JP2007198909A - Rough/fine positioning device - Google Patents

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伸明 田中
Toshiaki Yamaguchi
利明 山口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rough/fine positioning device which is inexpensive and easily manufactured. <P>SOLUTION: The rough/fine positioning device is provided with: a rough moving mechanism for moving a moving table; a fine moving mechanism for moving the moving table at high moving accuracy than that of the rough moving mechanism; a position sensor for detecting the position of the moving table; a rough moving controller for control of the rough moving mechanism on the basis of a feedback signal from the position sensor; a fine moving controller for controlling the fine moving mechanism on the basis of the feedback signal from the position sensor; and a signal adjuster intervening in a feedback route. The signal adjuster outputs a first encode signal derived by encoding the detection signal of the position sensor by first resolution to the coarse controller, and also outputs a deviation signal indicating the deviation between a second encode signal derived by encoding the detection signal of the position sensor by second resolution and a command value signal to the fine moving controller. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、長ストロークの範囲で高精度な微細位置決めを行う粗微動位置決め装置に係り、特に、安価で製作が容易な粗微動位置決め装置に関する。   The present invention relates to a coarse / fine motion positioning device that performs fine positioning with high accuracy in a long stroke range, and more particularly to a coarse / fine motion positioning device that is inexpensive and easy to manufacture.

従来、粗微動位置決め装置としては、例えば、特許文献1記載の技術が知られている。
特許文献1記載の技術は、ベースに対してテーブルを軸方向に移動させる粗動機構と、粗動動作終了後に圧電アクチュエータの伸縮を利用してベースに対してテーブルを軸方向に移動させる微動機構と、粗動調整変位検出手段および微動調整変位検出手段を兼用する1台の変位検出手段と、変位検出手段からの検出信号に基づいて粗動機構および微動機構をフィードバック制御するコントローラとを備えるものである。(同文献段落[0047]、[0053])
特開平9−192956号公報
Conventionally, as a coarse / fine movement positioning device, for example, a technique described in Patent Document 1 is known.
The technique described in Patent Document 1 includes a coarse movement mechanism that moves the table in the axial direction with respect to the base, and a fine movement mechanism that moves the table in the axial direction with respect to the base using expansion and contraction of the piezoelectric actuator after the coarse movement operation ends. And a single displacement detection means that also serves as the coarse movement adjustment displacement detection means and the fine movement adjustment displacement detection means, and a controller that feedback-controls the coarse movement mechanism and the fine movement mechanism based on a detection signal from the displacement detection means. It is. (Paragraphs [0047] and [0053] in the same document)
JP-A-9-192958

しかしながら、特許文献1記載の技術にあっては、微動制御を行うため、分解能の高い変位検出手段を利用しなければならない一方、粗動制御には、分解能の高い検出信号は不要であるため、変位検出手段を兼用すると、コントローラとして高価な製品を利用しなければならず、コストの増加を招くという問題があった。
また、微動機構を有しない既存の位置決め装置を改良し、粗微動位置決め装置を製作する場合、特許文献1記載の技術のように、粗微動位置決め装置専用のコントローラを導入しなければならないため、システムを再構築しなければならず、多大な時間と労力を要するという問題があった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、安価で製作が容易な粗微動位置決め装置を提供することを目的としている。
However, in the technique described in Patent Document 1, since fine displacement control is performed, displacement detection means with high resolution must be used. On the other hand, since coarse motion control does not require a detection signal with high resolution, If the displacement detection means is also used, an expensive product must be used as a controller, which increases the cost.
Further, when an existing positioning device that does not have a fine movement mechanism is improved and a coarse / fine movement positioning device is manufactured, a controller dedicated to the coarse / fine movement positioning device must be introduced as in the technique described in Patent Document 1, so that the system Had to be rebuilt, requiring a lot of time and effort.
Accordingly, the present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the conventional technology, and an object thereof is to provide a coarse / fine motion positioning device that is inexpensive and easy to manufacture.

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項1記載の粗微動位置決め装置は、移動部と、前記移動部を移動させる粗動機構と、前記粗動機構よりも高い移動精度で前記移動部を移動させる微動機構と、前記移動部の移動実績に関するフィードバック信号に基づいて前記粗動機構を制御する粗動制御装置と、前記フィードバック信号に基づいて前記微動機構を制御する微動制御装置とを備え、前記移動部の位置決めを行う粗微動位置決め装置であって、前記移動部の位置を検出する位置センサと、前記位置センサの検出信号に基づいて、第1分解能の前記フィードバック信号を前記粗動制御装置に出力するとともに前記第1分解能よりも高い第2分解能の前記フィードバック信号を前記微動制御装置に出力する信号調整手段とを備える。   In order to achieve the above object, a coarse / fine motion positioning apparatus according to claim 1 according to the present invention includes a moving part, a coarse moving mechanism for moving the moving part, and the movement with higher movement accuracy than the coarse moving mechanism. A fine movement mechanism that moves a moving part, a coarse movement control device that controls the coarse movement mechanism based on a feedback signal related to the movement result of the moving part, and a fine movement control device that controls the fine movement mechanism based on the feedback signal. A coarse / fine movement positioning device for positioning the moving unit, the position sensor detecting the position of the moving unit, and the coarse signal of the feedback signal of the first resolution based on a detection signal of the position sensor. And a signal adjusting means for outputting the feedback signal having a second resolution higher than the first resolution to the fine movement control device.

このような構成であれば、粗動制御装置により粗動機構が制御され、粗動機構の駆動により移動部が移動する。次いで、位置センサにより、移動部の位置が検出され、信号調整手段により、位置センサの検出信号に基づいて第1分解能のフィードバック信号が粗動制御装置に出力される。そして、粗動制御装置により、入力されたフィードバック信号に基づいて粗動機構が制御される。   With such a configuration, the coarse movement mechanism is controlled by the coarse movement control device, and the moving unit moves by driving the coarse movement mechanism. Next, the position sensor detects the position of the moving unit, and the signal adjustment unit outputs a feedback signal having the first resolution to the coarse motion control device based on the detection signal from the position sensor. The coarse movement control device controls the coarse movement mechanism based on the input feedback signal.

また、微動制御装置により微動機構が制御され、微動機構の駆動により移動部が高い移動精度で移動する。次いで、位置センサにより、移動部の位置が検出され、信号調整手段により、位置センサの検出信号に基づいて第1分解能よりも高い第2分解能のフィードバック信号が微動制御装置に出力される。そして、微動制御装置により、入力されたフィードバック信号に基づいて微動機構が制御される。
ここで、粗動制御および微動制御は、それぞれ独立に行ってもよいが、制御を単純化する観点からは、粗動制御が完了した後に微動制御を行うのが好ましい。
Also, the fine movement mechanism is controlled by the fine movement control device, and the moving unit moves with high movement accuracy by driving the fine movement mechanism. Next, the position sensor detects the position of the moving unit, and the signal adjustment unit outputs a feedback signal having a second resolution higher than the first resolution to the fine movement control device based on the detection signal from the position sensor. Then, the fine movement control device controls the fine movement mechanism based on the input feedback signal.
Here, the coarse motion control and the fine motion control may be performed independently. However, from the viewpoint of simplifying the control, it is preferable to perform the fine motion control after the coarse motion control is completed.

さらに、本発明に係る請求項2記載の粗微動位置決め装置は、請求項1記載の粗微動位置決め装置において、前記粗動制御装置は、粗動制御が完了したことを示す粗動完了信号を前記微動制御装置に出力し、前記微動制御装置は、前記粗動完了信号に基づいて微動制御を開始する。
このような構成であれば、粗動制御装置では、粗動制御が完了すると、粗動完了信号が微動制御装置に出力される。微動制御装置では、粗動完了信号が入力されると、微動制御が開始される。
Furthermore, the coarse / fine motion positioning device according to claim 2 of the present invention is the coarse / fine motion positioning device according to claim 1, wherein the coarse motion control device outputs a coarse motion completion signal indicating that the coarse motion control is completed. The fine movement control device starts fine movement control based on the coarse movement completion signal.
With such a configuration, in the coarse motion control device, when the coarse motion control is completed, a coarse motion completion signal is output to the fine motion control device. In the fine movement control device, when a coarse movement completion signal is input, fine movement control is started.

さらに、本発明に係る請求項3記載の粗微動位置決め装置は、請求項1および2のいずれか1項に記載の粗微動位置決め装置において、前記粗動制御装置は、前記移動部の目標位置を示す指令値信号を前記信号調整手段に出力し、前記信号調整手段は、前記位置センサの検出信号を前記第1分解能でエンコードして得られたエンコード信号を前記フィードバック信号として前記粗動制御装置に出力し、前記位置センサの検出信号を前記第2分解能でエンコードして得られたエンコード信号と前記指令値信号との偏差を示す偏差信号を前記フィードバック信号として前記微動制御装置に出力する。   Furthermore, the coarse / fine motion positioning device according to claim 3 according to the present invention is the coarse / fine motion positioning device according to any one of claims 1 and 2, wherein the coarse motion control device determines a target position of the moving unit. The command adjustment signal is output to the signal adjustment unit, and the signal adjustment unit outputs an encoded signal obtained by encoding the detection signal of the position sensor with the first resolution to the coarse motion control device as the feedback signal. And outputs a deviation signal indicating a deviation between an encoded signal obtained by encoding the detection signal of the position sensor with the second resolution and the command value signal as the feedback signal to the fine movement control device.

このような構成であれば、粗動制御装置により、移動部の目標位置を示す指令値信号が信号調整手段に出力される。そして、信号調整手段により、位置センサの検出信号を第1分解能でエンコードして得られたエンコード信号がフィードバック信号として粗動制御装置に出力される。また、位置センサの検出信号を第2分解能でエンコードして得られたエンコード信号と指令値信号との偏差を示す偏差信号がフィードバック信号として微動制御装置に出力される。   If it is such a structure, the command value signal which shows the target position of a moving part will be output to a signal adjustment means by the coarse motion control apparatus. Then, the signal adjustment means outputs an encoded signal obtained by encoding the detection signal of the position sensor with the first resolution to the coarse motion control device as a feedback signal. Further, a deviation signal indicating a deviation between the encoded signal obtained by encoding the detection signal of the position sensor with the second resolution and the command value signal is output as a feedback signal to the fine movement control device.

さらに、本発明に係る請求項4記載の粗微動位置決め装置は、請求項1および2のいずれか1項に記載の粗微動位置決め装置において、前記信号調整手段は、前記位置センサの検出信号を前記第1分解能でエンコードして得られたエンコード信号を前記フィードバック信号として前記粗動制御装置に出力し、前記位置センサの検出信号を前記第2分解能でエンコードして得られたエンコード信号を前記フィードバック信号として前記微動制御装置に出力する。
このような構成であれば、信号調整手段により、位置センサの検出信号を第1分解能でエンコードして得られたエンコード信号がフィードバック信号として粗動制御装置に出力される。また、位置センサの検出信号を第2分解能でエンコードして得られたエンコード信号がフィードバック信号として微動制御装置に出力される。
Furthermore, in the coarse / fine movement positioning device according to claim 4 according to the present invention, in the coarse / fine movement positioning device according to any one of claims 1 and 2, the signal adjusting means outputs the detection signal of the position sensor. An encoded signal obtained by encoding at a first resolution is output as the feedback signal to the coarse motion control device, and an encoded signal obtained by encoding a detection signal of the position sensor at the second resolution is used as the feedback signal. To the fine motion control device.
With such a configuration, the encode signal obtained by encoding the detection signal of the position sensor with the first resolution is output to the coarse motion control device as a feedback signal by the signal adjusting means. An encoded signal obtained by encoding the detection signal of the position sensor with the second resolution is output as a feedback signal to the fine movement control device.

さらに、本発明に係る請求項5記載の粗微動位置決め装置は、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の粗微動位置決め装置において、前記微動制御装置へのフィードバック信号は、アナログ信号である。
このような構成であれば、信号調整手段により、フィードバック信号がアナログ信号として微動制御装置に出力される。
Furthermore, the coarse / fine movement positioning device according to claim 5 of the present invention is the coarse / fine movement positioning device according to any one of claims 1 to 4, wherein the feedback signal to the fine movement control device is an analog signal. .
If it is such a structure, a feedback signal will be output to a fine movement control apparatus as an analog signal by a signal adjustment means.

さらに、本発明に係る請求項6記載の粗微動位置決め装置は、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の粗微動位置決め装置において、前記微動制御装置へのフィードバック信号は、デジタル信号である。
このような構成であれば、信号調整手段により、フィードバック信号がデジタル信号として微動制御装置に出力される。
Furthermore, the coarse / fine movement positioning device according to claim 6 of the present invention is the coarse / fine movement positioning device according to any one of claims 1 to 5, wherein the feedback signal to the fine movement control device is a digital signal. .
With such a configuration, the feedback signal is output as a digital signal to the fine movement control device by the signal adjusting means.

さらに、本発明に係る請求項7記載の粗微動位置決め装置は、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の粗微動位置決め装置において、前記粗動機構は、基台に回転可能に支持されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合し、前記移動部に固定されたナットと、前記粗動制御装置からの駆動信号に基づいて駆動し、前記ねじ軸を回転させるモータとを備え、前記微動機構は、対向配置して予圧を付与した2つの転がり軸受装置と、前記基台に固定され、前記転がり軸受装置のそれぞれの外輪が嵌合するハウジングと、前記微動制御装置からの制御電圧に応じて伸縮する圧電アクチュエータとを備え、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪を前記ねじ軸に嵌合させ、前記内輪を前記ねじ軸に前記軸方向に固定し、前記外輪の一方を前記軸方向に拘束し、前記外輪間の前記軸方向の距離を前記圧電アクチュエータの伸縮により変化させるようにした。   Furthermore, the coarse / fine movement positioning apparatus according to claim 7 of the present invention is the coarse / fine movement positioning apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the coarse movement mechanism is rotatably supported by a base. A screw shaft, a nut screwed to the screw shaft and fixed to the moving portion, and a motor driven based on a drive signal from the coarse motion control device to rotate the screw shaft, The fine movement mechanism includes two rolling bearing devices arranged opposite to each other and applied with a preload, a housing fixed to the base and fitted with respective outer rings of the rolling bearing device, and a control voltage from the fine movement control device. A piezoelectric actuator that expands and contracts in response, and each inner ring of the rolling bearing device is fitted to the screw shaft, the inner ring is fixed to the screw shaft in the axial direction, and one of the outer rings is fixed to the axial direction. Restrained, It said axial distance between Kigairin was so varied by expansion and contraction of the piezoelectric actuator.

このような構成であれば、粗動機構では、粗動制御装置からの駆動信号に基づいてモータが駆動してねじ軸が回転し、移動部に固定されているナットが軸方向に移動し、これに伴って移動部が移動する。
微動機構では、微動制御装置からの制御電圧に応じて圧電アクチュエータが伸縮すると、外輪間の軸方向の距離が変化する。このとき、外輪の一方が軸方向に拘束されているので、外輪間の変位によって外輪と内輪との間に弾性変形が生じ、それぞれの内輪が変位する。そして、内輪の変位に伴って移動部が移動する。また、圧電アクチュエータの伸長時には、圧電アクチュエータに予圧の反力が作用するので、圧縮荷重を掛けながら微動動作が行われる。
With such a configuration, in the coarse motion mechanism, the motor is driven based on the drive signal from the coarse motion control device to rotate the screw shaft, and the nut fixed to the moving portion moves in the axial direction. Along with this, the moving unit moves.
In the fine movement mechanism, when the piezoelectric actuator expands and contracts according to the control voltage from the fine movement control device, the axial distance between the outer rings changes. At this time, since one of the outer rings is constrained in the axial direction, elastic deformation occurs between the outer ring and the inner ring due to the displacement between the outer rings, and each inner ring is displaced. And a movement part moves with the displacement of an inner ring | wheel. Further, when the piezoelectric actuator is extended, a preload reaction force acts on the piezoelectric actuator, so that a fine movement operation is performed while applying a compressive load.

さらに、本発明に係る請求項8記載の粗微動位置決め装置は、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の粗微動位置決め装置において、前記粗動機構は、基台に固定されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合し、前記移動部に回転可能に支持されたナットと、前記粗動制御装置からの駆動信号に基づいて駆動し、前記ナットを回転させるモータとを備え、前記微動機構は、対向配置して予圧を付与した2つの転がり軸受装置と、前記移動部に固定され、前記転がり軸受装置のそれぞれの外輪が嵌合するハウジングと、前記微動制御装置からの制御電圧に応じて伸縮する圧電アクチュエータとを備え、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪を前記ナットに嵌合させ、前記内輪を前記ナットに前記軸方向に固定し、前記外輪の一方を前記軸方向に拘束し、前記外輪間の前記軸方向の距離を前記圧電アクチュエータの伸縮により変化させるようにした。   Furthermore, the coarse / fine movement positioning device according to an eighth aspect of the present invention is the coarse / fine movement positioning device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the coarse movement mechanism is a screw shaft fixed to a base. And a nut that is screwed onto the screw shaft and is rotatably supported by the moving unit, and a motor that rotates based on a drive signal from the coarse motion control device and rotates the nut. The mechanism corresponds to two rolling bearing devices that are arranged opposite to each other and are provided with a preload, a housing that is fixed to the moving part and into which each outer ring of the rolling bearing device is fitted, and a control voltage from the fine movement control device. A piezoelectric actuator that expands and contracts, and engages each inner ring of the rolling bearing device with the nut, fixes the inner ring to the nut in the axial direction, and restrains one of the outer rings in the axial direction. The distance of the axial direction between the outer ring and so as to be changed by expansion and contraction of the piezoelectric actuator.

このような構成であれば、粗動機構では、粗動制御装置からの駆動信号に基づいてモータが駆動してナットが回転し、これに伴って移動部が軸方向に移動する。
微動機構では、微動制御装置からの制御電圧に応じて圧電アクチュエータが伸縮すると、外輪間の軸方向の距離が変化する。このとき、外輪の一方が軸方向に拘束されているので、外輪間の変位によって外輪と内輪との間に弾性変形が生じ、それぞれの内輪が変位する。そして、内輪の変位に伴って移動部が移動する。また、圧電アクチュエータの伸長時には、圧電アクチュエータに予圧の反力が作用するので、圧縮荷重を掛けながら微動動作が行われる。
If it is such a structure, in a coarse motion mechanism, a motor will drive based on the drive signal from a coarse motion control apparatus, a nut will rotate, and a moving part moves to an axial direction in connection with this.
In the fine movement mechanism, when the piezoelectric actuator expands and contracts according to the control voltage from the fine movement control device, the axial distance between the outer rings changes. At this time, since one of the outer rings is constrained in the axial direction, elastic deformation occurs between the outer ring and the inner ring due to the displacement between the outer rings, and each inner ring is displaced. And a movement part moves with the displacement of an inner ring | wheel. Further, when the piezoelectric actuator is extended, a preload reaction force acts on the piezoelectric actuator, so that a fine movement operation is performed while applying a compressive load.

以上説明したように、本発明に係る請求項1記載の粗微動位置決め装置によれば、微動機構を有しない既存の位置決め装置に対して、粗微動位置決め装置専用のコントローラを導入することなく、微動機構、微動制御装置および信号調整手段を導入するだけで製作することができるので、従来に比して、システムを再構築しなくてすみ、製作に要する時間や労力を低減することができるという効果が得られる。また、粗動制御装置には、分解能の低いフィードバック信号を入力する構成としたことにより、粗動制御装置として安価な製品を利用することができるとともに、粗動制御装置がフィードバック信号を読み取る周期を短くしなくてすむので、従来に比して、コストを低減することができる。   As described above, according to the coarse / fine movement positioning device according to the first aspect of the present invention, the fine movement can be performed without introducing a controller dedicated to the coarse / fine movement positioning device to an existing positioning device having no fine movement mechanism. Since it can be manufactured only by introducing a mechanism, a fine movement control device, and a signal adjustment means, it is not necessary to reconstruct the system as compared with the conventional case, and the time and labor required for manufacturing can be reduced. Is obtained. In addition, since the coarse motion control device is configured to input a feedback signal with low resolution, an inexpensive product can be used as the coarse motion control device, and the coarse motion control device has a cycle for reading the feedback signal. Since it is not necessary to shorten it, cost can be reduced compared with the past.

さらに、本発明に係る請求項2記載の粗微動位置決め装置によれば、粗動動作と微動動作の動きが重なって、粗動動作の動きを微動で補正するように制御が干渉し合うことがないので、制御を単純化することができるという効果が得られる。
さらに、本発明に係る請求項5記載の粗微動位置決め装置によれば、微動制御装置として高価なサーボ制御装置を利用しなくてもすむので、コストをさらに低減することができるという効果が得られる。
Further, according to the coarse / fine movement positioning device according to the second aspect of the present invention, the movements of the coarse movement operation and the fine movement operation overlap, and the controls interfere with each other so that the movement of the coarse movement operation is corrected by the fine movement. As a result, there is an effect that the control can be simplified.
Furthermore, according to the coarse / fine movement positioning device according to the fifth aspect of the present invention, it is not necessary to use an expensive servo control device as the fine movement control device, so that an effect of further reducing the cost can be obtained. .

さらに、本発明に係る請求項7または8記載の粗微動位置決め装置によれば、対向配置した転がり軸受装置を剛性の高いバネ部材として機能させ、圧電アクチュエータの圧縮方向の高い剛性と高剛性のバネ部材との組み合わせにより、微動機構の剛性を高く維持することができるので、応答性が高い微動動作を実現することができるという効果が得られる。また、圧電アクチュエータの伸長時に圧電アクチュエータに予圧の反力が作用し、圧縮荷重を掛けながら微動動作を行わせることができるので、圧電アクチュエータの引張荷重による破損の発生を防止することができるという効果が得られる。   Furthermore, according to the coarse / fine movement positioning device according to claim 7 or 8 of the present invention, the opposingly arranged rolling bearing device functions as a highly rigid spring member, and the piezoelectric actuator has a high rigidity in the compression direction and a highly rigid spring. Since the rigidity of the fine movement mechanism can be maintained high by the combination with the member, an effect that a fine movement operation with high responsiveness can be realized is obtained. Further, when the piezoelectric actuator is extended, a preload reaction force acts on the piezoelectric actuator, and a fine movement operation can be performed while applying a compressive load. Therefore, it is possible to prevent the piezoelectric actuator from being damaged due to a tensile load. Is obtained.

以下、本発明の第1の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図1ないし図8は、本発明に係る粗微動位置決め装置の第1の実施の形態を示す図である。
まず、粗微動位置決め装置1の移動機構を説明する。
図1は、回転機構付軸方向微動機構41の断面図である。
図2は、粗微動位置決め装置1の平面図である。
図3は、粗微動位置決め装置1の側面図である。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 8 are views showing a first embodiment of a coarse / fine movement positioning device according to the present invention.
First, the moving mechanism of the coarse / fine movement positioning device 1 will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an axial fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism.
FIG. 2 is a plan view of the coarse / fine movement positioning device 1.
FIG. 3 is a side view of the coarse / fine movement positioning device 1.

2は直線案内機構であり、レール3に転動体を介して組付けられた鞍状のスライダ4からなるリニアガイド装置であって、レール3は粗微動位置決め装置1の基台5に設置され、スライダ4の移動台取付面4aには、粗微動位置決め装置1の移動台6がボルト等により取り付けられる。直線案内機構2は、粗動機構10のねじ軸11の長手方向(軸方向という)と平行にねじ軸11の両側に設置された2本のレール3と、各レール3に組付けられた2個、計4個のスライダ4とを有して構成されている。   Reference numeral 2 denotes a linear guide mechanism, which is a linear guide device including a bowl-shaped slider 4 assembled to the rail 3 via a rolling element, and the rail 3 is installed on the base 5 of the coarse / fine motion positioning device 1. The moving table 6 of the coarse / fine movement positioning device 1 is mounted on the moving table mounting surface 4a of the slider 4 with a bolt or the like. The linear guide mechanism 2 includes two rails 3 installed on both sides of the screw shaft 11 in parallel to the longitudinal direction (referred to as the axial direction) of the screw shaft 11 of the coarse motion mechanism 10, and 2 assembled to each rail 3. In total, there are four sliders 4.

粗動機構10は、ねじ軸11の外周面に形成した螺旋状の軸軌道溝11aと、ナット12の内周面に形成した軸軌道溝11aに対向する図示しないナット軌道溝とを複数の図示しないボールを介して螺合させた送りねじ装置としてのボールねじ装置13と、ねじ軸11の一端に配置され、基台5に設置されたステッピングモータ等の正逆回転可能な駆動モータ14と、駆動モータ14とねじ軸11とを連結するカップリング15と、ねじ軸11の他端に配置され、基台5に設置された深溝玉軸受等の支持軸受16とを有して構成されている。   The coarse movement mechanism 10 includes a plurality of illustrated shaft raceway grooves 11 a formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 11 and nut raceway grooves (not shown) facing the shaft raceway groove 11 a formed on the inner peripheral surface of the nut 12. A ball screw device 13 as a feed screw device screwed through a non-ball, a drive motor 14 disposed at one end of the screw shaft 11 and capable of rotating in the forward and reverse directions such as a stepping motor installed on the base 5, A coupling 15 that connects the drive motor 14 and the screw shaft 11, and a support bearing 16 such as a deep groove ball bearing that is disposed on the other end of the screw shaft 11 and is installed on the base 5 are configured. .

ナット12は移動台6に固定され、ねじ軸11とはオーバーサイズボール等による予圧により軸方向に遊びがない状態で螺合している。また、支持軸受16は、ねじ軸11を回転可能に支持するとともにねじ軸11の他端を軸方向の遊びにより移動可能に支持している。
17は位置センサであり、移動台6に固定され、基台5にねじ軸11と平行に設置されたスケール18に等間隔に形成された細かな凹凸を検出してその検出信号を後述する粗動制御装置45aおよび微動制御装置45bに出力する機能を有している。粗動制御装置45aおよび微動制御装置45bは、位置センサ17の検出信号を用いて移動台6と基台5との相対移動量を測定する。
The nut 12 is fixed to the movable table 6 and is screwed to the screw shaft 11 with no play in the axial direction by preloading with an oversized ball or the like. Moreover, the support bearing 16 supports the screw shaft 11 rotatably, and supports the other end of the screw shaft 11 so as to be movable by play in the axial direction.
Reference numeral 17 denotes a position sensor, which is fixed to the movable table 6 and detects fine irregularities formed at equal intervals on a scale 18 installed in parallel with the screw shaft 11 on the base 5 and detects the detection signal later. It has a function of outputting to the motion control device 45a and the fine motion control device 45b. The coarse motion control device 45 a and the fine motion control device 45 b measure the relative movement amount between the moving base 6 and the base 5 using the detection signal of the position sensor 17.

図1において、20a、20bはそれぞれ転がり軸受装置としてのアンギュラ玉軸受であり、外輪21a、21bの内周面に形成された外輪軌道22a、22bと、内輪23a、23bの外周面に形成された内輪軌道24a、24bとの間に配設された複数の転動体としてのボール25a、25bとを有して構成されている。
アンギュラ玉軸受20a、20bは、正面組合せとして対向配置され、内輪23a、23bの内周面が、ねじ軸11の駆動モータ14側に形成された嵌合軸26の外周面に嵌合し、外輪22a、22bの外周面が、基台5にボルト等により固定されたハウジング27の内周面に嵌合して支持軸受16とともにねじ軸11を回転可能に支持する。
In FIG. 1, 20a and 20b are angular contact ball bearings as rolling bearing devices, and are formed on the outer ring raceways 22a and 22b formed on the inner peripheral surfaces of the outer rings 21a and 21b and on the outer peripheral surfaces of the inner rings 23a and 23b. It has a plurality of balls 25a and 25b as rolling elements disposed between the inner ring raceways 24a and 24b.
Angular contact ball bearings 20a and 20b are opposed to each other as a front combination, and the inner peripheral surfaces of the inner rings 23a and 23b are fitted to the outer peripheral surface of a fitting shaft 26 formed on the drive motor 14 side of the screw shaft 11. The outer peripheral surfaces of 22a and 22b are fitted to the inner peripheral surface of the housing 27 fixed to the base 5 with bolts or the like, and support the screw shaft 11 together with the support bearing 16 so as to be rotatable.

29は内輪係止部であり、ねじ軸11の軸軌道溝11aと嵌合軸26との間に形成された内輪23a、23bの外径と略同等の直径を有する大径部であって、内輪23aの一方の側面を係止する。
30は内輪間座であり、内輪23a、23bと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面が嵌合軸26の外周面に嵌合して内輪23a、23bの間に配置される。
Reference numeral 29 denotes an inner ring locking portion, which is a large diameter portion having a diameter substantially equal to the outer diameter of the inner rings 23a and 23b formed between the shaft raceway groove 11a of the screw shaft 11 and the fitting shaft 26, One side surface of the inner ring 23a is locked.
Reference numeral 30 denotes an inner ring spacer, which is a cylindrical member having an outer diameter and an inner diameter substantially equal to those of the inner rings 23a and 23b. The inner circumferential surface of the inner ring is fitted to the outer circumferential surface of the fitting shaft 26 and the inner rings 23a and 23b. It is arranged between.

31は内輪スペーサであり、内輪23a、23bと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面が嵌合軸26の外周面に嵌合して内輪23bの内輪間座30の反対側に配置される。
32はロックナットであり、嵌合軸26の駆動モータ14側に設けられたねじ部33に螺合して内輪係止部29との間で内輪23a、内輪間座30、内輪23bおよび内輪スペーサ31を締め付け、ねじ軸11上での内輪23a、23bの移動を固定する。
Reference numeral 31 denotes an inner ring spacer, which is a cylindrical member having an outer diameter and an inner diameter substantially equal to the inner rings 23a and 23b, the inner peripheral surface of which is fitted to the outer peripheral surface of the fitting shaft 26, and between the inner rings of the inner ring 23b. It is arranged on the opposite side of the seat 30.
Reference numeral 32 denotes a lock nut, which is screwed into a threaded portion 33 provided on the drive motor 14 side of the fitting shaft 26 and between the inner ring 23a, the inner ring spacer 30, the inner ring 23b and the inner ring spacer. 31 is tightened, and the movement of the inner rings 23a and 23b on the screw shaft 11 is fixed.

34はカップリング取付部であり、ねじ軸11の駆動モータ14側の端部に設けられたねじ部33の谷径以下の直径を有する小径部であって、カップリング15が嵌合して取り付けられ、駆動モータ14からの動力が伝達される。
36は圧電アクチュエータであり、内輪スペーサ31が挿入可能な中空部36aを有する単独または複数の圧電素子を積層した中空のアクチュエータであって、その外周面をハウジング27の内周面に嵌合して外輪21bの駆動モータ14側に配置され、外部から印加される電圧に応じて軸方向に伸縮する。圧電アクチュエータ36は、複数の円環状の圧電素子を積層した積層型の円筒状のアクチュエータである。
Reference numeral 34 denotes a coupling mounting portion, which is a small-diameter portion having a diameter equal to or less than the root diameter of the screw portion 33 provided at the end of the screw shaft 11 on the drive motor 14 side, and the coupling 15 is fitted and attached. The power from the drive motor 14 is transmitted.
Reference numeral 36 denotes a piezoelectric actuator, which is a hollow actuator in which a single or a plurality of piezoelectric elements having a hollow portion 36 a into which the inner ring spacer 31 can be inserted is laminated, and its outer peripheral surface is fitted to the inner peripheral surface of the housing 27. It arrange | positions at the drive motor 14 side of the outer ring | wheel 21b, and is expanded-contracted to an axial direction according to the voltage applied from the outside. The piezoelectric actuator 36 is a stacked cylindrical actuator in which a plurality of annular piezoelectric elements are stacked.

37は外輪スペーサであり、外輪21a、21bと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その外周面がハウジング27の内周面に嵌合して外輪21bと圧電アクチュエータ36の間に配置される。
38は外輪係止部であり、ハウジング27の内周面の内輪係止部29と対向する位置に形成された外輪21a、21bの内径と略同等の直径を有する段部であって、外輪21aの一方の側面を係止する。
Reference numeral 37 denotes an outer ring spacer, which is a cylindrical member having an outer diameter and an inner diameter substantially equal to those of the outer rings 21a and 21b. The outer peripheral surface of the cylindrical member is fitted to the inner peripheral surface of the housing 27 and the outer ring 21b and the piezoelectric actuator 36 are connected. Arranged between.
Reference numeral 38 denotes an outer ring locking portion, which is a step portion having a diameter substantially equal to the inner diameter of the outer rings 21a and 21b formed at a position facing the inner ring locking portion 29 on the inner peripheral surface of the housing 27, and the outer ring 21a. Lock one side of the.

39はカバーであり、内輪スペーサ31が挿入可能な内径を有し、ハウジング27と略同等の外径を有する中空の円盤部材であって、ハウジング27の駆動モータ14側の端面に形成されたねじ穴27aを用いてボルト等によりハウジング27に締結され、外輪係止部38との間で外輪21a、21b、外輪スペーサ37および圧電アクチュエータ36を押圧する。   Reference numeral 39 denotes a cover, which is a hollow disk member having an inner diameter into which the inner ring spacer 31 can be inserted and having an outer diameter substantially equal to that of the housing 27, and is formed on the end surface of the housing 27 on the drive motor 14 side. The holes 27a are fastened to the housing 27 by bolts or the like, and the outer rings 21a and 21b, the outer ring spacer 37, and the piezoelectric actuator 36 are pressed between the outer ring engaging portions 38.

これにより、外輪21aは、外輪係止部38により軸方向の移動が拘束されるとともに拘束されない側の外輪21bが外輪スペーサ37および非通電とした圧電アクチュエータ36を介して押圧され、アンギュラ玉軸受20a、20bに所定の予圧が付与されるとともに外輪21a、21b間の軸方向の距離としての隙間40が形成される。
回転機構付軸方向微動機構41は、アンギュラ玉軸受20a、20b、嵌合軸26、内輪係止部29、内輪間座30、内輪スペーサ31、ロックナット32、ハウジング27、外輪係止部38、外輪スペーサ37、圧電アクチュエータ36およびカバー39等を、図1に示すように、ねじ軸11の同軸上に配置することにより構成される。
粗微動位置決め装置1は、回転機構付軸方向微動機構41および粗動機構10により構成される。
As a result, the outer ring 21a is pressed by the outer ring locking portion 38 in the axial direction and the outer ring 21b on the unrestricted side is pressed through the outer ring spacer 37 and the non-energized piezoelectric actuator 36, thereby the angular ball bearing 20a. 20b, a predetermined preload is applied, and a gap 40 is formed as an axial distance between the outer rings 21a and 21b.
The axial fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism includes angular ball bearings 20a and 20b, a fitting shaft 26, an inner ring locking portion 29, an inner ring spacer 30, an inner ring spacer 31, a lock nut 32, a housing 27, an outer ring locking portion 38, As shown in FIG. 1, the outer ring spacer 37, the piezoelectric actuator 36, the cover 39 and the like are arranged on the same axis of the screw shaft 11.
The coarse / fine movement positioning device 1 includes an axial fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism and a coarse movement mechanism 10.

次に、粗微動位置決め装置1の制御系の構成を説明する。
図4は、粗微動位置決め装置1の制御系の構成を示すブロック図である。
粗微動位置決め装置1の制御系は、図4に示すように、位置センサ17の検出信号に基づいて分解能が異なる複数のフィードバック信号を出力する信号調整器42と、信号調整器42からのフィードバック信号に基づいて駆動モータ14を制御する粗動制御装置45aと、信号調整器42からのフィードバック信号に基づいて圧電アクチュエータ36を制御する微動制御装置45bと、微動制御装置45bからの制御電圧を増幅して圧電アクチュエータ36に出力するアンプ43とを有して構成されている。
Next, the configuration of the control system of the coarse / fine movement positioning device 1 will be described.
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the control system of the coarse / fine movement positioning apparatus 1.
As shown in FIG. 4, the control system of the coarse / fine movement positioning device 1 includes a signal adjuster 42 that outputs a plurality of feedback signals having different resolutions based on detection signals of the position sensor 17, and a feedback signal from the signal adjuster 42. The coarse motion control device 45a for controlling the drive motor 14 based on the above, the fine motion control device 45b for controlling the piezoelectric actuator 36 based on the feedback signal from the signal adjuster 42, and the control voltage from the fine motion control device 45b are amplified. And an amplifier 43 that outputs to the piezoelectric actuator 36.

信号調整器42は、2つの入力端子および3つの出力端子を有し、位置センサ17の検出信号および目標位置を示す指令値信号を各入力端子から入力する。また、位置センサ17の検出信号を第1分解能でエンコードし、得られた第1エンコード信号を第1出力端子から出力する。また、位置センサ17の検出信号を第1分解能よりも高い第2分解能でエンコードし、得られた第2エンコード信号を第2出力端子から出力する。また、第2エンコード信号と指令値信号との偏差を算出し、算出した偏差を示す偏差信号を第3出力端子から出力する。第2エンコード信号および偏差信号はいずれもアナログ信号である。   The signal adjuster 42 has two input terminals and three output terminals, and inputs a detection signal of the position sensor 17 and a command value signal indicating a target position from each input terminal. Further, the detection signal of the position sensor 17 is encoded with the first resolution, and the obtained first encoded signal is output from the first output terminal. Further, the detection signal of the position sensor 17 is encoded with a second resolution higher than the first resolution, and the obtained second encoded signal is output from the second output terminal. Further, a deviation between the second encoding signal and the command value signal is calculated, and a deviation signal indicating the calculated deviation is output from the third output terminal. Both the second encoding signal and the deviation signal are analog signals.

第1出力端子には粗動制御装置45aが接続され、第1エンコード信号がフィードバック信号として粗動制御装置45aに入力される。第3出力端子には微動制御装置45bが接続され、偏差信号がフィードバック信号として微動制御装置45bに入力される。
粗動制御装置45aは、粗動位置決め処理を実行する制御部46aと、制御部46aが実行するプログラムやそれに用いる各種のデータおよび制御部46aの処理結果等が格納される記憶部47aと、駆動モータ14を駆動するモータ駆動部48aとを有して構成されている。また、指令値信号を信号調整器42に出力する。
The coarse output control device 45a is connected to the first output terminal, and the first encode signal is input to the coarse motion control device 45a as a feedback signal. A fine movement control device 45b is connected to the third output terminal, and the deviation signal is input to the fine movement control device 45b as a feedback signal.
The coarse motion control device 45a includes a control unit 46a that performs coarse motion positioning processing, a storage unit 47a that stores programs executed by the control unit 46a, various data used for the control unit 46a, processing results of the control unit 46a, and the like. And a motor drive unit 48a for driving the motor 14. Further, the command value signal is output to the signal adjuster 42.

記憶部47aには、粗動制御を行う粗動制御プログラムと、移動台6を停止させる目標位置を記憶した移動先指示テーブルとが格納されている。
微動制御装置45bは、微動位置決め処理を実行する制御部46bと、制御部46bが実行するプログラムやそれに用いる各種のデータおよび制御部46bの処理結果等が格納される記憶部47bと、圧電アクチュエータ36を駆動するアクチュエータ駆動部48bとを有して構成されている。
記憶部47bには、微動制御を行う微動制御プログラムが格納されている。
なお、本実施の形態では、微動制御装置45bの指令値は常時「0」に設定されている。
The storage unit 47a stores a coarse motion control program for performing coarse motion control, and a movement destination instruction table that stores a target position at which the moving platform 6 is stopped.
The fine movement control device 45b includes a control unit 46b that executes a fine movement positioning process, a storage unit 47b that stores a program executed by the control unit 46b, various data used for it, processing results of the control unit 46b, and the like, and a piezoelectric actuator 36. And an actuator driving portion 48b for driving the motor.
The storage unit 47b stores a fine movement control program for performing fine movement control.
In the present embodiment, the command value of fine movement control device 45b is always set to “0”.

次に、粗動制御装置45aで実行される処理を説明する。
制御部46aは、記憶部47aに格納されている粗動制御プログラムを起動させ、粗動制御プログラムに従って、図5のフローチャートに示す粗動位置決め処理を実行する。
図5は、粗動位置決め処理を示すフローチャートである。
粗動位置決め処理は、制御部46aにおいて実行されると、図5に示すように、まず、ステップS100に移行する。
Next, processing executed by the coarse motion control device 45a will be described.
The control unit 46a activates the coarse motion control program stored in the storage unit 47a, and executes the coarse motion positioning process shown in the flowchart of FIG. 5 in accordance with the coarse motion control program.
FIG. 5 is a flowchart showing the coarse positioning process.
When the coarse movement positioning process is executed by the control unit 46a, as shown in FIG. 5, first, the process proceeds to step S100.

ステップS100では、移動先指示テーブルから目標位置を読み出し、ステップS102に移行して、読み出した目標位置を示す指令値信号を1回の粗動制御および微動制御が完了するまで出力し続ける指令値信号出力処理を実行し、ステップS104に移行する。
ステップS104では、目標位置と現在位置との偏差を算出し、算出した偏差に相当する長さをナット12が移動するときに必要なねじ軸11の回転数を演算し、演算した回転数を粗動指令としてモータ駆動部48aに出力する粗動制御処理を実行し、ステップS106に移行する。
In step S100, the target position is read from the movement destination instruction table, the process proceeds to step S102, and the command value signal indicating the read target position is continuously output until one coarse motion control and fine motion control is completed. The output process is executed, and the process proceeds to step S104.
In step S104, the deviation between the target position and the current position is calculated, the number of rotations of the screw shaft 11 required when the nut 12 moves the length corresponding to the calculated deviation is calculated, and the calculated number of rotations is roughly calculated. A coarse motion control process is output to the motor drive unit 48a as a motion command, and the process proceeds to step S106.

ステップS106では、フィードバック信号を信号調整器42から入力し、ステップS108に移行して、入力したフィードバック信号に基づいて駆動モータ14が停止したか否かを判定し、駆動モータ14が停止した判定したとき(Yes)は、ステップS110に移行して、粗動制御が完了したことを示す粗動完了信号を微動制御装置45bに出力し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
一方、ステップS108で、駆動モータ14が停止しないと判定したとき(No)は、ステップS106に移行する。
In step S106, a feedback signal is input from the signal conditioner 42, and the process proceeds to step S108, where it is determined whether the drive motor 14 has stopped based on the input feedback signal, and it has been determined that the drive motor 14 has stopped. When (Yes), the process proceeds to step S110, where a coarse movement completion signal indicating that the coarse movement control is completed is output to the fine movement control device 45b, and a series of processes is terminated and the original process is restored.
On the other hand, when it determines with the drive motor 14 not stopping by step S108 (No), it transfers to step S106.

次に、微動制御装置45bで実行される処理を説明する。
制御部46bは、記憶部47bに格納されている微動制御プログラムを起動させ、微動制御プログラムに従って、図6のフローチャートに示す微動位置決め処理を実行する。
図6は、微動位置決め処理を示すフローチャートである。
微動位置決め処理は、制御部46bにおいて実行されると、図6に示すように、まず、ステップS200に移行する。
ステップS200では、粗動完了信号を入力したか否かを判定し、粗動完了信号を入力したと判定したとき(Yes)は、ステップS202に移行するが、そうでないと判定したとき(No)は、粗動完了信号を入力するまでステップS200で待機する。
Next, processing executed by the fine movement control device 45b will be described.
The control unit 46b activates the fine movement control program stored in the storage unit 47b, and executes the fine movement positioning process shown in the flowchart of FIG. 6 according to the fine movement control program.
FIG. 6 is a flowchart showing the fine movement positioning process.
When the fine movement positioning process is executed in the control unit 46b, as shown in FIG. 6, first, the process proceeds to step S200.
In step S200, it is determined whether or not a coarse movement completion signal has been input. When it is determined that a coarse movement completion signal has been input (Yes), the process proceeds to step S202, but when it is determined that this is not the case (No). Waits in step S200 until a coarse movement completion signal is input.

ステップS202では、フィードバック信号を信号調整器42から入力し、ステップS204に移行して、入力したフィードバック信号が示す偏差をなくすようにPID制御により微動指令を生成し、生成した微動指令をアクチュエータ駆動部48bに出力する微動制御処理を実行し、ステップS206に移行する。
ステップS206では、フィードバック信号が示す偏差が所定値以下であるか否かを判定し、偏差が所定値以下であると判定したとき(Yes)は、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
一方、ステップS206で、偏差が所定値よりも大きいと判定したとき(No)は、ステップS202に移行する。
In step S202, a feedback signal is input from the signal adjuster 42, the process proceeds to step S204, a fine movement command is generated by PID control so as to eliminate the deviation indicated by the input feedback signal, and the generated fine movement command is transmitted to the actuator drive unit. The fine movement control process output to 48b is executed, and the process proceeds to step S206.
In step S206, it is determined whether or not the deviation indicated by the feedback signal is equal to or smaller than a predetermined value. When it is determined that the deviation is equal to or smaller than the predetermined value (Yes), the series of processes is terminated and the original process is restored. Let
On the other hand, when it is determined in step S206 that the deviation is larger than the predetermined value (No), the process proceeds to step S202.

次に、本実施の形態の動作を説明する。
図7は、粗微動位置決め装置1の動作を示すタイムチャートである。
粗微動位置決め装置1が動作を開始すると、制御部46aは粗動制御プログラムを、制御部46bは微動制御プログラムを起動する。
制御部46bは、微動制御プログラムが起動すると、初期設定指令をアクチュエータ駆動部48bに出力する。アクチュエータ駆動部48bは、初期設定指令を初期設定電圧Voに変換し、これを圧電アクチュエータ36に供給して保持する。初期設定電圧Voは、圧電アクチュエータ36の有効ストロークの約半分の伸びを与える電圧であり、圧電アクチュエータ36に初期設定電圧Voを印加した状態での移動台6の位置が原位置となる。
Next, the operation of the present embodiment will be described.
FIG. 7 is a time chart showing the operation of the coarse / fine movement positioning device 1.
When the coarse / fine movement positioning device 1 starts operation, the control unit 46a activates the coarse movement control program, and the control unit 46b activates the fine movement control program.
When the fine movement control program is activated, the control unit 46b outputs an initial setting command to the actuator driving unit 48b. The actuator drive unit 48b converts the initial setting command into the initial setting voltage Vo, and supplies this to the piezoelectric actuator 36 to hold it. The initial setting voltage Vo is a voltage that gives an extension of about half of the effective stroke of the piezoelectric actuator 36, and the position of the moving base 6 in a state where the initial setting voltage Vo is applied to the piezoelectric actuator 36 is the original position.

次に、制御部46aは、移動先指示テーブルに記憶された最初の目標位置を読み出す。そして、目標位置を示す指令値信号を1回の粗動制御および微動制御が完了するまで信号調整器42に出力し続ける。
目標位置を読み出した制御部46aは、図7に示すように、目標位置と現在位置(原位置)との偏差を算出し、算出した偏差に相当する長さをナット12が移動するときに必要なねじ軸11の回転数を演算し、これを粗動指令としてモータ駆動部48aに出力する。モータ駆動部48aは、粗動指令を駆動モータ14の駆動信号に変換し、これを駆動モータ14に供給する。
Next, the control unit 46a reads the first target position stored in the movement destination instruction table. The command value signal indicating the target position is continuously output to the signal adjuster 42 until one coarse motion control and fine motion control are completed.
The control unit 46a that has read the target position calculates a deviation between the target position and the current position (original position) as shown in FIG. 7, and is necessary when the nut 12 moves a length corresponding to the calculated deviation. The number of rotations of the screw shaft 11 is calculated and output to the motor drive unit 48a as a coarse motion command. The motor drive unit 48 a converts the coarse motion command into a drive signal for the drive motor 14, and supplies this to the drive motor 14.

駆動モータ14はステッピングモータであるので、駆動信号は、演算したねじ軸11の回転数を回転させるために必要なステッピングモータの角度ステップ数に相当するパルス信号である。
駆動モータ14は、駆動信号が供給されると、駆動信号に対応した回転数分回転し、ねじ軸11が回転してナット12を軸方向に移動させる。
Since the drive motor 14 is a stepping motor, the drive signal is a pulse signal corresponding to the number of angular steps of the stepping motor necessary for rotating the calculated rotation speed of the screw shaft 11.
When the drive signal is supplied, the drive motor 14 rotates by the number of rotations corresponding to the drive signal, and the screw shaft 11 rotates to move the nut 12 in the axial direction.

一方、信号調整器42は、移動台6の移動に伴って位置センサ17が出力するスケール18の凹凸を示すパルス状の検出信号を入力し、これを第1分解能でエンコードし、得られた第1エンコード信号をフィードバック信号として制御部46aに出力する。また、指令値信号を入力し、位置センサ17の検出信号を第2分解能でエンコードし、得られた第2エンコード信号と指令値信号との偏差を算出し、算出した偏差を示す偏差信号をフィードバック信号として制御部46bに出力する。   On the other hand, the signal adjuster 42 inputs a pulse-shaped detection signal indicating the unevenness of the scale 18 output by the position sensor 17 as the moving table 6 moves, encodes this with a first resolution, and obtains the obtained first signal. One encoded signal is output as a feedback signal to the control unit 46a. Further, the command value signal is input, the detection signal of the position sensor 17 is encoded with the second resolution, the deviation between the obtained second encoded signal and the command value signal is calculated, and the deviation signal indicating the calculated deviation is fed back. A signal is output to the control unit 46b.

制御部46aは、フィードバック信号を入力し、パルス数を計数して移動台6の位置を認識しながら移動台6が停止(駆動モータ14の回転の停止)するまで待機し、移動台6が停止した時に認識していた位置を現在位置として認識する。
このように、ねじ軸11を回転させてナット12とともに移動台6を基台5に対して軸方向に移動させる粗動機構10により移動台6の粗動動作が行われる。
The control unit 46a receives the feedback signal, counts the number of pulses, waits until the moving table 6 stops (stops the rotation of the drive motor 14) while recognizing the position of the moving table 6, and the moving table 6 stops. The position recognized at the time of recognition is recognized as the current position.
As described above, the coarse movement mechanism 10 that rotates the screw shaft 11 and moves the movable table 6 together with the nut 12 relative to the base 5 in the axial direction performs the coarse movement operation of the movable table 6.

この場合に、圧電アクチュエータ36は、初期設定電圧Voが印加されているだけで位置センサ17によるフィードバック制御はかけられていない。また、圧電アクチュエータ36は、アンギュラ玉軸受20a、20bの予圧の反力による圧縮荷重が作用した状態となっている。
制御部46aは、粗動制御が完了すると、粗動完了信号を制御部46bに出力する。
In this case, the piezoelectric actuator 36 is only applied with the initial setting voltage Vo and is not subjected to feedback control by the position sensor 17. In addition, the piezoelectric actuator 36 is in a state in which a compressive load due to the preload reaction force of the angular ball bearings 20a and 20b is applied.
When the coarse motion control is completed, the control unit 46a outputs a coarse motion completion signal to the control unit 46b.

制御部46bは、粗動完了信号を入力すると、図7に示すように、フィードバック信号を入力し、フィードバック信号が示す偏差をなくすようにPID制御により微動指令を生成し、生成した微動指令をアクチュエータ駆動部48bに出力する。アクチュエータ駆動部48bは、微動指令を電圧に変換し、この制御電圧を圧電アクチュエータ36に印加する。
回転機構付軸方向微動機構41では、圧電アクチュエータ36の変位の半分の変位となる外輪21aと内輪23aの相対変位量が移動台6の微動変位量となるから、そのときの圧電アクチュエータ36には、偏差分の2倍の変位を与えるような制御電圧と初期設定電圧Voを加算した電圧が印加されることとなる。
When the rough movement completion signal is input, the control unit 46b inputs a feedback signal as shown in FIG. 7, generates a fine movement command by PID control so as to eliminate the deviation indicated by the feedback signal, and uses the generated fine movement instruction as an actuator. It outputs to the drive part 48b. The actuator driving unit 48 b converts the fine movement command into a voltage and applies this control voltage to the piezoelectric actuator 36.
In the axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism, the relative displacement amount of the outer ring 21a and the inner ring 23a, which is half the displacement of the piezoelectric actuator 36, becomes the fine movement displacement amount of the moving base 6. A voltage obtained by adding a control voltage that gives a displacement twice as much as the deviation and the initial setting voltage Vo is applied.

図8は、回転機構付軸方向微動機構41の微動動作を説明するための図である。
例えば、圧電アクチュエータ36に2Xの伸びが生ずると、この伸びにより生じた押圧力は、図8に示すように、微動制御を行う前の予圧に加えて外輪21bを押圧し、外輪21bを軸方向(図1において左。以下、軸方向左という。)に移動させ、隙間40が2X分さらに狭くなって圧電アクチュエータ36の伸びを吸収する。この隙間40の変位は、ボール25bと外輪軌道22bおよび内輪軌道24bとの当接面、並びにボール25aと外輪軌道22aおよび内輪軌道24aとの当接面を微動制御を行う前の予圧に加えて押圧し、これらの間に弾性変形が生じ、内輪23a、23bがそれぞれXずつ軸方向左に変位する。なお、外輪21bの変位量に対する内輪23a、23bの変位量は、予圧の大きさ、アンギュラ玉軸受20a、20bの剛性、その他の条件により適宜に設定することができる。
FIG. 8 is a diagram for explaining the fine movement operation of the axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism.
For example, when the piezoelectric actuator 36 is extended by 2X, the pressing force generated by the extension presses the outer ring 21b in addition to the preload before fine movement control as shown in FIG. (Left in FIG. 1, hereinafter referred to as the left in the axial direction), the gap 40 is further narrowed by 2 × to absorb the elongation of the piezoelectric actuator 36. The displacement of the gap 40 is in addition to the preload before performing fine movement control on the contact surface between the ball 25b and the outer ring raceway 22b and the inner ring raceway 24b and the contact surface between the ball 25a and the outer ring raceway 22a and the inner ring raceway 24a. They are pressed and elastic deformation occurs between them, and the inner rings 23a and 23b are each displaced by X to the left in the axial direction. It should be noted that the amount of displacement of the inner rings 23a, 23b relative to the amount of displacement of the outer ring 21b can be appropriately set according to the magnitude of the preload, the rigidity of the angular ball bearings 20a, 20b, and other conditions.

これに対し、圧電アクチュエータ36が2X縮むと、押圧力が減少し、外輪21bを軸方向(図1において右。以下、軸方向右という。)に移動させ、隙間40が2X分さらに広くなって圧電アクチュエータ36の縮みを吸収する。この隙間40の変位によって弾性変形が生じ、内輪23a、23bがそれぞれXずつ軸方向右に変位する。
このように、隙間40の変位2Xを内輪23a、23bがXずつに分けて吸収するので、アンギュラ玉軸受20a、20bの互いを押圧する力がバランスしたときに、内輪23a、23bがねじ軸11とともに軸方向にX移動する。この場合のねじ軸11の移動は、カップリング15の伸長により、反対側の軸端の移動は、支持軸受16の遊びにより吸収される。
On the other hand, when the piezoelectric actuator 36 contracts by 2X, the pressing force decreases, the outer ring 21b is moved in the axial direction (right in FIG. 1, hereinafter referred to as the right in the axial direction), and the gap 40 becomes wider by 2X. The shrinkage of the piezoelectric actuator 36 is absorbed. Due to the displacement of the gap 40, elastic deformation occurs, and the inner rings 23a and 23b are each displaced X to the right in the axial direction.
As described above, since the inner ring 23a, 23b absorbs the displacement 2X of the gap 40 in units of X, the inner rings 23a, 23b are moved to the screw shaft 11 when the force of the angular ball bearings 20a, 20b pressing each other is balanced. At the same time, X moves in the axial direction. In this case, the movement of the screw shaft 11 is absorbed by the extension of the coupling 15, and the movement of the opposite shaft end is absorbed by the play of the support bearing 16.

これにより、ナット12が軸方向にX移動し、移動台6が基台5に対して軸方向左にX移動する。つまり、圧電アクチュエータ36の2Xの変位(伸縮量)の半分のXの変位となる外輪21aと内輪23aの相対変位量が移動台6の微動変位量になる。
このようにして微動動作が行われ、制御部46bは、フィードバック信号が示す偏差をなくすようにフィードバック制御を行いながら移動台6を目標位置に停止させる。
Thereby, the nut 12 moves X in the axial direction, and the moving base 6 moves X in the axial direction left relative to the base 5. That is, the relative displacement amount of the outer ring 21 a and the inner ring 23 a that is X displacement that is half the 2X displacement (expansion / contraction amount) of the piezoelectric actuator 36 becomes the fine movement displacement amount of the movable platform 6.
Thus, the fine movement operation is performed, and the control unit 46b stops the moving platform 6 at the target position while performing the feedback control so as to eliminate the deviation indicated by the feedback signal.

なお、外輪21a、21b間の隙間40を圧電アクチュエータ36の伸縮により変化させて微動動作を行わせるので、結果として予圧を変化させることになるが、圧電アクチュエータ36の微動動作に伴う伸びは最大で10μm程度、通常は数μm程度であり、それにより生じる予圧の変化は小さいものであるので、外輪軌道22a、22bや内輪軌道24a、24bおよびボール25a、25bに圧痕等が生じることはない。   In addition, since the gap 40 between the outer rings 21a and 21b is changed by the expansion and contraction of the piezoelectric actuator 36 to perform the fine movement operation, the preload is changed as a result, but the elongation accompanying the fine movement operation of the piezoelectric actuator 36 is the maximum. Since the change in the preload caused by this is about 10 μm, usually about several μm, there is no indentation or the like on the outer ring raceways 22a and 22b, the inner ring raceways 24a and 24b, and the balls 25a and 25b.

また、回転機構付軸方向微動機構41には剛性の低いバネが存在せず、アンギュラ玉軸受20a、20bを剛性の非常に高いバネ部材として機能させ、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ36と高剛性のバネ部材との組み合わせにより、回転機構付軸方向微動機構41の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ36を組み込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができるので、応答性が高く安定した微動動作を実現することができる。   Further, the axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism does not have a spring having low rigidity, and the angular ball bearings 20a and 20b function as spring members having extremely high rigidity, and are extremely high with respect to a load in the compression direction. By the combination of the rigid piezoelectric actuator 36 and the highly rigid spring member, the axial fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism has substantially the same rigidity as a bearing unit that does not incorporate the piezoelectric actuator 36 both statically and dynamically. Since it can be maintained, a responsive and stable fine movement operation can be realized.

さらに、アンギュラ玉軸受20a、20bに付与した予圧の反力が圧電アクチュエータ36に作用し、常に圧縮荷重を掛けながら微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
さらに、圧電アクチュエータ36の分だけ長いハウジング27およびねじ軸11を用いるだけで、軸受ユニットを組み立てる方法と同一の方法で組み立てることができ、圧電アクチュエータ36の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構41を組み立てることができる。
Further, the preload reaction force applied to the angular ball bearings 20a and 20b acts on the piezoelectric actuator 36, and the fine movement operation is always performed while applying a compressive load. There is no need to use a spring.
Further, by using only the housing 27 and the screw shaft 11 that are as long as the piezoelectric actuator 36, the bearing unit can be assembled in the same manner as that for assembling the piezoelectric actuator 36 without any special consideration. The axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism can be assembled.

さらに、圧電アクチュエータ36をハウジング27の内周面を案内としてハウジング27に組み込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ36に半径方向荷重やモーメント荷重が作用して早期に破損する可能性を低減することができる。
さらに、圧電アクチュエータ36をねじ軸11と同軸上に配置できるので、圧電アクチュエータ36の変位を純粋な軸方向変位とすることができ、高精度な微動動作を行うことができる。
Furthermore, since the piezoelectric actuator 36 is automatically arranged coaxially when incorporated in the housing 27 with the inner peripheral surface of the housing 27 as a guide, the piezoelectric actuator 36 can be damaged early due to a radial load or moment load. Can be reduced.
Further, since the piezoelectric actuator 36 can be arranged coaxially with the screw shaft 11, the displacement of the piezoelectric actuator 36 can be made a pure axial displacement, and a highly accurate fine movement operation can be performed.

このようにして、本実施の形態では、位置センサ17の検出信号を第1分解能でエンコードして得られた第1エンコード信号をフィードバック信号として粗動制御装置45aに出力し、位置センサ17の検出信号を第2分解能でエンコードして得られた第2エンコード信号と指令値信号との偏差を示す偏差信号をフィードバック信号として微動制御装置45bに出力する信号調整器42を備える。   In this way, in the present embodiment, the first encoded signal obtained by encoding the detection signal of the position sensor 17 with the first resolution is output as a feedback signal to the coarse motion control device 45a, and the detection of the position sensor 17 is performed. A signal adjuster 42 is provided that outputs a deviation signal indicating a deviation between the second encoded signal obtained by encoding the signal with the second resolution and the command value signal as a feedback signal to the fine movement control device 45b.

これにより、微動機構を有しない既存の位置決め装置に対して、粗微動位置決め装置専用のコントローラを導入することなく、回転機構付軸方向微動機構41、微動制御装置45bおよび信号調整器42を導入するだけで製作することができるので、従来に比して、システムを再構築しなくてすみ、製作に要する時間や労力を低減することができる。また、粗動制御装置45aには、分解能の低いフィードバック信号を入力する構成としたことにより、粗動制御装置45aとして安価な製品を利用することができるとともに、粗動制御装置45aがフィードバック信号を読み取る周期を短くしなくてすむので、従来に比して、コストを低減することができる。   As a result, the axial fine movement mechanism 41 with rotation mechanism, the fine movement control device 45b, and the signal adjuster 42 are introduced into an existing positioning device that does not have a fine movement mechanism without introducing a controller dedicated to the coarse / fine movement positioning device. Therefore, it is not necessary to rebuild the system as compared with the conventional case, and the time and labor required for the production can be reduced. Further, since the coarse motion control device 45a is configured to input a feedback signal with low resolution, an inexpensive product can be used as the coarse motion control device 45a, and the coarse motion control device 45a can provide a feedback signal. Since it is not necessary to shorten the reading cycle, the cost can be reduced as compared with the conventional case.

さらに、本実施の形態では、粗動制御装置45aは、粗動制御が完了したことを示す粗動完了信号を微動制御装置45bに出力し、微動制御装置45bは、粗動完了信号に基づいて微動制御を開始し、微動制御を粗動動作が停止しているときに行う。
これにより、粗動動作と微動動作の動きが重なって、粗動動作の動きを微動で補正するように制御が干渉し合うことがないので、制御を単純化することができ、微動動作時の圧電アクチュエータ36の変位により、アンギュラ玉軸受20a、20bの予圧量が変化してもアンギュラ玉軸受20a、20bは回転していないから、予圧変化に伴うトルク増加等の影響も発生しない。
Further, in the present embodiment, the coarse motion control device 45a outputs a coarse motion completion signal indicating that the coarse motion control is completed to the fine motion control device 45b, and the fine motion control device 45b is based on the coarse motion completion signal. Fine movement control is started, and fine movement control is performed when the coarse movement operation is stopped.
As a result, the movements of the coarse motion and the fine motion overlap, and the controls do not interfere with each other so as to correct the motion of the coarse motion with the fine motion. Even if the preload amount of the angular ball bearings 20a and 20b changes due to the displacement of the piezoelectric actuator 36, the angular ball bearings 20a and 20b do not rotate, so that an influence such as an increase in torque accompanying a change in the preload does not occur.

さらに、本実施の形態では、微動制御装置45bへのフィードバック信号は、アナログ信号である。
これにより、微動制御装置45bとして高価なサーボ制御装置を利用しなくてもすむので、コストをさらに低減することができる。
さらに、本実施の形態では、対向配置して予圧を付与したアンギュラ玉軸受20a、20bの一方の外輪21aをハウジング27に軸方向に拘束し、外輪21a、21b間の距離を圧電アクチュエータ36の伸縮により変化させるようにした。
Further, in the present embodiment, the feedback signal to fine movement control device 45b is an analog signal.
As a result, it is not necessary to use an expensive servo control device as the fine movement control device 45b, so that the cost can be further reduced.
Further, in the present embodiment, one outer ring 21a of the angular ball bearings 20a, 20b that are arranged to face each other and are preloaded is restrained in the axial direction on the housing 27, and the distance between the outer rings 21a, 21b is expanded or contracted. It was made to change by.

これにより、対向配置したアンギュラ玉軸受20a、20bを剛性の非常に高いバネ部材として機能させ、圧電アクチュエータ36の圧縮方向の高い剛性と高剛性のバネ部材との組み合わせにより、回転機構付軸方向微動機構41の剛性を高く維持することができるので、応答性が高く安定した微動動作を実現することができる。また、圧電アクチュエータ36に予圧の反力が作用し、常に圧縮荷重を掛けながら微動動作を行わせることができるので、圧電アクチュエータ36の引張荷重による破損の発生を防止することができる。   As a result, the angular ball bearings 20a and 20b arranged opposite to each other function as a spring member having a very high rigidity, and a combination of the high rigidity in the compression direction of the piezoelectric actuator 36 and the high rigidity spring member allows the axial fine movement with a rotation mechanism. Since the rigidity of the mechanism 41 can be maintained high, it is possible to realize a stable fine movement operation with high responsiveness. In addition, since the reaction force of the preload acts on the piezoelectric actuator 36 and the fine movement operation can be performed while always applying a compressive load, it is possible to prevent the piezoelectric actuator 36 from being damaged due to the tensile load.

さらに、本実施の形態では、圧電アクチュエータ36を非通電とした状態であらかじめ予圧を付与した。
これにより、圧電アクチュエータ36の変位量がゼロになっても予圧抜けしない。また、圧電アクチュエータ36には位置決め動作を行うときのみ通電すればよく、通電時間が短くなるので、圧電アクチュエータ36の耐久性を向上させることができる。
Further, in the present embodiment, preload is applied in advance in a state where the piezoelectric actuator 36 is not energized.
Thereby, even if the displacement amount of the piezoelectric actuator 36 becomes zero, the preload is not lost. Further, it is only necessary to energize the piezoelectric actuator 36 only when performing the positioning operation, and the energization time is shortened, so that the durability of the piezoelectric actuator 36 can be improved.

さらに、本実施の形態では、圧電アクチュエータ36を積層型とした。
これにより、安価で低電圧駆動の圧電アクチュエータ36を使用することができる。
さらに、本実施の形態では、位置センサ17からの基台5と移動台6との相対移動量を示す検出信号により認識した現在位置と目標位置との偏差をフィードバックして微動制御を行う。
Further, in the present embodiment, the piezoelectric actuator 36 is a laminated type.
Thereby, an inexpensive and low voltage drive piezoelectric actuator 36 can be used.
Furthermore, in the present embodiment, the fine movement control is performed by feeding back the deviation between the current position recognized by the detection signal indicating the relative movement amount between the base 5 and the moving base 6 from the position sensor 17 and the target position.

これにより、ねじ軸11のリード誤差や圧電アクチュエータ36のヒステリシス等があった場合においても高精度な微細位置決めを行うことができる。
さらに、本実施の形態では、圧電アクチュエータ36を中空としてハウジング27の内周面に嵌合させ、ねじ軸11を挿入してねじ軸11と同軸に配置するようにした。
これにより、圧電アクチュエータ36の分だけ長いハウジング27およびねじ軸11を用いるだけで、軸受ユニットを組み立てる方法と同一の方法で組み立てることができ、回転機構付軸方向微動機構41の組立を容易に行うことができる。
Thereby, even when there is a lead error of the screw shaft 11, hysteresis of the piezoelectric actuator 36, or the like, highly accurate fine positioning can be performed.
Further, in the present embodiment, the piezoelectric actuator 36 is hollow and fitted to the inner peripheral surface of the housing 27, and the screw shaft 11 is inserted and arranged coaxially with the screw shaft 11.
As a result, it is possible to assemble the bearing unit by the same method as the method of assembling the bearing unit by using only the housing 27 and the screw shaft 11 that are longer by the piezoelectric actuator 36, and the assembly of the axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism is facilitated. be able to.

さらに、本実施の形態では、内輪23a、23bの内周面をねじ軸11の外周面に嵌合させ、内輪23a、23bの軸方向の移動を内輪係止部29とロックナット32により挟み付けてねじ軸11に固定するとともに、外輪21aの軸方向の移動を外輪係止部38によりハウジング27に拘束し、外輪21bを圧電アクチュエータ36により軸方向に移動させるようにした。   Furthermore, in the present embodiment, the inner peripheral surfaces of the inner rings 23a and 23b are fitted to the outer peripheral surface of the screw shaft 11, and the axial movement of the inner rings 23a and 23b is sandwiched between the inner ring engaging portion 29 and the lock nut 32. In addition to being fixed to the screw shaft 11, the movement of the outer ring 21a in the axial direction is restricted to the housing 27 by the outer ring locking portion 38, and the outer ring 21b is moved in the axial direction by the piezoelectric actuator 36.

これにより、圧電アクチュエータ36の変位の半分をねじ軸11の変位とすることができ、圧電アクチュエータ36の変位の誤差を半減して高精度な微動動作を実現することができる。
さらに、本実施の形態では、圧電アクチュエータ36をアンギュラ玉軸受20a、20bの非回転側である外輪21aを押圧するように配置した。
これにより、圧電アクチュエータ36への配線を容易に行うことができる。
上記第1の実施の形態において、移動台6は、請求項1、3または7記載の移動部に対応し、信号調整器42は、請求項1または3記載の信号調整手段に対応している。
As a result, half of the displacement of the piezoelectric actuator 36 can be made the displacement of the screw shaft 11, and the displacement error of the piezoelectric actuator 36 can be halved to realize a highly accurate fine movement operation.
Further, in the present embodiment, the piezoelectric actuator 36 is disposed so as to press the outer ring 21a which is the non-rotating side of the angular ball bearings 20a and 20b.
Thereby, wiring to the piezoelectric actuator 36 can be performed easily.
In the first embodiment, the moving table 6 corresponds to the moving part described in claim 1, 3 or 7, and the signal conditioner 42 corresponds to the signal adjusting means described in claim 1 or 3. .

次に、本発明の第2の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図9ないし図11は、本発明に係る粗微動位置決め装置の第2の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、上記第1の実施の形態に対して、偏差信号ではなく第2エンコード信号を回転機構付軸方向微動機構41へのフィードバック信号として利用する点が異なる。なお、以下、上記第1の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、上記第1の実施の形態と重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
まず、粗微動位置決め装置1の制御系の構成を説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 9 to 11 are views showing a second embodiment of the coarse / fine movement positioning device according to the present invention.
This embodiment is different from the first embodiment in that the second encoded signal is used as a feedback signal to the axial fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism instead of the deviation signal. Hereinafter, only the parts different from the first embodiment will be described, and the same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
First, the configuration of the control system of the coarse / fine movement positioning device 1 will be described.

図9は、粗微動位置決め装置1の制御系の構成を示すブロック図である。
粗微動位置決め装置1の制御系は、図9に示すように、信号調整器42、粗動制御装置45a、微動制御装置45bおよびアンプ43のほか、粗動制御装置45aおよび微動制御装置45bに指令値信号を出力するシーケンサ45cを有して構成されている。
信号調整器42の第1出力端子には粗動制御装置45aが接続され、第1エンコード信号がフィードバック信号として粗動制御装置45aに入力される。第2出力端子には微動制御装置45bが接続され、第2エンコード信号がフィードバック信号として微動制御装置45bに入力される。
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the control system of the coarse / fine movement positioning apparatus 1.
As shown in FIG. 9, the control system of the coarse / fine movement positioning device 1 instructs the coarse movement control device 45a and the fine movement control device 45b in addition to the signal adjuster 42, the coarse movement control device 45a, the fine movement control device 45b, and the amplifier 43. It has a sequencer 45c that outputs a value signal.
The coarse output control device 45a is connected to the first output terminal of the signal adjuster 42, and the first encode signal is input to the coarse adjustment control device 45a as a feedback signal. A fine movement control device 45b is connected to the second output terminal, and the second encoded signal is input to the fine movement control device 45b as a feedback signal.

シーケンサ45cは、ステップS102と同様の指令値信号出力処理を実行する制御部46cと、制御部46cが実行するプログラムやそれに用いる各種のデータおよび制御部46cの処理結果等が格納される記憶部47cとを有して構成されている。
記憶部47cには、指令値信号出力処理を実行するための制御プログラムと、移動先指示テーブルとが格納されている。
なお、本実施の形態では、粗動制御装置45aは指令値信号を出力せず、粗動制御装置45aおよび微動制御装置45b自身が保持する指令値は、制御に利用しないため「0」に設定されている。
The sequencer 45c includes a control unit 46c that executes a command value signal output process similar to that in step S102, and a storage unit 47c that stores a program executed by the control unit 46c, various data used therefor, processing results of the control unit 46c, and the like. And is configured.
The storage unit 47c stores a control program for executing the command value signal output process and a movement destination instruction table.
In this embodiment, the coarse motion control device 45a does not output a command value signal, and the command values held by the coarse motion control device 45a and the fine motion control device 45b are not used for control and are set to “0”. Has been.

次に、粗動制御装置45aで実行される処理を説明する。
制御部46aは、図5の粗動位置決め処理に代えて、図10のフローチャートに示す粗動位置決め処理を実行する。
図10は、粗動位置決め処理を示すフローチャートである。
粗動位置決め処理は、制御部46aにおいて実行されると、図10に示すように、まず、ステップS300に移行する。
ステップS300では、指令値信号をシーケンサ45cから入力し、ステップS302に移行する。
ステップS302では、入力した指令値信号に基づいて目標位置と現在位置との偏差を算出し、算出した偏差に相当する長さをナット12が移動するときに必要なねじ軸11の回転数を演算し、演算した回転数を粗動指令としてモータ駆動部48aに出力する粗動制御処理を実行し、ステップS304に移行する。
Next, processing executed by the coarse motion control device 45a will be described.
The control unit 46a executes the coarse movement positioning process shown in the flowchart of FIG. 10 instead of the coarse movement positioning process of FIG.
FIG. 10 is a flowchart showing the coarse positioning process.
When the coarse movement positioning process is executed by the control unit 46a, the process first proceeds to step S300 as shown in FIG.
In step S300, a command value signal is input from the sequencer 45c, and the process proceeds to step S302.
In step S302, the deviation between the target position and the current position is calculated based on the input command value signal, and the number of rotations of the screw shaft 11 required when the nut 12 moves the length corresponding to the calculated deviation is calculated. Then, a coarse motion control process for outputting the calculated rotational speed to the motor drive unit 48a as a coarse motion command is executed, and the process proceeds to step S304.

ステップS304では、フィードバック信号を信号調整器42から入力し、ステップS306に移行して、入力したフィードバック信号に基づいて駆動モータ14が停止したか否かを判定し、駆動モータ14が停止した判定したとき(Yes)は、ステップS308に移行して、微動制御装置45bに粗動完了信号を出力し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
一方、ステップS306で、駆動モータ14が停止しないと判定したとき(No)は、ステップS304に移行する。
In step S304, a feedback signal is input from the signal conditioner 42, and the process proceeds to step S306, where it is determined whether the drive motor 14 has stopped based on the input feedback signal, and it has been determined that the drive motor 14 has stopped. If yes (Yes), the process proceeds to step S308, where a coarse movement completion signal is output to the fine movement control device 45b, a series of processes are terminated, and the original process is restored.
On the other hand, when it determines with the drive motor 14 not stopping by step S306 (No), it transfers to step S304.

次に、微動制御装置45bで実行される処理を説明する。
制御部46bは、図6の微動位置決め処理に代えて、図11のフローチャートに示す微動位置決め処理を実行する。
図11は、微動位置決め処理を示すフローチャートである。
微動位置決め処理は、制御部46bにおいて実行されると、図11に示すように、まず、ステップS400に移行する。
ステップS400では、粗動完了信号を入力したか否かを判定し、粗動完了信号を入力したと判定したとき(Yes)は、ステップS402に移行するが、そうでないと判定したとき(No)は、粗動完了信号を入力するまでステップS400で待機する。
Next, processing executed by the fine movement control device 45b will be described.
The control unit 46b executes the fine movement positioning process shown in the flowchart of FIG. 11 instead of the fine movement positioning process of FIG.
FIG. 11 is a flowchart showing the fine movement positioning process.
When the fine movement positioning process is executed by the control unit 46b, first, the process proceeds to step S400 as shown in FIG.
In step S400, it is determined whether or not a coarse movement completion signal has been input. When it is determined that a coarse movement completion signal has been input (Yes), the process proceeds to step S402, but when it is determined that this is not the case (No). Waits in step S400 until a coarse movement completion signal is input.

ステップS402では、指令値信号をシーケンサ45cから入力し、ステップS404に移行して、フィードバック信号を信号調整器42から入力し、ステップS406に移行して、入力した指令値信号およびフィードバック信号に基づいて目標位置と現在位置との偏差を算出し、ステップS408に移行する。
ステップS408では、算出した偏差をなくすようにPID制御により微動指令を生成し、生成した微動指令をアクチュエータ駆動部48bに出力する微動制御処理を実行し、ステップS410に移行する。
In step S402, the command value signal is input from the sequencer 45c, the process proceeds to step S404, the feedback signal is input from the signal adjuster 42, the process proceeds to step S406, and based on the input command value signal and the feedback signal. The deviation between the target position and the current position is calculated, and the process proceeds to step S408.
In step S408, a fine movement command is generated by PID control so as to eliminate the calculated deviation, and a fine movement control process for outputting the generated fine movement instruction to the actuator driving unit 48b is executed, and the process proceeds to step S410.

ステップS410では、フィードバック信号が示す偏差が所定値以下であるか否かを判定し、偏差が所定値以下であると判定したとき(Yes)は、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
一方、ステップS410で、偏差が所定値よりも大きいと判定したとき(No)は、ステップS404に移行する。
In step S410, it is determined whether or not the deviation indicated by the feedback signal is equal to or smaller than a predetermined value. When it is determined that the deviation is equal to or smaller than the predetermined value (Yes), the series of processes is terminated and the original process is restored. Let
On the other hand, when it is determined in step S410 that the deviation is larger than the predetermined value (No), the process proceeds to step S404.

次に、本実施の形態の動作を説明する。
粗微動位置決め装置1が動作を開始すると、制御部46cは制御プログラムを、制御部46aは粗動制御プログラムを、制御部46bは微動制御プログラムを起動する。
制御部46cは、制御プログラムが起動すると、移動先指示テーブルに記憶された最初の目標位置を読み出す。そして、目標位置を示す指令値信号を1回の粗動制御および微動制御が完了するまで粗動制御装置45aおよび微動制御装置45bに出力し続ける。
Next, the operation of the present embodiment will be described.
When the coarse / fine movement positioning device 1 starts operation, the control unit 46c activates the control program, the control unit 46a activates the coarse movement control program, and the control unit 46b activates the fine movement control program.
When the control program is activated, the control unit 46c reads the first target position stored in the movement destination instruction table. The command value signal indicating the target position is continuously output to the coarse motion control device 45a and the fine motion control device 45b until one coarse motion control and fine motion control are completed.

制御部46aは、粗動制御プログラムが起動すると、指令値信号を入力し、目標位置と現在位置(原位置)との偏差を算出し、算出した偏差に相当する長さをナット12が移動するときに必要なねじ軸11の回転数を演算し、これを粗動指令としてモータ駆動部48aに出力する。モータ駆動部48aは、粗動指令を駆動モータ14の駆動信号に変換し、これを駆動モータ14に供給する。   When the coarse motion control program is activated, the control unit 46a inputs a command value signal, calculates a deviation between the target position and the current position (original position), and the nut 12 moves a length corresponding to the calculated deviation. The rotational speed of the screw shaft 11 that is sometimes required is calculated, and this is output to the motor drive unit 48a as a coarse motion command. The motor drive unit 48 a converts the coarse motion command into a drive signal for the drive motor 14, and supplies this to the drive motor 14.

駆動モータ14は、駆動信号が供給されると、駆動信号に対応した回転数分回転し、ねじ軸11が回転してナット12を軸方向に移動させる。
一方、信号調整器42は、位置センサ17の検出信号を入力し、これを第1分解能でエンコードし、得られた第1エンコード信号をフィードバック信号として制御部46aに出力する。また、位置センサ17の検出信号を第2分解能でエンコードし、得られた第2エンコード信号をフィードバック信号として制御部46bに出力する。
When the drive signal is supplied, the drive motor 14 rotates by the number of rotations corresponding to the drive signal, and the screw shaft 11 rotates to move the nut 12 in the axial direction.
On the other hand, the signal adjuster 42 receives the detection signal of the position sensor 17, encodes it with the first resolution, and outputs the obtained first encoded signal as a feedback signal to the control unit 46a. Further, the detection signal of the position sensor 17 is encoded with the second resolution, and the obtained second encoded signal is output as a feedback signal to the control unit 46b.

制御部46aは、フィードバック信号を入力し、パルス数を計数して移動台6の位置を認識しながら移動台6が停止(駆動モータ14の回転の停止)するまで待機し、移動台6が停止した時に認識していた位置を現在位置として認識する。
このように、ねじ軸11を回転させてナット12とともに移動台6を基台5に対して軸方向に移動させる粗動機構10により移動台6の粗動動作が行われる。
The control unit 46a receives the feedback signal, counts the number of pulses, waits until the moving table 6 stops (stops the rotation of the drive motor 14) while recognizing the position of the moving table 6, and the moving table 6 stops. The position recognized at the time of recognition is recognized as the current position.
As described above, the coarse movement mechanism 10 that rotates the screw shaft 11 and moves the movable table 6 together with the nut 12 relative to the base 5 in the axial direction performs the coarse movement operation of the movable table 6.

制御部46aは、粗動制御が完了すると、粗動完了信号を制御部46bに出力する。
制御部46bは、粗動完了信号を入力すると、指令値信号およびフィードバック信号を入力し、目標位置と現在位置との偏差を算出し、算出した偏差をなくすようにPID制御により微動指令を生成し、生成した微動指令をアクチュエータ駆動部48bに出力する。アクチュエータ駆動部48bは、微動指令を電圧に変換し、この制御電圧を圧電アクチュエータ36に印加する。
When the coarse motion control is completed, the control unit 46a outputs a coarse motion completion signal to the control unit 46b.
When the coarse movement completion signal is input, the control unit 46b inputs a command value signal and a feedback signal, calculates a deviation between the target position and the current position, and generates a fine movement command by PID control so as to eliminate the calculated deviation. The generated fine movement command is output to the actuator driver 48b. The actuator driving unit 48 b converts the fine movement command into a voltage and applies this control voltage to the piezoelectric actuator 36.

その後の動作は、上記第1の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
このようにして、本実施の形態では、位置センサ17の検出信号を第1分解能でエンコードして得られたエンコード信号をフィードバック信号として粗動制御装置45aに出力し、位置センサ17の検出信号を第2分解能でエンコードして得られたエンコード信号をフィードバック信号として微動制御装置45bに出力する信号調整器42を備える。
これにより、上記第1の実施の形態と同等の効果が得られる。
上記第2の実施の形態において、信号調整器42は、請求項4記載の信号調整手段に対応している。
Subsequent operations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
In this manner, in the present embodiment, the encoded signal obtained by encoding the detection signal of the position sensor 17 with the first resolution is output as a feedback signal to the coarse motion control device 45a, and the detection signal of the position sensor 17 is output. A signal adjuster 42 is provided that outputs an encoded signal obtained by encoding at the second resolution as a feedback signal to the fine movement control device 45b.
Thereby, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
In the second embodiment, the signal conditioner 42 corresponds to the signal conditioner described in claim 4.

次に、本発明の第3の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図12および図13は、本発明に係る粗微動位置決め装置の第3の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、上記第1の実施の形態に対して、アンギュラ玉軸受20a、20bをハウジング27に設置してナット61を回転可能に支持する点が異なる。なお、以下、上記第1の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、上記第1の実施の形態と重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 12 and 13 are diagrams showing a third embodiment of the coarse / fine movement positioning device according to the present invention.
The present embodiment is different from the first embodiment in that the angular ball bearings 20a and 20b are installed in the housing 27 and the nut 61 is rotatably supported. Hereinafter, only the parts different from the first embodiment will be described, and the same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

まず、粗微動位置決め装置1の移動機構を説明する。
図12は、回転機構付軸方向微動機構41の断面図である。
図13は、粗微動位置決め装置1の側面図である。
図12、図13において、61はボールねじ装置13のナットであり、上記第1の本実施の形態と同様に、内周面に軸軌道溝11aに対向する図示しないナット軌道溝が形成されており、複数の図示しないボールを介してねじ軸11に遊びのない状態で螺合している。
First, the moving mechanism of the coarse / fine movement positioning device 1 will be described.
FIG. 12 is a cross-sectional view of the axial fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism.
FIG. 13 is a side view of the coarse / fine movement positioning device 1.
12 and 13, reference numeral 61 denotes a nut of the ball screw device 13, and a nut raceway groove (not shown) facing the shaft raceway groove 11a is formed on the inner peripheral surface as in the first embodiment. The screw shaft 11 is screwed through a plurality of balls (not shown) without play.

ナット61の外周面には、正面組合せとしてアンギュラ玉軸受20a、20bの内輪23a、23bの内周面が嵌合しており、ナット61の一端には、ロックナット32が螺合するねじ部62が形成されている。
63は内輪係止部であり、ナット61のねじ部62の反対側の端部に形成された内輪23a、23bの外径と略同等の直径を有する大径部であって、内輪23aの一方の側面を係止する。
The inner peripheral surfaces of the inner rings 23a and 23b of the angular ball bearings 20a and 20b are fitted to the outer peripheral surface of the nut 61 as a front combination, and a threaded portion 62 into which the lock nut 32 is screwed at one end of the nut 61. Is formed.
Reference numeral 63 denotes an inner ring locking portion, which is a large-diameter portion having a diameter substantially equal to the outer diameter of the inner rings 23a and 23b formed at the end of the nut 61 on the opposite side of the threaded portion 62. Lock the sides.

64は内輪間座であり、内輪23a、23bと略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面がナット61の外周面に嵌合して内輪23a、23bの間に配置される。
65は内輪スペーサであり、内輪23a、23b略同等の外径および内径を有する円筒状部材であって、その内周面がナット61の外周面に嵌合して内輪23bの内輪間座30の反対側に配置される。
Reference numeral 64 denotes an inner ring spacer, which is a cylindrical member having an outer diameter and an inner diameter substantially equal to those of the inner rings 23a and 23b. Placed in.
Reference numeral 65 denotes an inner ring spacer, which is a cylindrical member having substantially the same outer diameter and inner diameter as the inner rings 23a and 23b. The inner peripheral surface of the inner ring spacer is fitted into the outer peripheral surface of the nut 61, and the inner ring spacer 30 of the inner ring 23b. Located on the opposite side.

67は駆動モータであり、ねじ軸11が挿入される中空穴を有するステッピングモータ等の正逆回転可能な中空モータであって、カップリング68によりナット61のねじ部62側と結合してナット61を回転駆動する。
アンギュラ玉軸受20a、20bは、正面組合せで内輪間座64を介して対向配置され、内輪係止部63との間に内輪23a、内輪間座64、内輪23bおよび内輪スペーサ65がロックナット32により締め付けられ、内輪23a、23bの軸方向の移動がナット61に固定される。
Reference numeral 67 denotes a drive motor, which is a hollow motor capable of forward and reverse rotation, such as a stepping motor having a hollow hole into which the screw shaft 11 is inserted, and is coupled to the screw portion 62 side of the nut 61 by a coupling 68. Is driven to rotate.
The angular ball bearings 20a and 20b are opposed to each other through an inner ring spacer 64 in a front combination, and the inner ring 23a, the inner ring spacer 64, the inner ring 23b, and the inner ring spacer 65 are interposed between the inner ring locking portion 63 and the lock nut 32. The axial movement of the inner rings 23 a and 23 b is fixed to the nut 61.

外輪21aは、上記第1の実施の形態と同様に、ハウジング27の内周面に嵌合して外輪係止部38により軸方向の移動が拘束されるとともに拘束されない側の外輪21bが外輪スペーサ37および非通電とした圧電アクチュエータ36を介してカバー39の締結により押圧され、アンギュラ玉軸受20a、20bに所定の予圧が付与されるとともに外輪21a、21b間に隙間40が形成される。   As in the first embodiment, the outer ring 21a is fitted to the inner peripheral surface of the housing 27, and the outer ring locking portion 38 restricts movement in the axial direction and the outer ring 21b on the non-restricted side is an outer ring spacer. 37 and the non-energized piezoelectric actuator 36, which are pressed by fastening the cover 39, a predetermined preload is applied to the angular ball bearings 20a, 20b, and a gap 40 is formed between the outer rings 21a, 21b.

ねじ軸11は、基台5の両側に配置された固定部69に固定され、ハウジング27および駆動モータ67は移動台6に固定されており、粗動機構10は、軸方向の移動および回転を固定されたねじ軸11に螺合し、アンギュラ玉軸受20a、20bにより回転可能に支持されたナット61を駆動モータ67がカップリング68を介して回転させることにより形成される。
回転機構付軸方向微動機構41は、アンギュラ玉軸受20a、20b、ナット61、内輪係止部63、内輪間座64、内輪スペーサ65、ロックナット32、ハウジング27、外輪係止部38、外輪スペーサ37、圧電アクチュエータ36およびカバー39等を、図12に示すように、ナット61の同軸上に配置することにより構成される。
The screw shaft 11 is fixed to fixed portions 69 arranged on both sides of the base 5, the housing 27 and the drive motor 67 are fixed to the moving base 6, and the coarse movement mechanism 10 moves and rotates in the axial direction. The nut 61 is engaged with the fixed screw shaft 11 and is rotatably supported by the angular ball bearings 20a and 20b.
The axial fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism includes angular ball bearings 20a and 20b, a nut 61, an inner ring locking part 63, an inner ring spacer 64, an inner ring spacer 65, a lock nut 32, a housing 27, an outer ring locking part 38, and an outer ring spacer. 37, the piezoelectric actuator 36, the cover 39 and the like are arranged on the same axis of the nut 61 as shown in FIG.

次に、本実施の形態の動作を説明する。
粗微動位置決め装置1には、上記第1の実施の形態と同様の制御系が実装されている。この場合に、モータ駆動部48aは、駆動モータ67を駆動する駆動信号を送出する機能を有している。
制御部46bは、微動制御プログラムが起動すると、初期設定指令をアクチュエータ駆動部48bに出力する。アクチュエータ駆動部48bは、初期設定指令を初期設定電圧Voに変換し、これを圧電アクチュエータ36に供給して保持する。初期設定電圧Voは、圧電アクチュエータ36の有効ストロークの約半分の伸びを与える電圧であり、圧電アクチュエータ36に初期設定電圧Voを印加した状態での移動台6の位置が原位置となる。
Next, the operation of the present embodiment will be described.
The coarse / fine movement positioning device 1 is equipped with a control system similar to that of the first embodiment. In this case, the motor drive unit 48 a has a function of sending a drive signal for driving the drive motor 67.
When the fine movement control program is activated, the control unit 46b outputs an initial setting command to the actuator driving unit 48b. The actuator drive unit 48b converts the initial setting command into the initial setting voltage Vo, and supplies this to the piezoelectric actuator 36 to hold it. The initial setting voltage Vo is a voltage that gives an extension of about half of the effective stroke of the piezoelectric actuator 36, and the position of the moving base 6 in a state where the initial setting voltage Vo is applied to the piezoelectric actuator 36 is the original position.

次に、制御部46aは、移動先指示テーブルに記憶された最初の目標位置を読み出す。そして、目標位置を示す指令値信号を1回の粗動制御および微動制御が完了するまで信号調整器42に出力し続ける。
目標位置を読み出した制御部46aは、目標位置と現在位置(原位置)との偏差を算出し、算出した偏差に相当する長さをナット61が移動するときに必要なナット61の回転数を演算し、これを粗動指令としてモータ駆動部48aに出力する。モータ駆動部48aは、粗動指令を駆動モータ67の駆動信号に変換し、これを駆動モータ67に供給する。
Next, the control unit 46a reads the first target position stored in the movement destination instruction table. The command value signal indicating the target position is continuously output to the signal adjuster 42 until one coarse motion control and fine motion control are completed.
The control unit 46a that has read the target position calculates a deviation between the target position and the current position (original position), and calculates the number of rotations of the nut 61 that is necessary when the nut 61 moves a length corresponding to the calculated deviation. This is calculated and output to the motor drive unit 48a as a coarse motion command. The motor drive unit 48 a converts the coarse motion command into a drive signal for the drive motor 67, and supplies this to the drive motor 67.

駆動モータ67はステッピングモータであるので、駆動信号は、演算したナット61の回転数を回転させるために必要なステッピングモータの角度ステップ数に相当するパルス信号である。
駆動モータ67は、駆動信号が供給されると、駆動信号に対応した回転数分回転し、ナット61がねじ軸11上で回転して移動台6を軸方向に移動させる。
Since the drive motor 67 is a stepping motor, the drive signal is a pulse signal corresponding to the number of angular steps of the stepping motor necessary for rotating the calculated rotation number of the nut 61.
When the drive signal is supplied, the drive motor 67 rotates by the number of rotations corresponding to the drive signal, and the nut 61 rotates on the screw shaft 11 to move the movable table 6 in the axial direction.

一方、信号調整器42は、位置センサ17の検出信号を入力し、これを第1分解能でエンコードし、得られた第1エンコード信号をフィードバック信号として制御部46aに出力する。また、指令値信号を入力し、位置センサ17の検出信号を第2分解能でエンコードし、得られた第2エンコード信号と指令値信号との偏差を算出し、算出した偏差を示す偏差信号をフィードバック信号として制御部46bに出力する。   On the other hand, the signal adjuster 42 receives the detection signal of the position sensor 17, encodes it with the first resolution, and outputs the obtained first encoded signal as a feedback signal to the control unit 46a. Further, the command value signal is input, the detection signal of the position sensor 17 is encoded with the second resolution, the deviation between the obtained second encoded signal and the command value signal is calculated, and the deviation signal indicating the calculated deviation is fed back. A signal is output to the control unit 46b.

制御部46aは、フィードバック信号を入力し、パルス数を計数して移動台6の位置を認識しながら移動台6が停止(駆動モータ67の回転の停止)するまで待機し、移動台6が停止した時に認識していた位置を現在位置として認識する。
このように、ナット61を回転させてナット61とともに移動台6を基台5に対して軸方向に移動させる粗動機構10により移動台6の粗動動作が行われる。
The control unit 46a inputs a feedback signal, counts the number of pulses, waits until the moving table 6 stops (stops rotation of the drive motor 67) while recognizing the position of the moving table 6, and the moving table 6 stops. The position recognized at the time of recognition is recognized as the current position.
In this way, the coarse movement mechanism 10 that rotates the nut 61 and moves the movable table 6 together with the nut 61 in the axial direction with respect to the base 5 performs the coarse movement operation of the movable table 6.

この場合に、圧電アクチュエータ36は、初期設定電圧Voが印加されているだけで位置センサ17によるフィードバック制御はかけられていない。また、圧電アクチュエータ36は、アンギュラ玉軸受20a、20bの予圧の反力による圧縮荷重が作用した状態となっている。
制御部46aは、粗動制御が完了すると、粗動完了信号を制御部46bに出力する。
In this case, the piezoelectric actuator 36 is only applied with the initial setting voltage Vo and is not subjected to feedback control by the position sensor 17. In addition, the piezoelectric actuator 36 is in a state in which a compressive load due to the preload reaction force of the angular ball bearings 20a and 20b is applied.
When the coarse motion control is completed, the control unit 46a outputs a coarse motion completion signal to the control unit 46b.

制御部46bは、粗動完了信号を入力すると、フィードバック信号を入力し、フィードバック信号が示す偏差をなくすようにPID制御により微動指令を生成し、生成した微動指令をアクチュエータ駆動部48bに出力する。アクチュエータ駆動部48bは、微動指令を電圧に変換し、この制御電圧を圧電アクチュエータ36に印加する。
回転機構付軸方向微動機構41では、上記第1の実施の形態と同様に、圧電アクチュエータ36の変位の半分の変位となる外輪21aと内輪23aの相対変位量が移動台6の微動変位量となる。
When the rough movement completion signal is input, the control unit 46b inputs a feedback signal, generates a fine movement command by PID control so as to eliminate the deviation indicated by the feedback signal, and outputs the generated fine movement command to the actuator driving unit 48b. The actuator driving unit 48 b converts the fine movement command into a voltage and applies this control voltage to the piezoelectric actuator 36.
In the axial fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism, as in the first embodiment, the relative displacement amount of the outer ring 21a and the inner ring 23a, which is half the displacement of the piezoelectric actuator 36, is the amount of fine movement displacement of the moving base 6. Become.

すなわち、上記第1の実施の形態と同様に、圧電アクチュエータ36に2Xの伸びが生ずると、この伸びにより生じた押圧力は、微動制御を行う前の予圧に加えて外輪21bを押圧し、外輪21bを軸方向左に移動させ、隙間40が2X分さらに狭くなって圧電アクチュエータ36の伸びを吸収する。この隙間40の変位によって弾性変形が生じ、内輪23a、23bがそれぞれXずつ軸方向左に変位する。   That is, as in the first embodiment, when the piezoelectric actuator 36 is extended by 2X, the pressing force generated by the extension presses the outer ring 21b in addition to the preload before performing fine movement control, and the outer ring 21b is moved to the left in the axial direction, and the gap 40 is further narrowed by 2X to absorb the elongation of the piezoelectric actuator 36. The displacement of the gap 40 causes elastic deformation, and the inner rings 23a and 23b are each displaced by X to the left in the axial direction.

これに対し、圧電アクチュエータ36が2X縮むと、押圧力が減少し、外輪21bを軸方向右に移動させ、隙間40が2X分さらに広くなって圧電アクチュエータ36の縮みを吸収する。この隙間40の変位によって弾性変形が生じ、内輪23a、23bがそれぞれXずつ軸方向右に変位する。
このように、隙間40の変位2Xを内輪23a、23bがXずつに分けて吸収するので、アンギュラ玉軸受20a、20bの互いを押圧する力がバランスしたときに、内輪23a、23bがナット61とともに軸方向にX移動する。この場合のナット61の移動は、カップリング68の伸長により吸収される。
On the other hand, when the piezoelectric actuator 36 contracts by 2X, the pressing force decreases, the outer ring 21b is moved to the right in the axial direction, and the gap 40 becomes wider by 2X to absorb the contraction of the piezoelectric actuator 36. Due to the displacement of the gap 40, elastic deformation occurs, and the inner rings 23a and 23b are each displaced X to the right in the axial direction.
As described above, the inner ring 23a, 23b absorbs the displacement 2X of the gap 40 by dividing the X into X, so that when the force of the angular ball bearings 20a, 20b pressing each other is balanced, the inner rings 23a, 23b together with the nut 61 Move X in the axial direction. The movement of the nut 61 in this case is absorbed by the extension of the coupling 68.

これにより、ナット61が軸方向にX移動し、移動台6が基台5に対して軸方向右にX移動する。
このようにして微動動作が行われ、制御部46bは、フィードバック信号が示す偏差をなくすようにフィードバック制御を行いながら移動台6を目標位置に停止させる。
その後の動作は、上記第1の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
As a result, the nut 61 moves X in the axial direction, and the moving table 6 moves X in the axial direction to the right with respect to the base 5.
Thus, the fine movement operation is performed, and the control unit 46b stops the movable platform 6 at the target position while performing feedback control so as to eliminate the deviation indicated by the feedback signal.
Subsequent operations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

なお、回転機構付軸方向微動機構41には、上記第1の実施の形態と同様に、剛性の低いバネが存在しないので、圧縮方向の荷重に対しては非常に高い剛性を有する圧電アクチュエータ36と高剛性のバネ部材との組み合わせにより、回転機構付軸方向微動機構41の剛性が静的にも動的にも圧電アクチュエータ36を組み込まない軸受ユニットと略同一の剛性を維持することができるので、応答性が高く安定した微動動作を実現することができる。   As in the first embodiment, the axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism does not have a spring with low rigidity, so that the piezoelectric actuator 36 having very high rigidity against a load in the compression direction. And the highly rigid spring member can maintain the rigidity of the axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism substantially the same as that of the bearing unit that does not incorporate the piezoelectric actuator 36 both statically and dynamically. Therefore, it is possible to realize a stable fine movement operation with high responsiveness.

また、アンギュラ玉軸受20a、20bに付与した予圧の反力が圧電アクチュエータ36に作用し、常に圧縮荷重を掛けながら微動動作を行わせるので、引張荷重による破損の発生もなく、それを避けるためのバネを用いる必要もない。
さらに、圧電アクチュエータ36の分だけ長いハウジング27およびねじ軸11を用いるだけで、軸受ユニットを組み立てる方法と同一の方法で組み立てることができ、圧電アクチュエータ36の組立に特別な配慮を払うことなく容易に回転機構付軸方向微動機構41を組み立てることができる。
Further, since the reaction force of the preload applied to the angular ball bearings 20a and 20b acts on the piezoelectric actuator 36 and always performs a fine movement operation while applying a compressive load, there is no occurrence of breakage due to a tensile load, and this can be avoided. There is no need to use a spring.
Further, by using only the housing 27 and the screw shaft 11 that are as long as the piezoelectric actuator 36, the bearing unit can be assembled in the same manner as that for assembling the piezoelectric actuator 36 without any special consideration. The axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism can be assembled.

さらに、圧電アクチュエータ36をハウジング27の内周面を案内としてハウジング27に組み込めば自動的に同軸上に配置されるので、圧電アクチュエータ36に半径方向荷重やモーメント荷重が作用して早期に破損する可能性を低減することができる。
さらに、圧電アクチュエータ36をナット61と同軸上に配置できるので、圧電アクチュエータ36の変位を純粋な軸方向変位とすることができ、高精度な微動動作を行うことができる。
Furthermore, since the piezoelectric actuator 36 is automatically arranged coaxially when incorporated in the housing 27 with the inner peripheral surface of the housing 27 as a guide, the piezoelectric actuator 36 can be damaged early due to a radial load or moment load. Can be reduced.
Furthermore, since the piezoelectric actuator 36 can be arranged coaxially with the nut 61, the displacement of the piezoelectric actuator 36 can be made a pure axial displacement, and a highly accurate fine movement operation can be performed.

このようにして、本実施の形態では、アンギュラ玉軸受20a、20bをハウジング27に設置してナット61を回転可能に支持し、対向配置して予圧を付与したアンギュラ玉軸受20a、20bの一方の外輪21aをハウジング27に軸方向に拘束し、外輪21a、21b間の距離を圧電アクチュエータ36の伸縮により変化させるようにした。
これにより、上記第1の実施の形態と同等の効果を得ることができる。
In this way, in the present embodiment, the angular ball bearings 20a and 20b are installed in the housing 27 to rotatably support the nut 61, and are arranged so as to face one of the angular ball bearings 20a and 20b. The outer ring 21a is constrained to the housing 27 in the axial direction, and the distance between the outer rings 21a and 21b is changed by expansion and contraction of the piezoelectric actuator 36.
Thereby, an effect equivalent to that of the first embodiment can be obtained.

さらに、本実施の形態では、圧電アクチュエータ36を中空としてハウジング27の内周面に嵌合させ、ナット61を挿入してナット61と同軸に配置するようにした。
これにより、圧電アクチュエータ36の分だけ長いハウジング27およびねじ軸11を用いるだけで、軸受ユニットを組み立てる方法と同一の方法で組み立てることができ、回転機構付軸方向微動機構41の組立を容易に行うことができる。
Furthermore, in the present embodiment, the piezoelectric actuator 36 is hollow and fitted to the inner peripheral surface of the housing 27, and the nut 61 is inserted and arranged coaxially with the nut 61.
As a result, it is possible to assemble the bearing unit by the same method as the method of assembling the bearing unit by using only the housing 27 and the screw shaft 11 that are longer by the piezoelectric actuator 36, and the assembly of the axial fine movement mechanism 41 with the rotation mechanism is facilitated. be able to.

さらに、本実施の形態では、内輪23a、23bの内周面をナット61の外周面に嵌合させ、内輪23a、23bの軸方向の移動を内輪係止部63とロックナット32により挟み付けてナット61に固定するとともに、外輪21aの軸方向の移動を外輪係止部38によりハウジング27に拘束し、外輪21bを圧電アクチュエータ36により軸方向に移動させるようにした。   Furthermore, in the present embodiment, the inner peripheral surfaces of the inner rings 23a and 23b are fitted to the outer peripheral surface of the nut 61, and the axial movement of the inner rings 23a and 23b is sandwiched between the inner ring engaging portion 63 and the lock nut 32. While being fixed to the nut 61, the movement of the outer ring 21a in the axial direction is restricted to the housing 27 by the outer ring locking portion 38, and the outer ring 21b is moved in the axial direction by the piezoelectric actuator 36.

これにより、圧電アクチュエータ36の変位の半分を移動台6の変位とすることができ、圧電アクチュエータ36の変位の誤差を半減して高精度な微動動作を実現することができる。
さらに、本実施の形態では、圧電アクチュエータ36をアンギュラ玉軸受20a、20bの非回転側である外輪21aを押圧するように配置した。
As a result, half of the displacement of the piezoelectric actuator 36 can be made the displacement of the movable table 6, and the displacement error of the piezoelectric actuator 36 can be halved to realize a highly accurate fine movement operation.
Further, in the present embodiment, the piezoelectric actuator 36 is disposed so as to press the outer ring 21a which is the non-rotating side of the angular ball bearings 20a and 20b.

これにより、圧電アクチュエータ36への配線を容易に行うことができる。
上記第3の実施の形態において、移動台6は、請求項8記載の移動部に対応している。
なお、上記第1ないし第3の実施の形態においては、微動制御装置45bへのフィードバック信号をアナログ信号として出力するように構成したが、これに限らず、デジタル信号として出力するように構成することもできる。
また、上記第1ないし第3の実施の形態においては、対向配置した内輪23a、23bの間に内輪間座30、64を設けて予圧を付与するように構成したが、これに限らず、内輪23a、23bの対向側の面を内輪間座30、64の幅の半分に相当する長さ伸長させて内輪23a、23b同士を直接当接させるように構成することもできる。
Thereby, wiring to the piezoelectric actuator 36 can be performed easily.
In the third embodiment, the moving table 6 corresponds to the moving unit described in claim 8.
In the first to third embodiments, the feedback signal to the fine movement control device 45b is output as an analog signal. However, the present invention is not limited to this, and the feedback signal is output as a digital signal. You can also.
In the first to third embodiments, the inner ring spacers 30 and 64 are provided between the opposed inner rings 23a and 23b to apply the preload. However, the present invention is not limited to this. The opposite surfaces of 23a and 23b can be extended to a length corresponding to half the width of the inner ring spacers 30 and 64 so that the inner rings 23a and 23b are brought into direct contact with each other.

また、上記第1ないし第3の実施の形態においては、対向配置したアンギュラ玉軸受20a、20bに非通電の圧電アクチュエータ36を介してあらかじめ予圧を付与するように構成したが、これに限らず、圧電アクチュエータ36の非通電時には予圧が発生しないように、隙間を介して圧電アクチュエータ36と外輪21a、21bまたは内輪23a、23bを対向させておき、粗微動位置決め装置1の起動時等に所定の電圧を圧電アクチュエータ36に印加して対向配置したアンギュラ玉軸受20a、20bに所定の予圧を発生させるようにしてもよい。   In the first to third embodiments, the pre-load is applied to the angular ball bearings 20a and 20b arranged opposite to each other in advance via the non-energized piezoelectric actuator 36. The piezoelectric actuator 36 and the outer rings 21a and 21b or the inner rings 23a and 23b are opposed to each other through a gap so that no preload is generated when the piezoelectric actuator 36 is not energized. May be applied to the piezoelectric actuator 36 to generate a predetermined preload on the angular ball bearings 20a, 20b arranged opposite to each other.

これにより、アンギュラ玉軸受20a、20bに所定の予圧を与えるために、例えば、上記第1の実施の形態において、外輪スペーサ37の軸方向の長さ等を予圧量に合わせて精密に調整するといった、いわゆる予圧調整が不要となり、所定の電圧の印加だけで容易に精密な予圧調整が可能となる。
また、上記第1ないし第3の実施の形態においては、1つのアンギュラ玉軸受からなる転がり軸受装置を2つ対向配置するように構成したが、これに限らず、複数のアンギュラ玉軸受を並列組み合わせて配置した1組の転がり軸受装置を2つ対向配置するようにしてもよく、例えば、片側に2個1組、他方に1個のアンギュラ玉軸受による2つの転がり軸受装置を対向配置するようにしてもよい。
Accordingly, in order to give a predetermined preload to the angular ball bearings 20a and 20b, for example, in the first embodiment, the axial length of the outer ring spacer 37 and the like are precisely adjusted in accordance with the preload amount. So-called preload adjustment is not required, and precise preload adjustment can be easily performed only by applying a predetermined voltage.
Moreover, in the said 1st thru | or 3rd Embodiment, although comprised so that two rolling bearing apparatuses which consist of one angular ball bearing might be opposingly arranged, not only this but a several angular ball bearing is combined in parallel For example, two rolling bearing devices with one set of angular ball bearings on one side and two rolling bearing devices on the other side may be opposed to each other. May be.

また、上記第1ないし第3の実施の形態においては、アンギュラ玉軸受20a、20bをねじ軸11を支持する軸受として用いたが、これに限らず、回転を行いその回転の支持部を高速で微動させる回転および軸方向微動の複合運動機構全般に利用できることはいうまでもない。
また、上記第1および第2の実施の形態において、送りねじ装置は、ねじ軸11とナット12とをボールを介して螺合させるボールねじ装置13として構成したが、これに限らず、ねじ軸11とナット12とを直接螺合させる滑りねじ装置として構成することもできる。
In the first to third embodiments, the angular ball bearings 20a and 20b are used as bearings for supporting the screw shaft 11. However, the present invention is not limited to this, and the rotating support portion is rotated at high speed. Needless to say, the present invention can be applied to all the combined motion mechanisms of fine rotation and axial fine movement.
Further, in the first and second embodiments, the feed screw device is configured as the ball screw device 13 for screwing the screw shaft 11 and the nut 12 through the ball. It can also be configured as a sliding screw device in which the nut 11 and the nut 12 are directly screwed together.

また、上記第1ないし第3の実施の形態においては、フィードバック制御を微動制御のときに行うように構成したが、これに限らず、粗動制御のときに、目標位置と現在位置との偏差を用いてフィードバック制御を行うようにし、偏差が所定値以下となったときに粗動動作を停止するように構成することもできる。
これにより、ねじ軸11のリード精度等を補正することができ、圧電アクチュエータ36の微動動作による補正量を小さくすることができ、必要以上に大きな伸縮量を有する圧電アクチュエータ36を用いる必要がなくなる。
In the first to third embodiments, the feedback control is performed during the fine movement control. However, the present invention is not limited to this, and the deviation between the target position and the current position is performed during the coarse movement control. It is also possible to perform feedback control using, so that the coarse motion operation is stopped when the deviation becomes a predetermined value or less.
As a result, the lead accuracy of the screw shaft 11 can be corrected, the correction amount by the fine movement operation of the piezoelectric actuator 36 can be reduced, and it is not necessary to use the piezoelectric actuator 36 having a larger expansion / contraction amount than necessary.

また、上記第1ないし第3の実施の形態においては、ねじ軸11とナット12、61を螺合させたボールねじ装置13を用いて長ストロークの範囲を駆動する粗動機構10と、ナット12、61と移動台6の間に圧電アクチュエータ36を配置し、基台5と移動台6との位置を圧電アクチュエータ36の伸縮により変化させる回転機構付軸方向微動機構41とを備えて構成したが、これに限らず、移動台6を移動させる粗動機構と、粗動機構よりも高い移動精度で移動台6を移動させる微動機構とを備える構成であれば任意の移動機構を採用することができる。例えば、粗動テーブルと微動テーブルの間に圧電アクチュエータを配置し、基台と微動テーブルとの位置を圧電アクチュエータの伸縮により変化させる移動機構に適用することができる。   In the first to third embodiments, the coarse movement mechanism 10 that drives the long stroke range using the ball screw device 13 in which the screw shaft 11 and the nuts 12 and 61 are screwed together, and the nut 12. The piezoelectric actuator 36 is disposed between the movable table 61 and the moving table 6, and an axial fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism that changes the position of the base 5 and the moving table 6 by expansion and contraction of the piezoelectric actuator 36 is configured. However, the present invention is not limited to this, and any moving mechanism may be adopted as long as the structure includes a coarse movement mechanism that moves the movable base 6 and a fine movement mechanism that moves the movable base 6 with higher movement accuracy than the coarse movement mechanism. it can. For example, the present invention can be applied to a moving mechanism in which a piezoelectric actuator is disposed between a coarse movement table and a fine movement table and the positions of the base and the fine movement table are changed by expansion and contraction of the piezoelectric actuator.

回転機構付軸方向微動機構41の断面図である。It is sectional drawing of the axial direction fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism. 粗微動位置決め装置1の平面図である。2 is a plan view of the coarse / fine movement positioning device 1. FIG. 粗微動位置決め装置1の側面図である。It is a side view of the coarse / fine movement positioning device. 粗微動位置決め装置1の制御系の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing a configuration of a control system of the coarse / fine movement positioning apparatus 1. FIG. 粗動位置決め処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows rough movement positioning processing. 微動位置決め処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a fine movement positioning process. 粗微動位置決め装置1の動作を示すタイムチャートである。3 is a time chart showing the operation of the coarse / fine movement positioning apparatus 1; 回転機構付軸方向微動機構41の微動動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fine movement operation | movement of the axial direction fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism. 粗微動位置決め装置1の制御系の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing a configuration of a control system of the coarse / fine movement positioning apparatus 1. FIG. 粗動位置決め処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows rough movement positioning processing. 微動位置決め処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a fine movement positioning process. 回転機構付軸方向微動機構41の断面図である。It is sectional drawing of the axial direction fine movement mechanism 41 with a rotation mechanism. 粗微動位置決め装置1の側面図である。It is a side view of the coarse / fine movement positioning device.

符号の説明Explanation of symbols

1 粗微動位置決め装置
2 直線案内機構
3 レール
4 スライダ
4a 移動台取付面
5 基台
6 移動台
10 粗動機構
11 ねじ軸
11a 軸軌道溝
12、61 ナット
13 ボールねじ装置
14、67 駆動モータ
16 支持軸受
17 位置センサ
18 スケール
20a、20b アンギュラ玉軸受
21a、21b 外輪
22a、22b 外輪軌道
23a、23b 内輪
24a、24b 内輪軌道
25a、25b ボール
26 嵌合軸
27 ハウジング
27a ねじ穴
29、63 内輪係止部
30、64 内輪間座
31、65 内輪スペーサ
32 ロックナット
33、62 ねじ部
34 カップリング取付部
36 圧電アクチュエータ
36a 中空部
37 外輪スペーサ
38 外輪係止部
39 カバー
40 隙間
41 回転機構付軸方向微動機構
42 信号調整器
45a 粗動制御装置
45b 微動制御装置
45c シーケンサ
46a〜46c 制御部
47a〜47c 記憶部
48a モータ駆動部
48b アクチュエータ駆動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coarse / fine motion positioning device 2 Linear guide mechanism 3 Rail 4 Slider 4a Moving base mounting surface 5 Base 6 Moving base 10 Coarse moving mechanism 11 Screw shaft 11a Shaft raceway 12, 61 Nut 13 Ball screw device 14, 67 Drive motor 16 Support Bearing 17 Position sensor 18 Scale 20a, 20b Angular contact ball bearing 21a, 21b Outer ring 22a, 22b Outer ring raceway 23a, 23b Inner ring 24a, 24b Inner ring raceway 25a, 25b Ball 26 Fitting shaft 27 Housing 27a Screw hole 29, 63 Inner ring locking part 30, 64 Inner ring spacer 31, 65 Inner ring spacer 32 Lock nut 33, 62 Screw part 34 Coupling attachment part 36 Piezoelectric actuator 36a Hollow part 37 Outer ring spacer 38 Outer ring locking part 39 Cover 40 Clearance 41 Axial fine movement mechanism with rotating mechanism 42 signal conditioner 45a coarse motion controller 45b Turning control apparatus 45c sequencer 46a~46c controller 47a~47c storage unit 48a the motor driving unit 48b actuator driving unit

Claims (8)

移動部と、前記移動部を移動させる粗動機構と、前記粗動機構よりも高い移動精度で前記移動部を移動させる微動機構と、前記移動部の移動実績に関するフィードバック信号に基づいて前記粗動機構を制御する粗動制御装置と、前記フィードバック信号に基づいて前記微動機構を制御する微動制御装置とを備え、前記移動部の位置決めを行う粗微動位置決め装置であって、
前記移動部の位置を検出する位置センサと、前記位置センサの検出信号に基づいて、第1分解能の前記フィードバック信号を前記粗動制御装置に出力するとともに前記第1分解能よりも高い第2分解能の前記フィードバック信号を前記微動制御装置に出力する信号調整手段とを備えることを特徴とする粗微動位置決め装置。
The coarse motion based on a feedback signal relating to the movement of the moving unit, a coarse moving mechanism for moving the moving unit, a fine moving mechanism for moving the moving unit with higher movement accuracy than the coarse moving mechanism, and a moving result of the moving unit. A coarse / fine motion positioning device comprising: a coarse motion control device that controls a mechanism; and a fine motion control device that controls the fine motion mechanism based on the feedback signal;
Based on a position sensor that detects the position of the moving unit, and a detection signal of the position sensor, the feedback signal of the first resolution is output to the coarse motion control device, and the second resolution higher than the first resolution A coarse / fine movement positioning apparatus, comprising: a signal adjusting means for outputting the feedback signal to the fine movement control apparatus.
請求項1において、
前記粗動制御装置は、粗動制御が完了したことを示す粗動完了信号を前記微動制御装置に出力し、
前記微動制御装置は、前記粗動完了信号に基づいて微動制御を開始することを特徴とする粗微動位置決め装置。
In claim 1,
The coarse motion control device outputs a coarse motion completion signal indicating that the coarse motion control is completed to the fine motion control device,
The coarse / fine movement positioning apparatus starts fine movement control based on the coarse movement completion signal.
請求項1および2のいずれか1項において、
前記粗動制御装置は、前記移動部の目標位置を示す指令値信号を前記信号調整手段に出力し、
前記信号調整手段は、前記位置センサの検出信号を前記第1分解能でエンコードして得られたエンコード信号を前記フィードバック信号として前記粗動制御装置に出力し、前記位置センサの検出信号を前記第2分解能でエンコードして得られたエンコード信号と前記指令値信号との偏差を示す偏差信号を前記フィードバック信号として前記微動制御装置に出力することを特徴とする粗微動位置決め装置。
In any one of Claim 1 and 2,
The coarse motion control device outputs a command value signal indicating a target position of the moving unit to the signal adjusting means,
The signal adjustment means outputs an encoded signal obtained by encoding the detection signal of the position sensor with the first resolution to the coarse motion control device as the feedback signal, and outputs the detection signal of the position sensor to the second motion signal. A coarse / fine movement positioning apparatus, wherein a deviation signal indicating a deviation between an encoded signal obtained by encoding with a resolution and the command value signal is output as the feedback signal to the fine movement control apparatus.
請求項1および2のいずれか1項において、
前記信号調整手段は、前記位置センサの検出信号を前記第1分解能でエンコードして得られたエンコード信号を前記フィードバック信号として前記粗動制御装置に出力し、前記位置センサの検出信号を前記第2分解能でエンコードして得られたエンコード信号を前記フィードバック信号として前記微動制御装置に出力することを特徴とする粗微動位置決め装置。
In any one of Claim 1 and 2,
The signal adjustment means outputs an encoded signal obtained by encoding the detection signal of the position sensor with the first resolution to the coarse motion control device as the feedback signal, and outputs the detection signal of the position sensor to the second motion signal. A coarse / fine movement positioning apparatus characterized in that an encode signal obtained by encoding at a resolution is output as the feedback signal to the fine movement control apparatus.
請求項1ないし4のいずれか1項において、
前記微動制御装置へのフィードバック信号は、アナログ信号であることを特徴とする粗微動位置決め装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The coarse / fine movement positioning device, wherein the feedback signal to the fine movement control device is an analog signal.
請求項1ないし5のいずれか1項において、
前記微動制御装置へのフィードバック信号は、デジタル信号であることを特徴とする粗微動位置決め装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The coarse / fine movement positioning device, wherein the feedback signal to the fine movement control device is a digital signal.
請求項1ないし6のいずれか1項において、
前記粗動機構は、基台に回転可能に支持されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合し、前記移動部に固定されたナットと、前記粗動制御装置からの駆動信号に基づいて駆動し、前記ねじ軸を回転させるモータとを備え、
前記微動機構は、対向配置して予圧を付与した2つの転がり軸受装置と、前記基台に固定され、前記転がり軸受装置のそれぞれの外輪が嵌合するハウジングと、前記微動制御装置からの制御電圧に応じて伸縮する圧電アクチュエータとを備え、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪を前記ねじ軸に嵌合させ、前記内輪を前記ねじ軸に前記軸方向に固定し、前記外輪の一方を前記軸方向に拘束し、前記外輪間の前記軸方向の距離を前記圧電アクチュエータの伸縮により変化させるようにしたことを特徴とする粗微動位置決め装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
The coarse movement mechanism is driven based on a screw shaft rotatably supported by a base, a nut screwed to the screw shaft and fixed to the moving portion, and a drive signal from the coarse movement control device. And a motor for rotating the screw shaft,
The fine movement mechanism includes two rolling bearing devices that are arranged opposite to each other and applied with a preload, a housing that is fixed to the base and into which each outer ring of the rolling bearing device is fitted, and a control voltage from the fine movement control device. A piezoelectric actuator that expands and contracts in accordance with the inner ring, the inner ring of the rolling bearing device is fitted to the screw shaft, the inner ring is fixed to the screw shaft in the axial direction, and one of the outer rings is fixed in the axial direction. The coarse / fine motion positioning device is characterized in that the axial distance between the outer rings is changed by expansion and contraction of the piezoelectric actuator.
請求項1ないし6のいずれか1項において、
前記粗動機構は、基台に固定されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合し、前記移動部に回転可能に支持されたナットと、前記粗動制御装置からの駆動信号に基づいて駆動し、前記ナットを回転させるモータとを備え、
前記微動機構は、対向配置して予圧を付与した2つの転がり軸受装置と、前記移動部に固定され、前記転がり軸受装置のそれぞれの外輪が嵌合するハウジングと、前記微動制御装置からの制御電圧に応じて伸縮する圧電アクチュエータとを備え、前記転がり軸受装置のそれぞれの内輪を前記ナットに嵌合させ、前記内輪を前記ナットに前記軸方向に固定し、前記外輪の一方を前記軸方向に拘束し、前記外輪間の前記軸方向の距離を前記圧電アクチュエータの伸縮により変化させるようにしたことを特徴とする粗微動位置決め装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
The coarse motion mechanism is driven based on a screw shaft fixed to a base, a nut screwed to the screw shaft and rotatably supported by the moving unit, and a drive signal from the coarse motion control device. And a motor for rotating the nut,
The fine movement mechanism includes two rolling bearing devices that are arranged opposite to each other and applied with a preload, a housing that is fixed to the moving part and into which each outer ring of the rolling bearing device is fitted, and a control voltage from the fine movement control device. And a piezoelectric actuator that expands and contracts in response to the inner ring. The inner ring of the rolling bearing device is fitted into the nut, the inner ring is fixed to the nut in the axial direction, and one of the outer rings is constrained in the axial direction. The coarse / fine movement positioning device is characterized in that the axial distance between the outer rings is changed by expansion and contraction of the piezoelectric actuator.
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