(57)【要約】      （修正有）【課題】機械装置においてリニアモータによる高速・高精度移動を実現する際に、リニアエンコーダの有する温度検出手段を用いて、位置決め補正を行う位置制御機構を提供する。【解決手段】リニアモータ１１０は、機械装置１０２に固定される固定子１１２と、該固定子１１２に可動可能に取付られると共に該機械装置１０２の可動部である可動子１１４を備え、リニアエンコーダ１２０は、前記機械装置１０２に取付られたスケール１２２と、該スケール１２２に対峙して前記可動部に取付られて該可動部の位置を検出する検出ヘッド１２４とを備え、該検出ヘッド１２４には、温度センサと、該温度センサから出力される温度信号を制御装置１４０へ伝送させるための通信制御回路が設けられて、前記制御装置１４０が、前記温度信号を用いて前記位置信号を補正する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
機械装置の可動部を往復動させるリニアモータと、該リニアモータに沿って配置されるリニアエンコーダと、該リニアエンコーダから出力される位置信号により該リニアモータの動作を制御可能な制御装置と、を有する位置制御機構において、
前記リニアモータは、前記機械装置に固定される固定子と、該固定子に可動可能に取付られると共に該機械装置の可動部の少なくとも一部を構成する可動子とを備え、
前記リニアエンコーダは、前記機械装置に取付られたスケールと、該スケールに対峙して前記可動部に取付られて該可動部の位置を検出する検出ヘッドとを備え、
該検出ヘッドには、温度検出手段と、該温度検出手段から出力される温度信号を前記制御装置へ伝送するための通信手段とが設けられて、
前記制御装置が、前記温度信号を用いて前記位置信号を補正することを特徴とする位置制御機構。
【請求項２】
前記温度検出手段から出力される温度信号により補正された前記位置信号が前記通信手段から前記制御装置へ伝送されて、
該制御装置は、該温度信号を用いて前記位置信号を補正する代わりに、該補正された位置信号により前記リニアモータの動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の位置制御機構。
【請求項３】
前記検出ヘッドは、前記リニアエンコーダの動作温度のしきい値信号を記憶する記憶手段と、該温度信号と該しきい値との比較を行いエラー判定を行う判定手段と、該エラー判定の結果を出力することが可能な出力手段と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置制御機構。
【請求項４】
前記しきい値信号が、前記制御装置から伝送された信号に変更されて、前記記憶手段に記憶されることを特徴とする請求項３に記載の位置制御機構。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、機械装置の可動部を往復動させるリニアモータと、該リニアモータに沿って配置されるリニアエンコーダと、該リニアエンコーダから出力される位置信号により該リニアモータの動作を制御可能な制御装置と、を有する位置制御機構に係り、特に、リニアモータの温度上昇に対して温度補償が可能な位置制御機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、産業機械では、高速・高分解能化、高加速・高減速化、高精度化を実現するため、近年、回転モータではなく、リニアモータを採用した機械装置が普及してきている。
【０００３】
リニアモータは、従来の回転モータ＋送りねじ機構による駆動方式とは異なり、駆動範囲全体に亘り固定子（磁石板）を配置して、それに対してコイルを搭載した可動子（ステージ）が駆動するシステム構成が一般的である。
【０００４】
従来の回転モータ＋送りねじ機構の装置では、回転モータの発熱は回転モータの部分のみであった。このため、回転モータの位置制御をする際に回転モータと一体のロータリーエンコーダを用いると、回転モータとロータリーエンコーダの部分のみが温度上昇する。そこで、ロータリーエンコーダに温度センサを用いて温度センサの出力に基づき、回転モータの温度上昇によるロータリーエンコーダの位置信号の良否を判断して、位置制御の確からしさを確保していた（例えば、特許文献１）。
【０００５】
しかし、リニアモータの場合、可動子の駆動範囲全体で発熱が生じ、リニアモータに沿って配置されるリニアエンコーダにその熱が伝導する。このため、特許文献２においては、メインスケールを収納するケーシングにフィン形状の放熱部を設けることで相応の冷却能力を持たせて、メインスケールの温度上昇を防ぐ提案がなされている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１５９９３５号公報
【特許文献２】特開２００１−１６５６４４号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２において、リニアモータの発熱量が大きく変動することや、可動子の移動速度・位置による冷却能力の変動があり、リニアエンコーダが熱から十分に保護されない可能性もある。即ち、リニアエンコーダの位置信号にエラーが生じるおそれがある。
【０００８】
本考案は、前記の問題を解消するべくなされたもので、機械装置においてリニアモータによる高速・高精度移動を実現する際に、リニアモータでの発熱があっても、リニアエンコーダの有する温度検出手段を用いて、リニアモータによる位置決めに対する補正を行うことが可能な位置制御機構を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の請求項１に係る考案は、機械装置の可動部を往復動させるリニアモータと、該リニアモータに沿って配置されるリニアエンコーダと、該リニアエンコーダから出力される位置信号により該リニアモータの動作を制御可能な制御装置と、を有する位置制御機構において、前記リニアモータは、前記機械装置に固定される固定子と、該固定子に可動可能に取付られると共に該機械装置の可動部の少なくとも一部を構成する可動子とを備え、前記リニアエンコーダは、前記機械装置に取付られたスケールと、該スケールに対峙して前記可動部に取付られて該可動部の位置を検出する検出ヘッドとを備え、該検出ヘッドには、温度検出手段と、該温度検出手段から出力される温度信号を前記制御装置へ伝送するための通信手段とが設けられて、前記制御装置が、前記温度信号を用いて前記位置信号を補正したことにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
本願の請求項２に係る考案は、前記温度検出手段から出力される温度信号により補正された前記位置信号が前記通信手段から前記制御装置へ伝送されて、該制御装置は、該温度信号を用いて前記位置信号を補正する代わりに、該補正された位置信号により前記リニアモータの動作を制御するようにしたものである。
【００１１】
本願の請求項３に係る考案は、前記検出ヘッドが、前記リニアエンコーダの動作温度のしきい値信号を記憶する記憶手段と、該温度信号と該しきい値との比較を行いエラー判定を行う判定手段と、該エラー判定の結果を出力することが可能な出力手段と、を有するようにしたものである。
【００１２】
本願の請求項４に係る考案は、前記しきい値信号が、前記制御装置から伝送された信号に変更されて、前記記憶手段に記憶されるようにしたものである。
【考案の効果】
【００１３】
本考案によれば、機械装置においてリニアモータによる高速・高精度移動を実現する際に、リニアモータでの発熱があっても、別の温度検出手段を用いることなく、リニアエンコーダの有する温度検出手段を用いて、リニアモータによる位置決めに対する補正を行うことが可能となる。
【００１４】
具体的には、（１）温度検出手段からの温度信号が制御装置に伝送された場合には、制御装置でリニアモータの動作を制御する位置信号を補正することにより、リニアモータによる位置決めに対する補正を行うことが可能となる。あるいは、（２）温度検出手段からの温度信号により位置信号が補正されて制御装置に伝送された場合には、補正された位置信号により、リニアモータによる位置決めに対する補正を行うことが可能となる。
【００１５】
ここで、リニアエンコーダからの温度信号と、機械装置の可動部の補正値との関係を予め測定して相関を取っておき、温度信号に対応する補正値を用いることで、可動部の位置精度を確保することができる。
【００１６】
又、検出ヘッドが、リニアエンコーダの動作温度のしきい値を記憶する記憶手段と、温度信号としきい値との比較を行いエラー判定を行う判定手段と、エラー判定の結果を出力することが可能な出力手段と、を有する場合には、出力手段でリニアエンコーダに対する温度補償の有無等を出力するサーマルエラーを発生することができる。このとき、しきい値信号が、制御装置からの信号に基づき、変更されて記憶手段に記憶されるようにした場合には、必要とする位置精度や、検出ヘッドの保護温度域に基づいて任意の温度にサーマルエラーを設定することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本考案の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００１８】
本考案の第１実施形態を、図１と図２に示す。図１は本実施形態に係る位置制御機構の概略構成図、図２は同じく検出ヘッドのブロック図を示す図である。
【００１９】
最初に、本実施形態の全体構成について、図１、図２を用いて概略的に説明する。
【００２０】
位置制御機構１００は、機械装置１０２の可動部を往復動させるリニアモータ１１０と、リニアモータ１１０に沿って配置されるリニアエンコーダ１２０と、リニアエンコーダ１２０から出力される位置信号によりリニアモータ１１０の動作を制御可能な制御装置１４０と、を有する。ここで、リニアモータ１１０は、機械装置１０２に固定される固定子１１２と、固定子１１２に可動可能に取付られると共に機械装置１０２の可動部である可動子１１４とを備え、リニアエンコーダ１２０は、機械装置１０２に取付られたスケール１２２と、スケール１２２に対峙して可動子１１４に取付られて可動子１１４の位置を検出する検出ヘッド１２４とを備え、検出ヘッド１２４には、温度検出手段である温度センサ１３０と、温度センサ１３０から出力される温度信号を制御装置１４０へ伝送するための通信手段である通信制御回路１３６とが設けられて、制御装置１４０が、温度信号を用いて位置信号を補正する。
【００２１】
以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００２２】
機械装置１０２には、図１に示す如く、リニアモータ１１０の固定子１１２と、リニアエンコーダ１２０のスケール１２２とが取付られている。機械装置１０２は、可動部がリニアモータ１１０の可動子１１４からなり、可動子１１４は往復動方向Ｘに往復動が可能とされている。
【００２３】
リニアモータ１１０は、図１に示す如く、固定子１１２と可動子１１４とを有する。リニアモータ１１０は、回転モータのように移動方向を変換せずに、直接、直線変位を生じさせるので、高加速・高減速に優れ、高速移動が可能である。固定子１１２は、駆動範囲全体に亘り永久磁石が並べられた構成を取る。可動子１１４は、固定子１１２の永久磁石に対向してコイルを搭載している。そして、可動子１１４は、往復動方向Ｘに可動可能に固定子１１２に取付けられている。このため、制御装置１４０からの駆動電流が可動子１１４に供給されると、電磁石が構成され、往復動方向Ｘに往復動を行うことができる。なお、駆動電流が供給されると、可動子１１４で熱が発生する。
【００２４】
リニアエンコーダ１２０は、図１に示す如く、スケール１２２と検出ヘッド１２４とを有する。リニアエンコーダ１２０は、いわゆるセパレートタイプの電磁誘導方式のエンコーダであり、スケール１２２は、往復動方向Ｘに伸びる複数のトラックを有している。リニアエンコーダ１２０は、この複数のトラックを用いて、電源投入時に絶対位置の検出が可能である。このため、リニアモータ１１０の磁極の位置（Ｎ極であるかＳ極であるか）の判定をするための手段（例えば、ホールセンサ等）を不要とすることができるので、位置制御機構１００をコンパクト化、ひいては機械装置１０２のコンパクト化を推進することができる。なお、リニアエンコーダ１２０は、セパレートタイプなので、機械装置１０２にスケール１２２を取付て、検出ヘッド１２４を可動子１１４に取付て、スケール１２２と検出ヘッド１２４とを近接した所定の間隔で対峙させて位置関係を調整する必要がある。しかし、セパレートタイプは、機械装置１０２を小型にし易く、スケール１２２と検出ヘッド１２４との間で接触部分を有さないため、リニアモータ１１０の特徴である高加速・高減速を生かした高速性という利点を最大限に生かすことができる。
【００２５】
検出ヘッド１２４は、図１に示す如く、可動子１１４に取付けられている。検出ヘッド１２４は、図２に示す如く、位置検出センサ１２６とセンサ信号処理回路１２８と温度センサ１３０とメモリ１３２とＣＰＵ１３４と通信制御回路１３６とを有する。なお、検出ヘッド１２４のケーシングはアルミニウムなので、電磁結合するスケール１２２と検出ヘッド１２４との結合損失が少なく、高効率で位置検出が可能である。    
【００２６】
位置検出センサ１２６は、スケール１２２の複数のトラックに対応したセンサであり、スケール１２２の往復動方向Ｘの位置に従う異なる信号レベルを出力する。そして、センサ信号処理回路１２８は、例えば位置検出センサ１２６から出力される信号レベルのノイズ除去後に増幅して位相量として出力する。
【００２７】
温度センサ１３０としては、例えば半導体センサが用いられており、検出ヘッド１２４の中に設けられている。このため、温度センサ１３０は、直接的には検出ヘッド１２４内の温度を検出する。（なお、温度センサ１３０は、介在する部材を介して間接的にリニアモータ１１０と機械装置１０２の温度を検出しているともいえる。）
【００２８】
メモリ１３２は、ＣＰＵ１３４で用いられる各種値を記憶することができる。特にリニアエンコーダ１２０の動作温度のしきい値信号を記憶することができる。ここで、しきい値信号は、必要とする位置精度や検出ヘッド１２４の保護温度域に基づく任意の信号とすることができ、リニアエンコーダ１２０の動作が正常に行われる限界の信号とすることができる。なお、メモリ１３２に記憶された値は、ＣＰＵ１３４の指令により書替えをすることができる。
【００２９】
ＣＰＵ１３４は、センサ信号処理回路１２８、温度センサ１３０、メモリ１３２、通信制御回路１３６を、それぞれ制御すると共にデータのやり取りを行う。具体的には、センサ信号処理回路１２８から出力される位相量から位置信号を算出する。また、ＣＰＵ１３４は、温度センサ１３０の出力から検出ヘッド１２４内の温度信号を算出する。更に、ＣＰＵ１３４は、メモリ１３２に格納する値の読み込み・読み出し・更新を行う。そしてＣＰＵ１３４は、通信制御回路１３６を介して、制御装置１４０から指示される信号フォーマットに従い、送信データを通信制御回路１３６に出力することができる。なお、制御装置１４０からの指令により、ＣＰＵ１３４は、位置信号を温度信号により補正することもできる。
【００３０】
通信制御回路１３６は、ＣＰＵ１３４からの出力を、制御装置１４０に対して、伝送路１５０を介して伝送する。具体的な送信データは、位置検出センサ１２６から得られた位置信号と、検出ヘッド１２４が有する原点情報や温度センサ１３０から得られた温度信号等のエンコーダステータスと、検出ヘッド１２４が有するリニアエンコーダ１２０のＩＤ番号、等である。温度信号は、例えば８ビットのデータで構成でき、−２０℃を最低温度として、１ビットで０．５℃増加させることができる。なお、制御装置１４０からの指令により、温度信号により補正された位置信号を送信することができる。
【００３１】
制御装置１４０は、図１に示す如く、処理回路１４２とドライバ回路１４４とを有して、リニアモータ１１０の及びリニアエンコーダ１２０の上位コントローラとして機能する。このため、リニアモータ１１０へ駆動電流を与えて、リニアモータ１１０の動作を制御する。同時に、検出ヘッド１２４に対して送信データの内容等を指定して、位置信号及び温度信号等を検出ヘッド１２４から受け取り、それらのモニタ及び監視を行ない、リニアモータ１１０への位置信号を補正することができる。又、制御装置１４０は、温度信号に基づいて、リニアモータ１１０の停止や低速動作など、発熱量を低減させるようにリニアモータ１１０への駆動電流を制御することもできる。
【００３２】
具体的には、処理回路１４２が、ＣＰＵ１３４に対して温度センサ１３０から得られる温度信号と位置検出センサ１２６から得られる位置信号とを送出するように要求し、温度信号を用いて位置信号が補正される。処理回路１４２は、補正された位置信号に基づいてドライバ回路１４４へ駆動電流の指示を出す。ドライバ回路１４４は、処理回路１４２からの指示に従い、駆動電流を出力して、伝送路１５２を介して、可動子１１４を動作させる。ここで、処理回路１４２は、新たなしきい値信号を伝送路１５０を介してＣＰＵ１３４に出力し、ＣＰＵ１３４に対して、そのしきい値信号でメモリ１３２内容の書き替えの指示をすることができる。なお、処理回路１４２は、ＣＰＵ１３４に対して、位置検出センサ１２６で得られた位置信号を温度センサ１３０で得られた温度信号によって補正するように指示することもできる。
【００３３】
次に、位置制御機構１１０の動作について説明する。
【００３４】
まず、制御装置１４０の処理回路１４２から、可動子１１４の位置決め指令が出されると、ドライバ回路１４４はその位置決め指令に従った電流を伝送路１５２を介して可動子１１４に供給する。すると、可動子１１４は、ドライバ回路１４４からの駆動電流に従い往復動方向Ｘ上で移動する。
【００３５】
このとき、可動子１１４に取付られた検出ヘッド１２４のＣＰＵ１３４は、スケール１２２との位置関係に従い、位置信号を求める。同時に、ドライバ回路１４４によって供給された電流により、可動子１１４は発熱する。この熱によって、検出ヘッド１２４内の温度が上昇する。そしてその温度が温度センサ１３０によって検出されて温度信号がＣＰＵ１３４で求められる。そして、検出ヘッド１２４から前述の位置信号と共に、通信制御回路１３６を介して制御装置１４０へ伝送される。
【００３６】
制御装置１４０の処理回路１４２は、伝送された位置信号と温度信号とを用いて位置信号を補正する。補正としては、リニアエンコーダ１１０からの温度信号と、機械装置１０２の可動子１１４の補正値との関係を予め測定して相関を取っておき、温度信号に対応して位置信号の補正を行う。補正された位置信号に基づき、ドライバ回路１４４は駆動電流を可動子１１４に供給し、可動子１１４はその供給された駆動電流に応じた位置に再度移動して位置決めされる。
【００３７】
このようにして、機械装置１０２の温度に応じて、温度補償が行われ、可動子１１４の動作が高精度に制御される。
【００３８】
つまり、機械装置１０２においてリニアモータ１１０による高速・高精度移動を実現する際に、リニアモータ１１０での発熱があっても、前記温度センサ１３０以外の温度検出手段を用いることなく、リニアエンコーダ１２０の有する温度検出手段である温度センサ１３０を用いて、リニアモータ１１０による位置決めに対する補正を行うことが可能となる。
【００３９】
具体的には、温度センサ１３０からの温度信号が制御装置１４０に伝送された場合には、制御装置１４０でリニアモータ１１０の動作を制御する位置信号を補正することにより、リニアモータ１１０による位置決めに対する補正を行うことが可能となる。あるいは、温度センサ１３０からの温度信号により位置信号が補正されて制御装置１４０に伝送された場合には、補正された位置信号により、リニアモータ１１０による位置決めに対する補正を行うことが可能となる。ここで、リニアエンコーダ１２０からの温度信号と、機械装置１０２の可動子１１４の補正値との関係を予め測定して相関を取っておき、温度信号に対応する補正値を用いることで、可動子１１４の位置精度を確保することができる。
【００４０】
次に、本考案の第２実施形態を、図３に示す。図３は本実施形態に係わる位置制御機構の検出ヘッドのブロック図を示す図である。
【００４１】
第２実施形態は、第１実施形態と検出ヘッドに相違があるのみである。そのため、検出ヘッドの第１実施形態と同一の構成要素についは、同一の符号を付し説明を省略する。
【００４２】
検出ヘッド１２４Ａは、図３に示す如く、位置検出センサ１２６とセンサ信号処理回路１２８と、温度センサ１３０と、メモリ１３２と、ＣＰＵ１３４Ａと、通信制御回路１３６とを有する。ＣＰＵ１３４Ａは、第１実施形態で説明したＣＰＵ１３４とは異なり、温度センサ１３０で得られた温度信号と、メモリ１３２に格納されたしきい値信号との比較を行いエラー判定（温度信号がしきい値信号よりも高いときエラーとする判定）を行う。即ち、ＣＰＵ１３４Ａはエラー判定を行う判定手段として機能する。エラー判定の結果はＣＰＵ１３４Ａに接続された出力器１３８に出力される。出力器１３８は、例えばＬＥＤであり、エラー判定によりエラーと判定された場合には、ＬＥＤを点灯させ、いわゆるサーマルエラーを発生させる。なお、通信制御回路１３６を介して、エラー信号とその詳細は、制御装置１４０の要求に従い、位置信号及び温度信号と共に、ＣＰＵ１３４Ａから送出される。
【００４３】
このように、ＣＰＵ１３４Ａがエラー判定を行うことによって、そのエラー判定の結果を出力器１３８であるＬＥＤに出力することにより、検出ヘッド１２４を熱から守るためにサーマルエラーを発生させて、検出ヘッド１２４が熱で誤動作する前に、作業者に迅速な対応を促すことができる。なお、このサーマルエラーとしては、温度信号をそのまま出力しても構わない。
【００４４】
上記実施形態においては、可動子１１４が機械装置１０２の可動部であったが、本発明これに限定されるものでははい。例えば、可動子は可動部の少なくとも一部を構成すればよい。その際には検出ヘッドが可動子に取付られている必要はなく、検出ヘッドが取付容易であることや機械装置のコンパクト化が可能といった観点で、可動部の任意の位置に検出ヘッドを取付けることが可能である。
【００４５】
又、上記実施形態においては、リニアエンコーダ１２０は、絶対位置検出可能なセパレートタイプの電磁誘導型であったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば相対位置検出可能なリニアエンコーダであってもよい。又、例えばスケールと検出ヘッドが一体となってその位置関係が固定されているユニットタイプであっても構わない。この場合には油やゴミや埃が入り難く、防塵性に優れている。そして、スケールと検出ヘッドとの間隔がすでに一定であるので取付けが容易である。又、例えば、電磁誘導型ではなく、光電式であっても構わない。
【００４６】
又、上記実施形態においては、出力器１３８としてＬＥＤによる表示であったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、出力器として、スピーカを用いて音を組み合わせてもよい。
【００４７】
又、第１実施形態においては、サーマルエラーを備えていなかったが、本考案はこれに限定されるものではない。例えば、制御装置においてサーマルエラーを発生させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本考案の第１実施形態に係る位置制御機構の概略構成図
【図２】同じく検出ヘッドのブロック図を示す図
【図３】本考案の第２実施形態に係る検出ヘッドのブロック図を示す図
【符号の説明】
【００４９】
１００…位置制御機構
１０２…機械装置
１１０…リニアモータ
１１２…固定子
１１４…可動子
１２０…リニアエンコーダ
１２２…スケール
１２４、１２４Ａ…検出ヘッド
１２６…位置検出センサ
１２８…センサ処理回路
１３０…温度センサ
１３２…メモリ
１３４、１３４Ａ…ＣＰＵ
１３６…通信制御回路
１３８…出力器
１４０…制御装置  
１４２…処理回路
１４４…ドライバ回路
１５０、１５２…伝送路
【図１】
0003145297.tif 000003
【図２】
0003145297.tif 000004
【図３】
0003145297.tif 000005