JPH04101753A

JPH04101753A - テーブルの真直度補正方法

Info

Publication number: JPH04101753A
Application number: JP21424690A
Authority: JP
Inventors: Koji Uchida; 浩二内田; Osamu Yamada; 収山田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-08-15
Filing date: 1990-08-15
Publication date: 1992-04-03

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の真直度を補正する機構と
制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のテーブルの直線運動を補正する装置は、特開昭６
１−２０３２５３号公報に記載のように、微小駆動部と
変位計がテーブル上に搭載されている。これによる真直
度補正は、変位計の配線がテーブルの移動と共に移動す
るので、配線の屈伸等により浮遊容量が変化し、ノイズ
が大きくなり、測定精度劣化という問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、変位計の配線が移動することに伴う力
学的ノイズ発生という点について考慮がされておらず、
そのため高精度な真直度補正ができないという問題があ
った。そこで、変位計を、テーブルから分離し、ベッド
上に固定することで、テーブルの移動によるノイズを取
り除くことを行ったが、テーブルの移動により真直度測
定点と補正のための駆動点の相対的な距離変化により通
常のＰＩＤ制御では、真直度が十分向上しないといった
問題が生じた。

本発明の目的は、テーブルの移動と共に測定点と駆動位
置の幾何学的位置関係がずれることを考慮し、その関係
式を求めることで、高精度な真直度補正を行うことにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、変位計をテーブルから分離
し、ベッド上に固定することを行った。

これによって真直度と無関係な力学的ノイズをおさえる
ことを可能としたが、真直度が十分向上しないという問
題がおきた。そこで、この問題を解決するために、測定
点と駆動位置の幾何学的関係を考慮し、その関係式を求
めた。

まず、この関係式を使って補正を行った加工装置全体の
構成を示す。ベッド上にテーブルがあり、その上に微小
駆動部と真直度測定用参照面を搭載したサブテーブルが
ある。その参照面に対して、サブテーブルの動きに垂直
な方向の間隔を測定する変位計をベッド上に搭載した。

この構成関係において、微小駆動部と変位計の幾何学的
関係式を求めるために、第３図に示すようなブロック図
を示した。ここで微小駆動部Ａと微小駆動部Ｂの距離を
Ｑａ、変位計Ｃと変位計りの距離をＱｓとし、微小駆動
部Ａと変位計ＣのＸ軸方向の軸間距離をＸとした。また
、サブテーブルのＸ軸方向の中心軸は、進行方向に対し
て、ある傾きを持つ。その値は、変位計Ｃと変位計りの
入力値２゜とＺｌ、とすると　（Ｚｃ４Ｄ）／　Ｑ　ｓ
となる。よって微小駆動部Ａと微小駆動部Ｂに与える出
力値を６９と６８とすると、δＡ　＝　Ｚｃ　十（ＺＣ
−ＺＤ）／　Ｑ　ｓｅｘ　　　　　　・＝　−（１）δ
５＝Ｚｎ　　　（Ｚｃ　　Ｚｎ）／Ｑｓ＊　　（Ｑａ−
１２ｓ−ｘ）−（２）となる。式（１）、（２）を行列
をつかってまとめると、となる。このようにして微小駆
動部と変位計の幾何学的位置関係式は偏差量とテーブル
の移動量Ｘの一次関数として表現できる。この関係式に
よって高精度な真直度補正を行う。

〔作用〕

本発明は幾何学的位置関係式を使ってテーブル真直度補
正を行うことにより、変位計を、移動するサブテーブル
から分離することが可能であり、これによって配線が移
動することによる力学的ノイズをおさえ高精度な真直度
が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明による実施例を第１図ないし第４図により
説明する。第１図は、加工装置全体の構成及びブロック
線図を示す。ベッド１上に、テーブル２が搭載されてお
り、これは、テーブル駆動系３によってＸ軸方向に移動
する。この上に、二ヶの微小駆動部４を含む下板６と微
小駆動部４により微動される上板５から構成されるサブ
テーブル７が搭載されている。上板５には、真直度測定
用参照面８が搭載されている。その参照面８に対して、
テーブル２の動きに垂直な方向（Ｘ軸方向）の間隔を測
定する変位計９をベッド上に搭載する。

変位計９の値を増幅する変位計用アンプ１０とそのロー
パスフィルタ１１と微小駆動部４の動力源であるピエゾ
の駆動用アンプ１２、及び、制御演算部１３によって構
成されている。第２図は、本発明を説明するため、第１
図におけるサブテーブル７と微小駆動部４と変位計９の
幾何学的位置関係の模式図を示したものである。サブテ
ーブルの移動方向を矢印向きとする。第３図は、第２図
における微小駆動部４と変位計９の幾何学的位置関係式
を求めるための図である。第３図にはその関係式を示し
た。ここで、微小駆動部４はサブテーブル７に搭載され
ており、変位計９はサブテーブル７より分離され、ベッ
ド１上に固定されているため、サブテーブル７の移動と
共に、微小駆動部４と変位計９の幾何学的位置関係は変
動する。そこで、微小駆動部Ａと微小駆動部Ｂの距離を
２ａ、変位計Ｃと変位計りの距離をＱｓとし、微小駆動
部Ａと変位計ＣのＸ軸方向の軸間距離をＸとする。また
、変位計Ｃと変位計りの入力値をＺ。とＺ。、微小駆動
部Ａと微小駆動部Ｂに与える出力値を６８とδおとする
と、で表される。このように微小駆動部と変位計の幾何学的
位置関係式はＸの一次関数として表現できる。

ここで真直度補正を行った具体例を示す。微小駆動部は
切欠き構造となっており、その駆動源はピエゾを使用し
ている。変位計９は静電容量型変位計を使用しており、
公称分解能１ｕ＋である。真直度測定用参照面８は平面
度λ／２０（λ：Ｈｅ−Ｎｅの波長）の溶融石英にＡＱ
を蒸着したものである。また、微小駆動部間の距離ｆｆ
ａ・２２０ｖｍ、変位計間の距離Ｑｓ＝１００ｎ＋であ
る。まず、テーブル２がテーブル駆動系３によってＸ軸
方向に移動し、この時、真直度測定用参照面８と変位計
９との２軸方向のギャップ量が測定され、この値と目標
値との差（偏差）を、式（３）を使って微小駆動部４と
変位計９の幾何学的位置関係にみあった値に補正する。

これをピエゾに供給することで真直度補正を行う。

この時の式（３）にあたる実験値はとなった。一方、氾ａ・２２０．　Ｒｓ・１００を式（
３）に代入という理論値が求まる。式（４）と式（５）
が多少異なるのは、実際のシステムの動特性によるもの
である。

この式（４）の幾何学的関係式を使って、実際に真直度
補正を行った際の結果を第４図及び第５図に示した。第
４図において、（ａ）はサブテーブルによる真直度制御
を行わないで、テーブル自体の運動精度によって生じた
うねりである。大きさは約６０ｎｍである。（ｂ）はサ
ブテーブルの真直度制御において式（４）を使わずに、
通常のＰ　Ｉ　ＤＭ＠のみを行ったものである。うねり
の大きさは約４０１ｍである。（Ｃ）は、式（４）を使
ってサブテーブルの真直度制御を行ったものである。こ
こでの制御結果の真直度誤差は静電容量型変位計の誤差
レベルに、はいっている。大きさは約２０ｎｍである。

また、ストローク１００ｍｍにわたり、制御を行った結
果を第５図に示した。（ａ）に示されている大きなうね
り１４０ｎｍ、小さなうねり６０ｎｍが、本発明の補正
方法を使用することで、（ｂ）に示すように取り除くこ
とができ、高精度な真直度補正を行うことができた。こ
こまでの結果より、通常のＰＩＤ制御では補正できない
ものを、幾何学的位置関係式を使用することでノイズレ
ベルの誤差まで真直度補正を行うことが可能となった。

この実施例により、微小駆動部４と変位計９の幾何学的
位置関係式を求め補正することで、変位計９をサブテー
ブル７がら取り除くことが可能となり、よって変位計９
の配線が移動することによる力学的ノイズを取り除くこ
とができ、テーブルの高精度な真直度制御を行うことが
できる。

〔発明の効果〕本発明によれば、変位計の配線が移動することによる力
学的ノイズをさけることができるので、実質的な制御分
解能を向上させることができる。

テーブル本来の真直度を測定した場合、ストローク１０
０ｎで微小うねり６０　ｎ　ｍ　ｓ大きなうねり１４０
ｎｍが存在する。これが、本発明を使用して真直度制御
を行うことで、２０ｎｍにおさえられた。これにより、
真直度に関する誤差を従来の１／７に低減することがで
きた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の真直度補正を行った加工
装置の説明図、第２図はサブテーブルと微小駆動部と変
位形の幾何学的位置関係の説明図、第３図は、第２図に
おける微小駆動部と変位形の幾何学的位置関係の説明図
、第４図、第５図は実際に真直度補正制御を行った場合
の結果を示す説明図である。１・・・ベッド　　　　　２・・・テーブル３・・・テ
ーブル駆動系　４・・・微小駆動部５・・・上板　　　
　　　６・・・下板７・・・サブテーブル　　８・・・
真直度測定用参照面９・・・変位形　　　　　１ｏ・・
・変位形層アンプ１１・・・ローパスフィルタ１２・・・ピエゾ駆動用アンプ１３・・・制御演算部　　　１４・・・微小駆動部Ａ１
５・・・微小駆動部Ｂ　　　１８・・・変位形Ｃ１７・
・・変位形Ｄ力図児４図ケ２又殆５】￥Ｊ５図（（１，）（ｂ）手続補正書（自発）１、明細書の発明の詳細な説明の欄を下記の通り補正す
る。明細書第４ページ第１４行及び第６ページ第１８行の式
（３）を下記の通り訂正する。補正をする者明細書第７ページ第１７行の式（４）を下記の夢件との
ｌｌ！ｌ係

Claims

【特許請求の範囲】１、ベッド、テーブル、テーブル駆動系と、二個の微小
駆動部と、前記微小駆動部により微動される上板から構
成されるサブテーブルと、上板に設置した真直度測定用
参照面と、前記真直度測定用参照面に対して、前記テー
ブルの動きに垂直な方向の間隔を測定する複数の変位計
と、前記参照面と前記変位計との間隔ｚとにより、微小
駆動部を駆動させて真直度を制御する方法において、前記微小駆動部の移動量を間隔ｚとセンサと駆動部のテ
ーブル移動方向に測定した距離ｘの一次関数としたこと
を特徴とするテーブル真直度補正方法。２、請求項１に示した真直度補正方法を用いたテーブル
装置。