JP2010067704A

JP2010067704A - 作動制御方法および対回路基板作業装置

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Publication number: JP2010067704A
Application number: JP2008231047A
Authority: JP
Inventors: Tateaki Kano; 建明叶
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: US20100063633A1; JP5155785B2; US8244387B2

Abstract

【課題】基板保持装置と、作業ヘッドと、その作業ヘッドと基板保持装置に保持された回路基板とを相対的に移動させる相対移動装置とを含む対基板作業装置において、作業ヘッドに作動，停止を繰り返させる際の衝撃や振動を抑制する。
【解決手段】相対移動装置を、作業ヘッドと基板保持装置との一方を保持して移動可能な可動部材と、駆動源を備えて可動部材を駆動する駆動装置と、可動部材の加速度を０から増加させた後、０まで減少させて、その可動部材の移動速度を０から増加させ、後に、加速度を０から減少させた後、０まで増加させて、移動速度を０まで減少させ、可動部材を第１位置から第２位置へ作動させるように駆動源を制御する制御装置とを含むものとし、制御装置を、可動部材の加速度を増加させる期間である加速度増加期間と減少させる期間である加速度減少期間とにおいて加加速度を非対称に制御する非対称制御部を備えたものとする。
【選択図】図４

Description

本発明は、駆動源を備えた駆動装置により作動させられる作動部材の作動制御に関するものである。

作動装置の中には、駆動源を備えた駆動装置によって作動させられる作動部材を含むものがあり、この種の作動装置においては、作動部材を第１位置から第２位置へ作動させる際に、作動速度を０から滑らかに増加させ、後に、滑らかに減少させて停止させることが広く行われている。その一例が下記特許文献１に記載されている。この文献に記載された位置決め制御装置においては、加速度および加速時間がそれぞれ減速度および減速時間に等しいＳ字位置指令を生成するＳ字位置指令生成部を備えた制御装置によりモータを制御して、ロボットのアーム先端の位置を制御することが行われている。
特開２００４−２７２７４９

また、上記Ｓ字位置指令生成部を、図１０に示すように、減速度の絶対値が加速度より小さく、減速時間が加速時間より長いＳ字位置指令を生成するものとし、作動部材の停止時の衝撃や振動を抑制することや、加速度や減速度が三角形の２斜辺に沿って変化するＳ字位置指令を生成するものとして、作動部材の加速時および減速時における衝撃や振動を小さくすることも知られている。さらに、図１１に示すように、減速度の絶対値が加速度より小さく、減速時間が加速時間より長い上、加速度や減速度が三角形の２斜辺に沿って変化するＳ字指令に基づいて、作動部材の作動を制御すれば、作動部材の停止時における振動を特に良好に抑制し、作動部材の高い位置決め制御が可能となることも既に知られている。

しかしながら、本願発明の発明者は、上記のように、加速度や減速度が三角形の２斜辺に沿って変化するＳ字位置指令に基づいて作動部材の作動を制御する方法に、さらに改良の余地があることを発見した。本発明はこの発見に基づいて、作動装置の制御をさらに改良することを課題としてなされたものである。

上記課題は、加速度を０から増加させた後、０まで減少させて、作動速度を０から増加させ、後に、加速度を０から減少させた後、０まで増加させて、作動速度を０まで減少させ、作動部材を第１位置から第２位置へ作動させて停止させる作動制御方法において、加速度を増加させる期間である加速度増加期間と減少させる期間である加速度減少期間とにおいて加加速度を非対称に制御することにより解決される。
上記「加加速度を非対称に制御する」とは、従来は、加速度増加期間と加速度減少期間との長さが同じとされるとともに、両期間において加加速度の絶対値の最大値が互いに同じとされて、加加速度の変化を表すグラフの形状が、加速度増加期間と加速度減少期間との中間において加加速度が０になる点を対称点として点対称となるようにされていたのに対し、非対称になるように制御するということである。換言すれば、加速度増加期間と加速度減少期間との長さを互いに異ならせるとともに、加速度増加期間における加加速度の絶対値の最大値と、加速度減少期間における加加速度の絶対値の最大値との大きさを互いに異ならせるということである。

このように、加加速度が非対称になることを許容すれば、加加速度の制御の自由度、ひいては加速度の制御の自由度が増し、作動装置の制御を従来に比較して、一層合目的に行うことが可能となる。
例えば、第２位置停止時における作動部材の衝撃や振動を特に小さくすることを目的とする場合には、減速期間中の加加速度増加期間を加加速度減少期間より長くして、加加速度を非対称に制御し、作動部材の停止時における加速度の絶対値（減速度）および加加速度の絶対値を特に小さくすることが有効である。その上、前述のように、減速時間が加速時間より長くなるようにすることにより加速度を非対称に制御すれば、作動部材の停止時における衝撃や振動を一層小さくすることができる。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。

なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、（７）項が請求項４に、（８）項が請求項５に、（９）項が請求項６に、それぞれ相当する。

（１）加速度を０から増加させた後、０まで減少させて、作動速度を０から増加させ、後に、加速度を０から減少させた後、０まで増加させて、作動速度を０まで減少させ、作動部材を第１位置から第２位置へ作動させて停止させる作動制御方法において、
前記加速度を増加させる期間である加速度増加期間と減少させる期間である加速度減少期間とにおいて加加速度を非対称に制御することを特徴とする作動制御方法。
（２）前記作動速度を０から増加させる期間である速度増加期間中において、前記加速度増加期間における加加速度の絶対値を前記加速度減少期間における加加速度の絶対値より小さく制御することと、前記移動速度を０まで減少させる期間である速度減少期間中において、前記加速度増加期間における加加速度の絶対値を前記加速度減少期間における加加速度の絶対値より小さく制御することとの少なくとも一方を行う(1)項に記載の作動制御方法。
速度増加期間中において、加速度増加期間における加加速度の絶対値を加速度減少期間における加加速度の絶対値より小さく制御すれば、作動部材を第１位置から作動し始めさせる際の作動部材の衝撃や振動を小さくすることができ、速度減少期間中において、加速度増加期間（減速度減少期間）における加加速度の絶対値を前記加速度減少期間（減速度減少期間）における加加速度の絶対値より小さく制御すれば、作動部材を第２位置に停止させる際の作動部材の衝撃や振動を小さくすることができる
（３）前記加速度増加期間と前記加速度減少期間との各々において、前記加加速度を一定の値に保つ(1)項または(2)項に記載の作動制御方法。
加速度増加期間と加速度減少期間との各々において、加加速度の絶対値を直線的に変化させたり、三角形の２斜辺，多次関数曲線，三角関数曲線等に沿って変化させたりすることも可能であるが、一定値に保つことが、計算が簡単な割りに効果が大きく、特に有効である。
（４）前記速度減少期間にける加速度の絶対値の最大値を前記速度増加期間における加速度の最大値より小さく制御する(1)項ないし(3)項のいずれかに記載の作動制御方法。
(1)項ないし(3)項の各々に記載の特徴と、本項の特徴とを合わせて採用すれば、特に、制御の自由度が大きくなり、目的をより良好に達することが可能となる。
（５）前記作動部材が一直線に沿って移動する直線移動部材であり、前記作動速度が直線移動速度である(1)項ないし(4)項のいずれかに記載の作動制御方法。
（６）前記作動部材が一回転軸線のまわりに回転する回転部材であり、前記作動速度が回転速度である(1)項ないし(4)項のいずれかに記載の作動制御方法。
（７）予め定められた軌跡を描いて作動する作動部材と、
駆動源を備えて前記作動部材を駆動する駆動装置と、
前記作動部材の加速度を０から増加させた後、０まで減少させて、作動速度を０から増加させ、後に、加速度を０から減少させた後、０まで増加させて、作動速度を０まで減少させ、作動部材を第１位置から第２位置へ作動させるように前記駆動源を制御する制御装置と
を含む作動装置であって、
前記制御装置が、前記作動部材の加速度を増加させる期間である加速度増加期間と減少させる期間である加速度減少期間とにおいて加加速度を非対称に制御する非対称制御部を含むことを特徴とする作動装置。
作動速度を０から増加させた後、直ちに減少を開始させてもよく、作動速度を増加させた後、定速で作動させ、その後、移動速度の減少を開始させてもよい。本発明によれば、前記(1)項に記載の方法の実施が可能になる。
(2)項ないし(6)項の各々に記載の特徴は、本作動装置にも適用可能である。
（８）回路基板を保持する基板保持装置と、
その基板保持装置に保持された回路基板に対して作業を行う作業ヘッドと
その作業ヘッドと、前記基板保持装置に保持された回路基板とを相対的に移動させる相対移動装置と
を含む対基板作業装置であって、
前記相対移動装置が、
前記作業ヘッドと前記基板保持装置との一方を保持して移動可能な可動部材と、
駆動源を備えて前記可動部材を駆動する駆動装置と、
前記可動部材の加速度を０から増加させた後、０まで減少させて、その可動部材の移動速度を０から増加させ、後に、加速度を０から減少させた後、０まで増加させて、移動速度を０まで減少させ、前記可動部材を第１位置から第２位置へ作動させるように前記駆動源を制御する制御装置であって、前記可動部材の加速度を増加させる期間である加速度増加期間と減少させる期間である加速度減少期間とにおいて加加速度を非対称に制御する非対称制御部を備えたものと
を含むことを特徴とする対回路基板作業装置。
対基板作業装置の代表的なものは、次項に記載の電子回路部品装着装置であるが、これに限定されるものではなく、例えば、回路基板の予め定められた箇所（一般には複数箇所）に接着剤等の高粘性流体をスポット状に塗布するディスペンサや、回路基板の予め定められた箇所（一般には複数箇所）を撮像装置により撮像し、回路基板の物理的状態を検出する状態検出装置や、回路基板の予め定められた箇所（一般には複数箇所）に接触子を接触させて回路基板の電気的状態を検査する検査装置等、種々の対回路基板作業装置に本発明を適用することができる。
また、(2)項ないし(6)項の各々に記載の特徴は、本対回路基板作業装置にも適用可能である。
（９）前記作業ヘッドが、前記基板保持装置に保持された回路基板に電子回路部品を装着する装着ヘッドであり、前記相対移動装置が、(a)前記基板保持装置に保持された回路基板に平行な平面内において互いに直交するＸ軸およびＹ軸の一方に平行な方向に移動可能な第１移動部材と、(b)その第１移動部材上において前記Ｘ軸と前記Ｙ軸との他方に平行な方向に移動可能で、前記装着ヘッドを保持する第２移動部材との少なくとも一方を前記可動部材として駆動する前記駆動装置の前記駆動源の制御を前記非対称制御部により行う(8)項に記載の対回路基板作業装置。

以下、請求可能発明の実施例を、図面を参照しつつ説明する。なお、請求可能発明は、下記実施例の他、上記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した態様で実施することができる。

図１に対回路基板作業装置の一例としての電子回路部品装着機（以下「部品装着機」と略称する）の平面図を概略的に示す。ただし、構成の理解を容易にするために、部品装着機の上フレームを除去した状態で示す。部品装着機は、ベース１０に設けられた基板搬送保持装置１４，装着装置１６および部品供給装置１８を含む。基板搬送保持装置１４は、回路基板たるプリント配線板２０を搬送する基板コンベヤ２２と、搬送されたプリント配線板２０を予め定められた位置に位置決め保持する基板保持装置２４とを備えるものである。装着装置１６が、部品供給装置１８から対象物たる電子回路部品（以下「回路部品」と略称する）３０（図２参照）を取り出し、基板搬送保持装置１４により搬送され、予め定められた位置に位置決め保持されたプリント配線板２０の予め定められた装着位置に装着することにより電子回路たるプリント回路板が組み立てられる。プリント配線板２０の搬送方向と平行な方向をＸ軸方向とし、それに対して水平面内において直交する方向をＹ軸方向とする。

部品供給装置１８は、ベース１０に位置固定のフィーダ保持台４０と、フィーダ保持台４０の上に各部品供給部がＸ軸方向に並んで着脱可能に搭載された複数の部品フィーダ４２（以下「フィーダ４２」と略称する）とを有し、位置を固定して設けられている。フィーダ４２は、テープ化電子回路部品の形態で回路部品３０を一列に並べて送り、予め定められた部品供給部に位置決めするものとされている。ただし、フィーダ４２は、これに限らず、例えば、ばら積み状態で電子回路部品を収容し、それらを１列に整列させて１個ずつ供給するバルクフィーダを始め種々のものが採用可能である。

装着装置１６は、複数（本実施例の場合２つ）の部品保持ヘッド５０を備え、それら部品保持ヘッド５０がＸ軸方向およびＹ軸方向に水平移動させられてフィーダ４２の部品供給部に対応する部品取出位置へ移動させられ、部品供給部から回路部品３０を取り出す。そのため、装着装置１６は、ＸＹ移動装置５２を備えている。ＸＹ移動装置５２は、Ｙ軸スライド５４，Ｙ軸モータ５６，送りねじ５７，ナット５８を含むＹ軸スライド駆動装置，Ｘ軸スライド６０，Ｘ軸モータ６２，送りねじ，ナットを含むＸ軸スライド駆動装置，Ｙ軸，Ｘ軸スライド５４，６０の各移動を案内する案内装置（例えばガイドレール６４，６５およびガイドブロック６６，６７）等を備えている。なお、ガイドレール６４，Ｙ軸モータ５６等は、図１においては除去されて図示されていない上フレームに固定されており、ＸＹ移動装置５２全体が上フレームに保持された状態となっている。

Ｘ軸スライド６０を構成する側壁の垂直な側面には、図２に示すように、前記複数の部品保持ヘッド５０が部品フィーダ４２の並ぶ方向と同じ方向であるＸ軸方向に並ぶ状態で、昇降可能かつ回転可能に設けられている。前記ＸＹ移動装置５２によってＸ軸スライド６０が移動させられることにより、これら部品保持ヘッド５０が水平面内の任意の位置に移動させられる。複数の部品保持ヘッド５０は全て同じ構成を有するものであるため、それらのうちの一つのみ代表的に図２に図示，説明する。図２に示すように、部品保持ヘッド５０は、回路部品３０を負圧により吸着保持する部品保持具たる吸着ノズル７０と、吸着ノズル７０を着脱可能に保持するノズル保持部７２とを備えている。Ｘ軸スライド６０にはまた、ノズル保持部７２を昇降させる昇降装置７６および部品保持ヘッド５０を軸線まわりに回転させる回転装置７８がそれぞれ設けられている。Ｘ軸およびＹ軸の両方向と直交する部品保持ヘッド５０の昇降方向を、Ｚ軸方向と称する。本実施例における昇降装置７６は、Ｘ軸スライド６０に回転可能に保持された送りねじ８０と、送りねじ８０に螺合され、部品保持ヘッド５０のノズル保持部７２に一体的に設けられたナット８２と、駆動源たるＺ軸モータ８４と、Ｚ軸モータ８４の回転を送りねじ８０に伝達する駆動プーリ，従動プーリ，タイミングベルト等の回転伝達装置８６とを含むものである。回転装置８６は、駆動源たるθ軸モータ９４と、θ軸モータ９４の回転を部品保持ヘッド５０に伝達する駆動歯車，被駆動歯車を含む回転伝達装置９６とを備えるものである。

図１に示すように、Ｘ軸スライド６０には撮像デバイスとしてのＣＣＤカメラである基準マークカメラ１２０が取り付けられている。この基準マークカメラ１２０は、プリント配線板２０に設けられた複数の基準マーク等被検出部を撮像することにより、基板保持装置２４によるプリント配線板２０の保持位置誤差を検出するために設けられたものである。部品装着作業の開始に先立って、基準マークカメラ１２０が基板保持装置２４に位置決め保持されたプリント配線板２０上の正規の位置へ移動させられて、各基準マークを撮像し、得られた画像データが画像処理部により処理されることによって、基準マークの正規の位置からのずれが検出される。各基準マークの位置誤差、すなわちプリント配線板２０の保持位置誤差が後述のＲＡＭ１５６の配線板保持位置誤差メモリに格納され、回路部品３０の装着時に、Ｘ軸スライド６０の停止位置補正等に使用される。

部品保持ヘッド５０がフィーダ４２から受け取った回路部品３０を基板保持装置２４により保持されたプリント配線板２０へ搬送する搬送経路の途中には、撮像デバイスとしてのＣＣＤカメラである部品カメラ１２２が配設されている。この部品カメラ１２２は、部品保持ヘッド５０に保持された回路部品３０を下方から撮像する。得られた画像データが後述する画像処理部により処理されることによって、回路部品３０の正規の保持位置からのずれが検出される。回路部品３０の保持位置誤差が後述のＲＡＭ１５６の回路部品保持位置誤差メモリに格納され、回路部品３０の装着時に、Ｘ軸スライド６０の停止位置補正に使用される。なお、前記基準マークカメラ１２０と部品カメラ１２２との少なくとも一方をラインセンサとしてもよい。

本部品装着機は、図３に示す制御装置１５０により制御される。制御装置１５０は、ＰＵ（プロセッシングユニット）１５２，ＲＯＭ１５４，ＲＡＭ１５６およびそれらを接続するバスを有するコンピュータ１６０を主体とするものである。バスにはＩ／Ｏポート１６２が接続され、前記基準マークカメラ１２０，部品カメラ１２２により撮像された画像のデータを解析する画像処理コンピュータ１６６や前記Ｙ軸モータ５６，Ｘ軸モータ６２，Ｚ軸モータ８４，θ軸モータ９４のエンコーダを始め、種々の検出器やコンピュータが接続されるとともに、駆動回路１６８を介して、Ｙ軸モータ５６，Ｘ軸モータ６２，Ｚ軸モータ８４，θ軸モータ９４等が接続されている。Ｙ軸モータ５６，Ｘ軸モータ６２，Ｚ軸モータ８４，θ軸モータ９４は、駆動源たる電動モータとしてのサーボモータであり、回転角度の精度の良い制御が可能である。ＲＯＭ１５４には、プリント配線板２０に回路部品３０を装着するためのルーチンを始め、本部品装着機の一般的作動を制御するプログラムが格納されている。また、ＲＡＭ１５６には、プリント配線板２０に装着する回路部品３０の種類，装着位置，装着順序等に従って部品保持ヘッド５０を移動させるためのプログラム等が格納されている。

本部品装着機は概略次のように作動する。ＸＹ移動装置５２の作動により、部品保持ヘッド５０の吸着ノズル７０が部品供給装置１８のフィーダ４２の部品供給部に移動させられ、吸着ノズル７０が昇降させられてフィーダ４２から回路部品３０を取り出す。回路部品３０を取り出した吸着ノズル７０は、ＸＹ移動装置５２の作動によって配線板保持装置２４により位置決め保持されたプリント配線板２０の予め定められた装着位置の上方に移動させられ、吸着ノズル７０が昇降させられてプリント配線板２０に回路部品３０が装着される。ただし、その前に、基準マークカメラ１２０によるプリント配線板２０の基準マークの撮像が行われてプリント配線板２０の配線板保持装置２４による保持位置誤差が取得されるとともに、部品カメラ１２２によって、吸着ノズル７０に保持された回路部品３０の撮像が行われて、吸着ノズル７０による回路部品３０の保持位置誤差、すなわちＸ，Ｙ軸方向の中心位置誤差および回転位置誤差が取得され、これら位置誤差が補正されるように各吸着ノズル７０が回転させられ、Ｘ軸スライド６０が移動させられる。このようにして順次部品取出しおよび装着が行われ、電子回路が組み立てられる。

部品装着機がこのように作動する際には、Ｙ軸スライド５４およびＸ軸スライド６０を現在ある第１位置から次ぎに移動して停止すべき位置である第２位置へ移動させることが必要である。また、ノズル保持部７２を上昇端位置である第１位置から回路部品３０を部品供給装置１８から受け取ったり、プリント配線板２０に装着したりするための下降位置である第２位置へ移動させることが必要である。上昇端位置は一定であるのが普通であるが、下降位置は一定とは限らない。特に、回路部品３０を装着する際の下降位置は、回路部品の高さによって異ならされるのが普通である。さらに、ノズル保持部７２を現在ある回転位置である第１位置から次ぎの回転位置である第２回転位置へ回転させることが必要である。これらのために、Ｙ軸モータ５６，Ｘ軸モータ６２，Ｚ軸モータ８４およびθ軸モータ９４の回転が制御装置１５０により制御されるのであるが、これらの制御に本発明が適用されている。

回路部品３０の装着作業を能率よく行い、かつ、回路部品３０の装着位置精度を高めるためには、作動部材であるＹ軸スライド５４，Ｘ軸スライド６０，ノズル保持部７２等をできる限り迅速に、かつ精度よく目的とする位置へ移動あるいは回転させることが必要であり、それらを速度０から滑らかにかつ迅速に加速し、滑らかにかつ迅速に減速して停止させることが必要である。特に、停止位置の制御精度は装着位置精度を左右するため、停止時の制御が重要であるが、作動部材の作動開始時の衝撃および振動の低減も部品装着機の運転騒音を低減し、寿命低下を回避するために必要である。各モータ５６，６２，８４，９４の制御はＳ字位置指令により行われるが、実際には、そのＳ字位置指令は、それらによって駆動される駆動装置の質量および構成（剛性，固有振動数等）と、作動部材およびそれと共に移動する負荷の質量および構成（剛性，固有振動数等）と、第１位置から第２位置への作動量と、作動に許容される時間である目標作動時間とを考慮して決定されるべきである。しかし、原理的には同じであるため、以下、Ｙ軸スライド５４を駆動するＹ軸スライド駆動装置の駆動源であるＹ軸モータ５６の制御を代表的に説明する。

制御装置１５０のＹ軸モータ５６の制御に関連する部分は、図４に示す加加速度の変化に基づいてＳ字位置指令を生成する。第１位置から第２位置までの移動距離が長く、加速度ａ，減速度−ａおよび速度ｖがそれぞれの上限値（主として、Ｙ軸モータ５６の容量と、Ｙ軸スライド５４およびそれと共に移動するＸ軸スライド６０，Ｘ軸スライド駆動装置，ノズル保持部７２，昇降装置７６，部品保持ヘッド５０，回転装置７８等の質量に基づいて決まる）に達する場合には、後に図７を参照しつつ説明するようにしてＳ字位置指令が生成されるのであるが、図４には、第１位置から第２位置までの移動距離が短く、加速度ａ，減速度−ａおよび速度ｖのいずれも上限値に達することがない場合が例として図示されている。この場合の方が、本発明が有効であり、かつ、加加速度および加速度の非対称性が認識され易いため、最初に図４の場合について説明する。

いま、加速期間Ｔ_aにおける加速度ａの最大値をＡ_a、減速期間Ｔ_dにおける減速度−ａ（正の値）の最大値をＡ_d（正の値）で表すと、加速期間Ｔ_a中の加速度増加期間Ｔ_arにおける加加速度ｊはＡ_a／Ｔ_arとなり、加速期間Ｔ_a中の加速度減少期間Ｔ_asにおける加加速度ｊは−Ａ_a／Ｔ_as、減速期間Ｔ_d中の加速度減少期間Ｔ_dsにおける加加速度ｊは−Ａ_d／Ｔ_ds、減速期間Ｔ_d中の加速度増加期間Ｔ_drにおける加加速度ｊはＡ_d／Ｔ_drとなる。そして、本実施例においては、加速期間Ｔ_aが減速期間Ｔ_dより長くされるとともに、加速度ａの最大値Ａ_aが減速度−ａの最大値Ａ_dより小さくされている。
なお、減速期間Ｔ_dの終了時に速度ｖが０であることが必要であることから、加速期間Ｔ_a中の加速度ａの積分値が減速期間Ｔ_d中の減速度−ａの積分値により相殺されることが必要であり、したがって、加速期間Ｔ_aを減速期間Ｔ_dより長くすることと、加速度ａの最大値Ａ_aを減速度−ａの最大値Ａ_dより小さくすることとの一方が行われれば、他方は必然的に行われることとなる。

また、本実施例においては、加速度増加期間Ｔ_arが加速度減少期間Ｔ_asより長くされるとともに、加速度増加期間Ｔ_arにおける加加速度Ａ_a／Ｔ_arが加速度減少期間Ｔ_asにおける加加速度の絶対値Ａ_a／Ｔ_asより小さくされ、かつ、加速度増加期間Ｔ_drが加速度減少期間Ｔ_dsより長くされるとともに、加速度増加期間Ｔ_drにおける加加速度Ａ_d／Ｔ_drが加速度減少期間Ｔ_dsにおける加加速度の絶対値Ａ_d／Ｔ_dsより小さくされている。
なお、加速度減少期間Ｔ_asの終了時に加速度ａが０であることが必要であることから、加速度増加期間Ｔ_ar中における加加速度ｊの積分値が加速度減少期間Ｔ_as中の加加速度ｊの積分値により相殺されることが必要であり、したがって、加速度増加期間Ｔ_arを加速度減少期間Ｔ_asより長くすることと、加加速度Ａ_a／Ｔ_arを加加速度の絶対値Ａ_a／Ｔ_asより小さくすることとの一方が行われれば、他方は必然的に行われることとなる。減速期間Ｔ_dについても同様である。
この様子を、従来の加速度増加期間Ｔ_arが加速度減少期間Ｔ_asと、また、加速度増加期間Ｔ_drが加速度減少期間Ｔ_dsと等しくされ、加速期間Ｔ_a中においても減速期間Ｔ_d中においても加加速度が対称に制御されていた場合と比較して示したのが図５である。

上記のように、加加速度Ａ_a／Ｔ_arを加加速度の絶対値Ａ_a／Ｔ_asより小さくすれば、Ｙ軸スライド５４の第１位置からの移動開始時における衝撃や振動を小さくすることができ、また、加加速度Ａ_d／Ｔ_drを加加速度の絶対値Ａ_d／Ｔ_dsより小さくすれば、Ｙ軸スライド５４の第２位置における停止時の衝撃や振動を小さくすることができる。さらに、本実施例においては、減速度−ａの最大値Ａ_dが加速度ａの最大値Ａ_aより小さくされているため、Ｙ軸スライド５４の停止時における加加速度Ａ_d／Ｔ_drをおよび減速度−ａを一層小さくすることができ、第１位置から第２位置への移動に要する時間を延長することなく、第２位置近傍における衝撃や振動を低減させ、Ｙ軸スライド５４の第２位置における位置決め精度、ひいては吸着ノズル７０の位置決め精度を向上させることができる。

なお、前記説明から明らかなように、移動時間および移動距離、ならびに加速と減速との非対称率（Ｔ_a／Ｔ_d）を一定とすれば、加加速度の非対称率（Ｔ_as／Ｔ_ar，Ｔ_ds／Ｔ_dr）と加加速度ｊとの間には一定の関係があり、加加速度の非対称率を変化させることにより、加加速度ｊの変化率（加加速度を非対称にした場合の加加速度Ａ_a／Ｔ_arまたはＡ_d／Ｔ_drを、加加速度を対称にした場合の加加速度Ａ_a／Ｔ_arまたはＡ_d／Ｔ_drで割った値）を図６に示すように変えることができ、設計の自由度が向上する。理論的には、減速期間中の加速度増大期間を長くするほど、その期間の加加速度ｊを小さくすることができ、衝撃や振動の抑制に有効なのであるが、実際には、Ｙ軸モータ５６によって移動させられるものの位置決め精度、特に、回路部品３０の装着精度を左右する吸着ノズル７０の位置決め精度は、Ｙ軸モータ５６から吸着ノズル７０までの部分の固有振動数や、非線形性の影響を受けるため、シミュレーションや実験により、適切な加加速度の非対称率を取得することが望ましい。

次に、図７を参照しつつＳ字位置指令の計算について説明する。なお、ここでは、第１位置から第２位置までの移動距離が長く、加速度ａ，減速度−ａおよび速度ｖがそれぞれの上限値に達する場合について説明するが、上限値に達することがない場合には、加加速度ｊあるいは加速度ａが０に保たれる期間を省けば、同様にしてＳ字位置指令を計算することができる。
いま、
Ｔ_ar：加速期間中の加速度増加期間
Ｔ_as：加速期間中の加速度増加期間
Ｔ_ds：減速期間中の加速度減少期間
Ｔ_dr：加速期間中の加速度増加期間
Ｔ_c：定速移動期間
Ａ_a：加速期間中の最大加速度
Ａ_d：減速期間中の最大減速度
とし、計時開始時点からの実経過時間ｔと上記各期間の開始および終了時刻Ｔとをそれぞれ図７に示す符号で表すこととすれば、各期間における加加速度ｊ₁〜ｊ₇は下記の式で表され、それら加加速度を時間ｔについて順次積分すれば、下記の通り加速度ａ₁〜ａ₇、速度ｖ₁〜ｖ₇、位置ｐ₁〜ｐ₇が得られる。
ｊ₁＝(Ａ_a／Ｔ_ar)＋０(ｔ₁−Ｔ₀)
ａ₁＝(Ａ_a／Ｔ_ar)(ｔ₁−Ｔ₀)＋０
ｖ₁＝(Ａ_a／Ｔ_ar)(ｔ₁−Ｔ₀)²／２＋０
ｐ₁＝(Ａ_a／Ｔ_ar)(ｔ₁−Ｔ₀)³／６＋０
ｊ₂＝０(ｔ₂−Ｔ₁)
ａ₂＝０(ｔ₂−Ｔ₁)＋Ａ_T1(＝Ａ_a)
ｖ₂＝Ａ_T1(ｔ₂−Ｔ₁)＋Ｖ_T1
ｐ₂＝Ａ_T1(ｔ₂−Ｔ₁)²／２＋Ｖ_T1(ｔ₂−Ｔ₁)＋Ｐ_T1
ｊ₃＝(−Ａ_a／Ｔ_as)＋０(ｔ₃−Ｔ₂)
ａ₃＝(−Ａ_a／Ｔ_as)(ｔ₃−Ｔ₂)＋Ａ_T2(＝Ａ_a)
ｖ₃＝(−Ａ_a／Ｔ_as)(ｔ₃−Ｔ₂)²／２＋Ａ_T2(ｔ₃−Ｔ₂)＋Ｖ_T2
ｐ₃＝(−Ａ_a／Ｔ_as)(ｔ₃−Ｔ₂)³／６＋Ａ_T2(ｔ₃−Ｔ₂)²／２＋Ｖ_T2(ｔ₃−Ｔ₂)＋Ｐ_T2
ｊ₄＝０(ｔ₄−Ｔ₃)
ａ₄＝０(ｔ₄−Ｔ₃)＋Ａ_T3(＝０)
ｖ₄＝Ａ_T3(ｔ₄−Ｔ₃)＋Ｖ_T3
ｐ₄＝Ｖ_T3(ｔ₄−Ｔ₃)＋Ｐ_T3
ｊ₅＝(−Ａ_d／Ｔ_ds)＋０(ｔ₅−Ｔ₄)
ａ₅＝(−Ａ_d／Ｔ_ds)(ｔ₅−Ｔ₄)＋Ａ_T4(＝０)
ｖ₅＝(−Ａ_d／Ｔ_ds)(ｔ₅−Ｔ₄)²／２＋Ｖ_T4
ｐ₅＝(−Ａ_d／Ｔ_ds)(ｔ₅−Ｔ₄)³／６＋Ｖ_T4(ｔ₅−Ｔ₄)＋Ｐ_T4
ｊ₆＝０(ｔ₆−Ｔ₅)
ａ₆＝０(ｔ₆−Ｔ₅)＋Ａ_T5(＝−Ａ_d)
ｖ₆＝−Ａ_d(ｔ₆−Ｔ₅)＋Ｖ_T5
ｐ₆＝−Ａ_d(ｔ₆−Ｔ₅)²／２＋Ｖ_T5(ｔ₆−Ｔ₅)＋Ｐ_T5
ｊ₇＝(Ａ_d／Ｔ_dr)＋０(ｔ₇−Ｔ₆)
ａ₇＝(Ａ_d／Ｔ_dr)(ｔ₇−Ｔ₆)＋Ａ_T6(＝−Ａ_d)
ｖ₇＝(Ａ_d／Ｔ_dr)(ｔ₇−Ｔ₆)²／２＋Ａ_T6(ｔ₇−Ｔ₆)＋Ｖ_T6
ｐ₇＝(Ａ_d／Ｔ_dr)(ｔ₇−Ｔ₆)³／６＋Ａ_T6(ｔ₇ −Ｔ₆)²／２＋V_T6(ｔ₇−Ｔ₆)＋Ｐ_T6
したがって、Ｔ₇−Ｔ₀が第１位置から第２位置への移動時間として許容される時間である目標移動時間となり、位置ｐ₁が第１位置（移動開始位置）、位置ｐ₇が第２位置（停止位置）となるという条件を満たす各期間Ｔ_ar，Ｔ_as，Ｔ_ds，Ｔ_dr，Ｔ_cならびに加速期間中の最大加速度Ａ_aおよび減速期間中の最大減速度Ａ_dを求めれば、ｐ₁〜ｐ₇の集合として本発明に従ったＳ字位置指令の一つを得ることができる。

本発明の有効性は実験によって確認されている。その一例を説明する。本実験は、ＡＣサーボモータを駆動源とし、ボールねじによってスライドを直線移動させる実験装置を作成し、図８に破線で示すように、加速期間と減速期間との両方において加加速度を対称に制御する場合（従来技術と称する）と、非対称に制御する場合（本発明と称する）との比較を行ったものである。なお、本発明と従来技術とにおいて、下記の条件は共通である。
移動距離５０ｍｍ
移動時間１０４．８８ｍｓ
加速度最大値２．４６Ｇ
減速度最大値２．０５Ｇ
加速期間４７．６７ｍｓ
減速期間５７．２１ｍｓ
定速移動期間０ｍｓ
また、本発明に特有の条件は以下の通りである。
加速期間中の加速度増大期間８．３３ｍｓ
加速期間中の加速度減少期間６．６７ｍｓ
減速期間中の加速度減少期間８．００ｍｓ
減速期間中の加速度増大期間１０．００ｍｓ
加速期間中の加速度増大期間における加加速度２９５Ｇ／ｓ
加速期間中の加速度減少期間における加加速度の絶対値３６９Ｇ／ｓ
減速期間中の加速度減少期間における加加速度の絶対値２５６Ｇ／ｓ
減速期間中の加速度増大期間における加加速度２０５Ｇ／ｓ

上記の条件でスライドを移動させ、停止位置近傍において、スライドの変位をレーザ変位計によって測定した結果を図９に示す。図９(a)が従来技術、図９(b)が本発明の測定結果を示すが、本発明の場合においては停止位置近傍における振動の振幅が従来技術のそれの半分近くとなっており、本発明の有効性が確認された。
なお、図９(a)，(b)において、位置測定値と共に記載されているものは、推力指令値と速度フィードバック値とである。実験に供した制御装置の都合で、位置指令値の代わりに推力指令値を指令入力とし、かつ、レーザ変位計の出力以外に記録が可能であった推力指令値と速度フィードバック値とを記録したためである。

以上説明した実施例においては、加速度増加期間においても加速度減少期間においても、加加速度が一定値に保たれるようにされていたが、本発明の効果を得るためには、加加速度を非対称に制御すればよく、上記実施例に限定されるものではない。例えば、加加速度が三角形の２斜辺や、三角関数曲線や、多次関数曲線等に沿って変化するようにし、その際、加速度増加期間における加加速度の積分と、加速度減少期間における加速度の積分とが相殺し合うようにすれば、本発明の効果が得られるのである。
また、加速期間と減速期間との両方において、加加速度を非対称にすることも不可欠ではなく、いずれか一方のみにおいて非対称にしてもよい。

また、前記実施例においては、部品装着機の部品保持ヘッド５０を移動あるいは回転させるための駆動装置の制御に本発明が適用されていたが、他の駆動装置に適用することも可能である。例えば、あたかも前記部品保持ヘッド５０の代わりに、接着剤を収容したシリンジをＸ軸スライド６０に保持させたかの構成を有し、シリンジのノズルから接着剤を吐出させて、回路基板にスポット状に塗布する接着剤ディスペンサにおいて、シリンジを移動させたり、回転させたりする駆動装置に本発明を適用することも可能である。あるいは、前記基準マークカメラ１２０に基準マークを撮像させるための移動に本発明を適用することも当然可能であるし、前記基準マークカメラ１２０と同様な検査用カメラに、プリント配線板２０に装着された回路部品３０を撮像させ、部品装着状態の良否を検査する検査装置や、部品保持ヘッド５０の代わりに検査プローブをＸ軸スライド６０に保持させたかの構成を有し、検査プローブを完成したプリント配線板の所定箇所に接触させて、電気的検査を行う検査装置において、検査用カメラを移動させる駆動装置に本発明を適用することも可能である。
さらに、これら対基板作業装置のみならず、汎用のＸＹロボットやアーム型ロボット，工作機械等の作動装置に本発明を適用することも可能である。

本発明の一実施例である電子回路部品装着機の概略平面図である。上記電子回路部品装着機の部品保持ヘッド周辺を示す正面図（一部断面）である。上記電子回路部品装着機の制御装置を示すブロック図である。上記制御装置によるＹ軸モータ等の制御の一例を示すグラフである。上記Ｙ軸モータ等の制御を、従来の制御と比較して示すグラフである。上記制御装置による制御を説明するためのグラフである。上記制御装置による別の制御を説明するためのグラフである。本発明の有効性を確認するために行った実験における制御装置の制御を示すグラフである。上記実験の結果を示すグラフであり、(a)が本発明の実験結果を示し、(b)が従来技術の実験結果を示す。従来の制御装置による制御の一例を示すグラフである。従来の制御装置による別の制御の例を示すグラフである。

符号の説明

１０：ベース１４：基板搬送保持装置１６：装着装置１８：部品供給装置２２：基板コンベヤ２４：基板保持装置５０：部品保持ヘッド５２：ＸＹ移動装置５４：Ｙ軸スライド５６：Ｙ軸モータ５７：送りねじ５８：ナット６０：Ｘ軸スライド６２：Ｘ軸モータ６４，６５：ガイドレール６６，６７：ガイドブロック７０：吸着ノズル７２：ノズル保持部７６：昇降装置７８：回転装置８０：送りねじ８２：ナット８４：Ｚ軸モータ８６：回転伝達装置９４：θ軸モータ９６：回転伝達装置１２０：基準マークカメラ１５０：制御装置１５２：ＰＵ１５４：ＲＯＭ１５６：ＲＡＭ１６０：コンピュータ１６８：駆動回路

Claims

加速度を０から増加させた後、０まで減少させて、作動速度を０から増加させ、後に、加速度を０から減少させた後、０まで増加させて、作動速度を０まで減少させ、作動部材を第１位置から第２位置へ作動させて停止させる作動制御方法において、
前記加速度を増加させる期間である加速度増加期間と減少させる期間である加速度減少期間とにおいて加加速度を非対称に制御することを特徴とする作動制御方法。
前記作動速度を０から増加させる期間である速度増加期間中において、前記加速度増加期間における加加速度の絶対値を前記加速度減少期間における加加速度の絶対値より小さく制御することと、前記移動速度を０まで減少させる期間である速度減少期間中において、前記加速度増加期間における加加速度の絶対値を前記加速度減少期間における加加速度の絶対値より小さく制御することとの少なくとも一方を行う請求項１に記載の作動制御方法。
前記加速度増加期間と前記加速度減少期間との各々において、前記加加速度を一定の値に保つ請求項１または２に記載の作動制御方法。
予め定められた軌跡を描いて作動する作動部材と、
駆動源を備えて前記作動部材を駆動する駆動装置と、
前記作動部材の加速度を０から増加させた後、０まで減少させて、作動速度を０から増加させ、後に、加速度を０から減少させた後、０まで増加させて、作動速度を０まで減少させ、作動部材を第１位置から第２位置へ作動させるように前記駆動源を制御する制御装置と
を含む作動装置であって、
前記制御装置が、前記作動部材の加速度を増加させる期間である加速度増加期間と減少させる期間である加速度減少期間とにおいて加加速度を非対称に制御する非対称制御部を含むことを特徴とする作動装置。
回路基板を保持する基板保持装置と、
その基板保持装置に保持された回路基板に対して作業を行う作業ヘッドと
その作業ヘッドと、前記基板保持装置に保持された回路基板とを相対的に移動させる相対移動装置と
を含む対基板作業装置であって、
前記相対移動装置が、
前記作業ヘッドと前記基板保持装置との一方を保持して移動可能な可動部材と、
駆動源を備えて前記可動部材を駆動する駆動装置と、
前記可動部材の加速度を０から増加させた後、０まで減少させて、その可動部材の移動速度を０から増加させ、後に、加速度を０から減少させた後、０まで増加させて、移動速度を０まで減少させ、前記可動部材を第１位置から第２位置へ作動させるように前記駆動源を制御する制御装置であって、前記可動部材の加速度を増加させる期間である加速度増加期間と減少させる期間である加速度減少期間とにおいて加加速度を非対称に制御する非対称制御部を備えたものと
を含むことを特徴とする対回路基板作業装置。
前記作業ヘッドが、前記基板保持装置に保持された回路基板に電子回路部品を装着する装着ヘッドであり、前記相対移動装置が、(a)前記基板保持装置に保持された回路基板に平行な平面内において互いに直交するＸ軸およびＹ軸の一方に平行な方向に移動可能な第１移動部材と、(b)その第１移動部材上において前記Ｘ軸と前記Ｙ軸との他方に平行な方向に移動可能で、前記装着ヘッドを保持する第２移動部材との少なくとも一方を前記可動部材として駆動する前記駆動装置の前記駆動源の制御を前記非対称制御部により行う請求項５に記載の対回路基板作業装置。