(57)【要約】      （修正有）【課題】リニアモータ駆動の位置決め装置に反作用相殺のカウンタリニアモータを設けた装置において、移動体の重量に基づく質量比を求め、前記カウンタリニアモータの加速度を含む速度特性を重量補償して反作用相殺を図るようにしても、当該移動体駆動装置を加工や計測等のために制御駆動するＮＣプログラムを予めチェックしたり付加、変更等を要することなく作動させることができる移動制御装置を得ること。【解決手段】移動プログラムブロックを先読みし、移動の開始点及び終点の位置と移動方向のデータとを取得して、移動量を計算して求め、この先読みプログラムの実行開始時にカウンタ移動体の位置が移動可能な移動量であるか否かを判別し、可能移動量以上である場合には、先読みしたプログラムブロックの実行開始前までに、移動が可能となる所定の位置にカウンタ移動体を位置決め移動をさせるようにする。【選択図】  図３
2004314249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの機台または機枠に対し、第１の移動体と該第１の移動体に対するカウンタ移動体とを、互いに平行な第１の移動体軸とカウンタ移動軸に沿い往復移動可能に設け、
各別の位置指令により位置決め移動させるリニアエンコーダを含む制御回路によって駆動される第１のリニアモータとカウンタリニアモータとにより、前記各移動体を同期して互いに逆向きに移動させるようにした移動体駆動装置であって、
前記各移動体の重量に基づく質量比を求め、前記カウンタリニアモータの加速度を前記質量比に反比例させて設定し、前記第１の移動体の移動プログラムのプログラムブロックを順次に先読みし、移動の開始点及び終点の位置と、移動方向のデータを得て、得られたデータに基づきカウンタ移動体の移動量を計算して求め、該求めた移動量がカウンタ移動体の当該先読みプログラムブロックの実行開始時の位置からの可能移動量であるか否かを判別し、可能移動量以内である場合には、前記第１の移動体が前記先読みしたプログラムブロックに基づいて移動するとき、前記カウンタ移動体を前記求めた加速度と移動量に基づき移動させられるように前記カウンタリニアモータを制御し、然らざる可能移動量以上である場合には、前記第１の移動体が前記先読みプログラムに基づいて移動を開始させられる前に、前記カウンタ移動体を移動可能な所定位置に位置決め移動させる移動制御装置を有することを特徴とする位置決め移動装置。
【請求項２】
前記カウンタ移動体の移動可能な所定の位置が、前記カウンタ移動軸の何れか一端のストロークカウンタの基準点位置、または、移動可能な領域内の第１の移動体の移動に対するカウンタ平衡の最適位置であることを特徴とする請求項１に記載の位置決め移動装置。
【請求項３】
前記求めた移動量が可能移動量以上である場合の、前記カウンタ移動体に対する移動可能な所定の位置への位置決め移動が、前記先読みプログラムブロックの実行開始を一時停止して行なわれるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め移動装置。
【請求項４】
前記移動体駆動装置が、前記第１の移動体側を上、カウンタ移動体を下側として機枠が基台上に、移動軸を水平一軸に一致させて取り付けられ、前記第１の移動体上に載物台を取り付けるテーブルが、設けられることを特徴とする請求項１、２、または３に記載の位置決め移動装置。
【請求項５】
前記移動体駆動装置が、前記第１の移動体側を上、カウンタ移動体を下側として機枠が基台上に、移動軸を水平一軸と一致させて取り付けられ、該移動体駆動装置の上側第１の移動体上に、第２の移動体駆動装置がカウンタ移動体を下側とすると共に移動軸を前記第１の移動体駆動装置の移動軸と水平面上で直角に交叉させて取り付け、前記第２の移動体駆動装置の第１の移動体上に載物台を取り付けるテーブルが設けられることを特徴とする請求項１、２、または３に記載の位置決め移動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程で使用するステージ装置、あるいは各種の小型の精密加工機あるいは各種精密測定機などでの位置決め移動装置、特に水平テーブルの位置決めの急加減速移動に伴う振動の発生を防止した移動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水平テーブルの直交２軸移動を、高速度で、従って大きな急加減速で行なうためにリニアモータが駆動源として利用されるようになって来ている。そして、その際の直線案内の軸受けとしては、直線レールとリニアモーションボール又はクロスローラベアリングとの組み合わせからなる機械的なものから、気体や液体等の流体を使用する静圧ベアリングや磁気浮上ベアリング等が使用されて上記の大きな急加減速の加速度を１Ｇ前後、または、それ以上が実現できるようにしている。
【０００３】
しかし、軸移動の加減速の加速度を１Ｇ前後、またはそれ以上の大きな値に設定すると、加減速時の大きな推力に対する反作用により装置全体に振動および歪を生じさせるので、装置を大型で丈夫に作り、しっかり固定する必要がある。そして、このための対策として、水平方向の直線移動軸につき往復移動可能に設けられた主移動体と該主移動体を駆動走行させる主リニアモータとから成る一軸テーブルに対し、前記主移動体に平行なカウンタ移動軸とカウンタウェイトのカウンタ移動体とカウンタリニアモータとから成る移動装置を設け、前記主リニアモータによる主移動体の駆動時に、前記カウンタ移動体をカウンタリニアモータにより同期して逆向きに駆動走行させて、前記反作用を相殺させることが知られている（例えば、特許文献１、または特許文献２参照。）。
【０００４】
この場合、カウンタ移動体の移動装置を、主移動体の移動装置に対して、夫々の主移動軸とカウンタ移動軸とが、水平台上において一軸に直線に繋がる配置、構成（構成Ａという）の外、例えば、定盤の両面に平行に背向させて設ける構成（構成Ｂという）も知られている（例えば、特許文献３、または特許文献４参照。）。
【０００５】
本発明は、後で詳しく説明するが、前述小型の精密加工機などにおけるテーブルなどの位置決め移動装置に係るものであるから、前述特許文献１や２に記載の前記構成Ａの移動装置では、水平方向の寸法が大凡２倍と長大となり、そして、無駄も多くなるところから採用し難いものである。
【０００６】
また、前述特許文献３や４に記載の前記構成Ｂの移動装置では、特許文献３のものの場合、直交２軸であるものの水平２軸でない上にＸステージには防振機構がなく、そして、カウンタウェイトとその駆動リニアモータの防振機構を有するＹステージは、滑車に掛け渡した金属べルトによりカウンタウェイトに連結されて吊られた構成であるから之等を水平２軸テーブルに適用することは難しいものである。また、上記特許文献４に記載のもの（特に図６）は、未だ水平一軸移動装置の域を出るものではないのである。
【０００７】
このため本発明の目的を達するためには、例えば、テーブル形形彫り放電加工機などと称される通常型の工作機械のように、ベッド上にリニアモータ駆動の２軸を水平に交叉積層させ、その上にテーブルを設けた構成（例えば、特許文献５の図４参照。）とし、そのリニアモータ９０、９２を有する直交２移動軸を夫々カウンタウェイトとカウンタリニアモータを有する防振機構付きの移動装置の構成（例えば、後に説明する２００２年７月５日付け特許出願の特願２００２−１９６６８２号明細書及び図面参照。）とすることが要請されるものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３５２７４６号
【特許文献２】
特開２０００−２１６０８２号
【特許文献３】
特開２０００−３５２５９２号
【特許文献４】
特開２００１−３１５０５１号
【特許文献５】
特開平８−３０９６２０号
【０００９】
前述水平２軸を交叉積層させて設ける防振機構付き移動装置の一例につき図５乃至図９につき説明する。
この図５乃至図９に示すリニアモータの全てが、１次側の励磁コイルが積層珪素鋼板等の巻回鉄芯を有しない、所謂コアレス型の多相交流リニアモータの場合のものであるが、後述本発明の実施には一部または全部が巻回鉄芯を使用した有磁芯型のリニアモータを使用するようにしてもよく、また、図示説明のものは、励磁コイルを有する１次側を固定した固定子、磁石片を列設したヨーク鉄芯の２次側を可動子とした場合を示していないが、一部または全部のものを慣用のように上述とは逆の１次側の励磁コイル側を可動子とする構成配置としてもよい。
【００１０】
図５は本発明移動体駆動装置の一実施例の平面図、図６は図５のＡ−Ａ線に沿う一例の左側断面図、また図７は図５のＢ−Ｂ線側方から見た一部透視側面図であり、図８及び図９は、移動体駆動装置に用いられるコアレス多相交流リニアモータを形成する永久磁石を配置した可動子とコアレスコイルを配置した固定子の各一例示の構成を示す斜視説明図である。
【００１１】
図８及び図９において、図８の可動子１が、リニアモータの当該可動子１の移動方向２に長尺で、平行に板状体のコアレスコイル３を挿入する間隔を置いて相対向する一対の板状体ヨーク４Ａ、４Ｂと、移動方向の両端において両板状体ヨーク４Ａ、４Ｂを結合するサイドヨーク５Ａ，５Ｂを有し、側方から見て、図８の場合上または下から見て、移動方向に長尺ロの字状に貫通した枠状体から成り、前記板状体ヨーク４Ａ、４Ｂの各対向面には、夫々永久磁石片６Ａ−１、６Ａ−２、・・・６Ａ−ｉ・・・６Ａ−ｎ、６Ｂ−１、６Ｂ−２、・・・６Ｂ−ｉ、・・・６Ｂ−ｎが、移動方向に順次に異極となるように列設されていて、移動方向に細幅の磁気ギャップ６を形成している。
【００１２】
之に対し、前記磁気ギャップ６に両側に略等しい微小間隔を置いた状態に挿通されてギャップと直角方向に相対移動する板状体のコアレスコイル３は、移動方向の両端に必要に応じて設けられるエンドプレート３Ａ、３Ｂと、該エンドプレート３Ａ、３Ｂの両端間を結合する一対のコイルベース３Ｃ、３Ｄによって囲み形成された板状部に、前記少なくとも一方のコイルベース３Ｃ、またはさらにエンドプレート３Ａ、３Ｂ間に掛け渡して設けられた反磁性、常磁性、または非磁性体からなるコイル設置枠７に、単線を中空孔８を有せしめて所定数集中巻きして成り、略扁平状に成形した各相のコイル３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ、３Ｕ，・・・が、移動方向に順次に配列するように、また、図示した図９の場合重ね巻きにした状態で板状体に成形され、全体または少なくとも前記各相のコイル３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ・・・部分を包むように、例えば、エポキシ樹脂モールドして、前記各エンドプレート３Ａ、３Ｂおよび両端縁のコイルベース３Ｃ、３Ｄと一体に固着されている。
【００１３】
前記各相のコイル３Ｕ、３Ｖ、３Ｗは、例えば、φ０．４４ｍｍの単線を、前記中空孔８に相当する断面１７×５０ｍｍの仮巻枠に、幅４ターン（約２ｍｍ幅）で、１９層（７６ターン）にわたり集中巻きしたものを、前記仮巻枠から抜き出すことにより製作されるもので、該コイルを各相少なくとも各１個の１セット、通常例えば９個の如く３セットを前述及び図９に一部示したように、両端エンドプレート３Ａ、３Ｂ間に掛け渡して設けられた板状の非磁性体のコイル設置枠７に、移動方向に順次に重ね巻き状になるように中空孔８に挿通して配置し、各コイル３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ、・・・のリード線は、例えば、一方のコイルベース３Ｃに設けたケーブル引出し口３Ｌより引き出されるものである。
【００１４】
また、前記板状のコイル設置枠７としては、図示のものの場合コアレスコイル３側が固定子３である所から、材料的には、前述反磁性、常磁性、または非磁性体であれば良く、所定強度のあるエンジニアリングプラスチックや高強度および耐熱性の酸化物系または非酸化物系のセラミックス等を使用し得るものの、高負荷での使用を性能良く繰り返し作動させるには、常磁性のＡｌまたはＡｌ合金、反磁性のＣｕまたはＣｕ合金、或いは極非磁性のオースチナイト系の高耐蝕性ステンレス鋼を用いて、冷却手段や冷却構成を付設または内設し得るようにすることが望ましい。しかして、斯種の多相交流コアレスリニアモータについては、例えば、実開平６−６２７８６号公報や特開平１０−２３７３５号公報などにより既に知られているので、さらなる詳説は不要と考えられるので省略する。
【００１５】
図５乃至図７において、コアレスコイル３−１、板状体ヨーク４Ａ−１、４Ｂ−１、及び永久磁石片６Ａ−ｉ、６Ｂ−ｉとから成る、前述図８の可動子１と、図９の固定子３との組み合わせの如き一の交流コアレスリニアモータと、コアレスコイル３−２、板状体ヨーク４Ａ−２、４Ｂ−２、及び永久磁石６Ａ−ｉ、６Ｂ−ｉとから成る前記の一のものと同様な二の交流コアレスリニアモータとの２個のリニアモータを図示例示の場合両者の移動方向を平行にして、上下に微小間隔（０．５ｍｍ前後）を隔てて積層または並置した状態で軸移動の方向と直角方向の断面がコの字状で、上下が開放した状態に形成された機枠９に以下のようにして取り付けられている。
【００１６】
前記機枠９は、図示実施例の場合、移動方向に可動子１の移動限界長さをカバーする程度の長さを有する定盤９Ａと、前記移動方向の中央部に移動方向と直角方向に間隔を置いて固定して設けられた一対の側壁９Ｂ、９Ｃとから構成されている。そして、前記一及び二の各リニアモータの固定子のコアレスコイル３−１、３−２の移動方向と直交する方向の両端縁部のエンドプレート３Ａ、３Ｂとコイルベース３Ｃ、３Ｄ部が、前記両側壁９Ｂ、９Ｃから夫々対向方向に延出して設けられた固設杆９Ｄ、９Ｅにしっかりと固定保持されている。
【００１７】
また、磁気ギャップ６−１、６−２を形成する磁石片と板状体ヨーク４Ａ−１、４Ｂ−１、４Ａ−２、４Ｂ−２及びサイドヨークから成る可動子、または、該可動子のヨーク補強用に設けられた断面板状乃至コの字状の可動子枠体１０Ａ−１、１０Ａ−２を介し、前記機枠９の相対向する側壁９Ｂ、９Ｃに、移動方向に沿って設けた直線案内装置１１により案内保持されている。そして、図示例示の場合は、下側の二のリニアモータが、定盤９Ａ表面と微小間隔を隔てた状態で、移動方向に伸びるように可動子枠体１０Ａ−２の両端側壁に設けた直線案内のレール１１ＡＬ−２、１１ＢＬ−２と、機枠９の側壁９Ｂ、９Ｃの下方に移動方向に間隔を置いて２個以上設けた直線案内の軸受１１ＡＢ−２、１１ＢＢ−２との間で案内保持されており、かかる構成は上方側の一のリニアモータも同様で、二のリニアモータに向かい合うような構成、配置でその可動子がコアレスコイルの固定子に対するように側壁９Ｂ、９Ｃに案内保持されていること当然である。
【００１８】
この移動体駆動装置の場合、工作機械などのベッド、コラム、または機枠等の固定部に対して取り付け固定される機枠９にセンサなどの検出器１２Ａに対し、上方側の一のリニアモータを図示の上下に替えて水平方向に並設した横向きに立てた状態の設置とすることができる。また、この移動体駆動装置を工作機械の加工ヘッドや加工主軸の垂直軸に平行な送りに使用する場合には、移動方向に縦に立てた状態に取り付け使用されること当然である。
【００１９】
１２は直線位置検出装置で、移動体駆動装置を構成する一対のリニアモータの、上方側のリニアモータのコアレスコイル固定子、図示の場合一方の固設杆９Ｅにセンサ等の検出器１２Ａを、可動子、図示の場合ヨーク鉄芯４Ｂ−１に直線スケール１２Ｂを移動方向に設けたもので、下側のリニアモータに同様に設けた位置検出装置は図示では省略してあり、各固定子に対する可動子の移動位置を検出して、両リニアモータの図示しない各駆動制御装置に検出信号をフィードバックして駆動を同期して制御、後述するように、通常逆向きに同期して移動するように構成され、上方側リニアモータ駆動による反力を、下側リニアモータ駆動により相殺して、防振するものである。この場合、上方側のリニアモータの直線位置検出装置を高い分解能（例えば、下側用０．２μｍに対して０．１μｍ）のものを使用するのが好ましい。
【００２０】
しかして、かかる構成の移動体駆動装置は、後述するように、例えば、小型精密級の工作機械の加工ヘッドや加工主軸と対向する水平方向のベッド上等の固定部に、上記移動体駆動装置の機枠９をリニアモータの可動子の移動方向を水平方向の所要の一軸と平行にして取り付け、一軸加工テーブル駆動装置などとして使用する場合には、載物台などを取り付けるテーブルを可動子枠体１０Ａ−１に設けるか、該枠体に兼用させるものである。
【００２１】
また、以上の如き移動体駆動装置によれば、可動子の移動に対して干渉する磁気吸引力が無く、またコギングの少ない多相交流コアレス型のリニアモータを使用し、そして一対の一及び二のリニアモータ間の駆動時の反作用力の発生位置が移動しない一定の位置となるように磁石片を取り付けたヨーク鉄芯を可動子、即ちコアレスコイル側を固定子とする方式とし、かつその際一及び二のリニアモータの各コアレスコイルの固定子３−１、３−２を相互により近い位置にある配置構成として偶力の発生を押さえ、さらにリニアモータ自体もモーメント荷重の少ない構造で、取り付ける加工テーブルを含む可動子側の質量を出来るだけ小さくするよう可動子枠体１０Ａ−１、１０Ａ−２や加工テーブルとして、軽金属・合金、酸化物系や非酸化物のセラミックス、各種の強化プラスチック、あるいは軽金属とセラミックスとの複合材などを使用するものである。そしてまた、軸移動により発生する力のうちに、レールと軸受との組合わせからなる各直線案内装置に、案内方向と垂直方向に作用する力が無いか、出来るだけ小さくなるように構成されているものである。
【００２２】
なお、上述移動体駆動装置に於ける一対の一及び二のリニアモータは、上方側の一のリニアモータを永久磁石片を列設した枠状ヨーク４Ａ−１、４Ｂ−１及びサイドヨークと、図示例の場合可動子枠体１０Ａ−１を含む可動体から成る第１の移動体を駆動する第１のリニアモータと呼称し、これに対し下側の二のリニアモータを下側可動体から成るカウンタ移動体を駆動するカウンタリニアモータなどと呼称することとする。
【００２３】
前述のように防振構造に構成した図５乃至図７等に図示の移動体駆動装置を工作機械等の水平位置決めテーブル等として用いようとすると、前記テーブルが前述した水平一軸テーブルであったとしても、上方の第１の移動体の可動子１０Ａ−１上には、通常載物台等を取り付けるテーブル盤等が設けられ、仮に可動子枠体１０Ａ−１にテーブル盤を兼用させたとしても、何等から載物台と工作物が設置されることになるから、上方の第１の移動体と下側のカウンタ移動体とでは、前者の重量が後者の重量を可成り上廻ることになるから、上側第１のリニアモータ駆動による発生反作用を下側カウンタリニアモータによって相殺する駆動には前述の如くかかる重量に基づく下側カウンタリニアモータに対する重量補償が必要になるものである。
【００２４】
図１０は、前述図５乃至図７の移動体駆動装置のまま、即ち、第１の移動体とカウンタ移動体との間に重量差が殆ど差が無い状態で、第１のリニアモータとカウンタリニアモータとを同期させ駆動加速、定速走行、そして減速停止させた場合の各時間に対する速度特性図で、両者の全移動時間は同一で、同一の加速時間（ｔ１＝ｔ２）で、同一の定速度（Ｖｘ１＝Ｖｘ２）に加速され、この同一の速度で同一時間（Ｔｘ１＝Ｔｘ２）移動し、次いで同一の減速時間で減速して（位置決め）停止することを示している。
【００２５】
図１１は、前述第１の移動体側に、テーブル盤、載物台、及び工作物等を取り付けることによりカウンタ移動体に対して重量が大きくなった場合の第１のリニアモータとカウンタリニアモータの速度特性図で、第１のリニアモータを前述図１０の場合と同一の駆動特性となるように駆動制御した場合として示したもので、加減速度±αはα１＜α３に、また加速によって得られた一定速度の移動速度もＶｘ１＜Ｖｘ３に前記移動体間の重量偏差に応じて補償されているものである。
【００２６】
図１２は、このような各移動体に対するリニアモータによる位置決め駆動制御装置のブロック線図で、各第１の移動体とカウンタ移動体は、各第１のリニアモータとカウンタリニアモータとにより同期して互いに逆向きに移動することの外は、同一の位置決め移動制御装置により、全体の移動時間が同一で、加速時間、減速時間及び定速移動時間が同一の位置決め移動を、カウンタリニアモータ側の入力位置指令を、第１の移動体との重量偏差により予めの計測設定により、または計測信号などから演算して補償し、作動させることにより、設置した工作機械などの起振が十分に防止され、機械本体の質量を軽減し、精度の高い加工を確実に可能とし、位置決め速度を向上させ、従って卓上型などの小型精密級の加工装置を得ることができる。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第１の移動体とカウンタ移動体との重量偏差が大きくなると、カウンタ移動体側が第１の移動体よりも大きい加速度で移動する期間は大きい減速度で移動する期間より相殺されるにしても、加速により到達した早い一定速度で移動する時間が、カウンタ移動体側の遅い一定速度で移動する時間と同一なため、到来するプログラムブロックによりカウンタ移動体を指令位置に位置決め移動させようとしたとき、カウンタ移動軸に移動可能ストロークが不足すると言う不測の事態を生ずることがあった。
【００２８】
特に前述してきた卓上型などの小型で精密級の加工装置や計測装置等を構成するには、ＸＹ等の水平直交２軸を、前述図５乃至図７のような防振形の第１の移動体駆動装置をベッド等の基台上に水平一軸、例えばＹ軸として設置したうえ、例えば第１の移動体１０Ａ−１の上面に、前記第１の移動体駆動装置と同様な構成の第２の移動体駆動装置を、機枠９ごと軸を直交させて、Ｘ軸として載せて取り付け、さらにこのＸ軸の移動体駆動装置の上方の第１の移動体上に、載物台などを取り付けるテーブル等を設ける構成となるため、第１の移動体駆動装置の下側カウンタ移動体に対する上方第１の移動体の重量比が、３．０倍余に及ぶことも少なくなく、カウンタ移動体の移動量が３倍余と言うことであるから、カウンタ移動体側の移動余有ストロークが足りなくなることも起こりえるものである。
【００２９】
このため、予め、または加工作業に先だって製作した加工等のＮＣプログラムに就いては、予めチェックをすることが必要なだけでなく、ＣＡＤ／ＣＡＭなどの常套手段によって製作されたＮＣプログラムに就いては、付加、修正などの手直しが必要になり、使用上障害が有った。
【００３０】
そこで、本発明は、一の機台または機枠に対し、テーブル等が取り付けられる第１の移動体と、該第１の移動体に対すルカウンタ移動体とを、互いに平行な第１の移動軸とカウンタ移動軸とに沿い往復移動可能に設け、前記各移動体を各別の位置指令により位置決め移動させるリニアエンコーダを含む制御回路によって駆動される第１のリニアモータとカウンタリニアモータとにより同期して互いに逆向きに移動させるようにした駆動力の反作用相殺による振動防止形の移動体駆動装置において、前記各移動体の重量に基づく質量比を求め、前記カウンタリニアモータの加速度を含む速度特性を重量補償して反作用相殺を図るようにしても、当該移動体駆動装置を加工や計測等のために制御駆動するＮＣプログラムを予めチェックしたり付加、変更等を要することなく作動させることができる移動制御装置を得ることを目的とする。
【００３１】
前述の本発明の目的は、（１）一つの機台または機枠に対し、第１の移動体と該第１の移動体に対するカウンタ移動体とを、互いに平行な第１の移動体軸とカウンタ移動軸に沿い往復移動可能に設け、
各別の位置指令により位置決め移動させるリニアエンコーダを含む制御回路によって駆動される第１のリニアモータとカウンタリニアモータとにより、前記各移動体を同期して互いに逆向きに移動させるようにした移動体駆動装置であって、
前記各移動体の重量に基づく質量比を求め、前記カウンタリニアモータの加速度を前記質量比に反比例させて設定し、前記第１の移動体の移動プログラムのプログラムブロックを順次に先読みし、移動の開始点及び終点の位置と、移動方向のデータを得て、得られたデータに基づきカウンタ移動体の移動量を計算して求め、該求めた移動量がカウンタ移動体の当該先読みプログラムブロックの実行開始時の位置からの可能移動量であるか否かを判別し、可能移動量以内である場合には、前記第１の移動体が前記先読みしたプログラムブロックに基づいて移動するとき、前記カウンタ移動体を前記求めた加速度と移動量に基づき移動させられるように前記カウンタリニアモータを制御し、然らざる可能移動量以上である場合には、前記第１の移動体が前記先読みプログラムに基づいて移動を開始させられる前に、前記カウンタ移動体を移動可能な所定位置に位置決め移動させる移動制御装置を有することを特徴とする位置決め移動装置とすることにより達成される。
【００３２】
また、前述の本発明の目的は、（２）前記カウンタ移動体の移動可能な所定の位置が、前記カウンタ移動軸の何れか一端のストロークカウンタの基準点位置、または、移動可能な領域内の第１の移動体の移動に対するカウンタ平衡の最適位置である前記（１）に記載の位置決め移動装置とすることにより達成される。
【００３３】
また、前述の本発明の目的は、（３）前記求めた移動量が可能移動量以上である場合の、前記カウンタ移動体に対する移動可能な所定の位置への位置決め移動が、前記先読みプログラムブロックの実行開始を一時停止して行なわれる前記（１）または（２）に記載の位置決め移動装置とすることにより達成される。
【００３４】
また、前述の本発明の目的は、（４）前記移動体駆動装置が、前記第１の移動体側を上、カウンタ移動体を下側として機枠が基台上に、移動軸を水平一軸に一致させて取り付けられ、前記第１の移動体上に載物台を取り付けるテーブルが、設けられる前記（１）、（２）または（３）に記載の位置決め移動装置とすることにより達成される。
【００３５】
また、前述の本発明の目的は、（５）前記移動体駆動装置が、前記第１の移動体側を上、カウンタ移動体を下側として機枠が基台上に、移動軸を水平一軸と一致させて取り付けられ、該移動体駆動装置の上側第１の移動体上に、第２の移動体駆動装置がカウンタ移動体を下側とすると共に移動軸を前記第１の移動体駆動装置の移動軸と水平面上で直角に交叉させて取り付け、前記第２の移動体駆動装置の第１の移動体上に載物台を取り付けるテーブルが設けられる前記（１）、（２）、または（３）に記載の位置決め移動装置とすることにより達成される。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、既述の如き反作用相殺による振動防止型の移動体駆動装置を、高加速、高速度での高速加工を目的とした卓上型等の小型精密マシニングセンタのＺ軸コラムの加工主軸と、ベッド上のＸＹ水平２軸の３軸全部に適用した場合の、本発明の位置決め移動制御装置の適用が好適な一実施例の機械構造を説明するためにカバを取り外して示した正面図と側面図で、例えば、全重量大凡５００ｋｇ、大きさＷ５００×Ｌ６５０×Ｈ９００ｍｍ、Ｘ軸、５００Ｎ／１５ｋｇ＝３．３Ｇ、ストロークは、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸共に約１００ｍｍで、最大加工物重量４ｋｇ、主軸ユニット重量５ｋｇ以内とし、全軸夫々１．５Ｇの移動とした時の機械変位を大凡３μｍ以内にせんとするものである。
【００３７】
図において、２０は基盤ベッドで、該ベッド２０に立てられた枠組みの機枠２１によってコラム２２が保持されている。コラム２２上部には、移動方向の一方の端部に、第１のリニアモータ２３Ａ、とカウンタリニアモータ２３Ｂの各移動体の端部間を連結した索条２３Ｄを掛け渡すカウンタプーリ２３Ｃを設けたタイプの第３の移動体駆動装置２３が、前記カウンタプーリ２３Ｃを設けた側を上側として取り付けられ、駆動による移動作動の出力側である第１のリニアモータ２３Ａ側の図示しない可動子を含む第１の移動体には加工主軸２４が取り付け保持されている。なお、図示の場合、前記カウンタプーリ２３Ｃは、移動体駆動装置２３の機枠ではなく、該機枠を介して移動体駆動装置２３を取り付けた工作機械の固定部、図示の場合コラム２２に取り付け、カウンタプーリ２３Ｃの軸に作用する応力が、移動体駆動装置２３の機枠など、延いては直線案内装置に作用しないように配置されている。
【００３８】
これに対する水平面上のＸＹクロステーブルの場合、従来は、水平な基盤ベッド２０上に、移動方向の両端に対向する機枠に夫々図示しないカウンタプーリを設け、該各カウンタプーリに夫々の側で相対する第１のリニアモータ２５Ａ、とカウンタリニアモータ２５Ｂの端部間を、前記夫々の側のカウンタプーリを介して掛け渡した索条により夫々連結したタイプの第１の移動体駆動装置２５が、駆動移動の出力側である第１のリニアモータ２５Ａ側を上にして載置、または必要に応じ取り付け固定する構成が採られていたが、この構成では第１のリニアモータ２５Ａをカウンタリニアモータ２５Ｂとが、実質上一体で、同一移動量の移動で直線位置検出装置が１個で良いものの、前述した移動速度特性の重量補償が出来ず、反作用相殺が不充分であった。
【００３９】
即ち、前記第１の移動体駆動装置２５の軸移動の方向を、水平方向の１軸、例えばＹ軸とすると、該第１の移動体駆動装置２５の駆動移動の出力側であって、図示の実施例で上側に位置する第１のリニアモータ２５Ａの図示しない第１の移動体である可動子枠体上には、Ｘ軸に移動する第２の、前述の如きカウンタプーリが設けられていないタイプのもう１つの移動体駆動装置２６が取り付けられ、またこの第２の移動体駆動装置２６の駆動移動の出力側である、図示の場合上側である第１のリニアモータ２６Ａの図示しない可動子枠体などの上には、工作物等を載置固定する加工テーブル２７などが設けられるわけで、この第１の移動体駆動装置２５の、第１のリニアモータ２５Ａが駆動する第１の移動体と、カウンタリニアモータ２５Ｂが駆動するカウンタ移動体との重量比は、前述３・０または、それ以上と大きく上廻わるものである。
【００４０】
そして、前述したところから明らかなように、図示していないが、本発明では、前記第１及び第２の移動体駆動装置２５、２６、或いはさらに必要ならば、第３の移動体駆動装置２３に於いて、出力側の各第１の移動体を駆動する各第１のリニアモータ２５Ａ、２６Ａ駆動に対して、反作用打消し側の各カウンタ移動体を駆動する各カウンタリニアモータ２５Ｂ、２６Ｂの駆動を前述重量補償して行なうものであるから、前記各移動体駆動装置には、第１の移動体とカウンタ移動体間に互に別個独立に、位置信号を検出してフィードバック制御するリニアスケールと読み取りセンサとの組み合わせから成る直線位置検出装置が設けられているものである。
【００４１】
ここで前記第１の移動体駆動装置２５に於けるカウンタ移動体を駆動するカウンタリニアモータ２５Ｂの、所定のＮＣプログラムに基づくＮＣ装置から動作指令に応ずる本発明のカウンタ軸の動作処理の態様を図３の流れ図により説明する。ステップＳ１でカウンタ軸の動作に関するＮＣプログラムの解読が開始されると、ステップＳ２で運転プログラムの先読みが開始され、当該先読みのプログラムを解析し、位置情報、モーダル情報等が取得される。ステップＳ３で、当該取得したプログラムブロック中の解析情報中に、カウンタ軸駆動のカウンタリニアモータ２５Ｂに対する運転指令の有無を判別する。この判別処理によって、カウンタ軸に対する運転指令がないと判別されると、解析されたプログラムの情報は、ステップＳ４で運転用バッファに転送され、ステップＳ５で運転動作を開始し、進んで、ステップＳ６で運転プログラムの残余の判別をし、ＮＣプログラムが終了している場合にはステップＳ１３で運転を終了させるが、ＮＣプログラムが終了していない場合には、前述ステップＳ２の運転プログラムの先読み開始に戻ることになる。
【００４２】
前記ステップＳ３で、解析した先読みプログラム中にカウンタリニアモータ２５Ｂに対する運転指令が有ると判別されると、ステップＳ７で、カウンタ移動体のカウンタ軸上の現在位置と、前記得られた運転指令中の移動の開始点及び終点の位置と移動方向のデータあるいはさらに該データによって求めた移動量などから、その運転指令によるカウンタ軸動作が可能か、即ち、カウンタリニアモータ２５Ｂにより指令された方向の移動量の移動が可能か否かを判別し、運転指令に応じた軸動作が可能な場合には、ステップＳ８で運転プログラムにカウンタ運転用のプログラムを追加し、前述ステップＳ４の運転用バッファへ転送するプログラムに追加して運転を実行させる。
【００４３】
前記ステップＳ７で、指令された運転データの運転又は移動動作が出来ない（通常指令移動量に対し、軸移動可能ストロークが足りない）、と判断された場合、次のステップＳ９として、運転を停止し、プログラムの修正手直しをするか、設計変更によるプログラムの再製作、または取り止め等の対策が考えられるが、本発明では、前記ステップＳ９に替えてステップＳ１０の運転一時停止の措置を取り得るようにし、該ステップＳ１０を選択した場合には、次のステップＳ１１に移行してカウンタ軸のカウンタ移動体をカウンタリニアモータ２５Ｂで、前記運転指令による方向（プラス又はマイナス方向）及び移動量の移動が可能な所定位置に、単独で、即ち、対の第１のリニアモータ２５Ａは停止したままで、移動させ、移動が終了した所でステップＳ５の運転動作を開始させるものである。
【００４４】
前述ステップ１０の運転一時停止は、第１の移動体駆動装置の同時作動の第１のリニアモータ２５Ａ及びカウンタリニアモータ２５Ｂの非駆動又は停止時、好ましくは前記先読みプログラム解析による運転開始前の動作開始直前、または所定複数の先読みプログラムによる動作開始前の停止直前とするか、又は前述ステップＳ４の運転バッファへのプログラムの転送状態である運転情報検知手段Ｓ１２により、前記ステップＳ１０による運転一時停止時点として前述の所望時点を選択実行するものである。
【００４５】
また、前述ステップＳ１１で、カウンタリニアモータ２５Ｂによるカウンタ移動体の移動を、「運転指令による方向及び移動量の移動が可能な所定位置」としたのは、運転指令による方向及び移動量の移動が可能な領域内ならば何処でも良いのであるが、移動体駆動装置２５のカウンタ移動体が、第１の移動体の移動に伴う反作用相殺の移動をするものであるから、前記移動が可能となる領域内で、第１の移動体の当該先読みプログラムによる移動により生ずる反作用に対して、最適な反作用相殺位置を計算等により求めて移動する場合があることを示唆しているものである。しかして、後述する運転移動の具体例では、前述「所定位置」がカウンタ軸のプラスカウント開始側軸端（プラスカウンタ基準点＝０）、又はプラスカウント終了側軸端（マイナスカウンタ基準点＝９４．０ｍｍ）に選定されているものである。
【００４６】
図４は、前記第１の移動体駆動装置２５の第１の移動体を駆動して移動させる第１のリニアモータ２５Ａの或るプログラムによる移動速度の時間特性図（上側線図）と之に対応しカウンタ移動体を反作用を相殺するようにカウンタリニアモータ２５Ｂにより移動させるようにした該カウンタリニアモータの移動速度の時間特性図（下側線図）である。
なお、第１の移動体の重量ｍ１と、カウンタ移動体の重量ｍｃとの重量比ｍ１／ｍｃ＝３．５（一定に設定）で、第１の移動軸の最大ストロークは前述９４．０ｍｍ、カウンタ移動体を第１の移動体と同期して逆向きに移動させる（カウンタ運転）は、第１の移動体の直線補間と円弧補間による移動の実行時である。
【００４７】
Ｘ軸である第２の移動体駆動装置２６上のテーブル２７を、第１のリニアモータ２５ＡによってＹ軸方向に移動させる第１の移動体は、原点復帰後プラスカウンタ基準点の位置（Ｙ＝０．０ｍｍ）に停止しており、作業開始位置（Ｙ＝２０．０）への位置決め移動のサイクルスタート時（Ａ）、ブロックプログラムを先読みし、プログラムＧ０１Ｙ２０．０ｍｍの開始点と終点を算出し、移動方向を確認する。尚、カウンタ軸のカウンタ移動体は第１の移動軸と逆向きをプラスとするプラスカウンタ基準点の位置（Ｙ＝０．０ｍｍ）に位置しているものとする。Ｇ０１の開始点のＹ軸座標位置は２０．０、終点の位置は４０．０で、移動方向はプラス、よってカウンタ移動体の移動量は、２０．０ｍｍ×３．５＝７０．０ｍｍとなり、カウンタ軸の移動可能ストロークをチェックすると、９４．０ｍｍで動作可能であるからカウンタ運転（カウンタ移動体を第１の移動体のプログラムによる移動時に同時に同期させて逆向きに移動させる運転）を実行させることとする。即ち、図のように、このＧ０１Ｙ２０．０の実行時にカウンタ移動体に逆向きのＧ０１Ｙ７０．０の移動を同時に実行させることになる。
【００４８】
次のプログラムＧ０１Ｙ−１０．０は、例えば、プログラムＧ０１Ｙ２０．０のスタート時に先読みしておくと、カウンタ軸の現在位置は７０．０ｍｍで移動方向と移動量は、−１０．０×３．５＝−３５．０であるからカウンタ運転はそのまま実行可能であるから、カウンタ運転をそのまま実行させる。
【００４９】
次の、Ｇ００Ｙ５０．０は、次の作業開始位置への位置決め移動で、この移動の実行時（Ｂ）に、次のプログラムＧ０１Ｙ−２０．０を先読みし、開始点と終点を計算し、移動方向を確認する。
Ｇ００Ｙ５０．０
Ｇ０１Ｙ−２０．０
より、Ｇ０１の開始点の座標値Ｙ＝８０．０ｍｍ、終点Ｙ＝６０．０ｍｍ、移動方向マイナスと言うことになる。
しかるところ、カウンタ移動体の移動量は−７０．０ｍｍと言うことになるが、カウンタ移動軸上の現在位置は、３５．０ｍｍであるから、このままではＧ０１Ｙ−２０．０のカウンタ運転は出来ないので、之を可能とするために方向を考慮して、カウンタ移動体を現在位置から３５．０ｍｍ以上カウンタマイナス基準点（＝９４．０ｍｍ）側へ、例えば、５９．００ｍｍの移動でマイナス基準点の位置に、第１の移動体がＧ００Ｙ５０ｍｍの位置決め移動を終了させる前迄に移動を完了させるよう作動させるものである。
そうすると、第１の移動体に対する前記Ｇ０１Ｙ−２０．０の実行時に、カウンタ軸移動体は、位置Ｙ＝９４．０ｍｍにあり、−７０．０ｍｍのカウンタ運転を同期して行なうことが出来る。
【００５０】
次のＧ０９は、イクザクトストップ指令（Ｃ）であるが、その次にプログラムブロックＧ０１Ｙ−２０．０があるので、これを前述の場合と同様に先読みすると、Ｇ０１の開始点の座標値Ｙ＝６０．０ｍｍ、終点Ｙ＝４０．０ｍｍ、移動方向マイナス、そしてカウンタ移動体の移動量は−７０．０ｍｍであるが、現在位置Ｙ＝２４．０ｍｍからの移動は不可能であるから、カウンタ移動体を７０．０ｍｍプラスへ移動させてカウンタマイナス基準点位置へ位置決め運転により移動させる。しかして、この場合プログラムは、イクザクトストップＧ０９であるから、カウンタ移動体の位置決め移動終了により、当該プログラムＧ０１Ｙ−２０．０がカウンタ運転−７０．０ｍｍを伴って実行されることになる。
【００５１】
次のプログラムブロックＧ０１Ｙ−１０．０は、カウンタ移動体の移動量として−３５ｍｍが必要であるが、現在位置がＹ＝２４．０ｍｍであるから、カウンタ移動体に対する予めの位置決め移動処理が必要なところ、Ｇ０１プログラムブロックの連続と、その連続する各プログラムブロックの実行に於いて、カウンタ移動体のカウンタ運転のためのストローク確保に予めの位置決め移動処理が必要な移動特性の移動であったことによる。
かかる場合を想定して、プログラムの内容により判別して、又は常に２以上のプログラムブロックを先読み処理してストアしておく等の事が考えられるが、前述の図３のステップＳ９に示したようにアラーム停止（運転不可）、また、ステップＳ１０で示したように、強制的にイクザクトストップ状態にとして、カウンタ移動体を、例えば、カウンタマイナス基準点に位置決め移動させて、カウンタ運転を伴うプログラムブロックＧ０１Ｙ−１０．０の実行に移行させる対応を選定するようにも出来る。また、連続するプログラムブロックＧ０１とＧ０１間に、プログラムを先読みしてカウンタ移動体の位置を修正する短い停止時間を設けて置くようにしても良い。
【００５２】
【発明の効果】
以上のようにして、前述第１の移動体駆動装置２５の、第１の移動体とカウンタ移動体間のように極めて大きな重量差があって、カウンタ移動体の移動特性をその大きな重量比により重量補償して反作用相殺のカウンタ移動を行なうようにした場合にも、製作済ＮＣプログラムに手を加えることなく使用することが出来、急加減速駆動に伴う高速移動の位置決めを振動を生じさせることなく行なわせることが出来、これを位置決めテーブルとして備えた小型で精密級の機械装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の移動装置を搭載する工作機械の移動体駆動装置部分のカバーを外して示した正面図。
【図２】同じく側面図。
【図３】本発明のカウンタ軸のカウンタリニアモータの駆動処理の流れ図。
【図４】第１の移動体を駆動するリニアモータの移動速度の時間特性図（上側線図）とこれに対応するカウンタ移動体を駆動するリニアモータの移動速度の時間特性図（下側線図）。
【図５】本発明の移動装置に用いる一例の移動体駆動装置の平面図。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿う左側面図。
【図７】図５のＢ−Ｂ線側方から見た一部透視側面図。
【図８】図５〜７に図示したコアレス多相交流リニアモータの永久磁石を配置した可動子の斜視図。
【図９】同じくコアレスコイルを配置した固定子の斜視図。
【図１０】Ｘ軸移動体駆動装置の第１のリニアモータとカウンタ軸リニアモータの速度の時間特性図。
【図１１】Ｙ軸移動体駆動装置の第１のリニアモータとカウンタ軸リニアモータの速度の時間特性図。
【図１２】第１のリニアモータとカウンタ軸リニアモータに対する各位置きめ駆動制御装置のブロック線図。
【符号の説明】
１  可動子
２  移動方向
３  固定子
３Ａ、３Ｂ  エンドプレート
３Ｃ、３Ｄ  コイルベース
３Ｌ  引出口
３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ  各相のコイル
４Ａ、４Ｂ  板状体ヨーク
５Ａ、５Ｂ  サイドヨーク
６、６−１、６−２磁気ギャップ
６Ａ−１、６Ａ−２、・・・６Ａ−ｉ、・・・６Ａ−ｎ  永久磁石片
６Ｂ−１、６Ｂ−２、・・・６Ｂ−ｉ、・・・６Ｂ−ｎ  永久磁石片
７  コイル設置枠
８  中空孔
３−１、３−２  コアレスコイル
４Ａ−１、４Ｂ−１、４Ａ−２、４Ｂ−２  板状体ヨーク
９  機枠
９Ａ  定盤
９Ｂ、９Ｃ  側壁
９Ｄ、９Ｅ  固設杆
１０Ａ−１、１０Ａ−２  可動子枠体
１１  直線案内装置
１１ＡＬ−２、１１ＢＬ−２  案内レール
１１ＡＢ−２、１１ＢＢ−２  軸受
１２  直線位置検出装置
１２Ａ  検出器
１２Ｂ  直線スケール
１４  索条
２０  ベッド
２１  機枠
２２  コラム
２４  主軸
２５、２６、２３  第１、第２、及び第３の各移動体駆動装置
２３Ａ、２５Ａ、２６Ａ  第１のまたは出力側リニアモータ
２３Ｂ、２５Ｂ、２６Ｂカウンタリニアモータ
２３Ｃ  カウンタプーリ
２３Ｄ  索条
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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