JPS5831610B2 - 自動位置補正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、静圧支持された制御対象の位置を自動補正
するための装置に関し、この自動位置補正を微小位置決
め手段によって行う装置に関する。

従来、静圧軸受によって支持された回転軸の回転振れ（
軸心の変位）を小さく抑えて高い回転精度を実現するた
めには、回転軸およびその軸受を高い精度で加工するこ
とが行われている。

しかし得られる回転精度は、部品の加工精度に依存する
ので、加工精度についての限界に制約されることになる
。

また回転軸の回転に伴って軸受内に発生する動圧によっ
て回転中心が移動するという現象も起る。

一方、種々の移動体を任意の案内面に沿って移動させる
場合、この移動体は、自身の、あるいは案内面の真直度
などの形状精度に影響されて蛇行する。

この発明は、回転軸あるいは移動体などの制御対象の運
動精度を、加工精度などの要因に影響されることなく自
動的に補正することができる自動位置補正装置を提供し
ようとするものである。

以下にこの発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第１図から第３図において符号１で示す回転軸は、一端
で４個を１組とする静圧パッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ
によって、また他端で４個を１組とする静圧パッド３ａ
、３ｂ、３ｃ。

３ｄによってそれぞれ支持され、図示しない回転駆動装
置からの動力を受けて回転するようになっている。

第２図に示すように、相対向する一対の静圧パッド２ａ
および２ｂは回転軸１をＹ方向に支持し、そして残りの
静圧パッド２ｃおよび２ｄは回転軸１をＸ軸方向に支持
する。

この関係は、静圧パッド３ａ〜３ｄについても同様であ
る（第３図）。

そして静圧パッド２ａおよび２ｂには、後述するサーボ
弁４から、所定の圧力Ｐａおよびｐｂがそれぞれ固定絞
り５ａおよび５ｂを介して供給され、また静圧パッド２
ｃおよび２ｄには、一定の供給圧Ｐｓ２がそれぞれ固定
絞り５ｃおよび５ｄを介して供給される。

なお静圧パッド３ａ〜３ｄには、一定の供給圧Ｐｓ３が
それぞれ固定絞り６ａ〜６ｄを介して供給されるように
なっている。

さらに回転軸１の半径方向の変位を検出するために位置
検出器１が設けられ、また回転軸１の回転角度を検出す
るために回転角検出器８が設けられていて、回転角検出
器８から得られた回転角信号θは、補正信号発生装置９
に供給される。

補正信号発生装置９は、回転軸１を含む回転系について
あらかじめ定められた補正信号、ｆｆｃをデータとして
記憶し、回転角検出器８からの回転角信号に応じて補正
信号ＩＹｃをつぎの差動増幅器１０に送り出す機能を有
するものである。

この補正信号△Ｙｃは、回転軸１の軸心に既に加工の際
の精度に起因した誤差が生じているのでこの補正を加え
ないときに必然的に生ずる様な回転軸の振れを補正する
ための信号である。

したがってこの信号△Ｙｃは回転角度と関数関係をもち
、回転軸１が回転振れを生じることなく回転するのに必
要な回転軸１の１回転分の補正量を定めたもので、回転
角信号θに応して読出されることによって、この回転角
における補正量を表わす同期補正信号ＪＹｃ（θ）を与
える。

この同期補正信号ＪＹｃ（のは、つぎの差動増幅器１０
において、回転軸１の実際の変位量を示す変位検出器７
の出力信号、（Ｙ（θ）との差を求める演算処理を受け
たのち、補償回路１１およびサーボ増幅器１２を経て、
前述のサーボ弁４に供給される。

なお補償回路１１は、本装置の制御特性たとえば定常特
性を改善するためのものである。

サーボ弁４は、サーボ増幅器１２から与えられた信号に
応じて、静圧パッド２ａおよび２ｂに対する供給圧Ｐａ
およびＰｂの比を制御する。

サーボ弁４に対する供給圧ＰＳ１は一定であるので、供
給圧ＰａおよびＰｂの比が変化すると、静圧パッド２ａ
および２ｂ間における力のバランスが変化し、これによ
って回転軸１はＹ方向に移動して回転軸１のＹ方向にお
ける位置が変化することになる。

そしてこの変位は、回転軸１の回転中心における変位（
回転振れ）を打消す方向に補正信号と比較しながら行わ
れるので、回転軸１の回転振れは高い精度で自動的に補
正される。

サーボ弁４の具体的な構成の一例を第４図に示す。

第４図において、符号４１はトルクモータのアーマチュ
ア（磁石、コイルは図示していない）、４２および４３
はアーマチュア４１に固定されたフラッパ、４４，４５
，４６および４γはノズル、４ａおよび４ｂは制御ポー
ト、４ｃはドレインポー）、４ｄは圧力供給ポートをそ
れぞれ示す。

制御ポー）４ａ、４ｂはそれぞれ第１図における静圧パ
ッド２ａおよび２ｂに接続され、ドレインポート４ｃは
常時は閉じられている。

このサーボ弁４に供給される制御信号がゼロのときは、
制御ポー）４ａ、４ｂにおける作動流体（たとえば油）
の圧力および流量は相互に等しく、回転軸１は静圧パッ
ド２ａおよび２ｂ間の中央位置に静止する。

ここで駆動信号が加えられると、アーマチュア４１とと
もにフラッパ４２．４３が変位して、フラッパ４２およ
びノズル４５間のすき間と、フラッパ４３およびノズル
４６間のすき間との関係は、一方が増加した分だけ他方
が減少するように変化する。

これによって制御ポート４ａおよび４ｂ間の圧力の平衡
がくずれ、静圧パッド２ａおよび２ｂ間に差圧が生じる
。

この結果、回転軸１はいずれかの方向に移動し、静圧パ
ッド２ａ、２ｂ間の差圧がゼロになった位置で停止する
。

このような順序で回転軸１がＹ方向に微小移動すると、
この変位量は、位置検出器７によって検出されて出力信
号ＪＹ（θ）を与え、この信号、（Ｙ（θ）と、補正信
号発生装置９の出力信号１Ｙｃ（θ）との差がサーボ弁
４に駆動信号として供給される。

補正信号発生装置９から供給する同期補正信号△Ｙｃ（
θ）は回転軸１の軸心の振れを補正してＹ方向の所望位
置を維持するのに必要な補正出力量すなわち目標値を意
味するので、この偏差信号はこの目標値である回転軸１
の所望位置と位置検出器７からの実際の位置とのずれを
示している。

そこでこの偏差の大きさに応じてサーボ弁４が静圧パッ
ド２ａおよび２ｂへの供給圧力Ｐａおよびｐｂの比を変
動させ、この偏差が零になるような方向に回転軸１の移
動量を制御する。

そしてＪＹ（θ）が、（Ｙｃ（θ）に等しくなると軸１
は移動を停止し、回転振れが補正される。

したがって、偏差が零であるためサーボ弁４には修正信
号が加えられず静圧パッド２ａおよび２ｂの供給圧力比
は一定に維持されて安定し、回転体１のＹ方向の位置を
所定の目標値に制御する。

再び偏差が現われるとまた修正動作を行う。

このような閉回路による修正動作は、回転系が有してい
る固有の回転振れ要因とともに、動圧効果による回転中
心の移動、および回転軸１に加わる外力によって生じる
回転中心の移動を抑制する機能を有するので、高い回転
精度を安定に得ることができる。

第１図から第３図に示した例では、回転軸１の変位の検
出および位置補正をＹ軸方向についてのみ行うように構
成した場合を示した。

しかし回転軸１の回転振れをより高い精度で補正するた
めには、Ｘ方向についても位置検出および位置補正を行
うことが望まれる。

このようなＹおよびＸ方向についでの位置補正が可能な
装置の構成を第５図および第６図に示す。

この例では、回転軸１のＹ方向における変位を検出する
位置検出器Ｉとともに、Ｘ方向における変位を検出する
位置検出器γが設けられ、さらに回転軸１のＹ方向にお
ける位置補正を行う機構と同じ機構がＸ方向の補正のた
めに設けられる。

この両者は実質的に同一の構成を有し、同一の動作を行
うので、Ｘ方向の位置補正機構の各部は、Ｙ方向の位置
補正機構の各部を示す符号にダッシュをつけて示し、そ
の説明を省略する。

また回転軸１の右端を支持する静圧パッド３ａ〜３ｄに
ついても、Ｙ方向のみ、あるいはＹおよびＸ両方向にお
ける位置補正を行う機構を設け、回転軸１の両端で回転
振れを補正すれば、さらに高い回転精度を得ることが可
能である。

なおサーボ弁と各静圧パッドとの間に設けた固定絞りは
、使用するサーボ弁の特性によっては省略することがで
きる。

第７図および第８図は、この発明による自動位置補正装
置を、案内面２２に沿って直線的に移動する移動体２１
の位置補正に適用した例を示している。

移動体２１は、これを所定の高さに支持するための静圧
パッド２３とともに、案内面２２に垂直な方向（Ｘ方向
）における位置を規制するための２組の静圧パッド２４
ａ 、２４ｂおよび２５ａ 、２５ｂを有する。

そして図示しない移動機構からの操作力を受けたとき、
移動体２１は案内面２２と平行な方向（Ｙ方向）に移動
することができ、Ｙ方向における位置は、信号板２６と
位置検出器２７との相対位置によって、またＸ方向にお
ける位置は、位置検出器２８によってそれぞれ検出され
るようになっている。

静圧パッド２４ａおよび２４ｂには、それぞれ固定絞り
２９ａおよび２９ｂを介して、サーボ弁４から供給圧が
加えられており、したがって移動体２１のＸ方向におけ
る位置は、固定絞り２９ａおよび２９ｂの上流側の圧力
、すなわちサーボ弁４の二つの制御ポートにおける圧力
によって決定される。

そしてこれらの圧力を制御するために、補正信号発生装
置９、差動増幅器１０、補償回路１１およびサーボ増幅
器１２が設けられている。

これらの要素は、第１図に示したものと実質的に同一で
あるので、対応するものは同一の参照符号で示し、その
説明を省略する。

ただし補正信号発生装置９は、移動体１のＹ方向におけ
る移動範囲内でＸ方向における蛇行を補正するのに必要
なものとしてあらかじめ求めておいた補正信号ＩＸｃを
記憶し、位置検出器２７から与えられた位置信号ｙに応
じて同期補正信号ＪＸｃ （ｙ ）を発生するように動
作する。

また差動増幅器１０は、同期補正信号ＪＸｃ（ｙ）と、
位置検出器２８から与えられた位置信号ｌＸ （ｙ ）
との差を演算する機能を有する。

この結果、移動体２１は、Ｘ方向の実際の位置があらか
じめ定めた位置と一致するように自動的に位置補正され
ることになる。

なお静圧パッド２５ａおよび２５ｂには一定の供給圧を
与えておいてもよいが、より高精度な位置補正を望む場
合には、第８図に示した位置補正機構を設けることがで
きる。

また以上の説明においては、移動体２１の位置を案内面
２２との間の相対的な変位として検出することとしたが
、案内面２２とは別に高精度の基準面を設け、この基準
面に対する変位を検出するようにすれば、さらに高い精
度での位置補正が可能である。

これまでの説明においては、あらかじめ制御対象の回転
振れあるいは蛇行量を測定し、これらの測定結果に基づ
いて補正信号を決定することとした。

しかし、静圧支持された制御対象の場合その回転振れあ
るいは蛇行量は、静圧支持機構の各要素の形状精度によ
って支配されることが明らかにされているので、これら
の要素の形状精度を正確に測定すれば、この測定結果よ
り解析的に補正信号を決定することが可能である。

以上に説明したようにこの発明によれば、回転軸あるい
は移動体などの制御対象の位置補正は、あらかじめ定め
られた補正信号と、制御対象の実際の位置との相関関係
にもとづいて行われるので、その補正精度は、制御対象
側の加工精度などの要因に依存せず、したがって高精度
で安定した自動位置補正動作が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による自動位置補正装置を
示す概略的縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線におけ
る断面図、第３図は第１図のＢ −Ｂ線における断面図
、第４図は同装置に用いられたサーボ弁の構成を示す概
略的斜視図、第５図および第６図はこの発明の他の実施
例による自動位置補正装置の各要素の配置を示すブロッ
ク図、第７図はこの発明のさらに他の実施例による自動
位置補正装置の構成を示す概略的平面図、第８図は第７
図のＣ−Ｃ線における断面図である。 １・・・・・・回転軸、２ａ〜２ｄ 、３ａ〜３ｄ・・
・・・・静圧パッド、４，４′・・・・・・サーボ弁、
７．７’・・・・・位置検出器、８，８′・・・・・・
回転角検出器、９，９′・・・・・・補正信号発生装置
、１０，１０’・・・・・差動増幅器、１１．１１’・
・・・・・補償回路、１２，１２’・・・・・・サーボ
増幅器、２１・・・・・・移動体、２２・・・・・・案
内面、２３゜２４ａ 、２４ｂ 、２５ａ 、：２ｓｂ
−・・−・−静圧パッド、２６・・・・・・信号板、２
７，２８・・・・・・位置検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 制御対象の実際の位置を検出して位置信号を発生す
   る位置検出器と、前記制御対象が所定の運動からのずれ
   を補正するのに必要な補正信号を記憶し、前記制御対象
   の回転もしくは移動に同期してこの補正信号を同期補正
   信号として発生する補正信号発生装置と、前記同期補正
   信号および前記位置信号間の差を演算し、この差に応じ
   てサーボ弁を制御する手段と、このサーボ弁によって、
   前記制御対象の位置を規制する静圧パッドに供給される
   供給圧を制御する手段とを備えた自動位置補正装置。