JP2004028623A

JP2004028623A - スライド位置検出装置とそれを用いたｘｙテーブル

Info

Publication number: JP2004028623A
Application number: JP2002181522A
Authority: JP
Inventors: Susumu Tani; 谷　進
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【構成】ガイドレール９にマーク３８，４０を、ピッチを異ならせて２列に配列する。センサ２０には、コイル４１，４２を２列に配置し、コイル４１でマーク３８を検出し、コイル４２でマーク４０を検出する。コイル４１側とコイル４２側とでの検出した位相の差を用いて、絶対位置をマークのピッチまでの精度で求め、コイル４１，４２で検出した位相で、マークのピッチ内での位置を求めてこれらを加算し、絶対位置を得る。
【効果】物品の絶対位置を検出できるので、立ち上げや復旧に原点への復帰を必要としない。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の利用分野】
この発明は、物品のスライド位置を絶対位置として検出するための装置と、この装置を用いたＸＹテーブルとに関する。
【０００２】
【従来技術】
磁性体や非磁性体を所定のピッチで規則的に配列して磁気マークの列とし、このマークに対向するように２〜６個程度の検出用のコイルを設けて、マークに対するコイルの相対位置を求めるようにした、スライド位置検出装置が知られている。しかしながらこのようなスライド位置検出装置で求めることができるのは、マークに対する相対的な座標であり、マーク自体は規則的に同じピッチで繰り返すので、どのマークからの相対位置を求めているのかは認識できない。従って、スライド位置の検出は相対位置に限られ、装置の起動時や復旧後の再起動時には、一旦原点までスライド位置検出装置のコイルを戻してやる必要がある。すると例えば停電で停止した装置を再起動する場合、実行中の作業を停止していた位置から再開することはできず、一旦原点へ戻って再開する必要がある。
【０００３】
【発明の課題】
請求項１の発明の課題は、スライドする物品の絶対位置を検出できるようにすることにある。
請求項２の発明での追加の課題は、絶対位置の検出範囲を拡張することにある。
請求項３の発明の課題は、ＸＹテーブルのモーションベースの絶対位置を検出できるようにすることにある。
【０００４】
【発明の構成】
この発明のスライド位置検出装置は、ガイドレールに磁気マークの列をピッチを異ならせて少なくとも２列に設け、前記ガイドレール上をスライドするセンサに、前記磁気マークの列に対応して、少なくとも第１のコイルと第２のコイルとを設けて、第１または第２のコイルの信号から磁気マークに対する相対的なスライド位置を求め、第１のコイルと第２のコイルの信号の差から概算の絶対位置を求め、これらを組み合わせて、センサの絶対位置を求めるようにしたものである（請求項１）。
【０００５】
好ましくは、前記ガイドレールに第３のマークを設けると共に、前記センサには第３のマークの検出手段を設け、第３のマークの検出結果を利用して、絶対位置の検出範囲を拡張する（請求項２）。
【０００６】
またこの発明のＸＹテーブルは、モーションベースを２自由度に運動させるようにしたＸＹテーブルであって、請求項１または２のスライド位置検出装置を各自由度に対応して設けて、ＸＹ平面上でのモーションベースの絶対位置を求めるようにしたことを特徴とする（請求項３）。
【０００７】
【発明の作用と効果】
この発明では、第１または第２のコイルの信号から、磁気マークに対する相対的なスライド位置を求めることができる。さらに第１のコイルの信号と第２のコイルの信号の差、例えばこれらの信号の位相差を用いると、絶対位置の概算値を求めることができる。求めた絶対位置の概算値に、少なくとも一方のコイルの信号を用いて求めた相対位置を例えば加算すると、センサの絶対位置を求めることができる。このためセンサを原点復帰させずに、絶対位置を知ることができる（請求項１）。
【０００８】
請求項２の発明では、ガイドレールに第３のマークを設けてこれを検出するので、第３のマークの値により、ガイドレールの長さ方向での概算位置を求めることができ、絶対位置の検出範囲を延長することができる。
【０００９】
請求項３の発明では、ＸＹテーブル上のモーションベースの位置を絶対位置として検出できるので、モーションベースを原点位置以外の位置から起動できる、ＸＹテーブルが得られる。
【００１０】
【実施例】
図１〜図６に、実施例を示す。これらの図において、２はＸＹテーブルで、３は固定の第１ベースで、第２ベース４は第１ベース３上を例えばＸ方向にスライド運動する。６はモーションベースで、第２ベース４上を例えばＹ方向にスライド運動し、これらの結果モーションベース６は第１ベース３に対してＸＹ方向に運動でき、モーションベース６に適宜のハンドや移載装置加工装置などを取り付けて使用する。８はリニアモータの地上側部分で、第１ベース３に設けられ、９はマーク付きのガイドレールで、１０はマーク無しのガイドレールである。ガイドレール９にはマークの列１２，１４をマークのピッチが異なるように設け、各マークの列では磁気マークが一定のピッチで繰り返して配列されている。マーク１６は、マークの列１２，１４の間などに設け、絶対位置の検出範囲を例えば２倍に延長するためのものである。マーク１６は、絶対位置の検出において、最上位の１ビットのデータを与える。
【００１１】
第２ベース４にはＬＭガイド（リニアモーションガイド）を設けて、ガイドレール９，１０でガイドしながらスライド運動させ、そのうち１つのＬＭガイドに磁気的なマークを検出するためのセンサ２０を例えば直列に取り付ける。センサ２０は、２つのＬＭガイドの間などに設けても良く、ＬＭガイドから独立させてガイドレール９でガイドして、スライド運動させるようにしても良い。２２は機上側のリニアモータである。実施例では、例えば機上側のリニアモータ２２を１次とし、地上側のリニアモータ８を２次側とするが、地上１次で機上２次に変更しても良い。
【００１２】
２４は地上側のリニアモータで、第２ベース４に設け、２６はマーク付きのガイドレールで、２８はマーク無しのガイドレールである。ガイドレール２６にはマークの列３０，３２を２列に設け、これらのマークの列３０，３２ではマークのピッチを互いに異ならせ、各列では磁気的なマークを一定のピッチで繰り返して規則的に配置する。ガイドレール９に比べてガイドレール２６は長さが短いので、絶対位置の検出範囲を延長するためのマーク１６は設けなかったが、ガイドレール２６にもマーク１６を設けてもよい。３４はＬＭガイドで、ガイドレール２６，２８でガイドされ、センサ３６は例えば４個のＬＭガイド３４のいずれかに直列に取り付け、あるいはこれらと独立させてガイドレール２６でガイドされるようにする。
【００１３】
図２に、第２ベースのＸ方向位置を検出するためのセンサ２０と、マーク付きのガイドレール９の構成を示す。また図３にこれらの断面を示す。マークの列１２の側では、個別の磁気マーク３８が所定のピッチＰ１で繰り返して配列され、マークの列１４でも、個別の磁気マーク４０が所定のピッチＰ２で繰り返し規則的に配列されている。マーク１６はガイドレール９の一端から中央部まで配置され、センサ２０がガイドレール９の右半分にいるか左半分にいるかを検出するためのマークである。ガイドレール９の中心線をＣ−Ｃとして示す。ここではマークの列１２，１４とマーク１６とをガイドレール９の同じ面に配置したが、これらをガイドレール９の上面と両側面とに例えば３分割して配置しても良い。絶対距離の検出範囲を増すためなどに、マーク１６の分解能を増す必要がある場合、ガイドレール１０側に直線状ないしはバー状のマークをｎ本（ｎは複数）配置し、これらのマークの有無を検出するコイルをｎ組設けて、ガイドレール１０を長さ方向にデータ上で２^ｎ　に分割しても良い。
【００１４】
センサ２０には、マーク３８を検出するためのコイル４１を例えば４個ガイドレール９の長手方向に沿って配置し、マーク４０を検出するためのコイル４２を、例えば４個×２の８個、ガイドレール９の長手方向に沿って配置する。コイル４２のうち最初の４個のコイルを４２ａ〜４２ｄとして示す。なおコイル４２を８個設けるのは、相対位置の検出分解能を向上させるためであるが、コイル４１と同様に例えば４個のみ設けてもよい。４３はマーク１６の検出用のコイルで、例えば２個設ける。
【００１５】
図３の４４はボールで、このボール４４を介してセンサ２０はガイドレール９のガイド溝に沿って案内されながらスライドする。４５は銅板で、ガイドレール９の素材である鋼とは磁気的特性が異なり、これにエッチングや打ち抜きなどを施して、マーク１６や個別のマーク３８，４０を形成してある。マーク１６などの摩耗を防止するため、好ましくは銅板４５の表面をプラスチックやステンレスなどの保護板４６で覆う。保護板４６で覆うと、マークの開口に伴う段差が隠れ、摩耗や塵芥の付着などを防止できる。
【００１６】
なお銅板に代えてアルミニウムや銅合金などを用いても良く、またマークが存在する部分を打ち抜いたりエッチングしたりする代わりに、銅の厚膜などをメッキし、マーク以外の部分をエッチングなどで除くようにしても良い。さらに銅メッキなどでマークを構成する場合、その保護用に表面に硬質ニッケルメッキや硬質クロムメッキなどの保護膜を設けることが好ましい。マークの材質は、ガイドレール９の本体と磁気的な性質が異なり、しかも正確な形状に加工でき、狂いの少ないものが好ましい。
【００１７】
図４に４個のコイル４２ａ〜４２ｄの出力からの、位相θ１の検出を示す。なお、マーク４０を検出する側の残る４個のコイル４２からの位相をθ２、コイル４１からの位相をφとする。交流電源５０を介して、例えば直列に接続した４個のコイル４２ａ〜４２ｄに、Ｖ０・ｓｉｎωｔのなどの交流電圧を加え、各コイルに加わる電圧をｓｉｎ／ｃｏｓ変換部５２でｓｉｎθ１・ｓｉｎωｔやｃｏｓθ１・ｓｉｎωｔへ変換する。ここで電圧Ｖ２とＶ３との差は、ｓｉｎθ１・ｓｉｎωｔに比例し、電圧Ｖ２とＶ３の和から電圧Ｖ１とＶ４の和を引き算したものは、ｃｏｓθ１・ｓｉｎωｔに比例する。ｓｉｎθ１・ｓｉｎωｔとｃｏｓθ１・ｓｉｎωｔとを位相検出部５４に入力し、それ自体としては公知の方法により位相θ１を出力する。なおここでセンサ２０の移動速度に比べて、交流電源５０の各周波数ωが大きい場合、位相検出などにおいて、ｓｉｎθ１やｃｏｓθ１を定数として扱うことができる。
【００１８】
同様にして残る４個のコイル４２を用い、位相θ２を検出する。また同様にして４個のコイル４１を用いて位相φを検出する。なお位相θ１とθ２とを別々に求める代わりに、間に３つのコイルを置いたコイル４２の２つのコイルの信号を組み合わせて用いる、などのことをしても良い。すなわち８個のコイルを組み合わせる場合に、４個ずつ用いて位相θ１と位相θ２を求める代わりに、最初から８個の信号を組み合わせて用いても良い。また実施例では、位相を求めるために基本的にコイルを４個ずつ用いているが、コイルは２個以上８個以下が好ましい。
【００１９】
コイル４３はマーク１６の有無を検出し、検出し得る状態は、
・２つのコイル４３が共にマーク１６上にある、
・一方のみがマーク１６上にある、
・共にマーク１６がない位置にある、
の３種類である。２個のコイル４３のうち、一方がマーク１６上にあり、他方が中心線Ｃ−Ｃより図２の右側にあり、コイル１６がない位置にあっても、一対のコイル４３の中心点が中心線Ｃ−Ｃの左右いずれにあるかは識別できる。そこでコイル４３の検出信号から、センサ２０がガイドレール９の中心Ｃ−Ｃの左右いずれにあるかの、２値の信号が得られる。
【００２０】
図５に絶対位置の検出を示す。前記の位相θ１，θ２，φは、図２のマーク４０やマーク３８に対するピッチＰ１，Ｐ２を周期とする位相で、１ピッチ内の分解能はあるが、センサ２０の絶対位置は不明である。図５の平均化部５６で位相θ１，θ２を例えば平均し、平均位相θを求める。次に平均位相θと位相φとの差分を差分処理部５８で求め、差分の値Δを用いて参照表（ＬＵＴ）を参照して、絶対位置の概算値を、例えばピッチＰ１，Ｐ２以上の精度で求める。なお絶対位置の概算値を求める場合、平均位相θが例えば０，π／４などの所定のタイミングで、参照表６０を読み出すようにすれば、参照表６０のデータ数を少なくできる。これに対して、任意の平均位相θに対して参照表６０にデータを持たせると、参照表６０のデータ数が増すが、任意の位置で、しかもスライド運動せずにその場で、絶対位置を求めることができる。参照表６０にはこれ以外に、図２のマーク１６を検出した場合は値１が、マーク１６を検出しない場合は値０が入力され、ガイドレール９の左右いずれの半分にあるかの信号が入力される。
【００２１】
図２のガイドレール９では、マーク３８とマーク４０とで配列ピッチが異なるので、平均位相θと位相φとの間には位相差Δが生じる。そしてガイドレール９の右半分あるいは左半分で、位相差Δが同じ値となることがないようにし、即ちマーク１６の検出結果が同じ場合、位相差Δが絶対値と１：１に対応するようにする。すると、位相差Δの値と、ガイドレール９の右半分にあるか左半分にあるかの情報とにより、絶対位置の概算値を求めることができる。この概算値は例えば、検出精度の高い側のマーク４０に対して、何番目のマークの位置にあるかを示すものとする。そしてこの概算値に平均位相θから求めた１ピッチ内の相対位置を加算し、これにガイドレール９の左半分にいるのか右半分にいるのかを加味すると、センサ２０の絶対位置をガイドレール９の全長分に渡って求めることができる。
【００２２】
なお図１のモーションベース６側のセンサ３６の場合、２列のマーク３０，３２のみを検出するので、コイル４３に相当する部材は不要である。またマーク１６はガイドレール９の左右いずれの半分にあるかを識別するためのマークなので、カラーパターンなどの簡単なマークとしても良く、その場合コイル４３に代えて光センサなどを用いるようにすればよい。すなわちマーク１６は位相検出用のマークではないので、マーク３８，４０とは構成を変えることができ、検出にもコイルを用いる必要は必ずしも無い。
【００２３】
また参照表のデータ数は任意で、参照表の値を読み込み得るタイミングを増やせば増やすほど、起動時に絶対位置を知るまでの動作ストロークを短くできる。参照表を、平均位相θと位相差Δとマーク１６の値（０，１）の３つの見出しのテーブルとし、これらの各データの全ての組み合わせ対して参照表に値を持たせると、モーションベースを全く移動させずに、その場で絶対位置を知ることができる。
【００２４】
図６にＸＹテーブル２の制御部を示すと、センサ２０，３６からの信号は、図５に示したようなスライド位置検出部６４，６６で絶対位置に換算され、リニアモータドライバ６８，６９へと入力される。モーションコントローラ７０からは、Ｘ方向位置やＹ方向位置の目標座標が入力され、目標座標と実際の座標との差を解消するように、リニアモータ８，２４を駆動して、モーションベースを所定の位置へと運動させる。
【００２５】
実施例ではＸ方向とＹ方向の直交する２軸に運動させるようにしたが、これらの一方をターンテーブルとし、他方をターンテーブルの直径方向や半径方向に運動する部材にしても良い。このような場合、マークはターンテーブルの円周に相似に例えばリング状に配置すればよい。
【００２６】
実施例では、モーションベースのＸＹ２方向の絶対位置を検出できるので、モーションベースを原点復帰せずに起動することができる。このため停電などの後の復旧時などに、実行中の作業をその場で再開でき、原点まで戻ってから再開する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のＸＹテーブルの斜視図
【図２】実施例のスライド位置検出装置での、ガイドレール上の磁気マークとセンサとを示す平面図
【図３】実施例のスライド位置検出装置での、ガイドレールとセンサの断面図
【図４】実施例のスライド位置検出装置での、位相検出回路を示すブロック図
【図５】実施例のスライド位置検出装置での、検出した位相を絶対位置へ変換するための信号処理回路のブロック図
【図６】実施例のＸＹテーブルの制御系の構成を示すブロック図
【符号の説明】
２　　　　　ＸＹテーブル
３　　　　　第１ベース
４　　　　　第２ベース
６　　　　　モーションベース
８　　　　　リニアモータの地上側部分
９　　　　　マーク付きのガイドレール
１０　　　　ガイドレール
１２，１４　マークの列
１６　　　　マーク
１８　　　　ＬＭガイド
２０　　　　センサ
２２　　　　リニアモータの機上側部分
２４　　　　リニアモータの地上側部分
２６　　　　マーク付きのガイドレール
２８　　　　ガイドレール
３０，３２　マークの列
３３　　　　リニアモータの地上側部分
３４　　　　ＬＭガイド
３６　　　　センサ
３８，４０　マーク
４１〜４３　検出コイル
４４　　　　ボール
４５　　　　銅板
４６　　　　保護板
５０　　　　交流電源
５２　　　　ｓｉｎ／ｃｏｓ変換部
５４　　　　位相検出部
５６　　　　平均化部
５８　　　　差分処理部
６０　　　　参照表（ＬＵＴ）
６２　　　　絶対位置算出部
６４，６６　スライド位置検出部
６８，６９　リニアモータドライバ
７０　　　　モーションコントローラ

Claims

ガイドレールに磁気マークの列をピッチを異ならせて少なくとも２列に設け、前記ガイドレール上をスライドするセンサに、前記磁気マークの列に対応して、少なくとも第１のコイルと第２のコイルとを設けて、第１または第２のコイルの信号から磁気マークに対する相対的なスライド位置を求め、第１のコイルと第２のコイルの信号の差から概算の絶対位置を求め、これらを組み合わせて、センサの絶対位置を求めるようにしたスライド位置検出装置。
前記ガイドレールに第３のマークを設けると共に、前記センサには第３のマークの検出手段を設け、第３のマークの検出結果を利用して、絶対位置の検出範囲を拡張したことを特徴とする、請求項１のスライド位置検出装置。
モーションベースを２自由度に運動させるようにしたＸＹテーブルであって、請求項１または２のスライド位置検出装置を各自由度に対応して設けて、ＸＹ平面上でのモーションベースの絶対位置を求めるようにしたことを特徴とする、ＸＹテーブル。