JPH0392232A - 工作機械用テーブル - Google Patents

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〕 本発明は工作機械用テーブルに係ｂ１特に、一方向（こ
れを、Ｘ方向とする）へ直進運動する工作機械用テーブ
ルの６自由度（　ｘ　ｅ　＃！（　ｘ軸１わｂの回転）
．ｙｅａ，Ｃｙ＠筐わシの回転），２．０．（ｚ軸まわ
少の回転）〕方向の運動誤差の低減を指向した工作機械
用テーブルに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、一万向へ直進運動する工作機械用テーブルの高精
度案内は、タプルＶ＠基準とし、七のＶ溝の仕上げ精度
を向上させるのが最良の手段であるといわれていた。

しかし、このような機械的手段のみでは、当該テーブル
の運動誤差を低減させるには限界があるので、テーブル
移動平面と垂直方向の平行移動量を静電容量型変位針な
どで測定し、この平行移動量だけ補正するという手段が
考案されている。

なお、この種のテーブルとして関連するものには、たと
えば、超精密機械の基礎（ウェイン・アール・ムーア著
，国際工機株式会社．１９７０年発行），昭和５８年度
精根学会秋季大会学術講演会論文集５０５第１８９〜１
９０頁記載の高精度な直動に関する研究（青山ほか著）
などが挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、単に、テーブル移動平面（Ｘ２平面）
とｔ！１［な万向（ｙ方向）への平行移動に関する精度
についてのみ検射されておｂ１工作機械用テーブルとし
て、加工精度に大きな影響を及ぼす直進方向（Ｘ方向）
の位置決め精度、ピッチング（−．方向の回転）、ロー
リング（＃８方向の回転）、ヨーイング（０，方向の回
転）、テーブル移動平面内で直進方向と垂直方向（２方
向）への平行移動、前記ｙ方向の平行移動の６自由度に
関する総合的な精度については十分考慮されていない、
という問題点があった。また、その工作機械用テーブル
を工作機械へ組込む手段について開示されてからす、工
作機械への組込みが容易ではなかった。

本発明は、上配した従来技術の問題点を解決して、直進
運動の方向を含む６自由度方向の運動誤差が小さく、且
つ工作機械への組込みが容易な工作機械用テーブルの提
供を、その目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る工作機械用テーブルの構成は、Ｘ２面内に
配設され、駆動源から駆動力を受けてＸ方向へ直進運動
する工作機械用テーブルにおいて、該テーブルのＸ方向
の位置を、少なくとも２個所で測定することができるＸ
方向位置測定手段と、該テーブルのｚ方向の移動量を、
少なくとも１個所で測定することができる２方向移動量
測定手段と、該テーブルのｙ方向の移動量を、少なくと
も、一直線上にない３個所で測定することができるｙ万
向移動量測定手段と、該テーブルをｓＸｅ’ｚ（ｗａｔ
ｔｌｏ回転）、ｙ，り（ｙ軸まゎシの回転）、ａｔ’ア
（２軸筐わ）の回転）方向へ、微動させることができる
微勤機構と、前記各測定手段で測定した測定値と、直進
運動の目標値とを比較し、その偏差量に基づいて補正量
を演算し、この補正量だけ当該方向へ微動させる指示を
前記微動機構へ与えることができる制御器とを具備した
ものである。

さらに詳しくは、次のとｊｌＰＤである。

工作機械用テーブルの直進方向（Ｘ方向）の位置とヨー
イング（−２方向）とを測定するためのＸ方向位置測定
手段と、該テーブルの移動平面内で直進方向とＩｉ［な
方向（２方向）への移動量を測定するためＯｘ方向移動
量測定手段と、該テーブルの移動平面と垂直な方向（ｙ
方向）への移動、ピッチング（＃．方向）、ローリング
（θ８方向）を測定するためのｙ方向移動量測定手段と
、これらの測定手段から得た座標データを目標値と比較
しその偏差量に応じて補正用の制御信号を出す制御器と
、制御信号を受けて各自由度の方向の偏差量を修正する
微動機構とを設けたものである。

なお、Ｘ方向位置測定手段として、レーザ測長針を用い
、７万向および２方向移動量測定手段とレて、非接触変
位計と参照用Ｘ直棒とを用いたものである。

さらに、前記微動機構として、一体切欠き構透部とピエ
ゾ駆動部とを用いたものである。

〔作用〕

工作機械用テーブルの直進方向の位置偏差は、該テーブ
ルに取り付けた異なる２個所以上の測定点の座標値をレ
ーザ測長針によう測定し、これらを制御器へ入力してそ
の平均値を求め、さらに、目椋値と前記平均値との差を
演算することによう求塗る。この位置偏差値をもとに、
微動機構へ補正籠を指示することによ夛、該テーブルは
直通方向へ微動駆動力を受け微動して、該テーブルの位
置を前記目標値に、もしくは目標値との誤差を所定値以
下にすることができる。

ヨーイングについては、前記２個所の座標値の差を制御
器によシ求め、その差が零、もしくは許容誤差以内とな
るように、制御器が微動機構を動作させる。

他の自出度についても同様な方法で、目標値からの偏差
が微動機構によう補正されるので、工作機械用テーブル
の６自由度方向の運動誤差が低減する。

また、前記各測定手段、微動機構の、工作機械への取や
付けも容易である。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例によって、図面を用いて説明する
。

第１図は、本発明の第１の実施例に係る工作機械用テー
ブルの構成を示す斜視図、第２図は、第１図にかける微
動機構の詳細を示す分解斜視図、第３図は、第２図にお
けるＸ軸方向微動機構要素の一体切欠き構造部の詳細を
示す要部斜視図である。

この工作機械用テーブルは、一軸厘進テーブル３と，こ
の上に設置された微動機構１と、この微動機構１０上に
設置された面板２と、制御器８とを有するものである。

前記一軸直進テーブル３は、ＸＭ面内に配設され、駆動
源に係るモータタから駆動力を受けて、Ｘ万向に設けた
ダプルＶ溝上を、当該方向へ直進運動することができる
。

前記微動機構１は、Ｘ軸方向微動機構喪素１ａ，ｚ軸方
向微動機構要素１ｂ，７軸方向微動機構要素１０を、上
から順に積層したものである。Ｘ軸方向微動機構要素１
＆はｓ　ｊｇ　Ｚ図に示すように、フレーム部２２と、
仁の７レーム部２２と一体切欠き構造部１１（４個）を
介して接続している可動板１２と、前記一体切欠き構造
部１１の弾性変形を利用して、可動板１２をＸ万向へ微
動させることができるピエゾ駆動部１６（２個）とから
なるものである。それそれの一体切欠き構造部１１は、
第３図に示すように％　５対の切欠き１９′ｔ−有し、
これによタ該構造部が容易に弾性変形するようになって
いる。ｚ軸方向微動機構要ｆｉ１ｂは、フレーム部２１
と２枚の可動板２０ａ．２０ｂとを有し、それぞれの可
動板２０ａ　．２０ｂは、４個の一体切欠き構造部１５
を介してフレーム部２１と接続してＴｈｆｉ，　　２個
のピエゾ駆動部１７によクてｚ方向へ、独立に微動する
ことができるようになっている。ｙ軸方向微動機構要Ｘ
ＩＱは、ペース１５と、その４隅に取付けたピエゾ駆動
部１８（４個）とからなクている。そして、ｙ軸方向微
動機構要素１ｏを、一軸直進テーブル３上に固定してｂ
Ｄｓｚ軸方向微動機構要素１ｂのフレーム部２１を、ｙ
軸方向微動機＊ｉ素１ｏのピエゾ駆動部１８に固定して
あり、Ｘ軸方向微動機構要素１ａのフレーム部２２を、
２軸方向微動機構要累１ｂの可動板２０ｍ，２０ｂに固
定してあう、面板２を、Ｘ軸万向微動機Ｗ要素１ａの可
動板１２に固定してある。

前記面板２Ｋは、第１図に示すように、Ｘ軸と垂ｉｌＩ
の端面の２個所に反射鏡５ｍ，５ｂが設置してあシ、ｘ
　＠　Ｋ平行な側面には真厘棒１　０ａ　，　１０ｂが
設置してある。反射鏡５ａ，５ｂに対向してそれぞれレ
ーザ測長計４ａ，４１）が設置してあｂ１これらレーザ
測長計４ａｓ４ｂは、それぞれ反射ｆｉ５ａ，５ｂとの
間の距Ｍ’ｋ測定可能となるように空間的に固定してあ
る（図示省略）。このようにして、Ｘ万向位置測定手段
は、前記反射鏡５ａ，５１）とレーザ測長計４ｍ，４ｂ
とから構成されている。真直棒１０ａＩＤ７軸とｆｉｉ
ＩＩな向に対向して非接触変位計６０が空間的に固定し
て設置してあう、真直棒１０ｂのｙ軸と垂直な面に対向
して非接触変位計６ｍ．６ｂが空間的に固定して設置し
てあシ、これらによ）ｙ方向移動量測定手段が構成され
ている。真厘棒１ＯｂＯｇ軸と垂直な面に対向して非接
触変位計６ｄが空間的に固定して設置してあｂ１これら
によｌ）ｚ万向移動量測定手段が構成されている。非接
触変位計６ｍ．６ｂ，４ｏ，＋６４による測定結果は、
アンプ７を介して制御器６へ伝達され、レーザ測長針４
ｍ，４ｂによる測定結果も制御６ａへ伝達される。そし
て、制御器８から出た制御信号は、ケーブルを介して前
記微動機構１へ伝達されるようになっている。

このように構成した工作機械用テーブルの動作を説明す
る。

該テーブルｔ−ＯＮにすると、一軸直進テーブル５が、
モータ９から駆動力を受けて、Ｘ軸方向ヘ−ザ測長計４
ｍ．４ｂと、これに対向する反射鏡５ａ，５ｂとによう
測定する。この測定値をそれぞれｔ，ｓ　ｔｂとする。

制御器８では、ｔ．とｔｂとの平均値と、直進運動の目
標値１ｘとの差、すなわちＸ軸方向移動誤差ｌｘを演算
する。

會た、制御器８では、ヨーイング量ｌ＃，を演算する。

このヨーイング量ｌθ，は、反射鏡５ａと５ｂとの距離
をｔ５とすると、 以下、一軸直進テーブル５、す表わち面板２の２軸方向
への移動量ｊ．を、非接触変位計６ｄによる測定値から
求める。非接触変位計６ａ，６ｂと真直棒１０ｂ１及び
非接触変位計６０と真直棒１０ｍとによシ求筐るｙ方向
（テーブル移動平面にｍ直な方向）の変位量を、それぞ
れＡｙ，，Ａｙ，ｌｙ０とすると、面板２のｙ万向への
変位１ｙは、また面板２のローリングｌ＃ｘは、非接触
変位計６ａと６ｂがなすｉｉＭと、測定点６ｏとの距離
１ｋ１４とすると、次式から求まる。

１た、面板２のピッチングｌＯ．は、非接触変位計６ａ
と６ｂの間の距離をｔ４ｍｂとすると、次式から求塗る
。

”　Ｈ　＝　（　’７ｇ　　’７ｂ）　／　４ａｂ　　
ｓｅａｍ　（５）制御器８では、ｌｚ％かよび前記（１
）〜（５）式によってｌｘ，ｌθｙ　ｓ　’　７　ｍノ
ｏｘ，ノ０．を演算し、これらに、個々の測定系のもつ
誤差、真直棒の形状誤差、温度・気圧等の補正、ピエゾ
駆動部のヒステリシス補正を行なって、補正値ｌｘ，１
１　ｓ　Ｉｚ＊ｌＯ，Ａａ，ｌａｍｆｔ５１Ｎし、これ
らを微動機構１の該当するピエゾ駆動部へ指示する。

具体的に、上記誤差の６成分の位置補正方法を示すと、
次のようになる。ａＸの位置補正は、Ｘ軸方向微動機構
要素１ａのピエゾ駆動部１６によ９、必要に応じてピエ
ゾ駆動部１６の一方を伸ばし他方を収縮させることによ
う実施する。ｌｚとｉｓ，の位置補正は、２軸方向微動
機構要素１ｂのピエゾ駆動部１７によって、可動板２０
ｍと２０ｂの動きによる。ノｙとノθ８の位置補正は、
ｙ軸方向微動機構要素１ｏのピエゾ駆動部１８による。

このようにして面板２の位置が補正され、一軸直進テー
ブル３の６自由度方向の運動誤差が著しく低減する。

具体例を示す。

レーザ測長針の分解能ｔ２５ｎｒＩＡ．非接触変位計と
して静電容量形で分解能１ｎａ＋，真直棒として低熱膨
張ガラス製で測定面の真直度６ｎｌ！ｌ、ピエゾ駆動量
Ｍ，ｘＸ２μｍで分解能１ｎｍ，テーブル長５００ａ＋
ｍ．幅２００ｍｍＫ：Ｔｈいて、ステンレス鋼製の微動
機Ｉｌ１と、制御器８とを具備せしめて、その運動誤差
（ストロー７２００ｍｍ）を測定したところ、ｌ　ｘ＝
５　ｒｘｍ　＋　ｌ　ｚ＝１　Ｏ　ｒｕｍ，Ｊｙ＝１　
Ｏｎｔｏ　ｓ　”＠＝±ａｏｓ秒，４６，−＝±氏０５
秒，　Ｊ　ａ，−±ＩＩＯＳ秒と大幅に低減できた。な
か、従来の、ダブルＶ溝基準のテーブルでは、その運動
誤差は、ｌｘ＝１０ｏｎ　ｍ　ｓ　７　ｍ＝７０ｎｍ，
Ｊ７＝６０ｎｍ＋Ａ＃，＝（Ｌ９秒，７θｙ＝士ｌ５秒
，ｊ＃，＝：±ｃＬ６秒であっタ。

以止説明した実施例によれば、一軸直進テーブル３の直
進方＠（ｘ方向）を含む６自出産方向の運動誤差は、従
来のダブルＶ溝基準の工作機械用テーブルと比較して、
著しく小さい。筐た、微動機械１の組込みもきわめて容
易である。という効果がある。

以下、他の実施例を説明する。

第４図は、本発明の第２の実施例に係る工作機械用テー
ブルの微動機構を示す略示斜視図である。

この第４図に釦いて、第１ε同一番号を付したものは同
一部分である。

この微動機１１１Ａは、その微動機＃ｌ要素の積層順番
を、第２図に係るものε変更したものであＤ上から下へ
順に、２軸方向微動機構要素１ｂ１ｘ軸方向微動機構．
！！素”Ｌ％７軸方向微動機構要素１Ｇとしたものであ
る。このように構成しても、各要素間の締結手段が変る
のみであう、前記微動機構１と同等の効果を奏するもの
である。

なか、微動機構要素の積層順番εしては、前記第２．４
図に係るもののほかに、次の表の如くしてもよく、これ
らを具備したものであっても、同等の効果を奏するもの
である。

さらに他の実施例を説明する。

第５図は、本発明の第５の実施例に係る工作機械用テー
ブルを搭載した治具ボーラを示す斜視図である。

との治具ボーラは、Ｘ軸テーブル２７、ｚ軸テーブル２
８、ｙ軸テーブル２９、主軸３０を有するものである。

そして、前記Ｘ軸テーブル２７が、本実施例の工作機械
用テーブルであや、固定部２７ｂと、己の固定部２７ｂ
のダブルＶ溝上をＸ方向へ直進運動する可動部２７ａと
を有し、巴の可動部２７＆上に微動機構２６が取や付け
られ、固定部２７ｂ上にレーザ測長針２５が取り付けら
れている。また、前記第１図にかける非接触変位計６ａ
．６ｂ．６ｄに相当する非接触変位計ユ二ット２４，＞
よび非接触変位１１ｉ６ｏに相当する非接触変位計２５
が、いずれも、２軸テーブル２８の可動部２８＆上に取
や付けられている。

具体例を示す。

本治具ボーラを使用して、縦Ｘ横×長さ＝４０ｍｍＸ４
０ｍｍＸ２０（Ｊａｎの無酸素鋼を研削加工した．！：
己ろ、平面度ｊＯｒｈｍの平面が得られた。

なか、従来の治具ボーラで加工した岡一被加工物の平面
度は８０ｒｘｍであった。

以上説明した実施例によれば、治具ボーツのＸ軸テーブ
ル２７の運動誤差を大嘘に低減する？：．εができるの
で、被加工物の加工精度が着しく向上する。

なか、前記各実施例にかいては、微動機構の材質をステ
ンレス鋼にしたが、これに限るものではなく、温度変化
に対して安定性のあるもの、たとえば、金属系の低熱膨
張材料、低熱膨張ガラス、低熱膨張セラミックスなどで
もよい。

さらに、前記各実施例にかいては、微動機構の微動駆動
源としてピエゾ駆動部を使用したが、己れに限るもので
はなく、摩擦駆動方式、熱膨張駆動方式、モータ・ボー
ルねじ駆動方式、ワイヤー駆動方式などでもよい。しか
し、ピエゾ駆動部は、小スペースに！こめるここができ
る、という利点がある。

さらに噴た、前記各実施例は、微動機構をＸ軸テーブル
に具備せしめたが、これに限らず、ｙ軸テーブル、２軸
テーブルに具備せしめてもよい。

〔発明の効果〕 以上詳細に説明したように本発明によれば、直進運動の
方向を含む６自由度方向の運動誤差が小さく、且つ工作
機械への組込みが容易な工作機械用テーブルを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例に係る工作機械用テー
ブルの構成を示す斜夜図、第２図は，第１図における微
動機構の詳細を示す分解斜視図、第３図は、第２図にお
けるＸ軸方向微動機構要素の一体切欠き構造部の詳細を
示す要部斜視図、第４図は、本発明の第２の実施例に係
る工作機械用テーブルの微動機構を示す略示斜視図、第
５図は、本発明の第３の実施例に係る工作機械用テーブ
ルを搭載した治具ボーラを示す斜視図である。 １．１Ａ・・・微動機構、 ４ａ．４ｂ・・・レーザ測長計、 ５ａ，５１）・・・反射鏡、 ６ｇ．６ｂ，６ｏ　．＋６ｄｍ非接触変位針、８・・・
制御器、　　９・・・モータ、１０ｍ，１０ｂ−真直棒
、 ２６・・・微動機構。 第 ２図 １１ １ａ−　　χ軸今藺め對搭構宇木 ＋　＋−−−一俸［咋■ヒ卵 １’？−−−　Ｌｎ欠き

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ｘｚ面内に配設され、駆動源から駆動力を受けてｘ
   方向へ直進運動する工作機械用テーブルにおいて、 該テーブルのｘ方向の位置を、少なくとも２個所で測定
   することができるｘ方向位置測定手段と、 該テーブルのｚ方向の移動量を、少なくとも１個所で測
   定することができるｚ方向移動量測定手段と、 該テーブルのｙ方向の移動量を、少なくとも、一直線上
   にない３個所で測定することができるｙ方向移動量測定
   手段と、 該テーブルを、ｘ，θ＿ｘ（ｘ軸まわりの回転）、ｙ，
   θ＿ｙ（ｙ軸まわりの回転）、ｚ，θ＿ｚ（ｚ軸まわり
   の回転）方向へ、微動させることができる微動機構と、 前記各測定手段で測定した測定値と、直進運動の目標値
   とを比較し、その偏差量に基づいて補正量を演算し、こ
   の補正量だけ当該方向へ微動させる指示を前記微動機構
   へ与えることができる制御器とを具備した、 ことを特徴とする工作機械用テーブル。 ２、ｘ方向位置測定手段を、該テーブルのｚ方向端面に
   取り付けた反射鏡と、これに対向して配設したレーザ測
   長計との組合わせにし、 ｙ方向およびｚ方向移動量測定手段を、該テーブルのｘ
   方向端面に取り付けた真直棒と、これに対向して配設し
   た非接触変位計との組合わせにした ことを特徴とする請求項１記載の工作機械用テーブル。 ３、微動機構を、一体切欠き構造部とピエゾ駆動部との
   組合わせを用いた微動機構要素を有するものにした ことを特徴とする請求項１記載の工作機械用テーブル。