JPH02290087A

JPH02290087A - 位置決め装置

Info

Publication number: JPH02290087A
Application number: JP1110697A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Sasaki; 義晴佐々木; Kiyoshi Iwasaki; 清岩崎
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1990-11-29

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、小型で精密な位置決めが行なえる位置決め装
置に関するものである。

［従来の技術］例えば光フィルタにおいて、分光されて人力された光か
ら所望の波長のみの光を通過させて出力する場合、この
光の通過を制限する移動体をなすスリットの開閉機構と
して圧電アクチュエータが用いられていた。この圧電ア
クチュエー夕は小型かつ軽量であるとともに、直流電圧
を印加するだけで移動体であるスリットの移動を制御し
て位置決めが行なえるという利点を備えていることから
、構造の複雑なギヤ、モータやマイクロメータによる機
構に代わって使用されていた。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、圧電アクチュエータは印加電圧と変位量
との間に第４図に示すようなヒステリシス特性を有して
おり、印加電圧を上昇制御する場合と下降制御する場合
とでは各々変位量が異なるため精密な位置決めが行なえ
ないという問題があった。また、この種の圧電アクチュ
エー夕を用いて上述したスリットの移動を制御する場合
には，圧電アクチュエー夕のみの変位量では十分な移動
距離が得られないため、てこの原理を用いた拡大機構と
併用して変位量を得ており、この場合、圧電アクチュエ
ータ自身温度が上昇すると縮むという温度特性を有して
いるため、通常は拡大機構に圧電アクチュエータの温度
による誤差を相殺するべく線膨張率の異なる材料を使用
して温度の補正を行なっているが、それでも変位量にし
て約０．５ｕｍ／゜Ｃの誤差が生じ、精密な位置決めを
行なうことができなかった。

そこで、本発明は」二連した問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、圧電アクチコーエー夕におけ
る変位量のヒステリシスと温度特性による誤差を補正す
ることで、移動体を精密に位置決めすることができる位
置決め装置を提供することにある。

［課題を解決するだめの手段１」二記目的を達成するため、本発明による位置決め装置
は、移動体１２の移動を制御する圧電アクチュエータ７
に変位量を検出する歪ゲージ１３を設け、該歪ゲージの
検出による出力値と予め記・重された前記移動体の移動
量に対応する歪値との偏差に基づいて前記圧電アクチュ
エータの駆動を制御することを特徴としている。

［イ乍用］歪ゲージ１３は移動体１２の移動を制御する圧電アクチ
ュエータ７の変位量を検出し、この検出に基づく歪ゲー
ジ１３の出力値と予め紀・世された移動体１２の移動量
に対応する歪値との偏差に基づいて圧電アクチュエータ
７の駆動を制御する。

［実施例］第１図は本発明による位置決め装置の内部構成の一実施
例を示す区である。

この実施例による位置決め装置は、例えば入力された光
から所望の波長のみを通過させて出力する光フィルタに
おけるスリットの開閉装置として用いられるもので、変
位拡大機構１、設定部２、配憶部３、制御部４、変換部
５、駆動部６を備えて概略構成されている。

変位拡大機構１は圧電アクチュエータ７の変位量をてこ
の原理により拡大するもので、第２図に示すように略Ｌ
状をなす２つのレバー８，８を備えたフレーム９が圧電
アクチュエータ７の一端７ａに当接した状態で圧電アク
ヂュエータ７の周囲を覆うように配設されている。各レ
バー８，８の先端には圧電アクヂュエータフの変位量が
伝達されて拡大変位する板バネ】０が固設されている。

また、板バネ１０には取り付け部１１が設けられており
、この取り付け部１１には移動体■２が取り付けられる
ようになっている。また、板バネ１０の表裏面には４枚
の歪ゲージ１３が接着固定されている。これら歪ゲージ
１３のうち板バネ１０の表面に接着固定された歪ゲージ
は、圧電アクチュエータ７に電圧が印加されて板バネ１
０の曲率が大きく変位したときに抵抗値が滅少し、板バ
ネ１０の裏面に接着固定された他の歪ゲージは、逆に抵
抗値が増加しており、これら４枚の歪ゲージ１３で等価
回路を構成すると第３図に示すようになり、板バネ１０
の曲率の変化に伴って歪ゲージ１３からの出力電圧が変
化している。これにより、取り付け部１１の変位量（最
大変位量β）に対応して歪ゲージ１３から電圧が出力さ
れることになる。

従って、以」二説明した変位拡大機構１では、リード線
ｌ４に直流電圧が印加されると、圧電アクチュエータ７
が図中矢印Ｅ方向に伸び、フレム９のてこの原理によっ
て図中点Ｆを支点として２つのレバー８，８が互いに接
近して板バネ１０の曲率が大きく変位し、これにより取
り付け部１１が下方に移動する。そして、取り付け部１
１の変位量に伴って歪ゲージ１３から駆動部６に対して
信号（電圧）が出力される。

設定部２は圧電アクチュエータ７が駆動されて移動体１
２の取り付けられた取り付け部１１が所望量変位するよ
うに圧電アクチュエータ７を駆動するべく取り付け部１
１の変位量の設定を行なっている。

配憶部３は取り付け部ＩＩの変位量に対応する歪ゲージ
１３の出力値データが記・ｌされており、設定部２の設
定操作に従って制御部４の制御の元に読み出されて変換
部５に歪出力値データが出力されるようになっている。

変換部５はＡ／Ｄ変換回路によって構成され、設定部２
の設定操作による制御部４の制御に基づいて記・用部３
から読み出された所望の歪出力値データをデジタル信号
に変換して駆動部６に出力している。

駆動部６は増幅器６ａ，６ｂと比較器６Ｃとを備えて構
成されており、変換部５にてＡ／Ｄ変換されて供給され
る所望の歪値と、現在の駆動に基づく歪ゲージ１３から
の歪値との偏差を演算し、この演算された偏差は所定量
増幅されて圧電アクチュエータ７側に出力され、この偏
差が相殺されるように圧電アクチュエータ７の印加電圧
を加減制御している。

次に、上記のように構成される位置決め装置の動作につ
いて説明する。

まず、実際に移動体１２を移動制御するに当たって取り
付け部１１の変位量に対応する歪ゲジ１３からの出力電
圧を測定して予めデータとして紀憶部３に記憶させてお
く。

そして、移動体１２の取り付けられた取り付け部１１を
所望の変位量に設定する場合には、設定部２によって取
り付け部１１の変位量を設定する。すると、制御部４は
この設定に基づいて紀憶部３から設定されたデータに対
応する歪ゲージ１３の出力値データを読み出し、変換部
５を介して駆動部６に出力する。駆動部６では変換部５
からの出力値データと、取り付け部ｉｔの変位によって
検出される歪ゲージ１３の出力値とを比較してその偏差
を演算し、この演算された偏差が相殺されるように圧電
アクチュエータ７の印加電圧を制御する。この結果、圧
電アクチュエータ７のヒステリシスの補正が行なえ、取
り付け部１１を所望の変位量の位置に精密に設定するこ
とができる。

以上説明した構成では、圧電アクチュエータ７のヒステ
リシスの影響による移動体１２の移動量の誤差の問題を
解決しているが、これとは別に従来より問題とされてい
た温度特性については、以下に説明する内容によって解
決される。

温度が変化すると、板バネ１０とこの板バネ１０の表裏
面に接着固定された歪ゲージ１３の抵抗線が伸縮し、４
枚の歪ゲージ１３の抵抗値が変化することになる。そし
て、この抵抗値の変化は抵抗線の長さに比例し、抵抗線
の断面積に反比例するが、４枚の歪ゲージは互いに近接
して設けられており、温度変化による抵抗線の長さおよ
び断面積の変化の割合は一定であるので、４枚の歪ゲー
ジ１３の抵抗値の変化の割合も一定である。

そこで、上述した事項を考慮した上で第３図に示す歪ゲ
ージ１３の等価回路を構成すると、以下に説明するよう
に温度が変化しても歪ゲージ１３からの出力電圧が一定
であることが分かる。

今、温度変化の前後の入力電圧■．は一定とし、温度変
化前の各歪ゲージ１３の抵抗値をＲ０、ＲＩ，１、Ｒ　
Ｃｌ、Ｒ１１とすると、接続点Ｂでの電圧Ｖ　Ｉ！１と
接続点Ｄでの電圧■。，は次式で示すことができる。

一方、温度変化前の歪ゲージｌ３の出力電圧を？ｏＵＴ
■とずると、この■。ｕＴＩは接続点Ｂと接続点Ｄ間の
電位差であることから次式で示すことかできる。

ＶＯＬＩア＋　＝　　Ｖ　ｏ　ｌ　　Ｖ　ｎ？次に、温度変化後の各歪ゲージ１３の抵抗値をＲａｍ、
Ｒ　．，■、Ｒ　ｅ２、Ｒ　６２とずると、接続点Ｂで
の電圧Ｖｌ！２と接続点Ｄでの電圧Ｖ　Ｄ２ぱ次式で示
すことができる。

さらに、温度変化後の歪ゲージ１３の出力電圧を■。Ｕ
Ｔ２とすると、この■。ＵＴ２は接続点Ｂと接続点Ｄ間
の電位差であることから次式で示すことができる。

Ｖ　ｏｕｒ２＝　Ｖ　Ｉ１２　　Ｖ　８２・・　　■ ？こで、前述したように温度変化による４枚の歪ゲージ
１３の抵抗値の変化の割合は一定なので、抵抗値の変化
の割合をＫとすれば、温度変化後の４枚の歪ゲージ１３
の抵抗値Ｒ．■、Ｒゎ２、Ｒ．，２、Ｒａ２は各々次式
で示すことができる。

Ｒ　，■＝　Ｋ　ｘ　Ｒ　ｎ＋　　”’　　■Ｒｂｚ＝
ＫｘＲｈ＋−＠Ｒ　ｅ２＝　Ｋ　Ｘ　Ｒ　ｅ＋　　”’　　■Ｒ　１１
　２　＝Ｋ　Ｘ　Ｒ　ｄ＋　　・・・　［相］そして、
」二記式■，■．■，［相］を式■に代大ずると、 ■ この結果、式■と式０の右辺が等しいことが分かる。

１ｌすなわち、Ｖ　ＯＬＩＴ　ｌ　”　Ｖ　Ｏｕア，である
ことから、温度が変化しても歪ゲージ１３からの出力電
圧は一定である。これにより、圧電アクチュエータ７の
温度特性によって変動する誤差を除去して精密な移動体
の位置決めを行なうことができる。

従って、上述した実施例では、取り付け部１１の変位量
に対応して歪ゲージｌ３から電圧が出力されることを利
用し、予め取り付け部１１の変位量に対応する歪ゲージ
１３からの出力電圧を記憶しておき、取り付け部１１を
所望の変位量に設定する場合に、この所望の移動量に対
応ずる予め記憶部に記憶された歪グージ１３の出力値と
、歪ゲージ１３が検出した結果の出力値との偏差を相殺
するように圧電アクチュエータフの印加電圧を制御して
いるので、圧電アクチュエータ７のヒステリシスと温度
特性の影響を受けることな《、取り付け部１１に取り付
けられた移動体１２を所望の変位量に精密に設定するこ
とができる。

ところで、上述した実施例による位置決め装置を光フィ
ルタにおけるスリットの開閉機構として用いる場合には
、上述した構成による変位拡大機構ｌを２つ利用するこ
とによって達成できる。また、光フィルタにおけるスリ
ットの開閉機構の他にも、取り｛−１け部ｌ１に種々の
移動体１２を固定してその移動を制御することができる
。

［発明の効果］以上説明したように、本発明による位置決め装置は、移
動体の移動を制御する圧電アクチュエー夕に変位量を検
出する歪ゲージを設け、歪ゲージの検出による出力値と
予め記憶された移動体の移動量に対応する歪値との偏差
に基づいて圧電アクチュエー夕の駆動を制御する構成な
ので、圧電アクチュエー夕における変位量のヒステリシ
スと温度特性に影響されず、これらによる誤差を補正し
て移動体を精密に位置決めすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による位置決め装置の内部構成の一実施
例を示す図、第２図は同装置の変位拡大機構の一例を示
す斜視図、第３図は同装置の変位拡大機構における歪ゲ
ージの等価回路図、第４図１　　ｑば圧電アクチュエー夕の印加電圧一変位量特性図である
。１・・・変位拡大機構、２・・・設定部、３・・・記憶
部、４・・・制御部、６・・・駆動部、７一圧電アクチ
ュエタ、１１−・・取り付け部、１２・・・移動体、１
３・・・歪ゲージ。

Claims

【特許請求の範囲】　移動体（１２）の移動を制御する圧電アクチュエータ
（７）に変位量を検出する歪ゲージ（１３）を設け、該歪ゲージの検出による出力値と予め
記憶された前記移動体の移動量に対応する歪値との偏差
に基づいて前記圧電アクチュエータの駆動を制御するこ
とを特徴とする位置決め装置。