JP5774971B2 - 表面実装装置およびヘッド駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面実装装置およびヘッド駆動制御方法に関し、特に、ヘッドを備えた表面実装装置およびヘッド駆動制御方法に関する。

従来、ヘッドを備えた表面実装装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、部品実装用のヘッドと、ヘッドを昇降駆動させるＺ軸駆動モータ（モータ）と、Ｚ軸駆動モータを制御することによりヘッドの駆動を制御するコントローラ（制御部）とを備える表面実装装置が開示されている。この表面実装装置では、Ｚ軸駆動モータに一定の駆動電流を印加して部品に適度な荷重を付与する制御であるヘッドの荷重制御を行うように構成されている。

特許第４７０８４４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の表面実装装置では、一定の駆動電流を印加してヘッドの荷重制御を行う場合、Ｚ軸駆動モータ（モータ）のコギングやギア偏心などの影響により、ヘッドの荷重制御を精度よく行うことが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ヘッドの荷重制御を精度よく行うことが可能な表面実装装置およびヘッド駆動制御方法を提供することである。

この発明の第１の局面による表面実装装置は、部品実装用のヘッドと、ヘッドを昇降駆動させるモータと、モータ電流を制御することによりヘッドが部品に与える荷重を制御する制御部と、ヘッドの昇降位置に応じたモータの駆動力の損失量の測定結果を記憶する記憶部とを備え、制御部は、ヘッドの昇降位置に応じたモータの駆動力の損失量を予め測定して記憶部に記憶するとともに記憶部に記憶された測定結果に基づいて荷重を制御するためのモータ電流の設定値をヘッドの昇降位置に応じて可変制御することにより、ヘッドが部品に荷重を付与する最中に、部品に付与される荷重がヘッドの昇降位置によらず略一定になるようにヘッドの荷重制御を行うように構成されるとともに、運転中にヘッドの昇降位置に応じたモータの駆動力の損失量を測定した測定結果と、記憶部に記憶されている測定結果との差が所定の量よりも大きい場合に、測定結果を更新する制御を行うように構成されている。

この発明の第１の局面による表面実装装置では、上記のように、荷重を制御するためのモータ電流の設定値をヘッドの昇降位置に応じて可変制御することによりヘッドの荷重制御を行うように制御部を構成することによって、ヘッドの昇降位置の変動に伴ってモータのコギングやギア偏心が生じる場合にも、これらの影響を相殺するようにモータの駆動力をヘッドの昇降位置に応じて変動させることができるので、ヘッドの荷重制御を精度よく行うことができる。特に、ヘッドに低荷重をかける制御においては、荷重に対するモータのコギングやギア偏心などの影響が相対的に大きくなるので、ヘッドの荷重制御を精度よく行うことが可能な本発明は有効である。

上記第１の局面による表面実装装置において、好ましくは、制御部は、ヘッドの昇降位置に応じたモータの駆動力の損失量に応じて、モータ電流の設定値を可変制御することにより、ヘッドが部品に荷重を付与する最中に、部品に付与される荷重がヘッドの昇降位置によらず略一定になるようにヘッドの荷重制御を行うように構成されている。このように構成すれば、ヘッドの昇降位置により変動するモータのコギングなどに起因する駆動力の損失量に応じて損失量を引いたモータの実際の駆動力が所定の大きさになるようにモータ電流の設定値を可変制御することができるので、ヘッドの荷重制御をより精度よく行うことができる。

この場合、好ましくは、制御部は、ヘッドが部品に荷重を付与する最中に、ヘッドの昇降位置によらずヘッドの荷重が所定の大きさでかつ略一定の大きさになるように、ヘッドの昇降位置に応じたモータの駆動力の損失量に応じて、モータ電流の設定値を可変制御することにより、ヘッドの荷重制御を行うように構成されている。このように構成すれば、ヘッドの昇降位置にかかわらず、容易にヘッドの荷重が所定の大きさになるように制御することができるので、高さの異なる複数の種類の部品に対して、部品にかかる荷重を容易に所定の大きさにすることができる。

上記第１の局面による表面実装装置において、好ましくは、制御部は、表面実装装置が運転中にヘッドの昇降位置に応じたモータの駆動力の損失量を測定して、表面実装装置の運転中の測定結果と、記憶部に記憶されている測定結果との差が所定の量よりも大きい場合に、測定結果を更新する制御および測定結果に基づく通知をユーザに行う制御を行うように構成されている。このように構成すれば、表面実装装置の運転中に温度が変化するなどして同じ位置でも損失量が変化する場合にも、損失量の変化に合せてヘッドの荷重制御を精度よく行うことができる。

上記第１の局面による表面実装装置において、好ましくは、制御部は、ヘッドを一定の速度で移動させながらヘッドの昇降位置に応じたモータの駆動力の損失量を測定するように構成されている。このように構成すれば、ヘッドが一定の速度で移動するので、ヘッドの加速度に起因する力を考慮しなくてよい。これにより、ヘッドの昇降位置に応じたモータの駆動力の損失量を容易に測定することができる。また、ヘッドを一定の速度で移動させるだけで損失量を測定することができるので、測定専用の治具を用いる必要がない。また、表面実装装置の運転中に容易に損失量の測定を行うことができる。

上記第１の局面による表面実装装置において、好ましくは、制御部は、ヘッドの昇降位置に応じたモータの駆動力の損失量を複数回測定して平均値を取得するとともに、損失量の平均値に基づいてヘッドの荷重制御を行うように構成されている。このように構成すれば、損失量の測定を複数回行った平均値をとることにより、より正確に損失量を算出することができるので、ヘッドの荷重制御をより高精度に行うことができる。

この発明の第２の局面によるヘッド駆動制御方法は、表面実装装置の運転中にヘッドの昇降位置に応じたモータの駆動力の損失量を予め測定して記憶部に記憶するステップと、記憶部に記憶された測定結果に基づいてヘッドの荷重を制御するためのモータ電流の設定値を前記ヘッドの昇降位置に応じて可変制御することにより、ヘッドが部品に荷重を付与する最中に、部品に付与される荷重がヘッドの昇降位置によらず略一定になるようにヘッドの荷重制御を行うステップと、表面実装装置の運転中にヘッドの昇降位置に応じたモータの駆動力の損失量を測定した測定結果と、記憶部に記憶されている測定結果との差が所定の量よりも大きい場合に、測定結果を更新するステップとを備える。

この発明の第２の局面によるヘッド駆動制御方法では、上記のように、ヘッドの荷重を制御するためのモータ電流の設定値をヘッドの昇降位置に応じて可変制御することによりヘッドの荷重制御を行うように構成することによって、ヘッドの昇降位置の変動に伴ってモータのコギングやギア偏心が生じる場合にも、これらの影響を相殺するようにモータの駆動力をヘッドの昇降位置に応じて変動させることができるので、ヘッドの荷重制御を精度よく行うことができる。特に、ヘッドに低荷重をかける制御においては、荷重に対するモータのコギングやギア偏心などの影響が相対的に大きくなるので、ヘッドの荷重制御を精度よく行うことが可能な本発明は有効である。

本発明によれば、上記のように、ヘッドの荷重制御を精度よく行うことができる。

本発明の第１実施形態による表面実装装置の概略を示した平面図である。 本発明の第１実施形態による表面実装装置の概略を示した側面図である。 本発明の第１実施形態による表面実装装置の制御上の構成を示したブロック図である。 本発明の第１実施形態による表面実装装置のヘッドの駆動制御を説明するための制御ブロック図である。 本発明の第１実施形態による表面実装装置のヘッドに作用する力を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による表面実装装置のヘッドの荷重制御を行うための制御電流を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による表面実装装置のヘッドの荷重制御の力を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による表面実装装置のコントローラによるヘッドの駆動制御の処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１実施形態による表面実装装置のヘッドの駆動を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態による表面実装装置のコントローラによる損失電流の測定処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１実施形態による表面実装装置のヘッドの低荷重制御を行うための制御電流を示した図である。 本発明の第２実施形態による表面実装装置のコントローラによるヘッドの駆動制御の処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態による表面実装装置１００の構造について説明する。

表面実装装置１００は、図１および図２に示すように、一対のコンベア２によりプリント基板３がＸ２方向側からＸ１方向側に搬送されて所定の作業位置において、プリント基板３に部品４ａを実装する装置である。

また、表面実装装置１００は、図１に示すように、基台１と、一対のコンベア２と、ヘッドユニット５と、支持部６と、レール部７と、カメラユニット８と、コントローラ９（図３参照）とを備えている。また、コンベア２の両側（Ｙ１方向側、Ｙ２方向側）には、部品４ａを供給するための複数のテープフィーダ４が配置されている。ヘッドユニット５は、テープフィーダ４から部品４ａを取得するとともに、コンベア２上のプリント基板３に部品４ａを実装する機能を有する。なお、コントローラ９は、本発明の「制御部」の一例である。

一対のコンベア２は、プリント基板３を水平方向（Ｘ方向）に搬送する機能を有する。また、コンベア２は、搬送中のプリント基板３を実装作業位置で停止させた状態で保持するように構成されている。

テープフィーダ４は、複数の部品４ａを所定の間隔を隔てて保持したテープが巻き回されたリール（図示せず）を保持している。テープフィーダ４は、リールを回転させて部品４ａを保持するテープを送出することにより、テープフィーダ４の先端から部品４ａを供給するように構成されている。ここで、部品４ａは、たとえば、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサおよび抵抗などの小型の電子部品である。

ヘッドユニット５は、図１に示すように、ボールナット５１と、６本のヘッド５２と、Ｚ軸駆動モータ５３（図３参照）とを含んでいる。また、ヘッドユニット５は、図５に示すように、ボールネジ軸５４と、ボールナット５５と、バネ５６とを含んでいる。また、ヘッドユニット５は、支持部６に沿ってＸ方向に移動可能に構成されている。具体的には、支持部６は、ボールネジ軸６１とボールネジ軸６１を回転させるＸ軸駆動モータ６２とＸ方向に延びるガイドレール（図示せず）とを有している。これにより、ヘッドユニット５は、ボールネジ軸６１が螺合されるボールナット５１とともにＸ方向に移動される。なお、Ｚ軸駆動モータ５３は、本発明の「モータ」の一例である。

６本のヘッド５２は、図２に示すように、ヘッドユニット５の下面側（Ｚ１方向側）にＸ方向に沿って列状に配置されている。各々のヘッド５２の先端（Ｚ１方向側の端）には、それぞれ、ノズル５２ａが取付けられている。各々のノズル５２ａは、負圧発生機（図示せず）によりノズル５２ａの先端部に発生された負圧によって、テープフィーダ４から供給される部品４ａを吸着して保持することが可能に構成されている。

また、各々のヘッド５２は、ヘッドユニット５に対して昇降（Ｚ軸方向の移動）可能に構成されている。具体的には、ヘッド５２は、部品４ａの吸着または装着（実装）を行う時の下降位置と、部品４ａの搬送や撮像を行う時の上昇位置との間で昇降可能に構成されている。また、ヘッド５２は、図５に示すように、Ｚ軸駆動モータ５３が駆動することにより、ボールネジ軸５４に螺合されるボールナット５５とともにＺ方向に移動される。また、ヘッド５２は、バネ５６により上側（Ｚ２方向側）に引っ張られている。これにより、ヘッド５２は、表面実装装置１００が停止した場合などに、バネ５６により、上側（Ｚ２方向側）に引き上げられるように構成されている。また、ヘッド５２は、ヘッド５２毎に設けられたＺ軸駆動モータ５３により個別に昇降駆動するように構成されている。また、ヘッド５２は、Ｒ軸駆動モータ（図示せず）によりノズル５２ａの中心軸回りの回転が可能に構成されている。

支持部６は、基台１上に固定された一対のレール部７に沿ってＸ方向と直交するＹ方向に移動可能に構成されている。具体的には、レール部７は、図１に示すように、支持部６の両端部（Ｘ方向）をＹ方向に移動可能に支持するガイドレール７１と、Ｙ方向に延びるボールネジ軸７２と、ボールネジ軸７２を回転させるＹ軸駆動モータ７３とを含んでいる。また、支持部６には、ボールネジ軸７２が螺合されるボールナット６３が設けられている。これにより、ヘッドユニット５は、基台１上をＹ方向に沿って移動される。よって、ヘッドユニット５は、基台１上をＸ−Ｙ面に沿って任意の位置に移動することが可能である。

カメラユニット８は、基台１の上面上に固定的に設置されている。また、カメラユニット８は、部品４ａの実装に先立って部品４ａの吸着を認識するために、各ヘッド５２のノズル５２ａに吸着された部品４ａをその下側から撮像するように構成されている。

コントローラ９は、コンピュータを構成要素にして表面実装装置１００に搭載されている。また、コントローラ９は、Ｘ軸駆動モータ６２、Ｙ軸駆動モータ７３およびＺ軸駆動モータ５３を予め記憶されたプログラムに従って駆動制御して、プリント基板３に部品４ａの実装作業を行うように構成されている。具体的には、コントローラ９は、ヘッドユニット５をテープフィーダ４の上方に移動させて各ヘッド５２のノズル５２ａにより部品４ａを吸着させる。つまり、ヘッド５２（ノズル５２ａ）がテープフィーダ４の上方に配置された後、ヘッド５２が昇降駆動されると共に、所定タイミングでノズル５２ａの先端に負圧が供給されることにより部品４ａがノズル５２ａ先端に吸着された状態で取り出される。

そして、コントローラ９は、ヘッドユニット５をプリント基板３上へ移動させる。この移動途中、ヘッドユニット５を部品認識用のカメラユニット８の上方を経由させて各ヘッド５２のノズル５２ａに吸着された部品４ａがそれぞれカメラユニット８により撮像される。撮像された画像に基づいて各ヘッド５２（ノズル５２ａ）に吸着された部品４ａの実装位置補正が行われる。そして、ヘッドユニット５がプリント基板３上へ到達すると、各ヘッド５２が昇降駆動されると共に、所定のタイミングでノズル５２ａへの負圧の供給が停止されることによって吸着された部品４ａがプリント基板３上に実装される。

ここで、第１実施形態では、コントローラ９は、荷重を制御するためのＺ軸駆動モータ５３に供給する電流をヘッド５２の昇降位置（Ｚ方向位置）に応じて可変制御することによりヘッド５２の荷重制御を行うように構成されている。具体的には、コントローラ９は、ヘッド５２の昇降位置に応じたＺ軸駆動モータ５３の駆動力の損失量に対応する損失電流の値に基づいて、Ｚ軸駆動モータ５３に供給する電流の上限値（第２電流リミット値）を可変制御することによりヘッド５２の荷重制御を行うように構成されている。なお、荷重制御は、ヘッド５２が部品４ａをテープフィーダ４から取り上げる場合や部品４ａをプリント基板３に実装する際に、部品４ａに適度な荷重をかけるために行われる。この荷重制御は、Ｚ軸駆動モータ５３に供給する電流の上限値（第２電流リミット値）を用いて行われる。すなわち、荷重制御時には、電流の上限値（第２電流リミット値）がＺ軸駆動モータ５３に供給される。また、コントローラ９は、図３に示すように、ＣＰＵ（中央処理装置）９１と、記憶部９２と、電流増幅部９３と、駆動電流検出部９４と、速度読取部９５と、位置読取部９６とを含んでいる。また、ＣＰＵ９１は、モータ制御演算部９１ａと、電流制御部９１ｂと、電流指令制御部９１ｃと、速度制御部９１ｄと、位置制御部９１ｅとをソフトウェア的な機能として含んでいる。なお、第２電流リミット値は、本発明の「モータ電流の設定値」の一例である。

モータ制御演算部９１ａは、所定の実装プログラムに従ってヘッド５２を駆動させるためにＺ軸駆動モータ５３を制御するように構成されている。具体的には、モータ制御演算部９１ａは、記憶部９２に記憶されている部品データ（厚み）などの各種データに基づいて部品４ａの吸着および装着時のヘッド５２の下降目標位置の演算、設定などの処理を行うとともに、各種判定処理を行い、その結果に応じて電流制御部９１ｂに制御信号を出力するように構成されている。また、モータ制御演算部９１ａは、ヘッド５２の下降時に、ヘッド５２の移動予定の所要時間経過後に駆動電流検出部９４からの信号に基づき駆動電流値と所定の閾値とを比較することにより下降目標位置にヘッド５２が到達しているか否かを判定し、その判定結果に基づきＺ軸駆動モータ５３を停止させるように構成されている。

また、モータ制御演算部９１ａは、ヘッド５２の昇降位置に応じたＺ軸駆動モータ５３の駆動力の損失量に対応する損失電流を演算して、記憶部９２に記憶させるように構成されている。また、モータ制御演算部９１ａは、記憶部９２に記憶させたＺ軸駆動モータ５３の損失電流の値に基づいて、Ｚ軸駆動モータ５３に供給する電流の上限値（第２電流リミット値）を可変制御するように構成されている。

電流制御部９１ｂは、モータ制御演算部９１ａからの制御信号に基づきＺ軸駆動モータ５３の駆動電流値を決定するように構成されている。具体的には、電流制御部９１ｂは、決定した駆動電流値に対応する信号を、電流指令制御部９１ｃを介して電流増幅部９３に出力する。そして、電流増幅部９３は、電流制御部９１ｂから出力された信号に応じた駆動電流Ｉを駆動電流検出部９４を介してＺ軸駆動モータ５３に供給する。

電流指令制御部９１ｃは、過電流の供給を防止するために電流の上限値を定めて駆動電流Ｉを制限するように構成されている。具体的には、電流指令制御部９１ｃは、電流制御部９１ｂから出力される信号に対応する電流値が上限値を超えている場合には、電流制御部９１ｂから出力される信号に代えて電流の上限値に対応する信号を電流増幅部９３に出力する。これにより、電流増幅部９３からＺ軸駆動モータ５３に供給される駆動電流Ｉが制限される。すなわち、予め定められた上限値よりも大きい駆動電流ＩがＺ軸駆動モータ５３に供給されるのが防止される。電流の上限値としては、基準リミット値である第１電流リミット値と、これよりも低い値の第２電流リミット値との２つの上限値がある。電流指令制御部９１ｃは、ヘッド動作中、これら２つの上限値を所定のタイミングで切り替える。これにより、Ｚ軸駆動モータ５３に過度に電流が供給されることを防止することができるので、ヘッド５２の荷重が過度に大きくなることを防止しつつヘッド５２の荷重制御を精度よく行うことが可能である。

ここで、第１電流リミット値は、ヘッド５２を通常の昇降動作に必要な電流値に対応するように設定されている。第２電流リミット値は、ヘッド５２の荷重制御に必要な電流値に対応するように設定されている。

速度読取部９５および位置読取部９６は、Ｚ軸駆動モータ５３に設けられたロータリーエンコーダ５３ａから出力される信号に基づき、それぞれ、現在の駆動速度および駆動位置を検出するように構成されている。速度制御部９１ｄは、速度読取部９５が検出した駆動速度の検出値と目標値との偏差をモータ制御演算部９１ａに出力するように構成されている。また、位置制御部９１ｅは、位置読取部９６が検出した駆動位置の検出値と目標値との偏差をモータ制御演算部９１ａに出力するように構成されている。モータ制御演算部９１ａは、速度制御部９１ｄおよび位置制御部９１ｅからそれぞれ出力された偏差が解消するように電流制御部９１ｂに制御信号を出力することによってＺ軸駆動モータ５３をフィードバック制御するように構成されている。駆動電流検出部９４は、Ｚ軸駆動モータ５３の駆動電流値を検出することによりその電流値に対応した信号をモータ制御演算部９１ａに出力するように構成されている。

次に、図４〜図７を参照して、表面実装装置１００におけるコントローラ９が行うヘッド５２の荷重制御について説明する。なお、荷重制御は、ヘッド５２によるテープフィーダ４からの部品４ａの吸着時、および、プリント基板３への部品４ａの装着（実装）時に行われる。

図４に示すように、コントローラ９は、ヘッド５２（ノズル５２ａ）を駆動するための電流指令値と以下に示す式（１）により算出された第２電流リミット値とを比較して、小さい方の値の駆動電流Ｉを出力するように制御する。なお、電流指令値と第２電流リミット値とが等しい場合は、コントローラ９は、その等しい値の駆動電流Ｉを出力するように制御する。ここで、ヘッド５２（ノズル５２ａ）の先端が部品４ａに当接してヘッド５２の変位が規制された状態では、第２電流リミット値が電流指令値以下になるので、駆動電流Ｉは、第２電流リミット値となる。なお、損失電流は、図６に示すように、ヘッド５２の昇降位置（Ｚ方向位置）に応じて異なる。これは、後述するＺ軸駆動モータ５３の駆動力の損失量がヘッド５２の昇降位置に応じて異なる（図７参照）からである。また、ヘッド５２の荷重を一定とすれば、荷重電流（図６参照）も一定となる。これにより、第２電流リミット値は、ヘッド５２の昇降位置によって異なる。

第２電流リミット値＝荷重電流＋損失電流…（１）

そして、コントローラ９は、出力された駆動電流Ｉに追従させるように電流フィードバック制御して駆動電流ＩをＺ軸駆動モータ５３に供給する。これにより、Ｚ軸駆動モータ５３は、供給された駆動電流Ｉに応じた駆動力（ボールネジ駆動の場合は以下に示す式（２）参照）でヘッド５２を駆動させる。

駆動力＝２π・ｎｌ・Ｋｔ・Ｉ／Ｌ…（２）
なお、式（２）における、πは円周率、ｎｌはボールネジ効率を表す。また、Ｋｔはモータトルク定数、Ｉは電流、Ｌはボールネジのリード（ネジを１回転させて軸方向に進む距離）を表す。

ヘッド５２は、Ｚ軸駆動モータ５３による駆動力から損失量が減じられて駆動されてＺ１方向に荷重（以下に示す式（３）参照）を発生させる。ここで、損失量は、図５に示すように、Ｚ軸駆動モータ５３のコギングによる力（コギング力）、重力、バネ５６の力、摩擦力（以下に示す式（４）参照）を含んでいる。なお、Ｚ軸駆動モータ５３のコギングによる力（コギング力）は、Ｚ軸駆動モータ５３の回転位置により異なる。つまり、Ｚ軸駆動モータ５３のコギングによる力は、Ｚ軸駆動モータ５３により駆動されるヘッド５２の昇降位置（Ｚ方向位置）により異なる。重力は、ヘッド５２などの自重に応じて荷重方向（Ｚ１方向）に一定に働く力である。バネ５６の力は、ヘッド５２の昇降位置に応じてＺ２方向に働く力である。摩擦力は、ボールネジ軸５４とボールナット５５とが螺合される位置において発生し、ヘッド５２の移動方向と反対向きに働く力である。これらにより、図７に示すように、Ｚ軸駆動モータ５３の駆動力の損失量は、ヘッド５２の昇降位置によって異なる。

駆動力−損失量＝荷重…（３）
損失量＝Ｚ軸駆動モータのコギング力＋重力＋バネの力＋摩擦力…（４）

また、コントローラ９は、予めヘッド５２の昇降位置に対する損失電流を測定して取得するように構成されている。具体的には、コントローラ９は、Ｚ軸駆動モータ５３によりヘッド５２を一定の速度で下降させながら、ヘッド５２の昇降位置に応じた損失電流を測定する。詳しくは、ヘッド５２を一定の速度で下降させることにより、加速に伴う荷重がかからず、かつ、ヘッド５２は部品４ａに当接していない状態であるので、ヘッド５２の先端にかかる力の合計（荷重）＝０になる。その結果、Ｚ軸駆動モータ５３の駆動力は、上記式（３）に基づいてＺ軸駆動モータ５３の損失量に等しくなる。つまり、Ｚ軸駆動モータ５３に印加される電流と損失電流とが等しくなる。したがって、コントローラ９は、Ｚ軸駆動モータ５３に印加される電流を測定することにより、ヘッド５２の昇降位置に応じた損失電流を取得する。

次に、図８および図９を参照して、表面実装装置１００のコントローラ９によるヘッド５２の駆動制御処理のフローについて説明する。この制御は、ヘッド５２によるテープフィーダ４からの部品４ａの吸着時、およびプリント基板３への部品４ａの装着（実装）時の双方において実行されるが、以下の説明では、部品４ａの吸着時を例に説明する。

コントローラ９は、ステップＳ１において、部品サイズ（厚み）などのデータに基づき、部品４ａの吸着時のヘッド５２の高さ位置であるヘッド５２の下降目標位置を演算して設定する。また、コントローラ９は、設定した下降目標位置に基づいて理論ＰＴＰ（ポイント・トゥー・ポイント）時間（下降開始後、ヘッド５２が下降目標位置に到達するまでの所要時間）を演算して設定する。また、コントローラ９は、ステップＳ２において、タイムアウト時間（下降開始後、ヘッド５２が下降目標位置に到達したか否かの判定を打ち切るまでの時間）を設定する。

なお、下降目標位置は、テープフィーダ４の部品取出位置に保持された部品４ａの上面にノズル５２ａの先端が当接を開始する理論上の高さ位置としてもよいが、第１実施形態では、部品４ａに対してノズル５２ａが確実に当接した状態でヘッド５２を停止させられるように、ノズル５２ａの先端が部品４ａの上面に当接を開始する高さ位置（理論上の目標位置）よりも僅かに下方に達する高さ位置を下降目標位置として設定する。

次に、コントローラ９は、ステップＳ３において、電流の上限値を第１電流リミット値に設定する。そして、コントローラ９は、ステップＳ４において（図９のＴ０において）、Ｚ軸駆動モータ５３を駆動してヘッド５２を下降開始させるとともに、理論ＰＴＰ時間およびタイムアウト時間を計時すべくタイマー（図示せず）を作動させる。

ヘッド５２の下降開始後、コントローラ９は、ステップＳ５において、Ｚ軸駆動モータ５３の加速駆動が終了したか否かを判断する。終了していないと判断した場合は、コントローラ９は、ステップＳ１３において、ヘッド５２の下降ＰＴＰ移動を継続させて、Ｚ軸駆動モータ５３の加速駆動が終了するまでステップＳ５およびＳ１３の処理を繰り返す。Ｚ軸駆動モータ５３の加速駆動が終了したら、コントローラ９は、ステップＳ６において（図９のＴ１において）、正方向の電流の上限値を第１電流リミット値から第２電流リミット値に切り替える。

ここで、第１実施形態では、コントローラ９は、ステップＳ７において、記憶部９２から、ヘッド５２の昇降位置（Ｚ方向位置）に応じた損失電流に基づく第２電流リミット値を読み出す。そして、コントローラ９は、ステップＳ８において（図９のＴ１からＴｅにおいて）、ヘッド５２の現在位置に対応した第２電流リミット値を電流の上限値として設定する。

コントローラ９は、ステップＳ９において、理論ＰＴＰ時間が完了したか否かを判断する。完了していないと判断した場合は、コントローラ９は、ステップＳ１４において、ヘッド５２の下降ＰＴＰ移動を継続させて、ステップＳ７に戻る。

理論ＰＴＰ時間が完了すると（図９のＴｅを経過すると）、コントローラ９は、ステップＳ１０において、駆動電流値と閾値（第２電流リミット値）とを比較してノズル５２ａが部品４ａに当接しているか否かを判定する。つまり、上記のようなフィードバック制御下では、ノズル５２ａの先端が部品４ａに当接してヘッド５２の変位が規制されるとＺ軸駆動モータ５３の駆動電流値が上昇するため、駆動電流値と閾値（第２電流リミット値）とを比較することでヘッド５２が部品４ａに当接しているか否かの判定が可能となる。

ヘッド５２が部品４ａに当接していると判定した場合は、コントローラ９は、ステップＳ１１において、移動（下降）完了フラグをＯＮにする。その後、コントローラ９は、ステップＳ１２において、ヘッド５２の駆動を停止させるべくＺ軸駆動モータ５３を制御して、ヘッド５２の下降制御を終了する。なお、本フローチャート終了後、コントローラ９は、吸着した部品４ａをテープフィーダ４からピックアップすべくＺ軸駆動モータ５３を反転駆動することによりヘッド５２を上昇させる。

これに対して、ヘッド５２が部品４ａに当接していないと判定した場合は、コントローラ９は、ステップＳ１５において、位置読取部９６による検出位置に基づいてヘッド５２が部品４ａに当接しているか否かを判定する。具体的には、コントローラ９は、ノズル５２ａの先端が理論上の部品４ａの表面の高さ位置に到達しているか否かを判定する。到達していると判定した場合は、ステップＳ１１に進む。到達していないと判定した場合は、コントローラ９は、ステップＳ１６において、タイムアウト時間が経過しているか否かを判定する。タイムアウト時間が経過していないと判定した場合は、コントローラ９は、ステップＳ１８において、ヘッド５２の下降ＰＴＰ移動を継続させて、ステップＳ１０に戻る。タイムアウト時間が経過していると判定した場合は、コントローラ９は、ステップＳ１７において、エラーが発生したことを図示しない表示部に表示するなど、所定のエラー報知処理を実行してステップＳ１１に進む。

次に、上記のようなコントローラ９により制御されたヘッド５２の駆動について図９のタイミングチャートを参照して説明する。

まず、Ｔ０時点でヘッド５２の下降が開始される。この時点では、Ｚ軸駆動モータ５３の電流の上限値は第１電流リミット値に設定されている。また、加速駆動用の電流がＺ軸駆動モータ５３に供給されることによりヘッド５２の下降（加速駆動）が開始される。

ヘッド５２が所定速度に達して加速駆動が終了すると（Ｔ１時点）、ヘッド５２の駆動が定速駆動に切り替えられるとともに、上記電流の上限値が第１電流リミット値からヘッド５２の昇降位置（Ｚ方向位置）により異なる第２電流リミット値に切り替えられる。また、理論ＰＴＰ時間が経過する前の所定タイミングでヘッド５２の駆動が定速駆動から減速駆動に切り替えられる。

ヘッド５２の下降に伴いノズル５２ａが部品４ａに当接すると（Ｔｈ時点）、ヘッド５２の変位が規制されてＴｈ時点からＺ軸駆動モータ５３の駆動電流値が上昇する。この際、電流の上限値が第２電流リミット値に設定されていることにより、駆動電流値の上昇は第２電流リミット値に制限される。

そして、理論ＰＴＰ時間が経過すると（Ｔｅ時点）、その時点の駆動電流値と閾値（第２電流リミット値）とが比較され、図９に示すように、駆動電流値が閾値に達している場合は、ヘッド５２（Ｚ軸駆動モータ５３）の駆動が停止された後、上昇駆動に切り替えられる。なお、第１実施形態では、ノズル５２ａの先端が部品４ａの上面の高さ位置よりも僅かに下方に達する高さ位置が下降目標位置として設定されているため、ヘッド５２は、実際には下降目標位置よりも高い位置で部品４ａに当接してその変位が規制される。したがって、通常は、理論ＰＴＰ時間経過前のＴｈ時点から駆動電流Ｉの上昇が始まり、理論ＰＴＰ時間の経過時点Ｔｅ時点では駆動電流値が閾値（第２電流リミット値）に達している。

次に、図１０を参照して、表面実装装置１００のコントローラ９による損失電流の測定処理のフローについて説明する。

ユーザにより運転開始の操作が行われると、コントローラ９は、ステップＳ３１において、表面実装装置１００の自動運転を開始する。コントローラ９は、ステップＳ３２において、電流測定タイマーをリセットする。また、コントローラ９は、ステップＳ３３において、プリント基板３を実装位置に搬送する。また、コントローラ９は、ステップＳ３４において、プリント基板３に部品４ａを実装した後、プリント基板３を実装位置から搬出する。

次に、コントローラ９は、ステップＳ３５において、電流測定タイマーが所定時間（たとえば、３０分）経過したか否かを判断する。所定時間が経過していなければ、ステップＳ３３に戻る。所定時間が経過していれば、コントローラ９は、ステップＳ３６において、損失電流を測定する。つまり、コントローラ９は、所定時間（たとえば、３０分）ごとに損失電流を測定する。次に、コントローラ９は、記憶部９２に記憶された損失電流の保存値と、損失電流の測定値とを比較する。言い換えると、コントローラ９は、第２電流リミット値を決定するために現在用いられている損失電流の値と測定した損失電流の値とを比較する。

そして、コントローラ９は、ステップＳ３８において、損失電流の保存値と測定値との差が所定の差以上あるか否かを判断する。たとえば、コントローラ９は、損失電流の保存値に対して測定値が保存値の１０％以上の差があるか否かを判断する。所定の差以上の差がなければ、ステップＳ３２に戻る。所定の差以上の差があれば、コントローラ９は、ステップＳ３９において、損失電流の保存値と測定値との差が所定の差以上であることを図示しない表示部に表示してユーザに通知する。そして、コントローラ９は、ステップＳ４０において、ユーザの損失電流の更新操作を受付けたか否かを判断する。更新操作を受付けなければ、ステップＳ３２に戻る。更新操作を受付ければ、コントローラ９は、ステップＳ４１において、損失電流の値を更新して、記憶部９２に記憶させる。その後、ステップＳ３２に戻る。

第１実施形態では、Ｚ軸駆動モータ５３に供給する電流の上限値（第２電流リミット値）をヘッド５２の昇降位置（Ｚ方向位置）に応じて可変制御することによりヘッド５２の荷重制御を行うようにコントローラ９を構成することによって、ヘッド５２の昇降位置の変動に伴ってＺ軸駆動モータ５３のコギング力、重力、バネ５６の力および摩擦力などの影響を相殺するようにＺ軸駆動モータ５３の駆動力をヘッド５２の昇降位置に応じて変動させることができるので、ヘッド５２の荷重制御を精度よく行うことができる。特に、ヘッド５２に低荷重をかける制御においては、図１１に示すように、荷重に対するＺ軸駆動モータ５３のコギング力、重力、バネ５６の力および摩擦力などの影響が相対的に大きくなるので、ヘッド５２の荷重制御を精度よく行うことが可能な表面実装装置１００は有効である。

また、第１実施形態では、コントローラ９を、ヘッド５２の昇降位置（Ｚ方向位置）に応じたＺ軸駆動モータ５３の駆動力の損失量に応じて、Ｚ軸駆動モータ５３に供給する電流の上限値（第２電流リミット値）を可変制御することにより、ヘッド５２の荷重制御を行うように構成することによって、ヘッド５２の昇降位置により変動するＺ軸駆動モータ５３のコギング力およびバネ５６の力などに起因する駆動力の損失量に応じて損失量を引いたＺ軸駆動モータ５３の実際の駆動力が所定の大きさになるようにＺ軸駆動モータ５３に供給する電流の上限値（第２電流リミット値）を可変制御することができるので、ヘッド５２の荷重制御をより精度よく行うことができる。

また、第１実施形態では、コントローラ９を、ヘッド５２の昇降位置（Ｚ方向位置）によらずヘッド５２の荷重が所定の大きさになるように、ヘッド５２の昇降位置に応じたＺ軸駆動モータ５３の駆動力の損失量に応じて、Ｚ軸駆動モータ５３に供給する電流の上限値（第２電流リミット値）を可変制御することにより、ヘッド５２の荷重制御を行うように構成することによって、ヘッド５２の昇降位置にかかわらず、容易にヘッド５２の荷重が所定の大きさになるように制御することができるので、高さの異なる複数の種類の部品４ａに対して、部品４ａにかかる荷重を容易に所定の大きさにすることができる。

また、第１実施形態では、コントローラ９を、ヘッド５２の昇降位置（Ｚ方向位置）に応じたＺ軸駆動モータ５３の駆動力の損失量を予め測定して、損失量の測定結果に基づいてヘッド５２の荷重制御を行うように構成することによって、予め得られた測定結果に基づいてヘッド５２の荷重制御をより精度よく行うことができる。

また、第１実施形態では、コントローラ９を、記憶部９２に記憶された損失電流の測定結果に基づいてヘッド５２の荷重制御を行うように構成することによって、ヘッド５２の昇降ごとに測定を行うことなく、記憶部９２に記憶された損失電流の測定結果に基づいてヘッド５２の荷重制御を精度よく行うことができる。

また、第１実施形態では、コントローラ９を、表面実装装置１００が運転中にヘッド５２の昇降位置（Ｚ方向位置）に応じたＺ軸駆動モータ５３の駆動力の損失量を測定して、表面実装装置１００の運転中の測定結果と、記憶部９２に記憶されている測定結果との差が所定の量よりも大きい場合に、測定結果に基づく通知をユーザに行い、ユーザの操作に基づいて測定結果を更新する制御を行うように構成することによって、表面実装装置１００の運転中に温度が変化するなどして同じ位置でも損失量が変化する場合にも、損失量の変化に合せてヘッド５２の荷重制御を精度よく行うことができる。

また、第１実施形態では、コントローラ９を、ヘッド５２を一定の速度で移動させながらヘッド５２の昇降位置（Ｚ方向位置）に応じたＺ軸駆動モータ５３の駆動力の損失量を測定するように構成することによって、ヘッド５２が一定の速度で移動するので、ヘッド５２の加速度に起因する力を考慮しなくてよい。これにより、ヘッド５２の昇降位置に応じたＺ軸駆動モータ５３の駆動力の損失量を容易に測定することができる。また、ヘッド５２を一定の速度で移動させるだけで損失量を測定することができるので、測定専用の治具を用いる必要がない。また、表面実装装置１００の運転中に容易に損失量の測定を行うことができる。

（第２実施形態）
次に、図１２を参照して、本発明の第２実施形態による表面実装装置１００（図１参照）の構成について説明する。この第２実施形態では、ヘッド５２の下降速度を切り替えない上記第１実施形態と異なり、ヘッド５２の下降速度を切り替える構成について説明する。なお、第２実施形態に係る表面実装装置１００の基本構成は第１実施形態と共通している。したがって、以下の説明では第１実施形態との相違点についてのみ詳細に説明する。

ここで、第２実施形態では、コントローラ９は、ヘッド５２の下降中、その下降速度を切り替えるように構成されている。具体的には、コントローラ９は、図１２のステップＳ６において、正方向の電流の上限値を第１電流リミット値から第２電流リミット値に切り替えた後、ステップＳ１９において、位置読取部９６による検出位置に基づいてヘッド５２が所定の速度切替位置に到達したか否かを判断する。到達していないと判断した場合は、コントローラ９は、ステップＳ２１において、ヘッド５２の下降ＰＴＰ移動を継続させて、ステップＳ１９に戻る。ヘッド５２が速度切替位置に到達すると、コントローラ９は、ステップＳ２０において、ヘッド１６の下降速度をそれ以前の下降速度よりも低い所定速度に切り替えて、ステップＳ７に進む。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

上記のように、第２実施形態の構成においても、上記第１実施形態と同様に、コントローラ９を、Ｚ軸駆動モータ５３に供給する電流の上限値（第２電流リミット値）をヘッド５２の昇降位置（Ｚ方向位置）に応じて可変制御することによりヘッド５２の荷重制御を行うように構成することによって、ヘッド５２の荷重制御を精度よく行うことができる。

さらに、第２実施形態では、上記のように、ヘッド５２が下降端位置に到達する前に一旦下降速度を落とすので、ヘッド５２（ノズル５２ａ）が部品４ａに当接する際に大きな衝撃力が部品４ａに作用することを抑制することができる。これにより、ヘッド５２と部品４ａとの衝突による部品４ａの損傷などを抑制することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、本発明を表面実装装置に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。モータにより駆動されるヘッドの荷重制御を行う構成であれば、表面実装装置以外に本発明を適用してもよい。たとえば、部品供給装置、または、接着剤や半田などのディスペンサなどに本発明を適用してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、制御部としてのコントローラがヘッドの昇降位置に応じたモータとしてのＺ軸駆動モータの駆動力の損失量を１回だけ測定してその測定結果をヘッドの荷重制御に用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部が、ヘッドの昇降位置に応じたモータの駆動力の損失量を複数回測定して平均値を取得し、損失量の平均値を用いてヘッドの荷重制御を行ってもよい。このように、損失量の測定を複数回行った平均値をとることにより、より正確に損失量を算出することができるので、ヘッドの荷重制御をより高精度に行うことができる。

また、上記第１および第２実施形態では、ヘッドの下降駆動と荷重制御と上昇駆動とを一連の動作で行う例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ヘッドの荷重制御を下降駆動および上昇駆動とは独立して行う構成であってもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、記憶部が制御部としてのコントローラに含まれている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、記憶部が制御部とは別個に設けられていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、表面実装装置の運転中のモータとしてのＺ軸駆動モータの損失量の測定結果と、記憶部に記憶されている測定結果との差が所定の差（量）よりも大きい場合に、測定結果に基づく通知をユーザに行い、ユーザの操作に基づいて測定結果を更新する制御を行う構成の例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、表面実装装置の運転中の測定結果と、記憶部に記憶されている測定結果との差が所定の量よりも大きい場合に、測定結果を更新する制御および測定結果に基づく通知をユーザに行う制御を行うように構成されていればよい。

また、上記第１および第２実施形態では、説明の便宜上、コントローラ（制御部）の処理動作を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の処理動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

４ａ 部品
９ コントローラ（制御部）
５２ ヘッド
５３ Ｚ軸駆動モータ（モータ）
９２ 記憶部
１００ 表面実装装置

Claims (7)

1. 部品実装用のヘッドと、
   前記ヘッドを昇降駆動させるモータと、
   モータ電流を制御することにより前記ヘッドが部品に与える荷重を制御する制御部と、
   前記ヘッドの昇降位置に応じた前記モータの駆動力の損失量の測定結果を記憶する記憶部とを備え、
   前記制御部は、前記ヘッドの昇降位置に応じた前記モータの駆動力の損失量を予め測定して前記記憶部に記憶するとともに前記記憶部に記憶された前記測定結果に基づいて荷重を制御するための前記モータ電流の設定値を前記ヘッドの昇降位置に応じて可変制御することにより、前記ヘッドが部品に荷重を付与する最中に、前記部品に付与される荷重が前記ヘッドの昇降位置によらず略一定になるように前記ヘッドの荷重制御を行うとともに、運転中に前記ヘッドの昇降位置に応じた前記モータの駆動力の損失量を測定した測定結果と、前記記憶部に記憶されている前記測定結果との差が所定の量よりも大きい場合に、前記測定結果を更新する制御を行うように構成されている、表面実装装置。
2. 前記制御部は、前記ヘッドの昇降位置に応じた前記モータの駆動力の損失量に応じて、前記モータ電流の設定値を可変制御することにより、前記ヘッドが部品に荷重を付与する最中に、前記部品に付与される荷重が前記ヘッドの昇降位置によらず略一定になるように前記ヘッドの荷重制御を行うように構成されている、請求項１に記載の表面実装装置。
3. 前記制御部は、前記ヘッドが部品に荷重を付与する最中に、前記ヘッドの昇降位置によらず前記ヘッドの荷重が所定の大きさでかつ略一定の大きさになるように、前記ヘッドの昇降位置に応じた前記モータの駆動力の損失量に応じて、前記モータ電流の設定値を可変制御することにより、前記ヘッドの荷重制御を行うように構成されている、請求項１または２に記載の表面実装装置。
4. 前記制御部は、前記表面実装装置が運転中に前記ヘッドの昇降位置に応じた前記モータの駆動力の損失量を測定して、前記表面実装装置の運転中の前記測定結果と、前記記憶部に記憶されている前記測定結果との差が所定の量よりも大きい場合に、前記測定結果を更新する制御および前記測定結果に基づく通知をユーザに行う制御を行うように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面実装装置。
5. 前記制御部は、前記ヘッドを一定の速度で移動させながら前記ヘッドの昇降位置に応じた前記モータの駆動力の損失量を測定するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の表面実装装置。
6. 前記制御部は、前記ヘッドの昇降位置に応じた前記モータの駆動力の損失量を複数回測定して平均値を取得するとともに、前記損失量の平均値に基づいて前記ヘッドの荷重制御を行うように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面実装装置。
7. 表面実装装置の運転中にヘッドの昇降位置に応じたモータの駆動力の損失量を予め測定して記憶部に記憶するステップと、
   前記記憶部に記憶された前記測定結果に基づいて前記ヘッドの荷重を制御するためのモータ電流の設定値を前記ヘッドの昇降位置に応じて可変制御することにより、前記ヘッドが部品に荷重を付与する最中に、前記部品に付与される荷重が前記ヘッドの昇降位置によらず略一定になるように前記ヘッドの荷重制御を行うステップと、
   前記表面実装装置の運転中に前記ヘッドの昇降位置に応じた前記モータの駆動力の損失量を測定した前記測定結果と、前記記憶部に記憶されている前記測定結果との差が所定の量よりも大きい場合に、前記測定結果を更新するステップとを備える、ヘッド駆動制御方法。

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