静圧軸受機構を利用した高速・高精度空気圧サーボテーブルの開発

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半導体などの製造装置においては,高速性,耐久性の点から電動駆動による限界が近づいている.一方,空気圧サーボ機構では比エネルギの高さを生かした高速駆動が可能であるものの,パッキン摩擦により精密な駆動が困難であるとされてきた.そこで本研究では上記の問題を解決する新しい精密位置決め用アクチュエータとして,静圧軸受機構を用いた空気圧サーボテーブルを提案し,その制御性について検討することを目的としている.昨年度は,静圧軸受を用いて完全非接触な1軸ステージを試作し,これを100[Hz]の高応答性を有するサーボ弁で駆動したところ,2[mm]のステップ入力に対して,電動機のに匹敵する位置決め精度と電動機を越える高速化を達成することができた.今年度はサーボ弁の改善と制御手法を研究課題の中心した.空気圧サーボ弁の特性が,結果としてサーボテーブルの高速化と位置決め精度を決定していることが明らかになった.そこで,これまでリニアの電流アンプと差動トランスが用いられきたサーボ弁を,トランジスタによるPWM駆動とエンコーダによる検出に切り替えサーボ弁特性の改善をはかった.サーボ弁の動特性を考慮した制御設計法を確立し,サーボ弁のヒステリシス特性の向上とあわせて,昨年度の結果に比べ応答の高速化と著しい位置決め精度の向上が見られた.また空気圧の非線形性も,厳密な線形化による手法により補償が可能であることがわかり,外乱オブザーバとの併用で任意の位置で50[nm]の位置決め精度と,良好な応答性を確保することができた.