CN106537762B - 线性电动机装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

线性电动机装置具备：动子连动且向同一方向移动的第一线性电动机及第二线性电动机；使所述第一线性电动机产生推力而经由所述动子向加压对象物施加载荷的第一控制部；控制所述第二线性电动机所产生的推力的第二控制部，所述第二控制部在所述第一控制部向所述加压对象物施加载荷的情况下，使所述第二线性电动机产生抵消对所述动子产生的外力的推力。

Description

线性电动机装置及控制方法

技术领域

本发明涉及线性电动机装置及控制方法。

本申请基于2014年7月25日在日本申请的特愿2014-151819号及2015年6月24日在日本申请的特愿2015-126447号而主张优先权，并将它们的内容援引于此。

背景技术

在将电子部件等工件向基板安装的安装装置或者对作为被加工对象的工件进行加工的工作装置等中，使用线性电动机来作为将与工件接触或接近的头部分沿着铅垂方向驱动的机构。在这样的安装装置或工作装置中，通过使线性电动机所产生的推力增减，由此来控制将头部分向工件按压时对工件施加的载荷。由于在沿着铅垂方向运动的头部分上作用有因重力而产生的铅垂向下的外力，因此需要在控制线性电动机的推力时考虑头部分的重量来进行控制。为了容易地进行考虑了头部分的重量的控制，已知有使用与头部分的重量相应的平衡重的技术(专利文献1)。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开平08-309620号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

然而，在像专利文献1所记载的技术那样使用了平衡重的情况下，会导致将头部分沿着铅垂方向驱动的线性电动机的推力产生损失，因此存在使头部分移动时的速度受到限制的问题。

本发明的技术方案是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供能够在抑制驱动的线性电动机的推力损失的同时容易地进行推力控制的线性电动机装置及控制方法。

【用于解决课题的技术方案】

本发明的第一技术方案所涉及的线性电动机装置具备：动子连动且向同一方向移动的第一线性电动机及第二线性电动机；使所述第一线性电动机产生推力而经由所述动子向加压对象物施加载荷的第一控制部；控制所述第二线性电动机所产生的推力的第二控制部，所述线性电动机装置的特征在于，所述第二控制部在所述第一控制部向所述加压对象物施加载荷的情况下，使所述第二线性电动机产生与因重力而对所述动子产生的力反向的推力，所述第一控制部控制为以所述线性电动机装置的自重以下的载荷按压所述加压对象物。

另外，本发明的第二技术方案所涉及的控制方法是线性电动机装置的控制方法，所述线性电动机装置具备：动子连动且向同一方向移动的第一线性电动机及第二线性电动机；使所述第一线性电动机产生推力而经由所述动子向加压对象物施加载荷的第一控制部；控制所述第二线性电动机所产生的推力的第二控制部，所述控制方法的特征在于，包括：第一步骤，在所述第一步骤中，所述第二控制部在所述第一控制部向所述加压对象物施加载荷的情况下，使所述第二线性电动机产生与因重力而对所述动子产生的力反向的推力；以及第二步骤，在所述第二步骤中，所述第一控制部控制为以所述线性电动机装置的自重以下的载荷按压所述加压对象物。

【发明效果】

根据本发明的技术方案，在使第一线性电动机产生向加压对象物施加载荷的推力时，使第二线性电动机产生抵消作用于可动部分的外力，由此在对第一线性电动机的控制中无需考虑作用于可动部分的外力，能够容易地进行对第一线性电动机的控制。另外，在不向加压对象物施加载荷的情况下，使第二线性电动机产生与第一线性电动机所产生的推力相同方向的推力，由此能够抑制不向加压对象物施加载荷的情况下的第一线性电动机的推力损失。

附图说明

图1是表示适用了本实施方式中的线性电动机装置的工作装置的结构的框图。

图2是本实施方式中的线性电动机的立体图(局部剖视图)。

图3是表示本实施方式中的由线圈架保持的线圈单元的立体图。

图4是表示本实施方式中的各线性电动机的磁铁与线圈的位置关系的图。

图5是表示本实施方式中的主控制部的结构的框图。

图6是表示本实施方式中的工作装置1最初按压工件时的主控制部所进行的控制的流程图。

图7是表示本实施方式中的主控制部使用更新后的FL模式开始位置来进行的控制的流程图。

图8是表示本实施方式中的辅助控制部的结构的框图。

图9是表示本实施方式中的工作装置按压工件时的辅助控制部所进行的控制的流程图。

图10是表示图7示出的主控制部所进行的从步骤S202至步骤S209的处理中的速度、电流及动作完成信号的变化的波形图。

图11是表示图7示出的主控制部所进行的从步骤S212至步骤S217的处理中的速度、电流及动作完成信号的变化的波形图。

图12是表示利用主控制部与辅助控制部的电流分辨率之差来进行的推力控制的一例的图。

图13是表示适用了第二实施方式中的线性电动机装置的工作装置的结构的框图。

图14是表示将两个线性电动机各自的线圈交替配置的一例的图。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，参照附图对本发明的各实施方式中的线性电动机装置及控制方法进行说明。图1是表示适用了第一实施方式中的线性电动机装置的工作装置1的结构的框图。工作装置1具备：包括作为第一线性电动机的线性电动机10A、10B以及作为第二线性电动机的线性电动机10C的多个线性电动机10；将各线性电动机10的动子即杆101连结的连结板12；安装在连结板12上的加压体11；供各线性电动机10安装的基板13；控制线性电动机10A、10B的驱动的作为第一控制部的主控制部20；控制线性电动机10C的驱动的作为第二控制部的辅助控制部40。各线性电动机10的杆101通过固定在连结板上而连动动作，各线性电动机10的杆101同时向相同方向移动相同距离。

工作装置1驱动各线性电动机10而使安装在连结板12上的加压体11沿着铅垂方向移动，将作为加压对象物的工件33(例如电子部件)按压到印制布线基板31上。由此，工作装置1将工件33经由粘接剂32安装到印制布线基板31的规定的部位。

图2是第一实施方式中的线性电动机的立体图(局部剖视图)。各线性电动机10构成为，杆101相对于线圈收容壳体102沿着轴线方向移动。

在线圈收容壳体102内层叠(排列)有由线圈架105保持的多个线圈104。在线圈收容壳体102的两端面分别安装有端盖109。在端盖109上安装有对杆101的直线运动进行引导的作为轴支承件的衬套108。

杆101由例如不锈钢等非磁性材料构成，像管那样具有中空的空间。圆柱状的多个磁铁103(扇形磁铁)以同级相互对置的方式层叠在杆101的中空空间内。即，各磁铁103以N极与相邻的磁铁103中的一方磁体的N极相互对置、且S极与相邻的磁铁103中的另一方磁体的S极相互对置的方式层叠。在磁铁103之间夹设有例如由铁等磁性体构成的极靴107(磁极块)。杆101在层叠的线圈104内贯穿，并且被支承为能够在线圈收容壳体102内沿着轴线方向移动。

图3是表示第一实施方式中的由线圈架105保持的线圈单元的立体图。如该图所示，线圈104通过将铜线呈螺旋状卷绕而成，且保持于线圈架105。即，多个线圈104通过以杆101的磁铁103排列的方向为中心沿着杆101的外周卷绕铜线而成，各线圈104沿着与磁铁103排列的方向相同的方向排列。由于需要使相邻的线圈104绝缘，因此在线圈104之间夹设有环状的树脂制间隔件105a。在线圈架105上设置有印制基板106。线圈104的绕组的端部104a与印制基板106连接。

在第一实施方式中，通过将线圈104及线圈架105安置在模具中并将熔融的树脂或特殊陶瓷注入模具内这样的镶嵌成形，而将线圈收容壳体102与线圈104一体地成形。如图2所示，在线圈收容壳体102内为了提高线圈104的散热性而形成有多个散热片102a。需要说明的是，也可以将由线圈架105保持的线圈104收纳在铝制的线圈收容壳体102内，并将线圈104与线圈收容壳体102之间的间隙用粘接剂填埋，从而将线圈104及线圈架105固定于线圈收容壳体102。

图4是表示第一实施方式中的各线性电动机10的磁铁103与线圈104的位置关系的图。圆柱状的多个磁铁103(扇形磁铁)以同极相互对置的方式排列在杆101内的中空空间内。线圈104三个三个地成为由U·V·W相构成的一组三相线圈。将一组三相线圈组合多个，来构成线圈单元。当在分成U·V·W相这三相的多个线圈104中流过相位错开120°的三相电流时，产生沿着线圈104的轴线方向移动的移动磁场。杆101在作为驱动用磁体的各磁铁103所产生的磁场及移动磁场的作用下获得推力，与移动磁场的速度同步地相对于线圈104相对地进行直线运动。

如图2所示，在作为磁传感器收容壳体的端盖109中的一方端盖上安装有用于检测杆101的位置的磁传感器112。磁传感器112与杆101隔开规定的间隙配置，用于检测因杆101的直线运动而导致的在杆101内层叠的各磁铁103所产生的磁场的方向(磁向量的方向)的变化。需要说明的是，在第一实施方式中，说明了在多个线性电动机10A、10B及10C中，线性电动机10C具有磁传感器112而线性电动机1OA、10B不具有磁传感器112的情况。磁传感器112根据检测出的磁场的方向，输出相位错开90度的正弦波状的两个信号(正弦波信号及余弦波信号)。磁传感器112作为输出与杆101的移动量相应的两个信号的增量式编码器而发挥功能。

图5是表示第一实施方式中的主控制部20的结构的框图。主控制部20对线性电动机10A、10B进行控制。另外，主控制部20将线性电动机10C的磁传感器112输出的信号经由辅助控制部40而输入。主控制部20具备位置控制部201、开关部202、速度控制部203、开关部204、电流控制部205、电力转换器206、变流器(Current Transformer；CT)207、速度算出部208、位置算出部209、速度切换位置确定部210、位置判定部211、完成信号生成部212、电角修正部213及电流指示生成部214。以下，说明将使杆101移动至最上侧时的加压体11的位置设为成为加压体11的基准位置的原点的情况。另外，线性电动机10A、10B及10C各自的电角始终一致且同步地变化。

位置控制部201根据自外部输入的位置指令以及表示线性电动机10A、10B的杆101的位置的信息，来算出速度指令。表示线性电动机10A、10B的杆101的位置的信息由位置算出部209算出。位置控制部201预先存储第一速度(FL1SPD)、第二速度(FL2SPD)、第三速度(FL3SPD)及第四速度(FL4SPD)。位置控制部201输出基于第一速度～第四速度的四个速度指令(第一速度指令、第二速度指令、第三速度指令及第四速度指令)。开关部202根据位置判定部211的控制来选择位置控制部201所输出的四个速度指令中的任一个。开关部202将选择出的速度指令向速度控制部203输出。

第一速度指令是表示杆101从预先设定的原点至安装在杆101的一端的加压体11到达工件33的附近(FL(Force Limit)模式开始位置)为止移动时的杆101所移动的速度的指令。在第一速度指令中，使杆101移动的速度的上限值作为第一速度(FL1SPD)而被预先设定。例如，将线性电动机10A、10B使杆101移动时的最高速度设为第一速度(FL1SPD)。

第二速度指令是表示加压体11从工件33的附近至与工件33接触为止移动时的杆101所移动的速度的指令。在第二速度指令中，使杆101移动的速度作为第二速度(FL2SPD)而被预先设定。第二速度(FL2SPD)是比第一速度(FL1SPD)慢的速度，在加压体11与工件33接触时，第二速度(FL2SPD)设定为对工件33施加一定以下的压力的速度。

第三速度指令是表示在将加压体11压抵到工件33上而将工件33安装于印制布线基板31之后，使杆101及加压体11向远离工件33的方向移动时的速度的指令。在第三速度指令中，使杆101移动的速度作为第三速度(FL3PSD)而被预先设定。即，第三速度指令是使杆101及加压体11朝向原点移动时使用的指令。

第四速度指令是表示在将加压体11压抵到工件33上而将工件33安装于印制布线基板31后，使杆101朝向原点移动时的速度的指令。在第四速度指令中，使杆101移动的速度的上限值作为第四速度(FL4SPD)而被预先设定。

另外，第四速度(FL4SPD)设定为比第三速度(FL3SPD)快的速度。例如，与第一速度(FL1SPD)同样地将第四速度(FL4SPD)设为线性电动机10A、10B使杆101移动时的最高速度。

向速度控制部203输入开关部202所选择的速度指令以及表示线性电动机10A、10B的杆101移动的速度的速度信息。速度信息由速度算出部208算出。速度控制部203根据速度指令所表示的速度与速度信息所表示的速度的偏差，来算出用于使杆101进行移动的速度成为速度指令所表示的速度的电流值。

另外，速度控制部203输出算出的电流值来作为非限制电流指令，并且输出使预先设定的电流限制值(FL2I)成为上限值的作为电流指令的限制电流指令。在算出的电流值小于电流限制值(FL2I)的情况下，非限制电流指令和限制电流指令表示相同的电流值。另一方面，在算出的电流值为电流限制值(FL2I)以上的情况下，非限制电流指令表示算出的电流值，限制电流指令表示电流限制值(FL2I)。电流限制值(FL2I)根据各线性电动机10的推力、以及将工件33向印制布线基板31安装时按压工件33的力而被预先设定。开关部204根据位置判定部211的控制，来选择速度控制部203所输出的限制电流指令和非限制电流指令中的任一方的电流指令。开关部204将选择出的电流指令向电流控制部205及电流指示生成部214输出。

电流控制部205根据开关部204选择出的电流指令、以及变流器207测定出的流过线性电动机10A、10B的电流值，来算出使选择出的电流指令与测定出的电流值的偏差减小的电压指令。电力转换器206根据从电角修正部213输入的电角以及电流控制部205算出的电压指令，来对线性电动机10A、10B的U、V及W相的各线圈104施加电压。电力转换器206以使在输入的电角中获得最大的推力的方式对U、V及W相的各线圈104施加电压。变流器207安装在将电力转换器206与线性电动机10A、10B连接的电力线上。变流器207对流过该电力线的电流值进行测定。变流器207将表示测定出的电流值的信号向电流控制部205、速度切换位置确定部210和完成信号生成部212输出。

速度算出部208根据从安装在线性电动机10C上的磁传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号的变化量，来算出线性电动机10A、10B所具备的杆101的移动速度。位置算出部209根据从磁传感器112输出的两个信号(正弦波信号及余弦波信号)的变化量，来算出杆101距原点的移动量。位置算出部209将表示杆101的位置的位置信息向位置控制部201、速度切换位置确定部210和位置判定部211输出。

速度切换位置确定部210将表示FL模式开始位置的信号向位置判定部211输出。FL模式开始位置是在杆101及加压体11朝向工件33及印制布线基板31移动时，将速度指令从第一速度指令向第二速度指令切换的位置。另外，速度切换位置确定部210将表示速度切换位置(FL3POS)的信号向位置判定部211输出。速度切换位置是在将工件33按压到印制布线基板31之后使杆101朝向原点移动时，将速度指令从第三速度指令向第四速度指令切换的位置。

另外，速度切换位置确定部210在最初进行按压工件33的处理时，将预先存储的初始切换位置(FL2POSSUB)作为FL模式开始位置向位置判定部211输出。速度切换位置确定部210根据最初按压工件33时的、杆101进行移动的速度及位置以及流过线性电动机10A、10B的电流，以缩短按压工件33而将工件33安装于印制布线基板31的工序所需的时间的方式，更新FL模式开始位置。以后，速度切换位置确定部210将更新后的FL模式开始位置向位置判定部211输出。初始切换位置是根据工件33的高度而预先设定的位置，是开始加压体11(各线性电动机10的杆101)的减速以防在使加压体11与工件33接触时对工件33施加不必要的冲击的位置。速度切换位置(FL3POS)例如预先设定为与初始切换位置(FL2POSSUB)相同的位置。

位置判定部211根据自外部输入的位置指令及动作开始信号、以及位置算出部209输出的位置信息，进行使开关部202从位置控制部201输出的四个速度指令中选择任一个速度指令的控制。另外，位置判定部211根据位置指令及动作开始信号、以及位置信息，进行使开关部204从速度控制部203输出的两个电流指令中选择任一个电流指令的控制。另外，位置判定部211在原点复位处理中向辅助控制部40输出原点复位指示。

在加压体11对工件33进行加压时，若变流器207测定出的电流值变得比预先设定的电流限制值(FL2I)大，则完成信号生成部212向外部输出动作完成信号(UO2)。

电角修正部213根据磁传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号来算出电角。另外，电角修正部213基于位置判定部211的控制，将算出的电角或者对算出的电角进行修正而得到的电角中的任一方的电角向电力转换器206输出。

电流指示生成部214生成将开关部204选择出的电流指令转换为能够在主控制部20与辅助控制部40之间接收发送的信号(例如数字信号)的电流指示。电流指示生成部214将生成的电流指示向辅助控制部40输出。

接着，对工作装置1将工件33按压到印制布线基板31上时的主控制部20所进行的控制进行说明。图6是表示第一实施方式中的工作装置1最初按压工件33时的主控制部20所进行的控制的流程图。

这里，将加压体11接近工件33及印制布线基板31的方向设为CW方向，将加压体11远离工件33及印制布线基板31的方向设为CCW方向。

主控制部20在从外部输入基于工件33的位置的位置指令时，开始线性电动机10A、10B的驱动，进行使加压体11向原点移动的原点复位处理(步骤S101)。原点复位处理是如下处理：在线性电动机10A、10B中通过直流励磁将杆101向规定的磁极位置拉入，将与该磁极位置相应的电角作为基准而使杆101向可动范围的上侧的端部(原点)移动。

位置判定部211在检测出杆101移动到可动范围的上侧的端部时，向辅助控制部40输出原点复位指示。杆101移动到可动范围的上侧的端部的检测例如通过如下方式进行：在检测出杆101向上侧移动这一情况之后，对杆101到达可动范围的端部并停止这一情况进行检测。

另外，在原点复位处理中，在从位置判定部211向辅助控制部40输出原点复位指示起直至在辅助控制部40中完成保持电流的检测为止的期间，电流控制部205暂时停止向线性电动机10A、10B的通电。该通电的暂时停止在预先设定的时机进行。

位置判定部211在原点复位处理完成时，判断来自外部的动作开始信号(U12)是否导通(步骤S102)，并在动作开始信号导通之前一直待机(步骤S102：否)。在动作开始信号导通时(步骤S102：是)，位置判定部211使开关部202选择第一速度指令，并且使开关部204选择非限制电流指令(步骤S103)，使线性电动机10A、10B各自的杆101朝向工件33(CW方向)移动(步骤S104)。

位置判定部211判定加压体11的位置是否到达初始切换位置(FL2POSSUB)(步骤S105)，在加压体11到达初始切换位置(FL2POSSUB)之前使用第一速度指令来驱动线性电动机10A、10B(步骤S105：否)。在加压体11到达初始切换位置(FL2POSSUB)时(步骤S105：是)，位置判定部211使开关部202选择第二速度指令，并且使开关部204选择限制电流指令(步骤S106)，使各杆101的移动速度减小。

速度切换位置确定部210在选择了第二速度指令后，判定杆101的移动速度是否在第二速度(FL2SPD)以下(步骤S107)，在杆101的移动速度成为第二速度(FL2SPD)以下之前反复进行判定(步骤S107：否)。在杆101的移动速度成为第二速度(FL2SPD)以下时(步骤S107：是)，速度切换位置确定部210算出当前的加压体11的位置与初始切换位置(FL2POSSUB)之间的差值(FL2POSMAIN1)，并存储算出的差值(FL2POSMAIN1)(步骤S108)。

电角修正部213算出线性电动机10A、10B的“推力限制值”相对于最大推力的比X(＝“推力限制值”/“最大推力”)(步骤S109)。这里，推力限制值与可以向工件33及印制布线基板31施加的载荷的最大值对应。电角修正部213使用下式(1)来算出与步骤S109中算出的推力之比X对应的相位角度Y(步骤S110)。

Y＝cos^-1(X)…(1)

需要说明的是，式(1)中的cos^-1(·)是反余弦函数。

电角修正部213取代根据磁传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号算出的电角，而将电角加上相位角度Y进行修改所得的修正电角向电力转换器206输出(步骤S111)。以后，在电角修正部213输出修正电角期间，电力转换器206将相对于杆101的磁极位置前进了相位角度Y的量而得的相位的电压向U、V及W相的线圈104施加。需要说明的是，使用了相位角度Y的修正可以通过从电角减去相位角度Y来进行。这种情况下，电力转换器206将相对于杆101的磁极位置延迟了相位角度Y的量而得的相位的电压向U、V及W相的线圈104施加。

速度切换位置确定部210判定变流器207测定出的电流值是否大于电流限制值(FL2I)(步骤S112)，并在测定出的电流值变得大于电流限制值(FL2I)之前一直待机(步骤S112：否)。在判定变流器207测定出的电流值达到电流限制值(FL2I)，即测定出的电流值大于电流限制值(FL2I)时(步骤S112：是)，速度切换位置确定部210将从当前的加压体11的位置减去步骤S108中算出的差值(FL2POSMAIN1)而得到的位置作为新的FL模式开始位置(FL2POSMAIN2)来存储(步骤S113)。此时，完成信号生成部212使动作完成信号(UO2)导通而向外部输出(步骤S114)。

需要说明的是，在步骤S114中，可以在算出新的FL模式开始位置(FL2POSMAIN2)时，将规定的距离Δd作为余富量(margin)来设定。具体而言，可以将从当前的加压体11的位置减去差值(FL2POSMAIN1)和距离Δd而得的位置设为新的FL模式开始位置(FL2POSMAIN2)。

位置判定部211判定从外部输入的动作开始信号是否截止(步骤S115)，在动作开始信号截止之前一直待机(步骤S115：否)。在动作开始信号时(步骤S115：是)，位置控制部201根据将原点设为移动目的地的位置指令来算出速度指令。电角修正部213取代输出修正电角，而将根据磁传感器112输出的两个信号来算出的电角向电力转换器206输出(步骤S116)。即，完成使用了修正电角的线性电动机10A、10B的驱动。

位置判定部211使开关部202选择第三速度指令，并且使开关部204选择限制电流指令(步骤S117)，使杆101朝向原点(CCW方向)移动(步骤S118)。

位置判定部211判定加压体11是否到达速度切换位置(FL3POS)(步骤S119)，在加压体11到达速度切换位置(FL3POS)之前一直待机(步骤S119：否)。在加压体11到达速度切换位置(FL3POS)时(步骤S119：是)，位置判定部211使开关部202选择第四速度指令(步骤S120)。

位置判定部211判定加压体11是否到达原点(步骤S121)，在加压体11到达原点之前一直待机(步骤S121：否)。在加压体11到达原点时(步骤S121：是)，位置判定部211将表示加压体11到达了原点这一情况的信号向完成信号生成部212输出。完成信号生成部212根据从位置判定部211输出的信号，而使动作完成信号截止(步骤S122)，完成将工件33最初向印制布线基板31按压的动作。

图7是表示第一实施方式中的主控制部20使用更新后的FL模式开始位置来进行的控制的流程图。主控制部20在基于安装工件33的印制布线基板31的位置或者工件33的位置的位置指令被从外部输入时，开始线性电动机10A、10B的驱动，进行使加压体11向原点复位的原点复位处理(步骤S201)。在步骤S201中进行的原点复位处理是与步骤S101中的原点复位处理相同的处理。

位置判定部211在原点复位处理完成时，判定来自外部的动作开始信号(UI2)是否导通(步骤S202)，在动作开始信号导通之前一直待机(步骤S202：否)。在动作开始信号导通时(步骤S202：是)，位置判定部211使开关部202选择第一速度指令，并且使开关部204选择非限制电流指令(步骤S203)，使线性电动机10A、10B各自的杆101朝向工件33(CW方向)移动(步骤S204)。

位置判定部211判定加压体11的位置是否到达FL模式开始位置(FL2POSMAIN2)(步骤S205)，在加压体11到达FL模式开始位置(FL2POSMAIN2)之前使用第一速度指令来驱动线性电动机10A、10B(步骤S205：否)。在加压体11到达FL模式开始位置(FL2POSMAIN2)时(步骤S205：是)，位置判定部211使开关部202选择第二速度指令，并且使开关部204选择限制电流指令(步骤S206)，使杆101的移动速度减小。

电角修正部213在杆的移动速度成为第二速度以下时，取代根据磁传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号算出的电角，而将电角加上相位角度Y进行修正所得的修正电角向电力转换器206输出(步骤S207)。

速度切换位置确定部210判定变流器207测定出的电流值是否大于电流限制值(FL2I)(步骤S208)，在测定出的电流值大于电流限制值(FL2I)之前一直待机(步骤S208：否)。在判定变流器207测定出的电流值达到电流限制值(FL2I)，即测定出的电流值大于电流限制值(FL2I)时(步骤S208：是)，速度切换位置确定部210经由位置判定部211将表示电流值大于电流限制值(FL2I)这一情况的信号向完成信号生成部212输出。完成信号生成部212使动作完成信号(UO2)导通而向外部输出(步骤S209)。

位置判定部211判定从外部输入的动作开始信号是否截止(步骤S210)，在动作开始信号截止之前一直待机(步骤S210：否)。在动作开始信号截止时(步骤S210：是)，位置控制部201根据将原点设为移动目的地的位置指令来算出速度指令。电角修正部213取代输出修正电角，而将根据磁传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号算出的电角向电力转换器206输出(步骤S211)。即，完成使用了修正电角的线性电动机10A、10B的驱动。

位置判定部211使开关部202选择第三速度指令，并且使开关部204选择限制电流指令(步骤S212)，而使杆101朝向原点(CCW方向)移动(步骤S213)。

位置判定部211判定加压体11是否到达速度切换位置(FL3POS)(步骤S214)，在加压体11到达速度切换位置(FL3POS)之前一直待机(步骤S214：否)。在加压体11到达速度切换位置(FL3POS)时(步骤S214：是)，位置判定部211使开关部202选择第四速度指令(步骤S215)。

位置判定部211判定加压体11是否到达原点(步骤S216)，在加压体11到达原点之前一直待机(步骤S216：否)。在加压体11到达原点时(步骤S216：是)，位置判定部211将表示加压体11到达了原点这一情况的信号向完成信号生成部212输出，完成信号生成部212使动作完成信号(UO2)截止(步骤S217)，完成将工件33向印制布线基板31按压的动作。

图8是表示第一实施方式中的辅助控制部40的结构的框图。

辅助控制部40具备电流指令生成部401、电流控制部402、电力转换器403、变流器404、位置算出部405及电角算出部406。

电流指令生成部401根据从主控制部20输入的电流指示，来生成追随主控制部20中的电流指令的电流指令。例如，在电流指令为数字信号的情况下，生成将主控制部20中的电流指令量子化而变化成阶梯状的离散的电流指令。电流指令生成部401将生成的电流指令向电流控制部402输出。

电流控制部402根据电流指令生成部401生成的电流指令以及变流器404测定出的流过线性电动机10C的电流值，来算出减小电流指令与测定出的电流值之间的偏差的电压指令。需要说明的是，电流控制部402在杆101及加压体11的位置位于比FL模式开始位置(FL2POSMAIN2或FL2POSSUB)更接近工件33的位置时，输出与保持电流对应的电压指令。电流控制部402从主控制部20的位置判定部211取得FL模式开始位置并将其存储起来。

这里，保持电流是指，在线性电动机10A、10B不产生推力时，产生对各线性电动机10的杆101、连结板12及加压体11的重量进行支承这样的推力的电流值。即，在线性电动机10A、10B不产生推力时，电流控制部402将与保持电流对应的电压指令向电力转换器403输出，由此能够使线性电动机10C产生与作用在各线性电动机10的杆101、连结板12及加压体11上的重力相对抗的推力，使加压体11的落下停止而保持静止。

电力转换器403根据从电角算出部406输入的电角以及电流控制部205算出的电压指令，来向线性电动机10C的U、V及W相的各线圈104施加电压。电力转换器403以在输入的电角中获得最大的推力的方式向U、V及W相的各线圈104施加电压。变流器404安装在将电力转换器403与线性电动机10C连接的电力线上。变流器404测定流过该电力线的电流值。变流器404将表示测定出的电流值的信号向电流控制部402输出。

位置算出部405根据从安装在线性电动机10C上的磁传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号的变化量，来算出线性电动机10C上设置的杆101距原点的移动量。位置算出部405将表示杆101的位置的位置信息向电流控制部402输出。位置算出部405在从主控制部20输入原点复位指示时，将输入了原点复位指示时的线性电动机10C的杆101及加压体11的位置设定为原点(基准位置)。

电角算出部406根据磁传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号来算出电角。另外，电角算出部406在从主控制部20输入原点复位指示时，将预先设定的初始电角设定为当前的电角。电角算出部406将算出的电角向电力转换器403输出。初始电角是杆101位于可动范围的上侧的端部时的电角。

图9是表示第一实施方式中的工作装置1按压工件33时的辅助控制部40所进行的控制的流程图。在辅助控制部40中，当从主控制部20输入原点复位指示时(步骤S301)，电角算出部406将初始电角设定为当前的电角(步骤S302)。

电流控制部402在进行电角的设定时，进行保持电流的检测(步骤S303)。在保持电流的检测中，电流控制部402例如将使线性电动机10C产生向上的最大推力的电压指令向电力转换器403输出，之后使电压指令以逐渐减小的方式变化，从而使线性电动机10C产生的推力逐渐减小。电流控制部402在每次使电压指令变化时，判定杆101的位置是否发生了变化，将与杆101的位置即将发生变化之前的电压指令对应的电流值作为保持电流来存储。保持电流的检测在电流控制部205暂时停止向线性电动机10A、10B的通电的期间进行。

电流控制部402在检测到保持电流时，将使线性电动机10C中通过保持电流的电压指令向电力转换器403输出，从而开始保持电流的通电(步骤S304)。

电流控制部402在开始保持电流的通电时，判定来自外部的动作开始信号是否导通(步骤S305)，在动作开始信号导通之前一直待机(步骤S305：否)。在动作开始信号导通时(步骤S305：是)，电流控制部402将与电流指令生成部401生成的电流指令相应的电压指令向电力转换器403输出，开始基于电流指示的通电(步骤S306)。

电流控制部402判定加压体11的位置是否到达FL模式开始位置(FL2POSMAIN2)(步骤S307)，在加压体11到达FL模式开始位置(FL2POSMAIN2)之前进行基于电流指令的通电(步骤S307：否)。在加压体11到达FL模式开始位置(FL2POSMAIN2)时(步骤S307：是)，电流控制部402将与保持电流对应的电压指令向电力转换器403输出，开始基于保持电流的通电(步骤S308)。

电流控制部402在开始基于保持电流的通电时，判定动作开始信号是否截止(步骤S309)，在动作开始信号截止之前一直待机(步骤S309：否)。在动作开始信号截止时(步骤S309：是)，电流控制部402将与电流指令生成部401生成的电流指令相应的电压指令向电力转换器403输出，开始基于电流指示的通电(步骤S310)。

电流控制部402在开始基于电流指示的通电时，判定加压体11是否到达速度切换位置(FL3POS)(步骤S311)，在加压体11到达速度切换位置(FL3POS)之前一直待机(步骤S311：否)。在加压体11到达速度切换位置时(步骤S311：是)，电流控制部402判定位置指令的输入是否停止(步骤S312)，在位置指令的输入停止之前一直待机(步骤S312：否)。

在位置指令的输入停止时(步骤S312：是)，电流控制部402将与保持电流对应的电压指令向电力转换器403输出，开始基于保持电流的通电(步骤S313)，完成将工件33向印制布线基板31按压时的动作。

图10是表示图7所示的主控制部20所进行的从步骤S202至步骤S209的处理中的速度、电流及动作完成信号的变化的波形图。在该图中，纵轴表示加压体11的位置。

主控制部20在动作开始信号导通时，驱动线性电动机10A、10B来使加压体11以第一速度(FL1SPD)朝向工件33移动。主控制部20在加压体11到达FL模式开始位置(FL2POSMAIN2)时，使加压体11从第一速度(FL1SPD)减至第二速度(FL2SPD)。此时，辅助控制部40通过追随主控制部20中的电流指令来驱动线性电动机10C，由此来缩短从停止状态到达到第一速度为止所需的时间。

主控制部20使加压体11以第二速度(FL2SPD)朝向工件33移动，将工件33朝向印制布线基板31按压。此时，主控制部20在将加压体11向工件33按压的力变得大于与电流限制值(FL2I)对应的力时，使动作完成信号导通。此时，辅助控制部40进行保持电流的通电而使线性电动机10C支承线性电动机10A、10B及10C各自的杆101、连结板12及加压体11的重量。

图11是表示图7示出的主控制部20所进行的从步骤S212至步骤S217的处理中的速度、电流及动作完成信号的变化的波形图。在该图中，纵轴表示加压体11的位置。

主控制部20在将加压体11按压到工件33上之后，使加压体11以第三速度(FL3SPD)朝向原点上升移动。主控制部20在加压体11到达速度切换位置时，使加压体11以比第三速度(FL3SPD)快的第四速度(FL4SPD)朝向原点移动。主控制部20在加压体11接近原点时，以使加压体11的速度在原点处变成零的方式使线性电动机10的杆101的移动速度减小，在加压体11到达原点时使动作完成信号截止。此时，辅助控制部40通过追随主控制部20中的电流指令来驱动线性电动机10C，由此缩短使加压体11朝向原点移动时所需的时间。

如上所述，在主控制部20进行将工件33向印制布线基板31按压时的对线性电动机10A、10B的控制之际，辅助控制部40进行使线性电动机10C产生与重力反向的推力的控制。由此，线性电动机10C支承各线性电动机10的杆101、连结板12及加压体11的自重，能够进行以自重以下的载荷按压工件33的线性电动机10A、10B的推力控制。

另外，在使加压体11从原点向FL模式开始位置移动时，在对工件33的按压完成后使加压体11向原点移动之际，辅助控制部40追随对线性电动机10A、10B的控制来控制线性电动机10C。通过使线性电动机10C以追随线性电动机10A、10B的方式驱动，由此能够在加压体11的加减速中获得大的推力。

通过主控制部20与辅助控制部40的防调控制，由此无需使用用于将重力等作用于加压体11的力抵消的平衡重，因此不会使线性电动机10A、10B的推力损失。另外，主控制部20能够不考虑对加压体11作用的重力等的影响而容易地进行线性电动机10A、10B的推力控制。

如图1所示，线性电动机10C的杆101以位于线性电动机10A及线性电动机10B各自的杆101固定在连结板12上的位置之间的位置的方式固定在连结板12上，因此在线性电动机10C由保持电流控制而产生向上的推力且线性电动机10A、10B产生向下的推力时，能够抑制因在连结板12上作用不同方向的力而引起的扭转。另外，通过在从与线性电动机10C的杆101固定在连结板12上的面垂直的方向观察时，以线性电动机10C的杆101在连结板12上固定的位置与加压体11安装到连结板12上的位置重叠的方式安装加压体11，由此能够经由连结板12向加压体11均衡地施加载荷。

(变形例)

对利用了电流分辨率之差的推力控制进行说明，其中电流分辨率之差是指对流过线性电动机10A、10B的电流进行控制时的主控制部20的控制中的电流分辨率与对流过线性电动机10C的电流进行控制时的辅助控制部40的控制中的电流分辨率之差。这里，对线性电动机10A、10B及10C的每1[A]电流下产生的推力相同的情况进行说明。这里，电流分辨率是指，在向线性电动机10的通电中使电流变化时的最小单位。

图12是表示利用了主控制部20的电流分辨率与辅助控制部40的电流分辨率之差的推力控制的一例的图。在图12所示的例子中，主控制部20的电流分辨率Rm为2[A]，辅助控制部40的电流分辨率Ra为0.4[A]。另外，对各线性电动机10的杆101、连结板12及加压体11的自重进行支承的保持电流H为-4[A]。需要说明的是，在各电流值中，正的电流值为产生铅垂向下的推力的电流值，负的电流值是产生铅垂向上的推力的电流值。

这里，在按压工件33时流过线性电动机10A、10B的电流的指令值即按压电流指令U被赋予的情况下，如下所述，算出主控制部20中的按压电流值(限制电流指令)和辅助控制部40中的辅助电流值(保持电流)。首先，根据按压电流指令U，使用下式(2)及下式(3)来算出主控制部20中的按压电流值Am。式(2)中的函数ceil(x)是针对实数x而言来获得x以上的最小的整数的上限函数。

A＝ceil(U/Rm)…(2)

Am＝Rm×A…(3)

辅助控制部40中的按压电流值Aa使用下式(4)～下式(6)来算出。式(5)中的函数floor(x)是针对实数x而言来获得x以下的最大的整数的下限函数。

B＝U-Am…(4)

B’＝floor(B/Ra)…(5)

Aa＝H+Ra×B’…(6)

如图12所示，在按压电流指令U分别为1[A]、11[A]、13[A]、15.1[A]及18.7[A]的情况下，若仅对线性电动机10C进行基于保持电流的通电，则对线性电动机10A、10B赋予的按压电流指令Am成为2[A]、12[A]、14[A]、16[A]及20[A]。在这些情况下，在工件33的按压中产生的误差为1[A]、1[A]、1[A]、0.9[A]及1.3[A]。

另一方面，在使用了上述的式(2)～式(6)的情况下，在按压电流指令分别为1[A]、11[A]、13[A]、15.1[A]及18.7[A]时，产生工件33的按压载荷的电流值Atotal中产生的误差成为0.2[A]、0.2[A]、0.2[A]、-0.1[A]及-0.1[A]，能够获得精度高的按压载荷。

变形例中的限制电流指令和保持电流的修正在辅助控制部40中进行了保持电流的检测之后进行。例如，将在辅助控制部40中检测出的保持电流及辅助控制部40的电流分辨率通知主控制部20的速度控制部203，根据从上位的装置输入的按压电流指令，由速度控制部203来算出主控制部20的按压电流值(修正后的限制电流指令)和辅助控制部40的辅助电流值(修正后的保持电流)。速度控制部203取代预先设定的电流限制值(FL2I)，而使用算出的按压电流值来进行动作。辅助控制部40的电流控制部402取得速度控制部203算出的辅助电流值，取代保持电流而使用辅助电流值进行动作。

如上所述，通过对按压工件33时的主控制部20中的限制电流指令和辅助控制部40中的保持电流进行修正，由此与辅助控制部40仅使支持自重的保持电流通过线性电动机10C的情况相比，能够获得精度高的按压载荷。

需要说明的是，在第一实施方式中的工作装置1中，对主控制部20控制两个线性电动机10A、10B的结构进行了说明。然而，并不局限于该结构，主控制部20可以控制一个线性电动机10，也可以控制三个以上的线性电动机10。需要说明的是，在主控制部20控制三个以上的线性电动机10的情况下，可以在这些线性电动机10的杆101固定在连结板12上的位置的重心处固定线性电动机10C的杆101。

另外，在第一实施方式中的工作装置1中，对辅助控制部40控制一个线性电动机10C的结构进行了说明。然而，并不局限于该结构，辅助控制部40也可以控制两个以上的线性电动机10。此时，辅助控制部40所控制的线性电动机10的杆101固定在连结板12上的位置可以设定为，该位置的重心与主控制部20所控制的线性电动机10的杆101固定在连结板12上的位置的重心一致。

另外，在第一实施方式中的工作装置1中，对使用杆型的线性电动机10的结构进行了说明。然而，并不局限于该结构，也可以使用滑块型的线性电动机。

(第二实施方式)

图13是表示适用了第二实施方式中的线性电动机装置的工作装置2的结构的框图。需要说明的是，对与第一实施方式中的工作装置1所具备的结构要素相同的结构要素标注同一附图标记，并省略重复的说明。工作装置2具备：包括线性电动机51A及线性电动机51B而构成的线性电动机50；安装在线性电动机51A和线性电动机51B的动子即杆101上的加压体11；控制线性电动机51A的驱动的作为第一控制部的主控制部20；控制线性电动机51B的驱动的作为第二控制部的辅助控制部40。线性电动机51A和线性电动机51B的动子作为一个杆101而形成，根据线性电动机51A及线性电动机51B各自产生的推力合成所得的合力而使杆101移动。

线性电动机50以包括线性电动机51A和线性电动机51B的方式作为一个电动机而构成。具体而言，线性电动机51A的多个线圈与线性电动机51B的多个线圈配置在同一轴上，以贯穿各线圈内的方式配置杆101。在图13所示的结构中，在铅垂方向的上侧配置有线性电动机51A的多个线圈，在线性电动机51A的多个线圈的下侧配置有线性电动机51B的线圈。在线性电动机50中，在线性电动机51A的上侧配置有磁传感器112。线性电动机51A及线性电动机51B与在第一实施方式示出的线性电动机10同样地具备多个线圈。将U相、V相及W相中的任一相向各线圈分配，将U·V·W相的三个线圈作为一组来形成三相线圈。线性电动机51A及线性电动机51B分别具备多个三相线圈。

在第二实施方式中的工作装置2中，主控制部20控制线性电动机51A，辅助控制部40控制线性电动机51B。在线性电动机51A产生推力而将工件33向印制布线基板31按压时，辅助控制部40进行使线性电动机51B产生与重力反向的推力的控制。由此，线性电动机51B能够支承杆101和加压体11的自重，能够进行以自重以下的载荷按压工件33的线性电动机51A的推力控制。

另外，通过将主控制部20所控制的线性电动机51A设为比线性电动机51B更接近磁传感器的位置，由此，能够抑制使用工作装置2的环境的温度造成的杆101的膨胀或收缩所产生的位置检测的误差的影响。

需要说明的是，在图13中，对将线性电动机51A的多个线圈与线性电动机51B的多个线圈分开配置的结构进行了说明。然而，并不局限于图13所示的结构，也可以将线性电动机51A的多个线圈与线性电动机51B的多个线圈在线性电动机50中交替地配置。例如可以如图14所示那样配置。图14是表示交替地配置两个线性电动机51A、51B各自的线圈的一例的图。如图14所示，将U·V·W相的一组线圈在线性电动机51A的线圈和线性电动机51B的线圈中交替地配置。通过这样配置，由此能够增加线性电动机51A与线性电动机51B相接的部位，能够使杆101中被施加线性电动机51A、51B所产生的不同方向的力的部位分散。由此，能够减小因不同方向的力作用在杆101上而产生的杆101的变形或劣化。

另外，在第二实施方式的工作装置2中，如第一实施方式所示那样，能够利用主控制部20中的电流分辨率与辅助控制部40中的电流分辨率之差来提高按压载荷的精度。

另外，在图13中，对线性电动机50包括两个线性电动机51A、51B的结构进行了说明，但也可以构成为，线性电动机50包括将杆101(动子)共用且将线圈的中心配置在同一轴上的三个以上的线性电动机。

需要说明的是，在各实施方式中，示出了线性电动机具有的动子的移动方向为铅垂方向，且辅助控制部40产生抵消作为外力的重力的推力的结构。然而，在重力以外的外力作用于动子等的情况下，也可以构成为辅助控制部40控制线性电动机来产生抵消外力的推力，由此能够使主控制部20无需考虑作用于动子的外力的影响地控制线性电动机，从而能够容易地进行控制。

上述的主控制部及辅助控制部可以在内部具有计算机系统。这种情况下，上述的线性电动机的控制的处理过程以程序的形式存储在能进行计算机读取的存储介质中，通过计算机读出这些程序，由此来进行上述处理。这里，能进行计算机读取的存储介质可以是磁盘、光盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。另外，也可以将该计算机程序利用通信线路来向计算机发送，接受该发送的计算机执行该程序。

【工业实用性】

本发明可以应用于需要在抑制驱动的线性电动机的推力损失的同时容易地进行推力控制的用途中。

【附图标记说明】

1 工作装置(线性电动机装置)

10A、10B、51A 线性电动机(第一线性电动机)

10C、51B 线性电动机(第二线性电动机)

12 连结板

20 主控制部(第一控制部)

33 工件(加压对象物)

40 辅助控制部(第二控制部)

101 杆(动子)

Claims (9)

1.一种线性电动机装置，其具备：

动子连动且向同一方向移动的第一线性电动机及第二线性电动机；

使所述第一线性电动机产生推力而经由所述动子向加压对象物施加载荷的第一控制部；

控制所述第二线性电动机所产生的推力的第二控制部，

所述线性电动机装置的特征在于，

所述第二控制部在所述第一控制部向所述加压对象物施加载荷的情况下，使所述第二线性电动机产生与因重力而对所述动子产生的力反向的推力，

所述第一控制部控制为以所述线性电动机装置的自重以下的载荷按压所述加压对象物。

2.根据权利要求1所述的线性电动机装置，其特征在于，

所述第二控制部在所述第一控制部未向所述加压对象物施加载荷的情况下，使所述第二线性电动机产生与所述第一线性电动机所产生的推力相同方向的推力。

3.根据权利要求1或2所述的线性电动机装置，其特征在于，

具备将所述第一线性电动机具有的动子与所述第二线性电动机具有的动子进行连接的连结板。

4.根据权利要求3所述的线性电动机装置，其特征在于，

在设有多个所述第一线性电动机的情况下，所述第二线性电动机的动子以位于所述第一线性电动机的动子分别固定在所述连结板上的位置之间的位置的方式固定在所述连结板上。

5.根据权利要求1或2所述的线性电动机装置，其特征在于，

所述第一线性电动机具有的动子与所述第二线性电动机具有的动子在同一轴上一体地形成。

6.根据权利要求5所述的线性电动机装置，其特征在于，

所述第一线性电动机上设置的多个线圈与所述第二线性电动机上设置的多个线圈交替地配置。

7.根据权利要求1或2所述的线性电动机装置，其特征在于，

所述第一线性电动机具有的动子和所述第二线性电动机具有的动子的移动方向为铅垂方向，

所述第二控制部在所述第一控制部向所述加压对象物施加载荷的情况下，使所述第二线性电动机产生支承所述动子的重量的铅垂向上的推力。

8.根据权利要求1或2所述的线性电动机装置，其特征在于，

在所述第一控制部所进行的对所述第一线性电动机的通电的电流分辨率与所述第二控制部所进行的对所述第二线性电动机的通电的电流分辨率不同的情况下，所述第二控制部使所述第二线性电动机产生比因重力而对所述第一线性电动机及所述第二线性电动机各自的动子产生的力大的反向的推力。

9.一种控制方法，其是线性电动机装置的控制方法，

所述线性电动机装置具备：

动子连动且向同一方向移动的第一线性电动机及第二线性电动机；

使所述第一线性电动机产生推力而经由所述动子向加压对象物施加载荷的第一控制部；

控制所述第二线性电动机所产生的推力的第二控制部，

所述控制方法的特征在于，包括：

第一步骤，在所述第一步骤中，所述第二控制部在所述第一控制部向所述加压对象物施加载荷的情况下，使所述第二线性电动机产生与因重力而对所述动子产生的力反向的推力；以及

第二步骤，在所述第二步骤中，所述第一控制部控制为以所述线性电动机装置的自重以下的载荷按压所述加压对象物。