2019 Fiscal Year Annual Research 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 / 外乱オブザーバ / 工具損耗推定 / エアパワー |
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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した。
２０１７年度は、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を確認した。
２０１８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。
２０１９年度は、提案した制御方式を用いて切削加工における力推定に関する検証実験を行った。鉛直方向の切削力は外乱オブザーバにより推定できることや、ステージの定位性について確認した。さらに、電空ハイブリッド超精密鉛直位置決めステージにエアタービンスピンドルとＸＹステージを取り付け、工具の損耗を推定する方法について、検証実験を行い可能性を示した。
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