ころがり要素を用いた送り駆動系の微小変位制御

利用滚动体的进给驱动系统的微位移控制

• 批准号: 14750094
• 负责人: 山崎 敬則
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Oyama National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750094/
• 关键词: 送り駆動系; 単一機構; ころがり要素; ボールねじ; ころがり案内; 微小変位; 非線形挙動; 制御

小形の部品や金型を高い精度で加工するために,数十nmの精度と数十mmのストロークとを有する送り駆動系が必要となっている.このような性能を持つ送り駆動系は,ボールねじところがり案内とを用いた機構をACモータで駆動する粗動に圧電素子による微動を組み合わせて実現されている.しかし,機構が二つあることから構造が複雑になり制御が難しく装置も大きくなる.ころがり要素を用いた粗動に微動を組み合わせる理由は,鋼球のころがりの非線形挙動の影響で粗動の精度が1μm程度しか得られないためである.しかし,この挙動はすでに解析されていること,また,ACモータを制御するロータリエンコーダの分解能が飛躍的に向上していることから,ころがり要素の非線形特性を考慮した制御系が設計できれば,微動機構を用いることなく一つの機構で数十nmの精度と数十mmのストロークとを持つ送り駆動系が実現できるのではないかという着想に至った.はじめに市販のACサーボモータ単体の微小回転時の挙動を調べた結果,直線変位に換算して50μmのステップ応答では問題なく運動した比例ゲインを用いて0.5μm程度の微小変位を行うと運動せず,微小変位時にはゲインを高くしないと運動できないことが確認できた.なお,定常的に5〜6パルスの幅で振動が生じてしまっている.ACサーボモータと送り駆動機構とを接続して微小回転させた結果,モータ単体で見られた5〜6パルスの定常的な振動が1〜2パルスに低減した.これは直動部分の摩擦の効果と考えられる.本研究で用いた送り駆動系では,通常のPI補償で0.1μmの微小変位が制御できる場合があるが再現性は得られていない.研究期間の途中で異動があり進行が遅れているが,再現性が得られるような補償法を提案し実験で検証しているところである.この結果は随時報告して行く予定である.

Small の department product や gold type を い high precision processing で す る た め に, dozens of nm の precision と dozens of mm の ス ト ロ ー ク と を have す る send り 駆 dynamic system が necessary と な っ て い る. こ の よ う な performance を hold つ send り 駆 move は, ボ ー ル ね じ と こ ろ が り case within と を with い た institutions を AC モ ー タ で 駆 dynamic す る coarse move に 圧 electric element child に よ る micro を Group み close わ せ て be presently さ れ て い る. し か し, institution が つ あ る こ と か ら tectonic が complex 雑 に な り suppression が difficult し く device も big き く な る. こ ろ が を り elements with い た coarse move に micro を group み close わ せ る reason は, steel ball の こ ろ が り の nonlinear 挙 の influence で coarse move の が 1 mu m precision degree し か must ら れ な い た め で あ る. し か し, こ の 挙 dynamic は す で に parsing さ れ て い る こ と, ま た, AC モ ー タ を suppression す る ロ ー タ リ エ ン コ ー ダ の decomposition can が leap upward に し て い る こ と か ら, こ ろ が り elements の nonlinear features を consider し た suppression system design が で き れ ば, micro mechanism を with い る こ と な く a つ の institutions で tens of nm の precision と dozens of m M の ス ト ロ ー ク と を hold つ send り 駆 dynamic system が be presently で き る の で は な い か と い think う に to っ た. は じ め に city vendor の AC サ ー ボ モ ー タ 単 の tiny body back to planning の 挙 motion を べ た as a result, the straight line - a に conversion し て 50 microns の ス テ ッ プ 応 answer で は problem な く movement し た proportion ゲ イ ン を with い て の tiny 0.5 mu m level Line - a を う と movement せ ず, tiny variations in に は ゲ イ ン を high く し な い と movement で き な い こ と が confirm で き た. な お, stationary に 5 ~ 6 パ ル ス の vibration amplitude で が raw じ て し ま っ て い る. AC サ ー ボ モ ー タ と send り 駆 mechanism と を meet 続 し て tiny back planning さ せ た results, モ ー タ 単 body で see ら れ た 5 ~ 6 パ ル ス の The effect of the stationary な vibration が1 to 2パ スに スに is reduced by <s:1> た. The effect of the <s:1> friction <e:1> in the れ direct motion part is と investigated えられる. This research で い た send り 駆 dynamic system で は, usually の PI compensation で 0.1 mu m の tiny variations が suppression で き る occasions が あ る が reproducibility は must ら れ て い な い. During the study period の way で move が あ り for が 遅 れ て い る が, reproducibility が must ら れ る よ う な compensation method proposed を し be 験 で 検 card し て い る と こ ろ で あ る. こ は の results at any time report し て line く designated で あ る.

项目成果

佐藤隆太, 堤正臣, 山崎敬則: "NC工作機械送り駆動系の摩擦補償"2002年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 246 (2002)

佐藤龙太、堤正臣、山崎义德：《数控机床进给驱动系统的摩擦补偿》2002年日本精密工程学会秋季会议学术会议论文集246（2002）。

T.Yamazaki, Y.Okazaki: "Feed Drive System Control using Complex Servo Mechanism"34^<th> International MATADOR Conference. (2004)

T.Yamazaki、Y.Okazaki：“使用复杂伺服机构的进给驱动系统控制”第 34 届国际 MATADOR 会议。