位置検出装置
【課題】リニアモータの二次側の界磁を利用して移動体の位置を検出する位置検出装置は、精密機器の移動装置に適用し得る検出精度を有していない。
【解決手段】主位置演算器２０は現在位置の上位桁である主位置データを出力し、従位置演算器６０は現在位置の下位桁である従位置データを出力する。主位置演算器２０は、磁気センサ１０の検出信号から２相の矩形波信号を得て計数信号を発生し、計数信号を累積加減算して主演算データを得る。デジタルフィルタ４０は、移動平均によって検出信号の振動成分を濾波する。従位置演算器６０は、検出信号の逆正接を求めて従位置データを得る。位置演算器７０は、主位置データと従位置データを加算して位置データを生成する。ピッチ補正器９０は、移動方向に合わせて位置データをピッチ補正値で補正して移動制御装置４に出力する。
【解決手段】主位置演算器２０は現在位置の上位桁である主位置データを出力し、従位置演算器６０は現在位置の下位桁である従位置データを出力する。主位置演算器２０は、磁気センサ１０の検出信号から２相の矩形波信号を得て計数信号を発生し、計数信号を累積加減算して主演算データを得る。デジタルフィルタ４０は、移動平均によって検出信号の振動成分を濾波する。従位置演算器６０は、検出信号の逆正接を求めて従位置データを得る。位置演算器７０は、主位置データと従位置データを加算して位置データを生成する。ピッチ補正器９０は、移動方向に合わせて位置データをピッチ補正値で補正して移動制御装置４に出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体をリニアモータで移動させるリニアモータ方式の移動装置の位置検出装置に関する。特に、リニアモータの二次側の界磁を利用して移動体の位置を検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直線１軸方向に往復移動する移動体をリニアモータで移動させるリニアモータ方式の移動装置がある。リニアモータ方式の移動装置は、一般的に移動体の現在位置を検出して位置の誤差を補正しながら移動体を移動させる移動制御装置を備えている。
【０００３】
高精度工作機械、精密測定装置、あるいは半導体製造装置のような精密機器の移動装置では、比較的高速に移動する移動体を１０μｍ以下の高精度で位置決めすることが要求される。高速に移動する移動体を高精度に移動制御するためには、要求される位置決め精度に相応する検出速度と検出精度を有する位置検出装置が必要である。
【０００４】
リニアモータ方式の移動装置における高い検出精度を有する位置検出装置の位置検出器として、リニアエンコーダが有力である。リニアエンコーダは、光学式リニアエンコーダと磁気式リニアエンコーダとに大別される。光学式リニアエンコーダは、検出信号に対する信頼性が高く精確であるが、塵や埃の汚染に対して脆弱である。一方、磁気式リニアエンコーダは、光学式リニアエンコーダに比べて高い検出精度を得ることが難しいが、比較的低価格で取扱いが簡単である。
【０００５】
リニアエンコーダの最大の短所は、高精密であることに起因するコストの高さである。１μｍ以下の“超高精度”であることまでは要求されない精密機器の移動装置においては、リニアエンコーダの検出精度は過剰である。そのため、リニアエンコーダに要する費用が負担になっている。しかしながら、リニアエンコーダに代えることができる低廉で信頼性がある位置検出器が存在しないのが実情である。
【０００６】
特許文献１は、リニアモータの二次側の界磁を利用して移動体の位置を検出する位置検出装置を開示している。具体的には、特許文献１に開示される位置検出装置は、永久磁石列をスケールに見立てて、磁場もしくは磁界の大きさを検出するホール素子のような磁気センサの検出信号から移動体の現在位置を得る。特許文献１の発明では、塵や埃の影響に敏感であるスケールがないので、検出器の構成が比較的簡単であり、維持管理が容易である利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−５６８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、磁気センサが出力するアナログの検出信号には、ノイズに因る振幅が不特定で比較的大きい振動成分が全周波数帯域で存在している。そのため、振動成分を濾波して取り除くだけでは、ノイズがない正規の正弦波波形の検出信号に十分近接した位置データを常に安定して得られるとは限らない。その結果、検出信号の信頼性が低く、精密機器の移動装置の位置検出装置として必要な程度まで検出精度を高くすることができない。
【０００９】
また、リニアモータの永久磁石板には、各永久磁石毎に不可避の取付誤差が存在するので、極ピッチの間に離散的な誤差が発生する。磁気センサは、リニアモータのギャップに形成される磁場もしくは磁界の大きさを検出するものであるから、極ピッチの誤差が検出精度に直接影響を及ぼす。そのため、精密機器の移動装置の位置検出装置として必要な検出精度を得ることが困難である。
【００１０】
本発明は、リニアモータの二次側の界磁を利用して移動体の位置を検出する位置検出装置であって、より高い検出精度を得ることができ、精密機器の移動装置に適用できる改良された位置検出装置を提供することを主たる目的とする。本発明の位置検出装置の具体的ないくつかの利点については、実施の形態の移動装置を説明するときに詳細に説明される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の位置検出装置は、上記目的を達成するために、リニアモータ（２）の一次側に設けられる複数の磁気検出手段（１０）と、磁気検出手段（１０）が出力する検出信号で得られる９０度の位相差を有する２相の矩形波信号から計数信号を得るとともに検出位置の移動方向に合わせて計数信号を累積加減算して主位置データを出力する主位置演算手段（２０）と、移動平均によって検出信号から振動成分を除去する濾波手段（４０）と、振動成分が除去された検出信号の逆正接を求めて従位置データを出力する従位置演算手段（６０）と、主位置データと従位置データとから位置データを生成する位置生成手段（７０）と、移動方向に合わせて位置データをピッチ補正値で補正して移動制御装置（４）に出力する位置補正手段（９０）と、を含んでなるようにする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の位置検出装置は、移動平均によって磁気センサの検出信号から振動成分を除去するので、検出信号が不特定で比較的大きい振幅の振動成分を含んでいても、安定して正規の正弦波波形の検出信号に近接した位置データを得ることができる。また、予め実測して獲得している複数のピッチ誤差データからピッチ補正値を計算して、位置データをピッチ補正値で補正して移動制御装置に与える。
【００１３】
そのため、リニアモータの二次側の界磁を利用して移動体の位置を検出する位置検出装置であって、多くの精密機器の移動装置で許容される十分に高い検出精度を得ることができる。その結果、構成が比較的簡単で、位置検出装置に要する費用の負担を小さくすることができる。また、位置検出器の耐久性が高く、維持管理を容易にして作業性を向上させ、維持管理に要する費用を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】リニアモータ方式の移動装置における移動体とリニアモータを模式的に示す側面断面図である。
【図２】本発明の位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図３】出力信号の波形を示すタイミングチャートである。
【図４】ピッチ補正値の計算方法を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、三相交流同期型リニアモータのモデルを示す。図２は、位置検出装置と移動制御装置の構成を示す。移動体１は、直線１軸方向Ｘに往復移動する直線移動体である。移動体１は、図示しないガイドを介在させて基台の上に移動可能に搭載される。移動体１は、例えば、工作機械のテーブルあるいは半導体製造装置のステージである。
【００１６】
リニアモータ２は、移動体１を移動させるアクチュエータである。リニアモータ２は、一次側が励磁コイル２Ａであり、二次側の界磁が複数の永久磁石２Ｂである永久磁石型モータである。励磁コイル２Ａと永久磁石２Ｂは、数ｍｍ以下のギャップＧを隔てて設けられる。実施の形態のリニアモータ２は、一次側が可動子で二次側が固定子である。
【００１７】
励磁コイル２Ａは、冷却機構を含むコイルユニットＣＵの鉄心ＣＦに銅線を巻き回してなる。コイルユニットＣＵは、移動体１の下側に取り付けられる。励磁コイル２Ａは、直線１軸方向Ｘに沿ってＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の順番に等間隔に設けられる。永久磁石板ＭＢには、直線１軸方向Ｘに沿って複数の平板形の永久磁石２Ｂが等間隔に固着されている。複数の永久磁石２Ｂは、上面側がＮ極の永久磁石と上面側がＳ極の永久磁石とが交互に所定の極ピッチＰで直線的に配列される。
【００１８】
位置検出装置３は、リニアモータ２の二次側の界磁を利用して移動体１の位置を検出する。位置検出装置３の本体３Ａは、移動体１ないしはコイルユニットＣＵに取り付けられる。設置条件によって本体３Ａの中に設けることができない部位は、図２に示されるような本体３Ａから離れた場所３Ｂに設けられる。例えば、実施の形態の位置検出装置３では、移動制御装置４の中に本体３Ａから離れた場所３Ｂがある。
【００１９】
移動制御装置４は、図示しない指令装置から与えられる移動指令に従ってリニアモータ２を駆動制御する制御信号を出力するモータ制御装置と制御信号に基づいてリニアモータ２の一次側に所要の電流を供給する駆動装置とを含んでなる。指令装置は、入力装置と表示装置を含むヒューマンインターフェースを有する制御装置に設けられることが一般的である。
【００２０】
移動制御装置４は、移動体１の現在位置に基づいて位置の誤差を補正しながら移動体１を移動制御する。移動制御装置４は、位置検出装置３から現在位置を示す位置データを入力して移動指令と現在位置との誤差がなくなるように制御信号を演算して出力する。また、移動制御装置４は、同じように速度の誤差と電流の誤差がなくなるように補正しながら移動体１を移動制御する。したがって、移動制御装置４は、サーボ制御系を有するリニアモータ２の制御装置である。
【００２１】
図３は、位置検出装置の各装置の出力信号の波形を示す。図３では、各出力信号間における遅延時間を無視して各出力信号の波形が示されている。以下に、図１ないし図３を用いて位置検出装置３の構成と動作を詳しく説明する。
【００２２】
位置検出装置３は、複数の磁気センサ１０と、主位置データを出力する主位置演算器２０と、アナログデジタル変換器３０と、デジタルフィルタ４０と、検出信号の波形を揃える波形補正器５０と、従位置データを出力する従位置演算器６０と、現在位置を示す位置データを求める位置演算器７０と、パラレルシリアル変換器８０と、位置データをピッチ補正値で補正するピッチ補正器９０と、を含んでなる。
【００２３】
磁気センサ１０は、リニアモータ２のギャップＧに形成される磁場もしくは磁界の大きさを検出する磁気検出手段である。磁気センサ１０Ａは、正弦波波形の検出信号を出力する。磁気センサ１０Ｂは、磁気センサ１０Ａの検出信号に対して９０度の位相差を有する正弦波波形の検出信号を出力する。言い換えると、磁気センサ１０Ｂは、磁気センサ１０Ａの検出信号を基準にして余弦波波形の検出信号を出力する。例えば、複数の磁気センサ１０は、図３Ａに示されるような正弦波波形ＳＩＮと余弦波波形ＣＯＳの検出信号を出力する。
【００２４】
磁気センサ１０は、リニアモータ２の一次側のコイルユニットＣＵに設けられる。具体的に、磁気センサ１０Ａと磁気センサ１０Ｂは、図１に仮想で表わされている直線１軸方向ＸにおけるギャップＧの磁界の大きさの変化を表わすサイン曲線ＳＣに対して互いに位相角で９０度離れる位置に並設される。
【００２５】
主位置演算器２０は、磁気センサ１０が出力する正弦波波形と余弦波波形の検出信号で得られる９０度の位相差を有する２相の矩形波信号から計数信号を得るとともに磁気センサ１０の移動方向に合わせて計数信号を累積加減算して主位置データを出力する主位置演算手段である。主位置演算器２０は、具体的に、シュミットトリガとアップダウンカウンタを含んでなる。
【００２６】
正弦波波形と余弦波波形の各検出信号は、主位置演算器２０のシュミットトリガに入力される。シュミットトリガは、検出信号が所定電圧以上のときに矩形波信号を出力する。所定電圧は、実質的に０Ｖに設定される。したがって、各検出信号の正電圧側にある半波から９０度の位相差を有するＡ相とＢ相の矩形波信号が得られる。図３Ｂは、シュミットトリガから出力される矩形波信号を示す。
【００２７】
主位置演算器２０は、矩形波信号の立上がりと立下がりのタイミングで計数信号を得る。図３Ｃに示されるように、正弦波波形の検出信号の１周期当たりに４つの計数信号が得られる。主位置演算器２０は、Ａ相の矩形波信号が進んで入力されるときには検出位置が直線１軸方向Ｘに沿って正の移動方向に移動していると判別する。Ａ相の矩形波信号が遅れて入力されるときには検出位置が負の移動方向に移動していると判別する。
【００２８】
主位置演算器２０のアップダウンカウンタは、各相の計数信号を入力する各端子とカウント値をクリアするリセット端子を有する。アップダウンカウンタは、移動方向が正であるときは計数信号を加算する。一方、移動方向が負であるときは計数信号を減算する。
【００２９】
主位置演算器２０は、アップダウンカウンタのカウント値を主位置データに変換して出力する。実施の形態の位置検出装置３の主位置演算器２０は、データ量が１６ビットの主位置データを出力する。主位置データには、すでに判別されている移動方向を示すプラスマイナスの符号のデータが含まれる。
【００３０】
計数信号は正弦波波形の４分の１周期（１／４π）当たりに１つ出力されるので、アップダウンカウンタの１カウント値は４分の１ピッチ（１／４Ｐ）に相当する。したがって、主位置データは、最小単位が１／４Ｐの現在位置の上位桁の値を示す位置データである。例えば、極ピッチＰが４８ｍｍである場合では、カウント値が１０であったとすると、現在位置の上位桁の値は１２０ｍｍである。
【００３１】
アナログデジタル変換器３０は、差動増幅器で増幅された磁気センサ１０のアナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換する変換手段である。アナログデジタル変換器３０は、磁気センサ１０Ａと磁気センサ１０Ｂの出力に対してそれぞれ設けられる。
【００３２】
アナログデジタル変換器３０は、所定のサンプリング周期毎に検出信号の値を保持して所定の量子化数で量子化する。アナログデジタル変換器３０の連続する出力信号は、図３Ｄに示されるようなデジタルの擬似正弦波波形と擬似余弦波波形の検出信号である。アナログデジタル変換器３０から出力される検出信号の分解能は、正弦波波形の半波を分割する量子化数で決まる。
【００３３】
実施の形態の位置検出装置３のアナログデジタル変換器３０は、具体的に、アナログ信号を１６ビットで量子化してデジタル信号に変換して出力する。したがって、例えば、極ピッチＰが４８ｍｍである場合では、検出信号の分解能は、１２ｍｍを６５５３６分割した約０．２μｍである。
【００３４】
デジタルフィルタ４０は、磁気センサ１０の検出信号を移動平均して振動成分を濾波する濾波手段である。移動平均の方法は、基本的には、単位時間毎に複数のデータを採取して平均する単純移動平均である。検出位置の移動に合わせて順次移動平均で振動成分を除去していくので、不特定の振幅の振動に関わらずに常に検出信号の正規の正弦波波形または余弦波波形に近接した値を得ることができる。そのため、位置検出装置３は、より高い検出精度を得ることができる。
【００３５】
実施の形態のデジタルフィルタ４０は、検出位置の移動にともなってｎ個のサンプルデータで１回の移動平均を行ないながら、ｍ回の移動平均を行なって得られるｍ個の値を移動平均することによって、結果としてサンプルデータの総数がｎ×ｍ個の移動平均をする。このとき、新しくｍ＋１回目の移動平均のデータを得るたびに現在位置から一番遠い位置にある移動平均のデータを捨てる。
【００３６】
したがって、十分な数のサンプルデータで移動平均を行なうので、信頼性が高い値を得ることができる。一方で、最初の４回の移動平均を除いて検出信号を出力するまでの時間は、常に１回の移動平均に要する時間とほぼ同じであるから、致命的な時間の遅れが発生しない。例えば、１６個のデータで１回の移動平均を行ないながら、４回の移動平均のデータで移動平均を行なうとき、結果的に６４個のデータで移動平均をしながら、移動平均に要する時間は、１回の移動平均に要する時間とほぼ同じである。
【００３７】
波形補正器５０は、正弦波波形と余弦波波形の各検出信号の波形を揃える波形補正手段である。磁気センサ１０は、ギャップＧに形成される磁場もしくは磁界の大きさをアナログ信号で出力するので、図３Ａに示されるように、検出信号が正電圧側または負電圧側に偏向したり、各検出信号間で出力差が発生することがある。波形補正器５０によって各検出信号に予め定められたオフセットとゲインを与えて各検出信号を補正して揃えることができる。
【００３８】
波形補正器５０は、デジタルフィルタ４０から入力されてくる各検出信号に同一または異なる所定のオフセットを付与して各検出信号の波形の偏向がなくなるように修正する。また、波形補正器５０は、偏向が修正されている各検出信号の一方または両方に同一または異なる所定のゲインを付与して検出信号間の出力差を修正する。図３Ｅに、波形補正器５０で偏向と出力差が修正されて波形が揃えられた正弦波波形と余弦波波形の検出信号が示される。
【００３９】
従位置演算器６０は、振動成分が除去された検出信号の逆正接を求めて従位置データを出力する従位置演算手段である。従位置演算器６０は、正弦波波形と余弦波波形の各検出信号から関数計算によって逆正接値を求める。端的に言うと、検出値のアークタンジェントを求める。従位置演算器６０は、求めた逆正接値を従位置データに変換して出力する。実施の形態の従位置演算器６０は、データ量が１６ビットの従位置データを出力する。
【００４０】
アナログデジタル変換器３０から出力された検出信号が取り得る値は、正弦波波形の検出信号の半波を量子化数で分割した値である。このとき、半波の立上がり方向と立下がり方向とで同じ値を取る。したがって、従位置データは、最小単位が分解能である不特定の４分の１ピッチの間における現在位置の下位桁の値を示す位置データである。例えば、極ピッチＰが４８ｍｍである場合では、現在位置の下位桁の値は、約０．２μｍ単位の０ｍｍ〜１２ｍｍの間の数値である。
【００４１】
位置演算器７０は、主位置演算器２０から出力される主位置データと従位置演算器６０から出力される従位置データとから現在位置を示す位置データを生成する位置生成手段である。位置演算器７０は、主位置データに従位置データを加算して現在位置を求める。
【００４２】
主位置データは、最小単位が４分の１ピッチの上位桁の数値である。また、従位置データは、最小単位が分解能である４分の１ピッチの間の数値である。したがって、現在位置は、主位置データと従位置データの和で得ることができる。例えば、極ピッチＰが４８ｍｍである場合では、主位置データが１２０ｍｍで従位置データが１．２ｍｍであったとすると、現在位置を示す位置データは、１２１．２ｍｍである。
【００４３】
位置演算器７０は、主位置データに従位置データを加算してから制御上不必要な桁の値を切り捨てて位置データを生成する。主位置データと従位置データを加算したときのデータ量は、主位置データのデータ量と従位置データ量の和である。実施の形態の位置検出装置３は、主位置データと従位置データのデータ量が共に１６ビットであるので、データ量が３２ビットの位置データを生成する。
【００４４】
実施の形態の位置検出装置３は、現在位置を示す位置データを主位置データと従位置データに分割して得るようにされている。したがって、常に４分の１ピッチの間に限って桁数の多い数値を求める比較的精密な演算を行なうようにすることができる。そのため、演算器にかかる負担が小さく演算時間が短いので、致命的な時間の遅れが発生せず、高速の移動制御に十分に対応できる利点がある。
【００４５】
パラレルシリアル変換器８０は、位置演算器７０が出力するパラレルの位置データをシリアルの位置データに変換して、主位置演算器２０から出力される移動方向のデータと共にピッチ補正器９０に出力する。ただし、ピッチ補正器９０が位置検出装置３の本体３Ａに設けられているときは、パラレルシリアル変換器８０とピッチ補正器９０の配置が入れ換えられる。
【００４６】
ピッチ補正器９０は、移動方向に合わせて位置演算器７０から出力される位置データをピッチ補正値で補正する位置補正手段である。ピッチ補正器９０は、ピッチ補正値で補正された位置データを位置検出装置３が出力する現在位置として移動制御装置４に与える。
【００４７】
ピッチ補正器９０は、予めピッチエラー測定によって獲得されて判明している単位距離毎のピッチ誤差データを記憶している。実施の形態の位置検出装置３のピッチ補正器９０は、正負の移動方向で別々に固有のピッチ誤差データを記憶する。以下、単位距離で決まる直線１軸方向Ｘにおける特定の点を定点という。
【００４８】
測定して保持しておく各定点毎の複数のピッチ誤差データは、正負の移動方向でそれぞれ複数回実施したピッチエラー測定で獲得したピッチ誤差の平均である。ピッチエラー測定の回数は任意であるが、３回が適当である。
【００４９】
ピッチ補正器９０は、位置演算器７０から位置データを入力したときに、位置データに含まれる移動方向を検出し、移動方向に対応して記憶装置に記憶されている移動方向に合うピッチ誤差データ群の中から入力した位置データに一致する定点または直近の２つの定点のピッチ誤差データを取得する。
【００５０】
位置データが定点と一致しないとき、ピッチ補正器９０は、取得した２つの定点のピッチ誤差データから現在位置を示す位置データに一致する点におけるピッチ補正値を求める。具体的に、現在位置ｐｘに直近の２つの定点ｐｎとｐｎ−１および各定点におけるピッチ誤差データｆｎとｆｎ−１とを既知の値として数１によって現在位置ｐｘにおけるピッチ補正値ｆｘを計算する。図４Ａにピッチ誤差データからピッチ補正値を求める一例が示される。なお、図４Ｂは、移動方向がマイナスのときで、定点数が少ない場合の一例を示す。
【００５１】
【数１】
【００５２】
ピッチ補正器９０は、位置演算器７０から入力した位置データをピッチ補正値で補正して移動制御装置４に出力する。このときのピッチ誤差は、永久磁石の取付誤差が原因で発生するものであるため、離散的である。実施の形態の位置検出装置３は、位置データを入力するたびに予め実測して獲得している現在位置に直近の２つの定点におけるピッチ誤差データからピッチ補正値を求めて位置データを補正するので、高い検出精度を得ることができる。
【００５３】
磁極センサ１０の検出信号で移動体１の相対位置を検出するようにするためには、電源を投入したときに磁極の位置を検出して電気角を初期設定する必要がある。以下に、電気角を設定する一例を簡単に説明する。
【００５４】
精密機器の電源を投入すると、自動的に図示しない指令装置から移動制御装置４に位置検出装置３の初期設定のための命令が与えられる。移動制御装置４は、現在位置でリニアモータ２の位相角を仮に０度と設定して定格電流の１〜２％の電流を供給する。移動体１が移動するので移動方向を検出する。そして、短い所定時間後に停止して検出した移動方向を記憶し、移動体１を元の位置に戻す。その時点から位相角を所定角度、例えば３０度ずつ増加させながら同じ動作を繰り返すと、最初に記憶させた移動方向から反転するところがある。
【００５５】
移動方向が反転したところで、上記所定角度を小さくして小さくした所定角度、例えば５度ずつ減少させるとともに供給する電流を少し大きく、例えば定格電流の５％程度にして電流を供給し、同じ動作を繰り返すと、再び移動方向が反転するところがある。
【００５６】
移動方向が反転したところで、上記所定角度をより小さくして小さくした所定角度、例えば１度ずつ増加させるとともに供給する電流をより大きく、例えば定格電流の十数％〜二十数％程度の電流にして電流を供給し、同じ動作を繰り返すと、再び移動方向が反転するところがある。
【００５７】
移動方向が反転したことを検出したら、反転した移動方向が正の方向であるときは、位相角９０度をプラスしたところを電気角として初期設定する。また、反転した移動方向が負の方向であるときは、位相角９０度をマイナスしたところを電気角として初期設定する。
【００５８】
以上のように電気角を初期設定する方法は、プロセスが短く動作が比較的簡単であるので、より短時間で電気角を決定できる点で有利である。特に、上記方法は、リニアモータ２が磁極を検出する磁極センサを具備していない場合に有効である。なお、磁極センサが設けられている場合は、磁極センサによって電気角を決定することができる。
【００５９】
実施の形態の位置検出装置３を用いて実際にリニアモータ２を駆動して移動体１を移動制御し、繰返し検出誤差を測定して検証したところ、検出誤差が最大で７μｍであった。したがって、精密機器の移動装置の位置検出装置として要求される１０μｍ以下の検出精度を常に得ることができることが判明した。
【００６０】
本発明は、実施の形態の位置検出装置と全く同一の構成である必要はなく、実施の形態の位置検出装置に限定されない。すでにいくつかの例が挙げられているように、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で実施の形態の位置検出装置の構成を変更したり、応用したりすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、リニアモータ方式の移動装置に幅広く適用される。本発明は、リニアモータの二次側の界磁を利用して移動体の位置を検出する位置検出装置を精密機器の移動装置に設置することを可能にする。本発明は、精密機器の普及と発展に貢献する。
【符号の説明】
【００６２】
１ 移動体
２ リニアモータ
３ 位置検出装置
４ 移動制御装置
１０ 磁気センサ
２０ 主位置演算器
３０ アナログデジタル変換器
４０ デジタルフィルタ
５０ 波形補正器
６０ 従位置演算器
７０ 位置演算器
８０ パラレルシリアル変換器
９０ ピッチ補正器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体をリニアモータで移動させるリニアモータ方式の移動装置の位置検出装置に関する。特に、リニアモータの二次側の界磁を利用して移動体の位置を検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直線１軸方向に往復移動する移動体をリニアモータで移動させるリニアモータ方式の移動装置がある。リニアモータ方式の移動装置は、一般的に移動体の現在位置を検出して位置の誤差を補正しながら移動体を移動させる移動制御装置を備えている。
【０００３】
高精度工作機械、精密測定装置、あるいは半導体製造装置のような精密機器の移動装置では、比較的高速に移動する移動体を１０μｍ以下の高精度で位置決めすることが要求される。高速に移動する移動体を高精度に移動制御するためには、要求される位置決め精度に相応する検出速度と検出精度を有する位置検出装置が必要である。
【０００４】
リニアモータ方式の移動装置における高い検出精度を有する位置検出装置の位置検出器として、リニアエンコーダが有力である。リニアエンコーダは、光学式リニアエンコーダと磁気式リニアエンコーダとに大別される。光学式リニアエンコーダは、検出信号に対する信頼性が高く精確であるが、塵や埃の汚染に対して脆弱である。一方、磁気式リニアエンコーダは、光学式リニアエンコーダに比べて高い検出精度を得ることが難しいが、比較的低価格で取扱いが簡単である。
【０００５】
リニアエンコーダの最大の短所は、高精密であることに起因するコストの高さである。１μｍ以下の“超高精度”であることまでは要求されない精密機器の移動装置においては、リニアエンコーダの検出精度は過剰である。そのため、リニアエンコーダに要する費用が負担になっている。しかしながら、リニアエンコーダに代えることができる低廉で信頼性がある位置検出器が存在しないのが実情である。
【０００６】
特許文献１は、リニアモータの二次側の界磁を利用して移動体の位置を検出する位置検出装置を開示している。具体的には、特許文献１に開示される位置検出装置は、永久磁石列をスケールに見立てて、磁場もしくは磁界の大きさを検出するホール素子のような磁気センサの検出信号から移動体の現在位置を得る。特許文献１の発明では、塵や埃の影響に敏感であるスケールがないので、検出器の構成が比較的簡単であり、維持管理が容易である利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−５６８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、磁気センサが出力するアナログの検出信号には、ノイズに因る振幅が不特定で比較的大きい振動成分が全周波数帯域で存在している。そのため、振動成分を濾波して取り除くだけでは、ノイズがない正規の正弦波波形の検出信号に十分近接した位置データを常に安定して得られるとは限らない。その結果、検出信号の信頼性が低く、精密機器の移動装置の位置検出装置として必要な程度まで検出精度を高くすることができない。
【０００９】
また、リニアモータの永久磁石板には、各永久磁石毎に不可避の取付誤差が存在するので、極ピッチの間に離散的な誤差が発生する。磁気センサは、リニアモータのギャップに形成される磁場もしくは磁界の大きさを検出するものであるから、極ピッチの誤差が検出精度に直接影響を及ぼす。そのため、精密機器の移動装置の位置検出装置として必要な検出精度を得ることが困難である。
【００１０】
本発明は、リニアモータの二次側の界磁を利用して移動体の位置を検出する位置検出装置であって、より高い検出精度を得ることができ、精密機器の移動装置に適用できる改良された位置検出装置を提供することを主たる目的とする。本発明の位置検出装置の具体的ないくつかの利点については、実施の形態の移動装置を説明するときに詳細に説明される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の位置検出装置は、上記目的を達成するために、リニアモータ（２）の一次側に設けられる複数の磁気検出手段（１０）と、磁気検出手段（１０）が出力する検出信号で得られる９０度の位相差を有する２相の矩形波信号から計数信号を得るとともに検出位置の移動方向に合わせて計数信号を累積加減算して主位置データを出力する主位置演算手段（２０）と、移動平均によって検出信号から振動成分を除去する濾波手段（４０）と、振動成分が除去された検出信号の逆正接を求めて従位置データを出力する従位置演算手段（６０）と、主位置データと従位置データとから位置データを生成する位置生成手段（７０）と、移動方向に合わせて位置データをピッチ補正値で補正して移動制御装置（４）に出力する位置補正手段（９０）と、を含んでなるようにする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の位置検出装置は、移動平均によって磁気センサの検出信号から振動成分を除去するので、検出信号が不特定で比較的大きい振幅の振動成分を含んでいても、安定して正規の正弦波波形の検出信号に近接した位置データを得ることができる。また、予め実測して獲得している複数のピッチ誤差データからピッチ補正値を計算して、位置データをピッチ補正値で補正して移動制御装置に与える。
【００１３】
そのため、リニアモータの二次側の界磁を利用して移動体の位置を検出する位置検出装置であって、多くの精密機器の移動装置で許容される十分に高い検出精度を得ることができる。その結果、構成が比較的簡単で、位置検出装置に要する費用の負担を小さくすることができる。また、位置検出器の耐久性が高く、維持管理を容易にして作業性を向上させ、維持管理に要する費用を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】リニアモータ方式の移動装置における移動体とリニアモータを模式的に示す側面断面図である。
【図２】本発明の位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図３】出力信号の波形を示すタイミングチャートである。
【図４】ピッチ補正値の計算方法を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、三相交流同期型リニアモータのモデルを示す。図２は、位置検出装置と移動制御装置の構成を示す。移動体１は、直線１軸方向Ｘに往復移動する直線移動体である。移動体１は、図示しないガイドを介在させて基台の上に移動可能に搭載される。移動体１は、例えば、工作機械のテーブルあるいは半導体製造装置のステージである。
【００１６】
リニアモータ２は、移動体１を移動させるアクチュエータである。リニアモータ２は、一次側が励磁コイル２Ａであり、二次側の界磁が複数の永久磁石２Ｂである永久磁石型モータである。励磁コイル２Ａと永久磁石２Ｂは、数ｍｍ以下のギャップＧを隔てて設けられる。実施の形態のリニアモータ２は、一次側が可動子で二次側が固定子である。
【００１７】
励磁コイル２Ａは、冷却機構を含むコイルユニットＣＵの鉄心ＣＦに銅線を巻き回してなる。コイルユニットＣＵは、移動体１の下側に取り付けられる。励磁コイル２Ａは、直線１軸方向Ｘに沿ってＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の順番に等間隔に設けられる。永久磁石板ＭＢには、直線１軸方向Ｘに沿って複数の平板形の永久磁石２Ｂが等間隔に固着されている。複数の永久磁石２Ｂは、上面側がＮ極の永久磁石と上面側がＳ極の永久磁石とが交互に所定の極ピッチＰで直線的に配列される。
【００１８】
位置検出装置３は、リニアモータ２の二次側の界磁を利用して移動体１の位置を検出する。位置検出装置３の本体３Ａは、移動体１ないしはコイルユニットＣＵに取り付けられる。設置条件によって本体３Ａの中に設けることができない部位は、図２に示されるような本体３Ａから離れた場所３Ｂに設けられる。例えば、実施の形態の位置検出装置３では、移動制御装置４の中に本体３Ａから離れた場所３Ｂがある。
【００１９】
移動制御装置４は、図示しない指令装置から与えられる移動指令に従ってリニアモータ２を駆動制御する制御信号を出力するモータ制御装置と制御信号に基づいてリニアモータ２の一次側に所要の電流を供給する駆動装置とを含んでなる。指令装置は、入力装置と表示装置を含むヒューマンインターフェースを有する制御装置に設けられることが一般的である。
【００２０】
移動制御装置４は、移動体１の現在位置に基づいて位置の誤差を補正しながら移動体１を移動制御する。移動制御装置４は、位置検出装置３から現在位置を示す位置データを入力して移動指令と現在位置との誤差がなくなるように制御信号を演算して出力する。また、移動制御装置４は、同じように速度の誤差と電流の誤差がなくなるように補正しながら移動体１を移動制御する。したがって、移動制御装置４は、サーボ制御系を有するリニアモータ２の制御装置である。
【００２１】
図３は、位置検出装置の各装置の出力信号の波形を示す。図３では、各出力信号間における遅延時間を無視して各出力信号の波形が示されている。以下に、図１ないし図３を用いて位置検出装置３の構成と動作を詳しく説明する。
【００２２】
位置検出装置３は、複数の磁気センサ１０と、主位置データを出力する主位置演算器２０と、アナログデジタル変換器３０と、デジタルフィルタ４０と、検出信号の波形を揃える波形補正器５０と、従位置データを出力する従位置演算器６０と、現在位置を示す位置データを求める位置演算器７０と、パラレルシリアル変換器８０と、位置データをピッチ補正値で補正するピッチ補正器９０と、を含んでなる。
【００２３】
磁気センサ１０は、リニアモータ２のギャップＧに形成される磁場もしくは磁界の大きさを検出する磁気検出手段である。磁気センサ１０Ａは、正弦波波形の検出信号を出力する。磁気センサ１０Ｂは、磁気センサ１０Ａの検出信号に対して９０度の位相差を有する正弦波波形の検出信号を出力する。言い換えると、磁気センサ１０Ｂは、磁気センサ１０Ａの検出信号を基準にして余弦波波形の検出信号を出力する。例えば、複数の磁気センサ１０は、図３Ａに示されるような正弦波波形ＳＩＮと余弦波波形ＣＯＳの検出信号を出力する。
【００２４】
磁気センサ１０は、リニアモータ２の一次側のコイルユニットＣＵに設けられる。具体的に、磁気センサ１０Ａと磁気センサ１０Ｂは、図１に仮想で表わされている直線１軸方向ＸにおけるギャップＧの磁界の大きさの変化を表わすサイン曲線ＳＣに対して互いに位相角で９０度離れる位置に並設される。
【００２５】
主位置演算器２０は、磁気センサ１０が出力する正弦波波形と余弦波波形の検出信号で得られる９０度の位相差を有する２相の矩形波信号から計数信号を得るとともに磁気センサ１０の移動方向に合わせて計数信号を累積加減算して主位置データを出力する主位置演算手段である。主位置演算器２０は、具体的に、シュミットトリガとアップダウンカウンタを含んでなる。
【００２６】
正弦波波形と余弦波波形の各検出信号は、主位置演算器２０のシュミットトリガに入力される。シュミットトリガは、検出信号が所定電圧以上のときに矩形波信号を出力する。所定電圧は、実質的に０Ｖに設定される。したがって、各検出信号の正電圧側にある半波から９０度の位相差を有するＡ相とＢ相の矩形波信号が得られる。図３Ｂは、シュミットトリガから出力される矩形波信号を示す。
【００２７】
主位置演算器２０は、矩形波信号の立上がりと立下がりのタイミングで計数信号を得る。図３Ｃに示されるように、正弦波波形の検出信号の１周期当たりに４つの計数信号が得られる。主位置演算器２０は、Ａ相の矩形波信号が進んで入力されるときには検出位置が直線１軸方向Ｘに沿って正の移動方向に移動していると判別する。Ａ相の矩形波信号が遅れて入力されるときには検出位置が負の移動方向に移動していると判別する。
【００２８】
主位置演算器２０のアップダウンカウンタは、各相の計数信号を入力する各端子とカウント値をクリアするリセット端子を有する。アップダウンカウンタは、移動方向が正であるときは計数信号を加算する。一方、移動方向が負であるときは計数信号を減算する。
【００２９】
主位置演算器２０は、アップダウンカウンタのカウント値を主位置データに変換して出力する。実施の形態の位置検出装置３の主位置演算器２０は、データ量が１６ビットの主位置データを出力する。主位置データには、すでに判別されている移動方向を示すプラスマイナスの符号のデータが含まれる。
【００３０】
計数信号は正弦波波形の４分の１周期（１／４π）当たりに１つ出力されるので、アップダウンカウンタの１カウント値は４分の１ピッチ（１／４Ｐ）に相当する。したがって、主位置データは、最小単位が１／４Ｐの現在位置の上位桁の値を示す位置データである。例えば、極ピッチＰが４８ｍｍである場合では、カウント値が１０であったとすると、現在位置の上位桁の値は１２０ｍｍである。
【００３１】
アナログデジタル変換器３０は、差動増幅器で増幅された磁気センサ１０のアナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換する変換手段である。アナログデジタル変換器３０は、磁気センサ１０Ａと磁気センサ１０Ｂの出力に対してそれぞれ設けられる。
【００３２】
アナログデジタル変換器３０は、所定のサンプリング周期毎に検出信号の値を保持して所定の量子化数で量子化する。アナログデジタル変換器３０の連続する出力信号は、図３Ｄに示されるようなデジタルの擬似正弦波波形と擬似余弦波波形の検出信号である。アナログデジタル変換器３０から出力される検出信号の分解能は、正弦波波形の半波を分割する量子化数で決まる。
【００３３】
実施の形態の位置検出装置３のアナログデジタル変換器３０は、具体的に、アナログ信号を１６ビットで量子化してデジタル信号に変換して出力する。したがって、例えば、極ピッチＰが４８ｍｍである場合では、検出信号の分解能は、１２ｍｍを６５５３６分割した約０．２μｍである。
【００３４】
デジタルフィルタ４０は、磁気センサ１０の検出信号を移動平均して振動成分を濾波する濾波手段である。移動平均の方法は、基本的には、単位時間毎に複数のデータを採取して平均する単純移動平均である。検出位置の移動に合わせて順次移動平均で振動成分を除去していくので、不特定の振幅の振動に関わらずに常に検出信号の正規の正弦波波形または余弦波波形に近接した値を得ることができる。そのため、位置検出装置３は、より高い検出精度を得ることができる。
【００３５】
実施の形態のデジタルフィルタ４０は、検出位置の移動にともなってｎ個のサンプルデータで１回の移動平均を行ないながら、ｍ回の移動平均を行なって得られるｍ個の値を移動平均することによって、結果としてサンプルデータの総数がｎ×ｍ個の移動平均をする。このとき、新しくｍ＋１回目の移動平均のデータを得るたびに現在位置から一番遠い位置にある移動平均のデータを捨てる。
【００３６】
したがって、十分な数のサンプルデータで移動平均を行なうので、信頼性が高い値を得ることができる。一方で、最初の４回の移動平均を除いて検出信号を出力するまでの時間は、常に１回の移動平均に要する時間とほぼ同じであるから、致命的な時間の遅れが発生しない。例えば、１６個のデータで１回の移動平均を行ないながら、４回の移動平均のデータで移動平均を行なうとき、結果的に６４個のデータで移動平均をしながら、移動平均に要する時間は、１回の移動平均に要する時間とほぼ同じである。
【００３７】
波形補正器５０は、正弦波波形と余弦波波形の各検出信号の波形を揃える波形補正手段である。磁気センサ１０は、ギャップＧに形成される磁場もしくは磁界の大きさをアナログ信号で出力するので、図３Ａに示されるように、検出信号が正電圧側または負電圧側に偏向したり、各検出信号間で出力差が発生することがある。波形補正器５０によって各検出信号に予め定められたオフセットとゲインを与えて各検出信号を補正して揃えることができる。
【００３８】
波形補正器５０は、デジタルフィルタ４０から入力されてくる各検出信号に同一または異なる所定のオフセットを付与して各検出信号の波形の偏向がなくなるように修正する。また、波形補正器５０は、偏向が修正されている各検出信号の一方または両方に同一または異なる所定のゲインを付与して検出信号間の出力差を修正する。図３Ｅに、波形補正器５０で偏向と出力差が修正されて波形が揃えられた正弦波波形と余弦波波形の検出信号が示される。
【００３９】
従位置演算器６０は、振動成分が除去された検出信号の逆正接を求めて従位置データを出力する従位置演算手段である。従位置演算器６０は、正弦波波形と余弦波波形の各検出信号から関数計算によって逆正接値を求める。端的に言うと、検出値のアークタンジェントを求める。従位置演算器６０は、求めた逆正接値を従位置データに変換して出力する。実施の形態の従位置演算器６０は、データ量が１６ビットの従位置データを出力する。
【００４０】
アナログデジタル変換器３０から出力された検出信号が取り得る値は、正弦波波形の検出信号の半波を量子化数で分割した値である。このとき、半波の立上がり方向と立下がり方向とで同じ値を取る。したがって、従位置データは、最小単位が分解能である不特定の４分の１ピッチの間における現在位置の下位桁の値を示す位置データである。例えば、極ピッチＰが４８ｍｍである場合では、現在位置の下位桁の値は、約０．２μｍ単位の０ｍｍ〜１２ｍｍの間の数値である。
【００４１】
位置演算器７０は、主位置演算器２０から出力される主位置データと従位置演算器６０から出力される従位置データとから現在位置を示す位置データを生成する位置生成手段である。位置演算器７０は、主位置データに従位置データを加算して現在位置を求める。
【００４２】
主位置データは、最小単位が４分の１ピッチの上位桁の数値である。また、従位置データは、最小単位が分解能である４分の１ピッチの間の数値である。したがって、現在位置は、主位置データと従位置データの和で得ることができる。例えば、極ピッチＰが４８ｍｍである場合では、主位置データが１２０ｍｍで従位置データが１．２ｍｍであったとすると、現在位置を示す位置データは、１２１．２ｍｍである。
【００４３】
位置演算器７０は、主位置データに従位置データを加算してから制御上不必要な桁の値を切り捨てて位置データを生成する。主位置データと従位置データを加算したときのデータ量は、主位置データのデータ量と従位置データ量の和である。実施の形態の位置検出装置３は、主位置データと従位置データのデータ量が共に１６ビットであるので、データ量が３２ビットの位置データを生成する。
【００４４】
実施の形態の位置検出装置３は、現在位置を示す位置データを主位置データと従位置データに分割して得るようにされている。したがって、常に４分の１ピッチの間に限って桁数の多い数値を求める比較的精密な演算を行なうようにすることができる。そのため、演算器にかかる負担が小さく演算時間が短いので、致命的な時間の遅れが発生せず、高速の移動制御に十分に対応できる利点がある。
【００４５】
パラレルシリアル変換器８０は、位置演算器７０が出力するパラレルの位置データをシリアルの位置データに変換して、主位置演算器２０から出力される移動方向のデータと共にピッチ補正器９０に出力する。ただし、ピッチ補正器９０が位置検出装置３の本体３Ａに設けられているときは、パラレルシリアル変換器８０とピッチ補正器９０の配置が入れ換えられる。
【００４６】
ピッチ補正器９０は、移動方向に合わせて位置演算器７０から出力される位置データをピッチ補正値で補正する位置補正手段である。ピッチ補正器９０は、ピッチ補正値で補正された位置データを位置検出装置３が出力する現在位置として移動制御装置４に与える。
【００４７】
ピッチ補正器９０は、予めピッチエラー測定によって獲得されて判明している単位距離毎のピッチ誤差データを記憶している。実施の形態の位置検出装置３のピッチ補正器９０は、正負の移動方向で別々に固有のピッチ誤差データを記憶する。以下、単位距離で決まる直線１軸方向Ｘにおける特定の点を定点という。
【００４８】
測定して保持しておく各定点毎の複数のピッチ誤差データは、正負の移動方向でそれぞれ複数回実施したピッチエラー測定で獲得したピッチ誤差の平均である。ピッチエラー測定の回数は任意であるが、３回が適当である。
【００４９】
ピッチ補正器９０は、位置演算器７０から位置データを入力したときに、位置データに含まれる移動方向を検出し、移動方向に対応して記憶装置に記憶されている移動方向に合うピッチ誤差データ群の中から入力した位置データに一致する定点または直近の２つの定点のピッチ誤差データを取得する。
【００５０】
位置データが定点と一致しないとき、ピッチ補正器９０は、取得した２つの定点のピッチ誤差データから現在位置を示す位置データに一致する点におけるピッチ補正値を求める。具体的に、現在位置ｐｘに直近の２つの定点ｐｎとｐｎ−１および各定点におけるピッチ誤差データｆｎとｆｎ−１とを既知の値として数１によって現在位置ｐｘにおけるピッチ補正値ｆｘを計算する。図４Ａにピッチ誤差データからピッチ補正値を求める一例が示される。なお、図４Ｂは、移動方向がマイナスのときで、定点数が少ない場合の一例を示す。
【００５１】
【数１】
【００５２】
ピッチ補正器９０は、位置演算器７０から入力した位置データをピッチ補正値で補正して移動制御装置４に出力する。このときのピッチ誤差は、永久磁石の取付誤差が原因で発生するものであるため、離散的である。実施の形態の位置検出装置３は、位置データを入力するたびに予め実測して獲得している現在位置に直近の２つの定点におけるピッチ誤差データからピッチ補正値を求めて位置データを補正するので、高い検出精度を得ることができる。
【００５３】
磁極センサ１０の検出信号で移動体１の相対位置を検出するようにするためには、電源を投入したときに磁極の位置を検出して電気角を初期設定する必要がある。以下に、電気角を設定する一例を簡単に説明する。
【００５４】
精密機器の電源を投入すると、自動的に図示しない指令装置から移動制御装置４に位置検出装置３の初期設定のための命令が与えられる。移動制御装置４は、現在位置でリニアモータ２の位相角を仮に０度と設定して定格電流の１〜２％の電流を供給する。移動体１が移動するので移動方向を検出する。そして、短い所定時間後に停止して検出した移動方向を記憶し、移動体１を元の位置に戻す。その時点から位相角を所定角度、例えば３０度ずつ増加させながら同じ動作を繰り返すと、最初に記憶させた移動方向から反転するところがある。
【００５５】
移動方向が反転したところで、上記所定角度を小さくして小さくした所定角度、例えば５度ずつ減少させるとともに供給する電流を少し大きく、例えば定格電流の５％程度にして電流を供給し、同じ動作を繰り返すと、再び移動方向が反転するところがある。
【００５６】
移動方向が反転したところで、上記所定角度をより小さくして小さくした所定角度、例えば１度ずつ増加させるとともに供給する電流をより大きく、例えば定格電流の十数％〜二十数％程度の電流にして電流を供給し、同じ動作を繰り返すと、再び移動方向が反転するところがある。
【００５７】
移動方向が反転したことを検出したら、反転した移動方向が正の方向であるときは、位相角９０度をプラスしたところを電気角として初期設定する。また、反転した移動方向が負の方向であるときは、位相角９０度をマイナスしたところを電気角として初期設定する。
【００５８】
以上のように電気角を初期設定する方法は、プロセスが短く動作が比較的簡単であるので、より短時間で電気角を決定できる点で有利である。特に、上記方法は、リニアモータ２が磁極を検出する磁極センサを具備していない場合に有効である。なお、磁極センサが設けられている場合は、磁極センサによって電気角を決定することができる。
【００５９】
実施の形態の位置検出装置３を用いて実際にリニアモータ２を駆動して移動体１を移動制御し、繰返し検出誤差を測定して検証したところ、検出誤差が最大で７μｍであった。したがって、精密機器の移動装置の位置検出装置として要求される１０μｍ以下の検出精度を常に得ることができることが判明した。
【００６０】
本発明は、実施の形態の位置検出装置と全く同一の構成である必要はなく、実施の形態の位置検出装置に限定されない。すでにいくつかの例が挙げられているように、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で実施の形態の位置検出装置の構成を変更したり、応用したりすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、リニアモータ方式の移動装置に幅広く適用される。本発明は、リニアモータの二次側の界磁を利用して移動体の位置を検出する位置検出装置を精密機器の移動装置に設置することを可能にする。本発明は、精密機器の普及と発展に貢献する。
【符号の説明】
【００６２】
１ 移動体
２ リニアモータ
３ 位置検出装置
４ 移動制御装置
１０ 磁気センサ
２０ 主位置演算器
３０ アナログデジタル変換器
４０ デジタルフィルタ
５０ 波形補正器
６０ 従位置演算器
７０ 位置演算器
８０ パラレルシリアル変換器
９０ ピッチ補正器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアモータの一次側に設けられる複数の磁気検出手段と、前記磁気検出手段が出力する検出信号で得られる９０度の位相差を有する２相の矩形波信号から計数信号を得るとともに前記磁気検出手段の移動方向に合わせて計数信号を累積加減算して主位置データを出力する主位置演算手段と、移動平均によって検出信号から振動成分を除去する濾波手段と、振動成分が除去された検出信号の逆正接を求めて従位置データを出力する従位置演算手段と、前記主位置データと前記従位置データとから位置データを生成する位置生成手段と、前記移動方向に合わせて前記位置データをピッチ補正値で補正して移動制御装置に出力する位置補正手段と、を含んでなる位置検出装置。
【請求項１】
リニアモータの一次側に設けられる複数の磁気検出手段と、前記磁気検出手段が出力する検出信号で得られる９０度の位相差を有する２相の矩形波信号から計数信号を得るとともに前記磁気検出手段の移動方向に合わせて計数信号を累積加減算して主位置データを出力する主位置演算手段と、移動平均によって検出信号から振動成分を除去する濾波手段と、振動成分が除去された検出信号の逆正接を求めて従位置データを出力する従位置演算手段と、前記主位置データと前記従位置データとから位置データを生成する位置生成手段と、前記移動方向に合わせて前記位置データをピッチ補正値で補正して移動制御装置に出力する位置補正手段と、を含んでなる位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２５３８８７（Ｐ２０１２−２５３８８７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３９７４（Ｐ２０１１−１２３９７４）
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（０００１３２７２５）株式会社ソディック (197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（０００１３２７２５）株式会社ソディック (197)
【Ｆターム（参考）】
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