JP2013020451A - トリガ発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サーボモータに同期して稼動する外部装置に対して作動を指示するトリガ信号を高精度に出力することが可能なトリガ発生装置を提供する。
【解決手段】 位置検出器のサンプリング開始からトリガ信号を発生させるタイマ設定時間を算出するまでに要する時間をサーボ側遅延時間とし、トリガ発生装置がトリガ信号を出力してから外部装置が作動を開始するまでに要する時間を外部装置側遅延時間とするとき、本発明のトリガ発生装置は、サーボモータの位置情報から算出された外部装置が作動開始位置に到達するまでの到達所要時間からサーボ側遅延時間及び外部装置側遅延時間を減算してタイマ設定時間を算出するタイマ設定時間算出部と、タイマ設定時間に基づきトリガ信号を出力するトリガ信号出力部と、を有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、サーボモータに同期して稼動する外部装置に対して作動を指示するトリガ発生装置に関する。

サーボシステム等の位置制御を要するシステムにおいては、サーボシステムと外部装置との間で同期をとりながら作業を行うことが多い。サーボモータに同期して稼動する外部装置に対して作動を指示するトリガ発生装置の一例として、例えば、特許文献１及び２に挙げられる発明が知られている。特許文献１に記載の発明は、階段状のエンコーダの出力信号を直線状の位置データに変換して、直線状の位置データに基づいて外部装置の到達位置（トリガ位置）を予測している。そして、階段状の出力信号を用いる場合と比べてエンコーダの出力信号の読み取り誤差を小さくして、トリガ信号の出力精度の向上を図っている。

特許文献２に記載の発明は、エンコーダのサンプリング時刻における外部装置の速度及び加速度を算出して、算出された速度及び加速度から外部装置の到達位置（トリガ位置）を予測している。そして、到達位置までの所要時間を推定して、所要時間の経過後に外部装置にトリガ信号を出力している。

特開平８−１９４５４１号公報 特開２０１０−４４４４９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、エンコーダの出力信号を直線状の位置データに変換して補間するものであり、外部装置の到達位置（トリガ位置）までの所要時間を考慮したものではない。また、特許文献２に記載の発明では、所要時間の算出に要する計算時間は考慮されているものの、トリガ信号が出力されてから外部装置が実際に作動するまでの外部装置側の遅延時間については考慮されていない。そのため、特許文献１及び２に記載の発明は、いずれも外部装置に出力されるトリガ信号の出力精度が十分とは言えなかった。

特に、部品実装装置においては、高速で移動する電子部品が所定位置に到達したときに電子部品を撮像して、電子部品の吸着状態を確認する必要がある。所定位置で正確に電子部品を撮像するためには、トリガ信号の出力精度をさらに向上させる必要がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、サーボモータに同期して稼動する外部装置に対して作動を指示するトリガ信号を高精度に出力することが可能なトリガ発生装置を提供することを課題とする。

請求項１に係るトリガ発生装置は、サーボモータと、サーボモータの位置を検出する位置検出器と、サーボモータを駆動するサーボドライブと、サーボドライブを制御するサーボコントローラと、を備えるサーボシステムにおいて、サーボモータに同期して稼動する外部装置に対して作動を指示するトリガ信号を出力可能なトリガ発生装置であって、位置検出器のサンプリング開始からトリガ信号を発生させるタイマ設定時間を算出するまでに要する時間をサーボ側遅延時間とし、トリガ発生装置がトリガ信号を出力してから外部装置が作動を開始するまでに要する時間を外部装置側遅延時間とするとき、トリガ発生装置は、サーボモータの位置情報から算出された外部装置が作動開始位置に到達するまでの到達所要時間からサーボ側遅延時間及び外部装置側遅延時間を減算してタイマ設定時間を算出するタイマ設定時間算出部と、タイマ設定時間に基づきトリガ信号を出力するトリガ信号出力部と、を有することを特徴とする。

請求項２に係るトリガ発生装置は、請求項１において、トリガ信号出力部は、タイマ設定時間が正値のときはタイマ設定時間が経過したときにトリガ信号を出力し、タイマ設定時間が０又は負値のときはタイマ設定時間の算出後直ちにトリガ信号を出力する。

請求項３に係るトリガ発生装置は、請求項１又は２において、サーボドライブ、サーボコントローラ及びトリガ発生装置と位置検出器との間は、サーボモータの位置情報を受信可能に接続されている。

請求項４に係るトリガ発生装置は、請求項１〜３のいずれか１項において、トリガ発生装置は、サーボドライブに備えられている。

請求項５に係るトリガ発生装置は、請求項１〜４のいずれか１項において、外部装置は、部品実装装置の撮像手段を備える。

請求項１に係るトリガ発生装置によれば、サーボ側遅延時間だけでなく外部装置側遅延時間も考慮してタイマ設定時間が設定されているので、外部装置の作動開始位置において、高精度に外部装置の作動を開始することができる。

請求項２に係るトリガ発生装置によれば、タイマ設定時間が正値のときはタイマ設定時間が経過したときにトリガ信号を出力するので、所望の作動開始位置において外部装置の作動を開始することができる。また、タイマ設定時間が０又は負値のときはタイマ設定時間の算出後直ちにトリガ信号を出力するので、外部装置に対して直ちに作動開始を指示することができる。

請求項３に係るトリガ発生装置によれば、サーボドライブ、サーボコントローラ及びトリガ発生装置と位置検出器との間は、サーボモータの位置情報を受信可能に接続されているので、サーボドライブ、サーボコントローラ及びトリガ発生装置の間で互いに位置情報を共有することができる。そのため、トリガ発生装置が備える演算機能をサーボドライブ又はサーボコントローラで実現することが容易である。また、位置情報を共有することができるので、複数のサーボモータを有するサーボシステムにおいて、各サーボモータ間の同期運転が容易である。

請求項４に係るトリガ発生装置によれば、トリガ発生装置は、サーボドライブに備えられているので、サーボコントローラに備えられている場合と比べて、サーボモータの位置情報を短時間に取得することができる。そのため、サーボ側遅延時間を短縮することができる。

請求項５に係るトリガ発生装置によれば、外部装置は、部品実装装置の撮像手段を備えるので、サーボモータに同期して稼動する撮像対象を所定位置で正確に撮像することができる。

第１実施形態に係る構成図である。 第１実施形態に係る制御ブロック図である。 トリガ発生装置の一例を示すブロック図である。 トリガ発生装置の一例を示すフローチャートである。 タイマ設定値とトリガ信号の出力タイミングとの関係を示す図である。 第２実施形態に係る制御ブロック図である。 部品実装装置の一例を示す斜視図である。 部品装着ヘッドの一例を示す正面図である。 図８のＡ方向矢視図である。 側面画像の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態について共通の箇所には共通の符号を付して対応させることにより重複する説明を省略する。なお、図面は概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。

（１）第１実施形態
（１−１）サーボシステム
図１は本実施形態に係る構成図である。本実施形態におけるサーボシステム１００は、サーボモータ１と、サーボモータ１の位置を検出する位置検出器２と、サーボモータ１を駆動するサーボドライブ３と、サーボドライブ３を制御するサーボコントローラ４と、を備えている。サーボモータ１には、位置検出器２が取り付けられており、位置検出器２は、サーボモータ１の回転に同期してサーボモータ１の位置情報２１を出力することができる。サーボモータ１及び位置検出器２は、数値制御機において採用される公知のサーボモータ及び位置検出器を用いることができる。例えば、ＡＣサーボモータやエンコーダを用いることができる。インクリメンタルエンコーダを用いる場合には、位置情報２１は、サーボモータ１の回転変位量に応じたパルス列をカウントした計数値である。アブソリュートエンコーダを用いる場合には、位置情報２１は、サーボモータ１の回転変位量に応じた出力コードである。位置情報２１は、エラー情報などの種々のデータを含めることができ、所定の周期毎にサーボドライブ３に送信される。

サーボドライブ３は、ＣＰＵ３００、メモリ３０１、入出力インターフェース３０２、３０３及び通信インターフェース３０４を有しており、各種データ及び制御信号を送受信可能にバス３０５で接続されている。位置検出器２から送信された位置情報２１は、入出力インターフェース３０２、バス３０５を介してメモリ３０１に送信される。ＣＰＵ３００は、バス３０５、通信インターフェース３０４を介して、位置情報２１をサーボコントローラ４に送信することができる。

サーボコントローラ４は、ＣＰＵ４００、メモリ４０１及び通信インターフェース４０２を有しており、各種データ及び制御信号を送受信可能にバス４０３で接続されている。サーボドライブ３から送信された位置情報２１は、通信インターフェース４０２、バス４０３を介してメモリ４０１に送信される。また、ＣＰＵ４００で演算されたサーボモータ１の移動指令４１１は、バス４０３、通信インターフェース４０２、３０４、バス３０５を介してサーボドライブ３のメモリ３０１に送信される。通信インターフェース４０２、３０４間は、位置情報２１及び移動指令４１１をはじめとした種々のデータ及び制御信号を送受信可能に接続されている。通信手段、プロトコルは特に限定されず、シリアル通信であってもパラレル通信であっても良い。後述するサーボネットワーク等により、ネットワークを構成することもできる。

なお、位置情報２１などの入出力データは、ダイレクト・メモリ・アクセス（ＤＭＡ）によって送信することもできる。ＤＭＡは、ＣＰＵ３００、４００を介さないで、入出力装置とメモリ３０１、４０１との間で種々のデータを送受信することができる。例えば、位置検出器２とメモリ３０１、４０１との間で位置情報２１を直接送信することができる。

図２は本実施形態に係る制御ブロック図である。制御ブロックとして捉えると、サーボコントローラ４は、サーボモータ１の移動指令４１１を演算する演算部４１を有している。サーボドライブ３は、位置制御及び速度制御を行うサーボ制御部３１と、サーボモータ１を駆動するサーボ駆動部３２と、サーボモータ１に同期して稼動する外部装置５に対して作動を指示するトリガ発生装置６と、を有している。サーボ制御部３１は、サーボコントローラ４からの移動指令４１１と、位置検出器２からの位置情報２１と、に基づいて位置制御及び速度制御を行う。位置制御及び速度制御の方法は特に限定されない。例えば、ＰＩＤ制御などの公知のフィードバック制御を用いることができる。

サーボ駆動部３２は、位置制御及び速度制御の演算出力３１１に基づいて、サーボモータ１の電流指令である駆動信号を生成する。サーボモータ１の駆動信号は、例えば、ＰＷＭ制御におけるパルスのＯＮ幅とＯＦＦ幅との比であるデューティ比を用いることができる。ＰＷＭ制御においては、スイッチング素子がＯＮのときに、対応する相にモータ電流ＩＭが流れ、スイッチング素子がＯＮしている時間（ＯＮ幅）に応じてモータ電流ＩＭが変化する。つまり、ＯＮ幅が長くなるとモータ電流ＩＭは大きくなり、ＯＮ幅が短くなるとモータ電流ＩＭは小さくなる。サーボ駆動部３２は、駆動信号に基づくモータ電流ＩＭをインバータ等の電力変換器３０６からサーボモータ１に供給することにより、サーボモータ１を駆動することができる。

本実施形態では、サーボドライブ３、サーボコントローラ４及びトリガ発生装置６と位置検出器２との間は、サーボモータ１の位置情報２１を受信可能に接続されているので、サーボドライブ３、サーボコントローラ４及びトリガ発生装置６の間で互いに位置情報２１を共有することができる。そのため、トリガ発生装置６が備える演算機能をサーボドライブ３又はサーボコントローラ４で実現することが容易である。また、本実施形態では、トリガ発生装置６は、サーボドライブ３に備えられているので、サーボコントローラ４に備えられている場合と比べて、サーボモータ１の位置情報２１を短時間に取得することができる。そのため、後述するサーボ側遅延時間Ｔ２を短縮することができる。

（変形形態）
図１及び図２において、サーボシステム１００はサーボモータ１をひとつ備えているが、複数のサーボモータ１を備えることができ、それらを同時に制御することもできる。サーボドライブ３、サーボコントローラ４及びトリガ発生装置６の間で互いに位置情報２１を共有することができるので、複数のサーボモータ１を有するサーボシステムにおいて、各サーボモータ１間の同期運転が容易である。また、位置制御及び速度制御を行うサーボ制御部３１は、サーボコントローラ４に設けることもできる。この場合、サーボモータ１の位置情報２１は、サーボコントローラ４に直接入力され、サーボコントローラ４からサーボドライブ３に送信される。サーボコントローラ４は、サーボモータ１の移動指令４１１と、位置検出器２からの位置情報２１と、に基づいて位置制御及び速度制御を行い、位置制御及び速度制御の演算出力３１１に基づいてトルク指令を生成する。トルク指令は、サーボドライブ３に送信され、サーボ駆動部３２は、トルク指令に基づいてサーボモータ１の電流指令である駆動信号を生成する。サーボ駆動部３２は、駆動信号に基づくモータ電流ＩＭをインバータ等の電力変換器３０６からサーボモータ１に供給することにより、サーボモータ１を駆動することができる。

（１−２）トリガ発生装置
トリガ発生装置６は、サーボモータ１に同期して稼動する外部装置５に対して作動を指示するトリガ信号６Ｓを出力することができる。トリガ信号６Ｓは、図１に示すＣＰＵ３００で演算された後、バス３０５、入出力インターフェース３０３を介して外部装置５に出力される。外部装置５は、サーボモータ１に同期して稼動する制御対象である。例えば、搬送装置、部品実装装置などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、本実施形態では、トリガ発生装置６はサーボドライブ３に備えられているが、サーボコントローラ４に設けることもできる。

図３はトリガ発生装置の一例を示すブロック図である。図４はトリガ発生装置の一例を示すフローチャートである。図３に示すようにトリガ発生装置６は、制御ブロックとして捉えると、速度推定部６１、到達所要時間算出部６２、タイマ設定時間算出部６３及びトリガ信号出力部６４を有しており、図１に示すメモリ３０１内に格納されたプログラムを実行することによって、トリガ信号６Ｓを出力することができる。

プログラムは、図４に示すフローに従って所定時間の経過毎（以下、制御周期という。）に繰り返し実行される。具体的には、ステップＳ１０において位置情報２１の取得を行い、以下順に、ステップＳ１１で外部装置５の速度推定を、ステップＳ１２で到達所要時間Ｔ１の算出を、ステップＳ１３でタイマ設定時間ＴＭＳの算出を、ステップＳ１４でタイマ設定時間ＴＭＳの判定を行う。ステップＳ１４の判定結果に応じて、タイマ設定・トリガ信号６Ｓの出力を行うステップＳ１５又はトリガ信号６Ｓの出力を行うステップＳ１６が実行される。ステップＳ１０、Ｓ１１は速度推定部６１が行い、ステップＳ１２は到達所要時間算出部６２が行う。ステップＳ１３はタイマ設定時間算出部６３が行い、ステップＳ１４〜Ｓ１６はトリガ信号出力部６４が行う。

速度推定部６１は、位置検出器２のサンプリング時刻Ｔｐにおける外部装置５の移動速度Ｖｎをサーボモータ１の位置情報２１に基づいて推定する。時刻Ｔｐにおいてサンプリングを開始したサーボモータ１の位置情報２１は、演算に使用できるまでに後述する遅延時間を要する。時刻Ｔｐから遅れて時刻Ｔｎにおいて速度推定部６１が取得したサーボモータ１の位置情報２１を位置Ｐｎとする。サンプリングの１周期前に相当する時刻Ｔｋから遅れて時刻Ｔｍにおいて速度推定部６１が取得したサーボモータ１の位置情報２１を位置Ｐｍとする。サンプリング時刻Ｔｐにおける外部装置５の移動速度Ｖｎは、下記数１で表すことができる。
（数１）
Ｖｎ＝（Ｐｎ−Ｐｍ）／（Ｔｎ−Ｔｍ）

到達所要時間算出部６２は、推定された移動速度Ｖｎを用いて外部装置５が作動開始位置ＰＳに到達するまでの到達所要時間Ｔ１を算出する。移動速度Ｖｎで外部装置５が等速度で移動すると仮定すると、到達所要時間Ｔ１は、下記数２で表すことができる。
（数２）
Ｔ１＝（ＰＳ−Ｐｎ）／Ｖｎ

タイマ設定時間算出部６３は、到達所要時間Ｔ１からサーボ側遅延時間Ｔ２及び外部装置側遅延時間Ｔ３を減算してタイマ設定時間ＴＭＳを算出する。サーボ側遅延時間Ｔ２は、位置検出器２のサンプリング開始からトリガ信号６Ｓを発生させるタイマ設定時間ＴＭＳを算出するまでに要する時間をいう。外部装置側遅延時間Ｔ３は、トリガ発生装置６がトリガ信号６Ｓを出力してから外部装置５が作動を開始するまでに要する時間をいう。サーボ側遅延時間Ｔ２及び外部装置側遅延時間Ｔ３は、サーボシステム１００によって定まる固定時間であり、予め算出又は計測しておくことができる。外部装置側遅延時間Ｔ３は、外部装置５の動作モードなどによって可変することもできる。なお、タイマの割り込み周期は、例えば、制御周期が数十μｓとすると、数μｓとすることができる。これにより、タイマ設定時間ＴＭＳが制御周期より短い場合であっても、タイマ設定時間ＴＭＳの経過後に正確にトリガ信号６Ｓを出力することができる。

トリガ信号出力部６４は、タイマ設定時間ＴＭＳに基づきトリガ信号６Ｓを出力する。例えば、トリガ信号出力部６４は、タイマ設定時間ＴＭＳが正値のときはタイマ設定時間ＴＭＳが経過したときにトリガ信号６Ｓを出力し、タイマ設定時間ＴＭＳが０又は負値のときはタイマ設定時間ＴＭＳの算出後直ちにトリガ信号６Ｓを出力する。タイマ設定時間ＴＭＳが負値のときは、サーボ側遅延時間Ｔ２と外部装置側遅延時間Ｔ３とを合算した遅延時間が到達所要時間Ｔ１と比べて長く、外部装置５に対して直ちに作動開始を指示する必要がある。そのため、タイマ設定時間ＴＭＳの算出後直ちにトリガ信号６Ｓを出力する。

本実施形態では、タイマ設定時間ＴＭＳが正値のときはタイマ設定時間ＴＭＳが経過したときにトリガ信号６Ｓを出力するので、所望の作動開始位置ＰＳにおいて外部装置５の作動を開始することができる。また、タイマ設定時間ＴＭＳが０又は負値のときはタイマ設定時間ＴＭＳの算出後直ちにトリガ信号６Ｓを出力するので、外部装置５に対して直ちに作動開始を指示することができる。

図５はタイマ設定値とトリガ信号の出力タイミングとの関係を示す図である。曲線Ｌ１は、サーボモータ１の回転変位の一例を示し、曲線Ｌ２は、位置検出器２によって検出されたサーボモータ１の位置情報２１の一例を示している。位置検出器２のサンプリング周期毎に位置情報２１が更新されるので、曲線Ｌ２は、階段状になっている。

線分Ｌ３は、時刻Ｔｐから遅延した時刻Ｔｎにおける位置Ｐｎと、サンプリングの１周期前に相当する時刻Ｔｋから遅延した時刻Ｔｍにおける位置Ｐｍと、を端点とする線分である。線分Ｌ３の傾きは、サンプリング時刻Ｔｐにおける外部装置５の移動速度Ｖｎを示している。直線Ｌ４は、時刻Ｔｐにおいて位置Ｐｎを通り、線分Ｌ３と同じ傾きの直線である。時刻Ｔｐにおいて位置Ｐｎのサーボモータ１は、時刻Ｔｐから到達所要時間Ｔ１の経過後に、所望の作動開始位置ＰＳに到達することが予測される。

時刻Ｔｐにおいて位置検出器２がサンプリングを開始してから、サンプリングが終了してサーボモータ１の位置情報２１が生成されるまでに所定の検出時間及び処理時間を要する。そして、検出された位置情報２１がサーボドライブ３へ送信されるまでに所定の通信時間を要する。さらに、速度推定部６１が位置情報２１を取得してから速度推定部６１、到達所要時間算出部６２及びタイマ設定時間算出部６３の各演算が終了するまでに所定の演算時間を要する。このように、位置検出器２のサンプリング開始からトリガ信号６Ｓを発生させるタイマ設定時間ＴＭＳを算出するまでにサーボ側遅延時間Ｔ２を要する。

また、トリガ発生装置６がトリガ信号６Ｓを出力してから外部装置５が作動を開始するまでに外部装置側遅延時間Ｔ３を要する。例えば、部品実装装置の撮像手段においては、撮像開始信号を出力してから実際に撮像対象を撮像するまでに、通信遅延や駆動部の作動遅延を生じる。高速で移動する撮像対象を所定位置で正確に撮像するためには、これらの遅延時間を無視することができない。本実施形態では、サーボ側遅延時間Ｔ２だけでなく外部装置側遅延時間Ｔ３も考慮してタイマ設定時間ＴＭＳが設定されているので、所望の作動開始位置ＰＳにおいて、高精度に外部装置５の作動を開始することができる。

同図（ａ）は、タイマ設定時間ＴＭＳ１を到達所要時間Ｔ１からサーボ側遅延時間Ｔ２及び外部装置側遅延時間Ｔ３を減算した時間に設定した場合を示している。同図（ｂ）は、タイマ設定時間ＴＭＳ２を到達所要時間Ｔ１に設定した場合を示している。（ａ）の場合は、タイマ設定時間ＴＭＳ１の経過後にトリガ信号６Ｓ１が出力されて、トリガ信号６Ｓ１の出力後さらに外部装置側遅延時間Ｔ３が経過したときに、外部装置５が実際に作動を開始する。外部装置５の作動開始位置は位置ＰＳ１である。一方、（ｂ）の場合は、タイマ設定時間ＴＭＳ２の経過後にトリガ信号６Ｓ２が出力され、トリガ信号６Ｓ２の出力後さらに外部装置側遅延時間Ｔ３が経過したときに、外部装置５が実際に作動を開始する。外部装置５の作動開始位置は位置ＰＳ２である。位置ＰＳ１は、位置ＰＳ２と比べて、所望の作動開始位置ＰＳに近接している。

（変形形態）
本変形形態では、第１実施形態と比べて、速度推定部６１及び到達所要時間算出部６２が異なる。本変形形態では、外部装置５の移動速度Ｖｎから移動加速度Ａｎを推定する。そして、移動加速度Ａｎで外部装置５が等加速度で移動すると仮定して、到達所要時間Ｔ１を算出する。

時刻Ｔｐから遅延した時刻Ｔｎにおいて算出された外部装置５の移動速度をＶｎとし、サンプリングの１周期前に相当する時刻Ｔｋから遅延した時刻Ｔｍにおいて算出された外部装置５の移動速度をＶｍとすると、時刻Ｔｐにおける外部装置５の移動加速度Ａｎは、下記数３で表すことができる。
（数３）
Ａｎ＝（Ｖｎ−Ｖｍ）／（Ｔｎ−Ｔｍ）

等加速度運動は、下記数４で表すことができるので、到達所要時間Ｔ１を算出することができる。
（数４）
Ｖｎ×Ｔ１＋Ａｎ×Ｔ１^２／２＝ＰＳ−Ｐｎ

また、搬送装置のように略一定速度で対象が移動する場合は、例えば、ＦＩＲフィルタなどのデジタルフィルタを用いて、時刻Ｔｎにおける移動速度Ｖｎを補正することもできる。例えば、時刻Ｔｎにおいて算出された移動速度Ｖｎが所定範囲を超えている場合は、時刻Ｔｎにおける移動速度Ｖｎは、過去に算出された移動速度Ｖｎにデジタルフィルタを掛けた値を採用する。これにより、ノイズ等による推定誤差を軽減させることができる。なお、ＦＩＲフィルタは、直近の所定数の移動速度Ｖｎの移動平均を算出することによって比較的簡単に実現することができる。

（２）第２実施形態
図６は、本実施形態に係る制御ブロック図である。本実施形態は、第１実施形態と基本的には同様の構成、作用効果を有する。共通する部位には共通の符号を付し、異なる部分を中心に説明する。本実施形態では、サーボドライブ３、サーボコントローラ４及びトリガ発生装置６が、位置情報２１を送受信可能にネットワークを介して接続されていることに特徴がある。そのため、トリガ発生装置６は、図示しない独自のＣＰＵ及びメモリを有しており、メモリ内に格納されたプログラムを実行することによって、第１実施形態と同様にトリガ信号６Ｓを出力することができる。

ネットワークを構成する通信手段、プロトコルは特に限定されない。例えば、サーボネットワークを用いてネットワークを構成することができる。サーボネットワークは、例えば、ＩＥＣ６１４９１やＩＥＥＥ１３９４などの規格に準拠した同期通信機能を有すると好適である。これにより、サーボネットワークは、予め設定した周期毎に所定数のデータを送受信することができる。本実施形態では、サーボドライブ３、サーボコントローラ４及びトリガ発生装置６は、一定周期に同一タイミングで位置情報２１を含む種々のデータ及び制御信号を互いに送受信することができる。また、サーボネットワークは、ネットワークに接続された各ノードに対して周期的に起動割り込みを発生させる起動割り込み機能を有するのが好ましい。これにより、サーボドライブ３におけるサーボ制御を周期的に同一タイミングで実行させることができ、複数のサーボモータ１間の同期運転が容易になる。

本実施形態では、サーボドライブ３、サーボコントローラ４及びトリガ発生装置６が、ネットワークを介して位置情報２１を共有しているので、ネットワークの伝送遅延、位置情報２１の同期遅延が生じる可能性がある。サーボ側遅延時間Ｔ２は、これらの遅延時間も考慮されているので、所望の作動開始位置ＰＳにおいて、高精度に外部装置５の作動を開始することができる。

なお、図６において、トリガ発生装置６は、サーボドライブ３及びサーボコントローラ４と別体に記載されているが、トリガ発生装置６は、サーボドライブ３内又はサーボコントローラ４内に設けることもできる。

（３）外部装置
第１実施形態及び第２実施形態において、外部装置５は、例えば、部品実装装置の撮像手段５０を備えることができる。図７は部品実装装置の一例を示す斜視図である。図８は部品装着ヘッドの一例を示す正面図である。図９は図８のＡ方向矢視図である。図１０は側面画像の一例を示す図である。

部品実装装置は、図７に示すように、部品供給装置７７０、基板搬送装置７６０及び部品移載装置７８０を備えている。部品供給装置７７０は、基枠７９０上に複数のカセット式フィーダ７７１を並設して構成したものである。カセット式フィーダ７７１は、基枠７９０に離脱可能に取付けた本体７７２と、本体７７２の後部に設けた供給リール７７３と、本体７７２の先端に設けた部品取出部７７４を備えている。供給リール７７３には電子部品Ｐが所定ピッチで封入された細長いテープが巻回保持され、このテープが図示しないスプロケットにより所定ピッチで引き出され、電子部品Ｐが封入状態を解除されて部品取出部７７４に順次送り込まれる。

部品供給装置７７０と基板搬送装置７６０の間には、電子部品Ｐの保持位置を検出する撮像手段５０としての部品カメラ７７５が設けられている。部品カメラ７７５は、後述する吸着ノズル７１８に吸着された電子部品Ｐの吸着ノズル７１８に対する位置ずれ及び角度ずれを検出することができる。位置ずれ及び角度ずれの検出結果は、電子部品Ｐの装着位置を補正するときに使用することができる。

基板搬送装置７６０は、プリント基板を図７に示すＸ軸方向に搬送するもので、第１搬送装置７６１及び第２搬送装置７６２を２列並設したいわゆるダブルコンベアタイプのものである。第１搬送装置７６１及び第２搬送装置７６２は、基台７６３上にそれぞれ一対のガイドレール７６４ａ、７６４ｂ、７６５ａ、７６５ｂを互いに平行に対向させてそれぞれ水平に並設し、これらガイドレール７６４ａ、７６４ｂ、７６５ａ、７６５ｂによりそれぞれ案内されるプリント基板を支持して搬送する一対の図示しないコンベアベルトを互いに対向させて並設して構成されている。また、基板搬送装置７６０には所定位置まで搬送されたプリント基板を押し上げてクランプする図示しないクランプ装置が設けられ、このクランプ装置によってプリント基板が装着位置で位置決め固定される。

部品移載装置７８０はＸＹロボットタイプのものであり、基枠７９０上に装架されて基板搬送装置７６０及び部品供給装置７７０の上方に配設され、Ｙ軸サーボモータ７１１によりＹ軸方向に移動されるＹ軸スライダ７１２を備えている。Ｙ軸スライダ７１２には、図８に示すように、Ｘ軸スライダ７１３がＹ軸方向と直交するＸ軸方向に移動可能に案内されている。

Ｘ軸スライダ７１３は、Ｙ軸スライダ７１２に固定されたＸ軸方向に延びる一対のガイドレール７１２ａと、Ｘ軸スライダ７１３に固定された一対のガイドブロック７１３ａを介して、Ｙ軸スライダ７１２に移動可能に保持されている。Ｙ軸スライダ７１２には図示しないＸ軸サーボモータが固定され、このＸ軸サーボモータの出力軸にはＸ軸方向に延びるボールねじ軸７１２ｂが連結されている。ボールねじ軸７１２ｂは、図示しないボールを介して、Ｘ軸スライダ７１３に固定されたボールナット７１３ｂに螺合されている。これにより、Ｘ軸サーボモータが回転するとボールねじ軸７１２ｂが回転し、Ｘ軸スライダ７１３はボールナット７１３ｂを介してガイドレール７１２ａに案内されてＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸スライダ７１３上には、電子部品Ｐを吸着してプリント基板に装着する部品装着ヘッド７１０が取付けられている。部品装着ヘッド７１０は、図８に示すように、Ｒ軸モータ７１５、インデックス軸７１６、ノズルホルダ７１７、吸着ノズル７１８、θ軸モータ７１９、Ｚ軸モータ７２０、ＣＣＤカメラ７２１を備えた撮像手段５０等によって構成されている。

Ｘ軸スライダ７１３には、水平方向に延びる第１、２フレーム７２５、７２６が上下方向（Ｚ軸方向）に離間して一体的に設けられ、第１フレーム７２５にＲ軸モータ７１５が固定されている。Ｒ軸モータ７１５の出力軸には、鉛直軸線ＡＬの回り（Ｒ軸方向）に回転可能に支持されたインデックス軸７１６が接続されている。インデックス軸７１６上には、従動ギヤ７２７とθ軸ギヤ７２９を形成した回転体７２８が回転可能に支持されている。インデックス軸７１６の下端部には、リボルバヘッドを構成する円筒状のノズルホルダ７１７が固定されている。

ノズルホルダ７１７には、図９に示すように、鉛直軸線ＡＬと同心の円周７１７ａ上において複数の吸着ノズル７１８がＺ軸方向に移動可能に保持されている。各吸着ノズル７１８は、ノズルホルダ７１７にＺ軸方向に摺動可能に支持されたノズルスピンドル７３３の下端に取付けられている。ノズルスピンドル７３３の下端部には大径部７３３ａが形成され、ノズルスピンドル７３３の上端部にはノズルギヤ７３４が固定されている。ノズルギヤ７３４とノズルホルダ７１７との間には圧縮スプリング７３５が設けられ、この圧縮スプリング７３５によって、ノズルスピンドル７３３及び吸着ノズル７１８が上方に付勢されるとともに、大径部７３３ａがノズルホルダ７１７の下面に当接することにより、ノズルスピンドル７３３及び吸着ノズル７１８の上方への移動が規制されている。また、各吸着ノズル７１８には、ノズルスピンドル７３３を介して図示しない吸着ノズル駆動装置から負圧が供給されるようになっている。これにより、各吸着ノズル７１８は、その先端部７１８ａで電子部品Ｐを吸着することができる。

ノズルホルダ７１７の下端中央部には、光を反射可能な円筒状の反射体７３１が固定されている。そのため、ノズルホルダ７１７及び反射体７３１は、インデックス軸７１６とともに鉛直軸線ＡＬの回りに回動されることになる。これにより、Ｒ軸モータ７１５を回転させると、インデックス軸７１６を介して複数の吸着ノズル７１８を保持したノズルホルダ７１７を鉛直軸線ＡＬの回り（Ｒ軸方向）に回動させることができ、複数の吸着ノズル７１８を装着ステーション７Ｓ１に順次割出すことができる。

第１フレーム７２５にはθ軸モータ７１９が固定され、θ軸モータ７１９の出力軸には駆動ギヤ７３６が固定されている。駆動ギヤ７３６は、インデックス軸７１６に回転可能に支持された回転体７２８上の従動ギヤ７２７に噛合されている。また、回転体７２８上には軸方向の所定長さに亘ってθ軸ギヤ７２９が形成され、このθ軸ギヤ７２９は、ノズルスピンドル７３３に固定された各ノズルギヤ７３４にそれぞれ摺動可能に噛合されている。これにより、θ軸モータ７１９を回転させると、駆動ギヤ７３６、従動ギヤ７２７、θ軸ギヤ７２９及びノズルギヤ７３４を介して、全ての吸着ノズル７１８をノズルホルダ７１７に対して自転させることができる。

また、第１フレーム７２５にはＺ軸モータ７２０が固定され、Ｚ軸モータ７２０の出力軸にはボールねじ軸７３７が接続されている。ボールねじ軸７３７は、第１フレーム７２５に固定された軸受７３８及び第２フレーム７２６に固定された軸受７３９により、鉛直軸線ＡＬと平行な軸線の回りに回動可能に支持されている。ボールねじ軸７３７には、図示しないボールを介して、Ｚ軸モータ７２０の回転運動を直線運動に変換するボールナット７４０が螺合されている。ボールナット７４０は、第１及び第２フレーム７２５、７２６に固定された上下方向に伸びるガイド７４２に上下方向に摺動可能にガイドされたノズルレバー７４１に固定されている。

ノズルレバー７４１には、装着ステーション７Ｓ１に割出されたノズルスピンドル７３３の上端に当接して、ノズルスピンドル７３３をＺ軸方向の下方に押圧する押圧部７４１ａが突設されている。これにより、Ｚ軸モータ７２０を回転させると、ボールねじ軸７３７が回転し、ノズルレバー７４１はボールナット７４０を介してガイド７４２に案内されて上下に移動する。ノズルレバー７４１が上下に移動すると、押圧部７４１ａに対応するノズルスピンドル７３３及び吸着ノズル７１８を上下に移動させることができる。

ノズルレバー７４１の押圧部７４１ａは、ノズルホルダ７１７の回転方向に装着ステーション７Ｓ１を中心として所定の幅Ｗ１を有しており、吸着ノズル７１８が装着ステーション７Ｓ１の前後の所定の角度範囲に位置している状態において、その吸着ノズル７１８のノズルスピンドル７３３の上端に押圧部７４１ａが当接可能となっている。これにより、装着ステーション７Ｓ１の前後の所定の角度範囲において、ノズルホルダ７１７の回動動作中に吸着ノズル７１８の上下方向（Ｚ軸方向）の移動を可能にしている。

第２フレーム７２６には支持ブラケット７４３が懸架され、支持ブラケット７４３には、ノズルホルダ７１７の装着ステーション７Ｓ１の直前直後のステーション７Ｓ１−１、７Ｓ１＋１に割出された２つの吸着ノズル７１８の先端部７１８ａに吸着された電子部品Ｐの二次元画像を取得する１つのＣＣＤカメラ７２１が固定されている。ＣＣＤカメラ７２１は、反射体７３１により反射された光により吸着ノズル７１８の先端部７１８ａに吸着された電子部品Ｐの二次元画像を取得することができる。

支持ブラケット７４３の吸着ノズル７１８に対応する側には、撮像ケース本体７４５が固定され、撮像ケース本体７４５の反射体７３１に対向する側には、図９に示すように、ノズルホルダ７１７を取巻くように鉛直軸線ＡＬを円弧中心とする円弧状の壁面７４５ａが、ノズルホルダ７１７の装着ステーション７Ｓ１の直前直後のステーション７Ｓ１−１、７Ｓ１＋１に亘って形成されている。撮像ケース本体７４５の円弧状壁面７４５ａには、反射体７３１に向けて光を照射するＬＥＤからなる複数の照射体７４６が装着されている。円弧状壁面７４５ａには、装着ステーション７Ｓ１の直前直後のステーション７Ｓ１−１、７Ｓ１＋１に対応する位置に２つの入射部７４５ａ１、７４５ａ２が開口されている。撮像ケース本体７４５内には、入射部７４５ａ１、７４５ａ２を介して反射体７３１より反射された反射光をそれぞれ入射する２つの第１プリズム７４７ａ、７４７ｂと、これら２つの第１プリズム７４７ａ、７４７ｂによって屈折された屈折光を入射して、ＣＣＤカメラ７２１に向けた平行な光に屈折させる山形の第２プリズム７４８が設けられている。

これら第１プリズム７４７ａ、７４７ｂ及び第２プリズム７４８によって、照射体７４６から照射され、反射体７３１によって反射された反射光をＣＣＤカメラ７２１に導入する光学機構７４９を構成している。また、反射体７３１、照射体７４６、第１及び第２プリズム７４７ａ、７４７ｂ、７４８ならびにＣＣＤカメラ７２１等によって、装着ステーション７Ｓ１の直前直後のステーション７Ｓ１−１、７Ｓ１＋１に位置決めされた２つの吸着ノズル７１８の先端部７１８ａの側面画像を取得する撮像手段５０を構成している。

撮像手段５０により、ノズルホルダ７１７の装着ステーション７Ｓ１の直前直後のステーション７Ｓ１−１、７Ｓ１＋１に割出された２つの吸着ノズル７１８が上昇端に位置決め停止されている状態において、照射体７４６から照射された光は反射体７３１により反射され、その反射光は電子部品Ｐの外周縁及び撮像ケース本体７４５の２つの入射部７４５ａ１、７４５ａ２を通過し、第１プリズム７４７ａ、７４７ｂにより第２プリズム７４８に向かう方向に偏光される。そして、第２プリズム７４８によってＣＣＤカメラ７２１に向かう平行光に偏光され、ＣＣＤカメラ７２１によって画像認識される。これによって、１つのＣＣＤカメラ７２１によって、装着ステーション７Ｓ１の直前直後のステーション７Ｓ１−１、７Ｓ１＋１に割出された２つの吸着ノズル７１８の先端部７１８ａに吸着された電子部品Ｐの二次元画像を同時に取得することができる。

部品実装装置は、図示しない制御装置によって制御される。制御装置は、撮像手段５０によって撮像された吸着ノズル７１８の側面画像を認識する画像認識手段と、Ｒ軸モータ７１５及びＺ軸モータ７２０を制御するオーバラップ制御手段と、シーケンス制御手段と、を有している。オーバラップ制御手段は、Ｒ軸モータ７１５とＺ軸モータ７２０をオーバラップ制御（同時動作制御）することができる。シーケンス制御手段は、Ｒ軸モータ７１５とＺ軸モータ７２０を順次動作制御することができる。

次に上記した構成の部品実装装置によって、電子部品Ｐをプリント基板に装着する動作について説明する。まず、制御装置からの指令に基づいて、基板搬送装置７６０のコンベアベルトが駆動され、プリント基板がガイドレール７６４ａ、７６４ｂ（７６５ａ、７６５ｂ）に案内されて所定の位置まで搬送される。そして、クランプ装置により、プリント基板が押し上げられてクランプされ、所定位置に位置決め固定される。続いて、Ｙ軸サーボモータ７１１及び図示しないＸ軸サーボモータが駆動されることにより、Ｙ軸スライダ７１２及びＸ軸スライダ７１３が移動され、部品装着ヘッド７１０が部品供給装置７７０の部品取出部７７４まで移動される。その後、制御装置により、Ｒ軸モータ７１５が回転されることにより、ノズルホルダ７１７が回動され、所定の吸着ノズル７１８を装着したノズルスピンドル７３３がノズルレバー７４１の押圧部７４１ａの下方に割出される。

また、制御装置により、Ｚ軸モータ７２０が正転されることにより、ノズルレバー７４１が圧縮スプリング７３５の付勢力に抗して下方に押下げられ、ノズルスピンドル７３３を介して吸着ノズル７１８の先端部７１８ａが部品取出部７７４に搬送された電子部品Ｐに接近する位置まで押下げられる。その状態で、図示しない吸着ノズル駆動装置から吸着ノズル７１８に負圧が供給され、吸着ノズル７１８の先端部７１８ａに電子部品Ｐが吸着保持される。その後、Ｚ軸モータ７２０が逆転されることにより、ノズルレバー７４１が上方に移動され、圧縮スプリング７３５の付勢力により吸着ノズル７１８が上昇端位置まで押上げられる。このような動作を繰り返すことにより、複数の吸着ノズル７１８に電子部品Ｐがそれぞれ吸着保持される。

続いて、Ｙ軸サーボモータ７１１及び図示しないＸ軸サーボモータが駆動されることにより、Ｙ軸スライダ７１２及びＸ軸スライダ７１３が移動され、部品装着ヘッド７１０がプリント基板の装着位置の上方まで移動される。次いで、θ軸モータ７１９の回転により、ノズルホルダ７１７の装着ステーション７Ｓ１に割出された吸着ノズル７１８の先端部７１８ａに吸着保持された電子部品Ｐが所定の姿勢に制御されるとともに、Ｚ軸モータ７２０が正転されることにより、ノズルレバー７４１が圧縮スプリング７３５の付勢力に抗して下方に押下げられ、吸着ノズル７１８の先端部７１８ａの電子部品Ｐがプリント基板に装着されるまで押下げられる。その後、Ｚ軸モータ７２０が逆転されることにより、ノズルレバー７４１が上方に移動され、圧縮スプリング７３５の付勢力により吸着ノズル７１８が最上端に移動した状態まで押上げられる。

このような装着ステーション７Ｓ１に割出された吸着ノズル７１８の下降動作によって、プリント基板への電子部品Ｐの装着が行われるが、本実施形態においては、かかる電子部品Ｐの装着作業の間に、装着ステーション７Ｓ１の直前直後のステーション７Ｓ１−１、７Ｓ１＋１に位置決め停止されている２つの吸着ノズル７１８の先端部７１８ａの側面画像が撮像手段５０によって取得され、取得された２つの側面画像は画像認識手段に入力されて画像認識される。

このように、装着ステーション７Ｓ１に割出された吸着ノズル７１８に吸着した電子部品Ｐをプリント基板に装着している間に、その直前直後のステーション７Ｓ１−１、７Ｓ１＋１に割出された２つの吸着ノズル７１８の各先端部７１８ａの側面画像を取得することにより、次のノズルホルダ７１７の回転割出し動作中に、吸着ノズル７１８の上下方向の進退移動を同時に行わせる、いわゆる、オーバラップ制御が可能になる。すなわち、装着ステーション７Ｓ１に割出されたノズルスピンドル７３３の下降動作により、吸着ノズル７１８に吸着保持された電子部品Ｐをプリント基板に装着している間に、装着ステーション７Ｓ１の直前直後のステーション７Ｓ１−１、７Ｓ１＋１に位置決めされた停止状態の２つの吸着ノズル７１８の側面画像が、撮像手段５０によって取得され、取得された２つの側面画像は画像認識手段に入力されて画像認識される。

照射体７４６から光が照射された光は、反射体７３１により反射され、２つの吸着ノズル７１８に吸着された各電子部品Ｐの外周縁及び入射部７４５ａ１、７４５ａ２を通過して、ＣＣＤカメラ７２１に入射される。これにより、反射体７３１部分が明るい背景となり、電子部品Ｐ及び吸着ノズル７１８の先端部７１８ａが暗くなった図１０に示すような２つの側面画像（二次元画像）が取得できる。

そして、装着ステーション７Ｓ１の直前のステーション７Ｓ１−１に位置決めされた吸着ノズル７１８の先端部７１８ａの側面画像（図１０（Ａ）参照）は、グレースケールまたは白黒の２値の二次元画像データとして処理され、吸着ノズル７１８の先端部７１８ａから各電子部品Ｐまでの距離が計算される。この計算データと、設計段階において予め計算された吸着ノズル７１８の先端部７１８ａからの各電子部品Ｐの基準位置のデータとの差、すなわち「位置ずれ」を求め、閾値と比較され、その結果、「位置ずれ」が閾値を超えている場合は吸着ノズル７１８への電子部品Ｐの吸着ミス（電子部品Ｐがない場合及び吸着姿勢が異常の場合）とされ、「位置ずれ」が閾値を超えていない場合は正常であると判断される。なお、「吸着姿勢が異常の場合」とは、電子部品Ｐの吸着姿勢がプリント基板に装着するための許容範囲にない場合をいう。この「位置ずれ」のデータは、制御装置の記憶エリアに記憶され、電子部品Ｐのプリント基板への装着時に補正量として使用される。

一方、装着ステーション７Ｓ１の直後のステーション７Ｓ１＋１に位置決めされた吸着ノズル７１８の先端部７１８ａの側面画像（図１０（Ｂ）参照）に基づいて、吸着ノズル７１８によってプリント基板に正常に電子部品Ｐが装着されたか否かが判別される。すなわち、吸着ノズル７１８の先端部７１８ａに電子部品Ｐが存在しない場合には、電子部品Ｐがプリント基板に正常に装着されたものと判断し、吸着ノズル７１８の先端部７１８ａに電子部品Ｐが残存している場合には、装着異常とされ、例えば、電子部品Ｐの再装着が実行される。

電子部品Ｐの保持位置の検出は、部品カメラ７７５によって行うこともできる。吸着ノズル７１８に電子部品Ｐが吸着された後、Ｙ軸サーボモータ７１１及び図示しないＸ軸サーボモータが駆動されて、部品装着ヘッド７１０は、部品カメラ７７５の上方に移動される。このとき、吸着ノズル７１８に吸着された電子部品Ｐを撮像する。撮像後、部品装着ヘッド７１０は、プリント基板の装着位置上方まで移動される。

本実施形態では、部品実装装置の撮像手段５０を備えるので、サーボモータに同期して稼動する吸着ノズル７１８に吸着された電子部品Ｐを所定位置で正確に撮像することができる。また、本実施形態では、ノズルホルダ７１７の回転割出し中に吸着ノズル７１８の進退移動を同時に行うオーバラップ制御が行われる。このように、回転運動と直線運動とが同時に行われる場合においても、吸着ノズル７１８に吸着された電子部品Ｐを所定位置で正確に撮像することができる。なお、回転運動と直線運動とを個別に行うシーケンス制御においても、吸着ノズル７１８に吸着された電子部品Ｐを所定位置で正確に撮像することができる。

（４）その他
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。

１：サーボモータ
２：位置検出器
３：サーボドライブ
４：サーボコントローラ
５：外部装置
６：トリガ発生装置
６１：速度推定部 ６２：到達所要時間算出部
６３：タイマ設定時間算出部 ６４：トリガ信号出力部

Claims (5)

1. サーボモータと、前記サーボモータの位置を検出する位置検出器と、前記サーボモータを駆動するサーボドライブと、前記サーボドライブを制御するサーボコントローラと、を備えるサーボシステムにおいて、前記サーボモータに同期して稼動する外部装置に対して作動を指示するトリガ信号を出力可能なトリガ発生装置であって、
   前記位置検出器のサンプリング開始から前記トリガ信号を発生させるタイマ設定時間を算出するまでに要する時間をサーボ側遅延時間とし、前記トリガ発生装置が前記トリガ信号を出力してから前記外部装置が作動を開始するまでに要する時間を外部装置側遅延時間とするとき、
   前記トリガ発生装置は、前記サーボモータの位置情報から算出された前記外部装置が作動開始位置に到達するまでの到達所要時間から前記サーボ側遅延時間及び前記外部装置側遅延時間を減算して前記タイマ設定時間を算出するタイマ設定時間算出部と、
   前記タイマ設定時間に基づき前記トリガ信号を出力するトリガ信号出力部と、
   を有することを特徴とするトリガ発生装置。
2. 前記トリガ信号出力部は、前記タイマ設定時間が正値のときは前記タイマ設定時間が経過したときに前記トリガ信号を出力し、前記タイマ設定時間が０又は負値のときは前記タイマ設定時間の算出後直ちに前記トリガ信号を出力する請求項１に記載のトリガ発生装置。
3. 前記サーボドライブ、前記サーボコントローラ及び前記トリガ発生装置と前記位置検出器との間は、前記サーボモータの前記位置情報を受信可能に接続されている請求項１又は２に記載のトリガ発生装置。
4. 前記トリガ発生装置は、前記サーボドライブに備えられている請求項１〜３のいずれか１項に記載のトリガ発生装置。
5. 前記外部装置は、部品実装装置の撮像手段を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載のトリガ発生装置。

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