JPH06235422A - 回転軸振れ補正制御装置 - Google Patents
回転軸振れ補正制御装置Info
- Publication number
- JPH06235422A JPH06235422A JP1913393A JP1913393A JPH06235422A JP H06235422 A JPH06235422 A JP H06235422A JP 1913393 A JP1913393 A JP 1913393A JP 1913393 A JP1913393 A JP 1913393A JP H06235422 A JPH06235422 A JP H06235422A
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- Japan
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- rotation shaft
- rotary shaft
- bearing
- axis deviation
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速回転をする回転軸の軸芯振れを、基準リ
ングの形状と関わりなく、高精度でリアルタイムに計測
し、高速で軸芯振れを小さく抑え、回転運動精度を高め
ることのできる回転軸振れ補正制御装置を提供する。 【構成】 回転軸14の一端に軸心を一致させて装着され
た基準リング14と、基準リング14の円周上に１列に配置
された３本の近接センサ16と、この近接センサ16の測定
データにより３点法に基づいて回転軸14の軸芯振れ軌跡
を逐次測定し、この測定データをピエゾアクチュエータ
の取付け方向成分データに分離し、このデータに基づい
てピエゾアクチュエータを制御するコントローラ18を設
ける。 【効果】 ３点法によりリアルタイムで求められた軸芯
振れ軌跡に応じて空気軸受１の軸受隙間が制御されるこ
とにより、高速回転する回転軸４の軸芯振れを小さく抑
えることがてき、極めて高精度な回転運動機構を実現で
きる。
ングの形状と関わりなく、高精度でリアルタイムに計測
し、高速で軸芯振れを小さく抑え、回転運動精度を高め
ることのできる回転軸振れ補正制御装置を提供する。 【構成】 回転軸14の一端に軸心を一致させて装着され
た基準リング14と、基準リング14の円周上に１列に配置
された３本の近接センサ16と、この近接センサ16の測定
データにより３点法に基づいて回転軸14の軸芯振れ軌跡
を逐次測定し、この測定データをピエゾアクチュエータ
の取付け方向成分データに分離し、このデータに基づい
てピエゾアクチュエータを制御するコントローラ18を設
ける。 【効果】 ３点法によりリアルタイムで求められた軸芯
振れ軌跡に応じて空気軸受１の軸受隙間が制御されるこ
とにより、高速回転する回転軸４の軸芯振れを小さく抑
えることがてき、極めて高精度な回転運動機構を実現で
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気軸受によって潤滑
される高速回転軸の軸芯振れを高精度に測定し、回転運
動をできる限り真円に補正する回転軸振れ補正制御装置
に関するものである。
される高速回転軸の軸芯振れを高精度に測定し、回転運
動をできる限り真円に補正する回転軸振れ補正制御装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】旋削加工機械などの回転運動機構要素に
おいて、その回転精度は工作物の加工精度に直接関わる
ため、高精度の加工を行おうとすれば少なくとも回転運
動を測定し、できるだけ軸芯振れが少なくなるように制
御する必要がある。
おいて、その回転精度は工作物の加工精度に直接関わる
ため、高精度の加工を行おうとすれば少なくとも回転運
動を測定し、できるだけ軸芯振れが少なくなるように制
御する必要がある。
【０００３】回転運動機構要素、特に軸受で支持される
回転軸の回転精度測定法としては、基準球、あるいは基
準リングを回転軸に、その重心を回転軸の回転中心（軸
芯）に一致させて取付け、回転軸の軸芯に垂直な基準
球、あるいは基準リングの外壁面の円周上のｘ軸、ｙ軸
にそれぞれ１台の近接センサを取付け、回転軸を一定速
度で回転させ、２台の近接センサにより基準球、あるい
は基準リングの外壁面（表面）との距離を測ることによ
り回転運動精度を測定する方法がよく使用されている。
このように測定したｘ方向とｙ方向の距離データを基に
リサージュ図形を描かせると、リサージュ図形の外接円
と内接円の半径差が回転運動要素の軸芯振れに等しくな
る。
回転軸の回転精度測定法としては、基準球、あるいは基
準リングを回転軸に、その重心を回転軸の回転中心（軸
芯）に一致させて取付け、回転軸の軸芯に垂直な基準
球、あるいは基準リングの外壁面の円周上のｘ軸、ｙ軸
にそれぞれ１台の近接センサを取付け、回転軸を一定速
度で回転させ、２台の近接センサにより基準球、あるい
は基準リングの外壁面（表面）との距離を測ることによ
り回転運動精度を測定する方法がよく使用されている。
このように測定したｘ方向とｙ方向の距離データを基に
リサージュ図形を描かせると、リサージュ図形の外接円
と内接円の半径差が回転運動要素の軸芯振れに等しくな
る。
【０００４】また、回転軸の運動誤差の補正制御として
は、測定した軸芯振れに基づいてフィードバックコント
ロールした信号を油圧サーボ弁のコントローラに送り、
油圧により空気軸受と回転軸間の軸受隙間を変化させ、
空気圧力を制御することによって軸芯振れ軌跡を小さく
し、回転運動精度を高める方法が使用されている。
は、測定した軸芯振れに基づいてフィードバックコント
ロールした信号を油圧サーボ弁のコントローラに送り、
油圧により空気軸受と回転軸間の軸受隙間を変化させ、
空気圧力を制御することによって軸芯振れ軌跡を小さく
し、回転運動精度を高める方法が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のよう
に、回転軸の軸芯振れを基準球、あるいは基準リングを
用いて測定する場合は、基準球、あるいは基準リングの
重心と回転軸の軸芯を一致させる必要があるが、これを
一致させることは極めて難しく、測定誤差は避けられな
い。また、回転軸の回転運動精度が非常に高精度で、基
準球の形状精度、すなわち真球度に近づいた場合は基準
球の形状誤差と、回転運動誤差の分離検出が不可能とな
るため、測定精度が制約される。また、基準リングの重
心の偏心により、測定データから得られるリサージュ図
形から直ちに回転軸の軸芯振れが必ずしもわからず、加
工中の回転運動精度をリアルタイムで測定することは難
しい。
に、回転軸の軸芯振れを基準球、あるいは基準リングを
用いて測定する場合は、基準球、あるいは基準リングの
重心と回転軸の軸芯を一致させる必要があるが、これを
一致させることは極めて難しく、測定誤差は避けられな
い。また、回転軸の回転運動精度が非常に高精度で、基
準球の形状精度、すなわち真球度に近づいた場合は基準
球の形状誤差と、回転運動誤差の分離検出が不可能とな
るため、測定精度が制約される。また、基準リングの重
心の偏心により、測定データから得られるリサージュ図
形から直ちに回転軸の軸芯振れが必ずしもわからず、加
工中の回転運動精度をリアルタイムで測定することは難
しい。
【０００６】また従来の油圧による回転体の回転運動誤
差の補正制御では、数10ｒｐｍ程度の低速回転の制御に
は効果的であるが、通常空気軸受などで使用されている
数1000ｒｐｍの回転運動制御では軸芯振れの速度に追従
できない。
差の補正制御では、数10ｒｐｍ程度の低速回転の制御に
は効果的であるが、通常空気軸受などで使用されている
数1000ｒｐｍの回転運動制御では軸芯振れの速度に追従
できない。
【０００７】したがって、従来の回転軸の軸芯振れの測
定、および回転体の回転運動誤差の補正制御では、高速
回転する回転軸の軸芯振れの測定と回転軸振れ補正制御
を高精度で行うことは難しいという問題があった。
定、および回転体の回転運動誤差の補正制御では、高速
回転する回転軸の軸芯振れの測定と回転軸振れ補正制御
を高精度で行うことは難しいという問題があった。
【０００８】本発明は上記問題を解決するものであり、
数1000ｒｐｍ程度の高速回転をする空気軸受の回転軸の
軸芯振れを、基準球、あるいは基準リングの形状精度と
関わりなく、高精度でリアルタイムに計測し、軸芯振れ
を小さく抑えるようなフィードバック制御を高速に行う
ことによって回転運動精度を高めることのできる回転軸
振れ補正制御装置を提供することを目的とするものであ
る。
数1000ｒｐｍ程度の高速回転をする空気軸受の回転軸の
軸芯振れを、基準球、あるいは基準リングの形状精度と
関わりなく、高精度でリアルタイムに計測し、軸芯振れ
を小さく抑えるようなフィードバック制御を高速に行う
ことによって回転運動精度を高めることのできる回転軸
振れ補正制御装置を提供することを目的とするものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
本発明の回転軸振れ補正制御装置は、複数のピエゾアク
チュエータの伸縮により回転軸との軸受隙間を変化させ
る空気軸受における回転軸振れ補正制御装置であって、
前記回転軸の一端に軸心を一致させて装着された基準リ
ングと、この基準リングの円筒面の円周上に１列に配置
された３本の近接センサと、この近接センサにより測定
される変位データにより３点法に基づいて前記回転軸の
軸芯振れ軌跡を逐次測定し、この測定データを前記ピエ
ゾアクチュエータの取付け方向成分データに分離し、前
記取付け方向成分データに基づいて前記ピエゾアクチュ
エータを駆動する制御手段を設けたことを特徴とするも
のである。
本発明の回転軸振れ補正制御装置は、複数のピエゾアク
チュエータの伸縮により回転軸との軸受隙間を変化させ
る空気軸受における回転軸振れ補正制御装置であって、
前記回転軸の一端に軸心を一致させて装着された基準リ
ングと、この基準リングの円筒面の円周上に１列に配置
された３本の近接センサと、この近接センサにより測定
される変位データにより３点法に基づいて前記回転軸の
軸芯振れ軌跡を逐次測定し、この測定データを前記ピエ
ゾアクチュエータの取付け方向成分データに分離し、前
記取付け方向成分データに基づいて前記ピエゾアクチュ
エータを駆動する制御手段を設けたことを特徴とするも
のである。
【００１０】
【作用】上記構成により、３点法により測定された回転
軸の軸芯振れ軌跡が軸受中心からずれると、軸受中心か
らのずれ量をピエゾアクチュエータ取付け方向に成分分
離し、この成分量に応じてそれぞれのピエゾアクチュエ
ータを伸縮させ、軸受隙間を変化させ、軸受の空気圧力
を制御することによって、回転軸の軸芯振れ軌跡が小さ
くなるように補正される。
軸の軸芯振れ軌跡が軸受中心からずれると、軸受中心か
らのずれ量をピエゾアクチュエータ取付け方向に成分分
離し、この成分量に応じてそれぞれのピエゾアクチュエ
ータを伸縮させ、軸受隙間を変化させ、軸受の空気圧力
を制御することによって、回転軸の軸芯振れ軌跡が小さ
くなるように補正される。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の回転軸振れ補正制御装置を使用
した、オリフィス絞りの多数の給気孔を持つ２列給気方
式のラジアル形静圧空気軸受の断面図、図２は図１のＡ
−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。
明する。図１は本発明の回転軸振れ補正制御装置を使用
した、オリフィス絞りの多数の給気孔を持つ２列給気方
式のラジアル形静圧空気軸受の断面図、図２は図１のＡ
−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。
【００１２】図１〜図３において、１は円周方向に８個
の給気孔２を２列ずつ有する空気軸受であり、給気孔２
より供給される高圧空気によって回転軸４が潤滑され
る。また、５は空気軸受１を固定する軸受ケーシングで
あり、空気軸受１の給気孔２に高圧空気３を供給するた
めの給気溝６が給気孔２の入口を含むように円周上に形
成され、給気溝６は全て給気口７に導通されている。ま
た、２個の空気軸受１と軸受ケーシング５に挟まれた空
間は排気溝８であり、給気口７から入って給気孔２を通
り、軸受隙間から流出する高圧空気３を逃がして排気口
９に導く働きをする。また、10は軸受隙間を補正制御す
るピエゾアクチュエータ11を配置するための溝であり、
この溝10にピエゾアクチュエータ11をｘ軸およびｙ軸方
向に２個配置している。また、12は回転軸４のスラスト
方向の力を受けるためのスラスト軸受であり、このスラ
スト軸受12には、それぞれ給気口７に導通した給気孔13
が軸受面の円周上に多数設けられている。14は、回転軸
４のラジアル方向の軸芯振れを計測するために、回転軸
４の端部に回転軸４の軸芯にその重心に一致させて固定
された基準リングであり、円筒面は鏡面に近く高い真円
度を持っている。
の給気孔２を２列ずつ有する空気軸受であり、給気孔２
より供給される高圧空気によって回転軸４が潤滑され
る。また、５は空気軸受１を固定する軸受ケーシングで
あり、空気軸受１の給気孔２に高圧空気３を供給するた
めの給気溝６が給気孔２の入口を含むように円周上に形
成され、給気溝６は全て給気口７に導通されている。ま
た、２個の空気軸受１と軸受ケーシング５に挟まれた空
間は排気溝８であり、給気口７から入って給気孔２を通
り、軸受隙間から流出する高圧空気３を逃がして排気口
９に導く働きをする。また、10は軸受隙間を補正制御す
るピエゾアクチュエータ11を配置するための溝であり、
この溝10にピエゾアクチュエータ11をｘ軸およびｙ軸方
向に２個配置している。また、12は回転軸４のスラスト
方向の力を受けるためのスラスト軸受であり、このスラ
スト軸受12には、それぞれ給気口７に導通した給気孔13
が軸受面の円周上に多数設けられている。14は、回転軸
４のラジアル方向の軸芯振れを計測するために、回転軸
４の端部に回転軸４の軸芯にその重心に一致させて固定
された基準リングであり、円筒面は鏡面に近く高い真円
度を持っている。
【００１３】また、空気軸受１には、その断面のｘ軸の
正方向、およびｙ軸の負方向の給気孔２の両側にくり抜
き孔部15が形成されており、このくり抜き孔部15により
空気軸受１は内壁と外壁の一部が板ばね構造に形成され
ており、この領域を外側からピエゾアクチュエータ11の
伸縮により動作させることにより、軸受隙間が制御され
る。
正方向、およびｙ軸の負方向の給気孔２の両側にくり抜
き孔部15が形成されており、このくり抜き孔部15により
空気軸受１は内壁と外壁の一部が板ばね構造に形成され
ており、この領域を外側からピエゾアクチュエータ11の
伸縮により動作させることにより、軸受隙間が制御され
る。
【００１４】また、基準リング14の円筒面の円周上に
は、図４に示すように、円弧状の治具16Ａに支持されて
３本の近接センサ１６が１列に配置されており、これら
近接センサ16により測定された変位信号は近接センサア
ンプ17に入力され、この近接センサアンプ17により増幅
されて、マイクロコンピュータからなるコントローラ18
に入力される。コントローラ18は、入力した変位信号に
より３点法の測定原理に基づいて、回転軸４の軸芯振れ
量を演算し、ピエゾアクチュエータ11の取付け方向であ
る、ｘ軸、およびｙ軸方向の偏心成分に分離し、このｘ
軸、およびｙ軸方向の偏心成分を零にする制御信号をピ
エゾアクチュエータ駆動装置19へ出力する。ピエゾアク
チュエータ駆動装置19はこの制御信号に応じてｘ軸、お
よびｙ軸のピエゾアクチュエータ11を伸縮させる。
は、図４に示すように、円弧状の治具16Ａに支持されて
３本の近接センサ１６が１列に配置されており、これら
近接センサ16により測定された変位信号は近接センサア
ンプ17に入力され、この近接センサアンプ17により増幅
されて、マイクロコンピュータからなるコントローラ18
に入力される。コントローラ18は、入力した変位信号に
より３点法の測定原理に基づいて、回転軸４の軸芯振れ
量を演算し、ピエゾアクチュエータ11の取付け方向であ
る、ｘ軸、およびｙ軸方向の偏心成分に分離し、このｘ
軸、およびｙ軸方向の偏心成分を零にする制御信号をピ
エゾアクチュエータ駆動装置19へ出力する。ピエゾアク
チュエータ駆動装置19はこの制御信号に応じてｘ軸、お
よびｙ軸のピエゾアクチュエータ11を伸縮させる。
【００１５】これら近接センサ16、近接センサアンプ1
7、コントローラ18、およびピエゾアクチュエータ駆動
装置19からなる補正制御装置の出力により、応答時間が
極めて速いピエゾアクチュエータ11を駆動することによ
って、空気軸受１の軸受隙間が高速で制御され、高速回
転する回転軸４の軸芯振れを小さく抑えることがてき、
極めて高精度な回転運動機構を実現することができる。
7、コントローラ18、およびピエゾアクチュエータ駆動
装置19からなる補正制御装置の出力により、応答時間が
極めて速いピエゾアクチュエータ11を駆動することによ
って、空気軸受１の軸受隙間が高速で制御され、高速回
転する回転軸４の軸芯振れを小さく抑えることがてき、
極めて高精度な回転運動機構を実現することができる。
【００１６】ただし、３点法では、フーリエ級数展開を
して測定した変位信号から軸芯振れ量と基準リング14の
形状データを抽出しているため、リアルタイムの軸芯振
れ計測制御は困難であり、したがって、軸芯振れ計測制
御に先立って基準リング14の形状データと３点計測用近
接センサ16の半径方向の位置関係を求め、制御時には、
３本の近接センサ16からの計測データに対して基準リン
グ14の形状データと近接センサ16の位置ずれ量を差し引
き、こうして得られた軸芯振れ量を用いてピエゾアクチ
ュエータ11を駆動している。この演算処理は簡単な減算
と、乗算であり、マイクロコンピュータを用いることに
より、8000ｒｐｍ程度の回転に関しては十分リアルタイ
ム制御を行うことができる。
して測定した変位信号から軸芯振れ量と基準リング14の
形状データを抽出しているため、リアルタイムの軸芯振
れ計測制御は困難であり、したがって、軸芯振れ計測制
御に先立って基準リング14の形状データと３点計測用近
接センサ16の半径方向の位置関係を求め、制御時には、
３本の近接センサ16からの計測データに対して基準リン
グ14の形状データと近接センサ16の位置ずれ量を差し引
き、こうして得られた軸芯振れ量を用いてピエゾアクチ
ュエータ11を駆動している。この演算処理は簡単な減算
と、乗算であり、マイクロコンピュータを用いることに
より、8000ｒｐｍ程度の回転に関しては十分リアルタイ
ム制御を行うことができる。
【００１７】なお、本発明は、ピエゾアクチュエータ11
をｘ軸、およびｙ軸方向に取付けているが、任意の角度
で取付けることもでき、また２台以上の台数とすること
も可能である。このとき、軸芯振れ量をピエゾアクチュ
エータ11の取付け方向、および台数に応じて偏心成分に
分離する。また、本発明を真円度測定機のような低速回
転運動機構にも適用することができることはいうまでも
ない。
をｘ軸、およびｙ軸方向に取付けているが、任意の角度
で取付けることもでき、また２台以上の台数とすること
も可能である。このとき、軸芯振れ量をピエゾアクチュ
エータ11の取付け方向、および台数に応じて偏心成分に
分離する。また、本発明を真円度測定機のような低速回
転運動機構にも適用することができることはいうまでも
ない。
【００１８】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、３点
法により測定された回転軸の軸芯振れ軌跡が軸受中心か
らずれると、軸受中心からのずれ量をピエゾアクチュエ
ータの取付け方向に成分分離し、この成分量に応じてそ
れぞれのピエゾアクチュエータを伸縮させ、軸受隙間を
変化させ、軸受の空気圧力を制御することによって、従
来のような応答遅れもなく、高速で回転軸の軸芯振れ軌
跡を小さくなるように補正でき、極めて高精度な空気軸
受を実現することができる。
法により測定された回転軸の軸芯振れ軌跡が軸受中心か
らずれると、軸受中心からのずれ量をピエゾアクチュエ
ータの取付け方向に成分分離し、この成分量に応じてそ
れぞれのピエゾアクチュエータを伸縮させ、軸受隙間を
変化させ、軸受の空気圧力を制御することによって、従
来のような応答遅れもなく、高速で回転軸の軸芯振れ軌
跡を小さくなるように補正でき、極めて高精度な空気軸
受を実現することができる。
【図１】本発明の回転軸振れ補正制御装置を使用した、
オリフィス絞りの多数の給気孔を持つ２列給気方式のラ
ジアル形静圧空気軸受の断面図である。
オリフィス絞りの多数の給気孔を持つ２列給気方式のラ
ジアル形静圧空気軸受の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の回転軸振れ補正制御装置の構成図であ
る。
る。
１ 空気軸受 ２ 給気孔 ３ 高圧空気 ４ 回転軸 ５ 軸受ケーシング ６ 給気溝 ７ 給気口 ８ 排気溝 ９ 排気口 10 ピエゾアクチュエータ取付け溝 11 ピエゾアクチュエータ 12 スラスト軸受 13 給気孔 14 基準リング 15 くり抜き部 16 近接センサ 17 近接センサアンプ 18 コントローラ 19 ピエゾアクチュエータ駆動装置
Claims (1)
- 【請求項１】 複数のピエゾアクチュエータの伸縮によ
り回転軸との軸受隙間を変化させる空気軸受における回
転軸振れ補正制御装置であって、 前記回転軸の一端に軸心を一致させて装着された基準リ
ングと、この基準リングの円筒面の円周上に１列に配置
された３本の近接センサと、この近接センサにより測定
される変位データにより３点法に基づいて前記回転軸の
軸芯振れ軌跡を逐次測定し、この測定データを前記ピエ
ゾアクチュエータの取付け方向成分データに分離し、前
記取付け方向成分データに基づいて前記ピエゾアクチュ
エータを駆動する制御手段を設けたことを特徴とする回
転軸振れ補正制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1913393A JPH06235422A (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | 回転軸振れ補正制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1913393A JPH06235422A (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | 回転軸振れ補正制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06235422A true JPH06235422A (ja) | 1994-08-23 |
Family
ID=11990971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1913393A Pending JPH06235422A (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | 回転軸振れ補正制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06235422A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1082691A (ja) * | 1996-07-10 | 1998-03-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高速度動的振れ試験装置及び試験方法 |
| JP2000515231A (ja) * | 1996-12-04 | 2000-11-14 | ベントリー・ネバダ・コーポレーション | 回転機器を支持するための静圧ベアリング、連動する流体処理システム、そのための制御システム、並びに、方法及び装置 |
| JP2003004042A (ja) * | 2001-06-19 | 2003-01-08 | Nsk Ltd | スピンドル装置及びその回転軸の振れを補正する方法 |
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| JP2011073118A (ja) * | 2009-10-01 | 2011-04-14 | Jtekt Corp | 流体保持装置 |
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-
1993
- 1993-02-08 JP JP1913393A patent/JPH06235422A/ja active Pending
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