したものである。

【００９９】図２７(a) は変位発生部と摺動台３を一体
構造としたもので、図２７(b) は変位発生部４を摺動台
本体部３１と分離して別体構成としたものである。

【０１００】［第１１実施例］図２８(a) ，(b) は本発
明の第１１実施例を示している。この実施例はＸ軸，Ｙ
軸の両軸方向に変位を発生させるもので、図２６に示す
第９実施例と図２７に示す第１０実施例を組み合わせた
ものである。

【０１０１】図２８(c) は、変位発生部４を摺動台本体
部３１と分離して別体構成としたものである。

【０１０２】［第１２実施例］図２９および図３０は本
発明の第１２実施例であり、Ｘ軸方向とＹ軸方向に変位
を発生させるために、図１４(b) に示すような共通の薄
肉円筒状の弾性部材を適用したものである。

【０１０３】図２９(a) は変位手段７をＸ軸に沿って設
け、Ｘ軸方向に変位を発生させる構成であり、図２９
(b) は変位手段７をＹ軸方向に沿って設け、Ｙ軸方向に
変位を発生させる構成である。

【０１０４】また、図２９(c) は、変位発生部４を摺動
台本体部３１とは分離して別体構成とした例である。

【０１０５】図３０は、図２９(a) の構成をより具体化
した構成例であり、て第１２実施例の図薄肉円筒状弾性
部材６Ｄを用いたタイプのより具体的な構成例である。

【０１０６】すなわち、摺動台本体部３１の一端から取
付部３２の側面との間に所定の間隔を隔てて腕部３７を
設け、この腕部３７と取付部３２の間に変位手段７が介
在されており、この微小変位手段７を伸縮作動させるこ
とによって取付部３１に取付けられた被案内部材の位置
を制御するようになっている。

【０１０７】

【発明の効果】本発明は以上の構成および作用を有する
もので、変位発生部を設けることによって移動台を変位
させ、移動台に取り付けられる被案内部材の位置を精密
に制御することができる。特に、複数の移動子と移動台
の間にそれぞれ変位発生部を設けているので、その組み
合わせ方でどのようなテーブルの姿勢制御も行うことが
でき、非常に汎用性の高い姿勢制御システムを構築する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に係る移動台装置の姿
勢制御システムの基本的なシステム構成を示す図であ
る。

【図２】図２(a) は移動台装置の基本的な構成を示す概
略斜視図、同図(b) は転がり直線運動案内装置の模式的
断面図、同図(c) 〜(f) は変位発生手段の各種構成例を
模式的に示す図である。

【図３】図３(a) は本発明の移動台装置の制御システム
が適用される移動台装置の概略斜視図、同図(b) は同図
(a) の移動台装置に用いられる直線運動用案内装置の基
本的な構成を示す断面図、同図(c) 〜 (g)は同図(a) の
移動台装置の姿勢制御状態を示す概略図である。

【図４】図４(a) 〜 (g)は移動台装置の各種構成例を示
す図である。

【図５】図５(a) 〜(c) は移動台装置の他の構成例を示
す図である。

【図６】図６はＸＹ方向に移動する移動台装置を示すも
ので、同図(a) は概略斜視図、同図(b) は正面図、同図
(c) は側面図である。

【図７】図７は工作機械の工作テーブルに用いる場合の
制御システムの基本的構成図である。

【図８】図８は工作機械の加工テーブルの状態を示す断
面図である。

【図９】図９は変位発生直線運動用案内装置の概念構成
を示す図、同図(b) は同図(a)の変位発生部の基本的な
構成例を示す図、同図(c) ，(d) は同図(b) の変位発生
部の微小変位手段を流体圧シリンダを利用した場合の概
略構成を示す図である。

【図１０】図１０(a) は図７の構成に変位検出手段を設
けた場合の概念構成を示す図、同図(b) は図９の構成に
力検出手段を設けた場合の概念構成を示す図である。

【図１１】図１１(a) 〜(e) は変位検出手段を用いた場
合の変位発生部近傍の構成図、同図(f) ， (g)は力検出
手段を用いた場合の変位発生部近傍の構成図である。

【図１２】図１２(a) 〜(c) は変位発生部の基本的な構
成例を模式的に示す図、同図(d)は変位伝達部材を用い
た構成例を模式的に示す図、同図(e) ，(f) は変位手段
として流体圧シリンダを用いた例を模式的に示す図であ
る。

【図１３】図１３(a) は図１０に示す変位発生部の弾性
部材を板ばねにより構成した場合の要部断面図、同図
(b) は図１２(d) に示す変位発生部の弾性部材を板ばね
により構成した場合の要部断面図、同図(c) は弾性部材
を薄肉環状平板構造の板ばねによって構成した例を示す
断面図、同図(d) 〜(f) は同図(c) の弾性部材の各種態
様を示す平面図、同図 (g)〜(i) は弾性部材と変位手段
の各種配置構成例を示す図である。

【図１４】図１４(a) は横方向に変位を発生させる場合
の変位発生部を平行平板構造の板ばねを用いて構成した
場合の模式図、同図(b) は弾性部材を薄肉円筒状に形成
した場合の模式的な構成図である。

【図１５】図１５は本発明の第１実施例に係る直線運動
用案内装置を示すもので、同図(a) は概略構成図、同図
(b) は変位発生状態の要部断面図である。

【図１６】図１６は図１５の構成をより具体化した直線
運動用案内装置を示すもので、同図(a) は概略構成図、
同図(b) は平面図、同図(c) ，(d) は動作状態を説明す
るための要部断面図である。

【図１７】図１７は図１５の装置の制御ブロック図であ
る。

【図１８】図１８は本発明の第２実施例に係る直線運動
用案内装置を示す概略構成図である。

【図１９】図１９は本発明の第３実施例に係る直線運動
用案内装置を示すもので、同図(a) は概略構成図、同図
(b) は動作状態を説明するための要部断面図である。

【図２０】図２０は本発明の第４実施例に係る直線運動
用案内装置を示す概略構成図である。

【図２１】図２１は本発明の第５実施例に係る直線運動
用案内装置を示す概略構成図である。

【図２２】図２２は本発明の図２１の変位発生部を分割
構成とした例を示す基本構成図である。

【図２３】図２３は本発明の第６実施例に係る直線運動
用案内装置を示す概略構成図である。

【図２４】図２４は本発明の第７実施例に係る直線運動
用案内装置を示す概略構成図である。

【図２５】図２５は本発明の第８実施例に係る直線運動
用案内装置を示す概略構成図である。

【図２６】図２６(a) は本発明の第９実施例に係る直線
運動用案内装置を示す概略構成図、同図(b) は同図(a)
の変位発生部を分離した概略構成図である。

【図２７】図２７(a) は本発明の第１０実施例に係る直
線運動用案内装置を示す概略構成図、同図(b) は同図
(a) の変位発生部を分離した概略構成図である。

【図２８】図２８(a) は本発明の第１１実施例に係る直
線運動用案内装置を示す概略構成図、同図(b) は同図
(a) の変位発生部を分離した概略構成図である。

【図２９】図２９は本発明の第１２実施例に係る直線運
動用案内装置を示すもので、同図(a) はＸ軸変位型の概
略構成図、同図(b) はＹ軸変位型の概略構成図、同図
(c)は同図(a) の変位発生部を分離した概略構成図であ
る。

【図３０】図３０は図２９(a) の構成をより具体化した
直線運動用案内装置を示し、同図(a) は概略構成図、同
図(b) は平面図である。

【図３１】図３１は工作機械の加工で生じる基本的な物
理現象を示す図である。

【符号の説明】

１軌道レール２ボール（転動体）３摺動台３１摺動台本体部３２取付部４変位発生部５被案内部材６，６Ａ，６Ｂ，６Ｄ弾性部材７微小変位手段８変位検出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軌道レールに転動体を介して移動子を移動
自在に設け、該移動子および軌道レールの少なくとも一
方側に移動台を取り付けた移動台装置において、前記移動子を複数設け、前記移動台と個々の移動子の間
にそれぞれ微小変位発生部を設け、前記移動子の移動に
よって移動台の粗動を行い、前記各微小変位発生部で発
生する一方向の微小変位の組み合わせによって移動台の
姿勢を制御することを特徴とする移動台装置の姿勢制御
システム。
【請求項２】変位発生部は移動台を支持する脚部に設
けた請求項１に記載の移動台装置の姿勢制御システム。
【請求項３】移動台の脚部は、移動子に取付けられた
中間台に支持されている請求項２に記載の移動台装置の
姿勢制御システム。
【請求項４】移動台の脚部は移動子に直接支持されて
いる請求項２に記載の移動台装置の姿勢制御システム。
【請求項５】変位発生部は移動子に設けた請求項１に
記載の移動台装置の姿勢制御システム。
【請求項６】微小変位発生部は一方向にのみ変位を発生
させるものである請求項１に記載の移動台装置の姿勢制
御システム。
【請求項７】移動台の姿勢の制御は、移動台走行時の
ピッチング，ローリング，ヨーイングを補正する方向
に、各移動子の変位発生部を制御する請求項１，２，
３，４，５または６に記載の移動台装置の姿勢制御シス
テム。
【請求項８】移動台の姿勢を外部から認識し、この認
識された姿勢情報に基づいて、変位発生部を制御する請
求項１，２，３，４，５，６または７に記載の移動台装
置の姿勢制御システム。
【請求項９】移動台に作用する力を検出し、この検出
された力情報に基づいて、移動子の変位発生部を制御す
る請求項１，２，３，４，５，６，７または８に記載の
移動台装置の姿勢制御システム。
【請求項１０】移動子に変位検出手段を設け、該変位
検出手段によって検出された変位情報から移動台の姿勢
を認識し、この認識された姿勢情報に基づいて、変位発
生部を制御する請求項１乃至９のいずれか一の請求項に
記載の移動台装置の姿勢制御システム。
【請求項１１】移動子に力検出手段を設け、該検出手
段によって検出された力情報から移動台の姿勢を認識
し、この認識された姿勢情報に基づいて、変位発生部を
制御する請求項１乃至９のいずれか一の請求項に記載の
移動台装置の姿勢制御システム。
【請求項１２】力検出手段によって検出された力情報
から移動子の変位量を求め、該変位量分を相殺するよう
に変位発生部に変位を発生させることによって移動台の
姿勢を一定位置に維持することを特徴とする請求項１１
に記載の移動台装置の姿勢制御システム。
【請求項１３】移動台が工作機械の加工テーブルであ
り、加工テーブル上のワークと工具の相対位置を認識
し、適正な相対位置となるように移動台の姿勢を制御す
る請求項１乃至１２のいずれか一の請求項に記載の移動
台装置の姿勢制御システム。