JP4314518B2 - リニアモータの位置検出システムおよびリニアモータシステム - Google Patents
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Description
本発明は、半導体製造装置あるいは工作機械などのＦＡ用搬送装置に用いられる、特に長尺の搬送を行うリニアモータの位置検出システムに関する。
従来、半導体製造装置等で長尺の搬送に用いられるリニアモータの場合、可動子側に電機子巻線を設けると給電用のケーブルが長くなり、このケーブルにより可動子側のイナーシャが大きくなる。このため、高速動作に適さないと言う問題や、ケーブルを引きずって動くため制御性能が悪くなると言う問題があった。
これを避けるため、可動子側に磁石を設け、固定子側に電機子巻線を有するムービングマグネット型のリニアモータが用いられている。このようなムービングマグネット型のリニアモータ対しては、可動子の位置検出に用いるエンコーダについても可動子側への配線を避けた方が良く、長尺の位置検出に対応でき、可動子側への配線が不要なエンコーダとして、可動部側にスケールを設け、固定部側に複数の検出器を設けたリニアエンコーダが開示されている。（例えば、特許文献１参照）。
図７は従来のリニアエンコーダの主要部の構成を示すブロック図である。
図において７０は可動部、１４０は可動部７０に固定されたスケール、１５１は第１検出器、１５２は第２検出器、２００は検出器から出力された信号を処理するための信号処理部である。第１検出器１５１と第２検出器１５２は、スケール１４０の有効長よりも短く、有効長の１／２より長い間隔を開けて配置されており、同時に１つまたは２つの検出器がスケール上の位置情報を読みとる。スケール１４０には、位置情報を記録した図示しないＡＢＳコードトラック、移動の向きを検出するための図示しないマーカトラックおよび検出が有効であるか否かを判別するための図示しない検出器判別トラックが設けてある。
次に動作について説明する。
これを避けるため、可動子側に磁石を設け、固定子側に電機子巻線を有するムービングマグネット型のリニアモータが用いられている。このようなムービングマグネット型のリニアモータ対しては、可動子の位置検出に用いるエンコーダについても可動子側への配線を避けた方が良く、長尺の位置検出に対応でき、可動子側への配線が不要なエンコーダとして、可動部側にスケールを設け、固定部側に複数の検出器を設けたリニアエンコーダが開示されている。（例えば、特許文献１参照）。
図７は従来のリニアエンコーダの主要部の構成を示すブロック図である。
図において７０は可動部、１４０は可動部７０に固定されたスケール、１５１は第１検出器、１５２は第２検出器、２００は検出器から出力された信号を処理するための信号処理部である。第１検出器１５１と第２検出器１５２は、スケール１４０の有効長よりも短く、有効長の１／２より長い間隔を開けて配置されており、同時に１つまたは２つの検出器がスケール上の位置情報を読みとる。スケール１４０には、位置情報を記録した図示しないＡＢＳコードトラック、移動の向きを検出するための図示しないマーカトラックおよび検出が有効であるか否かを判別するための図示しない検出器判別トラックが設けてある。
次に動作について説明する。
図７において、第１検出器１５１のみがスケール有効長にある場合は、第１検出器１５１のみが位置情報を信号処理部２００へ送り、信号処理部２００は得られた位置情報からスケール１４０の位置を算出する。次に、スケール１４０が矢印Ｃの方向に移動して第１検出器１５１と第２検出器１５２の両検出器がスケール有効長内にある場合は、信号処理部２００は、検出が長く続いている第１検出器１５１からの位置情報を可動部７０の位置信号として採用すると共に、両検出器からの位置情報の差から両検出器の間隔を演算しこれを記憶する。さらにスケール１４０が矢印Ｃの方向に移動して第２検出器１５２のみがスケール有効長にある場合、第２検出器１５２からの位置情報とすでに記憶されている両検出器の間隔のデータから可動部７０の位置を算出していた。
このようにして従来、可動部７０にスケール１４０を設け、固定部部側のベース６０に複数の位置検出器を設けるリニアエンコーダを使って、可動ストロークの長いリニアエンコーダを実現していた。
特開２００２−１６８６５６号公報（図１）
このようにして従来、可動部７０にスケール１４０を設け、固定部部側のベース６０に複数の位置検出器を設けるリニアエンコーダを使って、可動ストロークの長いリニアエンコーダを実現していた。
従来のリニアエンコーダは複数の位置検出器と必要とするため、構成が複雑でコスト高になると言う問題があった。また、検出器間の距離を正確に把握したり、検出器がスケール有効長内に有るか否かの判別する必要があり、信号処理が複雑になると共に検出器間の距離の把握に誤差を持つ場合、検出器の切り替えが行われたときに可動部にショックが発生し、スムーズな動きが出来ない等の問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、構成が簡単で、低コストで、可動部のスムーズな動きができる長尺のリニアモータの位置検出システムを提供することを目的とする。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、構成が簡単で、低コストで、可動部のスムーズな動きができる長尺のリニアモータの位置検出システムを提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載のリニアモータ位置検出システムに係わる発明は、
可動子に磁石を持ち、固定子に電機子巻線を持つムービングマグネット型のリニアモータと、前記固定子側にスケールを持ち、可動子側に検出部を持つリニアエンコーダとから構成されるリニアモータシステムにおいて、前記リニアエンコーダは、前記可動子側に設けられ、前記固定子側と光信号による送受信を行うための発光素子、受光素子および前記送受信をコントロールするゲート回路を備えた１個のトランシーバと、前記固定子側に設けられ、前記可動子側と光信号による送受信を行うための発光素子、受光素子および前記送受信をコントロールするゲート回路を備え前記可動子の移動方向に等間隔に分配して設けられた複数個のトランシーバと、 前記固定子側の複数個のトランシーバが受信した受信信号の中で最も信号強度の大きい受信信号を選択する信号選択部と、を備え、前記リニアモータの前記可動子側と前記固定子側で半二重の光通信により送受信を行うことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載のリニアモータの位置検出システムにおいて、前記信号選択部は、前記複数の受信信号のＯＲ信号を生成するＯＲ回路で構成されることを特徴としている。
請求項１に記載のリニアモータ位置検出システムに係わる発明は、
可動子に磁石を持ち、固定子に電機子巻線を持つムービングマグネット型のリニアモータと、前記固定子側にスケールを持ち、可動子側に検出部を持つリニアエンコーダとから構成されるリニアモータシステムにおいて、前記リニアエンコーダは、前記可動子側に設けられ、前記固定子側と光信号による送受信を行うための発光素子、受光素子および前記送受信をコントロールするゲート回路を備えた１個のトランシーバと、前記固定子側に設けられ、前記可動子側と光信号による送受信を行うための発光素子、受光素子および前記送受信をコントロールするゲート回路を備え前記可動子の移動方向に等間隔に分配して設けられた複数個のトランシーバと、 前記固定子側の複数個のトランシーバが受信した受信信号の中で最も信号強度の大きい受信信号を選択する信号選択部と、を備え、前記リニアモータの前記可動子側と前記固定子側で半二重の光通信により送受信を行うことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載のリニアモータの位置検出システムにおいて、前記信号選択部は、前記複数の受信信号のＯＲ信号を生成するＯＲ回路で構成されることを特徴としている。
請求項１に記載の発明によると、固定子側にスケールをもち、可動子側に検出部をもつリニアエンコーダを用い、検出部が得た位置情報をシリアルデータに変換し、半二重の光通信で前記固定子側に送信するので１組の検出器を持てば良く、構成が簡単になり低コストで実現できる。
また、複数の検出器を切り替えるのでは無く、固定子側に配置した複数の光送受信部の中から信号強度の最も大きい受信信号を選択するだけで良いので信号処理が簡単になり、また、検出器切替に伴う可動部のショックも発生しない。従って可動部の動きがスムーズになる。
請求項２に記載の発明によると、信号強度の最も大きい受信信号を選択する信号選択部として、受信信号のＯＲ信号を生成するＯＲ回路で構成しているので簡単で低コストの信号選択部が実現できる。
また、複数の検出器を切り替えるのでは無く、固定子側に配置した複数の光送受信部の中から信号強度の最も大きい受信信号を選択するだけで良いので信号処理が簡単になり、また、検出器切替に伴う可動部のショックも発生しない。従って可動部の動きがスムーズになる。
請求項２に記載の発明によると、信号強度の最も大きい受信信号を選択する信号選択部として、受信信号のＯＲ信号を生成するＯＲ回路で構成しているので簡単で低コストの信号選択部が実現できる。
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、本発明の実施例を示すリニアモータの位置検出システムのブロック図である。
図１において、１はリニアモータＭの固定子、２は可動子、３は固定子に取り付けられたリニアエンコーダＥのスケール、４は可動子に取り付けられたリニアエンコーダＥの検出部、５は可動子側に設けられた信号処理部、６は可動子側トランシーバ、７は固定子側トランシーバ部である。また、８は制御部、９は信号選択部で制御部８および信号選択部９は固定子側に設けられている。
図２は信号処理部５の構成を示すブロック図である。
図２において、５１は検出部４からの信号をパルス化し、パラレルの位置データに変換するためのパラレルデータ生成部、５２はパラレルデータをシリアルデータに変換するためのパラレルシリアル変換部、５３はデータの送信可能信号端子ＴxEをコントロールするための送受信コントロール部である。
図３は可動子側トランシーバ６および固定子側トランシーバ部７の構成を示すブロック図で、固定子側トランシーバ部７は４組のトランシーバ７１〜７４から構成されている。また、各トランシーバは、発光素子、受光素子、およびゲート回路から構成されている。
図４は信号選択部９の回路図で４入力のＯＲゲートで構成されている。
また、図５は可動子側の電源の構成を示すブロック図である。
図５において、１１はリニアモータＥの電機子巻線の電流を制御するドライバ、１２は電機子巻線、１３は可動子に設けられた電源用巻線、１４は直流電源回路である。電機子巻線１２と電源用巻線１３は電磁結合している。
本発明が従来技術と異なる点は、本発明では固定子側にスケール３を設け、可動子側に１組の検出部４を設けて、検出部４で得た位置情報を信号処理部５でシリアル化し、半二重の光通信で固定子側に送ると共に、固定子側には複数のトランシーバを配置し、可動子に近いトランシーバからの受信信号を信号選択部９で選択し、制御部８に送信するようにした点である。
図１において、１はリニアモータＭの固定子、２は可動子、３は固定子に取り付けられたリニアエンコーダＥのスケール、４は可動子に取り付けられたリニアエンコーダＥの検出部、５は可動子側に設けられた信号処理部、６は可動子側トランシーバ、７は固定子側トランシーバ部である。また、８は制御部、９は信号選択部で制御部８および信号選択部９は固定子側に設けられている。
図２は信号処理部５の構成を示すブロック図である。
図２において、５１は検出部４からの信号をパルス化し、パラレルの位置データに変換するためのパラレルデータ生成部、５２はパラレルデータをシリアルデータに変換するためのパラレルシリアル変換部、５３はデータの送信可能信号端子ＴxEをコントロールするための送受信コントロール部である。
図３は可動子側トランシーバ６および固定子側トランシーバ部７の構成を示すブロック図で、固定子側トランシーバ部７は４組のトランシーバ７１〜７４から構成されている。また、各トランシーバは、発光素子、受光素子、およびゲート回路から構成されている。
図４は信号選択部９の回路図で４入力のＯＲゲートで構成されている。
また、図５は可動子側の電源の構成を示すブロック図である。
図５において、１１はリニアモータＥの電機子巻線の電流を制御するドライバ、１２は電機子巻線、１３は可動子に設けられた電源用巻線、１４は直流電源回路である。電機子巻線１２と電源用巻線１３は電磁結合している。
本発明が従来技術と異なる点は、本発明では固定子側にスケール３を設け、可動子側に１組の検出部４を設けて、検出部４で得た位置情報を信号処理部５でシリアル化し、半二重の光通信で固定子側に送ると共に、固定子側には複数のトランシーバを配置し、可動子に近いトランシーバからの受信信号を信号選択部９で選択し、制御部８に送信するようにした点である。
次に、本発明の実施例の動作について説明する。
先ず、位置データの送信動作について説明する。
図１において、可動子２が移動すると、可動子側に設けられた検出部４が、固定子側に設けられたスケール３から位置信号を検出し信号処理部５に送る。
図２において、検出部４から得られたパルス列の位置信号は、パラレルデータ生成部５１でパラレルの位置データに変換され、さらに、パラレルシリアル変換部５２でシリアルのデータに変換されて、信号処理部５の送信データ端子ＴｘDからトランシーバ６に入力される。
図３において、トランシーバ６では得られたシリアルデータに基づいてトランシーバ６の発光素子を点滅させ、固定子側トランシーバ部７の受光素子にデータを送信する。可動子側から位置データが送信されている間は、可動子側トランシーバ６の送信可能信号端子ＴxEは送信可能なＨレベルに、固定子側トランシーバ部７の送信可能信号端子ＴxEは受信状態であるＬレベルになる。
データ送信完了後、信号処理部５は制御部８から次のデータの送信要求を受けるため、送信可能信号端子ＴxEを受信状態であるＬレベルにする。制御部８はデータ受信完了後、次のデータ要求をするため、送信可能信号端子ＴxEを送信可能なＨレベルにし、送信データ端子ＴxDから次の位置データ要求する信号を送信する。このように固定子側と可動子側で半二重の光通信による送受信を行い、位置データを固定子側の制御部８に送信している。
先ず、位置データの送信動作について説明する。
図１において、可動子２が移動すると、可動子側に設けられた検出部４が、固定子側に設けられたスケール３から位置信号を検出し信号処理部５に送る。
図２において、検出部４から得られたパルス列の位置信号は、パラレルデータ生成部５１でパラレルの位置データに変換され、さらに、パラレルシリアル変換部５２でシリアルのデータに変換されて、信号処理部５の送信データ端子ＴｘDからトランシーバ６に入力される。
図３において、トランシーバ６では得られたシリアルデータに基づいてトランシーバ６の発光素子を点滅させ、固定子側トランシーバ部７の受光素子にデータを送信する。可動子側から位置データが送信されている間は、可動子側トランシーバ６の送信可能信号端子ＴxEは送信可能なＨレベルに、固定子側トランシーバ部７の送信可能信号端子ＴxEは受信状態であるＬレベルになる。
データ送信完了後、信号処理部５は制御部８から次のデータの送信要求を受けるため、送信可能信号端子ＴxEを受信状態であるＬレベルにする。制御部８はデータ受信完了後、次のデータ要求をするため、送信可能信号端子ＴxEを送信可能なＨレベルにし、送信データ端子ＴxDから次の位置データ要求する信号を送信する。このように固定子側と可動子側で半二重の光通信による送受信を行い、位置データを固定子側の制御部８に送信している。
次に、信号選択部９の動作について説明する。
図６は信号選択部９の各部の信号波形図である。図６においてａは信号処理部５の送信データ端子ＴｘDの信号波形である。ｂは４組のトランシーバ７１〜７４の内、最も可動子に近いトランシーバからの出力信号で、可動部側トランシーバ６からの光信号を最も強く受け出力信号のＨレベルのビット幅の最も広い信号になる。ｃはｂ以外のトランシーバ７からの出力信号の一つを示してものである。
トランシーバ７からの出力信号は信号選択部９に加えられ、４入力のＯＲゲートによりＯＲ信号が生成され、光信号を最も強く受け出力信号のＨレベルのビット幅の最も広い信号であるｂと同一波形のｄが信号選択部９のＲxD端子から出力される。
図６は信号選択部９の各部の信号波形図である。図６においてａは信号処理部５の送信データ端子ＴｘDの信号波形である。ｂは４組のトランシーバ７１〜７４の内、最も可動子に近いトランシーバからの出力信号で、可動部側トランシーバ６からの光信号を最も強く受け出力信号のＨレベルのビット幅の最も広い信号になる。ｃはｂ以外のトランシーバ７からの出力信号の一つを示してものである。
トランシーバ７からの出力信号は信号選択部９に加えられ、４入力のＯＲゲートによりＯＲ信号が生成され、光信号を最も強く受け出力信号のＨレベルのビット幅の最も広い信号であるｂと同一波形のｄが信号選択部９のＲxD端子から出力される。
次に可動子側への電源供給の動作について図５を用いて説明する。
図５において、ドライバ１１のＲ、Ｓ、Ｔは三相交流電源に接続され、ドライバ１１はリニアモータＥが所定の動作をするように、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから電機子巻線１２に電流を流す。この電流による磁界の変化を電源用巻線１３がとらえると電源用巻線１３に電圧が誘起する。直流電源回路１４は電源巻線１３に誘起した電圧を整流した後、安定した直流電圧に変換し可動子側に電源を供給している。
図５において、ドライバ１１のＲ、Ｓ、Ｔは三相交流電源に接続され、ドライバ１１はリニアモータＥが所定の動作をするように、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから電機子巻線１２に電流を流す。この電流による磁界の変化を電源用巻線１３がとらえると電源用巻線１３に電圧が誘起する。直流電源回路１４は電源巻線１３に誘起した電圧を整流した後、安定した直流電圧に変換し可動子側に電源を供給している。
このように本実施例では、固定子側にスケールをもち、可動子側に検出部をもつリニアエンコーダを用い、検出部が得た位置情報をシリアルデータに変換し、半二重の光通信で前記固定子側に送信するので１組の検出器を持てば良く、構成が簡単になり低コストで実現できる。
また、複数の検出器を切り替えるのでは無く、固定子側に配置した複数の光送受信部の受信信号レベルの最も大きい信号をＯＲ回路を用いて選択するだけで良いので信号処理が簡単になる。さらに、複数の検出器を持たないので、検出器切替に伴う可動部のショックも発生しない。従って、構成が簡単で、低コストで、可動部のスムーズな動きができる長尺のリニアモータの位置検出システムを提供することができる。
また、複数の検出器を切り替えるのでは無く、固定子側に配置した複数の光送受信部の受信信号レベルの最も大きい信号をＯＲ回路を用いて選択するだけで良いので信号処理が簡単になる。さらに、複数の検出器を持たないので、検出器切替に伴う可動部のショックも発生しない。従って、構成が簡単で、低コストで、可動部のスムーズな動きができる長尺のリニアモータの位置検出システムを提供することができる。
１ 固定子
２ 可動子
３ スケール
４ 検出部
５ 信号処理部
６ トランシーバ（可動子側）
７ トランシーバ部（固定子側）
８ 制御部
９ 信号選択部
１１ ドライバ
１２ 電機子巻線
１３ 電源用巻線
１４ 直流電源回路
５１ パラレルデータ生成部
５２ パラレルシリアル変換部
５３ 送受信コントロール部
Ｅ リニアエンコーダ
Ｍ リニアモータ
２ 可動子
３ スケール
４ 検出部
５ 信号処理部
６ トランシーバ（可動子側）
７ トランシーバ部（固定子側）
８ 制御部
９ 信号選択部
１１ ドライバ
１２ 電機子巻線
１３ 電源用巻線
１４ 直流電源回路
５１ パラレルデータ生成部
５２ パラレルシリアル変換部
５３ 送受信コントロール部
Ｅ リニアエンコーダ
Ｍ リニアモータ
Claims (2)
- 可動子に磁石を持ち、固定子に電機子巻線を持つムービングマグネット型のリニアモータと、前記固定子側にスケールを持ち、可動子側に検出部を持つリニアエンコーダとから構成されるリニアモータシステムにおいて、
前記リニアエンコーダは、前記可動子側に設けられ、前記固定子側と光信号による送受信を行うための発光素子、受光素子および前記送受信をコントロールするゲート回路を備えた１個のトランシーバと、
前記固定子側に設けられ、前記可動子側と光信号による送受信を行うための発光素子、受光素子および前記送受信をコントロールするゲート回路を備え前記可動子の移動方向に等間隔に分配して設けられた複数個のトランシーバと、
前記固定子側の複数個のトランシーバが受信した受信信号の中で最も信号強度の大きい受信信号を選択する信号選択部と、を備え、
前記リニアモータの前記可動子側と前記固定子側で半二重の光通信により送受信を行うことを特徴とするリニアモータの位置検出システム。 - 前記信号選択部は、前記複数の受信信号のＯＲ信号を生成するＯＲ回路で構成されることを特徴とする請求項１記載のリニアモータの位置検出システム。
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|---|---|---|---|---|
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