JP6806780B2 - リニア駆動装置のサーボオフ時停止位置制御システム - Google Patents

Description

本発明は、駆動対象物をリニアサーボモータで直線駆動するリニア駆動装置のサーボオフ時の停止位置を制御するリニア駆動装置のサーボオフ時停止位置制御システムに関する発明である。

駆動対象物を直線駆動するリニア駆動装置においては、駆動対象物の停止位置を高精度に制御するために、駆動源としてリニアサーボモータを用いたものがある（特許文献１参照）。装置の稼働中は、リニアサーボモータは、可動子の停止中もサーボオン状態に維持されて可動子の停止位置が保持されるようになっているが、稼働終了時等には、サーボオフされて可動子の保持が解放され、可動子が自由に移動可能な状態となる。

特開平１１−１２６９９６号公報

ところで、装置の稼働中に、エラー発生や駆動対象物の交換等によりリニアサーボモータがサーボオフされることがある。上述したように、リニアサーボモータがサーボオフされると、可動子（駆動対象物）が自由に移動可能な状態となるため、可動子（駆動対象物）に外力が作用すると、可動子（駆動対象物）が本来の停止位置からずれ動いてしてしまう。サーボオフ中に可動子（駆動対象物）に作用する外力としては、例えば、可動子（駆動対象物）に接続した電源線や信号線のケーブルのテンション、固定子の磁石の磁力、重力等がある。サーボオフ中に可動子（駆動対象物）がずれ動くと、オペレータが異常動作（不具合）と勘違いする可能性があると共に、ずれ動いた駆動対象物が装置内の他の物体と干渉する可能性もある。しかも、サーボオフ中に可動子（駆動対象物）の停止位置が本来の停止位置からずれると、再稼働時に可動子（駆動対象物）を本来の停止位置に戻す動作に時間がかかり、再稼働が遅れるという欠点もある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、リニアサーボモータのサーボオフ中に可動子（駆動対象物）がずれ動くことを極力防止できるリニア駆動装置のサーボオフ時停止位置制御システムを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、駆動対象物をリニアサーボモータで直線駆動するリニア駆動装置における前記リニアサーボモータのサーボオフ時の停止位置を制御する制御手段を備えたリニア駆動装置のサーボオフ時停止位置制御システムであって、前記駆動対象物の移動範囲において前記リニアサーボモータのサーボオフ中に前記駆動対象物が安定して停止状態を維持する安定停止位置を記憶する記憶手段を備え、前記制御手段は、前記リニアサーボモータをサーボオフするときに前記記憶手段に記憶されている前記安定停止位置の中から現在位置に最も近い安定停止位置を選び出して前記最も近い安定停止位置に到達するまで前記リニアサーボモータの駆動を継続してからサーボオフすることで、サーボオフ時の停止位置が前記最も近い安定停止位置と一致するように制御することを第１の特徴とし、更に、前記制御手段は、前記リニアサーボモータのサーボオフ時の停止位置を制御する通常の制御モードと前記安定停止位置を計測する安定停止位置計測モードとを切り換え可能に構成され、前記安定停止位置計測モードでは、前記駆動対象物の移動範囲を前記駆動対象物が所定ピッチずつ移動するようにサーボオンとサーボオフとを交互に切り換えて前記リニアサーボモータを間欠的に駆動し、サーボオフ中に前記駆動対象物が安定して停止状態を維持する安定停止位置を計測して、その計測値を前記記憶手段に記憶することを第２の特徴とするものである。このように、リニアサーボモータをサーボオフするときに、現在位置に最も近い安定停止位置に到達させてからサーボオフするようにすれば、サーボオフ時の停止位置が常に安定停止位置となり、サーボオフ中に可動子（駆動対象物）がずれ動くことを極力防止でき、前述した課題を解決できる。

本発明のリニア駆動装置のサーボオフ時停止位置制御システムは、リニア駆動装置を搭載する様々な装置に適用可能であり、例えば、部品実装機に適用する場合は、実装ヘッドを駆動対象物とし、その実装ヘッドをＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に移動させる実装ヘッド移動装置として前記リニア駆動装置を用いるようにすれば良い。

本発明の第２の特徴として、前記制御手段は、前記リニアサーボモータのサーボオフ時の停止位置を制御する通常の制御モードと前記安定停止位置を計測する安定停止位置計測モードとを切り換え可能に構成され、前記安定停止位置計測モードでは、前記駆動対象物の移動範囲を前記駆動対象物が所定ピッチずつ移動するようにサーボオンとサーボオフとを交互に切り換えて前記リニアサーボモータを間欠的に駆動し、サーボオフ中に前記駆動対象物が安定して停止状態を維持する安定停止位置を計測して、その計測値を前記記憶手段に記憶するようにしている。この場合、装置の製造元や販売元のみが安定停止位置計測モードに切り換え可能に構成して、製造元や販売元で、安定停止位置を計測するようにしても良いし、ユーザー側でも安定停止位置計測モードに切り換え可能に構成して、ユーザー側でも、安定停止位置を計測できるようにしても良い。ユーザー側で安定停止位置を計測できるように構成すれば、装置の経時変化等による安定停止位置の経時的なずれにも対応できる。

また、前記制御手段は、前記安定停止位置計測モードでは、サーボオフの時間が前記駆動対象物が安定して停止するのに必要な時間を見込んだ所定時間に設定され、サーボオフ毎に前記所定時間が経過した時点で前記駆動対象物が安定して停止したと見なして前記安定停止位置を計測するようにしても良い。

或は、前記制御手段は、前記安定停止位置計測モードでは、サーボオフ毎に前記駆動対象物が停止状態を所定時間維持するまでサーボオフを継続し、前記駆動対象物が停止状態を所定時間維持した時点で前記安定停止位置を計測した後、サーボオンに切り換えて前記駆動対象物を前記所定ピッチ移動させてサーボオフするという動作を繰り返すようにしても良い。

本発明は、安定停止位置を計測する構成に限定されず、予めリニアサーボモータの磁極ピッチ及び原点位置に基づいて安定停止位置を算出して記憶手段に記憶するようにしても良い。例えば、サーボオフ中に可動子（駆動対象物）に作用する外力のうち、可動子（駆動対象物）に接続した電源線や信号線のケーブルのテンションが比較的小さく、固定子の磁石の磁力の影響の方が圧倒的に大きい場合は、リニアサーボモータの磁極ピッチ及び原点位置に基づいて安定停止位置を精度良く算出することができる。

図１は本発明の一実施例における部品実装機の主要部の構成を示す斜視図である。 図２は部品実装機の制御系の構成を示すブロック図である。 図３はサーボオフ時停止位置制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を部品実装機に適用して具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて部品実装機１１の構成を説明する。
部品実装機１１には、部品を供給する部品供給装置１２が着脱可能にセットされる。部品実装機１１にセットする部品供給装置１２は、トレイフィーダ、テープフィーダ、バルクフィーダ、スティックフィーダ等のいずれであっても良く、勿論、複数種類のフィーダを混載するようにしても良い。部品実装機１１には、回路基板（図示せず）を搬送するコンベア１３と、部品供給装置１２によって供給される部品を回路基板に実装する実装ヘッド１４（駆動対象物）と、この実装ヘッド１４をＸ軸方向（回路基板の搬送方向）とその直角方向であるＹ軸方向に移動させる実装ヘッド移動装置１５と、交換用の吸着ノズル（図示せず）を載置するノズルステーション１６等が設けられている。

実装ヘッド１４には、部品供給装置１２によって供給される部品を吸着する吸着ノズル（図示せず）が交換可能に保持される。部品実装機１１には、吸着ノズルに保持した部品を下方から撮像する部品撮像用のカメラ１７が設けられ、実装ヘッド１４には、回路基板の基準位置マーク等を撮像するマーク撮像用のカメラ１８が設けられている。

実装ヘッド１４には、Ｚ軸モータ２２でＺ軸方向（上下方向）に駆動されるＺ軸スライド２４が設けられ、部品吸着動作時や部品実装動作時にＺ軸スライド２４の下降／上昇によって吸着ノズルが下降／上昇されるようになっている。

実装ヘッド移動装置１５は、サーボモータ等からなるＸ軸モータ２５を駆動源とするＸ軸スライド装置２６と、Ｙ軸リニアサーボモータ２７を駆動源とするＹ軸スライド装置２８（リニア駆動装置）とから構成されている。Ｘ軸スライド装置２６は、Ｘ軸モータ２５でＸ軸ボールねじ２９を回転させて、実装ヘッド１４が取り付けられたＸ軸スライド（図示せず）をＸ軸ガイド３０に沿ってＸ軸方向に移動させる。Ｘ軸ガイド３０は、Ｙ軸スライド装置２８のＹ軸ガイド３１にＹ軸方向にスライド可能に支持され、且つ、Ｙ軸リニアサーボモータ２７の可動子３３に取り付けられたＹ軸スライド３２に、Ｘ軸ガイド３０が連結されている。これにより、Ｙ軸リニアサーボモータ２７によってＸ軸スライド装置２６がＹ軸ガイド３１に沿ってＹ軸方向に移動されるようになっている。Ｙ軸リニアサーボモータ２７の固定子３４には、可動子３３を挟んで対向する２列の磁石の列がＹ軸方向に平行に延びるように設けられている。

部品実装機１１の制御装置４１（制御手段）は、コンピュータを主体として構成され、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置４２と、ＬＣＤ、ＥＬ、ＣＲＴ等の表示装置４３と、部品実装機１１の各機能の動作を制御する各種制御プログラムや後述する安定停止位置のマップ等の各種データを記憶する記憶装置４４（記憶手段）等が接続されている。尚、記憶装置４４は、ハードディスク装置等の書き換え可能な不揮発性の記憶媒体により構成されている。

部品実装機１１の制御装置４１は、稼働中（生産中）に、実装ヘッド移動装置１５のＸ軸モータ２５とＹ軸リニアサーボモータ２７とＺ軸モータ２２等の動作を制御して、実装ヘッド１４を部品供給装置１２側の部品吸着位置と回路基板上の部品実装位置との間を移動させて部品吸着動作と部品実装動作を実行する。

ところで、部品実装機１１の稼働中は、Ｙ軸リニアサーボモータ２７は、可動子３３（実装ヘッド１４）の停止中もサーボオン状態に維持されて可動子３３の停止位置が保持されるようになっているが、部品実装機１１の稼働中でも、エラー発生や実装ヘッド１４の交換等によりＹ軸リニアサーボモータ２７がサーボオフされることがある。Ｙ軸リニアサーボモータ２７がサーボオフされると、可動子３３（実装ヘッド１４）が自由に移動可能な状態となるため、可動子３３（実装ヘッド１４）に外力が作用すると、可動子３３（実装ヘッド１４）が本来の停止位置からずれ動いてしてしまう。サーボオフ中に可動子３３（実装ヘッド１４）に作用する外力としては、例えば、可動子３３と実装ヘッド１４に接続した電源線や信号線のケーブルのテンションや、固定子３４の磁石の磁力等がある。サーボオフ中に可動子３３（実装ヘッド１４）がずれ動くと、オペレータが異常動作（不具合）と勘違いする可能性があると共に、ずれ動いた実装ヘッド１４が部品実装機１１内の他の物体と干渉する可能性もある。しかも、サーボオフ中に可動子３３（実装ヘッド１４）の停止位置が本来の停止位置からずれると、再稼働時に可動子３３（実装ヘッド１４）を本来の停止位置に戻す動作に時間がかかり、再稼働が遅れるという欠点もある。

そこで、本実施例では、Ｙ軸リニアサーボモータ２７のサーボオフ中に実装ヘッド１４が安定して停止状態を維持する安定停止位置のマップが記憶装置４４に記憶され、部品実装機１１の制御装置４１は、稼働中に図３のサーボオフ時停止位置制御プログラムを所定周期で繰り返し実行することで、Ｙ軸リニアサーボモータ２７をサーボオフするときに記憶装置４４に記憶されている安定停止位置のマップから現在位置に最も近い安定停止位置を選び出して前記最も近い安定停止位置に到達するまでＹ軸リニアサーボモータ２７の駆動を継続してからサーボオフすることで、サーボオフ時の停止位置が前記最も近い安定停止位置と一致するように制御する。

更に、本実施例では、安定停止位置のマップを作成するために、部品実装機１１の制御モードを、図３のサーボオフ時停止位置制御プログラムに従ってＹ軸リニアサーボモータ２７のサーボオフ時の停止位置を制御する通常の制御モードと、安定停止位置を計測する安定停止位置計測モードとを切り換え可能となっており、前記安定停止位置計測モードでは、実装ヘッド１４のＹ軸方向移動範囲を実装ヘッド１４が所定ピッチずつ移動するようにＹ軸リニアサーボモータ２７のサーボオンとサーボオフとを交互に切り換えてＹ軸リニアサーボモータ２７を間欠的に駆動し、サーボオフ中に実装ヘッド１４が安定して停止状態を維持する安定停止位置を計測して、その計測値を記憶装置４４に記憶するようにしている。この際、安定停止位置計測モードでは、Ｙ軸リニアサーボモータ２７の可動子３３の位置を検出するリニアエンコーダ（図示せず）への通電をサーボオフ中も維持して、このリニアエンコーダの出力信号に基づいて安定停止位置を計測する。Ｙ軸リニアサーボモータ２７を間欠駆動するピッチは、固定子３４の磁極ピッチよりも小さくすることが好ましく、より好ましくは、固定子３４の磁極ピッチの１／Ｎ（但しＮは２以上の整数）、例えば、磁極ピッチの１／２〜１／３に設定すると良い。

この場合、部品実装機１１の製造元や販売元のみが安定停止位置計測モードに切り換え可能に構成して、製造元や販売元で、安定停止位置を計測するようにしても良いし、部品実装機１１を使用するユーザー側でも安定停止位置計測モードに切り換え可能に構成して、ユーザー側でも、安定停止位置を計測できるようにしても良い。ユーザー側で安定停止位置を計測できるように構成すれば、部品実装機１１の経時変化等による安定停止位置の経時的なずれにも対応できる。

また、安定停止位置計測モードでは、サーボオフの時間が実装ヘッド１４が安定して停止するのに必要な時間を見込んだ所定時間に設定され、サーボオフ毎に前記所定時間が経過した時点で実装ヘッド１４が安定して停止したと見なして安定停止位置を計測するようにしても良い。

或は、安定停止位置計測モードでは、サーボオフ毎に実装ヘッド１４が停止状態を所定時間維持するまでサーボオフを継続し、実装ヘッド１４が停止状態を所定時間維持した時点で安定停止位置を計測した後、サーボオンに切り換えて実装ヘッド１４を所定ピッチ移動させてサーボオフするという動作を繰り返すようにしても良い。

本発明は、安定停止位置を計測する構成に限定されず、予めＹ軸リニアサーボモータ２７の固定子３４の磁極ピッチ及び原点位置に基づいて安定停止位置を算出して記憶装置４４に記憶するようにしても良い。例えば、Ｙ軸リニアサーボモータ２７のサーボオフ中に可動子３３や実装ヘッド１４に作用する外力のうち、可動子３３や実装ヘッド１４に接続した電源線や信号線のケーブルのテンションが比較的小さく、固定子３４の磁石の磁力の影響の方が圧倒的に大きい場合は、Ｙ軸リニアサーボモータ２７の磁極ピッチ及び原点位置に基づいて安定停止位置を精度良く算出することができる。

以上説明した本実施例のＹ軸リニアサーボモータ２７のサーボオフ時の停止位置制御は、部品実装機１１の制御装置４１によって図３のサーボオフ時停止位置制御プログラムに従って次のように実行される。図３のサーボオフ時停止位置制御プログラムは、部品実装機１１の稼働中に所定周期で繰り返し実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、エラー発生や実装ヘッド１４の交換等によりサーボオフ要求が発生したか否かを判定し、サーボオフ要求が発生していなければ、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。

その後、サーボオフ要求が発生した時点で、ステップ１０１からステップ１０２に進み、記憶装置４４に記憶されている安定停止位置のマップから現在位置に最も近い安定停止位置を選び出して、ステップ１０３に進み、可動子３３（実装ヘッド１４）が最も近い安定停止位置に到達するまでＹ軸リニアサーボモータ２７の駆動を継続する（サーボオンを継続する）。

そして、次のステップ１０４で、可動子３３（実装ヘッド１４）が最も近い安定停止位置に到達したと判定された時点で、ステップ１０５に進み、Ｙ軸リニアサーボモータ２７の駆動を停止して、続くステップ１０６で、サーボオフして、本プログラムを終了する。

以上説明した本実施例では、Ｙ軸リニアサーボモータ２７をサーボオフするときに、可動子３３（実装ヘッド１４）を現在位置に最も近い安定停止位置に到達させてからサーボオフするようにしたので、サーボオフ時の停止位置が常に安定停止位置となり、サーボオフ中に可動子３３（実装ヘッド１４）がずれ動くことを極力防止できる。これにより、オペレータが異常動作（不具合）と勘違いする、サーボオフ中の実装ヘッド１４のずれ動きを防止できると共に、サーボオフ中に実装ヘッド１４がずれ動いて部品実装機１１内の他の物体と干渉することも防止できる。しかも、サーボオフ中に可動子３３（実装ヘッド１４）の停止位置がサーボオン中の本来の停止位置からずれないため、再稼働時に可動子３３（実装ヘッド１４）を本来の停止位置に戻す動作を行わずに済み、早期に再稼働できるという利点もある。

尚、本実施例では、実装ヘッド移動装置１５のうちのＹ軸スライド装置２８の駆動源（Ｙ軸モータ）のみをリニアサーボモータで構成したが、Ｘ軸スライド装置２６のＸ軸モータ２５もリニアサーボモータで構成しても良く、また、吸着ノズルを上下動させるＺ軸モータ２２もリニアサーボモータで構成しても良い。

また、本発明の適用範囲は、部品実装機１１に限定されず、部品実装基板を生産する部品実装ラインに配列した各工程の装置（半田印刷機等）に適用しても良く、更には、部品実装ライン以外の生産ラインの各工程の装置等に適用しても良く、要は、駆動対象物をリニアサーボモータで直線駆動するリニア駆動装置を搭載した装置であれば、その用途を問わず、本発明を適用して実施できる。

その他、本発明は、本実施例に限定されず、例えば、リニア駆動装置（実装ヘッド移動装置１５）の構成を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…部品実装機、１２…部品供給装置、１４…実装ヘッド（駆動対象物）、１５…実装ヘッド移動装置、２６…Ｘ軸スライド装置、２７…Ｙ軸リニアサーボモータ、２８…Ｙ軸スライド装置（リニア駆動装置）、３３…可動子、３４…固定子、４１…制御装置（制御手段）、４４…記憶装置（記憶手段）

Claims (5)

1. 駆動対象物をリニアサーボモータで直線駆動するリニア駆動装置における前記リニアサーボモータのサーボオフ時の停止位置を制御する制御手段を備えたリニア駆動装置のサーボオフ時停止位置制御システムにおいて、
   前記駆動対象物の移動範囲において前記リニアサーボモータのサーボオフ中に前記駆動対象物が安定して停止状態を維持する安定停止位置を記憶する記憶手段を備え、
   前記制御手段は、前記リニアサーボモータをサーボオフするときに前記記憶手段に記憶されている前記安定停止位置の中から現在位置に最も近い安定停止位置を選び出して前記最も近い安定停止位置に到達するまで前記リニアサーボモータの駆動を継続してからサーボオフすることで、サーボオフ時の停止位置が前記最も近い安定停止位置と一致するように制御する、リニア駆動装置のサーボオフ時停止位置制御システムであって、
   前記制御手段は、前記リニアサーボモータのサーボオフ時の停止位置を制御する通常の制御モードと前記安定停止位置を計測する安定停止位置計測モードとを切り換え可能に構成され、前記安定停止位置計測モードでは、前記駆動対象物の移動範囲を前記駆動対象物が所定ピッチずつ移動するようにサーボオンとサーボオフとを交互に切り換えて前記リニアサーボモータを間欠的に駆動し、サーボオフ中に前記駆動対象物が安定して停止状態を維持する安定停止位置を計測して、その計測値を前記記憶手段に記憶することを特徴とするリニア駆動装置のサーボオフ時停止位置制御システム。
2. 前記駆動対象物は、部品実装機の実装ヘッドであり、
   前記リニア駆動装置は、前記実装ヘッドをＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に移動させる実装ヘッド移動装置であることを特徴とする請求項１に記載のリニア駆動装置のサーボオフ時停止位置制御システム。
3. 前記制御手段は、前記安定停止位置計測モードでは、サーボオフの時間が前記駆動対象物が安定して停止するのに必要な時間を見込んだ所定時間に設定され、サーボオフ毎に前記所定時間が経過した時点で前記駆動対象物が安定して停止したと見なして前記安定停止位置を計測することを特徴とする請求項１又は２に記載のリニア駆動装置のサーボオフ時停止位置制御システム。
4. 前記制御手段は、前記安定停止位置計測モードでは、サーボオフ毎に前記駆動対象物が停止状態を所定時間維持するまでサーボオフを継続し、前記駆動対象物が停止状態を所定時間維持した時点で前記安定停止位置を計測した後、サーボオンに切り換えて前記駆動対象物を前記所定ピッチ移動させてサーボオフするという動作を繰り返すことを特徴とする請求項１又は２に記載のリニア駆動装置のサーボオフ時停止位置制御システム。
5. 前記記憶手段に記憶されている前記安定停止位置のデータは、予め前記リニアサーボモータの磁極ピッチ及び原点位置に基づいて算出されたデータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニア駆動装置のサーボオフ時停止位置制御システム。

Images