JP2010266330A

JP2010266330A - 平面モータ

Info

Publication number: JP2010266330A
Application number: JP2009117722A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Fukuhara; 義仁福原
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2010-11-25

Abstract

【課題】誤差の少ない高精度な位置検出が可能な平面モータを実現する。
【解決手段】プラテン上に配置されたスライダをＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御する平面モータにおいて、
前記スライダにレーザ光源、レンズおよびイメージセンサを搭載し、前記レーザ光源から出射したレーザ光を前記プラテンで反射させ前記レンズを介して前記イメージセンサで受光するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、スライダをＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御する平面モータに関する。

格子プラテンと、その上面をＸ軸方向及びＹ軸方向にスライドして位置制御されるスライダを有する平面モータの技術については、図３に示すものが知られている。図３は特許文献１に開示されている従来構造の平面モータの基本構成を示す斜視図である。

図３において、１０は水平に固定配置された格子プラテンであり、Ｘ方向及びＹ方向に沿って一定ピッチで歯が形成されている。図では簡略のため一部の歯だけを示している。格子プラテンは磁性体の平坦面に格子状に溝を切ることによって形成される。

２０は、格子プラテン上面をＸ方向及びＹ方向にスライドして位置決め制御されるスライダであり、この上部にワーク及び位置決めの対象となるターゲット（図示せず）が搭載される。浮揚手段２１は、格子プラテン１０に対向する裏面にノズルが設けられていて圧縮空気を噴射させることでスライダ２０を格子プラテン１０上に浮揚させる。

３１及び３２はスライダ２０の上部にＸ方向に所定距離を持って固定配置された第１のＸ軸センサ及び第２のＸ軸センサである。３３は同様にスライダ２０の上部に固定配置されたＹ軸センサである。

１１は、格子プラテン１０のＸ軸の一端部にＸ軸に直交して固定配置された所定高さを有するＸ軸ミラーであり、第１のＸ軸センサ３１及び第２のＸ軸センサ３２と対向する。１２は、格子プラテン１０のＹ軸の一端部にＹ軸に直交して固定配置された所定高さを有するＹ軸ミラーであり、Ｙ軸センサ３３と対向して配置されている。

第１のＸ軸センサ３１、第２のＸ軸センサ３２及びＹ軸センサ３３は光学的な距離測定装置であり、レーザ光をＸ軸ミラー１１及びＹ軸ミラー１２に照射し反射光を受光し干渉を利用して移動距離を測定することでスライダ２０のＸ方向及びＹ方向の位置を測定する。ＰＸ１及びＰＸ２は第１のＸ軸センサ３１及び第２のＸ軸センサ３２によるＸ軸方向距離測定値、ＰＹはＹ軸センサ３３によるＹ軸方向距離測定値である。

ブロック４はＸＹサーボドライバであり、座標変換手段４１，第１Ｘ軸ドライバ４２，第２Ｘ軸ドライバ４３，Ｙ軸ドライバ４４により構成されている。座標変換手段４１は、測定値ＰＸ１，ＰＸ２及びＰＹを入力し第１Ｘ軸ドライバ４２に測定座標Ｘを、第２Ｘ軸ドライバ４３にヨーイング回転角（Ｚ軸の回転角）θを、Ｙ軸ドライバ４４に測定座標Ｙを出力する。

第１Ｘ軸ドライバ４２は、測定座標Ｘと上位装置（図示省略）から与えられる目標位置信号ＳＸの偏差を演算してスライダ２０に搭載された平面モータで実現されるＸ１モータに駆動電流ＭＸ１を出力する。

第２Ｘ軸ドライバ４３は、ヨーイング回転角θと設定値０°との偏差を演算してスライダ２０に搭載されたＸ２モータに駆動電流ＭＸ２を出力する。Ｙ軸ドライバ４４は、測定座標Ｙ上位装置から与えられる目標位置信号ＳＹの偏差を演算してスライダ２０に搭載されたＹ１モータ及びＹ２モータに共通の駆動電流ＭＹを出力する。

特開２００６−８４２５１号公報特開２００３−１２１１２８号公報横河技報Ｖｏｌ.４５Ｎｏ２（２００１）８３平面サーボモータＰＬＡＮＳＥＲＶとその要素技術

ところで、上述のような平面モータにおいて、格子プラテン１０に対するスライダ２０の相対移動量を検出して位置制御する平面モータの構成は図４に示すようなものとなっている。また、プラテン１０とスライダ２０の要部詳細は図５に示すようなものとなっている。図５の断面図において、スライダ２０のプラテン１０と対向する面にはフォーサー（コイル装置）５０が配置され、同じくプラテン１０に対向するようにセンサ５１が配置されている。

上述の構成において、スライダ２０はプラテン１０上にエアにより浮上し、フォーサー５０内部の磁石と電磁石の極性切替えによって、プラテン１０上の磁性体の凹凸に対する磁力を制御することで推力を生み、プラテン上を走行するように構成されている。センサ５１はプラテン１０に対するスライダ２０の相対移動量を検出して、スライダの位置制御を行う。

ところで、図５に示すセンサ５１においては、プラテン１０上の磁性体の凹凸による磁束変化を捉えて相対移動量の検出を行っている。そのため、プラテン１０上の磁性体の凹凸の間隔や精度がセンサ５１の検出精度に大きく影響していた。また、プラテン１０上の磁束バラツキや変化も検出してしまうため位置検出誤差が生じる。という課題があった。
従って本発明は、誤差の少ない高精度な位置検出が可能な平面モータを実現することを目的としている。

本発明は上記課点を解決するためになされたもので、請求項１に記載の平面モータの発明においては、
プラテン上に配置されたスライダをＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御する平面モータにおいて、
前記センサにレーザ光源、レンズおよびイメージセンサを搭載し、前記レーザ光源から出射したレーザ光を前記プラテンで反射させ前記レンズを介して前記イメージセンサで受光するように構成したことを特徴とする。
請求項２においては、請求項１に記載の平面モータにおいて、
前記レーザ光源は波長可変レーザ光源、前記レンズは倍率可変レンズとしたことを特徴とする。
請求項３においては、請求項１又は２に記載の平面モータにおいて、前記イメージセンサは前記プラテンに対して上下方向に変位可能に取付けたことを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、スライダにレーザ光源、レンズおよびイメージセンサを搭載し、レーザ光源から出射したコヒーレントなレーザ光をプラテンで反射させレンズを介してイメージセンサで受光するように構成したので、誤差の少ない高精度な位置検出が可能となった。

本発明の請求項２，３によれば、レーザ光源を波長可変レーザ光源としてよりコヒーレントなレーザ光とし、レンズを倍率可変レンズとし、イメージセンサをプラテンに対して上下方向に変位可能に取付けたので、より高精度な位置検出が可能となった。

本発明の平面モータの実施形態の一例を示す構成図である。本発明の平面モータの他の実施例を示す構成図である。一般的な平面モータの一例を示す構成図である。従来の格子プラテンに対するスライダの相対移動量を検出して位置制御する平面モータの構成図である。従来のプラテンとスライダの構成を示す要部詳細図である。

図１は本発明の平面モータのプラテンとスライダの構成を示す断面図であり、図５に示す従来例とはセンサの構成のみが異なっている。
図１において、センサ５１ａ内にはレーザ光源、レンズ５５、イメージセンサ５６が配置されている（図ではスライダに取付けたセンサの一方のみを示している）。

上述の構成において、レーザ光源５２から出射した光はプラテン１０上で反射し、レンズ５３で集光されてイメージセンサ５４上で結像する。スライダ２０がプラテン１０上を走行すると、イメージセンサ５４に取り込まれるプラテン表面の画像が変化し、位置変化の信号が得られる。なお、画像を読み取り、その読み取った信号によりスライダ２０の位置を制御する手段については、ここでは省略する。

イメージセンサ５４に取り込まれる光はプラテンの表面を識別しているので、プラテン上の磁性体の凹凸間隔や精度には影響されない。また、面の変化を捉えているので１個のセンサでスライダの３軸（Ｘ−Ｙ−θ）方向位置検出が出来る。

なお、プラテン１０上に絶対位置検出用のパターンを印刷しておけば、そのパターン印刷を判別することで絶対位置の検出が可能となる。パターン印刷はプラテン上の磁性体の凹凸間隔や精度とは関係なく、必要な間隔や精度、パターンを決めることが出来る。その結果、図３の従来例に示すＸＹ軸のセンサを省略することも可能である。

図２は他の実施例を示す断面図である。この実施例ではレーザ光源として波長可変レーザ５２ｂを使用し、レンズは倍率可変レンズ５３ｂを用いている。また、イメージセンサ５４ｂと倍率可変レンズ５３ｂの位置を調整するＷＤ（ＷＯＲＫＤＩＳＴＡＮＣＥ）調整機構５５を備えている。

上述の構成によれば、波長可変レーザ光源５２ｂを構成することで、プラテン１０の反射像コントラストを調整し、位置検出感度を調整できる。また、外乱光の影響を受けない波長やよりコヒーレントな光を選択することで解像度の高い結像が得られ、位置検出の精度や信頼性を向上できる。

即ち、倍率可変レンズ５３ｂとＷＤ調整機構５５を構成することで、反射像の倍率を調整し、位置検出精度（分解能）を調整できる。また、スライダ２０の走行速度に合わせて必要な分解能が選択できる。
この場合においても、選択する波長のレーザ光に反応する特殊インキでプラテン１０の表面にパターン印刷をしておけば、外乱の影響を低減した信頼性の高い位置検出が出来る。また、スライダ１０に複数のセンサ（少なくとも３個）を形成し３軸（Ｘ−Ｙ−θ）方向位置検出の平均化を行い、検出誤差を少なくすることが出来る。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

１０格子プラテン
１１Ｘ軸ミラー
１２Ｙ軸ミラー
２０スライダ
２１浮揚手段
３１第１Ｘ軸センサ
３２第２Ｘ軸センサ
３３Ｙ軸センサ
４１座標変換手段
４２第１Ｘ軸ドライバ
４３第２Ｘ軸ドライバ
４４Ｙ軸ドライバ
５０フォーサー
５１センサ
５２レーザ光源
５３レンズ
５４イメージセンサ
５５調整機構

Claims

プラテン上に配置されたスライダをＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御する平面モータにおいて、
前記スライダにレーザ光源、レンズおよびイメージセンサを搭載し、前記レーザ光源から出射したレーザ光を前記プラテンで反射させ前記レンズを介して前記イメージセンサで受光するように構成したことを特徴とする平面モータ。
前記レーザ光源は波長可変レーザ光源、前記レンズは倍率可変レンズとしたことを特徴とする請求項１に記載の平面モータ。
前記イメージセンサは前記プラテンに対して変位可能に取付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の平面モータ。