(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原点信号および位置検出信号を出力する位置検出器と、リニアモータを配置した固定側テーブルおよび可動側テーブルと、前記固定側テーブル端のメカストッパ近傍に配置したリミットスイッチと、前記リニアモータを駆動する制御装置と、を備え、前記制御装置が前記原点信号を検出した場合、前記可動側テーブルの原点復帰を完了させるリニアモータ駆動装置において、
原点復帰開始時の前記可動側テーブルの立上げ位置に依らない任意の片方向の一定速度指令で、前記可動側テーブルを移動させる前記制御装置を備え、
前記制御装置が、前記原点信号の検出以前に、前記リミットスイッチを検出した場合あるいは推力指令が最大推力指令より小さくかつ一定速度送り時推力より大きい値である推力しきい値以上となった場合、原点復帰開始時の前記可動側テーブルの位置が正規の立上げ位置になかったと判断し、
前記原点位置と前記メカストッパまたは前記リミットスイッチとの距離と、前記一定速指令の大きさとで決まる設定時間の間、反片方向の一定速指令で前記可動側テーブルを移動させた後、再度原点復帰を開始させることを特徴とするリニアモータ駆動装置。
【請求項２】
原点信号および位置検出信号を出力する位置検出器と、リニアモータを配置した固定側テーブルおよび可動側テーブルと、前記固定側テーブル端のメカストッパ近傍に配置したリミットスイッチと、前記リニアモータを駆動する制御装置と、を備え、前記制御装置が前記原点信号を検出した場合、前記可動側テーブルの原点復帰を完了させるリニアモータ駆動装置の制御方法において、
前記制御装置が、原点復帰開始時の前記可動側テーブルの立上げ位置に依らない任意の片方向の一定速度指令で、前記可動側テーブルを移動させる処理をし、
前記原点信号の検出以前に、前記リミットスイッチを検出した場合あるいは推力指令が最大推力指令より小さくかつ一定速度送り時推力より大きい値である推力しきい値以上となった場合、原点復帰開始時の前記可動側テーブルの位置が正規の立上げ位置になかったと判断する処理をし、
前記原点位置と前記メカストッパまたは前記リミットスイッチとの距離と、前記一定速指令の大きさとで決まる設定時間の間、反片方向の一定速指令で前記可動側テーブルを移動させる処理をした後、再度原点復帰を開始させる処理をすることを特徴とするリニアモータ駆動装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータ駆動装置とその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニアモータの駆動装置の構成は、図３に示す構成が一般的であり、図３に示すように、リニアガイド等の軸受１５が取付けられたテーブルの固定側テーブル１１に、リニアモータ（固定子）１３、可動側テーブル１２にリニアモータ（可動子）１４が取付けられる。このリニアモータは可動磁石型の場合は、固定子に電機子巻線が施され、可動子に磁石を配置し、可動コイル型の場合は、固定子に磁石を配置し可動子に電機子巻線が施される。又、テーブルには位置検出器が取付けられ、リニアスケールの場合、可動側テーブル１２にガラススケール１６を、固定側１１に検出ヘッド１７を取付けている。
図３のようなリニアモータ駆動装置は、位置検出器からの位置検出信号及び絶対位置検出位置（以下、原点位置という）時の信号（以下、原点信号という）を基にリニアモータの電機子巻線に（図示していない電源主回路から）通電し、原点信号による絶対位置検出（以下、原点復帰という）を行った後、所定の位置／速度／推力の各制御によりテーブルを駆動する。
又、テーブルの両端には保護装置として電気的スイッチ（以下、リミットスイッチという）１８ａ、１８ｂや、機械的スイッチ（以下、メカストッパという）１９ａ、１９ｂのどちらか、あるいは両方が設けられている。この各スイッチと原点位置の位置関係を図４に示す。図示のように、リニアモータストロークの最も外側にメカストッパ位置、その位置からある一定距離ａ内側にリミットスイッチ位置、その位置からある一定距離ｂ内側でリニアモータストロークセンタを対称に左右どちらか一方に原点位置が配置される。
図５は、図３に示す従来のリニアモータの駆動装置の駆動方法を示す流れ図である。図５に基づいて動作を説明する。
▲１▼  可動側テーブル１２を、正規のリニアモータ駆動装置の電源投入（以下、立上げという）位置に移動させる。この移動は、多くの場合手動である。原点位置が正推力指令の端に位置していれば、原点位置を対称として正リミットスイッチ及び正メカストッパ位置とは反対側の位置、即ち、負リミットスイッチ及び負メカストッパ位置と原点位置の間に可動テーブル１２を移動させる。
また、原点位置が負推力指令の端に位置していれば、原点位置を対称として負リミットスイッチ及び負メカストッパ位置とは反対側の位置、即ち、正リミットスイッチ及び正メカストッパ位置と原点位置の間に可動テーブル１２を移動させる。
▲２▼  リニアモータ駆動装置を立上げた後、ポールセンサが無ければ磁極検出処理を行い、リニアモータの磁極に合った電流指令を流せるようにする。
この磁極検出処理は、ソフトウェアあるいはハードウェアによる検出となる。ポールセンサがある場合は、ポールセンサ信号を基にリニアモータの磁極に合った電流指令を流せるようにする（ステップ１１２）。
▲３▼  原点復帰を行う。
この原点復帰は、原点位置まで一定速度指令による速度制御で可動側テーブル１２を移動させ、原点位置が正推力指令の端に位置していれば、立上げ位置がステップ１１１であるから、速度指令は正の一定速度指令となる。
又、原点位置が負推力指令の端に位置していれば、逆に速度指令は負の一定速度指令となる（ステップ１１３）。
▲４▼  原点信号を検出したかどうか判定する。原点信号を検出すればステップ１１５へ進み、検出しなければステップ１３へ戻る（ステップ１１４）。
▲５▼  原点復帰完了処理を行う（ステップ１１５）。
この原点復帰完了処理は、現在検出位置（原点位置と同じ位置）の絶対位置への変換処理である。所定の位置／速度／推力の各制御を開始する（ステップ１１６）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、リニアモータ駆動装置を立上げる度にその立上げ位置を気にしなければならず、正規の立上げ位置に可動側テーブルがなければ、可動側テーブルを正規の立上げ位置に移動しなければならない。即ち、正規の立上げ位置に可動側テーブルがないまま、リニアモータ駆動装置を立上げた場合、例えば、原点位置が正推力指令の端に位置し、立上げ位置を原点位置を対称として正リミットスイッチ及び正メカストッパ位置と同じ側の位置とした場合、原点復帰の際の速度指令は正の一定速度指令であるため、当然、原点信号は検出されず、正リミットスイッチ信号を検出するか、又は、正メカストッパに衝突するまで、可動側テーブルは移動することになる。
リミットスイッチが設けられている構成では、多くの場合はリミットスイッチ信号の検出時点で異常として、速度制御を終了してリニアモータ駆動装置の立上げ直しとなる。
また、正メカストッパに衝突した場合は、リニアモータ駆動装置は原点信号検出まで一定速度で動かそうとするので、最大推力指令を出力し続ける。多くの場合は、過負荷又は過熱保護等で異常として、速度制御を終了しリニアモータ駆動装置の立上げ直しとなる。しかし、過負荷や過熱保護等の保護があってもそれらの保護にかかるまでは、又は、それらの保護が無い場合は、メカストッパに衝突したまま不必要な最大推力を出し続けることになり、リニアモータの焼損・パワーアンプの破損・寿命劣化、テーブルの弾性変形・熱歪み等を招く恐れがあり、立上げ直しとなった場合でも、正規の立上げ位置に可動側テーブルがないということで、可動側テーブルを正規の立上げ位置に移動しなければならないという問題があった。
そこで、本発明は、可動側テーブルが正規の立上げ位置になく、リニアモータ駆動装置を立上げた場合でも自動的に正規の立上げ位置に戻って原点復帰を完了することで、不必要に最大推力を出し続けることがなくなり、リニアモータの焼損・パワーアンプの破損・寿命劣化、テーブルの弾性変形・熱歪みを防止でき、立上げ直しのために可動テーブルを正規の立上げ位置に移動する無駄な手間を省略できるリニアモータの制御方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、原点信号および位置検出信号を出力する位置検出器と、リニアモータを配置した固定側テーブルおよび可動側テーブルと、前記固定側テーブル端のメカストッパ近傍に配置したリミットスイッチと、前記リニアモータを駆動する制御装置と、を備え、前記制御装置が前記原点信号を検出した場合、前記可動側テーブルの原点復帰を完了させるリニアモータ駆動装置において、原点復帰開始時の前記可動側テーブルの立上げ位置に依らない任意の片方向の一定速度指令で、前記可動側テーブルを移動させる前記制御装置を備え、前記制御装置が、前記原点信号の検出以前に、前記リミットスイッチを検出した場合あるいは推力指令が最大推力指令より小さくかつ一定速度送り時推力より大きい値である推力しきい値以上となった場合、原点復帰開始時の前記可動側テーブルの位置が正規の立上げ位置になかったと判断し、前記原点位置と前記メカストッパまたは前記リミットスイッチとの距離と、前記一定速指令の大きさとで決まる設定時間の間、反片方向の一定速指令で前記可動側テーブルを移動させた後、再度原点復帰を開始させるものである。
請求項２に記載の発明は、原点信号および位置検出信号を出力する位置検出器と、リニアモータを配置した固定側テーブルおよび可動側テーブルと、前記固定側テーブル端のメカストッパ近傍に配置したリミットスイッチと、前記リニアモータを駆動する制御装置と、を備え、前記制御装置が前記原点信号を検出した場合、前記可動側テーブルの原点復帰を完了させるリニアモータ駆動装置の制御方法において、前記制御装置が、原点復帰開始時の前記可動側テーブルの立上げ位置に依らない任意の片方向の一定速度指令で、前記可動側テーブルを移動させる処理をし、前記原点信号の検出以前に、前記リミットスイッチを検出した場合あるいは推力指令が最大推力指令より小さくかつ一定速度送り時推力より大きい値である推力しきい値以上となった場合、原点復帰開始時の前記可動側テーブルの位置が正規の立上げ位置になかったと判断する処理をし、前記原点位置と前記メカストッパまたは前記リミットスイッチとの距離と、前記一定速指令の大きさとで決まる設定時間の間、反片方向の一定速指令で前記可動側テーブルを移動させる処理をした後、再度原点復帰を開始させる処理をするのである。
請求項１または２に記載の発明によれば、新たにリミットスイッチ信号、現推力指令を利用して、可動側テーブルを自動的に正規の立上げ位置へ戻し、再び原点復帰を開始して原点復帰を完了するので、従来のような手動による正規の立上げ位置への戻しや、それを行わなかった場合の過負荷・過熱などの危険な状態を自動的に回避することができる。
また、可動側テーブルが正規の立上げ位置になく、原点位置を過ぎたリミットスイッチ位置の信号を検出したような場合でも、逆方向への速度指令によって自動的に正規の立上げ位置まで戻し、再び原点復帰方向へ反転して原点信号を検出することにより、原点復帰を自動的に完了させることができる。
また、可動側テーブルを反転させる場合の、一定推力しきい値は、モータ定格として許容される最大推力指令値よりは小さく、摩擦力等の外乱に抗して通常の速度制御に必要な推力指令より大きい値としたので、可動側テーブルがメカストッパ等に衝突した際、通常より大きい推力指令を検出して、リニアモータが焼損するような最大推力指令値を超える前に可動側テーブルを反転させることができる。
また、メカストッパ位置とリミットスイッチ位置と原点位置間の各距離と、所定の原点復帰移動速度が分かれば、メカストッパに衝突してから、あるいは、リミットスイッチ位置信号を検出してから、反転して正規の立上げ位置範囲に戻る時間、つまり、予め設定された時間を算出できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
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。
図１は本発明の実施の形態に係るリニアモータの制御方法の流れ図である。
図２は図１に示すリニアモータの制御ブロック図である。
図２において、１はメモリを有してリニアモータを制御するＣＰＵで、２はＣＰＵ１からの制御に必要な推力又は電流指令に応じた電流をリニアモータへ供給するパワーアンプである。３はホール素子のポールセンサ等により磁極位置を検出して電流駆動されるリニアモータである。５は制御に必要な位置信号を出力するリニアスケール、リミットスイッチ等のセンサで、４はセンサ５よりの位置信号を検出してＣＰＵ１へ入力するセンサ信号検出手段である。
なお、従来技術の説明に用いた図３のリニアモータ駆動装置、図４の各点の位置関係図は共用として、本実施の形態の図面としても使用される。
リニアモータ３の制御は、ＣＰＵ１からの位置指令Ｘｒｅｆ、速度指令Ｖｒｅｆ、推力指令Ｆｒｅｆに基づき、所定推力を発生させる電流をパワーアンプ２より印加し、位置検出信号により各指令のループ制御が行われる。
その際、モータの磁極（ポール）検出を行い、ホール素子等によるポールセンサーにより、磁極位置の検出信号を得て、パワーアンプ２から三相コイルの駆動電流をスイッチングする等の電流制御により、推力指令Ｆｒｅｆに基づく電流値によるモータ推力の制御が行われる。ポールセンサが無い場合は他の磁極検出処理が実施される。
【０００６】
つぎに図１の流れ図を参照して動作について説明する。
以下は、説明を分かりやすくするために、原点位置が正推力指令の端（図４の向かって左側）に位置していて、リニアモータストローク５０ｍｍ、原点位置と正リミットスイッチ位置との距離ｂ＝５ｍｍ、正リミットスイッチ位置と正メカストッパー位置との距離ａ＝５ｍｍ、と具体的な数値例で説明する。（勿論、これらの数値に限定するものではなく、適用数値は自由である）。
▲１▼  リニアモータ駆動装置（従来と同一装置）を立上げた後、ポールセンサが無い場合は他の磁極検出処理を行い、リニアモータ３の磁極に合った電流指令を流せるようにする。この場合の磁極検出処理は、ソフトウェアあるいはハードウェアによる検出となる。又、ポールセンサがある場合はポールセンサ信号を基にリニアモータ３の磁極に合った電流指令を流せるようにする。
▲２▼  以下の原点復帰のステップ処理に必要な初期値として、原点復帰時速度指令Ｖｒｅｆ、推力指令しきい値Ｆ0 、リニアモータ駆動装置を立上げ時に可動側テーブルが、正規の立上げ位置になかったと、判断された時の設定時間ｔ１、をそれぞれ設定する（ステップ１０１）。
▲３▼  原点復帰を行う。この時の原点復帰時の速度指令は、予め設定された５ｍｍ／ｓの一定速度指令Ｖｒｅｆによる（ステップ１０２）。
▲４▼  原点信号を検出したか？、又は、正リミットスイッチ信号を検出したか？、又は、現推力指令Ｆｒｅｆが予め設定された推力指令しきい値Ｆ0 以上を検出したか？、どうかを判定する（ステップ１０３）。
▲５▼  そして原点信号が検出された場合はステップ１０４へ進み、原点復帰完了処理を行う。この原点復帰完了処理は、現在検出位置（原点位置と同じ位置）の絶対位置への変換処理である。（ステップ１０４）。
▲６▼  正リミットスイッチ信号を検出した場合、又は、正メカストッパに衝突した場合、即ち、現推力指令Ｆｒｅｆが予め設定された推力指令しきい値Ｆ0 以上を検出した場合はステップ１０５へ進む。
この場合の推力指令しきい値Ｆ0 は、最大推力指令Ｆｍａｘより小さく、速度制御に必要な推力指令より大きい（摩擦力等の外乱Ｆｄより大きい）ものである。又、リミットスイッチ信号検出か、Ｆｒｅｆ＞Ｆ0 、を検出の場合は、リニアモータ駆動装置を立上げ時に可動側テーブルが正規の立上げ位置になかったと判断し、一定速度指令の符号だけを反転させて、
即ち、Ｖｒｅｆ＝−Ｖｒｅｆ（＝−５ｍｍ／ｓ）、で速度指令を更新し、続けて一定速度指令の速度制御による、可動側テーブル１２を正規の立上げ位置へ戻す制御を開始する（ステップ１０５）。
▲７▼  ステップ１０５の処理から時間経過を判定して、予め設定された時間ｔ１を経過した場合はステップ１０１に戻り、その後のステップを繰り返す。
▲８▼  時間ｔ１が経過しない場合は、ステップ１０７へ進む（ステップ１０６）。
この設定時間ｔ１の最小値は、正メカストッパに衝突してから反転し、正規の立上げ位置範囲に戻る時間となる。即ち、正メカストッパ位置と原点位置との距離１０ｍｍを−５ｍｍ／ｓの一定速度指令で移動するので２秒以上となる。
同様に考えると、予め設定する時間ｔ１の最大値は、正メカストッパに衝突して負メカストッパに衝突するまでの時間、即ち、正メカストッパ位置と負メカストッパ位置との距離５０ｍｍを一定速度指令で移動するので、１０秒以下となる。従って、予め設定する時間ｔ１は、この範囲内で設定される。
なお、これはメカストッパに衝突した場合で、正リミットスイッチ信号検出で反転する場合は、それよりも、更に短い時間の設定となる。
▲９▼  ステップ１０６の判定で未だ、ｔ＜ｔ１、の場合は、ステップ１０５で更新した速度指令のまま時間ｔを更新し、ステップ１０６に戻りステップを繰り返す（ステップ１０７）。
10)  又、ｔ＞ｔ１となったらステップ１０１へ戻り、再度、ステップ１０２で原点復帰を行うこととなる。そして、ステップ１０３で原点信号が検出された場合は、ステップ１０４の原点復帰完了処理を行い、ステップ１０８へ進む。
11)    こうして、ステップ１０４の原点復帰完了処理が終われば、リニアモータ３の所定の位置／速度／推力の各制御へ移行する（ステップ１０８）。
このように、本実施の形態によれば、リニアモータ駆動装置を立上げる際に、可動側テーブルがリニアモータ３のストローク範囲内のいかなる位置にあっても原点復帰を完了し、又、可動側テーブルが正規の立上げ位置になかったと判断すれば、自動的に正規の立上げ位置に戻り、再び原点復帰を開始して原点復帰を完了した後に、リニアモータ制御を開始できるので、従来のように、いちいち正規の立上げ位置に戻す手間が省け、リニアモータ駆動装置、特に、絶対位置検出を有していない駆動装置の原点復帰作業をスピードアップして、リニアモータ３を駆動して行われる本来の作業を開始するまでの時間を短縮できる。
なお、ここまでは、リニアモータストローク５０ｍｍ等と実際の数値を用いて説明したが、勿論、この数値に限定するものではなく、適用値は自由である。
【０００７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可動側テーブルが正規の立上げ位置になく、リニアモータの駆動装置を立上げた場合でも、自動的に正規の立上げ位置に戻り、再び原点復帰を開始して原点復帰完了できるので、不必要な最大出力を出し続けることがなくなり、リニアモータの焼損・寿命劣化、テーブルの弾性変形・熱歪みを防止できる効果がある。
また、立上げ開始・立上げ直しでの可動テーブルを、正規の立上げ位置に移動する操作の手間が省けるので、無駄な処理期間を無くし迅速、確実に原点復帰を完了して、本来の生産作業を開始できるまでの時間を短縮できる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るリニアモータの制御方法を示す流れ図である。
【図２】図１に示すリニアモータの制御ブロック図である。
【図３】従来のリニアモータ駆動装置の概略構成図である。
【図４】図３に示すリニアモータで駆動する装置の各スイッチと原点位置の位置関係を表す図である。
【図５】図３に示すリニアモータの従来の制御方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
１  ＣＰＵ
２  パワーアンプ
３  リニアモータ
４  センサ信号検出手段
５  センサ
１１  固定側テーブル
１２  可動側テーブル
１３  リニアモータ固定子
１４  リニアモータ可動子
１５  リニアガイド
１６  スケール
１７  検出ヘッド
１８  リミットスイッチ
１９  メカストッパ
【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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