(57)【要約】【課題】  揺動工具（１９）によって機械フレーム（１０）に発生された反作用力を減少するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】  本発明のシステム及び方法は、機械フレームに取り付けられたリニアスライド（２２）に沿って移動するように駆動される反力アッセンブリ（２９）を使用する。反力アッセンブリは、二つの信号、即ち工具の加速度と比例する第１信号及び揺動工具の速度と正比例する第２信号から得られた駆動信号で駆動される。駆動信号の加速度成分及び速度成分を適切に調節することによって、揺動工具によって機械フレームに発生された反作用力を大幅に減少できる。反力アッセンブリは、好ましくは、スライドのいずれかの端部に移動しないようにするセンタリング手段（７０）を含む。機械フレームの振動を検出するため、好ましくは、加速度計（１１０）が機械フレームに取り付けられている。加速度計の出力は、振動を最小に減少するため、反力アッセンブリの駆動電子装置（６６）を調節するのに使用される。
2005512828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械フレーム（１０）によって支持された揺動工具アッセンブリ（１９）が機械フレーム（１０）に伝達する振動を減少するための装置であって、前記工具は第１軸線に沿って揺動する、装置において、
前記フレームに取り付けられたリニア摺動手段（２２）、
前記摺動手段に取り付けられた重り（２０）、
前記重りに連結されており、第１駆動信号に応じて前記重りを前記摺動手段上で前記第１軸線に沿って揺動させるように構成された駆動手段（２６）、及び
前記第１駆動信号を提供する駆動回路（６６）であって、前記揺動工具アッセンブリの加速度と比例した第１入力及び前記揺動工具アッセンブリの速度と正比例する第２入力を受け取り、前記揺動工具により前記フレームに発生された振動を減少するように前記重りを揺動するように前記駆動信号が前記第１及び第２の入力に従って変化するように構成されている、駆動回路を有する、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記駆動手段は、ハウジング及び前記第１駆動信号に応じて移動するアーマチュア（３１）を含むボイスコイルアッセンブリ（３０）である、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記揺動工具アッセンブリの質量は、前記重り及びこの重りに連結されており及びかくしてこの重りとともに移動する任意の構成要素を含む重りアッセンブリの質量よりも小さい、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、前記揺動工具アッセンブリは、周波数ｆ1で揺動し、質量Ｍ1、加速度Ａ1、速度Ｖ1を有し、Ｍ1＊Ａ1によって与えられる力ＦA1、ｋ1＊Ｖ1（ここで、ｋ1は定数である）によって与えられる力ＦV1、及び組み合わせ力Ｆ1＝ＦA1＋ＦV1を発生し、前記重りアッセンブリは、周波数ｆ2で揺動し、質量Ｍ2、加速度Ａ2、速度Ｖ2を有し、Ｍ2＊Ａ2によって与えられる力ＦA2、ｋ2＊Ｖ2（ここで、ｋ2は定数である）によって与えられる力ＦV2、及び組み合わせ力Ｆ2＝ＦA2＋ＦV2を発生し、前記駆動回路は、前記重りアッセンブリを、ｆ1がｆ2に等しく、Ｆ2が−Ｆ1に等しいように駆動するように構成されている、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記揺動工具アッセンブリは、第２駆動信号に応じてボイスコイルアッセンブリ（１７）に従って揺動し、前記駆動回路の第１入力は前記第２駆動信号に従って変化する、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、前記重りが前記リニアスライドのいずれかの端部に移動しないようにするセンタリング手段を更に含む、装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、前記センタリング手段は、前記重りの位置に従って変化する出力（７２）を発生するように構成された位置センサ（７０）を含み、前記駆動回路は、前記重りが前記リニアスライドのいずれかの端部に移動しないように、前記位置出力を受け取って前記第１駆動信号を提供するように構成されている、装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、前記位置センサは、リニア可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）を含む、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、前記機械フレームに取り付けられた加速度計（１１０）、及び前記フレームの振動レベルに従って変化する出力を前記加速度計が発生するように前記加速度計に接続されたインターフェース回路を更に含む、装置。
【請求項１０】
機械フレーム方法によって支持された揺動工具アッセンブリが機械フレームに伝達する振動を減少するための装置であって、前記工具は第１軸線に沿って揺動する、装置において、
機械フレーム（１０）
前記機械フレームに取り付けられた揺動工具アッセンブリ（１９）であって、周波数ｆ1で揺動し、質量Ｍ1、加速度Ａ1、速度Ｖ1を有し、Ｍ1＊Ａ1によって与えられる力ＦA1、ｋ1＊Ｖ1（ここで、ｋ1は定数である）によって与えられる力ＦV1、及び組み合わせ力Ｆ1＝ＦA1＋ＦV1を発生し、第１駆動信号に応じてボイスコイルによって揺動される揺動工具アッセンブリ（１９）、
前記フレームに取り付けられたリニア摺動手段（２２）、
前記摺動手段に取り付けられた重り（２０）、
ハウジング及びアーマチュア（３１）を含むボイスコイルアッセンブリ（３０）であって、このアーマチュアは前記重りに連結されており、前記重りを前記第２駆動信号に応じて前記摺動手段上で前記第１軸線に沿って揺動するように構成されており、前記重り、アーマチュア、及び前記重りに連結されており且つ前記重りとともに移動する任意の他の構成要素が重りアッセンブリを構成し、この重りアッセンブリは、周波数ｆ2で揺動し、質量Ｍ2、加速度Ａ2、速度Ｖ2を有し、Ｍ2＊Ａ2によって与えられる力ＦA2、ｋ2＊Ｖ2（ここで、ｋ2は定数である）によって与えられる力ＦV2、及び組み合わせ力Ｆ2＝ＦA2＋ＦV2を発生する、ボイスコイルアッセンブリ（３０）、及び
前記第２駆動信号を提供し、Ａ1と比例した第１入力及びＶ1と正比例の第２入力を受け取る駆動回路（６６）であって、前記第２駆動信号が前記第１及び第２の入力に従って変化し、前記重りアッセンブリを、ｆ1がｆ2とほぼ等しく、Ｆ2が−Ｆ1とほぼ等しいように駆動し、これによって、前記揺動工具により前記フレームに発生された振動を減少するように構成されている、駆動回路（６６）を含む、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、前記駆動回路の第１入力は前記第１駆動信号に従って変化する、装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の装置において、前記重りが前記リニアスライドのいずれかの端部に移動しないようにするセンタリング手段を更に含む、装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、前記センタリング手段は、前記重りの位置に従って変化する出力（７２）を発生するように構成された位置センサ（７０）を含み、前記駆動回路は、前記重りが前記リニアスライドのいずれかの端部に移動しないように、前記位置出力を受け取って前記第１駆動信号を提供するように構成されている、装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置において、前記位置センサは、リニア可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）を含む、装置。
【請求項１５】
請求項１０に記載の装置において、前記フレームに取り付けられた加速度計（１１０）、及び前記フレームの振動レベルに従って変化する出力を前記加速度計が発生するように前記加速度計に接続されたインターフェース回路を更に含む、装置。
【請求項１６】
請求項１０に記載の装置において、前記リニア摺動手段は前記重りとともに移動し、前記機械フレームに取り付けられたエアベアリング（２４）によって支持されている、装置。
【請求項１７】
請求項１０に記載の装置において、前記揺動工具アッセンブリは、眼鏡用レンズブランクを機械加工するように構成されている、装置。
【請求項１８】
請求項１０に記載の装置において、前記駆動回路は、
前記第１及び第２の入力の夫々を受け取り、バッファし、ゲインを提供する第１及び第２の演算増幅器（８４、８６）、
前記第１演算増幅器の出力と回路の共通点との間に接続された第１ポテンショメータ（８８）、
前記第２演算増幅器の出力と回路の共通点との間に接続された第２ポテンショメータ（９０）、
総和接続点（９２）
前記総和接続点と前記第１及び第２のポテンショメータのタップとの間に接続された第１及び第２の抵抗器、及び
前記総和接続点のところで信号をバッファし、前記第２駆動信号を発生する第３演算増幅器（９４）を含む、装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置において、前記重りが前記リニアスライドのいずれかの端部に移動しないようにするセンタリング手段を更に含み、このセンタリング手段は、前記重りの位置に従って変化する出力（７２）を発生するように構成された位置センサ（７０）を含み、前記駆動回路は、更に、
ターゲット位置を表す信号を一つの入力で受け取り、前記位置センサ出力を第２入力で受け取り、前記ターゲット位置信号と前記位置センサ出力との間の差に従って変化する出力を発生する位置−積分−微分（ＰＩＤ）制御回路（１００）、及び
前記ＰＩＤ制御回路の出力と前記総和接続点との間に接続された抵抗器を含み、前記駆動回路は、前記第２駆動信号が、前記重りの位置を前記ターゲット位置の近くに維持する成分を含むように構成されている、装置。
【請求項２０】
機械フレーム（１０）によって支持された、第１軸線に沿って揺動する、質量Ｍ1の揺動工具アッセンブリ（１９）が機械フレーム（１０）に伝達する振動を減少する方法において、
前記揺動工具アッセンブリの速度Ｖ1を検出する工程、
前記揺動工具アッセンブリの加速度Ａ1を検出する工程、
質量がＭ2の重りアッセンブリ（２９）を、前記第１軸線に沿って、前記重りアッセンブリが−（（Ｍ1＊Ａ1）＋（ｋ＊Ｖ1））（ここで、ｋは、定数であり、これはシステム機構の関数である）とほぼ等しい力を発生するように、前記揺動工具により前記フレームに発生された振動が減少するように揺動する工程、
前記フレームの振動を検出する工程、及び
前記反力アッセンブリの揺動を調節し、前記検出された振動を減少する工程を含む、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、前記重りアッセンブリはリニア摺動手段（２２）に沿って移動し、
前記重りアッセンブリの位置を検出する工程、及び
前記重りアッセンブリが前記リニア摺動手段のいずれかの端部に移動しないようにする工程を更に含む、方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法において、
前記フレームの振動を検出する工程、及び
前記反力アッセンブリの揺動を調節し、前記検出された振動を減少する工程を更に含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動工具の分野に関し、更に詳細には、このような工具によって機械フレームに発生された反作用力を減少するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの加工物が、機械フレームに取り付けられた揺動工具によって機械加工される。工具の移動が反作用力の原因であり、これにより機械フレームに振動が発生される。これらの振動は工具に戻り、加工物の表面に悪影響を及ぼす。
【０００３】
これらの反作用力は、滑らかな表面を必要とする眼鏡用レンズ等の加工物を機械加工する場合に特に問題である。旋盤加工やこうしたレンズの表面仕上げ中に発生した反作用力は、表面異常や不連続等の痕跡を表面に残す場合があり、これは、仕上げプロセスや研磨プロセス等の二次的プロセスによって除去しなければならない。製造した全ての加工物について行わなければならないこれらの追加のプロセス工程は、費用がかかり時間がかかる。
【０００４】
この種の反作用力を減少するための多くの方策がなされてきた。例えば、ワトソンに付与された米国特許第５，９５９，４２７号には、移動ステージアッセンブリの重心を通して「反作用相殺力」を加えることが記載されている。ワトソンの特許の第３コラムの第５８行目乃至第６１行目に記載されているように、「ステージの質量とステージの移動方向でのステージの加速度との積に等しい大きさ」の正味反作用相殺力を加えるように構成されている。
【特許文献１】米国特許第５，９５９，４２７号  残念なことに、ワトソンの特許に記載された方法は幾つかの場合で受け入れられない。例えば、磁界で駆動されるコイルを使用して工具を移動させる場合には渦電流が発生し、これにより抗力が発生する。これらの抗力は、機械フレームにも伝達され、その結果、機械加工が施された表面に望ましからぬ痕跡を残す。これらの渦電流による抗力は磁界内でのコイルの速度と比例し、ワトソンのシステムはこれらの力に対して全く無力である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
揺動工具によって機械フレームに発生された反作用力を減少し、上述の問題点を解決するためのシステム及び方法を提供する。本発明は、揺動工具の加速度及び速度の両方によって生じる力を相殺する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
反作用力は、一つ又はそれ以上のリニアスライドに取り付けられた重りを含む反力アッセンブリによって減少される。これらのリニアスライドは、揺動工具を支持する機械フレームに取り付けられた低摩擦ベアリングによって支持されている。重りは、工具の軸線と同軸の軸線に沿って移動する。重りは、駆動手段によって、二つの信号、即ち振動工具の加速度と比例する第１信号及び工具の速度と正比例する第２信号から得られた駆動信号に応じて駆動される。駆動信号の加速度成分及び速度成分を適切に調節することによって、揺動工具により機械フレームに発生された反作用力の大きさを大幅に減少できる。
【０００７】
反力アッセンブリは、好ましくは、アッセンブリがリニアスライドのいずれかの端部に移動しないようにするセンタリング手段を含む。好ましくは、機械フレームの振動を検出するため、加速度計が機械フレームに取り付けられる。加速度計の手段を使用し、反力アッセンブリの駆動電子装置を調節し振動を最小に減少する。
【０００８】
本発明のこの他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むことにより、当業者に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
[実施例]
揺動工具により機械フレームに発生された反作用力を減少するためのシステムを図１のａ（平面図）及び図１のｂ（側面図）に示す。機械フレーム１０は、ハウジング１４が取り付けられたプレート１２を支持する。ハウジングはボイスコイルアッセンブリ１７のアーマチュア１６を含み、このアーマチュアに工具１８が取り付けられている。駆動回路（図示せず）を使用してアーマチュア１６を駆動し、これにより工具１８をアーマチュアの駆動信号に従って揺動させる。アーマチュア１６及び工具１８の両方が揺動駆動される。これらの二つの構成要素を、本明細書中、「工具アッセンブリ１９」と呼ぶ。
【００１０】
加工物（図示せず）は、揺動工具と接触させることによって賦形される。例えば、眼鏡用レンズブランクを揺動工具と接触させると同時にブランクをこれと同期して回転させることによって、工具１８を使用してレンズブランクを機械加工し、特定の補正を行う。
【００１１】
上述のように、工具の揺動により機械フレームに反作用力が発生し、これが工具に逆に伝達され、加工物表面に望ましからぬ痕跡を残す。機械フレーム１０での反作用力Ｆrは、アーマチュア１６の駆動に必要な力Ｆdと等しく且つ逆方向である。駆動力Ｆdは、ｍ・ａによって与えられる。ここで、ｍは工具アッセンブリ１９の質量であり、ａは工具アッセンブリ１９の加速度である。
【００１２】
反作用力Ｆrの大きさを減少するため、反力アッセンブリを使用する。この反力アッセンブリは重り２０を含み、この重りは、好ましくは、低摩擦ベアリング２４によって支持された一対のリニアスライド２２に取り付けられている。重り２０は、更に、駆動手段２６に連結されている。この駆動手段２６は、駆動信号に応じて重り２０をスライド２２に沿って前後に移動する。
【００１３】
好ましい実施例では、重り２０及びスライド２２はベアリング２４間でユニットをなして移動する。別の態様では、リニアスライド２２を機械フレーム１０に直接取り付け、重り２０をスライドに一つ又はそれ以上の低摩擦ベアリングによって取り付けることができるということに着目されたい。その結果、重りは定置スライドに沿って移動する。更に、は、単一のリニアスライドに取り付けてもよく、二つ以上のリニアスライドに取り付けてもよいということに着目されたい。
【００１４】
反力アッセンブリは、重り２０を、工具アッセンブリ１９と同じ振動数で、工具アッセンブリ１９がこれに沿って揺動する軸線と同じ軸線２８に沿って揺動させるように構成されている。工具アッセンブリ１９により機械フレーム１０に発生された反作用力を減少するため、重り２０を軸線２８に沿って揺動させ、力Ｆdと等しく且つ逆方向の力を発生する。即ち、Ｆdが
Ｆd＝ｍ1・ａ1によって与えられる場合、（ここで、ｍ1及びａ1は工具アッセンブリ１８の質量及び加速度である）、重り２０を駆動することにより、等しく且つ逆方向の反力Ｆcを発生する。
Ｆcは、Ｆc＝−（ｍ1・ａ1）＝ｍ2・ａ2によって与えられる。
ここで、ｍ2及びａ2は、重り２０及びこの重りに連結されており、及びかくしてこの重り２０とともに移動する任意の構成要素−本明細書中「重りアッセンブリ２９」と呼ぶ−の質量及び加速度である。
【００１５】
駆動手段２６は、好ましくは、工具１８を駆動するボイスコイルアッセンブリ１７と同様のボイスコイルアッセンブリ３０であり、重りアッセンブリ２９は重り２０及びアーマチュア３１を含む。低摩擦ベアリング間で移動するリニアスライド２２に重り２０が取り付けられている場合、重りアッセンブリ２９はスライド２２を含む。そのように構成されている場合、工具アッセンブリ１９に加えられた駆動力Ｆdは、ボイスコイル１７に加えられた電流Ｉ１及びハウジング１４の磁束のベクトルクロス乗積と等しい。この磁束は、代表的には永久磁石で提供され、そのため磁束は本質的に一定であり、Ｆdは瞬間的に加えられる電流Ｉ1と正比例する。ＦdがＩ1と正比例するため、Ｉ1を電子的に計測し逆転し、これによって得られた結果をボイスコイルアッセンブリ３０に加えることによって、反作用力Ｆrを減少するのに必要な力を得ることができる。Ｉ1を逆転することに対する変形例として、ボイスコイルアッセンブリ３０をボイスコイルアッセンブリ１７とは逆方向に巻回するだけでもよい。
【００１６】
工具アッセンブリ１９及び重りアッセンブリ２９の質量が等しい場合、上文中に説明したシステム、即ちＩ1からの信号によって駆動されるボイスコイルアッセンブリ３０を持つシステムは、反作用力によって発生する機械フレーム１０の振動を効果的に減少する。しかしながら、正確に等しい質量を提供すること及び工具アッセンブリ及び重りアッセンブリのボイスコイルアッセンブリを全く同様に作動させることは困難である。本明細書は、反力アッセンブリを制御し調節する電子的手段を提供することによってこれを解決する。更に、この手段により、夫々のアッセンブリの質量を異ならせることができる。かくして、重りアッセンブリ２９の質量は、工具アッセンブリ１９よりも大きくてもよく、これにより、反作用力を抑えるために必要な重り２０の移動距離が工具アーマチュア１６の移動距離よりも小さくなる。例えば、工具アッセンブリ１９及び重りアッセンブリ２９の質量が夫々１．８１４Ｋｇ及び９．０７２Ｋｇ（４ポンド及び２０ポンド）である場合、重りアッセンブリ２９の必要な移動距離は、工具の変位距離の１／５に過ぎない。移動距離が小さくなることにより、システムを更にコンパクトにでき、更に、重りアッセンブリ２９の速度が低下する。これにより反力アッセンブリの動的性能の必要条件が小さくなる。
【００１７】
これは、エラーの原因になり易い。これは、工具アッセンブリ１９の移動距離が重りアッセンブリ２９よりも大きく、その速度もまた大きいためである。磁界内で駆動されるコイルを使用する装置では、渦電流が発生し、これにより抗力が発生し、これが機械フレームに伝わり、追加の振動を生じる。渦電流による抗力は、磁界内でのコイルの速度と比例する。渦電流による抗力Ｆvは、以下の方程式によって与えられる。即ち、
Ｆv＝ｋ・Ｖ1
ここで、Ｖ1はコイルの速度であり、ｋはシステム機構の関数である定数である。これは、工具のボイスコイルに加わる全ての力ＦTが以下の方程式によって与えられるということを意味する。即ち、
ＦT＝Ｆd＋Ｆv＝ｍ1・ａ1＋ｋ・Ｖ1
工具アッセンブリ１９及び重りアッセンブリ２９の質量が異なる場合、これらの夫々の速度−及びかくして夫々の抗力−もまた異なる。
【００１８】
工具アッセンブリのボイスコイル電流Ｉ1は、工具アッセンブリ１９を所望方法で駆動するのに必要な全ての力を提供しなければならない。かくして、Ｉ1は、工具アッセンブリの特定の加速度を得るのに必要な成分、並びに速度と関連した渦電流抗力の解消に必要な成分を含む。従って、重りアッセンブリのボイスコイル３０の駆動に使用される信号がＩ1から得られる場合、結果的に得られた駆動信号では、工具アッセンブリの渦電流抗力に帰せられる振動を完全には相殺できない。これは、二つの質量の速度が等しくないためである。
【００１９】
本発明は、このエラー源を認識し、重りアッセンブリボイスコイル３０の移動を調節し、エラーを補償することによってこの問題を解決する。この補償は電子的に行われる。このようなシステムのブロックダイヤグラムを図２に示す。上述のように、工具アッセンブリ１９は、好ましくは、ボイスコイルアッセンブリ１７で駆動される。ボイスコイルは、制御回路５２が発生する電流Ｉ1によって駆動される。回路５２は、所望の工具位置を表すコマンド入力及び工具アッセンブリ１９の速度に従って変化する速度入力に応じて電流Ｉ1を発生するプロセッサ５４を含む。工具速度は、好ましくは、ボイスコイルアッセンブリ１７の位置に従って変化する出力５８を発生する位置エンコーダ５６及び位置出力を時間に関して監視し、工具速度に従って変化する出力信号６１を発生するタコメータ回路６０によって決定される。電流Ｉ1は、好ましくは、増幅器６２で増幅され、ボイス工具アッセンブリ１７用の駆動信号を発生する。
【００２０】
本システムは、更に、重りのボイスコイルアッセンブリ３０を含み、このアッセンブリは、「反作用力減少」（ＲＦＲ）前置増幅器６６が提供する信号６４で駆動される。この信号６４は、好ましくは増幅器６５で増幅され、ボイスコイル３０用の駆動信号を発生する。工具アッセンブリ１９によって発生された反作用力を相殺できる駆動信号を発生するため、ＲＦＥ前置増幅器は入力で電流Ｉ1を受け取る。この前置増幅器は、信号６４をＩ1に従って変化するように構成されている。しかしながら、上述のように、工具アッセンブリ及び重りアッセンブリの質量が異なる場合、Ｉ1だけから得られた駆動信号では工具アッセンブリの渦電流抗力に帰せられる振動を完全に相殺することはできない。これらの抗力を相殺するには、更に、前置増幅器６６が第２入力で速度信号６１を受け取り、Ｉ1及び速度信号６１の両方から駆動信号６４を得る必要がある。速度信号６１及び電流Ｉ1を適正な割合で組み合わせると、反作用力によって発生された機械フレーム１０の振動、及び工具アッセンブリ及び重りアッセンブリの速度差によって生じる振動の両方が大幅に減少する。これは、重りアッセンブリ２９の揺動が−ＦTに等しい反力Ｆcを発生するように反作用力減少システムを調節したときに得られる。
【００２１】
工具アッセンブリ１９の揺動によって発生した力は、主として、その加速度と関連し、ｓｉｎωｔと比例する。ここで、ωは振動周波数である。工具の渦電流抗力を補償するのに必要な力は、工具速度−加速度の積分−と関連し、かくしてｃｏｓωｔと比例する。
【００２２】
電流Ｉ1は、更に、揺動工具アッセンブリ１８を駆動し、その揺動時に加工物に近づけたり遠ざけたりする成分を含む。この成分は、ＲＦＲ前置増幅器６６の出力６４に現れ、重り２０を一方のベアリング２４に当たるまで移動する。これは、好ましくは、重りをベアリング間の中央に保持することによって回避される。重りを中央に保持するには幾つかの方法がある。例えば、重り２０とベアリング２４との間にばねを配置して重りを通常、中央に保持することができる。しかしながら、ばねの抵抗は、重りの揺動によって提供される振動減少の大きさに悪影響を及ぼす。重りは、好ましくは、重りの位置に従って変化する信号７２を発生する位置エンコーダを使用して中央に保持される。信号７２は、ＲＦＲ前置増幅器６６に提供され、この前置増幅器が重りの通常位置をターゲット位置に維持する。ターゲット位置は、好ましくは、低いサーボ帯域幅に維持され、その結果、システムによって減少された比較的高い振動周波数には本質的に影響が及ぼされない。反作用力減少システムの性能が低下しないようにするため、位置エンコーダ７０は、好ましくは、リニア可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）と同様に、重り２０と接触せずに位置を検出する。
【００２３】
リニアスライド２２を支持する低摩擦ベアリング２４は、好ましくはエアベアリングである。
ＲＦＲ前置増幅器６６の一つの可能な実施例を図３に示す。電流Ｉ1から得られた微分信号（ａ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｉｇｎａｌ）を一対の微分入力８０で受け取り、速度信号６１から得られた微分信号を一対の微分入力８２で受け取る。入力８０及び８２は、夫々の演算増幅器８４及び８６に供給され、これらの演算増幅器はバッファし、それらの入力にゲインを提供する。演算増幅器の出力は、夫々のポテンショメータ８８及び９０に供給され、ポットタップが総和接続点９２に夫々の抵抗器を介して接続されている。総和接続点は、ＲＦＲ前置増幅器の出力６４を発生する増幅器９４でバッファされる。このようにして、Ｉ1及び速度入力を組み合わせて駆動信号を提供し、ボイスコイルアッセンブリ３０に送出する。以下に更に詳細に説明するように、ポテンショメータ８８及び９０を必要に応じて調節し、機械フレーム１０の揺動を減少する。
【００２４】
上述のように、システムは、好ましくは重り２０を中央に保持する手段を含む。好ましい手段は、位置信号７２を発生する位置エンコーダ７０である。このように実施された場合、ＲＦＲ前置増幅器は、入力９６で位置信号７２を受け取るように構成されている。位置信号は、好ましくは、増幅器９８によってバッファされ、次いで、比例−積分−微分（ＰＩＤ）（ａ  ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−ｉｎｔｅｇｒａｌ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御回路１００に提供する。この回路１００は、更に、所望のターゲット位置を表す信号１０２を受け取り、総和接続点９２に加えられる出力１０４を、好ましくはフィルタ１０６を介して発生し、これによって駆動信号６４に結合する。ＰＩＤ回路は、出力１０４を必要に応じて変化させ、重り２０をターゲット位置近くに保持する。
【００２５】
図３に示すＲＦＲ前置増幅器の実施例は単なる例示である。Ｉ1、速度、及び位置の入力を組み合わせて適当な駆動信号を発生する多くの他の回路を設計できる。
図１のａ及びｂを再度参照すると、システムは、好ましくは、加速度計１１０を使用して最小振動レベルを達成するように較正される。加速度計１１０は、好ましくは、工具アッセンブリ１９の近くに取り付けられる。加速度計１１０は、代表的には、インターフェース回路（図示せず）によって賦勢される。このインターフェース回路は、更に、加速度計の出力を受け取って増幅する。実際には、工具アッセンブリ１９は揺動するように指令され、加速度計１１０の出力−機械フレーム１０の振動レベルに従って変化する−を監視する。次いで、加速度計の出力−及びかくして機械フレームの振動−の大きさを小さくしてできるだけ低くするため、ＲＦＲ前置増幅器ポテンショメータ８８及び９０を必要に応じて調節する。
【００２６】
適正に較正された場合には、振動を最大９９％（反作用力減少システムを持たない同様の揺動工具システムと比較した場合）減少できる。眼鏡用レンズ機械加工システムで使用した場合、振動によってレンズ表面に残される痕跡の数及び重大度が大幅に低下し、仕上げプロセスや研磨プロセス等の二次プロセスを実行する必要性をなくすことができる。
【００２７】
一つの振動周波数で較正を行った場合、反作用力減少システムは、他の振動周波数でも同様に有効でなければならない。これは、主要な力−加速度及び速度−が周波数に関してほぼ線型をなして増減するためである。
【００２８】
本発明の特定の実施例を図示し説明したけれども、当業者は、多くの変更及び変形例を思いつくであろう。従って、本発明は特許請求の範囲のみによって限定される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１−ａ】反作用力を減少するための本発明によるシステムの平面図である。
【図１−ｂ】図１−ａに示すシステムの側面図である。
【図２】本発明による反作用力減少システムで使用するのに適した駆動回路のブロックダイヤグラムである。
【図３】本発明による反作用力減少システムで使用するのに適した前置増幅器回路の概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  機械フレーム
１９  揺動工具アッセンブリ
２０  重り
２２  リニア摺動手段
２４  エアベアリング
２６  駆動手段
３０  ボイスコイルアッセンブリ
６６  駆動回路
７０  位置センサ
１１０  加速度計
【図１ａ】
2005512828.tif 000003
【図１ｂ】
2005512828.tif 000004
【図２】
2005512828.tif 000005
【図３】
2005512828.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月8日(2004.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械フレーム（１０）によって支持された揺動工具アッセンブリ（１９）が機械フレーム（１０）に伝達する振動を減少するための装置であって、前記工具は第１軸線に沿って揺動する、装置において、
前記フレームに取り付けられたリニア摺動手段（２２）、
前記摺動手段に取り付けられた重り（２０）、
前記重りに連結されており、第１駆動信号に応じて前記重りを前記摺動手段上で前記第１軸線に沿って揺動させるように構成された駆動手段（２６）、及び
前記第１駆動信号を提供する駆動回路（６６）であって、前記揺動工具アッセンブリの加速度と比例した第１入力及び前記揺動工具アッセンブリの速度と正比例する第２入力を受け取り、前記揺動工具によって前記フレームに発生された振動が減少するように前記重りを揺動するように前記駆動信号が前記第１及び第２の入力に従って変化するように構成されている、駆動回路を有し、
前記揺動工具アッセンブリは、第２駆動信号に応じてボイスコイルアッセンブリ（３０）によって揺動され、前記駆動回路の第１入力は、前記第２駆動信号に従って変化する、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記揺動工具アッセンブリの質量は、前記重り及びこの重りに連結されており及びかくしてこの重りとともに移動する任意の構成要素を含む重りアッセンブリの質量よりも小さい、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記揺動工具アッセンブリは、周波数ｆ1で揺動し、質量Ｍ1、加速度Ａ1、速度Ｖ1を有し、Ｍ1＊Ａ1によって与えられる力ＦA1、ｋ1＊Ｖ1（ここで、ｋ1は定数であり、これはシステム機構の関数である）によって与えられる力ＦV1、及び組み合わせ力Ｆ1＝ＦA1＋ＦV1を発生し、前記重りアッセンブリは、周波数ｆ2で揺動し、質量Ｍ2、加速度Ａ2、速度Ｖ2を有し、Ｍ2＊Ａ2によって与えられる力ＦA2、ｋ2＊Ｖ2（ここで、ｋ2は定数である）によって与えられる力ＦV2、及び組み合わせ力Ｆ2＝ＦＡ2＋ＦV2を発生し、前記駆動回路は、前記重りアッセンブリを、ｆ1がｆ2に等しく、Ｆ2が−Ｆ1に等しいように駆動するように構成されている、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、前記重りが前記リニアスライドのいずれかの端部に移動しないようにするセンタリング手段を更に含む、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置において、前記センタリング手段は、前記重りの位置に従って変化する出力（７２）を発生するように構成された位置センサ（７０）を含み、前記駆動回路は、前記重りが前記リニアスライドのいずれかの端部に移動しないように、前記位置出力を受け取って前記第１駆動信号を提供するように構成されている、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、前記機械フレームに取り付けられた加速度計（１１０）、及び前記フレームの振動レベルに従って変化する出力を前記加速度計が発生するように前記加速度計に接続されたインターフェース回路を更に含む、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、前記リニア摺動手段は前記重りとともに移動し、前記機械フレームに取り付けられたエアベアリング（２４）によって支持されている、装置。
【請求項８】
機械フレーム（１０）によって支持された、第１軸線に沿って揺動する質量がＭ1の工具アッセンブリ（１９）によって機械フレーム（１０）に伝達される振動を減少する方法において、
前記揺動工具アッセンブリの速度Ｖ1を検出する工程、
前記揺動工具アッセンブリの加速度Ａ1を検出する工程、
質量がＭ2の重りアッセンブリ（２９）を、前記第１軸線に沿って、前記重りアッセンブリが−（（Ｍ1＊Ａ1）＋（ｋ＊Ｖ1））（ここで、ｋは、定数であり、これはシステム機構の関数である）とほぼ等しい力を発生するように、前記揺動工具により前記フレームに発生された振動を減少するように揺動する工程、
前記フレームの振動を検出する工程、及び
前記反力アッセンブリの揺動を調節し、前記検出された振動を減少する工程を含む、方法。
【国際調査報告】
2005512828.tif 000007
2005512828.tif 000008
2005512828.tif 000009