| 研究概要 |
本研究は,すべり送りねじを用いた位置決め機構に意図的に線形的な弾性変換機能を付加することで,位置決め性能を飛躍的に改善する方法を提案し,ナノメートルレベルの超精密位置決めに対する本方法の効果と問題点を検証するとともに,本機構に適した制御方法を探索することを目的とする.そこで弾性要素の組込みを目的とした位置決め実験システムを新たに構成し,ねじり―伸縮変換型の弾性要素の設計法を示すとともに,実際に弾性要素を位置決めシステムに組み込み,その基本特性と制御法について実験的に検討した.
まずストローク200mmの直動位置決め機構を設計製作した.送りねじは予圧を任意に設定可能なダブルナットの台形ねじとし,これを定格出力130WのDCサーボモータで駆動する.レーザ測長システム(分解能0.6nm)と直角三面鏡による光学系によりアッベ誤差の影響を除いた変位計測法を構成した.また円弧ヒンジを円筒の外周に配置したねじり―伸縮変換型の弾性要素の設計方法を示し,剛性の異なる3種類の弾性要素を設計製作して,弾性変換機能を付加した送りねじ機構による超精密位置決めシステムを構成した.
弾性要素単体のねじりトルクと軸方向変位の関係を測定して設計値と比較したところ,実測値の方が剛性が低いという結果が得られた.次に製作した弾性要素を昨年度構成した位置決め機構に組み込み,モータトルクとテーブル変位の関係を測定したところ,極めて良好な線形特性が得られた.弾性要素を用いた位置決めシステムの制御系として,目標値に対する偏差に対応して粗動,微動および極微動の領域に分割し,それぞれの領域に対して制御パラメータを順次切り換えるアルゴリズムを作成し,それらのパラメータの最適値を実験的に求める方法を示した.また本システムの位置決め性能を実験的に検討したところ,位置決め分解能は5nm,20mmステップの位置決め誤差は6nm以下であることが明らかとなり,弾性変換要素の優れた性能を示すことができた.
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