(57)【要約】【課題】  高精度の位置決めと外乱に対して安定の高い平面サーボモータ装置を得る。【解決手段】  本発明の平面サーボモータ装置は、フォーサ３と、プラテン１とからなり、フォーサ３はＸ軸方向に設けた２個のＸ軸モータと、Ｙ軸方向に設けた２個のＹ軸モータと、各モータ１個と対をなすモータの駆動装置と、底面部よりエアを噴出するエア噴出口とを備え、プラテン１は複数枚つなぎ合わせたものからなり、プラテンとフォーサの間に二次元エンコーダスケール２を設け、フォーサにモータと駆動装置の１つの組に対し位置信号をえる1個のエンコーダヘッド４を設け、二次元エンコーダスケールを複数枚結合したものである。。【選択図】    図１
2005354803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーサと、プラテンとからなり、前記フォーサはＸ軸方向に設けた２個のＸ軸モータと、Ｙ軸方向に設けた２個のＹ軸モータと、前記モータ１個と対をなすモータの駆動装置と、底面部よりエアを噴出するエア噴出口とを備え、前記プラテンは複数枚つなぎ合わせたものからなる平面サーボモータ装置において、
前記プラテンと前記フォーサの間に二次元エンコーダスケールを設け、前記フォーサに前記モータと前記駆動装置の１つの組に対し位置信号をえる1個のエンコーダヘッドを設け、前記二次元エンコーダスケールが複数枚結合していることを特徴とする平面サーボモータ装置。
【請求項２】
前記プラテンに二次元エンコーダスケールを固定するアングルを有することを特徴とする請求項１に記載の平面サーボモータ装置。
【請求項３】
前記エンコーダヘッドは、その出力信号の出力先を切替える信号切替え回路を有することを特徴とする請求項１または２に記載の平面サーボモータ装置。
【請求項４】
前記エンコーダヘッドは、前記フォーサ上で卍形に配置することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の平面サーボモータ装置。
【請求項５】
請求項１から４に記載の平面サーボモータ装置を用い前記エンコーダヘッドの信号を検出して前記フォーサの位置を制御する平面サーボモータ装置の制御方法において、
前記Ｘ軸またはＹ軸方向のいずれか一方のエンコーダヘッドが、前記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Ｘ軸またはＹ軸方向のいずれか他方のエンコーダヘッドの位置信号を前記駆動装置に入力することを特徴とする平面サーボモータ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットや工作機などに使用するサーボモータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の平面モータにおいて、複数枚のプラテンを配置しフォーサの移動領域を大きくした場合は、開ループ制御にて位置決め制御していた(例えば、特許文献１参照)。
また、二次元エンコーダスケールを従来のように使用する場合では、二次元エンコーダスケールが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６は従来の平面モータの上面図である。図６において、１はプラテン、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、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。
【特許文献１】特開平９−３０８２１７号公報
【特許文献２】特開平２００３−３０７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の平面モータは開ループ制御にて位置決め制御していため、高精度な位置決が難しいという問題があった。また、閉ループ制御ではないため、外乱による影響が大きいという問題もあった。
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、複数枚のプラテンを配置しフォーサの移動領域を大きくした場合においても、二次元エンコーダスケールを複数枚配置することで、フォーサの位置信号を取得し、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平面サーボモータ装置およびその制御方を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、フォーサと、プラテンとからなり、前記フォーサはＸ軸方向に設けた２個のＸ軸モータと、Ｙ軸方向に設けた２個のＹ軸モータと、前記モータ１個と対をなすモータの駆動装置と、底面部よりエアを噴出するエア噴出口とを備え、前記プラテンは複数枚つなぎ合わせたものからなる平面サーボモータ装置において、前記プラテンと前記フォーサの間に二次元エンコーダスケールを設け、前記フォーサに前記モータと前記駆動装置の１つの組に対し位置信号をえる1個のエンコーダヘッドを設け、前記二次元エンコーダスケールが複数枚結合しているものである。
請求項２に記載の発明は、前記プラテンに二次元エンコーダスケールを固定するためのアングルを有したものである。
請求項３に記載の発明は、前記エンコーダヘッドが、その出力信号の出力先を切替える信号切替え回路を有したものである。
請求項４に記載の発明は、前記エンコーダヘッドを、前記フォーサ上で卍形に配置したものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４に記載の平面サーボモータ装置を用いて、前記エンコーダヘッドの信号を検出して前記フォーサの位置を制御する平面サーボモータ装置の制御方法において、前記Ｘ軸またはＹ軸方向のいずれか一方のエンコーダヘッドが、前記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Ｘ軸またはＹ軸方向のいずれか他方のエンコーダヘッドの位置信号を前記駆動装置に入力する平面サーボモータ装置の制御方法である。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、二次元エンコーダスケールおよびエンコーダヘッドから得られる位置信号を使い閉ループ制御を可能とするので、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装置を構成することができる。
請求項２に記載の発明によると、プラテンに二次元エンコーダスケールを固定するためのアングルを有するので、エンコーダ調整が簡単にできる平面サーボモータ装置を構成できる。
請求項３に記載の発明によると、エンコーダヘッドの出力信号の出力先の切替え回路を有するので、エンコーダスケールの結合境界面付近でも正確な位置信号を得ることができる平面サーボモータ装置を構成することができる。
請求項４に記載の発明によると、エンコーダヘッドフォーサ上で卍形に配置しているので、エンコーダスケールの結合境界面付近でも正確な位置信号を得ることができる平面サーボモータ装置を構成することができる。
請求項５に記載の発明によると、エンコーダヘッドがエンコーダスケールの結合境界面付近にあるとき、フォーサ上で対象位置にあるエンコーダの位置信号へ切替えることができるので、エンコーダスケールの結合境界付近でも正確な位置信号を得ることができる平面サーボモータ装置を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の第１実施例を示す平面サーボモータ装置の上面図である。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、６はアングルである。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、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆからなる。フォーサ３の底面は図２のようになっており、図中の７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である。エンコーダヘッド４は、図２に示すように、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の外側に卍形に取り付けられている。アングル６は、プラテン１に取り付けられ、二次元エンコーダスケール２を固定しプラテン１との最適な位置を決定する。
図３に平面サーボモータの全体構成を示す。図において、８はフォーサ３を駆動するモータ、９はエンコーダヘッド４の位置信号を切替える信号切替え回路、１０は信号切替え回路９を制御する信号切替え制御器、１２はモータ８を駆動させる駆動装置である。
モータ８は、Ｘ軸方向に駆動するＸ軸モータ８１ａ、８１ｂおよびＹ軸方向に駆動するＹ軸モータ８２ａ、８２ｂとからなる。信号切替え回路９は、４個の接点９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄを含んでいる。駆動装置１２は、Ｘ軸駆動装置１２１ａ、１２１ｂおよびＹ軸駆動装置１２２ａ、１２２ｂからなっている。
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およびエンコーダヘッドから得られる位置信号を使い閉ループ制御を可能とするので、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装置を構成することができる部分である。
【０００８】
次に本実施例の動作について図４を用いて説明する。
図４は、本実施例の平面サーボモータ装置の動作を示す図である。図はＸ方向の制御方法を示している。図中の１３は二次元エンコーダスケール２の結合境界で、（ａ）はＸ軸エンコーダヘッド４１ａおよび４１ｂが２次元エンコーダスケールの結合境界１３にない場合を、（ｂ）はＸ軸エンコーダヘッド４１ａが２次元エンコーダスケール２の結合境界１３になく、Ｘ軸エンコーダヘッド４１ｂが２次元エンコーダスケール２の結合境界１３にある場合である。まず、（ａ）の状態での信号切替え回路９は、接点９１aと９１ｃが、接点９１ｂと９１ｄがそれぞれ接続され、Ｘ軸モータ８１ａはＸ軸エンコーダヘッド４１ａの位置信号によりＸ軸駆動装置１２１ａにより駆動され、Ｘ軸モータ８１ｂはＸ軸エンコーダヘッド４１ｂの位置信号によりＸ軸駆動装置１２１ｂにより駆動される。つぎに（ｂ）の状態での信号切替え回路９は、接点９１aに、接点９１ｃと接点９１ｄが接続され、接点９１ｂには何も接続されない状態となり、Ｘ軸モータ８１ａとモータ８１ｂともにＸ軸エンコーダヘッド４１aの位置信号を使い、それぞれＸ軸駆動装置１２１ａ、１２１ｂにより駆動される。また、図には示してはいないが、エンコーダヘッド４１ａが２次元エンコーダスケール２の結合境界１３にあり、Ｘ軸エンコーダヘッド４１ｂが２次元エンコーダスケール２の結合境界１３にない場合では、接点９１ｂに、接点９１ｃと接点９１ｄが接続され、接点９１aには何も接続されない状態となり、Ｘ軸モータ８１ａとＸ軸モータ８１ｂともにＸ軸エンコーダヘッド４１ｂの位置信号をつかい、それぞれＸ軸駆動装置１２１ａ、１２１ｂにより駆動される。Ｙ方向の制御方法についても上記方法と同様に、Ｙ軸方向に駆動するＹ軸モータ８２ａ、８２ｂおよびＹ軸駆動装置１２２ａ、１２２ｂ  Ｙ軸エンコーダヘッド４２ａ、４２ｂを用いて制御される。
図５は本実施例の信号切替え回路９の平面図である。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、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅおよび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、Ｘ軸エンコーダヘッド４１ａ，４１ｂのＸ方向の間隔と、Ｙ軸エンコーダヘッド４２ａ，４２ｂのＹ方向の間隔より狭くなっている。
信号切替え回路９の制御は、Ｘ軸駆動装置１２１ａ、１２１ｂおよびＹ軸駆動装置１２２ａ、１２２ｂ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、Ｘ軸駆動装置１２１ａ、１２１ｂおよびＹ軸駆動装置１２２ａ、１２２ｂ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え回路９の切替えをおこなう。
また、エンコーダヘッド４は卍形に配置されているため、Ｘ軸方向の信号を検出するＸ軸エンコーダヘッド４１ａ、４１ｂもしくはＹ軸方向の信号を検出するＹ軸エンコーダヘッド４２ａ、４２ｂが、同時に二次元スケール境界１３に入ることはない。
さらに、二次元エンコーダスケール２は、プラテン１に取り付けられたアングル６によりプラテン１との最適な位置で固定されいるため、煩雑なエンコーダ調整やフォーサ３の動作中に二次元エンコーダスケール２がずれることはない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の平面サーボモータ装置を示す上面図
【図２】図１におけるフォーサの底面図
【図３】本発明の平面サーボモータの駆動回路を示す構成図
【図４】本発明の動作を示す平面サーボモータ装置の構成図
【図５】本発明の信号切替え回路を示す平面図
【図６】従来の平面モータを示す上面図
【符号の説明】
【００１０】
１  プラテン
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ  小プラテン
２  二次元エンコーダスケール
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、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  アングル
７  エア噴出口
８  モータ
８１ａ、８１ｂ  Ｘ軸モータ
８２ａ、８２ｂ  Ｙ軸モータ
９  信号切替え回路
９１、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ  接点
１０  信号切替え制御器
１２  駆動装置
１２１ａ、１２１ｂ  Ｘ軸駆動装置
１２２ａ、１２２ｂ  Ｙ軸駆動装置
１３  二次元スケール境界
１４  二次元エンコーダスケール原点
【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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