JPH0563807B2 - - Google Patents
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- JPH0563807B2 JPH0563807B2 JP311684A JP311684A JPH0563807B2 JP H0563807 B2 JPH0563807 B2 JP H0563807B2 JP 311684 A JP311684 A JP 311684A JP 311684 A JP311684 A JP 311684A JP H0563807 B2 JPH0563807 B2 JP H0563807B2
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- Japan
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- piezoelectric element
- displacement
- drive section
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 34
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
- G05B19/39—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using a combination of the means covered by at least two of the preceding groups G05B19/21, G05B19/27 and G05B19/33
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
- G05B2219/41354—Magnetic, thermal, bimetal peltier effect displacement, positioning
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［技術分野］
本発明は、相対移動部材、例えば工作物と工具
との相対位置を高精度に位置決めする精密位置決
め制御システムに関する。
との相対位置を高精度に位置決めする精密位置決
め制御システムに関する。
［背景技術］
第１図は工作機械のバイト位置決め装置を示し
ている。同図において、主駆動系１によりテーブ
ル２が工作物（図示せず）に対して相対移動され
るようになつている。主駆動系１は、前記テーブ
ル２と螺合する送りねじ３と、この送りねじ３を
回転させテーブル２を送りねじ３の軸方向へ移動
させるモータ４とを含む。また、テーブル２上に
は刃物台５がテーブル１の移動方向と同方向へ微
小（例えば10ミクロン程度）変位可能に支承さ
れ、この刃物台５の先端にバイト６が固定されて
いる。刃物台５とテーブル２との間には、一端が
テーブル２側にかつ他端が刃物台５側にそれぞれ
当接固定された圧電素子７が介装されている。
ている。同図において、主駆動系１によりテーブ
ル２が工作物（図示せず）に対して相対移動され
るようになつている。主駆動系１は、前記テーブ
ル２と螺合する送りねじ３と、この送りねじ３を
回転させテーブル２を送りねじ３の軸方向へ移動
させるモータ４とを含む。また、テーブル２上に
は刃物台５がテーブル１の移動方向と同方向へ微
小（例えば10ミクロン程度）変位可能に支承さ
れ、この刃物台５の先端にバイト６が固定されて
いる。刃物台５とテーブル２との間には、一端が
テーブル２側にかつ他端が刃物台５側にそれぞれ
当接固定された圧電素子７が介装されている。
一般に、圧電素子は、その厚さ方向に所定の電
圧を印加すると、厚さ方向に所定量変位すること
が知られている。その際の特性式は、印加する電
圧をＫ（Ｖ）、圧電素子の厚さおよび変位量を１，
Δ1とすると、 Δ1／１＝0.5×106×Ｋ［１／Ｖ・mm］ で与えられる。従つて、本装置では、この圧電素
子７によつて刃物台５が微小変位されるようにな
つている。
圧を印加すると、厚さ方向に所定量変位すること
が知られている。その際の特性式は、印加する電
圧をＫ（Ｖ）、圧電素子の厚さおよび変位量を１，
Δ1とすると、 Δ1／１＝0.5×106×Ｋ［１／Ｖ・mm］ で与えられる。従つて、本装置では、この圧電素
子７によつて刃物台５が微小変位されるようにな
つている。
従来、このような装置の位置決め制御方式とし
て、いくつか知られている。次に、これらの制御
方式について述べる。
て、いくつか知られている。次に、これらの制御
方式について述べる。
最も簡便な方式としては、或る基準位置から
テーブル２の基準面までの距離Ａを測定し、こ
れをモータ４にフイードバツクする一方、圧電
素子７に指令値Ｒと実測した距離Ａとの差（Ｒ
−Ａ）を与え、オープンループ制御を行なう方
式である。この方式の場合には、圧電素子７以
降の誤差、つまり圧電素子７のヒステリシス、
温度変化および外力等の外乱による圧電素子７
の変位等が誤差として残る欠点がある。
テーブル２の基準面までの距離Ａを測定し、こ
れをモータ４にフイードバツクする一方、圧電
素子７に指令値Ｒと実測した距離Ａとの差（Ｒ
−Ａ）を与え、オープンループ制御を行なう方
式である。この方式の場合には、圧電素子７以
降の誤差、つまり圧電素子７のヒステリシス、
温度変化および外力等の外乱による圧電素子７
の変位等が誤差として残る欠点がある。
前記において、圧電素子７の制御をオープ
ンループとせず、圧電素子７の一端が当接する
テーブル２の基準面から刃物台５の基準点まで
の距離Ｂまたは或る基準位置から圧電素子７を
含む刃物台５の基準点までの距離Ｃを測定し、
これを圧電素子７にフイードバツクし、クロー
ズドループ制御を行なう方式である。
ンループとせず、圧電素子７の一端が当接する
テーブル２の基準面から刃物台５の基準点まで
の距離Ｂまたは或る基準位置から圧電素子７を
含む刃物台５の基準点までの距離Ｃを測定し、
これを圧電素子７にフイードバツクし、クロー
ズドループ制御を行なう方式である。
第２図は前記距離Ｂをフイードバツクした場
合のブロツク図を示している。同図中、Ｔはモ
ータ４および制御系の伝達関数、Ｐは圧電素子
７の伝達関数、１／Ｓは圧電素子７の制御に必
要な積分器、Ｈは圧電素子７に規定以上の電圧
を加えないための飽和要素をそれぞれ示してい
る。テーブル２においては最終位置誤差ｅ（＝
Ｒ−Ａ）が残るが、圧電素子７が変位しＢ＝ｅ
となるので、結局刃物台５の位置はＡ＋Ｂ＝Ｒ
−ｅ＋Ｂ＝Ｒとなり、指令値Ｒに等しくなる。
また、テーブル２の応答に比べ圧電素子７の応
答は非常に速いので適切な制御定数を選べば発
振が生じることはない。この方式の場合には、
前記距離Ａのほかに、距離Ｂまたは距離Ｃの測
定が必要であるので、高価となる上、測定器の
ためのスペースも広く要する次点がある。
合のブロツク図を示している。同図中、Ｔはモ
ータ４および制御系の伝達関数、Ｐは圧電素子
７の伝達関数、１／Ｓは圧電素子７の制御に必
要な積分器、Ｈは圧電素子７に規定以上の電圧
を加えないための飽和要素をそれぞれ示してい
る。テーブル２においては最終位置誤差ｅ（＝
Ｒ−Ａ）が残るが、圧電素子７が変位しＢ＝ｅ
となるので、結局刃物台５の位置はＡ＋Ｂ＝Ｒ
−ｅ＋Ｂ＝Ｒとなり、指令値Ｒに等しくなる。
また、テーブル２の応答に比べ圧電素子７の応
答は非常に速いので適切な制御定数を選べば発
振が生じることはない。この方式の場合には、
前記距離Ａのほかに、距離Ｂまたは距離Ｃの測
定が必要であるので、高価となる上、測定器の
ためのスペースも広く要する次点がある。
この場合には、フイードバツク用として距離
Ｃのみを測定し、これをモータ４および圧電素
子７にそれぞれフイードバツクして制御する方
式である。
Ｃのみを測定し、これをモータ４および圧電素
子７にそれぞれフイードバツクして制御する方
式である。
第３図はこの方式のブロツク図を示している。
この方式の場合には、テーブル２の位置決め動作
が終了した時点において、テーブル２の位置＋圧
電素子７の変位＝Ｃ＝Ｒなる関係が成り立つが、
この関係の成り立つ範囲において圧電素子７の変
位はそのストローク内の任意の位置をとることが
できるので、例えば圧電素子７の変位がストロー
クの上限或いは下限において制御が行なわれてい
るとき、テーブル２に更に不感帯より小さい誤差
が加わつた場合には補正量が圧電素子７のストロ
ーク限を超え、その誤差分に対しては補正不可能
となる。
この方式の場合には、テーブル２の位置決め動作
が終了した時点において、テーブル２の位置＋圧
電素子７の変位＝Ｃ＝Ｒなる関係が成り立つが、
この関係の成り立つ範囲において圧電素子７の変
位はそのストローク内の任意の位置をとることが
できるので、例えば圧電素子７の変位がストロー
クの上限或いは下限において制御が行なわれてい
るとき、テーブル２に更に不感帯より小さい誤差
が加わつた場合には補正量が圧電素子７のストロ
ーク限を超え、その誤差分に対しては補正不可能
となる。
［発明の目的］
本発明の目的は、このような従来の欠点を解決
すべくなされたもので、主駆動系および微小変位
駆動部を有する位置決め装置を、安価にかつ精度
よく制御する精密位置決め制御システムを提供す
ることにある。
すべくなされたもので、主駆動系および微小変位
駆動部を有する位置決め装置を、安価にかつ精度
よく制御する精密位置決め制御システムを提供す
ることにある。
［発明の構成］
そのため、本発明の構成は、主駆動系および微
小変位駆動部を有する装置の位置決め制御システ
ムであつて、前記主駆動系および微小変位駆動部
の合計の移動量を測定し、その移動量を微小変位
駆動部にフイードバツクし、指令値との差によつ
て微小変位駆動部を制御するとともに、前記合計
の移動量から前記微小変位駆動部の変位量に相当
する微小変位駆動部への入力量を差引いた値を前
記主駆動系へフイードバツクし、指令値との差に
よつて主駆動系を制御することを特徴としてい
る。
小変位駆動部を有する装置の位置決め制御システ
ムであつて、前記主駆動系および微小変位駆動部
の合計の移動量を測定し、その移動量を微小変位
駆動部にフイードバツクし、指令値との差によつ
て微小変位駆動部を制御するとともに、前記合計
の移動量から前記微小変位駆動部の変位量に相当
する微小変位駆動部への入力量を差引いた値を前
記主駆動系へフイードバツクし、指令値との差に
よつて主駆動系を制御することを特徴としてい
る。
［実施例］
第４図は本発明の一実施例を示している。本シ
ステムでは、フイードバツク用として前記距離Ｃ
のみを測定し、これを圧電素子７にフイードバツ
クし、指令値Ｒとの差Ｄによつて圧電素子７を制
御する一方、前記距離Ｃから圧電素子７の変位量
を差引いた値Ｆをモータ４にフイードバツクし、
指令値Ｒとの差Ｇによつてモータ４を制御するよ
うにしている。
ステムでは、フイードバツク用として前記距離Ｃ
のみを測定し、これを圧電素子７にフイードバツ
クし、指令値Ｒとの差Ｄによつて圧電素子７を制
御する一方、前記距離Ｃから圧電素子７の変位量
を差引いた値Ｆをモータ４にフイードバツクし、
指令値Ｒとの差Ｇによつてモータ４を制御するよ
うにしている。
ただし、圧電素子７の変位は実測せず、圧電素
子７に印加されている電圧Ｅで代用している。通
常、圧電素子７に印加した電圧Ｅと圧電素子７の
変位は、圧電素子７のヒステリシス、温度変化お
よび外力等による変位のために必ずしも厳密には
対応しない。その結果、テーブル２は指令値に精
確に位置決めされず、従つて圧電素子７の補正量
はこれら圧電素子７自体の変位誤差（圧電素子７
の印加電圧に対応した圧電素子７の変位と実際の
変位との差）およびテーブル２の位置決め誤差を
加えたものになるが、これは通常の圧電素子のス
トローク範囲内に充分入るので問題となることは
ない。
子７に印加されている電圧Ｅで代用している。通
常、圧電素子７に印加した電圧Ｅと圧電素子７の
変位は、圧電素子７のヒステリシス、温度変化お
よび外力等による変位のために必ずしも厳密には
対応しない。その結果、テーブル２は指令値に精
確に位置決めされず、従つて圧電素子７の補正量
はこれら圧電素子７自体の変位誤差（圧電素子７
の印加電圧に対応した圧電素子７の変位と実際の
変位との差）およびテーブル２の位置決め誤差を
加えたものになるが、これは通常の圧電素子のス
トローク範囲内に充分入るので問題となることは
ない。
従つて、本実施例では、第３図の場合と同様
に、テーブル２の位置＋圧電素子７の変位＝Ｃ＝
Ｒなる関係が成り立つが、制御はＲ−Ｆが０にな
るように行なわれＦ＝Ｃ−Ｅなる関係があるので
Ｅ＝０となり、テーブル２が指令値と略等しくな
るように制御される。そのため、圧電素子７によ
る補正量は微小となりストロークを超えることは
ない。
に、テーブル２の位置＋圧電素子７の変位＝Ｃ＝
Ｒなる関係が成り立つが、制御はＲ−Ｆが０にな
るように行なわれＦ＝Ｃ−Ｅなる関係があるので
Ｅ＝０となり、テーブル２が指令値と略等しくな
るように制御される。そのため、圧電素子７によ
る補正量は微小となりストロークを超えることは
ない。
また、圧電素子７の０位置は予めバイアスを与
えることにより、ストローク中間の適当な位置に
定めることができる。本装置では、最終位置を測
定し、これをフイードバツクしているので、その
位置決め精度は測定機の誤差および圧電素子７の
最小変位量まで高めることができる。即ち、フイ
ードバツク量の測定は一箇所であるが、二箇所の
測定を行なつている前述のの場合と同程度の精
度が得られる。このことは、の場合に比べ安価
かつスペースを最小にすることができる。ちなみ
に、圧電素子７はテーブル２に比べ非常に応答性
が速いため制御系が発振する恐れがない。
えることにより、ストローク中間の適当な位置に
定めることができる。本装置では、最終位置を測
定し、これをフイードバツクしているので、その
位置決め精度は測定機の誤差および圧電素子７の
最小変位量まで高めることができる。即ち、フイ
ードバツク量の測定は一箇所であるが、二箇所の
測定を行なつている前述のの場合と同程度の精
度が得られる。このことは、の場合に比べ安価
かつスペースを最小にすることができる。ちなみ
に、圧電素子７はテーブル２に比べ非常に応答性
が速いため制御系が発振する恐れがない。
なお、実施に当つて、主駆動系としては、上記
実施例で述べたモータ４と送りねじ３とに限られ
るものではない。
実施例で述べたモータ４と送りねじ３とに限られ
るものではない。
また、微小変位駆動部としては、上記実施例で
述べた圧電素子７のほかに、例えば磁歪素子、そ
のほか電気的入力に対応した変位が得られるもの
であれば、微小変位駆動部として使用することが
できる。
述べた圧電素子７のほかに、例えば磁歪素子、そ
のほか電気的入力に対応した変位が得られるもの
であれば、微小変位駆動部として使用することが
できる。
更に、位置決め装置としては、上記実施例で述
べた工作機械のバイト６と工作物との位置決めに
限られるものでなく、相対移動するもの全てを対
象とすることができる。
べた工作機械のバイト６と工作物との位置決めに
限られるものでなく、相対移動するもの全てを対
象とすることができる。
［発明の効果］
以上の通り、本発明によれば、主駆動系および
微小変位駆動部を有する位置決め装置において、
安価でかつ精度がよく、しかも最小のスペースで
位置制御が可能な精密位置決め制御システムを提
供することができる。
微小変位駆動部を有する位置決め装置において、
安価でかつ精度がよく、しかも最小のスペースで
位置制御が可能な精密位置決め制御システムを提
供することができる。
第１図は工作機械の位置決め装置を示す説明
図、第２図および第３図は従来の制御システムを
示すブロツク図、第４図は本発明の一実施例を示
すブロツク図である。 １…主駆動系、７…微少変位駆動部。
図、第２図および第３図は従来の制御システムを
示すブロツク図、第４図は本発明の一実施例を示
すブロツク図である。 １…主駆動系、７…微少変位駆動部。
Claims (1)
- １ 主駆動系および微小変位駆動部を有する装置
の位置決め制御システムであつて、前記主駆動系
および微小変位駆動部の合計の移動量を測定し、
その移動量を微少変位駆動部にフイードバツク
し、指令値との差によつて微小変位駆動部を制御
するとともに、前記合計の移動量から前記微小変
位駆動部の変位量に相当する微小変位駆動部への
入力量を差引いた値を前記主駆動系へフイードバ
ツクし、指令値との差によつて主駆動系を制御す
ることを特徴とする精密位置決め制御システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP311684A JPS60146650A (ja) | 1984-01-11 | 1984-01-11 | 精密位置決め制御システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP311684A JPS60146650A (ja) | 1984-01-11 | 1984-01-11 | 精密位置決め制御システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60146650A JPS60146650A (ja) | 1985-08-02 |
| JPH0563807B2 true JPH0563807B2 (ja) | 1993-09-13 |
Family
ID=11548377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP311684A Granted JPS60146650A (ja) | 1984-01-11 | 1984-01-11 | 精密位置決め制御システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60146650A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0796180B2 (ja) * | 1985-09-30 | 1995-10-18 | オークマ株式会社 | 送りねじの熱膨張補償装置 |
| JP2714219B2 (ja) * | 1990-03-30 | 1998-02-16 | 株式会社東芝 | 位置決め装置 |
| JP2721757B2 (ja) * | 1991-05-24 | 1998-03-04 | 工業技術院長 | 位置決め制御方法及び装置 |
| JP2735153B2 (ja) * | 1995-03-03 | 1998-04-02 | 工業技術院長 | 精密位置制御装置及び精密位置制御方法 |
| JP2945325B2 (ja) * | 1996-06-25 | 1999-09-06 | 川崎重工業株式会社 | 柔軟宇宙構造物のハイブリッドアクチュエータ及び振動制御装置 |
-
1984
- 1984-01-11 JP JP311684A patent/JPS60146650A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60146650A (ja) | 1985-08-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |