JP2006020415A - リニアモータ用位置検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 リニアモータの位置決め精度を向上する装置を提供する。
【解決手段】 固定子２０は、表面磁性が異なる２種類のマグネットを直線移動方向に交互で、一定間隔に配列した構造を備える。可動子３０は、固定子２０に対して一定間隔を維持しつつ、直線方向に移動自在に配置されコイルを備える。可動子３０と一体に設けられる検出ヘッド５０は、固定子２０の磁束を検出して、制御装置６０へ送る。固定されたレーザ測長器１００は、可動子に設けたターゲット１１０に対してレーザビームＬＢを照射し、その反射光から、レーザ測長器とターゲットとの間の距離寸法を高精度に測定する。マグネットスケールとして利用する固定子２０の位置と、測定されたレーザ測長器１００の高精度の位置データとを比較し、固定子の位置に対応する補正データを算出し、記憶装置７０に記憶し、モータの位置決めに利用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リニアモータを構成するマグネット配列そのものを位置決め用リニアスケールとして利用することで、リニアモータ制御用として、リニアスケールを並列に配置することなく、リニアモータだけで位置検出及び制御を可能にするリニアモータ用位置検出装置に関する。
従来のリニアモータは、リニアモータに並列で別置されたリニアスケールによって固定子に対する可動子の位置を検出するか、または、リニアモータを構成する表面極性が異なる２種類のマグネットを直線移動方向に交互及び一定間隔で配置された固定子と、固定子を構成するマグネットの表面に一定間隔に維持し、直線方向に移動自在に配列されたコイルを設け、マグネットとコイルとの間に発生する誘導電圧を検知し、その誘導電圧の変位を制御することによって、固定子に対する可動子の位置を検出していた（例えば、特許文献１及び２参照）。
特許第３３９６２１６号公報 特開２００２−２８１７８３号公報
従来のリニアモータとリニアスケールを併用する場合は、リニアスケールをリニアモータに精密に位置決めするための取付手段を用意する必要があるとともに、防塵・防水用遮断手段を必要とし、更には、それらを精密に組立てる必要があり、そのために、リニアモータそのものと同等程度のコストを必要にしていた。
リニアモータそのものにリニアスケールの機能を有する上記特許文献１においては、固定子を構成するマグネットを一定間隔で並べたものをスケールとして使用しているために、マグネット及び一定間隔自体に誤差を含んでいる場合、その誤差分がスケールの誤差としてそのまま転写され、スケールの精度の低下を招くことになる。
実際には、マグネットの寸法及び一定間隔の配列では、誤差なしで配置することができず、更に何らかの誤差を含むことになり、その誤差以上のスケールの精度は期待できない。
本発明は、以上の問題を解決するリニアモータ用位置検出装置を提供するものである。
表面磁性が異なる２種類のマグネットを直線移動方向に交互で一定間隔に配列された固定子と、固定子を構成するマグネットの表面に対して一定間隔を維持し、直線方向に移動自在に配置された可動子であるコイルと、マグネットの磁束を検出する検出器と、該検出器によって位置検出を可能にする位置検出回路と、位置検出回路を構成するためにマグネットスケールとして利用する固定子の位置と、マグネットの配列あるいはマグネット部品そのものの寸法のバラつきを測定する測定装置と、固定子の位置と測定装置との比較する補正データを記憶する記憶装置と、可動子の位置決めを行う場合に予め記憶させた補正データによって検出位置を補正する制御装置とを備えるリニアモータに内蔵するリニアモータ用位置決め装置を備えたものである。
また、測定装置は、レーザ測長器を備えたものである。
さらに、測定装置は、初期に一度だけ測定する、または、振動などでマグネットの取付誤差が生じたら、再度測定するものを備えたものである。
また、測定装置または制御装置のデータに異常が生じたら（例えば、データが消えたら）、再度測定するものを備えたものである。
さらに、位置検出回路、測定装置または制御装置は、数値制御装置に内蔵するものを備えたものである。
リニアモータを位置決め制御するリニアスケールが不要になるため、スケールの取付手段の加工工数及び組立工数を不要にすることができる。
リニアモータを構成するマグネットの配列またはマグネット部品そのものの寸法のバラつきをレーザ測長器等の測定装置で補正することができるため、リニアモータを構成する要素部品の加工精度及び組立精度を特別に考慮することなく、リニアモータを利用した高精度リニアスケールを容易に構成することができる。
図１は、本発明のリニアモータ用位置検出装置の測定装置を示す説明図、図２は、ベース１０上に配設されたマグネットである固定子２０とハウジング３２内に設けられたコイルである可動子３０と、可動子３０のハウジング３２に設けられた検出ヘッド５０の配列を示す断面図である。
リニアモータ用位置検出装置は、基本的な手段として、直線状に形成されるベース１０に一定間隔に配列される固定子２０を有する。固定子２０は、表面磁性が異なる２種類のマグネットを直線移動方向に交互に、かつ一定間隔に配列した構造を備える。
可動子３０は、固定子２０に対して一定間隔を維持しつつ直線方向に移動自在に配設され、コイルを備える。可動子３０と一体に設けられる検出ヘッド５０は、固定子２０の磁束を検出して、位置検出回路８０へ送る。
図２に示すように、固定子２０は、一定寸法に加工され、一定の間隔に配設されるが、取付時の誤差、振動または磁束密度等によって、ある程度の検出ヘッド５０とマグネットとの距離にバラつきを含むことが避けられない。
そこで、測定装置（ここでは、レーザ測長器）１００を用いて、この固定子の間隔の機械的な誤差を予め測定し、その補正データを記憶装置７０に記憶しておく。
補正データは、制御回路６０へ出力し、検出ヘッド５０からの信号を受けて数値制御装置４０へ制御信号を送り、可動子３０を駆動する。
図３は、レーザ測長器１００と、可動子３０のハウジング３２に取付けたターゲット１１０の関係を示す説明図、図４は、記憶装置７０内に記憶されるマグネットスケールの呼び位置と、レーザ測長器により測定されたデータの構造を示す図である。
固定されたレーザ測長器１００は、可動子に設けたターゲット１１０に対してレーザビームＬＢを照射し、その反射光から、レーザ測長器１００とターゲット１１０の間の距離寸法を高精度に測定する。
図４に示すように、マグネットスケールとして利用する固定子２０の位置と、測定されたレーザ測長器１００の高精度の位置検出データとを比較し、固定子２０の位置に対応する補正値を算出し、記憶装置７０に記憶しておく。
以上の位置検出データを全移動範囲にて行うことで、マグネットスケールのデータからレーザ測長器のデータを読み替えることができる。
図５は、予め、位置の補正データが測定された固定子２０を用いたリニアモータ用位置検出装置の構成を示す。
制御回路６０は、数値制御装置４０に指令を送り、可動子３０を所定位置に移動させようとする。可動子３０の移動距離は、検出ヘッド５０が固定子２０の磁束の変化を検出することで検知され、制御装置６０へ送られる。
検出ヘッド５０と制御装置６０との間に設けられる記憶装置７０は、マグネットスケールを構成する固定子２０の位置情報に基づく補正値を制御装置６０へ送り、固定子の機械的な誤差を補正する。
この構成により、高精度なリニアモータ用位置検出装置を得ることができる。
なお、上述した実施例にあっては、測定装置には、レーザ測長器の例を説明したが、リニアスケールを用いても本発明を適用することができる。
また、位置検出データの測定を、通常は、初期に一度だけ行うが、振動などでマグネットの取付誤差が生じたり、測定装置または制御装置のデータが消えたら、再度行ってもよい。
さらに、位置検出回路、測定装置または制御装置は、数値制御装置と別置に設けてあるが、内蔵してもよい。
本発明のリニアモータ用位置検出装置の測定装置を示す説明図。 ベース上に配設された固定子とハウジング内に設けられた可動子と可動子のハウジングに設けられた検出ヘッドの配列を示す断面図。 レーザ測長器と可動子のハウジングに取付けたターゲットの関係を示す説明図。 マグネットスケールの呼び位置とレーザ測長器により測長されたデータの構造を示す説明図。 固定子を用いたリニアモータ用位置検出装置の構成を示す説明図。
符号の説明
２０ 固定子
３０ 可動子（コイル）
４０ 数値制御装置
５０ 検出器（検出ヘッド）
６０ 制御装置
７０ 記憶装置
８０ 位置検出回路
１００ 測定装置（レーザ測長器）

Claims (6)

  1. 表面磁性が異なる２種類のマグネットを直線移動方向に交互で一定間隔に配列された固定子と、固定子を構成するマグネットの表面に対して一定間隔を維持し、直線方向に移動自在に配置された可動子であるコイルと、マグネットの磁束を検出する検出器と、該検出器によって位置検出を可能にする位置検出回路と、位置検出回路を補正するためにマグネットスケールとして利用する固定子の位置と、マグネットの配列あるいはマグネット部品そのものの寸法のバラつきを測定する測定装置と、固定子の位置と測定装置との比較する補正データを記憶する記憶装置と、可動子の位置決めを行う場合に予め記憶させた補正データによって検出位置を補正する制御装置とを備えるリニアモータに内蔵するリニアモータ用位置決め装置。
  2. 測定装置は、レーザ測長器を有する請求項１記載のリニアモータ用位置検出装置。
  3. 測定装置は、初期に一度だけ測定する請求項１記載のリニアモータ用位置検出装置。
  4. 測定装置は、マグネットの取付誤差が生じたら、再度測定する請求項１記載のリニアモータ用位置検出装置。
  5. 測定装置または制御装置のデータに異常が生じたら、再度測定する請求項１記載のリニアモータ用位置検出装置。
  6. 位置検出回路、測定装置または制御装置は、数値制御装置に内蔵する請求項１記載のリニアモータ用位置検出装置。
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