DE19534758C2 - Antriebssystem mit Linearmotor - Google Patents

Antriebssystem mit Linearmotor

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Linearmotor-Antriebssystem zur rückgekoppelten Regelung eines linearen Schrittmotors.
Zunächst sollen ein dem Stand der Technik entsprechendes Linearmotor-Antriebssystem und die damit verbundenen Probleme erläutert werden.
Auf dem Gebiet der Fabrikautomation (FA) werden eine Reihe von Schrittmotoren als Antriebsquelle für Industrieroboter, Werkzeugmaschinen und dgl. eingesetzt. So ist es beispiels­ weise vorteilhaft, einen linearen Schrittmotor für eine Fördereinrichtung für Halbleiterbauteile zu verwenden, da deren Transport linear erfolgt und der Kraftübertragungs­ mechanismus vereinfacht werden kann. Verfügt der für solche Zwecke verwendete lineare Schrittmotor über eine Rückkopp­ lungsregelung, kann eine hohe Positioniergenauigkeit er­ zielt werden.
Ein rückkopplungsgeregeltes Linearmotor-Antriebssystem ist mit einem Sensor zur Erkennung einer Bewegung eines Gleitankers des linearen Schrittmotors ausgerüstet. Als Sensor dient z. B. ein linearer optischer Codierer. Die in einem Codierlineal des linearen optischen Codierers vor­ gesehenen Nuten werden durch Ätzen oder dgl. hergestellt.
Die Sensorgenauigkeit nimmt jedoch ab, wenn sich aufgrund einer Unregelmäßigkeit beim Ätzen oder dgl. eine fehlerhaft geformte Nut ergibt. Die Sensorgenauigkeit nimmt ebenfalls ab, wenn die Verteilung einer Lichtmenge von einer Licht­ quelle, die die Nuten bestrahlt, nicht gleichmäßig ist. Des weiteren können im Sensorsignal enthaltene Harmonische hö­ herer Ordnung ebenfalls einen Fehler verursachen.
Als ein anderer Sensor zur Erkennung der Position eines Gleitankers des linearen Schrittmotors kann ein Phasen­ modulations-Codierer dienen, der ein phasenmoduliertes Signal absetzt, dessen Phase mit dem Verfahrweg des Gleit­ ankers moduliert wird.
Bei dem Linearmotor-Antriebssystem mit Phasenmodulations- Codierer wird die Position des Gleitankers wie folgt er­ kannt: Die Phasendifferenz zwischen dem phasenmodulierten Signal und einem Referenzsignal, dessen Phase nicht modu­ liert ist, wird durch einen Zähltakt gemessen. Diese Mes­ sung erfolgt für jede einzelne Periode. Die Position des Gleitankers wird dann durch Addition der Unterschiede der gemessenen Phasendifferenzen erkannt.
Ein Wert kleiner als eine Periode des Zähltaktes entfällt, da er bei der Messung der Phasendifferenz nicht erkannt werden kann. Dementsprechend entscheidet sich die Auflösung zur Erkennung der Phasendifferenz durch die Frequenz des Zähltaktes. Obwohl die Auflösung zur Positionserkennung durch eine Verbesserung der Auflösung zur Erkennung der Phasendifferenz durch Erhöhung der Frequenz des Zähltaktes verbessert werden kann, wird die Bereitstellung eines Hochfrequenz-Taktgenerators erforderlich, der die Kosten der Schaltung erhöht.
Die Patentschrift US 4 595 870 zeigt ein Linearmotorantriebssystem, bei dem zur Erkennung der Bewegung eines bewickelten Teils relativ zu einem unbewickelten Teil mit dem unbewickelten Teil ein Skalenlineal verbunden ist, auf dem eine Vielzahl von Nuten in Korrespondenz zum Stator angeordnet sind. Auf einem mit dem unbewickelten Teil des Linearmotors verbundenen Block sind Lichtquellen und Photosensoren angeordnet, wobei das Skalenlineal dazwischen angeordnet ist.
Aus der Patentschrift US 4 689 529 ist ein Antriebssystem mit Linearmotor zur Bewegung einer Gleiteinrichtung eines linearen Schrittmotors bekannt. Dabei wird die Position der Gleiteinrichtung anhand eines mitbewegten Skalenlineals mit rechteckigen Nuten und entsprechender Detektoreinrichtung geregelt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obengenannten Probleme durch die Verwirklichung eines Linearmotor-Antriebssystems zu lösen, das kaum durch Formfehler der Nuten, ungleichmäßige Verteilung der Lichtmenge der Lichtquelle und harmonische Komponenten höherer Ordnung im Sensorsignal beeinflußt wird, einen linearen optischen Codierer mit einer hohen Sensorgenauigkeit besitzt und die Verbesserung der Auflösung zur Positionserkennung ohne einen Hochfrequenz- Taktgenerator zuläßt.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 4 definierten Linearmotorantriebssysteme gelöst.
Es sind folgende Verbesserungen des Linearmotor-Antriebs­ systems zur Erkennung einer Bewegung des Gleitankers des linearen Schrittmotors durch einen linearen optischen Codierer und zur Rückkopplungsregelung des linearen Schrittmotors auf Basis des Sensorsignals vorgenommen worden:
  • (1) Eine Photodiodenanordnung bzw. -matrix erstreckt sich über eine Vielzahl von Nutreihen in einem Skalenlineal;
  • (2) ein Diffusor ist zwischen einer Lichtquelle und dem Skalenlineal angeordnet;
  • (3) innerhalb einer Nutteilung sind n Photodioden vorge­ sehen, die Breite einer Photodiode in Richtung der Matrix ist als p₀/(n + 1) gewählt, und die Breite eines Spalts zwischen den Photodioden ist als p₀/n(n + 1) gewählt.
Zusätzlich dazu wird ein Linearmotor-Antriebssystem bereit­ gestellt, in dem ein Phasenmodulations-Codierer als Codie­ rer dient, und die Position des Gleitankers ergibt sich als ein Mittelwert aus mehreren Meßwerten der Phasendifferenzen zwischen einem von dem Codierer abgesetzten phasenmodulier­ ten Signal, zu dem ein Zittersignal addiert wird, und einem Referenzsignal, dessen Phase nicht moduliert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Antriebssystem mit Linearmotor, das kaum durch Formfehler der Nuten, ungleichmäßige Verteilung der Lichtmenge der Lichtquelle und harmonische Komponenten höherer Ordnung im Sensorsignal beeinflußt wird, einen linearen optischen Codierer mit einer hohen Sensorgenauigkeit besitzt und die Verbesserung der Auflösung zur Positionserkennung ohne einen Hochfre­ quenz-Taktgenerator zuläßt, verwirklicht werden.
Obige und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeich­ nungen, in denen identische Bezugszeichen gleiche Teile kennzeichnen.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Struk­ tur eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2a und 2b sind Vorder- und Seitenansichten eines kon­ kreten Beispiels der Struktur eines Motorab­ schnitts des Systems der Fig. 1;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines kon­ kreten Beispiels der Struktur eines Codiererab­ schnitts des Systems der Fig. 1;
Fig. 4 ist ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels des Codiererabschnitts des Systems der Fig. 1;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Phasenbeziehung zwischen Nuten und Photodioden darstellt;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine konkrete Struktur des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Er­ findung zeigt;
Fig. 7 ist eine beispielhafte Tabelle einer Verstär­ kungsfaktor-Tabelle, die in einem Positions­ steuerabschnitt gespeichert ist;
Fig. 8 ist ein Diagramm der Struktur eines Hauptteils einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion des Ausführungsbeispiels der Fig. 8;
Fig. 10 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion des Ausführungsbeispiels der Fig. 8;
Fig. 11 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion des Ausführungsbeispiels der Fig. 8; und
Fig. 12 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion des Ausführungsbeispiels der Fig. 1.
Die vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert.
Die Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Struktur eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur steuert eine Treiberschaltung 200 einen Motorabschnitt 100, ein Codiererabschnitt 300 umfaßt einen Codierer 300₁ zur Erkennung der Umdrehungen des Motorab­ schnitts 100 und eine Codiererschnittstelle 300₂ (im fol­ genden als Codierer-I/F bezeichnet) zur Ausgabe von durch den Codierer 300₁ erkannten Signalen, ein Geschwindigkeits- Regelabschnitt 400 regelt die Geschwindigkeit des Motor­ abschnitts 100 mittels einer Rückkopplungsregelung, ein Positions-Regelabschnitt 500 regelt die Rotationsposition des Motorabschnitts 100 mittels einer Rückkopplungsrege­ lung, und ein Abstimmabschnitt 600 stimmt die Servosysteme des Geschwindigkeits-Regelabschnitts 400 und des Positions-Regel­ abschnitts 500 aufeinander ab.
Die konkrete Struktur jeder Komponente des Systems in der Fig. 1 wird nachstehend einzeln erläutert.
  • (1) Motorabschnitt:
    Die Fig. 2a und 2b sind Vorder- und Seitenansichten eines konkreten Beispiels der Struktur des Motorabschnitts der Fig. 1. Der Motorabschnitt 100 ist hier ein linearer Schrittmotor. Das Beispiel eines solchen Schrittmotors ist in der Fig. 2 dargestellt.
In dem Motorabschnitt 100 kennzeichnet das Bezugszeichen (11) einen Stator und (12) einen Gleitanker. Der Motorab­ schnitt 100 ist ein linearer Schrittmotor ohne Unterset­ zungsgetriebe, bei dem ein anzutreibendes Objekt unmittel­ bar an dem Gleitanker 12 befestigt ist.
Der Stator 11 besteht aus einem magnetischen Material und ist in Längsrichtung mit Zähnen 111 mit konstanter Teilung ausgeführt. Eine Gleitankerplatte 121 des Gleitankers 12 besteht aus magnetischem Material. Die Gleitankerplatte 121 ist mit Polschenkeln 122, 123 und 124 ausgeführt, und Zähne mit derselben Teilung wie die der Zähne 111 sind am Ende der Polschenkel ausgebildet. Die Phasen der am Ende der Polschenkel 123 und 124 ausgebildeten Zähne sind um p/3 bzw. 2p/3 gegenüber der Phase der am Ende des Polschenkels 122 ausgebildeten Zähne versetzt (p: Teilung der Zähne 125). Die Spulen 126, 127 und 128 der drei Phasen sind um die Polschenkel 123, 124 bzw. 125 gewickelt. Diese drei Spulen sind in Sternschaltung verbunden und werden durch Wechselstromsignale, deren Phasen jeweils um 120° versetzt sind, erregt.
Eine in der Fig. 2b dargestellte Gleitankerplatte 129 ist in derselben Weise ausgeführt wie die Gleitankerplatte 121.
Sie ist so angeordnet, daß die Phase ihrer Zähne gegenüber der Gleitankerplatte 121 um p/2 versetzt ist. Es ist zu beachten, daß die Spulen 126, 127 und 128 die Polschenkel der Gleitankerplatten 121 und 129 umfassend gewickelt sind.
Ein Dauermagnet 130 verbindet die Gleitankerplatten 121 und 129 bringt einen Vormagnetisierungsfluß auf diese auf. Der Dauermagnet 130 ist in Richtung von der Gleitankerplatte 121 zu der Gleitankerplatte 129 magnetisiert.
In dem wie oben beschrieben aufgebauten Motor bringt der Dauermagnet 130 einen Vormagnetisierungsfluß auf den Stator und die Polschenkelabschnitte des Gleitankers auf. Dieser Vormagnetisierungsfluß wird durch eine der Gleitankerplat­ ten 121 und 129 verstärkt und durch die andere aufgrund des Magnetflusses der Spulen 126, 127 und 128 geschwächt; der Gleitanker des Motors wird entsprechend des Wechsels zwi­ schen verstärkter und geschwächter Seite verfahren.
Die Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines konkreten Beispiels der Struktur des Codiererabschnitts 300 des Systems der Fig. 1. Bei dem Codierabschnitt 300 handelt es sich um einen linearen optischen Codierer.
In der Fig. 3 kennzeichnet das Bezugszeichen (301) einen Schienenblock, dessen Position stationär ist, und (302) ein auf dem Schienenblock 301 befestigtes Skalenlineal. Die Form des Skalenlineals ist in der Figur mit gestrichelten Linien angedeutet. Das Skalenlineal 302 ist mit einer Viel­ zahl von Nutreihen versehen, die mit derselben Teilung an­ geordnet sind wie die Zähne 111 in Längsrichtung des Sta­ tors 11 im Motorabschnitt 100.
Ein Sockelblock 303 ist mit dem Gleitanker 12 des linearen Schrittmotors verbunden und wird zusammen mit diesem ver­ fahren. Ein Armblock 304 ist mit dem Sockelblock 302 ver­ bunden. Der Schienenblock 301 führt die Bewegung des Sockelblocks 303 und des Armblocks 304. Eine Lichtquelle 305, die beispielsweise eine LED sein kann, ist auf dem Sockelblock 303 angebracht. Eine Photodiodenanordnung (im fol­ genden als PDA bezeichnet) 306 ist so angeordnet, daß sie zur Lichtquelle 305 weist, wobei das Skalenlineal 302 da­ zwischen angeordnet ist. Die PDA 306 ist über eine Halte­ platte 307 an dem Sockelblock 303 befestigt. Ein Diffusor 308 ist zwischen der Lichtquelle 304 und dem Skalenlineal 302 angeordnet. Der Diffusor 308 sorgt für eine gleich­ mäßige Verteilung der von der Lichtquelle 305 abgestrahlten Lichtmenge.
Die Fig. 4 ist ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels der Schaltung des Codiererabschnitts 300, in der identische oder entsprechende Teile wie in den obigen Zeichnungen mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
In der Fig. 4 sind zwei Reihen von Nuten 309 mit der Form einer Sinuswelle mit konstanter Teilung in Längsrichtung des Skalenlineals 302 ausgeformt. Die beiden Nutenreihen sind gleichphasig. Die Teilung der Nuten 309 ist identisch mit der der Teilung der Zähne 111 des Stators 11 in dem linearen Schrittmotor.
Die in der Figur als Punkte dargestellte Teile sind Nutab­ schnitte. Die Anordnungsrichtung der Nuten 309 ist iden­ tisch mit der Anordnung der Zähne 111 des Stators 11. Die PDA 306 umfaßt acht Photodioden 306₁ bis 306₈, die inner­ halb einer Teilung der Nuten 309 angeordnet sind.
Jede der Photodioden 306₁ bis 306₈ ist jeweils zwei Nutrei­ hen überbrückend angeordnet. Das heißt, daß das die beiden Nutreihen passierende Licht von einer Photodiode erkannt wird. Dadurch kann ein Formfehler der Nuten durch Mitteln ausgeglichen und eine Streuung der erkannten Fehler ver­ ringert werden.
Die Fig. 5 ist ein Diagramm zur Darstellung der Phasenbe­ ziehung zwischen den Nuten 309 und den Photodioden 306₁ bis 306₈. Die Fig. 5 zeigt ein Fallbeispiel einer Phasenbezie­ hung zur Beseitigung der in dem Sensorsignal enthaltenen Harmonischen neunter Ordnung.
Wie die Fig. 5 zeigt, sind acht Photodioden 306₁ bis einschl. 306₈ innerhalb einer Teilung P₀ der Nut 309 ange­ ordnet. Die Breite jeder Photodiode beträgt P₀/9, und die Spaltbreite zwischen den Photodioden beträgt P₀/72. Dieser Spaltabschnitt ist eine unempfindliche Zone.
Nunmehr sei erneut auf die Fig. 4 verwiesen, in der Schal­ ter SW1 bis einschl. SW8 in einer Signalverarbeitungsschal­ tung 310 vorgesehen sind und nacheinander mit konstanter Taktung durch achtphasige Takte von einem Taktgenerator 311 geschlossen werden, um die Lichtsensorsignale von den Photodioden 306₁ bis einschl. 306₈ abzutasten.
Ein Operationsverstärker 312 verstärkt die über jeden der Schalter SW1 bis einschl. SW8 gelieferten Signale. Ein Aus­ gang des Operationsverstärkers 312 ist eine gestufte Welle, deren Höhe sich proportional zu der Lichtmenge verhält, die die Dioden empfangen haben. Die Schalter werden geöffnet/ge­ schlossen, wobei bei jedem Schließvorgang die als Vie­ rergruppe zu schließenden Schalter, z. B. SW1, SW2, SW3 und SW4, mit dem ersten Takt und die Schalter SW2, SW3, SW4 und SW5 mit dem zweiten Takt versetzt werden und so fort.
In der Codierer-I/F 300₂ extrahiert ein Tiefpaßfilter (im folgenden als LPF bezeichnet) 321 niederfrequente Komponen­ ten des Ausgangs des Operationsverstärkers 312, und ein Komparator 322 formt die Welle des Ausgangssignals des LPF 321.
Eine Taktabfrageschaltung 323 fragt eine beliebige Takt­ phase des achtphasigen Taktes des Taktgenerators 311 ab, und eine Frequenzteilerschaltung 324 teilt den achtphasigen Takt des Taktgenerators in Achtel. Ein Phasendifferenzzäh­ ler 325 mißt die Phasendifferenz zwischen einem phasenmodu­ lierten Signal vom Komparator 322 und einem von der Takt­ abfrageschaltung 323 gelieferten Referenzsignal, dessen Phase nicht moduliert ist, mit einer Taktung des geteilten Taktes der Frequenzteilerschaltung 324. Eine Periode des geteilten Taktes entspricht der Abtastperiode der acht Schalter SW1 bis einschl. SW8.
Eine Positionsdetektoreinrichtung 504 besitzt eine Integra­ tionsschaltung und erkennt die Position des Gleitankers des Motor, indem sie die von dem Phasendifferenzzähler 325 pro Abtastperiode gemessenen Phasendifferenzen aufaddiert. Ein F/V-Wandler 402 erkennt auf Basis der vom Phasendifferenz­ zähler 325 gemessenen Schwankungsfrequenz die Verfahrge­ schwindigkeit des Gleitankers des Motors.
Der wie oben beschrieben aufgebaute Codierer wird nachste­ hend erläutert. Der Taktgenerator 311 öffnet bzw. schließt die Schalter SW1 bis einschl. SW8 mit der Taktung des acht­ phasigen Taktes, um die Lichtsensorsignale der Photodioden 306₁ bis einschl. 306₈ abzutasten. Da die Photodioden 306₁ bis einschl. 306₈ einen Bildsensor darstellen, der die Bil­ der der Nuten reflektiert, ändert sich die Phase des durch Abtasten erhaltenen gestuften Wellensignals um 360°, wenn die PDA 306 und die Lichtquelle 305 um eine Teilung ver­ schoben werden. Dementsprechend wird das Signal, das sich aus dem Durchgang des gestuften Wellensignals durch das LPF 321 und den Komparator 322 ergibt, zu einem phasenmodulier­ ten Signal entsprechend der nachstehenden Gleichung:
f(t) = Asin{ωt + 2π(x/p₀)} (1).
Dabei ist A eine Konstante, t ist die Zeit, x eine relative Verfahrstrecke, ω = 2πfs und fs eine Frequenz des achtpha­ sigen Taktes des Taktgenerators 311.
Eine Phase des von der Taktabfrageschaltung 323 abgefragten Referenzsignals ist ωt.
Da eine Abtastperiode endet, wenn die Schalter SW1 bis einschl. SW8 achtmal geschaltet haben, wird die Periode des geteilten Taktes der Frequenzteilerschaltung 324 die Ab­ tastperiode.
Innerhalb jeweils einer Abtastperiode mißt der Phasendif­ ferenzzähler 325 eine Phasendifferenz zwischen dem vom Kom­ parator 322 gelieferten phasenmodulierten Signal und dem von der Taktabfrageschaltung 323 gelieferten Referenzsignal mit der Taktung des geteilten Taktes. Diese Phasendifferenz beträgt gemäß der Gleichung (1) 2π(x/p₀).
Da gilt (Teilung der Codierernuten) = (Teilung der Zähne des Stators des linearen Schrittmotors), wird die von dem Phasendifferenzzähler 325 gemessene Phasendifferenz genau der Phasenversatz zwischen den Zähnen des Stators und den Zähnen des Gleitankers des Motors. Die Kommutation des Motors wird auf Basis dieses Versatzes geregelt. Das be­ deutet, daß der Phasendifferenzzähler 325 unmittelbar die zur Kommutationsregelung verwendeten Signale erkennt. Die vom Phasendifferenzzähler 325 gemessene Phasendifferenz wird einer später zu beschreibenden Kommutations-Regel­ einrichtung 507 in unveränderter Form als eine Kommuta­ tionswinkel-Detektorsignal übergeben.
Die Positionsdetektoreinrichtung 504 addiert die Schwan­ kungen der vom Phasendifferenzzähler 325 gemessenen Pha­ sendifferenzen mit der Taktung des geteilten Takte s von der Frequenzteilerschaltung 324. Dieser aufaddierte Wert wird die Position des Gleitankers des Motors. Dementsprechend wird der aufaddierte Wert der Positionsdetektoreinrichtung 504 zu einem Rückkopplungssignal, das zur rückgekoppelten Regelung der Motorposition herangezogen wird.
Der F/V-Wandler 402 setzt ein zur Frequenzschwankung des Ausgangs des Komparators 322 proportionales Spannungssignal ab. Dieses Signal wird zu einem Rückkopplungssignal, das zur rückgekoppelten Regelung der Motorgeschwindigkeit her­ angezogen wird.
Die Signale zur Kommutations-, Positions- und Geschwindig­ keitsregelung werden also gleichzeitig erkannt.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Entfernung der Harmo­ nischen neunter Ordnung in dem Sensorsignal unter Bezug­ nahme auf die Fig. 5 beschrieben.
Wie oben erläutert, wird eine Grundwelle des Sensorsignals (Signalkomponente) durch die nachstehende Gleichung ausge­ drückt:
f(t) = Asin{ωt + 2π(x/p₀)}.
Die Harmonischen neunter Ordnung in dem Sensorsignal lassen sich wie folgt ausdrücken:
f₉(t) = A₉sin{ωt + 2π(9x/p₀)}
wobei A₉ eine Konstante ist.
Da die Breite einer Photodiode p₀/9 beträgt und die Phase jeder Photodiode um jeweils p₀/8 versetzt wird, wird die Signalkomponente des Sensorsignals der n-ten (n = 1, 2, . . . ) Photodiode wie folgt ausgedrückt:
(np₀/8) + (p₀/9)
I = K ∫ f(t)dx
np₀/8.
Die Harmonische neunter Ordnung in dem Sensorsignal der n-ten Photodiode wird wie folgt ausgedrückt:
(np₀/8) + (p₀/9)
I₉ = K ∫ f₉(t)dx
np₀/8
(np₀/8) + (p₀/9)
= K ∫ A₉ sin {ωt + 2π(9x/p₀)}dx
np₀/8
= 0.
Damit ist die Harmonische neunter Ordnung aufgehoben.
Die Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine konkrete Struktur des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt. Be­ züglich der Fig. 6 wird auf eine Beschreibung der bereits oben erläuterten identischen Komponenten verzichtet.
Stromdetektorschaltungen 201 und 202 der Treiberschaltung 200 erkennen Erregerströme, die durch zweiphasige Spulen unter den dreiphasigen Spulen des Motorabschnitts 100 flie­ ßen, und Subtrahierglieder 203 und 204 berechnen die Dif­ ferenz zwischen einem Strombefehlswert von dem Geschwin­ digkeitsregelabschnitt 400 und den von den Stromdetektor­ schaltungen 201 und 202 erkannten Strömen. Eine Strom­ verstärkerschaltung 205 schickt einen sinusförmigen Drei­ phasenstrom an den Motor, so daß die Stromdifferenz der Subtrahierglieder 203 und 204 durch Ein- und Abschalten von Transistoren einer Erregerschaltung 207 mittels eines von einer PWM-Schaltung 206 auf Basis der Signale von den Sub­ trahiergliedern 203 und 204 generierten PWM-Signals Null wird (PWM = Pulsbreitenmodulation).
Nunmehr wird der Aufbau des Geschwindigkeitsregelabschnitts 400 erläutert. Ein Schalter 401 in dem Geschwindigkeits­ regelabschnitt 400 schaltet die Geschwindigkeit und Posi­ tionsregelung. Ist eine Geschwindigkeitsregelung vorzu­ nehmen, so ist dieser Schalter mit der Seite eines Kon­ taktes h₁ verbunden, ist eine Positionsregelung vorzuneh­ men, so ist dieser Schalter mit der Seite eines Kontaktes h₂ verbunden. Der F/V-Wandler 402 wandelt das Ausgangs­ signal der Codierer-I/F 300₂ in ein Geschwindigkeitssignal. Ein Subtrahierglied 403 berechnet die Differenz zwischen einem Signal vom Schalter 401 (dieses wird ein Geschwindig­ keitsbefehlswert) und einem Signal vom F/V-Wandler 402.
Weiterhin ändert ein multiplizierender Digital-/Analog- Wandler (im folgenden als MDA bezeichnet) 404 den Ver­ stärkungsfaktor eines digitalen Signals und verstärkt ein analoges Eingangssignal. Ein Signal zur Einstellung des Verstärkungsfaktors wird vom Positionsregelabschnitt 500 oder vom Abstimmabschnitt 600 geliefert.
Ein Spannungsregel-Begrenzer (im folgenden als VCL bezeich­ net) 405 vermeidet, daß ein Ausgang des MDA 404 einen be­ stimmten oberen Grenzwert überschreitet bzw. einen unteren Grenzwert unterschreitet. MDAs 406 und 407 empfangen ein Signal vom VCL 405 und liefern ein Stromsignal Isinθe oder Isin(θe + 120°) als einen Strombefehlswert nach dem Kommu­ tationssteuersignal vom Positionsregelabschnitt 500 an die Subtrahierglieder 203 und 204 (I: Strom).
Als nächstes wird der Aufbau des Positionsregelabschnitts 500 beschrieben.
In dem Positionsregelabschnitt 500 generiert ein Zähler 501 auf Basis eines Positionsbefehls-Impulssignals und eines Drehrichtungssignals ein Positionsbefehlssignal. Ein Schal­ ter 502 ist während des Normalbetriebs mit der Seite eines Kontakts k₁ und während des Testmodus mit der Seite eines Kontakts k₂, über den ein Testsignal von einer Testsignal- Generatoreinrichtung 502′ bereitgestellt wird, verbunden.
Ein Subtrahierglied 503 berechnet die Differenz zwischen einem Signal vom Schalter 502 (diese wird ein Positions­ befehlssignal) und einem Signal von der Positionsdetektor­ einrichtung 504, die bereits beschrieben worden ist.
Die Positionsregeleinrichtung 505 stimmt den Verstärkungs­ faktor des MDA 404 auf Basis eines aus einer Verstärkungs­ faktor-Tabelle 506 mittels eines Signals von der Codierer- I/F 300₂ oder vom Abstimmabschnitt 600 ausgelesenen Para­ meters ab. Die Positionsregeleinrichtung 505 stellt ein tertiäres Servosystem dar, das mittels Software I-PD-(Inte­ grations-, Proportionierungs- und Differenzierungs)- Operationen ausführt.
Bei der Verstärkungsfaktor-Tabelle 506 handelt es sich um eine Tabelle, die die Lasten M des Motors, die Eigenfre­ quenzen fn des Positionsregelsystems und die optimalen Steuerwerte x₁₁, x₁₂, x₁₃ und dgl. entsprechend z. B. den Werten der Fig. 7 zeigt. Es gibt zwei Arten von Verstär­ kungsfaktor-Tabellen 506: Tabellen zur Geschwindigkeits- und Positionsregelung sowie zwei Arten von Tabellen zur Geschwindigkeits- und Positionsregelung: Tabellen für P-(Pro­ portionierungs-) und I-(Integrations-)-Operationen.
Die Kommutations-Regeleinrichtung 507 regelt die Kommu­ tation des Motors, indem ein Signal auf Basis des Signals von der Codierer-I/F 300₂ an Multiplizierer 406 und 407 ge­ schickt wird; ein D/A-Wandler 508 wandelt den Ausgang der Positionsregeleinrichtung 505 von digital nach analog, und eine Abtast- und Halteschaltung (im folgenden als S/H-Schal­ tung bezeichnet) 509 tastet den Ausgang des D/A-Wand­ lers 508 ab bzw. hält ihn und schickt ihn an den Ab­ stimmabschnitt 600.
Ist die Geschwindigkeit zu regeln, so ist der Schalter 401 mit der Seite des Kontaktes h₁ verbunden, so daß das Sub­ trahierglied 403 die Differenz zwischen dem analogen Ge­ schwindigkeitseingang als einen Geschwindigkeitsbefehlswert und einem Geschwindigkeitssignal vom F/V-Wandler 402 be­ rechnet. Der Verstärkungsfaktor des MDA 404 wird durch einen Steuerparameterwert eingestellt, der mittels später zu beschreibender Schalter 601 und 602 aus der Verstär­ kungsfaktor-Tabelle 506 ausgelesen wird.
Ist die Position zu regeln, so ist der Schalter 401 mit der Seite des Kontaktes h₂ und der Schalter 502 mit der Seite eines Kontaktes k₁ verbunden. Damit wird die Differenz zwi­ schen einem Positionsbefehlssignal und einem Ausgangssignal der Positionsdetektoreinrichtung 504 durch das Subtrahier­ glied 503 berechnet. Die Positionsregeleinrichtung 505 liest den Steuerparameter mittels der Schalter 601 und 602 aus der Verstärkungsfaktor-Tabelle 506 aus und stimmt den Verstärkungsfaktor des MDA 404 auf Basis eines Positions­ steueralgorithmus unter Verwendung dieses Steuerparameters ab.
Als nächstes wird der Aufbau des Abstimmabschnitts 600 er­ läutert. In dem Abstimmabschnitt 600 kennzeichnen die Be­ zugszeichen (601) und (602) Servo-Abstimmschalter. Der Schalter 601 zur Einstellung der Eigenfrequenz stellt die Eigenfrequenz fn schrittweise innerhalb eines vorgegebenen Bereichs ein. So wird die Eigenfrequenz durch diesen Schal­ ter beispielsweise in 16 Schritten innerhalb eines Bereichs von 5 bis 20 Hz eingestellt. Der Schalter 602 zur Einstel­ lung der Belastung stellt die Belastung M schrittweise in­ nerhalb eines vorgegebenen Bereichs ein.
Sind fn und M mittels dieser Schalter 601 und 602 einge­ stellt, werden die optimalen den eingestellten Werten entsprechenden Steuerparameterwerte aus der Verstärkungs­ faktor-Tabelle 506 ausgelesen.
Erfolgt die Positionsregelung unter Verwendung der Schalter 601 und 602, stimmt die Positionsregeleinrichtung 505 den Verstärkungsfaktor des MDA 404 auf Basis des aus der Tabel­ le ausgelesenen Steuerparameterwertes für die Positions­ regelung ab. Ist eine Geschwindigkeitsregelung auszuführen, so wird der für die Geschwindigkeitsregelung aus der Tabel­ le ausgelesene Steuerparameter zur Abstimmung des Verstär­ kungsfaktors an den MDA 404 geschickt.
Das Bezugszeichen (603) kennzeichnet einen Schalter zur Be­ tätigung des Schalters 502, (604) ist ein Schalter zur Be­ tätigung des Schalters 401 und (605) ist ein Schalter zum Umschalten der Geschwindigkeits- und Positionsregelung auf die Integrations- oder Proportionierungsoperation. Die Ta­ bellen für die Integrations- und Proportionierungsoperation werden durch Betätigung dieses Schalters korrekt verwendet. Ist ein Roboterarm mittels eines DD-Motors zu verfahren, so erfolgt die Positionsregelung des Roboterarms durch die In­ tegrationsoperation, während die Regelung zur Erfassung eines Gegenstandes durch die Roboterhand durch die Propor­ tionierungsoperation (Übereinstimmungskontrolle) erfolgt.
Ein Monitor-Ausgangsanschluß 606 fragt den Ausgang des Positionsregelabschnitts 500 über die S/H-Schaltung 402 ab. Dieser Ausgang wird an eine zu überwachende Anzeigeeinheit, z. B. einen Oszillographen, geschickt.
Ein Impulsabfrageanschluß 607 dient zum Abfragen eines in­ krementellen Impulssignals über einen Aufwärts-/Abwärts- Impulsgenerator 608. Ein Ursprungssignalanschluß 609 dient zur Abfrage der Ausgänge von Photodioden G₁ und G₂.
Die vom Impulsabfrageanschluß 607 und vom Ursprungssignal­ anschluß 609 abgefragen Ausgänge werden an einen nicht dar­ gestellten Controller geschickt. Der Controller erkennt an­ hand des Ausgangs des Impulsabfrageanschlusses 607 die Ro­ tationsposition des Motors und anhand des Ausgangs des Ur­ sprungssignalanschlusses 609 die Ursprungsposition.
Ein Datenbus BS überträgt die Signale zwischen dem Codie­ rerabschnitt 300, dem Geschwindigkeitsregelabschnitt 400, dem Positionsregelabschnitt 500 und dem Abstimmabschnitt 600.
Bei unbekannter Belastung M des Motors wird der Schalter 502 mit der Seite des Kontakts k₂ verbunden, ein bekanntes Testsignal wird an die Positionsregeleinrichtung 505 abge­ setzt und ein zu diesem Zeitpunkt vom Positionsregelab­ schnitt 500 abgesetztes Signal wird unter Verwendung eines Motorausgangsanschlusses überwacht. Danach wird der einge­ stellte Wert der Belastung M durch den Schalter 602 zur Einstellung der Belastung so geregelt, daß eine Verzerrung der überwachten Wellenform beseitigt wird. Es ist zu be­ achten, daß fn und M mittels eines externen Controllers und nicht durch den Schalter eingestellt werden können.
Obwohl im obenbeschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall erläutert worden ist, in dem der Steuerparameter aus der Verstärkungsfaktor-Tabelle 506 ausgelesen wird, wenn sowohl die Eigenfrequenz fn als auch die Belastung M durch den Servo-Abstimmschalter eingestellt worden sind, ist die vor­ liegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann so ausgeführt sein, daß der Steuerparameter gelesen wird, wenn entweder fn oder M eingestellt ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den beschriebenen Fall beschränkt, in dem zwei Nutreihen ausgeformt sind, sondern kann so ausgeführt sein, daß mehr als drei Nutrei­ hen ausgeformt und die Nuten jeder Reihe überbrückende Photodioden vorgesehen sind.
Obwohl weiterhin der Fall beschrieben worden ist, in dem die Nut die Form einer Sinuswelle hat, kann sie auch recht­ eckig oder dgl. geformt sein.
Außerdem läßt sich der beschriebene Fall, in dem die Har­ monischen neunter Ordnung entfernt werden, indem die Anzahl der innerhalb einer Nutteilung angeordneten Photodioden mit acht, die Breite einer Photodiode in Richtung der Anordnung mit p₀/p und die Breite des Spalts zwischen den Photodioden mit p₀/72 gewählt ist, weiter verallgemeinern. Das heißt, es ist ein Aufbau möglich, so daß die Harmonischen (n + 1)-ter Ordnung entfernt werden, indem indem die Anzahl der innerhalb einer Nutteilung angeordneten Photodioden mit n (n: ganze Zahl), die Breite einer Photodiode in Richtung der Anordnung mit p₀/(n + 1) und die Breite des Spalts zwischen den Photodioden mit p₀/n(n + 1) gewählt wird.
Folgende Effekte lassen sich durch die in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 7 beschriebene Ausführungsform erzielen:
  • (1) Da eine Vielzahl von Nutreihen ausgeformt und jede Photo­ diode so angeordnet ist, daß sie Vielzahl der Nutreihen überbrückt, wird das durch die Vielzahl der Nutreihen passierende Licht von einer Photodiode erkannt. Dadurch können durch Unregelmäßigkeiten beim Ätzen oder dgl. ver­ ursachte Formfehler der Nuten gemittelt werden, wodurch die Streuung der Erkennungsfehler verringert wird.
  • (2) Da der Diffusor zwischen der Lichtquelle und dem Ska­ lenlineal angeordnet ist, kann die Verteilung der Licht­ menge aus der Lichtquelle ausgeglichen werden. Dadurch kann der durch eine unregelmäßige Verteilung der Lichtmenge aus der Lichtquelle verursachte Erkennungsfehler verringert werden.
  • (3) Da innerhalb einer Nutteilung n Photodioden angeordnet, die Breite einer Photodiode als p₀/(n + 1) und die Breite des Spalts zwischen den Photodioden als p₀/n(n + 1) gewählt sind, können die in dem Detektorsignal enthaltenen Harmo­ nischen (n + 1)-ter Ordnung wirksam beseitigt werden. Da­ durch kann die Erkennungsgenauigkeit verbessert werden.
Die Fig. 8 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Haupt­ teils eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Teile des Ausführungsbeispiels, die in der Fig. 8 nicht dargestellt sind, sind identisch aufgebaut wie diejenigen aus Ausführungsbeispiels der Fig. 6.
In der Fig. 8 generiert eine Hilfssignal- bzw. Zittersignal-Generatorein­ richtung 326 Hilfs- bzw. Zittersignale. Eine Periode dieser Zitter­ signale entspricht dem n-fachen (n: ganze Zahl größer 2) der Periode des phasenmodulierten Signals, und ihre Ampli­ tuden liegen im Bereich der Schwankungen der Phase des phasenmodulierten Signals innerhalb eines Bereiches um die Erkennungsauflösung des Phasendifferenzzählers. Die Fre­ quenz des Zittersignals liegt in einem Band, das hinrei­ chend höher ist als das Band, innerhalb dessen das Servo­ system der Motorpositionsregelung anspricht.
Eine Addiereinrichtung 327 addiert das von der Zitter­ signal-Generatoreinrichtung 326 generierte Zittersignal zu einem Ausgang eines LPF 321, und ein Komparator 328 formt das addierte Signal der Addiereinrichtung 327 und liefert es an den Phasendifferenzzähler 325.
Eine Positionsdetektoreinrichtung 510 ermittelt einen Durchschnittswert der n vom Phasendifferenzzähler 325 über n Meßzyklen bei positioniertem Gleitanker gemessenen Werte und ermittelt die Position des Gleitankers anhand dieses Durchschnittswertes. Die Positionsdetektoreinrichtung 510 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 anstelle der Posi­ tionsdetektoreinrichtung 504 im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 vorgesehen.
Nachstehend wird die Funktion der wie oben beschrieben auf­ gebauten Vorrichtung erläutert.
Das phasenmodulierte Signal schwankt, wenn das Zittersignal zu dem phasenmodulierten Signal addiert wird. Wird das Zit­ tersignal, wie z. B. in der Fig. 9 gezeigt, zu dem phasen­ modulierten Signal addiert, schwankt das phasenmodulierte Signal in dem in der Figur mit A gekennzeichneten Bereich, wie durch die gestrichelten Linien in der Fig. 10 angedeu­ tet. Das heißt, die Nulldurchgangsposition (Schnittpunkt mit der Zeitachse) des phasenmodulierten Signals schwankt. Die Schwankung bewegt sich um die Erkennungsauflösung des Phasendifferenzzählers 325. Das Bezugszeichen (d) in der Fig. 10 kennzeichnet die Erkennungsauflösung des Phasen­ differenzzählers 325. Das Zittersignal ist hier nicht zum Referenzsignal addiert. Dementsprechend schwankt die Pha­ sendifferenz zwischen dem phasenmodulierten Signal und dem Referenzsignal um das Zittersignal.
Ein Zählwert Φ(t) des Phasendifferenzzählers 325 wird mit jeder Periode T des geteilten Taktes der Frequenzteiler­ schaltung 324 abgetastet. Dementsprechend wird die zeit­ liche Abfolge der Daten des Zählwerts Φ(t) unter der An­ nahme, daß t = kT (wobei k = 0, 1, 2, 3, . . . ), als Φ(k) repräsentiert. Es ist zu beachten, daß Φ(k) < 2π.
Bei der dem Stand der Technik entsprechenden Positions­ detektorvorrichtung wird eine erkannte Position x(t) wie folgt dargestellt:
x(t) = C · Φ(k) (2)
wobei C die Erkennungsauflösung [m/Digit] des Phasendif­ ferenzzählers 325, eine Dimension von x(t) [m] und eine Dimension von Φ(k) [Digit] ist. Die Erkennungsauflösung C ist äquivalent der Periode des Zähltaktes des Phasendiffe­ renzzählers 325.
Bei der Positionsdetektoreinrichtung der vorliegenden Er­ findung dagegen wird eine erkannte Position x(t) wie folgt dargestellt:
Während die erkannte Position x(t) in der minimalen Einheit von C in der Gleichung 2 ermittelt wird, wird sie in der Gleichung 3 in der minimalen Einheit von C/n ermittelt. Dies bedeutet dementsprechend, daß die Erkennungsauflösung der Positionsdetektorvorrichtung der vorliegenden Erfindung um das n-fache gegenüber der dem Stand der Technik entspre­ chenden Vorrichtung verbessert wird. Es ist zu beachten, daß der Motor positioniert ist, wenn die erkannte Position x(t) gemäß der vorliegenden Erfindung ermittelt wird.
Das Verfahren zur Positionserkennung wird anhand eines kon­ kreten Beispiels erläutert. In dem betreffenden Fall gilt n = 5. Beträgt ein wahrer Wert der Phasendifferenz zwischen einem Referenzsignal und einem Positionsdetektorsignal z. B. in dem Zustand, in dem der Motor positioniert ist, 2,5, wie in der Fig. 11 dargestellt, wird der als 2 gezählt, da der Phasendifferenzzähler 325 keinen Wert erkennen kann, der kleiner als eine ganze Zahl ist. Dementsprechend wird beim Stand der Technik die Position mit dem Zählwert 2 erkannt.
Bei der vorliegenden Erfindung dagegen wird ein in der Fig. 12 dargestelltes Hilfs- bzw. Zittersignal zu dem phasenmodulierten Signal ab n = 5 addiert. Die Periode des in der Fig. 12 dargestellten Zittersignals beträgt 5T. Signalpegel a₁, a₂, a₃, a₄ und a₅ in den Zeitpunkten t₁, t₂, t₃, t₄ und t₅, die pro Periode T abgefragt werden, sind Signalpegel, die eine Phasenschwankung des phasenmodulierten Signals um das 0,1-, 0,3-, 0,5-, 0,7- bzw. 0,9fache der Erkennungsauflösung des Phasendifferenzzählers verursachen. Durch Addieren dieses Zittersignals zu dem phasenmodulierten Signal werden die Zittersignale, deren Pegel pro Periode des geteilten Taktes differieren, insgesamt über fünf Perioden zu dem phasen­ modulierten Signal addiert. Die Phasendifferenz wird da­ durch zu 2,6, 2,8, 3,0, 3,1 und 3,3. Der Phasendifferenz­ zähler 325 zählt dementsprechend 2, 2, 3, 3 und 3. Werden diese fünf Zählwerte gemittelt, so ergibt sich eine Phasen­ differenz von 2,6. Da die Phasendifferenz bei der vorlie­ genden Erfindung mit einer Auflösung von 0,2 ermittelt wird, ist die Erkennungsauflösung um das Fünffache gegen­ über dem Stand der Technik, bei dem die Phasendifferenz mit einer Auflösung von 1 ermittelt wird, verbessert.
Es ist zu beachten, daß die Zittersignale, die eine Schwan­ kung der Phasendifferenz des phasenmodulierten Signals um das 0-, 0,2-, 0,4-, 0,6-, 0,8-, 0,1-, 0,3-, 0,5-, 0,7- und 0,9fache der Erkennungsauflösung des Phasendifferenzzäh­ lers bewirken, zu dem phasenmodulierten Signal addiert wer­ den können. Solche Zittersignale können von einer bereit­ gestellten Verzögerungsschaltung generiert werden.
In diesem Fall zählt der Phasendifferenzzähler Zählwerte von 3, 3, 3, 4, 4, 3, 3, 4, 4 und 4. Wenn n = 5, werden abwechselnd Phasendifferenzen von 3,4 und 3,6 ermittelt. Da die aus dieser Phasendifferenz ermittelte erkannte Position x(t) in das Positionsregelsystem als Rückkopplungssignal zurückgeschickt wird, erfolgt die Positionierung nahe einer Phasendifferenz von 3,5. Da die Frequenz des Zittersignals in dem Band liegt, das hinreichend höher ist als das Band, innerhalb dem das Servosystem der Motorpositionsregelung anspricht, wird die Motorposition aufgrund der abwechselnd ermittelten Phasendifferenzen von 3,4 und 3,6 nicht schwan­ ken.
Die Phasendifferenz kann somit mit einer höheren Erken­ nungsauflösung als diejenige des Phasendifferenzzählers erkannt werden, indem das Zittersignal entsprechend dem in der Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel zu dem pha­ senmodulierten Signal addiert wird. Das bedeutet, daß gemäß dem in der Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel das Zitter­ signal zu dem phasenmodulierten Signal addiert wird, um dessen Phase innerhalb eines Bereichs von etwa der Erken­ nungsauflösung des Phasendifferenzzählers zu variieren. Die Phasendifferenz wird dann durch Mitteln der während der Schwankung der Phasendifferenz gemessenen Phasendifferenzen ermittelt. Dadurch kann die Phasendifferenz im wesentlichen mit einer Auflösung von weniger als einem Zehntel des Pha­ sendifferenzzählers erkannt werden. Aufgrund dieser Tatsa­ che kann die Positionserkennungsauflösung ohne Erhöhung der Erkennungsauflösung des Phasendifferenzzählers verbessert werden. Dementsprechend kann die Positionserkennungsauf­ lösung des Codierers ohne Verwendung eines Hochfrequenz- Taktgenerators.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Antriebssystem mit Linearmotor, das über einen linearen optischen Codierer mit hoher Erkennungsgenauigkeit verfügt, und das eine Verbesserung der Positionserkennungsauflösung des Codierers gestattet ohne Verwendung eines Hochfrequenz- Taktgenerators verwirklicht werden.

Claims (6)

1. Linearmotorantriebssystem zur Detektion von Signalen der Bewegungsgrößen eines Gleitankers (12) eines linearen Schrittmotors (100) und zur Rückkopplungsregelung des linearen Schrittmotors (100) auf Basis der Detektionssignale mit einem linearen optischen Codierer (300₁) und einer Codiererschnittstelle (300₂); wobei der Codierer (300₁) umfaßt
  • - ein Skalenlineal (302), dessen Position festliegt und auf dem sinusförmige lichtdurchlässige Flächen, im folgenden Nuten (309) genannt, in derselben Richtung und mit derselben Teilung angeordnet sind wie die Statorzähne (111) des linearen Schrittmotors (100);
  • - einen Sockelblock (303), der mit dem Gleitanker (12) des linearen Schrittmotors (100) verbunden ist und mit diesem zusammen gleitet,
  • - eine auf dem Sockelblock (303) angebrachte Lichtquelle (305) zur Abstrahlung von Licht auf die Nuten (309),
  • - eine Photodiodenanordnung (306) auf dem Sockelblock (303), die zu der Lichtquelle (305) weisend angeordnet sind, wobei das Skalenlineal (302) zwischen Photodiodenanordnung (306) und Lichtquelle (305) angeordnet ist, und die aus einer Vielzahl von Photodioden (306₁-306₈) besteht, welche innerhalb einer Teilung der Nuten (309) angeordnet sind, und die das durch die Nuten passierende Licht detektiert, und
  • - eine Signalverarbeitungsschaltung (310) zum Abtasten des Lichtdetektionssignals jeder Photodiode (306₁-306₈) und zum Ausgeben eines phasenmodulierten Signals, dessen Phasenlage einer Bewegung des Gleitankers (12) des linearen Schrittmotors folgend verschoben sind, und wobei
die Codiererschnittstelle (300₂) einen Phasendifferenzzähler (325) enthält, der die Phasendifferenz zwischen dem phasenmodulierten Signal und einem Referenzsignal, dessen Phase nicht moduliert ist, in jeder festgelegten Periode mißt, wodurch die Signale folgender drei Bewegungsgrößen ermittelt werden:
  • - ein Signal der Position des linearen Schrittmotors (100) durch Integrieren der mit dem Phasendifferenzzähler (325) gemessenen Phasendifferenzen,
  • - ein Signal der Geschwindigkeit des linearen Schrittmotors (100) auf der Basis der Schwankungsfrequenz der mit dem Phasendifferenzzähler (325) gemessenen Phasendifferenzen, und
  • - ein Signal zur Kommutationsregelung oder -steuerung des linearen Schrittmotors (100) auf der Basis der mit dem Phasendifferenzzähler (325) gemessenen Phasendifferenzen.
2. Linearmotorantriebssystem gemäß Anspruch 1, welches einen zwischen der Lichtquelle (305) und dem Skalenlineal (302) angeordneten Diffusor (308) zum Ausgleich der Verteilung der von der Lichtquelle (305) abgegebenen Lichtmenge umfaßt.
3. Linearmotorantriebssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem n Photodioden (306₁-306₈) innerhalb einer Nutteilung p₀ (309) vorgesehen sind, wobei n eine ganze Zahl ist, die Breite einer Photodiode in Richtung der Anordnung als p₀/(n + 1) gewählt und die Breite eines Spalts zwischen den Photodioden als p₀/n(n + 1) gewählt ist.
4. Linearmotorantriebssystem zur Detektion eines Signals der Bewegung eines Gleitankers (12) eines linearen Schrittmotors (100) und zur Rückkopplungsregelung des linearen Schrittmotors (100) auf Basis des Detektionssignals, mit einem linearen optischen Codierer (300₁) und einer Codiererschnittstelle (300₂); wobei der Codierer (300₁) umfaßt
  • - ein Skalenlineal (302), dessen Position festliegt und auf dem sinusförmige lichtdurchlässige Flächen, im folgenden Nuten (309) genannt, in derselben Richtung und mit derselben Teilung angeordnet sind wie die Statorzähne (111) des linearen Schrittmotors (100);
  • - einen Sockelblock (303), der mit dem Gleitanker (12) des linearen Schrittmotors (100) verbunden ist und mit diesem zusammen gleitet,
  • - eine auf dem Sockelblock (303) angebrachte Lichtquelle (305) zur Abstrahlung von Licht auf die Nuten (309),
  • - eine Photodiodenanordnung (306) auf dem Sockelblock (303), die zu der Lichtquelle (305) weisend angeordnet sind, wobei das Skalenlineal (302) zwischen Photodiodenanordnung (306) und Lichtquelle (304) angeordnet ist, und die aus einer Vielzahl von Photodioden (306₁-306₈) besteht, welche innerhalb einer Teilung der Nuten (309) angeordnet sind, und die das durch die Nuten passierende Licht detektiert, und
  • - eine Signalverarbeitungsschaltung (310) zum Abtasten des Lichtdetektionssignals jeder Photodiode (306₁-306₈) und zum Ausgeben eines phasenmodulierten Signals, dessen Phasenlage einer Bewegung des Gleitankers (12) des linearen Schrittmotors folgend verschoben ist, wobei die Codiererschnittstelle (300₂) umfaßt
  • - eine Hilfssignalgeneratoreinrichtung (326) zum Erzeugen eines Hilfssignals, dessen Periode das n-fache der Meßperiode eines Phasendifferenzzählers (325) beträgt, wobei n eine ganze Zahl größer als zwei ist, und dessen Amplitude ein Niveau besitzt, das innerhalb eines Bereichs von der Größenordnung der Detektionsauflösung des Phasendifferenzzählers (325) liegt, und
  • - eine Additionseinrichtung (327) zum Addieren des von der Hilfssignalgeneratoreinrichtung (326) erzeugten Hilfssignals zum phasenmodulierten Signal, wobei der Phasendifferenzzähler (325) die Phasendifferenz zwischen dem mit dem Hilfssignal addierten phasenmodulierten Signal und einem Referenzsignal, dessen Phase nicht moduliert ist, in jeder festgesetzten Periode mißt, und
das Antriebssystem ebenfalls eine Positionsdetektoreinrichtung (510) zum Bestimmen des Signals der Position des Gleitankers (12) aus einem Mittelwert von n Meßwerten umfaßt, welche mittels des Phasendifferenzzählers (325) über n Meßperioden gemessen sind.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10235963A1 (de) * 2002-04-01 2003-10-16 Ilan Elias Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung eines Patienten in einem Magnet-Resonanz-Tomographen
US7907988B2 (en) * 2002-04-01 2011-03-15 Ilan Elias Method and device for generating a passive movement in a diagnostic device
US7075196B1 (en) * 2002-08-13 2006-07-11 Quicksilver Controls, Inc. Integrated resolver for high pole count motors
US20040090127A1 (en) * 2002-11-12 2004-05-13 Toshiba Tec Kabushiki Kaisha Motor controller for image reading apparatus, and image reading apparatus with the same
DE102004020783A1 (de) * 2004-04-27 2005-11-24 Ilan Elias Diagnosegerät
US7090670B2 (en) * 2003-12-31 2006-08-15 Reliant Technologies, Inc. Multi-spot laser surgical apparatus and method
DE102004010403A1 (de) * 2004-03-03 2005-09-22 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Reversierender Linearantrieb mit Mitteln zur Erfassung einer Ankerposition
US7148590B1 (en) 2004-07-23 2006-12-12 Lampson Clark E Polyphase sawyer motor forcer
US7189909B2 (en) 2004-11-23 2007-03-13 Román Viñoly Camera assembly for finger board instruments
JP2007064755A (ja) * 2005-08-30 2007-03-15 Samutaku Kk エンコーダの信号処理回路
US7508154B1 (en) 2006-05-15 2009-03-24 Quicksilver Controls, Inc. Integrated motor and resolver including absolute position capability
DK2228629T3 (da) 2007-02-07 2017-11-06 Sew Eurodrive Gmbh & Co Kg System og fremgangsmåde til bestemmelse af positionen af en motordel
JP5756267B2 (ja) * 2010-09-03 2015-07-29 オリンパス株式会社 エンコーダ用信号処理回路
JP5774952B2 (ja) * 2011-09-22 2015-09-09 双葉電子工業株式会社 モータ制御回路及び該回路を実装したサーボ装置
DE102015221337A1 (de) * 2015-10-30 2017-05-04 Keba Ag Verfahren und Steuerungssystem zum Steuern der Bewegungen von Gelenkarmen eines Industrieroboters sowie dabei eingesetztes Bewegungsvorgabemittel
EP3527949A1 (de) * 2018-02-19 2019-08-21 OCE Holding B.V. Positionsmessvorrichtung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4160200A (en) * 1976-06-29 1979-07-03 Ricoh Company, Ltd. Servo control apparatus
JPS6115560A (ja) * 1984-06-28 1986-01-23 Toshiro Higuchi リニアステツプモ−タ
US4595870A (en) * 1984-08-07 1986-06-17 Anorad Corporation Linear motor
US5283434A (en) * 1991-12-20 1994-02-01 Canon Kabushiki Kaisha Displacement detecting device with integral optics
US5355070A (en) * 1993-03-10 1994-10-11 A. C. Propulsion, Inc. Induction motor drive stability control circuit
US5400269A (en) * 1993-09-20 1995-03-21 Rockwell International Corporation Closed-loop baseband controller for a rebalance loop of a quartz angular rate sensor

Also Published As

Publication number Publication date
DE19534758A1 (de) 1996-03-28
US5742136A (en) 1998-04-21

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