JP2007155731A - 位置決めシステム - Google Patents

Abstract

【課題】可動型ポジショナーのための位置決めシステムとして、機械的に複雑でなくてもポジショナーに高い位置決め精度を可能とし、フレキシブルにさまざまな用途に適するようなものを得ること。
【解決手段】
ポジショナーを位置決めする位置決めシステムが、ポジショナー（１０）を駆動するモーター（１８）と、測定装置とを備え、この測定装置は、モーター（１８）を制御するためポジショナーの調整トラベルを直接測定する。このため牽引ワイヤ（３２）がポジショナーと結合され、ドラム（３６）に巻き取られる。ポジショナーの調整トラベルを測定するため、シャフトエンコーダー（４２）を用いて、ドラム（３６）の回転を測定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載する位置決めシステム（Ｓｔｅｌｌｖｏｒｒｉｃｈｔｕｎｇ）に関する。

このような位置決めシステムは、ポジショナー（Ｓｔｅｌｌｅｌｅｍｅｎｔ）を線形または回転型の調整トラベルの上に正確に位置決めするのに用いられる。この位置決めシステムはモーターを備え、このモーターは、操作エレメント（Ｓｔｅｌｌｇｌｉｅｄ）たとえば出力軸を駆動し、この出力軸は、さらに機械的リンク機構を介して、ポジショナーのポジションを調節する。１つの測定装置が実際のポジションを測定し、この実際のポジションは、ポジショナーを位置決めするためモーターを制御するのに用いられる。

実際のポジションを測定するためには、モーターの軸または位置決めシステムの出力軸と結合されたシャフトエンコーダーを用いることが知られている。この場合シャフトエンコーダーは、モーター軸ないし出力軸の回転を、付加的または絶対的に測定する。モーター軸ないし出力軸の回転運動は、機械的リンク機構を介して、たとえばスピンドル、ギアユニットなどを介して、ポジショナーの線形または回転運動に変換されなければならない。このようなスピンドルやギアユニットには、遊びや機械的公差などがあるので、ポジショナーの実際のポジションは、モーター軸ないし出力軸の測定された実際のポジションに、正確には対応しない。位置決め精度の改善は、このような公差を減少させることによってのみ達成されるが、これには高度の機械的複雑さをともなう。

このような公知の位置決めシステムは、例えば特許文献１に記載されている。そのモーターは１つのナットを駆動し、このナットがスピンドルを操作エレメントとして、線形に動かす。この操作エレメントの線形のポジションは、位置決めシステム内部で線形にスキャンされ、実際のポジション信号としてモーターを制御するのに用いられる。位置決めを行うポジショナーに、操作エレメントの運動を伝達する際、その公差や誤差は、捕捉できない。
また、例えば特許文献２に記載されている。それからは、油圧によって線形にシフト可能なピストンを持つ位置決めシステムが知られている。このピストンの実際のポジションは、ピストンに取り付けられた牽引ワイヤを持つ測定装置によって測定され、このケーブルはドラムに巻き取られる。ドラムの軸と結合されたシャフトエンコーダーが、ドラムの巻き取りポジションと、それにより牽引ワイヤの巻き取られた長さとを測定する。この場合も、操作エレメントとして用いられるピストンの実際のポジションを検出する。この操作エレメントと、この操作エレメントが作動するポジショナーとの間で、機械的リンク機構に誤差があってもそれを検出することはできない。

米国特許５０５３６８５号公報 米国特許４１２１５０４号公報

本発明の課題は、可動型ポジショナーのための位置決めシステムとして、機械的に複雑でなくてもポジショナーに高い位置決め精度を可能とし、フレキシブルにさまざまな用途に適するようなものを得ることである。

本発明はこの課題を請求項１に記載の内容を持つ位置決めシステムによって解決する。
本発明の有利な実施形態を、従属請求項に記載した。

本発明による位置決めシステムの場合、モーター制御のため、実際のポジションとして、位置決めシステムのポジションではなく、位置決めシステムに作動されるポジショナー自体の実際のポジションを測定する。このため、モーターにも、そのモーターによって駆動可能な操作エレメントにも依存しない測定装置を用いる。この測定装置は、ドラムに巻き取り可能な牽引ワイヤを備える。この場合そのドラムの回転ポジションは、シャフトエンコーダーによって捕捉することができる。牽引ワイヤの自由な末端は、位置決めシステムから引き出され、位置決めされるポジショナーとこの自由な末端とが、直接結合されている。これにより、とくに２つの重要な利点が得られる。モーターを制御するための実際値としてポジショナー自体のポジションを測定することにより、ポジショナーの位置決め精度が、機械的リンク機構における誤差や公差に依存しなくなる。この機械的リンク機構とは、モーターによって駆動可能な位置決めシステムのポジショナーと、位置決めされるポジショナーとの間にあるものである。したがってこの機械的リンク機構、たとえばギアユニット、スピンドルなどに、高度の精度要求を課す必要はなくなる。その結果として、この機械的リンク機構を安価に作ることができる。さらにはこの位置決めシステムを、さまざまに異なる用途のため、非常にフレキシブルに用いることができる。モーター、モーター制御系統、および測定装置は、コンパクトながら汎用型の位置決めシステムを形成することができる。この位置決めシステムは、モーターに駆動される操作エレメントと、測定装置の牽引ワイヤとを、位置決めされるポジショナーに対する機械的なインタフェースとして備える。用途のジオメトリー的条件に応じて、そしてまた位置決めされるポジショナーの形状に応じて、駆動される操作エレメントとポジショナーとの間の機械的リンク機構を形成することができる。この牽引ワイヤは柔軟であって、任意の方向に向けることができる。したがってこの測定装置が、位置決めシステムの配置や取り付けや、そして位置決めシステムと位置決めされるポジショナーとの間の機械的リンク機構に、何らかの制限を加えることはない。

１つの有利な実施形態では、モーターの軸が、ポジショナーを駆動するスピンドルと軸平行に配置される。モーターと測定装置を持つ位置決めシステムのハウジングは、この場合ポジショナーハウジングの横に、軸平行に取り付けられている。このポジショナーハウジングは、スピンドルとポジショナーを収容する。ポジショナーと結合された牽引ワイヤは、この場合ポジショナーハウジング内をスピンドルと平行に案内され、ポジショナーハウジングの正面から外に出て、１８０°方向変換され、位置決めシステムのハウジングに平行方向に入る。このハウジング内でケーブルは、シャフトエンコーダーと結合されたドラムに載る。この全体配置は、こうしてコンパクトな閉じたユニットを形成し、このユニットの長手方向寸法は、主としてポジショナーの調整トラベルの長さだけで決定される。

下記に図面に記載する実施例を用いて、本発明をさらに詳しく説明する。
図１〜３に示す位置決めシステムは、ハウジング１６に収められたコンパクトなユニットを形成する。ここでは位置決めシステムの内部構造が見えるようにするため、図１はハウジング１６の側面カバーを、図２ではこの側面カバーと、ハウジング１６の末端正面１７とを、それぞれ取り外したものを示す。

ハウジング１６では電動モーター１８が、その軸１９がハウジング１６の長手方向に伸びる位置に配置されている。モーター１８は減速ギアユニット２０を駆動し、このユニットの出力軸２２は操作エレメントとして、モーターの軸１９に軸平行に、ハウジング１６の末端正面１７から突出している。

さらにハウジング１６の内部では、モーター１８の正面と、ハウジング１６の末端正面１７との間に、ドラム３６が配置されている。このドラムは、ハウジング１６の側面とモーター１８の軸とに垂直な軸を中心として回転可能な状態で取り付けられている。ドラム３６は、ギアユニット２０と、ハウジング１６の側壁との間に位置する。このドラム３６には牽引ワイヤ３２の一方の末端が巻き上げられ、このケーブルは、出力軸２２のそばで、末端正面１７を通ってハウジング１６から引き出されている。ドラム３６と同軸にゼンマイ４８が設けられ、このゼンマイはドラム３６に、牽引ワイヤ３２の巻き込み方向にプリロードをかけ、これにより牽引ワイヤ３２に応力をかけている。

ギアユニット２０を省略した図３からわかるように、ドラム３６はその正面の周縁に外歯４０を備え、この外歯がシャフトエンコーダー４２の歯と噛み合っている。シャフトエンコーダー４２は、マルチターン・シャフトエンコーダーとして形成されている。すなわちシャフトエンコーダー４２は、複数回の反転を介して、ドラム３６の正確な角度ポジションを測定する。このようなマルチターン・シャフトエンコーダーは、公知の従来の技術に属する。図３には、減速ギアユニットをはさんで順次並ぶシャフトエンコーダー４２の各段が見られる。

シャフトエンコーダー４２とその電子系統配線は印刷回路板４４に配置され、この印刷回路板４４は、ハウジング１６内部で、その側壁に平行に密着して取り付けられている。この印刷回路板には、モーター１８を制御する電子系統と、モーター１８を整流するために用いられるセンサー３８も設けられている。この電子系統におけるモーター１８への電流供給は、ハウジング１６において末端正面１７と反対側の正面を通るケーブル４６を経由して行われる。

この位置決めシステムは、任意のポジショナーを位置決めするために用いることができる。それぞれの用途に適合された機械的リンク機構によって、出力軸２２の回転は、ポジショナーの線形または回転運動に変換される。ハウジング１６から引き出された牽引ワイヤ３２に自由な末端は、このポジショナーと結合されている。この場合、牽引ワイヤ３２は、位置決めシステムとポジショナーの構成に応じて、方向を変換することができる。この牽引ワイヤ３２は、ポジショナー１０の運動に遊びなしで従う。この運動は、牽引ワイヤ３２によって、ドラム３６の回転運動に遊びなしで変換される。なぜならばこの牽引ワイヤ３２は、ゼンマイ４８によって応力をかけられて保持されるからである。したがってシャフトエンコーダー４２は、ポジショナー１０の正確な実際のポジションを測定する。シャフトエンコーダー４２が測定したこの実際のポジションに応じて、モーター１８が制御される。その結果として、ポジショナーの正確な位置決めが、モーター１８、ギアユニット２０、出力軸２２、および機械的リンク機構によって可能となる。その際、モーター１８からポジショナーまでのこのパワートレーンに、機械的な遊びそのほかの誤差が生じても、ポジショナーの位置決め制御や位置決め精度に、影響をおよぼすことはない。

図４および５は、図１〜３に記載する位置決めシステムの１つの実施例を示す。図４の実施例は閉じた形であり、図５では、構造が見えるようにハウジング部分を省略している。
この位置決めシステムはポジショナー１０を作動し、このポジショナーは、本発明の範囲外である任意の機能を満足する。ポジショナー１０は、線形に動くことができる状態でポジショナーハウジング１２の中を案内され、このポジショナーハウジングは、直方体を長く伸ばした形であって、たとえばアルミニウム形材によって形成される。ポジショナーハウジング１２内で軸方向に、スピンドル１４が回転可能な状態で取り付けられ、このスピンドルの上を、ポジショナー１０が、スピンドルナットを用いて動くことができる。カバーテープ１５が、ポジショナーハウジング１２を、ポジショナー１０の軌道領域で、シールしながら密閉する。

ポジショナーハウジング１２の長手側壁に、位置決めシステムのハウジング１６が取り付けられる。ポジショナーハウジング１２の末端正面は、ハウジング１６の末端正面１７と並んで、１つの面を形成する。
操作エレメントとして、末端正面１７を越えて、ハウジング１６から引き出されている出力軸２２の末端には、歯付きのベルトプーリー２４が取り付けられている。このプーリーが、エンドレスなコッグドベルト２６を介して、もう１つの歯付きベルトプーリー２８を駆動する。後者のプーリーは、ポジショナーハウジング１２の正面から引き出されているスピンドル１４の末端に、回転を固定されて取り付けられている。したがってモーター１８は、ギアユニット２０およびコッグドベルト２６を介して、スピンドル１４を回転駆動する。これにより、ナットによってスピンドル１４に取り付けられているポジショナー１０は、線形にシフトされる。末端キャップ３０が、ベルトプーリー２４および２８と、コッグドベルト２６とを覆い、そしてポジショナーハウジング１２とハウジング１６の正面を閉じる。

ポジショナーハウジング１２の中では、ポジショナー１０に牽引ワイヤ３２の自由な末端が固定されている。牽引ワイヤ３２は、ポジショナーハウジング１２の中をスピンドル１４と平行に延び、ポジショナーハウジング１２の正面のベルトプーリー２８より上で、ポジショナーハウジング１２を出る。ポジショナーハウジング１２とハウジング１６の正面にはガイドシュー３４が設けられ、このガイドシューの外周には案内溝が設けられている。ポジショナーハウジング１２を出る牽引ワイヤ３２は、ガイドシュー３４のこの案内溝を通り、そしてガイドシュー３４によって方向変換される。その結果として牽引ワイヤ３２は、スピンドル１４および出力軸２２と軸平行方向に、合計１８０°方向変換されて、ハウジング１６の末端正面１７に入る。このガイドシュー３４と、このガイドシューの上を通る牽引ワイヤ３２もまた、末端キャップ３０によってカバーされる。

ハウジングを一部開いた位置決めシステムの透視図である。 上記よりさらにハウジングの一部を取り外した位置決めシステムである。 位置決めシステムの測定装置の部分図である。 位置決めシステムの１つの実施例である。 図４の実施例と同じものであるが、ハウジングを開いている。

符号の説明

１０ ポジショナー
１２ ポジショナーハウジング
１４ スピンドル
１５ カバーテープ
１６ ハウジング
１７ 末端正面
１８ モーター
１９ 軸
２０ ギアユニット
２２ 出力軸
２４ ベルトプーリー
２６ コッグドベルト
２８ ベルトプーリー
３０ 末端キャップ
３２ 牽引ワイヤ
３４ ガイドシュー
３６ ドラム
３８ センサー
４０ 外歯
４２ シャフトエンコーダー
４４ 印刷回路板
４６ ケーブル
４８ ゼンマイ

Claims (8)

1. 位置決めシステムであって、モーター（１８）と操作エレメント（２２）を備え、この操作エレメントはモーター（１８）によって駆動可能であり、この操作エレメントによってポジショナー（１０）を位置決めすることができ、またこのシステムは、モーター（１８）を制御するため実際のポジションを測定する測定装置を備える、上記の位置決めシステムにおいて、この測定装置が、牽引ワイヤ（３２）と、牽引ワイヤ（３２）の一方の末端を巻き取ることができるドラム（３６）と、ドラム（３６）と結合されたシャフトエンコーダー（４２）とを備え、その際、牽引ワイヤ（３２）の他方の末端が、位置決めシステムから引き出され、ポジショナー（１０）と結合可能であることを特徴とする、上記の位置決めシステム。
2. シャフトエンコーダー（４２）がマルチターン・シャフトエンコーダーであることを特徴とする、請求項１に記載の位置決めシステム。
3. モーター（１８）、モーターのギアユニット（２０）、および測定装置が、１つの共通のハウジング（１６）に収められていることを特徴とする、請求項１または２に記載の位置決めシステム。
4. シャフトエンコーダー（４２）と、モーター（１８）を制御する電子系統とが、ハウジング（１６）内で、１つの共通な印刷回路板（４４）の上に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の位置決めシステム。
5. モーター（１８）が、ギアシステム（２０、２４、２６、２８）を介してスピンドル（１４）を駆動し、このスピンドル上をポジショナー（１０）が動くことを特徴とする、前回各請求項のいずれかに記載の位置決めシステム。
6. モーター（１８）に、スピンドル（１４）と平行な軸（１９）が設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の位置決めシステム。
7. モーター（１８）と測定装置を収めるハウジング（１６）が、スピンドル（１４）とポジショナー（１０）を収めるポジショナーハウジング（１２）に、軸平行に取り付けられていることを特徴とする、請求項３、５および６のいずれかに記載の位置決めシステム。
8. 牽引ワイヤ（３２）が、ポジショナーハウジング（１２）においてスピンドル（１４）と平行に延び、正面でポジショナーハウジング（１２）から外に出て、１８０°方向変換し、正面でハウジング（１６）に入ることを特徴とする、請求項７に記載の位置決めシステム。

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