JP2009254089A - Ultrasonic linear stage - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波モータと回転−直線運動変換機構と位置センサであるリニアエンコーダで構成され、エンコーダによるフィードバック位置決めと、超音波モータの特性を利用した停止保持機能を併せ持つリニアアクチュエータを内蔵したステージに関するものである。 The present invention is a stage that includes an ultrasonic motor, a rotation-linear motion conversion mechanism, and a linear encoder that is a position sensor, and has a built-in linear actuator that has both feedback positioning by the encoder and a stop and hold function that utilizes the characteristics of the ultrasonic motor. It is about.
一般的な位置決め用リニアアクチュエータは回転力を直線運動に変換する方式であり、電磁モータとその背後に設置されたエンコーダと、ねじ送り機構を用いて構成されている。停止保持機能が必要な場合にはブレーキの付加が必要である。 A general positioning linear actuator converts a rotational force into a linear motion, and is configured using an electromagnetic motor, an encoder installed behind the electromagnetic motor, and a screw feed mechanism. If a stop and hold function is required, a brake must be added.
また、リニアモータなどを用いて直接に直線運動を作り出すリニアアクチュエータも存在している。位置決めはリニアエンコーダを用いることが多い。この場合停止保持機能はブレーキを付加するか、フィードバック制御にて位置補正を行って既定の範囲外への動きを規制して停止しているとみなしている。 There are also linear actuators that directly generate linear motion using a linear motor or the like. For positioning, a linear encoder is often used. In this case, the stop holding function assumes that the vehicle is stopped by adding a brake or performing position correction by feedback control to restrict movement outside the predetermined range.
1ミクロン以下の位置決め精度を要求されるリニアステージにおいて停止保持機能を持たせる場合にブレーキ機構を付加すると、ブレーキをかけたことで位置決め完了の位置がずれてしまうという現象が起こる。顕微鏡のステージなどでは、視野の上での被検位置が大きく外れるなどの問題となる。 If a brake mechanism is added when a linear stage that requires positioning accuracy of 1 micron or less is provided with a stop holding function, a phenomenon occurs in which the positioning completion position is shifted by applying the brake. On the stage of a microscope, there is a problem that the test position on the field of view is greatly deviated.
ブレーキを付加しないで停止機能を持たせるときに一般的にはフィードバック制御を用いる。エンコーダの分解能を十分に大きく取って、既定の範囲、例えば現在位置からプラスマイナス1信号の範囲を逸脱した際にこれを戻すように制御を行う。このときに2つの問題が発生してくる。
In general, feedback control is used when a stop function is provided without adding a brake. Control is performed so that the resolution of the encoder is sufficiently large, and this is returned when it deviates from a predetermined range, for example, the range of the plus /
最初の問題はエンコーダの分解能を大きく取ることで発生する。本来の位置決め分解能では必要のない性能を停止保持(本当に止まっている訳ではないが)させるために持たせることになるが、同じ速度で制御するためにはエンコーダの信号が密になるため制御側の応答仕様も上げなければならなくなるのでコスト上の問題となる。 The first problem occurs when the resolution of the encoder is increased. Performance that is not necessary with the original positioning resolution is given to stop and hold (although it does not really stop), but to control at the same speed, the encoder signal becomes dense, so the control side Since the response specification of the system must be raised, it becomes a problem in cost.
もう1つの問題は最大でもエンコーダのプラスマイナス1信号の範囲内では制御されないということである。この中では制御そのものが行われないので、ふらついても抑えられない。
Another problem is that it is not controlled within the range of the encoder plus or
本発明の目的を実現する構成は特許請求の範囲に記載した通りであり、具体的には超音波モータの特徴である駆動停止時に大きな保持力を持つという点に鑑み、それを精密位置決め装置のステージに組み込むことにより位置決めと静止安定を得ようとしたものである。この構成では、位置制御の分解能を必要最低限に抑えながら目的の位置で保持力を有した状態で静止させることができる。超音波モータそのものが駆動源であり、ブレーキでもある。 The configuration for realizing the object of the present invention is as described in the claims. Specifically, in view of having a large holding force when the drive is stopped, which is a feature of the ultrasonic motor, the configuration of the precision positioning device is used. It is intended to obtain positioning and stationary stability by incorporating it on the stage. With this configuration, the position control resolution can be kept at a desired position while holding the holding force while minimizing the resolution of the position control. The ultrasonic motor itself is the drive source and the brake.
また、ローラーとシャフトの接触部形状を図2のようにして確実な駆動を狙っているが、これは位置決め移動中の安定度を狙ったものではなく、停止時の保持力の向上が目的である。図1に示したようにシャフト側にエンコーダユニットをつけたことで、移動中の滑りやローラーの磨耗量で補正をかける必要がない構成とした。ローラーの材質は停止後の負荷変動が小さければゴムや樹脂のような軟質な物でよく、大きければ金属などの硬質のものにしておくとよい。 In addition, the shape of the contact part between the roller and the shaft is aimed at reliable driving as shown in Fig. 2, but this is not aimed at the stability during positioning movement, but for the purpose of improving the holding force at the time of stopping. is there. As shown in FIG. 1, the encoder unit is attached to the shaft side, so that it is not necessary to make corrections based on slippage during movement and the amount of wear of the rollers. The roller material may be a soft material such as rubber or resin if the load fluctuation after stopping is small, and it may be a hard material such as metal if it is large.
請求項1に記載の発明によれば、位置フィードバック制御で位置決めが完了すると、その瞬間に超音波モータが停止し大きな保持力を発生させるため、ブレーキなどによる位置ずれがなく、位置決め後の静止安定性がよいステージとなる。 According to the first aspect of the present invention, when positioning is completed by the position feedback control, the ultrasonic motor stops at that moment and generates a large holding force. It will be a good stage.
請求項2に記載の発明によれば、ローラーとシャフトの接触部形状をV溝状にすることにより静止保持力を高めることができる。
According to invention of
位置決め用途のリニアステージにエンコーダの分解能に頼らない良好な静止特性をたせるという目的を、ブレーキなどのデバイスを付加することなく実現した。
ハウジング外または可能な限りハウジング側端部に近い位置からイメージを入力するという目的を、最小の部品点数で、光学系構成部品の厚みを損なわずに実現した。
The objective of giving the linear stage for positioning a good static characteristic that does not depend on the resolution of the encoder was realized without adding a device such as a brake.
The objective of inputting an image from a position outside the housing or as close to the end of the housing as possible was realized with the minimum number of components and without sacrificing the thickness of the optical system components.
図3は本発明によるリニアステージの一実施例を示す概略図である。
1は超音波モータで、これの回転軸にローラー2が固定されており、モータはスイングアーム6に固定され、ベアリング11を中心に揺動するが、スプリング5によりシャフト3に押し付けられている。ベアリング11はピン7で内輪をベース8に固定されている。ステージのスライド機構は直動ベアリング9がテーブル10とベース8に固定されて構成される。テーブル10とシャフト3は固定され、これが移動体である。テーブル10にはエンコーダのスケール4aが固定されており、これとベース8に固定されたエンコーダヘッド4bにより位置センサを構成している。
FIG. 3 is a schematic view showing an embodiment of the linear stage according to the present invention.
超音波モータ1の構造は円板状振動子を持つ回転型の超音波モータである。モータの回転力がローラー4を介してシャフト5に伝わり、直線運動に変換されてベアリング6に支持されたテーブル9が左右に移動する。ローラー4とシャフト5の側圧はスプリング7によって安定して保持され、モータ1はスイングアーム2とベアリング3によりフローティング構造をなしている。
The structure of the
次に本実施例による位置決め−停止の動作を図4に示すタイミングチャートで説明する。 Next, the positioning / stopping operation according to this embodiment will be described with reference to a timing chart shown in FIG.
aがフィードバック制御による位置決めの波形である。位置決めが完了した後はエンコーダ最小分解能のプラスマイナス1信号の幅Aの中で動くが、これは制御できない。bは本発明のステージの波形である。位置決めが完了すればモータ停止により大きな保持力により静止し安定する。
a is a waveform of positioning by feedback control. After the positioning is completed, it moves within the width A of the plus /
1 超音波モータ
2 ローラー
3 シャフト
4a エンコーダスケール
4b エンコーダヘッド
5 スプリング
6 スイングアーム
7 ピン
8 ベース
9 直動ベアリング
10 テーブル
11 ベアリング
DESCRIPTION OF
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008097734A JP2009254089A (en) | 2008-04-04 | 2008-04-04 | Ultrasonic linear stage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008097734A JP2009254089A (en) | 2008-04-04 | 2008-04-04 | Ultrasonic linear stage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009254089A true JP2009254089A (en) | 2009-10-29 |
Family
ID=41314227
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008097734A Pending JP2009254089A (en) | 2008-04-04 | 2008-04-04 | Ultrasonic linear stage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009254089A (en) |
-
2008
- 2008-04-04 JP JP2008097734A patent/JP2009254089A/en active Pending
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