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JP7654490B2 - Position Control Mechanism - Google Patents
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JP7654490B2 - Position Control Mechanism - Google Patents

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Description

本発明は、位置制御機構に関する。 The present invention relates to a position control mechanism.

従来、ばねで接続される2つの制御対象の離間距離を一定に保つ位置制御機構が知られている。例えば、特許文献1に記載された光学式測長機(位置制御機構)は、少なくとも、本体ベースと、スライダ駆動機構(第1の移動手段)を有するスライダ(第1の制御対象)と、ベローズ駆動機構(第2の移動手段)を有するベローズ駆動キャリッジ(第2の制御対象)と、レーザ光源と、反射ミラーと、2つの制御対象を接続するベローズ(ばね)と、干渉計部と、を備える。 Conventionally, there is known a position control mechanism that maintains a constant distance between two control objects connected by a spring. For example, the optical length measuring machine (position control mechanism) described in Patent Document 1 includes at least a main body base, a slider (first control object) having a slider drive mechanism (first moving means), a bellows-driven carriage (second control object) having a bellows drive mechanism (second moving means), a laser light source, a reflecting mirror, a bellows (spring) that connects the two control objects, and an interferometer unit.

本体ベースは、所定の位置に配置される固定部を有する。スライダは、本体ベース上に設けられ、スライダ駆動機構により本体ベース上を移動する。ベローズ駆動キャリッジは、本体ベース上に設けられ、ベローズ駆動機構によりスライダと同期して本体ベース上を移動する。レーザ光源は、本体ベース上に固定され、レーザ光を反射ミラーに向けて射出する。反射ミラーは、スライダの端部に固定され、レーザ光源から射出された光を反射して干渉計部に戻す。 The main body base has a fixed portion disposed at a predetermined position. The slider is provided on the main body base and moves on the main body base by a slider drive mechanism. The bellows drive carriage is provided on the main body base and moves on the main body base in synchronization with the slider by a bellows drive mechanism. The laser light source is fixed on the main body base and emits laser light toward the reflecting mirror. The reflecting mirror is fixed to the end of the slider and reflects the light emitted from the laser light source back to the interferometer section.

ベローズは、一端が固定部に接続され、他端がベローズ駆動キャリッジに接続されている主ベローズと、一端がベローズ駆動キャリッジに接続され、他端がスライダ上の反射ミラーに接続されている第1副ベローズと、一端が干渉計部に接続され、他端が固定部に接続されている第2副ベローズと、を有する。これらの各ベローズは、スライダの移動方向に伸縮自在なばねとして機能する。主ベローズは、スライダと一定の距離を保って同期駆動されるベローズ駆動キャリッジの移動に伴って伸縮する。第1副ベローズは、スライダおよび/またはベローズ駆動キャリッジの移動に伴って、スライダとベローズ駆動キャリッジとの離間距離に応じて伸縮する。第2副ベローズで接続される干渉計部と固定部はいずれも本体ベース上に固定的に設けられているため、第2副ベローズは基本的に常時一定の長さを保つ。レーザ光源は、レーザ光をベローズ内に出射し、ベローズは、その導光路として用いられる。 The bellows has a main bellows with one end connected to the fixed part and the other end connected to the bellows-driven carriage, a first sub-bellows with one end connected to the bellows-driven carriage and the other end connected to the reflecting mirror on the slider, and a second sub-bellows with one end connected to the interferometer part and the other end connected to the fixed part. Each of these bellows functions as a spring that can expand and contract in the direction of movement of the slider. The main bellows expands and contracts with the movement of the bellows-driven carriage, which is driven synchronously with the slider while maintaining a constant distance therebetween. The first sub-bellows expands and contracts according to the distance between the slider and the bellows-driven carriage as the slider and/or the bellows-driven carriage move. The interferometer part and the fixed part connected by the second sub-bellows are both fixedly provided on the main body base, so the second sub-bellows basically always maintains a constant length. The laser light source emits laser light into the bellows, and the bellows is used as a light guide path.

干渉計部は、ハーフミラー等を備え、レーザ光源から射出した直接光と、ベローズ内を通過して反射ミラーから戻ってきた反射光と、の位相差を検出することにより、スライダの端部に固定された反射ミラーまでの距離をスライダの位置として測定する。このような光学式測長機により被測定物を測定する際は、被測定物をスライダ上に載置し、被測定物の測定点を検出するセンサの出力信号と、スライダの位置を用いて測定する。 The interferometer section is equipped with a half mirror, etc., and measures the distance to the reflecting mirror fixed to the end of the slider as the slider position by detecting the phase difference between the direct light emitted from the laser light source and the reflected light that passes through the bellows and returns from the reflecting mirror. When measuring an object with such an optical length measuring machine, the object is placed on the slider, and the measurement is made using the output signal of the sensor that detects the measurement point of the object and the position of the slider.

ベローズは、真空ポンプを用いてその内部の空気を略真空状態まで排気することで、レーザ光路を略真空状態に保つ。このため、上記光学式測長機は、ベローズによって大気中の空気の温度や気圧、湿度、CO濃度の変動による屈折率の変化に起因したレーザ波長の変動を排除し、高精度の測長をすることができる。また、上記光学式測長機は、スライダと一定の距離を保って同期駆動されるベローズ駆動キャリッジを用いることで、スライダの移動にともなうベローズの伸縮により生ずる力によりスライダの幾何的な姿勢変化や駆動時の速度変動が起こることを防止することができる。 The bellows maintains the laser optical path in a substantially vacuum state by evacuating the air inside the bellows to a substantially vacuum state using a vacuum pump. Therefore, the optical length measuring machine can eliminate the variation in the laser wavelength caused by the change in the refractive index due to the variation in the temperature, pressure, humidity, and CO2 concentration of the air in the atmosphere, and can perform highly accurate length measurement. In addition, the optical length measuring machine uses a bellows-driven carriage that is driven synchronously with the slider while maintaining a constant distance from the slider, thereby preventing the geometrical attitude change of the slider and the speed fluctuation during driving caused by the force generated by the expansion and contraction of the bellows accompanying the movement of the slider.

特開2000-055617号公報JP 2000-055617 A

ここで、上記の光学式測長機(位置制御機構)のように、ばね(第1副ベローズ)によって接続された2つの制御対象(スライダ、ベローズ駆動キャリッジ)を、制御対象間の離間距離を一定に保持しながら、移動および、位置決めする同期制御を行うことがある。この際、ばねの伸縮により生じる力を極小化するべく、2つの制御対象の離間距離は、ばねの自由長さに設定されていることが好ましい。しかし、ばねの自由長さは、製造過程のばらつきによってばねごとに異なる。また、ばねの自由長さは、ばねの線膨張係数に基づき環境温度によって変動する。離間距離が自由長さに設定されていない場合、ばねにより接続された2つの制御対象の離間距離を一定に保持するためには、外力を加えてばねを伸縮させる必要がある。 Here, as in the above optical length measuring machine (position control mechanism), two control objects (slider, bellows-driven carriage) connected by a spring (first sub-bellows) may be moved and positioned synchronously while maintaining a constant separation distance between the control objects. In this case, in order to minimize the force generated by the expansion and contraction of the spring, it is preferable that the separation distance between the two control objects is set to the free length of the spring. However, the free length of the spring differs for each spring due to variations in the manufacturing process. In addition, the free length of the spring varies with the environmental temperature based on the linear expansion coefficient of the spring. If the separation distance is not set to the free length, it is necessary to apply an external force to expand or contract the spring in order to maintain a constant separation distance between the two control objects connected by the spring.

例えばモータ等を用いて2つの制御対象の位置を制御する場合、ばねを伸縮させて2つの制御対象の離間距離を保持しようとすると、通常の運動にともなう力に加えて、外力としてばねを伸縮させる力を常に発生させて制御対象の位置を制御することになる。これにより、モータが発熱したりモータの消費電力が増加したりするという問題がある。 For example, when controlling the positions of two controlled objects using a motor or the like, if you try to maintain the distance between the two controlled objects by expanding and contracting a spring, you will have to constantly generate an external force that expands and contracts the spring in addition to the forces associated with normal movement to control the position of the controlled object. This creates problems such as the motor generating heat and increasing its power consumption.

これに対し、外力をセンサによって検出することで、2つの制御対象の離間距離を最適な離間距離(ばねの自由長さ)に設定する方法が考えられる。しかしながら、センサを設置するためには、配線や電気回路等を別途設ける必要がある。このため、位置制御機構の装置が複雑になり、コストがかかるという問題がある。また、外力を直接測定する力センサをリニアガイド等の摩擦要素がある位置制御機構に用いた場合、その測定結果は、制御対象に働く静止摩擦力の影響を受け誤差が生じるおそれがある。 One approach to this problem is to use a sensor to detect the external force and set the distance between the two controlled objects to the optimum distance (free length of the spring). However, installing the sensor requires separate wiring and electrical circuits. This makes the position control mechanism complicated and expensive. Furthermore, if a force sensor that directly measures external force is used in a position control mechanism that has a friction element such as a linear guide, the measurement results may be affected by the static friction force acting on the controlled object, resulting in errors.

本発明の目的は、ばねで接続される2つの制御対象の離間距離をばねの自由長さに保持する位置制御機構を低コストで提供することである。 The object of the present invention is to provide a low-cost position control mechanism that maintains the distance between two control objects connected by a spring at the free length of the spring.

本発明の位置制御機構は、所定の方向に沿って移動自在な第1の制御対象と所定の方向に沿って移動自在な第2の制御対象とを伸縮自在なばねで接続し、第1の制御対象と第2の制御対象との離間距離を保持しながら第1の制御対象と第2の制御対象の位置を制御する。位置制御機構は、第1の制御対象を電流を用いて駆動し、所定の方向に沿って移動させる第1の移動手段と、第2の制御対象を電流を用いて駆動し、所定の方向に沿って移動させる第2の移動手段と、第1の制御対象および第2の制御対象の位置を計測する位置計測手段と、第1の移動手段および第2の移動手段を制御する制御手段と、を備える。制御手段は、位置計測手段により計測された第1の制御対象の位置を任意の位置に移動、停止させるように、第1の移動手段を制御し、位置計測手段により計測された第2の制御対象の位置を任意の位置に移動、停止させるように、第2の移動手段を制御する位置制御部と、第1の移動手段と第2の移動手段との少なくとも一方に流れる電流値を検出する電流値検出部と、第1の制御対象と第2の制御対象との間に働く対象間力が所定の許容値以下となる第1の制御対象と第2の制御対象との適正離間距離を電流値検出部が検出する電流値に基づいて算出する算出部と、を備える。位置制御部は、算出部により算出された適正離間距離を保つように第1の移動手段および第2の移動手段を制御することを特徴とする。 The position control mechanism of the present invention connects a first control object movable along a predetermined direction to a second control object movable along a predetermined direction with an expandable spring, and controls the positions of the first control object and the second control object while maintaining a separation distance between the first control object and the second control object. The position control mechanism includes a first moving means for driving the first control object using a current to move it along the predetermined direction, a second moving means for driving the second control object using a current to move it along the predetermined direction, a position measurement means for measuring the positions of the first control object and the second control object, and a control means for controlling the first moving means and the second moving means. The control means includes a position control unit that controls the first moving means so as to move and stop the position of the first control object measured by the position measurement means at an arbitrary position, and controls the second moving means so as to move and stop the position of the second control object measured by the position measurement means at an arbitrary position, a current value detection unit that detects a current value flowing through at least one of the first moving means and the second moving means, and a calculation unit that calculates an appropriate separation distance between the first control object and the second control object based on the current value detected by the current value detection unit, at which the inter-object force acting between the first control object and the second control object is equal to or less than a predetermined allowable value. The position control unit controls the first moving means and the second moving means so as to maintain the appropriate separation distance calculated by the calculation unit.

本発明では、制御手段は、算出部により算出された適正離間距離を用いて対象間力が所定の許容値以下となるように2つの制御対象の離間距離を制御するため、外力を加えてばねを伸縮させる必要がない。このため、位置制御機構は、ばねを伸縮させるための外力を発生させる第1の移動手段や第2の移動手段(例えばモータ等)の発熱や消費電力を抑制することができる。また、センサを用いることなく制御することができるため、位置制御機構の装置が複雑になることやコストがかかること、静止摩擦力の影響による誤差が生じること等を抑制することができる。したがって、位置制御機構は、低コストでばねで接続される2つの制御対象の離間距離をばねの自由長さで保持することができる。 In the present invention, the control means uses the appropriate separation distance calculated by the calculation unit to control the separation distance between the two control objects so that the force between the objects is equal to or less than a predetermined allowable value, so there is no need to apply an external force to expand or contract the spring. Therefore, the position control mechanism can suppress heat generation and power consumption of the first moving means and second moving means (e.g., motors, etc.) that generate external forces to expand and contract the spring. In addition, since control can be performed without using a sensor, it is possible to suppress the device of the position control mechanism from becoming complicated and expensive, and the occurrence of errors due to the influence of static friction force. Therefore, the position control mechanism can maintain the separation distance between the two control objects connected by the spring at low cost by the free length of the spring.

この際、算出部は、所定の初期位置に第1の制御対象と第2の制御対象とを位置決めしたときに第1の移動手段または第2の移動手段の少なくとも一方に流れる電流値と、対象間力を電流値から算出するための定数(推力定数)と、前記ばねのばね定数とを用いて対象間力を最小にする適正離間距離を算出することが好ましい。 At this time, it is preferable that the calculation unit calculates the appropriate separation distance that minimizes the inter-object force using a current value that flows through at least one of the first moving means or the second moving means when the first control object and the second control object are positioned at a predetermined initial position, a constant (thrust constant) for calculating the inter-object force from the current value, and a spring constant of the spring.

このような構成によれば、算出部は、所定の初期位置に第1の制御対象と第2の制御対象とを位置決めしたときに第1の移動手段または第2の移動手段の少なくとも一方に流れる電流値と、対象間力を電流値から算出するための定数(推力定数)と、前記ばねのばね定数とを用いて容易に対象間力を最小にする適正離間距離を算出することができる。 With this configuration, the calculation unit can easily calculate the appropriate separation distance that minimizes the inter-object force by using the current value flowing through at least one of the first moving means or the second moving means when the first control object and the second control object are positioned at a predetermined initial position, a constant (thrust constant) for calculating the inter-object force from the current value, and the spring constant of the spring.

または、算出部は、離間距離を第1の距離としたときの第1の移動手段または第2の移動手段の少なくとも一方に流れる第1電流値と、離間距離を第1の距離とは異なる第2の距離としたときの第1電流値に対応する移動手段の第2電流値とを用いて適正離間距離を算出することが好ましい。 Alternatively, it is preferable that the calculation unit calculates the appropriate separation distance using a first current value flowing through at least one of the first moving means or the second moving means when the separation distance is a first distance, and a second current value of the moving means corresponding to the first current value when the separation distance is a second distance different from the first distance.

このような構成によれば、算出部は、例えばばねのばね定数や第1の移動手段または第2の移動手段の推力定数などの所定の定数が既知ではない場合であっても、容易に対象間力を最小にする適正離間距離を算出することができる。 With this configuration, the calculation unit can easily calculate the appropriate separation distance that minimizes the inter-object force even if certain constants, such as the spring constant of the spring or the thrust constant of the first moving means or the second moving means, are not known.

または、第1電流値に対して、第2電流値は正負逆の電流値であり、算出部が二分法を用いて新たな目標離間距離を算出し、位置制御部が離間距離を当該新たな目標離間距離となるよう制御し、離間距離が当該新たな目標離間距離に制御された状態で電流値検出部が電流値を検出する、一連の手順を繰り返して、適正離間距離を算出することが好ましい。 Alternatively, it is preferable to calculate the appropriate separation distance by repeating a series of steps in which the second current value is a current value with a positive and negative opposite to the first current value, the calculation unit calculates a new target separation distance using a dichotomy method, the position control unit controls the separation distance to the new target separation distance, and the current value detection unit detects the current value while the separation distance is controlled to the new target separation distance.

このような構成によれば、算出部は、二分法を用いて容易に対象間力を所定の許容値以下となるように制御するための適正離間距離を算出することができる。 With this configuration, the calculation unit can easily use the bisection method to calculate the appropriate separation distance to control the inter-object force to be equal to or less than a predetermined allowable value.

または、位置制御部は、第1の制御対象または第2の制御対象の一方の位置を所定の位置に位置決めし、ばねの許容ストローク内において、第1の制御対象または第2の制御対象の他方を前記他方の移動手段を用いて一定速で移動させる。算出部は、離間距離と、第1の移動手段または第2の移動手段の少なくとも一方に流れる電流値とを連続的に取得し、連続的に取得した離間距離と電流値とを用いて適正離間距離を算出することが好ましい。 Alternatively, the position control unit positions one of the first control object or the second control object at a predetermined position, and moves the other of the first control object or the second control object at a constant speed using the other moving means within the allowable stroke of the spring. It is preferable that the calculation unit continuously obtains the separation distance and the current value flowing through at least one of the first moving means or the second moving means, and calculates the appropriate separation distance using the continuously obtained separation distance and current value.

このような構成によれば、算出部は、離間距離と、第1の移動手段または第2の移動手段の少なくとも一方に流れる電流値とを連続的に取得し、連続的に取得した離間距離と電流値とを用いて容易に対象間力を最小にする適正離間距離を算出することができる。また、第1の制御対象または第2の制御対象の他方を一定速で移動させることで、静止摩擦力の影響を抑制することができる。 According to this configuration, the calculation unit continuously acquires the separation distance and the current value flowing through at least one of the first moving means or the second moving means, and can easily calculate the appropriate separation distance that minimizes the force between the objects using the continuously acquired separation distance and current value. In addition, by moving the other of the first control object or the second control object at a constant speed, the effect of static friction force can be suppressed.

本発明の位置制御機構は、所定の方向に沿って移動自在な第1の制御対象と所定の方向に沿って移動自在な第2の制御対象とを伸縮自在なばねで接続し、第1の制御対象と第2の制御対象との離間距離を保持しながら第1の制御対象と第2の制御対象の位置を制御する。ばねは、空気ばねにより構成される。位置制御機構は、第1の制御対象を電流を用いて駆動し、所定の方向に沿って移動させる第1の移動手段と、第2の制御対象を電流を用いて駆動し、所定の方向に沿って移動させる第2の移動手段と、第1の制御対象の位置と第2の制御対象の位置を計測する位置計測手段と、第1の移動手段、第2の移動手段、および空気ばねの自由長さを調整するための内圧を制御する制御手段と、を備える。制御手段は、位置計測手段により計測された第1の制御対象の位置を任意の位置に移動、停止させるように、第1の移動手段を制御し、位置計測手段により計測された第2の制御対象の位置を任意の位置に移動、停止させるように、第2の移動手段を制御する位置制御部と、空気ばねの内圧を制御する内圧制御部と、第1の移動手段と第2の移動手段との少なくとも一方に流れる電流値を検出する電流値検出部と、位置制御部によって離間距離が所定の設定離間距離になるよう第1の移動手段および第2の移動手段が制御された状態において、第1の制御対象と第2の制御対象との間に働く対象間力が所定の許容値以下となる空気ばねの適正内圧を電流値検出部が検出する電流値に基づいて算出する算出部と、を備える。内圧制御部は、算出部により算出された適正内圧を保つように空気ばねの内圧を制御することを特徴とする。 The position control mechanism of the present invention connects a first control object movable along a predetermined direction and a second control object movable along a predetermined direction with an expandable spring, and controls the positions of the first control object and the second control object while maintaining a separation distance between the first control object and the second control object. The spring is an air spring. The position control mechanism includes a first moving means for driving the first control object using an electric current to move it along the predetermined direction, a second moving means for driving the second control object using an electric current to move it along the predetermined direction, a position measuring means for measuring the positions of the first control object and the second control object, and a control means for controlling the first moving means, the second moving means, and the internal pressure for adjusting the free length of the air spring. The control means includes a position control unit that controls the first moving means so as to move and stop the position of the first control object measured by the position measurement means at an arbitrary position, and controls the second moving means so as to move and stop the position of the second control object measured by the position measurement means at an arbitrary position, an internal pressure control unit that controls the internal pressure of the air spring, a current value detection unit that detects a current value flowing through at least one of the first moving means and the second moving means, and a calculation unit that calculates an appropriate internal pressure of the air spring based on a current value detected by the current value detection unit when the first moving means and the second moving means are controlled by the position control unit so that the separation distance becomes a predetermined set separation distance, at which the inter-object force acting between the first control object and the second control object is equal to or less than a predetermined allowable value. The internal pressure control unit is characterized by controlling the internal pressure of the air spring so as to maintain the appropriate internal pressure calculated by the calculation unit.

本発明では、制御手段は、予め設定した所定の設定離間距離において、算出部により算出された適正内圧を用いて対象間力が所定の許容値以下となるように空気ばねの自由長さを制御するため、外力を加えてばねを伸縮させる必要がない。このため、位置制御機構は、ばねを伸縮させるための外力を生じさせる第1の移動手段や第2の移動手段(例えばモータ等)の発熱や消費電力を抑制することができる。また、空気ばねの自由長さを制御できるため、離間距離を予め設定した所定の設定離間距離にすることができる。 In the present invention, the control means controls the free length of the air spring using the appropriate internal pressure calculated by the calculation unit at a predetermined set separation distance so that the target force is equal to or less than a predetermined allowable value, eliminating the need to apply an external force to expand or contract the spring. Therefore, the position control mechanism can suppress heat generation and power consumption of the first moving means and second moving means (e.g., motors, etc.) that generate external forces to expand or contract the spring. In addition, because the free length of the air spring can be controlled, the separation distance can be set to a predetermined set separation distance.

または、算出部は、内圧を第1の内圧としたときの第1の移動手段または第2の移動手段の少なくとも一方に流れる第1電流値と、内圧を第1の内圧とは異なる第2の内圧としたときの第1電流値に対応する移動手段の第2電流値とを用いて適正内圧を算出することが好ましい。 Alternatively, it is preferable that the calculation unit calculates the appropriate internal pressure using a first current value flowing through at least one of the first moving means or the second moving means when the internal pressure is a first internal pressure, and a second current value of the moving means corresponding to the first current value when the internal pressure is a second internal pressure different from the first internal pressure.

このような構成によれば、算出部は、例えば空気ばねの内圧と空気ばねの自由長さの関係など空気ばねの特性が既知ではない場合であっても、容易に対象間力を最小にする適正内圧を算出することができる。 With this configuration, the calculation unit can easily calculate the appropriate internal pressure that minimizes the inter-target force even if the characteristics of the air spring, such as the relationship between the internal pressure of the air spring and the free length of the air spring, are not known.

または、第1電流値に対して、第2電流値は正負逆の電流値であり、算出部が二分法を用いて新たな目標内圧を算出し、内圧制御部が内圧を当該新たな目標内圧となるよう制御し、内圧が当該新たな目標内圧に制御された状態で電流値検出部が電流値を検出する、一連の手順を繰り返して、適正内圧を算出することが好ましい。 Alternatively, it is preferable to calculate the appropriate internal pressure by repeating a series of steps in which the second current value is a current value with a positive and negative inverse to the first current value, the calculation unit calculates a new target internal pressure using a dichotomy method, the internal pressure control unit controls the internal pressure to become the new target internal pressure, and the current value detection unit detects the current value while the internal pressure is controlled to the new target internal pressure.

このような構成によれば、算出部は、二分法を用いて容易に対象間力を所定の許容値以下となるように制御するための適正内圧を算出することができる。 With this configuration, the calculation unit can easily use the bisection method to calculate the appropriate internal pressure for controlling the inter-subject force to be equal to or less than a predetermined allowable value.

または、内圧制御部は、内圧を一定の時間変化率で変化させる。算出部は、内圧制御部が制御する内圧と、第1の移動手段または第2の移動手段の少なくとも一方に流れる電流値とを連続的に取得し、連続的に取得した内圧と電流値とを用いて適正内圧を算出することが好ましい。 Alternatively, the internal pressure control unit changes the internal pressure at a constant rate of change over time. It is preferable that the calculation unit continuously acquires the internal pressure controlled by the internal pressure control unit and the value of the current flowing through at least one of the first moving means or the second moving means, and calculates the appropriate internal pressure using the continuously acquired internal pressure and current value.

このような構成によれば、算出部は、内圧制御部が制御する内圧と、第1の移動手段または第2の移動手段の少なくとも一方に流れる電流値とを連続的に取得し、連続的に取得した内圧と電流値とを用いて容易に対象間力を最小にする適正内圧を算出することができる。 With this configuration, the calculation unit continuously acquires the internal pressure controlled by the internal pressure control unit and the current value flowing through at least one of the first moving means or the second moving means, and can easily calculate the appropriate internal pressure that minimizes the inter-subject force using the continuously acquired internal pressure and current value.

または、電流値検出部が電流値を検出する際に、位置制御部は、離間距離を一定に保ちつつ、第1の制御対象と第2の制御対象とを同一かつ一定の速度で移動させるよう第1の移動手段および第2の移動手段を制御することが好ましい。 Alternatively, when the current value detection unit detects the current value, it is preferable that the position control unit controls the first moving means and the second moving means so as to move the first control object and the second control object at the same and constant speed while keeping the separation distance constant.

このような構成によれば、位置制御部は、離間距離を一定に保ちつつ、第1の制御対象と第2の制御対象とを同一かつ一定の速度で移動させるよう第1の移動手段および第2の移動手段を制御するため、算出部は、容易に対象間力を最小にする適正離間距離または適正内圧の少なくとも一方を算出することができる。 With this configuration, the position control unit controls the first moving means and the second moving means to move the first control object and the second control object at the same and constant speed while keeping the separation distance constant, so that the calculation unit can easily calculate at least one of the appropriate separation distance or the appropriate internal pressure that minimizes the force between the objects.

この際、ばねは、第1の制御対象と接続される一端側および第2の制御対象と接続される他端側の間に配置される空気ばねであることが好ましい。 In this case, it is preferable that the spring is an air spring arranged between one end connected to the first control object and the other end connected to the second control object.

このような構成によれば、ばねは、空気ばねであることで、2つの制御対象間において高い振動絶縁性が得られ、通常のばねに見られるサージング現象もほとんど発生しない。 With this configuration, the spring is an air spring, which provides high vibration isolation between the two controlled objects and hardly ever causes the surging phenomenon seen with normal springs.

または、空気ばねは、第1空間と第2空間との2つの空間に分離されている並列2重空気ばねであることが好ましい。 Alternatively, it is preferable that the air spring is a parallel double air spring separated into two spaces, a first space and a second space.

このような構成によれば、空気ばねは、第1空間と第2空間との2つの空間を有する並列2重空気ばねであることで、位置制御機構を先述の光学式測長機に適用した場合に、第2空間を略真空状態にして測長用のレーザ光路を配置することができる。そして、上記測長用のレーザ光路を用いることで、大気中の空気の温度や気圧、湿度、CO濃度の変動による屈折率の変化に起因したレーザ波長の変動を排除し、高精度の測長が可能になる。 According to this configuration, the air spring is a parallel double air spring having two spaces, the first space and the second space, so that when the position control mechanism is applied to the optical length measuring device described above, the second space can be made into a substantially vacuum state and the laser optical path for length measurement can be arranged. By using the above-mentioned laser optical path for length measurement, it is possible to eliminate the variation in the laser wavelength caused by the change in the refractive index due to the variation in the temperature, pressure, humidity, and CO2 concentration of the air in the atmosphere, and to enable highly accurate length measurement.

第1実施形態に係る位置制御機構の構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a position control mechanism according to the first embodiment. 前記位置制御機構の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the position control mechanism. 前記位置制御機構における適正離間距離の設定方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a method for setting an appropriate separation distance in the position control mechanism. 前記位置制御機構における第2の制御対象の位置とばね力との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the position of a second controlled object and a spring force in the position control mechanism. 第2実施形態に係る位置制御機構の構成を示す概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a position control mechanism according to a second embodiment. 前記位置制御機構の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the position control mechanism. 前記位置制御機構における適正内圧の設定方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a method for setting an appropriate internal pressure in the position control mechanism. 前記位置制御機構におけるばねの内圧と空気ばね力との関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between the internal pressure of the spring and the air spring force in the position control mechanism. 第3実施形態に係る位置制御機構の構成を示す概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing a configuration of a position control mechanism according to a third embodiment.

〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図1から図4に基づいて説明する。
図1は、第1実施形態に係る位置制御機構1の構成を示す概略図である。位置制御機構1は、図1に示すように、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2との離間距離を保持しながら第1の制御対象W1と第2の制御対象W2の位置を制御する。具体的には、位置制御機構1は、第1の制御対象W1および第2の制御対象W2を同期制御する。
First Embodiment
A first embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS.
Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a position control mechanism 1 according to the first embodiment. As shown in Fig. 1, the position control mechanism 1 controls the positions of the first control object W1 and the second control object W2 while maintaining the separation distance between the first control object W1 and the second control object W2. Specifically, the position control mechanism 1 synchronously controls the first control object W1 and the second control object W2.

図1に示すように、第1の制御対象W1は、X方向に沿って移動自在とされる。また、第2の制御対象W2も、X方向に沿って移動自在とされる。第1の制御対象W1と第2の制御対象W2とは、伸縮自在なばね2で接続されている。ばね2は、X方向に伸縮自在なコイルばねである。ばね2の一端側は、第1の制御対象W1と接続され、ばね2の他端側は、第2の制御対象W2と接続されている。なお、X方向は本発明における所定の方向に相当する。 As shown in FIG. 1, the first control object W1 is movable along the X direction. The second control object W2 is also movable along the X direction. The first control object W1 and the second control object W2 are connected by a spring 2 that can expand and contract. The spring 2 is a coil spring that can expand and contract in the X direction. One end of the spring 2 is connected to the first control object W1, and the other end of the spring 2 is connected to the second control object W2. The X direction corresponds to the predetermined direction in this invention.

位置制御機構1は、第1の移動手段11と、第2の移動手段12と、を備える。第1の移動手段11は、第1の制御対象W1を動かすための駆動機構と、X方向に沿って移動させる案内機構を備える。同様に、第2の移動手段12は、第2の制御対象W2を動かすための駆動機構と、X方向に沿って移動させる案内機構を備える。駆動機構には、リニアモータや、モータとボールネジ等を組み合わせた駆動機構が用いられる。なお、駆動機構に用いられるアクチュエータは、モータに限定されず、電流を用いて駆動対象(すなわち第1の制御対象W1や第2の制御対象W2)を移動させることができるものであればどのようなものを採用してもよい。案内機構には、リニアガイドや、静圧案内等の案内機構が用いられ、駆動対象は同軸上を移動する。第1の移動手段11と、第2の移動手段12とは、1つの案内機構を共用してもよい。 The position control mechanism 1 includes a first moving means 11 and a second moving means 12. The first moving means 11 includes a drive mechanism for moving the first control object W1 and a guide mechanism for moving it along the X direction. Similarly, the second moving means 12 includes a drive mechanism for moving the second control object W2 and a guide mechanism for moving it along the X direction. The drive mechanism includes a linear motor, a combination of a motor and a ball screw, etc. Note that the actuator used in the drive mechanism is not limited to a motor, and any actuator that can move the drive object (i.e., the first control object W1 or the second control object W2) using an electric current may be used. The guide mechanism includes a linear guide, a hydrostatic guide, or the like, and the drive object moves on the same axis. The first moving means 11 and the second moving means 12 may share one guide mechanism.

図2は、位置制御機構1の構成を示すブロック図である。図2に示すように、位置制御機構1は、位置計測手段3と、制御手段4と、をさらに備える。位置計測手段3は、第1の制御対象W1および第2の制御対象W2の位置を計測する。位置計測手段3としては、例えばスケールを用いることができる。具体的には、位置計測手段3は、第1の制御対象W1および第2の制御対象W2のそれぞれの絶対位置が得られるアブソリュート型のスケール(ABSスケール)とするとよい。ABSスケールは、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2の絶対位置から2つの制御対象W1,W2の離間距離を直接得ることができる。なお、位置計測手段3は、ABSスケールに限定されず、第1の制御対象W1の位置と第2の制御対象W2の位置を計測することができればどのようなものを採用してもよい。例えば、位置計測手段3は、インクリメンタル型のスケール(INCスケール)であってもよい。位置計測手段3がINCスケールである場合、システム起動時等の初期化時の位置を原点とし、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2の原点における離間距離を後述する適正離間距離の初期設定値とするとよい。 Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the position control mechanism 1. As shown in Figure 2, the position control mechanism 1 further includes a position measurement means 3 and a control means 4. The position measurement means 3 measures the positions of the first control object W1 and the second control object W2. For example, a scale can be used as the position measurement means 3. Specifically, the position measurement means 3 may be an absolute type scale (ABS scale) that can obtain the absolute positions of the first control object W1 and the second control object W2. The ABS scale can directly obtain the separation distance between the two control objects W1 and W2 from the absolute positions of the first control object W1 and the second control object W2. Note that the position measurement means 3 is not limited to the ABS scale, and any means may be used as long as it can measure the positions of the first control object W1 and the second control object W2. For example, the position measurement means 3 may be an incremental type scale (INC scale). If the position measurement means 3 is an INC scale, the position at the time of initialization, such as when the system is started, should be set as the origin, and the distance between the first control object W1 and the second control object W2 at the origin should be set as the initial setting value of the appropriate distance described below.

制御手段4は、位置制御部5と、電流値検出部6と、算出部7と、再設定部8と、を備え、第1の移動手段11および第2の移動手段12を制御する。 The control means 4 includes a position control unit 5, a current value detection unit 6, a calculation unit 7, and a resetting unit 8, and controls the first moving means 11 and the second moving means 12.

位置制御部5は、位置計測手段3により計測された第1の制御対象W1の位置を任意の位置に移動、停止させるように、第1の移動手段11を制御する。位置制御部5は、同様に、位置計測手段3により計測された第2の制御対象W2の位置を任意の位置に移動、停止させるように、第2の移動手段12を制御する。 The position control unit 5 controls the first moving means 11 to move and stop the position of the first control object W1 measured by the position measurement means 3 to an arbitrary position. Similarly, the position control unit 5 controls the second moving means 12 to move and stop the position of the second control object W2 measured by the position measurement means 3 to an arbitrary position.

電流値検出部6は、第1の移動手段11と第2の移動手段12との少なくとも一方に流れる電流値を検出する。具体的には、電流値検出部6は、第2の移動手段12に流れる電流値を検出する。 The current value detection unit 6 detects the value of a current flowing through at least one of the first moving means 11 and the second moving means 12. Specifically, the current value detection unit 6 detects the value of a current flowing through the second moving means 12.

算出部7は、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2との間の適正離間距離を電流値検出部6が検出する電流値に基づいて算出する。「適正離間距離」とは、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2との間に働く対象間力が所定の許容値以下となる離間距離である。「対象間力」とは、ばね2を介して第1の制御対象W1と第2の制御対象W2との間に働く力である。離間距離とばね2の自由長さが一致していない状態で離間距離を保持するには、対象間力に抗して離間距離を保持する力が必要となる。この離間距離を保持する力を発生させるために、第1の移動手段11と第2の移動手段12で電流が消費される。「対象間力が所定の許容値以下」の状態では、対象間力に抗する力を発生させるために消費される電流の値(電流値)が十分小さくゼロに近い値であることが好ましい。第1の制御対象W1と第2の制御対象W2との離間距離が、ばね2の自由長さに十分に近い適正離間距離となれば対象間力は十分小さくなり、離間距離とばね2の自由長さが一致すれば、対象間力はゼロとなる。算出部7による具体的な適正離間距離の算出方法は後述する。 The calculation unit 7 calculates the appropriate separation distance between the first control object W1 and the second control object W2 based on the current value detected by the current value detection unit 6. The "appropriate separation distance" is a separation distance at which the inter-object force acting between the first control object W1 and the second control object W2 is equal to or less than a predetermined allowable value. The "inter-object force" is a force acting between the first control object W1 and the second control object W2 via the spring 2. In order to maintain the separation distance in a state in which the separation distance and the free length of the spring 2 do not match, a force is required to maintain the separation distance against the inter-object force. In order to generate the force to maintain the separation distance, current is consumed by the first moving means 11 and the second moving means 12. In the state in which the "inter-object force is equal to or less than a predetermined allowable value," it is preferable that the value of the current consumed to generate the force against the inter-object force is sufficiently small and close to zero. If the distance between the first control target W1 and the second control target W2 is an appropriate distance that is sufficiently close to the free length of the spring 2, the inter-target force will be sufficiently small, and if the distance matches the free length of the spring 2, the inter-target force will be zero. A specific method for calculating the appropriate distance by the calculation unit 7 will be described later.

再設定部8は、算出部7により算出された適正離間距離を2つの制御対象W1,W2の離間距離として再設定する。位置制御部5は、算出部7により算出された適正離間距離を保つように第1の移動手段11および第2の移動手段12を制御する。 The resetting unit 8 resets the appropriate separation distance calculated by the calculation unit 7 as the separation distance between the two control objects W1 and W2. The position control unit 5 controls the first moving means 11 and the second moving means 12 so as to maintain the appropriate separation distance calculated by the calculation unit 7.

続いて、位置制御機構1における位置制御部5の適正離間距離の設定方法について説明する。図3は、位置制御機構1における適正離間距離の設定方法を示すフローチャートである。 Next, we will explain how to set the appropriate distance for the position control unit 5 in the position control mechanism 1. Figure 3 is a flowchart showing how to set the appropriate distance for the position control mechanism 1.

先ず、電流値検出部6は、第2の移動手段12(第1の移動手段11)の電流値を検出する電流値検出工程を実行する(ステップST01)。次に、電流値検出部6は、検出した電流値が所定の許容値以下か否かを判定する電流値判定工程を実行する(ステップST02)。 First, the current value detection unit 6 executes a current value detection process to detect the current value of the second moving means 12 (first moving means 11) (step ST01). Next, the current value detection unit 6 executes a current value determination process to determine whether the detected current value is equal to or less than a predetermined allowable value (step ST02).

検出された電流値が所定の許容値以下であると判定された場合(ステップST02でYES)、現在設定されている離間距離が適正離間距離であるとして、位置制御機構1は適正離間距離の設定手順を終了する。検出された電流値が所定の許容値以下ではないと判定された場合(ステップST02でNO)、算出部7は、電流値検出部6により検出された電流値に基づいて対象間力が所定の許容値以下となるように制御するための適正離間距離を算出する算出工程を実行する(ステップST03)。 If it is determined that the detected current value is equal to or less than the predetermined allowable value (YES in step ST02), the position control mechanism 1 terminates the procedure for setting the appropriate distance, assuming that the currently set separation distance is the appropriate separation distance. If it is determined that the detected current value is not equal to or less than the predetermined allowable value (NO in step ST02), the calculation unit 7 executes a calculation process for calculating the appropriate separation distance for controlling the target separation force to be equal to or less than the predetermined allowable value based on the current value detected by the current value detection unit 6 (step ST03).

次に、再設定部8は、算出部7により算出された適正離間距離を再設定する再設定工程を実行する(ステップST04)。位置制御部5は、再設定された適正離間距離に基づいて第2の移動手段12を制御する位置制御工程を実行する(ステップST05)。位置制御工程(ステップST05)を実行した後、再び電流値検出部6は、第2の移動手段12(第1の移動手段11)の電流値を検出する電流値検出工程を実行する(ステップST01)。そして、検出された電流値が所定の許容値以下であると判定された場合(ステップST02でYES)、設定された離間距離が適正離間距離であるとして、位置制御機構1は、適正離間距離の設定手順を終了する。 Next, the resetting unit 8 executes a resetting process to reset the appropriate separation distance calculated by the calculating unit 7 (step ST04). The position control unit 5 executes a position control process to control the second moving means 12 based on the reset appropriate separation distance (step ST05). After executing the position control process (step ST05), the current value detection unit 6 again executes a current value detection process to detect the current value of the second moving means 12 (first moving means 11) (step ST01). Then, if it is determined that the detected current value is equal to or less than the predetermined allowable value (YES in step ST02), the position control mechanism 1 determines that the set separation distance is the appropriate separation distance and ends the procedure for setting the appropriate separation distance.

以下、算出部7が算出する適正離間距離の算出方法について具体的に説明する。
はじめに、適正離間距離の算出に用いる変数、定数、数式等について説明する。図1に示すように、先ず、ばね2の長さをD1とし、第1の制御対象W1の位置をX1とし、位置X1からばね2の一端側の接続位置までの長さをL1とし、第2の制御対象W2の位置をX2とし、位置X2からばね2の他端側の接続位置までの長さをL2とする。なお、長さL1と長さL2とばね2の自由長さD0は定数である。
A method for calculating the appropriate separation distance by the calculation unit 7 will be specifically described below.
First, the variables, constants, formulas, etc. used in calculating the appropriate separation distance will be described. As shown in Fig. 1, the length of the spring 2 is D1, the position of the first control object W1 is X1, the length from the position X1 to the connection position of one end of the spring 2 is L1, the position of the second control object W2 is X2, and the length from the position X2 to the connection position of the other end of the spring 2 is L2. The lengths L1, L2, and the free length D0 of the spring 2 are constants.

次に、ばね2の長さD1は、式(1)で表すことができる。ばね2のばね定数をKとし、ばね2の自由長さをD0とすると、ばねに働くばね力Fは、フックの法則から式(2)で表される。 Next, the length D1 of spring 2 can be expressed by equation (1). If the spring constant of spring 2 is K and the free length of spring 2 is D0, the spring force F acting on the spring can be expressed by equation (2) from Hooke's law.

ここで、ばね力Fは、対象間力である。第1の制御対象W1に働く力をF1とし、第2の制御対象W2に働く力をF2とすると、式(3)で表されるように、ばね力Fと第1の制御対象W1に働く力F1と第2の制御対象W2に働く力F2とは等しい。なお、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2とに働く静止摩擦力は無視できる程に十分小さいと仮定する。 Here, the spring force F is the inter-object force. If the force acting on the first control object W1 is F1 and the force acting on the second control object W2 is F2, then as expressed in equation (3), the spring force F is equal to the force F1 acting on the first control object W1 and the force F2 acting on the second control object W2. Note that it is assumed that the static friction force acting on the first control object W1 and the second control object W2 is small enough to be negligible.

D1=X2-X1-(L1+L2) …(1)
F=K・(D1-D0) …(2)
F=F1=F2 …(3)
D1=X2-X1-(L1+L2)...(1)
F=K・(D1-D0)...(2)
F=F1=F2...(3)

第1の制御対象W1がリニアモータを用いた第1の移動手段11で駆動され、第1の移動手段11の推力定数をKT1とし、第1の移動手段11に流れる電流をI1とすると、第1の制御対象W1に働く力F1は、式(4)で表される。 When the first control object W1 is driven by a first moving means 11 using a linear motor, the thrust constant of the first moving means 11 is KT1, and the current flowing through the first moving means 11 is I1, the force F1 acting on the first control object W1 is expressed by equation (4).

第2の制御対象W2がリニアモータを用いた第2の移動手段12で駆動され、第2の移動手段12の推力定数をKT2とし、第2の移動手段12に流れる電流をI2とすると、第2の制御対象W2に働く力F2は、式(5)で表される。推力定数KT1およびKT2は、本発明における対象間力を電流値から算出するための定数の一例である。なお、第1の移動手段11や第2の移動手段12に回転型モータが用いられる場合には、KT1およびKT2として、各推力定数と等価な定数をトルク定数および、駆動機構のトルク推力変換係数から求めて用いるとよい。 If the second control object W2 is driven by the second moving means 12 using a linear motor, the thrust constant of the second moving means 12 is KT2, and the current flowing through the second moving means 12 is I2, then the force F2 acting on the second control object W2 is expressed by equation (5). The thrust constants KT1 and KT2 are examples of constants used in the present invention to calculate the inter-object force from the current value. Note that, if a rotary motor is used for the first moving means 11 or the second moving means 12, it is advisable to use constants equivalent to each thrust constant as KT1 and KT2, calculated from the torque constant and the torque-thrust conversion coefficient of the drive mechanism.

F1=KT1・I1 …(4)
F2=KT2・I2 …(5)
F1=KT1・I1...(4)
F2=KT2・I2...(5)

位置制御部5(図2参照)は、第1の制御対象W1を位置X1に位置決めする位置制御を実行する。その際、第1の移動手段11に流れる電流I1の値を電流値検出部6(図2参照)により検出し、検出した電流I1の値を式(4)に代入することにより第1の制御対象W1に働く力F1を求めることができる。 The position control unit 5 (see FIG. 2) executes position control to position the first control object W1 at position X1. At that time, the value of the current I1 flowing through the first moving means 11 is detected by the current value detection unit 6 (see FIG. 2), and the force F1 acting on the first control object W1 can be obtained by substituting the detected value of the current I1 into equation (4).

また、位置制御部5は、第2の制御対象W2を位置X2に位置決めする位置制御を実行する。その際、第2の移動手段12に流れる電流I2の値を電流値検出部6により検出し、検出した電流I2の値を式(5)に代入することにより第2の制御対象W2に働く力F2を算出することができる。 The position control unit 5 also executes position control to position the second control object W2 at position X2. At that time, the value of the current I2 flowing through the second moving means 12 is detected by the current value detection unit 6, and the force F2 acting on the second control object W2 can be calculated by substituting the detected value of the current I2 into equation (5).

ここで、式(2)に式(1)を代入して整理すると式(6)のようにばね力Fは、第2の制御対象W2の位置X2の1次式で表される。 Now, by substituting equation (1) into equation (2) and rearranging, the spring force F is expressed as a linear equation of the position X2 of the second control object W2, as shown in equation (6).

F=K・X2-K・(X1+(L1+L2)+D0) …(6) F=K・X2−K・(X1+(L1+L2)+D0)…(6)

次に、対象間力となるばね力Fと、第2の制御対象W2の位置X2と、の関係を明らかにするために、位置制御部5は、第1の制御対象W1を位置X1に位置決めする指令を第1の移動手段11に出して第1の制御対象W1の位置を一定に保ち、第2の移動手段12により第2の制御対象W2の位置X2を変更する。 Next, to clarify the relationship between the spring force F, which is the inter-object force, and the position X2 of the second control object W2, the position control unit 5 issues a command to the first moving means 11 to position the first control object W1 at position X1, thereby keeping the position of the first control object W1 constant, and changes the position X2 of the second control object W2 by the second moving means 12.

ここで、第2の制御対象W2が位置X2にあるときのばね力Fは、第1の移動手段11に流れる電流I1を電流値検出部6(図2参照)により検出し、検出した電流I1の値を式(4)に代入することにより算出することができる。なお、第2の移動手段12に流れる電流I2を電流値検出部6により検出し、検出した電流I2の値を式(5)に代入してもばね力Fを算出することができる。 Here, the spring force F when the second control object W2 is at position X2 can be calculated by detecting the current I1 flowing through the first moving means 11 with the current value detection unit 6 (see FIG. 2) and substituting the value of the detected current I1 into equation (4). Note that the spring force F can also be calculated by detecting the current I2 flowing through the second moving means 12 with the current value detection unit 6 and substituting the value of the detected current I2 into equation (5).

図4は、位置制御機構1における第2の制御対象W2の位置X2とばね力Fとの関係を示すグラフである。図4のグラフにおいて、縦軸はばね力Fであり、横軸は第2の制御対象W2の位置X2である。また、適正離間距離の初期設定値における第2の制御対象W2の位置X2を横軸の原点(P0)とし、適正離間距離の初期設定値において、ばね力Fを求めた結果をF(P0)とする。また、対象間力が最小(つまりF(P2)=0)となる第2の制御対象W2の位置X2をP2として示す。 Figure 4 is a graph showing the relationship between the position X2 of the second control object W2 in the position control mechanism 1 and the spring force F. In the graph of Figure 4, the vertical axis is the spring force F, and the horizontal axis is the position X2 of the second control object W2. The position X2 of the second control object W2 at the initial setting value of the appropriate separation distance is set as the origin (P0) of the horizontal axis, and the result of calculating the spring force F at the initial setting value of the appropriate separation distance is set as F(P0). The position X2 of the second control object W2 at which the inter-object force is minimum (i.e. F(P2) = 0) is shown as P2.

以下、図4を用いて算出部7による対象間力を最小にする適正離間距離の算出方法を説明する。算出部7は、第1~第5のいずれかの算出方法によって第2の制御対象W2の位置P2に基づく適正離間距離を算出する。 The calculation method of the calculation unit 7 for the appropriate separation distance that minimizes the inter-object force will be described below with reference to FIG. 4. The calculation unit 7 calculates the appropriate separation distance based on the position P2 of the second control object W2 using any one of the first to fifth calculation methods.

<第1の方法>
以下、算出部7により適正離間距離を算出する第1の方法を説明する。第1の方法は、第2の測定対象W2の位置と電流値と対象間力を電流値から算出するための定数(推力定数等)とばね2のばね定数が分かれば容易に適正離間距離を算出することができる方法である。具体的には、第1の方法では、第2の制御対象W2の初期設定値P0と、初期設定値P0で位置決めしたときに第1の移動手段11に流れる電流I1と、ばね2のばね定数を用いて位置P2に基づく適正離間距離を求める。
<First Method>
Hereinafter, a first method for calculating the appropriate separation distance by the calculation unit 7 will be described. The first method is a method that can easily calculate the appropriate separation distance if the position and current value of the second measurement target W2, a constant (thrust constant, etc.) for calculating the inter-target force from the current value, and the spring constant of the spring 2 are known. Specifically, in the first method, the appropriate separation distance based on the position P2 is found using the initial setting value P0 of the second control target W2, the current I1 flowing through the first moving means 11 when positioned at the initial setting value P0, and the spring constant of the spring 2.

第2の制御対象W2の原点位置P0=0におけるばね力をF(P0)とする。また、対象間力を0にする第2の制御対象W2の位置をP2とする。前述の式(6)にこれらを代入すると、式(7)と式(8)とが得られる。そして、式(7)を式(8)に代入して第2の制御対象W2の位置P2について解くと、式(9)が得られる。 Let F(P0) be the spring force of the second control object W2 at the origin position P0=0. Let P2 be the position of the second control object W2 where the inter-object force is set to 0. Substituting these into the above-mentioned equation (6), equations (7) and (8) are obtained. Then, substituting equation (7) into equation (8) and solving for the position P2 of the second control object W2, equation (9) is obtained.

F(P0)=K・0-K・(X1+(L1+L2)+D0) …(7)
0=K・P2-K(X1+(L1+L2)+D0) …(8)
P2=-F(P0)/K …(9)
F(P0)=K・0−K・(X1+(L1+L2)+D0)…(7)
0=K・P2−K(X1+(L1+L2)+D0)…(8)
P2=-F(P0)/K...(9)

ここで、初期設定値P0で位置決めしたときに第1の移動手段11に流れる電流をI1(P0)とすると、式(4)から適正離間距離の初期設定値P0におけるばね力F(P0)は、式(10)で表せる。そして、式(10)を式(9)に代入すると式(11)が得られる。このように、対象間力を最小にする第2の制御対象W2の位置P2は、第1の移動手段11に流れる電流I1(P0)を用いて式(11)から算出することができる。 If the current flowing through the first moving means 11 when positioned at the initial setting value P0 is I1(P0), then the spring force F(P0) at the initial setting value P0 of the appropriate separation distance can be expressed from equation (4) by equation (10). Then, by substituting equation (10) into equation (9), equation (11) is obtained. In this way, the position P2 of the second control object W2 that minimizes the inter-object force can be calculated from equation (11) using the current I1(P0) flowing through the first moving means 11.

F(P0)=KT1・I1(P0) …(10)
P2=-KT1・I1(P0)/K …(11)
F(P0)=KT1・I1(P0)...(10)
P2=-KT1・I1(P0)/K...(11)

すなわち、第1の方法において、算出部7は、所定の初期位置に第1の制御対象W1と第2の制御対象W2とを位置決めしたときに第1の移動手段11または第2の移動手段12の少なくとも一方に流れる電流値と、対象間力を電流値から算出するための定数(推力定数等)と、ばね2のばね定数とを用いて対象間力を最小にする適正離間距離を算出する。 In other words, in the first method, the calculation unit 7 calculates the appropriate separation distance that minimizes the inter-object force using the current value flowing through at least one of the first moving means 11 or the second moving means 12 when the first control object W1 and the second control object W2 are positioned at a predetermined initial position, a constant (such as a thrust constant) for calculating the inter-object force from the current value, and the spring constant of the spring 2.

<第2の方法>
以下、算出部7により適正離間距離を算出する第2の方法を説明する。第2の方法では、ばね2のばね定数Kや第1の移動手段11の対象間力を電流値から算出するための定数(推力定数等)KT1が既知でない場合に、対象間力を最小にする第2の制御対象W2の位置P2に基づく適正離間距離を求めることができる。
<Second Method>
Hereinafter, a second method for calculating the appropriate separation distance by the calculation unit 7 will be described. In the second method, when the spring constant K of the spring 2 or the constant (such as a thrust constant) KT1 for calculating the inter-object force of the first moving means 11 from the current value is not known, it is possible to find the appropriate separation distance based on the position P2 of the second control object W2 that minimizes the inter-object force.

第2の制御対象W2の原点位置P0=0におけるばね力をF(P0)とする。原点位置P0は、本発明における第1の距離に対応する第2の制御対象W2の位置である。また、対象間力を最小にする第2の制御対象W2の位置をP2とする。 The spring force of the second control object W2 at the origin position P0=0 is defined as F(P0). The origin position P0 is the position of the second control object W2 that corresponds to the first distance in the present invention. In addition, the position of the second control object W2 that minimizes the inter-object force is defined as P2.

ここで、新たに設定した第2の制御対象W2の位置をP1とする。このP1は、本発明における第2の距離に対応する第2の制御対象W2の位置である。第2の制御対象W2がP1に位置するときのばね力をF(P1)とすると、前述の式(6)から式(12)が得られる。式(7)を式(12)に代入して、ばね定数Kについて整理すると式(13)が得られる。式(13)のばね定数Kを式(9)に代入すると式(14)が得られる。 Here, the position of the newly set second control object W2 is set as P1. This P1 is the position of the second control object W2 that corresponds to the second distance in the present invention. If the spring force when the second control object W2 is located at P1 is set as F(P1), then equation (12) can be obtained from equation (6) above. By substituting equation (7) into equation (12) and rearranging for the spring constant K, equation (13) can be obtained. By substituting the spring constant K of equation (13) into equation (9), equation (14) can be obtained.

F(P1)=K・P1-K・(X1+(L1+L2)+D0) …(12)
F(P1)=K・P1+F(P0)
K=(F(P1)-F(P0))/P1 …(13)
P2=-F(P0)・P1/(F(P1)-F(P0)) …(14)
F(P1)=K・P1−K・(X1+(L1+L2)+D0)…(12)
F(P1)=K・P1+F(P0)
K=(F(P1)-F(P0))/P1...(13)
P2=-F(P0)・P1/(F(P1)-F(P0))...(14)

ここで、第2の制御対象W2の位置P0における第1の移動手段11の電流をI1(P0)とし、第2の制御対象W2の位置P1における第1の移動手段11の電流をI1(P1)とすると、式(4)から式(15)と式(16)とが得られる。さらに、式(14)に式(15)および式(16)を代入すると式(17)が得られる。 Here, if the current of the first moving means 11 at the position P0 of the second control object W2 is I1 (P0), and the current of the first moving means 11 at the position P1 of the second control object W2 is I1 (P1), then equations (15) and (16) are obtained from equation (4). Furthermore, equation (17) is obtained by substituting equations (15) and (16) into equation (14).

F(P0)=KT1・I1(P0) …(15)
F(P1)=KT1・I1(P1) …(16)
P2=-KT1・I1(P0)・P1/(KT1・I1(P1)-KT1・I1(P0))
P2=-I1(P0)・P1/(I1(P1)-I1(P0)) …(17)
F(P0)=KT1・I1(P0)...(15)
F(P1)=KT1・I1(P1)...(16)
P2=-KT1・I1(P0)・P1/(KT1・I1(P1)-KT1・I1(P0))
P2=-I1(P0)・P1/(I1(P1)-I1(P0))...(17)

このようにして、第2の制御対象W2の位置P0における電流I1(P0)と、新たに設定した第2の制御対象W2の位置P1と、第2の制御対象W2の位置P1における第1の移動手段11に流れる電流I1(P1)から、式(17)により、対象間力を0にする第2の制御対象W2の位置P2を算出することができる。なお、第2の制御対象W2の新たな位置P1は、ばね定数Kの設計値や、概略値から第1の方法で求めた対象間力を最小にする第2の制御対象W2の推定位置を用いてもよい。また、ばね2の許容ストロークに基づいてばね2の許容ストローク内の任意の値を設定してもよい。 In this way, the position P2 of the second control object W2 that makes the inter-object force zero can be calculated using equation (17) from the current I1 (P0) at the position P0 of the second control object W2, the newly set position P1 of the second control object W2, and the current I1 (P1) flowing through the first moving means 11 at the position P1 of the second control object W2. Note that the new position P1 of the second control object W2 may be the design value of the spring constant K or an estimated position of the second control object W2 that minimizes the inter-object force calculated by the first method from the approximate value. Also, any value within the allowable stroke of the spring 2 may be set based on the allowable stroke of the spring 2.

また、図3に示す所定の離間距離の設定方法において第2の方法を複数回繰り返して、対象間力を最小にする第2の制御対象W2の位置P2を求めてもよい。測定ノイズや静止摩擦力などの影響により、第1の移動手段11の電流I1が0に収束しない場合は、第1の移動手段11の電流I1が設定した電流値以下になった時点で、前述の繰り返しを終了するようにするとよい。 In addition, in the method of setting the predetermined separation distance shown in FIG. 3, the second method may be repeated multiple times to obtain the position P2 of the second control target W2 that minimizes the inter-target force. If the current I1 of the first moving means 11 does not converge to 0 due to the influence of measurement noise, static friction force, etc., it is advisable to end the above-mentioned repetition when the current I1 of the first moving means 11 becomes equal to or less than the set current value.

すなわち、第2の方法において、算出部7は、離間距離を第1の距離としたときの第1の移動手段11または第2の移動手段12の少なくとも一方に流れる第1電流値と、離間距離を第1の距離とは異なる第2の距離としたときの第1電流値に対応する移動手段の第2電流値とを用いて適正離間距離を算出する。 That is, in the second method, the calculation unit 7 calculates the appropriate separation distance using a first current value flowing through at least one of the first moving means 11 or the second moving means 12 when the separation distance is a first distance, and a second current value of the moving means corresponding to the first current value when the separation distance is a second distance different from the first distance.

<第3の方法>
以下、算出部7により適正離間距離を算出する第3の方法を説明する。第3の方法では、所定の場合に二分法を用いて容易に適正離間距離を算出することができる。具体的には、第3の方法は、第2の方法における第2の制御対象W2の新たな位置X2(本発明における第2の距離に対応する位置)が、図4に示すP3のように、第1の移動手段11の電流I1(P0)と正負が逆の電流値I1(P3)である場合に適用することができ、二分法を用いて対象間力を最小にする第2の制御対象W2の位置P2に基づく適正離間距離を求める。
<Third Method>
Hereinafter, a third method for calculating the appropriate separation distance by the calculation unit 7 will be described. In the third method, the appropriate separation distance can be easily calculated in a predetermined case by using a bisection method. Specifically, the third method can be applied when the new position X2 of the second control object W2 in the second method (the position corresponding to the second distance in the present invention) is a current value I1 (P3) whose positive and negative are opposite to those of the current I1 (P0) of the first moving means 11, as shown in FIG. 4, and the appropriate separation distance based on the position P2 of the second control object W2 that minimizes the inter-object force is obtained by using a bisection method.

二分法を用いて第2の制御対象W2の位置設定を複数回繰り返すことで、ばね2が非線形ばね特性を持つ場合や、第1の移動手段11の推力定数KT1が電流値によって異なる非線形性を持つ場合や、推力定数KT1が移動手段11の位置によって異なる位置依存性を持つ場合であっても、対象間力を最小にする第2の制御対象W2の位置P2を算出することができる。 By repeating the position setting of the second control object W2 multiple times using the bisection method, it is possible to calculate the position P2 of the second control object W2 that minimizes the inter-object force even when the spring 2 has nonlinear spring characteristics, when the thrust constant KT1 of the first moving means 11 has nonlinearity that differs depending on the current value, or when the thrust constant KT1 has position dependency that differs depending on the position of the moving means 11.

すなわち、第3の方法では、第2の制御対象W2の新たな位置X2(本発明における第2の距離に対応する位置)を、第2電流値が正負逆の電流値となるような位置とする。そして、算出部7が二分法を用いて新たな目標離間距離を算出し、位置制御部5が離間距離を当該新たな目標離間距離となるよう制御し、離間距離が当該新たな目標離間距離に制御された状態で電流値検出部6が電流値を検出する。これらの、一連の手順を繰り返して、適正離間距離を算出する。 In other words, in the third method, the new position X2 of the second control object W2 (the position corresponding to the second distance in the present invention) is set to a position where the second current value has an opposite positive and negative current value. Then, the calculation unit 7 calculates a new target separation distance using the bisection method, the position control unit 5 controls the separation distance to the new target separation distance, and the current value detection unit 6 detects the current value in a state where the separation distance is controlled to the new target separation distance. A series of these steps are repeated to calculate the appropriate separation distance.

<第4の方法>
以下、算出部7により適正離間距離を算出する第4の方法を説明する。第4の方法は、2つの制御対象W1,W2の一方を一定速で移動させることができる場合に適正離間距離を算出する方法である。具体的には、第4の方法は、図4に示すように、第1の制御対象W1を位置X1に位置決めした状態で、ばね2の許容ストローク内において、第2の制御対象W2を一定速で移動させながら第2の制御対象W2の位置X2と、第1の移動手段11の電流I1を連続的に取得し、それらのデータから電流I1が0になる第2の制御対象W2の位置X2を求めて、対象間力を最小にする第2の制御対象W2の位置P2に基づく適正離間距離を設定する方法である。
<Fourth Method>
A fourth method for calculating the appropriate separation distance by the calculation unit 7 will be described below. The fourth method is a method for calculating the appropriate separation distance when one of the two control objects W1 and W2 can be moved at a constant speed. Specifically, as shown in FIG. 4, the fourth method is a method for continuously acquiring the position X2 of the second control object W2 and the current I1 of the first moving means 11 while moving the second control object W2 at a constant speed within the allowable stroke of the spring 2 in a state where the first control object W1 is positioned at the position X1, and determining the position X2 of the second control object W2 at which the current I1 becomes 0 from the data, and setting the appropriate separation distance based on the position P2 of the second control object W2 that minimizes the inter-object force.

算出部7は、例えば、連続的に取得した位置X2と電流I2のデータに対し最小二乗法を適用して、第2の制御対象W2の位置X2と第1の移動手段11の電流I1の関係を位置X2の多項式で近似し、この多項式から電流I1=0の位置を求めて、対象間力を最小にする第2の制御対象W2の位置P2に基づく適正離間距離を算出する。 The calculation unit 7, for example, applies the least squares method to the continuously acquired data on position X2 and current I2 to approximate the relationship between the position X2 of the second control object W2 and the current I1 of the first moving means 11 with a polynomial of position X2, determines the position where current I1 = 0 from this polynomial, and calculates the appropriate separation distance based on the position P2 of the second control object W2 that minimizes the inter-object force.

すなわち、第4の方法において、位置制御部5は、第1の制御対象W1または第2の制御対象W2の一方の位置を所定の位置に位置決めし、ばね2の許容ストローク内において、第1の制御対象W1または第2の制御対象W2の他方を他方の移動手段を用いて一定速で移動させる。算出部7は、離間距離と、第1の移動手段11または第2の移動手段12の少なくとも一方に流れる電流値とを連続的に取得し、連続的に取得した離間距離と電流値とを用いて適正離間距離を算出する。 That is, in the fourth method, the position control unit 5 positions one of the first control object W1 or the second control object W2 at a predetermined position, and moves the other of the first control object W1 or the second control object W2 at a constant speed using the other moving means within the allowable stroke of the spring 2. The calculation unit 7 continuously obtains the separation distance and the current value flowing through at least one of the first moving means 11 or the second moving means 12, and calculates the appropriate separation distance using the continuously obtained separation distance and current value.

<第5の方法>
以下、算出部7により適正離間距離を算出する第5の方法を説明する。第5の方法は、2つの制御対象W1,W2を同一かつ一定の速度で移動させることができ、かつ第1の制御対象W1と第2の制御対象W2のいずれか一方の動摩擦力が十分小さい場合に適正離間距離を算出する方法である。具体的には、第5の方法は、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2を所定の離間距離を保持したまま、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2を同一、かつ、一定の速度で移動させ、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2のいずれか一方の動摩擦力が十分小さい移動手段の電流を電流値検出部6により検出する。そして、これを所定の離間距離を変更して複数回実行し、設定した所定の離間距離と、検出した電流との関係を第1から3の方法と同様の手法により求め、対象間力を最小にする適正離間距離を求める。
<Fifth Method>
Hereinafter, a fifth method for calculating the appropriate separation distance by the calculation unit 7 will be described. The fifth method is a method for calculating the appropriate separation distance when the two control objects W1 and W2 can be moved at the same and constant speed, and the kinetic friction force of either the first control object W1 or the second control object W2 is sufficiently small. Specifically, the fifth method is a method for calculating the appropriate separation distance when the first control object W1 and the second control object W2 are moved at the same and constant speed while maintaining a predetermined separation distance between them, and the current value detection unit 6 detects the current of the moving means in which the kinetic friction force of either the first control object W1 or the second control object W2 is sufficiently small. Then, this is executed multiple times by changing the predetermined separation distance, and the relationship between the set predetermined separation distance and the detected current is obtained by the same method as the first to third methods, and the appropriate separation distance that minimizes the force between the objects is obtained.

第1の制御対象W1と第2の制御対象W2のいずれか一方の動摩擦力が十分小さい場合、静止摩擦力の影響を除いた対象間力を測定することができる。なお、動摩擦力がなければ、対象間力を最小にする所定の離間距離において、等速運動中の動摩擦力がない制御対象の駆動手段の電流は0となる。 When the kinetic friction force of either the first control object W1 or the second control object W2 is sufficiently small, it is possible to measure the force between the objects excluding the effect of static friction force. If there is no kinetic friction force, the current of the drive means of the control object without kinetic friction force during uniform motion will be 0 at a specified separation distance that minimizes the force between the objects.

すなわち、第5の方法において、電流値検出部6が電流値を検出する際に、位置制御部5は、離間距離を一定に保ちつつ、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2とを同一かつ一定の速度で移動させるよう第1の移動手段11および第2の移動手段12を制御し、算出部7は、その制御により得られた電流値等を用いて静止摩擦力の影響を除いた適正離間距離を算出する。 In other words, in the fifth method, when the current value detection unit 6 detects the current value, the position control unit 5 controls the first moving means 11 and the second moving means 12 to move the first control object W1 and the second control object W2 at the same and constant speed while keeping the separation distance constant, and the calculation unit 7 uses the current value obtained by this control, etc. to calculate the appropriate separation distance excluding the influence of static friction force.

これら第1~第5の方法のいずれかの方法を用いて算出部7は、適正離間距離を算出する。再設定部8は、算出部7が算出した適正離間距離を2つの制御対象W1,W2の離間距離として再設定する。位置制御部5は、再設定部8により再設定された適正離間距離に基づいて第1の移動手段11と第2の移動手段12を制御する。その結果、第1の制御対象W1と第2の制御対象との離間距離はばね2の自由長さと略一致し、制御対象W1,W2の離間距離を保持するために移動手段11,12に流す電流を抑制することができる。 The calculation unit 7 calculates the appropriate separation distance using any one of these first to fifth methods. The resetting unit 8 resets the appropriate separation distance calculated by the calculation unit 7 as the separation distance between the two control objects W1 and W2. The position control unit 5 controls the first moving means 11 and the second moving means 12 based on the appropriate separation distance reset by the resetting unit 8. As a result, the separation distance between the first control object W1 and the second control object approximately matches the free length of the spring 2, and the current flowing through the moving means 11 and 12 to maintain the separation distance between the control objects W1 and W2 can be suppressed.

このような第1実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
(1)制御手段4は、算出部7により算出された適正離間距離を用いて対象間力が所定の許容値以下となるように2つの制御対象W1,W2の離間距離を制御するため、外力を加えてばね2を伸縮させる必要がない。このため、位置制御機構1は、ばね2を伸縮させるための外力を生じさせる第1の移動手段11や第2の移動手段12の発熱や消費電力を抑制することができる。また、センサを用いることなく制御することができるため、位置制御機構1の構造が複雑になることやコストがかかること、静止摩擦力の影響による誤差が生じること等を抑制することができる。したがって、位置制御機構1は、低コストでばね2で接続される2つの制御対象W1,W2の離間距離をばね2の自由長さで保持することができる。
According to the first embodiment, the following actions and effects can be achieved.
(1) The control means 4 uses the appropriate separation distance calculated by the calculation unit 7 to control the separation distance between the two control objects W1 and W2 so that the inter-object force is equal to or less than a predetermined allowable value, so there is no need to apply an external force to expand or contract the spring 2. Therefore, the position control mechanism 1 can suppress the heat generation and power consumption of the first moving means 11 and the second moving means 12 that generate the external force for expanding or contracting the spring 2. In addition, since control can be performed without using a sensor, it is possible to suppress the structure of the position control mechanism 1 from becoming complicated and costly, and the occurrence of errors due to the influence of static friction force. Therefore, the position control mechanism 1 can maintain the separation distance between the two control objects W1 and W2 connected by the spring 2 at low cost by the free length of the spring 2.

(2)算出部7は、所定の初期位置に第1の制御対象W1と第2の制御対象W2とを位置決めしたときに第1の移動手段11または第2の移動手段12の少なくとも一方に流れる電流値と、対象間力を電流値から算出するための定数と、ばね2のばね定数を用いて容易に対象間力を最小にする適正離間距離を算出することができる。
(3)算出部7は、例えばばね2のばね定数や第1の移動手段11または第2の移動手段12の推力定数などの所定の定数が既知ではない場合であっても、容易に対象間力を最小にする適正離間距離を算出することができる。
(2) The calculation unit 7 can easily calculate the appropriate separation distance that minimizes the inter-object force by using the current value flowing through at least one of the first moving means 11 or the second moving means 12 when the first control object W1 and the second control object W2 are positioned at a predetermined initial position, a constant for calculating the inter-object force from the current value, and the spring constant of the spring 2.
(3) The calculation unit 7 can easily calculate the appropriate separation distance that minimizes the force between the objects, even if certain constants such as the spring constant of the spring 2 or the thrust constant of the first moving means 11 or the second moving means 12 are not known.

(4)算出部7は、二分法を用いて容易に対象間力を所定の許容値以下となるように制御するための適正離間距離を算出することができる。
(5)算出部7は、離間距離と、第1の移動手段11または第2の移動手段12の少なくとも一方に流れる電流値とを連続的に取得し、連続的に取得した離間距離と電流値とを用いて容易に対象間力を最小にする適正離間距離を算出することができる。
(6)位置制御部5は、離間距離を一定に保ちつつ、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2とを同一かつ一定の速度で移動させるよう第1の移動手段11および第2の移動手段12を制御することで、算出部7は、静止摩擦力の影響を除いた対象間力を最小にする適正離間距離を算出することができる。
(4) The calculation unit 7 can easily calculate the appropriate separation distance for controlling the inter-object force to be equal to or less than a predetermined allowable value using the bisection method.
(5) The calculation unit 7 continuously acquires the separation distance and the current value flowing through at least one of the first moving means 11 or the second moving means 12, and can easily calculate the appropriate separation distance that minimizes the force between the objects using the continuously acquired separation distance and current value.
(6) The position control unit 5 controls the first moving means 11 and the second moving means 12 to move the first control object W1 and the second control object W2 at the same and constant speed while keeping the separation distance constant, so that the calculation unit 7 can calculate the appropriate separation distance that minimizes the force between the objects excluding the influence of static friction force.

〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態を図5から図8に基づいて説明する。なお、以下の説明では、第1実施形態と共通の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to Figures 5 to 8. In the following description, the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

図5は、第2実施形態に係る位置制御機構1Aの構成を示す概略図である。前記第1実施形態では、ばね2は、X方向に伸縮自在なコイルばねであった。第2実施形態では、図5に示すように、位置制御機構1Aにおけるばね2Aは、X方向に伸縮自在な空気ばねである点で前記第1実施形態と異なる。また、位置制御機構1Aの制御手段4Aは、位置制御部5、電流値検出部6、算出部7、および再設定部8に加え、ばね2Aの内圧を制御する内圧制御部13をさらに備える点で前記第1実施形態と異なる。 Figure 5 is a schematic diagram showing the configuration of a position control mechanism 1A according to the second embodiment. In the first embodiment, the spring 2 was a coil spring that was expandable and contractable in the X direction. In the second embodiment, as shown in Figure 5, the spring 2A in the position control mechanism 1A is an air spring that is expandable and contractable in the X direction, which is different from the first embodiment. Also, the control means 4A of the position control mechanism 1A is different from the first embodiment in that, in addition to the position control unit 5, current value detection unit 6, calculation unit 7, and reset unit 8, it further includes an internal pressure control unit 13 that controls the internal pressure of the spring 2A.

ばね2Aは、蛇腹部20Aを有する圧縮気体の弾力性を利用した空気ばねである。ばね2Aは、その一端が第1の制御対象W1と接続され、他端が第2の制御対象W2と接続される。蛇腹部20Aは、ダイヤフラムや蛇腹状の金属等で構成されてX方向に伸縮する。蛇腹部20Aの内部は、圧縮気体を封入できる空間となっており、加圧ポンプにより空気等の圧縮気体で満たされている。ばね2Aの自由長さは、蛇腹部20Aのばね特性と、大気圧と、圧縮気体の圧力(以下、「内圧」という)により決まる。ばね2Aの自由長さは、内圧制御部13により制御される。ばね2Aの自由長さは、内圧制御部13を用いて内圧を制御することで変更できる。 The spring 2A is an air spring that utilizes the elasticity of compressed gas and has a bellows portion 20A. One end of the spring 2A is connected to the first control object W1, and the other end is connected to the second control object W2. The bellows portion 20A is made of a diaphragm, a bellows-shaped metal, etc., and expands and contracts in the X direction. The inside of the bellows portion 20A is a space that can be filled with compressed gas, and is filled with compressed gas such as air by a pressure pump. The free length of the spring 2A is determined by the spring characteristics of the bellows portion 20A, the atmospheric pressure, and the pressure of the compressed gas (hereinafter referred to as "internal pressure"). The free length of the spring 2A is controlled by the internal pressure control unit 13. The free length of the spring 2A can be changed by controlling the internal pressure using the internal pressure control unit 13.

図6は、位置制御機構1Aの構成を示すブロック図である。第2実施形態では、図6に示すように、制御手段4Aは、内圧制御部13を備え、ばね2Aの自由長さを調整すべく内圧を制御する点で前記第1実施形態における制御手段4と異なる。また、前記第1実施形態では、算出部7は、適正離間距離を算出していたが、第2実施形態では、算出部7Aは、適正内圧を算出する点で前記第1実施形態と異なる。ここで、「適正内圧」とは、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2との間に働く対象間力が所定の許容値以下となる内圧である。ばね2Aの内圧を適正内圧とすると、ばね2Aの自由長さは第1の制御対象W1と第2の制御対象W2との離間距離と略一致し、対象間力は十分に小さくなる。 Figure 6 is a block diagram showing the configuration of the position control mechanism 1A. In the second embodiment, as shown in Figure 6, the control means 4A includes an internal pressure control unit 13, and is different from the control means 4 in the first embodiment in that it controls the internal pressure to adjust the free length of the spring 2A. In addition, while the calculation unit 7 calculates the appropriate separation distance in the first embodiment, the calculation unit 7A in the second embodiment is different from the first embodiment in that it calculates the appropriate internal pressure. Here, the "appropriate internal pressure" is an internal pressure at which the inter-object force acting between the first control object W1 and the second control object W2 is equal to or less than a predetermined allowable value. If the internal pressure of the spring 2A is the appropriate internal pressure, the free length of the spring 2A approximately matches the separation distance between the first control object W1 and the second control object W2, and the inter-object force is sufficiently small.

算出部7Aは、位置制御部5によって離間距離が所定の設定離間距離になるよう第1の移動手段11および第2の移動手段12が制御された状態において、適正内圧を電流値検出部6が検出する電流値に基づいて算出する。内圧制御部13は、図示しないコンプレッサや圧力調整弁を介して、算出部7Aにより算出された適正内圧を保つようにばね2Aの内圧を制御する。また、内圧制御部13は、ばね2Aの内圧を測定するセンサを用いて、フィードバック制御系を構成して、ばね2Aの内圧を制御してもよい。 The calculation unit 7A calculates the appropriate internal pressure based on the current value detected by the current value detection unit 6 in a state in which the first moving means 11 and the second moving means 12 are controlled by the position control unit 5 so that the separation distance becomes a predetermined set separation distance. The internal pressure control unit 13 controls the internal pressure of the spring 2A via a compressor and a pressure regulating valve (not shown) so as to maintain the appropriate internal pressure calculated by the calculation unit 7A. The internal pressure control unit 13 may also control the internal pressure of the spring 2A by configuring a feedback control system using a sensor that measures the internal pressure of the spring 2A.

続いて、位置制御機構1Aにおける適正内圧の設定方法について説明する。図7は、位置制御機構1Aにおける適正内圧の設定方法を示すフローチャートである。
先ず、電流値検出部6は、第1の移動手段11(第2の移動手段12)の電流値を検出する電流値検出工程を実行する(ステップST11)。次に、電流値検出部6は、検出した電流値が所定の許容値以下か否かを判定する電流値判定工程を実行する(ステップST12)。
Next, a method for setting an appropriate internal pressure in the position control mechanism 1A will be described with reference to a flowchart shown in FIG 7.
First, the current value detection unit 6 executes a current value detection step of detecting a current value of the first moving means 11 (second moving means 12) (step ST11). Next, the current value detection unit 6 executes a current value determination step of determining whether the detected current value is equal to or less than a predetermined allowable value (step ST12).

検出された電流値が所定の許容値以下であると判定された場合(ステップST12でYES)、現在設定されているばね2Aの内圧(蛇腹部20Aに封入されている気体にかかる圧力)が適正内圧であるとして、位置制御機構1Aは適正内圧の設定手順を終了する。検出された電流値が所定の許容値以下ではないと判定された場合(ステップST12でNO)、算出部7Aは、電流値検出部6により検出された電流値に基づいて適正内圧を算出する算出工程を実行する(ステップST13)。 If it is determined that the detected current value is equal to or less than the predetermined allowable value (YES in step ST12), the position control mechanism 1A terminates the procedure for setting the appropriate internal pressure, assuming that the currently set internal pressure of the spring 2A (the pressure applied to the gas sealed in the bellows portion 20A) is the appropriate internal pressure. If it is determined that the detected current value is not equal to or less than the predetermined allowable value (NO in step ST12), the calculation unit 7A executes a calculation process for calculating the appropriate internal pressure based on the current value detected by the current value detection unit 6 (step ST13).

次に、再設定部8Aは、算出部7Aにより算出された適正内圧を再設定する再設定工程を実行する(ステップST14)。内圧制御部13は、再設定部8Aにより再設定された適正内圧に基づいてばね2Aの長さを制御する内圧制御工程を実行する(ステップST15)。内圧制御工程(ステップST15)を実行した後、再び電流値検出部6は、第1の移動手段11(第2の移動手段12)の電流値を検出する電流値検出工程を実行する(ステップST11)。そして、検出された電流値が所定の許容値以下であると判定された場合(ステップST12でYES)、設定されたばね2Aの内圧が適正内圧であるとして、位置制御機構1Aは適正内圧の設定手順を終了する。 Next, the resetting unit 8A executes a resetting process to reset the appropriate internal pressure calculated by the calculation unit 7A (step ST14). The internal pressure control unit 13 executes an internal pressure control process to control the length of the spring 2A based on the appropriate internal pressure reset by the resetting unit 8A (step ST15). After executing the internal pressure control process (step ST15), the current value detection unit 6 again executes a current value detection process to detect the current value of the first moving means 11 (second moving means 12) (step ST11). Then, if it is determined that the detected current value is equal to or less than the predetermined allowable value (YES in step ST12), the position control mechanism 1A determines that the set internal pressure of the spring 2A is the appropriate internal pressure and ends the procedure for setting the appropriate internal pressure.

以下、具体的な位置制御機構1Aにおける適正内圧の算出方法を説明する。
はじめに、適正内圧の算出に用いる変数、定数、数式等について説明する。ばね2Aの長さD1(図5参照)を一定に保持する場合、ばね2Aに加わる力FAは、蛇腹部20Aのばね定数Kと、ばね2Aの内圧PPと、大気圧PAと、ばね2Aの比例定数KAと、を用いて式(18)で表すことができる。ここで、D0はばね2Aの自由長さである。ばね2Aに加わる力FAは、ばね2Aの内圧PPに比例し、ばね2Aの内圧PPを用いて、ばね2Aに加わる力FAを任意の値に設定できる。
A specific method for calculating the appropriate internal pressure in the position control mechanism 1A will be described below.
First, the variables, constants, formulas, etc. used to calculate the appropriate internal pressure will be described. When the length D1 (see FIG. 5) of the spring 2A is kept constant, the force FA applied to the spring 2A can be expressed by formula (18) using the spring constant K of the bellows portion 20A, the internal pressure PP of the spring 2A, the atmospheric pressure PA, and the proportionality constant KA of the spring 2A. Here, D0 is the free length of the spring 2A. The force FA applied to the spring 2A is proportional to the internal pressure PP of the spring 2A, and the force FA applied to the spring 2A can be set to an arbitrary value using the internal pressure PP of the spring 2A.

FA=KA・(PP-PA)-K・(D1-D0)
FA=KA・PP-(KA・PA+K・(D1-D0)) …(18)
FA=KA・(PP-PA)-K・(D1-D0)
FA=KA・PP−(KA・PA+K・(D1−D0))…(18)

第1実施形態と同様に、第1の移動手段11に流れる電流I1を電流値検出部6により検出し、検出した電流I1を式(4)に代入することで空気ばね力FAを算出することができる。なお、第2の移動手段12に流れる電流I2を電流値検出部6により検出し、検出した電流I2を式(5)に代入して空気ばね力FAを算出することもできる。すなわち、第1実施形態で適正離間距離を算出したのと同様に、算出部7Aは、第1~第5のいずれかの算出方法によって適正内圧を算出し、内圧制御部13は、再設定部8Aにより再設定された適正内圧に基づいてばね2Aの長さを制御する。以下で説明するように、第1実施形態において算出部7が適正離間距離を算出したのと同様に、算出部7Aは、第1~第5のいずれかの算出方法を用いて適正内圧を算出する。 As in the first embodiment, the current I1 flowing through the first moving means 11 is detected by the current value detection unit 6, and the air spring force FA can be calculated by substituting the detected current I1 into formula (4). The current I2 flowing through the second moving means 12 can also be detected by the current value detection unit 6, and the air spring force FA can be calculated by substituting the detected current I2 into formula (5). That is, as in the first embodiment, the calculation unit 7A calculates the appropriate internal pressure using any one of the first to fifth calculation methods, and the internal pressure control unit 13 controls the length of the spring 2A based on the appropriate internal pressure reset by the reset unit 8A. As described below, as in the first embodiment, the calculation unit 7A calculates the appropriate internal pressure using any one of the first to fifth calculation methods.

図8は、位置制御機構1Aにおけるばね2Aの内圧と空気ばね力との関係を示すグラフである。図8のグラフは、大気圧PAを一定値とした場合のグラフである。縦軸は空気ばね力FAであり、横軸はばね2Aの内圧である。また、ばね2Aの内圧の初期設定値を原点(PP0)とし、ばね2Aの内圧の初期設定値において、空気ばね力FAを求めた結果をFA(PP0)とする。さらに、対象間力を最小(つまりFA(PP2)=0)となるばね2Aの内圧をPP2として示す。 Figure 8 is a graph showing the relationship between the internal pressure of spring 2A in position control mechanism 1A and the air spring force. The graph in Figure 8 is a graph when the atmospheric pressure PA is a constant value. The vertical axis is the air spring force FA, and the horizontal axis is the internal pressure of spring 2A. The initial setting value of the internal pressure of spring 2A is set as the origin (PP0), and the result of calculating the air spring force FA at the initial setting value of the internal pressure of spring 2A is set as FA(PP0). Furthermore, the internal pressure of spring 2A at which the inter-objective force is minimum (i.e. FA(PP2) = 0) is shown as PP2.

ここで、式(6)と式(18)とを比較すると、式(6)は、第2の制御対象W2の位置X2の1次式であり、式(18)はばね2Aの内圧PPの1次式であることがわかる。また、図3のグラフと図8のグラフとを比較した場合も同様にそれぞれ同じ一次式を表すグラフであることがわかる。すなわち、第1実施形態と同様の第1~第5のいずれかの算出方法を算出部7Aに用いてばね2Aの自由長さに設定できる内圧PPを適正内圧として算出し、再設定部8Aにより再設定することで、内圧制御部13は、対象間力を所定の許容値以下にすることができる。 Comparing equation (6) and equation (18), it can be seen that equation (6) is a linear expression for the position X2 of the second control object W2, and equation (18) is a linear expression for the internal pressure PP of spring 2A. Similarly, comparing the graph in FIG. 3 with the graph in FIG. 8, it can be seen that they are graphs that represent the same linear expression. That is, by using any one of the first to fifth calculation methods similar to those in the first embodiment in the calculation unit 7A to calculate the internal pressure PP that can be set to the free length of spring 2A as the appropriate internal pressure, and then resetting it using the resetting unit 8A, the internal pressure control unit 13 can keep the inter-object force below a predetermined allowable value.

第1の方法では、算出部7Aは、空気ばねの内圧を所定の初期内圧としたときに第1の移動手段または第2の移動手段の少なくとも一方に流れる電流値と、対象間力を電流値から算出するための定数と、ばね2Aの比例定数とを用いて対象間力を最小にする適正内圧を算出するとよい。第1の方法は、対象間力を電流値から算出するための定数と、ばね2Aの比例定数が既知である場合に用いることができる。 In the first method, the calculation unit 7A calculates the appropriate internal pressure that minimizes the inter-target force using the current value that flows through at least one of the first moving means or the second moving means when the internal pressure of the air spring is set to a predetermined initial internal pressure, a constant for calculating the inter-target force from the current value, and a proportionality constant of the spring 2A. The first method can be used when the constant for calculating the inter-target force from the current value and the proportionality constant of the spring 2A are known.

また、第2の方法では、算出部7Aは、内圧を第1の内圧としたときの第1の移動手段または第2の移動手段の少なくとも一方に流れる第1電流値と、内圧を第1の内圧とは異なる第2の内圧としたときの第1電流値に対応する移動手段の第2電流値とを用いて適正内圧を算出するとよい。第2の方法は、第1の内圧としたときの第1電流値と第2の内圧としたときの第2電流値を用いることで、対象間力を電流値から算出するための定数やばね2Aの比例定数が未知である場合でも適正内圧を算出することができる。 In the second method, the calculation unit 7A may calculate the appropriate internal pressure using a first current value flowing through at least one of the first moving means or the second moving means when the internal pressure is a first internal pressure, and a second current value of the moving means corresponding to the first current value when the internal pressure is a second internal pressure different from the first internal pressure. By using the first current value when the first internal pressure is set and the second current value when the second internal pressure is set, the second method can calculate the appropriate internal pressure even when the constant for calculating the target inter-subject force from the current value and the proportionality constant of the spring 2A are unknown.

また、第3の方法では、算出部7Aは、第2の算出方法と同様に第1の内圧としたときの第1電流値と第2の内圧としたときの第2電流値を用いるが、第1電流値に対して、第2電流値は正負逆の電流値となるように第1の内圧と第2の内圧を設定し、第1電流値と第2電流値を初期値として二分法を用いて新たな目標内圧を算出する。そして、内圧制御部が内圧を当該新たな目標内圧となるよう制御し、内圧が当該新たな目標内圧に制御された状態で電流値検出部が電流値を検出する。以上の一連の手順を繰り返して、適正内圧を算出する。 In the third method, the calculation unit 7A uses the first current value when the first internal pressure is set and the second current value when the second internal pressure is set, as in the second calculation method, but sets the first internal pressure and the second internal pressure so that the second current value has a current value with a positive and negative inverse to the first current value, and calculates a new target internal pressure using a dichotomy method with the first current value and the second current value as initial values. Then, the internal pressure control unit controls the internal pressure to the new target internal pressure, and the current value detection unit detects the current value with the internal pressure controlled to the new target internal pressure. The above series of steps are repeated to calculate the appropriate internal pressure.

また、第4の方法では、内圧制御部13が、内圧を一定の時間変化率で変化させる。算出部7Aは、内圧制御部13が制御する内圧と、第1の移動手段11または第2の移動手段12の少なくとも一方に流れる電流値とを連続的に取得し、連続的に取得した内圧と電流値とを用いて適正内圧を算出する。例えば、算出部7Aは連続的に取得した内圧と電流値に対し、最小二乗法を適用して両者の関係式を多項式等の関数として求め、当該関係式において電流値がゼロとなる適正内圧を算出するとよい。 In the fourth method, the internal pressure control unit 13 changes the internal pressure at a constant rate of change over time. The calculation unit 7A continuously acquires the internal pressure controlled by the internal pressure control unit 13 and the value of the current flowing through at least one of the first moving means 11 or the second moving means 12, and calculates the appropriate internal pressure using the continuously acquired internal pressure and current value. For example, the calculation unit 7A may apply the least squares method to the continuously acquired internal pressure and current value to obtain a relational equation between the two as a function such as a polynomial, and calculate the appropriate internal pressure at which the current value is zero in the relational equation.

また、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2のいずれか一方の動摩擦力が十分小さい場合に適用可能な第5の方法では、電流値検出部6が電流値を検出する際に、位置制御部5は、離間距離を一定に保ちつつ、内圧を所定の内圧に設定した状態で第1の制御対象W1と第2の制御対象W2とを同一かつ一定の速度で移動させるよう第1の移動手段11および第2の移動手段12を制御する。そして、これを所定の内圧を変更して複数回実行し、設定した所定の内圧と、動摩擦力が十分小さい移動手段の電流との関係を第1から3の方法と同様の手法により求め、対象間力を最小にする適正離間距離を求める。 In a fifth method that can be applied when the kinetic friction force of either the first control object W1 or the second control object W2 is sufficiently small, when the current value detection unit 6 detects the current value, the position control unit 5 controls the first moving means 11 and the second moving means 12 to move the first control object W1 and the second control object W2 at the same and constant speed with the internal pressure set to a predetermined internal pressure while keeping the separation distance constant. This is then performed multiple times by changing the predetermined internal pressure, and the relationship between the set predetermined internal pressure and the current of the moving means with a sufficiently small kinetic friction force is found using a method similar to the first to third methods, and an appropriate separation distance that minimizes the force between the objects is found.

このような第2実施形態によれば、以下の作用、効果を奏することができる。
(7)制御手段4Aは、算出部7Aにより算出された適正内圧を用いて対象間力が所定の許容値以下となるようにばね2Aの自由長さを制御するため、外力を加えてばね2Aを伸縮させる必要がない。このため、位置制御機構1Aは、ばね2Aを伸縮させるための外力を生じさせる第1の移動手段11や第2の移動手段12の発熱や消費電力を抑制することができる。また、空気ばねを用いる効果として、2つの制御対象間において高い振動絶縁性が得られ、通常のばねに見られるサージング現象も回避することができる。
According to the second embodiment, the following actions and effects can be achieved.
(7) The control means 4A uses the appropriate internal pressure calculated by the calculation unit 7A to control the free length of the spring 2A so that the inter-object force is equal to or less than a predetermined allowable value, so there is no need to apply an external force to expand or contract the spring 2A. Therefore, the position control mechanism 1A can suppress the heat generation and power consumption of the first moving means 11 and the second moving means 12 that generate the external force to expand or contract the spring 2A. In addition, as an effect of using an air spring, high vibration insulation is obtained between the two control objects, and the surging phenomenon seen in normal springs can be avoided.

(8)算出部7Aは、ばね2Aの内圧を所定の初期内圧としたときに第1の移動手段11または第2の移動手段12の少なくとも一方に流れる電流値と、対象間力を電流値から算出するための定数と、ばね2Aの比例定数とを用いて容易に対象間力を最小にする適正内圧を算出することができる。
(9)算出部7Aは、例えばばね2Aの比例定数や第1の移動手段11または第2の移動手段12の推力定数などの所定の定数が既知ではない場合であっても、容易に対象間力を最小にする適正内圧を算出することができる。
(10)算出部7Aは、二分法を用いて容易に対象間力を所定の許容値以下となるように制御するための適正内圧を算出することができる。
(8) The calculation unit 7A can easily calculate the appropriate internal pressure that minimizes the inter-object force by using the current value flowing through at least one of the first moving means 11 or the second moving means 12 when the internal pressure of the spring 2A is set to a predetermined initial internal pressure, a constant for calculating the inter-object force from the current value, and the proportionality constant of the spring 2A.
(9) The calculation unit 7A can easily calculate the appropriate internal pressure that minimizes the inter-object force even if certain constants, such as the proportional constant of the spring 2A or the thrust constant of the first moving means 11 or the second moving means 12, are not known.
(10) The calculation unit 7A can easily calculate the appropriate internal pressure for controlling the inter-object force to be equal to or less than a predetermined allowable value using the bisection method.

(11)算出部7Aは、内圧制御部13が制御する内圧と、第1の移動手段11または第2の移動手段12の少なくとも一方に流れる電流値とを連続的に取得し、連続的に取得した内圧と電流値とを用いて容易に対象間力を最小にする適正内圧を算出することができる。
(12)位置制御部5は、離間距離を一定に保ちつつ、第1の制御対象W1と第2の制御対象W2とを同一かつ一定の速度で移動させるよう第1の移動手段11および第2の移動手段12を制御するため、算出部7Aは、静止摩擦力の影響を除いた対象間力を最小にする適正内圧を算出することができる。
(13)ばね2Aは、空気ばねであることで、2つの制御対象間において高い振動絶縁性が得られ、通常のばねに見られるサージング現象もほとんど発生しない。
(11) The calculation unit 7A continuously acquires the internal pressure controlled by the internal pressure control unit 13 and the current value flowing through at least one of the first moving means 11 or the second moving means 12, and can easily calculate the appropriate internal pressure that minimizes the inter-subject force using the continuously acquired internal pressure and current value.
(12) The position control unit 5 controls the first moving means 11 and the second moving means 12 to move the first control object W1 and the second control object W2 at the same and constant speed while keeping the separation distance constant, so that the calculation unit 7A can calculate the appropriate internal pressure that minimizes the force between the objects excluding the effects of static friction force.
(13) Since the spring 2A is an air spring, high vibration isolation is achieved between the two controlled objects, and the surging phenomenon seen in normal springs hardly occurs.

〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態を図9に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
Third Embodiment
A third embodiment of the present invention will now be described with reference to Fig. 9. In the following description, the same reference numerals will be used to designate parts that have already been described, and description thereof will be omitted.

図9は、第3実施形態に係る位置制御機構1Bの構成を示す概略図である。前記第2実施形態では、ばね2Aは、空気ばねであった。第3実施形態の位置制御機構1Bのばね2Bは、図9に示すように、並列2重空気ばねである点で前記第2実施形態と異なる。 Figure 9 is a schematic diagram showing the configuration of a position control mechanism 1B according to the third embodiment. In the second embodiment, the spring 2A was an air spring. As shown in Figure 9, the spring 2B of the position control mechanism 1B of the third embodiment differs from that of the second embodiment in that it is a parallel double air spring.

ばね2Bは、蛇腹部20Bを有する圧縮気体の弾力性を利用した並列2重空気ばねである。ばね2Bは、その一端が第1の制御対象W1と接続され、他端が第2の制御対象W2と接続される。蛇腹部20Bは、ダイヤフラムや蛇腹状の金属等で構成されてX方向に伸縮する。蛇腹部20Bの内部は、第1空間21Bと第2空間22Bとの2つの空間に分離されている。第1空間21Bは、空気等の圧縮気体で満たされている。第2空間22Bは、真空ポンプにより排気され略真空状態になっている。 The spring 2B is a parallel double air spring that utilizes the elasticity of compressed gas and has a bellows portion 20B. One end of the spring 2B is connected to the first control object W1, and the other end is connected to the second control object W2. The bellows portion 20B is made of a diaphragm or a bellows-shaped metal, etc., and expands and contracts in the X direction. The inside of the bellows portion 20B is separated into two spaces, a first space 21B and a second space 22B. The first space 21B is filled with compressed gas such as air. The second space 22B is evacuated by a vacuum pump and is in a substantially vacuum state.

ばね2Bの自由長さは、蛇腹部20Bのばね特性と、大気圧と、第1空間21Bの圧縮気体の内圧と、第2空間22Bの真空の負圧と、により決まる。
ばね2Bの自由長さは、内圧制御部13により制御される。ばね2Bの長さは、内圧制御部13を用いて内圧を制御することで伸縮する。
The free length of the spring 2B is determined by the spring characteristics of the bellows portion 20B, the atmospheric pressure, the internal pressure of the compressed gas in the first space 21B, and the negative vacuum pressure in the second space 22B.
The free length of the spring 2B is controlled by the internal pressure control unit 13. The length of the spring 2B expands or contracts by controlling the internal pressure using the internal pressure control unit 13.

ばね2Bの長さD1を一定に保持する場合、ばね2Bに加わる空気ばね力FBは、蛇腹部20Bのばね定数Kと、ばね2Bの第1空間21Bの内圧PPと、大気圧PAと、ばね2Bの比例定数KBと、第2空間22Bの受圧面積Sを用いて、式(19)で表せる。なお、第2空間22Bの受圧面積Sは定数である。 When the length D1 of spring 2B is kept constant, the air spring force FB acting on spring 2B can be expressed by equation (19) using the spring constant K of bellows portion 20B, the internal pressure PP of first space 21B of spring 2B, atmospheric pressure PA, the proportionality constant KB of spring 2B, and the pressure-receiving area S of second space 22B. Note that the pressure-receiving area S of second space 22B is a constant.

FB=KB・(PP-PA)-K・(D1-D0)-S・PA
FB=KB・PP-((KB+S)・PA+K・(D1-D0)) …(19)
FB=KB・(PP-PA)-K・(D1-D0)-S・PA
FB=KB・PP−((KB+S)・PA+K・(D1−D0))…(19)

ばね2Bに加わる空気ばね力FBは、ばね2Bの第1空間21Bの内圧PPに比例する。このため、ばね2Bの内圧PPを用いて、ばね2Bに加わる空気ばね力FBは、任意の値に設定できる。 The air spring force FB applied to spring 2B is proportional to the internal pressure PP of the first space 21B of spring 2B. Therefore, the air spring force FB applied to spring 2B can be set to any value using the internal pressure PP of spring 2B.

ここで、式(19)は、式(18)に第2空間22Bの受圧面積Sに作用する大気圧PAによる負圧力が加わった式である。大気圧PAを一定値とした場合、負圧力は一定であるため、式(19)は第2実施形態と同じ内圧PPの1次式であることがわかる。したがって、位置制御機構1Bは、前記第2実施形態の位置制御機構1Aと同じ方法により対象間力を最小にするばね2Bの内圧PPを適正内圧として算出することができる。 Here, equation (19) is equation (18) plus the negative pressure due to atmospheric pressure PA acting on the pressure-receiving area S of second space 22B. When atmospheric pressure PA is a constant value, the negative pressure is constant, so it can be seen that equation (19) is a linear equation for internal pressure PP, the same as in the second embodiment. Therefore, position control mechanism 1B can calculate the internal pressure PP of spring 2B that minimizes the inter-object force as the appropriate internal pressure, using the same method as position control mechanism 1A in the second embodiment.

なお、第1実施形態から第3実施形態では、大気圧PAを一定値とした場合について説明したが、大気圧は、気象条件などにより変化する。このため、位置制御機構1,1A~1Bは、稼働中に随時、算出部7,7Aを用いて対象間力を最小にする適正離間距離や適正内圧を算出して再設定部8,8Aに再設定するとよい。これにより、再設定の度に、対象間力が最小になり大気圧の変化に追従することができる。 In the first to third embodiments, the atmospheric pressure PA is a constant value. However, the atmospheric pressure changes due to weather conditions, etc. For this reason, the position control mechanisms 1, 1A to 1B may use the calculation units 7, 7A to calculate the appropriate separation distance and appropriate internal pressure that minimize the inter-object force at any time during operation, and reset them in the reset units 8, 8A. This minimizes the inter-object force each time it is reset, making it possible to follow changes in the atmospheric pressure.

このような第3実施形態においても、前記第2実施形態における(7)~(13)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(14)ばね2Bは、第1空間21Bと第2空間22Bとの2つの空間を有する蛇腹部20Bを備える並列2重空気ばねであることで、第2空間を略真空状態にして測長用のレーザ光路を配置することができる。そして、上記測長用のレーザ光路を用いることで、大気中の空気の温度や気圧、湿度、CO濃度の変動による屈折率の変化に起因したレーザ波長の変動を排除し、高精度の測長が可能になる。
In the third embodiment, in addition to the same actions and effects as those (7) to (13) in the second embodiment, the following actions and effects can be achieved.
(14) The spring 2B is a parallel double air spring including the bellows portion 20B having two spaces, the first space 21B and the second space 22B, so that the second space can be made substantially vacuum and the laser optical path for length measurement can be arranged. By using the laser optical path for length measurement, it is possible to eliminate the fluctuation of the laser wavelength caused by the change of the refractive index due to the fluctuation of the temperature, pressure, humidity, and CO2 concentration of the air in the atmosphere, and to perform the length measurement with high accuracy.

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
[Modifications of the embodiment]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications and improvements within the scope of the present invention that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

例えば、前記第1実施形態では、算出部7により算出される適正離間距離は、対象間力を最小にする第2の制御対象W2の位置P2に基づくものであったが、算出部により算出される適正離間距離は、第1の制御対象の位置に基づくものであってもよいし、第1の制御対象の位置と第2の制御対象の位置との双方に基づくものであってもよい。 For example, in the first embodiment, the appropriate separation distance calculated by the calculation unit 7 was based on the position P2 of the second control object W2 that minimizes the inter-object force, but the appropriate separation distance calculated by the calculation unit may be based on the position of the first control object, or may be based on both the position of the first control object and the position of the second control object.

前記第1実施形態では、ばね2としてコイルばねを用いる場合を例に説明したが、ばね2はコイルばねに限定されない。例えば、ばね2として、前記第2実施形態に記載の空気ばねや前記第3実施形態に記載の並列2重空気ばねを用いてもよい。 In the first embodiment, a coil spring is used as the spring 2, but the spring 2 is not limited to a coil spring. For example, the air spring described in the second embodiment or the parallel double air spring described in the third embodiment may be used as the spring 2.

前記各実施形態では、位置制御機構1,1A~1Bは、再設定部8,8Aを備えていたが、算出した適正離間距離または適正内圧を、再設定部を用いずに設定してもよい。例えば、手動で適正離間距離または適正内圧を設定してもよい。 In each of the above embodiments, the position control mechanism 1, 1A to 1B includes a resetting unit 8, 8A, but the calculated appropriate separation distance or appropriate internal pressure may be set without using a resetting unit. For example, the appropriate separation distance or appropriate internal pressure may be set manually.

以上のように、本発明は、位置制御機構に好適に利用できる。 As described above, the present invention can be suitably used in position control mechanisms.

1,1A~1B 位置制御機構
2,2A~2B ばね
3 位置計測手段
4,4A 制御手段
5 位置制御部
6 電流値検出部
7 算出部
8,8A 再設定部
11 第1の移動手段
12 第2の移動手段
13 内圧制御部
W1 第1の制御対象
W2 第2の制御対象
REFERENCE SIGNS LIST 1, 1A to 1B Position control mechanism 2, 2A to 2B Spring 3 Position measurement means 4, 4A Control means 5 Position control section 6 Current value detection section 7 Calculation section 8, 8A Reset section 11 First movement means 12 Second movement means 13 Internal pressure control section W1 First control object W2 Second control object

Claims (12)

所定の方向に沿って移動自在な第1の制御対象と前記所定の方向に沿って移動自在な第2の制御対象とを伸縮自在なばねで接続し、前記第1の制御対象と前記第2の制御対象との離間距離を保持しながら前記第1の制御対象と前記第2の制御対象の位置を制御する位置制御機構であって、
前記第1の制御対象を電流を用いて駆動し、前記所定の方向に沿って移動させる第1の移動手段と、
前記第2の制御対象を電流を用いて駆動し、前記所定の方向に沿って移動させる第2の移動手段と、
前記第1の制御対象および前記第2の制御対象の位置を計測する位置計測手段と、
前記第1の移動手段および前記第2の移動手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記位置計測手段により計測された前記第1の制御対象の位置を任意の位置に移動、停止させるように、前記第1の移動手段を制御し、前記位置計測手段により計測された前記第2の制御対象の位置を任意の位置に移動、停止させるように、前記第2の移動手段を制御する位置制御部と、
前記第1の移動手段と前記第2の移動手段との少なくとも一方に流れる電流値を検出する電流値検出部と、
前記第1の制御対象と前記第2の制御対象との間に働く対象間力が所定の許容値以下となる前記第1の制御対象と前記第2の制御対象との適正離間距離を前記電流値検出部が検出する電流値に基づいて算出する算出部と、を備え、
前記位置制御部は、前記算出部により算出された前記適正離間距離を保つように前記第1の移動手段および前記第2の移動手段を制御することを特徴とする位置制御機構。
A position control mechanism that connects a first control object movable along a predetermined direction and a second control object movable along the predetermined direction by a spring that can expand and contract, and controls positions of the first control object and the second control object while maintaining a separation distance between the first control object and the second control object,
a first moving means for driving the first control object by using a current to move the first control object along the predetermined direction;
a second moving means for driving the second control object by using a current to move the second control object along the predetermined direction;
a position measuring means for measuring positions of the first control object and the second control object;
A control means for controlling the first moving means and the second moving means;
Equipped with
The control means
a position control unit that controls the first moving means so as to move and stop the position of the first control object measured by the position measurement means at an arbitrary position, and controls the second moving means so as to move and stop the position of the second control object measured by the position measurement means at an arbitrary position;
a current value detection unit that detects a value of a current flowing through at least one of the first moving means and the second moving means;
a calculation unit that calculates an appropriate separation distance between the first control object and the second control object such that an inter-object force acting between the first control object and the second control object is equal to or smaller than a predetermined allowable value based on the current value detected by the current value detection unit,
The position control mechanism is characterized in that the position control unit controls the first moving means and the second moving means so as to maintain the appropriate separation distance calculated by the calculation unit.
前記算出部は、所定の初期位置に前記第1の制御対象と前記第2の制御対象とを位置決めしたときに前記第1の移動手段または前記第2の移動手段の少なくとも一方に流れる電流値と、前記対象間力を前記電流値から算出するための定数と、前記ばねのばね定数とを用いて前記対象間力を最小にする前記適正離間距離を算出することを特徴とする請求項1に記載の位置制御機構。 The position control mechanism according to claim 1, characterized in that the calculation unit calculates the appropriate separation distance that minimizes the inter-object force using a current value flowing through at least one of the first moving means or the second moving means when the first control object and the second control object are positioned at a predetermined initial position, a constant for calculating the inter-object force from the current value, and a spring constant of the spring. 前記算出部は、前記離間距離を第1の距離としたときの前記第1の移動手段または前記第2の移動手段の少なくとも一方に流れる第1電流値と、前記離間距離を前記第1の距離とは異なる第2の距離としたときの前記第1電流値に対応する移動手段の第2電流値とを用いて前記適正離間距離を算出することを特徴とする請求項1に記載の位置制御機構。 The position control mechanism according to claim 1, characterized in that the calculation unit calculates the appropriate separation distance using a first current value flowing through at least one of the first moving means or the second moving means when the separation distance is a first distance, and a second current value of the moving means corresponding to the first current value when the separation distance is a second distance different from the first distance. 前記第1電流値に対して、前記第2電流値は正負逆の電流値であり、
前記算出部が二分法を用いて新たな目標離間距離を算出し、前記位置制御部が前記離間距離を当該新たな目標離間距離となるよう制御し、前記離間距離が当該新たな目標離間距離に制御された状態で前記電流値検出部が電流値を検出する、一連の手順を繰り返して、前記適正離間距離を算出することを特徴とする請求項3に記載の位置制御機構。
The second current value has a positive and negative opposite current value to the first current value,
4. The position control mechanism according to claim 3, wherein the appropriate separation distance is calculated by repeating a series of steps, in which the calculation unit calculates a new target separation distance using a bisection method, the position control unit controls the separation distance to become the new target separation distance, and the current value detection unit detects the current value in a state in which the separation distance is controlled to become the new target separation distance.
前記位置制御部は、前記第1の制御対象または前記第2の制御対象の一方の位置を所定の位置に位置決めし、前記ばねの許容ストローク内において、前記第1の制御対象または前記第2の制御対象の他方を前記他方の移動手段を用いて一定速で移動させ、
前記算出部は、前記離間距離と、前記第1の移動手段または前記第2の移動手段の少なくとも一方に流れる電流値とを連続的に取得し、連続的に取得した前記離間距離と前記電流値とを用いて前記適正離間距離を算出することを特徴とする請求項1に記載の位置制御機構。
the position control unit positions one of the first controlled object or the second controlled object at a predetermined position, and moves the other of the first controlled object or the second controlled object at a constant speed within an allowable stroke of the spring using the moving means for the other of the first controlled object or the second controlled object;
The position control mechanism according to claim 1, characterized in that the calculation unit continuously acquires the separation distance and a current value flowing through at least one of the first moving means or the second moving means, and calculates the appropriate separation distance using the continuously acquired separation distance and current value.
所定の方向に沿って移動自在な第1の制御対象と前記所定の方向に沿って移動自在な第2の制御対象とを伸縮自在なばねで接続し、前記第1の制御対象と前記第2の制御対象との離間距離を保持しながら前記第1の制御対象と前記第2の制御対象の位置を制御する位置制御機構であって、
前記ばねは、空気ばねにより構成され、
前記第1の制御対象を電流を用いて駆動し、前記所定の方向に沿って移動させる第1の移動手段と、
前記第2の制御対象を電流を用いて駆動し、前記所定の方向に沿って移動させる第2の移動手段と、
前記第1の制御対象の位置と前記第2の制御対象の位置を計測する位置計測手段と、
前記第1の移動手段、前記第2の移動手段、および前記空気ばねの自由長さを調整するための内圧を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記位置計測手段により計測された前記第1の制御対象の位置を任意の位置に移動、停止させるように、前記第1の移動手段を制御し、前記位置計測手段により計測された前記第2の制御対象の位置を任意の位置に移動、停止させるように、前記第2の移動手段を制御する位置制御部と、
前記空気ばねの内圧を制御する内圧制御部と、
前記第1の移動手段と前記第2の移動手段との少なくとも一方に流れる電流値を検出する電流値検出部と、
前記位置制御部によって前記離間距離が所定の設定離間距離になるよう前記第1の移動手段および前記第2の移動手段が制御された状態において、前記第1の制御対象と前記第2の制御対象との間に働く対象間力が所定の許容値以下となる前記空気ばねの適正内圧を前記電流値検出部が検出する電流値に基づいて算出する算出部と、を備え、
前記内圧制御部は、前記算出部により算出された前記適正内圧を保つように前記空気ばねの内圧を制御することを特徴とする位置制御機構。
A position control mechanism that connects a first control object movable along a predetermined direction and a second control object movable along the predetermined direction by a spring that can expand and contract, and controls positions of the first control object and the second control object while maintaining a separation distance between the first control object and the second control object,
The spring is an air spring,
a first moving means for driving the first control object by using a current to move the first control object along the predetermined direction;
a second moving means for driving the second control object by using a current to move the second control object along the predetermined direction;
a position measuring means for measuring a position of the first control object and a position of the second control object;
a control means for controlling the first moving means, the second moving means, and an internal pressure for adjusting a free length of the air spring;
Equipped with
The control means
a position control unit that controls the first moving means so as to move and stop the position of the first control object measured by the position measurement means at an arbitrary position, and controls the second moving means so as to move and stop the position of the second control object measured by the position measurement means at an arbitrary position;
An internal pressure control unit that controls the internal pressure of the air spring;
a current value detection unit that detects a value of a current flowing through at least one of the first moving means and the second moving means;
a calculation unit that calculates, based on the current value detected by the current value detection unit, an appropriate internal pressure of the air spring such that an inter-object force acting between the first control object and the second control object is equal to or smaller than a predetermined allowable value when the first movement means and the second movement means are controlled by the position control unit so that the separation distance becomes a predetermined set separation distance;
The position control mechanism is characterized in that the internal pressure control unit controls the internal pressure of the air spring so as to maintain the appropriate internal pressure calculated by the calculation unit.
前記算出部は、前記内圧を第1の内圧としたときの前記第1の移動手段または前記第2の移動手段の少なくとも一方に流れる第1電流値と、前記内圧を前記第1の内圧とは異なる第2の内圧としたときの前記第1電流値に対応する移動手段の第2電流値とを用いて前記適正内圧を算出することを特徴とする請求項6に記載の位置制御機構。 The position control mechanism according to claim 6, characterized in that the calculation unit calculates the appropriate internal pressure using a first current value flowing through at least one of the first moving means or the second moving means when the internal pressure is a first internal pressure, and a second current value of the moving means corresponding to the first current value when the internal pressure is a second internal pressure different from the first internal pressure. 前記第1電流値に対して、前記第2電流値は正負逆の電流値であり、
前記算出部が二分法を用いて新たな目標内圧を算出し、前記内圧制御部が前記内圧を当該新たな目標内圧となるよう制御し、前記内圧が当該新たな目標内圧に制御された状態で前記電流値検出部が電流値を検出する、一連の手順を繰り返して、前記適正内圧を算出することを特徴とする請求項7に記載の位置制御機構。
The second current value has a positive and negative opposite current value to the first current value,
The position control mechanism according to claim 7, characterized in that the appropriate internal pressure is calculated by repeating a series of steps in which the calculation unit calculates a new target internal pressure using a dichotomy method, the internal pressure control unit controls the internal pressure to become the new target internal pressure, and the current value detection unit detects the current value while the internal pressure is controlled to become the new target internal pressure.
前記内圧制御部は、前記内圧を一定の時間変化率で変化させ、
前記算出部は、前記内圧制御部が制御する内圧と、前記第1の移動手段または前記第2の移動手段の少なくとも一方に流れる電流値とを連続的に取得し、連続的に取得した前記内圧と前記電流値とを用いて前記適正内圧を算出することを特徴とする請求項6に記載の位置制御機構。
The internal pressure control unit changes the internal pressure at a constant time rate of change,
The position control mechanism described in claim 6, characterized in that the calculation unit continuously acquires the internal pressure controlled by the internal pressure control unit and the current value flowing through at least one of the first moving means or the second moving means, and calculates the appropriate internal pressure using the continuously acquired internal pressure and current value.
前記電流値検出部が電流値を検出する際に、前記位置制御部は、前記離間距離を一定に保ちつつ、前記第1の制御対象と前記第2の制御対象とを同一かつ一定の速度で移動させるよう前記第1の移動手段および前記第2の移動手段を制御することを特徴とする請求項1から請求項4および請求項6から請求項9のいずれかに記載の位置制御機構。 The position control mechanism according to any one of claims 1 to 4 and claims 6 to 9, characterized in that when the current value detection unit detects the current value, the position control unit controls the first moving means and the second moving means to move the first control object and the second control object at the same and constant speed while keeping the separation distance constant. 前記ばねは、前記第1の制御対象と接続される一端側および前記第2の制御対象と接続される他端側の間に配置される空気ばねであることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれかに記載の位置制御機構。 The position control mechanism according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the spring is an air spring disposed between one end connected to the first control target and the other end connected to the second control target. 前記空気ばねが、第1空間と第2空間との2つの空間に分離されている並列2重空気ばねであることを特徴とする請求項11に記載の位置制御機構。 The position control mechanism according to claim 11, characterized in that the air spring is a parallel double air spring separated into two spaces, a first space and a second space.
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