JPH04500336A - 重量キャリジの高速位置決め用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ：！Ｒ量キャリ、゛の高速位置決め用装置本発明は、（１メートルを越える）比 較的長い経路に沿−、ＴＴ　ＢＺ較的重い（数キログ、ラムの）ヤーヤリジを高 速［１つ（１０分の数マイ゛／ロメートルの）高精度て位置決めする、二、Ｌ、 ：ので５＼イ）装置に関する５゜このような運動ｊ！あらゆる種類の工作機械お よびロボットに必要とさオローいる。またこうし六−運動の要件（、ｌ：、非゛ トコー多くの回数にわたり動作を繰り、ｊｑ　ｉ−５で行なう４榎。

装置にとり特に重要とされτいる。まｌｌ＝　、冒ｔ、　１３繰返Ｉ２動作は、 ぞ、ｔ！１モ゛れの動作を短ｌｌ′、′Ｃ間のうぢに杓ない非：；？に精度よく 位置決めする必要がある。例えば、持上げすよ・ブトの場合、持上げヘッドは様 々な種類の構成部品をあらゆ、Ｓ場西かＪ・取りＬげて必要とする別の場ＰＪｉ まで正確に搬送することができるように構成されている。１（・っｉ−だ動作を 行？！うために用いる従来技術にはスクリ７−おｈびベルトかある。スクリュー 被駆動装置（第１図参照）は静止丑−・り１０１、このモータ１０１により生動 され回転はするが静１ト、シだ状慇の（ポー１１．）スクリｒ、Ｉ　（１２、お よびこの（ポール）スクリ１−の回も：に伴いスクリューに沿−）で移動する（ ポール）す・・ノドｌＯ：）を備えでいる。７′：、′７リユー被駆動装置は、 低速でしかも移動距離か短けわば大きな問題は生じない。し、かし。

高速で長い距離を移動させるとなれば、こオ］に伴って３一つの欠点か顕在化す る。

１）回転数の限界　スクリ。−は両端し、う＼支−持さ第１でいないため、１ｆ ｉｉｊ転数か特定の値を越えた場合にはイく安定となる１、。

２）ピッ介ニスグリ、４−が回転している間、ナツトは、−しりへノリ−ノーに 沿−・て移動１７でいぐ１、！＋１！序（−゛よ２１、では回’１１−　ｍＵ− 計−１−ｉ：ＩＦる必要かある。１゛：験則からピ・・Ｆチはほぼ゛、・二・ソ Ｉ（ニーの丙径（−等し７くされ１おり、ピッチを大、＼くｊろ２・ｉ貞４−′ Ｇれ犬２５くなる。

３）慣性玉・〜メント、イ）か太＜１７、かも長い７．１．づ・”リューを部用 ず・［・と、スクリー、−（λ）　ｉｉ　′ｌ’ｔ　％・〜メー叫・（二及、ぼ Ａ影ツが大、きい４゜ ベルト被駆動装置（第２〔−４参照）　ｉ、Ｌ、２−′〉の［１−ラフ・・。

（１：Ｊ、２　Ｇ　＋”＋のブリ（−閉ルー・ブの状１３に掛は渡さオ］た・ベ ルト−２０１と、別に用意された＋に゛、）゛ガイド’；＋　０５１−沿ってｉ ｔ行するキャリジ２０，４とを備えている。駆動操作は玉・−々２０６を用いで 行なわ１＋イ・。

／＼ルト被駆動装置Δは、ベルトに弾性があるたＩ）その用達［：制限がある１ 、モータ２０６がト）１りを発生するとベル）・は延び、モ、−夕２０６の回転 角１ｙと負荷／キャリパ夕２０．１の位置どの間にずれか生じる。

ベル川・の他の問題点は摩擦／スリップについでである。

ベルトか歯付きベルトであわば、ループを形成し℃いる／：め、弾性を小さくす るの（：要する偏倚力によって大きな摩擦が生じる。ベルトがスチールベルトで あれば、ベルトとローラ２０２／２０：３の間にスリップの生しることかある。

このスリップにより、モーター２０６の回転角度と負荷／キャリジ２０４の間に 誤差を生じる。

しかしながら、周知の方法のなかには、第３図に示すような静止歯車ラックとキ ャリジに配置されたモータとを組み合わせて高速度および高精度を実現している ものもある。キャリジ３０１は、静止歯車ラック３０３に任意の方法を用いて設 置したリニアガイド３０２に沿って走行することかできる。キャリジ３０１には 歯車ホイール３０５を備えたモータ３０４か設置されている。モータシャフトを 回転してキャリジ３０１を移動させる際、モータは歯車ホイール３０５を通じて キャリジ３０１の移動を行なう。モータシャフトと歯車ホイール３０５はベルト ２０１に比較して非常に剛性が高くまた距離が短いため、弾性は無視することが できる。歯車ラック３０３は、（池のエレメントが不明瞭となるため図示されて いない）装置のフレームに僅かに間隔を開けて取り付けておくことかできる。ま たスリップは起きることがない。

慣性モーメントについて、大型の長いボールねしに比較して大幅に小さくてすむ ことが明らかである。

この方法に固有の欠点は、駆動モータの質量がキャリジの質量に加重されること である。高速でしかも大きな加速度を必要とするケースでは、駆動モータはキャ リッジの質量のかなりな部分を占めるようになる。この例では消費電力が嵩み、 また強度のあるガイド経路および強靭なフレームを必要とするためコストが上昇 する。

（フレームは、加速力に充分に耐えられしかも許容範囲を超える振動を起こさな いように構成しておかなければならない。）この方法の他の欠点として、歯車ラ ックと歯車ホイールの間の遊びを最終位置決めの段階で消去しなければならない ことが挙げられる。この操作は、偏倚させた複式歯車ホイールを用いれば行なう ことができる。

大きなトルクを用いて操作し高速位置決めを行なおうとすれば、こうしたやり方 では表面圧が大きくなり急速な摩耗を生じる。

ワークピースの搬送／位置決め用の装置は、第６図に示す実施例およびこれに関 連したＣＨＡ　５　６６３１７１の説明箇所から既に周知である。この従来装置 では、外部の摩擦ローラを使用してキャリジを動かし、ワークピースを経路に沿 って搬送している。これら摩擦ローラは、前記機械装置のフレームに回転可能に 装着されている。キャリジの最終的な位置決め合わせには、前記キャリジおよび 外側歯車ホイールに設けである歯車ラックセグメントが用いられる。外側歯車ホ イールは機械装置のフレームに回転可能に取り付けられている。摩擦ローラと歯 車ホイールはモータにより駆動される。こうした方式によったのでは、高速移動 または急激な位置決め減速を行なうことができない。

前述した従来方法および装置の問題点は本発明により解消される。

本発明は、前記キャリジにローカルモータを設置するアイデアを取り入れている 。このローカルモータは可動キャリジと共に移動し、キャリジと他の手段を連絡 してローカルモータの欠点、主にローカルモータの質量と遊びについての欠点を 少なくするかまたはこれを解消している。前記遊びは、ローカルモータが歯車ラ ックまたはこれに類似する装置を介して動力を静止フレームに伝達する際に生じ る。

本発明に係るローカルモータには、キャリジに取り付けられる一方の部分と機械 装置のフレームに取り付けられる別の部分とを備えたリニア電気モータか、また は静止位置決めバーに連係して働くキャリジに装着された回転エレメントを持つ 回転モータの何れかが使用される。

位置決めバーは長手方向に配置することができる。この位置決めバーは間隔をお いて凹所および／または突出した部分を備え、連係して働（回転エレメントもこ れに見合う構造を備えている。例えば、前記キャリジに取り付けた力の強いプレ スローラを平滑なバーに併用することができる。好ましい実施例では、位置決め バーには、例えば第３図の装置のものと同じ歯車ラック、あるいはキャリジに装 着した回転ナツトを持つ静止ボールスクリューが使われる。付属の歯車ホイール を備えた歯車ラックは最終的な位置決めに必要な剛性を備え、またスリップを防 ぐことができる。

しかしながら、本発明では、ローカルモータの他にもキャリジ３０１に槙方向の 力を加えることのできる別の手段も使用されている。この手段には２つの目的が ある。

すなわち： 加速および減速のために大きな力を加えること。

最終的な位置決めに伴っである程度の力を加え、偏倚力を利用して、ローカルモ ータと位置決めバーの連結部に生じる遊びをなくすることの２点である。例えば 、歯車ホイール３０５とバー３０３の間の遊びを例にとって説明することができ る。

この補助手段は、通常の位置決め装置にはほとんど必要性がない。また弾性につ いても重要な要素ではない。

極く短い応答時間にする必要もない。

そうした手段の具体例について説明する。

例えば、機械装置のフレームに取り付けたモータにより駆動されるバンド（ある いはベルト、歯付きベルト、チェーンまたはこれらに類似する装置）（２０１） が使われる。これらのものは比較的弾性があってしかも軽量であり、弱い偏倚力 が加わった状態て適度の摩擦力が作用する。

また、別のモータ３０４を備えた３０５のような歯車ホイールを使用することも できる。

すり合わせシールを備えていて、例えば機械装置のフレームに取り付けられるよ うなすリガシリンダと称する空気圧シリンダを使用することもできる。

シリンダの壁に磁気カップリングを設けである空気圧シリンダが、ピストンとカ ートリッジの間に力を作用させている。

従って、本発明は重量キャリジの高速位置決め用の装置に関係している。キャリ ジは、固定静止位置決めバー、例えば電気モータまたは歯車ラックの部分および キャリジに取り付けた連係して働くモータにより正確に位置決めされる。歯車ラ ックを組み込む場合では、前記モータには歯車ラックに係合する歯車ホイールが 設けられる。

キャリジの移動は、別の手段により急速且つ大まかに行なわれる。この別の手段 は歯車ラックに連係して働く別の歯車ホイールから構成でき、またキャリジに装 着された独立したモータを用いて駆動される。この別の手段は最終の位置決め操 作に伴いある大きさの力を発生し、歯車ホイールと歯車ラックの間の遊びを偏倚 力によりなくすることができる。第２の歯車ホイールに代えて、歯付きベルト、 空気圧式またはその他の形式のりニアモータを使用することができる。何れのケ ースでも、こうした手段はキャリジとは別個に配置され、大抵の場合には間隔を おいて固定されている。２つの歯車ホイールと新たな外側手段とを組み合わせる こともできる。

独立した２つのモータを備えているケースでは、モータの制御は所望の操作の行 なえる制御装置により実行される。キャリジを高速で移動させるこれらモータは 、両方のモータがこの移動のために連動し、すなわち両方のモータがこの移動過 程の大部分にわたり同じ方向の力をキャリジに及はすように駆動される。この高 速移動に伴い、搬送に必要な動力のほとんとか別の手段に作用する第２のモータ から供給される。これとは反対に、キャリジの位置決めに際しては、この過程の 大部分にわたりモータは互いに反作用を及はすように駆動される。このようにす れば、遊びをなくすことができる。

キャリジに装着された独立する２つのモータと、個々のモータにより駆動される 第２の外側駆動エレメントを備えているケースでは、これらモータの制御は所望 の操作を行なえる制御装置により実行される。キャリジを高速移動させるには、 すべてのモータはこの移動過程の大部分にわたり移動のために連動し、すなわち モータのすべてが同じ方向の力をキャリジに及ぼすように駆動さる。

高速移動に伴い、外側搬送手段に作用するモータにより必要な動力のほとんどが 供給されている。カートリッジを位置決めする際には、別の手段が実質的に不作 動の状態にあり、しかも稼働キャリジに設置されたモータがこの移動過程の大部 分にわたり互いに反作用を及ぼすように駆動される。

位置決めバーは、このバー全体をキャリジの全経路に沿って配置しておく必要は ない。高速移動がキャリジに設置されていない外部手段により行なわれる場合に は、位置決めバーの一部分だけを設置しておけばよい。

以下、添付図面に沿って本発明を説明する。

第１図は、ワークピースを位置決めするボールスクリューを備えた従来の装置を 示している。

第２図は、従来技術の位置決め用のベルト被駆動装置を示している。

第３図は、歯車ホイールと歯車ラックを備えた従来技術の位置決め用の装置を示 している。

第４図は、キャリジを高速で移動させ正確に位置決めする本発明の実施例を概略 的に示している。

第５図は、遊びをいかにして補償するかを示す概略図である。

第６図は、外側ベルト被駆動手段を備えた本発明の他の実施例を示している。

第１図、第２図および第３図については、冒頭で既に説明しである。

本発明の実施例は第４図にみることができる。本発明では、第４図に示すように 、２つの歯車ホイール３０５．４０１が用いられている。これら２つの歯車ホイ ールによりトルクを伝達することができる。またこれら歯車ホイールは、少なく ともお互いが他から独立しており、例えば、２つのモータを用いて駆動すること ができる。ある位置から別の位置にかけて急速に移動を行なう場合、第１の２つ のモータは同じ方向にトルクを伝達してキャリジを加速することができる。さら に両方のモータは同じ方向ではあるが反対向きにトルクを伝達してキャリジを制 動することができる。従来は、バー３０３と歯車ホイール３０５／４０１の歯車 同士の遊びは問題とはなってきていない。

キャリジが目標地点近くに到達するのに伴い、こうした遊びにより問題か生じる 。このため、現在のところ（第５図に示すように）２つのモータから異なったト ルクを伝えて歯車の遊びをなくする対策がとられている。

キャリジが事実上停止している間、２つのホイール４０１．４０２には弱いが反 対向きのトルクを伝達し、キャリジを「ロックした状ＤＪに固定することができ る。

第６図は、本発明の他の実施例を示している。この図は、構成要素およびその原 理を明らかにするために実施例全体を概略的に示したものである。この例では、 エレメント２０１を用いてキャリジ３０１に余分の力を横向きに加えている。エ レメント２０１には、バンド、ベルト、ケーブル、ワイヤ、チェーン、■ベルト またはこれらに類似する装置を用いることができる。操作を分かり易く説明する ために、本明細書中では前記エレメントは「ベルト」と称することにする。この ベルト２０１は、ベルトの制御性に関係なく比較的弾性のあるものが使用でき、 また比較的軽量のものを使用することができる。

エレメント（ベルト）２０１は、２つのローラ（あるいはプーリ／歯車リング／ 歯付きホイール）２０２．２０３の廻りを閉ループの形懸で走行する。この場合 の走行は、ホイール２０２，２０３の片方または両方を駆動する１つまたは複数 のモータ２０６により実行される。

ベルト２０１は、エレメント２０７を介して適当な方法によりキャリジ３０１に 取り付けられている。

キャリジ３０１は１つまたは２つのローカルモータを備え、このキャリジと機械 装置のフレームは強固に固定されている。第６図において、キャリジ３０１は静 止歯車ラック３０３を介してリニアガイド３０２に沿って走行する。キャリジ３ ０１は歯車ホイール３０５を持っモータ３０４を備え、また必要に応し、連係し て動作する付属の歯車ホイール４０１を持つ別のモータ６０１を備えている。キ ャリジ３０１を動かすには、モータシャツ１−を回転させ、歯車ホイール３０５ によりキャリジ３０１を強制的に運動させる。キャリジ３０１とモータ３０４の 間に生じる弾性、およびフレームと歯車ラック３０３の間に生じる弾性は非常に 小さい。歯車ラックは機械装置のフレーム（他のエレメントが見えにくくなるた め図面中では省略されている）に極く接近して取り付けることできるためである 。また歯車ラック、歯車ホイールおよびモータンヤフトの弾性か小さいことにも よる。モータ３０４から供給されるトルクの変動はすぐさま力の変化となって現 われ、この力の変化はモータのベアリングを介しキャリジ３０１に伝達される。

加速および制動時、ベルト２０１により大きな加速力および制動力か加えられる 。最終位置に向けてキャリジを正確に移動させる制動過程では、モータ３０４が 用いられる（場合によっては、モータ６０１も使用される）。例えば、摩擦とベ ルトの力により制動力が大きくなりすぎると、ローカルモータは速やかにキャリ ジを加速し、このキャリジを正常な状態で目標地点に向けて正確に走行させるよ うになる。

歯車の遊びか問題となる程大きく、また片方のモータ３０４だけを使用している 場合には、目標地点に到達した後にモータ２０６を使用して弱いトルクを加え、 ３０３と３０５の歯車の遊びが取り除かれる。しかしながら実際にこれを実行し ようとすれば、ベルトの弾性および慣性により操作終了までにある程度の時間を 必要とする。

新たなモータ６０１と連係して動作する歯車ホイール４０１を設けておけば、第 ４図および第５図に基づ〈実施例で説明したのと同し原理により動作の補正を行 なうことかできる。こうして位置決めを行なえば、速やかに高精度を得ることが できる。

補正書の翻訳文提出書　（特許法第１８４条の８）

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．経路に沿って重量キャリジを案内し速やかに位置決めを行なうための装着に して、 装置のフレームに強固に取り付けられている静止位置決めバーと、 このバーに連係して働く簾１のモータと、第２のモータにより駆動される、キャ リジ移動用の別の手段とを有し、 第１のモータは前記キャリジに付属するローカルモータであり、 また第２のモータが独立したモータであることを特徴とする装置。
2. ２．請求項１に記載された装置において、前記モータは、 キャリジの高速移動に伴いこれら両方のモータはこの移動過程の大部分にわたり 連動し、すなわち両方のモータは同じ方向の力をキャリジに及ぼすように駆動さ れ、キャリジの高速位置決めに要する動力は主に第２のモータから供給され、 またキャリジの位置決めに伴い、モータはこの移動過程の大部分にわたり互いに 反作用を及ぼして遊びの発生を阻止するように構成されている、制御装置により 制御きれることを特徴とする装置。
3. ３．請求項１または２の何れか一つに記載された装置において、前記第２のモー タも前記キャリジに付属したローカルモータであることを特徴とする装置。
4. ４．請求項１または２の何れか一つに記載された装置において、前記第２のモー タは、装置のフレームに強固に取り付けられていることを特徴とする装置。
5. ５．請求項１に記載された装置において、独立した第３のモータを備え、このモ ータも前記キャリジに付属し且つ位置決めバーに連係して働くローカルモータで あることを特徴とする装置。
6. ６．請求項５に記載された装置において、前記モータは、 キャリジの高速移動に伴いこれらすべてのモータが連動し、すなわちモータのす べてがこの移動過程の大部分において同じ方向の力をキャリジに及ぼすように駆 動され、 キャリジの高速移動に要する動力は主に第２のモータにより供給され、 またキャリジの位置決めに伴い、第２のモータが実質的に不作動の状態にあり、 しかもこの移動過程の大部分にわたり第１および第３のモータが互いに反作用を 及ぼして遊びの生じるのを阻止するようにモータの駆動を行なうように構成した 、制御装置により制御されることを特徴とする装置。
7. ７．請求項１に記載された装置において、第１のモータがリニア電気モータの可 動部分をなし、この可動部分がキャリジに装着きれていて、しかも位置決めバー が前記リニアモータのステータを構成することを特徴とする装置。
8. ８．請求項１から６の何れか一つに記載された装置において、第１のモータが回 転モータであり、第１のエレメントを通して位置決めバーに連係して働き、また 第１のエレメントがこのモータにより駆動されキャリジに回転可能に装着されて いることを特徴とする装置。
9. ９．請求項１から６の何れか一つに記載された装置において、位置決めバーが歯 車ラックであり、第１の回転エレメントが歯車ホイールであることを特徴とする 装置。
10. １０．請求項１から６の何れか一つに記載された装置において、前記別の手段が 、歯車ラックに連係して働き前記キャリジに回転可能に装着されている歯車ホイ ールであることを特徴とする装置。
11. １１．請求項１から６の何れか一つに記載された装置において、前記別の手段は モータにより駆動される歯付きベルトであり、このモータは装置を支持するフレ ームに取り付けられていることを特徴とする装置。
12. １２．請求項１から６の何れか一つに記載された装置において、前記別の手段は 、装置を支持するフレームに取り付けられた空気圧シリンダであることを特徴と する装置。
13. １３．請求項１から６、および１２の何れか一つに記載された装置において、前 記別の手段が、すり合わせシールを備えた空気圧シリンダであることを特徴とす る装置。
14. １４．請求項１から６、および１２の何れか一つに記載された装置において、前 記別の手段は、ピストンとキャリジとの間に作用する力を生じるシリンダ壁を通 る磁気カップリングを備えた空気圧シリンダであることを特徴とする装置。
15. １５．請求項１から１４の何れか一つに記載された装置において、位置決めバー のセグメントは、前記キャリジを位置決めする必要のある経路に沿った区域にの み配置されていることを特徴とする装置。