JP2008263671A - 自動機の自動運転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タクトタイムを短くして生産性を向上させることができる自動機の自動運転制御方法を提供する。
【解決手段】プログラムにより駆動されるサーボモータ４１を用いた自動機の自動運転制御方法である。サーボモータ４１の実効トルクを算出するステップＳ１０と、ステップＳ１０において算出された実効トルクと定格トルクに基づいた閾値とを比較するステップＳ１１と、実効トルクが閾値以上であるときサーボモータ４１の負荷率を下げるステップＳ１７とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、プログラムにより駆動されるサーボモータを用いた自動機の自動運転制御方法に関する。

従来、特許文献１に記載されたモータ用過負荷検出方法が知られている。このモータ用過負荷検出方法は、モータの動力線に取付けられた電流検出器によりモータ電流（トルク）を検出し、検出したモータ電流（トルク）から求めた実効電流値（実効トルク値）と閾値とを比較し、実効電流値（実効トルク値）が閾値を超えている場合、モータが過負荷状態にあると判断するものである。このモータ用過負荷検出方法を自動機の自動運転制御方法に用いれば、サーボモータの過負荷状態を判断でき、サーボモータを保護することができる。

ここで、例えば、電子部品実装装置の自動運転制御方法においては、生産性を高めるためにサーボモータを高加速度かつ高速度で駆動する必要があり、運転サイクルの中で最も大きなトルクを必要とする部分では、定格トルク以上のトルクでサーボモータを駆動する必要が生じ得る。この場合、瞬時には定格トルクの何倍かのトルクを発生させることが可能である。しかし、図７に示すように、運転サイクルのある時間（ｔｓ）内においては、下記の数１に示す実効トルクの式の範囲内でサーボモータを駆動しなければサーボモータが過負荷となり自動機を停止せざるを得なくなる。なお、Ｆは定格トルクであり、ｓｑｒｔ｛ ｝は平方根を求める関数である。

（数１）

Ｆ≧ｓｑｒｔ｛（Ｔ１^２×ｔ１＋Ｔ２^２×ｔ２＋…＋Ｔｎ^２×ｔｎ）／ｔｓ｝

そのため、一般に、電子部品実装装置の自動運転制御方法においては、上記数１の実効トルクの式を満足するようにプログラミングされている。この際、上記モータ用過負荷検出方法を併用して、サーボモータの過負荷状態を監視することが考えられる。
特開２００４−２４２４１９号公報（第５頁、第６頁、図１）

しかし、上記従来の電子部品実装装置の自動運転制御方法では、サーボモータの加減速を頻繁に繰り返す運転サイクルを想定し、この運転サイクルが連続して運転可能なように、すなわち、この運転サイクルが連続して運転されてもサーボモータの過負荷が検出されないようにプログラミングされていた。ところが、電子部品実装装置の現実の自動運転においては、サーボモータの加減速を頻繁に繰り返すことのない運転サイクルも多く含まれている。そのため、従来の電子部品実装装置の自動運転制御方法では、サーボモータの加減速を頻繁に繰り返す運転サイクルに合わせ加減速を抑えたプログラミングをしていたため、タクトタイムが長くなってしまい、生産性が低下するおそれがあった。また、上記モータ用過負荷検出方法によりサーボモータの過負荷状態が検出された場合には、電子部品実装装置を停止せざるを得ないため、これによっても生産性が低下するおそれがあった。

本発明は係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、タクトタイムを短くして生産性を向上させることができる自動機の自動運転制御方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る自動機の自動運転制御方法の特徴は、プログラムにより駆動されるサーボモータを用いた自動機の自動運転制御方法において、前記サーボモータの実効トルクを算出する実効トルク算出工程と、該実効トルク算出工程において算出された前記実効トルクと、前記サーボモータの定格トルクに基づいた閾値とを比較する比較工程と、前記実効トルクが前記閾値以上であるとき、前記サーボモータの負荷率を下げる負荷率低下工程と、を備えることである。

請求項２に係る自動機の自動運転制御方法の特徴は、請求項１において、前記負荷率低下工程において、前記サーボモータを所定時間停止することにより前記サーボモータの負荷率を下げることである。

請求項３に係る自動機の自動運転制御方法の特徴は、請求項１において、前記負荷率低下工程において、前記サーボモータの速度又は加速度の一方又は両方を下げることにより前記サーボモータの負荷率を下げることである。

請求項４に係る自動機の自動運転制御方法の特徴は、請求項１乃至３のいずれか１項において、記実効トルク計算工程において、前記サーボモータの現在位置データ又は前記プログラムからの位置指令データに基づいて前記サーボモータの実効トルクを算出することである。

請求項５に係る自動機の自動運転制御方法の特徴は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記自動機は電子部品実装装置であることである。

請求項１に係る自動機の自動運転制御方法においては、負荷率低下工程において、実効トルクが閾値以上であるときサーボモータの負荷率を下げるため、サーボモータが過負荷状態になることを避けることができ、自動機の停止を防止することができる。また、この自動機の自動運転制御方法では、現実の運転サイクルに合わせてサーボモータの加減速をすることができ、実効トルクが閾値以上になる場合に限ってサーボモータの負荷率を下げている。そのため、サーボモータの加減速を頻繁に繰り返す運転サイクルに合わせて加減速を抑えたプログラミングをする必要がない。したがって、この自動機の自動運転制御方法によれば、タクトタイムを短くして生産性を向上させることができる。

請求項２に係る自動機の自動運転制御方法においては、負荷率低下工程において、サーボモータを所定時間停止することによりサーボモータの負荷率を下げるため、サーボモータが過負荷状態になることを避けることができる。

請求項３に係る自動機の自動運転制御方法においては、負荷率低下工程において、サーボモータの速度又は加速度の一方又は両方を下げることによりサーボモータの負荷率を下げるため、サーボモータが過負荷状態になることを避けることができる。

請求項４に係る自動機の自動運転制御方法においては、実効トルク計算工程において、サーボモータの現在位置データ又はプログラムからの位置指令データに基づいてサーボモータの実効トルクを算出するため、電流検出器等の検出器を用いる必要がなく、生産コストの低廉化を実現することができる。

請求項５に係る自動機の自動運転制御方法においては、自動機が電子部品実装装置であり、上記効果を十分に得ることができる。

本発明に係る自動機の自動運転制御方法を具体化した実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、この自動運転制御方法を採用した電子部品実装装置１の上面図である。電子部品装着装置１は、部品供給装置３０、基板搬送装置２０及び部品移載装置１０を備えている。

部品供給装置３０は、基枠２上に複数のフィーダ３１を並設して構成したものである。フィーダ３１には電子部品が所定ピッチで封入された細長いテープが巻回された供給リール（図略）が保持されている。この供給リールよりテープが所定ピッチで引き出され、電子部品が封入状態を解除されて部品取出し部（図略）に順次送り込まれるようになっている。

基板搬送装置２０は、基枠２上に一対のガイドレール２１、２２を互い平行に対向させてそれぞれ水平に並設し、このガイドレール２１、２２によりそれぞれ案内されるプリント基板２５を支持してＸ軸方向に搬送する一対のコンベアベルト（図示省略）を互いに対向させて並設して構成されたものである。また、基板搬送装置２０には所定位置まで搬送されたプリント基板２５を押し上げてクランプするクランプ装置（図示省略）が設けられ、このクランプ装置によってプリント基板２５が電子部品装着位置で位置決め固定される。

部品移載装置１０はＸＹロボットタイプのものであり、基枠２上に装架されて基板搬送装置２０および部品供給装置３０の上方に配設され、Ｘ軸サーボモータ４０ａ（図３参照）によりＸ軸方向に移動されるＸ軸スライダ１１を備えている。このＸ軸スライダ１１には、Ｙ軸サーボモータ４０ｂ（図３参照）によりＹ軸方向に移動されるＹ軸スライダ１２が保持されている。また、Ｙ軸スライダ１２には、電子部品を吸着してプリント基板２５に装着する電子部品装着ヘッド１３が取り付けられている。

図２は、Ｘ軸サーボモータ４０ａ及びＹ軸サーボモータ４０ｂ等のサーボモータ装置４０の構成図である。サーボモータ装置４０は、サーボモータ４１、ロータリーエンコーダ４２、サーボアンプ４８等を備えている。サーボモータ４１の回転はロータリーエンコーダ４２により検出され、パルスとして出力される。この出力パルスは現在カウンタ４３に入力され、現在位置データとされる。現在カウンタ４３の現在位置データは、サーボモータ装置４０により駆動された対象物の現在の実際の位置（例えば、サーボモータ装置４０がＸ軸サーボモータ４０ａの場合、電子部品装着ヘッド１３のＸ方向における現在の実際の位置）を表し、現在位置データが偏差カウンタ４５及び制御装置５０に入力される。制御装置は、サーボモータ装置４０を制御するものであり、サーボモータ装置４０により駆動される対象物の移動位置（例えば、サーボモータ装置４０がＸ軸サーボモータ４０ａの場合、電子部品装着ヘッド１３のＸ方向における位置）に対応した位置指令データを有する移動指令をサーボモータ装置４０出力する。この位置指令データは、サーボモータ装置４０の指令カウンタ４４に入力され、さらに偏差カウンタ４５に入力される。偏差カウンタ４５は、位置指令データと現在位置データとの偏差を求め、この偏差が変換関数４６及びＤ／Ａ変換器４７を経てサーボアンプ４８に入力される。そして、サーボモータ４１を駆動する駆動信号がサーボアンプ４８により出力される。このように、移動指令の位置指令データに対してロータリーエンコーダ４２から現在カウンタ４３を経由して現在位置データがフィードバックされ、サーボモータ４１により対象物が所定の位置に移動される。

図３は、電子部品実装装置１の制御プログラムの概要図である。制御装置５０には、マルチタスクシステム５１が構築されている。マルチタスクシステム５１は、マルチタスクＯＳ５２と、マルチタスクＯＳ５２に制御されるタスク（１）５３、タスク（２）５４、ＤＷＴ（Duty Watcher Task）５５等の複数のタスクから構成されている。この複数のタスクにより、Ｘ軸サーボモータ４０ａ及びＹ軸サーボモータ４０ｂ等の複数のサーボモータ装置４０が制御されている。ただし、ＤＷＴ５５は、複数のサーボモータ装置４０を監視するとともに、サーボモータ４１の負荷率の変更をタスク（１）５３、タスク（２）５４等の他のタスクに指令するものである。

次に、電子部品実装装置１の自動運転制御方法を図４に示すＤＷＴプログラムのフローチャートにより説明する。ただし、このＤＷＴプログラムでは、説明の便宜上、１つのサーボモータ装置４０を監視しているものとする。ＤＷＴプログラムの実行が開始されると、まず、ステップＳ１０において、３０ｍｓ毎に図５に示す実効トルク計算サブルーチンが実行される。ここで、ステップＳ１０が実効トルク算出工程である。

実効トルク計算サブルーチンでは、ステップＳ２０において、現在カウンタ４３より電子部品装着ヘッド１３の現在位置データが取得される。ステップＳ２１においては、その現在位置データの差分値（数値微分）を２回採り、瞬時トルクが算出される。ここで、電子部品実装装置１のように高速で動く自動機のトルクは慣性力が主であり、加速度とトルクとは比例しているものとすることができる。さらに、ステップＳ２２においては、前述の数１に示す式により実効トルクが算出される（ただし、ｔｓは６０ｓｅｃ）。この際、図６に示すように、３０ｍｓの間はトルクが一定であるとして、それらを累積計算（数値積分）することにより実効トルクが算出される。ステップＳ２２が実行された後、ＤＷＴプログラムに制御が戻される。

ステップＳ１１においては、算出された実効トルクが閾値以上であるか否かが判断される。実効トルクが閾値以上の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１２が実行される。また、実効トルクが閾値より小さい場合（ＮＯ）、ステップＳ１３が実行される。ここで、ステップＳ１１が比較工程である。なお、本実施形態において、閾値は定格トルクの９５％に設定されているが、状況に応じてその値を変更することができる。ステップＳ１２においては、オーバーフラグに１がセットされる。

ステップＳ１３においては、１サイクルが終了したか否かが調べられる。１サイクルが終了した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１４が実行される。また、１サイクルが終了しない場合（ＮＯ）、ステップＳ１０に戻る。ここで、１サイクルとは、フィーダ３１から電子部品装着ヘッド１３の図示しない吸着ノズルに電子部品が吸着されてから、その電子部品がプリント基板２５の所定の位置に移動されて装着されるまでの一連のプロセスをいう。

ステップＳ１４においては、全サイクルが終了したか否かが調べられる。全サイクルが終了した場合（ＹＥＳ）、１枚のプリント基板２５に対する電子部品の装着がすべて終了し、ＤＷＴプログラムが終了される。また、全サイクルが終了しない場合（ＮＯ）、１枚のプリント基板２５に対する電子部品の装着が終了しておらず、ステップＳ１５が実行される。

ステップＳ１５においては、オーバーフラグが１であるか否かが調べられる。オーバーフラグが１である場合（ＹＥＳ）、直前に終了したサイクルにおいて実効トルクが閾値以上となったことを示し、ステップＳ１７が実行される。オーバーフラグが１でない場合（ＮＯ）、直前に終了したサイクルにおいて実効トルクが閾値より小さかったことを示し、ステップＳ１６が実行される。ステップＳ１６においては、タスク（１）５３、タスク（２）５４等の他のタスクにサーボモータ４１の正規の負荷率が指示される。これにより、タスク（１）５３、タスク（２）５４等の他のタスクは、サーボモータ４１の負荷率を下げることなく、次の１サイクルの間、予めプログラミングされた負荷率でサーボモータ４１を駆動することができる。

ステップＳ１７においては、タスク（１）５３、タスク（２）５４等の他のタスクにサーボモータ４１の負荷率の低下が指示される。具体的には、次の１サイクルを開始する前にサーボモータ４１を所定時間（本実施形態では１秒）停止させる。そして、ステップＳ１８においては、オーバーフラグをクリアしてステップＳ１０に戻る。ここで、ステップＳ１７が負荷率低下工程である。

実施形態に係る自動機の自動運転制御方法においては、ステップＳ１７において、実効トルクが閾値以上であるときサーボモータ４１の負荷率を下げるため、サーボモータ４１が過負荷状態になることを避けることができ、自動機の停止を防止することができる。また、この自動機の自動運転制御方法では、現実の運転サイクルに合わせてサーボモータ４１の加減速をすることができ、実効トルクが閾値以上になる場合に限ってサーボモータ４１の負荷率を下げている。そのため、サーボモータ４１の加減速を頻繁に繰り返す運転サイクルに合わせて加減速を抑えたプログラミングをする必要がない。したがって、実施形態の自動機の自動運転制御方法によれば、タクトタイムを短くして生産性を向上させることができる。

また、この自動機の自動運転制御方法においては、ステップＳ１７において、サーボモータ４１を所定時間停止することによりサーボモータ４１の負荷率を下げるため、これによりサーボモータ４１が過負荷状態になることを避けることができる。なお、サーボモータ４１の速度又は加速度の一方又は両方を下げることにより、サーボモータ４１の負荷率を低下させることもできる。

さらに、この自動機の自動運転制御方法においては、ステップＳ１０において、サーボモータ４１の現在位置データに基づいてサーボモータ４１の実効トルクを算出するため、電流検出器等の検出器を用いる必要がなく、生産コストの低廉化を実現することができる。なお、ステップＳ１０において、プログラムからの位置指令データに基づいてサーボモータ４１の実効トルクを算出することもできる。また、サーボモータ４１のコイルに流れる電流を検出し、この電流からサーボモータ４１の実効トルクを算出することもできる。その他、実効トルクを算出する方法として、サーボアンプ４８から取り出したトルクより実効トルクを演算するハードウェアを採用することもできる。さらには、実効トルクを算出することなく、サーボアンプ４８からのエラーになる予告であるワーニングを検知してサーボモータ４１の負荷率を低下させることもできる。なお、本実施形態においては、トルクと加速度とが比例するものとしてトルクを算出したが、摩擦抵抗を考慮してトルクを算出してもよい。

以上において、本発明の自動機の自動運転制御方法を実施形態に即して説明したが、本発明はこれらに制限されるものではなく、本発明の技術的思想に反しない限り、適宜変更して適用できることはいうまでもない。例えば、この自動運転制御方法をＮＣ工作機や自動的に刺繍を行う機械等、ローディングした個別のプログラムにより制御される自動機に採用することができる。また、トルクを推力に置き換えることにより、リニアモータを用いた自動機の自動運転制御方法にも適用できる。

実施形態の自動機の自動運転制御方法に係り、電子部品実装装置の上面図。 実施形態の自動機の自動運転制御方法に係り、サーボモータ装置の構成図。 実施形態の自動機の自動運転制御方法に係り、電子部品実装装置の制御プログラムの概要図。 実施形態の自動機の自動運転制御方法に係り、ＤＷＴプログラムのフローチャート。 実施形態の自動機の自動運転制御方法に係り、実効トルク計算サブルーチンのフローチャート。 実施形態の自動機の自動運転制御方法に係り、実効トルクの算出方法を示す図。 自動機の運転サイクルにおけるトルクを示す図。

符号の説明

１…自動機（電子部品装着装置）、４１…サーボモータ、Ｆ…定格トルク、Ｓ１０…実効トルク算出工程、Ｓ１１…比較工程、Ｓ１７…負荷率低下工程。

Claims (5)

1. プログラムにより駆動されるサーボモータを用いた自動機の自動運転制御方法において、
   前記サーボモータの実効トルクを算出する実効トルク算出工程と、
   該実効トルク算出工程において算出された前記実効トルクと、前記サーボモータの定格トルクに基づいた閾値とを比較する比較工程と、
   前記実効トルクが前記閾値以上であるとき、前記サーボモータの負荷率を下げる負荷率低下工程と、を備えることを特徴とする自動機の自動運転制御方法。
2. 請求項１において、
   前記負荷率低下工程において、前記サーボモータを所定時間停止することにより前記サーボモータの負荷率を下げることを特徴とする自動機の自動運転制御方法。
3. 請求項１において、
   前記負荷率低下工程において、前記サーボモータの速度又は加速度の一方又は両方を下げることにより前記サーボモータの負荷率を下げることを特徴とする自動機の自動運転制御方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項において、
   前記実効トルク計算工程において、前記サーボモータの現在位置データ又は前記プログラムからの位置指令データに基づいて前記サーボモータの実効トルクを算出することを特徴とする自動機の自動運転制御方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項において、
   前記自動機は電子部品実装装置であることを特徴とする自動機の自動運転制御方法。

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