JPH07334245A - Ultra-precision feeding device, xy table using the same and table transferring device - Google Patents

Ultra-precision feeding device, xy table using the same and table transferring device

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JPH07334245A
JPH07334245A JP15415694A JP15415694A JPH07334245A JP H07334245 A JPH07334245 A JP H07334245A JP 15415694 A JP15415694 A JP 15415694A JP 15415694 A JP15415694 A JP 15415694A JP H07334245 A JPH07334245 A JP H07334245A
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JP
Japan
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information
axis direction
feed
displacement
ultra
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Pending
Application number
JP15415694A
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Japanese (ja)
Inventor
Yotaro Hatamura
村 洋 太 郎 畑
Masayuki Nakao
尾 政 之 中
Hideji Tanaka
中 秀 治 田
Munenori Watanabe
辺 宗 徳 渡
Kazufumi Kaneko
子 和 史 金
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Individual
Original Assignee
Individual
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Abstract

PURPOSE:To provide a ultra-precision feeding device, an XY table using the device and a table transferring device capable of ensuring an absolute position. CONSTITUTION:This device is provided with a feeding amount detecting means S1 for detecting a feeding amount, information detecting means S2 and S3 provided inside the device so as to successively detect any one of information concerning a shape error E for each feeding position, information concerning thermal deformation caused by the temperature distribution of the device and information concerning deformation caused by external force F at least, a storage means 30 for previously storing the relation between the detected information of the information detecting means S2 and S3 and a positioning error DELTAand the relation between the shape error E at each other part of the device and the positioning error DELTA as knowledge, and a computer C for controlling an actuator A by calculating a corrected controlled variable based on the detected information successively detected by the feeding amount detecting means S1 and the information detecting means S2 and S3 and the stored information.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば工作機械,ロ
ボット,半導体製造装置,各種検査装置等に用いられる
精密位置決め用の送り装置に関し、特に内部モニタ方式
の送り装置およびこれを用いたXYテーブル並びにテー
ブル移送装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a precision positioning feeder used in, for example, machine tools, robots, semiconductor manufacturing equipment, various inspection equipment, etc., and more particularly to an internal monitor feeding equipment and an XY table using the same. And a table transfer device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体技術で代表されるように微
細加工の高精度化の要求が高まっている。NC(数値制
御)が開発されて以来、機械各部の高剛性化と位置制御
により加工精度は飛躍的に向上した。
2. Description of the Related Art In recent years, there is an increasing demand for higher precision in fine processing, as represented by semiconductor technology. Since the development of NC (Numerical Control), the machining accuracy has improved dramatically due to the high rigidity and position control of each part of the machine.

【0003】このような位置制御は、テーブル位置や工
具位置はすべて製品形状で決まるため、あらかじめ加工
テーブルや工具の送り量及び手順を決め、駆動機構側、
すなわち送る側の位置をロータリエンコーダ等によって
監視しながら制御するものがほとんどであった。
In such position control, since the table position and the tool position are all determined by the product shape, the feed amount and procedure of the machining table and the tool are determined in advance, and the drive mechanism side,
That is, in most cases, the position on the sending side is controlled while being monitored by a rotary encoder or the like.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように送
る側の位置を監視しているものは、実際に送られている
工具やテーブル位置を推測しているにすぎず、工具やテ
ーブルの本当の位置情報はでてこない。
However, what monitors the position of the sending side in this way merely estimates the position of the actually sent tool or table, and the actual position of the tool or table. The location information of does not come out.

【0005】すなわち、加工現場においては、図13に
示すように、機械のすべての構成要素は力Nと熱Hで変
形しており、送る側の位置を監視したとしても、力Nと
熱Hによる変形の影響で実際の送り位置は目標位置から
変化してしまう。
That is, at the processing site, as shown in FIG. 13, all the components of the machine are deformed by the force N and the heat H, and even if the position of the sending side is monitored, the force N and the heat H are generated. The actual feed position changes from the target position due to the influence of deformation due to.

【0006】通常の機械では、力による変形に対抗する
ために高剛性を、熱の変形に対抗するために恒温環境を
用いて機械の変形の影響を受けないようにしているが、
いずれも受動的な対応でしかなく限界がある。
In a normal machine, high rigidity is used to counter the deformation caused by force, and a constant temperature environment is used to counter the heat deformation so that the machine is not affected by the deformation.
All of these are only passive measures and have limitations.

【0007】また、従来から送られる側の位置をリニア
スケール等で実際に検出して位置決め制御することも行
われているが、実際の加工現場等ではリニアスケール自
身も熱や力の影響で変形しており、絶対的な基準とはな
り得ない。そこで、装置外部から送り位置を監視するこ
とも考えられるが、センサが置かれる外部環境の問題等
によって絶対的な基準を得ることは困難である。
Conventionally, the position on the sending side is actually detected by a linear scale or the like to perform positioning control. However, in an actual machining site, the linear scale itself is deformed by the influence of heat or force. It does not serve as an absolute standard. Therefore, it is conceivable to monitor the feed position from the outside of the device, but it is difficult to obtain an absolute standard due to the problem of the external environment where the sensor is placed.

【0008】そこで、より高精度の位置決めを図るに
は、”加工の知能化”の考えを取り入れる必要がある。
Therefore, in order to perform the positioning with higher accuracy, it is necessary to incorporate the idea of "intelligence of processing".

【0009】加工の知能化とは、加工現場で生じている
物理現象を情報としてサンセでとりこみ、予め用意した
モデルに入力し、そこからの出力と設計から定まる目標
値とを比較して、その差に応じてアクチュエータを動か
し、加工で生じる現象そのものをリアルタイムで変化さ
せて所期の目的の加工を行うものである。
Intelligent processing means that the physical phenomenon occurring at the processing site is taken in as information by Sanse, input to a model prepared in advance, the output from that is compared with the target value determined from the design, and the The actuator is moved according to the difference, and the phenomenon itself that occurs during machining is changed in real time to perform the intended machining.

【0010】かかる見地から、加工の知能化を実現する
べく、目下具体的な工作機械の製作が種々試みられてお
り、本発明は知能化送り装置に関するものである。
From this point of view, various attempts have been made at present to manufacture concrete machine tools in order to realize intelligent processing, and the present invention relates to an intelligent feeding device.

【0011】また、送り装置については、上記した位置
決め誤差の問題に加えて、次のような問題もある。
Further, the feeding device has the following problem in addition to the above-mentioned problem of positioning error.

【0012】すなわち、従来からオングストロームオー
ダの微小な分解能を実現するアクチュエータとして、圧
電素子が知られており、走査形トンネル顕微鏡や電子線
描画装置の各種超精密機械に用いられている。しかし、
これはストロークが、てこ機構を併用しても300[n
m]程度と小さいことが欠点である。
That is, a piezoelectric element has been conventionally known as an actuator that realizes a minute resolution on the order of angstroms, and is used in various ultra-precision machines such as a scanning tunneling microscope and an electron beam drawing apparatus. But,
This is because the stroke is 300 [n even if the lever mechanism is used together.
The disadvantage is that it is as small as [m].

【0013】一方、100[mm]程度と大きいストロ
ークを実現できるアクチュエータとして、ボールねじを
利用する機構が、工作機械や自動移送装置に広く用いら
れている。しかし、このボールねじ(たとえば直径4
[mm])は剛性が10[N/μm]程度と小さく、外
力によってそれ自体が変形すること、これを研削仕上げ
する時の加工精度に起因する送り方向の位置決め誤差が
8[μm]と大きいことが欠点である。
On the other hand, as an actuator capable of realizing a large stroke of about 100 mm, a mechanism utilizing a ball screw is widely used in machine tools and automatic transfer devices. However, this ball screw (for example, diameter 4
[Mm]) has a small rigidity of about 10 [N / μm], and is deformed by an external force, and the positioning error in the feed direction due to the processing accuracy when grinding and finishing this is as large as 8 [μm]. That is a drawback.

【0014】また、これらの圧電素子やボールねじを固
定する構造体には、しばしば熱膨張が発生し、たとえば
工作機械ではアクチュエータの分解能が0.1[μm]
と小さくても、工具・被加工物間の距離は設定値から1
0[μm]以上と大きくずれて、位置決め精度が劣化す
ることが知られている。
Thermal expansion often occurs in the structure for fixing these piezoelectric elements and ball screws, and the resolution of the actuator is 0.1 [μm] in a machine tool, for example.
Even if it is small, the distance between the tool and the work piece is 1 from the set value.
It is known that the positioning accuracy deteriorates due to a large deviation from 0 [μm] or more.

【0015】本発明は、上記した従来技術の課題を解決
するためになされたもので、その目的とするところは、
加工の知能化の考え方を取り入れ、位置決め誤差の要因
となる熱変形,力変形,構成要素の形状誤差の諸要因を
逐次検出する検出手段を設け、総合的に制御することに
よって絶対的な位置を保証し得る超精密送り装置および
これを用いたXYテーブル並びにテーブル移送装置を提
供することにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the purpose thereof is to:
Incorporating the concept of intelligent processing, a detection means for sequentially detecting various factors such as thermal deformation, force deformation, and component shape error that cause positioning error is provided, and the absolute position is determined by comprehensive control. An object of the present invention is to provide an ultra-precision feeding device that can be guaranteed, an XY table and a table transfer device using the same.

【0016】また、大ストロークで高分解能かつ精密な
位置決め、さらに任意の剛性などを実現し得る超精密送
り装置およびこれを用いたXYテーブル並びにテーブル
移送装置を提供することにある。
It is another object of the present invention to provide an ultra-precision feed device capable of realizing a large stroke, high resolution and precise positioning, and arbitrary rigidity, an XY table and a table transfer device using the same.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、駆動手段と、送り量を検出する
送り量検出手段と、送り位置毎の形状誤差に関する情報
と、装置の温度分布による熱変形に関する情報と、外力
による変形に関する情報の内の少なくともいずれか一つ
を逐次検出するために装置内部に設けられる情報検出手
段と、前記情報検出手段の検出情報と位置決め誤差の関
係及びその他装置各部の形状誤差と位置決め誤差の関係
を予め知識として記憶する記憶手段と、前記送り量検出
手段及び情報検出手段によって逐次検出される検出情報
と前記記憶情報に基づいて補正制御量を求めて前記駆動
手段を駆動する制御手段と、を備えたことを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a driving means, a feed amount detecting means for detecting a feed amount, information on a shape error for each feed position, and an apparatus. Information regarding the thermal deformation due to the temperature distribution and the information detecting means provided inside the device for sequentially detecting at least one of the information regarding the deformation due to the external force, the information detected by the information detecting means and the positioning error. A storage unit that stores the relationship and the relationship between the shape error and the positioning error of each part of the device as knowledge in advance, the detection information sequentially detected by the feed amount detection unit and the information detection unit, and the correction control amount based on the stored information. And a control means for driving the driving means in accordance with the above-mentioned requirement.

【0018】制御手段は、位置決め誤差と、送り量検出
手段及び情報検出手段と、駆動手段の補正制御量との関
係を前もって学習することを特徴とする。
The control means is characterized in that the relationship between the positioning error, the feed amount detecting means and the information detecting means, and the correction control amount of the driving means is learned in advance.

【0019】学習は基準位置からの距離を測定している
距離検出手段によって行うことを特徴とする。
The learning is characterized by being performed by a distance detecting means which measures the distance from the reference position.

【0020】駆動手段は、粗動機構と微動機構を直列に
配したアクチュエータ群によって構成され、位置決め誤
差を微動機構によって補正することを特徴とする。
The drive means is composed of an actuator group in which a coarse movement mechanism and a fine movement mechanism are arranged in series, and a positioning error is corrected by the fine movement mechanism.

【0021】力センサが装置内部の外力が伝達される経
路に配されていることを特徴とする。
The force sensor is arranged in a path through which an external force inside the device is transmitted.

【0022】熱変形を検出する変形センサが、位置決め
誤差に影響を与える部分の軸方向伸縮を検出することを
特徴とする。
A deformation sensor for detecting thermal deformation is characterized by detecting axial expansion / contraction of a portion which affects a positioning error.

【0023】粗動機構はボールねじ等のねじ送り機構で
あることを特徴とする。
The coarse movement mechanism is a screw feed mechanism such as a ball screw.

【0024】微動機構は、圧電素子,電歪素子,熱膨張
を利用して伸縮するアクチュエータ,流体圧を利用して
伸縮するアクチュエータ,ボイスコイルを利用したアク
チュエータ,磁歪素子を利用したアクチュエータ等の指
令値に比例して伸縮する微小変位手段を備えていること
を特徴とする。
The fine movement mechanism is a command for a piezoelectric element, an electrostrictive element, an actuator that expands and contracts using thermal expansion, an actuator that expands and contracts using fluid pressure, an actuator that uses a voice coil, and an actuator that uses a magnetostrictive element. It is characterized in that it is provided with a minute displacement means that expands and contracts in proportion to the value.

【0025】微動機構は、微小変位手段と、該微小変位
手段の変位方向には変形可能で変位方向と直交する方向
には剛な弾性部材とを備えていることを特徴とする。
The fine movement mechanism is provided with a minute displacement means and an elastic member which is deformable in the displacement direction of the minute displacement means and is rigid in the direction orthogonal to the displacement direction.

【0026】微動機構は、微小変位手段と並列に変形セ
ンサを配し、微小変位手段の制御をフィードバック制御
によって行うことを特徴とする。
The fine movement mechanism is characterized in that a deformation sensor is arranged in parallel with the fine displacement means, and the fine displacement means is controlled by feedback control.

【0027】また、本発明のXYテーブルは、基台と、
該基台上に直線運動案内機構を介してX軸方向に移動自
在に配設される第1テーブルと、該第1テーブル上に直
線運動案内機構を介してX軸に対して直交するY軸方向
に移動自在に配設されるテーブルと、前記基台と第1テ
ーブルの間に設けられ第1テーブルをX軸方向に送る送
り機構と、前記第1テーブルと第2テーブルの間に設け
られ第2テーブルをY軸方向に送る送り機構と、を備
え、X,Y軸方向の送り機構として上記超精密送り装置
を用いてX軸方向とY軸方向の平面的な位置決め誤差を
補正可能としたことを特徴とする。
Further, the XY table of the present invention comprises a base and
A first table movably arranged on the base in the X-axis direction via a linear motion guide mechanism, and a Y-axis orthogonal to the X-axis on the first table via the linear motion guide mechanism. A table that is movable in the direction, a feed mechanism that is provided between the base and the first table and that feeds the first table in the X-axis direction, and a table that is provided between the first table and the second table. A feed mechanism for feeding the second table in the Y-axis direction, and it is possible to correct a planar positioning error in the X-axis direction and the Y-axis direction by using the above-mentioned ultra-precision feed device as the X-, Y-axis direction feed mechanism. It is characterized by having done.

【0028】また、基台のX軸及びY軸と直交するZ軸
方向の反り量を逐次検出する反り量検出手段と、基台と
第1テーブルの間の距離及び第1テーブルと第2テーブ
ル間の前記Z軸方向の距離を検出する距離検出手段と、
を設けると共に、前記直線運動案内装置にZ軸方向に変
位を発生する微小変位手段を設け、前記反り量検出手段
と距離検出手段の検出情報と前記XY軸方向の送り位置
毎のZ軸方向の位置決め誤差の関係を予め知識として記
憶し、前記反り量検出手段と距離検出手段によって逐次
検出される検出情報と前記記憶情報に基づいてZ軸方向
の補正制御量を求めて前記Z軸方向の微小変位手段を制
御する制御手段を設け、X,Y,Z軸方向の立体的な位
置決め誤差を補正可能としたことを特徴とする。
Further, the warp amount detecting means for sequentially detecting the warp amount in the Z-axis direction orthogonal to the X-axis and Y-axis of the base, the distance between the base and the first table, the first table and the second table. Distance detecting means for detecting a distance in the Z-axis direction between
In addition to the above, the linear movement guide device is provided with a minute displacement means for generating displacement in the Z-axis direction, the detection information of the warp amount detection means and the distance detection means, and the Z-axis direction for each feed position in the XY-axis direction. The relationship between the positioning errors is stored as knowledge in advance, and a correction control amount in the Z-axis direction is obtained based on the detection information and the stored information sequentially detected by the warp amount detection means and the distance detection means, and a minute amount in the Z-axis direction is obtained. It is characterized in that a control means for controlling the displacement means is provided so that a three-dimensional positioning error in the X-, Y-, and Z-axis directions can be corrected.

【0029】また、本発明のテーブル移送装置は、基台
と、基台上に直線運動案内機構を介して移動自在に配設
されるテーブルと、前記基台とテーブルの間に設けられ
テーブルを駆動する送り機構と、を備え、送り機構とし
て前記超精密送り装置を用い、一方、前記基台の送り方
向と直交する高さ方向の反り量を逐次検出する反り量検
出手段と、基台とテーブルの間の距離を検出する距離検
出手段と、を設けると共に、前記直線運動案内装置に送
り方向と直交する高さ方向に変位を発生する微小変位発
生手段を設け、前記反り量検出手段と距離検出手段の検
出情報と前記テーブルの送り位置毎の高さ方向の位置決
め誤差の関係を予め知識として記憶し、前記反り量検出
手段と距離検出手段によって逐次検出される検出情報と
前記記憶情報に基づいて高さ方向の補正制御量を求めて
前記微小変位発生手段を駆動する制御手段を設けたこと
を特徴とする。
The table transfer device of the present invention comprises a base, a table movably disposed on the base via a linear motion guide mechanism, and a table provided between the base and the table. And a feed mechanism for driving, using the ultra-precision feeding device as a feed mechanism, while, the warp amount detection means for sequentially detecting the warp amount in the height direction orthogonal to the feed direction of the base, and the base. Distance detecting means for detecting the distance between the tables, and minute displacement generating means for generating displacement in the height direction orthogonal to the feed direction in the linear motion guiding device, and the warping amount detecting means and the distance. The relationship between the detection information of the detection means and the positioning error in the height direction for each feed position of the table is stored in advance as knowledge, and based on the detection information and the storage information sequentially detected by the warp amount detection means and the distance detection means. There characterized in that the provided control means for driving the micro-displacement generation means seeking compensation control amount in the height direction.

【0030】[0030]

【作用】本発明では、外力や熱等の誤差要因情報を検出
する情報検出手段の検出情報と位置決め誤差の関係及び
その他装置各部の形状誤差と位置決め誤差の関係を学習
によって予め知識として記憶しておく。
According to the present invention, the relationship between the detection information of the information detecting means for detecting the error factor information such as external force and heat and the positioning error and the relationship between the shape error and the positioning error of other parts of the apparatus are stored in advance as knowledge by learning. deep.

【0031】送り動作中に、装置それ自体に設けられて
いる送り量検出手段によって送り位置を逐次検出する。
また、装置それ自体に設けられている情報検出手段によ
って、送り位置毎の形状誤差に起因する位置決め誤差、
装置の温度分布による熱変形に起因する位置決め誤差及
び外力による変形に起因する位置決め誤差の内の少なく
ともいずれか一つを逐次検出する。
During the feeding operation, the feeding position is successively detected by the feeding amount detecting means provided in the apparatus itself.
Further, by the information detecting means provided in the device itself, the positioning error caused by the shape error for each feed position,
At least one of a positioning error due to thermal deformation due to the temperature distribution of the device and a positioning error due to deformation due to an external force is sequentially detected.

【0032】もちろん、誤差要因の検出は、送り位置毎
の形状誤差と、熱変形と、外力のすべてを検出すること
が最も効果的であるが、いずれか一つの誤差をなくすだ
けでも効果はあり、精度要求に応じて種々選択し得る。
Of course, the most effective way of detecting the error factor is to detect all of the shape error at each feed position, thermal deformation, and external force, but it is also effective to eliminate any one error. Various selections can be made according to accuracy requirements.

【0033】制御手段において、これらの検出情報と記
憶情報とに基づいて補正制御量を求め、駆動手段を制御
して位置決め誤差を補正する。
In the control means, the correction control amount is obtained based on the detected information and the stored information, and the driving means is controlled to correct the positioning error.

【0034】駆動手段を、粗動機構と微動機構を直列に
配したアクチュエータ群によって構成すれば、粗動機構
によって大ストロークを実現でき、微動機構によって精
密位置決めと高分解能を実現できる。
If the drive means is constituted by an actuator group in which a coarse movement mechanism and a fine movement mechanism are arranged in series, a large stroke can be realized by the coarse movement mechanism and precise positioning and high resolution can be realized by the fine movement mechanism.

【0035】また、本発明のXYテーブルは、上記内部
モニタ方式の送り装置によってX,Y軸方向の平面的な
絶対位置決めが可能となる。
Further, the XY table of the present invention can be subjected to absolute planar positioning in the X and Y axis directions by the internal monitor type feeding device.

【0036】さらに、基台の反り量と、基台と第1テー
ブル間の距離と、第1テーブルと第2テーブル間の距離
を検出することによって、XY軸方向の平面的な送り位
置毎のZ軸方向の位置決め誤差を検出でき、このZ軸方
向の位置決め誤差を直線運動案内機構に設けたZ軸方向
の微小変位手段によって補正することで、立体的な絶対
位置決めが可能となる。
Further, by detecting the warp amount of the base, the distance between the base and the first table, and the distance between the first table and the second table, it is possible to detect the flat feed position in each of the XY axis directions. The positioning error in the Z-axis direction can be detected, and the positioning error in the Z-axis direction can be corrected by the minute displacement means in the Z-axis direction provided in the linear motion guide mechanism, thereby enabling three-dimensional absolute positioning.

【0037】本発明のテーブル移送装置は、基台の反り
量と、基台とテーブル間の距離を検出することによっ
て、テーブルの送り位置毎の高さ方向の位置決め誤差を
検出でき、この高さ方向の位置決め誤差を直線運動案内
機構に設けた高さ方向の微小変位手段によって補正する
ことで、立体的な絶対位置決めが可能となる。
The table transfer device of the present invention can detect the positioning error in the height direction at each feed position of the table by detecting the warp amount of the base and the distance between the base and the table. By correcting the positioning error in the direction by the minute displacement means in the height direction provided in the linear motion guide mechanism, the three-dimensional absolute positioning becomes possible.

【0038】[0038]

【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to illustrated embodiments.

【0039】図1乃至図3は本発明の内部モニタ方式の
超精密送り装置の第1実施例を示している。
1 to 3 show a first embodiment of an internal monitor type ultra-precision feeding device of the present invention.

【0040】図1は概念構成を示すもので、図2,図3
はより具体化した図を示す。このうち、図2(B)は図
2(A)を概念的に示したものにすぎず、構成は全く同
一である。
FIG. 1 shows a conceptual configuration.
Shows a more concrete view. Of these, FIG. 2B is merely a conceptual view of FIG. 2A, and the configuration is exactly the same.

【0041】この送り装置は、図1(B)に示すよう
に、装置の形状誤差E・外力F・熱Hの影響による位置
決め誤差Δをモニタするために、送り量検出手段として
の送り位置センサS1,位置決め誤差に影響を与える要
因の情報を検出する情報検出手段としての力センサS
2,熱変形センサS3あるいは図示しないが送り位置毎
の形状誤差に関する情報を検出するるセンサ等のセンサ
群と、これらセンサ群の検出情報と位置決め誤差Δの関
係その他装置各部の形状誤差Eと位置決め誤差Δの関係
を予め知識として記憶して微小変位アクチュエータAに
よる補正量を判断する計算機Cとによって、所望の機能
を実現する送り装置である。
As shown in FIG. 1 (B), this feeding device monitors the positioning error Δ due to the influence of the shape error E, external force F, and heat H of the device. S1, a force sensor S as information detecting means for detecting information on factors affecting the positioning error.
2. A sensor group such as a thermal deformation sensor S3 or a sensor (not shown) that detects information on a shape error for each feed position, the relationship between the detection information of these sensor groups and the positioning error Δ, and other shape errors E and positioning of each part of the apparatus This is a feeding device that realizes a desired function by a computer C that stores the relationship of the error Δ as knowledge in advance and determines the correction amount by the small displacement actuator A.

【0042】この第1実施例では、内部モニタ方式によ
って、形状誤差Eと、力Fによる変形に起因する位置決
め誤差のみを補正する例である。
The first embodiment is an example in which only the shape error E and the positioning error caused by the deformation by the force F are corrected by the internal monitor method.

【0043】内部モニタ方式とは、自分自身につけたセ
ンサで、作業時、インプロセスで自分の姿勢を知ること
である。
The internal monitor system is a sensor attached to oneself, and is to know one's posture in process during work.

【0044】送り装置1は、図1(A),図2及び図3
に示すように、概略、粗動機構2と、この粗動機構2と
直列に配される微動機構3とから構成され、粗動機構2
によって大ストロークを確保し、図1(A)に示すよう
に、その目標位置Oに対する位置決め誤差Δを微動機構
3によって補償するものである。
The feeding device 1 is shown in FIG. 1 (A), FIG. 2 and FIG.
As shown in FIG. 2, the coarse movement mechanism 2 and the fine movement mechanism 3 arranged in series with the coarse movement mechanism 2 are provided.
A large stroke is ensured by, and the positioning error Δ with respect to the target position O is compensated by the fine movement mechanism 3 as shown in FIG.

【0045】粗動機構2は、図2(A)に示すように、
ボールねじ軸4と、ボールねじ軸4に螺合されるボール
ナット5と、ボールねじ軸4とボールナット5間に介在
される多数個のボール6と、ボールねじ軸4を回転駆動
するモータMと、から構成されている。ボールねじ軸4
は基台7上に立設される軸受台8にアンギュラコンタク
ト玉軸受等の軸受9を介して回転自在に支持されてい
る。モータMは基台7に設けらモータ支持壁10に支持
され、モータMの駆動軸11とボールねじ軸4とが継手
部材12を介して作動連結されている。
The coarse movement mechanism 2 is, as shown in FIG.
A ball screw shaft 4, a ball nut 5 screwed to the ball screw shaft 4, a large number of balls 6 interposed between the ball screw shaft 4 and the ball nut 5, and a motor M for rotationally driving the ball screw shaft 4. It consists of and. Ball screw shaft 4
Is rotatably supported by a bearing stand 8 standing on a base stand 7 via a bearing 9 such as an angular contact ball bearing. The motor M is supported by a motor support wall 10 provided on the base 7, and the drive shaft 11 of the motor M and the ball screw shaft 4 are operatively connected via a joint member 12.

【0046】また、ボールナット5は、図3に示すよう
に、その左右側面を支持する直線運動案内機構13を介
してボールねじ軸4の軸方向に直線案内されている。こ
の直線運動案内機構13は、基台7に固定される直線状
の固定レール14と、ボールナット5に固定される可動
レール15と、この固定レール14と可動レール15間
に転動自在に介装される図示しないボール等の転動体と
から構成される。
Further, as shown in FIG. 3, the ball nut 5 is linearly guided in the axial direction of the ball screw shaft 4 via a linear motion guide mechanism 13 which supports the left and right side surfaces thereof. The linear motion guide mechanism 13 includes a linear fixed rail 14 fixed to the base 7, a movable rail 15 fixed to the ball nut 5, and a rolling rail interposed between the fixed rail 14 and the movable rail 15. It is composed of rolling elements such as balls (not shown) mounted.

【0047】微動機構3は、圧電素子等の微小変位アク
チュエータ16と、微小変位アクチュエータ16と並列
に設けられて微小変位を検出する変位センサ17と、か
ら構成されている。変位センサ17は、微小変位アクチ
ュエータ16と並列に設けられる平行平板構造の弾性部
材18と、弾性部材18に貼着された歪ゲージ19と、
から構成される。弾性部材18は、図2(D)に誇張し
て示すように、軸方向には変形可能で軸方向と直交する
方向以外の方向には剛な構成となっている。この歪ゲー
ジ19によって微小変位アクチュエータ16の変位量を
検出し、微動制御回路31にフィードバックして補正量
を正確に制御している。
The fine movement mechanism 3 comprises a fine displacement actuator 16 such as a piezoelectric element, and a displacement sensor 17 provided in parallel with the fine displacement actuator 16 for detecting a fine displacement. The displacement sensor 17 includes a parallel plate elastic member 18 provided in parallel with the micro displacement actuator 16, and a strain gauge 19 attached to the elastic member 18.
Composed of. As shown in an exaggerated manner in FIG. 2D, the elastic member 18 is deformable in the axial direction and is rigid in the directions other than the direction orthogonal to the axial direction. The strain gauge 19 detects the displacement amount of the small displacement actuator 16 and feeds it back to the fine movement control circuit 31 to accurately control the correction amount.

【0048】すなわち、弾性部材18は、ボールナット
5に固定される固定部20と、固定部20と離間して設
けられる自由端側の可動部21と、固定部20と可動部
21を連結する軸と直交する方向に延びる平行平板構造
のばね部22とから構成され、歪ゲージ19は、ばね部
22の固定部20及び可動部21との付け根位置に貼付
けられている。また、上記微小変位アクチュエータ16
は、この弾性部材18の可動部21と固定部20間に装
着されている。
That is, the elastic member 18 connects the fixed portion 20 fixed to the ball nut 5, the movable portion 21 on the free end side provided apart from the fixed portion 20, and the fixed portion 20 and the movable portion 21. The strain gauge 19 is formed of a parallel plate-shaped spring portion 22 extending in a direction orthogonal to the axis, and the strain gauge 19 is attached to a base position of the fixed portion 20 and the movable portion 21 of the spring portion 22. In addition, the minute displacement actuator 16
Is mounted between the movable portion 21 and the fixed portion 20 of the elastic member 18.

【0049】微動機構3の変位センサとしては上記実施
例のような平行平板構造を用いたものの他に、歪ゲージ
等の抵抗式センサ、圧電素子や電歪素子を用いて変位を
電圧変化として検出する電圧式センサ、差動トランスや
渦電流センサ等の電磁誘導式センサ、静電容量式セン
サ,光ファイバ等を用いた光干渉式センサ等、微小変位
を検出可能な公知の種々のセンサを用いることができ
る。
As the displacement sensor of the fine movement mechanism 3, in addition to the one using the parallel plate structure as in the above embodiment, a resistance type sensor such as a strain gauge, a piezoelectric element or an electrostrictive element is used to detect the displacement as a voltage change. Various well-known sensors capable of detecting minute displacements, such as a voltage type sensor, an electromagnetic induction type sensor such as a differential transformer or an eddy current sensor, a capacitance type sensor, an optical interference type sensor using an optical fiber, etc. are used. be able to.

【0050】また、微小変位アクチュエータ16として
は、圧電素子,電歪素子,熱膨張を利用して伸縮するア
クチュエータ,流体圧を利用して伸縮するアクチュエー
タ,ボイスコイルを利用したアクチュエータ,磁歪素子
を利用したアクチュエータ等の指令値に比例して伸縮す
る各種アクチュエータを用いることができる。
As the small displacement actuator 16, a piezoelectric element, an electrostrictive element, an actuator that expands and contracts by using thermal expansion, an actuator that expands and contracts by using fluid pressure, an actuator that uses a voice coil, and a magnetostrictive element are used. It is possible to use various actuators that expand and contract in proportion to the command value of the actuators.

【0051】上記モータMには送り位置を検出するため
の送り量検出手段としてのエンコーダ23が設けられて
いる。このエンコーダ23は、図示例ではロータリエン
コーダを用いている。ロータリエンコーダはモータMの
回転量を検出してもよいし、ボールねじ軸4の回転量を
検出するようにしてもよい。また、ロータリエンコーダ
の代わりにリニアエンコーダを用いてもよい。
The motor M is provided with an encoder 23 as a feed amount detecting means for detecting the feed position. As the encoder 23, a rotary encoder is used in the illustrated example. The rotary encoder may detect the rotation amount of the motor M or may detect the rotation amount of the ball screw shaft 4. A linear encoder may be used instead of the rotary encoder.

【0052】リニアエンコーダを用いる場合には、ボー
ルナット5あるいは被動部24の送り位置を読み取るよ
うにしてもよいし、直線運動案内装置13の固定レール
14に対する移動レール15の移動量を検出するように
してもよい。
When a linear encoder is used, the feed position of the ball nut 5 or the driven part 24 may be read, or the moving amount of the moving rail 15 with respect to the fixed rail 14 of the linear motion guide device 13 may be detected. You may

【0053】一方、装置に作用する外力が装置内部を伝
わる経路には力センサ25が設けられている。力センサ
25は、この実施例では微動機構3の可動部21と被送
り部材が取り付けられる被動部24の間に直列に設けら
れている。
On the other hand, a force sensor 25 is provided on the path through which the external force acting on the device propagates inside the device. In this embodiment, the force sensor 25 is provided in series between the movable portion 21 of the fine movement mechanism 3 and the driven portion 24 to which the fed member is attached.

【0054】力センサ25も、図2(C)に誇張して示
すように、軸方向には弾性変形可能で軸と直交する方向
には剛な平行平板構造の弾性部材26と、この弾性部材
26の歪量を検出する歪ゲージ27と、から構成されて
おり、弾性部材26の歪量の検出値から軸方向荷重を検
出するものである。
As exaggeratedly shown in FIG. 2C, the force sensor 25 also includes an elastic member 26 having a parallel flat plate structure which is elastically deformable in the axial direction and rigid in the direction orthogonal to the axis, and this elastic member. And a strain gauge 27 for detecting the strain amount of the elastic member 26, and detects the axial load from the detected value of the strain amount of the elastic member 26.

【0055】ここで、微動機構3を構成する弾性部材2
6、上記力センサ25及び被動部24までが一つのブロ
ック体によって構成されている。
Here, the elastic member 2 constituting the fine movement mechanism 3
6. The block up to the force sensor 25 and the driven part 24 is formed by one block body.

【0056】力が通る経路は、上記被動部24,力セン
サ25,微小アクチュエータ16と弾性部材26、ボー
ルナット5,ボール6、ボールねじ軸4、軸受9及び軸
受台8を通して基台7に至る経路である。力センサ25
は、上記被動部24と微動機構3の間ではなく、微動機
構3とボールナット5の間、ボールナット5自体、軸受
9と軸受台8の間、軸受台8自体、軸受台8と基台7の
間等、必要に応じて種々の位置に設けることができる。
The path through which the force passes reaches the base 7 through the driven part 24, the force sensor 25, the minute actuator 16 and the elastic member 26, the ball nut 5, the ball 6, the ball screw shaft 4, the bearing 9 and the bearing base 8. It is a route. Force sensor 25
Is not between the driven part 24 and the fine movement mechanism 3, but between the fine movement mechanism 3 and the ball nut 5, the ball nut 5 itself, the bearing 9 and the bearing stand 8, the bearing stand 8 itself, the bearing stand 8 and the base stand. It can be provided at various positions as required, such as between 7 and the like.

【0057】図1(A)にはこの送り装置の制御構成を
示している。
FIG. 1A shows the control structure of this feeding device.

【0058】制御系としては、粗動機構2の粗動制御系
と、微動機構3の微動制御系を有している。
The control system includes a coarse movement control system of the coarse movement mechanism 2 and a fine movement control system of the fine movement mechanism 3.

【0059】粗動制御系は、粗動制御回路28に送り量
が指令値として入力され、この指令値に基づいてモータ
Mの駆動信号が出され、駆動回路29を介してモータM
が所定量回転駆動される。これによってボールねじ軸4
が所定量回転され、ボールねじ軸4の回転運動がボール
ナット5の直線運動に変換されて軸方向に所定量移動す
る。
In the coarse motion control system, the feed amount is input as a command value to the coarse motion control circuit 28, a drive signal for the motor M is output based on this command value, and the motor M is transmitted via the drive circuit 29.
Is rotated by a predetermined amount. This makes the ball screw shaft 4
Is rotated by a predetermined amount, the rotational movement of the ball screw shaft 4 is converted into the linear movement of the ball nut 5, and the ball screw shaft 4 is moved by a predetermined amount in the axial direction.

【0060】一方、微動制御系は、送り位置毎の装置の
形状誤差としてボールねじ軸4の送り位置毎のピッチ誤
差と位置決め誤差との関係、力センサ25の検出情報と
位置決め誤差との関係を学習して、メモリ30に記憶し
ている。
On the other hand, the fine movement control system shows the relationship between the pitch error and the positioning error for each feed position of the ball screw shaft 4 as the shape error of the device for each feed position, and the relationship between the detection information of the force sensor 25 and the positioning error. Learned and stored in the memory 30.

【0061】被動部24の位置決め誤差に影響を与える
装置の形状誤差としては、たとえばボールねじ軸4のピ
ッチ誤差が大きい要因として考えられる。もちろん、位
置決め誤差に影響を及ぼす装置各部の形状誤差として
は、その他装置構成によって適宜選択される。このピッ
チ誤差は予め検出して知識としてメモリ30に記憶され
ている。
The shape error of the device that affects the positioning error of the driven part 24 is considered to be a factor in which the pitch error of the ball screw shaft 4 is large. Of course, the shape error of each part of the device that affects the positioning error is appropriately selected depending on the other device configuration. This pitch error is detected in advance and stored in the memory 30 as knowledge.

【0062】そして、力センサ25によって検出される
外力Fの情報と、エンコーダ23からの送り位置情報と
が微動制御部31に入力され、この微動制御部31にお
いて、外力情報及び送り位置情報とメモリ30に記憶さ
れている位置決め誤差との関係から微動機構3の補正制
御量を演算し、微動機構3の補正移動量を制御するもの
である。この微動機構3の微小変位アクチュエータ16
は微動制御回路31からの補正制御信号に基づいて駆動
回路31aを介して所定量伸縮作動する。
Then, the information of the external force F detected by the force sensor 25 and the feed position information from the encoder 23 are input to the fine movement control unit 31, and in the fine movement control unit 31, the external force information and the feed position information and the memory. The correction control amount of the fine movement mechanism 3 is calculated from the relationship with the positioning error stored in 30, and the correction movement amount of the fine movement mechanism 3 is controlled. This small displacement actuator 16 of this fine movement mechanism 3
Is expanded and contracted by a predetermined amount via the drive circuit 31a based on the correction control signal from the fine movement control circuit 31.

【0063】ここで、実験例を示す。Here, an experimental example is shown.

【0064】ボールねじ軸は直径4[mm]、リード1
[mm]で、2個のナットを中央の板ばねで予圧をかけ
てバックラッシュを無くした構造のものを用いた。位置
決めの再現性は100[nm]以下で、常に3[N・m
m]の摩擦トルクが発生して発熱が生じる。
The ball screw shaft has a diameter of 4 mm and a lead 1
In [mm], a structure was used in which two nuts were preloaded with a central leaf spring to eliminate backlash. Positioning reproducibility is 100 [nm] or less and always 3 [N ・ m]
m] friction torque is generated and heat is generated.

【0065】微小変位アクチュエータ16としては5×
5×9[mm]の寸法の積層構成の圧電素子を用いた。
一般に圧電素子にかける電圧とその時の伸縮量との関係
は、ヒステリシス・非線形性ともに5%程度と大きいた
め、平行平板構造の変位センサを圧電素子と並列に配し
て、フィードバック回路、すなわちコンピュータが支持
する信号電圧の設定値と、変位センサ18から出力され
る測定値とが等しくなるように、微小変位アクチュエー
タ16に電圧を与える回路を設計した。
As the small displacement actuator 16, 5 ×
A piezoelectric element having a laminated structure with dimensions of 5 × 9 [mm] was used.
Generally, the relationship between the voltage applied to the piezoelectric element and the amount of expansion / contraction at that time is as large as about 5% both in hysteresis and non-linearity. Therefore, a parallel flat plate displacement sensor is arranged in parallel with the piezoelectric element, and a feedback circuit, that is, a computer A circuit for applying a voltage to the small displacement actuator 16 was designed so that the set value of the signal voltage to be supported is equal to the measured value output from the displacement sensor 18.

【0066】これを用いると、ヒステリシス・非線形性
は小さくなり、圧電素子の伸縮量の再現性も5[nm]
と小さくなる。
When this is used, hysteresis and non-linearity are reduced, and the reproducibility of the expansion / contraction amount of the piezoelectric element is 5 [nm].
Becomes smaller.

【0067】力センサ25は微小変位アクチュエータ1
6と直列に配してある。これは平行平板構造の弾性部材
26と歪ゲージ27によって、ヒステリシス・非線形性
は2%以下と小さい。力センサ25の定格荷重は5N、
剛性は1.4[N/μm]である。
The force sensor 25 is the small displacement actuator 1
It is arranged in series with 6. Due to the elastic member 26 having the parallel plate structure and the strain gauge 27, the hysteresis / non-linearity is as small as 2% or less. The rated load of the force sensor 25 is 5N,
The rigidity is 1.4 [N / μm].

【0068】また、基準位置からの距離を測定する距離
検出手段としてのレーザ測長器32によって位置決め誤
差を測定した。このレーザ測長器32は、送り装置の学
習及び評価のために用いたもので、この情報を用いて微
小変位アクチュエータ16をインプロセスで制御するも
のではない。ただし、装置の形状誤差としてのボールね
じの送りピッチ誤差を検出してメモリに記憶するもので
あり、その意味で本願発明の情報検出手段を構成する。
このレーザ測長器は装置外部に設けてもよいし、装置内
部に設けても良い。
Further, the positioning error was measured by the laser length measuring device 32 as the distance detecting means for measuring the distance from the reference position. The laser length measuring device 32 is used for learning and evaluation of the feeding device, and does not control the minute displacement actuator 16 in-process using this information. However, the feed pitch error of the ball screw as the shape error of the device is detected and stored in the memory, and in that sense, it constitutes the information detecting means of the present invention.
This laser length measuring device may be provided outside the device or inside the device.

【0069】内部モニタ方式の制御をせずに、位置決め
誤差を測定したのが、図4(A)に示す結果である。
The positioning error was measured without controlling the internal monitor method, and the result is shown in FIG.

【0070】図4(A)は、外力をかけない状態で、
1.389[μm]ごとに間欠的に計5[mm]送る場
合の、レーザ測長器32で測定した位置と、操作によっ
て送りたかった目標位置Oとの差を示す。ピッチ分を1
周期として加工による誤差が±3[μm]生じているこ
と、ボールナット5において、ボールがリテーナからナ
ット溝に挿入される時に0.3[μm]の衝撃値が生じ
ていること、測定しながら5[mm]送るのに45分か
かるため0.5[μm]の熱膨張が生じることが分か
る。
FIG. 4A shows a state where no external force is applied.
The difference between the position measured by the laser length-measuring device 32 and the target position O that was desired to be sent by the operation when intermittently sending a total of 5 [mm] every 1.389 [μm] is shown. 1 for pitch
There is an error of ± 3 [μm] due to machining as the cycle, and in the ball nut 5, an impact value of 0.3 [μm] is generated when the balls are inserted into the nut groove from the retainer. It takes 45 minutes to feed 5 [mm], which means that thermal expansion of 0.5 [μm] occurs.

【0071】図4(B)は、モータMを停止している状
態で、外力Fを送り方向にかけた場合の、外力Fの大き
さとそれによって変動した位置決め誤差(変化量)Δと
の関係を示している。この剛性1.4[μm/N]はほ
ぼ力センサ25の剛性に等しい。
FIG. 4 (B) shows the relationship between the magnitude of the external force F and the positioning error (change amount) Δ that varies when the external force F is applied in the feed direction while the motor M is stopped. Shows. The rigidity of 1.4 [μm / N] is almost equal to the rigidity of the force sensor 25.

【0072】図1(B)に示したように、計算機は前も
って予備実験を通して、位置決め誤差Δと、力センサ2
5出力値、微小変位アクチュエータ16入力値との関係
を学習しなければならない。位置決め誤差Δと、エンコ
ーダ23出力信号との関係は先の図4(A)で、力セン
サ25の出力信号との関係は次の図4(C)で、微小変
位アクチュエータ16の入力信号との関係は次の図5
(A)で示す。
As shown in FIG. 1 (B), the computer carried out preliminary experiments in advance to find the positioning error Δ and the force sensor 2
It is necessary to learn the relationship between the 5 output values and the input value of the small displacement actuator 16. The relationship between the positioning error Δ and the output signal of the encoder 23 is shown in FIG. 4 (A), and the relationship with the output signal of the force sensor 25 is shown in FIG. 4 (C). The relationship is shown in Figure 5 below.
It shows with (A).

【0073】図4(B),図5(A)に示すように、力
センサ25も微動機構5も、ともに平行平板構造を用い
ているため線形性がよい。
As shown in FIGS. 4 (B) and 5 (A), both the force sensor 25 and the fine movement mechanism 5 use a parallel plate structure, so that the linearity is good.

【0074】次に、計算機に記憶した関係を用いて、入
力信号をモニタしながら位置決め誤差を補正する。形状
誤差を補正した結果は図5(B)、外力を補正した結果
が図5(C)である。補正制御を行わない図4(A),
4(B)と比較してみると、加工精度に起因する位置決
め誤差は±3[μm]から±0.3[μm]へ小さく、
剛性は1.4[μm/N]から20[μm/N]へと大
きく、それぞれ一桁変化していることがわかる。
Next, using the relationship stored in the computer, the positioning error is corrected while monitoring the input signal. The result of correcting the shape error is shown in FIG. 5 (B), and the result of correcting the external force is shown in FIG. 5 (C). FIG. 4A without correction control,
When compared with 4 (B), the positioning error due to the processing accuracy is small from ± 3 [μm] to ± 0.3 [μm],
It can be seen that the rigidity is large from 1.4 [μm / N] to 20 [μm / N], and changes by an order of magnitude.

【0075】なお、外力をかけない場合の位置決め誤
差、すなわち外乱による振動は±0.05[μm]であ
った。これと先述の熱の影響を考慮すると、上述の補正
はさらに、改善されることは明らかである。
The positioning error when no external force was applied, that is, vibration due to disturbance was ± 0.05 [μm]. Given this and the thermal effects mentioned above, it is clear that the above correction is further improved.

【0076】図6及び図7は本発明の第2実施例を示し
ている。
6 and 7 show a second embodiment of the present invention.

【0077】この第2実施例は、上記第1実施例の送り
装置に熱変形センサ33を加えた例であり、第1実施例
と同一の構成部分については、同一の符号を付してその
説明を省略する。
The second embodiment is an example in which a thermal deformation sensor 33 is added to the feeding device of the first embodiment, and the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals. The description is omitted.

【0078】すなわち、図6に示すように、外力による
変形に起因する位置決め誤差と、熱変形に起因する位置
決め誤差を検出するための誤差要因検出手段として、第
1実施例と同一の力センサ25に加えて、熱変形センサ
33を設け、学習記憶する知識として、熱変形に起因す
る位置決め誤差を加え、力センサ25及び熱変形センサ
33から逐次得られる位置決め誤差要因の情報と、知識
として持っている位置決め誤差の情報に基づいて微動機
構3の補正制御量を求めるものである。
That is, as shown in FIG. 6, as the error factor detecting means for detecting the positioning error due to the deformation due to the external force and the positioning error due to the thermal deformation, the same force sensor 25 as in the first embodiment is used. In addition to the above, a thermal deformation sensor 33 is provided, and as a knowledge to be learned and stored, a positioning error caused by thermal deformation is added, and information about a positioning error factor that is sequentially obtained from the force sensor 25 and the thermal deformation sensor 33 is held as knowledge. The correction control amount of the fine movement mechanism 3 is obtained based on the information of the positioning error.

【0079】図示例は、熱変形に起因する位置決め誤差
に影響する代表的部位として基台7を選び、熱変形セン
サ33によって基台7の熱変形量を検出するようにした
ものである。この基台7は軸受台8が固定されていて、
基台7が伸縮するとボールねじ軸4の位置も変化して位
置決め誤差の原因となる部分で、しかもモータMの発熱
や基台7が固定される設置環境の温度変化に影響され
る。
In the illustrated example, the base 7 is selected as a representative portion that affects the positioning error caused by thermal deformation, and the thermal deformation sensor 33 detects the amount of thermal deformation of the base 7. A bearing base 8 is fixed to the base 7,
When the base 7 expands and contracts, the position of the ball screw shaft 4 also changes, which causes a positioning error, and is affected by the heat generation of the motor M and the temperature change of the installation environment where the base 7 is fixed.

【0080】熱変形センサ33は、ボールねじ軸4と平
行に配設された基台7とほぼ同一長さの基準部材34
と、基準部材34と基台7との軸方向の相対変位を検出
する変位センサ35とを備えている。すなわち、上記基
準部材34の一端を基台7の一端に固定し、この基準部
材34の他端と基台7の他端の相対変位量を変位センサ
35によって検出するものである。これにより基台7の
熱変形量を検出し、熱変形に起因する位置決め誤差を求
めるものである。
The thermal deformation sensor 33 has a reference member 34 of substantially the same length as the base 7 arranged in parallel with the ball screw shaft 4.
And a displacement sensor 35 that detects the relative displacement of the reference member 34 and the base 7 in the axial direction. That is, one end of the reference member 34 is fixed to one end of the base 7, and the relative displacement amount between the other end of the reference member 34 and the other end of the base 7 is detected by the displacement sensor 35. By this, the amount of thermal deformation of the base 7 is detected, and the positioning error due to the thermal deformation is obtained.

【0081】基準部材34としては、線膨張率が極めて
小さくほとんど熱膨張量を無視できる材料、たとえばス
ーパーインバー棒を用いることが望ましいが、熱膨張率
が既知の部材であれば、その相対変位量によって温度変
化を知ることができる。
As the reference member 34, it is desirable to use a material having a very small coefficient of linear expansion and a negligible amount of thermal expansion, for example, Super Invar, but if the member has a known coefficient of thermal expansion, its relative displacement amount. The temperature change can be known by.

【0082】変位センサ35としては、図7(B)に示
すように、軸方向には変形可能で軸方向と直交する方向
には剛な平行平板構造の弾性部材36と、この弾性部材
36に貼付けられる歪ゲージ37とから構成されてい
る。弾性部材36は、基台7に固定される基台側固定部
38と、基準部材36に固定される基準部材側固定部3
9と、基台側固定部38と基準部材側固定部39間を連
結する軸方向と直交する方向に延びる平行平板状のばね
部40と、から構成され、歪ゲージ37は、ばね部40
の基台側及び基準部材側固定部38,39との付け根位
置に貼付けられている。
As the displacement sensor 35, as shown in FIG. 7B, an elastic member 36 having a parallel plate structure which is deformable in the axial direction and is rigid in the direction orthogonal to the axial direction, and the elastic member 36. It is composed of a strain gauge 37 to be attached. The elastic member 36 includes a base-side fixing portion 38 fixed to the base 7 and a reference-member-side fixing portion 3 fixed to the reference member 36.
9 and a parallel plate-shaped spring portion 40 extending in a direction orthogonal to the axial direction connecting between the base-side fixing portion 38 and the reference member-side fixing portion 39, and the strain gauge 37 includes the spring portion 40.
It is attached to the base side and the base member side fixing portions 38 and 39 at the base positions.

【0083】変位センサ35としては、弾性部材36を
用いないで、歪ゲージ等の抵抗式センサ、圧電素子や電
歪素子を用いて変位を電圧変化として検出する電圧式セ
ンサ、差動トランスや渦電流センサ等の電磁誘導式セン
サ、静電容量式センサ,光ファイバ等を用いた光り干渉
式センサ等、微小変位を検出可能な公知の種々のセンサ
を用いることができる。
As the displacement sensor 35, a resistance type sensor such as a strain gauge is used without using the elastic member 36, a voltage type sensor for detecting displacement as a voltage change using a piezoelectric element or an electrostrictive element, a differential transformer or a vortex. Various known sensors capable of detecting a minute displacement, such as an electromagnetic induction type sensor such as a current sensor, a capacitance type sensor, a light interference type sensor using an optical fiber or the like, can be used.

【0084】図8は第1実施例と同様の条件で、熱変形
について実験した結果である。
FIG. 8 shows the result of an experiment on thermal deformation under the same conditions as in the first embodiment.

【0085】図8(A)は熱変形センサ33の出力と位
置決め誤差Δの関係を示すものである。このデータを知
識として記憶しておき、熱変形センサ33の出力に対応
する位置決め誤差量を微小変位アクチュエータ16によ
って補正した結果が図8(B)である。このように、熱
変形による影響をなくすことができる。
FIG. 8A shows the relationship between the output of the thermal deformation sensor 33 and the positioning error Δ. FIG. 8B shows a result obtained by storing the data as knowledge and correcting the positioning error amount corresponding to the output of the thermal deformation sensor 33 by the micro displacement actuator 16. In this way, the influence of thermal deformation can be eliminated.

【0086】この実施例では、熱変形センサ33を基台
7側面に設けたが、ボールねじ軸4の場合にはボールナ
ット5とボールねじ軸4間の摩擦発熱も生じるので、熱
膨張位置決め誤差に直接影響する部位としては、ボール
ねじ軸4の軸方向の熱膨張を直接検出することが効果的
である。
In this embodiment, the thermal deformation sensor 33 is provided on the side surface of the base 7. However, in the case of the ball screw shaft 4, frictional heat is generated between the ball nut 5 and the ball screw shaft 4, so that a thermal expansion positioning error occurs. It is effective to directly detect the thermal expansion of the ball screw shaft 4 in the axial direction as the part that directly affects the temperature.

【0087】その場合には、たとえば、図9(A)に示
すようにボールねじ軸4を中空構成とし、この中空穴4
1内に基準部材34を挿入し、基準部材34の一端をボ
ールねじ軸4の一端に固定し、基準部材34の自由端と
ボールねじ軸4の自由端の相対変位を変位センサ35に
よって検出するようにすればよい。
In this case, for example, as shown in FIG. 9 (A), the ball screw shaft 4 has a hollow structure, and the hollow hole 4
1, the reference member 34 is inserted, one end of the reference member 34 is fixed to one end of the ball screw shaft 4, and the relative displacement between the free end of the reference member 34 and the free end of the ball screw shaft 4 is detected by the displacement sensor 35. You can do it like this.

【0088】熱変形センサ33の設置位置としては、そ
の他、図9(B)(C)に示すように、ボールナット5
を直線案内する直線運動案内機構の軌道レール42に設
けてもよい。図示例は直線運動案内装置の一例で、軌道
レール42にボール等の転動体43を介して移動ブロッ
ク44が直線方向に移動自在に組み付けられたものであ
る。この軌道レール42に軸方向に貫通する中空穴45
を設け、ボールねじ軸4と同様に基準部材34を挿入
し、軌道レール42と基準部材34の自由端の相対変位
を変位センサ35によって検出するようにすればよい。
As for the installation position of the thermal deformation sensor 33, as shown in FIGS. 9B and 9C, the ball nut 5 is installed.
May be provided on the track rail 42 of the linear motion guide mechanism for linearly guiding. The illustrated example is an example of a linear motion guide device in which a moving block 44 is mounted on a track rail 42 via rolling elements 43 such as balls so as to be movable in a linear direction. A hollow hole 45 penetrating the track rail 42 in the axial direction.
The reference member 34 may be inserted similarly to the ball screw shaft 4, and the relative displacement between the track rail 42 and the free end of the reference member 34 may be detected by the displacement sensor 35.

【0089】リニアエンコーダを有する場合には、リニ
アエンコーダの基体自体に取り付けてリニアエンコーダ
自体の熱膨張量を検出するようにしてもよい。すなわ
ち、リニアエンコーダによって送り位置を検出している
のだから、送り位置の温度変化に起因する位置決め誤差
はリニアエンコーダの熱変形量が分かれば正しい位置が
判断できる。
When the linear encoder is provided, it may be attached to the base body of the linear encoder to detect the thermal expansion amount of the linear encoder itself. That is, since the feed position is detected by the linear encoder, the correct position of the positioning error caused by the temperature change of the feed position can be determined if the thermal deformation amount of the linear encoder is known.

【0090】また、上記実施例では熱変形に関する情報
として熱変形量を直接検出しているが、温度分布に対応
する熱変形量を知識として持っておき、温度分布を検出
することによって熱変形を検出するようにしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the thermal deformation amount is directly detected as the information on the thermal deformation, but the thermal deformation amount corresponding to the temperature distribution is held as knowledge, and the thermal deformation is detected by detecting the temperature distribution. You may make it detect.

【0091】図10は、本発明の第3実施例を示してい
る。
FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention.

【0092】この第3実施例も第2実施例と同様に、熱
変形の要因を除去するように構成したものであるが、第
1,第2実施例と異なる点は、ボールねじ軸4の両端を
軸受9,9を介して支持する構成となっており、両軸受
台8,8間に熱変形センサ33を設けたものである。こ
の場合には、熱変形センサ33には、厳密な意味では熱
変形だけでなく力による変形分も検出されるが、熱によ
る変形に比べて力による変形は小さいので、熱変形を代
表するものと考えることができる。
Like the second embodiment, the third embodiment is configured to eliminate the factors of thermal deformation, but the difference from the first and second embodiments is that the ball screw shaft 4 has Both ends are supported via bearings 9, 9 and a thermal deformation sensor 33 is provided between both bearing bases 8, 8. In this case, in the strict sense, the thermal deformation sensor 33 detects not only thermal deformation but also deformation due to force, but since deformation due to force is smaller than deformation due to heat, it represents thermal deformation. Can be considered.

【0093】その他の構成および作用は第2実施例と同
様なので、同一の構成部分については同一の符号を付し
てその説明を省略する。
Since the other structure and operation are the same as those of the second embodiment, the same components are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0094】上記各実施例はいずれも1軸方向の送り装
置を例にとって説明したが、この送り装置を用いてXY
テーブルを構成することもできる。
In each of the above-mentioned embodiments, the uniaxial feed device has been described as an example.
You can also configure the table.

【0095】図11はXYテーブルの一例を示す。FIG. 11 shows an example of the XY table.

【0096】すなわち、基台51上にX軸方向に送られ
る第1テーブル52を配置し、さらに第1テーブル52
の上にX軸と直交するY軸方向に送られる第2テーブル
53を配置したものである。
That is, the first table 52 sent in the X-axis direction is arranged on the base 51, and the first table 52 is further placed.
The second table 53 to be fed in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis is arranged on the above.

【0097】第1テーブル52は直線運動案内機構54
を介して基台51に対してX軸方向に移動自在に支持さ
れ、第2テーブル53は第1テーブル52に直線運動案
内機構55を介してY軸方向に移動自在に支持されてい
る。
The first table 52 has a linear motion guide mechanism 54.
The second table 53 is movably supported in the X-axis direction with respect to the base 51 via the, and the second table 53 is movably supported in the Y-axis direction by the first table 52 via the linear motion guide mechanism 55.

【0098】そして、基台51と第1テーブル52の間
にはX軸方向に送るための送り機構56が、第1テーブ
ル52と第2テーブル53の間にはY軸方向に送るため
の送り機構57がそれぞれ設けられている。
A feed mechanism 56 for feeding in the X-axis direction is provided between the base 51 and the first table 52, and a feed mechanism 56 for feeding in the Y-axis direction between the first table 52 and the second table 53. Mechanisms 57 are provided respectively.

【0099】X軸及びY軸方向の送り装置56,57の
構成は、第1〜第3実施例と同様の構成で、モータMに
よって回転駆動されるボールねじ軸58と、このボール
ねじ軸58にボールを介して螺合され予圧が付与された
ボールナット59と、から構成される粗動機構60と、
圧電素子等の微小変位アクチュエータによって構成され
る微動機構61とから構成されている。
The X-axis and Y-axis direction feed devices 56 and 57 have the same structure as that of the first to third embodiments, and the ball screw shaft 58 rotated by the motor M and the ball screw shaft 58. A coarse movement mechanism 60 composed of a ball nut 59 screwed through a ball to which a preload is applied,
The fine movement mechanism 61 includes a fine displacement actuator such as a piezoelectric element.

【0100】そして、このXY軸方向の送り機構56,
57によって第2テーブルをXY方向に位置決めするこ
とができる。
Then, the XY-axis feed mechanism 56,
The second table can be positioned in the XY directions by 57.

【0101】この実施例では、さらに、直線運動案内機
構の54,55の移動ブロックに微小変位アクチュエー
タ62を設けてZ軸方向の変位についても補正可能と
し、3次元的に絶対位置決め可能としたものである。
In this embodiment, furthermore, a minute displacement actuator 62 is provided on the moving block 54, 55 of the linear motion guide mechanism so that displacement in the Z-axis direction can be corrected and absolute positioning can be performed three-dimensionally. Is.

【0102】直線運動案内機構54,55としては、図
12(B)(C)に示すように、軌道レール63と、軌
道レール63にボール等の転動体64を介して移動自在
に支持される移動ブロック65と、から構成されるもの
で、この移動ブロック65に上記微小変位発生アクチュ
エータ62が設けられる。
As shown in FIGS. 12B and 12C, the linear motion guide mechanisms 54 and 55 are movably supported by a track rail 63 and rolling balls 64 such as balls on the track rail 63. The moving block 65 is provided with the minute displacement generating actuator 62.

【0103】微小変位アクチュエータ62は、図示する
ように、Z軸方向には変形可能でその他の方向には剛な
平板構造の弾性部材66と圧電素子等の微小変位アクチ
ュエータ67を組み合わせた構成とし、弾性部材66に
貼着した歪ゲージ68で微小変位アクチュエータ62の
変位量をフィードバック制御するようにしてもよいし、
その他圧電素子,電歪素子,あるいは熱膨張を利用して
伸縮するアクチュエータ,流体圧を利用して伸縮するア
クチュエータ,ボイスコイルを利用したアクチュエー
タ,磁歪素子を利用したアクチュエータ等の指令値に比
例して伸縮する各種アクチュエータを用いることができ
る。
As shown in the figure, the micro displacement actuator 62 is constituted by combining an elastic member 66 having a flat plate structure which is deformable in the Z-axis direction and rigid in the other directions and a micro displacement actuator 67 such as a piezoelectric element. The strain gauge 68 attached to the elastic member 66 may feedback-control the displacement amount of the small displacement actuator 62,
Other piezoelectric elements, electrostrictive elements, or actuators that expand and contract using thermal expansion, actuators that expand and contract using fluid pressure, actuators that use voice coils, actuators that use magnetostrictive elements, etc. Various types of actuators that expand and contract can be used.

【0104】図12(A)は、このXYテーブルの制御
構成を概略的に示している。XY絶対位置制御系72に
ついては、上記した送り装置の制御系と同一であり、X
軸方向もY軸方向も同じである。
FIG. 12A schematically shows the control configuration of this XY table. The XY absolute position control system 72 is the same as the control system of the above-mentioned feeder, and X
The axial direction and the Y-axis direction are the same.

【0105】すなわち、XY軸方向共に粗動機構60と
微動機構61を有し、粗動機構60は粗動制御回路69
で制御され、微動機構61は微動制御回路70で制御さ
れる。この微動制御回路70の制御は、メモリ71に予
め形状誤差と位置決め誤差の関係、熱変形および力変形
に起因する位置決め誤差の関係が学習記憶されており、
インプロセスで逐次入力される熱変形センサ72および
力センサ73からの検出情報と記憶された情報から位置
決め誤差を判断し、補正量を求めて微動機構61を制御
するものである。
That is, the coarse movement mechanism 60 and the fine movement mechanism 61 are provided in both the XY-axis directions, and the coarse movement mechanism 60 has a coarse movement control circuit 69.
The fine movement mechanism 61 is controlled by the fine movement control circuit 70. In the control of the fine movement control circuit 70, the relationship between the shape error and the positioning error and the relationship between the positioning error caused by thermal deformation and force deformation are learned and stored in the memory 71 in advance.
The positioning error is determined from the detection information from the thermal deformation sensor 72 and the force sensor 73 that are sequentially input in-process and the stored information, the correction amount is obtained, and the fine movement mechanism 61 is controlled.

【0106】一方、Z軸方向の絶対位置制御系は、直線
運動案内機構54,55の各移動ブロック65に設けた
微小変位アクチュエータ62を、Z軸方向位置制御回路
74によって制御される。このZ軸方向位置制御は、X
軸およびY軸方向の送り位置におけるZ軸方向の絶対位
置を検出するものであり、XY軸方向の微動制御部70
と対応して制御される。
On the other hand, in the absolute position control system in the Z-axis direction, the small displacement actuator 62 provided in each moving block 65 of the linear motion guide mechanisms 54 and 55 is controlled by the Z-axis direction position control circuit 74. This Z-axis position control is based on X
The absolute position in the Z-axis direction at the feed position in the axis and Y-axis directions is detected, and the fine movement control section 70 in the XY-axis directions is detected.
Is controlled corresponding to.

【0107】Z軸方向の変位を検出するために、本実施
例では、基台51のX軸方向の側面およびY軸方向の側
面に熱変形センサ75が上下に離間して2個取り付けら
れている。この基台51側面の熱変形センサ75は、X
軸,Y軸方向の送り位置の位置決め誤差を割り出すため
の情報の他に、上下に複数設けることによって、基台5
1自体の上下の反り量を知ることができる。
In order to detect the displacement in the Z-axis direction, in this embodiment, two thermal deformation sensors 75 are attached to the side surface in the X-axis direction and the side surface in the Y-axis direction of the base 51 so as to be vertically spaced apart from each other. There is. The thermal deformation sensor 75 on the side surface of the base 51 is
In addition to the information for determining the positioning error of the feed position in the axis and Y-axis directions, the base 5
It is possible to know the vertical warp amount of 1 itself.

【0108】また、XY軸方向の送り位置毎の基台51
と第1テーブル52の間のZ軸方向の距離、第1テーブ
ル52と第2テーブル53間のZ軸方向の距離を測定す
るために、基台51と第1テーブル52の間及び第1テ
ーブル52と第2テーブル53の間には距離計76が設
けられ、逐次Z軸方向の距離を検出している。図11で
は基台51と第1テーブル52の間の距離計は図示を省
略している。距離計76はX軸,Y軸方向にそれぞれ直
線上を測定し、X軸方向の送り位置のZ方向の変位と、
Y軸方向の送り位置のZ方向の変位を検出しているの
で、X軸方向Y軸方向のいずれの送り位置についてもZ
軸方向の変位を検出でき、立体的な空間での絶対位置決
めが可能となる。
Further, the base 51 for each feed position in the XY axis directions
Between the base 51 and the first table 52 and between the first table 52 and the first table 52 in order to measure the distance in the Z-axis direction between the first table 52 and the second table 53. A distance meter 76 is provided between 52 and the second table 53 to sequentially detect the distance in the Z-axis direction. In FIG. 11, the distance meter between the base 51 and the first table 52 is not shown. The range finder 76 measures a straight line in each of the X-axis and Y-axis directions, and determines the displacement of the feed position in the X-axis direction in the Z-direction,
Since the displacement of the feed position in the Y-axis direction in the Z-direction is detected, the Z-position is detected at any feed position in the X-axis direction and the Y-axis direction.
Axial displacement can be detected, and absolute positioning in a three-dimensional space is possible.

【0109】すなわち、基台51の反り量を検出し、基
台51と第1テーブル52の間の距離を検出し、さらに
第1テーブル52と第2テーブル53間の距離を検出
し、それらを足し合わせることによって第2テーブル5
3上のXY方向の位置決め部におけるZ軸方向の位置決
め誤差を知り、Z軸方向の位置決め誤差を微小変位アク
チュエータ62によって補正する。
That is, the warp amount of the base 51 is detected, the distance between the base 51 and the first table 52 is detected, the distance between the first table 52 and the second table 53 is detected, and they are calculated. Second table 5 by adding up
The positioning error in the Z-axis direction at the positioning portion in the XY directions on No. 3 is known, and the positioning error in the Z-axis direction is corrected by the micro displacement actuator 62.

【0110】この補正をするために、予め上下2つの熱
変形センサの検出情報と反りによって生じるZ軸方向変
位の関係等を予め学習して知識としてメモリ77に記憶
しておいて、熱変形センサ75および距離計76によっ
て逐次検出される情報に基づいてZ軸方向の位置決め誤
差を求めて補正を行えばよい。この距離計76によって
検出される値は、結局は熱と力による各構成要素のZ軸
方向の変形と形状誤差分である。
In order to make this correction, the relationship between the detection information of the upper and lower two thermal deformation sensors and the Z-axis direction displacement caused by the warp is learned in advance and stored in the memory 77 as knowledge. The positioning error in the Z-axis direction may be obtained and corrected based on the information sequentially detected by the 75 and the distance meter 76. The value detected by the distance meter 76 is, after all, the deformation and shape error in the Z-axis direction of each component due to heat and force.

【0111】以上はXYテーブルの位置決めについてで
あるが、基台に1軸方向の送り装置によってテーブルを
移送する1軸のテーブル移送装置の立体的な位置決めに
ついても適用でき、上記XYテーブルと全く同様に、基
台の反りを基台とテーブル間の距離を測定することによ
って、立体的な絶対位置決めが可能である。
The above is the positioning of the XY table, but it is also applicable to the three-dimensional positioning of the uniaxial table transfer device that transfers the table to the base by the uniaxial feed device, and is exactly the same as the above XY table. Moreover, by measuring the warp of the base table and the distance between the base table and the table, it is possible to perform a three-dimensional absolute positioning.

【0112】図示はしないが、図11(A)のXYテー
ブルの基台51と第1テーブル52のみとし、基台51
と第1テーブル52の間に図示しない距離計を設けた構
成とすればよい。制御構成は図12に示す構成と全く同
一である。
Although not shown, only the base 51 and the first table 52 of the XY table of FIG.
A distance meter (not shown) may be provided between the first table 52 and the first table 52. The control configuration is exactly the same as the configuration shown in FIG.

【0113】[0113]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
装置内部に取付部がある検出手段によって位置決め誤差
に影響のある装置自体の外力や熱等による変形を逐次検
出し、この検出情報と位置決め誤差の関係を学習して記
憶している知識を用いて位置決め誤差を求め、補正する
ようにしたので、従来得られなかった超高精度の位置決
めが可能となった。
As described above, according to the present invention,
The detection means that has a mounting part inside the device sequentially detects the deformation of the device itself due to external force or heat that affects the positioning error, and learns the relationship between this detection information and the positioning error and uses the stored knowledge. Since the positioning error is calculated and corrected, it has become possible to perform positioning with ultra-high accuracy, which has never been obtained before.

【0114】特に、粗動機構と微動機構を組み合わせる
ことによって、大ストロークでしかも高精度かつ分解能
の高い送り装置を実現することができる。
Particularly, by combining the coarse movement mechanism and the fine movement mechanism, it is possible to realize a feeding device having a large stroke, high precision and high resolution.

【0115】また、本発明の超精密送り装置をXYテー
ブルの送り機構に用いれば、平面的な絶対位置決め,立
体的な位置決めを行うことができる。
Further, if the ultra-precision feeding device of the present invention is used for the feeding mechanism of the XY table, it is possible to carry out absolute positioning in a plane and three-dimensional positioning.

【0116】また、本発明の超精密送り装置を1軸方向
のテーブル移送装置に用いた場合も、立体的な位置決め
を行うことができる。
Also, when the ultra-precision feeding device of the present invention is used as a table transfer device for one axis direction, three-dimensional positioning can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1(A)は本発明の一実施例に係る超精密送
り装置の制御構成図、同図(B)は本発明の概念図であ
る。
FIG. 1A is a control configuration diagram of an ultra-precision feeding device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a conceptual diagram of the present invention.

【図2】図2(A),(B)は図1の送り装置の構造を
示す図、同図(C)は力センサの変形状態を誇張して示
す図、同図(D)は微動機構の動作状態を誇張して示す
図である。
2A and 2B are views showing the structure of the feeding device of FIG. 1, FIG. 2C is an exaggerated view of the deformed state of the force sensor, and FIG. It is a figure which exaggerates and shows the operating state of a mechanism.

【図3】図3は図1の送り装置をより具体化した構成例
の斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of a configuration example in which the feeding device of FIG. 1 is further embodied.

【図4】図4(A)はボールねじ軸のピッチ誤差を示す
図、同図(B)は外力と位置決め誤差の関係を示す図、
同図(C)は力センサの出力と位置決め誤差の関係を示
す図である。
FIG. 4A is a diagram showing a pitch error of a ball screw shaft, FIG. 4B is a diagram showing a relationship between an external force and a positioning error,
FIG. 6C is a diagram showing the relationship between the output of the force sensor and the positioning error.

【図5】図5(A)は圧電素子の入力電圧と変位量の関
係を示す図、同図(B)はピッチ誤差を補正した状態を
示す図、同図(C)は力変形による位置決め誤差を補正
した状態を示す図である。
5A is a diagram showing a relationship between an input voltage and a displacement amount of a piezoelectric element, FIG. 5B is a diagram showing a state in which a pitch error is corrected, and FIG. 5C is a positioning by force deformation. It is a figure which shows the state which corrected the error.

【図6】図6(A)は本発明の第2実施例に係る超精密
送り装置の構成図、同図(B)は制御システム構成図で
ある。
FIG. 6A is a configuration diagram of an ultra-precision feeding device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a control system configuration diagram.

【図7】図7は図6の装置をより具体化した構成例を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a more specific configuration example of the apparatus of FIG.

【図8】図8(A)は図7の熱変形センサの出力と位置
決め誤差の関係を示す図、同図(B)は熱変形に起因す
る位置決め誤差を補正した図である。
8A is a diagram showing the relationship between the output of the thermal deformation sensor of FIG. 7 and the positioning error, and FIG. 8B is a diagram in which the positioning error due to thermal deformation is corrected.

【図9】図9は熱変形センサの他の構成例を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing another configuration example of the thermal deformation sensor.

【図10】図10(A)は本発明の第3実施例に係る超
精密送り装置の構成図、同図(B)は制御システム構成
図である。
10A is a configuration diagram of an ultra-precision feeding device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a control system configuration diagram.

【図11】図11(A)は本発明のXYテーブルの構成
図、同図(B)は外観斜視図である。
11A is a configuration diagram of an XY table of the present invention, and FIG. 11B is an external perspective view.

【図12】図12(A)は図11のXYテーブルの制御
構成図、同図(B),(C)はZ軸方向微小変位アクチ
ュエータの一例を示す図である。
12A is a control configuration diagram of the XY table in FIG. 11, and FIGS. 12B and 12C are diagrams showing an example of a Z-axis direction small displacement actuator.

【図13】図13は工作機器の加工で生じる基本的な物
理現象を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a basic physical phenomenon that occurs during machining of a machine tool.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 送り装置 2 粗動機構 3 微動機構 4 ボールねじ軸 5 ボールナット 6 ボール 7 基台 8 軸受台 9 軸受 10 モータ支持壁 11 駆動軸 12 継手部材 13 直線運動案内機構 14 固定レール 15 可動レール 16 微小変位アクチュエータ 17 変位センサ 18 弾性部材 19 歪ゲージ 20 固定部 21 可動部 22 ばね部 23 エンコーダ 24 被動部 25 力センサ 26 弾性部材 27 歪ゲージ 28 粗動制御回路 29 駆動回路 30 メモリ 31 微動制御回路 32 レーザ測長器 33 熱変形センサ 34 基準部材 35 変位センサ 36 弾性部材 37 歪ゲージ 38 基台側固定部 39 基準部材側固定部 40 ばね部 51 基台 52 第1テーブル 53 第2テーブル 54,55 直線運動案内機構 56,57 送り機構 58 ボールねじ軸 59 ボールナット 60 粗動機構 61 微動機構 62 微動機構 63 軌道レール 64 転動体 65 微小変位アクチュエータ 66 弾性部材 67 微小変位素子 68 歪ゲージ 69 粗動制御回路 70 微動制御回路 71 メモリ 72 熱変形センサ 73 力センサ 74 Z軸方向位置制御回路 75 熱変形センサ 76 距離計 1 Feed Device 2 Coarse Movement Mechanism 3 Fine Movement Mechanism 4 Ball Screw Shaft 5 Ball Nut 6 Ball 7 Base 8 Bearing Base 9 Bearing 10 Motor Support Wall 11 Drive Shaft 12 Joint Member 13 Linear Motion Guide Mechanism 14 Fixed Rail 15 Movable Rail 16 Micro Displacement actuator 17 Displacement sensor 18 Elastic member 19 Strain gauge 20 Fixed part 21 Movable part 22 Spring part 23 Encoder 24 Driven part 25 Force sensor 26 Elastic member 27 Strain gauge 28 Coarse control circuit 29 Drive circuit 30 Memory 31 Fine motion control circuit 32 Laser Length measuring device 33 Thermal deformation sensor 34 Reference member 35 Displacement sensor 36 Elastic member 37 Strain gauge 38 Base side fixing part 39 Reference member side fixing part 40 Spring part 51 Base 52 First table 53 Second table 54, 55 Linear motion Guide mechanism 56, 57 Feed mechanism 58 Ball screw Axis 59 Ball nut 60 Coarse movement mechanism 61 Fine movement mechanism 62 Fine movement mechanism 63 Track rail 64 Rolling element 65 Micro displacement actuator 66 Elastic member 67 Micro displacement element 68 Strain gauge 69 Coarse control circuit 70 Fine motion control circuit 71 Memory 72 Thermal deformation sensor 73 Force sensor 74 Z-axis position control circuit 75 Thermal deformation sensor 76 Distance meter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B23Q 5/22 520 C 5/28 C 15/18 15/22 (72)発明者 金 子 和 史 東京都品川区西五反田3丁目11番6号テイ エチケ−株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical indication location B23Q 5/22 520 C 5/28 C 15/18 15/22 (72) Inventor Kazushi Kazushi 3-11-6 Nishigotanda, Shinagawa-ku, Tokyo Teichique-Inside

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】駆動手段と、 送り量を検出する送り量検出手段と、 送り位置毎の形状誤差に関する情報と、装置の温度分布
による熱変形に関する情報と、外力による変形に関する
情報の内の少なくともいずれか一つを逐次検出するため
に装置内部に設けられる情報検出手段と、 前記情報検出手段の検出情報と位置決め誤差の関係及び
その他装置各部の形状誤差と位置決め誤差の関係を予め
知識として記憶する記憶手段と、 前記送り量検出手段及び情報検出手段によって逐次検出
される検出情報と前記記憶情報に基づいて補正制御量を
求めて前記駆動手段を駆動する制御手段と、を備えたこ
とを特徴とする超精密送り装置。
1. A drive means, a feed amount detection means for detecting a feed amount, information about a shape error for each feed position, information about thermal deformation due to temperature distribution of an apparatus, and information about deformation due to an external force. Information detecting means provided inside the apparatus for sequentially detecting any one of them, and the relationship between the detection information of the information detecting means and the positioning error and the relationship between the shape error and the positioning error of other parts of the apparatus are stored in advance as knowledge. Storage means; and control means for driving the drive means by obtaining a correction control amount based on the detection information and the storage information sequentially detected by the feed amount detection means and the information detection means. An ultra-precision feeder that does.
【請求項2】制御手段は、位置決め誤差と、送り量検出
手段及び情報検出手段と、駆動手段の補正制御量との関
係を前もって学習することを特徴とする請求項1に記載
の超精密送り装置。
2. The ultra-precision feed according to claim 1, wherein the control means learns in advance the relationship between the positioning error, the feed amount detection means and the information detection means, and the correction control amount of the drive means. apparatus.
【請求項3】学習は基準位置からの距離を測定している
距離検出手段によって行う請求項2に記載の超精密送り
装置。
3. The ultra-precision feeding device according to claim 2, wherein the learning is performed by a distance detecting means that measures the distance from the reference position.
【請求項4】駆動手段は、粗動機構と微動機構を直列に
配したアクチュエータ群によって構成され、位置決め誤
差を微動機構によって補正することを特徴とする請求項
1に記載の超精密送り装置。
4. The ultra-precision feeding device according to claim 1, wherein the driving means is constituted by an actuator group in which a coarse movement mechanism and a fine movement mechanism are arranged in series, and a positioning error is corrected by the fine movement mechanism.
【請求項5】力センサが装置の外力が伝達される経路に
設けられていることを特徴とする請求項1に記載の超精
密送り装置。
5. The ultra-precision feeding device according to claim 1, wherein the force sensor is provided in a path through which the external force of the device is transmitted.
【請求項6】熱変形を検出する変形センサが、位置決め
誤差に影響が大きい部分の送り方向の伸縮量を検出する
ものである請求項1に記載の超精密送り装置。
6. The ultra-precision feeding device according to claim 1, wherein the deformation sensor for detecting thermal deformation detects the amount of expansion and contraction in the feeding direction of a portion that has a great influence on the positioning error.
【請求項7】粗動機構はねじ送り機構である請求項1に
記載の超精密送り装置。
7. The ultra-precision feed device according to claim 1, wherein the coarse movement mechanism is a screw feed mechanism.
【請求項8】微動機構は、圧電素子,電歪素子,熱膨張
を利用して伸縮するアクチュエータ,流体圧を利用して
伸縮するアクチュエータ,ボイスコイルを利用したアク
チュエータ,磁歪素子を利用したアクチュエータ等の指
令値に比例して伸縮する微小変位手段を備えている請求
項1に記載の超精密送り装置。
8. The fine movement mechanism includes a piezoelectric element, an electrostrictive element, an actuator that expands and contracts by utilizing thermal expansion, an actuator that expands and contracts by using fluid pressure, an actuator that uses a voice coil, an actuator that uses a magnetostrictive element, etc. The ultra-precision feeding device according to claim 1, further comprising a minute displacement unit that expands and contracts in proportion to the command value of.
【請求項9】微動機構は、微小変位手段と、該微小変位
手段の変位方向には変形可能で変位方向と直交する方向
には剛な弾性部材とを備えていることを特徴とする請求
項8に記載の超精密送り装置。
9. The fine movement mechanism comprises a minute displacement means and an elastic member which is deformable in the displacement direction of the minute displacement means and is rigid in a direction orthogonal to the displacement direction. The ultra-precision feeding device described in 8.
【請求項10】微動機構は、微小変位手段と並列に変形
センサを配し、微小変位手段の制御をフィードバック制
御によって行うことを特徴とする請求項8または9に記
載の超精密送り装置。
10. The ultra-precision feeding device according to claim 8, wherein the fine movement mechanism has a deformation sensor arranged in parallel with the fine displacement means, and the fine displacement means is controlled by feedback control.
【請求項11】基台と、 該基台上に直線運動案内機構を介してX軸方向に移動自
在に配設される第1テーブルと、 該第1テーブル上に直線運動案内機構を介してX軸に対
して直交するY軸方向に移動自在に配設される第2テー
ブルと、 前記基台と第1テーブルの間に設けられ第1テーブルを
X軸方向に送る送り機構と、 前記第1テーブルと第2テーブルの間に設けられ第2テ
ーブルをY軸方向に送る送り機構と、を備え、 前記X軸方向及びY軸方向の送り機構として請求項1乃
至10のうちいずれかの項に記載の超精密送り装置を用
いてX軸方向とY軸方向の平面的な位置決め誤差を補正
可能としたことを特徴とするXYテーブル。
11. A base, a first table movably mounted on the base via a linear motion guide mechanism in the X-axis direction, and a linear table on the first table via a linear motion guide mechanism. A second table movably arranged in a Y-axis direction orthogonal to the X-axis; a feeding mechanism provided between the base and the first table to feed the first table in the X-axis direction; A feed mechanism that is provided between the first table and the second table and that feeds the second table in the Y-axis direction, and that serves as the feed mechanism in the X-axis direction and the Y-axis direction. An XY table capable of correcting a planar positioning error in the X-axis direction and the Y-axis direction by using the ultra-precision feeding device described in (3).
【請求項12】前記基台のX軸及びY軸と直交するZ軸
方向の反り量を逐次検出する反り量検出手段と、基台と
第1テーブルの間の距離及び第1テーブルと第2テーブ
ル間の前記Z軸方向の距離を検出する距離検出手段と、
を設けると共に、 前記直線運動案内装置にZ軸方向に変位を発生する微小
変位発生手段を設け、 前記反り量検出手段と距離検出手段の検出情報と前記X
Y軸方向の送り位置毎のZ軸方向の位置決め誤差の関係
を予め知識として記憶し、前記反り量検出手段と距離検
出手段によって逐次検出される検出情報と前記記憶情報
に基づいてZ軸方向の補正制御量を求めて前記Z軸方向
の微小変位発生手段を制御する制御手段を設け、X,
Y,Z軸方向の立体的な位置決め誤差を補正可能とした
ことを特徴とするXYテーブル。
12. A warp amount detecting means for sequentially detecting a warp amount in a Z-axis direction orthogonal to the X-axis and the Y-axis of the base, a distance between the base and the first table, a first table and a second table. Distance detecting means for detecting a distance between the tables in the Z-axis direction,
And a minute displacement generating means for generating a displacement in the Z-axis direction in the linear motion guiding device, and the detection information of the warp amount detecting means and the distance detecting means and the X information.
The relationship between the positioning errors in the Z-axis direction for each feed position in the Y-axis direction is stored in advance as knowledge, and the Z-axis direction in the Z-axis direction is detected based on the detection information sequentially detected by the warp amount detection means and the distance detection means. A control means for determining the correction control amount and controlling the minute displacement generating means in the Z-axis direction is provided, and X,
An XY table capable of correcting a three-dimensional positioning error in the Y and Z axis directions.
【請求項13】基台と、 該基台上に直線運動案内機構を介して移動自在に配設さ
れるテーブルと、 前記基台とテーブルの間に設けられテーブルを駆動する
送り機構と、を備え、 該送り機構として請求項1乃至10のうちいずれかの項
に記載の超精密送り装置を用い、 一方、前記基台の送り方向と直交する高さ方向の反り量
を逐次検出する反り量検出手段と、基台とテーブルの間
の距離を検出する距離検出手段と、を設けると共に、 前記直線運動案内装置に送り方向と直交する高さ方向に
変位を発生する微小変位発生手段を設け、 前記反り量検出手段と距離検出手段の検出情報と前記テ
ーブルの送り位置毎の高さ方向の位置決め誤差の関係を
予め知識として記憶し、前記反り量検出手段と距離検出
手段によって逐次検出される検出情報と前記記憶情報に
基づいて高さ方向の補正制御量を求めて前記微小変位発
生手段を駆動する制御手段を設けたことを特徴とするテ
ーブル移送装置。
13. A base, a table movably arranged on the base via a linear motion guide mechanism, and a feed mechanism provided between the base and the table for driving the table. An ultra-precision feeding device according to any one of claims 1 to 10 is used as the feeding mechanism, and on the other hand, a warping amount for sequentially detecting a warping amount in a height direction orthogonal to a feeding direction of the base. A detection means and a distance detection means for detecting a distance between the base and the table are provided, and the linear movement guide device is provided with a minute displacement generation means for generating a displacement in a height direction orthogonal to the feed direction, The relationship between the detection information of the warp amount detecting means and the distance detecting means and the positioning error in the height direction for each feed position of the table is stored in advance as knowledge, and the detection is sequentially detected by the warp amount detecting means and the distance detecting means. Information and before Table feeding apparatus characterized by based on the stored information seeking compensation control amount in the height direction is provided a control means for driving the micro-displacement generation means.
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