JP4493318B2

JP4493318B2 - Precision drive device and aging drive method for precision drive device

Info

Publication number: JP4493318B2
Application number: JP2003369122A
Authority: JP
Inventors: 裕作石峯
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: JP2005065477A

Description

本発明は精密駆動装置に関するものであり、特に精密加工機械、精密測定装置、半導体製造装置に用いられる装置として好適なものである。 The present invention relates to a precision drive device, and is particularly suitable as a device used in precision processing machines, precision measurement devices, and semiconductor manufacturing devices.

超音波モータは、最小振幅がナノメートルオーダーと小さく、高分解能の位置決めが可能であり、しかも摩擦駆動であるために駆動力が大きいといった特徴を有するため、これまでカメラのレンズズーム機構や腕時計のバイブレーションアラームなど回転運動系への実用化が行われており、最近では精密加工機械、精密測定装置、半導体製造装置等、直線運動系の精密駆動装置への適用が試みられている。 Ultrasonic motors have the features that the minimum amplitude is as small as nanometer order, positioning with high resolution is possible, and the driving force is large because of frictional drive. Practical application to a rotational motion system such as a vibration alarm has been made, and recently, application to a precision motion device of a linear motion system such as a precision processing machine, a precision measurement device, a semiconductor manufacturing device, etc. has been attempted.

図３に直線運動系の精密駆動装置への適用例の１つである従来の精密駆動装置１０を示す。この装置は、ベース盤１１上にクロスローラガイドの如き一対のガイド部材１２を備え、これらのガイド部材１２によって可動体としてのステージ１３を直線的に案内するようになっている。 FIG. 3 shows a conventional precision drive device 10 which is one example of application to a linear motion system precision drive device. This apparatus includes a pair of guide members 12 such as cross roller guides on a base board 11, and a stage 13 as a movable body is linearly guided by these guide members 12.

また、ステージ１３の一方の側面には、ガイド部材１２に対して平行に駆動力伝達部材１４が、ステージ１３の他方の側面には、前記駆動力伝達部材１４と平行にリニアスケール１５がそれぞれ設置されており、該リニアスケール１５と対向する位置には測定ヘッド１６を設けて位置検出手段１７を構成するとともに、前記駆動力伝達部材１４と対向する位置には２つの超音波モータ２０を設置し、各超音波モータ２０の摩擦部材２５を前記駆動力伝達部材１４の当接面に対して垂直に当接させてある。 A driving force transmission member 14 is installed on one side surface of the stage 13 in parallel with the guide member 12, and a linear scale 15 is installed on the other side surface of the stage 13 in parallel with the driving force transmission member 14. A measuring head 16 is provided at a position facing the linear scale 15 to constitute a position detecting means 17, and two ultrasonic motors 20 are installed at a position facing the driving force transmitting member 14. The friction member 25 of each ultrasonic motor 20 is brought into contact with the contact surface of the driving force transmission member 14 perpendicularly.

なお、図中、２６は超音波モータ２０を収容するケース、２７は超音波モータ２０の駆動を阻害することなくケース２６内に保持するためのスプリング、２８は超音波モータ２０をステージ１３の駆動力伝達部材１４に押圧するためのスプリングである。また、１８は位置検出手段１７より得られた位置情報を基にステージ１３の駆動速度を制御するための駆動制御部であり、駆動制御部１８から出力された駆動用指令信号をもとに超音波モータ２０を駆動させる。 In the figure, reference numeral 26 denotes a case for housing the ultrasonic motor 20, reference numeral 27 denotes a spring for holding the ultrasonic motor 20 in the case 26 without obstructing the driving of the ultrasonic motor 20, and reference numeral 28 denotes a drive for the stage 13. A spring for pressing the force transmission member 14. Reference numeral 18 denotes a drive control unit for controlling the drive speed of the stage 13 on the basis of the position information obtained from the position detection means 17. The drive control unit 18 is based on the drive command signal output from the drive control unit 18. The sonic motor 20 is driven.

また、前記摩擦部材２５および駆動力伝達部材１４には、アルミナ等の一般的なセラミックス、ガラス等が用いられており、これらセラミックス、ガラス等からなる摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４を当接させその摩擦駆動により、前記ステージ１３を駆動させる。 The friction member 25 and the driving force transmission member 14 are made of general ceramics such as alumina, glass or the like, and the friction member 25 made of ceramics or glass and the driving force transmission member 14 are brought into contact with each other. The stage 13 is driven by the friction drive.

また、図４（ａ）、（ｂ）に図３の精密駆動装置１０に用いる超音波モータ２０の構造を示すように、この超音波モータ２０は、圧電セラミック板２１の一方の主面に４分割された電極膜２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを有し、対角に位置する電極膜２２ａと電極膜２２ｄを結線するとともに、対角に位置する電極膜２２ｂと電極膜２２ｃを結線し、かつ他方の主面には、ほぼ全面に電極膜２３を形成した振動体２４と、上記圧電セラミック板２１の端面に設けたセラミックスやガラスからなる摩擦部材２５とからなり、上記一方の主面に形成された電極膜２３をアースするとともに、他方の主面に形成された電極膜２２ａと電極膜２２ｂにそれぞれ位相を異ならせた電圧を印加することにより、圧電セラミック板２１に縦振動と横振動を発生させ、これらの振動の合力によって摩擦部材２５を楕円運動させるようになっていた。 Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, the structure of the ultrasonic motor 20 used in the precision driving apparatus 10 shown in FIG. The electrode films 22a, 22b, 22c, and 22d are divided, and the diagonal electrode films 22a and 22d are connected, the diagonal electrode films 22b and 22c are connected, and The other main surface is composed of a vibrating body 24 having an electrode film 23 formed on almost the entire surface and a friction member 25 made of ceramics or glass provided on the end surface of the piezoelectric ceramic plate 21 and formed on the one main surface. The grounded electrode film 23 is grounded, and by applying voltages having different phases to the electrode film 22a and the electrode film 22b formed on the other main surface, longitudinal vibration and lateral vibration are applied to the piezoelectric ceramic plate 21. Raised, the friction member 25 has been adapted to elliptical motion by the resultant force of these vibrations.

そして、ステージ１３の移動に伴う位置検出手段１６からの位置情報と、予め設定してあるステージ１３の移動プロファイルに基づく基準位置情報との偏差に応じて駆動制御部１８にて例えばＰＩＤ演算処理し、超音波モータ２０へ指令信号を出力するフィードバック制御を行うようになっていた。なお、ＰＩＤ演算を行うための制御パラメータであるＰ項、Ｉ項、Ｄ項の決定は、実駆動させる前にステージ１３の移動中における位置偏差や位置決め精度が規格を満足するように実験により試行錯誤的に決定するようになっていた。 Then, for example, PID calculation processing is performed in the drive control unit 18 according to the deviation between the position information from the position detecting means 16 accompanying the movement of the stage 13 and the reference position information based on the preset movement profile of the stage 13. Then, feedback control for outputting a command signal to the ultrasonic motor 20 is performed. It should be noted that the determination of the P term, I term, and D term, which are control parameters for performing the PID calculation, is carried out by experiments so that the position deviation and positioning accuracy during the movement of the stage 13 satisfy the standard before actual driving. It came to be decided by mistake.

ところが、精密駆動装置１０の駆動に際し、その駆動開始初期段階では、超音波モータ２０の摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４の当接面の面状態は粗く、それらを当接させ、超音波モータ２０を駆動させたとしても、面状態が摩耗して滑らかな状態となり、いわゆるエージング（なじみ）状態となるまでは、摩擦力が不十分なため駆動力が伝達されにくく、エージング不十分な状態で駆動を行った場合には、駆動状態が変わってしまうため、それまでに決定した制御パラメータでは規格を満足できなくなる場合があった。こういった場合は製品出荷後に制御パラメータを変更して規格を満足するといった作業が必要になっていた。 However, when the precision driving device 10 is driven, at the initial stage of driving, the contact state between the friction member 25 of the ultrasonic motor 20 and the driving force transmission member 14 is rough. Even when the 20 is driven, the surface state becomes worn and smooth, and until the so-called aging (familiar) state is reached, the frictional force is insufficient and the driving force is difficult to be transmitted. When the drive is performed, the drive state is changed, so the control parameters determined so far may not satisfy the standard. In such cases, it has been necessary to change the control parameters after product shipment to satisfy the standard.

また、駆動力が駆動と共に変化していくために、制御により過大な電力を与える結果となり、摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４の当接面同士で滑りが生じ、これにより、互いが異常摩耗を引き起こし、摩擦部材２５の寿命が低下してしまうという問題も発生していた。このような状態で駆動すると寿命低下ばかりでなくステージ１３はオーバーシュートして目的位置に静止させることができず駆動性能を満足できなくなっていた。 In addition, since the driving force changes with driving, excessive power is applied by the control, and slip occurs between the contact surfaces of the friction member 25 and the driving force transmission member 14, thereby causing abnormal wear on each other. This causes a problem that the life of the friction member 25 is reduced. When driving in such a state, not only the life is shortened but also the stage 13 is overshot and cannot be stopped at the target position, so that the driving performance cannot be satisfied.

なお、上述のエージングに関する先行技術として、ならし運転の時間を短縮するためにロータに形成されたライニング材の一部が線接触するようにならし運転を行う技術がある（特許文献１参照）。
特開平１１―６９８５０号公報 In addition, as a prior art regarding the above-described aging, there is a technique for performing a leveling operation such that a part of the lining material formed on the rotor is in line contact in order to shorten the time for the leveling operation (see Patent Document 1). .
Japanese Patent Laid-Open No. 11-69850

しかしながら、従来から行われていたエージングについては、精密駆動装置１０を大量に製造する場合には、それぞれの精密駆動装置１０に搭載される超音波モータ２０の摩擦部材２５のエージング処理時間を一定にして製造されていた。従って、超音波モータ２０に形成する摩擦部材２５には、用いられる材質によるバラツキや表面仕上げ状態の差、取り付け状態の差が必ず生じるために、前述のような時間を判断基準にしてエージング処理を行うと、摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４の当接面におけるなじみが不十分となったり、過剰にエージング処理を行ってしまったりする場合がある。 However, with respect to aging that has been conventionally performed, when a large number of precision drive devices 10 are manufactured, the aging processing time of the friction member 25 of the ultrasonic motor 20 mounted on each precision drive device 10 is made constant. It was manufactured. Accordingly, the friction member 25 formed in the ultrasonic motor 20 is subject to aging treatment based on the above-described time as a criterion, because variations due to the materials used, differences in the surface finish, and differences in the mounting state always occur. If it does, the familiarity in the contact surface of the friction member 25 and the driving force transmission member 14 may become inadequate, or an aging process may be performed excessively.

即ち、摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４に耐摩耗性に優れるセラミックス等の材料を用いた場合、両者の摩擦による摩耗進行速度が遅く、これに材料の細かな特性バラツキや取り付け時の位置、角度等の細かなバラツキが加わると、摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４との当接面がエージング状態となるのに、おなじ精密駆動装置１０の間でも時間的には大きな差を生じ、例えば、なじみが不十分である場合には、精密駆動装置の駆動に際し、摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４の当接面が異常摩耗を起こす危険性があるという問題点を有していた。 That is, when a material such as ceramics having excellent wear resistance is used for the friction member 25 and the driving force transmission member 14, the wear progressing speed due to the friction between both is slow. When a small variation such as an angle is applied, the contact surface between the friction member 25 and the driving force transmission member 14 is in an aging state, but a large time difference occurs between the same precision driving devices 10. If the familiarity is insufficient, there is a problem that the contact surface between the friction member 25 and the driving force transmission member 14 may be abnormally worn when the precision driving device is driven.

従って、摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４の当接面の摩耗状態がどのような状態にあるか明確に判断しないまま、一定時間の駆動で異常がないとして製品出荷すると、精密駆動装置の作動中に摩擦駆動の状態が変化し、精密駆動装置１０のステージ１３の駆動特性に影響を及ぼし、性能を満足できなくなる。 Accordingly, if the product is shipped without any abnormality in the driving for a certain period of time without clearly determining what the state of wear of the contact surfaces of the friction member 25 and the driving force transmission member 14 is, the operation of the precision driving device is activated. The frictional drive state changes inside, affecting the drive characteristics of the stage 13 of the precision drive device 10 and failing to satisfy the performance.

この問題に対し、本発明者らは、精密駆動装置１０の駆動特性に異常が発生した際には、ステージが安定した速度で駆動するよう超音波モータの駆動条件を調整し、摩擦部材２５および駆動力伝達部材１４が異常に摩耗していた場合には、部材を交換する等のメンテナンスを実施していたが、多大な時間と経費を費やさなければならなかった。 In response to this problem, the present inventors adjust the driving conditions of the ultrasonic motor so that the stage is driven at a stable speed when an abnormality occurs in the driving characteristics of the precision driving device 10, and the friction member 25 and When the driving force transmission member 14 is abnormally worn, maintenance such as replacement of the member has been performed, but much time and expense have to be spent.

本発明の精密駆動装置は上記課題に鑑み、摩擦部材を有する超音波モータと、該超音波モータの摩擦部材との摩擦駆動により可動する可動体とを有し、該可動体の位置を測定する位置検出手段と、該位置検出手段からの位置情報と予め設定した移動プロファイルに基づく基準位置情報との偏差を基に前記超音波モータの駆動用指令信号を出力する駆動制御部とによりクローズループ駆動制御を行う精密駆動装置において、前記位置検出手段の位置情報を基に前記クローズループ駆動制御を停止した状態でオープンループ駆動制御により速度を演算する速度演算部と、該速度演算部にて算出する速度を監視する速度監視部と、前記速度監視部に接続され、所定のサンプリングタイム毎に算出した速度ｖと、該速度ｖよりも前のサンプリングタイムの速度ｖ’の演算結果と比較した速度変動差ｖ−ｖ’を速度値として算出する速度変動演算部と、該速度値が予め定められた値になるまで前記駆動制御部に駆動用指令信号を出力するエージング動作部とからなることを特徴とする。 In view of the above problems, the precision drive device of the present invention has an ultrasonic motor having a friction member and a movable body that is movable by friction drive with the friction member of the ultrasonic motor, and measures the position of the movable body. Closed loop drive by position detection means and a drive control unit that outputs a command signal for driving the ultrasonic motor based on a deviation between position information from the position detection means and reference position information based on a preset movement profile In the precision driving device that performs control, based on the position information of the position detection means, the speed calculation unit that calculates the speed by the open loop drive control while the closed loop drive control is stopped, and the speed calculation unit calculates the speed A speed monitoring unit that monitors the speed; a speed v that is connected to the speed monitoring unit and is calculated for each predetermined sampling time; and a sampling type before the speed v A speed fluctuation calculation unit that calculates a speed fluctuation difference vv ′ compared with a calculation result of the speed v ′ of the motor as a speed value, and a drive command signal to the drive control unit until the speed value reaches a predetermined value. It is characterized by comprising an aging operation unit for outputting.

また、好ましくは、前記クローズループ駆動制御で、前記可動体が予め設定した任意の往復回数に達するまで駆動させ、該往復回数に達したら、前記クローズループ駆動制御を停止し、前記速度監視部で前記オープンループ駆動制御にて速度を監視することを特徴とする。 Preferably, in the closed loop drive control, the movable body is driven until reaching an arbitrary number of reciprocations set in advance, and when the number of reciprocations is reached, the closed loop drive control is stopped, and the speed monitoring unit The speed is monitored by the open loop drive control.

さらに、好ましくは、前記エージング動作部において、前記速度変動演算部で所定のサンプリングタイム毎に演算した速度変動差ｖ（ｎ）−ｖ（ｎ−１）が、予め設けた基準速度変動差のしきい値と、該しきい値内に連続的に所定回数入るか否かを判定する安定判断部を有することを特徴とする。 Further preferably, in the aging operation section, the speed fluctuation difference v (n) −v (n−1) calculated for each predetermined sampling time by the speed fluctuation calculating section is a difference between a reference speed fluctuation difference provided in advance. It is characterized by having a threshold value and a stability determination unit for determining whether or not the predetermined threshold value is continuously entered within the threshold value.

また、好ましくは、前記エージング動作部において、前記クローズループ駆動制御を停止しても所定の時間は前記オープンループ制御を開始させずに待機する待機時間設定部を有することを特徴とする。 Preferably, the aging operation unit further includes a standby time setting unit that waits for a predetermined time without starting the open loop control even when the closed loop drive control is stopped.

摩擦部材を有する超音波モータと、該超音波モータの摩擦部材との摩擦駆動により可動する可動体とを有し、該可動体の位置を測定する位置検出手段と、該位置検出手段からの位置情報と予め設定した移動プロファイルに基づく基準位置情報との偏差を基に前記超音波モータの駆動用指令信号を出力する駆動制御部とによりクローズループ駆動制御を行う精密駆動装置において、前記位置検出手段の位置情報を基に、前記クローズループ駆動制御を停止した状態でオープンループ駆動制御により時定数Ｔと比例感度Ｋを演算して伝達関数Ｇを算出する伝達関数演算部と、該伝達関数演算部にて算出する伝達関数を監視する伝達関数監視部と、該伝達関数監視部に接続され、所定のサンプリングタイム毎に算出した伝達関数Ｇと、該伝達関数Ｇよりも前のサンプリングタイムの伝達関数Ｇ’の演算結果と比較した伝達関数変動差Ｇ−Ｇ’を演算値として算出する演算部と、該演算値が予め定められた値になるまで前記駆動制御部に駆動用指令信号を出力するエージング動作部とからなることを特徴とする。 An ultrasonic motor having a friction member; a movable body movable by friction drive with the friction member of the ultrasonic motor; position detecting means for measuring the position of the movable body; and a position from the position detecting means. In the precision drive device that performs closed-loop drive control by a drive control unit that outputs a command signal for driving the ultrasonic motor based on a deviation between the information and reference position information based on a preset movement profile, the position detection unit A transfer function calculation unit for calculating a transfer function G by calculating a time constant T and a proportional sensitivity K by open loop drive control in a state in which the closed loop drive control is stopped, and the transfer function calculation unit A transfer function monitoring unit that monitors the transfer function calculated in step, a transfer function G that is connected to the transfer function monitoring unit and calculated at every predetermined sampling time, and the transfer function G A calculation unit that calculates a transfer function fluctuation difference GG ′ compared with the calculation result of the transfer function G ′ at the previous sampling time as a calculation value; and the drive control until the calculation value reaches a predetermined value. And an aging operation unit that outputs a drive command signal to the unit.

また、好ましくは、前記クローズループ駆動制御で、前記可動体が予め設定した任意の往復回数に達するまで駆動させ、該往復回数に達したら、前記クローズループ駆動制御を停止し、前記オープンループ駆動制御で駆動を行うことを特徴とする。また、好ましくは、前記エージング動作部において、伝達関数演算部で所定のサンプリングタイム毎に演算した伝達関数変動差Ｇ（ｎ）−Ｇ（ｎ−１）が、予め設けた基準伝達関数変動差のしきい値と、該しきい値内に連続的に所定回数入るか否かを判定する安定判断部を有することを特徴とする。また、好ましくは、前記エージング動作部において、前記クローズループ駆動制御を停止しても所定の時間は前記オープンループ制御を開始させずに待機する待機時間設定部を有することを特徴とする。 Preferably, in the closed loop drive control, the movable body is driven until reaching a predetermined number of reciprocations, and when the number of reciprocations is reached, the closed loop drive control is stopped and the open loop drive control is performed. And driving. Preferably, in the aging operation unit, the transfer function variation difference G (n) −G (n−1) calculated at a predetermined sampling time by the transfer function calculation unit is a reference transfer function variation difference provided in advance. It has a threshold value and a stability determination unit for determining whether or not the predetermined number of times is continuously entered within the threshold value. Preferably, the aging operation unit further includes a standby time setting unit that waits for a predetermined time without starting the open loop control even when the closed loop drive control is stopped.

本発明の精密駆動装置のエージング駆動方法は、摩擦部材を有する超音波モータと、該超音波モータの摩擦部材との摩擦駆動により可動する可動体とを有する精密駆動装置のエージング駆動方法であって、前記可動体の位置情報と予め設定した移動プロファイルに基づく基準位置情報との偏差を基に、前記可動体をクローズループ駆動制御により駆動するクローズループ駆動制御工程と、前記クローズループ駆動制御を停止して、所定時間待機する待機工程と、前記可動体のオープンループ駆動制御を開始し、前記可動体の速度を監視する速度監視工程と、前記クローズループ駆動制御工程、前記待機工程、および前記速度監視工程を再び繰り返す繰り返し工程と、後の速度監視工程によって得られた速度とその前の速度監視工程によって得られた速度の差である速度変動差が予め定められた基準速度変動差以下であるかどうかを判断する判断工程とを有し、前記速度変動差が前記基準速度変動差以下である場合には、エージング駆動を終了し、前記速度変動差が前記基準速度変動差を超える場合には、前記クローズループ駆動制御工程、前記待機工程、前記速度監視工程、および前記判断工程を再び行う。An aging drive method for a precision drive apparatus according to the present invention is an aging drive method for a precision drive apparatus having an ultrasonic motor having a friction member and a movable body movable by friction drive with the friction member of the ultrasonic motor. A closed-loop drive control process for driving the movable body by closed-loop drive control based on a deviation between the position information of the movable body and reference position information based on a preset movement profile, and the closed-loop drive control is stopped. Then, a standby process for waiting for a predetermined time, a speed monitoring process for starting the open loop drive control of the movable body and monitoring the speed of the movable body, the closed loop drive control process, the standby process, and the speed It is obtained by repeating the monitoring process again, the speed obtained by the subsequent speed monitoring process, and the speed monitoring process before that. A determination step for determining whether or not a speed fluctuation difference that is a difference in speed is less than or equal to a predetermined reference speed fluctuation difference, and when the speed fluctuation difference is less than or equal to the reference speed fluctuation difference When the aging drive is finished and the speed fluctuation difference exceeds the reference speed fluctuation difference, the closed loop drive control process, the standby process, the speed monitoring process, and the determination process are performed again.

前記精密駆動装置のエージング駆動方法において、好ましくは、前記速度変動差が前記基準速度変動差以下である場合には、前記速度変動差が前記基準速度変動差以下となることが所定回数連続するか否かを判定する判定工程を有し、前記速度変動差が前記基準速度変動差以下となることが所定回数連続する場合には、エージング駆動を終了し、前記速度変動差が前記基準速度変動差以下となることが所定回数連続しない場合には、前記クローズループ駆動制御工程、前記待機工程、前記速度監視工程、および前記判断工程を再び行う。In the aging drive method of the precision drive device, preferably, if the speed fluctuation difference is equal to or less than the reference speed fluctuation difference, does the speed fluctuation difference continue to be equal to or less than the reference speed fluctuation difference for a predetermined number of times? A determination step for determining whether or not the speed fluctuation difference is equal to or less than the reference speed fluctuation difference for a predetermined number of times, aging drive is terminated, and the speed fluctuation difference is the reference speed fluctuation difference. If the following does not continue for a predetermined number of times, the closed loop drive control step, the standby step, the speed monitoring step, and the determination step are performed again.

本発明の構成によれば、エージング動作部が速度値又は演算値が予め定められた値になるまで前記駆動制御部に駆動用指令信号を出力して作動するので、新しい摩擦部材を摩擦駆動させた際に、摩擦部材と駆動力伝達部材の当接面をそれぞれの超音波モータの摩擦部材について確実にエージング状態とすることができ、製品出荷後の制御パラメータの修正も必要がなくなり、またエージングが完了していない摩擦部材で駆動して異常摩耗が生じることがない。これにより、大量生産の際にもメンテナンスが不要で、高精度にエージング終了時期の判断が可能である。その結果、製品出荷前にエージング処理を行うことにより、エージング状態となった摩擦部材で精密駆動装置を作動させることができることから、出荷後も長時間安定して駆動する精密駆動装置を得ることが可能となる。 According to the configuration of the present invention, the aging operation unit operates by outputting a drive command signal to the drive control unit until the speed value or the calculated value reaches a predetermined value. When this occurs, the contact surfaces of the friction member and the driving force transmission member can be reliably aged for the friction members of the respective ultrasonic motors, and there is no need to modify the control parameters after product shipment. No abnormal wear occurs when driven by a friction member that is not completed. As a result, maintenance is not required even in mass production, and the aging end time can be determined with high accuracy. As a result, by performing an aging process before product shipment, it is possible to operate the precision drive device with the friction member in an aging state, and thus it is possible to obtain a precision drive device that can stably drive for a long time after shipment. It becomes possible.

以下、本発明の実施形態について詳細を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

図１は本発明の精密駆動装置の一例を示す模式図である。なお、従来例と同一部分については同一符号で示す。 FIG. 1 is a schematic view showing an example of the precision driving device of the present invention. In addition, about the same part as a prior art example, it shows with the same code | symbol.

この精密駆動装置１０は、ベース盤１１上にクロスローラガイドの如き一対のガイド部材１２を備え、これらのガイド部材１２によって可動体としてのステージ１３を直線的に案内するようになっている。 The precision driving device 10 includes a pair of guide members 12 such as cross roller guides on a base board 11 and linearly guides a stage 13 as a movable body by these guide members 12.

また、ステージ１３の一方の側面には、ガイド部材１２に対して平行に駆動力伝達部材１４が、ステージ１３の他方の側面には、駆動力伝達部材１４と平行にリニアスケール１５がそれぞれ設置されており、リニアスケール１５と対向する位置には測定ヘッド１６を設けて位置検出手段１７を構成するとともに、駆動力伝達部材１４と対向する位置には２つの超音波モータ２０を設置し、各超音波モータ２０の摩擦部材２５を駆動力伝達部材１４の当接面に対して垂直に当接させてある。 A driving force transmission member 14 is installed on one side surface of the stage 13 in parallel with the guide member 12, and a linear scale 15 is installed on the other side surface of the stage 13 in parallel with the driving force transmission member 14. In addition, a measuring head 16 is provided at a position facing the linear scale 15 to constitute a position detecting means 17, and two ultrasonic motors 20 are installed at a position facing the driving force transmitting member 14. The friction member 25 of the sonic motor 20 is in contact with the contact surface of the driving force transmission member 14 perpendicularly.

なお、図１に示す超音波モータ２０の構造及び取り付け構造は、図３に示した超音波モータ２０の構造および取り付け構造と同一であるため、ここでは説明を省略する。また、位置検出手段１６として、ステージ１３上に反射ミラーを設け、レーザー測長計で位置を検出するような構造としてもよい。 The structure and attachment structure of the ultrasonic motor 20 shown in FIG. 1 are the same as the structure and attachment structure of the ultrasonic motor 20 shown in FIG. Further, the position detecting means 16 may have a structure in which a reflection mirror is provided on the stage 13 and the position is detected by a laser length meter.

そして、ステージ１３の移動に伴う位置検出手段１６からの時間、変位、速度、加速度等の位置情報を駆動制御部３に送り、この駆動制御部３にて予め設定してあるステージ１３の移動プロファイルに基づく基準位置情報（変位、速度、加速度）との偏差を基に、例えばＰＩＤ演算処理し、その出力値を駆動用指令信号として超音波モータ２０へ出力するフィードバック制御を行うクローズループ駆動制御を行うことで、超音波モータ２０に備える摩擦部材２５との摩擦駆動によりステージ１３をガイド部材１２に沿って移動し、位置決めさせるようになっている。 Then, position information such as time, displacement, speed, acceleration and the like from the position detection means 16 accompanying the movement of the stage 13 is sent to the drive control unit 3, and the movement profile of the stage 13 set in advance by the drive control unit 3. Based on the deviation from the reference position information (displacement, speed, acceleration) based on the above, for example, PID calculation processing is performed, and the closed loop drive control for performing feedback control that outputs the output value to the ultrasonic motor 20 as a drive command signal is performed. By doing so, the stage 13 is moved along the guide member 12 by friction drive with the friction member 25 provided in the ultrasonic motor 20, and is positioned.

ここで、ステージ１３の移動プロファイルとは、ステージ１３の目標移動位置までの時間、変位、速度、加速度等から求まる一括した情報を示す。 Here, the movement profile of the stage 13 indicates collective information obtained from the time to the target movement position of the stage 13, displacement, speed, acceleration, and the like.

また、図１に示す本発明の精密駆動装置１０には、位置検出手段１７と駆動制御部３間に、順次、速度演算部１、速度監視部２、速度変動演算部４、エージング動作部５が接続されている。また、エージング動作部５には、安定判断部６及び待機時間設定部７を有している。 Further, in the precision driving device 10 of the present invention shown in FIG. 1, a speed calculation unit 1, a speed monitoring unit 2, a speed fluctuation calculation unit 4, and an aging operation unit 5 are sequentially arranged between the position detection unit 17 and the drive control unit 3. Is connected. Further, the aging operation unit 5 includes a stability determination unit 6 and a standby time setting unit 7.

次に、本発明の精密駆動装置１０に用いる摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４の当接面がエージング状態となっているか否かを判断するための、オープンループ駆動制御について具体的に説明する。 Next, the open loop drive control for determining whether or not the contact surfaces of the friction member 25 and the drive force transmission member 14 used in the precision drive device 10 of the present invention are in an aging state will be specifically described. .

まず、速度演算部１は位置検出手段１７から得られた位置情報のうち、時間、変位からステージ１３の移動速度を演算する機能を有している。 First, the speed calculation unit 1 has a function of calculating the moving speed of the stage 13 from time and displacement in the position information obtained from the position detection means 17.

また、速度監視部２はクローズループ駆動制御を停止した状態でオープンループ駆動制御により速度演算部１で演算された速度を時系列的に監視する機能を有している。さらに、この速度監視部２にはステージ１３の往復回数が記録されており、この予め設定した任意の往復回数に達するまでクローズループ駆動制御で駆動させ、往復回数に達したら、初めてクローズループ駆動制御を停止し、クローズループ駆動制御を停止し、速度監視部２でオープンループ駆動制御にて速度を監視する。そして、この監視して得られたステージ１３の移動速度を予め設定された回数毎に記録していく。 The speed monitoring unit 2 has a function of monitoring the speed calculated by the speed calculation unit 1 by the open loop drive control in a time series in a state where the closed loop drive control is stopped. Further, the speed monitoring unit 2 records the number of reciprocations of the stage 13, and is driven by the closed loop drive control until reaching the preset arbitrary number of reciprocations. The closed loop drive control is stopped, and the speed monitoring unit 2 monitors the speed by the open loop drive control. Then, the moving speed of the stage 13 obtained by monitoring is recorded every preset number of times.

このように速度演算部１並びに速度監視部２を設けることにより、超音波モータ２０からステージ１３への駆動力伝達状態の時間的変化を速度という形で把握することができるため、駆動力伝達状態の安定性を、実際に摩擦部材２５と駆動力伝達部材の当接面の状態を確認することなく間接的で、かつ、確実に確認することができる。 By providing the speed calculation unit 1 and the speed monitoring unit 2 in this way, a temporal change in the driving force transmission state from the ultrasonic motor 20 to the stage 13 can be grasped in the form of speed. Can be confirmed indirectly and reliably without actually confirming the state of the contact surface between the friction member 25 and the driving force transmission member.

また、速度変動演算部４は、速度監視部２に接続され、所定のサンプリングタイム毎に算出した速度ｖと、その速度ｖよりも前のサンプリングタイムの速度ｖ’の演算結果と比較した速度変動差ｖ−ｖ’を速度値として算出する。これにより、精密駆動装置１０のステージ１３の駆動速度の経時変化をステージ１３を駆動させながら確認できるようになっている。 The speed fluctuation calculation unit 4 is connected to the speed monitoring unit 2 and compares the speed v calculated for each predetermined sampling time with the calculation result of the speed v ′ of the sampling time before the speed v. The difference v−v ′ is calculated as a speed value. As a result, a change with time in the driving speed of the stage 13 of the precision driving device 10 can be confirmed while driving the stage 13.

なお、速度変動演算部４にて演算された速度変動差は、超音波モータ２０からステージ１３への駆動力伝達状態を間接的に判断できるパラメータであり、確実に当接面がエージング完了状態となっているか否かを確認できるため、このようなパラメータを用いる方法は駆動初期段階でのエージング状態の確認だけでなく、メンテナンス時に異常状態を未然に察知することにも使用可能であり、メンテナンスコストの削減にもつながる。 The speed fluctuation difference calculated by the speed fluctuation calculating unit 4 is a parameter that can indirectly determine the driving force transmission state from the ultrasonic motor 20 to the stage 13, and the contact surface is reliably in the aging completed state. Therefore, the method using such parameters can be used not only to check the aging state at the initial stage of driving but also to detect an abnormal state in advance during maintenance. It leads to reduction.

エージング動作部５は、駆動初期段階の摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４の当接面のエージング処理を実施し、その状態が良好に駆動できるものであるか否かを判断する為に設置されており、速度変動演算部４にて演算された速度値が予め定められた値になるまで駆動制御部３に駆動用指令信号を出力するようになっている。従って、速度値が予め定められた値であるならば、駆動制御部３の駆動用指令信号は超音波モータ２０に出力されず、エージング動作は終了することとなる。 The aging operation unit 5 is installed to perform an aging process on the contact surfaces of the friction member 25 and the driving force transmission member 14 at the initial stage of driving and determine whether or not the state can be driven satisfactorily. The drive command signal is output to the drive control unit 3 until the speed value calculated by the speed fluctuation calculation unit 4 reaches a predetermined value. Therefore, if the speed value is a predetermined value, the drive command signal of the drive control unit 3 is not output to the ultrasonic motor 20, and the aging operation is ended.

また、エージング動作部５にある安定判断部６は、速度変動演算部４で所定のサンプリングタイム毎に演算した速度変動差ｖ（ｎ）−ｖ（ｎ−１）が、予め設けた基準速度変動差のしきい値と、そのしきい値内に連続的に所定回数入るか否かを判定する機能を有しているが、この安定判断部６を用いても良い。従って、安定判断部６を用いる場合にも、エージング状態にあると判断された場合には、エージング駆動を終了するが、そうでなければ再びクローズループ駆動制御によりエージング駆動を行う。この安定判断部６により、より高精度にエージング終了時期を判断させることが可能となる。 In addition, the stability determination unit 6 in the aging operation unit 5 is configured so that the speed fluctuation difference v (n) −v (n−1) calculated every predetermined sampling time by the speed fluctuation calculation unit 4 is a reference speed fluctuation provided in advance. Although the threshold value of the difference and the function of determining whether or not a predetermined number of times are continuously entered within the threshold value, the stability determination unit 6 may be used. Therefore, even when the stability determination unit 6 is used, when it is determined that the aging state is established, the aging drive is terminated. Otherwise, the aging drive is performed again by the closed loop drive control. The stability determination unit 6 can determine the aging end time with higher accuracy.

ここで、速度変動差ｖ（ｎ）−ｖ（ｎ−１）のしきい値とは、予めエージング状態にある精密駆動装置１０の速度から経験的に求められた速度変動差のことである。より具体的には、駆動制御部に入力される駆動用指令信号（電圧）にもよるが、エージング状態にあるときの精密駆動装置１０においては、その速度変動差は２ｍｍ／秒以下であることが好ましく、さらに、駆動精度を長期間にわたってより高精度に保つためには、１．５ｍｍ／秒以下とするのがよい。そして、上述してきたオープンループ駆動制御による速度演算により、速度変動差がこのしきい値内に連続して入ればエージング状態にあると考えて良いが、より確実にエージング状態にあると判断するためには、２０００回の往復駆動回数毎のオープンループ駆動制御において、３回以上しきい値内に入っている場合にエージング状態にあると判断することがより好適である。 Here, the threshold value of the speed fluctuation difference v (n) −v (n−1) is a speed fluctuation difference empirically obtained in advance from the speed of the precision drive device 10 in the aging state. More specifically, although depending on the drive command signal (voltage) input to the drive control unit, in the precision drive device 10 in the aging state, the speed fluctuation difference is 2 mm / second or less. Further, in order to maintain the driving accuracy with high accuracy over a long period of time, it is preferable to set it to 1.5 mm / second or less. Then, by the speed calculation by the above-described open loop drive control, if the difference in speed fluctuation is continuously within this threshold value, it can be considered that it is in the aging state, but in order to more reliably determine that it is in the aging state. In the open loop drive control for every 2000 reciprocating drive times, it is more preferable that the aging state is determined when the threshold value is within the threshold value three times or more.

また、エージング動作部５にある待機時間設定部７には、クローズループ駆動制御を停止しても所定の時間はオープンループ制御を開始させずに待機する機能を有しており、この待機時間設定部７を用いても良い。これは、クローズループ駆動制御停止した後、すぐにオープンループ駆動制御にて駆動させると、超音波モータ２０の発熱や超音波モータ２０の摩擦部材２５と、ステージ１３の駆動力伝達部材１４の摩擦熱により、超音波モータ２０に搭載されている圧電素子の振動状態が変化し、モータの駆動に影響を及ぼす場合があり、正確な速度演算が妨げられる恐れがあるからである。より具体的な待機時間としては１０００ｓｅｃ以下とするのが良いが、待機時間は短時間とすることが装置調整上要求されるので、６００ｓｅｃ以下とすることがより好適である。 Further, the standby time setting unit 7 in the aging operation unit 5 has a function of waiting for a predetermined time without starting the open loop control even when the closed loop drive control is stopped. Part 7 may be used. This is because if the closed-loop drive control is stopped and then immediately driven by the open-loop drive control, the heat generated by the ultrasonic motor 20 or the friction between the friction member 25 of the ultrasonic motor 20 and the driving force transmission member 14 of the stage 13 is detected. This is because the vibration state of the piezoelectric element mounted on the ultrasonic motor 20 changes due to heat, which may affect the driving of the motor, and may prevent accurate speed calculation. More specifically, the standby time is preferably set to 1000 sec or less, but it is more preferable to set the standby time to 600 sec or less because a short waiting time is required for device adjustment.

次に本発明の精密駆動装置１０のエージング処理までの流れを図２に示すフローチャートに基づいて説明する。 Next, the flow up to the aging process of the precision drive device 10 of the present invention will be described based on the flowchart shown in FIG.

図に示すように、まず、エージング駆動をスタートし、ステージ１３の駆動をクローズループ駆動制御にて行う。具体的には、ステージ１３の位置を位置検出手段１７によって測定し、その位置情報と予め設定した移動プロファイルに基づく基準位置情報との偏差を基に駆動制御部３から超音波モータ２０に駆動用指令信号を出力して駆動を行う。そうすることにより、摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４の当接面は摩擦駆動により摩耗し、初期は粗い表面状態であったものが、摩耗により比較的滑らかな表面状態となっていく。 As shown in the figure, first, aging drive is started, and the stage 13 is driven by closed loop drive control. Specifically, the position of the stage 13 is measured by the position detection means 17, and the drive control unit 3 drives the ultrasonic motor 20 based on the deviation between the position information and the reference position information based on a preset movement profile. A command signal is output to drive. By doing so, the contact surface of the friction member 25 and the driving force transmission member 14 is worn by friction driving, and the surface that was initially rough is changed to a relatively smooth surface by wear.

その後、ステージ１３が予め設定した所定の往復駆動回数に達したら、速度監視部２によりクローズループ駆動制御を停止し、このときエージング動作部５内の待機時間設定部７により、設定された時間が経過していれば、オープンループ駆動制御に切り替わり一定の指令信号を出力して速度を監視する。そして、１回目の速度監視が終了すると、オープンループ駆動制御を停止し、再びクローズループ駆動制御に切り替わり駆動が行われる。 After that, when the stage 13 reaches a preset number of reciprocating driving times, the speed monitoring unit 2 stops the closed loop driving control, and at this time, the time set by the standby time setting unit 7 in the aging operation unit 5 is stopped. If it has elapsed, it switches to open loop drive control and outputs a constant command signal to monitor the speed. When the first speed monitoring is completed, the open loop drive control is stopped and the drive is switched to the closed loop drive control again.

次に、２回目の速度監視が行われる。このとき上述と同様に、エージング動作部５内の待機時間設定部７により設定した時間が経過してから、オープンループ駆動制御による速度監視が行われる。そして、速度監視部２により記録された１回目と２回目の速度の結果を用いて、速度変動演算部４により速度変動差を速度値として演算する。そして演算された速度値が、予め定められた基準速度変動差以下であるかをエージング動作部５内の安定判断部６により判断する。この速度値が、基準速度変動差以下でない場合には、オープンループ駆動制御による駆動を停止して、再びクローズループ駆動制御によりステージ１３の駆動を行い、再度、摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４を摩擦駆動させその当接面をなじませる。また、基準速度変動差以下である場合には、次に、それが所定回数連続するかどうかが安定判断部６により判断される。速度変動差の値が基準速度変動差以下であり、所定回数連続して基準速度変動差以下となった場合には、エージング状態にあると判断され、エージング駆動を終了する。また、そうでない場合には、オープンループ駆動制御による駆動を停止して、再びクローズループ駆動制御によりステージ１３の駆動を行い、摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４を摩擦駆動させその当接面をなじませる。 Next, the second speed monitoring is performed. At this time, as described above, speed monitoring by open loop drive control is performed after the time set by the standby time setting unit 7 in the aging operation unit 5 has elapsed. Then, using the results of the first speed and the second speed recorded by the speed monitoring unit 2, the speed fluctuation calculating unit 4 calculates the speed fluctuation difference as a speed value. Then, the stability determination unit 6 in the aging operation unit 5 determines whether the calculated speed value is equal to or less than a predetermined reference speed fluctuation difference. If the speed value is not less than the reference speed fluctuation difference, the driving by the open loop driving control is stopped, the stage 13 is driven again by the closed loop driving control, and the friction member 25 and the driving force transmitting member 14 are again driven. Frictionally drives the contact surface. If it is equal to or smaller than the reference speed fluctuation difference, the stability determining unit 6 determines whether or not it continues for a predetermined number of times. If the value of the speed fluctuation difference is equal to or less than the reference speed fluctuation difference and is equal to or less than the reference speed fluctuation difference for a predetermined number of times, it is determined that the aging state is established, and the aging drive is terminated. If not, the driving by the open loop driving control is stopped, the stage 13 is driven again by the closed loop driving control, the friction member 25 and the driving force transmission member 14 are friction driven, and the contact surface thereof is changed. Make it familiar.

次に、本発明の精密駆動装置１０の他の実施の形態について説明する。 Next, another embodiment of the precision drive device 10 of the present invention will be described.

本発明の精密駆動装置１０の駆動は、既に上述したような一定の速度を継続して行う場合には好適であるが、駆動の形態が異なるような、例えば短時間駆動させて停止する加減速が主な駆動サイクルを繰り返す駆動方式においては（図３参照）、摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４の当接面におけるエージング状態は、上述した速度変動差ｖ−ｖ’を利用してエージング状態を認識させることは好ましくなく、駆動開始から駆動停止までの短いサイクルの間の加速領域Ｌの変動におけるエージング状態を把握できる手段が必要となる。 The driving of the precision driving device 10 of the present invention is suitable when the constant speed as described above is continuously performed. However, the driving mode is different, for example, the acceleration / deceleration that is stopped for a short time is stopped. In the driving system in which the main driving cycle is repeated (see FIG. 3), the aging state on the contact surface between the friction member 25 and the driving force transmission member 14 is an aging state using the above-described speed variation difference vv ′. It is not preferable to recognize this, and a means is required that can grasp the aging state in the fluctuation of the acceleration region L during a short cycle from the start of driving to the stop of driving.

このような手段としては、図４に示すように位置検出手段１７と駆動制御部３間に、順次、伝達関数演算部３０、伝達関数監視部３１、演算部３２、エージング動作部５が接続された精密駆動装置とする。また、エージング動作部５には、上述の実施の形態と同様に安定判断部６及び待機時間設定部７を有している。（図３は省略することとする）
伝達関数監視部３１においては、クローズループ駆動制御を停止した状態でオープンループ駆動制御により加速領域の加速度から時定数Ｔと比例感度Ｋを求め、これを基に伝達関数Ｇを演算して、さらに各サイクル毎の伝達関数Ｇを比較し、その差が一定であるか否かにより判断する手段がある。 As such means, a transfer function calculation unit 30, a transfer function monitoring unit 31, a calculation unit 32, and an aging operation unit 5 are sequentially connected between the position detection unit 17 and the drive control unit 3 as shown in FIG. A precision drive device. In addition, the aging operation unit 5 includes a stability determination unit 6 and a standby time setting unit 7 as in the above-described embodiment. (Figure 3 will be omitted)
In the transfer function monitoring unit 31, the time constant T and the proportional sensitivity K are obtained from the acceleration in the acceleration region by the open loop drive control while the closed loop drive control is stopped, and the transfer function G is calculated based on the time constant T. There is a means for comparing the transfer functions G for each cycle and determining whether or not the difference is constant.

ここで、加速領域Lの加速度から求めた伝達関数Ｇは、本発明のような１次系の駆動システムにおいては、以下の式で表される。 Here, the transfer function G obtained from the acceleration in the acceleration region L is expressed by the following expression in the primary drive system as in the present invention.

Ｇ＝Ｋ／（Ｔ＋１）・・・・・・・・・（１）
（１）式において、Ｔは時定数であり、本発明の精密駆動装置１０においては位置情報を基に速度から得られる最大値の６３．２％に達するまでの時間で表される。 G = K / (T + 1) (1)
In the equation (1), T is a time constant, and in the precision driving device 10 of the present invention, T is represented by the time until it reaches 63.2% of the maximum value obtained from the speed based on the position information.

また、（１）式のＫは比例感度であり、本発明の精密駆動装置の最終的な定常値として表す。 Further, K in the equation (1) is a proportional sensitivity and is expressed as a final steady value of the precision driving device of the present invention.

本発明の精密駆動装置１０において、その最終的な出力は前記ドライバへ交流電圧として入力された正弦波で表される駆動用指令信号と、（１）式に示す伝達関数Ｇとの積によって表されることとなる。 In the precision drive device 10 of the present invention, the final output is represented by the product of the drive command signal represented by a sine wave input as an alternating voltage to the driver and the transfer function G shown in the equation (1). Will be.

（１）式は時定数ＴがＴ＝１／ａ［ｓ］と表せることから、伝達関数Ｇは以下の（２）式として表せる。 Since the time constant T can be expressed as T = 1 / a [s] in the expression (1), the transfer function G can be expressed as the following expression (2).

Ｇ＝ａ／（ｓ＋ａ）・・・・・・・・・（２）
ここで、ａの値は時定数がＴ＝１／ａ［ｓ］と表せるから、ａ＝１／Ｔとして求めることが可能である。また比例感度Ｋは本発明の駆動装置を駆動させた場合、ｖの最大値で表される。そして比例感度Ｋについては入力に対する、振幅比（ゲイン）を調整することが可能であり、例えば、ｖの最大値が２００ｍｍ／ｓｅｃとすると、これを５倍の感度で出力させるために、１ｍ／ｓｅｃを基準として考え、Ｋ＝（ｖの最大値）／１０００という式にて算出することができる。 G = a / (s + a) (2)
Here, since the time constant can be expressed as T = 1 / a [s], the value of a can be obtained as a = 1 / T. The proportional sensitivity K is expressed by the maximum value of v when the driving device of the present invention is driven. For the proportional sensitivity K, it is possible to adjust the amplitude ratio (gain) with respect to the input. For example, when the maximum value of v is 200 mm / sec, in order to output this with 5 times the sensitivity, 1 m / Considering sec as a reference, K = (maximum value of v) / 1000 can be calculated.

次に、演算部３２において、加速領域のデータから、伝達関数演算部３０にて時定数Ｔと比例感度Ｋ等のパラメータを演算して伝達関数Ｇを求める。 Next, in the calculation unit 32, parameters such as the time constant T and proportional sensitivity K are calculated from the acceleration region data in the transfer function calculation unit 30 to obtain the transfer function G.

その後、伝達関数演算部３０にて演算された伝達関数Ｇをもとに、伝達関数監視部３１、演算部３２、エージング動作部５を用いて、図４に示す精密駆動装置１０のエージング駆動を行う。エージング駆動については、既に上述した速度値を用いたエージング駆動の例と同様であり、ここでは説明を省略する。 Thereafter, based on the transfer function G calculated by the transfer function calculation unit 30, the transfer function monitoring unit 31, the calculation unit 32, and the aging operation unit 5 are used to perform the aging drive of the precision drive device 10 shown in FIG. Do. The aging drive is similar to the example of the aging drive using the speed value already described above, and the description thereof is omitted here.

なお、このような伝達関数Ｇを用いたエージング状態を把握する手段は、時定数Ｔと比例感度Ｋ、伝達関数Ｇの演算結果を、一般的なゲイン線図と位相線図からなるボード線図として表せることも可能である。 The means for grasping the aging state using such a transfer function G is a Bode diagram composed of a general gain diagram and a phase diagram, with the time constant T, the proportional sensitivity K, and the calculation result of the transfer function G. It can also be expressed as

そして、ボード線図が求まると、その線図から伝達状態の変化を定量的に判断することができる。これらのボード線図の伝達関数変動差Ｇ（ｎ）−Ｇ（ｎ−１）が、予め設けた基準伝達関数変動差のしきい値と、そのしきい値内に連続的に所定回数入るか否かを判定する安定判断部６を用いてエージング終了時期を判断させることができる。 When the board diagram is obtained, the change in the transmission state can be quantitatively determined from the diagram. The transfer function fluctuation difference G (n) -G (n-1) of these Bode diagrams is a predetermined threshold value of the reference transfer function fluctuation difference, and whether or not it continuously enters the threshold value a predetermined number of times. The aging end time can be determined using the stability determination unit 6 that determines whether or not.

このボード線図は市販のパーソナルコンピューター用ソフト等を用いることにより容易に作成可能である。 This Bode diagram can be easily created by using commercially available software for personal computers.

さらに、前記伝達関数Ｇやボード線図を用いたエージングの状態を把握する方法は、製品出荷前の最終検査としてばかりでなく、定期的なメンテナンスやＰＩＤオートチューニング機能に使用することも可能である。 Furthermore, the method of grasping the aging state using the transfer function G and the Bode diagram can be used not only for final inspection before product shipment but also for periodic maintenance and PID auto-tuning function. .

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は直線駆動系への適用にとどまらず、回転駆動系へも好適に利用することが可能であり、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の改良や変更したものにも適用できることは言うまでもない。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to application to a linear drive system, and can be suitably used for a rotary drive system. Various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Needless to say, the present invention can be applied to improvements and modifications.

以下に本発明の実施例を示す。 Examples of the present invention are shown below.

図１に示す精密駆動装置１０の製品出荷前のエージング（なじみ）駆動の具体例について説明する。 A specific example of aging (familiarity) drive before product shipment of the precision drive device 10 shown in FIG. 1 will be described.

図１において、ステージ１３を案内するガイド部材１２には、２００ｍｍのストロークを有するクロスローラガイドを用い、ステージ１３は２５０ｍｍ×１２０ｍｍ×３０ｍｍの板状体とし、アルミニウムにより形成した。そしてステージ１３上には重り（不図示）を載せた。 In FIG. 1, a cross roller guide having a stroke of 200 mm was used as the guide member 12 for guiding the stage 13, and the stage 13 was formed as a plate having a size of 250 mm × 120 mm × 30 mm and was made of aluminum. A weight (not shown) was placed on the stage 13.

また、ステージ１３を駆動させる超音波モータ２０は、幅８ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ３ｍｍの圧電駆動部２４の端面にアルミナセラミックス製の摩擦部材２５を備え、圧電駆動部２４の一方の主面には４つの電極膜２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを形成し、対角に位置する２２ａと２２ｄ、２２ｂと２２ｃ同士を結線するとともに、他方の主面全体に１つの共通電極膜を形成してなり、前記４つの電極膜に互いの位相差を９０度ずらした指令電圧を印可することにより、摩擦部材２５が楕円運動するようにしたものを用いた。なお、摩擦部材２５の摩擦駆動面は、曲率半径が３ｍｍの球面とし、その表面粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍとした。 The ultrasonic motor 20 for driving the stage 13 includes a friction member 25 made of alumina ceramics on the end face of the piezoelectric drive unit 24 having a width of 8 mm, a length of 30 mm, and a thickness of 3 mm. 4 electrode films 22a, 22b, 22c and 22d are formed, 22a and 22d located diagonally, 22b and 22c are connected to each other, and one common electrode film is formed over the other main surface. In other words, the frictional member 25 is elliptically moved by applying a command voltage having a phase difference of 90 degrees to the four electrode films. The friction drive surface of the friction member 25 was a spherical surface with a radius of curvature of 3 mm, and the surface roughness was 0.2 μm in terms of centerline average roughness (Ra).

さらに、ステージ１３の位置検出手段１６を構成するリニアスケールには、ミツトヨ製のリニアスケールＳ３３Ｃを用い、ステージ５３の一方の側面に設置するとともに、このリニアスケールと対向する位置に検出ヘッド１６を設置して位置検出手段１７を構成し、ステージ１３の他方の側面にはアルミナセラミックス製の駆動力伝達部材１４を設置した。なお、前記駆動力伝達部材の駆動面は表面粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）０．２μｍとしている。 Further, the linear scale constituting the position detection means 16 of the stage 13 is a Mitutoyo linear scale S33C, which is installed on one side surface of the stage 53, and the detection head 16 is installed at a position facing the linear scale. Thus, the position detection means 17 was configured, and a driving force transmission member 14 made of alumina ceramics was installed on the other side surface of the stage 13. The driving surface of the driving force transmitting member has a surface roughness of center line average roughness (Ra) of 0.2 μm.

また、位置検出手段１７と駆動制御部３を接続し、ステージ１３の位置情報が駆動制御部３へ送られるようになっており、駆動制御部３と超音波モータ２０を接続することによって、駆動制御部３から駆動用指令信号が超音波モータ２０へ送られる。 Further, the position detection means 17 and the drive control unit 3 are connected, and the position information of the stage 13 is sent to the drive control unit 3, and the drive is performed by connecting the drive control unit 3 and the ultrasonic motor 20. A drive command signal is sent from the control unit 3 to the ultrasonic motor 20.

また、位置検出手段１７と速度演算部１、速度監視部２、速度変動演算部４、エージング動作部５を直列に接続し、位置検出手段１７からのステージ１３の位置情報が速度演算部１へ、速度演算部１での速度演算結果が速度監視部２へ、速度監視部２で時系列的に監視され、記録された速度が速度変動演算部４へ、速度変動演算部４の演算結果がエージング動作部５（安定判断部６）へ送られるようになっている。エージング動作部５は駆動制御部３とも接続されており、エージング動作部５の安定判断部６で判断された結果が、駆動制御部３へ送られるようになっている。 Further, the position detection means 17 and the speed calculation section 1, the speed monitoring section 2, the speed fluctuation calculation section 4, and the aging operation section 5 are connected in series, and the position information of the stage 13 from the position detection means 17 is sent to the speed calculation section 1. The speed calculation result in the speed calculation unit 1 is monitored in time series to the speed monitoring unit 2, and the recorded speed is monitored in time series to the speed fluctuation calculation unit 4. It is sent to the aging operation unit 5 (stability determination unit 6). The aging operation unit 5 is also connected to the drive control unit 3, and the result determined by the stability determination unit 6 of the aging operation unit 5 is sent to the drive control unit 3.

そして、精密駆動装置１０において、超音波モータ２０のアルミナセラミックス製摩擦部材２５とステージ１３のアルミナセラミックス製駆動力伝達部材１４の当接面をエージング状態とし、超音波モータ２０の駆動力がステージ１３へ安定して伝達され、良好な駆動が長時間にわたって得られるように、エージング駆動を実施した。 In the precision driving device 10, the contact surfaces of the alumina ceramic friction member 25 of the ultrasonic motor 20 and the alumina ceramic driving force transmission member 14 of the stage 13 are aged, and the driving force of the ultrasonic motor 20 is changed to the stage 13. Aging drive was carried out so that a good drive was obtained over a long period of time.

まず、ステージ１３の往復駆動が任意の往復回数として定めた１０００回となるまでをクローズループ駆動制御にて駆動させ、往復駆動回数１０００回となった時点で、クローズループ駆動制御を停止し、その後、エージング動作部５の待機時間設定部７により６００ｓｅｃ待機時間を置き、超音波モータを常温としてから、オープンループ駆動制御で速度演算部１により速度を演算し、速度監視部２にて１回目の速度を監視する。 First, the stage 13 is driven by the closed loop drive control until the reciprocating drive of the stage 13 reaches a predetermined 1000 reciprocating times. When the reciprocating driving number reaches 1000 times, the closed loop driving control is stopped, and then The standby time setting unit 7 of the aging operation unit 5 sets a standby time of 600 seconds, sets the ultrasonic motor to room temperature, calculates the speed by the speed calculation unit 1 by the open loop drive control, and the speed monitoring unit 2 performs the first time. Monitor speed.

その後、オープンループ駆動制御による駆動を停止させ、再びクローズループ駆動制御による駆動を往復回数２０００回まで実施し、往復回数が２０００回となった時点でクローズループ駆動制御を停止し、前述の１回目の速度演算と同様に速度監視を行う。そして、２回目の速度監視以降は、速度変動演算部４により速度値を演算しエージング動作部５（安定判断部６）により、演算された速度値が、予め設定した２ｍｍ／ｓ以下の速度範囲に５回以上連続して入るか否か判断し、入っていればエージング駆動終了、入っていなければオープンループ駆動制御による駆動を停止して、再びクローズループ駆動制御により往復駆動回数１０００回まで駆動させるというサイクルを繰り返す自動制御により実施している。 Thereafter, the drive by the open loop drive control is stopped, the drive by the closed loop drive control is performed again up to 2000 times, and the closed loop drive control is stopped when the number of reciprocations reaches 2000 times. The speed is monitored in the same way as the speed calculation. After the second speed monitoring, a speed value is calculated by the speed fluctuation calculation unit 4 and the speed value calculated by the aging operation unit 5 (stability determination unit 6) is a speed range of 2 mm / s or less set in advance. If it is entered, the aging drive ends. If not, the drive by the open loop drive control is stopped, and the drive is again driven up to 1000 times by the closed loop drive control. This is implemented by automatic control that repeats the cycle.

なお、前記エージング駆動は駆動制御部３を用いることにより、超音波モータ２０に一定電圧を印可して２００ｍｍのストローク間で実施し、前記速度はストロークの加速部分を除く、定速部分の値を抽出した。 The aging drive is performed between 200 mm strokes by applying a constant voltage to the ultrasonic motor 20 by using the drive control unit 3, and the speed is a constant speed part value excluding the acceleration part of the stroke. Extracted.

前記エージング駆動の結果、図７に示すように駆動初期段階の１０００往復の駆動回数では、摩擦部材２５と駆動力伝達部材１４の当接面がエージング状態ではなく、表面が粗いために摩擦力が安定せず、超音波モータの駆動力がステージ１３へうまく伝達されておらず、ステージ１３の駆動速度は遅かったものの、１０００回から１００００回までの間で摩擦部材２５と駆動力伝達部材はその当接面でエージング状態へ近づき、２００００回の往復駆動で、速度変動差の値が５回連続して２ｍｍ／ｓ以下となり、エージング状態となったと判断して、エージング駆動を終了した。 As a result of the aging drive, as shown in FIG. 7, in the number of 1000 reciprocations at the initial driving stage, the contact surface between the friction member 25 and the driving force transmission member 14 is not in an aging state, and the frictional force is generated because the surface is rough. Although the driving force of the ultrasonic motor is not well transmitted to the stage 13 and the driving speed of the stage 13 is slow, the friction member 25 and the driving force transmitting member do not move between 1000 and 10,000 times. The aging state was approached on the contact surface, and the value of the speed fluctuation difference was 5 times or less continuously 2 mm / s or less after 20000 reciprocating driving, and the aging driving was terminated.

なお、図５に示すように２００００回以降、５００００回まで本発明の駆動装置を往復駆動させ、５０００回毎に駆動速度測定を行ったが、ステージ１３の駆動速度は安定することが確認された。 As shown in FIG. 5, the drive device of the present invention was reciprocally driven from 20000 times to 50000 times, and the drive speed was measured every 5000 times. It was confirmed that the drive speed of the stage 13 was stable. .

そしてエージング駆動終了後に、超音波モータ２０の摩擦部材２５とステージの駆動力伝達部材１４の表面粗さは、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ以下と、駆動前の表面粗さである中心線平均粗さ（Ｒａ）０．２μｍと比較して滑らかな面状態となっていた。 After the aging drive is completed, the surface roughness of the friction member 25 of the ultrasonic motor 20 and the driving force transmission member 14 of the stage is 0.1 μm or less in center line average roughness (Ra), and the surface roughness before driving. Compared with a certain centerline average roughness (Ra) of 0.2 μm, the surface state was smooth.

このようにして、エージング完了したものは出荷しても制御パラメータを変更することなく、また異常摩耗を引き起こすことなく正常に駆動することが可能であった。 In this way, even after shipping, those that have been aged can be driven normally without changing the control parameters and without causing abnormal wear.

次に、実施例１に示した本発明の精密駆動装置１０と同様の装置をもう一台準備し、これを用いて伝達関数Ｇを算出することによってエージング状態であるか否かの判断を行うエージング駆動を実施した。 Next, another device similar to the precision driving device 10 of the present invention shown in the first embodiment is prepared, and the transfer function G is calculated using this device to determine whether or not it is in an aging state. Aging drive was performed.

エージング駆動は、往復１０００回クローズループ駆動制御にて駆動させ、クローズループ駆動制御による駆動停止後、６００ｓｅｃ待機時間を置き、超音波モータを常温としてから、オープンループ駆動制御により一定電圧をかけて駆動させ、伝達関数演算部３０、伝達関数監視部３１、演算部３２により時定数Ｔ、比例感度Ｋ、伝達関数Ｇ、演算値Ｇ−Ｇ‘を演算し、エージング動作部５（安定判断部６）により、演算結果が、前のサンプリングタイムの伝達関数Ｇ’をの演算値とを比較し、予め設けた基準伝達関数変動差のしきい値と、該しきい値内に連続的に所定回数入るか否かを判断し、そうであれば、エージング駆動終了、そうでなければオープンループ駆動制御による駆動を停止して、再びクローズループ駆動制御により１０００回駆動させるというサイクルを繰り返す自動制御により実施した。 Aging drive is driven by closed loop drive control 1000 times in reciprocation, and after driving is stopped by closed loop drive control, a 600 sec standby time is set, the ultrasonic motor is brought to room temperature, and then driven by applying a constant voltage by open loop drive control. The time constant T, the proportional sensitivity K, the transfer function G, and the calculated value GG ′ are calculated by the transfer function calculation unit 30, the transfer function monitoring unit 31, and the calculation unit 32, and the aging operation unit 5 (stability determination unit 6). As a result, the calculation result is compared with the calculated value of the transfer function G ′ at the previous sampling time, and the threshold value of the reference transfer function fluctuation difference provided in advance is continuously entered a predetermined number of times within the threshold value. If so, the aging drive ends, otherwise the drive by the open loop drive control is stopped, and again by the closed loop drive control, 10 0 times were performed by an automatic control repeating the cycle of be driven.

なお、前記エージングの状態を実際に判断するにあたって、時定数Ｔ、比例感度Ｋ、伝達関数Ｇから求められるゲイン線図、位相線図からなるボード線図を描き、そのボード線図によってエージング完了判断が可能であるかの検討も実施した。前記ボード線図の作成は、市販のサイバネットシステム（株）製のＭＡＴＬＡＢを用いて作成した。 When actually determining the aging state, a Bode diagram composed of a gain diagram and a phase diagram obtained from the time constant T, proportional sensitivity K, and transfer function G is drawn, and the aging completion determination is made based on the Bode diagram. We also examined whether this is possible. The Bode diagram was created using a MATLAB manufactured by the commercially available Cybernet System Co., Ltd.

図８に良好な駆動状態におけるボード線図の一例を示す。 FIG. 8 shows an example of a Bode diagram in a good driving state.

前記試験の結果、実施例１とほぼ同様に２００００回で演算部３２にて演算された演算値が５回以上連続して予め定められた値となり、エージング状態となることが確認された。さらには、ボード線図の比較による結果も、伝達関数とほぼ一致することが確認され、本発明の精密駆動装置１０において伝達関数を用いたエージング状態の確認が実施可能であることが確認された。 As a result of the test, it was confirmed that the calculation value calculated by the calculation unit 32 at 20,000 times was a predetermined value continuously five times or more in substantially the same manner as in Example 1, and an aging state was established. Furthermore, it was confirmed that the result of comparison of the Bode diagrams also almost coincided with the transfer function, and it was confirmed that the aging state using the transfer function can be confirmed in the precision driving device 10 of the present invention. .

さらには、同様の駆動装置において、図３に示すような短時間駆動して停止するようなサイクル、いわゆるステップ駆動におけるエージング駆動の状態把握が実施できるかどうか確認する試験を実施した。試験は、クローズループ駆動制御にて所定回数駆動させた後、クローズループ駆動制御を停止し、オープンループ駆動制御にて、ステージ１３をステップ駆動させ、そのエージング駆動の状態を前記と同様の方法を用いた。 Furthermore, in the same driving device, a test was performed to check whether the state of aging driving in so-called step driving can be grasped in a cycle in which driving is stopped for a short time as shown in FIG. In the test, after driving a predetermined number of times by the closed loop drive control, the closed loop drive control is stopped, the stage 13 is stepped by the open loop drive control, and the state of the aging drive is the same method as described above. Using.

その結果、２００００回駆動させたところでステップ駆動においても良好な駆動状態を示すことが確認された。 As a result, it was confirmed that a good driving state was exhibited even in step driving when driven 20,000 times.

このようにしてエージング完了したものは出荷しても制御パラメータを変更することなく、また異常摩耗を引き起こすことなく正常に駆動することが可能であった。 Those that have been aged in this way could be driven normally without changing control parameters and without causing abnormal wear even after shipment.

超音波モータを可動体の駆動源とする本発明の精密駆動装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the precision drive device of this invention which uses an ultrasonic motor as a drive source of a movable body. 本発明の精密駆動装置のエージング駆動制御のフローチャートである。It is a flowchart of the aging drive control of the precision drive device of this invention. 本発明の精密駆動装置において、短時間駆動して停止する駆動状態を表した図である。In the precision drive device of this invention, it is a figure showing the drive state which drives for a short time and stops. 本発明の精密駆動装置の他の実施形態の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of other embodiment of the precision drive device of this invention. 超音波モータを可動体の駆動源とする従来の精密駆動装置の一例を示す模式図であるIt is a schematic diagram which shows an example of the conventional precision drive device which uses an ultrasonic motor as a drive source of a movable body. 従来及び本発明に用いられる超音波モータの一例を示す図で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその裏面図である。It is a figure which shows an example of the ultrasonic motor used conventionally and this invention, (a) is the front view, (b) is the back view. 実施例１で述べた本発明の精密駆動装置の一例の駆動回数と駆動速度の関係を示すグラフである。3 is a graph showing the relationship between the number of times of driving and the driving speed of an example of the precision driving device of the present invention described in Example 1. 実施例２で述べた本発明の精密駆動装置の良好なエージング駆動状態を示すボード線図の一例を示す。An example of the Bode diagram which shows the favorable aging drive state of the precision drive device of this invention described in Example 2 is shown.

符号の説明Explanation of symbols

１：速度演算部
２：速度監視部
３，１８：駆動制御部
４：速度変動演算部
５：エージング動作部
６：安定判断部
７：待機時間設定部
１０：精密駆動装置
１１：ベース盤
１２：ガイド部材
１３：ステージ
１４：駆動力伝達部材
１５：リニアスケール
１６：測定ヘッド
１７：位置検出手段
２０：超音波モータ
２１：圧電セラミック板
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２３：電極膜
２４：振動体
２５：摩擦部材
３０：伝達関数演算部
３１：監視部
３２：演算部 1: Speed calculation unit 2: Speed monitoring unit 3, 18: Drive control unit 4: Speed fluctuation calculation unit 5: Aging operation unit 6: Stability determination unit 7: Standby time setting unit 10: Precision drive device 11: Base board 12: Guide member 13: Stage 14: Driving force transmission member 15: Linear scale 16: Measuring head 17: Position detecting means 20: Ultrasonic motor 21: Piezoelectric ceramic plates 22a, 22b, 22c, 22d, 23: Electrode film 24: Vibrating body 25: Friction member 30: Transfer function calculation unit 31: Monitoring unit 32: Calculation unit

Claims

摩擦部材を有する超音波モータと、該超音波モータの摩擦部材との摩擦駆動により可動する可動体とを有し、該可動体の位置を測定する位置検出手段と、該位置検出手段からの位置情報と予め設定した移動プロファイルに基づく基準位置情報との偏差を基に前記超音波モータの駆動用指令信号を出力する駆動制御部とによりクローズループ駆動制御を行う精密駆動装置において、
前記位置検出手段の位置情報を基に前記クローズループ駆動制御を停止した状態でオープンループ駆動制御により速度を演算する速度演算部と、
該速度演算部にて算出する速度を監視する速度監視部と、
前記速度監視部に接続され、所定のサンプリングタイム毎に算出した速度ｖと、該速度ｖよりも前のサンプリングタイムの速度ｖ’の演算結果と比較した速度変動差ｖ−ｖ’を速度値として算出する速度変動演算部と、
該速度値が予め定められた値になるまで前記駆動制御部に駆動用指令信号を出力するエージング動作部とを有し、
前記エージング動作部は、前記クローズループ駆動制御を停止しても所定の時間は前記オープンループ制御を開始させずに待機する待機時間設定部を有する精密駆動装置。
からなることを特徴とする精密駆動装置。 An ultrasonic motor having a friction member; a movable body movable by friction drive with the friction member of the ultrasonic motor; position detecting means for measuring the position of the movable body; and a position from the position detecting means. In a precision drive device that performs closed-loop drive control by a drive control unit that outputs a command signal for driving the ultrasonic motor based on a deviation between information and reference position information based on a preset movement profile,
A speed calculation unit that calculates a speed by open loop drive control in a state in which the closed loop drive control is stopped based on position information of the position detection unit;
A speed monitoring unit for monitoring the speed calculated by the speed calculation unit;
Connected to the speed monitoring unit, the speed fluctuation calculated by comparing the speed v calculated at every predetermined sampling time and the speed v ′ of the sampling time prior to the speed v as a speed value. A speed fluctuation calculation unit to be calculated;
An aging operation unit that outputs a drive command signal to the drive control unit until the speed value reaches a predetermined value ;
The aging operation unit includes a waiting time setting unit that waits for a predetermined time without starting the open loop control even when the closed loop drive control is stopped.
A precision driving device characterized by comprising:

前記クローズループ駆動制御で、前記可動体が予め設定した任意の往復回数に達するまで駆動させ、該往復回数に達したら、前記クローズループ駆動制御を停止し、前記速度監視部で前記オープンループ駆動制御にて速度を監視することを特徴とする請求項１に記載の精密駆動装置。 In the closed loop drive control, the movable body is driven until it reaches an arbitrary number of reciprocations set in advance, and when the number of reciprocations is reached, the closed loop drive control is stopped, and the open loop drive control is performed by the speed monitoring unit. The precision driving device according to claim 1, wherein the speed is monitored at.

前記エージング動作部において、前記速度変動演算部で所定のサンプリングタイム毎に演算した速度変動差ｖ（ｎ）−ｖ（ｎ−１）が、予め設けた基準速度変動差のしきい値と、該しきい値内に連続的に所定回数入るか否かを判定する安定判断部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の精密駆動装置。 In the aging operation unit, the speed fluctuation difference v (n) −v (n−1) calculated for each predetermined sampling time by the speed fluctuation calculation unit is a threshold value of a reference speed fluctuation difference provided in advance, The precision drive device according to claim 1, further comprising a stability determination unit that determines whether or not a predetermined number of times is continuously entered within the threshold value.

摩擦部材を有する超音波モータと、該超音波モータの摩擦部材との摩擦駆動により可動する可動体とを有し、該可動体の位置を測定する位置検出手段と、該位置検出手段からの位置情報と予め設定した移動プロファイルに基づく基準位置情報との偏差を基に前記超音波モータの駆動用指令信号を出力する駆動制御部とによりクローズループ駆動制御を行う精密駆動装置において、
前記位置検出手段の位置情報を基に、前記クローズループ駆動制御を停止した状態でオープンループ駆動制御により時定数Ｔと比例感度Ｋを演算して伝達関数Ｇを算出する伝達関数演算部と、
該伝達関数演算部にて算出する伝達関数を監視する伝達関数監視部と、
該伝達関数監視部に接続され、所定のサンプリングタイム毎に算出した伝達関数Ｇと、該伝達関数Ｇよりも前のサンプリングタイムの伝達関数Ｇ’の演算結果と比較した伝達関数変動差Ｇ−Ｇ’を演算値として算出する演算部と、
該演算値が予め定められた値になるまで前記駆動制御部に駆動用指令信号を出力するエージング動作部とからなることを特徴とする精密駆動装置。 An ultrasonic motor having a friction member; a movable body movable by friction drive with the friction member of the ultrasonic motor; position detecting means for measuring the position of the movable body; and a position from the position detecting means. In a precision drive device that performs closed-loop drive control by a drive control unit that outputs a command signal for driving the ultrasonic motor based on a deviation between information and reference position information based on a preset movement profile,
A transfer function calculation unit for calculating a transfer function G by calculating a time constant T and a proportional sensitivity K by open loop drive control in a state in which the closed loop drive control is stopped based on position information of the position detection unit;
A transfer function monitoring unit for monitoring a transfer function calculated by the transfer function calculating unit;
Transfer function fluctuation difference GG compared to the transfer function G calculated at every predetermined sampling time and the transfer function G ′ of the sampling time before the transfer function G, connected to the transfer function monitoring unit. A calculation unit that calculates' as a calculation value;
A precision driving apparatus comprising: an aging operation unit that outputs a drive command signal to the drive control unit until the calculated value reaches a predetermined value.

前記クローズループ駆動制御で、前記可動体が予め設定した任意の往復回数に達するまで駆動させ、該往復回数に達したら、前記クローズループ駆動制御を停止し、前記オープンループ駆動制御で駆動を行うことを特徴とする請求項４に記載の精密駆動装置。 In the closed loop drive control, the movable body is driven until it reaches an arbitrary number of reciprocations set in advance, and when the number of reciprocations is reached, the closed loop drive control is stopped and the open loop drive control is performed. The precision drive device according to claim 4 .

前記エージング動作部において、伝達関数演算部で所定のサンプリングタイム毎に演算した伝達関数変動差Ｇ（ｎ）−Ｇ（ｎ−１）が、予め設けた基準伝達関数変動差のしきい値と、該しきい値内に連続的に所定回数入るか否かを判定する安定判断部を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の精密駆動装置。 In the aging operation unit, the transfer function variation difference G (n) −G (n−1) calculated at a predetermined sampling time by the transfer function calculation unit is a threshold value of a reference transfer function variation difference provided in advance. 6. The precision drive device according to claim 4, further comprising a stability determination unit that determines whether or not the predetermined threshold value is continuously entered within the threshold value.

前記エージング動作部において、前記クローズループ駆動制御を停止しても所定の時間は前記オープンループ制御を開始させずに待機する待機時間設定部を有することを特徴とする請求項４乃至６のそれぞれに記載の精密駆動装置。 In the aging operation unit, the closed-loop drive control for a predetermined time be stopped in each of the claims 4 to 6, characterized in that it has a standby time setting unit which waits without starting the said open loop control The precision drive device described.

摩擦部材を有する超音波モータと、該超音波モータの摩擦部材との摩擦駆動により可動する可動体とを有する精密駆動装置のエージング駆動方法であって、An aging drive method of a precision drive device having an ultrasonic motor having a friction member and a movable body movable by friction drive with the friction member of the ultrasonic motor,
前記可動体の位置情報と予め設定した移動プロファイルに基づく基準位置情報との偏差を基に、前記可動体をクローズループ駆動制御により駆動するクローズループ駆動制御工程と、  A closed loop drive control step of driving the movable body by closed loop drive control based on a deviation between the position information of the movable body and reference position information based on a preset movement profile;
前記クローズループ駆動制御を停止して、所定時間待機する待機工程と、  A standby step of stopping the closed loop drive control and waiting for a predetermined time;
前記可動体のオープンループ駆動制御を開始し、前記可動体の速度を監視する速度監視工程と、  A speed monitoring step of starting open-loop drive control of the movable body and monitoring the speed of the movable body;
前記クローズループ駆動制御工程、前記待機工程、および前記速度監視工程を再び繰り返す繰り返し工程と、  Repeating the closed loop drive control process, the standby process, and the speed monitoring process again,
後の速度監視工程によって得られた速度とその前の速度監視工程によって得られた速度の差である速度変動差が予め定められた基準速度変動差以下であるかどうかを判断する判断工程とを有し、  A judgment step for judging whether a speed fluctuation difference, which is a difference between the speed obtained by the subsequent speed monitoring process and the speed obtained by the previous speed monitoring process, is equal to or less than a predetermined reference speed fluctuation difference; Have
前記速度変動差が前記基準速度変動差以下である場合には、エージング駆動を終了し、  When the speed fluctuation difference is equal to or less than the reference speed fluctuation difference, the aging drive is terminated,
前記速度変動差が前記基準速度変動差を超える場合には、前記クローズループ駆動制御工程、前記待機工程、前記速度監視工程、および前記判断工程を再び行う精密駆動装置のエージング駆動方法。  An aging drive method of a precision drive device that performs the closed loop drive control step, the standby step, the speed monitoring step, and the determination step again when the speed change difference exceeds the reference speed change difference.

前記速度変動差が前記基準速度変動差以下である場合には、前記速度変動差が前記基準速度変動差以下となることが所定回数連続するか否かを判定する判定工程を有し、When the speed fluctuation difference is equal to or less than the reference speed fluctuation difference, a determination step of determining whether the speed fluctuation difference is equal to or less than the reference speed fluctuation difference continues a predetermined number of times;
前記速度変動差が前記基準速度変動差以下となることが所定回数連続する場合には、エージング駆動を終了し、 When the speed fluctuation difference is equal to or less than the reference speed fluctuation difference for a predetermined number of times, the aging drive is terminated,
前記速度変動差が前記基準速度変動差以下となることが所定回数連続しない場合には、前記クローズループ駆動制御工程、前記待機工程、前記速度監視工程、および前記判断工程を再び行う請求項８に記載の精密駆動装置のエージング駆動方法。 9. The closed loop drive control process, the standby process, the speed monitoring process, and the determination process are performed again when the speed fluctuation difference does not continue to be equal to or less than the reference speed fluctuation difference a predetermined number of times. An aging drive method for the precision drive device described.