CN101043198A - 电子部件搭载装置 - Google Patents

Abstract

抑制吸附喷嘴部的振动，以可以高精度地进行部件的高速搭载。设有用于检测吸附喷嘴(22)部加速度的传感器(加速度传感器(30)、陀螺传感器(31))，根据由该传感器检测出的加速度信号，由驱动轴的电动机控制装置进行驱动轴的驱动控制，以抑制吸附喷嘴部的振动。上述电动机控制装置，能够将由负载侧干扰观测器(70、71)推定的负载侧干扰通过从负载侧干扰至位置指令值的逆系统(80、81)进行反馈，所述负载侧干扰观测器由使用上述传感器检测出的加速度信号构成，用于补偿包括负载变动或参数变动的干扰。另外，上述电动机控制装置能够通过将干扰观测器使用的电动机惯性的标称值设定为大于实际的电动机惯性值，进行相位超前补偿。

Description

电子部件搭载装置

技术领域

本发明涉及一种电子部件搭载装置，特别涉及一种能够抑制吸附该部件的喷嘴振动的电子部件搭载装置。

背景技术

现有的电子部件搭载装置如图1所示，大多使用龙门式的XY定位装置进行定位。该XY定位装置具有为向Y方向移动而左右一对平行配置的Y轴驱动部(以下称为YL轴10YL、YR轴10YR)，由在其上设置的X轴驱动部(下面称为X轴12X)进行向X方向的移动，采取将部件搭载头14向XY方向定位的结构。

为驱动X轴、Y轴，使用旋转型电动机+同步带或滚珠丝杠、或直线电动机等。在图1中，作为一个例子，表示使用旋转型电动机16YL、16YR、18X+同步带20的情况。

各轴基于从指令发生部向各电动机控制装置发出的指令，进行电动机控制而进行定位。

如果搭载头14被定位在指定的XY位置上，则使预先吸附了电子部件的部件吸附用喷嘴22下降到基板上，进行电子部件24的搭载。

部件搭载头14的详细结构如图2所示。在图2中，吸附喷嘴22为单轴，但为了部件搭载的高速化，大多使用多轴的吸附喷嘴。

另外，吸附喷嘴的驱动使用齿轮齿条传动装置、同步带、滚珠丝杠、直线电动机等各种方法。

发明内容

但是，电子部件搭载装置由于越来越期望提高部件搭载的生产率，所以XY定位装置也希望更加高速化。由此，需要在高速、高加减速下的XY轴的定位，但由此搭载头14特别是在加速时的驱动时和减速时的定位停止时，会受到强烈的冲击。因此，由于搭载头、进而搭载头上的吸附喷嘴部产生振动或影响，所以即使XY轴自身的定位精度准确，也由于吸附喷嘴22从搭载位置产生位移后进行部件搭载，所以产生部件搭载精度恶化的问题。

本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，抑制吸附喷嘴部的振动，可以高精度地进行部件的高速搭载。

本发明在电子部件的搭载装置中，设有传感器(30)，其用于检测吸附喷嘴的加速度，利用由该传感器检测出的加速度信号，由驱动轴的电动机控制装置进行驱动轴的驱动控制，以抑制吸附喷嘴(22)的振动，由此解决上述课题。

另外，将由上述传感器检测出的加速度信号反馈给驱动轴的电动机控制装置，进行加速度反馈，从而进行振动抑制补偿。

另外，上述电动机控制装置，将由负载侧干扰观测器(70、71)推定的负载侧干扰，通过从负载侧干扰至位置指令值的逆系统(80、81)进行反馈，所述负载侧干扰观测器使用由上述传感器检测出的加速度信号构成，用于补偿包括负载变动或参数变动的干扰。

另外，上述电动机控制装置的加速度控制系统仅使用干扰观测器50构成。

另外，上述电动机控制装置包含由干扰观测器和轴扭转反作用力推定观测器60构成的谐振比控制装置。

另外，上述电动机控制装置通过使干扰观测器所使用的电动机惯性的标称值与实际的电动机惯性值之间的比例产生变化而进行相位补偿。

另外，上述电动机控制装置通过将干扰观测器中使用的电动机惯性的标称值设定为大于实际的电动机惯性值，进行相位超前补偿。

发明的效果

根据本发明，通过使用从安装在吸附喷嘴22上的加速度传感器30输出的加速度信号，对电动机控制装置进行例如加速度反馈补偿，能够抑制吸附喷嘴的振动，高精度地实现电子部件的高速搭载。

特别地，通过对电动机控制系统使用谐振比控制，能够抑制作用于电动机的各种干扰的影响或参数变动等，构成可靠的加速度控制系统。

进而，通过使用从安装在吸附喷嘴22上的加速度传感器30输出的加速度信号，在电动机控制装置中使用负载侧干扰观测器，能够将施加于吸附喷嘴22的干扰及由参数变动产生的干扰相加后的全负载侧干扰统一进行补偿。

进而，还能够抑制每种搭载的电子部件的重量变化的影响或在更换喷嘴的情况下的重量变化的影响等，在所有情况下，都能够实现稳定且高精度的电子部件搭载。

附图说明

图1是表示作为本发明的应用对象的电子部件搭载装置的要部的斜视图。

图2是表示上述电子部件搭载装置的部件搭载头的放大斜视图。

图3是表示在上述电子部件搭载装置中安装了本发明的加速度传感器的吸附喷嘴部的正面图。

图4是表示本发明的第1实施方式的整体的框图。

图5是表示本发明的第1实施方式的控制系统的框图。

图6是表示本发明的第2实施方式的整体的框图。

图7是表示本发明的第2实施方式的控制系统的框图。

图8是表示第1实施方式中使用的干扰观测器的框图。

图9是表示第1实施方式中使用的轴扭转反作用力推定观测器的框图。

图10是表示第1实施方式的加速度控制系统的框图。

图11是表示第1实施方式的轴扭转反作用力反馈的框图。

图12是表示第1实施方式的负载侧干扰观测器的框图。

图13是表示本发明的第3实施方式的整体的框图。

图14是表示本发明的第3实施方式的控制系统的框图。

图15是表示本发明的第4实施方式的整体的框图。

图16是表示本发明的第4实施方式的控制系统的框图。

图17是表示本发明的第5实施方式整体的框图。

图18是表示以第1实施方式至5为前提的2阶惯性谐振系统的图。

图19是表示实际的多阶惯性谐振系统的图。

图20是表示3阶惯性谐振系统的图。

图21是表示本发明的第6实施方式的整体的框图。

图22是表示本发明的第6实施方式的控制系统的框图。

图23是表示本发明的第6实施方式的变形例的框图。

具体实施方式

近年来，随着对移动电话和游戏机的使用量的增加和MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)技术的发展等，加速度传感器的小型化、轻量化在大幅地进步。例如，当前由日立金属发售的3轴(XYZ)加速度传感器，检测范围为±10G，具有补偿功能并内置放大电路，但组件尺寸为4.8×4.8×1.5mm，非常小。

所以，在本发明所涉及的控制装置中，如图3所示，在吸附喷嘴22上安装小型的加速度传感器30，检测吸附喷嘴部的沿XY方向的加速度信号。

从加速度传感器30输出的加速度信号，X方向的加速度信号用于X轴的控制，Y方向的加速度信号用于YL、YR轴的控制。下面的说明包括图，都以应用于X轴控制的情况为例，但对于Y轴的情况，也可以同样地使用Y方向的加速度信号进行控制。

本发明所涉及的控制装置的第1实施方式的整体框图如图4所示。在图中，24是同步带20的轴承部，26是用于检测X方向的位置的线位移传感器，32是对从该线位移传感器26输入的位置反馈信号和位置指令之间的偏差进行运算的位置偏差运算器，34是设置在X轴电动机18X上的编码器，36是根据该编码器34的输出运算速度的速度运算部，38是对从该速度运算部36输入的速度反馈信号和从上述位置偏差运算器32输入的速度指令的偏差进行运算的速度偏差运算部，40是低通滤波器(LPF)，42是电流放大器。

在本实施方式中，使用从安装在吸附喷嘴22上的加速度传感器30输出的X方向的加速度信号，进行X轴的加速度反馈控制。在伺服电动机中，由于电流和扭矩和加速度成正比，所以可以作为同一种信号处理。

具体地说，通过从LPF 40输出的X轴的扭矩指令信号中，减去将加速度传感器30检测出的X方向加速度信号通过放大器44乘以加速度增益后的信号，补偿X轴的电动机控制，以抑制吸附喷嘴部的X方向的振动，由此，可以抑制吸附喷嘴部的X方向振动，在高速、高加减速下的定位时，也能够实现高精度的电子部件搭载。

第1实施方式的控制系统框图如图5所示。虽然图中没有示出，但在电流放大器42中具有电流反馈回路。即，在电动机控制装置内，成为具有位置回路、速度回路、加速度回路、电流回路这4重控制回路的控制系统。为了降低噪音，如图4中虚线所示，在加速度反馈回路内还可以加入低通滤波器(LPF)46。

下面，说明本发明所涉及的控制装置的第2实施方式。

在本实施方式中，如图6(整体结构的框图)及图7(控制系统的框图)所示，在电动机的控制装置内，使用图8所示的干扰观测器50和图9所示的轴扭转反作用力推定观测器60，构成在2阶惯性谐振系统的振动抑制中有效的谐振比控制系统。在图中，70是在后面详述的负载侧干扰观测器，80是后面详述的逆系统。

由于谐振比控制与状态反馈控制或H∞控制等不同，由比较简单的控制系统构成，所以设计容易、计算量可以较少等，实用性高。

通过在电动机侧使用干扰观测器50，能够去除作用于电动机的各种干扰的影响，能够构成图10所示的鲁棒(robust)加速度控制系统。即，通过将干扰观测器增益Gdis设定得较大，能够去除干扰扭矩Tdism的影响。由此，电动机去除轴扭转反作用力，成为不受负载侧影响的鲁棒控制系统。

另外，由于通过在电动机侧使用干扰观测器50，会将唯一的负载侧信息即轴扭转反作用力抵消、去除，所以会引发负载的振动。因此，利用图9所示的具有和干扰观测器50大致相同的构造的轴扭转反作用力推定观测器60，进行轴扭转反作用力的推定。在图9中，Greac是轴扭转反作用力推定观测器60中包含的1次低通滤波器(LPF)62的截止频率。

图11表示在通过在电动机侧使用干扰观测器50而构成加速度控制系统的控制对象中，对轴扭转反作用力进行反馈后的系统。在图中，Kr是轴扭转反作用力的反馈增益，可以任意设定。

从加速度参考值(d²θ_m/dt²)^ref至电动机位置θ_m的传递函数、和从电动机位置θ_m至负载位置θ1的传递函数，分别如下所示。

【数1】

$\mathrm{\θm}=-\frac{J1s^2+\mathrm{Kf}}{J1s^2+\mathrm{Kf}(1+\mathrm{KrJ}1)}\frac{1}{s^2}{\left(\frac{d^2{\mathrm{\θ}}_m}{{\mathrm{dt}}^2}\right)}^{\mathrm{ref}}...\left(1\right)$

$\mathrm{\θ}1=\frac{\mathrm{Kf}}{J1s^2+\mathrm{Kf}}{\mathrm{\θ}}_m...\left(2\right)$

另外，电动机谐振频率ωm及负载谐振频率ω1如下定义。

【数2】

$\mathrm{\ωm}=\sqrt{\frac{\mathrm{Kf}}{J1}(1+\mathrm{KrJ}1)}...\left(3\right)$

$\mathrm{\ω}1=\sqrt{\frac{\mathrm{Kf}}{J1}}...\left(4\right)$

在这里，谐振比K在下式中定义。

K＝ωm/ω1              …(5)

 ＝(1+KrJ1)           …(6)

负载谐振频率ω1成为在电动机侧作为零点进行作用的逆谐振频率。

ω1不包含任何参数，由控制对象决定。另外，对于电动机侧的状态反馈，无法进行控制。

另一方面，ωm可以根据轴扭转反作用力反馈增益Kr任意地设定。

控制谐振比相当于控制虚拟的电动机惯性，在谐振比大时，即Kr大的情况下，电动机惯性小于负载惯性，容易受到负载侧的影响。反之也相同。

通过将谐振比设定为

K＝5            …(7)

对于任何2阶惯性谐振系统，都进行振动抑制、响应性均优良的增益设定。

各增益如下所示。

Kr＝4/J1         …(8)

Kp＝ω1²         …(9)

Kv＝4ω1         …(10)

(ωm：电动机谐振频率，ω1：负载谐振频率，J1：负载惯性)

在此基础上，将吸附喷嘴22看作X轴电动机18X的负载，使用从安装在吸附喷嘴22上的加速度传感器30输出的X方向的加速度信号d²θ₁/dt²，构成负载侧干扰观测器70。负载侧干扰、即对吸附喷嘴22的干扰，作为施加于负载侧的干扰及由参数变动产生的干扰，由下式表示。

【数3】

$T_{\mathrm{dis}1}^{*\mathrm{all}}=T_{\mathrm{dis}1}+(K_{\mathrm{fn}}-K_f){\mathrm{\θ}}_t+(J_1-J_{1n})\frac{d^2{\mathrm{\θ}}_1}{{\mathrm{dt}}^2}...\left(11\right)$

(θ_t＝θ_m-θ₁)

通过构成负载侧干扰观测器70，能够推定将施加于吸附喷嘴22的干扰及由参数变动产生的干扰相加后的全负载侧干扰。

负载侧干扰观测器70的框图如图12所示。另外，为了降低较大区域噪音，插入截止频率g1的1次低通滤波器(LPF)72。

为了补偿使用上述负载侧干扰观测器70推定的对吸附喷嘴22的干扰，通过从负载侧至位置指令值的逆系统80进行反馈。由于负载侧全部作为标称值进行控制，所以在控制系统内使用的轴扭转反作用力也并非实际值，需要对基于标称值的值进行反馈。

从位置指定值θcmd至负载位置θ₁的传递函数如下式所示。

【数4】

${\mathrm{\θ}}_1=\frac{\frac{1}{J_{1n}}{K}_p{K}_{\mathrm{fn}}}{\mathrm{Char}\left(s\right)}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{cmd}}...\left(12\right)$

$\mathrm{Char}\left(s\right)=s^4+K_v{s}^3+(K_p+K_r{K}_{\mathrm{fn}}+\frac{K_{\mathrm{fn}}}{J_{1n}})S^2$

$+\frac{K_v{K}_{\mathrm{fn}}}{J_{1n}}S+\frac{K_p{K}_{\mathrm{fn}}}{J_{1n}}...\left(13\right)$

另外，从负载侧干扰T_dis1 ^*all至负载位置θ₁的传递函数如下式所示。

【数5】

${\mathrm{\θ}}_1=\frac{\frac{1}{J1}(S^2+K_{v}s+K_r{K}_{\mathrm{fn}}+K_p)}{\mathrm{Char}\left(s\right)}{T}_{\mathrm{dis}1}^{*\mathrm{all}}...\left(14\right)$

由此，从负载侧干扰至位置指令值的逆系统80如下式所示。

【数6】

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{cmd}}=\frac{s^2+K_{v}s+K_r{K}_{\mathrm{fn}}+K_p}{K_p{K}_{\mathrm{fn}}}{T}_{\mathrm{dis}1}^{*\mathrm{all}}...\left(15\right)$

在本实施方式中，由于将加速度传感器30设置在吸附喷嘴22的前端附近，所以能够进行高精度的控制。另外，在加速度传感器30难以直接安装在吸附喷嘴22上的情况下，如图2所示，也可以在与吸附喷嘴22相同地产生振动的搭载头14上的任意部分上安装加速度传感器30。该情况下，即使更换吸附喷嘴22也不需要更换加速度传感器30，经济性优良。

另外，在图6所示的本控制装置的框图中，在速度运算部中使用P控制，但也可以使用PI控制、PD控制、PID控制。

另外，也可以将谐振比控制系统内的干扰观测器的负载惯性的标称值J_mn设定为大于实际的负载惯性值J_m。由此，实现相位超前补偿，对于高于2阶惯性谐振系统的更高次振动极也能实现稳定化，能够实现所有谐振极的稳定化。

另外，在上述实施方式中，以电动机和负载之间通过柔性的驱动轴结合、轴扭转成为问题的低刚性控制系统为对象，但在电动机和搭载头之间的连结的刚性高、能够忽视轴扭转反作用力的情况下，可以如图13(整体结构框图)和图14(控制系统的框图)所示的第3实施方式所示，省略轴扭转反作用力推定观测器，仅使用干扰观测器。

在本第3实施方式中也可以利用相位超前补偿的效果，与第2实施方式同样地，实现对全部谐振极的稳定化。

另外，在上述实施方式中，示出了使用旋转型电动机和同步带的情况，但也可以使用旋转型电动机和滚珠丝杠的组合，或直线电动机等。

另外，在上述实施方式中，加速度检测使用小型的加速度传感器，但同样地，也可以使用小型的陀螺传感器。对于将输出为角速度信号的陀螺传感器31应用于和第2实施方式相同的结构的情况，作为第4实施方式在图15(整体结构框图)及图16(控制系统的框图)中表示。

另外，在上述实施方式中，使用在位置反馈中使用了线位移传感器信号的全封闭控制，但也可以是使用电动机编码器的半封闭控制。

另外，如图17所例示的第5实施方式所示，也可以同时使用速度反馈和负载侧干扰观测器、或同时使用加速度反馈和谐振比控制等，同时使用各个实施方式。

在之前的实施方式中，将控制对象简单化，视为图18(A)所示的2阶惯性谐振系统的负载而构成观测器。在图18(B)中，表示该2阶惯性谐振系统的框图。在图中，J表示惯性，θ表示旋转角度，T表示扭矩，K_f表示弹簧常数，下标m表示电动机，I表示负载，dis表示干扰，reac表示轴扭转。

但是在实际中，由于现实的控制对象含有更多的振动系统，所以成为如图19(A)(B)所示的高次的多阶惯性谐振系统。

例如在从X轴观察喷嘴22的情况下，由于将X轴电动机18X的轴和搭载头14之间由同步带20或滚珠丝杠等连接，将搭载头14和喷嘴22之间由未图示的齿条齿轮或同步带或滚珠丝杠等连接，所以至少成为图20所示的3阶惯性谐振系统的负载1、2。

在控制对象考虑为上述3阶惯性谐振系统的情况下，施加于喷嘴22的负载侧干扰如下式所示。

T_dis12＝T_reac1-(θ_I1·J_I1·s²+θ_I2·J_I2·s²)   …(16)

T_reac1＝K_f1·(θ_m-θ_I1)                        …(17)

通过基于上式构成3阶惯性谐振系统中的负载侧干扰观测器，通过从负载侧至位置指令值的逆系统进行反馈，能够更严密地补偿对吸附喷嘴22的干扰。

同样地，在从Y轴观察喷嘴的情况下，由于Y轴电动机和安装X轴的可动部之间隔着同步带或滚珠丝杠等，所以至少视为4阶惯性谐振系统负载，可以应用4阶惯性谐振系统中的负载侧干扰观测器。

例如，图21表示3阶惯性谐振系统中的使用了负载侧干扰观测器的第6实施方式的电动机控制装置的整体结构，图22表示其框图。在图中，71是X轴的负载干扰观测器，81是其逆系统。其他结构由于和图6、图7相同，所以标注相同标号，省略说明。

另外，作为3阶惯性谐振系统中的负载侧干扰观测器70的结构，也可以是图23所示的结构。

应用对象也并不限于龙门式XY定位装置。

Claims (7)

1.一种电子部件搭载装置，其特征在于，

设有传感器，其用于检测吸附喷嘴的加速度，

利用由该传感器检测出的加速度信号，由驱动轴的电动机控制装置进行驱动轴的驱动控制，以抑制吸附喷嘴的振动。

2.根据权利要求1所述的电子部件搭载装置，其特征在于，

将由上述传感器检测出的加速度信号反馈给驱动轴的电动机控制装置，进行加速度反馈，从而进行振动抑制补偿。

3.根据权利要求2所述的电子部件搭载装置，其特征在于，

上述电动机控制装置，将由负载侧干扰观测器推定的负载侧干扰，通过从负载侧干扰至位置指令值的逆系统进行反馈，上述负载侧干扰观测器使用由上述传感器检测出的加速度信号而构成，用于补偿包括负载变动或参数变动的干扰。

4.根据权利要求1或2所述的电子部件搭载装置，其特征在于，

上述电动机控制装置的加速度控制系统仅使用干扰观测器构成。

5.根据权利要求1或2所述的电子部件搭载装置，其特征在于，

上述电动机控制装置包括由干扰观测器和轴扭转反作用力推定观测器构成的谐振比控制装置。

6.根据权利要求1或2所述的电子部件搭载装置，其特征在于，

上述电动机控制装置通过使干扰观测器中使用的电动机惯性的标称值和实际的电动机惯性值之间的比例变化而进行相位补偿。

7.根据权利要求1或2所述的电子部件搭载装置，其特征在于，

上述电动机控制装置通过将干扰观测器中使用的电动机惯性标称值设定为大于实际的电动机惯性值，进行相位超前补偿。

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