JP4305135B2 - Linear motor system - Google Patents
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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
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
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, long linear motors used for transport in semiconductor manufacturing equipment, etc. are lightweight in moving elements and require high positioning accuracy, so moving coil (moving magnet) type linear motors have a larger coil size and thrust. However, the mass of the mover does not increase and the current-carrying cable is not dragged, and this condition is satisfied. However, the linear motor disclosed in
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 detection units for the stator and sequentially switching the outputs of the respective detection units so that they can 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、本発明はリニアモータシステムに係り、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と、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すると共に、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備えており、
前記検出部が、前記検出部より読み取られるA相、B相の信号および前記検出部の原点信号となる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し、
前記各信号読取り部が、A相信号とB相信号が入力すると「スケール有り」信号を出力するANDゲートと、A相信号・B相信号・C相信号を微分してそれぞれカウンタ入力可能な出力にする微分回路と、検出データをラッチするフリップフロップ回路と、前記「スケール有り」信号と前段検出部のフリップフロップ回路信号と次段検出部のフリップフロップ回路信号が入力すると出力するNORゲートと、前記フリップフロップ回路信号により起動され、3通りの出力を発生する3信号出力回路と、で構成され、
前記合成出力部が、検出信号をカウントするカウンタ回路と、前記カウンター回路の出力をA相、B相信号として出力するEX−ORゲートと、で構成されるリニアモータシステムにおいて、
前記フリップフロップ回路は、前記ANDゲートからの「スケール有り」信号と前段のフリップフロップ回路の信号と次段のフリップフロップ回路の信号とが前記NORゲートを介して入力されかつ前記微分回路で微分された最初のC相信号が検出されるとセットされると共に、その反転信号により前記3信号出力回路をイネーブルにしてラッチし、次のC相信号が来るまではこの状態を保持し、
前記イネーブルとなった前記3信号出力回路は、前記反転信号を自己フリップフロップ回路信号として前段・次段のフリップフロップ回路のNOR回路へ送り、他段のフリップフロップ回路をリセットし、これによって検出出力が各検出部毎にリレー式に繋ぎ合わされるシステム制御を可能にすると共に、前記微分回路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、B相信号を前記合成出力部を構成する前記カウンタ回路へ出力し、
前記カウンタ回路はこれをカウントして、前記EX−ORゲートにより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上位装置へ出力することを特徴としている。
To achieve the above object, the present invention relates to a linear motor system, a mover provided with a scale of a linear scale and a permanent magnet, and a plurality of detectors arranged at intervals shorter than the length of the scale to read the scale. , comprising a stator provided with a coil for generating a moving magnetic field to the permanent magnet, a linear motor constituted by,
Each detection unit has a signal reading unit for recognizing the detection unit that is currently detecting a scale from a plurality of detection units and detecting a read signal of the scale, and is currently reading from the plurality of detection units. A combination output unit common to the plurality of detection units that outputs as a position signal of the linear motor by selecting the detection unit performing the counting and counting the read signal ,
The detection unit detects an A-phase signal, a B-phase signal read from the detection unit, and a C-phase signal serving as an origin signal of the detection unit, and the C-phase signal is obtained from a C-phase pattern at the end of the scale. Detect
Each of the signal reading units outputs an “scaled” signal when an A-phase signal and a B-phase signal are input, and an output capable of differentiating the A-phase signal, the B-phase signal, and the C-phase signal, respectively, and inputting a counter A differential circuit, a flip-flop circuit that latches detection data, a NOR gate that outputs when the "with scale" signal, the flip-flop circuit signal of the previous detection unit, and the flip-flop circuit signal of the next detection unit are input, A three-signal output circuit that is activated by the flip-flop circuit signal and generates three kinds of outputs;
In the linear motor system , in which the combined output unit includes a counter circuit that counts detection signals, and an EX-OR gate that outputs the output of the counter circuit as A-phase and B-phase signals .
In the flip-flop circuit, the “with scale” signal from the AND gate, the signal of the previous flip-flop circuit, and the signal of the next flip-flop circuit are input via the NOR gate and differentiated by the differentiating circuit. It is set when the first C-phase signal is detected, and the three-signal output circuit is enabled and latched by the inverted signal, and this state is maintained until the next C-phase signal comes.
The enabled three-signal output circuit sends the inverted signal as a self-flip-flop circuit signal to the NOR circuit of the previous-stage / next-stage flip-flop circuit and resets the other-stage flip-flop circuit, thereby detecting and outputting Can be controlled in a relay manner for each detection unit, and the A-phase signal and B-phase signal converted into pulse signals that can be counted by the differentiating circuit constitute the combined output unit. Output to the circuit,
The counter circuit counts this and outputs it as an A-phase and B-phase signal to the host device as a position signal of the linear motor at that time by the EX-OR gate .
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 an effect that an efficient and highly accurate detection system can be configured as a device at low cost.
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.
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
A
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
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
When the tri-state
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
1 可動子
2 固定子
3 スケール
4 検出部
5 合成機
6 A相信号
7 B相信号
8 C相信号
9〜12 アンプ
13 ANDゲート
14 スケール有り信号
15、22 微分回路
16 FF
17 NOR
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
25 EX−OR
17 NOR
18 / CLRN-1
19 /
20, 21
24
Claims (1)
前記各検出部には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すると共に、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備えており、
前記検出部が、前記検出部より読み取られるA相、B相の信号および前記検出部の原点信号となる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し、
前記各信号読取り部が、A相信号とB相信号が入力すると「スケール有り」信号を出力するANDゲートと、A相信号・B相信号・C相信号を微分してそれぞれカウンタ入力可能な出力にする微分回路と、検出データをラッチするフリップフロップ回路と、前記「スケール有り」信号と前段検出部のフリップフロップ回路信号と次段検出部のフリップフロップ回路信号が入力すると出力するNORゲートと、前記フリップフロップ回路信号により起動され、3通りの出力を発生する3信号出力回路と、で構成され、
前記合成出力部が、検出信号をカウントするカウンタ回路と、前記カウンター回路の出力をA相、B相信号として出力するEX−ORゲートと、で構成されるリニアモータシステムにおいて、
前記フリップフロップ回路は、前記ANDゲートからの「スケール有り」信号と前段のフリップフロップ回路の信号と次段のフリップフロップ回路の信号とが前記NORゲートを介して入力されかつ前記微分回路で微分された最初のC相信号が検出されるとセットされると共に、その反転信号により前記3信号出力回路をイネーブルにしてラッチし、次のC相信号が来るまではこの状態を保持し、
前記イネーブルとなった前記3信号出力回路は、前記反転信号を自己フリップフロップ回路信号として前段・次段のフリップフロップ回路のNOR回路へ送り、他段のフリップフロップ回路をリセットし、これによって検出出力が各検出部毎にリレー式に繋ぎ合わされるシステム制御を可能にすると共に、前記微分回路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、B相信号を前記合成出力部を構成する前記カウンタ回路へ出力し、
前記カウンタ回路はこれをカウントして、前記EX−ORゲートにより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上位装置へ出力することを特徴とするリニアモータシステム。 And a mover provided with a linear scale of the scale and the permanent magnet, are provided a plurality of detector reading the scale are arranged at shorter intervals than the length of the scale, a coil for generating a moving magnetic field to the permanent magnet A linear motor composed of a stator and
Each of the detection units includes a signal reading unit that recognizes the detection unit that is currently detecting a scale from a plurality of detection units and detects a read signal of the scale, and reads the current reading from the plurality of detection units. A combination output unit common to the plurality of detection units for outputting as a position signal of the linear motor by selecting the detection unit that performs and counting the read signal ,
The detection unit detects an A-phase signal, a B-phase signal read from the detection unit, and a C-phase signal serving as an origin signal of the detection unit, and the C-phase signal is obtained from a C-phase pattern at the end of the scale. Detect
Each of the signal reading units outputs an “scaled” signal when an A-phase signal and a B-phase signal are input, and an output capable of differentiating the A-phase signal, the B-phase signal, and the C-phase signal, respectively, and inputting a counter A differential circuit, a flip-flop circuit that latches detection data, a NOR gate that outputs when the “with scale” signal, the flip-flop circuit signal of the previous detection unit, and the flip-flop circuit signal of the next detection unit are input, A three-signal output circuit that is activated by the flip-flop circuit signal and generates three kinds of outputs;
In the linear motor system, in which the combined output unit includes a counter circuit that counts detection signals, and an EX-OR gate that outputs the output of the counter circuit as A-phase and B-phase signals.
In the flip-flop circuit, the “with scale” signal from the AND gate, the signal of the previous flip-flop circuit, and the signal of the next flip-flop circuit are input via the NOR gate and differentiated by the differentiating circuit. It is set when the first C-phase signal is detected, and the three-signal output circuit is enabled and latched by the inverted signal, and this state is maintained until the next C-phase signal comes.
The enabled three-signal output circuit sends the inverted signal as a self-flip-flop circuit signal to the NOR circuit of the previous-stage / next-stage flip-flop circuit and resets the other-stage flip-flop circuit, thereby detecting and outputting Can be controlled in a relay manner for each detection unit, and the A-phase signal and B-phase signal converted into pulse signals that can be counted by the differentiating circuit constitute the combined output unit. Output to the circuit,
The said counter circuit counts this, and outputs it to a high-order apparatus as a position signal of the linear motor in the said time as an A-phase and a B-phase signal by the said EX-OR gate .
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