2018 Fiscal Year Research-status Report
Refinement of hybrid electric-pneumatic ultra-precision vertical positioning stage
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17K06098
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| Research Institution | Fukuoka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
加藤 友規 福岡工業大学, 工学部, 准教授 (20390429)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超精密位置決め / 電空ハイブリッド / バランスシリンダ / 圧力制御 / 力制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
工作機械の鉛直軸の位置決め方式の1つとして、電動駆動のリニアモータと、重力補償器として空気圧式のバランスシリンダを併用した、電空ハイブリッド方式の超精密鉛直位置決め装置が開発されている。電空ハイブリッド方式は空圧式のバランスシリンダがステージの自重を空気によってキャンセルすることで。電動のリニアモータがステージの自重の影響を受けることなく動作することが可能となっている。このような構成を用いることで、リニアモータの省電力化や熱の発生の抑制、最大動作速度の向上といった効果を期待することができる。
本研究課題においては、空気圧サーボの制御技術を応用して、超精密工作機械に使用される電空ハイブリ ッド方式の超精密鉛直位置決めステージ（電空ハイブリッド鉛直ステージ）の高機能化のための方法を提案することを目的とする。
平成３０年度の研究においては、まず平成２９年度に提案した、工作機械のツールチェンジ時のバランスリシンダ内の圧力をフィードフォワード制御により補償する方法について、消費エネルギーの観点から検証実験を行い、リニアモータの出力を有効に軽減できていることを確認した。また、ステージ駆動によるトルク指令値の変動も補償することができ、駆動時にも有効な方法であることが確認された。
つぎに、平成３０年度は電空ハイブリッド鉛直ステージのバランスシリンダ内の圧力を制御することによる力制御の方法を提案した。力制御の応答性（動特性）やリニアモータの制御電圧（消費エネルギー）の変動について実験を行い、有効性を評価した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題は、気体用高速高精度圧力制御システムの構成を見直し、大振幅や高圧領域の空気の圧力を高精度に制御できるように装置構成を見直した上で、電空ハイブリッド鉛直ステージに使用されるバランスシリンダの内圧制御に適用し、位置決め性能・消費エネルギーなどの基礎的な特性を評価することを目的としている。
工作機械のツールチェンジ時のバランスリシンダ内の圧力をフィードフォワード制御や力制御とった、提案方法の電空ハイブリッド鉛直ステージへの適用と性能の評価実験について、計画通り実験を実施しており、有効性も確認されつつあり、総じて、本研究はおおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
提案した力制御の方法について、応答性（動特性）は示されつつあるが、力推定の分解能についての検討が当面の課題である。
提案方法を超精密加工に適用する評価実験・加工実験については、平成３１年度中に計画通り実施する計画である。
平成３１年度はバランスシリンダの内圧性制御部分について、数値流体シミュレーションを用いた解析を行う計画である。
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| Causes of Carryover |
平成３０年度は物品費等について大学から別予算の手当てがあったことや、英国への国外研修があったことなどにより、若干の次年度使用額が生じた。研究自体はおおむね順調に推移しており、平成３１年度に執行する予定である。特に、制御装置の製作やシミュレーションソフトウェアの導入と解析、提案方法の加工機への適用実験、などを行うにあたり、予算を使用する予定である。
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Research Products
(14 results)
