JP2013206402A - 重量物位置決め制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークを載置するテーブルと工具を保持する主軸とを互いに直角なＸ、Ｙ、Ｚ方向に相対的に移動させてワークを加工するプリント基板加工機に好適な重量物位置決め制御方法を提供すること。
【解決手段】重量物の速度指令が移動開始して加速して目標速度に到達し、目標位置に近づいて目標速度から減速して速度０となるまでの速度指令パターンとしたとき、目標位置付近での速度変化の絶対値が移動開始時の速度変化の絶対値より小さく、かつ加速及び減速を均等な一定加速度で行ったと仮定した場合の速度指令パターンによって囲まれる面積と当該速度パターンによって囲まれる面積とを等しくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを載置するテーブルと工具を保持する主軸とを互いに直角なＸ、Ｙ、Ｚ方向に相対的に移動させてワークを加工するプリント基板加工機に好適な重量物位置決め制御方法に関する。

図５は、プリント基板加工機の構成図である。同図において、プリント基板１は、下板９を介してテーブル２の上面に固定されている。テーブル２は、Ｘ軸駆動装置３により前後（Ｘ）方向に移動自在である。ドリル４を保持したスピンドル５は、Ｚ軸駆動装置６により上下（Ｚ）方向に移動自在である。Ｚ軸駆動装置６はＹ軸駆動装置７により、左右（Ｙ）方向に移動自在である。Ｘ軸駆動装置３、Ｙ軸駆動装置７およびＺ軸駆動装置６はそれぞれ図示を省略する位置検出器を備えており、フィードバック制御により指定する位置（座標）に精度良く位置決めすることができる。

加工をするときには、Ｘ軸駆動装置３およびＹ軸駆動装置７を動作方向に移動させてドリル４の軸線を穴明け位置８の軸線上に位置決めした後、Ｚ軸駆動装置６によりスピンドル５を指定する高さまで下降させ、目的の位置に穴を明ける。穴の加工が終了したら、スピンドル５を上昇させ、ドリル４を待機位置に戻す。以下、上記の動作を加工が終了するまで繰り返す。したがって、加工時間はＸ、Ｙ方向の移動時間とＺ方向の移動時間の和で算出される。

ドリル４の待機位置は、切粉の排出を確実に行うと共に水平方向の移動時にプリント基板１と干渉することを防止するため、先端がプリント基板１の表面から予め定める距離だけ離れた位置に指定される。待機位置におけるドリル４先端からプリント基板１の表面までの距離はエアーカット量Ｌａと呼ばれ、その値は経験に基づいて決定されることが多い。

図６は従来の指令生成方法によるテーブルの速度指令パターンを示す。このようにテーブルの速度指令は移動開始から直線的に（一定加速度で）増加して目標速度に達し、目標位置に近づくと目標速度から直線的に（一定加速度で）減速する。ここで、加速時時定数とはテーブルの速度指令が移動開始して加速し、目標速度に到達するまでの加速時間をいい、減速時時定数とはテーブルの速度指令が目標位置に近づいて目標速度から減速し、速度０となるまでの減速時間をいう。従来はこのように加速時時定数と減速時時定数を同じにする。（以下、このときの時定数を「均等時定数」という。）図７はテーブルの移動開始から位置指令と位置応答を示す図であり、図８は図７の目標位置付近の様子を拡大した図である。図８から分かるように、テーブルのような重量物を加速・減速した場合、目標位置付近での振動が発生するために整定時間が長くなり、ドリルを下降するタイミングが遅くなる。ここで、整定時間はテーブルの移動開始から目標位置の整定幅以内に入るまでの時間をいう。

従来は、このような振動を考慮して目標位置の整定幅以内に入りほぼ静止するタイミングに合わせてドリルがワークの表面に到達するように、ドリルを下降させ始めることにより加工時間の短縮をはかってきた（特許文献１参照）。

特開２００４−００９１６１公報

本発明は、上記整定時間そのものの短縮を目的とする。

上記課題を解決するため、重量物の速度指令が移動開始して加速して目標速度に到達し、目標位置に近づいて目標速度から減速して速度０となるまでの速度指令パターンとしたとき、目標位置付近での速度変化の絶対値が移動開始時の速度変化の絶対値より小さく、かつ加速及び減速を均等な一定加速度で行ったと仮定した場合の速度指令パターンによって囲まれる面積と当該速度パターンによって囲まれる面積とを等しくしたものである。

また、重量物の速度指令が移動開始して第１の一定加速度で加速して目標速度に到達するまでの加速時間を加速時時定数とし、重量物の速度指令が目標位置に近づいて目標速度から第２の一定加速度で減速して速度０となるまでの減速時間を減速時時定数としたとき、減速時時定数を加速及び減速を均等な一定加速度で行ったと仮定した場合の時定数（以下、単に「均等時定数」という。）より長くし、かつ加速時時定数＝２×均等時定数−減速時時定数としてもよい。

目標位置付近での速度変化の絶対値が移動開始時の速度変化の絶対値より小さくしたことによる時間のロスは、加速及び減速を均等な一定加速度で行ったと仮定した場合の速度指令パターンによって囲まれる面積と当該速度パターンによって囲まれる面積を等しくしたことによって相殺され、かつ振動が低く抑えられることにより正味の整定時間を短くすることができる。
また、同様に減速時時定数を長くしたことによる時間のロスは加速時時定数を短くすることにより相殺され、かつ振動が低く抑えられることにより正味の整定時間を短くすることができる。

本発明における第１の実施例である速度指令パターンである。 本発明と従来技術における指令に対する応答の追従誤差である。 本発明と従来技術における指令に対する応答の追従誤差の目標位置付近の拡大図である。 本発明における第２の実施例である速度指令パターンである。 本発明に係るプリント基板加工機である。 従来技術の速度指令パターンである。 従来技術の位置応答である。 従来技術の位置応答における目標位置付近の拡大図である。

図１は本発明における第１の実施例である速度指令パターンの例を示す。図６の従来技術の速度パターンと比べると、減速時時定数が均等時定数より長くなり、加速時時定数が均等時定数より短くなっていることがわかる。ここにおいて、
加速時時定数＝２×均等時定数−減速時時定数 （１）
なる関係を有する。ここで、均等時定数は加速及び減速を均等な一定加速度で行ったと仮定した場合の時定数であり、均等時定数＝（加速時時定数＋減速時時定数）／２で定義されると考えても良い。また、加速時時定数は当然ながら０以上である（加速時時定数≧０）。式（１）のようにすることによって、本実施例の速度パターンによる到達距離（速度パターンで囲まれた面積）が図６の従来技術の速度パターンによる到達距離と等しくなる。

図２は本発明と従来技術（加速及び減速を均等な一定加速度で行った場合）における指令に対する応答の追従誤差を示し、図３はその目標位置付近の拡大図である。本例では減速時時定数を均等時定数の１．７倍とした。加速時時定数は式（１）より均等時定数の０．３倍である。図３からわかるように、整定時間は本実施例の方が短くなる。このように、速度指令が移動開始して第１の一定加速度で加速して目標速度に到達し、目標位置に近づいて目標速度から第２の一定加速度で減速するという簡便な制御方法であるが、効果は大きい。この効果は減速時時定数を均等時定数の１．５倍以上にすると顕著となる。

図４は本発明における第２の実施例である速度指令パターンの例を示す。このように加速度を一定とせず、目標位置付近での速度変化（加速度）の絶対値が移動開始時の速度変化の絶対値より小さくし、かつ加速及び減速を均等な一定加速度で行ったと仮定した場合の速度指令パターンによって囲まれる面積と当該速度パターンによって囲まれる面積とを等しくした場合には、減速時時定数と加速時時定数が等しくても効果がある。しかし、実施例１のように減速時時定数を均等時定数より長くした方がより好ましい。

１ プリント基板
２ テーブル
３ Ｘ軸駆動装置
４ ドリル
５ スピンドル
６ Ｚ軸駆動装置
７ Ｙ軸駆動装置
８ 穴明け位置
９ 下板

Claims (2)

1. 重量物を加速・減速して移動し、目標位置に整定させる重量物位置決め制御方法において、
   重量物の速度指令が移動開始して加速して目標速度に到達し、目標位置に近づいて目標速度から減速して速度０となるまでの速度指令パターンとしたとき、
   目標位置付近での速度変化の絶対値が加速及び減速を均等な一定加速度で行ったと仮定した場合の速度変化の絶対値より小さく、
   かつ加速及び減速を均等な一定加速度で行ったと仮定した場合の速度指令パターンによって囲まれる面積と当該速度パターンによって囲まれる面積とを等しくすることを特徴とする重量物位置決め制御方法。
2. 請求項１記載の重量物位置決め制御方法において、
   重量物の速度指令が移動開始して第１の一定加速度で加速して目標速度に到達するまでの加速時間を加速時時定数とし、重量物の速度指令が目標位置に近づいて目標速度から第２の一定加速度で減速して速度０となるまでの減速時間を減速時時定数としたとき、
   減速時時定数を加速及び減速を均等な一定加速度で行ったと仮定した場合の時定数（以下、単に「均等時定数」という。）より長くし、かつ加速時時定数＝２×均等時定数−減速時時定数とすることを特徴とする重量物位置決め制御方法。
   

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