リニアモータの選定方法と必要推力の計算
- 70kgの可動部のエアスライダをリニアモータで1μm/sに加速し、10Hzの振動源がある石定盤上で速度変動を1%以下にする方法を調べています。
- リニアモータのボイスコイルかコアレスの3相を使用する選定例がなかなか見つからず困っています。
- 加速度ゼロ、抵抗ゼロで外乱に打ち勝ち追従する必要があるリニアモータの選定についてアドバイスをお願いします。
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リニアモータの選定
70kgの可動部のエアスライダを、リニアモータで30秒くらいで1μm/sに加速し、そのまま等速で動かそうとしています。エアスライダは石定盤に乗っており、同じ石定盤上に10Hzの振動源があるため、エアスライダも10Hzで揺さぶられてしまいます。この振動に打ち勝ち、速度変動が1%以下になるようにするには、必要推力をどのように計算すれば良いでしょうか? リニアモータはボイスコイルかコアレスの3相を使おうと思っています。 加速度がほぼ０、抵抗もほぼ０、しかし外乱に打ち勝ち追従が必要という選定例が見つからず困っています。
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＞同じ石定盤上に10Hzの振動源があるため、エアスライダも10Hzで揺さぶら れる 使用するリニアモータの駆動方式を、電気的入力に対して偏位を制御するリ ニアモータでなく、電気的入力に対して駆動力を制御する方式を選択するリ ニアモータの方が振動成分を絶縁するうえで有利と思います。リニアモータ にボイスコイル方式を使った場合では電圧源駆動が偏位を制御する方式に対 応し、電流源駆動が駆動力を制御する方式に対応すると思います。 ＞加速度がほぼ０、抵抗もほぼ０ 加速度や摩擦抵抗がきわめて小さいことは記載なさったデータから読み取れ ますが、どちらもゼロではない筈です。振動源による定盤の加速度に応じて 摩擦抵抗を通じて可動部に加わる力と、30秒くらいで1μm/sに加速ための力 を比較して、どちらが支配的か判断して対応を決めることが適切と思います。 摩擦抵抗を求めるには、空気の粘性率、浮上高さなどの定量化が必要と思い ます。 前の回答者さんがご指摘の通り、可動部をどの程度のスパンに亘り移動させ る装置を設計するかによって、リニアモータの選定は異なりそうに思います。 ＞振動源による定盤の加速度に応じて摩擦抵抗を通じて可動部に加わる力と、 ＞30秒くらいで1μm/sに加速ための力を比較して、どちらが支配的か判断し ＞て対応を決めることが適切と思います。摩擦抵抗を求めるには、空気の粘 ＞性率、浮上高さなどの定量化が必要と思います。 空気の粘性率や浮上高さだけでなく、振動源によって定盤がどの程度揺さぶ られて、どの程度の加速度となるかの見積もりも必要と思います。 定盤上でエアスライダを使ったシステムなので、可動部の駆動方向は水平方 向であることは間違いないと思いますが、振動源による加速度は水平方向だ けでしょうか？ 可動部の重心とリニアモータによって駆動力を加える高さが異なっていると 水平方向の駆動力によって鉛直方向の分力が生じることも考慮する必要があ るかもしれません。 いずれにしても、鉛直方向の力に対しても影響を受けにくいように、エアス ライダの浮上高さや駆動力を加える高さを設計することが重要と思います。
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SEMIのステッパー。精密さでは超越するが、高速なのが本件との相違点。 以下は雑誌記事で読んだ記憶。これ以降は雑誌も滅び発表あるかも知らず。 大型超精密ステージの駆動反力相殺用カウンターマスフリー制御技術の開発 http://www.hikalo.jp/HiKaLo2/HiKaLoBooks/No.30/HiKaLoBookNo030_27.html ＞石定盤上に10Hzの振動源 を抑えにかかる 制御反力相殺に、カウンターマスを装着し逆方向へ駆動する手法が現在の主流である が先ず必要なのでは。 回答（4）にあるように、一方向だけの対策では済まず 位置センサにより状態検出可能な６自由度姿勢制御系を構築 外乱を可能な限り駆動系と分離して抑制するのが上記のような対策。 駆動系と込めた抑制策がなぜ必要なのかが判りかねます。 調べておいた精密機器の振動対策に関する資料を挙げておきます。 大型液晶基板検査装置のアクティブ除振対策 http://www.tokkyokiki.co.jp/results/cat04_006.html 実用 精密位置決め技術事典 39800円（＋税） http://www.techno-s.co.jp/publish/ichigime/ichigime-soumoku.htm 回答（5）はSEMIを鳴かしてたと自慢するが中味サッパリダメな脳減る症人!!？ http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=289894&event=QE0004 ベビーカーに乗って ピーポー ピーポー ウーン(´ε｀；)ｳｰﾝ…って感じかな？？lol www 冒頭のヘンな書き方はそれへの予防注射でした。此処ではおねんね中ながら他では乱暴狼藉の極。管理人が分野問わず技術者なら脳減る症と判るはずが、否一般的常識人なら判り処断するはずが、放置なサイトです。
お礼
ご回答ありがとうございます。 より高精度に制御するために、さまざまな追加策が必要なのはわかるのですが、今、困っているのはもっと手前の方でして、加速度がほぼ０、抵抗がほぼ０、だが外乱がある中でのアクチュエータの選定です。このあたりはいかがでしょうか？ 色々調べていただきありがとうございます。 もう少し勉強させていただきます。
計測機器なら、物理的接触がない共通項で、リニアモータと非接触センサも同じと考えますがね。
お礼
ご回答ありがとうございます。
>>70kgの可動部のエアスライダを >>1μm/sに加速し >>リニアモータで30秒くらいで >>等速で動かそう とし そのくらいの距離をどのどのくらいの時間で 動かし＝速度 どのくらいの時間で止めるのか がわからないと >>必要推力をどのように計算すれば は出てこない が速度＝必要推力 横に動かすのなら無重力空間 縦に動かすのならロケット
お礼
ご回答ありがとうございます。 エアスライダは水平使いで、使い方は位置決めではありません。 おっしゃられている「どの距離をどの時間で動かす」という所に制限がなく、いくら時間がかかっても良いので1μm/sに加速し、その後は1μm/sを維持し続け、ストロークの終わりには、いくら時間がかかっても良いので停止するというような動作をさせます。 ですので、加速度としてはほぼ０ですので、推力もほとんどなくて良いのでしょうが、外乱に乱されないようにフィードバックをかけ一定速を保つにはやはり推力が必要になってきます。この推力の求め方、考え方が分からず悩んでおります。
速度1μm/sで変動1％以下とのことですが、例えば精密ガラススケール の分解能は一般的には0.1μm、特注品で0.05μmぐらいであり、フィード バックするにも性能不足です また摺動抵抗がほぼゼロということで、10Hzの負荷変更（振動）に対して 減衰せず、ゲインを上げたら発振は不可避でしょう 極めて厳しい要求使用ですので、ＱＡサイトに頼らず、直接メーカへコン タクトして、共同研究開発する必要があると判断いたします
お礼
ご回答ありがとうございます。 スケールはガラスのリニアスケールを使用します。回折格子の間隔は138nmで、出てくるsin、cosの波形をインターポレータで最大8000分割できるそうで、分解能は17pmまでいけるので、スケール側の性能は大丈夫ではないかと思っています。 エアスライダーを使用する場合、精度の違いこそあれ同じような問題に出くわすと思うので、皆様はどうされているのかお聞きしたかった次第です。
差し当たって推力とか外寸とかの問題は置いといて フルストロークは何ミリ動かすのでしょう？ それとも、ミクロン単位？ http://www.servo.jp/products/Circular_VCM.html http://micro.citizen.co.jp/tec/corelessmotor.html それにしても７０ｋｇの質量を直動でミクロン単位で動かすなんてねぇ 出来るのかなぁ？ ボイスコイルモータはボツ確定ですね http://www.technohands.co.jp/products/vcm-unit.html 検索して最長ストロークのはたったの３０ｍｍしかない コアレスリニアサーボならそれなりのが https://db.sanyodenki.co.jp/sanmotion_pdf/j/SANMOTION_Linear_J.pdf レール長２５６ｍｍで最大推力１２４０Ｎ 他にも同様なのは http://www.thk.com/?q=jp/node/6711 http://www.nikkidenso.co.jp/product/linear/ http://www.pulsemotor.com/products/feature/shaftmotor.html 残る問題は振動振幅 １０Ｈｚの振動でその振幅は如何に？ まぁ常識的に１ｍｍ以内とは思うが 本件の振動がバイブレータ等でわざと発生させてるならもっとあるかも？ １０Ｈｚで１ｍｍの振幅だとその加速度は http://info.shiga-irc.go.jp/public/data/1381/483.html 約０．２Ｇ ７０ｋｇに０．２Ｇ掛かるとその推力は 0.2[G]*9.8[m/sec^2]=1.96[m/sec^2] 70[kg]/9.8[m/sec^2]*1.96[m/sec^2]=14[N] つまり、コアレスサーボの推力は１４[N]以上必要 ただ、コアレスサーボの仕様書中に応答速度や最高加速度が見当たらない 「超軽量コイルのため100m/s2の高加速度性能。」 との記載は見つかるが、必ずしも全ての機種に該当するわけでもなかろうし 恐らく無負荷での最高加速度なんだろうし もしかして間違えたかも？ 70[kg]*1.96[m/sec^2]=137.2[N]
お礼
ご回答ありがとうございます。 ストロークは200mmくらいあります。 仕事をするのは等速で移動している間で、位置決めはさほど重要ではありません。とにかく等速で動かしたいのです。 ご回答ありがとうございます。 周波数と振幅から加速度を求める、これに別の方に回答いただいた、空気の粘性抵抗を加える、やはり基本はこのあたりになるのでしょうね。 ありがとうございました。
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