JPH01252336A - 工具微動台 - Google Patents

工具微動台

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JPH01252336A
JPH01252336A JP63080083A JP8008388A JPH01252336A JP H01252336 A JPH01252336 A JP H01252336A JP 63080083 A JP63080083 A JP 63080083A JP 8008388 A JP8008388 A JP 8008388A JP H01252336 A JPH01252336 A JP H01252336A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、工具の精密位置決めを行う超精密加工用［用
工具微動台に関するものであり、特にその動剛性を改善
するための制御系を備えた工具微動台に関するものであ
る。
［従来の技術］ 超精密加工用の工具ｌＩＬ動台として、圧電素子アクチ
ュエータにより弾性支持案内部材で支持された工具を変
位させるものは既に知られている。
この種の工具微動台においては、工具の変位量を圧電素
子アクチュエータの印加電圧にフィードバックする閉ル
ープ制御を行う必要かある。その主な理由は、（り圧電
素子のヒステリシス特性の影響を除去しないと、精密な
エルの位置決めを行うことかてきないこと、（の剛性が
不足しているので、それを閉ループ制御等て補う必要か
あること、Ｑ）ばねと可動部の質量て決まる固有振動数
の鋭い共振特性かあるため、それを避ける必安かあるこ
と、などである。
ヒ記の問題の解決を図るようにした従来の典型的な閉ル
ープ制御系は、第５１：Ａに示すように、閉ループの中
にノウチフィルタを設けることにより、工具台の共振を
キャンセルするものか一般的であり、これにより特性を
平坦化し、またループ中の積分器で低周波域でのループ
ゲインを稼いでいる。
しかしながら、このような制御系では、静特性（ヒステ
リシス特性）、動特性（周波数特性の平坦化）、及び０
剛性（静的な力に対して変位を最小限にする）は改善さ
れても、動剛性の改簿には効果かない。
［発明か解決しようとする課題］ 本発明の技術的課題は、Ｌ記動剛性の改善をも行うこと
か可能な閉ループ制御系を持った工具微動台を得ること
にある。
［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、本発明の工具微動台は、平行
移動する弾性支持案内部材により工具を支持し、その支
持案内部材に圧電素子アクチュエータにより変位を与え
、変位検出センサによってＩＡの変位量を検出して閉ル
ープ制御を行うようにした工具微動台において、上記変
位検出センサの土カを状ｙム観測器に入力して得られる
速度信号の推定値を圧電素子アクチュエータの印加電圧
にフィードバックし、それによって周波数応答を平坦化
するという技術的手段を用いている。
［作　用］ 圧電素子アクチュエータに電圧か印加されると、電圧に
応じて工具台か変位し、この変位は変位検出センサによ
り検出され、状態観測器に入力される。状態観測器にお
いては、速度信号の推定値か求められ、これか圧電素子
アクチュエータの印加電圧にフィードバックされる。
この閉ループ制御により、静特性、動特性及び０剛性か
改善されるばかりでなく、周波数応答を、平坦化し、即
ち動剛性の改善をも行うことがてきる。
［実施例］ 第１図は本発明に係る工具微動台の制御系全体の構成を
示している。
同図においては、工具台自体の構成を詳細に示していな
いか、従来から知られているように、基台上の平行板バ
ネ機構からなる弾性支持案内部材により支持された微動
台に工具を取付け、その平行板ハネ機構を圧電素子アク
チュエータて変位させるようにしたものである。
従って、圧電素子アクチュエータに電圧か印加されると
、その電圧に応して工具か切り込み方向に変位し、その
変位か変位検出センサ、例えば上記平行板ばね機構に貼
着した抵抗線ひずみゲージまたは非接触変位計等により
検出され、その出力か微動台の変位信号として閉ループ
制御のためにフィードバックされる。
工具−工作物間の相対コンプライアンス伝達関数の切込
み方向成分の最大負実部は、それ力）小さいほど再生び
びり振動か発生しにくいことか知られている。例えば、
アルミニウムのように比切削抵抗Ｋｄか小さい軟質金属
ては、大して問題にはならないか、ニッケル等の硬質金
属やセラミックス等の脆性材料の超精密切削では、上記
最大負実部か小さいことか、即ち動剛性か大きいことか
、°安定な切削を行う上で不可欠である。
上記制御系は、この最大負実部を小さくすることを可能
にしたものであり、そのため、特に上記変位検出センサ
の出力を増幅器て増幅したのち、状態観測器に入力し、
それによって得られる速度信号の推定値を圧電素子アク
チュエータの印加電圧にフィードバックするように構成
している。
一般に、共振を抑制するための制御系においては、速度
信号を入力側ヘフィートハックすることか行われ、モー
タの回転制御等てはタコジェネレータやロータリーエン
コータ出力の微分信号から速度信号を得ている。
しかるに、本発明か対象としているような超精密位置決
めを行う工具台の場合には、その超精密位置決めのため
に適用可能な高分解能かつ小型の速度検出器か得かたい
という問題かある。そこで、このような速度検出器等の
必要をなくし、変位信号Ｘと工具台への制御入力Ｕとを
用いて、速度信号灸の推定値交を発生させる状態ｇＪｌ
測器（ステートオツザーバ）によって速度信号を得てい
る。
その変位信号Ｘと速度信号品とを適当なゲイン（ｋ＋　
、に２）で入力側にフィードバックすることにより、上
記周波数特性を平坦化し、共振を抑制することかできる
。
状態観測器は、上述したように、変位信号と工具台への
制御入力とを用いて、速度信号の推定値を発生させるも
のであるか、その速度信号の推定値は次のように表わさ
れる。
即ち、工具台の応答を、 ｘ＋２ζωｏＸ＋ωｏ′ｘ＝ｋｕ と仮定するとき、 ｚ＝（−ω、２−１）　ｚ＋　（−２ζ（１１０（（ｉ
）０”十文）　ｕ）ｘ＋ｋｕて表わされる動的システム
から得られるＭ＝ｚ十文Ｘ か速度Ｘの推定値になる。ここて、文は任意の十分に大
きな正の値とする。
また、゛第１図に示す制御系においては、上記変位検出
センサにより検出した変位信号を増幅器で増幅した後、
それを指令電圧と比較するように形成し、それらの差に
相当する信号の低周波部分のゲインを調整する積分器、
位相を補償するためのり−トフィルタ、必要のない帯域
ての共握をカットする二つのローパス・フィルタ、並び
に駆動アンプ等を備えている。
上記構成を有する工具微動台においては、状態ＩＪｌ　
Ｊｌｌ器において速度信号の推定値か求められ、これか
圧電素子アクチュエータの印加電圧にフィードバックさ
れるため、静特性、動特性及び０剛性か改善されるばか
りでなく１周波数応答を平坦化し、即ち動剛性か効果的
に改善される。
第２図ないし第４図は、本発明の実施例及び比較例につ
いての特性の測定結果を示している。
第２図Ａ、Ｂは、上記実施例の周波数特性を示すもので
あり、周波数応答か平坦化できていることかわかる。
また、第３図Ａ、Ｂは動剛性の計測結果を示すものて、
図中のＯは閉ループ制御系を組まない場合　（オープン
ループ）、Ｎは従来のノツチフィルタを用いた制御系の
場合で、いずれも共振の位行にピークか存在し、動剛性
が改善されていない。
一方、図中のＳは、−上記実施例の場合を示すものであ
るか、共振部分て有効に剛性か改善されていることかわ
かる。
実際に外乱を加えてその応答を調べたのか第４図Ａ、Ｂ
で、同図Ｂは、同図Ａのインパルス入力を加えたときの
オープンループ、ノツチフィルタ利用の制御系、及び本
発明の実施例の場合についての三つの応答を示している
。オープンループ及びノツチフィルタ利用の制御系ては
振動か減衰しないで比較的長時間にわたって継続してい
るのに対し本発明の実施例の場合には、それか短時間に
減衰している。
［発明の効果］ 以ヒに詳述した本発明の工具微動台によれば、静特性、
動特性及び０剛性はかりてなく、効果的に動剛性の改善
を行うことかり能な閉ループ制御系を持つ工具微動台を
得ることかできる。
【図面の簡単な説明】
ｆｆ５１図は本発明に係る工具微動台の制御系全体のフ
ロック構成図、第２図〜第４図各Ａ、Ｂは本発明の実施
例及び比較例についての特性のＪｌｌｌ疋結果を示す線
図、第５図は従来例についてのフロッり構成図である。 １）　　　　　　　〉 口　　　　　　　　〉 イ’ｎ　　牛呂　　　ｄｇ　　　　　　　　　　　　　
　７戻　輻　　　　αＢ第４図 ０　　　　１０　　　　２０　　　　　明暗間　ｍｓ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、平行移動する弾性支持案内部材により工具を支持し
    、その支持案内部材に圧電素子アクチュエータにより変
    位を与え、変位検出センサによって工具の変位量を検出
    して閉ループ制御を行うようにした工具微動台において
    、 上記変位検出センサの出力を状態観測器に入力して得ら
    れる速度信号の推定値を圧電素子アクチュエータの印加
    電圧にフィードバックし、周波数応答を平坦化した、 ことを特徴とする工具微動台。
JP63080083A 1988-03-31 1988-03-31 工具微動台 Expired - Lifetime JP2615392B2 (ja)

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