JP2005143171A

JP2005143171A - Linear motor system

Info

Publication number: JP2005143171A
Application number: JP2003375240A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hara; 憲二原; Tadahiro Miyamoto; 恭祐宮本
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-11-05
Also published as: JP4305135B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an efficient and high precision position detecting system of moving magnet type linear motor. <P>SOLUTION: The linear motor system comprises a linear motor composed of a moving member 1 provided with the scale 3 of a linear scale and a permanent magnet, a plurality of detecting sections 4 arranged at an interval shorter than the length of the scale and reading the scale and a stator 2 provided with a coil generating a moving field for the permanent magnet, wherein each detecting section has a signal reading section for detecting the reading signal of the scale by recognizing a detecting section currently detecting the scale among the plurality of detecting sections, and a synthetic output section 5 common to the plurality of detecting sections outputs the positional signal of the linear motor by selecting a currently reading detecting section among the plurality of detecting sections and counting the read out signals. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体製造装置等で搬送に用いる長尺のムービングマグネット型（可動磁石型）の、リニアモータの位置検出システムに関する。 The present invention relates to a long moving magnet type (movable magnet type) linear motor position detection system used for conveyance in a semiconductor manufacturing apparatus or the like.

従来のムービングマグネット（可動磁石）型リニアモータとしては、例えば、特許文献１に開示の「リニアモータ」が挙げられる。図４はリニアモータの側面図であり、リニアスケールのスケール部１０４と永久磁石を設けた可動子１０１と、スケール部１０４を読取るセンサー１０３と永久磁石に対して移動磁界を発生させるコイル１１０を設けた固定子１０２により構成されていて、固定子１０２は複数のモジュール１０２ａ〜１０２ｚを連結した状態で、一体化されているサーボドライブ装置１０９を介して上位コントローラから、該各モジュールに指令が送られて、可動子１０１を連続して走行位置決めさせるものである。
各モジュール１０２ａ〜１０２ｚに取付けられたセンサー１０３の位置に、可動子１０１に取付けられたスケール部１０４が移動すると、光学式センサーならば光量が低下して暗くなることから可動子１０１の位置を検知する。図５は位置検出部のブロック図であり、センサー１０３により検出されるＡ相、Ｂ相の信号は微分回路１０５によりパルス信号としてカウンター１０６を駆動できる信号に変換される。一方、Ａ相、Ｂ相の信号はセンサー有り信号としてＦＦ回路に入力し、最初のＣ相１０４ａの原点信号のタイミングでＦＦ回路が動作してラッチ回路１０７によりカウンター１０６のデータをラッチして位置検出が行われる。 As a conventional moving magnet (movable magnet) type linear motor, for example, a “linear motor” disclosed in Patent Document 1 can be cited. FIG. 4 is a side view of the linear motor, which includes a mover 101 provided with a scale unit 104 of a linear scale and a permanent magnet, a sensor 103 that reads the scale unit 104, and a coil 110 that generates a moving magnetic field for the permanent magnet. The stator 102 is connected to a plurality of modules 102a to 102z, and a command is sent to each module from the host controller via the integrated servo drive device 109. Thus, the mover 101 is continuously moved and positioned.
If the scale unit 104 attached to the movable element 101 moves to the position of the sensor 103 attached to each of the modules 102a to 102z, the optical sensor detects the position of the movable element 101 because the amount of light decreases and darkens. To do. FIG. 5 is a block diagram of the position detector. The A-phase and B-phase signals detected by the sensor 103 are converted by the differentiating circuit 105 into signals that can drive the counter 106 as pulse signals. On the other hand, the A-phase and B-phase signals are input to the FF circuit as sensor presence signals, and the FF circuit operates at the timing of the origin signal of the first C phase 104a, and the latch circuit 107 latches the data of the counter 106. Detection is performed.

特開２００３−２４４９２９号公報（第２頁〜４頁、図１、２）JP 2003-244929 A (pages 2 to 4, FIGS. 1 and 2)

しかしながら、半導体製造装置等で搬送に用いられる長尺のリニアモータは可動子が軽量で、且つ、高い位置決め精度が要求されるのでムービングコイル（可動磁石）型リニアモータは、コイルを大型化して推力を増大しても可動子の質量が増加することはなく、又、通電ケーブルを引きずることもないので、この条件に適うものであるが、特許文献１に開示のリニアモータは、単位スケール領域内での限られた範囲の位置決め制御に関するものであって、長尺のリニアモータ全領域での全体システムにおける位置決め制御ではないという問題があった。 However, since a long linear motor used for conveyance in a semiconductor manufacturing apparatus or the like has a lightweight moving element and requires high positioning accuracy, a moving coil (moving magnet) type linear motor has a larger coil and thrust force. However, the mass of the mover does not increase and the current-carrying cable is not dragged. This satisfies this condition. However, the linear motor disclosed in Patent Document 1 is within the unit scale region. However, there is a problem that the positioning control is not performed in the entire system in the entire area of the long linear motor.

そこで、本発明は、固定子の検出部を複数設けて、逐次その各検出部の出力を切換えて繋ぎ合わせることにより、あたかも１つのスケール出力と見なせるように制御して、汎用のサーボ制御装置にそのまま入力してリニアモータ全体を制御できるリニアモータシステムを提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides a general-purpose servo control device by providing a plurality of stator detection units and sequentially switching and connecting the outputs of the respective detection units so as to be regarded as one scale output. An object of the present invention is to provide a linear motor system that can be directly input to control the entire linear motor.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、リニアスケールのスケールと永久磁石を設けた可動子と、前記スケールの長さより短い間隔で配置されて該スケールを読取る複数の検出部と前記永久磁石に対して移動磁界を発生させるコイルを設けた固定子により構成されたリニアモータを備え、前記各検出部には前記複数の検出部中より現在スケールを検出中である該検出部を認識して前記スケールの読取り信号を検出する信号読取り部を有し、前記複数の検出部中より現在読取りを行っている該検出部を選択して読取り信号をカウントすることによりリニアモータの位置信号として出力する前記複数の検出部に共通の合成出力部と、を有することを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、前記検出部は、エンコーダと同等のＡ相Ｂ相および１回転当たり１パルスに相当するＣ相信号を検出し、且つ、前記Ｃ相信号は前記スケール端部のＣ相パターンより検出することを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記信号読取り部は、前記Ａ相Ｂ相によるスケール有り信号とその後の最初のＣ相信号によりフリップフロップ回路をセットすると同時に前段の検出部のフリップフロップ回路をリセットして、自分のＡ相Ｂ相の微分信号を検出する３信号出力回路等を作動させることを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、前記合成出力部は、前記複数の検出部の検出出力をＯＲ入力し、作動中の前記３信号出力回路の出力をカウントして該検出出力を現時点におけるリニアモータの位置信号のＡ相Ｂ相信号として出力することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 includes a mover provided with a scale of a linear scale and a permanent magnet, and a plurality of detection units arranged at intervals shorter than the length of the scale and reading the scale. A linear motor composed of a stator provided with a coil that generates a moving magnetic field with respect to the permanent magnet is provided, and each of the detection units includes a detection unit that is currently detecting a scale from among the plurality of detection units. A linear motor position signal having a signal reading unit for recognizing and detecting the read signal of the scale, and selecting the detection unit currently reading from the plurality of detection units and counting the read signal And a combined output unit common to the plurality of detection units that output as the above.
According to a second aspect of the present invention, the detection unit detects an A-phase B-phase equivalent to an encoder and a C-phase signal corresponding to one pulse per revolution, and the C-phase signal is detected at the scale end. It is characterized by detecting from the C phase pattern of the part.
According to a third aspect of the present invention, the signal reading unit sets a flip-flop circuit based on the scaled signal by the A phase and the B phase and the first C phase signal thereafter, and at the same time, the flip-flop circuit of the detection unit at the previous stage And a three-signal output circuit that detects its own A-phase and B-phase differential signals is operated.
According to a fourth aspect of the present invention, the composite output unit ORs the detection outputs of the plurality of detection units, counts the outputs of the three-signal output circuit in operation, and outputs the detection outputs at the present time. It is characterized by being output as an A-phase B-phase signal of the position signal of the linear motor.

本発明によれば、多数の検出部をハードウェアのデータ処理によって繋ぎ合わせ、あたかも１つのスケール出力のように処理して、汎用のサーボ装置にそのまま入力し制御データとして使用できるという効果がある。
また、固定子側のセンサー等も特別な精度を要せず装置として低コストで効率的な精度の高い検出システムを構成できるという効果もある。 According to the present invention, a large number of detection units are connected by hardware data processing, processed as if they were one scale output, and can be directly input to a general-purpose servo device and used as control data.
In addition, the sensor on the stator side does not require special accuracy, and there is also an effect that an efficient and highly accurate detection system can be configured as an apparatus.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明に係るリニアモータシステムの構成図である。
図２は図１に示す各センサーが検出するスケールのイメージを示す図である。図３は図１に示す検出部のブロック図である。
図１において、１はスケールと永久磁石を有する可動子、２はコイルと検出部を有する固定子、３はスケールでスケール３には両端にＣ相パターンが形成されている。４ａ〜４ｆは検出部で光学式センサー等で構成される。５は合成機で各センサー４ａ〜４ｆの出力をあたかも１つのスケール出力のように処理する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a linear motor system according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an image of a scale detected by each sensor shown in FIG. FIG. 3 is a block diagram of the detection unit shown in FIG.
In FIG. 1, 1 is a movable element having a scale and a permanent magnet, 2 is a stator having a coil and a detection unit, 3 is a scale, and a C-phase pattern is formed on both ends of the scale 3. Reference numerals 4a to 4f are detection units which are configured by optical sensors or the like. Reference numeral 5 denotes a synthesizer that processes the outputs of the sensors 4a to 4f as if they were one scale output.

図３において、図３は信号読取り部に相当する各検出部４ａ〜４ｆの詳細ブロック図であり、６はＡ相信号、７はＢ相信号、８はＣ相信号であり、９〜１２は各信号増幅用のアンプである。１３はＡ相信号６とＢ相信号７を入力するＡＮＤゲートである。１４はスケール３を検出した時点のＡＮＤゲート１３出力であるスケール有り信号である。
１５はＡ相信号６、Ｂ相信号７、Ｃ相信号８を微分してカウンタ入力可能な出力にする微分回路である。１６はＦＦ（フリップフロップ）回路で検出データのラッチ回路を構成している。１７はＮＯＲゲートでスケール有り信号１４と前段の検出部のＦＦ回路の信号／ＣＬＲＮ−１：１８と、次段の検出部のＦＦ回路の信号／ＣＬＲＮ＋１：１９を入力している。２０と２１はＦＦ１６の信号により起動されるトライステートバッファ回路で３通りの出力を発生する３信号出力回路である。２２は自分の段のＦＦ回路信号／ＣＬＲＮ：２３を信号Ｌを微分して出力する微分回路である。２４は検出信号をカウントするカウンター回路であり、２５はカウンター２４の出力をＡ相、Ｂ相信号として出力するＥＸ−ＯＲゲートであって、カウンター２４とＥＸ−ＯＲ２５とで、他のセンサーと共通の図１に示す合成機５を構成し、リニアモータ位置信号として上位装置へ出力する。 3, FIG. 3 is a detailed block diagram of each of the detection units 4a to 4f corresponding to the signal reading unit, 6 is an A phase signal, 7 is a B phase signal, 8 is a C phase signal, and 9 to 12 are It is an amplifier for each signal amplification. Reference numeral 13 denotes an AND gate for inputting the A phase signal 6 and the B phase signal 7. A scale presence signal 14 is an output of the AND gate 13 when the scale 3 is detected.
A differentiation circuit 15 differentiates the A-phase signal 6, the B-phase signal 7, and the C-phase signal 8 into an output that can be input as a counter. Reference numeral 16 denotes an FF (flip-flop) circuit which constitutes a latch circuit for detection data. Reference numeral 17 denotes a NOR gate to which the scale presence signal 14, the signal / CLRN-1: 18 of the FF circuit of the detection unit in the previous stage, and the signal / CLRN + 1: 19 of the FF circuit of the detection unit of the next stage are input. Reference numerals 20 and 21 denote three-signal output circuits that generate three kinds of outputs in a tri-state buffer circuit activated by the signal of the FF 16. Reference numeral 22 denotes a differentiating circuit for differentiating the signal L from the FF circuit signal / CLRN: 23 of its own stage and outputting it. Reference numeral 24 denotes a counter circuit that counts detection signals. Reference numeral 25 denotes an EX-OR gate that outputs the output of the counter 24 as A-phase and B-phase signals. The counter 24 and EX-OR 25 are common to other sensors. 1 is output to the host device as a linear motor position signal.

つぎに動作について説明する。
各センサー４ａ〜４ｅの位置に可動子１に取付けられたスケール３が移動すると、例えば、光学式センサーであれば光量が低下するのでＡ相信号６、Ｂ相信号７共に光量が低下する状態がスケール有り１４の状態となる。この状態がＦＦ回路１６にＮＯＲゲート１７を介して前段のＦＦの信号／ＣＬＲＮ−１と次段のＦＦ信号／ＣＬＲＮ＋１、と共に入力される共に、微分回路１５で微分された最初のＣ相信号８が検出されるとＦＦ回路１６がセットされる。つまり、ＦＦ回路１６は他段のＦＦ回路がＯＦＦで自分の段のスケール有り信号１４が活性の場合のみセットされ、最初のＣ相信号８の入力で反転信号Ｌによりトライステートバッファ２０、２１をイネーブルにしてラッチする。このＦＦ回路１６は次のＣ相信号８が来るまではこの状態を保持する。 Next, the operation will be described.
When the scale 3 attached to the mover 1 moves to the position of each sensor 4a to 4e, for example, if the optical sensor is used, the amount of light is reduced, so that both the A phase signal 6 and the B phase signal 7 are in a state where the amount of light is reduced. It becomes the state with scale 14. This state is input to the FF circuit 16 through the NOR gate 17 together with the FF signal / CLRN-1 of the previous stage and the FF signal / CLRN + 1 of the next stage, and the first C-phase signal 8 differentiated by the differentiation circuit 15 Is detected, the FF circuit 16 is set. In other words, the FF circuit 16 is set only when the other stage FF circuit is OFF and the own scaled signal 14 is active, and the tri-state buffers 20 and 21 are turned on by the inverted signal L at the input of the first C-phase signal 8. Enable and latch. The FF circuit 16 maintains this state until the next C-phase signal 8 is received.

このようにＦＦ回路１６の反転信号Ｌによりイネーブルとなったトライステートバッファ２０、２１が駆動されると同時に、反転信号Ｌは微分回路２２で微分され自己ＦＦ信号／ＣＬＲＮ：２３として前段、次段等のＦＦ回路のＮＯＲ回路へ送られ、他段のＦＦ回路をリセットする。これによって検出出力が各検出部４ａ〜４ｅ毎にリレー式に繋ぎ合わされるシステム制御が可能になる。
トライステートバッファ回路２０、２１はＦＦ回路１６の反転信号Ｌによりイネーブルとなると、微分回路１５によりカウント可能なパルス信号に変換されたＡ相信号６、Ｂ相信号７を出力し、カウンター２４によりカウントして、ＥＸ−ＯＲゲート２５によりＡ相、Ｂ相信号として、該時点におけるリニアモータの位置信号として１つのセンサー出力のように上位装置へ出力する。 As described above, the tristate buffers 20 and 21 enabled by the inverted signal L of the FF circuit 16 are driven, and at the same time, the inverted signal L is differentiated by the differentiating circuit 22 and the self-FF signal / CLRN: 23 is set as the previous stage and the next stage. To the NOR circuit of the FF circuit, etc., and reset the FF circuit of the other stage. This enables system control in which the detection output is connected in a relay manner for each of the detection units 4a to 4e.
When the tri-state buffer circuits 20 and 21 are enabled by the inverted signal L of the FF circuit 16, they output the A-phase signal 6 and the B-phase signal 7 converted into pulse signals that can be counted by the differentiating circuit 15 and are counted by the counter 24. Then, the EX-OR gate 25 outputs the A-phase and B-phase signals to the host device as one sensor output as the linear motor position signal at that time.

図２は以上のように各検出部４がスケールをリレー式に検出するイメージを示す模式図であり、図２において、それぞれ（１）を検出部４ａ、（２）は検出部４ｂ、（３）を検出部４ｃ、（４）を検出部４ｄにより検出されるスケールとすれば、スケール有りの信号検出から最初のＣ相信号検出のタイミングで、各検出部４ａ〜４ｄがリレー式に切替わる状態が段差的に示されている。この場合、図面左→右への矢印（１）〜（４）の方向を往路とすれば、反転、復路が右→左へ（４）〜（１）の方向となり、長尺のリニアモータシステムの全体の動作が把握できる。 FIG. 2 is a schematic diagram showing an image in which each detection unit 4 detects the scale in a relay manner as described above. In FIG. 2, (1) is the detection unit 4a, (2) is the detection unit 4b, (3 ) Is the detection unit 4c, and (4) is the scale detected by the detection unit 4d, the detection units 4a to 4d are switched to the relay type at the timing of the first C-phase signal detection from the detection of the signal with the scale. The state is shown in steps. In this case, if the direction of arrows (1) to (4) from the left to the right of the drawing is the forward path, the reverse and reverse paths are from 4 to (1) from the right to the left. Can understand the overall operation of

本発明に係るリニアモータシステムの構成図である。It is a block diagram of the linear motor system which concerns on this invention. 図１に示す検出部が検出するスケールのイメージを示す図である。It is a figure which shows the image of the scale which the detection part shown in FIG. 1 detects. 図１に示す検出部のブロック図である。It is a block diagram of the detection part shown in FIG. 従来のリニアモータの側面図である。It is a side view of the conventional linear motor. 図４に示すセンサー回路のブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of the sensor circuit shown in FIG. 4.

Explanation of symbols

１可動子
２固定子
３スケール
４検出部
５合成機
６Ａ相信号
７Ｂ相信号
８Ｃ相信号
９〜１２アンプ
１３ＡＮＤゲート
１４スケール有り信号
１５、２２微分回路
１６ＦＦ
１７ＮＯＲ
１８／ＣＬＲＮ−１
１９／ＣＬＲＮ＋１
２０、２１トライステートバッフア
２３／ＣＬＲＮ
２４カウンター
２５ＥＸ−ＯＲ Reference Signs List 1 mover 2 stator 3 scale 4 detector 5 synthesizer 6 A phase signal 7 B phase signal 8 C phase signal 9-12 amplifier 13 AND gate 14 scaled signal 15, 22 differentiation circuit 16 FF
17 NOR
18 / CLRN-1
19 / CLRN + 1
20, 21 Tristate buffer 23 / CLRN
24 counter 25 EX-OR

Claims

A fixed element provided with a mover provided with a scale of a linear scale and a permanent magnet, a plurality of detection units arranged at intervals shorter than the length of the scale, and a coil for generating a moving magnetic field for the permanent magnet Each of the detection units has a signal reading unit that recognizes the detection unit that is currently detecting the scale from the plurality of detection units and detects a read signal of the scale. A combined output unit common to the plurality of detection units that outputs the position signal of the linear motor by selecting the detection unit currently reading from the plurality of detection units and counting a read signal; A linear motor system comprising:

The detection unit detects an A phase B phase equivalent to an encoder and a C phase signal corresponding to one pulse per rotation, and the C phase signal is detected from a C phase pattern at the end of the scale. The linear motor system according to claim 1.

The signal reading unit sets the flip-flop circuit by the scaled signal by the A phase and the B phase and the first C phase signal thereafter, and simultaneously resets the flip-flop circuit of the detection unit at the previous stage, The linear motor system according to claim 1 or 2, wherein a three-signal output circuit or the like for detecting a differential signal is activated.

The combined output unit inputs the detection outputs of the plurality of detection units by OR, counts the outputs of the three-signal output circuit in operation, and outputs the detection outputs as the A-phase B-phase signal of the current position signal of the linear motor The linear motor system according to claim 1, 2, or 3, wherein