JP7502936B2

JP7502936B2 - リニアモータ搬送システムおよびその運用方法

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Publication number: JP7502936B2
Application number: JP2020144625A
Authority: JP
Inventors: 直樹岸
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2024-06-19
Anticipated expiration: 2040-08-28
Also published as: TW202141213A; JP2021164396A; KR20210122115A; TWI792242B; KR102552246B1

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

リニアモータにより駆動されるキャリアと、
前記キャリアに設けられるリファレンスマークと、
前記キャリアに設けられる前記キャリアの進行方向に延在するリニアスケールと、
所定の経路に沿って配置される複数のセンサであって、それぞれが、前記リファレンスマークを検出可能に構成された第１検出部と、前記リニアスケールを検出可能に構成された第２検出部と、を含む複数のセンサと、
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、
前記進行方向において、前記リファレンスマークの位置および前記リニアスケールの中央の位置は、前記キャリアの位置の基準となる部分である位置基準部の位置と一致し、
前記位置基準部は、前記キャリアの進行方向における中央に位置し、
前記制御装置は、
（ａ）前記キャリアを移動させて、前記複数のセンサのうちのいずれかのセンサの前記第１検出部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、出力を前記キャリアの位置の特定に用いる基準センサとし、
（ｂ）前記基準センサの前記第２検出部からの出力に基づいて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し、
（ｃ）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、
前記リニアスケールは、前記第２検出部がスケールを読み取れる領域である有効領域と、当該有効領域の前記進行方向における両端に隣接する２つの無効領域であって、前記第２検出部がスケールを読み取れない領域である２つの無効領域と、を含み、
前記複数のセンサは、隣り合うセンサの間隔が、前記有効領域の長さ以下になるように配置されることを特徴とするリニアモータ搬送システム。
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。
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。
リニアモータ搬送システムの運用方法であって、
前記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、前記キャリアに設けられるリファレンスマークと、前記キャリアに設けられる前記キャリアの進行方向に延在するリニアスケールと、所定の経路に沿って配置される複数のセンサであって、それぞれが、前記リファレンスマークを検出可能に構成された第１検出部と、前記リニアスケールを検出可能に構成された第２検出部と、を含む複数のセンサと、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、前記進行方向において、前記リファレンスマークの位置および前記リニアスケールの中央の位置は、前記キャリアの位置の基準となる部分である位置基準部の位置と一致し、前記位置基準部は、前記キャリアの進行方向における中央に位置し、
前記キャリアを移動させて、前記複数のセンサのうちのいずれかのセンサの第１検出部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、出力を前記キャリアの位置の特定に用いる基準センサとして特定する基準センサ特定ステップと、
前記基準センサの前記第２検出部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み、
前記リニアスケールは、前記第２検出部がスケールを読み取れる領域である有効領域と、当該有効領域の前記進行方向における両端に隣接する２つの無効領域であって、前記第２検出部がスケールを読み取れない領域である２つの無効領域と、を含み、
前記複数のセンサは、隣り合うセンサの間隔が、前記有効領域の長さ以下になるように配置される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。