(57)【要約】【課題】リニアモータ等に用いられるリニアエンコーダ装置において、簡単な構造によりながら、原点位置とモータの磁極基準位置とを確実に検出し、位置制御及びモータの駆動制御を適正に行うことができるようにする。【解決手段】固定部に直線的に配置されて、磁気的又は光学的に読取可能な位置情報を記録したリニアスケール１１と、リニアモータの駆動により移動する可動部に設けられて、上記リニアスケール１１を読取る検出ヘッド１２とを備える。上記リニアスケール１１の両端からそれぞれ所定距離の２箇所に、原点位置を示すための第１の基準点情報１３ａ，１３ｂが記録されているとともに、上記リニアスケール１１の両端の近傍であって、モータの特定磁極に対応する２箇所に、基準磁極位置を示すための第２の基準点情報１４ａ，１４ｂが記録されている。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部に直線的に配置されて、磁気的又は光学的に読取可能な位置情報を記録したリニアスケールと、モータの駆動により移動する可動部に設けられて、上記リニアスケールを読取る検出ヘッドとを備えたリニアエンコーダ装置であって、
上記リニアスケールの両端からそれぞれ所定距離の２箇所に、原点位置を示すための第１の基準点情報が記録されているとともに、
上記リニアスケールの両端の近傍であって、モータの特定磁極に対応する２箇所に、基準磁極位置を示すための第２の基準点情報が記録されていることを特徴するリニアエンコーダ装置。
【請求項２】
上記リニアスケールの両端近傍においてそれぞれ、上記第１の基準点情報の記録箇所よりも上記第２の基準点情報の記録箇所の方がスケール末端寄りに位置するようにこれらの基準点情報記録箇所の位置関係が設定されていることを特徴する請求項１記載のリニアエンコーダ装置。
【請求項３】
一定ピッチで磁極が配列された直線的な固定子を有するリニアモータ本体と、上記固定子に対向する可動子を有して、上記リニアモータ本体に対し移動可能とされた可動部とを備え、
上記リニアモータ本体に、上記固定子と平行に配置されて、磁気的又は光学的に読取可能な位置情報を記録したリニアスケールが設けられる一方、上記可動部に、上記リアスケールに対向する検出ヘッドが設けられ、
上記検出ヘッドからの信号を受ける制御手段により、上記固定子又は可動子を構成するコイルに対する通電が制御されるようになっているリニアモータにおいて、
上記リニアスケールの両端からそれぞれ所定距離の２箇所に、原点位置を示すための第１の基準点情報が記録されているとともに、
上記リニアスケールの両端の近傍であって、モータの特定磁極に対応する２箇所に、基準磁極位置を示すための第２の基準点情報が記録され、
上記検出ヘッドによる上記第１、第２の各基準点情報の読み取りに応じ、上記制御手段により上記原点位置及び上記基準磁極位置の判別が行なわれるようになっていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】
上記リニアスケールの両端近傍においてそれぞれ、上記第１の基準点情報の記録箇所よりも上記第２の基準点情報の記録箇所の方がリニアスケール末端寄りに位置するようにこれらの基準点情報記録箇所の位置関係が設定され、
上記制御手段は、上記検出ヘッドがリニアスケール末端からリニアスケール中央側へ移動するときに最初に読取られた基準点情報によって上記基準磁極位置を判別し、次に読取られた基準点情報によって上記原点位置を判別するようになっていることを特徴とする請求項３記載のリニアモータ。
【請求項５】
請求項３又は４記載のリニアモータを備え、上記可動部に、作業部材が着脱可能に取付けられる作業部材支持用テーブルが設けられている単軸ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアスケールとこれを読取る検出ヘッドとからなるリニアエンコーダ装置と、このリニアエンコーダ装置を具備するリニアモータと、このリニアモータを用いた単軸ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、リニアモータ等において移動の制御及びモータの駆動の制御のためにリニアエンコーダ装置により位置の検出を行うようにしたものは知られている。
【０００３】
このようなリニアエンコーダにおいては、リニアスケール上の特定位置に原点が設定され、この原点位置が検出されることにより、位置制御にあたっての較正が行なわれるようになっている。
【０００４】
リニアモータを用いた単軸ロボット等にリニアエンコーダ装置が装備される場合に、制御性をよくするため、通常、リニアスケールの両端からそれぞれ一定距離の位置に原点位置が設定される。この場合、上記原点位置とモータの磁極の基準位置とは必ずしも一致しないので、磁極位置に応じてモータのコイルへ供給する電流の位相を調整すべくコイルへの通電を制御するといったモータ駆動のための制御に必要な磁極の基準位置のデータが不足する。
【０００５】
これに対する対策としては、通常の位置情報を与えるリニアスケール及び検出ヘッドに加え、磁極位置検出のためのスケール及び検出ヘッドをさらに設けるようにし（例えば特許文献１参照）、あるいは、原点位置と磁極の基準位置とのずれを予め調べておき、これをロボット制御用のコントローラに記憶させるようにするといった手法が考えられている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１５９８１０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来考えられている手法のうち、前者による場合は、リニアエンコーダに磁極位置検出のためのスケール及び検出ヘッドを余分に付設する必要があるために、装置の複雑化、大型化及びコストアップを招く。また、後者による場合、各ロボット毎に個別に原点位置と磁極の基準位置とのずれを調べて、そのデータを当該ロボットに対するコントローラに記憶させておく必要があり、コントローラが交換された場合は上記データを書き換える必要がある等の不都合がある。
【０００８】
なお、他の手法として、原点位置をモータの磁極の基準位置に合わせて設定することも考えられるが、ロボットのストロークによっては、可動範囲の一端側と他端側で停止位置が磁極ピッチ分だけずれ、磁極ピッチが大きい場合にストロークの設定をやり直す必要がある等の不都合が生じる。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、リニアスケールの両端から一定距離の位置に原点位置を設定するものにおいて、簡単な構造によりながら、原点位置とモータの磁極基準位置とを確実に検出することができ、位置制御及びモータの駆動制御を適正に行うことができるリニアエンコーダ装置、リニアモータ及び単軸ロボットを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のリニアエンコーダ装置は、固定部に直線的に配置されて、磁気的又は光学的に読取可能な位置情報を記録したリニアスケールと、モータの駆動により移動する可動部に設けられて、上記リニアスケールを読取る検出ヘッドとを備えたものであって、上記リニアスケールの両端からそれぞれ所定距離の２箇所に、原点位置を示すための第１の基準点情報が記録されているとともに、上記リニアスケールの両端の近傍であって、モータの特定磁極に対応する２箇所に、基準磁極位置を示すための第２の基準点情報が記録されていることを特徴するものである。
【００１１】
この発明によると、検出ヘッドがリニアスケール上で第１の基準点情報が記録されている箇所を通るときに原点位置を検出し、第２の基準点情報が記録されている箇所を通るときに基準磁極位置を検出する。こうして、１組のリニアスケール及び検出ヘッドからなる簡単な構造によりながら、原点位置と基準磁極位置の両方が調べられ、それに基づいて可動部の移動位置の制御とモータの駆動の制御とが適正に行われる。
【００１２】
本発明のエンコーダ装置において、上記リニアスケールの両端近傍においてそれぞれ、上記第１の基準点情報の記録箇所よりも上記第２の基準点情報の記録箇所の方がスケール末端寄りに位置するようにこれらの基準点情報記録箇所の位置関係が設定されていることが好ましい。
【００１３】
このようにすると、検出ヘッドの移動により各基準点情報が読み込まれてそれぞれの位置が検出されるとともに、検出された基準点情報の位置のうちでリニアスケール末端寄りのものが基準磁極位置、これよりリニアスケール末端から遠いものが原点位置であることが判別される。
【００１４】
また、本発明のリニアモータは、一定ピッチで磁極が配列された直線的な固定子を有するリニアモータ本体と、上記固定子に対向する可動子を有して、上記リニアモータ本体に対し移動可能とされた可動部とを備え、上記リニアモータ本体に、上記固定子と平行に配置されて、磁気的又は光学的に読取可能な位置情報を記録したリニアスケールが設けられる一方、上記可動部に、上記リアスケールに対向する検出ヘッドが設けられ、上記検出ヘッドからの信号を受ける制御手段により、上記固定子又は可動子を構成するコイルに対する通電が制御されるようになっているリニアモータにおいて、上記リニアスケールの両端からそれぞれ所定距離の２箇所に、原点位置を示すための第１の基準点情報が記録されているとともに、上記リニアスケールの両端の近傍であって、モータの特定磁極に対応する２箇所に、基準磁極位置を示すための第２の基準点情報が記録され、上記検出ヘッドによる上記第１、第２の各基準点情報の読み取りに応じ、上記制御手段により上記原点位置及び上記基準磁極位置の判別が行なわれるようになっていることを特徴とするものである。
【００１５】
このリニアモータは、上記第１の基準点情報及び第２の基準点情報が記録されているリニアスケールと上記検出ヘッドとで構成されるリニアエンコーダを組み込んでいることにより、原点位置と基準磁極位置の両方が調べられ、それに基づいて可動部の移動位置の制御とリニアモータの駆動の制御とが適正に行われる。
【００１６】
この発明において、上記リニアスケールの両端近傍においてそれぞれ、上記第１の基準点情報の記録箇所よりも上記第２の基準点情報の記録箇所の方がリニアスケール末端寄りに位置するようにこれらの基準点情報記録箇所の位置関係が設定され、上記制御手段は、上記検出ヘッドがリニアスケール末端からリニアスケール中央側へ移動するときに最初に読取られた基準点情報によって上記基準磁極位置を判別し、次に読取られた基準点情報によって上記原点位置を判別するようになっていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の単軸ロボットは、上記リニアモータを備え、上記可動部に、作業部材が着脱可能に取付けられる作業部材支持用テーブルが設けられているものである。
【００１８】
このようにすると、本発明のリニアエンコーダを装備したリニアモータが単軸ロボットに有効に適用される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２０】
図１及び図２は本発明のリニアエンコーダ装置を備えたリニアモータの適用の一例として単軸ロボットを示している。これらの図において、単軸ロボットＲは、リニアモータを用いて構成され、固定子を有するロボット本体（リニアモータ本体）１と、固定子に対向する可動子を有して、ロボット本体１に対して一定方向に直線的に移動可能となった可動部２とを備えている。
【００２１】
上記ロボット本体１は、ベース部３と両側壁部分を構成する一対のカバー部材４とからなり、一軸方向に延びる横長枠状に形成されている。
【００２２】
上記ロボット本体１内には、一定幅のガイドレール５がベース部３上に設けられるとともに、その上方にステータ部（固定子）６が配置されている。このステータ部６は、Ｎ，Ｓの磁極が交互に逆向きに位置するように軸方向に配列された多数個の環状の永久磁石（図示省略）を有し、シャフト状に形成され、その両端部がロボット本体１に支持されている。
【００２３】
また、可動部２は、上記ステータ部６を挿通させる中空の可動ブロック８を有し、この可動ブロック８の下端に、上記ガイドレール５に係合する被ガイド部９が設けられることにより、上記可動ブロック８がガイドレール５に摺動自在に支持されている。
【００２４】
上記可動ブロック８の中空部内周には、電機子を構成するコイル（可動子）７が固定されている。そして、可動部２がロボット本体１に組み付けられた状態で、コイル７がステータ部６を囲繞するようになっている。
【００２５】
可動部２の上部には作業部材支持用のテーブル１０が設けられ、このテーブル１０に、用途に応じた各種の作業部材が取付けられるようになっている。このテーブル１０は、可動ブロック８にボルト止め等により取付けられている。
【００２６】
さらに上記単軸ロボットＲにはリニアエンコーダが設けられている。このリニアエンコーダは、磁気的又は光学的に読取り可能な位置情報を記録したリニアスケール１１と、このリニアスケール１１を読取る検出ヘッド１２とで構成されている。当実施形態において上記リニアスケール１１は、位置情報を磁気的に記録した磁気スケールからなり、また検出ヘッド１２は磁気記録情報の読取りが可能なＭＲセンサからなっている。
【００２７】
そして、上記リニアスケール１１が、ガイドレール５の一側方においてベース部３の上面に、ベース部３の略全長にわたって設けられ、一方、検出ヘッド１２が、可動ブロック８の一側部下端に、上記リニアスケール１１に対向するように配置されている。
【００２８】
図３は上記単軸ロボットＲのリニアモータ機構部分の一部とリニアエンコーダ及び制御手段を模式的に示している。この図において、リニアスケール１１は、一定微小ピッチ毎の位置を示す情報（出力信号相ではＡ相、Ｂ相）１５が記録されるとともに、基準点情報（出力信号相ではＺ相）１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂが両端近傍に２箇所ずつ、都合４箇所に設けられている。
【００２９】
これらの基準点情報（      Ｚ相）のうち、両側１箇所ずつは原点位置を示すための第１の基準点情報（第１のＺ相）１３ａ，１３ｂ、残りの１箇所ずつは基準磁極位置を示すための第２の基準点情報（第２のＺ相）１４ａ，１４ｂである。原点位置を示すための第１のＺ相１３ａ，１３ｂは、リニアスケール１１の左右両端からそれぞれ所定距離Ａ１，Ｂ１の位置に設けられている。リニアスケール１１の左端側における末端から第１のＺ相１３ａまでの距離Ａ１とリニアスケール１１の右端側における末端から第１のＺ相１３ａまでの距離Ｂ１は略同じであって、例えば７０ｍｍ程度に設定されている。
【００３０】
また、基準磁極位置を示すための第２のＺ相１４ａ，１４ｂは、リニアモータにおける上記ステータ部６の特定磁極に対応する位置に設けられている。この場合、リニアスケール１１の末端から特定磁極に対応する位置までの距離は必ずしも左右同じでないため、それに応じ、リニアスケール１１の末端から第２のＺ相１４ａ，１４ｂまでの距離Ａ２，Ｂ２が左右で互いに異なっているが、左右両側とも、第１のＺ相１３ａ，１３ｂよりもリニアスケール末端側に第２のＺ相１４ａ，１４ｂが位置するように、第１のＺ相１３ａ，１３ｂと第２のＺ相１４ａ，１４ｂとの位置関係が設定されている。
【００３１】
このようにリニアスケール１１が形成されることにより、リニアスケール１１上を検出ヘッド１２が移動するにつれ、Ａ相、Ｂ相の信号が出力されるとともに、リニアスケール１１の両端近傍の４箇所ではＺ相の信号が出力される。そして、検出ヘッド１２の出力信号はコントローラ（制御手段）Ｃに入力され、このコントローラＣにより、単軸ロボットＲのコイル７への供給電流が制御されることにより、リニアモータの駆動の制御及び可動部２の移動の制御が行われる。
【００３２】
上記コントローラＣは、上記検出ヘッド１２から与えられるＺ相の信号によって原点位置、及び基準磁極位置を判別する。この場合、第１のＺ相１３ａ，１３ｂと第２のＺ相１４ａ，１４ｂとでは、検出ヘッド１２の出力信号自体は同じＺ相信号であって区別できないが、上記のような位置関係の設定を考慮して原点位置と基準磁極位置とを判別することができる。つまり、検出ヘッド１２がリニアスケール末端からリニアスケール中央側へ移動するときに最初に読取られたＺ相信号によって上記基準磁極位置が判別され、次に読取られたＺ相信号によって上記原点位置が判別される。
【００３３】
このような原点位置及び基準磁極位置の判別のための制御の具体例を、図４のフローチャートによって説明する。
【００３４】
このフローチャートの処理がスタートすると、先ず可動部２が一端側に移動するようにリニアモータが駆動されて、可動範囲末端への突き当りが調べられ、突き当たりが検出されたときに可動部２の移動方向が反転される（ステップＳ１〜Ｓ３）。こうして可動部２が可動範囲の一端から中央側へ向けて移動する状態とされてから、Ｚ相検出処理が行われ（ステップＳ４）、Ｚ相が検出されればそれが１回目か否か、つまり可動範囲一端側からの移動開始後に初めてＺ相が検出されたか否かが判定される（ステップＳ５）。そして、１回目であれば、基準磁極位置であると判別されて、磁極位置のデータがクリアされる（ステップＳ６）。さらに、ステップＳ４に戻ることにより、引き続き可動部２の移動が行なわれつつ次のＺ相の検出が行なわれる。
【００３５】
ステップＳ５の判定がＮＯのとき、つまりＺ相の検出が２回目であったときは、原点位置であると判定され、位置がクリアされる（ステップＳ７）。
【００３６】
以上のような当実施形態によると、単軸ロボットＲの作業開始時や所定期間おき等の適当な時期に、図４のフローチャートに示すような処理が行われることにより、原点位置及び磁極基準位置が調べられ、較正される。
【００３７】
この場合、左右両側においてそれぞれ原点位置と磁極基準位置とに相当する２箇所ずつにＺ相１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂが設定され、かつ、磁極基準位置を原点位置よりもリニアスケール末端側にするというように両者の位置関係が予め定められていることにより、Ｚ相の検出と上記位置関係とに基づき、原点位置と磁極基準位置を区別して検出することができる。
【００３８】
このように、１組のリニアスケール１１及び検出ヘッド１２によって原点位置及び磁極基準位置を調べることができるため、従来のように原点位置と磁極基準位置とを別個の検出手段で検出する場合と比べ、リニアエンコーダ装置の構造が簡単になり、コストを低減し得る。
【００３９】
また、原点位置と磁極基準位置とのずれを予めコントローラＣに記憶させておく必要がなく、コントローラＣの互換性を損ねることがない。
【００４０】
そして、上記原点位置及び磁極基準位置が調べられた後は、限定位置からの移動につれて検出ヘッド１２から出力されるＡ，Ｂ相の信号がカウントされることにより位置が検出され、可動部材２の移動位置の制御が行われるともに、磁極基準位置からの移動量によってステータ部６の磁極位置が調べられ、磁極位置に応じてコイル７へ供給する電流の位相を制御するといったリニアモータ駆動のための制御が適正に行われる。
【００４１】
なお、本発明の具体的構造は上記実施形態に限定されず、以下に述べるように種々変更可能である。
【００４２】
上記実施形態では磁気的なスケール１１と検出ヘッド１２とでリニアエンコーダを構成しているが、光学的なものであってもよく、例えば多数のスリットを有するテープによりリニアスケールを形成するとともに、光学的に上記スリットを検出するセンサにより検出ヘッドを形成するようにしてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態の単軸ロボットＲに用いられているリニアモータは、固定子が永久磁石、可動子がコイルで構成されているが、逆に固定子がコイル、可動子が永久磁石で構成されたリニアモータを用いてもよい。
【００４４】
また、本発明のリニアエンコーダは、単軸ロボットＲ以外にも各種用途に用いられるリニアモータに装備することができる。さらに、リニアモータに限らず、回転型のモータでボールねじ等を介して可動部を直線的に移動させるような駆動装置にも適用可能であり、この場合、可動部の移動範囲にわたって固定側にリニアスケールを設け、可動部に検出ヘッドを設けるとともに、モータの基準磁極位置に対応するリニアスケール上の位置を予め調べておいて、その位置を示す情報と原点位置を示す情報とをリニアスケールに記録させておけばよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、リニアスケールの両端からそれぞれ所定距離の２箇所に、原点位置を示すための第１の基準点情報が記録されているとともに、上記リニアスケールの両端の近傍であって、モータの特定磁極に対応する２箇所に、基準磁極位置を示すための第２の基準点情報が記録されているため、それに基づいて可動部の移動位置の制御とモータの駆動の制御とを適正に行うことができる。しかも、上記原点位置と基準磁極位置の両方の検出を、１組のリニアスケール及び検出ヘッドによって行うことができ、従来のように原点位置と磁極基準位置とを別個の検出手段で検出する場合と比べ、リニアエンコーダ装置の構造を簡単にし、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される単軸ロボットの一例を示す縦断平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】リニアモータ機構部分の一部とリニアエンコーダ及び制御手段を模式的に示す図である。
【図４】原点位置及び基準磁極位置を調べる処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ｒ  単軸ロボット
１  ロボット本体
２  可動部
６  ステータ部
７  コイル
１１  リニアスケール
１２  検出ヘッド
１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ  Ｚ相（基準点情報）
Ｃ  コントローラ
【図１】
2005051856.tif 000003
【図２】
2005051856.tif 000004
【図３】
2005051856.tif 000005
【図４】
2005051856.tif 000006