JP2009110478A - 二次元型テーブル微小角度駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の二次元型テーブル微小角度駆動機構は、検出した傾斜角に誤差が含まれており、二軸テーブルの利用において精度が低下している。
【解決手段】本発明による二次元型テーブル微小角度駆動機構は、補正手段５３は、Ｘ軸に沿う傾斜角とＹ軸に沿う傾斜角とを軸とした二次元座標系の各設定点の中から、指定傾斜角５２ａを囲む設定点を抽出するとともに、この前記指定傾斜角５２ａを囲む前記設定点の前記補正用誤差データ５５ａに基づいて、前記指定傾斜角５２ａにおける補正量ΔＸ，ΔＹを求め、傾斜角検出手段５４により検出された傾斜角５４ａを、補正量ΔＸ，ΔＹを用いて補正する。
【選択図】図４

Description

本発明は、二次元型テーブル微小角度駆動機構に関し、特に、指定傾斜角を囲む各設定点での補正用誤差データに基づいて、指定傾斜角におけるＸ軸及びＹ軸に沿う補正量を算出するとともに、傾斜角検出手段により検出された各傾斜角を、補正量を用いて補正し、補正手段により補正された各傾斜角と指定傾斜角と差に基づいて、駆動手段による二軸テーブルの傾斜駆動を制御することで、より正確な微小角度で二軸テーブルを傾斜させることができ、二軸テーブルの利用における精度を向上できるようにするための新規な改良に関するものである。

従来用いられていたこの種の二次元型テーブル微小角度駆動機構としては、例えば特許文献１等に示されている二次元型テーブル微小角度駆動機構が用いられている。
すなわち、図示は省略しているが、回転型トルカを用いたジンバルを用いて二軸テーブルを二軸方向に駆動していた。

２００２年１月２０日工業調査会発行のジャイロ活用技術入門、３３頁に記載のノーススレーブ方式慣性航法装置。

従来の二次元型テーブル微小角度駆動機構は、以上のように構成されているため、次のような課題が存在していた。
すなわち、回転型トルカを用い、軸受にはボールベアリングが用いられていたため、微小角変化時に、機構上のひっかかりの発生、あるいは、軸受における摩擦トルクによる角度分解能の低下となり、高精度で円滑な微小角度駆動を得ることは困難であった。
この問題を解消するために、例えば４個の断面十字型をなすヒンジをねじることで二軸テーブルを二軸方向に傾動させる構成等を採ると、Ｘ軸及びＹ軸の駆動で互いに影響を与えてしまい、二軸テーブルの傾斜角に誤差が生じてしまう。このため、例えば二軸テーブル上に反射鏡を設置して、所定の利用点でレーザ光を反射させる等の二軸テーブルの利用において、精度が低下してしまう。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、より正確な角度で二軸テーブルを傾斜でき、二軸テーブルの利用における精度を向上できる二次元型テーブル微小角度駆動機構を提供することである。

本発明に係る二次元型テーブル微小角度駆動機構は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿って傾動される二軸テーブルと、前記二軸テーブルに接続され、前記二軸テーブルを傾動駆動する駆動手段と、前記駆動手段に接続され、前記駆動手段の動作を制御する駆動制御手段と、前記駆動制御手段に接続され、前記二軸テーブルの指定傾斜角を入力する指定傾斜角入力手段と、前記二軸テーブルに接続され、前記二軸テーブルの前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に沿う傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、前記駆動制御手段、前記指定傾斜角入力手段、及び前記傾斜角検出手段に接続され、前記傾斜角検出手段により検出された前記傾斜角を補正する補正手段と、前記補正手段に接続され、前記傾斜角を補正するための補正用誤差データを記憶する補正用誤差データ記憶手段と、を備え、前記補正用誤差データ記憶手段は、前記Ｘ軸に沿う傾斜角と前記Ｙ軸に沿う傾斜角とを軸とした二次元座標系において、所定角度間隔の前記各傾斜角の組み合わせからなり格子状に設定された複数の設定点毎に、前記補正用誤差データを記憶しており、前記補正手段は、前記二次元座標系の前記各設定点の中から前記指定傾斜角を囲む前記設定点を抽出するとともに、この前記指定傾斜角を囲む前記設定点の前記補正用誤差データに基づいて、前記指定傾斜角における補正量ΔＸ，ΔＹを求め、この補正量ΔＸ，ΔＹを用いて前記傾斜角を補正し、前記駆動制御手段は、前記補正手段により補正された傾斜角と前記指定傾斜角との差に基づいて、前記駆動手段の動作を制御することを特徴とする。

また、前記補正量算出手段は、前記指定傾斜角の前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に沿う傾斜角の組み合わせを（Ｘ，Ｙ）、前記指定傾斜角を囲む前記各設定点の前記各傾斜角の組み合わせを（Ｘｎ，Ｙｍ），（Ｘｎ＋１，Ｙｍ），（Ｘｎ，Ｙｍ＋１），（Ｘｎ＋１，Ｙｍ＋１）、前記各設定点（Ｘｉ，Ｙｊ）での前記Ｘ軸に沿う傾斜角の補正用誤差データをＰ（Ｘｉ，Ｙｊ）、及び前記各設定点（Ｘｉ，Ｙｊ）での前記Ｙ軸に沿う傾斜角の補正用誤差データをＱ（Ｘｉ，Ｙｊ）として（但し、ｎ，ｍ，ｉ，ｊは任意の整数）、
次の式（１）〜（３）に基づいて前記指定傾斜角でのＸ軸に沿う補正量ΔＸを求め、

次の式（４）〜（６）に基づいて前記指定傾斜角でのＹ軸に沿う補正量ΔＹを求める

ことを特徴とする。

本発明の二次元型テーブル微小角度駆動機構によれば、補正手段は、前記二次元座標系の前記各設定点の中から前記指定傾斜角を囲む前記設定点を抽出するとともに、この前記指定傾斜角を囲む前記設定点の前記補正用誤差データに基づいて、前記指定傾斜角における補正量ΔＸ，ΔＹを求め、この補正量ΔＸ，ΔＹを用いて前記傾斜角を補正するので、より正確な角度で二軸テーブルを傾斜でき、二軸テーブルの利用における精度を向上できる。
また、（１）〜（３）に基づいて指定傾斜角でのＸ軸に沿う補正量ΔＸを求め、式（４）〜（６）に基づいて指定傾斜角でのＹ軸に沿う補正量ΔＹを求めるので、より確実に補正量ΔＸ，ΔＹを求めることができ、より確実に二軸テーブルの利用精度を向上できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による二次元型テーブル微小角度駆動機構を示す断面図であり、図２は図１の異なる角度からの半断面図を一体とした断面図であり、図３は図２の側面図である。まず、図１〜図３を用いて二次元型テーブル微小角度駆動機構の全体構成について説明し、後に制御系について説明する。

図１において符号１で示されるものは固定側のベースであり、このベース１上の中央位置には、ボルト２を介して棒状のシャフト３が植設されている。
尚、この図１は、中心線Ｆを境として第１半断面図と第２半断面図で互いに異なる角度位置からの断面状態を示している。すなわち、後に説明する第１接続体４０と第２接続体４１とは、互いに対向して配置されているわけでなく、筒体６の周方向に互いに９０度ずれて配置されている（図２参照）。

前記シャフト３上には、フレクチャヒンジ体４が配設され、このフレクチャヒンジ体４には全体形状がほぼカップ型をなす二軸テーブル５が設けられている。
前記二軸テーブル５の下部から垂下して設けられた筒体６の外周面には９０度間隔で４個の第１〜第４磁石７、８、９、１０（第２、第４磁石８、１０は図示せず）が設けられている。

前記ベース１上には、前記二軸テーブル５の傾動時の傾斜角度を検出するための周知のピックアップコイル等からなる少なくとも第１、第２テーブル角検出器１１、１２が設けられていると共に、この二軸テーブル５の傾動時の傾動速度を検出するための周知の第１〜第４速度検出器１３〜１６（第２、第４速度検出器１４、１６は図示せず）が設けられている。

前記ベース１上の周縁位置には、前記各磁石７〜１０に対応しその外側に位置すると共に励磁コイルからなる第１〜第４トルカ２０〜２３が９０度間隔で配設されている。
従って、前記各トルカ２０〜２３が選択的に励磁されることにより、対応する各磁石７〜１０との磁気作用により各磁石７〜１０が二軸テーブル５と共に上下方向に直動することができるように構成されている。

前記フレクチャヒンジ体４は、図２及び図３に示されるように構成されている。すなわち、図２及び図３において、全体形状がほぼ四角形をなす本体部３０の外周に９０度間隔で断面十字型をなす第１〜第４ヒンジ３１〜３４が設けられている。
前記各ヒンジ３１〜３４においては、第１、第３ヒンジ３１、３３が互いに対向配置され、第２、第４ヒンジ３２、３４が互いに対向配置されている。

前記第１、第２ヒンジ３１、３２の外端には、弧状をなす第１、第２接続体４０、４１が接続され、前記第３、第４ヒンジ３３、３４の外端には、弧状をなす第３、第４接続体４２、４３が接続されている。
前記第１、第３接続体４０、４２（又は前記第２、第４接続体４１、４３）には、前記二軸テーブル５が前記筒体６を介して接続されて可動側Ａとなり、前記第２、第４接続体４１、４３（又は前記第１、第３接続体４０、４２）が前記シャフト３に接続されて固定側Ｂが形成されている。

従って、図１の中心線Ｆから右側は、第１接続体４０に二軸テーブル５が接続されて可動する可動側Ａを示す第１半断面図であり、図１の中心線Ｆから左側は、第２接続体４１がシャフト３に接続されて固定される固定側Ｂを示す第２半断面図である。
尚、前述の各ヒンジ３１〜３４は、何れも図２の矢印Ｃの方向に回転するようにねじることができる材質で構成されている。

次に、前述の構成において、実際に二軸テーブル５を二軸方向に微小角度駆動する場合について述べる。
まず、図１及び図２の状態において、前記第１、第３トルカ２０、２２の何れかを駆動させることにより第１、第３磁石７、９を介して前記二軸テーブル５は、図２のＸ軸方向に沿って傾動する。尚、この場合は、前記第２、第４ヒンジ３２、３４が矢印Ｃ方向にねじれる。

また、前述と逆に、前記第２、第４トルカ２１、２３の何れかを駆動させることにより第２、第４磁石８、１０を介して前記二軸テーブル５は、図２のＹ軸方向に沿って傾動する。尚、この場合は、前記第１、第３ヒンジ３１、３３が矢印Ｃ方向にねじれる。
従って、各駆動トルカ２０〜２３の駆動を選択的に行うことにより、前記フレクチャヒンジ体４を介して前記二軸テーブル５をＸ軸方向又はＹ軸方向に沿う微小角度の傾動を自在に行うことができる。

次に、図４は、図１の二次元型テーブル微小角度駆動機構の制御系を示すブロック図である。図において、前記各磁石７〜１０、前記駆動トルカ２０〜２３、及び前記フレクチャヒンジ体４から構成された駆動手段５０の動作は、駆動制御手段５１により制御される。この駆動制御手段５１には、指定傾斜角入力手段５２、及び補正手段５３が接続されている。

前記指定傾斜角入力手段５２は、例えばＸ軸に沿って２．７°かつＹ軸に沿って３．６°等、二軸テーブル５の傾斜角を指定する指定傾斜角５２ａを前記駆動制御手段５１及び前記補正手段５３に入力するためのものである。

前記補正手段５３には、傾斜角検出手段５４と、補正用誤差データ記憶手段５５とが接続されている。傾斜角検出手段５４は、前記第１、第２テーブル角検出器１１、１２（図１参照）から構成されており、二軸テーブル５のＸ，Ｙ軸に沿う傾斜角５４ａを検出する。

ところで、この実施の形態の二次元型テーブル微小角度駆動機構では、図１〜図３で示したように、前記フレクチャヒンジ体４の前記第１〜第４ヒンジ３１〜３４のねじれにより、二軸テーブル５が傾動される。このねじれによるＸ，Ｙ軸の傾動は、互いに影響を及ぼし合い、傾斜角に誤差が生じる。この傾斜角の誤差は、一定ではなく、Ｘ軸に沿う傾斜角とＹ軸に沿う傾斜角との組み合わせにより変化する。

補正用誤差データ記憶手段５５は、Ｘ軸に沿う傾斜角とＹ軸に沿う傾斜角との組み合わせ毎の補正用誤差データ５５ａを記憶している。前記補正手段５３は、補正用誤差データ記憶手段５５の補正用誤差データ５５ａを用いて、前記指定傾斜角入力手段５２からの指定傾斜角５２ａにおける補正量を求め、この求めた補正量を用いて、前記傾斜角検出手段５４が検出した傾斜角５４ａを補正する。駆動制御手段５１は、補正手段５３によって補正された補正傾斜角５３ａと、前記指定傾斜角入力手段５２からの指定傾斜角５２ａとの差に基づいて、前記駆動手段５０の動作を制御する。

次に、図５は、図４の補正用誤差データ記憶手段５５が記憶している補正用誤差データ５５ａを示す説明図である。ここで、補正用誤差データ５５ａを、すべての傾斜角の組み合わせ、すなわち傾斜角の連続的な変化に対応させて準備できれば補正精度を高めることができるが、データの容量が非常に大きくなってしまい現実的では無い。この実施の形態では、前記Ｘ軸に沿う傾斜角と前記Ｙ軸に沿う傾斜角とを軸とした二次元座標系６０において、例えば１°間隔等、所定角度間隔の前記各傾斜角の組み合わせからなる複数の設定点６１を設定し、この格子状の設定点６１毎に、補正用誤差データ５５ａを補正用誤差データ記憶手段５５に記憶させるようにしている。

次に、図６は、図４の補正手段５３による補正量の算出方法を示す説明図である。図において、前記指定傾斜角入力手段５２からの指定傾斜角５２ａは、Ｘ軸に沿う傾斜角とＹ軸に沿う傾斜角との組み合わせであるので、二次元座標系６０上に示すことができる。補正手段５３は、指定傾斜角５２ａと一致する設定点６１が有ると判定した場合に、その設定点６１の補正用誤差データ５５ａを指定傾斜角５２ａでの補正量として用いる。

しかしながら、入力された指定傾斜角５２ａと一致する設定点６１が無い場合もある。補正手段５３は、指定傾斜角５２ａと一致する設定点６１が無いと判定した場合、その指定傾斜角５２ａに近い設定点６１の補正用誤差データ５５ａを用いて、指定傾斜角５２ａでの補正量を算出する。

具体的には、補正手段５３は、入力された指定傾斜角５２ａを囲む４つの設定点６１を二次元座標系６０上から抽出する。ここで、図６に示すように、指定傾斜角５２ａのＸ軸及びＹ軸に沿う傾斜角の組み合わせを（Ｘ，Ｙ）、指定傾斜角５２ａを囲む各設定点６１の各傾斜角の組み合わせを（Ｘｎ，Ｙｍ），（Ｘｎ＋１，Ｙｍ），（Ｘｎ，Ｙｍ＋１），（Ｘｎ＋１，Ｙｍ＋１）とする。すなわち、（Ｘｎ，Ｙｍ）等は二次元座標系６０上での設定点６１の座標を示しており、各設定点６１を特定するものである。また、各設定点（Ｘｉ，Ｙｊ）での前記Ｘ軸に沿う傾斜角の補正用誤差データをＰ（Ｘｉ，Ｙｊ）、及び前記各設定点（Ｘｉ，Ｙｊ）での前記Ｙ軸に沿う傾斜角の補正用誤差データをＱ（Ｘｉ，Ｙｊ）とする。

このとき、補正手段５３は、次の式（１）〜（３）に基づいて前記指定傾斜角５２ａでのＸ軸に沿う補正量ΔＸを求める。
すなわち、補正点（Ｘｎ，Ｙｍ），（Ｘｎ＋１，Ｙｍ）間での指定傾斜角５２ａに対応する補正用誤差データＡを求めるとともに、補正点（Ｘｎ，Ｙｍ＋１），（Ｘｎ＋１，Ｙｍ＋１）間での指定傾斜角５２ａに対応する補正用誤差データＢを求める。また、前記Ｙ軸方向に沿う前記指定傾斜角５２ａ及び補正点（Ｘｎ，Ｙｍ）間のずれ量と、前記Ｙ軸方向に沿う前記指定傾斜角５２ａ及び補正点（Ｘｎ，Ｙｍ＋１）間のずれ量との比を考慮して、補正用誤差データＡ，Ｂから補正量ΔＸを求める。

また、補正手段５３は、次の式（４）〜（６）に基づいて前記指定傾斜角５２ａでのＹ軸に沿う補正量ΔＹを求める。
すなわち、補正点（Ｘｎ，Ｙｍ），（Ｘｎ，Ｙｍ＋１）間での指定傾斜角５２ａに対応する補正用誤差データＣを求めるとともに、補正点（Ｘｎ＋１，Ｙｍ），（Ｘｎ＋１，Ｙｍ＋１）間での指定傾斜角５２ａに対応する補正用誤差データＣを求める。また、前記Ｘ軸方向に沿う前記指定傾斜角５２ａ及び補正点（Ｘｎ，Ｙｍ）間のずれ量と、前記Ｘ軸方向に沿う前記指定傾斜角５２ａ及び補正点（Ｘｎ＋１，Ｙｍ）間のずれ量との比を考慮して、補正用誤差データＣ，Ｄから補正量ΔＹを求める。

本発明の実施の形態１による二次元型テーブル微小角度駆動機構を示す断面図である。 図１の異なる角度からの半断面図を一体とした断面図である。 図２の側面図である。 図１の二次元型テーブル微小角度駆動機構の制御系を示すブロック図である。 図４の補正用誤差データ記憶手段が記憶している補正用誤差データを示す説明図である。 図４の補正手段による補正量の算出方法を示す説明図である。

符号の説明

５０ 駆動手段
５１ 駆動制御手段
５２ 指定傾斜角入力手段
５２ａ 指定傾斜角
５３ 補正手段
５３ａ 補正傾斜角
５４ 傾斜角検出手段
５４ａ 傾斜角
５５ 補正用誤差データ記憶手段
５５ａ 補正用誤差データ
６０ 二次元座標系
６１ 設定点

Claims (2)

1. 互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿って傾動される二軸テーブル（５）と、
   前記二軸テーブル（５）に接続され、前記二軸テーブル（５）を傾動駆動する駆動手段（５０）と、
   前記駆動手段（５０）に接続され、前記駆動手段（５０）の動作を制御する駆動制御手段（５１）と、
   前記駆動制御手段（５１）に接続され、前記二軸テーブル（５）の指定傾斜角（５２ａ）を入力する指定傾斜角入力手段（５２）と、
   前記二軸テーブル（５）に接続され、前記二軸テーブル（５）の前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に沿う傾斜角（５４ａ）を検出する傾斜角検出手段（５４）と、
   前記駆動制御手段（５１）、前記指定傾斜角入力手段（５２）、及び前記傾斜角検出手段（５４）に接続され、前記傾斜角検出手段（５４）により検出された前記傾斜角（５４ａ）を補正する補正手段（５３）と、
   前記補正手段（５３）に接続され、前記傾斜角（５４ａ）を補正するための補正用誤差データ（５５ａ）を記憶する補正用誤差データ記憶手段（５５）と、
   を備え、
   前記補正用誤差データ記憶手段（５５）は、
   前記Ｘ軸に沿う傾斜角と前記Ｙ軸に沿う傾斜角とを軸とした二次元座標系（６０）において、所定角度間隔の前記各傾斜角の組み合わせからなり格子状に設定された複数の設定点（６１）毎に、前記補正用誤差データ（５５ａ）を記憶しており、
   前記補正手段（５３）は、
   前記二次元座標系（６０）の前記各設定点（６１）の中から前記指定傾斜角（５２ａ）を囲む前記設定点（６１）を抽出するとともに、この前記指定傾斜角（５２ａ）を囲む前記設定点（６１）の前記補正用誤差データ（５５ａ）に基づいて、前記指定傾斜角（５２ａ）における補正量ΔＸ，ΔＹを求め、この補正量ΔＸ，ΔＹを用いて前記傾斜角（５４ａ）を補正し、
   前記駆動制御手段（５１）は、
   前記補正手段（５３）により補正された補正傾斜角（５３ａ）と前記指定傾斜角（５２ａ）との差に基づいて、前記駆動手段（５０）の動作を制御することを特徴とする二次元型テーブル微小角度駆動機構。
2. 前記補正量算出手段は、
   前記指定傾斜角の前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に沿う傾斜角の組み合わせを（Ｘ，Ｙ）、前記指定傾斜角を囲む前記各設定点の前記各傾斜角の組み合わせを（Ｘｎ，Ｙｍ），（Ｘｎ＋１，Ｙｍ），（Ｘｎ，Ｙｍ＋１），（Ｘｎ＋１，Ｙｍ＋１）、前記各設定点（Ｘｉ，Ｙｊ）での前記Ｘ軸に沿う傾斜角の補正用誤差データをＰ（Ｘｉ，Ｙｊ）、及び前記各設定点（Ｘｉ，Ｙｊ）での前記Ｙ軸に沿う傾斜角の補正用誤差データをＱ（Ｘｉ，Ｙｊ）として（但し、ｎ，ｍ，ｉ，ｊは任意の整数）、
   次の式（１）〜（３）に基づいて前記指定傾斜角でのＸ軸に沿う補正量ΔＸを求め、
   

   

   次の式（４）〜（６）に基づいて前記指定傾斜角でのＹ軸に沿う補正量ΔＹを求める
   

   

   ことを特徴とする請求項１記載の二次元型テーブル微小角度駆動機構。

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