摩擦駆動による超高速・超精密位置決めの研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04402027
• Research Institution: Shizuoka Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 大塚 二郎 静岡理工科大学, 理工学部, 教授 (30016787)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 深田 茂生 信州大学, 工学部, 助教授 (70156743)
• Keywords: 摩擦駆動 / 超精密位置決め / 超高速位置決め / ナノメータ / 位置決め精度

Research Abstract

DCサーボモータが駆動輪を回し,駆動輪からの摩擦力によりスライダが直線運動し,スライダの一端につけられたテーブル(質量15.7kg)が移動し,その変位をレーザ測長器(分解能1.25nm)で測定してコントローラにフィードバック制御する装置を作成した。この装置を用いて実験により次のような成果がえられた。
(1)1mumのステップ応答をPI制御で行うことにより,100回の試行でのテーブル発進後0.5秒での位置決め誤差Eの平均(偏り誤差)e=-1.7nm,Eの標準偏差sigma=3.2nmを得た。
(2)300mmのステップ応答で,テーブルの変位偏差DELTAxが大きい領域では変形台形波速度制御によりテーブルを目標位置に近づけ,その後テーブル変位をフィードバックする変位制御をPI制御で行った。100回試行でのテーブル発進後2秒でのe=0.017mum,Eの標準偏差upsiron=0.16mum,目標位置の±1mumにテーブルが収まる整定時間1.26秒(平均)を得た。
(3)駆動輪とスライダとの間の摩擦駆動部において転がり運動の発生する寸前に,モータからの微小トルクTとスライダの微小変位yとの間に非線形のばね特性が存在するが,これは微小領域ほど線形性がよい。そして、このばね特性がnm精度が得られるのに大きな役割を果していることが判明した。ただし,非線形のばね特性はテーブル位置により変動するので300mmのステップ応答でのe,sigma′が大きくなることも判った。
(4)ねじ駆動の場合と比較すると,大きな駆動力は得られない等の欠点と,高速が効く等の特徴が判った。
(5)この摩擦駆動装置が,ナノメータの加工精度をねらう超精密平研削盤に応用され,うまく作動した。

Research Products

• [Publications] 高橋道郎、大塚二郎: "摩擦駆動による精密位置決めの研究(第5報)-押付力可変方式による位置決め精度向上" 精密工学会誌. 59・4. 637-642 (1994)
• [Publications] 高橋道郎、大塚二郎: "摩擦駆動による精密位置決めの研究(第6報)-高精度化と高速化" 精密工学会誌. 59・7. 1103-1108 (1993)
• [Publications] 大塚二郎、深田茂生ほか: "ねじ駆動による超精密位置決の(第3報)-ナノメータ精度位置決めと整定時間短縮" 精密工学会誌. 59・10. 1655-1661 (1993)
• [Publications] 深田茂生、大塚二郎他: "精密位置決めの潤滑物性(第2報)-平均接触面圧の影響とならし運転に伴う摩擦特性変化" トライボロジスト. 38・6. 545-552 (1993)
• [Publications] J.Otsuka,S.Fukada et al.: "Characteristic Comparison of 3 kinds of headserews Used for Ultraprecision Positioning" Japanese J.Odvaneed Outomation Technology. 4・6. 320-325 (1993)
• [Publications] J.Otsuka,S.Fukada et al.: "Ultraprecision Positioning Using Leadscren Drive(2nd Report)-Nanometer livel Positioning" Jnt J.Japan Society for Precision Bginering. 27・2. 142-147 (1993)
• [Publications] 賀勢晋司、深田茂生: "機械要素(ねじ)の研究と手法" 精密工学会誌. 60・1. 27-30 (1994)