JP2021164396A - リニアモータ搬送システムおよびその運用方法 - Google Patents

リニアモータ搬送システムおよびその運用方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明によれば、商品価値を高めたリニアモータ搬送システムを提供する。
【解決手段】リニアモータ搬送システム100は、リニアモータ12により駆動されるキャリア10と、所定の経路Pに沿って配置される複数のセンサ18と、リニアモータ12を制御し、キャリア10を経路Pに沿って移動させる制御装置20と、を備える。制御装置20は、複数のセンサ18のうちの、出力をキャリアの位置の特定に用いる基準センサを、キャリア10の移動に伴って複数のセンサ18内で切り替える。
【選択図】図1

Description

本発明は、リニアモータ搬送システムおよびその運用方法に関する。
従来、物品を搬送する搬送システムとして、リニアモータを駆動源としてキャリアを走行させ、キャリアによって物品の搬送を行うリニアモータ搬送システムが知られている。リニアモータ搬送システムは、搬送する物品を保持するキャリアと、キャリアに取り付けられるリニアモータの可動子と、経路に沿って並ぶ複数の電磁石(コイルユニット)を含むリニアモータの固定子と、複数の電磁石への電流の供給を制御してキャリアを経路に沿って移動させる制御装置と、を備え、可動子が経路に沿って走行することにより、キャリアに保持された物品を搬送する。
従来のコンベアは、一定速度で同一方向に搬送物である物品を流すのに対し、リニアモータ搬送システムは、物品を保持する複数のキャリアの移動を個別に制御できる。また、キャリアを必要な場所に正確に止めたり、速度を変更したり、1つのキャリアだけを反対向きに移動させるといった柔軟な制御もできる。また、リニアモータ搬送システムは、リニアモータ駆動であるためその他の駆動方式を採用した搬送システムに比べて粉塵等が生じないためクリーンである。
そのため、リニアモータ搬送システムの用途は多岐にわたり、たとえば、工程間搬送や、搬送経路上で精密加工を行う加工ラインに用いられる。
リニアモータ搬送システムでは、可動子の位置を制御するために、固定子に対する可動子の位置を把握し続ける必要がある。従来では、固定子側に設けられるリニアスケールを、可動子側に設けられるセンサで読み取ることにより、可動子の位置を検出するリニアモータ搬送システムが提案されている(例えば特許文献1)。
し続けている。
特開2014−219296号公報
特許文献1に記載されるような従来のリニアモータ搬送システムでは、可動子側にセンサが設けられるため、センサに電力を供給するバッテリを可動子側に設ける必要があり、そのメンテナンスが必要となる。また、センサによる検出結果を出力する配線を可動子側から引き出す必要があり、可動子の可動範囲の制約となる。
本発明はこうした状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、商品価値を高めたリニアモータ搬送システムを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様のリニアモータ搬送システムは、リニアモータにより駆動されるキャリアと、所定の経路に沿って配置される複数のセンサと、リニアモータを制御し、キャリアを経路に沿って移動させる制御装置と、を備える。制御装置は、複数のセンサのうちの、出力をキャリアの位置の特定に用いる基準センサを、キャリアの移動に伴って複数のセンサ内で切り替える。
本発明の別の態様は、リニアモータ搬送システムの運用方法である。この方法は、リニアモータにより駆動されるキャリアと、所定の経路に沿って配置される複数のセンサと、リニアモータを制御し、キャリアを経路に沿って移動させる制御装置と、を備えるリニアモータ搬送システムの運用方法であって、複数のセンサのうちから検出結果をキャリアの位置の特定に用いる基準センサを特定する基準センサ特定ステップと、基準センサからの出力に基づいてキャリアの位置を繰り返し特定する位置特定ステップと、を含む。位置特定ステップは、基準センサを、キャリアの移動に伴って複数のセンサ内で切り替えるステップを含む。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、商品価値を高めたリニアモータ搬送システムを提供できる。
実施の形態に係るリニアモータ搬送システムの平面図である。 図1のキャリアとその周辺を示す側面図である。 図1のキャリアとその周辺を示す側面図である。 図1のキャリアとその周辺を示す側面図である。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。
図1は、実施の形態に係るリニアモータ搬送システム100の概略構成を示す平面図である。図2は、リニアモータ搬送システム100のキャリア10とその周辺を示す側面図である。
リニアモータ搬送システム100は、搬送する物品を保持するためのキャリア10と、キャリア10を駆動するリニアモータ12と、キャリア10に固定されるリファレンスマーク14およびリニアスケール16と、キャリア10の搬送経路Pに沿って配置される複数のセンサ18と、リニアモータ搬送システム100を統括的に制御する制御装置20と、を備える。複数のセンサはそれぞれ、制御装置20と有線で接続される。なお、理解を容易にするためにキャリア10の個数を1としているが、その限りではなく、通常は複数のキャリア10が設けられる。
リニアモータ12は、固定子22と、キャリア10に取り付けられる可動子24と、を備える。
固定子22は、本実施の形態では、平面視でD方向に長い矩形状に形成されている。固定子22は、その延在方向に沿って並ぶ複数の電磁石(コイルユニット)26を含む。図1には、一部の電磁石26のみが例として表示されている。電源34から複数の電磁石26には、個別に電流を供給できる。複数の電磁石26の並びは経路Pを規定する。特に限定しないが、本実施の形態では、経路Pは直線状である。
可動子24は、電磁石26と上下で対向するようにキャリア10の下面に取り付けられる。可動子24は磁石を含んで構成される。電磁石26により生じる磁界と可動子24の磁石の磁界との相互作用により、可動子24は経路Pに沿って移動する。
固定子22には、可動子24あるいはキャリア10の移動を案内するリニアガイドが設けられてもよい。あるいは、リニアガイドを設けずに、可動子24を固定子22上に磁気浮上させてもよい。
リファレンスマーク14は、基準位置を示すマークである。リファレンスマーク14は、特に限定しないが、センサ18が磁気式であれば磁石であり、光学式であれば例えばマーク付きのガラスやスチールテープである。
リファレンスマーク14は、ここではキャリア10の下面に設けられる。なお、リファレンスマーク14は、リニアスケール16上に設けられてもよい。リファレンスマーク14は、好ましくは、D方向における位置が、キャリア10の「位置基準部」と一致するように設けられる。位置基準部は、キャリア10のD方向における位置の基準となる部分であり、典型的にはキャリア10のD方向における中央部分である。リファレンスマーク14のD方向における位置が位置基準部のD方向における位置と一致する場合、リファレンスマーク14の絶対位置はキャリア10の絶対位置となる。
リファレンスマーク14は、キャリア10の任意の位置に設けられてもよいが、位置基準部に対する相対位置が既知である必要がある。リファレンスマーク14のD方向における位置が位置基準部のD方向における位置と一致しない場合、リファレンスマーク14の絶対位置に、位置基準部とリファレンスマーク14とのD方向における距離を考慮することで、キャリア10の絶対位置が特定される。
以降では、説明の簡素化のため、リファレンスマーク14のD方向における位置は位置基準部のD方向における位置と一致するものとする。
リニアスケール16は、キャリア10の下面に固定される。リニアスケール16は、特に限定しないが、センサ18が磁気式であれば磁石スケールであり、光学式であればたとえば目盛り付きのガラススケールやスチールテープである。リニアスケール16は、その限りではないが、当該リニアスケール16のD方向における中央が、キャリア10の位置基準のD方向における位置と一致するようにキャリア10に設けられる。
リニアスケール16は、有効領域16aと、有効領域16aのD方向における両端に隣接する2つの無効領域16bと、を有する。有効領域16aは、センサ18がスケールを読み取れる領域であり、無効領域16bは、センサ18がスケールを読み取れない領域である。
センサ18は、リファレンスマーク14を検出可能に構成された第1検出部28と、リニアスケール16を検出可能に構成された第2検出部29と、を含む。本実施の形態では、センサ18は、平面視において、リファレンスマーク14の移動経路上に第1検出部28が位置し、リニアスケール16の移動経路上に第2検出部29が位置するように配置される。
第1検出部28は、リファレンスマーク14を検出すると、すなわちリファレンスマーク14が第1検出部28の真上を通過すると、所定の強度以上のパルス信号を制御装置20に出力する。当該パルス信号のパルス幅は、第1検出部28の分解能と同程度であることが好ましいが、それよりも長くてもよい。制御装置20は、詳しくは後述するが、第1検出部28が出力する信号に基づいて、リファレンスマーク14が第1検出部28の真上に位置しているか否かを特定する。
第2検出部29は、第2検出部29の上方を移動するリニアスケール16に設けられたスケールを読み取り、リニアスケール16ひいてはキャリア10がR[μm](Rは第2検出部29の分解能)移動するごとに1パルスのパルス信号を制御装置20に出力する。制御装置20は、第2検出部29が出力するパルス信号をカウントすることにより、後述するようにしてキャリア10のD方向の位置を特定(検出)する。
複数のセンサ18は、等間隔、ここでは間隔Sで配置される。また、複数のセンサ18は、リニアスケール16の有効領域16aの長さ(以下、「有効領域長」という)Leとセンサ18の間隔Sが、「有効領域長Le≧間隔S」の関係を満たすように配置される。この場合、キャリア10が経路P上のどこに位置していても、リニアスケール16の有効領域16aがいずれかのセンサ18の検出領域(すなわちセンサ18の真上)に位置するため、後述のようにキャリア10の絶対位置を特定できる。有効領域長Leと間隔Sを等しくすれば、センサの数を最少にできる。いずれにせよ、複数のセンサ18のそれぞれの絶対位置は既知であるものとする。
図3、4は、リニアモータ搬送システム100のキャリア10とその周辺を示す側面図である。図3では、リファレンスマーク14がセンサ18の真上に位置している。図4では、リニアスケール16ひいてはキャリア10の中心が、隣接する2つのセンサの中間地点に位置している。図1〜4を参照して制御装置20について説明する。
制御装置20は、位置特定部30と、リニアモータ制御部32と、を含む。
位置特定部30は、複数のセンサ18_1〜18_N(Nは2以上の整数であり、図2〜4の例ではNは5以上)のうちのいずれかのセンサ18の第1検出部28から閾値強度以上の信号が出力されると、具体的には例えばセンサ18_iの第1検出部28から閾値強度以上の信号が出力されると、当該センサ18_iの真上にリファレンスマーク14ひいてはキャリア10が位置していると特定する。位置特定部30は、リファレンスマーク14を検出したセンサ18_iを、キャリア10の絶対位置を特定するための基準となるセンサ(以下、「基準センサ」という)として決定する。
位置特定部30は、基準センサの真上にリファレンスマーク14が位置しているときを「0」として、キャリア10の移動に伴って基準センサの第2検出部29から出力されるパルス信号をカウントする。
位置特定部30は、基準センサの第2検出部29から出力されるパルス信号のカウント値に基づいて、キャリア10の基準センサからの距離、すなわち基準センサに対するキャリア10の相対位置を特定する。位置特定部30は、基準センサの絶対位置に、特定した相対位置を加算することにより、キャリア10の絶対位置を特定する。
ところで、リニアスケール16の長さにもよるが、キャリア10が或る程度移動すると、基準センサの第2検出部29の検出範囲(すなわち真上)からリニアスケール16の有効領域16aが外れる。そうなると、当該基準センサの出力に基づいてキャリア10の位置を特定できない。したがって、基準センサの検出範囲からリニアスケール16の有効領域16aが外れる前に、基準センサに隣接するセンサ18であって、その検出範囲(すなわち真上)にリニアスケール16の有効領域16aがあるセンサ18を、新たな基準センサとする必要がある。つまり、基準センサを切り替える必要がある。
具体的には位置特定部30は、たとえば、センサ18_iが基準センサである場合においてD方向における紙面右側にキャリア10が移動してセンサ18_iに対するキャリア10の相対位置(パルス信号のカウント値)が所定の値となると、隣接するセンサ18_i+1を新たな基準センサとする。したがって、位置特定部30は、それまではセンサ18_iに対するキャリア10の相対位置を特定することによってキャリア10の絶対位置を特定していたが、基準センサの切り替え後はセンサ18_i+1に対するキャリア10の相対位置を特定することによってキャリア10の絶対位置を特定する。つまり、センサ18_i+1の絶対位置に、センサ18_i+1に対するキャリア10の相対位置を加算することによりキャリア10の絶対位置を特定する。
なお、基準センサの切り替えの際には、切り替え元のセンサ18_iに対するキャリア10の相対位置に基づいて、切り替え先のセンサ18に対するキャリア10の相対位置を特定する。言い換えると、基準センサの切り替えの際には、切り替え元のセンサ18_iにおけるパルス信号のカウント値に基づいて、切り替え先のセンサ18_i+1におけるパルス信号のカウント値の初期値を特定する。以降は、特定された初期値にセンサ18_i+1から出力されるパルス信号のカウント値を積算する。
基準センサの切り替えは、たとえば、図4に示すようにリニアスケール16の中心(この例ではキャリア10の中心)が基準センサ(この例ではセンサ18_i)と基準センサに隣接するセンサ(この例ではセンサ18_i+1)との中間地点に到達するタイミングで行ってもよい。
この場合、位置特定部30は、図1〜4においてキャリア10がD方向における右側に進む場合は、基準センサの第2検出部29からのパルス信号の出力のカウント値(CNT)が次の式(1)で求められる値になったところで基準センサを切り替えればよい。なお、ここでは、図1〜4においてD方向における右側に進む方向を正方向とし、左側に進む方向を負方向とする。
CNT=+1/2×(Ls−2X−2Y)×1/{R×1/1000} ・・・(1)
ただし、
Ls:リニアスケール16のD方向における長さ[mm]
X:リニアスケール16の両端に存在する無効領域16bのD方向における長さ[mm]
Y:基準センサを切り替えるときの切り替え元の基準センサの無効領域16bからの距離[mm]
R:センサ18の分解能(1カウント=R[μm])
である。
位置特定部30は、キャリア10の移動に伴って新たな基準センサの第2検出部29から出力されるパルス信号のカウント値の初期値に、次の式(2)で求められるカウント値(CNT)を設定する。つまり、基準センサの切り替え後は、新たな基準センサの第2検出部29が出力するパル信号を、式(2)で求められるカウント値からカウントし始める。
CNT=−1/2×(Ls−2X−2Y)×1/{R×1/1000} ・・・(2)
なお、図1〜4において、キャリア10がD方向における左側すなわち負方向に進む場合は、式(1)、(2)の正負を反転させればよい。
位置特定部30は、以上のように、キャリア10の移動に伴って基準センサを切り替えながら、キャリア10の絶対位置を繰り返し特定し続ける。
リニアモータ制御部32は、リニアモータ12を制御し、キャリア10を移動させる。具体的にはリニアモータ制御部32は、位置特定部30によって特定されるキャリア10の位置情報をフィードバックしながら、電源34から固定子22の各電磁石26への電流の供給を制御し、キャリア10を所望の位置に移動させる。
以上がリニアモータ搬送システム100の基本構成である。続いて、図2〜4を参照してリニアモータ搬送システム100の動作を説明する。図2、3、4の順に時間が経過する。
リニアモータ搬送システム100の起動時の状態が図2の状態であったとする。制御装置20は、電磁石26に一定電流を流しキャリア10を移動させる。これにより、キャリア10が図2における右側に移動したとする。
図3では、キャリア10がセンサ18_iの真上に到達している。センサ18_iはリファレンスマーク14を検出する。したがって、センサ18_iが基準センサとなる。制御装置20は、基準センサから出力されるパルス信号のカウント値に基づいてキャリア10の絶対位置を特定する。
図4では、センサ18_iに対するキャリア10の相対位置、すなわちセンサ18_iにおけるパルス信号のカウント値が式(1)で求められる値になったため、基準センサはセンサ18_iからセンサ18_i+1に切り替えられる。
続いて、実施の形態の効果を説明する。本実施の形態によれば、固定子22側に設けたセンサ18により、キャリア10の位置を検出できるため、キャリア10の位置検出のためにキャリア10側にセンサを設ける必要がなく、したがって、キャリア10にバッテリを搭載したりキャリア10から配線を引き出したりする必要がなくなる。
また、本実施の形態によれば、キャリア10の大きさが変更になり、したがってリニアスケール16の長さが変更になった場合や、センサ18の分解能が変更になった場合でも、式(1)、(2)に代入する値を変更するだけでよく、そうした変更に容易に対応できる。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、変形例を説明する。
実施の形態では、複数のセンサ18が等間隔で配置される場合について説明したが、隣り合うセンサ18の間隔がリニアスケール16の有効領域長Le以下であれば、隣り合うセンサ18の間隔は等間隔でなくてもよい。つまり、少なくとも1つのセンサ間隔は、他のセンサ間隔と異なっていてもよい。この場合、センサ18を切り替えるときのカウント値は異なりうるが、リニアスケール16の中心(この例ではキャリア10の中心)が隣接するセンサ18の中間地点に到達するタイミングで基準センサを切り替える場合は、切り替え元のセンサ18のカウント値が式(1)で求められるカウント値のタイミングで切り替えればよい。
上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
10 キャリア、 12 リニアモータ、 18 センサ、 20 制御装置、 100 リニアモータ搬送システム。

Claims (5)

  1. リニアモータにより駆動されるキャリアと、
    所定の経路に沿って配置される複数のセンサと、
    前記リニアモータを制御し、前記キャリアを前記経路に沿って移動させる制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、前記複数のセンサのうちの、出力を前記キャリアの位置の特定に用いる基準センサを、前記キャリアの移動に伴って前記複数のセンサ内で切り替えることを特徴とするリニアモータ搬送システム。
  2. 前記制御装置は、前記基準センサの位置と、前記基準センサからの出力に基づいて特定される当該基準センサに対する前記キャリアの相対位置と、に基づいて前記キャリアの位置を特定することを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ搬送システム。
  3. 前記複数のセンサは、隣接配置される第1、第2センサを含み、
    前記制御装置は、前記基準センサを前記第1センサから前記第2センサに切り替えるとき、前記第1センサからの出力に基づいて特定される当該第1センサに対する前記キャリアの相対位置に基づいて、前記第2センサに対する前記キャリアの相対位置を特定することを特徴とする請求項1または2に記載のリニアモータ搬送システム。
  4. 前記キャリアに設けられるリファレンスマークを備え、
    前記複数のセンサはそれぞれ、リファレンスマークを検出可能に構成され、
    前記キャリアの位置の基準となる部分に対する前記リファレンスマークの相対位置が既知であるとき、
    前記制御装置は、前記キャリアを移動させて、複数のセンサのうちのいずれかのセンサに前記リファレンスマークを検出させ、前記リファレンスマークを検出したセンサを前記基準センサとするとともに、前記基準センサに対する前記キャリアの相対位置を特定することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のリニアモータ搬送システム。
  5. リニアモータにより駆動されるキャリアと、所定の経路に沿って配置される複数のセンサと、前記リニアモータを制御し、前記キャリアを前記経路に沿って移動させる制御装置と、を備えるリニアモータ搬送システムの運用方法であって、
    前記複数のセンサのうちから出力を前記キャリアの位置の特定に用いる基準センサを特定する基準センサ特定ステップと、
    前記基準センサからの出力に基づいて前記キャリアの位置を繰り返し特定する位置特定ステップと、
    を含み、
    前記位置特定ステップは、前記基準センサを、前記キャリアの移動に伴って前記複数のセンサ内で切り替えるステップを含むことを特徴とするリニアモータ搬送システムの運用方法。
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