ベローズとシリンダからなる粗微動空気圧アクチュエータによるサブナノポジショニング

使用由波纹管和气缸组成的粗略和精细气动执行器进行亚纳米定位

• 批准号: 19016010
• 负责人: 川嶋 健嗣
• 金额: $ 4.99万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19016010/
• 关键词: 空気圧; アクチュエータ; 精密位置決め; サブナノ; 粗微動ステージ; 静圧軸受け

空気圧サーボアクチュエータを用いることで, 発熱がなく磁場の影響を受けない精密位置決め粗微動ステージを開発し, サブナノオーダーの位置決めを実現することを目的とした研究の最終年度(2年目)として, 下記の成果が得られた.1. 空気圧ベローズアクチュエータを用いた微動ステージを除振台上に設置して, 位置決め特性を評価した. 制御用サーボ弁には研究者らが開発したスリット機構を用いたが, 昨年と比較して最大流量の小さい新型のものを採用し, 流体振動の抑制と制御性能の向上を目指した. さらに, オブザーバを用いたフィードバック制御方法を実装した. その結果,全変位領域(±100μm)において7nm以下の位置決め精度が達成できることを実験によって確認した.2. 粗動ステージである静圧軸受け機構を用いた最大変位100mm, 付加重量90Kgのセラミックス製の空気圧サーボテーブルにおいては, ステージとサーボ弁間の配管の影響について実験的に考察した. その結果, 配管長と内径によってサーボ弁の固有周期を適切に調整することで, 0.4μm以下の位置決め精度が確保できることを実験によって明らかにした.3. 粗動ステージ上に微動ステージを搭載した粗微動ステージを構成し, 粗動ステージの位置決め誤差を微動ステージで補償する制御方法を提案し, 実装した. 位置決め制御実験を行い, 20mmストロークの移動に対して, 2.0μm以下の位置決め誤差を微動ステージによって補償し, 50nm以下の位置決め精度が実現できることを示した. さらなる精度の向上には粗動ステージの振動抑制が重要であることがわかった.

The final year of the study (2 years) and the results of the study below are reported. Air pressure measurement is used in micromotion measurement except for vibration table settings, position determination characteristics. The researchers of the control system have developed a new type of control mechanism for fluid vibration suppression and control. In this case, the method of controlling the temperature of the air is implemented. As a result, it has been confirmed that the position determination accuracy below 7nm has been achieved in the full range of positions (±100μm). 2. The maximum displacement of the static pressure shaft receiving mechanism is 100mm, and the additional weight is 90Kg. The air pressure of the system is controlled by the static pressure shaft receiving mechanism. As a result, the natural period of the pipe length and inner diameter is adjusted appropriately, and the position resolution accuracy below 0.4μm is ensured. Coarse motion is carried out by fine motion, and the position error of coarse motion is compensated. Position resolution error compensation for micromotion within 2.0μm position resolution error compensation for micromotion within 50nm position resolution accuracy within 20mm position resolution error compensation for micromotion within 50nm position resolution accuracy. The accuracy of the upward motion of the vibration suppression is important.

项目成果

A new, high precision, quick response pressure regulator for active control of pneumatic vibration isolation tables

• DOI: 10.1016/j.precisioneng.2009.01.008
• 发表时间: 2010
• 期刊: Precision Engineering-journal of The International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology
• 影响因子: 3.6
• 作者: Tomonori Kato;K. Kawashima;T. Funaki;Kotaro Tadano;T. Kagawa

Active control of a pneumatic isolation table using model following control and a pressure differentiator

• DOI: 10.1016/j.precisioneng.2006.11.004
• 发表时间: 2007-07-01
• 期刊: PRECISION ENGINEERING-JOURNAL OF THE INTERNATIONAL SOCIETIES FOR PRECISION ENGINEERING AND NANOTECHNOLOGY
• 影响因子: 3.6
• 作者: Kato, Tomonori;Kawashima, Kenji;Kagawa, Toshiharu
• 通讯作者: Kagawa, Toshiharu

Control system design of a pneumatic servo system, considering the dynamic characteristics of the servo valve

考虑伺服阀动态特性的气动伺服系统控制系统设计

• 发表时间: 2008
• 作者: Masahiro Hirano;Kazutoshi Sakaki;Toshinori Fujita;Kenji Kawashima and Toshiharu Kagawa
• 通讯作者: Kenji Kawashima and Toshiharu Kagawa

Analysis of Vortex Levitaion

涡悬浮分析

• 发表时间: 2008
• 期刊: Experimental Thermal and Fluid Science Vol.32 No.8
• 作者: Xin Li;Kenji Kawashima and Toshiharu Kagawa
• 通讯作者: Kenji Kawashima and Toshiharu Kagawa

Effect of Servo Valve Dynamic on Precise Position Control of a Pneumatic Servo Table

伺服阀动态对气动伺服工作台精确位置控制的影响

• 发表时间: 2008
• 期刊: International Journal of Automation Technology
• 影响因子: 1.1
• 作者: Toshinori Fuji Kenji Kawashima;Takashi Miyajima;Taro Ogiso and Toshiharu Kagawa
• 通讯作者: Taro Ogiso and Toshiharu Kagawa