ボールねじ駆動によるサブナノメートル分解能位置決めのための振動抑制手法の探求

滚珠丝杠传动亚纳米分辨率定位振动抑制方法探索

• 批准号: 22K03996
• 负责人: 深田 茂生
• 金额: $ 1.91万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03996/
• 关键词: ボールねじ; 超精密位置決め; サブナノメートル; 振動抑制; 高分解能

剛性と精度の両立が要求される事例では，位置決め駆動要素としてボールねじを用いる場合が最も多い．高分解能化への要求の高まりとともに，ボールねじを用いた位置決め機構においても，サブナノメートルレベルの位置決め分解能の実現が期待されている．本研究は，サブナノレベルにおいて効果的かつ実用的な振動抑制手法を構築することを目的とし，令和4年度は実験装置の構築を行うとともに，受動的制振機構の効果について実験的に検討した．また，内部センサ情報に基づく状態フィードバック制御による振動抑制法について基礎的検討を行い，受動的方法との比較を行った．まず，ストローク200mmのエアスライドで案内されるステージを，ボールねじ（ねじ軸外径20mm，リード5mm，オーバサイズボール予圧型）と定格出力130WのDCサーボモータで駆動する位置決め実験システムを構築した．ステージ変位を分解能0.06nmのリニアエンコーダで，ねじ軸回転角度を0.0227μradのロータリエンコーダで検出する．本位置決め機構を集中定数モデルで表現し，周波数応答実験により検証した結果，本機構は6慣性の集中定数モデルでノミナルに記述されることを確認した．次に本位置決め機構をステージ変位の直接フィードバックのみで位置決めした場合の残留振動を実験により測定した．その結果，残留振動は移動ステージ質量と出力端剛性で決まる固有振動成分によって支配されていることが分かった．以上の知見に基づいて，シリコンオイルを用いたオイルフィルムダンパをステージ端に設置したところ，残留振動（RMS値）を約1／3に低減することができた．さらに本機構の簡易な2慣性系モデルについて，状態フィードバック制御系を構成し，シミュレーションと実験によりその制振効果を検討した．その結果，残留振動の低減は認められたが，受動ダンパの制振効果には及ばなかった．

Rigid と precision の struck が requiring さ れ る examples で は, position of め 駆 dynamic elements と し て ボ ー ル ね じ を with い が る occasions most も い more. High decomposition can change へ の の demanding ま り と と も に, ボ ー ル ね じ を with い た position definitely め institutions に お い て も, サ ブ ナ ノ メ ー ト ル レ ベ ル の position can definitely め decomposition の be が now expect さ れ て い る. This study は サ ブ ナ ノ レ ベ ル に お い て unseen fruited か つ be build with な vibration suppression technique を す る こ と を purpose と し, make and 4 year は be 験 device の line build を う と と も に, vibration system by dynamic institutions の unseen fruit に つ い て be 験 of に beg し 検 た. ま た, internal セ ン サ intelligence に base づ く state フ ィ ー ド バ ッ ク suppression に よ る vibration suppression method に つ い て base line beg を 検 い, by the method of dynamic と の is line を っ た. ま ず, ス ト ロ ー ク 200 mm の エ ア ス ラ イ ド で case within さ れ る ス テ ー ジ を, ボ ー ル ね じ (ね じ 20 mm shaft diameter, リ ー ド 5 mm, オ ー バ サ イ ズ ボ ー ル to 圧 type) と の output 130 w DC サ ー ボ モ ー タ で 駆 dynamic す る position definitely め be 験 シ ス テ ム を build し た. ス テ ー ジ - a を decomposition to 0.06 nm の リ ニ ア エ ン コ ー ダ で, ね じ shaft Angle planning を back 0.0227 mu rad の ロ ー タ リ エ ン コ ー ダ で 検 out す る. This position should め institutions を focused destiny モ デ ル し で performance, cycle for 応 answer be 験 に よ り 検 card し た as a result, the agency は 6 inertia の focused destiny モ デ ル で ノ ミ ナ ル に account さ れ る こ と を confirm し た. に of this position should め institutions を ス テ ー ジ - a direct フ の ィ ー ド バ ッ ク の み で position definitely め し の residual vibration を た occasion be 験 に よ り determination し た. そ の as a result, the residual vibration は mobile ス テ ー ジ quality と output end rigid で definitely ま る natural vibration component に よ っ て dominate さ れ て い る こ と が points か っ た. Above の knowledge に base づ い て, シ リ コ ン オ イ ル を with い た オ イ ル フ ィ ル ム ダ ン パ を ス テ ー ジ end に set し た と こ ろ, residual vibration (RMS numerical) を about 1/3 に low cut す る こ と が で き た. さ ら に this institution の simple な two inertial system モ デ ル に つ い て, state フ ィ ー ド バ ッ ク suppression system を constitute し シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と be 験 に よ り そ の vibration system working fruit を beg し 検 た. As a result, the residual vibration <s:1> is reduced by <s:1> recognized められたが, and the vibration damping effect of the driven ダ <e:1> パ is に and ばな ばな った った.

项目成果

ボールねじ駆動によるサブナノメートル位置決めの研究

滚珠丝杠传动亚纳米定位研究

• 发表时间: 2022
• 期刊: 2022年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集
• 作者: A. TANIKATA;H. CHO;T. SASAKI;H. HOSODA;深田茂生，豊嶋裕太
• 通讯作者: 深田茂生，豊嶋裕太