JP4715168B2 - 平面サーボモータ装置および平面サーボモータ装置用プラテン - Google Patents
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Description
また、二次元エンコーダスケールを結合部のないものとするには大きな面積の二次元エンコーダスケールを作成することとなるが、二次元エンコーダスケールはガラスなどで作成されているため、大きな面積の二次元エンコーダスケールを作成することが困難であり、フォーサの移動領域を大きくすることが難しいという問題があった。(例えば、特許文献2参照)
図11は従来の平面モータの上面図である。
図において、1はプラテン、11(11a〜11f)はプラテン1を構成する小プラテン、3はプラテン1上でエアにより浮上しているフォーサ、5はフォーサ3の制御ケーブルである。
フォーサ3の駆動は、プラテン1の歯1aとフォーサ3を用いてパルスモータを形成し、ステップ駆動を行っていた。
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、高精度位置決めを可能とし、外乱に対して安定した制御を行なうことができる平面サーボモータ制御装置およびその制御方法を提供するもので、特に、複数枚のプラテンを配置してフォーサの移動領域を大きくした場合においても、フォーサの位置信号を正確に取得し、したがって平面モータの閉ループ制御を行い、高精度位置決めを可能とし、外乱に対して安定した制御を行なうことができる平面サーボモータ制御装置およびその制御方法を提供することを目的としている。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の平面サーボモータ装置において、前記エンコーダヘッドが前記二次元エンコーダスケールの境界を検出したとき、前記エンコーダヘッドの出力信号を遮断することを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項2記載の平面サーボモータ装置において、前記エンコーダヘッドの出力信号を遮断したとき、該出力信号に替えて当該エンコーダヘッドと同軸方向の位置信号を得る他のエンコーダヘッドの出力信号を用いるように前記切替回路が作動することを特徴とする。
請求項4記載の発明は、フォーサとプラテンを有する平面サーボモータ装置に係り、前記フォーサが、X方向に移動する2個のモータと、前記X方向と直角を成すY方向に移動する2個のモータと、および前記各モータをそれぞれ駆動するための各駆動装置と、前記各モータの位置信号を得て前記各駆動装置に出力する各エンコーダヘッドと、を備え、かつ、前記プラテンは複数枚結合されて成る二次元エンコーダスケールを表面に備えたプラテンである平面サーボモータ装置において、1つの前記エンコーダヘッド内にスケール検出部を2つ以上備えた前記スケール検出部の配置が、複数枚の前記二次元エンコーダスケールの結合面と平行でないことを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項4記載の平面サーボモータ装置において、前記エンコーダヘッドの出力信号の入力元である2つ以上の前記スケール検出部からの信号を切替えるための切替回路を有することを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項5記載の平面サーボモータ装置において、前記エンコーダヘッド内にある2つ以上の前記スケール検出部の1個が前記二次元エンコーダスケールの結合境界付近の位置信号を検出している場合、前記切替回路が、前記二次元エンコーダスケールの結合境界付近の位置信号を検出している前記スケール検出部の位置信号の代わりに、前記エンコーダヘッド内にある別の前記スケール検出部の位置信号を前記エンコーダヘッドの出力にするように切り替えることを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項1〜6のいずれか1項記載の平面サーボモータ装置において、前記フォーサがその底面部よりエアを噴出するエア噴出口を備え、エア供給装置から前記フォーサにエアを供給して成ることを特徴とする。
請求項8記載の発明は、平面サーボモータ装置用プラテンに係り、複数枚結合されて成る二次元エンコーダスケールを表面に備えたプラテンであって、前記各二次元エンコーダスケールの結合面が前記プラテンの平行に並んだ鉄心歯に対し斜めになっていることを特徴とする。
請求項9記載の発明は、請求項8記載の平面サーボモータ装置用プラテンにおいて、前記斜めの結合面同士の交差角が直角を外していることを特徴とする。
請求項10記載の発明は、請求項8又は9記載の平面サーボモータ装置用プラテンにおいて、前記プラテンが複数枚の小プラテンを結合して成るものであることを特徴とする。
請求項11記載の発明は、平面サーボモータ装置に係り、請求項1〜7のいずれか1項記載の平面サーボモータ装置のプラテンとして請求項8〜10のいずれか1項記載の平面サーボモータ装置用プラテンを用いたことを特徴とする。
また、エンコーダヘッド内の2つ以上のスケール検出部から得られる位置信号を使い、いずれかのスケール検出部が二次元エンコーダスケールの結合境界付近の位置信号を検出したとき切替回路で別のスケール検出部の位置信号をエンコーダヘッドの出力するように切り替えるので、閉ループ制御を可能とし、高精度位置決めを行なうことができ、外乱に対して安定した平面サーボモータ制御装置を構成することができる。
図において、1はプラテン、2はプラテン1上にある二次元エンコーダスケール、21〜26はこの二次元エンコーダスケール2を構成する小二次元エンコーダスケールで、これを縦横に結合することにより大面積の二次元エンコーダスケール2が得られる。小二次元エンコーダスケール21〜26はそれぞれ小さな面積のガラスでできており、その表面には周囲と異なる反射率の材質でスケールパターンが描かれている。図ではエンコーダスケール2は6枚の小二次元エンコーダスケール21〜26で構成されているが、その6枚に制限されるものではない。3はフォーサ、4はフォーサ3に取り付けられているエンコーダヘッドであり、二次元エンコーダスケール21〜26の表面のスケールパターンを例えば光学的に検出するものである。5はフォーサ3を制御する信号を送信する制御ケーブルで、フォーサ3のエアを供給するエアホースを兼用している。
図において、8(8a,8b)は信号切替回路で、8aはエンコーダヘッド41a、41bの位置信号を駆動装置101,102のいずれかに切替える信号切替回路であり、8bはエンコーダヘッド42a、42bの位置信号を駆動装置103,104のいずれかに切替える信号切替回路である。9(9a,9b)は信号切替回路8(8a,8b)を制御する信号切替え制御器、101〜104は、それぞれモータ71a、モータ71ba、モータ72aおよびモータYb72bを駆動する各駆動回路である。
本発明が特許文献1と異なる部分は、二次元エンコーダスケール2(図1)およびエンコーダヘッド41〜44から得られる位置信号を状況に応じて切替えて使うことで、これによりノイズ・外乱の多く発生する二次元スケール境界の欠点を克服することができ、正確な閉ループ制御を可能とし、高精度位置決めを可能とし、外乱に対して安定した平面サーボモータ制御装置を構成することができるものである。
図4は本発明の実施例1を示した平面サーボモータ制御装置の動作図で、X方向の制御方法を示している。(イ)はエンコーダヘッド41aおよびエンコーダヘッド41bが共に2次元エンコーダスケールの結合境界17上にない場合、(ロ)はエンコーダヘッド41aは2次元エンコーダスケールの結合境界17上になく、エンコーダヘッド41bが2次元エンコーダスケールの結合境界17上にある場合である。図において、17は二次元エンコーダスケール2の結合境界である。
まず、(イ)の状態での信号切替回路8は、エンコーダヘッド41aおよびエンコーダヘッド41bが2次元エンコーダスケールの結合境界17にないためどちらも正確にスケールを検出できているので、接点a81と接点c83が接続されてエンコーダヘッド41aの位置信号は駆動装置101に送られ、また、接点b82と接点d84が接続されてエンコーダヘッド41bの位置信号は駆動装置102に送られる。そして、モータ71aはエンコーダヘッド41aの位置信号による駆動装置101により駆動され、モータ71bはエンコーダヘッド41bの位置信号による駆動装置102により駆動される。
つぎに、(ロ)の状態で示すように、エンコーダヘッド41bが2次元エンコーダスケールの結合境界17上にくると、結合部の外乱等によりエンコーダヘッド41bはもはや正確な位置検出が困難となるので、本発明により設けられた信号切替回路8で、接点a81に接点c83だけでなくて接点d84も接続するようにして、2次元エンコーダスケールの結合境界17の上にない、従って正確な位置検出信号を出すエンコーダヘッド41aの検出信号を用いて閉ループ制御をするようにしている。このようにして、2次元エンコーダスケールの結合境界17にきたエンコーダヘッド41bと接続されている接点b82には何も接続されない状態とし、モータ71aとモータ71bともにエンコーダヘッド41aの位置信号を使い、それぞれ駆動装置101および駆動装置102により駆動される。
エンコーダヘッド41aとエンコーダヘッド41bとの距離の差は駆動装置101および駆動装置102の中で補正され出力される。
また、逆に、エンコーダヘッド41aが2次元エンコーダスケールの結合境界17上にあり、エンコーダヘッド41bが2次元エンコーダスケールの結合境界17上にない場合では、同様にして、接点b82に接点c83と接点d84が接続され、接点a81には何も接続されない状態とし、モータ71aとモータ71bともにエンコーダヘッド31bの位置信号を使い、それぞれ駆動装置101、駆動装置102により駆動されるようにする。
Y方向の制御方法についても、上記方法と同様にして制御されればよいので、重複説明は省略する。
二次元スケール境界17は、実際の小二次元エンコーダスケール21〜26(図1)の結合面より広めに取って、制御安定性を高めている。ただし、二次元スケール境界17の幅は、エンコーダヘッド41aとエンコーダヘッド41bのX方向の間隔と、エンコーダヘッド42aとエンコーダヘッド42bのY方向の間隔より狭くして、X方向の両エンコーダヘッド41aと41b、およびY方向の両エンコーダヘッド42aと42bが同時に二次元スケール境界17上に来ないようにして、常にどちらかは二次元スケール境界17外にいるようにしている。
信号切替回路8(図3)の制御は、各駆動装置101〜104に記憶されているエンコーダヘッド4の二次元エンコーダスケール原点18からの現在位置と、二次元スケール境界17の座標との関係より求められる。求められた結果より、各駆動装置101〜104から信号切替え制御器9へ適切な切替え信号が出力される。この出力に従い、信号切替制御器9が信号切替回路8の切替えを行なう。
また、図1から判るように、小二次元エンコーダスケール21〜26の結合はプラテン1に対して斜めとなっているため、X方向の信号を検出するエンコーダヘッド41aとエンコーダヘッド41b、もしくはY方向の信号を検出するエンコーダヘッド42aとエンコーダヘッド42bが、同時に二次元スケール境界17に入ることはない。
また、小二次元エンコーダスケール21〜26の縦と横の結合線が互いに直角にならないように形成しておくと、万一フォーサ3が何らか原因で若干回転した状態で移動している場合でも、X方向の信号を検出するエンコーダヘッド41aとエンコーダヘッド41b、もしくはY方向の信号を検出するエンコーダヘッド42aとエンコーダヘッド42bが、同時に二次元スケール境界17に入ることはない。
図において、1はプラテン、2は二次元エンコーダスケール、3はフォーサ、4はエンコーダヘッドである。なお、他の符号は従来例と同じであるため説明を省略する。二次元エンコーダスケール2は、小二次元エンコーダスケール21(21a〜21f)から成る。フォーサ3の底面は、実施例1で説明した図2のようになっており、図中の6はフォーサ3を浮上させるためのエアを噴出するエア噴出口、7はフォーサ3を駆動するモータである。ただし、実施例1との違いは、図には現れていないがエンコーダヘッド41a〜42bの内部構成(図7参照)である。エンコーダヘッド4は、X軸エンコーダヘッド41a、41bおよびY軸エンコーダヘッド42a、42bからなり、フォーサ3に取り付けられている。図2では、X軸エンコーダヘッド41およびY軸エンコーダヘッド42それぞれ2個づつのエンコーダヘッドから構成されているが、各軸のエンコーダヘッドの構成数はいくらでも良い。モータ7は、X軸方向に駆動するX軸モータ71a、71bおよびY軸方向に駆動するY軸モータ72a、72bとからなる。図2では、X軸モータ71およびY軸モータ72それぞれ2つづつのモータから構成されているが、各軸のモータの構成数はいくらでも良い。
8はスケール検出部であり、スケール検出部8a、8bから構成されている。このスケール検出部8aとスケール検出部8bは、二次元エンコーダスケール2の結合面と平行でない位置(すなわち、図において、スケール検出部8aと8bとを結ぶ直線はエンコーダヘッド4の縦辺と平行でない)に配置されている。
図はX方向の制御方法を示している。図において、13は二次元エンコーダスケール2(図6)の結合境界である二次元スケール境界である。(a)はスケール検出部8aが二次元スケール境界13上にない場合、(b)はスケール検出部8aが二次元スケール境界13上にある場合である。
実施例2によれば、(a)の状態ではスケール検出部8aの位置信号が出力されるが、(b)の状態では外乱の多く含まれているスケール検出部8aの位置信号ではなくて、スケール検出部8bの位置信号が出力されることとなる。
図9は本発明の実施例2に係るエンコーダヘッド4の動作を示す図で、(イ)はスケール検出部8aが二次元スケール境界13上にない場合(図8の(a)の場合)、(ロ)はスケール検出部8aが二次元スケール境界13上にある場合(図8の(b)の場合)である。9はスケール検出部8の位置信号を切替える信号切替回路、10は信号切替回路9を制御する信号切替え制御器、11はスケール検出部8bの位置信号のスケール検出部8aからのずれを補正する補正器、12はモータ7を駆動する駆動装置である。信号切替回路9は、3個の接点91a、91b、91cを含んでいる。
まず、(イ)の状態では、信号切替回路9は、接点91aと接点91cが接続され、スケール検出部8aの位置信号が駆動装置12に出力される。
次に、(ロ)の状態では、信号切替回路9は、接点91bと接点91cが接続され、接点91aには何も接続されない状態となり、ここではスケール検出部8aではなくてスケール検出部8bの位置信号が駆動装置12に出力される。そしてこのとき、スケール検出部8aとの位置ずれは補正器11により補正され出力される。
Y方向の制御方法についても上記方法と同様に、Y軸エンコーダヘット42a、42bを用いて制御される。
図10は本発明の実施例2を示した信号切替回路の作動契機となる二次元スケール境界を説明する平面図である。二次元スケール境界13は、実際の小二次元エンコーダスケール21(21a〜21f)の結合面より広めに取っている。ただし、二次元スケール境界13の幅は、スケール検出部8aとスケール検出部8bの間隔より狭くなっている。
信号切替回路9(図9)の制御は、駆動装置12に記憶されている、エンコーダヘッド4の二次元エンコーダスケール原点14からの現在位置と、二次元スケール境界13の座標との関係より求められる。求められた結果より、駆動装置12から信号切替え切替え制御器10へ適切な切替え信号が出力される。この出力に従い、信号切替え制御器が信号切替回路9の切替えをおこなう。
1a プラテンの歯
11、11a〜11f 小プラテン
2 二次元エンコーダスケール
21、21a〜21f 小二次元エンコーダスケール
3 フォーサ
4 エンコーダヘッド
41a、41b X軸エンコーダヘッド
42a、42b Y軸エンコーダヘッド
5 制御ケーブル
6 エア噴出口
7 モータ
71a、71b X軸モータ
72a、72b Y軸モータ
8、8a、8b スケール検出部
9 信号切替回路
10 信号切替え制御器
11 補正器
12 駆動装置
13、17 二次元スケール境界
14、18 二次元エンコーダスケール原点
Claims (11)
- フォーサとプラテンを有する平面サーボモータ装置であって、
前記フォーサは、X方向に移動する2個のモータと、前記X方向と直角を成すY方向に移動する2個のモータと、および前記各モータをそれぞれ駆動するための各駆動装置と、前記各モータの位置信号を得て前記各駆動装置に出力する各エンコーダヘッドと、前記エンコーダヘッドの出力信号の出力先である前記各駆動装置を切替えるための切替回路とを備え、
かつ、前記プラテンは複数枚結合されて成る二次元エンコーダスケールを表面に備えたプラテンであることを特徴とする平面サーボモータ装置。 - 前記エンコーダヘッドが前記二次元エンコーダスケールの境界を検出したとき、前記エンコーダヘッドの出力信号を遮断することを特徴とする請求項1記載の平面サーボモータ装置。
- 前記エンコーダヘッドの出力信号を遮断したとき、該出力信号に替えて当該エンコーダヘッドと同軸方向の位置信号を得る他のエンコーダヘッドの出力信号を用いるように前記切替回路が作動することを特徴とする請求項2記載の平面サーボモータ装置。
- フォーサとプラテンを有する平面サーボモータ装置であって、
前記フォーサは、X方向に移動する2個のモータと、前記X方向と直角を成すY方向に移動する2個のモータと、および前記各モータをそれぞれ駆動するための各駆動装置と、前記各モータの位置信号を得て前記各駆動装置に出力する各エンコーダヘッドと、を備え、かつ、前記プラテンは複数枚結合されて成る二次元エンコーダスケールを表面に備えたプラテンである平面サーボモータ装置において、
1つの前記エンコーダヘッド内にスケール検出部を2つ以上備えた前記スケール検出部の配置が、複数枚の前記二次元エンコーダスケールの結合面と平行でないことを特徴とする平面サーボモータ装置。 - 前記エンコーダヘッドの出力信号の入力元である2つ以上の前記スケール検出部からの信号を切替えるための切替回路を有することを特徴とする請求項4記載の平面サーボモータ装置。
- 前記エンコーダヘッド内にある2つ以上の前記スケール検出部の1個が前記二次元エンコーダスケールの結合境界付近の位置信号を検出している場合、前記切替回路が、前記二次元エンコーダスケールの結合境界付近の位置信号を検出している前記スケール検出部の位置信号の代わりに、前記エンコーダヘッド内にある別の前記スケール検出部の位置信号を前記エンコーダヘッドの出力にするように切り替えることを特徴とする請求項5記載の平面サーボモータ装置。
- 前記フォーサはその底面部よりエアを噴出するエア噴出口を備え、エア供給装置から前記フォーサにエアを供給して成ることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の平面サーボモータ装置。
- 複数枚結合されて成る二次元エンコーダスケールを表面に備えたプラテンであって、前記各二次元エンコーダスケールの結合面が前記プラテンの平行に並んだ鉄心歯に対し斜めになっていることを特徴とする平面サーボモータ装置用プラテン。
- 前記斜めの結合面同士の交差角が直角を外していることを特徴とする請求項8記載の平面サーボモータ装置用プラテン。
- 前記プラテンが複数枚の小プラテンを結合して成るものであることを特徴とする請求項8又は9記載の平面サーボモータ装置用プラテン。
- 請求項1〜7のいずれか1項記載の平面サーボモータ装置のプラテンとして請求項8〜10のいずれか1項記載の平面サーボモータ装置用プラテンを用いたことを特徴とする平面サーボモータ装置。
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