CN103140129B - 表面安装装置及头部驱动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及表面安装装置以及头部驱动控制方法，所述表面安装装置（100）包括元件安装用头部（52）、驱动该头部（52）升降的Z轴驱动马达（53）、以及通过控制供应给Z轴驱动马达（53）的驱动电流（I）来控制该头部（52）给予元件（4a）的负荷的控制器(9)。控制器（9）以基于对应于头部（52）的升降位置而变化的损失量（损失电流（ILs））修正负荷控制时的驱动电流（I）的上限值的方式来可变地控制该驱动电流（I）的上限值，从而进行所述头部（52）的负荷控制。由此，能够与所述头部（52）的升降位置无关地高精度地进行负荷控制。

Description

表面安装装置及头部驱动控制方法
技术领域
本发明涉及表面安装装置及头部驱动控制方法，特别是涉及具备头部的表面安装装置及头部驱动控制方法。
背景技术
以往已知有具备头部的表面安装装置(例如参照日本专利公开公报特许第4708449号(以下称作专利文献1))。
上述专利文献1所公开的表面安装装置包括：元件安装用头部；驱动头部升降的Z轴驱动马达(马达)；通过控制Z轴驱动马达而控制头部的驱动的控制器(控制部)。该表面安装装置中，通过对Z轴驱动马达施加一定的驱动电流而进行对元件给予适当的负荷的控制亦即头部的负荷控制。
然而，上述专利文献1所记载的表面安装装置中，在通过施加一定的驱动电流而进行头部的负荷控制的情况下，由于Z轴驱动马达的齿槽效应(cogging)、齿轮偏心等的影响，存在难以高精度地进行头部的负荷控制的问题。
发明内容
本发明为解决上述问题而作，其目的在于提供一种能够高精度地进行头部的负荷控制的表面安装装置及头部驱动控制方法。
本发明所涉及的表面安装装置包括：元件安装用头部；马达，驱动所述头部升降；控制部，控制供应给所述马达的驱动电流，以便控制所述头部给予元件的负荷；其中，所述控制部将用于对所述头部给予元件的负荷进行控制的所述驱动电流的上限值可变地控制(variablecontrol)为反映因所述头部的升降位置而不同的损失电流的特性的值，从而进行所述头部的负荷控制。
本发明的表面安装装置中，如上所述，由于控制部根据头部的升降位置可变地控制用于将头部给予元件的负荷予以控制的驱动电流的上限值来进行头部的负荷控制，因而即使在因马达的齿槽效应、齿轮偏心等而产生的外部干扰随着头部的升降位置的变动而变化的情况下，也能够使马达的驱动力对应于头部的升降位置来变动从而对应于头部的升降位置的变动而抵消上述影响，因此，能够高精度地进行头部的负荷控制。特别是在对头部施加低负荷的控制中，由于马达的齿槽效应、齿轮偏心等对负荷的影响相对增大，因此能够高精度地进行头部的负荷控制的本发明效果良好。
本发明的表面安装装置中较为理想的是，所述控制部根据与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，可变地控制所述驱动电流的上限值，从而进行所述头部的负荷控制。根据该结构，即使在因由于头部的升降位置而变动的马达的齿槽效应等引起的驱动力的损失量随着头部的升降位置的变动而变化的情况下，由于能够可变地控制驱动电流的上限值以使对应于头部的升降位置的变动而减去了该损失量的马达的实际的驱动力成为指定的大小，因此能够更高精度地进行头部的负荷控制。
在该情况下较为理想的是，所述控制部以使所述负荷与所述头部的升降位置无关地为一定的方式，根据与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，可变地控制所述驱动电流的上限值，从而进行头部的负荷控制。根据该结构，由于能够与头部的升降位置无关地将作用于元件的头部的负荷控制为一定，因此，对高度不同的多种元件施加的负荷能够维持在必要且充分的大小。
在上述控制部根据与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量来可变地控制马达的驱动力的结构中，较为理想的是，所述控制部预先运算与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，基于所述损失量的运算结果，设定所述驱动电流的上限值。根据该结构，由于还能够基于预先获得的运算结果而修正反馈量，因此能够更高精度地进行头部的负荷控制。
在该情况下较为理想的是还包括：存储部，存储所述运算结果；其中，所述控制部基于存储于所述存储部的所述运算结果，设定所述驱动电流的上限值。根据该结构，能够基于存储于存储部的运算结果高精度地进行头部的负荷控制，而无需在头部的每次升降进行测定。
在包括所述存储部的结构中较为理想的是，所述控制部运算所述表面安装装置运转中与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，在所述表面安装装置运转中的所述运算结果与存储于所述存储部的所述运算结果之差大于指定的量的情况下，进行更新所述运算结果的控制和将所述运算结果通知用户的控制中的至少一种控制。根据该结构，即使表面安装装置运转中因温度变化等而在同一位置的损失量发生变化时，也能够对应于损失量的变化来高精度地进行头部的负荷控制。
在上述控制部预先运算与头部的升降位置对应的马达的驱动力的损失量的结构中，较为理想的是，所述控制部在使所述头部以一定的速度移动的情况下运算与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量。根据该结构，由于头部以一定的速度移动，因此可以不考虑因头部的加速度产生的力。由此，能够容易地测定与头部的升降位置对应的马达的驱动力的损失量。此外，由于仅使头部以一定的速度移动就能够运算损失量，因此无需使用专用测定工具。此外，在表面安装装置运转中能够容易地进行损失量的测定。
在上述控制部预先运算与头部的升降位置对应的马达的驱动力的损失量的结构中，较为理想的是，所述控制部通过多次运算与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量来取得平均值，并且基于所述损失量的平均值，设定所述驱动电流的上限值。根据该结构，通过获得进行了多次损失量测定后的平均值，能够更准确地算出损失量，因此能够更高精度地进行头部的负荷控制。
本发明所涉及的表面安装装置，包括：元件安装用头部；马达，驱动所述头部升降；及控制部，控制供应给所述马达的驱动电流，以便控制所述头部给予元件的负荷；所述控制部根据所述头部的升降位置可变地控制用于对所述头部给予元件的负荷进行控制的所述驱动电流的上限值，从而进行所述头部的负荷控制，所述控制部根据与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，可变地控制所述驱动电流的上限值，从而进行所述头部的负荷控制，所述控制部以使所述负荷与所述头部的升降位置无关地为一定的方式，根据与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，可变地控制所述驱动电流的上限值，从而进行所述头部的负荷控制，所述控制部预先运算与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，基于所述损失量的运算结果，设定所述驱动电流的上限值，所述表面安装装置还包括存储所述运算结果的存储部，所述控制部基于存储于所述存储部的所述运算结果，设定所述驱动电流的上限值，所述控制部运算所述表面安装装置运转中与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，在所述表面安装装置运转中的所述运算结果与存储于所述存储部的所述运算结果之差大于指定的量的情况下，进行更新所述运算结果的控制和将所述运算结果通知用户的控制中的至少一种控制。
本发明所涉及的头部驱动控制方法包括以下步骤：根据头部的升降位置而将供应给马达的驱动电流的上限值可变地控制为反映因所述头部的升降位置而不同的损失电流的特性的值，从而进行所述头部的负荷控制。
本发明的头部驱动控制方法中，如上所述，由于根据头部的升降位置可变地控制用于控制头部的负荷的驱动电流的上限值来进行头部的负荷控制，因而即使在随着头部的升降位置的变动而产生马达的齿槽效应、齿轮偏心等情况下，也能够使马达的驱动力对应于头部的升降位置来变动从而抵消这些影响，因此，能够高精度地进行头部的负荷控制。特别是在对头部施加低负荷的控制中，由于马达的齿槽效应、齿轮偏心等对负荷的影响相对增大，因此能够高精度地进行头部的负荷控制的本发明效果良好。
如上所述，根据本发明，能够高精度地进行头部的负荷控制。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的表面安装装置的概略的俯视图。
图2是表示本发明的第一实施方式的表面安装装置的概略的侧视图。
图3是表示本发明的第一实施方式的表面安装装置的控制上的结构的框图。
图4是用于说明本发明的第一实施方式的表面安装装置的头部的驱动控制的框线图。
图5是用于说明作用于本发明的第一实施方式的表面安装装置的头部的力的图。
图6是用于说明用于进行本发明的第一实施方式的表面安装装置的头部的负荷控制的控制电流的图。
图7是用于说明本发明的第一实施方式的表面安装装置的头部的负荷控制的力的图。
图8是用于说明本发明的第一实施方式的表面安装装置的控制器对头部的驱动控制的处理的流程图。
图9是用于说明本发明的第一实施方式的表面安装装置的头部的驱动的时序图。
图10是用于说明本发明的第一实施方式的表面安装装置的控制器对损失电流的测定处理的流程图。
图11是表示用于进行本发明的第一实施方式的表面安装装置的头部的低负荷控制的控制电流的图。
图12是用于说明本发明的第二实施方式的表面安装装置的控制器对头部的驱动控制的处理的流程图。
图13是用于说明本发明的第二实施方式的表面安装装置的头部的驱动的时序图。
具体实施方式
下面，基于附图说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
首先，参照图1至图5，对本发明的第一实施方式的表面安装装置100的构造进行说明。
如图1和图2所示，表面安装装置100是利用一对搬送带2将印刷电路板3从X2方向侧向X1方向侧搬送，在指定的作业位置，将元件4a安装到印刷电路板3上的装置。
此外，如图1所示，表面安装装置100包括基座1、一对搬送带2、头部组件5、支撑部6、轨道部7、摄像组件8和控制器9(参照图3)。此外，在搬送带2的两侧(Y1方向侧、Y2方向侧)，设置有用于供应元件4a的多个带式送料器4。头部组件5具有从带式送料器4获取元件4a并且将元件4a安装到搬送带2上的印刷电路板3上的功能。另外，控制器9是本发明的“控制部”的一例。
一对搬送带2具有沿水平方向(X方向)搬送印刷电路板3的功能。此外，搬送带2在使搬送中的印刷电路板3在安装作业位置停止的状态下保持该印刷电路板3。
带式送料器4保持着卷盘(未图示)，该卷盘上卷绕有将多个元件4a以指定的间隔保持的料带。带式送料器4通过使卷盘旋转而送出保持元件4a的料带，从而从带式送料器4的远端供应元件4a。在此，元件4a例如是IC、晶体管、电容器及电阻等小型的电子元件。
如图1所示，头部组件5包括滚珠螺母51、6个头部52、Z轴驱动马达53(参照图3)。此外，如图5所示，头部组件5包括滚珠螺杆轴54、滚珠螺母55、弹簧56。此外，头部组件5沿支撑部6在X方向上能够移动。具体而言，支撑部6具有滚珠螺杆轴61、使滚珠螺杆轴61旋转的X轴驱动马达62、沿X方向延伸的导轨(未图示)。由此，头部组件5与螺合滚珠螺杆轴61的滚珠螺母51一起沿X方向移动。另外，Z轴驱动马达53是本发明的“马达”的一例。
如图2所示，6个头部52在头部组件5的下表面侧(Z1方向侧)沿着X方向呈列状设置。在各头部52的远端(Z1方向侧的端)，分别安装有吸嘴52a。各吸嘴52a通过利用负压发生机(未图示)产生于吸嘴52a的远端部的负压，能够吸附并保持从带式送料器4供应的元件4a。
此外，各头部52能够相对于头部组件5升降(Z轴方向的移动)。具体而言，头部52能够在吸附或装载(安装)元件4a时的下降位置与搬送、拍摄元件4a时的上升位置之间升降。此外，如图5所示，头部52通过Z轴驱动马达53驱动，从而与螺合于滚珠螺杆轴54的滚珠螺母55一起沿Z方向移动。此外，头部52被弹簧56向上侧(Z2方向侧)提拉。由此，头部52在表面安装装置100停止了的情况下等，被弹簧56向上侧(Z2方向侧)拉引。此外，头部52利用设于每个头部52的Z轴驱动马达53单独地升降驱动。此外，头部52利用R轴驱动马达(未图示)，能够绕吸嘴52a的中心轴线旋转。
支撑部6沿着固定于基座1上的一对轨道部7沿与X方向正交的Y方向能够移动。具体而言，如图1所示，轨道部7包括以使支撑部6沿Y方向能够移动的方式支撑该支撑部6的两端部(X方向)的导轨71、沿Y方向延伸的滚珠螺杆轴72、和使滚珠螺杆轴72旋转的Y轴驱动马达73。此外，在支撑部6上，设有螺合滚珠螺杆轴72的滚珠螺母63。由此，头部组件5在基座1上沿Y方向移动。因此，头部组件5能够在基座1上沿X-Y面移动到任意的位置。
摄像组件8固定地设置于基座1的上表面上。此外，摄像组件8为了在安装元件4a之前识别元件4a的吸附，从吸附于各头部52的吸嘴52a的元件4a的下侧拍摄该元件4a。
控制器9以计算机为构成要素，搭载于表面安装装置100。此外，控制器9按照预先存储的程序驱动控制X轴驱动马达62、Y轴驱动马达73和Z轴驱动马达53，在印刷电路板3上进行元件4a的安装作业。具体而言，控制器9使头部组件5移动到带式送料器4的上方，利用各头部52的吸嘴52a吸附元件4a。换言之，在头部52(吸嘴52a)被设置到带式送料器4的上方后，头部52被升降驱动，并且在指定时刻对吸嘴52a的远端供应负压，从而元件4a在吸附于吸嘴52a远端的状态下被取出。
然后，控制器9使头部组件5向印刷电路板3上移动。在该移动途中，使头部组件5经由元件识别用摄像组件8的上方，利用摄像组件8分别拍摄吸附于各头部52的吸嘴52a的元件4a。基于所拍摄的图像，对吸附于各头部52(吸嘴52a)的元件4的安装位置进行修正。然后，在头部组件5到达印刷电路板3上时，通过各头部52被升降驱动并且在指定时刻停止对吸嘴52a供应负压，将所吸附的元件4a向印刷电路板3上安装。
这里，在第一实施方式中，控制器9根据头部52的升降位置(Z方向位置)可变地控制驱动电流I的上限值(后述的第二电流极限值LT2)，从而进行头部52的负荷控制，该驱动电流I用于控制吸嘴52a作用于电子元件的负荷。这里，在本实施方式中，负荷控制是指在头部52从带式送料器4提起元件4a的情况下、或将元件4a对印刷电路板3安装时，为了对元件4a施加适当的负荷而进行的控制。关于该负荷控制，下面就作为控制系统的控制器的参数(或各信号)进行说明。
所谓驱动电流I，是指由控制器9控制，而对Z轴驱动马达53进行驱动时流过Z轴驱动马达53的电流。
所谓损失电流ILs，是指与对应于头部52的升降位置的Z轴驱动马达53的驱动力的损失量对应的电流。本实施方式所涉及的存储部92中，与每个头部52的升降位置对应地存储有损失电流ILs的值(以下，将所存储的损失电流ILs称为保存值)。
所谓负荷电流ILd，是指驱动电流I中的、实质上有助于头部52作用于元件4a的负荷的电流，该电流以下式(1)表示。
ILd＝I－ILs   (1)
电流指令值Iin，是指作为控制系统的控制器9发出输出驱动电流I的指令时的目标值。
所谓第一电流极限值LT1，是用于防止过电流的供应的驱动电流I的上限值，且是为了按照被程序化了的通常的升降动作驱动头部52而所需的电流值，被设定为比加速驱动时的电流值稍高的值。该第一极限值是在加速方向以及减速方向上通用的电流值。
所谓第二电流极限值LT2，是指在头部52下降时，为了判定头部52是否到达下降目标位置，用于与驱动电流I比较的上限值(或阈值)。如详细地后述那样，作为控制系统的控制器9基于损失电流ILs的值，可变地控制第二电流极限值LT2，从而进行头部52的负荷控制。该负荷控制在该负荷控制的运转区域中，使用第二电流极限值LT2来进行。即，在负荷控制时，第二电流极限值LT2供应给Z轴驱动马达53。第二电流极限值LT2是本发明的“驱动电流的上限值”的一例。另外，在以下的说明中，在将第一、第二电流极限值LT1、LT2统称时，表述为“极限值LT”。
如图3所示，控制器9包括CPU(中央处理装置)91、存储部92、电流放大部93、驱动电流检测部94、速度读取部95和位置读取部96。此外，CPU91逻辑地包括马达控制运算部91a、电流控制部91b、速度控制部91d、以及位置控制部91e。
马达控制运算部91a为了按照指定的安装程序驱动头部52而控制Z轴驱动马达53。具体而言，马达控制运算部91a基于存储于存储部92的元件数据(例如厚度)等各种数据，进行就元件4a的吸附以及安装时的头部52的下降目标位置的运算、设定等的处理，并且进行各种判定处理，根据其结果，对应于所需的损失电流ILS、负荷电流ILd、电流极限值LT将用于位置控制以及速度控制的控制信号输出给电流控制部91b。此外，马达控制运算部91a包括图外的计数器，在头部52下降时，在经过了头部52的移动预定的所需时间(理论PTP时间)后，基于来自驱动电流检测部94的信号，通过比较驱动电流I的值与第二电流极限值LT2，从而判定头部52是否到达下降目标位置，基于其判定结果，使Z轴驱动马达53停止。
此外，马达控制运算部91a运算与Z轴驱动马达53的驱动力的损失量对应的损失电流ILs，并将其存储于存储部92，该Z轴驱动马达53的驱动力的损失量与头部52的升降位置对应。
电流控制部91b基于来自马达控制运算部91a的与速度、位置相关的控制信号，决定电流指令值Iin。电流控制部91b决定并输出了的电流指令值Iin被输入电流放大部93。然后，电流放大部93基于预先设定的电流增益，通过驱动电流检测部94向Z轴驱动马达53供应与自电流控制部91b输出的信号对应的驱动电流I(参照图4)。
电流指令值Iin基于存储于存储部92的Z轴驱动马达53的损失电流ILs的值而被设定，以适合向Z轴驱动马达53供应的电流的上限值(电流极限值LT)。
具体而言，电流控制部91b在与自电流控制部91b输出的信号对应的电流值超过电流极限值LT的情况下，取代自电流控制部91b输出的信号，向电流放大部93输出与电流极限值LT对应的电流指令值Iin。由此，自电流放大部93向Z轴驱动马达53供应的驱动电流被限制。即，防止比预定的上限值大的驱动电流I向Z轴驱动马达53供应。
作为电流极限值LT，包括作为基准极限值的第一电流极限值LT1和比该第一电流极限值LT1低值的第二电流极限值LT2这两个上限值。电流控制部91b在头部的动作中，在指定的时刻切换上述两个电流极限值LT。由此，能够防止过度地向Z轴驱动马达53供应电流，防止头部52的负荷变得过大，另一方面，如详细地后述那样，在负荷控制时，即使在随着头部的升降位置的变动而产生马达的齿槽效应、齿轮偏心的情况下，也能够使马达的驱动力对应于头部的升降位置来变动以抵消上述的影响，能够高精度地进行头部52的负荷控制。
第一电流极限值LT1是为了按照被程序化了的通常的升降动作驱动头部52而所需的电流值。
第二电流极限值LT2是在指定的运转区域中基于负荷电流ILd的上限值的阈值。这里，负荷电流ILd的上限值是比定速驱动Z轴驱动马达53时的电流值稍高的值，例如被设定为在吸嘴远端抵接元件等而头部52的变位被限制的状态下，对头部52不会作用过剩的转矩的程度的值。
并且，第二电流极限值LT2被设定为，在执行负荷控制时通过充分地补充与损失量对应的损失电流ILs从而与头部52的负荷控制所需的电流值相对应。在第二电流极限值LT2被设定为单纯地与负荷电流ILd的上限值对应的常数的情况下，在执行如图4那样的电流反馈控制时，即使对应于基于旋转编码器53a获得的速度信息或位置信息而供应充分的(应该的)驱动电流I来进行控制，实际上也无法充分地补充与损失量对应的损失电流ILs，有可能造成头部52到达目标位置为止的时间变长，处理能力下降。相对于此，通过将第二电流极限值LT2设定为考虑了损失量的变量，由于能够供给充分地考虑了因下降位置而变动的损失电流ILs的驱动电流，因此能够进行响应性高的高精度控制。关于该第二电流极限值LT2，在后面与负荷控制的说明一起进一步详细叙述。
速度读取部95以及位置读取部96基于从设于Z轴驱动马达53的旋转编码器53a输出的电压或脉冲，分别检测并输出与现在的驱动速度对应的速度信号以及与驱动位置对应的驱动信号。速度控制部91d输出速度读取部95所输出的速度信号与基于电流指令值Iin的目标值的偏差，输入马达控制运算部91a。此外，位置控制部91e输出位置读取部96所检测的位置信号与基于电流指令值Iin的目标值的偏差，输入马达控制运算部91a。马达控制运算部91a通过向电流控制部91b输出控制信号，对Z轴驱动马达53进行反馈控制，以消除分别从速度控制部91d以及位置控制部91e输出的偏差。
驱动电流检测部94通过检测Z轴驱动马达53的驱动电流I的值，向马达控制运算部91a输出与该电流值对应的信号。
如图3、图4和图9所示，控制器9的电流控制部91b为了在使头部52升降的各运转区间驱动头部52(吸嘴52a)，对根据与应作用于元件的负荷对应的由电流控制部91b决定的负荷电流ILd的电流指令值Iin与电流极限值LT进行比较，以输出较小者的值的驱动电流I的方式输出电流指令值Iin。另外，在电流指令值Iin与电流极限值LT相等的情况下，电流控制部91b以输出该相等的值的驱动电流I的方式输出电流指令值Iin。
这里，作为头部52升降的运转区间，基于从其开始位置到到达位置的点对点(PTP)，来决定从预先设定的上端位置起下降的下降PTP区间和从下降PTP区间的下端位置起上升的上升PTP区间。在本实施方式中，在各区间中，电流控制部91b被设定为使用不同的电流极限值LT。
首先，在下降PTP区间，从开始位置(从图9的T0开始的位置)到指定区间，执行加速驱动，之后，被切换为定速驱动后，从到达位置(图9的Th时逻辑上认为到达的位置)的紧前的位置起执行负荷控制。然后，负荷控制后，在上升PTP区间，从到达位置朝向开始位置上升。
电流控制部91b在下降PTP区间，在执行加速驱动的运转区域(从T0到T1)使用第一电流极限值LT1，从定速驱动开始到结束为止(从超过T1的时刻起到Th为止)使用第二电流极限值LT2。然后，在上升PTP区间，仅使用第一电流极限值LT1输出电流指令值Iin。
接着，参照图4至图7，说明表面安装装置100的控制器9进行的头部52的负荷控制。另外，负荷控制在头部52自带式送料器4吸附元件4a时以及向印刷电路板3装载(安装)元件4a时进行。
电流控制部91b运算基于与应作用于元件的负荷对应的负荷电流ILd(负荷电流ILd＞0)的第二电流极限值LT2。该第二电流极限值LT2通过下式(2)算出。
第二电流极限值LT2＝负荷电流ILd的上限值+损失电流ILs   (2)
由此，第二电流极限值LT2成为反映因头部52的升降位置而不同的损失电流ILs的特性的值。电流控制部91b比较第二电流极限值LT2与基于马达控制运算部91a输出的参数的目标值，以根据较小一者的值输出驱动电流I的方式来输出电流指令值Iin。另外，在电流指令值Iin与第二电流极限值LT2相等的情况下，电流控制部91b以输出该相等的值的驱动电流I来进行控制。
在头部52(吸嘴52a)的远端抵接元件4a而限制头部52的变位的状态下，因为驱动电流I随着元件抵接产生的阻力而增大，所以电流指令值Iin被控制为负荷电流ILd加上损失电流ILs而成的值。另外，如图6所示，损失电流ILs基于头部52的升降位置(Z方向位置)而不同。这是因为后述的Z轴驱动马达53的驱动力的损失量基于头部52的升降位置而不同(参照图7)。另一方面，若头部52的负荷为一定，则负荷电流ILd(参照图6)为一定。由此，电流指令值Iin成为反映因头部52的升降位置而不同的损失电流ILs的特性的值。
然后，控制器9基于驱动电流检测部94检测到的驱动电流I，执行电流反馈控制以追随所输出的驱动电流I，向Z轴驱动马达53供应驱动电流I。由此，Z轴驱动马达53以与所供应的驱动电流I相应的驱动力(在滚珠螺杆驱动的情况下参照下式(3))驱动头部52。
其中，式(3)中的π表示圆周率，nl表示滚珠螺杆效率。此外，Kt表示马达转矩常数，I表示电流，L表示滚珠螺杆的螺距(螺杆每旋转1圈沿轴向前进的距离)。
头部52被从由Z轴驱动马达53产生的驱动力中减去损失量后的驱动力驱动，向下方(Z1方向)产生负荷(参照下式(4))。
负荷＝Z轴驱动马达53的驱动力－损失量   (4)
这里，如图4和图5所示，损失量包括Z轴驱动马达53的齿槽效应产生的力(齿槽效应力)、重力、弹簧56的力、摩擦力。基于与该负荷对应的输出，由旋转编码器53a检测Z轴驱动马达53的旋转状态，速度读取部95、位置读取部96分别向控制器9输出对应的速度信号、位置信号。控制器9利用图3所示的结构，从这些信号获得各自的反馈值(偏差)，执行电流反馈控制。
参照图5，在负荷控制时，与使头部52下降的方向的力(重力等)相反方向的力作为损失而作用。因而，损失量成为式(5)那样。
损失量＝Z轴驱动马达的齿槽效应力-重力+弹簧的力+摩擦力   (5)
另外，Z轴驱动马达53的齿槽效应产生的力(齿槽效应力)根据Z轴驱动马达53的旋转位置而不同。换言之，Z轴驱动马达53的齿槽效应产生的力根据由Z轴驱动马达53驱动的头部52的升降位置(Z方向位置)而不同。重力是根据头部52等的自重在负荷方向(Z1方向)上恒定地发挥作用的力。因为该力以加重负荷的方式作用，所以在式(5)中，被设定为负。弹簧56的力是根据头部52的升降位置在Z1方向上发挥作用的力。摩擦力是产生于滚珠螺杆轴54与滚珠螺母55螺合的位置，在与头部52的移动方向相反的方向上发挥作用的力。由此，如图7所示，Z轴驱动马达53的驱动力的损失量根据头部52的升降位置而不同。
接着，控制器9预先获取与头部52的升降位置对应的损失电流ILs。具体而言，控制器9一边利用Z轴驱动马达53使头部52以一定的速度下降，一边测定与头部52的升降位置对应的驱动电流I，通过所测定的驱动电流I的值运算损失电流ILs。通过使头部52以一定的速度下降，在头部52上不会被施加随加速而产生的负荷，且头部52为与元件4a不抵接的状态，因此施加于头部52的远端的力的合计(负荷)为零。其结果，Z轴驱动马达53的驱动力，根据上式(4)，为等于Z轴驱动马达53的损失量。因此，施加于Z轴驱动马达53的电流与损失电流ILs相等。这样，控制器9通过测定施加于Z轴驱动马达53的电流，来取得与头部52的升降位置对应的损失电流ILs。
接着，参照图8和图9，说明表面安装装置100的控制器9对头部52的驱动控制处理的流程。该控制在头部52自带式送料器4吸附元件4a时以及向印刷电路板3装载(安装)元件4a时这两个时期执行，但是在以下的说明中，以吸附元件4a时为例进行说明。
控制器9在步骤S1中，基于作为处理对象的元件的尺寸(厚度)、负荷的上限值等数据，运算并设定吸附元件4a时的头部52的高度位置即头部52的下降目标位置与负荷电流ILd(包括上限值)。此外，控制器9基于所设定的下降目标位置，运算并设定理论PTP时间(下降开始后，到头部52到达下降目标位置为止的所需时间：从图9的T0到Th)。此外，控制器9在步骤S2中，设定超时时间(下降开始后，到停止判定头部52是否到达下降目标位置为止的时间：从图9的T0到Te)。
另外，下降目标位置也可以作为吸嘴52a的远端开始抵接被保持在带式送料器4的元件取出位置的元件4a的上表面的理论上的高度位置，但是在第一实施方式中，将吸嘴52a的远端到达比其开始抵接元件4a的上表面的高度位置(理论上的目标位置)稍靠下方的高度位置设定为下降目标位置，从而在吸嘴52a与元件4a切实地抵接的状态下停止头部52。
接着，控制器9在步骤S3中，将电流的上限值设定为第一电流极限值LT1。然后，控制器9在步骤S4中(在图9的T0中)，驱动Z轴驱动马达53而使头部52开始下降，并且使应对理论PTP时间以及超时时间进行计时的计时器(未图示)动作。
头部52的下降开始后，控制器9在步骤S5中，判断Z轴驱动马达53的加速驱动是否结束。在判断为未结束的情况下，控制器9在步骤S13中，使头部52的下降PTP移动继续，使下降PTP移动继续直到Z轴驱动马达53的加速驱动结束为止，反复步骤S5和S13的处理直到Z轴驱动马达53的加速驱动结束为止。在Z轴驱动马达53的加速驱动结束时，控制器9在步骤S6中(在图9的T1中)，将正方向的电流的上限值从第一电流极限值LT1切换为第二电流极限值LT2。与此同时，将Z轴驱动马达53的驱动模式(运转方式)切换为定速驱动。
在此，在第一实施方式中，控制器9在步骤S7中，基于与头部52的升降位置(Z方向位置)对应的损失电流ILs与在步骤S1中设定的负荷电流ILd(的上限值)，从存储部92读取第二电流极限值LT2。其结果，控制器9的电流控制部91b在消除速度反馈值、位置反馈值所示的偏差时，以输出考虑了损失量的损失电流ILs的驱动电流I的方式，能够向电流放大部93输出电流指令值Iin。然后，控制器9在步骤S8中(从图9的T1到Te)，将与头部52的现在位置对应的第二电流极限值LT2设定为电流的上限值。
控制器9在步骤S9中，判断理论PTP时间是否结束。在判断为未结束的情况下，控制器9在步骤S14中，使头部52的下降PTP移动继续，返回步骤S7。
在理论PTP时间结束时(经过了图9的Th时)，控制器9在步骤S10中，比较驱动电流I的值与第二电流极限值LT2，判定吸嘴52a是否抵接元件4a。换言之，在上述那样的反馈控制下，由于在吸嘴52a的远端抵接元件4a而限制头部52的变位时，Z轴驱动马达53的驱动电流I上升，所以通过比较驱动电流I的值与第二电流极限值LT2，能够判定头部52是否抵接元件4a。这里，因为第二电流极限值LT基于式(2)而为考虑了损失电流ILs的值，所以控制器9不会因损失量而比实际的值过大地设定负荷，能够在到达所需的负荷为止供应充分的驱动电流I。
在判定为头部52抵接元件4a，并达到所需的负荷的情况下(即，驱动电流I到达第二电流极限值LT2的情况下)，控制器9在步骤S11中，使移动(下降)完成标识为ON。之后，控制器9在步骤S12中，控制为了使头部52的驱动停止的Z轴驱动马达53，结束头部2的下降控制。另外，本流程结束后，为了从带式送料器4拾取所吸附的元件4a，控制器9通过反转驱动Z轴驱动马达53而使头部52上升。
相对于此，在步骤S10中，在判定为头部52未抵接元件4a的情况下，控制器9在步骤S15中，基于位置读取部96的检测位置，判定吸嘴52a的远端是否到达理论上的元件4a的表面的高度位置。在判定为到达的情况下，进入步骤S11。在判定为未到达的情况下，控制器9在步骤S16中，判定是否经过了超时时间。在判定为未经过超时时间的情况下，控制器9使头部52的下降PTP移动继续，返回步骤S10。在判定为经过了超时时间的情况下，控制器9在步骤S17中，执行将发生错误的情况显示于未图示的显示部等指定的错误通知处理，进入步骤S12。
接着，参照图9的时序图说明由上述那样的控制器9控制的头部52的驱动。
首先，通过执行图8的步骤S1至步骤S4，在T0时刻头部52开始下降。在该时刻，通过执行步骤S3，Z轴驱动马达53的电流的上限值被设定为第一电流极限值LT1。此外，通过执行步骤S4，加速驱动用电流被供应给Z轴驱动马达53，头部52在加速的状态下开始下降。
在头部52达到指定速度而加速驱动结束时(T1时刻)，通过执行步骤S6，头部52的驱动被切换为定速驱动，并且上述的电流指令值Iin的上限值从第一电流极限值LT1被切换为第二电流极限值LT2。
因此，电流指令值Iin的上限值被切换为第二电流极限值LT2后，即使在受到Z轴驱动马达53的齿槽效应力、重力、弹簧56的力和摩擦力等外部干扰的影响的情况下，头部52也会根据下降位置被精细地控制，结果，随着该头部52的下降，吸嘴52a抵接元件4a(Th时刻的紧前的时期)。通过该抵接，头部52的变位被限制，从Th时刻起，Z轴驱动马达53的驱动电流I的值上升。在步骤S10的判定中，该上升通过控制器9比较驱动电流I的值与第二电流极限值LT2而检测出。此时，驱动电流I的值的上升受第二电流极限值LT2限制。
在经过理论PTP时间时(Th时刻)，在步骤S10中，比较该时刻的驱动电流I的值与作为阈值的第二电流极限值LT2。在驱动电流I的值达到阈值的情况下，头部52(Z轴驱动马达53)的驱动被停止后，被切换为上升驱动。另外，在第一实施方式中，由于吸嘴52a的远端到达比元件4a的上表面的高度位置稍靠下方的高度位置被设定为下降目标位置，所以头部52实际上在比下降目标位置高的位置抵接元件4a，其变位被限制。因此，通常，从经过理论PTP时间的Th时刻之前的时刻起，驱动电流I开始上升，在经过理论PTP时间的时刻即Th时刻，驱动电流I的值达到第二电流极限值LT2。
接着，参照图10，说明表面安装装置100的控制器9进行的损失电流ILs的测定处理的流程。
由用户进行运转开始的操作后，控制器9在步骤S31中，开始表面安装装置100的自动运转。另外，在以下的说明中，在该自动运转开始之前，由预先的实验或上次的测定而设定的损失电流ILs的保存值每隔指定的时间(例如隔30分钟)存储到存储部92中。此外，在该自动运转中的负荷电流I被设定为0。控制器9在步骤S32中，使电流测定计时器复位。此外，控制器9在步骤S33中，使印刷电路板3搬送到安装位置。此外，控制器9在步骤S34中，在元件4a安装到印刷电路板3上后，使印刷电路板3从安装位置搬出。
接着，控制器9在步骤S35中，判断电流测定计时器是否经过了指定时间(例如30分钟)。若未经过指定时间，则返回步骤S33。若经过了指定时间，则控制器9在步骤S36中，基于驱动电流检测部94所检测到的驱动电流I的值，运算损失电流ILs。换言之，控制器9每隔指定时间(例如30分钟)运算损失电流ILs。接着，控制器9比较存储于存储部92中的损失电流ILs的保存值与损失电流ILs的运算值。换言之，控制器9比较用于决定第二电流极限值LT2而现在使用的损失电流ILs的值与基于实际测定的驱动电流I而运算的损失电流ILs的值。
然后，控制器9在步骤S38中，判断损失电流ILs的保存值与运算值之差是否有指定的差以上。例如，控制器9判断损失电流ILs的运算值相对于保存值是否有保存值的10％以上的差。若没有指定的差以上的差，则返回步骤S32。若有指定的差以上的差，则控制器9在步骤S39中，将损失电流ILs的保存值与运算值之差是指定的差以上显示于未图示的显示部而通知用户。然后，控制器9在步骤S40中，判断是否接受了用户的损失电流ILs的更新操作。若没有接受更新操作，则返回步骤S32。若接受了更新操作，则控制器9在步骤S41中，更新损失电流ILs的保存值并将其存储于存储器92中。之后，返回步骤S32。
在第一实施方式中，驱动电流I的上限值针对每个运转区域而变更。控制器9被构成为，在执行负荷控制的运转区域中，通过电流指令值Iin的上限值被变更为与根据升降位置(Z方向位置)变动的损失电流ILs联动的第二电流极限值LT2，从而进行头部52的负荷控制。由此，因为能够使Z轴驱动马达53的驱动力根据头部52的升降位置而变动，以抵消随着头部52的升降位置的变动，Z轴驱动马达53的齿槽效应力、重力、弹簧56的力和摩擦力等外部干扰的影响，所以若是以往，即使是由于因马达的齿槽效应、齿轮偏心而产生的外部干扰的影响，所需的负荷电流ILd不足的运转区域，也能够供应考虑了损失电流ILs的量的充分的驱动电流I，能够高精度地进行头部52的负荷控制。特别是在对头部52施加低负荷的控制中，如图11所示，由于Z轴驱动马达53的齿槽效应力、重力、弹簧56的力和摩擦力等对负荷的影响相对增大，因此能够高精度地进行头部52的负荷控制的表面安装装置100效果良好。
此外，在第一实施方式中，由于控制器9构成为，根据与头部52的升降位置(Z方向位置)对应的Z轴驱动马达53的驱动力的损失量，可变地控制驱动电流I的上限值(第二电流极限值LT2)，从而进行头部52的负荷控制，由此能够根据由于头部52的升降位置而变动的Z轴驱动马达53的齿槽效应力和弹簧56的力等而引起的驱动力的损失量，可变地控制驱动电流I的上限值(第二电流极限值LT2)，使得引起损失量的Z轴驱动马达53的实际的驱动力成为指定的大小，因此，能够更高精度地进行头部52的负荷控制。
此外，在第一实施方式中，由于控制器9构成为，根据与头部52的升降位置对应的Z轴驱动马达53的驱动力的损失量，可变地控制驱动电流I的上限值(第二电流极限值LT2)，从而进行头部52的负荷控制，由此使得头部52的负荷与头部52的升降位置(Z方向位置)无关地成为指定的大小，从而能够使头部52的负荷与头部52的升降位置无关地容易地成为指定的大小，因此，能够使对高度不同的多种元件4a施加的负荷容易地成为指定的大小。
此外，在第一实施方式中，控制器9构成为，通过预先测定与头部52的升降位置(Z方向位置)对应的Z轴驱动马达53的驱动力的损失量并基于损失量的运算结果来进行头部52的负荷控制，由此，基于预先获得的运算结果而修正反馈量，因此能够更高精度地进行头部52的负荷控制。
此外，在第一实施方式中，由于控制器9构成为，基于存储于存储部92中的损失电流ILs的运算结果，设定该驱动电流的上限值，能够不针对头部52的每次升降进行测定，基于存储于存储部92中的损失电流ILs的运算结果，高精度地进行头部52的负荷控制。
此外，在第一实施方式中，由于控制器9构成为，在表面安装装置100运转中运算与头部52的升降位置(Z方向位置)对应的Z轴驱动马达53的驱动力的损失量，在表面安装装置100运转中的运算结果与存储于存储部92中的运算结果之差大于指定的量的情况下，将基于运算结果的通知告知用户，基于用户的操作而进行更新运算结果的控制，在表面安装装置100运转中，即使温度变化等而在同一位置损失量发生变化的情况下，也能够对应损失量的变化地高精度地进行头部52的负荷控制。
此外，在第一实施方式中，由于控制器9构成为，一边使头部52以一定的速度移动，一边运算与头部52的升降位置(Z方向位置)对应的Z轴驱动马达53的驱动力的损失量，头部52以一定的速度移动，因此，可以不考虑因头部52的加速度而引起的力。由此，能够容易地测定与头部52的升降位置对应的Z轴驱动马达53的驱动力的损失量。此外，因为能够运算仅使头部52以一定的速度移动的损失量，所以无需使用测定专用工具。此外，在表面安装装置100运转中能够容易地进行损失量的测定。
(第二实施方式)
接着，参照图12和图13，说明本发明的第二实施方式的表面安装装置100(参照图1)的结构。在该第二实施方式中，对与不切换头部52的下降速度的上述第一实施方式不同的、切换头部52的下降速度的结构进行说明。另外，第二实施方式所涉及的表面安装装置100的基本结构与第一实施方式通用。因此，在以下的说明中，仅详细地说明与第一实施方式的不同点。
在第二实施方式中，控制器9构成为，在头部52的下降中，切换其下降速度。具体而言，控制器9在图12的步骤S6中，将正方向的电流的上限值从第一电流极限值LT1切换为第二电流极限值LT2后，在步骤S19中，基于位置读取部96测得的检测位置，判断头部52是否到达了指定的速度切换位置(图13的Tr时刻)。在判断为未到达的情况下，控制器9在步骤S21中，使头部52的下降PTP移动继续，返回步骤S19。在头部52到达速度改变位置时，控制器9在步骤S20中，使头部16的下降速度切换为减速的减速驱动，进入步骤S7。
另外，第二实施方式的其他结构与上述第一实施方式同样。
如上述那样，在第二实施方式的结构中，也与上述第一实施方式同样，由于控制器9构成为，根据头部52的升降位置(Z方向位置)，可变地控制驱动电流I的上限值(第二电流极限值LT2)，而进行头部52的负荷控制，能够高精度地进行头部52的负荷控制。
并且，在第二实施方式中，如上述那样，因为头部52在到达下降端位置之前先降低下降速度，所以能够抑制头部52(吸嘴52a)抵接元件4a时大的冲击力作用于元件4a。由此，即使作为负荷控制的对象的电子元件是非常小型的元件，也能够抑制因头部52与元件4a的冲突而造成的元件4a的损伤等。
另外，第二实施方式的其他效果与上述第一实施方式同样。
另外，应该认为此次公开的实施方式在所有方面均为例示而非限制性的实施方式。本发明的范围不由上述实施方式的说明而由发明内容的范围所表示，且还包含与发明内容的范围等同的意思及范围内的所有变更。
例如，在上述第一和第二实施方式中，示出了将本发明应用于表面安装装置的例子，但本发明不限于此。只要是进行由马达驱动的头部的负荷控制的结构，也可以将发明应用于表面安装装置以外的装置。例如，也可以将发明应用于元件供应装置，或粘接剂、焊料等的分配器等。
此外，在上述第一和第二实施方式中，示出了作为控制部的控制器仅运算一次与头部的升降位置对应的作为马达的Z轴驱动马达的驱动力的损失量并将运算结果用于头部的负荷控制的例子，但本发明不限于此。在本发明中，控制器也可以多次运算与头部的升降位置对应的马达的驱动力的损失量并取得平均值，使用损失量的平均值来进行头部的负荷控制。如此，因为通过取得多次运算损失量的平均值，能够更准确地算出损失量，所以能够更高精度地进行头部的负荷控制。
此外，在上述第一和第二实施方式中，示出了以一连串地动作进行头部的下降驱动、负荷控制和上升驱动的例子，但本发明不限于此。在本发明中，也可以是与下降驱动和上升驱动相独立地进行头部的负荷控制的结构。
此外，在上述第一和第二实施方式中，示出了存储部包含于作为控制部的控制器中的结构的例子，但本发明不限于此。在本发明中，也可以与控制部分开地设置存储部。换言之，存储部也可以是控制器9的辅助存储装置。
此外，在上述第一和第二实施方式中，示出了在表面安装装置运转中的作为马达的Z轴驱动马达的损失量的运算结果与存储于存储部中的运算结果之差大于指定的差(量)的情况下，基于运算结果通知用户，基于用户的操作而进行更新运算结果的控制的结构的例子，但本发明不限于此。在本发明中，在表面安装装置运转中的运算结果与存储于存储部中的运算结果之差大于指定的量的情况下，只要进行更新运算结果的控制和基于运算结果通知用户的控制中的至少一种控制即可。
此外，在上述第一和第二实施方式中，为便于说明而使用依照处理流程依序处理控制器(控制部)的处理动作的流程驱动型的流程图进行了说明，但本发明不限定于此。在本发明中，也可以通过按事件单位执行处理的事件驱动型(event driven type)的处理进行控制部的处理动作。此时，既可完全按事件驱动型进行处理，也可组合事件驱动及流程驱动进行处理。

Claims (8)

1.一种表面安装装置，其特征在于包括：
元件安装用头部；
马达，驱动所述头部升降；
控制部，控制供应给所述马达的驱动电流，以便控制所述头部给予元件的负荷；其中，
所述控制部将用于对所述头部给予元件的负荷进行控制的所述驱动电流的上限值可变地控制为反映因所述头部的升降位置而不同的损失电流的特性的值，从而进行所述头部的负荷控制。
2.根据权利要求1所述的表面安装装置，其特征在于：
所述控制部以使所述负荷与所述头部的升降位置无关地为一定的方式，根据与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，可变地控制所述驱动电流的上限值，从而进行所述头部的负荷控制。
3.根据权利要求1所述的表面安装装置，其特征在于：
所述控制部预先运算与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，基于所述损失量的运算结果，设定所述驱动电流的上限值。
4.根据权利要求3所述的表面安装装置，其特征在于还包括：
存储部，存储所述运算结果；其中，
所述控制部基于存储于所述存储部的所述运算结果，设定所述驱动电流的上限值。
5.一种表面安装装置，其特征在于包括：
元件安装用头部；
马达，驱动所述头部升降；及
控制部，控制供应给所述马达的驱动电流，以便控制所述头部给予元件的负荷；
所述控制部根据所述头部的升降位置可变地控制用于对所述头部给予元件的负荷进行控制的所述驱动电流的上限值，从而进行所述头部的负荷控制，
所述控制部根据与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，可变地控制所述驱动电流的上限值，从而进行所述头部的负荷控制，
所述控制部以使所述负荷与所述头部的升降位置无关地为一定的方式，根据与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，可变地控制所述驱动电流的上限值，从而进行所述头部的负荷控制，
所述控制部预先运算与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，基于所述损失量的运算结果，设定所述驱动电流的上限值，
所述表面安装装置还包括存储所述运算结果的存储部，
所述控制部基于存储于所述存储部的所述运算结果，设定所述驱动电流的上限值，
所述控制部运算所述表面安装装置运转中与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量，在所述表面安装装置运转中的所述运算结果与存储于所述存储部的所述运算结果之差大于指定的量的情况下，进行更新所述运算结果的控制和将所述运算结果通知用户的控制中的至少一种控制。
6.根据权利要求3所述的表面安装装置，其特征在于：
所述控制部在使所述头部以一定的速度移动的情况下运算与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量。
7.根据权利要求3所述的表面安装装置，其特征在于：
所述控制部通过多次运算与所述头部的升降位置对应的所述马达的驱动力的损失量来取得平均值，并且基于所述损失量的平均值，设定所述驱动电流的上限值。
8.一种头部驱动控制方法，其特征在于包括以下步骤：
根据头部的升降位置而将供应给马达的驱动电流的上限值可变地控制为反映因所述头部的升降位置而不同的损失电流的特性的值，从而进行所述头部的负荷控制。
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