JPH08261238A - 静圧軸受案内機構における軸受変位特性の補正方法および補正装置 - Google Patents
静圧軸受案内機構における軸受変位特性の補正方法および補正装置Info
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- JPH08261238A JPH08261238A JP6421995A JP6421995A JPH08261238A JP H08261238 A JPH08261238 A JP H08261238A JP 6421995 A JP6421995 A JP 6421995A JP 6421995 A JP6421995 A JP 6421995A JP H08261238 A JPH08261238 A JP H08261238A
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 静圧軸受に供給される流体圧力の変動に起因
する軸受剛性の変化がもたらす軸受と軸との相対的変位
を補正できる静圧軸受案内機構における軸受変位特性の
補正方法および補正装置を提供する。 【構成】 静圧軸受案内機構１６，１９において、静圧
軸受に供給される流体圧力の変動に起因する軸受と軸と
の相対的変位を補正するための方法であって、静圧軸受
に供給される流体圧力に対する軸受と軸との相対的変位
の関係を予め求めておき、前記静圧軸受に供給される流
体圧力を圧力センサ３１で検出したのち、演算装置３２
において、前記流体圧力に対する軸受と軸との相対的変
位の関係を基に、検出流体圧力に対応する軸受と軸との
相対的変位を推定し、補正する。
する軸受剛性の変化がもたらす軸受と軸との相対的変位
を補正できる静圧軸受案内機構における軸受変位特性の
補正方法および補正装置を提供する。 【構成】 静圧軸受案内機構１６，１９において、静圧
軸受に供給される流体圧力の変動に起因する軸受と軸と
の相対的変位を補正するための方法であって、静圧軸受
に供給される流体圧力に対する軸受と軸との相対的変位
の関係を予め求めておき、前記静圧軸受に供給される流
体圧力を圧力センサ３１で検出したのち、演算装置３２
において、前記流体圧力に対する軸受と軸との相対的変
位の関係を基に、検出流体圧力に対応する軸受と軸との
相対的変位を推定し、補正する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、静圧軸受によって構成
された静圧軸受案内機構において、前記静圧軸受に供給
される流体圧力の変動によって生じる軸受変位特性の変
化を補正するための補正方法および補正装置に関する。
詳しくは、静圧軸受によって構成された案内機構を備え
た精密測定機器で、測定系に負荷される荷重やモーメン
トによって発生する軸受と軸との相対的変位を正確に検
知すべき測定機器、あるいは、アッベの原理を満足でき
ない機構の採用を余儀なくされている測定系で、外部か
らの負荷荷重と軸受隙間との間の比例関係を利用してア
ッベ誤差を補正している測定機器などにおいて、軸受に
供給される流体圧力の変動に起因する軸受剛性の変化に
よって発生する軸受と軸との相対的変位を簡便に推定
し、それを補正する方法および装置に関する。
された静圧軸受案内機構において、前記静圧軸受に供給
される流体圧力の変動によって生じる軸受変位特性の変
化を補正するための補正方法および補正装置に関する。
詳しくは、静圧軸受によって構成された案内機構を備え
た精密測定機器で、測定系に負荷される荷重やモーメン
トによって発生する軸受と軸との相対的変位を正確に検
知すべき測定機器、あるいは、アッベの原理を満足でき
ない機構の採用を余儀なくされている測定系で、外部か
らの負荷荷重と軸受隙間との間の比例関係を利用してア
ッベ誤差を補正している測定機器などにおいて、軸受に
供給される流体圧力の変動に起因する軸受剛性の変化に
よって発生する軸受と軸との相対的変位を簡便に推定
し、それを補正する方法および装置に関する。
【０００２】
【背景技術】静圧軸受によって構成された案内機構を備
えた精密測定機器に荷重が負荷されたとき、軸受と軸と
の相対的変位と負荷荷重との関係を検知する方式として
は、 （ａ）軸受と軸との３つの相対的変位モードを６個の変
位センサを使用して測定する。 （ｂ）案内機構に負荷される荷重と、これによる軸受隙
間の変化との関係を予め校正しておき、負荷荷重に対す
る軸受と軸との相対的変位を推定する。 方法などが知られている。これらの方法は、いずれも軸
受に供給される流体圧力が一定で、軸受剛性が一定に維
持されているときには有効であるが、流体圧力が変動し
て軸受剛性が変化したときには、荷重負荷による軸受と
軸との相対的変位と軸受剛性の変化による軸受と軸との
相対的変位との区別ができない欠点があった。また、空
気や潤滑油などの流体を利用した静圧軸受で、流体圧力
を様々な方法で制御して常時一定に維持することを試み
た事例もあるが、これらは技術的にもコスト的にも必ず
しも容易でないなどの問題点があった。
えた精密測定機器に荷重が負荷されたとき、軸受と軸と
の相対的変位と負荷荷重との関係を検知する方式として
は、 （ａ）軸受と軸との３つの相対的変位モードを６個の変
位センサを使用して測定する。 （ｂ）案内機構に負荷される荷重と、これによる軸受隙
間の変化との関係を予め校正しておき、負荷荷重に対す
る軸受と軸との相対的変位を推定する。 方法などが知られている。これらの方法は、いずれも軸
受に供給される流体圧力が一定で、軸受剛性が一定に維
持されているときには有効であるが、流体圧力が変動し
て軸受剛性が変化したときには、荷重負荷による軸受と
軸との相対的変位と軸受剛性の変化による軸受と軸との
相対的変位との区別ができない欠点があった。また、空
気や潤滑油などの流体を利用した静圧軸受で、流体圧力
を様々な方法で制御して常時一定に維持することを試み
た事例もあるが、これらは技術的にもコスト的にも必ず
しも容易でないなどの問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】静圧軸受によって構成
された静圧軸受案内機構の軸受剛性は、軸受に供給され
る流体圧力の変化によって大きく変動することがある。
このような軸受剛性の変動があると、たとえ案内機構に
負荷される荷重が一定であっても、軸受と軸との相対的
変位が発生することになる。精密測定機器の場合には、
この相対的変位が測定誤差の原因になることが多い。
された静圧軸受案内機構の軸受剛性は、軸受に供給され
る流体圧力の変化によって大きく変動することがある。
このような軸受剛性の変動があると、たとえ案内機構に
負荷される荷重が一定であっても、軸受と軸との相対的
変位が発生することになる。精密測定機器の場合には、
この相対的変位が測定誤差の原因になることが多い。
【０００４】静圧軸受によって軸がＺ軸方向に案内され
た静圧軸受案内機構を備えた測定装置の例を図１に示
す。これは、静圧軸受１，２によって軸３をＺ軸方向に
移動自在に案内支持した構造である。軸３の下端には、
軸受中心ｃから距離ｌ0 のところで測定子４が固定され
ている。いま、測定子４にＸ軸方向から荷重Ｗが作用し
たとき、測定子４のＸ，Ｙ平面内での位置を正確に定め
る必要があるものとする。荷重Ｗの作用に対する軸受
１，２と軸３との相対的変位は平行変位ｅと、角度変位
ｄとに分解して考えることができ、測定子４のＸ軸方向
の変位量はｅ＋ｄｌ0 で表すことができる。このとき、
軸受１，２に供給される流体圧力ｐs が設定された基準
圧力に維持され、軸受剛性が一定である場合には、荷重
Ｗと変位量ｅ＋ｄｌ0 との関係を利用して測定子４の位
置を正確に測定することができる。
た静圧軸受案内機構を備えた測定装置の例を図１に示
す。これは、静圧軸受１，２によって軸３をＺ軸方向に
移動自在に案内支持した構造である。軸３の下端には、
軸受中心ｃから距離ｌ0 のところで測定子４が固定され
ている。いま、測定子４にＸ軸方向から荷重Ｗが作用し
たとき、測定子４のＸ，Ｙ平面内での位置を正確に定め
る必要があるものとする。荷重Ｗの作用に対する軸受
１，２と軸３との相対的変位は平行変位ｅと、角度変位
ｄとに分解して考えることができ、測定子４のＸ軸方向
の変位量はｅ＋ｄｌ0 で表すことができる。このとき、
軸受１，２に供給される流体圧力ｐs が設定された基準
圧力に維持され、軸受剛性が一定である場合には、荷重
Ｗと変位量ｅ＋ｄｌ0 との関係を利用して測定子４の位
置を正確に測定することができる。
【０００５】しかしながら、流体圧力ｐs が基準圧力か
ら外れて変動したときには、軸受剛性が変化してしま
い、測定子４の位置を正確に定めることができない。こ
のとき、複数個のセンサを使用して軸受１，２と軸３と
の相対的変位を測定するにしても、荷重負荷による軸受
と軸との相対的変位と軸受剛性の変化による軸受と軸と
の相対的変位とを分離して測定することはできず、荷重
Ｗに対する軸受と軸との相対的変位の関係は一義的に定
められないことになる。
ら外れて変動したときには、軸受剛性が変化してしま
い、測定子４の位置を正確に定めることができない。こ
のとき、複数個のセンサを使用して軸受１，２と軸３と
の相対的変位を測定するにしても、荷重負荷による軸受
と軸との相対的変位と軸受剛性の変化による軸受と軸と
の相対的変位とを分離して測定することはできず、荷重
Ｗに対する軸受と軸との相対的変位の関係は一義的に定
められないことになる。
【０００６】本発明の目的は、静圧軸受に供給される流
体圧力の変動による軸受剛性の変化がもたらす軸受と軸
との相対的変位を独立に予測し、かつ、これを流体圧力
の変動と同時に補正することによって、案内機構に負荷
される荷重に起因する軸受と軸との相対的変位を正確に
求めることができるようにした静圧軸受案内機構におけ
る軸受変位特性の補正方法および補正装置を提供するこ
とにある。
体圧力の変動による軸受剛性の変化がもたらす軸受と軸
との相対的変位を独立に予測し、かつ、これを流体圧力
の変動と同時に補正することによって、案内機構に負荷
される荷重に起因する軸受と軸との相対的変位を正確に
求めることができるようにした静圧軸受案内機構におけ
る軸受変位特性の補正方法および補正装置を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用】いま、図１の
測定装置（静圧軸受１，２によって静圧軸受案内機構を
構成した測定装置）において、測定子４に任意の方向か
ら偏荷重Ｗが作用したとき、軸受１，２と軸３との相対
的変位はＺ軸回りのモーメントによるＸ−Ｙ平面内での
回転変位（図２の状態参照）、偏荷重ＷによるＹ−Ｚ，
Ｚ−Ｘ平面内での平行変位ｅ、角度変位ｄに分解して考
えられ、それぞれの相対的変位に対する軸受剛性を理論
的、実験的に求めることは可能である。また、軸受に供
給される流体圧力が基準圧力の近傍で変動するとき、圧
力センサで流体圧力の変動を検出すると同時に、その圧
力での軸受剛性は基準圧力における軸受剛性を基に容易
に推定することができる。
測定装置（静圧軸受１，２によって静圧軸受案内機構を
構成した測定装置）において、測定子４に任意の方向か
ら偏荷重Ｗが作用したとき、軸受１，２と軸３との相対
的変位はＺ軸回りのモーメントによるＸ−Ｙ平面内での
回転変位（図２の状態参照）、偏荷重ＷによるＹ−Ｚ，
Ｚ−Ｘ平面内での平行変位ｅ、角度変位ｄに分解して考
えられ、それぞれの相対的変位に対する軸受剛性を理論
的、実験的に求めることは可能である。また、軸受に供
給される流体圧力が基準圧力の近傍で変動するとき、圧
力センサで流体圧力の変動を検出すると同時に、その圧
力での軸受剛性は基準圧力における軸受剛性を基に容易
に推定することができる。
【０００８】たとえば、図１に示す静圧軸受案内機構の
Ｚ−Ｘ平面内において、図３に示すダブルパット形静圧
空気スラスト軸受５を静圧軸受１，２に使用して、偏荷
重Ｗによって発生する軸受中心回りのモーメントと軸受
に対する軸の相対的変位との関係を、無次元軸受供給圧
力Ｐs （＝ｐs ／ｐa ）をパラメータとして理論的に推
定すると、図４に示すようになる。図４において、縦軸
は無次元モーメントＭ’（＝Ｍ／ｐa ａ2 ｂ）を、横軸
は軸の無次元変位ε，δをそれぞれ示している。ここ
で、ε（＝ｅ／ｈ0 ）は無次元平行変位、δ（＝ａ・ｄ
／２ｈ0 ）は軸受端における無次元角度変位である。ま
た、図４の関係は実験的にも求められる。なお、ｐa は
大気圧、ａ，ｂは軸受５の長さおよび幅寸法、ｈ0 は軸
受５（静圧軸受１，２）と軸３との隙間である。
Ｚ−Ｘ平面内において、図３に示すダブルパット形静圧
空気スラスト軸受５を静圧軸受１，２に使用して、偏荷
重Ｗによって発生する軸受中心回りのモーメントと軸受
に対する軸の相対的変位との関係を、無次元軸受供給圧
力Ｐs （＝ｐs ／ｐa ）をパラメータとして理論的に推
定すると、図４に示すようになる。図４において、縦軸
は無次元モーメントＭ’（＝Ｍ／ｐa ａ2 ｂ）を、横軸
は軸の無次元変位ε，δをそれぞれ示している。ここ
で、ε（＝ｅ／ｈ0 ）は無次元平行変位、δ（＝ａ・ｄ
／２ｈ0 ）は軸受端における無次元角度変位である。ま
た、図４の関係は実験的にも求められる。なお、ｐa は
大気圧、ａ，ｂは軸受５の長さおよび幅寸法、ｈ0 は軸
受５（静圧軸受１，２）と軸３との隙間である。
【０００９】図４は無次元角度変位δが０．３までの範
囲の特性を示しているが、同図から明らかなように、無
次元角度変位δは無次元平行変位εよりも圧倒的に大き
い。また、無次元角度変位δが０．３までの範囲では、
無次元モーメントＭと無次元平行変位εおよび無次元角
度変位δとはいずれも直線的な関係にあるが、軸受に供
給される流体圧力の変化により直線の傾き、すなわち、
軸受の無次元平行変位剛性および無次元角度変位剛性は
ともに変化している。軸の平行変位は角度変位よりも遙
かに小さく、かつ、測定子の変位に与える影響が小さい
ため、無次元平行変位剛性が変化してもその平均値で測
定子の変位量を補正して差し支えない。しかし、軸の角
度変位は平行変位よりも遙かに大きく、測定子の腕の長
さと角度変位の積が測定子の変位に影響するため、軸受
供給圧力の変化に伴う無次元角度変位剛性の値を正確に
推定することが必要になる。
囲の特性を示しているが、同図から明らかなように、無
次元角度変位δは無次元平行変位εよりも圧倒的に大き
い。また、無次元角度変位δが０．３までの範囲では、
無次元モーメントＭと無次元平行変位εおよび無次元角
度変位δとはいずれも直線的な関係にあるが、軸受に供
給される流体圧力の変化により直線の傾き、すなわち、
軸受の無次元平行変位剛性および無次元角度変位剛性は
ともに変化している。軸の平行変位は角度変位よりも遙
かに小さく、かつ、測定子の変位に与える影響が小さい
ため、無次元平行変位剛性が変化してもその平均値で測
定子の変位量を補正して差し支えない。しかし、軸の角
度変位は平行変位よりも遙かに大きく、測定子の腕の長
さと角度変位の積が測定子の変位に影響するため、軸受
供給圧力の変化に伴う無次元角度変位剛性の値を正確に
推定することが必要になる。
【００１０】ここで、Ｐs ＝5.0 を軸受に対する基準軸
受供給圧力として、その近傍で−0.5 〜＋0.5 範囲の軸
受供給圧力変動があるものと想定し、Ｐs ＝4.5 ，5.0
，5.5 の軸受供給圧力における軸受の無次元平行変位
剛性および無次元角度変位剛性が理論的あるいは実験的
に求まっているものとする。Ｐs ＝4.5 〜5.5 の間の任
意の軸受供給圧力での無次元角度変位剛性は補間法によ
って容易に推定できる。また、前述の理由により、無次
元平行変位剛性はＰs ＝4.5 ，5.0 ，5.5 での値の平均
値を利用して差し支えない。従って、基準軸受供給圧力
の近傍で流体圧力が変動しても、軸受供給圧力ｐs を圧
力センサで測定すれば、そのときの軸受の平行変位剛
性、角度変位剛性をリアルタイムで推定することが可能
となる。以上のことから軸受供給圧力の変動があって
も、図１のＺ−Ｘ平面内における測定子の位置は正確に
推定できることになり、Ｘ−ＹおよびＹ−Ｚ平面内での
軸の変位に対しても全く同様の方法が適用できる。さら
に、この方法は測定子が図１のようにＺ軸方向に取り付
けられたときのみならず、Ｘ，Ｙ軸方向に取り付けられ
たときにも全く同様に成立する。
受供給圧力として、その近傍で−0.5 〜＋0.5 範囲の軸
受供給圧力変動があるものと想定し、Ｐs ＝4.5 ，5.0
，5.5 の軸受供給圧力における軸受の無次元平行変位
剛性および無次元角度変位剛性が理論的あるいは実験的
に求まっているものとする。Ｐs ＝4.5 〜5.5 の間の任
意の軸受供給圧力での無次元角度変位剛性は補間法によ
って容易に推定できる。また、前述の理由により、無次
元平行変位剛性はＰs ＝4.5 ，5.0 ，5.5 での値の平均
値を利用して差し支えない。従って、基準軸受供給圧力
の近傍で流体圧力が変動しても、軸受供給圧力ｐs を圧
力センサで測定すれば、そのときの軸受の平行変位剛
性、角度変位剛性をリアルタイムで推定することが可能
となる。以上のことから軸受供給圧力の変動があって
も、図１のＺ−Ｘ平面内における測定子の位置は正確に
推定できることになり、Ｘ−ＹおよびＹ−Ｚ平面内での
軸の変位に対しても全く同様の方法が適用できる。さら
に、この方法は測定子が図１のようにＺ軸方向に取り付
けられたときのみならず、Ｘ，Ｙ軸方向に取り付けられ
たときにも全く同様に成立する。
【００１１】このことから、本発明の静圧軸受案内機構
における軸受変位特性の補正方法は、軸を静圧軸受で案
内支持した静圧軸受案内機構において、前記静圧軸受に
供給される流体圧力の変動に起因する軸受と軸との相対
的変位を補正するための補正方法であって、前記静圧軸
受に供給される流体圧力に対する軸受と軸との相対的変
位の関係を予め求めておき、前記静圧軸受に供給される
流体圧力を検出したのち、前記流体圧力に対する軸受と
軸との相対的変位の関係を基に、検出流体圧力に対応す
る軸受と軸との相対的変位を推定し、これを負荷荷重に
よってもたらされる軸受と軸との相対的変位と分離して
補正することを特徴とする。ここで、静圧軸受に供給さ
れる流体圧力に対する軸受と軸との相対的変位の関係を
予め求めるにあたって、複数種の流体圧力に対する軸の
平行変位と角度変位とを求めることが好ましい。この場
合、平行変位は、基準軸受供給圧力の近傍における複数
の流体圧力に対する軸受の平行変位の平均値を用いても
よい。
における軸受変位特性の補正方法は、軸を静圧軸受で案
内支持した静圧軸受案内機構において、前記静圧軸受に
供給される流体圧力の変動に起因する軸受と軸との相対
的変位を補正するための補正方法であって、前記静圧軸
受に供給される流体圧力に対する軸受と軸との相対的変
位の関係を予め求めておき、前記静圧軸受に供給される
流体圧力を検出したのち、前記流体圧力に対する軸受と
軸との相対的変位の関係を基に、検出流体圧力に対応す
る軸受と軸との相対的変位を推定し、これを負荷荷重に
よってもたらされる軸受と軸との相対的変位と分離して
補正することを特徴とする。ここで、静圧軸受に供給さ
れる流体圧力に対する軸受と軸との相対的変位の関係を
予め求めるにあたって、複数種の流体圧力に対する軸の
平行変位と角度変位とを求めることが好ましい。この場
合、平行変位は、基準軸受供給圧力の近傍における複数
の流体圧力に対する軸受の平行変位の平均値を用いても
よい。
【００１２】また、本発明の静圧軸受案内機構における
軸受変位特性の補正装置は、軸を静圧軸受で案内支持し
た静圧軸受案内機構において、前記静圧軸受に供給され
る流体圧力の変動に起因する軸受と軸との相対的変位を
補正するための補正装置であって、前記静圧軸受に供給
される流体圧力に対する軸受と軸との相対的変位の関係
を予め記憶した記憶手段と、前記静圧軸受に供給される
流体圧力を検出する圧力検出手段と、前記記憶手段に記
憶された流体圧力に対する軸受と軸との相対的変位の関
係を基に、検出流体圧力に対応する軸受と軸との相対的
変位を推定する演算手段とを備え、この演算手段によっ
て推定された軸受と軸との相対的変位を負荷荷重によっ
てもたらされる軸受と軸との相対的変位と分離して補正
することを特徴とする。ここで、記憶手段には、複数種
の流体圧力に対する軸の平行変位と角度変位との関係を
予め記憶しておくことが好ましい。この場合、記憶手段
には、基準軸受供給圧力の近傍における複数の流体圧力
に対する軸受の平行変位の平均値を記憶しておいてもよ
い。
軸受変位特性の補正装置は、軸を静圧軸受で案内支持し
た静圧軸受案内機構において、前記静圧軸受に供給され
る流体圧力の変動に起因する軸受と軸との相対的変位を
補正するための補正装置であって、前記静圧軸受に供給
される流体圧力に対する軸受と軸との相対的変位の関係
を予め記憶した記憶手段と、前記静圧軸受に供給される
流体圧力を検出する圧力検出手段と、前記記憶手段に記
憶された流体圧力に対する軸受と軸との相対的変位の関
係を基に、検出流体圧力に対応する軸受と軸との相対的
変位を推定する演算手段とを備え、この演算手段によっ
て推定された軸受と軸との相対的変位を負荷荷重によっ
てもたらされる軸受と軸との相対的変位と分離して補正
することを特徴とする。ここで、記憶手段には、複数種
の流体圧力に対する軸の平行変位と角度変位との関係を
予め記憶しておくことが好ましい。この場合、記憶手段
には、基準軸受供給圧力の近傍における複数の流体圧力
に対する軸受の平行変位の平均値を記憶しておいてもよ
い。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図を参照しながら
詳細に説明する。図５は測定子の三次元的微小変位を測
定するプローブ装置１０を示している。同図において、
１１は倣い測定などを行う三次元測定システムなどに取
り付けられる基体で、矩形枠状の中空部１２を備えてい
る。中空部１２内には、Ｙスライダ１３が図中左右方向
（Ｙ軸方向）に移動自在に支持されているとともに、Ｘ
スライダ１５がＹ軸方向および図の紙面と直交する前後
方向（Ｘ軸方向）に移動自在に支持されている。つま
り、Ｘスライダ１５は、Ｙスライダ１３の中空部１４内
に挟まれた状態でＹスライダ１３の移動に伴ってＹ軸方
向に移動され、かつ、その中空部１４および前記中空部
１２に沿ってＸ軸方向に移動されるようになっている。
ここで、中空部１２の上下面には、図１に示す構造のＸ
Ｙ軸案内機構１６が形成されている。
詳細に説明する。図５は測定子の三次元的微小変位を測
定するプローブ装置１０を示している。同図において、
１１は倣い測定などを行う三次元測定システムなどに取
り付けられる基体で、矩形枠状の中空部１２を備えてい
る。中空部１２内には、Ｙスライダ１３が図中左右方向
（Ｙ軸方向）に移動自在に支持されているとともに、Ｘ
スライダ１５がＹ軸方向および図の紙面と直交する前後
方向（Ｘ軸方向）に移動自在に支持されている。つま
り、Ｘスライダ１５は、Ｙスライダ１３の中空部１４内
に挟まれた状態でＹスライダ１３の移動に伴ってＹ軸方
向に移動され、かつ、その中空部１４および前記中空部
１２に沿ってＸ軸方向に移動されるようになっている。
ここで、中空部１２の上下面には、図１に示す構造のＸ
Ｙ軸案内機構１６が形成されている。
【００１４】Ｘスライダ１５の下部１５Ａには中空部１
７が形成されている。中空部１７内には、Ｚスライダ１
８が図中上下方向（Ｚ軸方向）に沿って移動自在に設け
られている。ここで、中空部１７の摺動面には、図１に
示す構造のＺ軸案内機構１９が形成されている。Ｚスラ
イダ１８は、下端に測定子２１を有し、かつ、そのＺス
ライダ１８を貫通してＸスライダ１５の下端に設けられ
た支持部材２２とＺスライダ１７の上端との間に挿入さ
れたスプリング２３によって上方に付勢、位置決めされ
ている。支持部材２２の上面中央には、前記Ｚスライダ
１８内に突出した筒部２４が突設されている。筒部２４
内には、ボール２５がＺ軸方向に摺動自在に嵌挿されて
いる。ボール２５は、上端が前記基体１１の上部に保持
部材２６を介して固定された線ばね２７の下端に取り付
けられている。
７が形成されている。中空部１７内には、Ｚスライダ１
８が図中上下方向（Ｚ軸方向）に沿って移動自在に設け
られている。ここで、中空部１７の摺動面には、図１に
示す構造のＺ軸案内機構１９が形成されている。Ｚスラ
イダ１８は、下端に測定子２１を有し、かつ、そのＺス
ライダ１８を貫通してＸスライダ１５の下端に設けられ
た支持部材２２とＺスライダ１７の上端との間に挿入さ
れたスプリング２３によって上方に付勢、位置決めされ
ている。支持部材２２の上面中央には、前記Ｚスライダ
１８内に突出した筒部２４が突設されている。筒部２４
内には、ボール２５がＺ軸方向に摺動自在に嵌挿されて
いる。ボール２５は、上端が前記基体１１の上部に保持
部材２６を介して固定された線ばね２７の下端に取り付
けられている。
【００１５】この状態において、線ばね２７がＺ軸線に
合致されているため、Ｘスライダ１５およびＹスライダ
１３は基体１１に対してＸおよびＹ軸方向の所定位置に
静止されている。また、Ｚスライダ１８は、スプリング
２３によってＺ軸方向の所定位置に静止されている。つ
まり、Ｚスライダ１８に取り付けられた測定子２１は、
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の交点である原点に位置決めされている。
合致されているため、Ｘスライダ１５およびＹスライダ
１３は基体１１に対してＸおよびＹ軸方向の所定位置に
静止されている。また、Ｚスライダ１８は、スプリング
２３によってＺ軸方向の所定位置に静止されている。つ
まり、Ｚスライダ１８に取り付けられた測定子２１は、
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の交点である原点に位置決めされている。
【００１６】ここで、測定子２１をワーク（図示省略）
表面に接触させながらプローブ装置１０をワークに対し
て相対移動させると、Ｙスライダ１３がＹ軸方向に、Ｘ
スライダ１５がＹ軸方向およびＸ軸方向に、Ｚスライダ
１８がＺ軸方向にそれぞれ移動される。このとき、Ｘ軸
方向の変位はＹスライダ１３に設けられたスケール２８
ＸとＸスライダ１５に設けられた検出器２９Ｘとからな
るＸ軸変位センサ３０Ｘで、Ｙ軸方向の変位はＹスライ
ダ１３に設けられたスケール２８Ｙと基体１１に設けら
れた検出器２９ＹとからなるＹ軸変位センサ３０Ｙで、
Ｚ軸方向の変位はＸスライダ１５に設けられたスケール
２８ＺとＺスライダ１８に設けられた検出器２９Ｚとか
らなるＺ軸変位センサ３０Ｚで、それぞれ検出されるよ
うになっている。
表面に接触させながらプローブ装置１０をワークに対し
て相対移動させると、Ｙスライダ１３がＹ軸方向に、Ｘ
スライダ１５がＹ軸方向およびＸ軸方向に、Ｚスライダ
１８がＺ軸方向にそれぞれ移動される。このとき、Ｘ軸
方向の変位はＹスライダ１３に設けられたスケール２８
ＸとＸスライダ１５に設けられた検出器２９Ｘとからな
るＸ軸変位センサ３０Ｘで、Ｙ軸方向の変位はＹスライ
ダ１３に設けられたスケール２８Ｙと基体１１に設けら
れた検出器２９ＹとからなるＹ軸変位センサ３０Ｙで、
Ｚ軸方向の変位はＸスライダ１５に設けられたスケール
２８ＺとＺスライダ１８に設けられた検出器２９Ｚとか
らなるＺ軸変位センサ３０Ｚで、それぞれ検出されるよ
うになっている。
【００１７】このようなプローブ装置１０では、線ばね
２７により測定力を発生させているため、測定力と測定
子２１の変位量との比例関係は保証されているが、測定
系がアッベの原理に適合していないために、測定子２１
に作用する測定力によって各案内機構１６，１９の案内
面にはモーメントが負荷される。すると、それぞれの案
内面で軸受と軸との相対的変位が発生し、これによっ
て、各軸の変位センサ３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚでは検出
できない測定子２１の変位が発生することになる。この
とき、各案内機構１６，１９に供給される空気の圧力が
基準圧力に維持されていて軸受剛性が一定であるなら
ば、各軸の測定系において測定子２１の変位特性を予め
校正しておくことによって、軸受と軸との相対的変位に
起因する測定子２１の変位を補正することができる。
２７により測定力を発生させているため、測定力と測定
子２１の変位量との比例関係は保証されているが、測定
系がアッベの原理に適合していないために、測定子２１
に作用する測定力によって各案内機構１６，１９の案内
面にはモーメントが負荷される。すると、それぞれの案
内面で軸受と軸との相対的変位が発生し、これによっ
て、各軸の変位センサ３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚでは検出
できない測定子２１の変位が発生することになる。この
とき、各案内機構１６，１９に供給される空気の圧力が
基準圧力に維持されていて軸受剛性が一定であるなら
ば、各軸の測定系において測定子２１の変位特性を予め
校正しておくことによって、軸受と軸との相対的変位に
起因する測定子２１の変位を補正することができる。
【００１８】ところが、各案内機構１６，１９に供給さ
れる空気の圧力が変動するときには、前述の方法により
軸受剛性の補正が必要になる。本実施例では、図６に示
す補正装置によって補正を行う。同補正装置は、前記各
案内機構１６，１９に供給される空気圧力を検出する圧
力検出手段としての圧力センサ３１と、演算手段として
の演算装置３２と、この演算装置３２で求められた値を
表示する表示装置３３とから構成されている。演算装置
３２は、前記各案内機構１６，１９に供給される空気圧
力に対する軸受と軸との相対的変位の関係を予め記憶す
る記憶手段としての記憶部３２Ａを備え、その記憶部３
２Ａに記憶された流体圧力に対する軸受と軸との相対的
変位の関係を基に、検出流体圧力に対応する軸受と軸と
の相対的変位を推定する。
れる空気の圧力が変動するときには、前述の方法により
軸受剛性の補正が必要になる。本実施例では、図６に示
す補正装置によって補正を行う。同補正装置は、前記各
案内機構１６，１９に供給される空気圧力を検出する圧
力検出手段としての圧力センサ３１と、演算手段として
の演算装置３２と、この演算装置３２で求められた値を
表示する表示装置３３とから構成されている。演算装置
３２は、前記各案内機構１６，１９に供給される空気圧
力に対する軸受と軸との相対的変位の関係を予め記憶す
る記憶手段としての記憶部３２Ａを備え、その記憶部３
２Ａに記憶された流体圧力に対する軸受と軸との相対的
変位の関係を基に、検出流体圧力に対応する軸受と軸と
の相対的変位を推定する。
【００１９】たとえば、Ｐs ＝5.0 を基準圧力とし、＋
0.5 〜−0.5 以内の範囲での圧力変動を考慮したとす
る。このプローブ装置１０のＺ軸案内機構１９のＸ−
Ｙ，Ｙ−Ｚ，Ｚ−Ｘの各平面内でＰs ＝4.5, 5.0, 5.5
の圧力における無次元平行変位剛性および無次元角度変
位剛性を予め実験的に求め、これらの値を用いてＰs ＝
4.5 〜 5.5の間の任意の圧力での平行変位、角度変位に
対する無次元軸受剛性を推定すると、次式（１）〜
（５）が得られるから、これを演算装置３２内の記憶部
３２Ａに記憶しておく。
0.5 〜−0.5 以内の範囲での圧力変動を考慮したとす
る。このプローブ装置１０のＺ軸案内機構１９のＸ−
Ｙ，Ｙ−Ｚ，Ｚ−Ｘの各平面内でＰs ＝4.5, 5.0, 5.5
の圧力における無次元平行変位剛性および無次元角度変
位剛性を予め実験的に求め、これらの値を用いてＰs ＝
4.5 〜 5.5の間の任意の圧力での平行変位、角度変位に
対する無次元軸受剛性を推定すると、次式（１）〜
（５）が得られるから、これを演算装置３２内の記憶部
３２Ａに記憶しておく。
【００２０】Ｘ−Ｙ平面 無次元角度変位剛性：δxy＝0.215 ＋ 0.062（Ｐs −5.0 ） ……（１） Ｙ−Ｚ平面 無次元角度変位剛性：δyz＝0.174 ＋ 0.066（Ｐs −5.0 ） ……（２） 無次元平行変位剛性：εyz＝0.9935 ……（３） Ｚ−Ｘ平面 無次元角度変位剛性：δzx＝0.287 ＋ 0.101（Ｐs −5.0 ） ……（４） 無次元平行変位剛性：εzx＝4.4765 ……（５）
【００２１】演算装置３２は、圧力センサ３１で検出さ
れた空気圧力ｐS から無次元軸受供給圧力ＰS ( ＝ｐS
／ｐa ) を求め、これを上記各式（１）〜（５）に代入
して各平面での無次元軸受剛性を推定し、これを補正デ
ータとして、測定子２１の位置座標値を補正する。つま
り、Ｘ軸変位センサ３０Ｘ、Ｙ軸変位センサ３０Ｙ、Ｚ
軸変位センサ３０Ｚの各値を補正する。
れた空気圧力ｐS から無次元軸受供給圧力ＰS ( ＝ｐS
／ｐa ) を求め、これを上記各式（１）〜（５）に代入
して各平面での無次元軸受剛性を推定し、これを補正デ
ータとして、測定子２１の位置座標値を補正する。つま
り、Ｘ軸変位センサ３０Ｘ、Ｙ軸変位センサ３０Ｙ、Ｚ
軸変位センサ３０Ｚの各値を補正する。
【００２２】本実施例によれば、案内機構１６，１９に
供給される空気圧力における無次元平行変位剛性および
無次元角度変位剛性を予め実験的に求め、これらの値を
用いて軸受供給圧力変動範囲内の任意の圧力での平行変
位、角度変位に対する無次元軸受剛性を求める関係式
（１）〜（５）を得、これを演算装置３２内の記憶部３
２Ａに記憶しておくとともに、圧力センサ３１で検出さ
れた圧力ｐS から無次元軸受供給圧力ＰS を求め、これ
を前記式（１）〜（５）に代入して無次元軸受剛性を推
定するようにしたので、軸受供給圧力変動に伴う軸受剛
性の変化を簡易にかつ迅速に推定することができる。ま
た、この推定した値を基に、測定子２１の位置座標値を
補正するようにしたので、測定力が作用したときの測定
子２１の変位量を正確に求めることができる。よって、
測定装置の精度向上に寄与できる。
供給される空気圧力における無次元平行変位剛性および
無次元角度変位剛性を予め実験的に求め、これらの値を
用いて軸受供給圧力変動範囲内の任意の圧力での平行変
位、角度変位に対する無次元軸受剛性を求める関係式
（１）〜（５）を得、これを演算装置３２内の記憶部３
２Ａに記憶しておくとともに、圧力センサ３１で検出さ
れた圧力ｐS から無次元軸受供給圧力ＰS を求め、これ
を前記式（１）〜（５）に代入して無次元軸受剛性を推
定するようにしたので、軸受供給圧力変動に伴う軸受剛
性の変化を簡易にかつ迅速に推定することができる。ま
た、この推定した値を基に、測定子２１の位置座標値を
補正するようにしたので、測定力が作用したときの測定
子２１の変位量を正確に求めることができる。よって、
測定装置の精度向上に寄与できる。
【００２３】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明は、この実施例に限られるもので
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能で
ある。たとえば、前記実施例では、測定子２１の三次元
的微小変位を測定するプローブ装置１０については説明
したが、これに限らず、１軸のみの静圧軸受案内機構に
も適用できる。また、前記実施例では、静圧軸受として
空気軸受５を用いたが、空気に限らず、流体であればよ
い。
て説明したが、本発明は、この実施例に限られるもので
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能で
ある。たとえば、前記実施例では、測定子２１の三次元
的微小変位を測定するプローブ装置１０については説明
したが、これに限らず、１軸のみの静圧軸受案内機構に
も適用できる。また、前記実施例では、静圧軸受として
空気軸受５を用いたが、空気に限らず、流体であればよ
い。
【００２４】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、静圧軸受
に供給される流体圧力の変動があっても、その圧力変動
を検出することにより軸受供給圧力変動に伴う軸受剛性
の変化を正確に推定することができ、静圧軸受によって
構成された案内機構において、負荷荷重による軸受と軸
との相対的変位と軸受供給圧力変動に伴う軸受剛性の変
化による軸受と軸との相対的変位とを分離して検知する
ことができる。従って、静圧軸受を利用した精密測定機
器などにおいて、流体の軸受供給圧力変動に起因する軸
受剛性の変化を簡便かつ迅速に推定することができ、こ
れにより測定力が作用したときの測定子の変位量を正確
に求めることができるから、測定機器の精度を向上させ
ることができる。
に供給される流体圧力の変動があっても、その圧力変動
を検出することにより軸受供給圧力変動に伴う軸受剛性
の変化を正確に推定することができ、静圧軸受によって
構成された案内機構において、負荷荷重による軸受と軸
との相対的変位と軸受供給圧力変動に伴う軸受剛性の変
化による軸受と軸との相対的変位とを分離して検知する
ことができる。従って、静圧軸受を利用した精密測定機
器などにおいて、流体の軸受供給圧力変動に起因する軸
受剛性の変化を簡便かつ迅速に推定することができ、こ
れにより測定力が作用したときの測定子の変位量を正確
に求めることができるから、測定機器の精度を向上させ
ることができる。
【図１】静圧軸受によって案内機構を構成した測定装置
を示す図である。
を示す図である。
【図２】Ｚ軸回りのモーメントによるＸ−Ｙ平面内での
回転変位を示す図である。
回転変位を示す図である。
【図３】図１の案内機構に用いられるダブルパット形静
圧空気スラスト軸受を示す図である。
圧空気スラスト軸受を示す図である。
【図４】無次元軸受供給圧力をパラメータとして、偏荷
重によって発生するモーメントと軸受に対する軸の相対
的変位との関係を示す図である。
重によって発生するモーメントと軸受に対する軸の相対
的変位との関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施例を示すプローブ装置の断面図
である。
である。
【図６】同上実施例のプローブ装置に用いられる補正装
置を示すブロック図である。
置を示すブロック図である。
１，２ 静圧軸受 ３ 軸 ５ ダブルパット形静圧空気スラスト軸受 １３ Ｙスライダ １５ Ｘスライダ １６ ＸＹ軸案内機構 １８ Ｚスライダ １９ Ｚ軸案内機構 ３１ 圧力センサ（圧力検出手段） ３２ 演算装置（演算手段）
Claims (6)
- 【請求項１】 軸を静圧軸受で案内支持した静圧軸受案
内機構において、前記静圧軸受に供給される流体圧力の
変動に起因する軸受と軸との相対的変位を補正するため
の補正方法であって、前記静圧軸受に供給される流体圧
力に対する軸受と軸との相対的変位の関係を予め求めて
おき、前記静圧軸受に供給される流体圧力を検出したの
ち、前記流体圧力に対する軸受と軸との相対的変位の関
係を基に、検出流体圧力に対応する軸受と軸との相対的
変位を推定し、これを負荷荷重によってもたらされる軸
受と軸との相対的変位と分離して補正することを特徴と
する静圧軸受案内機構における軸受変位特性の補正方
法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の静圧軸受案内機構にお
ける軸受変位特性の補正方法において、前記静圧軸受に
供給される流体圧力に対する軸受と軸との相対的変位の
関係を予め求めるにあたって、複数種の流体圧力に対す
る軸の平行変位と角度変位とを求めることを特徴とする
静圧軸受案内機構における軸受変位特性の補正方法。 - 【請求項３】 請求項２に記載の静圧軸受案内機構にお
ける軸受変位特性の補正方法において、前記平行変位を
求めるにあたって、基準軸受供給圧力の近傍における複
数の流体圧力に対する軸の平行変位の平均値を求めるこ
とを特徴とする静圧軸受案内機構における軸受変位特性
の補正方法。 - 【請求項４】 軸を静圧軸受で案内支持した静圧軸受案
内機構において、前記静圧軸受に供給される流体圧力の
変動に起因する軸受と軸との相対的変位を補正するため
の補正装置であって、前記静圧軸受に供給される流体圧
力に対する軸受と軸との相対的変位の関係を予め記憶し
た記憶手段と、前記静圧軸受に供給される流体圧力を検
出する圧力検出手段と、前記記憶手段に記憶された流体
圧力に対する軸受と軸との相対的変位の関係を基に、検
出流体圧力に対応する軸受と軸との相対的変位を推定す
る演算手段とを備え、この演算手段によって推定された
軸受と軸との相対的変位を負荷荷重によってもたらされ
る軸受と軸との相対的変位と分離して補正することを特
徴とする静圧軸受案内機構における軸受変位特性の補正
装置。 - 【請求項５】 請求項４に記載の静圧軸受案内機構にお
ける軸受変位特性の補正装置において、前記記憶手段に
は、複数種の流体圧力に対する軸の平行変位と角度変位
との関係が予め記憶されていることを特徴とする静圧軸
受案内機構における軸受変位特性の補正装置。 - 【請求項６】 請求項５に記載の静圧軸受案内機構にお
ける軸受変位特性の補正装置において、前記記憶手段に
は、基準軸受供給圧力の近傍における複数の流体圧力に
対する軸受の平行変位の平均値が記憶されていることを
特徴とする静圧軸受案内機構における軸受変位特性の補
正装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6421995A JPH08261238A (ja) | 1995-03-23 | 1995-03-23 | 静圧軸受案内機構における軸受変位特性の補正方法および補正装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6421995A JPH08261238A (ja) | 1995-03-23 | 1995-03-23 | 静圧軸受案内機構における軸受変位特性の補正方法および補正装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08261238A true JPH08261238A (ja) | 1996-10-08 |
Family
ID=13251779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6421995A Withdrawn JPH08261238A (ja) | 1995-03-23 | 1995-03-23 | 静圧軸受案内機構における軸受変位特性の補正方法および補正装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08261238A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007271367A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Konica Minolta Opto Inc | 検出器、形状測定装置、及び形状測定方法 |
| DE102015212285B3 (de) * | 2015-07-01 | 2016-10-27 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Linearführungssystem und Verfahren zur Durchführung von Messungen an einem Linearführungssystem |
-
1995
- 1995-03-23 JP JP6421995A patent/JPH08261238A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007271367A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Konica Minolta Opto Inc | 検出器、形状測定装置、及び形状測定方法 |
| DE102015212285B3 (de) * | 2015-07-01 | 2016-10-27 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Linearführungssystem und Verfahren zur Durchführung von Messungen an einem Linearführungssystem |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020604 |