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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

基本信息

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

项目摘要

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．

The rigidity and accuracy of the system are required in many cases. High resolution energy conversion requirements are expected to be achieved by high resolution energy conversion requirements. This study aims to investigate the effects of vibration damping mechanisms on the construction of practical vibration damping devices in 2004. The basic state of the internal information is controlled by the vibration suppression method. The basic method is discussed and the passive method is compared. In the case of a 200mm diameter shaft, a 20mm diameter shaft, a 5mm diameter shaft, a 20 mm shaft, a 20mm diameter shaft, a 20mm, a 20 mm diameter shaft, a 20 mm, a shaft a shaft The resolution energy of the rotation axis is 0.06nm and the rotation angle is 0.0227μrad. The position determination mechanism is concentrated on the fixed number of cycles, and the cycle number of cycles is determined. The residual vibration of the position determination mechanism is measured directly. As a result, the residual vibration is dominated by the inherent vibration component of the mass and the output end stiffness. The above knowledge is based on the fact that the residual vibration (RMS) is reduced by about 1/3. In addition, the simple inertial system of this mechanism is discussed in detail. As a result, the residual vibration is reduced and the vibration is suppressed.