JP5972231B2 - 偏芯調整装置 - Google Patents

Description

この発明は、回転体をシャフトに固定する際、回転体のシャフトに対する偏芯量を調整することができる偏芯調整装置に関するものである。

例えば、従来のサーボモータ製造装置としては、回転ディスクが固定配置されるシャフトの回転軸と回転ディスクのディスク中心とが一致するように回転ディスクの位置調整を行うリニアモータとリニアエンコーダヘッド及び偏心量算出部を有しているものがあった。そしてリニアエンコーダヘッドの出力信号は、偏心量算出部により、例えばＡ／Ｄ変換された後、回転ディスクの位置信号に換算される。そして、この位置信号は制御装置に入力され、制御装置からの出力信号がリニアモータに入力される。その結果、リニアモータは、制御装置の指令値通りに駆動する。この場合回転ディスクの外側の側面をリニアモータにおけるヘッドなどによって押すものであり、回転ディスクの偏芯をなくすように調整している。通常このような装置では、偏芯量の検出、調整を規定の偏芯量になるまで繰返し行なうものである（例えば特許文献１）。

特開２０１２−１６８０６６号公報（図６）

サーボモータの高性能化（高速化、高分解能化）に伴い、円板の偏芯許容量が小さくなり、更なる（マイクロメータオーダーの）高精度調整が望まれるようになっている。しかし現状の装置では、円板と調整ヘッドの接触が感知できないことにより、位置調整機構が目標調整位置を通過してしまうという欠点があった。その結果繰返し偏芯量の計測と調整を行なわなければならず、生産性が悪化するという問題点があった。

この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、円板の僅かな偏芯量を短時間で調整することのできる偏芯調整装置を得ることを目的としている。

この発明に係る偏芯調整装置は、被固定体に被調整物を固定する際、被調整物の被固定体に対する偏芯量を調整するものであって、被調整物の被固定体が固定される側とは反対側において被調整物を所定の荷重で押さえ付ける第１のアクチュエーターと、移動可能なステージ上に配置された前方ストッパー及び後方ストッパーと、ステージ上に配置されるとともに前方ストッパー及び後方ストッパーの間を移動し、被調整物の外側を押すことにより被調整物の偏芯量を調整する調整ヘッドと、調整ヘッドを前方ストッパーに押し付ける第２のアクチュエーターを備え、第２のアクチュエーターによる押付け力は、被調整物と被固定体の間の静止摩擦力および被調整物と第１のアクチュエーターの静止摩擦力の和から、ステージと調整ヘッドとの間の摺動抵抗による摩擦力を減じた力よりも小さくなるように設定したものである。

上記のように構成された偏芯調整装置によれば、調整ヘッドが被調整物（スケール円板）の位置を正確に感知できるため、調整ヘッドが目標調整位置を通過することがない。すなわち、偏芯量の計測回数及び偏芯量の調整回数を減らすことができ、装置の組立時間を短縮することができる。

実施の形態１による偏芯調整装置を示す概略図である。 実施の形態１によるスケール円板を示す平面図である。 スケール円板の偏芯を計測した際における１回転の測定値を示す図である。 偏芯調整装置の原理を説明するための概略図である。 実施の形態１による偏芯調整装置を示す概略図である。 実施の形態１による偏芯調整装置を示す概略図である。 実施の形態１による偏芯調整装置を示す概略図である。 ステージの移動速度と移動距離との関係を示す図である。 実施の形態２による偏芯調整装置を示す概略図である。 実施の形態２による偏芯調整装置の一部を示す概略図である。 実施の形態３による偏芯調整装置を示す概略図である。 ステージの移動速度と移動距離との関係を示す図である。

実施の形態１．
以下この発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１は実施の形態１による偏芯調整装置を示す概略図であり、この偏芯調整装置は、スケール円板１（被調整物）をシャフト２（被固定体）に固定する際、スケール円板１のシャフト２に対する偏芯量を調整するものである。図１において、スケール円板１のシャフト２に対する位置を調整する方法について説明する。スケール円板１はシャフト２の上に配置され、シャフト２はモータ５に連結されている。またスケール円板１はアクチュエーター３（第１のアクチュエーター）によって、円板押さえ４を介して所定の荷重でシャフト２に押さえ付けられている。尚アクチュエーター３はスケール円板１をシャフト２の上面に倣わすとともに、回転中にスケール円板１が遠心力によって動かないようにするために設けられている。

図２はスケール円板１を示す平面図である。図２に示すように、スケール円板１には、振れ計測用の真円パターン１ａが配置されており、これと基準真円の振れ幅の差が振れの変位として求められる。具体的にはモータ５を回転させながら、真円パターン１ａの位置を計測できる機能を有するセンサー６にて、真円パターン１ａの位置を計測する。センサー６としては光学的に検出するセンサー及びカメラ（画像処理にて真円パターン１ａ位置を認識）等がある。またモータ制御装置７からモータ５の回転角度情報がコントローラ９に入力されるとともに、センサー６が計測したスケール円板位置情報はセンサー制御装置８を介してコントローラ９に入力され、スケール円板１が最も突き出している方向とその偏芯量を計測する。又基準真円はコントローラ９に記憶されている。図３はスケール円板の偏芯を計測した際における１回転の測定値を示す図である。図において、横軸は回転角度（ｄｅｇ）、縦軸は芯振れの量（μｍ）を示している。

偏芯量の調整は、スケール円板１の偏芯量を測定後、最もスケール円板１が突き出している角度位置へモータ５を回転させ、調整ヘッド１０が配置されている位置と一致させる。そしてステージ１１を移動させ、調整ヘッド１０をスケール円板１の外側に押し込むことにより、スケール円板１の偏芯量を調整する。調整回数を少なくするために、調整ヘッド１０は次のような構造を有する。

図４は偏芯調整装置の原理を説明するための概略図であり、後で述べる図６の状態から図７の状態への過渡期を示すものである。偏芯調整装置におけるステージ１１上面には、スケール円板１とシャフト２の間の静止摩擦力以下の摺動抵抗（動摩擦力）で調整ヘッド１０に対し摺動するガイド１２が固定されており、ガイド１２上に調整ヘッド１０が配置されている。調整ヘッド１０がスケール円板１と接触していないときは、バネ力や電磁力などを用いたアクチュエーター２０（第２のアクチュエーター）により調整ヘッド１０は前方ストッパー１３に押しつけられている。

この押付け力ｆ_１は、スケール円板１とシャフト２の間の静止摩擦力Ｆ_１およびスケール円板１と円板押さえ４の静止摩擦力Ｆ_２の和から、ガイド１２の摺動抵抗による摩擦力ｆ_２を減じた力よりも小さくなるように設定されている（図４参照）。即ち以下の式が成立する。
ｆ_１＜Ｆ_１＋Ｆ_２−ｆ_２
そしてアクチュエーター２０により調整ヘッド１０を前方ストッパー１３に押付ける力ｆ_１を上記の式が満たされるように調整することで、調整ヘッド１０がスケール円板１に接触しても、スケール円板１がシャフト２及び円板押さえ４に対して動かない様になっている。

ステージ１１上面には前方ストッパー１３および後方ストッパー１４が配置され、調整ヘッド１０が移動するストローク量を管理する機構が設けられている。更に前方ストッパー１３および後方ストッパー１４には、調整ヘッド１０が接触したことを感知することができる前方接触感知センサー１５および後方接触感知センサー１６が設けられている。前方接触感知センサー１５および後方接触感知センサー１６は、コントローラ９に対して接触感知した信号を出力し、コントローラ９からステージ制御装置１７を介しステージ１１の移動速度を制御するようになっている。

図５〜図７は偏芯調整装置を示す概略図であり、これら図５〜図７によって調整ヘッド１０がスケール円板１に接触したことを感知する方法について説明する。スケール円板１の調整は以下に示す流れで行われる。図５はスケール円板１に調整ヘッド１０が接触する前の状態を示している。調整ヘッド１０はスケール円板１と接触していない為、調整ヘッド１０は前方ストッパー１３に接触している状態を維持している。この位置から、調整ヘッド１０がスケール円板１と接触する方向にステージ１１を移動させると、図６に示すように、スケール円板１と調整ヘッド１０が接触する状態になる。

さらにステージ１１を移動させると、ガイド１２の摺動抵抗ｆ_２と調整ヘッド１０に働く押付け力ｆ_１との和が、スケール円板１とシャフト２との間の静止摩擦力Ｆ_１およびスケール円板１と円板押さえ４との間の静止摩擦力Ｆ_２の和よりも小さいため、スケール円板１がシャフト２及び円板押さえ４からずれることがなく、調整ヘッド１０が後方ストッパー１４の方向へ移動することができ、前方接触感知センサー１５からコントローラ９に対して調整ヘッド１０が前方ストッパー１３から離れたことを伝える信号を送る。

さらに、調整ヘッド１０がスケール円板１を押す方向にステージ１１を移動させると、調整ヘッド１０が後方ストッパー１４と接触し、この接触位置を後方接触感知センサー１６が感知する（図７の状態）。調整ヘッド１０と後方ストッパー１４が接触した後、スケール円板１と後方ストッパー１４により調整ヘッド１０が挟まれた状態で、計測された偏芯量だけステージ１１を移動させ、スケール円板１の位置調整を行う。

次に図８に基づいてステージ１１による調整量制御方法について説明する。図８の縦軸はステージ１１の移動速度ｖを示すとともに、横軸はステージ１１の移動開始位置（図５）からの移動距離Ｌを示している。ステージ移動開始直後から調整ヘッド１０が前方接触感知センサー１５を離れるまで、すなわち前方接触感知センサー１５がＯＦＦになるまではステージ１１を高速に移動させる。図８におけるＡで示された位置は前方接触感知センサー１５がＯＦＦになる位置を示している。そして前方接触感知センサー１５がＯＦＦになった直後からステージ１１を減速させ、前方接触感知センサー１５から後方接触感知センサー１６までの距離だけステージ１１が移動され、後方接触感知センサー１６がＯＮとなったときに速度を０とする（停止する）ようコントローラ９およびステージ制御装置１７が制御する。図８におけるＢで示された位置は後方接触感知センサー１６がＯＮになる位置を示している。

後方接触感知センサー１６に調整ヘッド１０が接触したことを感知した後に、スケール円板１の偏芯量だけステージ１１を移動させ、スケール円板１の位置調整を行う。このような構成によれば、スケール円板１の外形に調整ヘッド１０が接触したことを確実に感知することができるため、従来のように繰返し偏芯量の計測と調整を行なう必要がなくなる。また、調整ヘッド１０が前方ストッパー１３および後方ストッパー１４に接触していることを監視し、ステージ１１の移動速度を調整する機構（コントローラ９、ステージ制御装置１７）が設けられているので、スケール円板１の位置調整を行う際、ステージ１１の移動速度を最適化した状態でスケール円板１を調整できる。更には接触を感知するまでのステージ１１の移動速度をできる限り高速にすることができる。以上より偏芯調整装置による調整時間を短縮することができる。

実施の形態２．
図９は実施の形態２による偏芯調整装置を示す概略図であり、図において、前方接触感知センサー１５および後方接触感知センサー１６を用いず、その代わりに調整ヘッド１０の可動方向の位置（図９における横方向の位置であり、ステージ１１上の位置）を非接触で測定することのできる距離センサー１８（例えばレーザ変位計）をステージ１１上に取り付けたものである。調整ヘッド１０と前方ストッパー１３が接触しているときの調整ヘッド１０と距離センサー１８の間の長さを距離センサー１８が予め測定するとともに、調整ヘッド１０と後方ストッパー１４が接触したときの距離センサー１８が示す値Ｘ（図１０）を事前に計測し、コントローラ９で記憶する。これにより距離センサー１８で調整ヘッド１０の位置をモニターすることができるので、調整ヘッド１０が前方ストッパー１３から離れたこと、及び調整ヘッド１０が後方ストッパー１４に接触したことを感知することができる。

このような構成によれば、調整ヘッド１０が前方ストッパー１３から離れたことを感知できるとともに、調整ヘッド１０と後方ストッパー１４の距離を常にモニターすることができるので、調整ヘッド１０がスケール円板１と接触し、調整ヘッド１０が前方ストッパー１３から離れた後のステージ１１の移動速度を、調整ヘッド１０と後方ストッパー１４との間の距離に応じて、図８に示すように最適化することができる。

実施の形態３．
図１１は実施の形態３による偏芯調整装置を示す概略図、図１２はステージの移動速度と移動距離との関係を示す図であり、本実施形態は接点式の位置調整機構を用いたものである。調整ヘッド１０が前方ストッパー１３に接触しているとき（調整ヘッド１０がスケール円板１に接触していないとき）の調整ヘッド１０と後方ストッパー１４の距離Ｄ_０を予め図示しない測定器により計測し、把握する。そしてスケール円板１が調整ヘッド１０に接触した後（前方接触感知センサー１５のＯＦＦ後）、後方ストッパー１４までの移動量（Ｄ_０）に偏芯調整量Ｄ_１を加算した分が調整ヘッド１０の移動量となるようステージ制御装置１７により制御する。この際ステージ制御装置１７は図１２に示すように、前方接触感知センサー１５がＯＦＦになった直後からステージ１１を減速させ、調整ヘッド１０が移動量（Ｄ_０）＋偏芯調整量Ｄ_１の距離を移動したときにステージ１１の速度が０となるよう制御する。

以上のように構成することにより、後方ストッパー１４に調整ヘッド１０が接触したことを感知する必要がなくなる。従って実施の形態１、２と同様の効果を得ると共に、より高速にスケール円板１の位置調整を行うことができる。
尚本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

３ 第１のアクチュエーター、１０ 調整ヘッド、１１ ステージ、
１３ 前方ストッパー、１４ 後方ストッパー、１５ 前方接触感知センサー、
１６ 後方接触感知センサー、１７ ステージ制御装置、１８ 距離センサー、
２０ 第２のアクチュエーター。

Claims (6)

1. 被固定体に被調整物を固定する際、上記被調整物の上記被固定体に対する偏芯量を調整する偏芯調整装置であって、
   上記被調整物の上記被固定体が固定される側とは反対側において上記被調整物を所定の荷重で押さえ付ける第１のアクチュエーターと、
   移動可能なステージ上に配置された前方ストッパー及び後方ストッパーと、
   上記ステージ上に配置されるとともに上記前方ストッパー及び上記後方ストッパーの間を移動し、上記被調整物の外側を押すことにより上記被調整物の偏芯量を調整する調整ヘッドと、
   上記調整ヘッドを上記前方ストッパーに押し付ける第２のアクチュエーターを備え、
   上記第２のアクチュエーターによる押付け力は、上記被調整物と上記被固定体の間の静止摩擦力および上記被調整物と上記第１のアクチュエーターの静止摩擦力の和から、上記ステージと上記調整ヘッドとの間の摺動抵抗による摩擦力を減じた力よりも小さくなるように設定したことを特徴とする偏芯調整装置。
2. 上記前方ストッパーに設けられ上記調整ヘッドが上記前方ストッパーに接触したことを感知する前方接触感知センサーと、
   上記後方ストッパーに設けられ上記調整ヘッドが上記後方ストッパーに接触したことを感知する後方接触感知センサーを備えたことを特徴とする請求項１記載の偏芯調整装置。
3. 上記調整ヘッドの可動方向の位置を非接触で測定することのできる距離センサーを上記ステージ上に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の偏芯調整装置。
4. 上記ステージの移動速度を制御する制御装置を設け、上記制御装置は上記調整ヘッドが上記前方ストッパーから離れた直後から上記ステージを減速させ、上記調整ヘッドが上記後方ストッパーに接触したときに上記ステージの速度を０とすることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の偏芯調整装置。
5. 上記前方ストッパーに設けられ上記調整ヘッドが上記前方ストッパーに接触したことを感知する前方接触感知センサーを備え、
   上記前方接触感知センサーがＯＦＦになった後、上記調整ヘッドが上記前方ストッパーに接触しているときの上記調整ヘッドと上記後方ストッパーの予め計測された距離に偏芯調整量を加算した値が上記調整ヘッドの移動量となるよう制御することを特徴とする請求項１記載の偏芯調整装置。
6. 上記ステージの移動速度を制御する制御装置を設け、上記制御装置は上記調整ヘッドが上記前方ストッパーから離れた直後から上記ステージを減速させ、上記予め計測された距離に上記偏芯調整量を加算した値だけ上記調整ヘッドが移動したときに上記ステージの速度を０とすることを特徴とする請求項５に記載の偏芯調整装置。

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