线性马达的推力常数导出方法、移动控制方法、线性马达的推力常数导出装置及移动控制装置的制造方法
【专利摘要】本发明是在线性马达中导出表示推力相对于电流的产生比率的推力常数的方法，该线性马达具备：轨道部件，沿移动方向延伸并具有磁铁；及移动体，以能够移动的方式架设于轨道部件并具有线圈，该线性马达向线圈通入电流而在线圈与磁铁之间产生移动方向上的推力，该方法基于实际测量而导出轨道部件上的较长移动区间内的平均的推力常数即平均推力常数，分别基于实际测量而导出轨道部件上的多个部位的局部的推力常数即局部推力常数，并基于平均推力常数和各部位的局部推力常数导出轨道部件上的任意位置的推力常数。由此，与以往相比能够基于多个实际测量条件下的实际测量来提高推力常数的导出精度。
【专利说明】
线性马达的推力常数导出方法、移动控制方法、线性马达的推力常数导出装置及移动控制装置
技术领域
[0001]本发明涉及通过在流通有电流的线圈与磁铁之间产生的推力使移动体沿着轨道部件移动的线性马达。更具体而言，涉及导出依赖于移动体的位置而发生变化的推力常数的方法及装置、以及使用导出的推力常数来控制移动体的移动的方法及装置。
【背景技术】
[0002]作为生产装配有多个电子元件的基板的设备，存在焊料印刷机、元件安装机、回流炉、基板检查机等。通常，通过基板搬运装置连接这些设备来构建基板生产线。在元件安装机、基板检查机中，作为安装头、检查头的驱动装置，以往，采用了进给丝杠驱动装置。近年来，对头的高速移动和高精度位置控制的要求提高，采用线性马达作为驱动装置。线性马达装置不限于元件安装机、基板检查机的用途，而广泛用于具有直进可动部的各种产业机械。
[0003]在这种线性马达中，已知作为马达特性的一个项目的推力常数的位置依赖性对控制特性产生影响。推力常数是指表示推力相对于向线圈通入的电流的产生比率的指标，单位由N/A(牛顿/安培)表示。例如，在某一线性马达控制系统中，确认了:当推力常数依赖于轨道部件上的移动体的位置而下降10%左右时，在移动控制时移动体到达目标位置为止的所需时间延长1ms左右。
[0004]作为推力常数依赖于位置而发生变化的变化因素，可认为是各个磁铁的强度和大小的个体差、排列设置的磁铁的配置位置的偏差等。通过严格进行制造工序中的元件管理、组装作业管理而能够减小这些变化因素的影响。然而，管理的严格化与成本提高的缺点直接相关。在这样的状况下，通常，采用基于实际测量而导出推力常数的变化量并在移动控制时可变地调整控制参数来提高控制性能的技术。基于实际测量而导出推力常数并用于移动控制的技术例在专利文献I?4中被公开。
[0005]专利文献I的技术方案I的多相线性马达驱动装置的特征在于，具有存储可动件(移动体)的各位置上的推力变化量的信息的参照表，具备在驱动时依次参照参照表的表参照单元。另外，在专利文献I的技术方案2中公开了以大致恒定的速度驱动线性马达并基于此时得到的状态量的时间序列来生成参照表的方式。由此，能够依次参照驱动方向的各位置上的推力变化量的信息的同时驱动线性马达，进行稳定且充分减小了控制偏差的驱动控制。
[0006]另外，专利文献2?4的技术的共同之处在于采用傅里叶级数表示推力波动。专利文献2的线性马达的推力波动测定装置包括:基于线性马达的位置计算傅里叶基本波的相位的相位计算器;及基于上述相位和推力指令确定波动参数的参数确定器。由此，通过控制线性马达使其以恒定速度移动并基于推力指令和线性马达的位置计算波动参数，能够高精度地测定推力波动。另外，专利文献3和专利文献4的推力波动补偿装置公开了在专利文献2中使用测定出的推力波动进行移动控制的装置。
[0007]专利文献1:日本特开平9一65511号公报
[0008]专利文献2:日本特开2009 —159741号公报
[0009]专利文献3:日本特开2009 —159751号公报
[0010]专利文献4:日本特开2010 —130854号公报
【发明内容】
[0011]但是，在专利文献I和专利文献2中，基于使移动体以恒定速度移动时的实际测量结果而导出推力常数的变化量，能够应对线性马达的个体差和位置依赖性，在这些方面是优选的。然而，如果仅基于某一恒定速度的实际测量进行导出，未必一定会得到充分的精度的推力常数。另外，在通常的推力常数的导出方法中，使移动体以恒定加速度移动，求出此时产生的推力与线圈中流通的电流之间的关系。在此，在恒定速度和恒定加速度的任一实际测量条件下，移动体与轨道部件之间的摩擦阻力也成为导出依赖于位置的推力常数时的误差原因。摩擦阻力的大小大多数情况下依赖于移动体的速度而以非线性方式变化。因此，优选定量地掌握摩擦阻力的影响并反映于推力常数的导出。
[0012]本发明是鉴于上述【背景技术】的问题点而做出的，要解决的技术课题在于，提供进行多个实际测量条件下的实际测量而使推力常数的导出精度与以往相比提高的线性马达的推力常数导出方法及推力常数导出装置。而且，要解决的技术课题在于，提供通过使用导出的推力常数与以往相比提高了移动体的移动控制的精度的线性马达的移动控制方法及移动控制装置。
[0013]解决上述课题的第一方案的线性马达的推力常数导出方法的发明是在线性马达中导出表示推力相对于电流的产生比率的推力常数的方法，上述线性马达具备:轨道部件，沿移动方向延伸并具有磁铁和线圈中的一方;及移动体，以能够移动的方式架设于上述轨道部件并具有上述磁铁和上述线圈中的另一方，上述线性马达向上述线圈通入上述电流而在上述线圈与上述磁铁之间产生移动方向上的上述推力，上述方法基于实际测量而导出上述轨道部件上的较长移动区间内的平均的推力常数即平均推力常数，分别基于实际测量而导出上述轨道部件上的多个部位的局部的推力常数即局部推力常数，并基于上述平均推力常数和各部位的上述局部推力常数导出上述轨道部件上的任意位置的推力常数。
[0014]由此，通过在多个实际测量条件下进行实际测量，能够在轨道部件上的较长移动区间导出平均推力常数，能够在轨道部件上的多个部位分别导出局部推力常数。并且，通过将两者进行比对，能够定量地掌握移动体与轨道部件之间的摩擦阻力，能够减小摩擦阻力的影响。因此，基于多个实际测量条件下的实际测量的轨道部件上的任意位置的推力常数与基于单一的实际测量条件的现有技术相比，导出精度提高。
[0015]技术方案7的线性马达的移动控制方法的发明具有以下步骤:推力常数存储步骤，存储将利用技术方案I?6中任一项所述的线性马达装置的推力常数导出方法导出的上述轨道部件上的任意位置的推力常数与位置坐标相对应的推力常数表;及推力控制步骤，在对上述移动体进行移动控制时，检测上述移动体的上述轨道部件上的当前位置坐标，使用与上述推力常数表的上述当前位置坐标相对应的推力常数来控制向上述线圈通入的电流。
[0016]由此，比现有技术具有更高精度的推力常数的位置依赖性被存储于推力常数表，并且能够使用与移动体的当前位置坐标相对应的推力常数进行移动控制。因此，移动体的移动控制的精度与以往相比提高。
[0017]技术方案8的线性马达的推力常数导出装置的发明是在线性马达中导出表示推力相对于电流的产生比率的推力常数的装置，上述线性马达具备:轨道部件，沿移动方向延伸并具有磁铁和线圈中的一方;及移动体，以能够移动的方式架设于上述轨道部件并具有上述磁铁和上述线圈中的另一方，上述线性马达向上述线圈通入上述电流而在上述线圈与上述磁铁之间产生移动方向上的上述推力，上述装置具有:基于实际测量而导出上述轨道部件上的较长移动区间内的平均的推力常数即平均推力常数的单元;分别基于实际测量而导出上述轨道部件上的多个部位的局部的推力常数即局部推力常数的单元;及基于上述平均推力常数和各部位的上述局部推力常数导出上述轨道部件上的任意位置的推力常数的单
J L ο
[0018]由此，技术方案I的线性马达的推力常数导出方法的发明也能够实施为装置的发明，装置的发明也产生与技术方案I相同的效果。
[0019]技术方案9的线性马达的移动控制装置的发明具有:推力常数存储单元，存储将通过技术方案I?6中任一项所述的线性马达的推力常数导出方法或者技术方案8所述的线性马达的推力常数导出装置所导出的上述轨道部件上的任意位置的推力常数与位置坐标相对应的推力常数表;及推力控制单元，在对上述移动体进行移动控制时，检测上述移动体的上述轨道部件上的当前位置坐标，使用与上述推力常数表的上述当前位置坐标相对应的推力常数来控制向上述线圈通入的电流。
[0020]由此，技术方案7的线性马达的移动控制方法的发明也能够实施为装置的发明，装置的发明也产生与技术方案7相同的效果。
【附图说明】
[0021]图1是说明线性马达的基本结构例的俯视图，兼用作示意性说明作为推力常数的变化因素的永久磁铁的强度的个体差的图。
[0022]图2是示意性说明作为推力常数的变化因素的永久磁铁的厚度的个体差的图。
[0023]图3是示意性说明作为推力常数的变化因素的永久磁铁的粘接剂厚度的个体差的图。
[0024]图4是示意性说明作为推力常数的变化因素的长导轨的平行度的图。
[0025]图5是示意性说明作为推力常数的变化因素的长导轨的直线度的图。
[0026]图6是说明第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法的流程图。
[0027]图7是用图说明第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法的图。
[0028]图8是说明平均值导出步骤的详细步骤的流程图。
[0029]图9是说明在平均值导出步骤中进行实际测量时使移动体移动的移动区间的图。
[0030]图10是平均值导出步骤中的恒速实际测量步骤中的摩擦补偿电流和速度的实际测量波形例。
[0031]图11是平均值导出步骤中的恒定加速度实际测量步骤中的加速所需电流的实际测量波形例及在平均值计算步骤中计算出的加速净电流的波形例。
[0032]图12是说明局部值导出步骤的详细步骤的流程图。
[0033]图13是说明导出局部推力常数的轨道部件上的多个实际测量部位的设定例的图。
[0034]图14是在局部值导出步骤中的施振实际测量步骤中使用高速正弦波扫描法时的交流电流的实际测量波形例的图。
[0035]图15是在施振实际测量步骤中与图14的交流电流相对应的移动体的位置坐标的实际测量波形例的图。
[0036]图16是例示在局部值导出步骤中的传递函数导出步骤中导出的频域的传递函数的图。
[0037]图17是表示在局部值导出步骤中的模型组入步骤中组入后的传递函数的例子的图。
[0038]图18是说明第二实施方式的线性马达的移动控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0039]参照图1至图17对本发明的第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法进行说明。首先，对第一实施方式中使用的线性马达I的基本结构例进行说明。图1是说明线性马达I的基本结构例的俯视图。线性马达I由轨道部件2和移动体4构成。
[0040]轨道部件2具有平行配置的两个长板21、22。长板21、22沿着成为移动体4的移动方向的图2的左右方向延伸。各长板21、22的彼此相向的面上，多个永久磁铁3以大致恒定的配置间距P沿移动方向排列设置。图1中示出了十个永久磁铁3，在省略的移动方向前后还排列设置有多个永久磁铁3。
[0041 ]移动体4形成为在移动方向上较长的大致长方体形状。移动体4的省略图示的被架设部与轨道部件2的省略图示的架设部卡合。由此，移动体4被架设成能够在轨道部件2的两个长板21、22之间移动。移动体4与轨道部件2的两侧的永久磁铁3之间分离大致相等的间隙长度G。移动体4具有在移动方向上隔离配置间距P而配置的三个线圈5。各线圈5与两侧的永久磁铁3相向的同时进行相对移动。
[0042]移动体4还搭载有省略图示的位置检测部、移动控制部及电源部。位置检测部检测表示轨道部件I上的移动体4的当前位置的当前位置坐标Xnow。移动控制部基于检测到的当前位置坐标Xnow和移动指令，可变地控制从电源部流经线圈5的电流I的大小和方向。由此，在移动体4的线圈5所形成的电流磁场与轨道部件2的永久磁铁3所形成的永久磁场之间产生移动方向的推力F。
[0043]轨道部件2和移动体4的结构不限于上述内容，而能够应用公知的各种技术。例如，移动体4也可以具有四个以上的线圈5。另外，例如，也可以在轨道部件2上排列设置线圈5，移动体4具有永久磁铁3ο在任一结构中，推力F的大小都依赖于永久磁铁3的强度和线圈5中流通的电流I的大小而发生变化。
[0044]在此，推力常数N(单位:N/A(牛顿/安培))表示推力F相对于电流I的产生比率。换言之，线圈5中流入IA的电流时在轨道部件2与移动体4之间产生的推力F成为推力常数N。各永久磁铁3生成相等的永久磁场，并且在轨道部件2与移动体4之间没有摩擦阻力R的理想条件下，推力F成为不依赖于当前位置坐标Xnow的恒定值。然而，实际上，由于图1?图5所例示的永久磁铁3和轨道部件2的变化因素，推力常数N依赖于轨道部件2上的位置而发生变化。另外，由于实际上具有摩擦阻力R，因此推力F不能全部用于移动体4的加速。
[0045]图1兼用作示意性说明作为推力常数的变化因素的永久磁铁3的强度的个体差的图。图1所例示的十个永久磁铁3具有由带括号的百分比值表示的磁力的强度的个体差。在图1的例子中，将磁力的强度的平均值设为± O %时，个体差在一 3 %?+3 %的范围内产生偏差。推力常数N在磁力相对较强的永久磁铁3的附近增大，在磁力相对较弱的永久磁铁3的附近减小。
[0046]图2是示意性说明作为推力常数N的变化因素的永久磁铁3的厚度的个体差的图。在图2的例子中，与第一永久磁铁31的厚度Tl相比，第二永久磁铁32的厚度T2较大。因此，与第一永久磁铁31和移动体4之间的间隙长度Gl相比，第二永久磁铁32和移动体4之间的间隙长度G2更小。因此，推力常数N在间隙长度Gl大的第一永久磁铁31的附近减小，在间隙长度G2小的第二永久磁铁32的附近增大。
[0047]图3是示意性说明作为推力常数N的变化因素的永久磁铁3的粘接剂厚度的个体差的图。在图3的例子中，与将第三永久磁铁33固定于长板21的粘接剂34的厚度T3相比，将第四永久磁铁35固定于长板21的粘接剂36的厚度T4较大。因此，即使两个永久磁铁33、35的厚度相同，与第三永久磁铁33侧的间隙长度G3相比，第四永久磁铁35侧的间隙长度G4也较小。因此，推力常数N在粘接剂34的厚度T3小的第三永久磁铁33的附近减小，在粘接剂36的厚度T4大的第四永久磁铁35的附近增大。
[0048]图4是示意性说明作为推力常数N的变化因素的长导轨21、22的平行度的图。通常，两个长导轨21、22的组装精度具有误差，因此存在平行度不足的可能性。该情况下，如图4所示，在两个长导轨21、22的一端和另一端，相互之间的距离发生变化。由此，依据位置，永久磁铁3和移动体4之间的间隙长度G5、G6发生变化，与间隙长度G5、G6相对应地，推力常数N发生变化。
[0049]图5是示意性说明作为推力常数N的变化因素的长导轨21、22的直线度的图。通常，由于两个长导轨21、22的加工精度具有误差，因此在至少一个长导轨21、22上存在直线度不足的可能性。该情况下，如图5所示，根据两个长导轨21、22的位置，相互之间的距离发生变化。由此，依据位置，永久磁铁3和移动体4之间的间隙长度G7、G8发生变化，与间隙长度G7、G8相对应地，推力常数N发生变化。
[0050]在图1?图5中，实际上，移动体4的三个线圈5相向的多个永久磁铁3的强度和大小等个体差及间隙长度G关联，而使推力常数N发生变化。为了基于实际测量而导出推力常数N，利用“作用于物体的推力等于物体的质量与产生的加速度之积”的牛顿的运动方程(第二法则)。在此，推力F不全部用于移动体4的加速，一部分用于对抗轨道部件2和移动体4之间的摩擦阻力R而对摩擦阻力R进行补偿。摩擦阻力R的大小大多数情况下依赖于移动体4的速度等而以非线性方式变化，使准确的推力常数N的导出变得困难。
[0051]因此，在第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法中，在两种实际测量条件下进行实际测量，结合实际测量结果来高精度地导出轨道部件2上的任意位置的推力常数N。图6是说明第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法的流程图。第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法依次实施平均值导出步骤S 1、局部值导出步骤S2、局部值校正步骤S3及插补导出步骤S4。第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法能够使外部的数字计测装置、数据处理装置等与移动体4的位置检测部和移动控制部适当协作来实施。图7是用图说明第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法的图。在图7中，横轴表示轨道部件2上的位置坐标X，纵轴表示推力常数N。
[0052]首先，参考图6和图7对推力常数导出方法的全体步骤进行说明。在图6的平均值导出步骤SI中，使移动体4在轨道部件2上的较长移动区间上移动，基于实际测量而导出平均推力常数Navi。通过实施下面详细叙述的步骤，能够导出表示去除了摩擦阻力R的影响的移动区间内的平均的推力常数的平均推力常数Navl。
[0053]接下来，在局部值导出步骤S2中，在轨道部件2上的多个部位上使移动体4沿移动方向进行微小移动，分别导出各部位的局部推力常数。在图7中，实施下面详细叙述的详细步骤所导出的位置坐标Xl?X6的六个部位的局部推力常数NI?N6被绘图。局部推力常数NI?N6受到在图1?图5中所说明的局部的变化因素的影响，依赖于位置坐标Xl?X6而发生变化。
[0054]接下来，在局部值校正步骤S3中，计算六个部位的局部推力常数NI?N6的平均值Nav2，计算与平均推力常数Navl的差Δ N。图7所例示的差Δ N可视作大致由于摩擦阻力R的影响引起的局部推力常数NI?N6的误差量。因此，将六个部位的局部推力常数NI?N6校正差A N的量而设为各部位的校正推力常数Nlc?N6c。在图7的例子中，Nlc = Nl — AN、N2c =N2— ΔΝ、……、N6c = N6— ΔΝ。
[0055]接下来，在插补导出步骤S4中，通过对六个部位的校正推力常数Nlc?N6c进行插补，导出轨道部件2上的任意位置坐标X的推力常数N(X)。作为插补的方法，可使用公知的各种插补式、例如高次多项式等。由此，能够导出去除摩擦阻力R的影响的同时反映了局部的变化因素的影响的精度高的推力常数N(X)。推力常数N(X)在图7的例子中使用穿过六个部位的校正推力常数Nlc?N6c的平滑的插补曲线来表示。
[0056]接下来，对平均值导出步骤SI的详细步骤进行说明。图8是说明平均值导出步骤SI的详细步骤的流程图。在平均值导出步骤SI中，依次实施恒速实际测量步骤J1、恒定加速度实际测量步骤J2及平均值计算步骤J3。图9是说明在平均值导出步骤SI中进行实际测量时使移动体4移动的移动区间的图。在平均值导出步骤SI中，优选移动区间较长。换言之，移动区间优选设为移动体4能够在轨道部件2上移动的全长L、或者从全长区间L减去最小限度的起动加速区间Ls和停止减速区间Le而得到的区间。
[0057]在恒速实际测量步骤Jl中，在轨道部件2上的移动区间的范围内使移动体4以恒定速度V移动，实际测量摩擦阻力R的补偿所需的摩擦补偿电流If。图10是平均值导出步骤SI中的恒速实际测量步骤Jl中的摩擦补偿电流If和速度V的实际测量波形例。在图10中，横轴表示时间t，纵轴表示线圈5中流通的电流I和移动体4的速度V ο根据移动体4的位置坐标X，切换控制线圈5中流通的电流I的方向。因此，产生移动体4的前进方向的推力F的电流I用正值表示，产生移动体4的后退方向的推力F的电流I用负值表示。
[0058]在时刻tl正值的电流I开始流通时，移动体4加速的同时在起动加速区间Ls移动。在起动加速区间Ls中，为了加速，流通较大的正值的电流I。在时刻t2移动体4达到预定速度V时，起动加速区间Ls结束。并且，之后以使速度V维持恒定的方式可变地控制电流I。速度V的维持持续至在时刻t3移动体4逼近停止减速区间Le为止。在时刻t3以后，流通负值较大的电流I，对移动体4进行制动，在时刻t4移动体4停止。
[0059]从维持速度V的时刻t2至时刻t3的时间带的电流I为摩擦补偿电流If。如果不存在摩擦阻力R，则摩擦补偿电流If成为零，但是，由于实际上存在摩擦阻力R，因此需要某一摩擦补偿电流If。如图9例示，摩擦补偿电流If在移动区间内大致恒定。在尽管如此仍存在一定程度偏差的情况下，将图9中用单点划线例示的平均电流值If (avr)设为摩擦补偿电流Ifo
[0060]另外，将恒定速度V设定为多个(η种)速度Vfl、Vf2、……、Vfn，对各个速度实际测量摩擦补偿电流If 1、If2、……、1作。摩擦补偿电流1打、1€2、……、Ifn依赖于速度Vfl、Vf 2,……、Vfn而发生变化。得到的实际测量结果以将速度Vfl、Vf 2、……、Vfn与摩擦补偿电流Ifl、If 2、……、Ifn相对应设置的摩擦补偿表而存储于存储器等。另外，在摩擦补偿表中，优选为，对速度Vfl、Vf 2、……、Vf和摩擦补偿电流Ifl、If 2、……、Ifn之间的离散的关系进行插补，预先获得连续的关系。
[0061 ]在接下来的恒定加速度实际测量步骤J2中，在移动区间的范围使移动体4以恒定的加速度A移动，实际测量此时所需的加速所需电流Ia和移动体4的速度V。该实际测量能够在移动区间内连续地进行，或者即使离散也能够在多个点上进行。加速所需电流Ia和速度V根据移动区间内的位置坐标X发生变化。因此，实际测量结果例如可以使用将横轴设为时间t或位置坐标X、将纵轴设为加速所需电流Ia和速度V的图来表示。实际测量得到的加速所需电流Ia的一部分用于使移动体4加速的推力F的产生，其余部分用于对抗摩擦阻力R而对摩擦阻力R进行补偿。
[0062]在恒定加速度实际测量步骤J2中，也可以采用在移动区间的前半部分设为恒定的加速度A、在移动区间的后半部分设为相反符号相同大小的减速度一 A的实际测量条件。在该实际测量条件下，例如，获得图11例示的实际测量结果。图11是平均值导出步骤SI中的恒定加速度实际测量步骤J2中的加速所需电流Ia的实际测量波形例及在平均值计算步骤J3中计算出的加速净电流Im的波形例。在图11中，横轴表示时间t，纵轴表示加速所需电流Ia和加速净电流Im。
[0063]在图11的实际测量波形例中，在时刻111至时刻112，在移动区间的前半部分维持移动体4的恒定的加速度A。该期间的加速所需电流Ia是正值，包含一定程度的偏差的同时逐渐增大。另外，在时刻112至时刻113，在移动区间的后半部分维持移动体4的恒定的减速度一 A。该期间的加速所需电流Ia为负值，包含一定程度偏差的同时绝对值逐渐增大。
[0064]在接下来的平均值计算步骤J3中，在移动区间内连续地或者在离散的多个点上进行以后的运算处理。首先，从摩擦补偿表中获取与在恒定加速实际测量步骤J2中实际测量到的移动体4的速度V相对应的摩擦补偿电流I f。第二，从加速所需电流I a中减去获取的摩擦补偿电流If，计算加速净电流Im。因此，加速净电流Im成为用于产生推力F的净电流。在图11的例子中，加速净电流Im在移动区间的前半部分和后半部分分别是大致恒定的值。第三，基于利用牛顿的运动方程(第二法则)由加速度A和减速度一A得到的推力F及计算出的加速净电流Im，计算平均推力常数Navi。平均推力常数Navl在移动区间内大致恒定。在存在加速净电流Im的偏差的情况下，采用移动区间内的平均的加速净电流，计算平均推力常数Navi。
[0065]此外，在由于移动体4的往复的移动方向产生特性差的情况下，也可以在前往运动方向和返回运动方向上分别进行实际测量，计算在前往运动方向和返回运动方向上不同的平均推力常数Navi。另外，恒速实际测量步骤Jl和恒定加速度实际测量步骤J2通过分别进行多次实际测量求出平均值，也能够提高导出精度。除此以外，平均值导出步骤SI也能够适当变形。
[0066]接下来，对局部值导出步骤S2的详细步骤进行说明。图12是说明局部值导出步骤S2的详细步骤的流程图。在局部值导出步骤S2中，在轨道部件2上的多个实际测量部位上分别实施施振实际测量步骤J12、传递函数导出步骤J13、模型组入步骤J14及局部值计算步骤J15。首先，在图12的步骤JlI中，设定多个实际测量部位。
[0067]图13是说明导出局部推力常数NI?N6的轨道部件2上的多个实际测量部位的设定例的图。如图所示，在移动体4的移动方向的预定长度LM的范围内排列设置有三个线圈。并且，将导出局部推力常数NI?N6的实际测量部位以比预定长度LM小的间隔LD设定于轨道部件2上。图13表示与图7的位置坐标Xl?X6相当的六个实际测量部位以间隔LD被设定。此外，间隔LD不一定必须等间隔。另外，也可以设定比图13所示的间隔LD更小的间隔。
[0068]通过如此将间隔LD在一定程度上设定得较小，所有的永久磁铁3的变化因素的影响反映于局部推力常数NI?N6中的至少一个量。由此，确保推力常数N的导出精度。如果将间隔LD设定得比预定长度LM大，在局部值导出步骤S2中产生与线圈5不相向的永久磁铁3而成为盲点。该情况下，即使与线圈5不相向的永久磁铁3的变化因素异常小，也不会反映于局部推力常数NI?N6，存在推力常数N的导出精度显著下降的可能性。
[0069]在接下来的施振实际测量步骤J12中，首先，使移动体向所设定的位置坐标Xl的实际测量部位移动。接下来，向线圈5通入频率f可变的交流电流Iac，对移动体4向移动方向前后施振，同时实际测量交流电流Iac和移动体4的位置坐标X。在第一实施方式中，使用将向线圈5通入的交流电流Iac设为正弦波电流并且使频率f随时间逐渐变化的高速正弦波扫描法。由此，获得图14和图15所示的实际测量波形例。
[0070]图14是在局部值导出步骤S2中的施振实际测量步骤J12使用高速正弦波扫描法时的交流电流Iac的实际测量波形例的图。另外，图15是在施振实际测量步骤J12中与图14的交流电流Iac相对应的移动体4的位置坐标X的实际测量波形例的图。图14和图15是在共同的扫描时间实际测量得到的。图14所示的交流电流Iac的波形随着时间的经过，频率f逐渐增大，并且除初始的低频区域以外为大致恒定的振幅。与此相对应，如图15所示，移动体的位置坐标X的振动波形被实际测量。振动波形表示移动体4向移动方向前后被施振而发生微小振动。
[0071]在接下来的传递函数导出步骤J13中，基于交流电流Iac的时间上的变化和移动体4的位置坐标X的时间上的变化，导出频域的传递函数G(f)。在第一实施方式中，作为前提条件，对图14所示的高速正弦波扫描法的交流电流Iac的波形无误进行确认。在此基础上，对图15所示的移动体4的位置坐标X的时间上的变化进行傅里叶变换而导出频域的传递函数G(f)。通过傅里叶变换获得增益函数和相位函数作为传递函数G(f)，但是仅使用增益函数。增益函数表现出移动体4的微小振动的振幅依赖于频率f的特性。
[0072]图16是例示在局部值导出步骤S2中的传递函数导出步骤J13中导出的频域的传递函数G(f)的图。在图16中，横轴表示频率f，纵轴表示增益g(分贝值)。增益g伴随着频率f的增大大致平滑地减小，在较高的某一频率Π至频率f2的频率带，减小倾向缓和。
[0073]在接下来的模型组入步骤J14中，通过在频域的传递函数G(f)中组入将移动体4的质量M和移动时的摩擦条件以可变方式模型化后的物理模型，推定移动体模型化后的质量M。作为物理模型，使用利用了由下式表示的拉普拉斯变换法的模型。
[0074]模型化后的传递函数Gm(s) = (X/F) = l/(Ms2+Ds+K)
[0075]其中，是拉普拉斯算子s、位置坐标X、推力F、模型化后的质量M、表示摩擦阻力R中的与速度V成比例的分量的常数D及表示摩擦阻力R中的与速度V没有关系的恒定分量的常数K。通过常数D和常数K，摩擦阻力R的非线性被模型化。
[0076]在此，通过可变地调整质量M、常数D及常数K，能够将模型化后的传递函数Gm(S)组入到导出的传递函数G(f)中。图17是表示在局部值导出步骤S2中的模型组入步骤J14中组入的传递函数Gm(S)的例子的图。在图17中，模型化后的传递函数Gm(S)用虚线表示，并且被组入到传递函数G(f)。此时，重要的是，在增益g大的频率fl以下的低频带，使两个传递函数Gm(s)和传递函数G(f)良好地一致。另外，在增益g小的频率fl?频率f 2的频率带，允许某一程度的偏离。由此，确定模型化后的质量M。
[0077]在接下来的局部值计算步骤J15中，将移动体4的实际测量质量MO或设计质量MO除以模型化后的质量M来求出校正倍率Cl。在此，移动体4的实际的质量当然是不变的，因此模型化后的质量M比实际测量质量MO小表示实际测量到比设计值大的移动量。即，表示推力F和局部推力常数NI比设计值大。反之，模型化后的质量M比实际测量质量MO大表示实际测量到比设计值小的移动量。即，表示推力F和局部推力常数NI比设计值小。因此，校正倍率Cl的观点是妥当的。并且，通过将校正倍率Cl乘以推力常数的设计值Ndn，能够计算位置坐标Xl的局部推力常数NI。
[0078]在接下来的步骤J16中，判定是否是最后的实际测量部位，如果不是最后的实际测量部位，向下一实际测量部位转移并返回施振实际测量步骤J12。在图13的例子中，在位置坐标Xl?X6的六个部位上重复施振实际测量步骤J12至步骤J16。由此，能够针对各位置坐标Xl?X6分别计算校正倍率Cl?C6及局部推力常数NI?N6。如果在步骤J16中判定为是最后的实际测量部位，则使局部值检测步骤S2结束。
[0079]此外，在施振实际测量步骤J12中，也可以使用高速正弦波扫描法以外的方法。例如，也可以通过步进扫描法使交流电流Iac的频率f逐步地变化，实际测量各频率f下的移动体4的微小振动的振幅。该情况下，在传递函数导出步骤J13中，取代傅里叶变换，求出频率f和微小振动的振幅之间的关系。除此以外，局部值导出步骤S2也能够适当变形。
[0080]在第一实施方式中导出的轨道部件2上的任意位置坐标X的推力常数N(X)能够用于第二实施方式的线性马达的移动控制方法。不限于此，第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法能够应用于制造线性马达I时的产品检查方法。具体而言，例如，通过在由实际测量导出的推力常数N(X)的变化范围内设置限制判定值，能够判定线性马达I的性能是否合格。
[0081]第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法是在线性马达I中导出表示推力F相对于电流I的产生比率的推力常数N的方法，上述线性马达I具备:沿移动方向延伸并具有永久磁铁3的轨道部件2;及以能够移动的方式架设于轨道部件2并具有线圈5的移动体4，线性马达I向线圈5通入电流I而在线圈5与永久磁铁3之间产生移动方向上的推力F，基于实际测量而导出轨道部件2上的较长移动区间内的平均的推力常数即平均推力常数Navl，基于实际测量而分别导出轨道部件2上的多个部位(位置坐标Xl?X6)的局部的推力常数即局部推力常数NI?N6，基于平均推力常数Navl和各部位的局部推力常数NI?N6导出轨道部件2上的任意位置(位置坐标X)的推力常数N(X)。
[0082]由此，通过在多个实际测量条件下进行实际测量，能够在轨道部件2上的较长移动区间导出平均推力常数Navl，能够在轨道部件2上的多个部位分别导出局部推力常数NI?N6。并且，通过将两者进行比对，能够定量地掌握移动体4与轨道部件2之间的摩擦阻力R，能够减小摩擦阻力的影响。因此，基于在多个实际测量中导出的平均推力常数Navl和各部位的局部推力常数NI?N6的轨道部件2上的任意位置(位置坐标X)的推力常数N(X)与基于单一的实际测量条件的现有技术相比，导出精度提高。
[0083]另外，第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法具有以下步骤:平均值导出步骤SI，使移动体4在轨道部件2上的较长移动区间上移动，导出平均推力常数Navl;局部值导出步骤S2，在轨道部件2上的多个部位使移动体2沿移动方向进行微小移动，分别导出各部位的局部推力常数NI?N6;局部值校正步骤S3，计算各部位的局部推力常数NI?N6的平均值Nav2与平均推力常数Navl之差Δ N，将各部位的局部推力常数NI?N6校正与差Δ N对应的量而设为各部位的校正推力常数Nlc?N6c;及插补导出步骤S4，通过对各部位的校正推力常数Nlc?N6c进行插补，导出轨道部件2上的任意位置(位置坐标X)的推力常数N(X)。
[0084]由此，由于计算去除了摩擦阻力R的影响的平均推力常数Navl与受到摩擦阻力R的影响的各部位的局部推力常数NI?N6的平均值Nav2之差△ N，因此能够可靠地减小摩擦阻力R的影响。由此，推力常数N(X)的导出精度与以往相比大幅提高。
[0085]另外，在第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法中，在局部值导出步骤S2中，在轨道部件2上的多个部位(位置坐标Xl?X6)分别实施以下步骤:施振实际测量步骤J12，向线圈5通入频率可变的交流电流Iac而沿移动方向前后对移动体4进行施振，同时实际测量交流电流Iac和移动体4的位置信息(位置坐标X);传递函数导出步骤J13，基于交流电流Iac的时间上的变化和移动体4的位置信息(位置坐标X)的时间上的变化，导出频域的传递函数G(f);模型组入步骤J14，通过在频域的传递函数G(f)中组入对移动体4的质量M和移动时的摩擦条件(常数D和常数K)以可变方式进行模型化而得到的物理模型，推定移动体4的模型化后的质量M;及局部值计算步骤J15，将移动体4的实际测量质量MO或设计质量MO除以移动体4的模型化后的质量M来求出校正倍率Cl?C6，向推力常数的设计值Ndn乘以校正倍率Cl?C6来计算局部推力常数NI?N6。
[0086]由此，即使存在永久磁铁3的强度和大小的个体差、排列设置的永久磁铁3的配置位置的偏差等变化因素，也能够高精度地导出轨道部件2上的各部位(位置坐标Xl?X6)的局部推力常数NI?N6。
[0087]另外，第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法在施振实际测量步骤J12中，使用将向线圈5通入的交流电流Iac设为正弦波电流并且使频率f随时间逐渐变化的高速正弦波扫描法，在传递函数导出步骤J13中，对移动体4的位置信息(位置坐标X)的时间上的变化进行傅里叶变换来导出频域的传递函数G(f)。
[0088]由此，通过使用高速正弦波扫描法，能够在短时间内高效地导出局部推力常数NI
?N60
[0089]另外，在第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法中，平均值导出步骤SI包括以下步骤:恒速实际测量步骤Jl，在多个速度Vl?Vn下进行如下动作:在移动区间使移动体4以恒定的速度移动并实际测量摩擦阻力R的补偿所需的摩擦补偿电流Ifl?Ifn，并存储将速度Vl?Vn和摩擦补偿电流ΙΠ?Ifn相对应的摩擦补偿表;恒定加速实际测量步骤J2，在移动区间使移动体4以恒定的加速度A和减速度一 A移动，实际测量此时所需的加速所需电流Ia和移动体4的速度V;及平均值计算步骤J3，从摩擦补偿表获取与在恒定加速实际测量步骤J2中实际测量到的移动体4的速度V相对应的摩擦补偿电流If，基于从加速所需电流Ia中减去获取的摩擦补偿电流If而求出的加速净电流Im来计算平均推力常数Navi。
[0090]由此，即使摩擦阻力R相对于速度V非线性地变化，也能够以极高的精度导出去除了摩擦阻力R相对于速度V非线性地变化的影响的平均推力常数Navi。因此，推力常数N(X)的导出精度进一步提高。
[0091]另外，在第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法中，在移动体4的移动方向上的预定长度LM的范围内排列设置有多个线圈5，以比预定长度LM小的间隔LD设定导出局部推力常数NI?N6的轨道部件2上的多个部位(位置坐标Xl?X6)。
[0092]由此，由于所有的永久磁铁3的变化因素的影响反映于局部推力常数NI?N6的至少一个量而不会产生盲点，因此推力常数N(X)的导出精度进一步提高。
[0093]接下来，参照图18对第二实施方式的线性马达的移动控制方法进行说明。在第二实施方式中，将与第一实施方式相同的线性马达I的移动体4作为控制对象进行移动控制。图18是说明第二实施方式的线性马达的移动控制方法的流程图。基于该流程图的运算处理和控制主要由搭载于移动体4的移动控制部负责。
[0094]在推力常数导出步骤Sll中，实施第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法，导出轨道部件2上的任意位置坐标X的推力常数N(X)。在接下来的推力常数存储步骤S12中，使将推力常数N(X)和位置坐标X相对应的推力常数表存储于存储器等。推力常数导出步骤Sll和推力常数存储步骤S12仅在线性马达I刚制造后、修理时、定期检查等有限的情况下实施。相对于此，目标位置设定步骤S13以后的步骤在线性马达I的使用时始终反复地实施。
[0095]在目标位置设定步骤S13中，设定使移动体4移动的目标位置坐标Xtgt。目标位置坐标Xtgt可以从外部被指示，也可以由移动控制部通过运算处理来确定。在接下来的当前位置坐标检测步骤S14中，移动控制部从位置检测部获取移动体4的当前位置坐标Xnow的信息。在接下来的步骤S15中，判定移动体4是否到达目标位置坐标Xtgt、即当前位置坐标Xnow=目标位置坐标Xtgt是否成立。在刚设定了目标位置坐标Xtgt之后，步骤S15的条件通常不成立，而进入推力常数获取步骤S16。
[0096]在推力常数获取步骤S16中，获取与推力常数表的当前位置坐标Xnow相对应的推力常数N (Xnow)。在接下来的电流运算步骤S17中，计算向线圈5通入的电流I now的大小。该运算可适当应用将目标位置坐标Xtgt、当前位置坐标Xnow及推力常数N(Xnow)等设为运算参数的公知技术来进行。在接下来的电流控制步骤S18中，以实际上流通计算出的电流Inow的方式进行控制。之后，返回到当前位置坐标检测步骤S14。
[0097]移动控制部在第二次以后的当前位置坐标检测步骤S14中，再次获取当前位置坐标Xnow的信息，在步骤S15中，判定当前位置坐标Xnow=目标位置坐标Xtgt是否成立。在步骤S15的条件不成立的期间，移动控制部反复实施当前位置坐标检测步骤S14至电流控制步骤S18的循环。当移动体4到达目标位置坐标Xtgt时，从步骤SI5进入步骤S19，使移动体4停止。接下来，当需要移动体4的移动时，返回到目标位置设定步骤S13，以下重复同样的移动控制。从当前位置坐标检测步骤S14至电流控制步骤S18相当于本发明的推力控制步骤。
[0098]第二实施方式的线性马达的移动控制方法具有以下步骤:推力常数存储步骤，存储将通过第一实施方式中记载的线性马达装置的推力常数导出方法导出的轨道部件2上的任意位置坐标X的推力常数N(X)和位置坐标X相对应的推力常数表;及推力控制步骤，对移动体4进行移动控制时，检测移动体4的轨道部件2上的当前位置坐标Xnow，使用与推力常数表的当前位置坐标Xnow相对应的推力常数N (Xnow )，控制向线圈5通入的电流I now。
[0099]由此，与现有技术相比具有更高精度的推力常数N(X)被存储于推力常数表，并且能够使用与移动体4的当前位置坐标Xnow相对应的推力常数N(Xnow)进行移动控制。因此，移动体4的移动控制的精度与以往相比提高。
[0100]此外，第一实施方式的线性马达的推力常数导出方法及第二实施方式的线性马达的移动控制方法均能够实施为装置。另外，实施为装置时的效果与第一和第二实施方式相同。本发明除此以外还能够进行各种应用、变形。
[0101]附图标记说明
[0102]1:线性马达2:轨道部件21、22:长板
[0103]3、31、32、33、35:永久磁铁4:移动体5:线圈
[0104]G、G1?G8:间隙长度乂、)(1?乂6:位置坐标
[0105]LM:预定长度LD:间隔
[0106]N、N(X):推力常数
[0107]Navl:平均推力常数NI?N6:局部推力常数
[0108]Nav2:局部推力常数的平均值ΔΝ:差
[0109]Nlc?N6c:校正推力常数
[0110]V:速度
[0111]If:摩擦补偿电流Ia:加速所需电流Im:加速净电流
[0112]G(f):频域的传递函数
[0113]Gm(s):模型化后的传递函数
【主权项】
1.一种线性马达的推力常数导出方法，在线性马达中导出表示推力相对于电流的产生比率的推力常数， 所述线性马达具备:轨道部件，沿移动方向延伸并具有磁铁和线圈中的一方；及移动体，以能够移动的方式架设于所述轨道部件并具有所述磁铁和所述线圈中的另一方， 所述线性马达向所述线圈通入所述电流而在所述线圈与所述磁铁之间产生移动方向上的所述推力， 所述线性马达的推力常数导出方法基于实际测量而导出所述轨道部件上的较长移动区间内的平均的推力常数即平均推力常数，分别基于实际测量而导出所述轨道部件上的多个部位的局部的推力常数即局部推力常数，并基于所述平均推力常数和各部位的所述局部推力常数导出所述轨道部件上的任意位置的推力常数。2.根据权利要求1所述的线性马达的推力常数导出方法，其中， 具有以下步骤: 平均值导出步骤，使所述移动体在所述轨道部件上的较长移动区间上移动，导出所述平均推力常数； 局部值导出步骤，在所述轨道部件上的多个部位使所述移动体沿移动方向进行微小移动，分别导出各部位的所述局部推力常数； 局部值校正步骤，计算各部位的所述局部推力常数的平均值与所述平均推力常数之差，将各部位的所述局部推力常数校正与所述差对应的量而设为各部位的校正推力常数；及 插补导出步骤，通过对各部位的所述校正推力常数进行插补，导出所述轨道部件上的任意位置的推力常数。3.根据权利要求2所述的线性马达的推力常数导出方法，其中， 所述局部值导出步骤在所述轨道部件上的多个部位分别实施以下步骤: 施振实际测量步骤，向所述线圈通入频率可变的交流电流而沿移动方向前后对所述移动体进行施振，同时实际测量所述交流电流和所述移动体的位置信息； 传递函数导出步骤，基于所述交流电流的时间上的变化和所述移动体的位置信息的时间上的变化，导出频域的传递函数； 模型组入步骤，通过在所述频域的传递函数中组入对移动体的质量和移动时的摩擦条件以可变方式进行模型化而得到的物理模型，推定移动体的模型化后的质量;及 局部值计算步骤，将所述移动体的实际测量质量或设计质量除以所述移动体的模型化后的质量来求出校正倍率，向推力常数的设计值乘以所述校正倍率来计算所述局部推力常数。4.根据权利要求3所述的线性马达的推力常数导出方法，其中， 在所述施振实际测量步骤中，使用将向所述线圈通入的交流电流设为正弦波电流并且使所述频率随时间逐渐变化的高速正弦波扫描法， 在所述传递函数导出步骤中，对所述移动体的位置信息的时间上的变化进行傅里叶变换来导出所述频域的传递函数。5.根据权利要求2?4中任一项所述的线性马达的推力常数导出方法，其中， 所述平均值导出步骤包括以下步骤: 恒速实际测量步骤，在多个速度下进行如下动作:在所述移动区间使所述移动体以恒定的速度移动并实际测量摩擦阻力的补偿所需的摩擦补偿电流，并存储将所述速度和所述摩擦补偿电流相对应的摩擦补偿表； 恒定加速实际测量步骤，在所述移动区间使所述移动体以恒定的加速度移动，实际测量此时所需的加速所需电流和移动体的速度;及 平均值计算步骤，从所述摩擦补偿表获取与在所述恒定加速实际测量步骤中实际测量到的移动体的速度相对应的摩擦补偿电流，基于从所述加速所需电流中减去获取的摩擦补偿电流而求出的加速净电流来计算所述平均推力常数。6.根据权利要求1?5中任一项所述的线性马达的推力常数导出方法，其中， 在所述移动体的移动方向上的预定长度的范围内排列设置有多个磁铁或线圈， 以比所述预定长度小的间隔设定导出所述局部推力常数的所述轨道部件上的多个部位。7.—种线性马达的移动控制方法，具有以下步骤: 推力常数存储步骤，存储将利用权利要求1?6中任一项所述的线性马达装置的推力常数导出方法导出的所述轨道部件上的任意位置的推力常数与位置坐标相对应的推力常数表;及 推力控制步骤，在对所述移动体进行移动控制时，检测所述移动体的所述轨道部件上的当前位置坐标，使用与所述推力常数表的所述当前位置坐标相对应的推力常数来控制向所述线圈通入的电流。8.—种线性马达的推力常数导出装置，在线性马达中导出表示推力相对于电流的产生比率的推力常数，所述线性马达具备:轨道部件，沿移动方向延伸并具有磁铁和线圈中的一方;及移动体，以能够移动的方式架设于所述轨道部件并具有所述磁铁和所述线圈中的另一方，所述线性马达向所述线圈通入所述电流而在所述线圈与所述磁铁之间产生移动方向上的所述推力， 所述线性马达的推力常数导出装置具有:基于实际测量而导出所述轨道部件上的较长移动区间内的平均的推力常数即平均推力常数的单元;分别基于实际测量而导出所述轨道部件上的多个部位的局部的推力常数即局部推力常数的单元;及基于所述平均推力常数和各部位的所述局部推力常数导出所述轨道部件上的任意位置的推力常数的单元。9.一种线性马达的移动控制装置，具有: 推力常数存储单元，存储将利用权利要求1?6中任一项所述的线性马达的推力常数导出方法或者权利要求8所述的线性马达的推力常数导出装置导出的所述轨道部件上的任意位置的推力常数与位置坐标相对应的推力常数表;及 推力控制单元，在对所述移动体进行移动控制时，检测所述移动体的所述轨道部件上的当前位置坐标，使用与所述推力常数表的所述当前位置坐标相对应的推力常数来控制向所述线圈通入的电流。
【文档编号】H02P25/06GK105830321SQ201380081715
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2013年12月20日
【发明人】川岛大贵, 永田良
【申请人】富士机械制造株式会社