リニアモータ位置検出システム
【課題】測長距離の制限を受けることがないと共にリニアモータの能力を十分に発揮させて制御時間の短縮を図ることができるリニアモータ位置検出システムを提供する。
【解決手段】リニアモータ５により移動されるテーブル４の直線運動をラック１２とピニオンギア１３により回転運動に変換するようにしたので、直線運動系での検出は有限目盛りであるのに対して回転運動系での検出は無限目盛りとなり、理論的には直線運動系の測長距離が無限であっても、直線運動系の測長距離を回転運動系の測長距離に容易に変換することができ、測長距離の変更に容易に対応することができる。
【解決手段】リニアモータ５により移動されるテーブル４の直線運動をラック１２とピニオンギア１３により回転運動に変換するようにしたので、直線運動系での検出は有限目盛りであるのに対して回転運動系での検出は無限目盛りとなり、理論的には直線運動系の測長距離が無限であっても、直線運動系の測長距離を回転運動系の測長距離に容易に変換することができ、測長距離の変更に容易に対応することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータの動作に応じて直線運動されるテーブルの位置を検出するリニアモータ位置検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転モータを展開した構成のリニアモータの位置を検出するには、従来、リニアエンコーダを取付けることが一般的である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６３４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リニアモータの位置検出用としてリニアエンコーダを使用した場合は、リニアエンコーダの長さ（測長距離）は固定的であることから、測長距離の変更に容易に対応できないという問題があった。つまり、例えば５ｍの測長距離のリニアエンコーダをそれよりも長い測長距離で使用することは不可能であり、測長距離の長いリニアエンコーダに交換する必要がある。逆に、１０ｍの測長距離のリニアエンコーダをそれよりも短い測長距離で使用した場合は、オーバースペックのリニアエンコーダを使用することになり、不合理である。
【０００５】
また、直線運動系で必要とされる測定能力として例えば最大速度が１０ｍ／ｓ、最大加速度が１５Ｇである場合に、使用しているリニアエンコーダの最大速度が５ｍ／ｓ、最大加速度が３０Ｇであった場合は、リニアエンコーダの測定能力のうち速度は能力不足であるのに対して、加速度はオーバースペックとなる。このため、所望する直線運動系に必要な測定能力とリニアエンコーダの測定能力とが適切に対応しないことになり、リニアモータの能力を十分に発揮させることができず、能力不足で十分に機能しないという問題がある。この場合、能力不足であるリニアエンコーダの最大速度に対応するように直線運動系の最大速度を設定しようとすると、直線運動系での最大速度を制限する必要を生じることになる。このように直線運動系での最大速度を制限した場合、目標位置までの制御時間に最も寄与する最大速度を制限することになり、目標位置までの制御時間が長くなってしまうという問題を生じることになる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、測長距離の制限を受けることがないと共にリニアモータの能力を十分に発揮させて目標位置までの制御時間の短縮を図ることができるリニアモータ位置検出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明によれば、制御手段によりリニアモータが通電制御されると、テーブルが直線運動する。このとき、運動変換手段によりテーブルの直線運動が回転運動に変換されて検出手段に伝達されるので、テーブルの直線運動に伴って検出手段から回転位置または回転量を示す検出信号が出力される。従って、制御手段は、検出手段からの検出信号によりテーブルの位置を検出し、検出したテーブル検出位置が目標位置となるようにリニアモータを通電制御する。
【０００８】
ここで、直線運動系での検出は有限目盛りであるのに対して回転運動系での検出は無限目盛りであることから、理論的には直線運動系の測長距離が無限であっても、直線運動系の測長距離を回転運動系の測長距離に容易に変換することができる。
【０００９】
また、運動変換手段は、直線運動系で必要とされる最大速度を回転運動系に変換した最大回転速度が検出手段の最大回転速度を上回らないように直線運動を回転運動に変換するので、テーブルを目標位置に制御する時間に最も寄与する最大速度でもってリニアモータを通電制御することができ、目標位置までの制御時間の短縮を図ることができる。
【００１０】
さて、運動変換手段はロストモーション（バックラッシュ、たわみ等）を有していることから、リニアモータの等速運転時においては、テーブル実位置はテーブル検出位置に対してロストモーション量だけ進んで移動している。これは、等速運転時は、最初の加速時に発生した位置ずれ状態が加速減速の影響が無く維持されるからである。これに対して、リニアモータの減速運転時は、テーブル実位置はテーブル検出位置に対してロストモーション量だけ遅れて移動するようになる。これは、減速運転時は、検出手段が慣性により等速運転時の回転状態を維持しようとしてテーブルの速度の低下に追従できないからである。このため、減速運転時はテーブル実位置がテーブル検出位置に対してロストモーション量だけ遅れるようになるので、テーブル検出位置で示される目標位置は、ロストモーション範囲の中心位置であるテーブル中心値に対してロストモーション量の１／２だけ進んでいることになる。
【００１１】
このような事情に対して、請求項２の発明によれば、状態オブザーバは、等速運転時は、テーブル実位置がテーブル検出位置に対してロストモーション量だけ進んで移動していることを示す差分情報を求め、この差分情報が示す減速運転開始直前のテーブル検出位置から目標位置までの残りの移動量を求める。この場合、テーブル検出位置で示される目標位置は、ロストモーション範囲の中心位置であるテーブル中心値に対してロストモーション量の１／２だけ進んでいるので、求めた残りの移動量にはロストモーション量の１／２の誤差を含んでいる。従って、状態オブザーバは、残りの移動量からロストモーション量の１／２減算することによりロストモーション範囲の中心位置となる目標位置までの移動量を求め、当該移動量に相当する検出信号を出力する。
【００１２】
そして、制御手段は、減速運転時は、検出手段からの検出信号に代えて状態オブザーバからの検出信号によりテーブルの位置を検出し、検出したテーブル検出位置が目標位置となるようにリニアモータを通電制御する。これにより、テーブルはロストモーション範囲の中心位置に停止するようになるので、停止位置精度を高めることができる。また、等速運転中に補正するから、論理値＝現実値となり、正確に補正することができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、システム構成の変更によりブレーキ手段を後付する必要が生じた場合であっても、ブレーキ手段の取付位置が位置決め手段により初期位置に設定されることにより取付再現性を確保するようにしたので、システム毎の動作のバラツキを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態における直線運動システムを示す斜視図
【図２】直線運動システムを示す平面図
【図３】直線運動システムを一部破断して示す側面図
【図４】ピニオンギアの歯とラックの歯との接触状態を示す図
【図５】制御系を示す図
【図６】テーブル検出位置とテーブル実位置との関係を示す図
【図７】誤差を含んだ状態を示す図６相当図
【図８】補正後の値を示す図７相当図
【図９】本発明の第２実施形態を示す図１相当図
【図１０】図３相当図
【図１１】本発明の第３実施形態を示す図１相当図
【図１２】図２相当図
【図１３】図３相当図
【図１４】本発明の第４実施形態を示す図１相当図
【図１５】図２相当図
【図１６】図３相当図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１ないし図８を参照して説明する。
図１は直線運動システムを示す斜視図、図２は直線運動システムの平面図、図３は直線運動システムの側面図である。長尺状のベース１には２本の案内レール２が長手方向に沿って設けられており、それらの案内レール２に摺動体３が装着され、その摺動体３にテーブル４が固定されている。ベース１にはリニアモータ５の固定子６が取付けられていると共に、テーブル４にはリニアモータ５の可動子７が取付けられており、リニアモータ５に対する通電制御により可動子７、ひいてはテーブル４が移動するようになっている。
【００１６】
テーブル４には例えばロボットが搭載され、コントローラ８（制御手段に相当）により駆動される。コントローラ８は、記憶しているプログラムに従ってテーブル４を所定の目標位置に停止させた状態でロボットを制御することにより例えばワークの把持作業をロボットに実行させるようになっている。尚、ベース１の両端には端面部９が固定されており、その端面部９によりテーブル４の移動範囲が規制されている。また、端面部９の内面には緩衝用ゴム１０が装着されており、テーブル４が万一衝突した際の衝撃が緩和されるようになっている。
【００１７】
ところで、テーブル４の現在位置を検出する構成として従来のリニアエンコーダを用いた場合には、測長距離が固定的であることから、測長距離の変更に容易に対応することができないという問題があった。
そこで、本実施形態では、テーブル４の位置を検出するための手段として、ラックとピニオンギアからなる運動変換手段を用いてテーブル４の直線運動を回転運動に変換し、その回転位置を回転エンコーダで検出することによりテーブル４の位置を検出するようにした。具体的には、テーブル４は案内レール２から側方に突出しており、その突出部位の裏面に回転エンコーダ１１（検出手段に相当）が固定されている。ベース１の側面にはラック１２（運動変換手段に相当）が装着されており、回転エンコーダ１１の回転軸に固定されたピニオンギア１３（運動変換手段に相当）がラック１２に噛合っている。この場合、直線運動系での検出は有限目盛りであるのに対して回転運動系での検出は無限目盛りであることから、理論的には直線運動系の測長距離が無限であっても、直線運動系の測長距離を回転運動系の測長距離に容易に変換することができる。これにより、測長距離が長い場合であっても本実施形態と同一の構成でもって容易に実施することができる。
【００１８】
一方、例えば直線運動系で必要とされる測定能力として最大速度が１０ｍ／ｓ、最大加速度が１５Ｇである場合に、直線運動系での最大速度を回転運動系に変換した場合の最大回転速度が使用している回転エンコーダ１１の最大回転速度を上回らないように直線運動を回転運動に変換するように、つまりピニオンギア１３の直径が所望する性能となるように構成されている。ここで、リニアモータ５によりテーブル４を目標位置に制御する場合に制御時間を短縮するには最大速度が最も寄与することから、回転エンコーダ１１が対応可能な最大速度でもってテーブル４を移動することにより、制御時間の短縮を図ることができる。
【００１９】
尚、回転エンコーダ１１としては、光学式、或いは磁気式があり、それぞれ絶対的な回転位置を示す位置信号を出力するアブソリュートタイプ、或いは基準位置からの相対的な回転量を示す位置信号を出力するインクリメンタルタイプがあるが、いずれのタイプを用いてもよい。
コントローラ８は、テーブル４を目標位置に停止する場合は、回転エンコーダ１１からの位置信号によりテーブル４の現在位置を検出し、テーブル検出位置が目標位置となるようにリニアモータ５を制御する。
【００２０】
一方、直線運動システムの設置環境、或いは直線運動システムに要求されるスペックによってはテーブル４に停止力を作用させる必要があり、そのような構成ではブレーキ１４（ブレーキ手段に相当）を直線運動システムに装着する。この場合、システム構成の変更に容易に対応できるようにブレーキ１４を後付可能とすることが望ましいものの、ブレーキ１４を後付した場合は、回転エンコーダ１１のピニオンギア１３と噛合ったラック１２に対してブレーキ１４のピニオンギア１５を噛合わせることになるから、それらの各部品の噛合い位置がばらついた場合は、直線運動システムの動作時の再現性を保証することが困難となる。
【００２１】
そこで、本実施形態では、図３に示すようにノックピン１６（位置決め手段に相当）によりテーブル４に対して回転エンコーダ１１及びブレーキ１４の取付位置を高精度に位置決めした状態で、図２に示すようにラック１２と各ピニオンギア１３，１５に設けられたアイマーク１７（位置決め手段に相当）同士が対向する初期位置となるように位置合わせする。これらのアイマーク１７は部品の取付けの初期位置を示すもので、ラック１２に対する回転エンコーダ１１の取付け位置、及びラック１２に対するブレーキ１４の取付け位置が初期位置に設定されることにより、高精度を維持した取付再現性を確保することができる。
【００２２】
ところで、上述のような高精度を維持した取付再現性を実現した結果、コントローラ８の制御によりテーブル４の位置を高精度で制御できるものの、ラック１２とピニオンギア１３との歯の噛合いには、互いの歯が接触する際のロストモーション（ガタ）があることから、そのロストモーションにより停止したテーブル４の実位置（以下「テーブル実位置」という）とテーブル４の検出位置（以下「テーブル検出位置」という）とは完全に一致せず、ロストモーションがテーブル４の停止精度に影響を与えている。
【００２３】
本実施形態では、このように停止時にテーブル実位置とテーブル検出位置とが一致しないという事情を解消するために、回転エンコーダ１１からの位置信号に代わる位置信号を出力する状態オブザーバ１８をプログラムで構成し、コントローラ８は、減速運転時は状態オブザーバ１８からの位置信号を信じてリニアモータ５を制御するようにした。
図５は、状態オブザーバ１８を用いた制御系を示している。コントローラ８は、リニアモータ５を制御する際に利用する位置信号を回転エンコーダ１１からの位置信号と状態オブザーバ１８からの位置信号とに切替可能に構成されている。コントローラ８は、プログラムにより目標位置が与えられたときは、加速運転、等速運転、減速運転を順に実行することによりテーブル４を目標位置に移動する。ここで、加速運転時及び等速運転時は、回転エンコーダ１１からの位置信号により制御対象であるリニアモータ５をフィードバック制御する。それに対して、減速運転時は、回転エンコーダ１１からの位置信号に代えて状態オブザーバ１８からの位置信号によりリニアモータ５をフィードバック制御する。以下、状態オブザーバ１８の機能について説明する。
【００２４】
図６は、テーブル検出位置とテーブル実位置との関係を示している。制御開始時にテーブル４はロストモーション範囲の中央（以下「テーブル中心値」という）に位置しているものとする。これは、リニアモータ５の停止状態では、回転エンコーダ１１側のピニオンギア１３はロストモーション範囲内でフリーな状態にあることから、テーブル４はロストモーション範囲の中心であるテーブル中心値に位置していると見なすことができるからである。
【００２５】
コントローラ８がテーブル４を目標位置に移動するためにリニアモータ５を加速すると、テーブル４がテーブル中心値からロストモーション量Ｘの１／２（＝Ｘ／２）だけ進んだところで回転エンコーダ１１に設けられたピニオンギア１３の歯がラック１２の歯に当接し、図４に示すように進行方向側に押し付けられた状態で回転するようになる。このようにピニオンギア１３の歯がラック１２の歯に対して進行方向側に押し付けられた状態は、等速運転時も加減速の影響が無くなることから継続される。このため、テーブル実位置は、図６に示すようにテーブル検出位置が一定のままＸ／２だけ進むことになる。つまり、等速運転時は、最初の加速時に発生した位置ずれ状態が加速減速の影響が無く維持される結果、テーブル検出位置はテーブル実位置からはＸ／２遅れている状態を維持している。この状態維持時に状態オブザーバ１８は制御対象となるリニアモータ５の同定を行う。
【００２６】
さて、減速運転開始となると、減速運転時となっても慣性により回転エンコーダ１１が等速運転時の回転状態を維持しようとしてテーブル４の速度の低下に追従できなくなるので、図４に示すようにピニオンギア１３の歯がラック１２の歯に対して進行方向と反対側に押し付けられるようになる。このため、減速運転時はテーブル実位置がテーブル検出位置に対してロストモーション量Ｘだけ遅れるようになるので（図６中に破線で示す）、プログラムで与えられる目標位置は、ロストモーション範囲の中心位置であるテーブル中心値に対してロストモーション量の１／２だけ進むことになる。
【００２７】
そこで、状態オブザーバ１８は、等速運転から減速運転開始となったときは、減速終了直前のテーブル検出位置とテーブル実位置との対応関係を示す差分情報（図６中に太線で示す一次関数）を求めると共に、その差分情報が示す減速運転開始直前のテーブル検出位置からプログラムで与えられた目標位置までの残りの移動量Ｙを求める。この場合、移動量Ｙには誤差となるＸ／２が含まれていることから、Ｙ−Ｘ／２より真の目標位置までの移動量を求める。そして、状態オブザーバ１８は、減速開始となったときは移動量Ｙ−Ｘ／２に対応する位置信号を出力する。この場合、位置信号は、コントローラ８が等速運動に続けて減速運転を滑らかに実行できるように減速運転開始にコントローラ８からリニアモータ５に出力される制御信号に同期して出力されるようになっている。
【００２８】
コントローラ８は、減速を開始したときは、等速運転で用いていた回転エンコーダ１１からの位置信号に代えて状態オブザーバ１８からの位置信号を入力するように切替え、入力した位置信号に基づいてテーブル検出位置が目標位置となるようにリニアモータ５をフィードバック制御する。これにより、テーブル４は、ロストモーション範囲の中心となるテーブル中心値に位置するようになる。
【００２９】
ところで、上述のようにテーブル検出位置とテーブル実位置との対応関係を示す差分情報に基づいて目標位置までの残りの移動距離Ｙ−Ｘ／２を求めるには、差分情報である一次関数の精度が極めて重要となる。しかしながら、ラック１２の加工精度が低い場合はラック１２の１歯毎にピッチ誤差を生じ、図４に示すようにテーブル４の進行に伴ってラック１２の１歯毎のピッチ誤差が累積することになる。このため、テーブル検出位置とテーブル実位置との対応関係が一次関数とはならず、図７に示すように回転エンコーダ１１からの取り込み値が誤差（図７では誤差を誇張している）を含むようになる。このため、ラック１２に加工精度のバラツキがある場合は、状態オブザーバ１８が求めた差分情報も誤差を含むことになるから、差分情報に基づいて求める目標位置までの残りの移動量、ひいては減速開始後に出力する位置信号の精度も低下してしまい、テーブル４をテーブル中心値となる目標位置に精度良く停止することができない虞がある。
【００３０】
そこで、図７に示すように取り込んだ回転エンコーダ１１からの位置信号に対し、真値となる別の極めて精度の高い計測器との値を元に、回転エンコーダ１１の位置に応じて補正値を状態オブザーバ１８に与えるようにした。このような補正値を状態オブザーバ１８に与えることにより、状態オブザーバ１８が求める差分情報が一次関数の真値となり、図８に示すように差分情報とテーブル中心値とが精度良く並行となるので、差分情報に基づいて演算する目標位置までの残りの移動量、ひいては状態オブザーバ１８から出力する位置信号の精度を高めることができ、テーブル４をテーブル中心値となる目標位置に精度良く停止することができる。この補正は、必要に応じ（例えばラック・ピニオンの磨耗に応じ）て実施することでよりよい精度の維持が可能となる。また、次数を増やした関数とすることでより高精度とすることができる。
【００３１】
このような実施形態によれば、リニアモータ５により移動されるテーブル４の直線運動をラック１２とピニオンギア１３により回転運動に変換するようにしたので、直線運動系での検出は有限目盛りであるのに対して回転運動系での検出は無限目盛りとなり、理論的には直線運動系の測長距離が無限であっても、直線運動系の測長距離を回転運動系の測長距離に容易に変換することができ、測長距離の変更に容易に対応することができる。
【００３２】
また、ラック１２とピニオンギア１３とから構成された運動変換手段は、直線運動系で必要とされる最大速度を回転運動系に変換した最大回転速度が回転エンコーダ１１の最大回転速度を上回らないように直線運動を回転運動に変換するので、テーブル４を目標位置に制御する時間に最も寄与する最大速度でもってリニアモータ５を通電制御することができ、目標位置までの制御時間の短縮を図ることができる。
【００３３】
また、減速開始後から状態オブザーバ１８により目標位置までの位置信号を出力し、コントローラ８が状態オブザーバ１８からの位置信号に基づいてリニアモータ５をフィードバック制御することによりテーブル４をテーブル中心値となる目標位置に停止するようにしたので、テーブル停止位置の精度を高めることができる。
さらに、システムにブレーキ１４を後付けする場合は、ノックピン１６、アイマーク１７により取付再現性を確保するようにしたので、システム毎の動作のバラツキを防止することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について図９及び図１０を参照して説明するに、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この第２実施形態は、回転エンコーダ１１とブレーキ１４とを同軸上に配置したことを特徴とする。
図９は直線運動システムの平面図、図１０は直線運動システムの側面図である。テーブル４の端部にはＬ字状の支持部材２１が肩当部２２（位置決め手段に相当）により精度良く位置決めされた状態で取付けられており、テーブル４と支持部材２１とが平行に精度良く対向している。テーブル４には回転エンコーダ１１がノックピン１６による位置決め状態で精度良く取付けられ、支持部材２１にはブレーキ１４がノックピン１６による位置決め状態で精度良く取付けられている。このような肩当部２２によるテーブル４に対する支持部材２１の取付け、ノックピン１６によるテーブル４に対する回転エンコーダ１１の取付け、ノックピン１６による支持部材２１に対するブレーキ１４の取付けにより、回転エンコーダ１１とブレーキ１４とが同軸上に精度良く配置されている。回転エンコーダ１１及びブレーキ１４の軸にはピニオンギア１３，１５がそれぞれ装着されており、それらのピニオンギア１３，１５がテーブル４に取付けられたラック１２と噛合っている。この場合、図９に示すように各ピニオンギア１３，１５及びラック１２に設けられたアイマーク１７によりラック１２に対する回転エンコーダ１１の取付け位置、及びラック１２に対するブレーキ１４の取付け位置が初期位置に設定されているので、高精度を維持した取付再現性を確保することができる。
【００３５】
このような実施形態によれば、第１実施形態と同じ作用効果を得ながら、第１実施形態ではテーブル４の移動方向に位置していたブレーキ１４を回転エンコーダ１１と同軸上に設けるようにしたので、全体の小型化を図ることができると共に、テーブル４の移動範囲の拡大を図ることができる。
【００３６】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について図１１ないし図１３を参照して説明する。この第３実施形態は、運動変換手段をナットとボールネジから構成したことを特徴とする。
図１１は直線運動システムの斜視図、図１２は直線運動システムの平面図、図１３は直線運動システムの側面図である。テーブル４には固定具３１（図１３のみに図示）によりナット３２が固定されており、そのナット３２の移動に伴ってボールネジ３３が回転するようになっている。ボールネジ３３の端部の一方には回転エンコーダ１１が装着され、他方にはブレーキ１４が装着されており、ボールネジ３３の回転が回転エンコーダ１１及びブレーキ１４に伝達されるように構成されている。この場合、図１２に示すようにアイマーク１７によりボールネジ３３に対する回転エンコーダ１１の取付け位置、及びボールネジ３３に対するブレーキ１４の取付け位置が初期位置に設定されていると共に、アイマーク１７によりリニアモータ５に対するテーブル４の取付け位置も初期位置に設定されているので、全てのアイマーク１７を合わせた状態で取付けることにより高い取付再現性を確保することができる。尚、テーブルには窓部３３が形成されており、その窓部３３を通じてリニアモータ５の固定子６に設けられたアイマーク１７を視認可能となっている。
【００３７】
また、このようなナット３２とボールネジ３３とから構成される運動変換手段にはロストモーションが存在するものの、第１実施形態と同様に状態オブザーバ１８を用い、減速運転時に状態オブザーバ１８から出力される位置信号に基づいてリニアモータ５をフィードバック制御することによりテーブル４をテーブル中心値となる目標位置に停止することができる。
【００３８】
このような実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏しながら、テーブル４の移動範囲、つまりリニアモータ５の測長距離はボールネジ３３の長さに限定されるので、第一実施形態で説明した端面部９のような特別な手段を用いることなくテーブル４の移動範囲を限定することができる。
【００３９】
（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態について図１４ないし図１６を参照して説明する。この第４実施形態は、運動変換手段をタイミングベルトとプーリーとから構成したことを特徴とする。
図１４は直線運動システムの斜視図、図１５は直線運動システムの平面図、図１６は直線運動システムの側面図である。テーブル４に固定具４１（図１６のみに図示）によりタイミングベルト４２が固定されていると共に、そのタイミングベルトが２つのプーリー４３，４４で支持されており、タイミングベルト４２の移動に伴ってプーリー４３，４４が回転するようになっている。一方のプーリー４３には回転エンコーダ１１が装着され、他方のプーリー４４にはブレーキ１４が装着されている。この場合、ブレーキ１４に対応したプーリー４４は常時設置されるもので、ブレーキ１４の必要時にブレーキ１４のアイマーク１７とプーリーのアイマーク１７とを合わせた状態でブレーキ１４をプーリーに取付けることにより高精度を維持した取付再現性を確保することができる。
【００４０】
また、このような構成では、タイミングベルト４２とプーリー４３，４４との間のガタ、或いはタイミングベルト４２が弾性変形することによりロストモーションが存在するものの、第１実施形態と同様に状態オブザーバ１８を用いることによりロストモーションの影響を排除してテーブル４を高精度でテーブル中心値となる目標位置に停止することができる。
【００４１】
このような実施形態によれば、第１実施形態と同様な効果を奏しながら、テーブル４の移動範囲、つまりリニアモータ５の測長距離はタイミングベルトの長さの半分以下に限定されるので、特別な手段を用いることなくテーブル４の移動範囲を限定することができる。
【００４２】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
直線運動を回転運動に変換する手段としては、ラック１２とピニオンギア１３、ナットとボールネジ、タイミングベルト４２とプーリー４３，４４以外の手段を用いるようにしてもよい。
テーブル４にラック１２を取付け、静止側に回転エンコーダ１１を取付けるようにしてもよい。
回転エンコーダ１１の同軸上にブレーキを設ける構成としては、回転エンコーダ１１の背面にブレーキ１４を装着し、回転エンコーダ１１の軸にブレーキ１４の軸を連結するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
図面中、４はテーブル、５はリニアモータ、８はコントローラ（制御手段）、１１は回転エンコーダ（検出手段）、１２はラック（運動変換手段）、１３はピニオンギア（運動変換手段）、１４はブレーキ（ブレーキ手段）、１６はノックピン（位置決め手段）、１７はアイマーク（位置決め手段）、１８は状態オブザーバ、２２は肩当部（位置決め手段）、３２はナット（運動変換手段）、３３はボールネジ（運動変換手段）、４２はタイミングベルト（運動変換手段）、４３，４４はプーリー（運動変換手段）である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータの動作に応じて直線運動されるテーブルの位置を検出するリニアモータ位置検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転モータを展開した構成のリニアモータの位置を検出するには、従来、リニアエンコーダを取付けることが一般的である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６３４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リニアモータの位置検出用としてリニアエンコーダを使用した場合は、リニアエンコーダの長さ（測長距離）は固定的であることから、測長距離の変更に容易に対応できないという問題があった。つまり、例えば５ｍの測長距離のリニアエンコーダをそれよりも長い測長距離で使用することは不可能であり、測長距離の長いリニアエンコーダに交換する必要がある。逆に、１０ｍの測長距離のリニアエンコーダをそれよりも短い測長距離で使用した場合は、オーバースペックのリニアエンコーダを使用することになり、不合理である。
【０００５】
また、直線運動系で必要とされる測定能力として例えば最大速度が１０ｍ／ｓ、最大加速度が１５Ｇである場合に、使用しているリニアエンコーダの最大速度が５ｍ／ｓ、最大加速度が３０Ｇであった場合は、リニアエンコーダの測定能力のうち速度は能力不足であるのに対して、加速度はオーバースペックとなる。このため、所望する直線運動系に必要な測定能力とリニアエンコーダの測定能力とが適切に対応しないことになり、リニアモータの能力を十分に発揮させることができず、能力不足で十分に機能しないという問題がある。この場合、能力不足であるリニアエンコーダの最大速度に対応するように直線運動系の最大速度を設定しようとすると、直線運動系での最大速度を制限する必要を生じることになる。このように直線運動系での最大速度を制限した場合、目標位置までの制御時間に最も寄与する最大速度を制限することになり、目標位置までの制御時間が長くなってしまうという問題を生じることになる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、測長距離の制限を受けることがないと共にリニアモータの能力を十分に発揮させて目標位置までの制御時間の短縮を図ることができるリニアモータ位置検出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明によれば、制御手段によりリニアモータが通電制御されると、テーブルが直線運動する。このとき、運動変換手段によりテーブルの直線運動が回転運動に変換されて検出手段に伝達されるので、テーブルの直線運動に伴って検出手段から回転位置または回転量を示す検出信号が出力される。従って、制御手段は、検出手段からの検出信号によりテーブルの位置を検出し、検出したテーブル検出位置が目標位置となるようにリニアモータを通電制御する。
【０００８】
ここで、直線運動系での検出は有限目盛りであるのに対して回転運動系での検出は無限目盛りであることから、理論的には直線運動系の測長距離が無限であっても、直線運動系の測長距離を回転運動系の測長距離に容易に変換することができる。
【０００９】
また、運動変換手段は、直線運動系で必要とされる最大速度を回転運動系に変換した最大回転速度が検出手段の最大回転速度を上回らないように直線運動を回転運動に変換するので、テーブルを目標位置に制御する時間に最も寄与する最大速度でもってリニアモータを通電制御することができ、目標位置までの制御時間の短縮を図ることができる。
【００１０】
さて、運動変換手段はロストモーション（バックラッシュ、たわみ等）を有していることから、リニアモータの等速運転時においては、テーブル実位置はテーブル検出位置に対してロストモーション量だけ進んで移動している。これは、等速運転時は、最初の加速時に発生した位置ずれ状態が加速減速の影響が無く維持されるからである。これに対して、リニアモータの減速運転時は、テーブル実位置はテーブル検出位置に対してロストモーション量だけ遅れて移動するようになる。これは、減速運転時は、検出手段が慣性により等速運転時の回転状態を維持しようとしてテーブルの速度の低下に追従できないからである。このため、減速運転時はテーブル実位置がテーブル検出位置に対してロストモーション量だけ遅れるようになるので、テーブル検出位置で示される目標位置は、ロストモーション範囲の中心位置であるテーブル中心値に対してロストモーション量の１／２だけ進んでいることになる。
【００１１】
このような事情に対して、請求項２の発明によれば、状態オブザーバは、等速運転時は、テーブル実位置がテーブル検出位置に対してロストモーション量だけ進んで移動していることを示す差分情報を求め、この差分情報が示す減速運転開始直前のテーブル検出位置から目標位置までの残りの移動量を求める。この場合、テーブル検出位置で示される目標位置は、ロストモーション範囲の中心位置であるテーブル中心値に対してロストモーション量の１／２だけ進んでいるので、求めた残りの移動量にはロストモーション量の１／２の誤差を含んでいる。従って、状態オブザーバは、残りの移動量からロストモーション量の１／２減算することによりロストモーション範囲の中心位置となる目標位置までの移動量を求め、当該移動量に相当する検出信号を出力する。
【００１２】
そして、制御手段は、減速運転時は、検出手段からの検出信号に代えて状態オブザーバからの検出信号によりテーブルの位置を検出し、検出したテーブル検出位置が目標位置となるようにリニアモータを通電制御する。これにより、テーブルはロストモーション範囲の中心位置に停止するようになるので、停止位置精度を高めることができる。また、等速運転中に補正するから、論理値＝現実値となり、正確に補正することができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、システム構成の変更によりブレーキ手段を後付する必要が生じた場合であっても、ブレーキ手段の取付位置が位置決め手段により初期位置に設定されることにより取付再現性を確保するようにしたので、システム毎の動作のバラツキを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態における直線運動システムを示す斜視図
【図２】直線運動システムを示す平面図
【図３】直線運動システムを一部破断して示す側面図
【図４】ピニオンギアの歯とラックの歯との接触状態を示す図
【図５】制御系を示す図
【図６】テーブル検出位置とテーブル実位置との関係を示す図
【図７】誤差を含んだ状態を示す図６相当図
【図８】補正後の値を示す図７相当図
【図９】本発明の第２実施形態を示す図１相当図
【図１０】図３相当図
【図１１】本発明の第３実施形態を示す図１相当図
【図１２】図２相当図
【図１３】図３相当図
【図１４】本発明の第４実施形態を示す図１相当図
【図１５】図２相当図
【図１６】図３相当図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１ないし図８を参照して説明する。
図１は直線運動システムを示す斜視図、図２は直線運動システムの平面図、図３は直線運動システムの側面図である。長尺状のベース１には２本の案内レール２が長手方向に沿って設けられており、それらの案内レール２に摺動体３が装着され、その摺動体３にテーブル４が固定されている。ベース１にはリニアモータ５の固定子６が取付けられていると共に、テーブル４にはリニアモータ５の可動子７が取付けられており、リニアモータ５に対する通電制御により可動子７、ひいてはテーブル４が移動するようになっている。
【００１６】
テーブル４には例えばロボットが搭載され、コントローラ８（制御手段に相当）により駆動される。コントローラ８は、記憶しているプログラムに従ってテーブル４を所定の目標位置に停止させた状態でロボットを制御することにより例えばワークの把持作業をロボットに実行させるようになっている。尚、ベース１の両端には端面部９が固定されており、その端面部９によりテーブル４の移動範囲が規制されている。また、端面部９の内面には緩衝用ゴム１０が装着されており、テーブル４が万一衝突した際の衝撃が緩和されるようになっている。
【００１７】
ところで、テーブル４の現在位置を検出する構成として従来のリニアエンコーダを用いた場合には、測長距離が固定的であることから、測長距離の変更に容易に対応することができないという問題があった。
そこで、本実施形態では、テーブル４の位置を検出するための手段として、ラックとピニオンギアからなる運動変換手段を用いてテーブル４の直線運動を回転運動に変換し、その回転位置を回転エンコーダで検出することによりテーブル４の位置を検出するようにした。具体的には、テーブル４は案内レール２から側方に突出しており、その突出部位の裏面に回転エンコーダ１１（検出手段に相当）が固定されている。ベース１の側面にはラック１２（運動変換手段に相当）が装着されており、回転エンコーダ１１の回転軸に固定されたピニオンギア１３（運動変換手段に相当）がラック１２に噛合っている。この場合、直線運動系での検出は有限目盛りであるのに対して回転運動系での検出は無限目盛りであることから、理論的には直線運動系の測長距離が無限であっても、直線運動系の測長距離を回転運動系の測長距離に容易に変換することができる。これにより、測長距離が長い場合であっても本実施形態と同一の構成でもって容易に実施することができる。
【００１８】
一方、例えば直線運動系で必要とされる測定能力として最大速度が１０ｍ／ｓ、最大加速度が１５Ｇである場合に、直線運動系での最大速度を回転運動系に変換した場合の最大回転速度が使用している回転エンコーダ１１の最大回転速度を上回らないように直線運動を回転運動に変換するように、つまりピニオンギア１３の直径が所望する性能となるように構成されている。ここで、リニアモータ５によりテーブル４を目標位置に制御する場合に制御時間を短縮するには最大速度が最も寄与することから、回転エンコーダ１１が対応可能な最大速度でもってテーブル４を移動することにより、制御時間の短縮を図ることができる。
【００１９】
尚、回転エンコーダ１１としては、光学式、或いは磁気式があり、それぞれ絶対的な回転位置を示す位置信号を出力するアブソリュートタイプ、或いは基準位置からの相対的な回転量を示す位置信号を出力するインクリメンタルタイプがあるが、いずれのタイプを用いてもよい。
コントローラ８は、テーブル４を目標位置に停止する場合は、回転エンコーダ１１からの位置信号によりテーブル４の現在位置を検出し、テーブル検出位置が目標位置となるようにリニアモータ５を制御する。
【００２０】
一方、直線運動システムの設置環境、或いは直線運動システムに要求されるスペックによってはテーブル４に停止力を作用させる必要があり、そのような構成ではブレーキ１４（ブレーキ手段に相当）を直線運動システムに装着する。この場合、システム構成の変更に容易に対応できるようにブレーキ１４を後付可能とすることが望ましいものの、ブレーキ１４を後付した場合は、回転エンコーダ１１のピニオンギア１３と噛合ったラック１２に対してブレーキ１４のピニオンギア１５を噛合わせることになるから、それらの各部品の噛合い位置がばらついた場合は、直線運動システムの動作時の再現性を保証することが困難となる。
【００２１】
そこで、本実施形態では、図３に示すようにノックピン１６（位置決め手段に相当）によりテーブル４に対して回転エンコーダ１１及びブレーキ１４の取付位置を高精度に位置決めした状態で、図２に示すようにラック１２と各ピニオンギア１３，１５に設けられたアイマーク１７（位置決め手段に相当）同士が対向する初期位置となるように位置合わせする。これらのアイマーク１７は部品の取付けの初期位置を示すもので、ラック１２に対する回転エンコーダ１１の取付け位置、及びラック１２に対するブレーキ１４の取付け位置が初期位置に設定されることにより、高精度を維持した取付再現性を確保することができる。
【００２２】
ところで、上述のような高精度を維持した取付再現性を実現した結果、コントローラ８の制御によりテーブル４の位置を高精度で制御できるものの、ラック１２とピニオンギア１３との歯の噛合いには、互いの歯が接触する際のロストモーション（ガタ）があることから、そのロストモーションにより停止したテーブル４の実位置（以下「テーブル実位置」という）とテーブル４の検出位置（以下「テーブル検出位置」という）とは完全に一致せず、ロストモーションがテーブル４の停止精度に影響を与えている。
【００２３】
本実施形態では、このように停止時にテーブル実位置とテーブル検出位置とが一致しないという事情を解消するために、回転エンコーダ１１からの位置信号に代わる位置信号を出力する状態オブザーバ１８をプログラムで構成し、コントローラ８は、減速運転時は状態オブザーバ１８からの位置信号を信じてリニアモータ５を制御するようにした。
図５は、状態オブザーバ１８を用いた制御系を示している。コントローラ８は、リニアモータ５を制御する際に利用する位置信号を回転エンコーダ１１からの位置信号と状態オブザーバ１８からの位置信号とに切替可能に構成されている。コントローラ８は、プログラムにより目標位置が与えられたときは、加速運転、等速運転、減速運転を順に実行することによりテーブル４を目標位置に移動する。ここで、加速運転時及び等速運転時は、回転エンコーダ１１からの位置信号により制御対象であるリニアモータ５をフィードバック制御する。それに対して、減速運転時は、回転エンコーダ１１からの位置信号に代えて状態オブザーバ１８からの位置信号によりリニアモータ５をフィードバック制御する。以下、状態オブザーバ１８の機能について説明する。
【００２４】
図６は、テーブル検出位置とテーブル実位置との関係を示している。制御開始時にテーブル４はロストモーション範囲の中央（以下「テーブル中心値」という）に位置しているものとする。これは、リニアモータ５の停止状態では、回転エンコーダ１１側のピニオンギア１３はロストモーション範囲内でフリーな状態にあることから、テーブル４はロストモーション範囲の中心であるテーブル中心値に位置していると見なすことができるからである。
【００２５】
コントローラ８がテーブル４を目標位置に移動するためにリニアモータ５を加速すると、テーブル４がテーブル中心値からロストモーション量Ｘの１／２（＝Ｘ／２）だけ進んだところで回転エンコーダ１１に設けられたピニオンギア１３の歯がラック１２の歯に当接し、図４に示すように進行方向側に押し付けられた状態で回転するようになる。このようにピニオンギア１３の歯がラック１２の歯に対して進行方向側に押し付けられた状態は、等速運転時も加減速の影響が無くなることから継続される。このため、テーブル実位置は、図６に示すようにテーブル検出位置が一定のままＸ／２だけ進むことになる。つまり、等速運転時は、最初の加速時に発生した位置ずれ状態が加速減速の影響が無く維持される結果、テーブル検出位置はテーブル実位置からはＸ／２遅れている状態を維持している。この状態維持時に状態オブザーバ１８は制御対象となるリニアモータ５の同定を行う。
【００２６】
さて、減速運転開始となると、減速運転時となっても慣性により回転エンコーダ１１が等速運転時の回転状態を維持しようとしてテーブル４の速度の低下に追従できなくなるので、図４に示すようにピニオンギア１３の歯がラック１２の歯に対して進行方向と反対側に押し付けられるようになる。このため、減速運転時はテーブル実位置がテーブル検出位置に対してロストモーション量Ｘだけ遅れるようになるので（図６中に破線で示す）、プログラムで与えられる目標位置は、ロストモーション範囲の中心位置であるテーブル中心値に対してロストモーション量の１／２だけ進むことになる。
【００２７】
そこで、状態オブザーバ１８は、等速運転から減速運転開始となったときは、減速終了直前のテーブル検出位置とテーブル実位置との対応関係を示す差分情報（図６中に太線で示す一次関数）を求めると共に、その差分情報が示す減速運転開始直前のテーブル検出位置からプログラムで与えられた目標位置までの残りの移動量Ｙを求める。この場合、移動量Ｙには誤差となるＸ／２が含まれていることから、Ｙ−Ｘ／２より真の目標位置までの移動量を求める。そして、状態オブザーバ１８は、減速開始となったときは移動量Ｙ−Ｘ／２に対応する位置信号を出力する。この場合、位置信号は、コントローラ８が等速運動に続けて減速運転を滑らかに実行できるように減速運転開始にコントローラ８からリニアモータ５に出力される制御信号に同期して出力されるようになっている。
【００２８】
コントローラ８は、減速を開始したときは、等速運転で用いていた回転エンコーダ１１からの位置信号に代えて状態オブザーバ１８からの位置信号を入力するように切替え、入力した位置信号に基づいてテーブル検出位置が目標位置となるようにリニアモータ５をフィードバック制御する。これにより、テーブル４は、ロストモーション範囲の中心となるテーブル中心値に位置するようになる。
【００２９】
ところで、上述のようにテーブル検出位置とテーブル実位置との対応関係を示す差分情報に基づいて目標位置までの残りの移動距離Ｙ−Ｘ／２を求めるには、差分情報である一次関数の精度が極めて重要となる。しかしながら、ラック１２の加工精度が低い場合はラック１２の１歯毎にピッチ誤差を生じ、図４に示すようにテーブル４の進行に伴ってラック１２の１歯毎のピッチ誤差が累積することになる。このため、テーブル検出位置とテーブル実位置との対応関係が一次関数とはならず、図７に示すように回転エンコーダ１１からの取り込み値が誤差（図７では誤差を誇張している）を含むようになる。このため、ラック１２に加工精度のバラツキがある場合は、状態オブザーバ１８が求めた差分情報も誤差を含むことになるから、差分情報に基づいて求める目標位置までの残りの移動量、ひいては減速開始後に出力する位置信号の精度も低下してしまい、テーブル４をテーブル中心値となる目標位置に精度良く停止することができない虞がある。
【００３０】
そこで、図７に示すように取り込んだ回転エンコーダ１１からの位置信号に対し、真値となる別の極めて精度の高い計測器との値を元に、回転エンコーダ１１の位置に応じて補正値を状態オブザーバ１８に与えるようにした。このような補正値を状態オブザーバ１８に与えることにより、状態オブザーバ１８が求める差分情報が一次関数の真値となり、図８に示すように差分情報とテーブル中心値とが精度良く並行となるので、差分情報に基づいて演算する目標位置までの残りの移動量、ひいては状態オブザーバ１８から出力する位置信号の精度を高めることができ、テーブル４をテーブル中心値となる目標位置に精度良く停止することができる。この補正は、必要に応じ（例えばラック・ピニオンの磨耗に応じ）て実施することでよりよい精度の維持が可能となる。また、次数を増やした関数とすることでより高精度とすることができる。
【００３１】
このような実施形態によれば、リニアモータ５により移動されるテーブル４の直線運動をラック１２とピニオンギア１３により回転運動に変換するようにしたので、直線運動系での検出は有限目盛りであるのに対して回転運動系での検出は無限目盛りとなり、理論的には直線運動系の測長距離が無限であっても、直線運動系の測長距離を回転運動系の測長距離に容易に変換することができ、測長距離の変更に容易に対応することができる。
【００３２】
また、ラック１２とピニオンギア１３とから構成された運動変換手段は、直線運動系で必要とされる最大速度を回転運動系に変換した最大回転速度が回転エンコーダ１１の最大回転速度を上回らないように直線運動を回転運動に変換するので、テーブル４を目標位置に制御する時間に最も寄与する最大速度でもってリニアモータ５を通電制御することができ、目標位置までの制御時間の短縮を図ることができる。
【００３３】
また、減速開始後から状態オブザーバ１８により目標位置までの位置信号を出力し、コントローラ８が状態オブザーバ１８からの位置信号に基づいてリニアモータ５をフィードバック制御することによりテーブル４をテーブル中心値となる目標位置に停止するようにしたので、テーブル停止位置の精度を高めることができる。
さらに、システムにブレーキ１４を後付けする場合は、ノックピン１６、アイマーク１７により取付再現性を確保するようにしたので、システム毎の動作のバラツキを防止することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について図９及び図１０を参照して説明するに、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この第２実施形態は、回転エンコーダ１１とブレーキ１４とを同軸上に配置したことを特徴とする。
図９は直線運動システムの平面図、図１０は直線運動システムの側面図である。テーブル４の端部にはＬ字状の支持部材２１が肩当部２２（位置決め手段に相当）により精度良く位置決めされた状態で取付けられており、テーブル４と支持部材２１とが平行に精度良く対向している。テーブル４には回転エンコーダ１１がノックピン１６による位置決め状態で精度良く取付けられ、支持部材２１にはブレーキ１４がノックピン１６による位置決め状態で精度良く取付けられている。このような肩当部２２によるテーブル４に対する支持部材２１の取付け、ノックピン１６によるテーブル４に対する回転エンコーダ１１の取付け、ノックピン１６による支持部材２１に対するブレーキ１４の取付けにより、回転エンコーダ１１とブレーキ１４とが同軸上に精度良く配置されている。回転エンコーダ１１及びブレーキ１４の軸にはピニオンギア１３，１５がそれぞれ装着されており、それらのピニオンギア１３，１５がテーブル４に取付けられたラック１２と噛合っている。この場合、図９に示すように各ピニオンギア１３，１５及びラック１２に設けられたアイマーク１７によりラック１２に対する回転エンコーダ１１の取付け位置、及びラック１２に対するブレーキ１４の取付け位置が初期位置に設定されているので、高精度を維持した取付再現性を確保することができる。
【００３５】
このような実施形態によれば、第１実施形態と同じ作用効果を得ながら、第１実施形態ではテーブル４の移動方向に位置していたブレーキ１４を回転エンコーダ１１と同軸上に設けるようにしたので、全体の小型化を図ることができると共に、テーブル４の移動範囲の拡大を図ることができる。
【００３６】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について図１１ないし図１３を参照して説明する。この第３実施形態は、運動変換手段をナットとボールネジから構成したことを特徴とする。
図１１は直線運動システムの斜視図、図１２は直線運動システムの平面図、図１３は直線運動システムの側面図である。テーブル４には固定具３１（図１３のみに図示）によりナット３２が固定されており、そのナット３２の移動に伴ってボールネジ３３が回転するようになっている。ボールネジ３３の端部の一方には回転エンコーダ１１が装着され、他方にはブレーキ１４が装着されており、ボールネジ３３の回転が回転エンコーダ１１及びブレーキ１４に伝達されるように構成されている。この場合、図１２に示すようにアイマーク１７によりボールネジ３３に対する回転エンコーダ１１の取付け位置、及びボールネジ３３に対するブレーキ１４の取付け位置が初期位置に設定されていると共に、アイマーク１７によりリニアモータ５に対するテーブル４の取付け位置も初期位置に設定されているので、全てのアイマーク１７を合わせた状態で取付けることにより高い取付再現性を確保することができる。尚、テーブルには窓部３３が形成されており、その窓部３３を通じてリニアモータ５の固定子６に設けられたアイマーク１７を視認可能となっている。
【００３７】
また、このようなナット３２とボールネジ３３とから構成される運動変換手段にはロストモーションが存在するものの、第１実施形態と同様に状態オブザーバ１８を用い、減速運転時に状態オブザーバ１８から出力される位置信号に基づいてリニアモータ５をフィードバック制御することによりテーブル４をテーブル中心値となる目標位置に停止することができる。
【００３８】
このような実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏しながら、テーブル４の移動範囲、つまりリニアモータ５の測長距離はボールネジ３３の長さに限定されるので、第一実施形態で説明した端面部９のような特別な手段を用いることなくテーブル４の移動範囲を限定することができる。
【００３９】
（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態について図１４ないし図１６を参照して説明する。この第４実施形態は、運動変換手段をタイミングベルトとプーリーとから構成したことを特徴とする。
図１４は直線運動システムの斜視図、図１５は直線運動システムの平面図、図１６は直線運動システムの側面図である。テーブル４に固定具４１（図１６のみに図示）によりタイミングベルト４２が固定されていると共に、そのタイミングベルトが２つのプーリー４３，４４で支持されており、タイミングベルト４２の移動に伴ってプーリー４３，４４が回転するようになっている。一方のプーリー４３には回転エンコーダ１１が装着され、他方のプーリー４４にはブレーキ１４が装着されている。この場合、ブレーキ１４に対応したプーリー４４は常時設置されるもので、ブレーキ１４の必要時にブレーキ１４のアイマーク１７とプーリーのアイマーク１７とを合わせた状態でブレーキ１４をプーリーに取付けることにより高精度を維持した取付再現性を確保することができる。
【００４０】
また、このような構成では、タイミングベルト４２とプーリー４３，４４との間のガタ、或いはタイミングベルト４２が弾性変形することによりロストモーションが存在するものの、第１実施形態と同様に状態オブザーバ１８を用いることによりロストモーションの影響を排除してテーブル４を高精度でテーブル中心値となる目標位置に停止することができる。
【００４１】
このような実施形態によれば、第１実施形態と同様な効果を奏しながら、テーブル４の移動範囲、つまりリニアモータ５の測長距離はタイミングベルトの長さの半分以下に限定されるので、特別な手段を用いることなくテーブル４の移動範囲を限定することができる。
【００４２】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
直線運動を回転運動に変換する手段としては、ラック１２とピニオンギア１３、ナットとボールネジ、タイミングベルト４２とプーリー４３，４４以外の手段を用いるようにしてもよい。
テーブル４にラック１２を取付け、静止側に回転エンコーダ１１を取付けるようにしてもよい。
回転エンコーダ１１の同軸上にブレーキを設ける構成としては、回転エンコーダ１１の背面にブレーキ１４を装着し、回転エンコーダ１１の軸にブレーキ１４の軸を連結するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
図面中、４はテーブル、５はリニアモータ、８はコントローラ（制御手段）、１１は回転エンコーダ（検出手段）、１２はラック（運動変換手段）、１３はピニオンギア（運動変換手段）、１４はブレーキ（ブレーキ手段）、１６はノックピン（位置決め手段）、１７はアイマーク（位置決め手段）、１８は状態オブザーバ、２２は肩当部（位置決め手段）、３２はナット（運動変換手段）、３３はボールネジ（運動変換手段）、４２はタイミングベルト（運動変換手段）、４３，４４はプーリー（運動変換手段）である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアモータと、
前記リニアモータの動作に応じて直線運動するテーブルと、
前記テーブルの直線運動を回転運動に変換する運動変換手段と、
前記運動変換手段により変換された回転運動により回転するように設けられ、回転位置または回転量を示す検出信号を出力する検出手段と、
前記検出手段からの検出信号によりテーブルの位置を検出し、検出したテーブル検出位置が目標位置となるように前記リニアモータを通電制御する制御手段とを備え、
前記運動変換手段は、直線運動系で必要とされる最大速度を回転運動系に変換した最大回転速度が前記検出手段の最大回転速度を上回らないように直線運動を回転運動に変換することを特徴とするリニアモータ位置検出システム。
【請求項２】
前記リニアモータの等速運転時は、テーブルの実際の位置であるテーブル実位置が前記テーブル検出位置に対して直線運動におけるロストモーション量だけ進んで移動していることを示す差分情報を求めると共に、前記リニアモータの減速運転開始時は、前記差分情報が示す減速運転開始直前のテーブル実位置から前記テーブル検出位置で示される目標位置までの残りの移動量を求め、当該移動量に対してロストモーション量の１／２を減算することによりロストモーション範囲の中心位置となる目標位置までの移動量を求め、当該移動量に相当する検出信号を出力する状態オブザーバを備え、
前記制御手段は、減速運転時は、前記検出手段からの検出信号に代えて前記状態オブザーバからの検出信号によりテーブルの位置を検出し、検出したテーブル検出位置が目標位置となるように前記リニアモータを通電制御することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ位置検出システム。
【請求項３】
システムに後付可能であって、前記制御手段からの指令に応じて前記リニアモータに停止力を作用させるブレーキ手段と、
システムに対する前記ブレーキ手段の後付位置をノックピンや肩当部による機構的な位置決め、またはアイマークを用いた目視による位置決めにより初期位置に設定可能な位置決め手段とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載のリニアモータ位置検出システム。
【請求項１】
リニアモータと、
前記リニアモータの動作に応じて直線運動するテーブルと、
前記テーブルの直線運動を回転運動に変換する運動変換手段と、
前記運動変換手段により変換された回転運動により回転するように設けられ、回転位置または回転量を示す検出信号を出力する検出手段と、
前記検出手段からの検出信号によりテーブルの位置を検出し、検出したテーブル検出位置が目標位置となるように前記リニアモータを通電制御する制御手段とを備え、
前記運動変換手段は、直線運動系で必要とされる最大速度を回転運動系に変換した最大回転速度が前記検出手段の最大回転速度を上回らないように直線運動を回転運動に変換することを特徴とするリニアモータ位置検出システム。
【請求項２】
前記リニアモータの等速運転時は、テーブルの実際の位置であるテーブル実位置が前記テーブル検出位置に対して直線運動におけるロストモーション量だけ進んで移動していることを示す差分情報を求めると共に、前記リニアモータの減速運転開始時は、前記差分情報が示す減速運転開始直前のテーブル実位置から前記テーブル検出位置で示される目標位置までの残りの移動量を求め、当該移動量に対してロストモーション量の１／２を減算することによりロストモーション範囲の中心位置となる目標位置までの移動量を求め、当該移動量に相当する検出信号を出力する状態オブザーバを備え、
前記制御手段は、減速運転時は、前記検出手段からの検出信号に代えて前記状態オブザーバからの検出信号によりテーブルの位置を検出し、検出したテーブル検出位置が目標位置となるように前記リニアモータを通電制御することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ位置検出システム。
【請求項３】
システムに後付可能であって、前記制御手段からの指令に応じて前記リニアモータに停止力を作用させるブレーキ手段と、
システムに対する前記ブレーキ手段の後付位置をノックピンや肩当部による機構的な位置決め、またはアイマークを用いた目視による位置決めにより初期位置に設定可能な位置決め手段とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載のリニアモータ位置検出システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−６４６３１（Ｐ２０１１−６４６３１Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１７２５１（Ｐ２００９−２１７２５１）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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