(57)【要約】【課題】  各種機械の移動部材として使用される機械テーブルの加速、減速時に発生する振動を防止する。【解決手段】  機械テーブルの加減速指令信号にもとづいて加速度信号を算出して出力する演算回路２２と、この演算回路から入力した加速度信号に対応した制御信号をアクティブダンパに出力するアクティブダンパ駆動回路２３を設け、このアクティブダンパ駆動回路２３からの制御信号に対応したアクティブダンパ制動力によって、機械テーブルの加速、減速時の振動を制御して振動を防止する。【選択図】      図１
2005195064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
除振台と、この除振台を防振支持する少なくともアクティブダンパを有する支持機構と、前記除振台に設置された機械テーブルと、この機械テーブルを移動制御するための駆動装置と、前記機械テーブルを移動制御するための速度指令信号を入力し、前記駆動装置に駆動信号を出力する駆動回路と、を備える機械テーブル除振装置において、
前記速度指令信号における前記機械テーブルの加減速指令信号にもとづいて加速度信号を算出して出力する演算回路と、
この演算回路から入力した前記加速度信号に対応した制御信号をアクティブダンパに出力するアクティブダンパ駆動回路と、を有し、
このアクティブダンパ駆動回路からの制御信号に対応したアクティブダンパ制動力によって、前記機械テーブルの加速、減速時の振動を制御することを特徴とする機械テーブル除振装置。
【請求項２】
前記演算回路が、
前記速度指令信号における前記機械テーブルの加減速指令信号を微分演算し、加減速信号として出力する微分演算器と、
前記加減速信号を入力し、この加減速信号にもとづいて加速度の絶対値を求め、
この加速度の絶対値を加速度信号としてアクティブダンパ駆動回路に出力する絶
対値演算器と、
を備える請求項１記載の機械テーブル除振装置。
【請求項３】
前記アクティブダンパ駆動回路が、
前記演算回路から入力した加速度信号にもとづいて加速度の絶対値に比例する
値のアクティブダンパ制動力の制御信号を求め、この制御信号をアクティブダン
パに出力する請求項１又は２記載の機械テーブル除去装置。
【請求項４】
前記支持機構が、
ばねとアクティブダンパを有する二以上の支持機構からなる請求項１、２又は３
記載の機械テーブル除振装置。
【請求項５】
機械テーブルを有する除振台と、この除振台を防振支持する少なくともアクティブダンパを有する支持機構と、による機械テーブルの除振方法において、
演算回路により、前記機械テーブルを駆動させる速度指令信号における少なくとも減速指令信号にもとづいて加速度信号を算出する工程と、
アクティブダンパ駆動回路により、前記加速度信号に対応した制御信号を出力する工程と、
アクティブダンパにより、前記制御信号に対応した制動力によって、前記機械テーブルの加速、減速時の振動を制御する工程と、
を有することを特徴とした機械テーブルの除振方法。
【請求項６】
前記速度指令信号として減速指令信号に加え、加速指令信号にもとづいて加速度信号を算出することを特徴とした機械テーブル除振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械テーブル除振装置及び除振方法に関し、特に、機械テーブルの加速、減速によって生ずる除振台の振動を制御する機械テーブル除振装置及び除振方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、精密機器などを振動から保護するため、機械的なばねと固定減衰ダンパとにより振動を除去することが行われている。また、自動車等の車両においても乗り心地及び操縦安定性向上のため、車体と車軸との間に機械的なばねと固定減衰ダンパとを介在させ、振動を吸収することが行われている。
これらの機械的除振システムは、入力された振動成分に対し、あらかじめ定められた特性を有するばね及びダンパが受動的に作用して振動を吸収除去するものであり、いわゆるパッシブ除振システムとよばれている。
【０００３】
図６は、従来の機械テーブル除振装置の構成を示している。この除振装置の構造について簡単に説明する。
除振台１の上には機械テーブル４が設置され、除振台１は機械テーブル４の基台としても機能している。除振台１には振動を除去するために支持機構が設けられている。支持機構は、除振台１を支持するばね２とばねがもつ固有振動を減衰させるためのダンパ３で構成されている。
除振台１の上にはサーボモータ５が固定されており、サーボモータ５の軸にはカップリング６を通じて、ボールネジ７が締結されている。
除振台の振動は、支持機構のばね２とダンパ３によって吸収除去する。これによって、一定の周波数領域及び振幅領域に対する除振が可能となった。
しかし、このようなパッシブ除振システムでは、ばねやダンパの特性が固定値であるため、広範囲な周波数領域及び振幅領域に対する一様な除振性能を得ることは困難であった。そのため、一様な除振性能を得ることはできず、パッシブ除振システムは有効な除振システムとはいえなかった。
【０００４】
これに対し近年では、振動センサとエアアクチュエータ、油圧アクチュエータなどのアクチュエータを設け、振動を打ち消す力を外部から能動的に供給するアクティブ除振システムが種々提案されている。
アクティブ除振システムは、ばねやダンパに相当する要素の特性を能動的に制御することにより、より広範囲な周波数領域及び振幅領域に対して、除振性能を得ようとするものである（例えば、特許文献１参照）。
これにより、パッシブ除振システムでは除去できなかった、広範囲な周波数領域及び振幅領域に対する一様な除振性能を得ることが可能になった。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９１４８５号公報（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記アクティブ除振システムによっても、除振台上の機械テーブルがサーボモータなどにより自動的に移動する場合には、機械テーブル移動時の加速、減速によって生じる振動を十分に制御することができなかった。
すなわち、機械テーブルの移動時には、機械テーブルの加速、減速に対応する加速度が生じるため、機械テーブルにはこの加速度に機械テーブルの質量を乗じた大きさの反力が発生する。そのため、この反力に起因して機械テーブルが振動するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような従来の技術が有する問題を解決するために提案されたものであり、機械テーブルの加速、減速による機械テーブルの振動を除去するための機械テーブル除振装置及び機械テーブルの除振方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１記載の機械テーブル除振装置は、除振台と、この除振台を防振支持する少なくともアクティブダンパを有する支持機構と、前記除振台に設置された機械テーブルと、この機械テーブルを移動制御するための駆動装置と、前記機械テーブルを移動制御するための速度指令信号を入力し、前記駆動装置に駆動信号を出力する駆動回路と、を備える機械テーブル除振装置において、前記速度指令信号における前記機械テーブルの加減速指令信号にもとづいて加速度信号を算出して出力する演算回路と、この演算回路から入力した前記加速度信号に対応した制御信号をアクティブダンパに出力するアクティブダンパ駆動回路と、を有し、このアクティブダンパ駆動回路からの制御信号に対応したアクティブダンパ制動力によって、前記機械テーブルの加速、減速時の振動を制御することを構成としてある。
【０００９】
このような構成にすると、演算回路によって加速度信号を算出し、アクティブダンパ駆動回路によって加速度の絶対値に対応する制御信号を算出することができる。そして、この制御信号をアクティブダンパに出力してアクティブダンパを制御することができる。
これにより、機械テーブルの加速、減速時に生じる加速度による反力に起因する振動をアクティブダンパの制動力で抑制することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の請求項２記載の機械テーブル除振装置は、前記演算回路が、前記速度指令信号における前記機械テーブルの加減速指令信号を微分演算し、加減速信号として出力する微分演算器と、前記加減速信号を入力し、この加減速信号にもとづいて加速度の絶対値を求め、この加速度の絶対値を加速度信号としてアクティブダンパ駆動回路に出力する絶対値演算器と、を備える構成としてある。
このような構成にすると、微分演算器によって加減速度信号を算出し、絶対値演算器により加速度信号を算出することができる。そして、その加速度信号をアクティブダンパ駆動回路に出力することができる。
これにより、機械テーブルの加速、減速により生じる加速度に対応した加速度信号をアクティブダンパ駆動回路に出力することができる。
【００１１】
本発明の請求項３記載の機械テーブル除振装置は、前記アクティブダンパ駆動回路が、前記演算回路から入力した加速度信号にもとづいて加速度の絶対値に比例する値のアクティブダンパ制動力の制御信号を求め、この制御信号をアクティブダンパに出力する構成としてある。
このような構成にすると、加速度の絶対値に比例する値のアクティブダンパ制動力の制御信号を求めることができる。
これにより、機械テーブルの加速、減速により生じる加速度に対応した制御信号をアクティブダンパに出力することができる。
【００１２】
本発明の請求項４記載の機械テーブル除振装置は、前記支持機構が、ばねとアクティブダンパを有する二以上の支持機構からなる構成としてある。
このような構成にすると、支持機構がアクティブダンパだけでなく、アクティブダンパとばねで支持機構されている機械テーブル除振装置とすることができ、また、単数の支持機構だけでなく二以上の支持機構からなる機械テーブル除振装置とすることもできる。
これにより、ばねを使用した支持機構による除振装置や支持機構を複数使用した除振装置による除振も可能になる。
【００１３】
本発明の請求項５記載の機械テーブル除振方法は、機械テーブルを有する除振台と、この除振台を防振支持する少なくともアクティブダンパを有する支持機構と、による機械テーブルの除振方法において、演算回路により前記機械テーブルを駆動させる速度指令信号における少なくとも減速指令信号にもとづいて加速度信号を算出する工程と、アクティブダンパ駆動回路により、前記加速度信号に対応した制御信号を出力する工程と、アクティブダンパにより、前記制御信号に対応した制動力によって、前記機械テーブルの加速、減速時の振動を制御する工程と、を有することを構成としてある。
また、本発明の請求項６記載の機械テーブル除振方法は、前記速度指令信号として減速指令信号に加え、加速指令信号にもとづいて加速度信号を算出することを、を構成としてある。
【００１４】
このように、本発明は、方法の発明としても具現化することができる。すなわち、加速度信号を算出する工程、加速度信号に対応した制御信号を出力する工程、制御信号に対応した制動力によって、機械テーブルの加速、減速時の振動を制御する工程により、機械テーブルを防振することが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の機械テーブル除振装置によれば、機械テーブル除振装置に演算回路及びアクティブダンパ駆動回路を設けて、機械テーブルを移動させるための速度指令信号を演算回路に入力する。そして、最終的にアクティブダンパ制御信号をアクティブダンパに入力することにより、アクティブダンパの制動力を向上させて、除振台の振動を抑制することができる。
これにより、機械テーブルの加速、減速により加速度に起因する振動が発生する場合であっても、アクティブダンパの制動力を向上させることにより振動を十分に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の機械テーブル除振装置の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る機械テーブル除振装置の概略構成を示すブロック図である。また、図２は、本発明の実施形態に係る演算回路２２を示すブロック図である。
なお、機械テーブル除振装置における除振台１、機械テーブル４、サーボモータ５、カップリング６、ボールネジ７及びナット８は従来の機械テーブル除振装置の構成と同一であるので、この部分については説明を省略する。
【００１７】
次に、機械テーブル除振装置の信号系統を図１、図２にもとづいて説明する。
駆動回路２１は、機械全体を制御するコントローラなどからの信号、すなわち、外部から速度指令信号を入力して、サーボモータ５を駆動させる。
演算回路２２は、図２に示すように、微分演算器１０１と絶対値演算器１０２で構成されており、駆動回路２１と同様に速度指令信号を入力する。
微分演算器１０１では、機械テーブルの加減速指令信号を微分演算することにより機械テーブルの加速度を求める。そして、この加速度を加減速信号として絶対値演算器１０２に出力する。絶対値演算器１０２に入力された加減速信号は、加速度の絶対値を求め、この加速度の絶対値を加速度信号としてアクティブダンパ駆動回路２３に出力する。
【００１８】
アクティブダンパ駆動回路２３に入力された加速度信号は、加速度の絶対値に比例する値のアクティブダンパ制動力の制御信号を求め、この制御信号をアクティブダンパに出力する。このアクティブダンパ駆動回路から出力されるアクティブダンパ制動力によって、前記機械テーブルの加速、減速時の振動を抑制することができる。
また、除振台１に振動が発生した場合には、除振台１に設置されたばね２及びアクティブダンパ３で構成された支持機構により、振動は吸収されて除振台の振動は解消される。
これにより、機械テーブル上に精密機械などが設置された場合であっても精密機械などに振動が伝播しない。
【００１９】
除振台に設置する支持構造の数は単数でも複数でもよい。支持機構が一つであっても除振は可能であり、また、多数の支持機構が除振台に設けられていれば、アクティブダンパ３の振動吸収効果により効果的な除振が可能である。図１に示す振動台には、四つの支持機構を設けているが、これに限られないことはいうまでもない。
また、支持機構は、アクティブダンパ３とばね２で構成した場合であっても、アクティブダンパ３だけて構成した場合であってもよい。図１に示す場合は、アクティブダンパ３とばね２で支持機構を構成しているが、これに限られないことはいうまでもない。
なお、アクティブダンパは振動に対して受動的に作用して振動を吸収除去する。本発明では、支持機構の構成要素としてアクティブダンパは必須のものである。
【００２０】
次に、本発明の実施形態に係る機械テーブル除振装置の動作を図１にもとづいて説明する。
外部から速度指令信号として機械テーブルを運動させる信号が駆動回路９に入力されると、駆動回路９で速度指令信号は増幅されてサーボモータ５に出力される。そしてサーボモータ５が回転し、静止していた機械テーブル４は右又は左方向に移動を開始する。
移動を開始して加速する機械テーブルには、加速度が生じる。そのため、機械テーブルには加速度に機械テーブルの質量を乗じた大きさの反力が発生し、それに起因して機械テーブルは振動する。
一方、移動を続けていた機械テーブルが停止するときには、機械テーブルは減速するため、加速するときと同様に加速度が生じる。そのため、機械テーブルには加速度に機械テーブルの質量を乗じた大きさの反力が発生し、それに起因して機械テーブルは振動する。
しかし、機械テーブルの加速、減速にともなう機械テーブルに生ずる反力による振動は、アクティブダンパに制動力を与えることにより抑制することが可能である。すなわち、アクティブダンパは振動に対して受動的に作用して振動を吸収除去し、除振台の振動を静止させる。
【００２１】
図３は、速度０であった機械テーブルの移動速度をＸ０まで一定に上昇させた後、一定時間、速度Ｘ０で移動させ、さらに速度Ｘ０で移動する機械テーブルを速度０まで一定に下降させたときの速度（ａ）、加速度（ｂ）、加速度の絶対値（ｃ）、及びアクティブダンパの制動力（ｄ）と時間との関係を示したものである。
速度は一定に上昇、下降させるため、加速度は（ｂ）に示す波形となり、加速度の絶対値は（ｃ）に示す波形となる。上述したとおり、加速度の絶対値に比例する値のアクティブダンパ制動力の制御信号をアクティブダンパに出力してアクティブダンパを制御するため、アクティブダンパの制動力は（ｄ）に示す波形となる。
以上より、アクティブダンパの制動力は、機械テーブルが加速、減速したときに発生する。したがって、加速度による反力が機械テーブルに発生とき、アクティブダンパの制動力がアクティブダンパに伝わり、振動台の振動が抑制されることにより機械テーブルの振動が解消されることになる。
【００２２】
図４は、一般的な機械テーブル除振装置及び本発明に係る機械テーブル除振装置に速度指令信号速度Ｘ０を一定時間入力した場合の速度（ａ）、加速度（ｂ）及び除振台の変位（ｅ）と時間との関係を示したものである。
（Ａ）は一般的な機械テーブル除振装置の場合であり、（Ｂ）は本発明に係る機械テーブル除振装置の場合を示している。
【００２３】
まず、一般的な機械テーブル除振装置を示す図４（Ａ）について説明する。
停止していた機械テーブルを速度Ｘ０で移動させる場合、速度が０からＸ０に上昇する間に加速度Ｘ１が発生する。そのため、機械テーブルには加速度Ｘ１に機械テーブルの質量を乗じた大きさの反力が発生し、それに起因して機械テーブルは振動する。振動台の変位は加速度が発生した状態で最大であり、加速度が０になったあとも振動台は振動するが、次第に減衰してｔ１時間後には振動台の変位はほぼ０となる。
【００２４】
また、一定速度Ｘ０で移動していた機械テーブルを停止させる場合、速度がＸ０から０に下降する間に加速度Ｘ４が発生する。そのため、機械テーブルには加速度Ｘ４に機械テーブルの質量を乗じた大きさの反力が発生し、それに起因して機械テーブルは振動する。機械テーブルが加速するときと同様に、振動台の変位は加速度が発生した状態で最大であり、加速度が０になったあとも除振台は振動するが、次第に減衰してｔ２時間後には変位はほぼ０となる。
【００２５】
次に、本発明に係る機械テーブルの除振装置を示す図４（Ｂ）について説明する。
一般的な機械テーブル除振装置と同様に、停止していた機械テーブルを速度Ｘ０で移動させる場合には、速度が０からＸ０に上昇するために加速度Ｘ１が発生する。機械テーブルには加速度Ｘ１に機械テーブルの質量を乗じた大きさの反力が発生し、それに起因して機械テーブルは振動する。
しかし、加速度Ｘ１による除振台の変位は、一般的な機械テーブル除振装置と比較して小さく、また、振動時間もｔ３であり、ｔ１より短い。これは、機械テーブルに発生する反力を抑制するためにアクティブダンパの制動力がアクティブダンパに作用するからである。すなわち、アクティブダンパは振動に対して受動的に作用して振動を吸収除去し、除振台の振動を静止させる。
【００２６】
また、一定速度Ｘ０で移動していた機械テーブルを停止する場合、速度がＸ０から０に下降するために加速度Ｘ４が発生する。機械テーブルには加速度Ｘ２に機械テーブルの質量を乗じた大きさの反力が発生し、それに起因して機械テーブルは振動する。
しかし、加速度Ｘ１による除振台の変位は、一般的な機械テーブル除振装置と比較して小さく、また、振動時間もｔ４であり、ｔ２より短い。これは、機械テーブルに発生する反力を抑制するためにアクティブダンパの制動力が振動に対して受動的に作用して振動を吸収除去するからである。
アクティブダンパの制動力の手段としては、油圧、空気圧などが使用される。油圧や空気圧は、振動台の振動を吸収することによって除振台の振動を解消する。
【００２７】
次に本発明の機械テーブルの除振方法について、好ましい実施形態について、図５に示す本発明の実施形態に係る機械テーブルの除振方法を示すフロー図によって説明する。
本発明の実施形態に係る除振方法に使用される機械テーブル除振装置は、前述した機械テーブル除振装置と同一であり、その構成や動作も同様である。
【００２８】
機械テーブルを移動させるために駆動回路２１に入力される速度指令信号は、演算回路にも入力される（ステップ１）。演算回路の微分演算器１０１では、速度指令信号における機械テーブルの加減速信号を微分演算して加減速信号を算出する（ステップ２）。さらに演算回路内の絶対値演算器１０２では、加減速信号にもとづいて加速度の絶対値として、加速度信号を算出する（ステップ３）。
なお、特に機械テーブル上で部品等を組立、製造等する精密機械などにおいては、作業が終了し、機械テーブルが減速停止したときに、振動によって組立、製造された部品等が振動の影響を受けやすいことから、減速時の加速度を算出することが好ましい。したがって、本発明では減速時の加速度のみを算出して除振するようにしても良い。
演算回路から出力された加速度信号は、アクティブダンパ駆動回路２３に入力される。そして、アクティブダンパ駆動回路２３で加速度信号にもとづいてアクティブダンパを制御する制御信号を算出する（ステップ４）。
アクティブダンパ駆動回路２３から出力された制御信号はアクティブダンパに出力され（ステップ５）、アクティブダンパの制動力により除振台の振動が制御される。以上が、速度指令信号からアクティブダンパの制動力により除振台を制御するフローである。
上記の工程を経ることにより、機械テーブルの除振が可能である。
【００２９】
このように、本発明は、方法の発明としても具現化することができる。すなわち、演算回路に速度指令信号を入力し（ステップ１）、速度指令信号における加速度指令信号を微分演算して加減速信号を算出する工程（ステップ２）、加減速信号にもとづいて加速度信号を算出し（ステップ３）、それに対応した制御信号を算出する工程（ステップ４）、制御信号に対応した制動力をアクティブダンパに出力することによって、機械テーブルの加速、減速時の振動を制御する工程（ステップ５）により、機械テーブルを防振することが可能になる。
【００３０】
以上、本発明の機械テーブル除振装置及び機械テーブルの除振方法について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る装置は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、図１の機械テーブル除振装置は一軸の機械テーブルを表しているが、これに限られるものでなく、機械テーブルが除振台の上を移動できるものであればよいため、当然に多軸の機械テーブル除振装置であってもよい。
また、本発明において機械テーブルとは、各種機械における移動部材を意味するものである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上説明したように、本発明の機械テーブル除振装置は、各種機械の移動部材として使用され、例えば、電子部品の製造装置、組立装置などにおける機械テーブル、精密機械、工作機械などにおける移動用部材など、広い分野で利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る機械テーブル除振装置の概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る機械テーブル除振装置の演算回路を示すブロック図である。
【図３】機械テーブルの速度、加速度、加速度の絶対値及びダンパの制動力と時間との関係を示す図である。
【図４】一般的な機械テーブル除振装置と本発明に係る機械テーブル除振装置における速度、加速度及び除振台の変位と時間との関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る機械テーブルの除振方法を示すフロー図である。
【図６】一般的な機械テーブル除振装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  除振台
２  ばね
３  （アクティブ）ダンパ
４  機械テーブル
５  サーボモータ
６  カップリング
７  ボールネジ
８  ナット
【図１】
2005195064.tif 000003
【図２】
2005195064.tif 000004
【図３】
2005195064.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005195064.tif 000007
【図６】
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