CN103703877A - 生产机械 - Google Patents

Abstract

通过由低频带信号提取滤波器（16）从可动体（11）的前端部（11a）与加压对象物（14）发生碰撞时的压电元件（15）的输出信号（冲击力的检测信号）提取低频带的信号成分，而提取向可动体（11）的前端部（11a）施加的冲击力的大小，并由反馈控制部（17）进行反馈控制使得促动器（13）的驱动力（可动体（11）对加压对象物（14）的加压力）与加压力指令一致。而且，由缓冲控制部（19）基于由高频带信号提取滤波器（18）从压电元件（15）的输出信号（冲击力的检测信号）提取的高频带的信号成分来对压电元件（15）的驱动电压进行控制，以缓解可动体（11）的前端部（11a）与加压对象物（14）发生碰撞时的冲击力。

Description

生产机械

技术领域

本发明涉及一种具备如下功能的生产机械：利用促动器使可动体移动至与加压对象物发生碰撞为止，并控制该可动体对该加压对象物的加压力。

背景技术

例如，在元件安装机中，在向吸嘴吸附元件并将该元件安装于电路基板上时，由吸嘴将元件轻轻地加压并安装于电路基板。在这种情况下，为了提高生产率，需要使吸嘴（安装头）的驱动速度高速化，但越进行高速化，则吸附于吸嘴的元件与电路基板发生碰撞时的冲击力越大，元件有可能损伤，因此需要缓解冲击力。

另外，在将压入（插入）元件压入（插入）于孔的元件组装机中，当使保持压入（插入）元件并将其压入（插入）于孔的组装头的驱动速度高速化时，压入元件与孔的周缘发生碰撞时的冲击力也变大，压入元件、孔的周缘部有可能损伤，因此需要缓解冲击力。

通常而言，在缓解冲击力的情况下，如专利文献1（日本特开2004-338067号公报）、专利文献2（日本特开平7-249896号公报）中记载的那样，设有缓解冲击力的吸震器、缓冲器部件的结构比较多。

专利文献1：日本特开2004-338067号公报

专利文献2：日本特开平7-249896号公报

发明内容

但是，如上述专利文献1、2那样，在通过吸震器、缓冲器部件来缓解冲击力的方法中，直到冲击力缓解至容许值以下为止，可能会耗费一定的时间或产生共振，驱动速度的高速化存在极限。

因此，本发明人研究了使用促动器来缓解冲击力的系统，但存在如下问题：由于冲击力的振动为高频振动，因此控制的处理无法追随于高频振动，不仅无法高响应地缓解冲击力，而且由于冲击力的影响，可动体对加压对象物的加压力也不稳定。

因此，本发明要解决的课题在于提供一种生产机械，能够高响应地缓解可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力并使可动体对加压对象物的加压力稳定。

为了解决上述课题，本发明是一种具备如下功能的生产机械：利用促动器使可动体移动至与加压对象物发生碰撞为止，并控制该可动体对该加压对象物的加压力，上述生产机械具备：缓冲促动器，用于缓解上述可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力；冲击力检测单元，对上述可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力进行检测；低频带信号提取单元，从上述冲击力检测单元的输出信号提取低频带的信号成分；驱动力反馈控制单元，对上述主促动器的驱动力进行控制，以使由上述低频信号提取单元提取的低频带的信号成分与加压力指令之间的偏差变小；高频带信号提取单元，从上述冲击力检测单元的输出信号提取高频带的信号成分；及缓冲控制单元，基于由上述高频信号提取单元提取的高频带的信号成分来对上述缓冲促动器的驱动力进行控制，以缓解上述可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力。

根据该结构，由冲击力检测单元对可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力进行检测，由低频带信号提取单元从冲击力检测单元的输出信号进行提取，由驱动力反馈控制单元对促动器的驱动力进行控制使得所提取的低频带的信号成分与加压力指令之间的偏差变小。即，通过从冲击力检测单元的输出信号提取低频带的信号成分而提取冲击力的大小，并进行反馈控制使得促动器13的驱动力（可动体对加压对象物的加压力）与加压力指令一致。与此同时，基于由高频带信号提取单元从冲击力检测单元的输出信号提取的高频带的信号成分，对缓冲促动器的驱动力进行控制以缓解冲击力，从而能够高响应地缓解可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力并使可动体对加压对象物的加压力稳定。

在这种情况下，缓冲促动器及冲击力检测单元也可以由一个压电元件构成。若利用一个压电元件的压电效应与反压电效应，则具有如下优点：将一个压电元件用作自感知促动器，而能够以一个压电元件来实现缓冲促动器与冲击力检测单元这两者的功能，也能够实现低成本化及省空间化。

或者，也可以分别由不同的压电元件构成缓冲促动器及冲击力检测单元，并沿可动体的驱动方向以直列式设置，在构成上述冲击力检测单元的压电元件检测出因与加压对象物发生碰撞所引起的应变的瞬间，对该压电元件的驱动电压进行控制，以使构成上述缓冲促动器的压电元件向与应变方向相反的方向发生变形。

或者，也可以分别由不同的压电元件构成缓冲促动器及冲击力检测单元，并且在构成上述缓冲促动器的压电元件安装有配衡质量，在构成上述冲击力检测单元的压电元件检测出因与加压对象物发生碰撞所引起的应变的瞬间，对构成上述缓冲促动器的压电元件的驱动电压进行控制，以使上述配衡质量向缓解冲击力的方向移动。

此外，在上述发明中，可以设成省略低频带信号提取单元、高频信号提取单元及驱动力反馈控制单元的结构，也可以设成与技术方案1的发明同样地具备低频带信号提取单元、高频信号提取单元及驱动力反馈控制单元的结构。

另外，也可以设成如下结构，具备：位置控制单元，执行基于位置指令来驱动促动器而对可动体的位置进行控制的位置控制；加压力控制单元，执行如下的加压力控制，对上述促动器进行控制，以使上述可动体对上述加压对象物的加压力与加压力指令一致；碰撞检测单元，对上述可动体与加压对象物发生碰撞这一情况进行检测；及控制方式切换单元，在由上述碰撞检测单元检测出上述可动体的碰撞之前执行由上述位置控制单元进行的位置控制，在由上述碰撞检测单元检测出上述可动体的碰撞之后执行由上述驱动力控制单元进行的加压力控制。

根据该结构，在通过位置控制而可动体与加压对象物发生碰撞的瞬间，能够从位置控制切换成加压力控制，因此能够通过位置控制使可动体的驱动速度高速化，并且在碰撞之后通过加压力控制有效地缓解冲击力，并使可动体对加压对象物的加压力稳定。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1的生产机械的控制系统的结构的框图。

图2是表示本发明的实施例2的生产机械的控制系统的结构的框图。

图3是表示本发明的实施例3的生产机械的控制系统的结构的框图。

图4是表示本发明的实施例4的生产机械的控制系统的结构的框图。

具体实施方式

以下，说明将用于实施本发明的方式具体化而得到的几个实施例。

实施例1

基于图1，说明本发明的实施例1。

本实施例1的生产机械是例如元件安装机、元件装配机等，在元件安装机的情况下，在向吸嘴吸附元件并将该元件安装于电路基板上时，由本实施例1的控制系统对利用吸嘴将元件轻轻地加压并安装于电路基板的动作进行控制。在元件装配机的情况下，由本实施例1的控制系统对保持压入（插入）元件并将其压入（插入）于孔的动作进行控制。

生产机械的可动体11以能够滑动的方式支撑于轴12，并由促动器13来驱动。驱动可动体11的促动器13由伺服电动机、步进电动机等电动机及线性电动机等构成。在可动体11的移动方向的规定位置设置有加压对象物14。

在可动体11，在施加可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的冲击力的位置安装有压电元件15。该压电元件15作为用于缓解可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的冲击力的缓冲促动器来发挥功能，并且也作为对可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的冲击力进行检测的冲击力检测单元而发挥功能。即，压电元件15作为通过利用压电效应与反压电效应来实现缓冲促动器与冲击力检测单元这两者的功能的自感知促动器而使用。

在促动器13的驱动控制系统中设有：低频带信号提取滤波器16（低频带信号提取单元），从可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的压电元件15的输出信号（冲击力的检测信号）提取低频带的信号成分；及反馈控制部17（驱动力反馈控制单元），对促动器13的驱动力（可动体11对加压对象物14的加压力）进行反馈控制使得由该低频带信号提取滤波器16提取的低频带的信号成分与加压力指令之间的偏差变小。通过由低频带信号提取滤波器16从压电元件15的输出信号（冲击力的检测信号）提取低频带的信号成分，而提取向可动体11的前端部11a施加的冲击力的大小，并由反馈控制部17进行反馈控制使得促动器13的驱动力（可动体11对加压对象物14的加压力）与加压力指令一致。

另一方面，在构成缓冲促动器的压电元件15的驱动控制系统中设有：高频带信号提取滤波器18（高频带信号提取单元），从可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的压电元件15的输出信号（冲击力的检测信号）提取高频带的信号成分；及缓冲控制部19（缓冲控制单元），基于由该高频带信号提取滤波器18提取的高频带的信号成分来对压电元件15的驱动电压（缓冲促动器的驱动力）进行控制，以缓解可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的冲击力。

缓冲控制部19以通过生成与由高频带信号提取滤波器18提取的高频带的信号成分呈相反相位的波形的驱动信号并利用该驱动信号使压电元件15的驱动电压变化来缓解向可动体11的前端部11a施加的冲击力的方式使压电元件15的驱动电压变化，而缓解向可动体11的前端部11a施加的冲击力。该缓冲控制部19也可以由数字电路构成，但由于压电元件15的振动频率高，因此在数字处理无法充分地追随于振动频率的情况下，由模拟电路构成即可。

在以上说明的本实施例1中，通过由低频带信号提取滤波器16从可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的压电元件15的输出信号（冲击力的检测信号）提取低频带的信号成分，而提取向可动体11的前端部11a施加的冲击力的大小，并由反馈控制部17进行反馈控制使得促动器13的驱动力（可动体11对加压对象物14的加压力）与加压力指令一致，并且由缓冲控制部19基于由高频带信号提取滤波器18从压电元件15的输出信号（冲击力的检测信号）提取的高频带的信号成分来对压电元件15的驱动电压（缓冲促动器的驱动力）进行控制，以缓解可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的冲击力，因此能够高响应地缓解可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的冲击力，并使可动体11对加压对象物14的加压力稳定。

而且，在本实施例1中，由一个压电元件15来实现缓冲促动器与冲击力检测单元这两者的功能，因此具有还能够实现低成本化及省空间化的优点。

实施例2

在上述实施例1中，构成为由一个压电元件15来实现缓冲促动器与冲击力检测单元这两者的功能，但在图2中所示的本发明的实施例2中，在可动体11的前端部11a沿可动体11的驱动方向以直列式设置：缓冲用的压电元件21，构成用于缓解与加压对象物14发生碰撞时的冲击力的缓冲促动器；及冲击力检测用的压电元件22，构成对与加压对象物14发生碰撞时的冲击力进行检测的冲击力检测单元，在冲击力检测用的压电元件22检测出因与加压对象物14发生碰撞所引起的应变的瞬间，对该压电元件21的驱动电压进行控制使得缓冲用的压电元件21向与应变方向相反的方向发生变形。

为了实现该控制，缓冲用的压电元件21的驱动控制系统由高频带信号提取滤波器18（高频带信号提取单元）和缓冲控制部19（缓冲控制单元）构成即可，其中上述高频带信号提取滤波器18从可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的冲击力检测用的压电元件22的输出信号（冲击力的检测信号）提取高频带的信号成分，上述缓冲控制部19基于由该高频带信号提取滤波器18提取的高频带的信号成分来对缓冲用的压电元件21的驱动电压进行控制，以缓解可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的冲击力。其他事项与上述实施例1相同，对相同部分标注相同附图标记并省略说明。

实施例3

在图3中所示的本发明的实施例3中，在可动体11的前端部11a仅设置构成对与加压对象物14发生碰撞时的冲击力进行检测的冲击力检测单元的冲击力检测用的压电元件23，构成用于缓解可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的冲击力的缓冲促动器的缓冲用的压电元件24以位于可动体11的前端部11a的周围的方式安装于可动体11，在该缓冲用的压电元件24安装有配衡质量25。缓冲用的压电元件24与配衡质量25可以分别形成为环状，也可以为多个，总之，设成配衡质量25的载荷相对于可动体11的中心线均匀地作用于可动体11即可。

在本实施例3中，在冲击力检测用的压电元件23检测出因与加压对象物14发生碰撞所引起的应变的瞬间，对缓冲用的压电元件24的驱动电压进行控制使得配衡质量25向缓解冲击力的方向移动。

为了实现该控制，缓冲用的压电元件23的驱动控制系统由高频带信号提取滤波器18（高频带信号提取单元）和缓冲控制部19（缓冲控制单元）构成即可，其中上述高频带信号提取滤波器18从可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的冲击力检测用的压电元件23的输出信号（冲击力的检测信号）提取高频带的信号成分，上述缓冲控制部19基于由该高频带信号提取滤波器18提取的高频带的信号成分来对缓冲用的压电元件24的驱动电压进行控制，以缓解可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞时的冲击力。其他事项与上述实施例1相同，对相同部分标注相同附图标记并省略说明。

实施例4

在图4中所示的本发明的实施例4中，在驱动可动体11的促动器13的驱动控制系统中设有：位置控制部31（位置控制单元），执行基于位置指令来驱动促动器13而对可动体11的位置进行控制的位置控制；加压力控制部32（加压力控制单元），执行对促动器13进行控制使得可动体11对加压对象物14的加压力与加压力指令一致的加压力控制；及控制方式切换部33（控制方式切换单元），在由位置控制部31进行的位置控制与由加压力控制部32进行的加压力控制之间切换促动器13的控制方式。

在可动体11设有构成对可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞这一情况进行检测的碰撞检测单元的碰撞检测用的压电元件34，将该压电元件34的输出信号输入给碰撞检测部35。在可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞而使压电元件34的输出信号发生变化的瞬间，从碰撞检测部35向控制方式切换部33输出碰撞检测信号。在从碰撞检测部35输出碰撞检测信号之前（检测出碰撞之前），控制方式切换部33维持成向促动器13输出位置控制部31的位置控制信号的状态，并驱动促动器13使得可动体11的位置与位置指令一致，在从碰撞检测部35输出碰撞检测信号的瞬间（检测出碰撞的瞬间），控制方式切换部33切换成向促动器13输出加压力控制部32的加压力控制信号的状态，并驱动促动器13使得可动体11对加压对象物14的加压力与加压力指令一致。

根据以上说明的本实施例4，在通过位置控制而可动体11的前端部11a与加压对象物14发生碰撞的瞬间，能够从位置控制切换成加压力控制，因此能够通过位置控制使可动体11的驱动速度高速化，并且在碰撞后通过加压力控制有效地缓解冲击力，而使可动体11对加压对象物14的加压力稳定。

此外，上述实施例4也可以与上述的实施例1～3中的任一个组合而实施。

除此之外，无需说明，本发明也可以对可动体11的结构等进行适当变更而实施等，能够在不脱离主旨的范围内进行各种变更而实施。

附图标记说明

11  可动体

13  促动器

14  加压对象物

15  压电元件（缓冲促动器、冲击力检测单元）

16  低频带信号提取滤波器（低频带信号提取单元）

17  反馈控制部（驱动力反馈控制单元）

18  高频带信号提取滤波器（高频带信号提取单元）

19  缓冲控制部（缓冲控制单元）

21  缓冲用的压电元件（缓冲促动器）

22  冲击力检测用的压电元件（冲击力检测单元）

23  冲击力检测用的压电元件（冲击力检测单元）

24  缓冲用的压电元件（缓冲促动器）

25  配衡质量

31  位置控制部（位置控制单元）

32  加压力控制部（加压力控制单元）

33  控制方式切换部（控制方式切换单元）

34  碰撞检测用的压电元件（碰撞检测单元）

35  碰撞检测部

Claims (5)

1.一种生产机械，具备如下功能：利用促动器使可动体移动至与加压对象物发生碰撞为止，并控制所述可动体对所述加压对象物的加压力，所述生产机械的特征在于，具备：

缓冲促动器，用于缓解所述可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力；

冲击力检测单元，对所述可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力进行检测；

低频带信号提取单元，从所述冲击力检测单元的输出信号提取低频带的信号成分；

驱动力反馈控制单元，对所述主促动器的驱动力进行控制，以使由所述低频信号提取单元提取的低频带的信号成分与加压力指令之间的偏差变小；

高频带信号提取单元，从所述冲击力检测单元的输出信号提取高频带的信号成分；及

缓冲控制单元，基于由所述高频信号提取单元提取的高频带的信号成分来对所述缓冲促动器的驱动力进行控制，以缓解所述可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力。

2.根据权利要求1所述的生产机械，其特征在于，

所述缓冲促动器及所述冲击力检测单元由一个压电元件构成。

3.一种生产机械，具备如下功能：利用促动器使可动体移动至与加压对象物发生碰撞为止，并控制所述可动体对所述加压对象物的加压力，所述生产机械的特征在于，具备：

缓冲促动器，用于缓解所述可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力；

冲击力检测单元，对所述可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力进行检测；及

缓冲控制单元，对所述缓冲促动器的驱动力进行控制，以缓解所述可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力，

所述缓冲促动器及所述冲击力检测单元分别由不同的压电元件构成，并且沿所述可动体的驱动方向以直列式设置，

在构成所述冲击力检测单元的压电元件检测出因与加压对象物发生碰撞所引起的应变的瞬间，所述缓冲控制单元对所述压电元件的驱动电压进行控制，以使构成所述缓冲促动器的压电元件向与所述应变的方向相反的方向发生变形。

4.一种生产机械，具备如下功能：利用促动器使可动体移动至与加压对象物发生碰撞为止，并控制所述可动体对所述加压对象物的加压力，所述生产机械的特征在于，具备：

缓冲促动器，用于缓解所述可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力；

冲击力检测单元，对所述可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力进行检测；及

缓冲控制单元，对所述缓冲促动器的驱动力进行控制，以缓解所述可动体与加压对象物发生碰撞时的冲击力，

所述缓冲促动器及所述冲击力检测单元分别由不同的压电元件构成，并且在构成所述缓冲促动器的压电元件安装有配衡质量，

在构成所述冲击力检测单元的压电元件检测出因与加压对象物发生碰撞所引起的应变的瞬间，所述缓冲控制单元对构成所述缓冲促动器的压电元件的驱动电压进行控制，以使所述配衡质量向缓解冲击力的方向移动。

5.一种生产机械，具备如下功能：利用促动器使可动体移动至与加压对象物发生碰撞为止，并控制所述可动体对所述加压对象物的加压力，所述生产机械的特征在于，具备：

位置控制单元，执行基于位置指令来驱动所述促动器而对所述可动体的位置进行控制的位置控制；

加压力控制单元，执行如下的加压力控制，对所述促动器进行控制，以使所述可动体对所述加压对象物的加压力与加压力指令一致；

碰撞检测单元，对所述可动体与加压对象物发生碰撞这一情况进行检测；及

控制方式切换单元，在由所述碰撞检测单元检测出所述可动体的碰撞之前执行由所述位置控制单元进行的位置控制，在由所述碰撞检测单元检测出所述可动体的碰撞之后执行由所述驱动力控制单元进行的加压力控制。

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