JP7768976B2 - リニアモータ搬送システムおよびその運用方法 - Google Patents

リニアモータ搬送システムおよびその運用方法

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Description

本発明は、リニアモータ搬送システムおよびその運用方法に関する。
従来、物品を搬送する搬送システムとして、リニアモータを駆動源としてキャリアを走行させ、キャリアによって物品の搬送を行うリニアモータ搬送システムが知られている。リニアモータ搬送システムは、搬送する物品を保持するキャリアと、キャリアに取り付けられるリニアモータの可動子と、経路に沿って並ぶ複数の電磁石(コイルユニット)を含むリニアモータの固定子と、複数の電磁石への電流の供給を制御してキャリアを経路に沿って移動させる制御装置と、を備え、可動子が経路に沿って走行することにより、キャリアに保持された物品を搬送する。
従来のコンベアは、一定速度で同一方向に搬送物である物品を流すのに対し、リニアモータ搬送システムは、物品を保持する複数のキャリアの移動を個別に制御できる。また、キャリアを必要な場所に正確に止めたり、速度を変更したり、1つのキャリアだけを反対向きに移動させるといった柔軟な制御もできる。また、リニアモータ搬送システムは、リニアモータ駆動であるためその他の駆動方式を採用した搬送システムに比べて粉塵等が生じないためクリーンである。
そのため、リニアモータ搬送システムの用途は多岐にわたり、たとえば、工程間搬送や、搬送経路上で精密加工を行う加工ラインに用いられる。
リニアモータ搬送システムでは、可動子の位置を制御するために、固定子に対する可動子の位置を把握し続ける必要がある。従来では、固定子側に設けられるリニアスケールを、可動子側に設けられるセンサで読み取ることにより、可動子の位置を検出するリニアモータ搬送システムが提案されている(例えば特許文献1)。
特開2014-219296号公報
特許文献1に記載されるような従来のリニアモータ搬送システムでは、可動子側にセンサが設けられるため、センサによる検出結果を出力する配線を可動子側から引き出す必要があり、可動子の可動範囲の制約となる。
本発明はこうした状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、商品価値を高めたリニアモータ搬送システムを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様のリニアモータ搬送システムは、リニアスケールおよびリファレンスマークが固定されたキャリアと、キャリアを所定の経路に沿って移動させるリニアモータと、経路に沿って並べられた複数のセンサと、制御装置と、を備える。制御部は、リニアモータを制御して初期処理としてキャリアを移動させた場合において、複数のセンサのうち、リニアスケールを検出していないセンサによるリファレンスマークに関する出力には基づかず、リニアスケールを検出しているセンサによるリファレンスマークに関する出力に基づいてキャリアの位置を特定する。
本発明の別の態様は、リニアモータ搬送システムの運用方法である。この方法は、リニアスケールおよびリファレンスマークが固定されたキャリアと、キャリアを所定の経路に沿って移動させるリニアモータと、を備えるリニアモータ搬送システムの運用方法であって、初期処理としてキャリアを移動させることと、複数のセンサのうちのリニアスケールを検出していないセンサによるリファレンスマークに関する出力には基づかず、リニアスケールを検出しているセンサによるリファレンスマークに関する出力に基づいてキャリアの位置を特定することと、を含む。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、商品価値を高めたリニアモータ搬送システムを提供できる。
実施の形態に係るリニアモータ搬送システムの平面図である。 図1のキャリアとその周辺を示す側面図である。 図1のキャリアを初期処理として移動させたときのセンサによる出力を示すタイミングチャートである。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。
図1は、実施の形態に係るリニアモータ搬送システム100の概略構成を示す平面図である。図2は、リニアモータ搬送システム100のキャリア10とその周辺を示す側面図である。
リニアモータ搬送システム100は、搬送する物品を保持するためのキャリア10と、キャリア10を駆動するリニアモータ12と、キャリア10に固定されるリファレンスマーク14およびリニアスケール16と、キャリア10が移動可能な経路Pに沿って配置される複数のセンサ18と、リニアモータ搬送システム100を統括的に制御する制御装置20と、を備える。複数のセンサはそれぞれ、制御装置20と有線で接続される。なお、理解を容易にするためにキャリア10の個数を1としているが、その限りではなく、通常は複数のキャリア10が設けられる。
リニアモータ12は、固定子22と、キャリア10に取り付けられる可動子24と、を備える。
固定子22は、本実施の形態では、平面視でD方向に長い長方形状に形成されている。固定子22は、D方向に並ぶ複数の電磁石(コイルユニット)26を含む。図1には、一部の電磁石26のみが例として表示されている。電源34から複数の電磁石26には、個別に電流を供給できる。複数の電磁石26の並びは経路Pを規定する。特に限定しないが、本実施の形態では、経路Pは直線状である。
可動子24は、電磁石26と上下で対向するようにキャリア10の下面に取り付けられる。可動子24は磁石を含んで構成される。電磁石26により生じる磁界と可動子24の磁石の磁界との相互作用により、可動子24は経路Pに沿って移動する。
固定子22には、可動子24あるいはキャリア10の移動を案内するリニアガイドが設けられてもよい。あるいは、リニアガイドを設けずに、可動子24を固定子22上に磁気浮上させてもよい。
リファレンスマーク14は、この例ではキャリア10の下面に設けられる。なお、リファレンスマーク14は、リニアスケール16上に設けられてもよい。リファレンスマーク14は、特に限定しないが、センサ18が磁気式であれば磁石であり、光学式であれば例えばマーク付きのガラスやスチールテープである。
キャリア10上でのD方向におけるリファレンスマーク14の位置(以下、単に、リファレンスマーク14の位置という)は、好ましくは、D方向におけるキャリア10の基準位置(以下、単にキャリア10の基準位置という)と一致する。基準位置は、D方向におけるキャリア10の基準となる位置であり、典型的にはD方向におけるキャリア10の中央位置である。リファレンスマーク14の位置がキャリア10の基準位置と一致する場合、リファレンスマーク14の位置はキャリア10の位置となる。
リファレンスマーク14はキャリア10上の任意の位置に設けられてもよいが、基準位置に対するリファレンスマーク14の相対位置が既知である必要がある。リファレンスマーク14の位置がキャリア10の基準位置と一致しない場合、リファレンスマーク14の絶対位置に、基準位置とリファレンスマーク14とのD方向における距離を考慮することで、キャリア10の位置が特定される。
以降では、説明の簡素化のため、リファレンスマーク14の位置はキャリアの基準位置と一致するものとする。
リニアスケール16は、この例ではリファレンスマーク14と同様にキャリア10の下面に固定される。リニアスケール16は、特に限定しないが、センサ18が磁気式であれば磁石スケールであり、光学式であればたとえば目盛り付きのガラススケールやスチールテープである。リニアスケール16は、その限りではないが、当該リニアスケール16のD方向における中央が、キャリア10の基準位置と一致するようにキャリア10に設けられる。
リニアスケール16は、有効領域16aと、有効領域16aのD方向における両端に隣接する2つの無効領域16bと、を有する。有効領域16aは、センサ18がスケールを読み取れる領域であり、無効領域16bは、センサ18がスケールを読み取れない領域である。
センサ18は、リファレンスマーク14を検出可能に構成されたマーク検出部28と、リニアスケール16を検出可能に構成されたスケール検出部29と、を含む。本実施の形態では、センサ18は、平面視において、リファレンスマーク14の移動経路上にマーク検出部28が位置し、リニアスケール16の移動経路上にスケール検出部29が位置するように配置される。
マーク検出部28は、リファレンスマーク14を検出すると、すなわちリファレンスマーク14がマーク検出部28の真上を通過すると、所定の強度以上のパルス信号を制御装置20に出力する。当該パルス信号のパルス幅は、マーク検出部28の分解能と同程度であることが好ましいが、それよりも長くてもよい。制御装置20は、詳しくは後述するが、マーク検出部28が出力する信号に基づいて、リファレンスマーク14がマーク検出部28の真上に位置しているか否かを特定する。
スケール検出部29は、スケール検出部29の上方を移動するリニアスケール16に設けられたスケールを読み取り、リニアスケール16ひいてはキャリア10がR[μm](Rはスケール検出部29の分解能)移動するごとに1パルスのパルス信号を制御装置20に出力する。つまり、スケール検出部29は、リニアスケール16ひいてはキャリア10の移動距離に応じた数のパルス信号を出力する。制御装置20は、スケール検出部29が出力するパルス信号をカウントすることにより、キャリア10のD方向の位置または位置の変化量を特定(検出)する。なお以下では、位置を特定する場合について説明する。
複数のセンサ18は、特に限定されないがこの例では等間隔に配置される。具体的には間隔Sで配置される。複数のセンサ18は特に、センサ18の間隔Sとリニアスケール16の有効領域16aの長さ(以下、「有効領域長」という)Leが、「間隔S<有効領域長Le」の関係を満たすように配置される。この場合、キャリア10が経路P上のどこに位置していても、リニアスケール16の有効領域16aがいずれかのセンサ18の検出領域(すなわちセンサ18の真上)に位置するため、キャリア10の位置を特定できる。複数のセンサ18のそれぞれの位置は既知であるものとする。
制御装置20は、位置特定部30と、リニアモータ12を制御してキャリア10を移動させるリニアモータ制御部32と、を含む。
リニアモータ制御部32は、後述のように位置特定部30によって特定されるキャリア10の位置情報をフィードバックしながら、電源34から各電磁石26への電流の供給を制御し、キャリア10を所望の位置に移動させる。
位置特定部30は、センサ18の出力に基づいてキャリア10の位置を特定する。
リニアモータ搬送システムは、定期または不定期に停止、起動される。例えば、工場によっては、安全のために、就業時間の終了とともに停止し、就業時間の開始とともに起動する。また例えば、複数の加工ラインのそれぞれにリニアモータ搬送システムが用いられている場合において、製品の発注数の増減にともなって稼働させる加工ラインの数が増減し、したがってリニアモータ搬送システムを停止、起動することがある。
リニアモータ搬送システムが停止すると、具体的にはその制御装置の電源を切ると、制御装置が保持するキャリアの位置情報は消失する。制御装置が位置情報を保持しておくことも考えられるが、リニアモータ搬送システムの停止中にキャリアが移動されない保証はない。したがって、リニアモータ搬送システムを起動した際に、位置を特定する必要がある。
そこで、リニアモータ搬送システム100では、起動させた直後の初期処理として、リニアモータ制御部32がキャリア10を移動させ、いずれかのセンサ18にリファレンスマーク14を検出させることによってキャリア10の位置を特定する。
位置特定部30は、複数のセンサ18_1~18_N(Nは2以上の整数であり、図1~3の例ではNは3以上)のうちのいずれかのセンサ18のマーク検出部28から閾値強度以上(以下、ハイレベルともいう)の信号が出力されると、具体的には例えばセンサ18_iの第1検出部28からハイレベルの信号が出力されると、当該センサ18_iの真上にリファレンスマーク14ひいてはキャリア10が位置していると特定する。位置特定部30は、リファレンスマーク14を検出したセンサ18_iを、キャリア10の絶対位置を特定するための基準となるセンサ(以下、「基準センサ」という)として決定する。
位置特定部30は、基準センサの真上にリファレンスマーク14が位置しているときを「0」として、キャリア10の移動に伴って基準センサのスケール検出部29から出力されるパルス信号をカウントする。
位置特定部30は、基準センサのスケール検出部29から出力されるパルス信号のカウント値に基づいて、キャリア10の基準センサからの距離、すなわち基準センサに対するキャリア10の相対位置を特定する。位置特定部30は、基準センサの位置に、特定した相対位置を加算することにより、キャリア10の位置を特定する。
キャリア10が或る程度移動すると、基準センサのスケール検出部29の検出範囲(すなわち真上)からリニアスケール16の有効領域16aが外れる。そうなると、当該基準センサの出力に基づいてキャリア10の位置を特定できない。したがって、基準センサの検出範囲からリニアスケール16の有効領域16aが外れる前に、基準センサに隣接するセンサ18であって、その検出範囲(すなわち真上)にリニアスケール16の有効領域16aがあるセンサ18を、新たな基準センサとする必要がある。つまり、基準センサを切り替える必要がある。
具体的には位置特定部30は、たとえば、センサ18_iが基準センサである場合においてD方向における紙面右側にキャリア10が移動してセンサ18_iに対するキャリア10の相対位置(パルス信号のカウント値)が所定の値となると、隣接するセンサ18_i+1を新たな基準センサとする。したがって、位置特定部30は、それまではセンサ18_iに対するキャリア10の相対位置を特定することによってキャリア10の絶対位置を特定していたが、基準センサの切り替え後はセンサ18_i+1に対するキャリア10の相対位置を特定することによってキャリア10の絶対位置を特定する。つまり、センサ18_i+1の位置に、センサ18_i+1に対するキャリア10の相対位置を加算することによりキャリア10の位置を特定する。
位置特定部30は、以上のように、キャリア10の移動に伴って基準センサを切り替えながら、キャリア10の位置を繰り返し特定し続ける。
ところで、一般にセンサ18は、スケール検出部29が常にリニアスケール16を検出している状態で使用されることを前提としている。本発明者らが鋭意検討した結果、スケール検出部29がリニアスケール16を検出していない場合、マーク検出部28の出力は不定となり、現実にはリファレンスマーク14を検出していないにもかかわらずハイレベルの信号を出力することを認識した。したがって、初期処理においてリファレンスマーク14の検出結果に基づいて基準センサを決定する際に、マーク検出部28からの出力を取捨選択せずに用いると、基準センサを誤って決定し、キャリア10の位置を誤って特定してしまうおそれがある。これについて図3を参照して詳細に説明する。
図3は、キャリア10を初期処理として移動させたときのセンサ18による出力を示すタイムチャートである。
時刻tに、各センサ18への電力の供給が開始される。時刻tに、電磁石26への電流の供給が開始される。電磁石26への電流の供給により、この例ではキャリア10は右側に移動している。時刻tに、リニアスケール16の有効領域16a(の右端)がセンサ18_1のスケール検出部29の真上に到達している。時刻tに、リファレンスマーク14がセンサ18_1のマーク検出部28の真上に到達している。時刻tに、リニアスケール16の有効領域16a(の右端)がセンサ18_2のスケール検出部29の真上に到達している。つまり、リニアスケール16の有効領域16aは、センサ18_1とセンサ18_2の両方のスケール検出部29の真上にリニアスケール16が位置している。時刻tに、リニアスケール16がセンサ18_1よりも右側に到達している。すなわち、リニアスケール16がセンサ18_1の真上から外れている。時刻tに、リファレンスマーク14がセンサ18_2のマーク検出部28の真上に到達している。
時刻t~時刻tにリニアスケール16の有効領域16aはセンサ18_2のスケール検出部29の真上になく、したがって当該スケール検出部28はリニアスケール16を検出していない。したがって、時刻t~時刻tにおけるセンサ18_2のマーク検出部28の出力は不定であり、リファレンスマーク14がセンサ18_2のマーク検出部28の真上に位置していないにもかかわらず、この例ではハイレベルの信号を出力したりローレベルの信号を出力したりしている。基準センサの決定に時刻t~時刻tにおけるセンサ18_2のマーク検出部28の出力を用いると、キャリア10の位置を誤って特定するおそれがある。
また、図3の各時刻においてリニアスケール16の有効領域16aはセンサ18_3のスケール検出部29の真上にはなく、したがって当該スケール検出部28はリニアスケール16を検出していない。したがって、図3の各時刻におけるセンサ18_3のマーク検出部28の出力は不定であり、リファレンスマーク14がセンサ18_3のマーク検出部28の真上に位置していないにもかかわらず、この例ではハイレベルの信号を出力したりローレベルの信号を出力したりしている。基準センサの決定に図3の各時刻におけるセンサ18_3の出力を用いると、キャリア10の位置を誤って特定するおそれがある。
また、時刻tになるまではリニアスケール16の有効領域16aはセンサ18_1のスケール検出部29の真上になく、したがって当該スケール検出部29はリニアスケール16を検出していない。したがって、時刻tになるまでのセンサ18_1のマーク検出部28の出力は不定であり、リファレンスマーク14がセンサ18_2の真上に位置していないにもかかわらず、この例では時刻tになるまでハイレベルの信号を出力し続けている。時刻tになるとリニアスケール16の有効領域16aはセンサ18_1のスケール検出部29の真上に位置するため、当該スケール検出部29は正しくローレベルの信号を出力している。つまり、時刻tには、リファレンスマーク14がセンサ18_1のマーク検出部28の真上に位置していないにもかかわらず、当該マーク検出部28の出力が変化している。基準センサの決定に時刻tにおけるセンサ18_1の出力を用いると、キャリア10の位置を誤って特定するおそれがある。
時刻tにおいて、リニアスケール16の有効領域16aはセンサ18_1のスケール検出部28の真上にあり、したがって当該スケール検出部28はリニアスケール16を検出している。したがって、時刻tにおけるセンサ18_1のマーク検出部28の出力は現実にリファレンスマーク14を検出したことによる出力である。ここで、上述したように本実施の形態では、複数(全て)のセンサ18は等間隔であって、間隔S(間隔S<有効領域長Le)で配置されるが、そうでない構成も考えられる。すなわち、複数のセンサ18は、そのうちの一部のセンサ18は隣り合うセンサ18との間隔が有効領域長Le以上となるように配置されることも考えられる。この場合、時刻tのようにリニアスケール16の有効領域16aが1つのセンサ18のみの真上にある場合の出力を採用すると、リニアスケール16の有効領域16aがスケール検出部29の真上から外れた(すなわち出力が不定になった)ことによるマーク検出部28の出力を採用してしまうおそれがある。
そこで、本実施の形態の位置特定部30は、複数のセンサ18のうち、スケール検出部29がリニアスケール16を検出していないセンサ18のマーク検出部28による出力には基づかず、スケール検出部29がリニアスケール16を検出しているセンサ18のマーク検出部28による出力に基づいてキャリア10の位置を特定する。位置特定部30は、特に、複数のセンサのうちの隣り合う2つのセンサ18のスケール検出部29がリニアスケール16を同時に検出した後の、当該2つのセンサ18のうちのキャリア10の移動方向前側に位置するセンサ18のマーク検出部28による出力に基づいてキャリア10の位置を特定する。これにより、リファレンスマーク14の誤検出、ひいてはキャリア10の位置を誤って特定することを避けられる。
例えば図示の例では、位置特定部30は、複数のセンサ18のうちの隣合う2つのセンサ18_1,18_2のスケール検出部29がリニアスケール16を同時に検出した後の、当該2つのセンサ18_1,18_2のうちのキャリア10の移動方向前側(右側)に位置するセンサ18_2のマーク検出部28による出力(すなわち時刻t6における出力)に基づいてキャリア10の位置を特定する。
リニアスケール16を同時に検出している隣り合う2つのセンサ18は、リニアスケール16の移動距離に応じてそれらのスケール検出部29が出力するパルス信号に基づくカウント数が変化するタイミングが、所定回数一致した2つのセンサであってもよい。
所定回数は、好ましくは複数回数である。この場合、隣り合う2つのセンサ18は、リニアスケール16を確実に同時に検出しているといえる。所定回数は、例えば6回であってもよく、この場合、例えば、センサ18_1によるリニアスケール16の検出に基づくカウント数が12→13、13→14、14→15、15→16、16→17、17→18と切り替わる6回のタイミングと、センサ18_2によるリニアスケール16の検出に基づくカウント数が0→1、1→2、2→3、3→4、4→5、5→6と切り替わる6回のタイミングが一致するため、センサ18_1とセンサ18_2がリニアスケール16を同時に検出していると判断する。
続いて、実施の形態が奏する効果を説明する。本実施の形態によれば、固定子22側に設けたセンサ18により、キャリア10の位置を検出できるため、キャリア10の位置検出のためにキャリア10側にセンサを設ける必要がなく、したがって、キャリア10にバッテリを搭載したりキャリア10から配線を引き出したりする必要がなくなる。
また、本実施の形態によれば、複数のセンサ18のうち、スケール検出部29がリニアスケール16を検出していないセンサ18のマーク検出部28の出力には基づかず、スケール検出部29がリニアスケール16を検出しているセンサ18のマーク検出部28の出力に基づいてキャリア10の位置を特定する。これにより、リファレンスマーク14を誤検出することを避けられ、リファレンスマーク14ひいてはキャリア10の位置を特定できる。
また、本実施の形態によれば、複数のセンサのうちの隣り合う2つのセンサ18のスケール検出部29がリニアスケール16を同時に検出した後の、当該2つのセンサ18のうちのキャリア10の移動方向前側に位置するセンサ18のマーク検出部28による出力に基づいてキャリア10の位置を特定する。これにより、リファレンスマーク14を誤検出することをさらに確実に避けられ、リファレンスマーク14ひいてはキャリア10の位置を特定できる。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、変形例を説明する。
上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
本発明は、リニアモータ搬送システムおよびその運用方法に関する。
10 キャリア、 12 リニアモータ、 14 リファレンスマーク、 16 リニアスケール、 18 センサ、 20 制御装置、 100 リニアモータ搬送システム。

Claims (5)

  1. リニアスケールおよびリファレンスマークが固定されたキャリアと、
    前記キャリアを所定の経路に沿って移動させるリニアモータと、
    前記経路に沿って並べられた複数のセンサと、
    制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、前記リニアモータを制御して初期処理として前記キャリアを移動させた場合において、前記複数のセンサのうち、前記リニアスケールを検出していないセンサによる前記リファレンスマークに関する出力には基づかず、前記リニアスケールを検出しているセンサによる前記リファレンスマークに関する出力に基づいて前記キャリアの位置を特定するリニアモータ搬送システム。
  2. 前記キャリアの位置の特定に用いられる前記リファレンスマークに関する出力は、前記複数のセンサのうちの隣り合う2つのセンサが前記リニアスケールを同時に検出した後の、当該2つのセンサのうちの前記キャリアの移動方向前側に位置するセンサによる前記リファレンスマークに関する出力である請求項1に記載のリニアモータ搬送システム。
  3. 前記リニアスケールを同時に検出している隣り合う2つのセンサは、前記リニアスケールの移動距離に応じて出力するパルス信号に基づくカウント数が変化するタイミングが、所定回数一致した2つのセンサである請求項2に記載のリニアモータ搬送システム。
  4. 前記所定回数は、複数回数である請求項3に記載のリニアモータ搬送システム。
  5. リニアスケールおよびリファレンスマークが固定されたキャリアと、前記キャリアを所定の経路に沿って移動させるリニアモータと、前記経路に沿って並べられた複数のセンサと、を備えるリニアモータ搬送システムの運用方法であって、
    初期処理として前記キャリアを移動させることと、
    前記複数のセンサのうちの前記リニアスケールを検出していないセンサによる前記リファレンスマークに関する出力には基づかず、前記リニアスケールを検出しているセンサによる前記リファレンスマークに関する出力に基づいて前記キャリアの位置を特定することと、
    を含むリニアモータ搬送システムの運用方法。
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