JPH10228317A - Positioning device - Google Patents
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- JPH10228317A JPH10228317A JP3012797A JP3012797A JPH10228317A JP H10228317 A JPH10228317 A JP H10228317A JP 3012797 A JP3012797 A JP 3012797A JP 3012797 A JP3012797 A JP 3012797A JP H10228317 A JPH10228317 A JP H10228317A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、歯車、ベルト（チ
ェーンベルト、スチールベルト等）とプーリ（スプロケ
ット）、送りねじ軸と送りナット等の動力伝達機構によ
って駆動手段の動力を減速し、高精度かつ大荷重に耐え
得る動作を行う位置決め装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention reduces the power of driving means by a power transmission mechanism such as gears, belts (chain belts, steel belts, etc.) and pulleys (sprockets), feed screw shafts and feed nuts, etc. The present invention also relates to a positioning device that performs an operation capable of withstanding a large load.
【０００２】[0002]
【従来の技術】加工装置等を正確に作動させて高精度の
機械加工を行う等の目的の為に、従来よりさまざまな形
式の位置決め装置が用いられている。本発明者も、特開
昭62-218041 号公報に位置決め装置の一例を開示してい
る。ここで、上記公報に開示された位置決め装置を図７
に示して簡単に説明する。位置決め装置は、基部１と可
動部２とを有する。そして、基部１には送りねじ軸３
（以下、単にねじ軸という。）を固定している。可動部
２の内部には、ステータ４、ロータ５および中空のロー
タ軸６からなるモータ７を有している。ロータ軸６はね
じ軸３と同心をなしている。また、ロータ軸６は遊星歯
車機構等の減速部８を介して出力軸９と駆動連結してい
る。出力軸９にはねじ軸３と螺合する送りナット10（以
下、単にナットという。）を設けている。2. Description of the Related Art Various types of positioning devices have been used for the purpose of accurately operating a processing device or the like to perform high-precision machining. The present inventor also discloses an example of a positioning device in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-218041. Here, the positioning device disclosed in the above publication is shown in FIG.
And will be described briefly. The positioning device has a base 1 and a movable part 2. The base 1 has a feed screw shaft 3
(Hereinafter simply referred to as a screw shaft). Inside the movable section 2, there is provided a motor 7 including a stator 4, a rotor 5 and a hollow rotor shaft 6. The rotor shaft 6 is concentric with the screw shaft 3. Further, the rotor shaft 6 is drivingly connected to an output shaft 9 via a speed reduction unit 8 such as a planetary gear mechanism. The output shaft 9 is provided with a feed nut 10 (hereinafter simply referred to as a nut) screwed with the screw shaft 3.
【０００３】モータ７を駆動すると、ロータ軸６の回転
がナット10に伝達される。そして、ナット10がねじ軸３
のねじ溝に案内されることによって、可動部２はねじ軸
３の軸方向に移動する。図８には、ねじ軸３とナット10
との当接部断面を示している。図示の例では、ねじ軸３
はボールねじ軸となっている。さて、ねじ軸３とナット
10との間には、ねじの加工精度の問題等から、バックラ
ッシを必ず包含している。ところが、このバックラッシ
はねじ軸３に対するナット10の位置決め精度を悪化させ
る要因となる。そこで、高い位置決め精度を得る為に
は、このバックラッシを解消する必要がある。When the motor 7 is driven, the rotation of the rotor shaft 6 is transmitted to the nut 10. And nut 10 is screw shaft 3
The movable portion 2 is moved in the axial direction of the screw shaft 3 by being guided by the screw groove of. FIG. 8 shows the screw shaft 3 and the nut 10
FIG. In the illustrated example, the screw shaft 3
Is a ball screw shaft. Now, screw shaft 3 and nut
Backlash is always included between 10 and 10 due to the problem of screw processing accuracy. However, this backlash causes deterioration of the positioning accuracy of the nut 10 with respect to the screw shaft 3. Therefore, in order to obtain high positioning accuracy, it is necessary to eliminate this backlash.
【０００４】従来は、バックラッシを解消するための手
法として、ナット10に次のものを用いていた。ナット10
はナット10ａ，10ｂの２つのナットからなり、かつ、こ
れらを間座（又はスプリング）10ｃで連結したいわゆる
ダブルナットを用いる。間座10ｃはナット10ａ，10ｂの
間隔を所望の値に調節するものであり、この間隔調整に
よって、ナット10ａ，10ｂのねじ山をねじ軸３のねじ山
（ボール）に押圧することができる。したがって、適切
な間隔をなすナット10ａ，10ｂにより、ねじ軸３とナッ
ト10との間には、常に所定量の予圧を付与することがで
きる。これによりバックラッシは解消され、ねじ軸３と
ナット10との間でガタのない運動をすることが可能とな
る。Conventionally, the following method has been used for the nut 10 as a method for eliminating backlash. Nut 10
Is a so-called double nut composed of two nuts 10a and 10b and connected by a spacer (or spring) 10c. The spacer 10c adjusts the interval between the nuts 10a and 10b to a desired value. By adjusting the interval, the threads of the nuts 10a and 10b can be pressed against the threads (balls) of the screw shaft 3. Therefore, a predetermined amount of preload can always be applied between the screw shaft 3 and the nut 10 by the nuts 10a and 10b at appropriate intervals. As a result, backlash is eliminated, and it is possible to make a movement without play between the screw shaft 3 and the nut 10.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来例
には下記のような問題点が存在していた。前述のごと
く、ダブルナット10は、ねじ軸３との間に常に予圧を付
与するので、ダブルナット10と、ねじ軸３との間にでき
るだけ無理な力がかからず、かつ、滑らかな螺合を行う
ことができるように、高いねじ精度が要求される。した
がって、部品コストの高騰を招くこととなった。また、
幾ら高いねじ精度で形成しても、ナット10ａ，10ｂには
加工精度の限界からピッチ誤差を生じ、これが摩耗を引
き起こす原因となった。したがって、一定時間の使用の
後にはねじ精度が低下してしまい、この補修に要するメ
ンテナンス費用も高額となった。However, the above conventional example has the following problems. As described above, the double nut 10 always applies a preload to the screw shaft 3, so that the double nut 10 and the screw shaft 3 do not exert as much force as possible and have a smooth screw connection. In order to be able to perform the above, high screw precision is required. Therefore, the cost of parts has risen. Also,
No matter how high the thread precision is, the nuts 10a and 10b have a pitch error due to the limitation of the processing precision, which causes wear. Therefore, after a certain period of use, the precision of the screw is reduced, and the maintenance cost required for this repair is also high.
【０００６】また、図７において、ナット10ａはねじ溝
の左側面がボールに当接し、ナット10ｂはねじ溝の右側
面がボールに当接している。よってダブルナット10は、
図８の左から右方向への荷重はナット10ａのみで、その
逆方向の荷重をナット10ｂのみで受けることになる。す
なわち、ダブルナット10は、その全長のうち略半分でし
か荷重を受けることができず、長さの割に許容荷重が小
さいという欠点がある。裏返せば、設定荷重によっては
長大なダブルナット10を用いることが必要となる。する
と、前記ピッチ誤差をますます生じ易くなり、耐久性を
低下させる原因となった。In FIG. 7, the nut 10a is in contact with the ball on the left side of the thread groove, and the nut 10b is in contact with the ball on the right side of the thread groove. Therefore, double nut 10 is
The load from left to right in FIG. 8 is received only by the nut 10a, and the load in the opposite direction is received only by the nut 10b. That is, the double nut 10 has a drawback that it can receive a load only in approximately half of its entire length, and its allowable load is small for its length. In other words, it is necessary to use a long double nut 10 depending on the set load. As a result, the pitch error described above is more likely to occur, causing a decrease in durability.
【０００７】又、上記従来例に限らず、歯車等の動力伝
達機構によって動力伝達を行う装置は、バックラッシを
必ず包含しており、従来はこのバックラッシを解消する
為には、歯車間に常時予圧を付与する手法を用いてい
た。したがって、歯車の摩耗という問題が常につきまと
うこととなった。In addition to the above-mentioned conventional example, a device for transmitting power by a power transmission mechanism such as a gear always includes a backlash. Conventionally, in order to eliminate the backlash, a preload is always applied between the gears. Was used. Therefore, the problem of gear wear has always been encountered.
【０００８】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、駆動軸と従動軸との間
に動力伝達機構を介する駆動手段を有する位置決め装置
において、駆動軸と従動軸との間にかかる応力とたわみ
量（歪み（ヒステリシス）量）とを正確に検出し、該た
わみ量を考慮しながら零ないし所定値の間で任意に予圧
を調整し、高精度の動力伝達機構を用いることなく、バ
ックラッシの解消と所望の予圧の付与とを行うことにあ
る。なお、この場合の「たわみ」には、圧縮による歪
み、引張りによる伸び、曲げによる弾み等を含むことと
する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a positioning device having a driving means via a power transmission mechanism between a driving shaft and a driven shaft. Accurately detects the stress applied to the shaft and the amount of deflection (the amount of distortion (hysteresis)), and adjusts the preload arbitrarily between zero and a predetermined value while taking the amount of deflection into account. It is to eliminate backlash and to apply a desired preload without using a mechanism. In this case, the “deflection” includes distortion due to compression, elongation due to tension, elasticity due to bending, and the like.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の請求項１に係る手段は、基部と可動部との相
対的な位置決めを行う装置であって、２つの駆動軸と１
つの従動軸とを有し、基部および可動部のいずれか一方
に駆動軸を、他方に従動軸を設け、各駆動軸と従動軸と
の間を動力伝達機構によって駆動連結し、基部と可動部
との間には変位量センサを配置し、２つの駆動軸には駆
動手段および回転数センサを夫々設け、さらに、前記駆
動軸と従動軸との間にかかる応力を検出する応力センサ
を設け、該応力センサの検出値と、前記変位量センサお
よび回転数センサの検出値とに基づき各駆動手段を所定
のタイミングで独立制御可能な制御手段を有することを
特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for performing relative positioning between a base and a movable part, comprising two drive shafts and one drive shaft.
A drive shaft on one of the base and the movable portion, and a driven shaft on the other, and the drive shaft and the driven shaft are drivingly connected to each other by a power transmission mechanism. A displacement sensor is disposed between the two, and a drive unit and a rotation speed sensor are provided on the two drive shafts, respectively, and a stress sensor for detecting a stress applied between the drive shaft and the driven shaft is provided, It is characterized by having control means capable of independently controlling each driving means at a predetermined timing based on the detection value of the stress sensor and the detection values of the displacement sensor and the rotation speed sensor.
【００１０】上記構成によると、動力伝達機構を介して
２つの駆動軸で１つの従動軸を駆動する。この際、基部
と可動部との相対変位量を変位量センサで、２つの駆動
軸の駆動量の差を回転数センサで検出し、さらに、前記
駆動軸と従動軸との間にかかる応力を応力センサで検出
し、制御手段によりこれらの値を正確に把握して、各駆
動手段の作動タイミングを調整し、２つの駆動軸の駆動
量に所定差を生み出す。そして、各動力伝達機構におけ
る伝達部材（歯車であれば歯同士）を逆方向に押圧して
バックラッシを解消し、前記応力センサで検出される値
が所望値となるように予圧を調整する。この予圧の付与
は、いかなる運転状況においても可能であるが、特に極
低速域から停止状態にかけて予圧を付与することによ
り、軸受でいう静的荷重に相当する荷重を動力伝達機構
の構成部材間に付与することができる。According to the above configuration, one driven shaft is driven by the two drive shafts via the power transmission mechanism. At this time, the relative displacement between the base and the movable part is detected by a displacement sensor, and the difference between the drive amounts of the two drive shafts is detected by a rotation speed sensor. Further, the stress applied between the drive shaft and the driven shaft is reduced. These values are detected by the stress sensor, these values are accurately grasped by the control means, the operation timing of each drive means is adjusted, and a predetermined difference is generated between the drive amounts of the two drive shafts. Then, the transmission member (tooth if gears) in each power transmission mechanism is pressed in the opposite direction to eliminate backlash, and the preload is adjusted so that the value detected by the stress sensor becomes a desired value. This preload can be applied under any operating conditions, but in particular, by applying the preload from the extremely low speed range to the stop state, a load corresponding to the static load referred to in the bearing is applied between the components of the power transmission mechanism. Can be granted.
【００１１】このとき、前記基部と可動部との相対変位
量は、前記回転数センサの検出値と動力伝達機構の増減
速比との関係から求まる値と、前記変位量センサから求
めた値との双方から得られる。そこで、これらの値を比
較することにより、駆動軸と従動軸との間に生じている
実際のたわみ量を求め、該たわみの影響による変位量の
誤差の発生や予圧の増減を防止するように予圧調整を行
う。At this time, the relative displacement between the base portion and the movable portion is determined by a value obtained from a relationship between a detection value of the rotation speed sensor and an acceleration / deceleration ratio of the power transmission mechanism, and a value obtained from the displacement amount sensor. Obtained from both. Therefore, by comparing these values, the actual amount of deflection occurring between the drive shaft and the driven shaft is obtained, and an error in the amount of displacement due to the influence of the deflection and an increase / decrease of the preload are prevented. Perform preload adjustment.
【００１２】また、本発明の請求項２に係る手段は、前
記２つの駆動手段としてモータを、前記２つの駆動軸と
して該モータの中空のロータ軸を、前記１つの従動軸と
してねじ軸を有し、前記基部には該ねじ軸を固定し、前
記可動部には前記モータを所定間隔を開けて固定し、各
ロータ軸に前記ねじ軸を挿通し、該ねじ軸と螺合するナ
ットを各ロータ軸に駆動連結すると共に、前記ねじ軸お
よびロータ軸に応力センサを設けてなることが望まし
い。According to a second aspect of the present invention, there is provided a motor as the two driving means, a hollow rotor shaft of the motor as the two driving shafts, and a screw shaft as the one driven shaft. Then, the screw shaft is fixed to the base portion, the motor is fixed to the movable portion at a predetermined interval, the rotor shaft is inserted through the screw shaft, and a nut screwed to the screw shaft is provided. It is desirable that the screw shaft and the rotor shaft be provided with a stress sensor while being drivingly connected to the rotor shaft.
【００１３】本発明によると、基部に固定されたねじ軸
に、２つのナットを螺合させる。また、該ナットは、可
動部に固定された２つのモータのロータ軸に、夫々駆動
連結される。そして、各モータを独立制御し、一方のモ
ータに駆動されるナットと、他方のモータに駆動される
ナットとの回転数（回転角）に差を与える。すると、２
つのモータの回転数差に対応した分だけ、各ナットとね
じ軸との間の変位量に差が生じる。このとき、可動部、
モータ等の各構成部材の弾性変形の範囲内で、２つのナ
ット同士を接近又は離間させることができる。そして、
２つのナットによりねじ軸を収縮もしくは伸張させる力
を付与し、各ナットのねじ山をねじ軸のねじ山に当接さ
せ、ナットとねじ軸との間のバックラッシを解消する。According to the present invention, two nuts are screwed to the screw shaft fixed to the base. Further, the nuts are drivingly connected to rotor shafts of two motors fixed to the movable portion, respectively. Then, the motors are independently controlled to provide a difference in the number of rotations (rotation angle) between the nut driven by one motor and the nut driven by the other motor. Then 2
The amount of displacement between each nut and the screw shaft differs by an amount corresponding to the rotational speed difference between the two motors. At this time,
The two nuts can be approached or separated from each other within a range of elastic deformation of each component such as a motor. And
A force for contracting or expanding the screw shaft is applied by the two nuts, and the threads of each nut are brought into contact with the threads of the screw shaft, thereby eliminating the backlash between the nut and the screw shaft.
【００１４】この際、基部と可動部との相対変位量を変
位量センサで把握し、かつ、一方のモータが停止した時
点から他方のモータを停止させるまでの回転数の差を、
各ロータ軸の回転数センサで把握することにより、２つ
のナットの変位量を正確に割り出す。そして、ねじ軸お
よびロータ軸に設けた応力センサの検出値が所望の値と
なるように、他方のモータを制御して予圧を調整する。
また、可動部又は基部に付与する予圧又は外力の影響で
ねじ軸等がたわむ場合にも、モータ軸の回転数センサの
検出値とねじピッチとの関係から求まる基部と可動部と
の相対変位量と、前記変位量センサによる同値とを比較
することにより、装置に生じているたわみ量を求め、該
たわみ量に応じた送り量をナットに与えることにより、
正確な位置決めと適切な予圧調整とを行う。この際、予
圧の付与を極低速域から停止状態にかけて行うと、軸受
でいう静的荷重に相当する荷重をねじ軸とナットとの間
に付与することができ、静的荷重に基づいて耐久性の判
断を行うことができる。At this time, the relative displacement between the base and the movable part is grasped by a displacement sensor, and the difference in the number of revolutions from when one motor stops to when the other motor stops is calculated.
The amount of displacement of the two nuts is accurately determined by grasping with the rotation speed sensor of each rotor shaft. Then, the other motor is controlled to adjust the preload so that the detection values of the stress sensors provided on the screw shaft and the rotor shaft become desired values.
In addition, even when the screw shaft or the like bends under the influence of preload or external force applied to the movable portion or the base portion, the relative displacement amount between the base portion and the movable portion obtained from the relationship between the detected value of the rotation speed sensor of the motor shaft and the screw pitch. By comparing the same value obtained by the displacement sensor, the amount of deflection occurring in the device is obtained, and a feed amount corresponding to the amount of deflection is given to the nut,
Perform accurate positioning and appropriate preload adjustment. At this time, when the preload is applied from the extremely low speed range to the stop state, a load corresponding to the static load of the bearing can be applied between the screw shaft and the nut, and the durability is determined based on the static load. Can be determined.
【００１５】また、本発明の請求項３に係る手段による
と、前記２つの駆動手段としてモータを、前記２つの駆
動軸としてピニオンギヤを、前記１つの従動軸として該
ピニオンギヤと螺合するラックを有し、前記基部にはラ
ックを固定し、前記可動部には前記モータおよびピニオ
ンギヤを設け、前記可動部およびピニオンギヤに応力セ
ンサを設けてなることを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, a motor is provided as the two drive means, a pinion gear is provided as the two drive shafts, and a rack is provided as the one driven shaft with the pinion gear. A rack is fixed to the base, the motor and a pinion gear are provided in the movable part, and a stress sensor is provided in the movable part and the pinion gear.
【００１６】本発明においても、ピニオンギヤに設けら
れた応力センサの検出値に基づいて、ラックに対する２
つのピニオンギヤの駆動量を変えることにより、動力伝
達機構であるピニオンギヤおよびラックの歯同士を互い
に押圧し、ピニオンギヤとラックとが包含するバックラ
ッシを解消すると共に、ピニオンギヤとラックとの間に
所望の予圧を調整する。また、可動部又は基部に付与す
る予圧又は外力の影響で可動部等がたわむ場合にも、モ
ータ軸の回転数センサの検出値と歯のピッチとの関係か
ら求まる基部と可動部との相対変位量と、前記変位量セ
ンサによる同値とを比較することにより、装置に生じて
いるたわみ量を求め、該たわみ量に応じた送り量をピニ
オンギヤに与えることにより、正確な位置決めと適切な
予圧調整とを行う。また、予圧の付与を極低速域から停
止状態にかけて行うと、軸受でいう静的荷重に相当する
荷重をピニオンギヤとラックとの間に付与することがで
きる。[0016] In the present invention, too, the rack 2
By changing the driving amounts of the two pinion gears, the teeth of the pinion gear and the rack, which are the power transmission mechanism, are pressed against each other to eliminate the backlash included by the pinion gear and the rack, and a desired preload is applied between the pinion gear and the rack. adjust. In addition, even when the movable portion or the like is bent under the influence of a preload or an external force applied to the movable portion or the base portion, the relative displacement between the base portion and the movable portion obtained from the relationship between the detection value of the rotation speed sensor of the motor shaft and the tooth pitch. By comparing the amount and the same value obtained by the displacement amount sensor, the amount of deflection occurring in the device is obtained, and a feed amount corresponding to the amount of deflection is given to the pinion gear, so that accurate positioning and appropriate preload adjustment can be performed. I do. Further, when the application of the preload is performed from the extremely low speed range to the stop state, a load corresponding to the static load of the bearing can be applied between the pinion gear and the rack.
【００１７】また、本発明の請求項４に係る手段におい
ては、前記２つの駆動手段としてモータを、前記２つの
駆動軸としてウォームを、前記１つの従動軸として該ウ
ォームと螺合するウォームホイールを有し、前記基部に
はウォームおよびモータを配置し、前記可動部をウォー
ムホイールの回転軸で支持すると共に、前記ウォームお
よびウォームホイールの夫々に応力センサを設け、か
つ、ウォームホイールに回転角センサを設けてなること
を特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a motor as the two driving means, a worm as the two driving shafts, and a worm wheel screwed with the worm as the one driven shaft. Having a worm and a motor on the base, supporting the movable portion with a rotating shaft of a worm wheel, providing a stress sensor on each of the worm and the worm wheel, and a rotation angle sensor on the worm wheel. It is characterized by being provided.
【００１８】本発明によると、前記可動部をその回転軸
で支持するウォームホイールと、基部に配置された２つ
のウォームとを噛み合わせる。そして、ウォームを駆動
する２つのモータを独立制御することによって、一方の
ウォームと他方のウォームとの回転数に差を与える。す
ると、該回転数差に対応した分だけ、各ウォームとウォ
ームホイールとの間の変位量に差が生じる。このとき、
一方のウォームとウォームホイールとの当接部にかかる
力と、他方のウォームとウォームホイールとの当接部に
係る力とが互いに逆向きに釣り合い、バックラッシを解
消する。According to the present invention, the worm wheel that supports the movable portion by its rotating shaft and the two worms arranged on the base mesh with each other. Then, by independently controlling the two motors that drive the worm, a difference is provided between the rotation speeds of one worm and the other worm. Then, a difference is generated in the displacement amount between each worm and the worm wheel by an amount corresponding to the rotation speed difference. At this time,
The force applied to the contact portion between the one worm and the worm wheel and the force applied to the contact portion between the other worm and the worm wheel balance in opposite directions to eliminate backlash.
【００１９】この際、基部と可動部との相対変位量を変
位量センサで把握し、かつ、一方のウォームと他方のウ
ォームとの回転数の差を、各ロータ軸の回転数センサで
把握することにより、２つのウォームの変位量を正確に
割り出す。同時に、ウォームにかかる応力を応力センサ
で検出し、前記応力センサで検出される値が所望値とな
るように２つのモータを制御し、予圧を調整する。さら
に、前記可動部にかかる外力がウォームホイールを介し
てウォームに伝えられると、ウォームにかかる応力を前
記応力センサで検出し、該検出値に応じてウォームの送
り量を調節し、ウォームとウォームホイールとの当接部
にかかる力を増減させることによって予圧調整を行う。
さらに、可動部又は基部に付与する予圧又は外力の影響
で可動部等がたわむ場合にも、モータ軸の回転数センサ
の検出値と歯のピッチとの関係から求まる基部と可動部
との相対回転角と、前記回転角センサによる同値とを比
較することにより、装置に生じているたわみ量を求め、
該たわみ量に応じた送り量をウォームギヤに与えること
により、正確な位置決めと適切な予圧調整とを行う。本
発明においても、予圧の付与を極低速域から停止状態に
かけて行うと、軸受でいう静的荷重に相当する荷重をウ
ォームとウォームホイールの間に付与することができ
る。At this time, the relative displacement between the base and the movable part is grasped by a displacement sensor, and the difference between the rotational speeds of one worm and the other worm is grasped by the rotational speed sensors of the respective rotor shafts. Thus, the displacement amount of the two worms is accurately determined. At the same time, the stress applied to the worm is detected by the stress sensor, and the two motors are controlled so that the value detected by the stress sensor becomes a desired value, and the preload is adjusted. Further, when the external force applied to the movable portion is transmitted to the worm via the worm wheel, the stress applied to the worm is detected by the stress sensor, and the worm feed amount is adjusted according to the detected value. The preload adjustment is performed by increasing or decreasing the force applied to the abutting portion.
Furthermore, even when the movable portion or the like bends under the influence of preload or external force applied to the movable portion or the base portion, the relative rotation between the base portion and the movable portion obtained from the relationship between the detection value of the rotation speed sensor of the motor shaft and the pitch of the teeth. By comparing the angle and the same value obtained by the rotation angle sensor, the amount of deflection occurring in the device is obtained,
By providing a feed amount corresponding to the deflection amount to the worm gear, accurate positioning and appropriate preload adjustment are performed. Also in the present invention, when the application of the preload is performed from the extremely low speed range to the stop state, a load corresponding to the static load of the bearing can be applied between the worm and the worm wheel.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、従来例と同一部分若
しくは相当する部分については、詳しい説明を省略す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Here, detailed description of the same or corresponding parts as in the conventional example is omitted.
【００２１】図１ないし図３には、本発明の第１の実施
の形態に係る位置決め装置を示している。以下の説明に
おいて、同一のものが２つ設けられている部材について
は、必要に応じて符号の後にＡ，Ｂを付して区別する。
この位置決め装置は、基部11と可動部12とを有する。基
部11には送りねじ軸13（以下、単にねじ軸と称す。）を
固定している。また、可動部12は、ワーク台等として用
いることができるように平板状をなしている。可動部12
の底面には、その移動方向に２つのモータ14を直列に並
べて固定している。モータ14は、ハウジング18の内部に
ステータ15、ロータ16および中空のロータ軸17を有して
いる。ロータ軸17は、スラスト方向、ラジアル方向双方
の荷重を受けることが可能な軸受を介して、ハウジング
18に回動自在に支持されている。そして、各ロータ軸17
にねじ軸13が挿通される。FIGS. 1 to 3 show a positioning device according to a first embodiment of the present invention. In the following description, members provided with two identical members are distinguished by adding A and B after the reference numerals as needed.
This positioning device has a base 11 and a movable part 12. A feed screw shaft 13 (hereinafter, simply referred to as a screw shaft) is fixed to the base 11. The movable section 12 has a flat plate shape so that it can be used as a work table or the like. Moving part 12
The two motors 14 are arranged and fixed in series in the moving direction on the bottom surface of the. The motor 14 has a stator 15, a rotor 16 and a hollow rotor shaft 17 inside a housing 18. The rotor shaft 17 is mounted on the housing via a bearing capable of receiving loads in both the thrust direction and the radial direction.
18 is rotatably supported. And each rotor shaft 17
The screw shaft 13 is inserted through.
【００２２】ロータ軸17の内部には、ねじ軸13と螺合す
る送りナット19（以下、単にナットと称す。）が固定さ
れており、ロータ軸17の回転力をナット19を介してねじ
軸13に伝達することができる。ナット19はいわゆるダブ
ルナットではなく、一般的な（シングル）ナットが用い
られる。なお、ねじ軸13およびナット19は、滑りねじま
たはボールねじのどちらを用いることも可能である。ま
た、本発明の実施の形態においてねじに要求される精度
は、後述する理由から転造成形で得られる程度のもので
良い。さらに、図２に示すように、基部11にはねじ軸13
と平行にレール25が敷設されており、可動部12にはレー
ル25に対して摺動自在に係合するガイド26が設けられて
いる。A feed nut 19 (hereinafter simply referred to as a nut) screwed to the screw shaft 13 is fixed inside the rotor shaft 17, and the rotational force of the rotor shaft 17 is transmitted through the nut 19 to the screw shaft. 13 can be communicated. The nut 19 is not a so-called double nut but a general (single) nut. The screw shaft 13 and the nut 19 can use either a sliding screw or a ball screw. Further, the accuracy required for the screw in the embodiment of the present invention may be such that it can be obtained by roll forming for the reason described later. Further, as shown in FIG.
A rail 25 is laid in parallel with the rail 25, and a guide 26 slidably engaged with the rail 25 is provided on the movable part 12.
【００２３】さらにモータ14には、ロータ軸17の回転数
センサとしてアブソリュートエンコーダ20を、ロータ軸
17の制動・位置固定手段として電磁ブレーキ21を有して
いる。これらエンコーダ10、電磁ブレーキ21等の配置は
任意に設定することができる。また、基部11と可動部12
との間には、変位量センサとしてリニアスケール22を配
している。また、ねじ軸13の端部には応力センサ23を設
けている。さらに、後述する図４に示すようにロータ軸
17に応力センサ35を設けることもできる。ここで用いら
れる応力センサは、歪みゲージ式（ストレーンゲージ
式）、磁歪式（応力に応じて磁場を発生させ、その大き
さを検出する形式）、超磁歪材料を用いる形式、超音波
式（超音波の伝播速度が応力に比例する為、その変化を
検出する形式）、応力偏光樹脂式（応力に応じて発色す
る）等、任意のものを用いることができる。Further, the motor 14 is provided with an absolute encoder 20 as a rotation speed sensor of the rotor shaft 17,
17 has an electromagnetic brake 21 as a braking / position fixing means. The arrangement of the encoder 10, the electromagnetic brake 21, and the like can be arbitrarily set. The base 11 and the movable part 12
A linear scale 22 is disposed as a displacement sensor between them. A stress sensor 23 is provided at an end of the screw shaft 13. Further, as shown in FIG.
17 may be provided with a stress sensor 35. The stress sensor used here is a strain gauge type (strain gauge type), a magnetostrictive type (a type that generates a magnetic field according to stress and detects the magnitude), a type using a giant magnetostrictive material, an ultrasonic type (ultrasonic type). Since the propagation speed of the sound wave is proportional to the stress, an arbitrary type such as a type for detecting the change), a stress-polarized resin type (colored according to the stress), or the like can be used.
【００２４】図３には、本実施の形態に係る位置決め装
置の構成をブロック図で示している。図示のごとく、ね
じ軸13の端部に取付けられた応力センサ23の検出信号
は、インターフェイスＩ．Ｆを経て、制御手段であるＣ
ＰＵ24に伝送される。また、モータ14Ａ，14Ｂの回転数
および回転速度は、夫々のエンコーダ20Ａ，20Ｂにより
検出され、その検出値はＩ．Ｆを経てＣＰＵ24に伝送さ
れる。モータ14Ａ，14Ｂの回転数に対応する可動部12の
変位量は、ねじのピッチから求めることができ、この対
応関係を予めメモリーＭに入力しておく。また、各部材
の剛性値もメモリーＭに入力する。さらに、モータの温
度Ｔの検出信号もＩ．Ｆを経てＣＰＵ24に伝送される。
同様に、リニアスケール22の検出信号もＩ．Ｆを経てＣ
ＰＵ24に伝送される。上記各検出信号に基づき、モータ
の推力、位置、速度、可動部12の位置等をＣＰＵ24で認
識し、かつディスプレイＤ．Ｐに表示することもでき
る。さらに、モータ14Ａ，14Ｂの駆動電力は、ＣＰＵ24
からドライバーＤA ，ＤB に駆動信号が伝送されること
によって、各モータに供給される。上記構成により、後
述する「応力適応制御」を行うことができる。図４に
は、図３に示すモータ14Ｂの内部構造を例示している。
図示のごとく、ロータ軸17に設けられた応力禅差35（35
Ｂ）の検出信号も、Ｉ．Ｆを経てＣＰＵ24に伝送され
る。なお、モータ14Ａも同様の構成を有している。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the positioning device according to the present embodiment. As shown in the figure, the detection signal of the stress sensor 23 attached to the end of the screw shaft 13 is transmitted to the interface I.V. Through F, the control means C
It is transmitted to PU24. The rotation speed and the rotation speed of the motors 14A and 14B are detected by respective encoders 20A and 20B. It is transmitted to the CPU 24 via F. The amount of displacement of the movable part 12 corresponding to the number of rotations of the motors 14A and 14B can be obtained from the pitch of the screw, and this correspondence is input to the memory M in advance. Further, the rigidity value of each member is also input to the memory M. Further, the detection signal of the motor temperature T is also I. It is transmitted to the CPU 24 via F.
Similarly, the detection signal of the linear scale 22 is also I.V. C through F
It is transmitted to PU24. Based on the above detection signals, the CPU 24 recognizes the thrust, position and speed of the motor, the position of the movable unit 12, and the like, and displays the display D. It can also be displayed on P. Further, the driving power of the motors 14A and 14B is
Are transmitted to the drivers D A and D B, and are supplied to the respective motors. With the above configuration, “stress adaptive control” described later can be performed. FIG. 4 illustrates the internal structure of the motor 14B shown in FIG.
As shown in the figure, the stress difference 35 (35
B) also shows the detection signal of I.B. It is transmitted to the CPU 24 via F. The motor 14A has a similar configuration.
【００２５】ここで、上記構成をなす位置決め装置によ
る位置決め手順の一例を、図１および図３、図４に基づ
いて説明する。以下の説明では、便宜上一方のモータお
よびそれに関連する部材には符号の後にＡを、他方のモ
ータおよびそれに関連する部材には符号の後にＢを付
す。また、以下の説明では、基部11に対する可動部12の
移動方向が図１の左から右方向である場合を考える。 (1) まず、可動部12に所望の移動量を得る為に必要なモ
ータ14の回転数を、ＣＰＵ24で割り出す。 (2) ＣＰＵ24の指令によりモータ14Ａ，14Ｂを同一方向
に同期回転させ、可動部12を移動させる。このとき、エ
ンコーダ20Ａ，20Ｂによりモータ14Ａ，14Ｂの回転数を
検出する。同様に、基部11に対する可動部12の変位量
を、リニアスケール22で検出する。さらに、ねじ軸13の
端部にかかる応力を応力センサ23，ロータ軸17にかかる
応力を応力センサ35で検出し、ここで検出される値に応
じて、モータ14Ａ，14Ｂのいずれかの回転速度を増減
し、ねじ軸13とナット19との間にかかる予圧を、零もし
くは予め設定された最小値に維持する。 (3) 所望の移動量に対するリニアスケール22の検出値が
所定の割合（例：980mm/1000mm）となったとき、ＣＰＵ
24はモータ14Ａ，14Ｂを減速させる。この間も応力セン
サ23，35でねじ軸13にかかる応力を監視し、ねじ軸13と
ナット19との間にかかる予圧を零もしくは予め設定され
た最小値に維持する。このとき、ねじ軸等に外力等の影
響でたわみ（ヒステリシス、歪み）が生じている場合に
は、次の手法によって実際のたわみ量を求める。具体例
として、ねじ軸等のたわみが図１の右側から左側へ延び
る方向に生じている場合を考えると、エンコーダ20Ａ，
20Ｂの検出値がステップ(1) で求めたモータ14の回転数
に達した時点で、リニアスケール22から得られる変位量
が、所望の移動量に例えば3/100 mmだけ達していない状
態となる。この不足している分の移動量3/100 mmがたわ
み量となるので、該たわみ量の分だけモータ14の回転数
を増加する。なお、たわみ（歪み）量については、応力
センサ23，35によって作用荷重（作用力）を把握すれ
ば、ＣＰＵ24において、有限要素法計算手段等により即
座にたわみ（歪み）量を計算することも可能である。よ
って、発生しているたわみ量が正常・異常を瞬時に判断
することができる。 (4) リニアスケール22の検出値が所望の移動量に一致し
た時点で、ＣＰＵ24はモータ14Ａのみを停止させる。ま
た、モータ14Ｂについては回転を続行させる。モータ14
Ａ，14Ｂの間に回転数差（即ち変位量差）が生じること
により、ねじ軸13等には予圧によるたわみが発生する。
そして、応力センサ23，35によって応力の変化が検出さ
れる。このとき生ずるたわみ量も、モータ14Ａ，14Ｂの
回転数とねじピッチとの関係から得られる変位量と、リ
ニアスケール22から得られる変位量との差から求められ
る。そこで、求められたたわみ量に応じて、モータ14Ｂ
の回転数、速度を調整する。 (5) ステップ(4) で求めたたわみ量を考慮しつつ、応力
センサ23，35の検出値が所定値に（即ち、所定の予圧
に）調整された時点で、ＣＰＵ24はモータ14Ｂを停止さ
せる。なお、ステップ(4) において、モータ14Ａ，14Ｂ
を同時に停止させ、ステップ(5) においてモータ14Ａの
みを逆転させることにより、モータ14Ａ，14Ｂの回転数
差を生じせしめ、応力調整を行うことも可能である。Here, an example of a positioning procedure by the positioning device having the above configuration will be described with reference to FIGS. 1, 3 and 4. In the following description, for convenience, one motor and members related thereto are denoted by A after the reference numeral, and the other motor and members related thereto are denoted by B after the reference numeral. In the following description, it is assumed that the moving direction of the movable unit 12 with respect to the base 11 is from left to right in FIG. (1) First, the CPU 24 determines the number of rotations of the motor 14 necessary for obtaining a desired movement amount of the movable unit 12. (2) The motors 14A and 14B are synchronously rotated in the same direction in accordance with a command from the CPU 24 to move the movable section 12. At this time, the rotation speeds of the motors 14A and 14B are detected by the encoders 20A and 20B. Similarly, the displacement of the movable part 12 with respect to the base 11 is detected by the linear scale 22. Further, the stress applied to the end of the screw shaft 13 is detected by the stress sensor 23, and the stress applied to the rotor shaft 17 is detected by the stress sensor 35. According to the value detected here, the rotational speed of one of the motors 14A, 14B is determined. And the preload applied between the screw shaft 13 and the nut 19 is maintained at zero or a preset minimum value. (3) When the detection value of the linear scale 22 with respect to a desired movement amount reaches a predetermined ratio (eg, 980 mm / 1000 mm), the CPU
24 decelerates the motors 14A and 14B. During this time, the stress applied to the screw shaft 13 is monitored by the stress sensors 23 and 35, and the preload applied between the screw shaft 13 and the nut 19 is maintained at zero or a preset minimum value. At this time, if the screw shaft or the like is bent (hysteresis, distortion) due to the influence of an external force or the like, the actual amount of deflection is obtained by the following method. As a specific example, consider a case where deflection of a screw shaft or the like occurs in a direction extending from the right side to the left side in FIG.
When the detected value of 20B reaches the rotation speed of the motor 14 obtained in step (1), the displacement amount obtained from the linear scale 22 does not reach the desired movement amount by, for example, 3/100 mm. . Since the amount of movement 3/100 mm corresponding to the lack is the amount of deflection, the rotational speed of the motor 14 is increased by the amount of the deflection. As for the amount of deflection (strain), if the acting load (acting force) is grasped by the stress sensors 23 and 35, the amount of deflection (strain) can be calculated immediately by the finite element method calculation means in the CPU 24. It is. Therefore, it is possible to instantaneously determine whether the amount of deflection occurring is normal or abnormal. (4) When the detection value of the linear scale 22 matches the desired movement amount, the CPU 24 stops only the motor 14A. The rotation of the motor 14B is continued. Motor 14
A rotation speed difference (that is, a displacement amount difference) between A and 14B causes deflection of the screw shaft 13 and the like due to preload.
Then, a change in stress is detected by the stress sensors 23 and 35. The amount of deflection generated at this time is also determined from the difference between the amount of displacement obtained from the relationship between the rotation speeds of the motors 14A and 14B and the screw pitch and the amount of displacement obtained from the linear scale 22. Therefore, according to the determined amount of deflection, the motor 14B
Adjust the rotation speed and speed. (5) The CPU 24 stops the motor 14B when the detection values of the stress sensors 23 and 35 are adjusted to a predetermined value (that is, to a predetermined preload) while taking into account the deflection amount obtained in step (4). . In step (4), the motors 14A, 14B
Are stopped at the same time, and only the motor 14A is reversed in step (5) to cause a difference in the number of rotations of the motors 14A and 14B, thereby enabling stress adjustment.
【００２６】上記ステップ(5) の状態で位置決めが完了
する。このとき、可動部12、モータ14等を構成する部材
の弾性変形の範囲内で、モータ14Ａ，モータ14Ｂは互い
に離間した状態で停止している。そして、ナット19Ａ，
19Ｂの夫々のねじ山がねじ軸13のねじ山に対して当接
し、バックラッシを解消しかつ所望の予圧が付与され
る。詳細には、ナット19Ａは図１の右から左方向へ移動
する際のバックラッシ量が零となるように、ナット19Ｂ
は図１の左から右方向へ移動する際のバックラッシ量が
零となるように、夫々のバックラッシが解消される。The positioning is completed in the state of step (5). At this time, the motors 14A and 14B are stopped in a state of being separated from each other within a range of elastic deformation of members constituting the movable portion 12, the motor 14, and the like. And nut 19A,
The respective threads of 19B abut against the threads of the screw shaft 13, eliminating backlash and applying the desired preload. Specifically, the nut 19A is moved so that the backlash amount when moving from right to left in FIG.
The respective backlashes are eliminated so that the backlash amount when moving from left to right in FIG. 1 becomes zero.
【００２７】また、上記ステップ(5) の状態では、ナッ
ト19Ａ，19Ｂによりねじ軸13には圧縮方向の予圧が与え
られている。この予圧の大きさは、ねじ軸13の両端部に
設けた応力センサ23によって随時予圧を監視し、かつ、
モータ14Ａ，14Ｂの回転数差より得られるたわみ量を監
視し、モータ14Ａ，14Ｂの回転数差を調整することによ
り、必要量を容易に得ることができる。したがって、例
えば位置決め完了後に可動部12に対して最大 100kgの外
力が加わることがわかっている場合には、 100kg以上の
予圧をねじ軸13とナット19Ａ，19Ｂとの間に予め付与し
ておくことにより、可動部12、モータ14等を構成する部
材の弾性変形の外力による伸縮を防止し、高精度の位置
決めを行うことができる。また、電磁ブレーキ21を差動
することにより、この状態を任意時間保持する（メカニ
カルロック状態を得る）ことができる。以上説明したよ
うに、実際のたわみ量を考慮しつつ予圧調整を行うこと
を、本説明では応力適応制御という。該応力適応制御
は、温度変化による各部材の伸縮量も考慮に入れて作動
制御を行うことも可能である。In the state of step (5), a preload in the compression direction is applied to the screw shaft 13 by the nuts 19A and 19B. The magnitude of this preload is monitored at any time by stress sensors 23 provided at both ends of the screw shaft 13, and
The required amount can be easily obtained by monitoring the amount of deflection obtained from the difference in the number of rotations of the motors 14A and 14B and adjusting the difference in the number of rotations of the motors 14A and 14B. Therefore, for example, if it is known that an external force of at most 100 kg will be applied to the movable portion 12 after the positioning is completed, a preload of 100 kg or more should be applied in advance between the screw shaft 13 and the nuts 19A and 19B. Thereby, expansion and contraction due to external force of elastic deformation of members constituting the movable portion 12, the motor 14, and the like can be prevented, and highly accurate positioning can be performed. Further, by making the electromagnetic brake 21 differential, this state can be held for an arbitrary time (mechanical lock state can be obtained). As described above, performing preload adjustment in consideration of the actual amount of deflection is referred to as stress adaptive control in this description. In the stress adaptive control, it is also possible to perform operation control in consideration of the amount of expansion and contraction of each member due to a temperature change.
【００２８】さて、上記ステップ(5) において位置決め
がなされた後に、再び作動開始する際の手順を以下に説
明する。 (6) まず、可動部12に所望の移動量を得る為に必要なモ
ータ14の回転数を、ＣＰＵ24で割り出す。 (7) 基部11に対する可動部12の移動方向が図１の左から
右方向である場合には、まずモータ14Ａのみを始動し、
応力センサ23，35の検出値が零もしくは予め設定された
最小値となるまで、ステップ(5) で与えたモータ14Ｂと
の回転数差を解消する。 (8) ＣＰＵ24の指令によりモータ14Ａ，14Ｂを同一方向
に同期回転させ、可動部12を移動させる。このとき、エ
ンコーダ20Ａ，20Ｂによりモータ14Ａ，14Ｂの回転数を
検出する。同様に、基部11に対する可動部12の変位量
を、リニアスケール22で検出する。前述のごとく、ナッ
ト19Ｂとねじ軸13とのバックラッシは解消されているの
で、モータ14Ｂの始動と同時に可動部12は移動を開始す
る。したがって、エンコーダ20Ｂから割り出した移動量
と、リニアスケール22で検出される移動量との間にバッ
クラッシの影響による誤差は発生せず、正確な位置の測
定を行うことができる。この間も、ねじ軸13の端部にか
かる応力を応力センサ23，35で検出し、ここで検出され
る値に応じて、モータ14Ａ，14Ｂのいずれかの回転速度
を増減し、ねじ軸13とナット19との間にかかる予圧を零
もしくは予め設定された最小値に維持する。 (9) 以下、ステップ(3) 〜(5) と同様の手順により新た
な位置への位置決めを行う。Now, the procedure when the operation is started again after the positioning is performed in the above step (5) will be described below. (6) First, the CPU 24 determines the number of rotations of the motor 14 necessary to obtain a desired moving amount for the movable unit 12. (7) When the moving direction of the movable part 12 with respect to the base 11 is from left to right in FIG. 1, first, only the motor 14A is started,
Until the detection values of the stress sensors 23 and 35 become zero or a preset minimum value, the difference in the number of rotations with the motor 14B given in step (5) is eliminated. (8) The motors 14A and 14B are synchronously rotated in the same direction in accordance with a command from the CPU 24 to move the movable section 12. At this time, the rotation speeds of the motors 14A and 14B are detected by the encoders 20A and 20B. Similarly, the displacement of the movable part 12 with respect to the base 11 is detected by the linear scale 22. As described above, since the backlash between the nut 19B and the screw shaft 13 has been eliminated, the movable portion 12 starts moving at the same time when the motor 14B is started. Therefore, an error due to the backlash does not occur between the movement amount determined by the encoder 20B and the movement amount detected by the linear scale 22, and accurate position measurement can be performed. During this time, the stress applied to the end of the screw shaft 13 is detected by the stress sensors 23 and 35, and the rotational speed of one of the motors 14A and 14B is increased or decreased according to the value detected here. The preload applied to the nut 19 is maintained at zero or a preset minimum value. (9) Thereafter, positioning to a new position is performed in the same procedure as in steps (3) to (5).
【００２９】(10) ステップ(7) において、基部11に対
する可動部12の移動方向が図１の右から左方向である場
合には、まずモータ14Ｂのみを逆転し、応力センサ23，
35の検出値が零もしくは予め設定された最小値となるま
で、ステップ(5) で与えたモータ14Ａとの回転数差を解
消する。 (11) ＣＰＵ24の指令によりモータ14Ａ，14Ｂの双方と
も逆転方向に同期回転させ、可動部12を移動させる。前
述のごとく、ナット19Ａとねじ軸13とのバックラッシは
解消されているので、モータ14Ａの始動と同時に可動部
12は移動を開始する。この間も、ねじ軸13の端部にかか
る応力を応力センサ23，35で検出し、ここで検出される
値に応じて、モータ14Ａ，14Ｂのいずれかの回転速度を
増減し、ねじ軸13とナット19との間にかかる予圧を零も
しくは予め設定された最小値に維持する。 (12) 所望の移動量に対するリニアスケール22の検出値
が所定の割合となったとき、ＣＰＵ24はモータ14Ａ，14
Ｂを減速させる。この間も応力センサ23，35でねじ軸13
にかかる応力を監視し、ねじ軸13とナット19との間にか
かる予圧を零もしくは予め設定された最小値に維持す
る。 (13) リニアスケール22の検出値が所望の移動量に一致
した時点で、ＣＰＵ24はモータ14Ｂのみを停止させ、モ
ータ14Ａの回転は続行させる。モータ14Ａ，14Ｂの間に
回転数差（即ち変位量差）が生じることにより、ねじ軸
13等には予圧によるたわみが発生する。そして、応力セ
ンサ23，35には応力の変化が検出される。ここでも、モ
ータ14Ａ，14Ｂの回転数とねじピッチとの関係から得ら
れる変位量と、リニアスケール22で得られる変位量との
差から求められるたわみ量に応じて、モータ14Ｂの回転
数、速度を調整する。 (14) ステップ(13)でもとめたたわみ量を考慮しつつ、
応力センサ23，35の検出値が所定値に（即ち、所定の予
圧に）調整された時点で、ＣＰＵ24はモータ14Ａを停止
させる。なお、ステップ(13)において、モータ14Ａ，14
Ｂを同時に停止させ、ステップ(14)においてモータ14Ａ
のみを逆転させることにより、モータ14Ａ，14Ｂの回転
数差を生じせしめ、応力調整を行うことも可能である。(10) In step (7), if the moving direction of the movable part 12 with respect to the base 11 is from right to left in FIG. 1, first, only the motor 14B is reversed, and the stress sensors 23 and
Until the detected value of 35 becomes zero or a preset minimum value, the difference in the number of revolutions with the motor 14A given in step (5) is eliminated. (11) In accordance with a command from the CPU 24, both the motors 14A and 14B are synchronously rotated in the reverse direction to move the movable section 12. As described above, since the backlash between the nut 19A and the screw shaft 13 has been eliminated, the movable part is simultaneously activated with the motor 14A.
12 starts moving. During this time, the stress applied to the end of the screw shaft 13 is detected by the stress sensors 23 and 35, and the rotational speed of one of the motors 14A and 14B is increased or decreased according to the value detected here. The preload applied to the nut 19 is maintained at zero or a preset minimum value. (12) When the detection value of the linear scale 22 with respect to the desired movement amount reaches a predetermined ratio, the CPU 24 sets the motors 14A and 14
Decelerate B. During this time, the screw shaft 13 is
The preload applied between the screw shaft 13 and the nut 19 is maintained at zero or a preset minimum value. (13) When the detection value of the linear scale 22 matches the desired movement amount, the CPU 24 stops only the motor 14B and continues the rotation of the motor 14A. The rotation speed difference (that is, the displacement amount difference) between the motors 14A and 14B causes the screw shaft
At 13 mag, deflection occurs due to preload. The stress sensors 23 and 35 detect a change in stress. Here, too, according to the amount of deflection obtained from the difference between the amount of displacement obtained from the relationship between the number of rotations of the motors 14A, 14B and the screw pitch and the amount of displacement obtained by the linear scale 22, the number of rotations and speed of the motor 14B are determined. To adjust. (14) While considering the amount of deflection determined in step (13),
When the detection values of the stress sensors 23 and 35 are adjusted to a predetermined value (that is, to a predetermined preload), the CPU 24 stops the motor 14A. In step (13), the motors 14A, 14A
B at the same time, and in step (14), the motor 14A
By reversing only one of them, it is possible to cause a difference in the number of rotations of the motors 14A and 14B, and to adjust the stress.
【００３０】上記構成をなす本発明の第１の実施の形態
により得られる作用効果は、以下の通りである。本実施
の形態では、１つのねじ軸13に対して、２つのモータ14
Ａ，14Ｂを有し、これらモータ14Ａ，14Ｂでねじ軸13に
螺合する２つのナット19Ａ，19Ｂを駆動する。したがっ
て、モータ14Ａ，14Ｂを同期回転させれば、ねじ軸13と
ナット19Ａ，19Ｂとの間に予圧を付与しない状態、すな
わち低負荷状態で基部11と可動部12とを相対移動させる
ことができる。この間、応力センサ23，35によって随時
予圧の監視をし、モータ14Ａ，14Ｂの回転数、回転速度
を調節するので、前記低負荷状態は維持される。よっ
て、ねじ軸13とナット19Ａ，19Ｂとを高精度で製造しな
くても、滑らかな螺合が可能となり、２つのナットのピ
ッチ誤差も問題にはならない。また、基部11と可動部12
とを相対移動させている状態から停止状態に移行する直
前に、各モータの回転数に差を持たせることによって、
ねじ軸13に対するナット19Ａ，19Ｂのバックラッシを解
消し、かつ、ねじ軸13とナット14との間にかかる予圧、
外力、温度変化等による各部材の伸縮を考慮に入れ、応
力センサ23，35によって予圧を監視しながら位置決めを
行うことができる。さらに、位置決め状態において電磁
ブレーキ21を差動させれば、メカニカルロック状態とな
り、任意時間位置決め状態を保持することができる。The operation and effect obtained by the first embodiment of the present invention having the above configuration are as follows. In the present embodiment, two motors 14 are provided for one screw shaft 13.
A and 14B, and two nuts 19A and 19B screwed to the screw shaft 13 are driven by these motors 14A and 14B. Therefore, if the motors 14A and 14B are rotated synchronously, the base 11 and the movable part 12 can be relatively moved in a state where no preload is applied between the screw shaft 13 and the nuts 19A and 19B, that is, in a low load state. . During this time, the preload is monitored as needed by the stress sensors 23 and 35, and the rotation speed and rotation speed of the motors 14A and 14B are adjusted, so that the low load state is maintained. Therefore, even if the screw shaft 13 and the nuts 19A and 19B are not manufactured with high precision, a smooth screwing is possible, and the pitch error between the two nuts does not matter. The base 11 and the movable part 12
Immediately before shifting from the state of relative movement to the stop state, by giving a difference in the rotation speed of each motor,
The backlash of the nuts 19A and 19B against the screw shaft 13 is eliminated, and the preload applied between the screw shaft 13 and the nut 14,
Taking into account expansion and contraction of each member due to external force, temperature change, and the like, positioning can be performed while monitoring the preload by the stress sensors 23 and 35. Further, if the electromagnetic brake 21 is made differential in the positioning state, the state becomes a mechanical lock state, and the positioning state can be maintained for an arbitrary time.
【００３１】この予圧の付与は、いかなる運転状況にお
いても可能であるが、特に極低速域から停止状態にかけ
て予圧を付与することにより、軸受でいう静的荷重に相
当する荷重を歯車に付与し、発熱や摩耗の増大を抑え、
寿命の短縮を防止することができる。また、高速度域で
予圧を付与することも可能であり、この場合には、従来
の高精度のマシニングセンタにおいても避けることので
きなかった加工中のビビリ現象（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸上の隙間
や、ダブルナット等を用いて付与する予圧以上の外力
（加工抵抗）を受けた場合に、マシニングセンタの構成
部品に歪み等が生じ加工装置全体が微小振動を起こす現
象。）を、防止することができる。したがって、従来の
ように高精度＝高価格の位置決め装置を用いることな
く、それ以上の精度を有する位置決め装置を低価格で提
供することが可能となる。本実施の形態に係る位置決め
装置は、エンコーダ20、リニアスケール22等のスケール
に高精度のものを用いれば、ねじ軸13およびナット19の
精度が低いものであっても、ねじ軸とナットとの間で生
じる変位量の誤差分をスケールで計測し、該誤差分を補
正するように、モータ14Ａ，14Ｂの回転数を制御するこ
とができる。すなわち、高精度のスケールと精度の低い
動力伝達機構との組み合わせにより、バックラッシを解
消し、高精度の位置決め、任意量の予圧の付与を行うこ
とが可能な高精度の位置決め装置を低価格で構成するこ
とができる。This preload can be applied under any operating conditions. In particular, by applying a preload from an extremely low speed range to a stopped state, a load corresponding to a static load referred to as a bearing is applied to a gear. Suppress heat and wear increase,
The life can be prevented from being shortened. It is also possible to apply a preload in a high speed range. In this case, chattering phenomena during machining (the gaps on the X, Y, and Z axes) which cannot be avoided even in a conventional high-precision machining center. Also, when an external force (machining resistance) that is equal to or greater than the preload applied by using a double nut or the like is applied, distortion or the like may occur in the components of the machining center, causing a small vibration in the entire machining apparatus. it can. Therefore, it is possible to provide a positioning device having higher accuracy at a lower price without using a positioning device with high accuracy = high price as in the related art. If the positioning device according to the present embodiment uses a high-precision scale for the encoder 20, the linear scale 22, etc., even if the accuracy of the screw shaft 13 and the nut 19 is low, the position of the screw shaft and the nut The error of the displacement amount occurring between them is measured on a scale, and the rotation speed of the motors 14A and 14B can be controlled so as to correct the error. In other words, by combining a high-precision scale and a low-precision power transmission mechanism, a high-precision positioning device that can eliminate backlash, perform high-precision positioning, and apply an arbitrary amount of preload at a low price can do.
【００３２】以上のごとくバックラッシを解消すること
によって、がたのない正確な位置決めが可能となり、再
始動の際にもバックラッシの影響を受けずに正確な作動
をすることが可能となる。また、想定される外力以上の
値に予圧を調整することにより、外力による装置の伸縮
の影響を抑え、正確な位置決めを行うことができる。ま
た、ナット19はいわゆるダブルナットではなく、一般的
な（シングル）ナットが用いられるので、その全長の全
体で荷重を受けることができる。よって、許容荷重がダ
ブルナットに比べて大きく、ねじ軸13とナット19との螺
合部における強度および耐久性を向上させることができ
る（１本のボールねじによって２倍の定格荷重（ナット
容量の２倍）を得ることができる。）。By eliminating the backlash as described above, accurate positioning without play becomes possible, and even when restarting, accurate operation can be performed without being affected by the backlash. Further, by adjusting the preload to a value equal to or larger than the assumed external force, the influence of expansion and contraction of the device due to the external force can be suppressed, and accurate positioning can be performed. In addition, since the nut 19 is not a so-called double nut but a general (single) nut, a load can be received over the entire length. Therefore, the allowable load is larger than that of the double nut, and the strength and durability at the threaded portion between the screw shaft 13 and the nut 19 can be improved (double the rated load (nut capacity) by one ball screw). 2 times).)
【００３３】次に、本発明の第２の実施の形態に係る位
置決め装置を、図５に基づいて説明する。第２の実施の
形態において、第１の実施の形態と同一部分若しくは相
当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省
略する。また、第２の実施の形態においても、説明の便
宜上、一方のモータおよびそれに関連する部材には符号
の後にＡを、他方のモータおよびそれに関連する部材に
は符号の後にＢを付す。Next, a positioning device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the same or corresponding portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. Also in the second embodiment, for convenience of explanation, one motor and members related thereto are denoted by A after the reference numerals, and the other motors and members related thereto are denoted by B after the reference numerals.
【００３４】第２の実施の形態では、第１の実施の形態
における送りねじ軸13とロータ軸17に駆動される送りナ
ット19とを有する動力伝達機構に変えて、ラック27およ
びピニオンギヤ28からなる動力伝達機構を用いている。
ピニオンギヤ28は、複数の歯車対からなる減速部29を介
して、モータ14により駆動される。また、ピニオンギヤ
28には応力センサ30が、可動部12には応力センサ31が設
けられている。なお、図５においてラック27を支持する
基部については、図示を省略している。また、モータ14
は図示しない制動・位置固定手段を有するものとする。
さらに、位置決め装置の全体的構成は、図３に示す第１
の実施の形態に係るブロック図に類似するが、本実施の
形態においては、応力センサ23，35に替えて、応力セン
サ30，31が設けられている。In the second embodiment, a rack 27 and a pinion gear 28 are used instead of the power transmission mechanism having the feed screw shaft 13 and the feed nut 19 driven by the rotor shaft 17 in the first embodiment. A power transmission mechanism is used.
The pinion gear 28 is driven by the motor 14 via a speed reducer 29 composed of a plurality of gear pairs. Also, the pinion gear
A stress sensor 30 is provided at 28 and a stress sensor 31 is provided at the movable part 12. In FIG. 5, the illustration of the base supporting the rack 27 is omitted. Also, the motor 14
Has braking / position fixing means (not shown).
Further, the overall configuration of the positioning device is the first configuration shown in FIG.
Although similar to the block diagram according to the third embodiment, in the present embodiment, stress sensors 30 and 31 are provided instead of the stress sensors 23 and 35.
【００３５】ここで、本発明の第２の実施の形態にかか
る位置決め装置において、可動部12に外力Ｆが負荷され
た状態で位置決めを行う際の手順を以下に説明する。
尚、以下の説明では、可動部12に対して外力Ｆが図５の
上方から下方にむけて付与された状態で、可動部12を上
方へ移動させる場合を想定している。Here, a procedure for performing positioning with the external force F applied to the movable portion 12 in the positioning device according to the second embodiment of the present invention will be described below.
In the following description, it is assumed that the movable unit 12 is moved upward while the external force F is applied to the movable unit 12 from above in FIG.
【００３６】(1) 位置決め装置が停止状態にあるとき、
可動部12に負荷される外力Ｆは応力センサ31で検出さ
れ、ＣＰＵ24（図３）で認識される。このとき、ラック
27と各ピニオンギヤ28Ａ，28Ｂとのかみ合い部では、夫
々が外力Ｆの反力として−1/2Ｆづつを負担している。
この反力は、応力センサ30Ａ，30Ｂで検出される。 (2) 位置決め装置を始動するに際し、可動部12に所望の
移動量を得る為に必要なモータ14の回転数を、ＣＰＵ24
で割り出す。 (3) ＣＰＵ24の指令によりモータ14Ａ，14Ｂを同一方向
に同期回転させ、可動部12を移動させる。このとき、エ
ンコーダ20Ａ，20Ｂによりモータ14Ａ，14Ｂの回転数を
検出する。同様に、基部11に対する可動部12の変位量
を、リニアスケール22で検出する。また、さらに、ねじ
軸13の端部にかかる応力を応力センサ応力センサ30Ａ，
30Ｂで検出し、ここで検出される値に応じて、モータ14
Ａ，14Ｂのいずれかの回転速度を増減し、前記反力を−
1/2 Ｆに維持する。 (4) 所望の移動量に対するリニアスケール22の検出値が
所定の割合（例：980mm/1000mm）となったとき、ＣＰＵ
24はモータ14Ａ，14Ｂを減速させる。この間も応力セン
サ30Ａ，30Ｂでピニオンギヤ28Ａ，28Ｂにかかる応力を
監視し、反力を−1/2 Ｆに維持する。(1) When the positioning device is stopped,
The external force F applied to the movable part 12 is detected by the stress sensor 31 and recognized by the CPU 24 (FIG. 3). At this time, the rack
In the engagement portion between the pinion gear 27 and each of the pinion gears 28A and 28B, each bears -1 / 2F as a reaction force of the external force F.
This reaction force is detected by the stress sensors 30A and 30B. (2) When starting the positioning device, the number of rotations of the motor 14 necessary for obtaining the desired movement amount in the movable
Find out with. (3) The motors 14A and 14B are synchronously rotated in the same direction by a command from the CPU 24 to move the movable section 12. At this time, the rotation speeds of the motors 14A and 14B are detected by the encoders 20A and 20B. Similarly, the displacement of the movable part 12 with respect to the base 11 is detected by the linear scale 22. Further, the stress applied to the end of the screw shaft 13 is further transmitted to the stress sensor 30A,
30B, and according to the value detected here, the motor 14
Increase or decrease the rotation speed of either A or 14B,
Maintain at 1/2 F. (4) When the detection value of the linear scale 22 with respect to a desired movement amount reaches a predetermined ratio (eg, 980 mm / 1000 mm), the CPU
24 decelerates the motors 14A and 14B. During this time, the stress applied to the pinion gears 28A, 28B is monitored by the stress sensors 30A, 30B, and the reaction force is maintained at -1 / 2F.
【００３７】(5) リニアスケール22の検出値が所望の移
動量に一致した時点で、ＣＰＵ24はモータ14Ａ，14Ｂを
停止させる。そして、モータ14Ｂのみを所定量だけ反転
させ、ピニオンギヤ28Ａに対するピニオンギヤ28Ｂの回
転角を減少させることにより、ラック27とピニオンギヤ
28Ｂとのバックラッシを解消する。また、このとき減速
部29Ｂにおけるバックラッシも解消される。なお、ラッ
ク27とピニオンギヤ28Ａとの間、および減速部29Ａにつ
いては、可動部12を停止位置に維持するための駆動トル
クを連続して受けていることから、バックラッシを解消
する方向に各歯車が噛み合っている。このとき、可動部
12等にはたわみが生じるが、このときのたわみ量は、モ
ータ14Ａ，14Ｂの回転数と、歯のピッチとの関係から得
られる変位量と、リニアスケール22で得られる変位量と
の差から求めることができる。このたわみ量を考慮しつ
つ、応力センサ30Ａにおいて検出される反力が−3/2 Ｆ
となるように、また、応力センサ30Ｂで検出される反力
が1/2 Ｆとなるように、ピニオンギヤ28Ｂの回転角を調
整する。すると、−3/2 Ｆ＋1/2 Ｆ＝−Ｆとなるので、
ラック27と各ピニオンギヤ28Ａ，28Ｂとの間に、外力Ｆ
と釣り合う方向に予圧を調整を行うことが可能となる。(5) The CPU 24 stops the motors 14A and 14B when the detected value of the linear scale 22 matches the desired movement amount. Then, only the motor 14B is reversed by a predetermined amount, and the rotation angle of the pinion gear 28B with respect to the pinion gear 28A is reduced.
Eliminate backlash with 28B. Further, at this time, the backlash in the speed reduction unit 29B is also eliminated. In addition, between the rack 27 and the pinion gear 28A, and the reduction unit 29A, since the driving torque for maintaining the movable unit 12 at the stop position is continuously received, each gear is moved in a direction to eliminate the backlash. Are engaged. At this time, the movable part
Deflection occurs at 12 or the like, and the amount of deflection at this time is determined by the difference between the displacement obtained from the relationship between the rotation speed of the motors 14A and 14B and the pitch of the teeth, and the displacement obtained from the linear scale 22. You can ask. Considering this amount of deflection, the reaction force detected by the stress sensor 30A becomes −3 / 2F
And the rotation angle of the pinion gear 28B is adjusted so that the reaction force detected by the stress sensor 30B becomes 1/2 F. Then, since −3/2 F + 1/2 F = −F,
An external force F is applied between the rack 27 and each of the pinion gears 28A and 28B.
It is possible to adjust the preload in a direction that balances with the preload.
【００３８】以上のごとく、ピニオンギヤ28Ａ，28Ｂに
応力センサ30Ａ，30Ｂを、可動部12に応力センサ31を設
け、応力センサ30Ａ，30Ｂで各ピニオンギヤにかかる荷
重を、応力センサ31で可動部12にかかる荷重を検出し、
それら検出値に基づいて各モータを制御することによ
り、外力と釣り合う適切な予圧をラック27と各ピニオン
ギヤ28Ａ，28Ｂとの間に付与することが可能となる。As described above, the stress sensors 30A and 30B are provided on the pinion gears 28A and 28B, and the stress sensor 31 is provided on the movable portion 12. The load applied to each pinion gear by the stress sensors 30A and 30B is applied to the movable portion 12 by the stress sensor 31. Detect the load,
By controlling each motor based on these detected values, it is possible to apply an appropriate preload balanced between the rack 27 and each of the pinion gears 28A, 28B with an external force.
【００３９】上記構成をなす第２の実施の形態に係る位
置決め装置においても、１つのラック27に対して２つの
ピニオンギヤ28Ａ，28Ｂを設け、かつ、ピニオンギヤ28
Ａ，28Ｂには応力センサ30Ａ，30Ｂを、可動部12には応
力センサ31を設け、第１の実施の形態と同様に、応力セ
ンサの検出値に応じて各ピニオンギヤをモータ14Ａ，14
Ｂで独立駆動することにより、必要なときに限りバック
ラッシを付与することができる。よって、従来のように
ラック27とピニオンギヤ28Ａ，28Ｂとの間に常時予圧を
付与する必要がなくなる。このため、ラック27およびピ
ニオンギヤ28Ａ，28Ｂの精度を高めなくても相互のかみ
合いを円滑に行うことができる。また、基部と可動部12
とを相対移動させている状態から停止状態に移行する直
前に、各モータの回転数に差を持たせることによって、
ラック27に対するピニオンギヤ28Ａ，28Ｂのバックラッ
シ、および減速部29Ａ，29Ｂのバックラッシを解消し、
かつ、装置のたわみ量を考慮しつつ適切な予圧を付与し
た状態で位置決めを行うことができる。したがって、第
２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の作
用効果を得ることができる。その他、第１の実施の形態
の同様の作用効果については、ここでの説明を省略す
る。In the positioning device according to the second embodiment having the above-described configuration, two pinion gears 28A and 28B are provided for one rack 27, and the pinion gear 28
A and 28B are provided with stress sensors 30A and 30B, and the movable part 12 is provided with a stress sensor 31. As in the first embodiment, the pinion gears are connected to the motors 14A and 14B in accordance with the detection values of the stress sensors.
By independently driving at B, backlash can be provided only when necessary. Therefore, it is not necessary to always apply a preload between the rack 27 and the pinion gears 28A and 28B as in the related art. Therefore, the mutual engagement can be performed smoothly without increasing the accuracy of the rack 27 and the pinion gears 28A and 28B. In addition, the base and movable part 12
Immediately before shifting from the state of relative movement to the stop state, by giving a difference in the rotation speed of each motor,
The backlash of the pinion gears 28A and 28B with respect to the rack 27 and the backlash of the reduction units 29A and 29B are eliminated.
In addition, positioning can be performed in a state where an appropriate preload is applied while considering the amount of deflection of the device. Therefore, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained in the second embodiment. The description of the other similar functions and effects of the first embodiment is omitted here.
【００４０】次に、本発明の第３の実施の形態に係る位
置決め装置を、図６に基づいて説明する。第３の実施の
形態において、第１、第２の実施の形態と同一部分若し
くは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説
明を省略する。また、第３の実施の形態においても、説
明の便宜上、一方のモータおよびそれに関連する部材に
は符号の後にＡを、他方のモータおよびそれに関連する
部材には符号の後にＢを付す。Next, a positioning device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the same or corresponding portions as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. Also in the third embodiment, for convenience of explanation, one motor and members related thereto are denoted by A after the reference numerals, and the other motors and members related thereto are denoted by B after the reference numerals.
【００４１】第３の実施の形態に係る位置決め装置は、
いわゆるインデックステーブルの角度の割り出しを正確
に行う為のものであり、図６ではその駆動機構のみを概
略的に示している。また、第３の実施の形態では、第２
の実施の形態におけるラック27およびピニオンギヤ28か
らなる動力伝達機構に変えて、ウォームホイール32およ
び２本のウォーム33からなる動力伝達機構を用いてい
る。２本のウォーム33Ａ，33Ｂはウォームホイール32を
挟持するように平行に配置され、夫々がモータ14Ａ，14
Ｂにより独立駆動される。また、ウォーム33Ａ，33Ｂに
は応力センサ30Ａ，30Ｂが設けられている。２本のウォ
ーム33および２つのモータ14は、夫々図示しない基部に
設けられている。ウォームホイール32は、その回転軸32
ａで図示しない可動部（インデックステーブル）を支持
している。また、回転軸32ａには応力センサ31が設けら
れている。さらに、ウォームホイール32には回転角セン
サ34が設けられている。なお、モータ14は図示しない制
動・位置固定手段を有するものとする。The positioning device according to the third embodiment is
This is for accurately determining the angle of the so-called index table, and FIG. 6 schematically shows only the drive mechanism. In the third embodiment, the second
Instead of the power transmission mechanism including the rack 27 and the pinion gear 28 in the embodiment, a power transmission mechanism including a worm wheel 32 and two worms 33 is used. The two worms 33A, 33B are arranged in parallel so as to sandwich the worm wheel 32, and are respectively connected to the motors 14A, 14B.
B is driven independently. The worms 33A and 33B are provided with stress sensors 30A and 30B. The two worms 33 and the two motors 14 are respectively provided on bases (not shown). The worm wheel 32 has a rotation axis 32
The movable portion (index table) not shown is supported by a. Further, a stress sensor 31 is provided on the rotating shaft 32a. Further, the worm wheel 32 is provided with a rotation angle sensor 34. The motor 14 has braking / position fixing means (not shown).
【００４２】この位置決め装置の全体的構成も、図３に
示す第１の実施の形態に係るブロック図と類似するもの
であるが、本実施の形態においては、リニアスケール22
に変えて回転角センサ34が、応力センサ23，35に替えて
応力センサ30，31が設けられている。なお、本実施の形
態においては、ウォーム33Ａ，33Ｂの双方でウォームホ
イール32を同一方向に駆動する際には、モータ14Ａ，14
Ｂの回転方２向を夫々逆にする必要がある。The overall configuration of this positioning device is similar to the block diagram according to the first embodiment shown in FIG. 3, but in this embodiment, the linear scale 22 is used.
And a stress sensor 30, 31 instead of the stress sensors 23, 35. In this embodiment, when the worm wheels 32 are driven in the same direction by both the worms 33A and 33B, the motors 14A and 14B are driven.
It is necessary to reverse the two directions of rotation of B.
【００４３】本発明においても、１つのウォームホイー
ル32に対して２つのウォーム33Ａ，33Ｂを設け、第１、
第２の実施の形態と同様に、ウォーム33Ａ，33Ｂに設け
た応力センサ30Ａ，30Ｂの検出値と、ウォームホイール
32に設けた応力センサ31の検出値とに基づいて、モータ
14Ａ，14Ｂを独立駆動することにより、ウォームホイー
ル32とウォーム33Ａ，33Ｂとの間に必要に応じて予圧を
付与し、バックラッシを解消することができる。従来の
ように常時予圧を付与する必要がないので、ウォームホ
イール32およびウォーム33Ａ，33Ｂの精度を高めなくて
も相互のかみ合いを円滑に行うことができる。また、基
部と可動部とを相対移動させている状態から停止状態に
移行する直前に、各モータの回転数に差を持たせること
によって、ウォームホイール32に対するウォーム33Ａ，
33Ｂのバックラッシを解消し、かつ、モータ14Ａ，14Ｂ
の回転数と、歯のピッチとの関係から得られる回転角
と、回転角センサ34で得られる回転角との差から求める
ことができる装置のたわみ量を考慮しつつ、適切な予圧
を付与した状態で位置決めを行うことができる。したが
って、第３の実施の形態においても第１、第２の実施の
形態と同様の作用効果を得ることができる。その他、第
１、第２の実施の形態の同様の作用効果については、こ
こでの説明を省略する。Also in the present invention, two worms 33A and 33B are provided for one worm wheel 32,
As in the second embodiment, the detection values of the stress sensors 30A, 30B provided on the worms 33A, 33B and the worm wheel
Motor based on the value detected by the stress sensor 31 provided in the
By independently driving the worm wheels 14A and 14B, a preload can be applied between the worm wheel 32 and the worms 33A and 33B as necessary to eliminate backlash. Since it is not necessary to constantly apply a preload as in the related art, the mutual engagement can be performed smoothly without increasing the precision of the worm wheel 32 and the worms 33A and 33B. Immediately before shifting from the state in which the base and the movable part are relatively moved to the stop state, by giving a difference in the rotation speed of each motor, the worms 33A,
33B backlash is eliminated and motors 14A and 14B
The number of rotations and the rotation angle obtained from the relationship between the tooth pitch and the rotation angle obtained by the rotation angle sensor 34, while taking into account the amount of deflection of the device, an appropriate preload was applied. Positioning can be performed in the state. Therefore, in the third embodiment, the same operation and effect as those of the first and second embodiments can be obtained. The description of the same operation and effect of the first and second embodiments is omitted here.
【００４４】また、第３の実施の形態においては、ウォ
ームホイール32および２本のウォーム33からなる動力伝
達機構に替えて、平行歯車対、交差歯車対、もしくは食
違い歯車対を用いることによっても、同様の作用効果を
得ることが可能である。In the third embodiment, a pair of parallel gears, a pair of cross gears, or a pair of staggered gears may be used instead of the power transmission mechanism including the worm wheel 32 and the two worms 33. It is possible to obtain the same effect.
【００４５】[0045]
【発明の効果】本発明はこのように構成したので、以下
のような効果を有する。本発明の請求項１に係る位置決
め装置によると、１つの従動軸に対して２つの駆動軸を
設け、各駆動軸を独立した駆動手段で駆動する。この
際、基部と可動部との相対変位量を変位量センサで、２
つの駆動軸の駆動量の差を回転数センサで検出する。さ
らに、前記駆動軸と従動軸との間にかかる応力を応力セ
ンサで検出し、制御手段によりこれらの値を正確に把握
して、各駆動手段制御の作動タイミングを調整し、２つ
の駆動軸の駆動量に所定差を生み出す。そして、バック
ラッシを解消すると共に、駆動軸と従動軸との間に生じ
ている実際のたわみ量を求め、該たわみ量を考慮しつ
つ、前記応力センサで検出される値が所望値となるよう
に、正確な位置決めと予圧調整とを行うことができる。
また、予圧が不要なときには前記駆動手段を制御するこ
とにより予圧をなくすこともできるので、高精度の動力
伝達機構を用いることなしに、正確な位置決めが可能と
なる。According to the present invention, the following effects are obtained. According to the positioning device of the first aspect of the present invention, two driving shafts are provided for one driven shaft, and each driving shaft is driven by independent driving means. At this time, the relative displacement between the base and the movable part is measured by a displacement sensor,
The difference between the drive amounts of the two drive shafts is detected by a rotation speed sensor. Further, the stress applied between the drive shaft and the driven shaft is detected by a stress sensor, these values are accurately grasped by the control means, the operation timing of each drive means control is adjusted, and the two drive shafts are controlled. Generates a predetermined difference in the amount of drive. Then, while eliminating the backlash, the actual amount of deflection occurring between the drive shaft and the driven shaft is determined, and the value detected by the stress sensor is set to a desired value while considering the amount of deflection. In addition, accurate positioning and preload adjustment can be performed.
Further, when the preload is unnecessary, the preload can be eliminated by controlling the driving means, so that accurate positioning can be performed without using a highly accurate power transmission mechanism.
【００４６】この予圧の付与は、いかなる運転状況にお
いても可能であるが、特に極低速域から停止状態にかけ
て予圧を付与することにより、軸受でいう静的荷重に相
当する荷重を動力伝達機構の構成部材に付与し、予圧に
よる寿命の短縮を防止することができる。また、高速度
域で予圧を付与することも可能であり、この場合には、
高精度のマシニングセンタにおいても避けることのでき
なかった加工中のビビリ現象を、防止することができ
る。したがって、従来のように高精度＝高価格の位置決
め装置を用いることなく、変位量センサ、回転数センサ
等のスケールに高精度のものを用いるだけで、それ以上
の精度を有する位置決め装置をより低価格で提供するこ
とが可能となる。The application of the preload can be performed in any operating condition. In particular, by applying the preload from the extremely low speed range to the stop state, the load corresponding to the static load referred to in the bearing is constituted by the power transmission mechanism. It is applied to the member, and the shortening of the life due to the preload can be prevented. It is also possible to apply a preload in a high speed range, in which case,
Chattering phenomena during machining that cannot be avoided even in a high-precision machining center can be prevented. Therefore, instead of using a high-precision = high-priced positioning device as in the past, only a high-precision scale such as a displacement sensor or a rotation speed sensor is used. It can be provided at a price.
【００４７】また、本発明の請求項２に係る位置決め装
置によると、基部と可動部との相対変位量を変位量セン
サで把握し、かつ、一方のモータが停止した時点から他
方のモータを停止させるまでの回転数の差を、各ロータ
軸の回転数センサで把握することにより、２つのナット
の変位量を正確に割り出す。そして、ねじ軸およびロー
タ軸に設けた応力センサの検出値が所望の値となるよう
に、他方のモータを制御して予圧を調整する。また、可
動部又は基部に付与する予圧又は外力の影響でねじ軸等
がたわむ場合にも、モータ軸の回転数センサの検出値と
ねじピッチとの関係から求まる基部と可動部との相対変
位量と、前記変位量センサによる同値とを比較すること
により、装置に生じているたわみ量を求め、該たわみ量
に応じた送り量をナットに与えることにより正確な位置
決めを行いつつ、２つのナットとねじ軸との間のバック
ラッシを解消し、予圧の調整を行うことができる。この
際、予圧の付与を極低速域から停止状態にかけて行う
と、軸受でいう静的荷重に相当する荷重をねじ軸とナッ
トとの間に付与することができ、静的荷重に基づいて耐
久性の判断を行うことができるので、従来のように常時
予圧を付与する形式のもの（この場合の予圧はいわゆる
動的荷重に相当する）に比べ、長寿命の位置決め装置を
提供することができる。According to the positioning device of the second aspect of the present invention, the relative displacement between the base and the movable portion is detected by the displacement sensor, and the other motor is stopped when one of the motors stops. The amount of displacement of the two nuts is accurately determined by grasping the difference in the number of rotations before the rotation by the rotation number sensor of each rotor shaft. Then, the other motor is controlled to adjust the preload so that the detection values of the stress sensors provided on the screw shaft and the rotor shaft become desired values. In addition, even when the screw shaft or the like bends under the influence of preload or external force applied to the movable portion or the base portion, the relative displacement amount between the base portion and the movable portion obtained from the relationship between the detected value of the rotation speed sensor of the motor shaft and the screw pitch. And, by comparing the same value by the displacement amount sensor, the amount of deflection occurring in the device is obtained, and by giving a feed amount corresponding to the amount of deflection to the nut to perform accurate positioning, the two nuts are used. The backlash with the screw shaft can be eliminated, and the preload can be adjusted. At this time, when the preload is applied from the extremely low speed range to the stop state, a load corresponding to the static load of the bearing can be applied between the screw shaft and the nut, and the durability is determined based on the static load. Therefore, it is possible to provide a positioning device having a longer life as compared with a conventional type in which a preload is always applied (in this case, the preload corresponds to a so-called dynamic load).
【００４８】また、本発明の請求項３に係る位置決め装
置においても、ピニオンギヤに設けられた応力センサの
検出値に基づいて、ラックに対する２つのピニオンギヤ
の駆動量を変えることにより、ラックおよびピニオンギ
ヤの歯同士を互いに押圧し、ピニオンギヤとラックとが
包含するバックラッシを解消すると共に、ピニオンギヤ
とラックとの間に所望の予圧を調整する。また、可動部
又は基部に付与する予圧又は外力の影響で可動部等がた
わむ場合にも、モータ軸の回転数センサの検出値と歯の
ピッチとの関係から求まる基部と可動部との相対変位量
と、前記変位量センサによる同値とを比較することによ
り、装置に生じているたわみ量を求め、該たわみ量に応
じた送り量をピニオンギヤに与えることにより、正確な
位置決めと適切な予圧調整とを行うことが可能となる。
また、予圧の付与を極低速域から停止状態にかけて行う
と、軸受でいう静的荷重に相当する荷重をピニオンギヤ
とラックとの間に付与することができるので、従来の常
時予圧を付与する形式のものに比べ、長寿命の位置決め
装置を提供することができる。Also, in the positioning device according to the third aspect of the present invention, by changing the driving amount of the two pinion gears with respect to the rack based on the detection value of the stress sensor provided on the pinion gear, the teeth of the rack and the pinion gear are changed. By pressing them against each other, the backlash contained in the pinion gear and the rack is eliminated, and a desired preload is adjusted between the pinion gear and the rack. In addition, even when the movable portion or the like is bent under the influence of a preload or an external force applied to the movable portion or the base portion, the relative displacement between the base portion and the movable portion obtained from the relationship between the detection value of the rotation speed sensor of the motor shaft and the tooth pitch. By comparing the amount and the same value obtained by the displacement amount sensor, the amount of deflection occurring in the device is obtained, and a feed amount corresponding to the amount of deflection is given to the pinion gear, so that accurate positioning and appropriate preload adjustment can be performed. Can be performed.
Further, when the preload is applied from the extremely low speed range to the stop state, a load corresponding to the static load referred to in the bearing can be applied between the pinion gear and the rack. It is possible to provide a positioning device having a longer life than that of the positioning device.
【００４９】さらに、本発明の請求項４に係る位置決め
装置によると、基部と可動部との相対変位量を変位量セ
ンサで把握し、かつ、一方のウォームと他方のウォーム
との回転数の差を、各ロータ軸の回転数センサで把握す
ることにより、２つのウォームの変位量を正確に割り出
す。同時に、ウォームにかかる応力を応力センサで検出
し、前記応力センサで検出される値が所望値となるよう
に２つのモータを制御し、予圧を調整する。さらに、前
記可動部にかかる外力がウォームホイールを介してウォ
ームに伝えられると、ウォームにかかる応力を前記応力
センサで検出し、該検出値に応じてウォームの送り量を
調節し、ウォームとウォームホイールとの当接部にかか
る力を増減させることによって予圧調整を行う。さら
に、可動部又は基部に付与する予圧又は外力の影響で可
動部等がたわむ場合にも、モータ軸の回転数センサの検
出値と歯のピッチとの関係から求まる基部と可動部との
相対回転角と、前記回転角センサによる同値とを比較す
ることにより、装置に生じているたわみ量を求め、該た
わみ量に応じた送り量をウォームギヤに与えることによ
り、正確な位置決めと適切な予圧調整とを行うことが可
能となる。本発明においても、予圧の付与を極低速域か
ら停止状態にかけて行うと、軸受でいう静的荷重に相当
する荷重をウォームとウォームホイールの間に付与する
ことができるので、長寿命の位置決め装置を提供するこ
とができる。Further, according to the positioning device of the fourth aspect of the present invention, the relative displacement between the base and the movable portion is grasped by the displacement sensor, and the difference between the rotation speeds of one worm and the other worm is obtained. Is detected by a rotation speed sensor of each rotor shaft to accurately determine the displacement amount of the two worms. At the same time, the stress applied to the worm is detected by the stress sensor, and the two motors are controlled so that the value detected by the stress sensor becomes a desired value, and the preload is adjusted. Further, when the external force applied to the movable portion is transmitted to the worm via the worm wheel, the stress applied to the worm is detected by the stress sensor, and the worm feed amount is adjusted according to the detected value. The preload adjustment is performed by increasing or decreasing the force applied to the abutting portion. Furthermore, even when the movable portion or the like bends under the influence of preload or external force applied to the movable portion or the base portion, the relative rotation between the base portion and the movable portion obtained from the relationship between the detection value of the rotation speed sensor of the motor shaft and the pitch of the teeth. By comparing the angle and the same value obtained by the rotation angle sensor, the amount of deflection occurring in the device is obtained, and a feed amount corresponding to the amount of deflection is given to the worm gear, so that accurate positioning and appropriate preload adjustment can be performed. Can be performed. Also in the present invention, when the application of the preload is performed from the extremely low speed range to the stop state, a load corresponding to the static load referred to in the bearing can be applied between the worm and the worm wheel, so that a long-life positioning device is provided. Can be provided.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る位置決め装置
を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a positioning device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す位置決め装置のＣ−Ｃ線における断
面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line CC of the positioning device shown in FIG.
【図３】図１に示す位置決め装置の構成を示すブロック
図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the positioning device shown in FIG.
【図４】図３に示す２つのモータのうち一方のモータを
例に挙げ、内部構造を示した断面図である。4 is a cross-sectional view showing an internal structure of one of the two motors shown in FIG. 3 as an example.
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る位置決め装置
を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a positioning device according to a second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る位置決め装置
の、駆動機構のみを示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing only a driving mechanism of a positioning device according to a third embodiment of the present invention.
【図７】従来の位置決め装置を示す概略断面図である。FIG. 7 is a schematic sectional view showing a conventional positioning device.
【図８】図７に示す位置決め装置に用いられるダブルナ
ットと、送りねじ軸との螺合部を示す拡大摸式図であ
る。FIG. 8 is an enlarged schematic view showing a threaded portion between a double nut used in the positioning device shown in FIG. 7 and a feed screw shaft.
11 基部 12 可動部 13 ねじ軸 14 モータ 17 ロータ軸 19 ナット 20 エンコーダ 22 リニアスケール 11 Base 12 Moving part 13 Screw shaft 14 Motor 17 Rotor shaft 19 Nut 20 Encoder 22 Linear scale
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｋ 7/116 Ｈ０２Ｋ 7/116 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H02K 7/116 H02K 7/116
Claims (4)
う装置であって、２つの駆動軸と１つの従動軸とを有
し、基部および可動部のいずれか一方に駆動軸を、他方
に従動軸を設け、各駆動軸と従動軸との間を動力伝達機
構によって駆動連結し、基部と可動部との間には変位量
センサを配置し、２つの駆動軸には駆動手段および回転
数センサを夫々設け、さらに、前記駆動軸と従動軸との
間にかかる応力を検出する応力センサを設け、該応力セ
ンサの検出値と、前記変位量センサおよび回転数センサ
の検出値とに基づき各駆動手段を所定のタイミングで独
立制御可能な制御手段を有することを特徴とする位置決
め装置。An apparatus for performing relative positioning between a base and a movable part, comprising two drive shafts and one driven shaft, wherein one of the base and the movable part is provided with a drive shaft, and the other is provided with a drive shaft. , A drive shaft is connected between each drive shaft and the driven shaft by a power transmission mechanism, a displacement sensor is disposed between the base and the movable portion, and a drive unit and a rotation unit are provided on the two drive shafts. Number sensors, respectively, further provided with a stress sensor for detecting the stress applied between the drive shaft and the driven shaft, based on the detected value of the stress sensor and the detected values of the displacement sensor and the rotation speed sensor A positioning device comprising control means capable of independently controlling each driving means at a predetermined timing.
記２つの駆動軸として該モータの中空のロータ軸を、前
記１つの従動軸としてねじ軸を有し、前記基部には該ね
じ軸を固定し、前記可動部には前記モータを所定間隔を
開けて固定し、各ロータ軸に前記ねじ軸を挿通し、該ね
じ軸と螺合するナットを各ロータ軸に駆動連結すると共
に、前記ねじ軸およびロータ軸に応力センサを設けてな
ることを特徴とする請求項１記載の位置決め装置。2. A motor as the two drive means, a hollow rotor shaft of the motor as the two drive shafts, a screw shaft as the one driven shaft, and the screw shaft fixed to the base. The motor is fixed to the movable portion at a predetermined interval, the screw shaft is inserted through each rotor shaft, a nut screwed with the screw shaft is drive-coupled to each rotor shaft, and the screw shaft is 2. The positioning device according to claim 1, wherein a stress sensor is provided on the rotor shaft.
記２つの駆動軸としてピニオンギヤを、前記１つの従動
軸として該ピニオンギヤと螺合するラックを有し、前記
基部にはラックを固定し、前記可動部には前記モータお
よびピニオンギヤを設け、前記可動部およびピニオンギ
ヤに応力センサを設けてなることを特徴とする請求項１
記載の位置決め装置。3. A motor as the two drive means, a pinion gear as the two drive shafts, and a rack screwed with the pinion gear as the one driven shaft, wherein a rack is fixed to the base portion, 2. The movable part is provided with the motor and the pinion gear, and the movable part and the pinion gear are provided with a stress sensor.
The positioning device according to the above.
記２つの駆動軸としてウォームを、前記１つの従動軸と
して該ウォームと螺合するウォームホイールを有し、前
記基部にはウォームおよびモータを配置し、前記可動部
をウォームホイールの回転軸で支持すると共に、前記ウ
ォームおよびウォームホイールの夫々に応力センサを設
け、かつ、ウォームホイールに回転角センサを設けてな
ることを特徴とする請求項１記載の位置決め装置。4. A motor as the two drive means, a worm as the two drive shafts, and a worm wheel screwed with the worm as the one driven shaft, and the worm and the motor are arranged at the base. 2. The method according to claim 1, wherein the movable portion is supported by a rotation shaft of a worm wheel, a stress sensor is provided on each of the worm and the worm wheel, and a rotation angle sensor is provided on the worm wheel. Positioning device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3012797A JPH10228317A (en) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | Positioning device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3012797A JPH10228317A (en) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | Positioning device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10228317A true JPH10228317A (en) | 1998-08-25 |
Family
ID=12295120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3012797A Pending JPH10228317A (en) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | Positioning device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10228317A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1997
- 1997-02-14 JP JP3012797A patent/JPH10228317A/en active Pending
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