Zaber	  NA08A50静的特性の	  位置・温度・予圧依存性	  及び支持機構の静的特性	  長友 竣 （京大	  M2）	  木野 勝（京大）	  2014.	  04.	  12(Sat.)	  	  望遠鏡技術検討会	  in	  京都	  2/27	CONTENTS	• アクチュエータNA08A50の線形性・再現性	  – 位置	  – 温度	  – 予圧	  • 減速機構の静的特性	  – 線形性	  – 再現性	  3/27	

Zaber	  NA08A50	  の静的特性	  −位置・温度・予圧依存性	4/27	

分割鏡制御	
エッジセンサ	
セグメント鏡	

分割鏡	

減速器(1/30倍)	

1/30	

1/30	

1/30	

アクチュエータ	
制御器	

• 鏡1枚につき3本のアクチュエータ	  →高さと傾きを制御（要求精度<	  1	  μm）	

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分割鏡制御	
鏡面の段差	  RMS	  <	  30	  nm	

セグメン ト鏡	

分割鏡	
1/30	

減速器(1/30倍)	

1/30	

1/30	

アクチュエータ	制御器	• 鏡1枚につき3本のアクチュエータ	  →高さと傾きを制御（要求精度<	  1	  μm）	

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リニアアクチュエータの選定	
Zaber	  社	  NA08A50	  （ステッピングモータ）	
推力	  ストローク	
確度	
分解能	
再現性	
バックラッシュ	

要求性能	 カタログ値	  可否	>	  30	  N	>	  30	  mm	<	  1	  μm	<	  0.1	  μm	<	  1	  μm	<	  1	  μm	○	  ○	
×	○	△	×	50	  N	50	  mm	<	  30	  μm	~	  0.05	  μm	<	  1	  μm	<	  4	  μm	

実際の環境下で要求性能を満たすか？	

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測定条件	
ラベル	

位置	

温度	

予圧	

A	

原点	

25℃	

~2kg	

B	

+	  1cm	

(A)	

(A)	

C	

(A)	

0℃	

(A)	

D	

(A)	

(A)	

~5kg	線形性試験（確度）	  往復運動試験（再現性・バックラッシュ量）	

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変位	  

線形性試験	
9	  umまで駆動	  変位計	…	

アクチュエータ	

0.05	  μm	

指令値	8/27	

結果（線形性）	
A	
変位	  [μm]	

測定値	
理想的な駆動	
許容誤差	

指令値	  [μm]	

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結果（線形性）	
誤差(RMS)	
許容誤差	

<	  1	  μm	A（基準）	

0.26	  μm	B（位置+1cm）	

0.28	  μm	C（温度0℃）	

0.26	  μm	D（予圧5kg）	

0.21	  μm	

10/27	

指令値	

往復運動試験	センサ	

アクチュエータ	 5往復×	  48set	…	3	  μm	11/27	

結果（往復運動）	

変位 [um]	

A	11/27	

結果（往復運動）	

変位 [um]	

A	

差分	

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結果（往復運動）	

変位 [um]	

D（予圧5kg）	

脱調	

→以降の解析には用いない	13/27	

バックラッシュ量と再現性	

度数	

再現性	
バックラッシュ量	

abs(変位 ー 指令値)	  [μm]	

A（基準）	  B（+1cm）	  C（0℃）	

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バックラッシュ量と再現性	
バックラッシュ量	

再現性	  (RMS)	

要求性能	

<	  1	  μm	<	  1	  μm	  A（基準）	

1.48	  μm	0.10	  μm	

B（+1cm）	

2.07	  μm	0.10	  μm	C（0℃）	

2.09	  μm	0.16	  μm	

15/27	

要求性能との比較	
確度	

バックラッ
シュ量	

再現性	

要求性能	

<	  1μm	<	  1μm	<	  1μm	

A（基準）	

0.26	  μm	1.48	  μm	0.10	  μm	

B（+1cm）	

0.28	  μm	2.07	  μm	0.10	  μm	C（0℃）	

0.26	  μm	2.09	  μm	0.16	  μm	D（5kg）	

0.21	  μm	×（脱調）	

×（脱調）	

15/27	

要求性能との比較	
バックラッ
確度	
バックラッシュは要補正	
シュ量	

再現性	

要求性能	

<	  1μm	<	  1μm	<	  1μm	

A（基準）	

0.26	  μm	1.48	  μm	0.10	  μm	

B（+1cm）	

0.28	  μm	2.07	  μm	0.10	  μm	C（0℃）	 0.26	  μm	 2.09	  μm	アクチュエータへの負荷を	  D（5kg）	 0.21	  μm	 ×（脱調）	
5kg未満に減らす必要あり	

0.16	  μm	×（脱調）	

16/27	

減速機構の静的特性	

17/27	

減速機構への要求	
出力	• 減速機構（栗田さん設計）の	  静的特性を測定	  • 要求性能	
項目	
確度	
バック	  ラッシュ量	

要求性能	<	  30	  nm	  (RMS)	
<	  30	  nm	  (RMS)	

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測定条件	
変位計	入力	• リニアアクチュエータ：	  NA14B30を使用	  •詳細な特性不明	  -分解能~100nm	  -バックラッシュ量~18μm	  →入力変位も同時測定		

支点	19/27	

変位	  線形性試験	
64	  umまで駆動	  …	0.1	  μm	

指令値	

駆動の場所を変えて測定	  E:	  アクチュエータの	  原点付近で駆動	  F:	  25mm程度押し出した	  位置から駆動	

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減速後の実際の変位	  [μm]	

結果	
測定値	  a	  =	  0.037	
a	  =	  0.033	

アクチュエータ変位*減速比（a）	  [μm]	  21/27	

結果	
実験	

減速比(a)	

残差(RMS)	  [nm]	

要求性能／	  設計仕様	

0.033	

<	  30nm	

E（0mm）	

0.037	

6	  nm	F（+25mm）	

0.035	

18	  nm	22/27	

指令値	

往復運動試験	

5往復×	  16set	

駆動の場所を変えて測定	  G:	  アクチュエータの	  原点付近で駆動	  …	 H:	  25mm程度押し出した	  位置から駆動	
6	  μm	23/27	

結果	

変位	  [μm]	

G	

ヒステリシスのない	  理想的な駆動(a	  =	  0.036)	
測定値	

24/27	結果	
減速比(a)	

バックラッシュ量	

要求性能／	  設計仕様	

0.033	

<	  30	  nm	

G（0mm）	

0.036	

13	  nm	

H（+25mm）	

0.034	

12	  nm	25/27	

要求性能との比較	バック	  ラッシュ量	  [nm]	  減速比	確度	  (RMS)	  [nm]	

要求性能／	  設計仕様	

0.033	

<	  30nm	

<	  30nm	

測定値	

0.034-­‐0.037	

<	  18nm	

<	  13nm	

○	○	

可否	

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まとめ	• NA08A50の静的特性を測定	  – バックラッシュは要補正	  （再現性は高いので可能）	  – 負荷は5kgf未満にしなければならない	  20/27	
– その他は要求性能を満たす	  • 減速機構の静的特性を測定	  – 線形性の補正テーブルを作成する	  必要がある	  – その他は要求性能を満たす	  27/27	

ご清聴ありがとうございました