JP2014165278A

JP2014165278A - 実装作業装置におけるモータ制御方法及び実装作業装置

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Publication number: JP2014165278A
Application number: JP2013033631A
Authority: JP
Inventors: Makio Kameda; 真希夫亀田; Takuya Imoto; 卓哉井本; Yuichi Sato; 雄一佐藤
Original assignee: Hitachi High Tech Instruments Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Instruments Co Ltd
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-09-08

Abstract

【課題】各駆動モータの起動タイミングをずらして、トルクの大きい駆動モータを使用できるようにして、電子部品の実装作業に支障を起こさないようにすること。
【解決手段】Ｙ方向モータ９の駆動の開始後に、制御装置１５は起動順序が２番目のＸ方向モータ１１を起動させるための判定をし、その駆動波形を計算して得られた加速度を記憶装置１７に格納する。始動電流値テーブルよりＸ方向モータ１１の加速度に該当する始動電流値及び電流値テーブルからＸ方向モータ１１の加速度に該当する電流値を取得する。現在流れている電流の値である累積電流値及び電子部品装着装置１の出力可能電流閾値を取得し、制御装置１５は前記始動電流値と前記電流値と前記累積電流値との和が前記実装作業装置の出力可能電流閾値以上か否かを判定し、出力可能電流閾値以上と判定するとタイマー３２の計時による所定のタイマー時間の経過後に、Ｘ方向モータ１１を起動させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板上に電子部品を装着するための所定作業を施すもので複数のモータを備えた実装作業装置におけるモータ制御方法及び実装作業装置に関する。具体的には、前記実装作業装置としての、例えばプリント基板上に半田ペーストを塗布するスクリーン印刷装置、プリント基板上に接着剤を塗布する接着剤塗布装置、プリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置などにおけるモータ制御方法及び実装作業装置に関する。

この種の電子部品装着装置は、例えば特許文献１などに開示されている。この種の電子部品装着装置にあっては、複数の駆動モータ、例えば複数の取出保持具を備えた装着ヘッドを平面方向に移動させるＸ方向移動用駆動モータ及びＹ方向移動用駆動モータ、前記取出保持具を回転方向に移動させるθ回転移動用駆動モータ、前記取出保持具を上下方向に移動させる昇降移動用駆動モータなどが設けられている。

特開２００５−１５９２０９公報

そして、トルクが大きい複数の駆動モータの起動タイミングが重なると、始動電流が定格電流の数倍となり、このように電流が大きくなると電圧が不安定となり、電圧不足となり、駆動モータの制御が困難となる事態が発生し、ときに発振、所定時間内での制止ができなくなるということも起こる可能性がある。このため、前記電子部品の基板への実装に支障を招くこととなる場合もあり、トルクの大きい駆動モータは使用できない又はトルクを大きく出せない（加速度を上げられない）という問題がある。

そこで本発明は、各駆動モータの起動タイミングをずらして、各始動電流が発生する時期を分散させて、定格電流に近づけることにより、トルクの大きい駆動モータを使用できるようにして、電子部品の基板への実装に係わる実装作業に支障を起こさないようにすることを目的とする。

このため第１の発明は、基板上に電子部品を装着するための所定作業を施すもので複数のモータを備えた実装作業装置におけるモータ制御方法において、
これから起動する前記モータの加速度に該当する始動電流値と同じくこれから起動する前記モータの加速度に該当する電流値と現在流れている累積電流値との和が前記実装作業装置の出力可能電流閾値以上の場合には、このモータの起動を所定時間遅らせることを特徴とする。

また第２の発明は、基板上に電子部品を装着するための所定作業を施すもので複数のモータを備えた実装作業装置におけるモータ制御装置において、
これから起動する前記モータの加速度に該当する始動電流値と同じくこれから起動する前記モータの加速度に該当する電流値と現在流れている累積電流値との和が前記実装作業装置の出力可能電流閾値以上か否かを判定する判定手段と、
この判定手段により前記和が前記出力可能電流閾値以上であると判定された際に、所定の始動待ち時間を計時するタイマーと、
このタイマーによる前記所定の始動待ち時間の経過後に前記モータを起動させるように制御する制御手段とを
設けたことを特徴とする。

本発明は、各駆動モータの起動タイミングをずらして、各始動電流が発生する時期を分散させて、定格電流に近づけることにより、トルクの大きい駆動モータを使用できるようにして、電子部品の基板への実装に係わる実装作業に支障を起こさないようにすることができる。

電子部品装着装置の概略平面図である。電子部品装着装置の制御ブロック図である。モータの連続起動に係るフローチャートを示す図である。モータを起動させるための判定に係るフローチャートを示す図である。モータ位置決め完了監視処理に係るフローチャートを示す図である。モータ毎の加速度を示す図である。始動電流値テーブルを示す図である。電流値テーブルを示す図である。最上段は累積電流値と時間との関係を示し、上から２段目以降は各モータの電流値と時間との関係及び加速度を示す図である。

基板上に電子部品を装着するための所定作業を施す実装作業装置は、例えばプリント基板上に半田ペーストを塗布するスクリーン印刷装置、プリント基板上に接着剤を塗布する接着剤塗布装置、プリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置などがあるが、以下図１に基づき、この実装作業装置の一例として電子部品装着装置１について、本発明の実施の形態を説明する。この電子部品装着装置１には、各プリント基板Ｐの搬送を並列に行なう搬送装置２と、装置本体の手前側と奥側に配設され電子部品を供給する部品供給装置３Ａ、３Ｂと、駆動源により一方向に移動可能（Ｙ方向に往復移動可能）な一対のビーム４Ａ、４Ｂと、それぞれ取出保持具としての吸着ノズル５を備えて前記各ビーム４Ａ、４Ｂに沿った方向に各駆動源により別個に移動可能な装着ヘッド６Ａ、６Ｂとが設けられている。

前記搬送装置２は電子部品装着装置１は供給コンベア２Ａと、プリント基板Ｐを位置決め固定する位置決め部２Ｂと、排出コンベア２Ｃとを備えている。そして、前記供給コンベア２Ａは上流より受けた各プリント基板Ｐを位置決め部２Ｂに搬送し、この各位置決め部２Ｂで位置決め装置により位置決めされた各基板上に電子部品が装着された後、排出コンベア２Ｃに搬送され、その後下流側装置に搬送される構成である。

そして、前記部品供給装置３Ａ、３Ｂは前記搬送装置２の奥側位置と手前側位置に配設され、取付台であるカート台７Ａ、７Ｂのフィーダベース上に部品供給ユニット８を多数並設したものである。各カート台７Ａ、７Ｂは部品供給ユニット８の部品供給側の先端部がプリント基板Ｐの搬送路に臨むように前記装置本体に連結具を介して着脱可能に配設され、各カート台７Ａ、７Ｂが正規に装置本体に取り付けられるとカート台７Ａ、７Ｂに搭載された部品供給ユニット８に電源１０が供給され、また前記連結具を解除して把手を引くと下面に設けられたキャスタにより移動できる構成である。

そして、Ｘ方向に長い前後一対の前記ビーム４Ａ、４Ｂは、各リニアモータから構成されるＹ方向モータ９の駆動により左右一対の前後に延びたガイドに沿って前記各ビームに固定されたスライダが摺動して個別にＹ方向に移動する。前記Ｙ方向モータ９は、左右一対の基体１Ａ、１Ｂに沿って固定された上下一対の固定子と、前記ビーム４Ａ、４Ｂの両端部に設けられた取付板の下部に固定された可動子９Ａとから構成される。

また、前記ビーム４Ａ、４Ｂにはその長手方向（Ｘ方向）にリニアモータから構成されるＸ方向モータ１０によりガイドに沿って移動する前記装着ヘッド６Ａ、６Ｂが夫々内側に設けられており、前記Ｘ方向モータ１１は各ビーム４Ａ、４Ｂに固定された前後一対の固定子と、各固定子の間に位置して前記装着ヘッド６Ａ、６Ｂに設けられた可動子とから構成される。

従って、各装着ヘッド６Ａ、６Ｂは向き合うように各ビーム４Ａ、４Ｂの内側に設けられ、前記装着ヘッド６Ａは対応する奥側の部品供給装置３Ａの部品供給ユニット８から電子部品の取出し作業を行い、搬送装置２上のプリント基板Ｐに装着することができ、装着ヘッド６Ｂは対応する手前側の部品供給装置３Ｂから電子部品を取り出して前記プリント基板Ｐに装着することができる。

そして、各装着ヘッド６Ａ、６Ｂには各バネにより下方へ付勢されている吸着ノズル５が円周上に所定間隔を存して、例えば４本配設されており、この吸着ノズル５は上下軸モータ１２により昇降可能であり、またθ軸モータ１３により装着ヘッド６Ａ、６Ｂを鉛直軸周りに回転させることにより、結果として各装着ヘッド６Ａ、６Ｂの各吸着ノズル５はＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、垂直線回りに回転可能で、且つ上下動可能となっている。

また、各部品認識カメラ１４は、各装着ヘッド６Ａ、６Ｂに設けられた各吸着ノズル５に吸着保持された電子部品をプリント基板Ｐ上に装着する前に一括して撮像する。

図２は電子部品装着装置１の電子部品装着に係る制御のための制御ブロック図であり、以下説明する。電子部品装着装置１の各要素は制御装置１５が統括制御しており、記憶装置１７が各種データを格納しており、バスライン１８を介して両者は接続されている。また、制御装置１５には操作画面等を表示する表示装置であるモニタ１９及び該モニタ１９の表示画面に形成された入力手段としてのタッチパネルスイッチ２０がインターフェース２１を介して接続されている。また、前記Ｙ方向モータ９、Ｘ方向モータ１１、上下軸モータ１２、θ軸モータ１３がそれぞれ動力線２６、ドライバ（駆動回路）２２、２３、２４、２５、通信ケーブル２７、インターフェース２１を介して前記制御装置１５に接続されている。なお、前記制御装置１５は制御手段、確認手段、判定手段、計算手段などの機能を果たす。

２８、２９、３０、３１はエンコーダで、前記Ｙ方向モータ９、Ｘ方向モータ１１、上下軸モータ１２、θ軸モータ１３にそれぞれ備えられており、前記装着ヘッド６Ａ、６Ｂ、前記吸着ノズル５の位置情報を前記ドライバ（駆動回路）２２、２３、２４、２５にフィードバックする。３２はタイマーで、起動待ち時間を計時する。

前記記憶装置１７には、プリント基板Ｐの種類毎に装着データが記憶されている。この装着データは、その電子部品の装着順序毎に、装着座標（Ｘ座標、Ｙ座標Ｙ、角度）、部品配置番号等から構成される。また、前記記憶装置１７には、カート台７Ａ、７Ｂ上に配設された前記各部品供給ユニット８の部品配置番号に対応した各電子部品の種類（部品ＩＤ）の部品配置データ等が格納されている。更には、前記記憶装置１７には、電子部品の特徴を表す形状データ・認識データ・制御データ・部品供給データから成る電子部品毎の部品ライブラリデータ等が格納されている。

１６は前記インターフェース２１を介して前記制御装置１５に接続される認識処理装置で、前記部品認識カメラ１４により撮像して取込まれた画像の認識処理が該認識処理装置１６にて行われ、制御装置１５に処理結果が送出される。即ち、制御装置１５は部品認識カメラ１４により撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）するように指示を認識処理装置１６に出力すると共に、認識処理結果を認識処理装置１６から受取るものである。

以下、本電子部品装着装置１の電子部品の実装動作について、概略説明する。先ず、タッチパネルスイッチ２０に設けられた運転開始スイッチが操作されると、基板であるプリント基板Ｐを上流装置より供給コンベア２Ａを介して位置決め部２Ｂに搬送して位置決め固定する。そして、制御装置１５は各部品供給ユニット３Ａ、３Ｂの上方へ装着ヘッド６Ａ又は６Ｂを移動させるようにＹ方向モータ９、Ｘ方向モータ１１を制御して、また所定の吸着ノズル５が回転して下降するようにθ軸モータ１３及び上下軸モータ１２を制御して、各部品供給ユニット３Ａ、３Ｂから該当する電子部品を吸着ノズル５が連鎖吸着して取出す。

そして、前記Ｙ方向モータ９及びＸ方向モータ１１を駆動させてＸＹ方向に移動を開始しプリント基板Ｐ上に電子部品を装着するために移動する途中で装着ヘッド６Ａ又は６Ｂを部品認識カメラ１４の上方を通過させて、各吸着ノズル５に吸着保持されている電子部品を部品認識カメラ１４により撮像し（フライ認識）、部品の認識処理動作が前記認識処理装置１６により行われる。

この部品認識動作が終了すると、前記記憶装置１７に格納された前記装着データにおける装着座標にこの認識結果を加味して吸着ノズル５に対する電子部品のズレを補正して、即ち制御装置１５は前記Ｙ方向モータ９、Ｘ方向モータ１１、θ軸モータ１３を制御して、前記装着データの装着順序に従い電子部品のプリント基板Ｐへの装着動作が行われる。そして、装着すべき全ての電子部品の装着が終了すると、位置決め部２Ｂのプリント基板Ｐを排出コンベア２Ｃを介して下流装置へ排出する。

次に、モータの連続起動について、フローチャートを示す図３に従って、説明する。先ず、運転開始スイッチが操作されると、前述したように、電子部品装着装置１の電子部品の実装動作が開始された際に、前記制御装置１５は各モータの起動順序を決定し（ステップＳ０１）、次いでこの決定された順序の１番目のモータを起動させるための判定をする（ステップＳ０２）。この場合、各モータの起動順序は予め定められて、前記記憶装置１７に格納されていてもよく、例えばＹ方向モータ９の次がＸ方向モータ１１であるというように予め定められていてもよい。

次いで、前記決定された順序の２番目のモータを起動させるための判定をした後（ステップＳ０３）、決定された順序の３番目のモータを起動させるための判定をし（ステップＳ０４）、以後同様にそれ以降の順番のモータを起動させるための判定をして、終了する。このように、各モータの起動順序に従って、起動させるための判定をする。

次に、モータを起動させるための判定に係るフローチャートを示す図４に従って、以下説明する。先ず、決定された順序が１番目のモータである、例えば電子部品の取り出しのために部品供給ユニット３Ａ、３Ｂの上方へ装着ヘッド６Ａ又は６Ｂを移動させる前記Ｙ方向モータ９の駆動波形を計算することより得られた加速度（図６参照）を前記記憶装置１７に格納する（ステップＳ１１）。図６によれば、「モータ１」で示す前記Ｙ方向モータ９の加速度は、１０ｉ（「ｉ」は、例えば整数である。）ｍｍ／ｓｅｃ^２である。

次いで、図７に示すような前記記憶装置１７に格納された始動電流値テーブルより、本Ｙ方向モータ９の加速度「１０ｉｍｍ／ｓｅｃ^２」に該当する始動電流値「４ａ（「ａ」は、例えば整数である。）アンペア」を、前記制御装置１５は取得する（ステップＳ１２）。

そして、前記制御装置１５は、図８に示すような前記記憶装置１７に格納された電流値テーブルから、本Ｙ方向モータ９の加速度「１０ｉｍｍ／ｓｅｃ^２」に該当する電流値「２ａアンペア」を取得する（ステップＳ１３）。

ここで、前記制御装置１５は、現在流れている電流の値である累積電流値「０．１ａアンペア」を取得し（ステップＳ１４）、次いで前記記憶装置１７に格納されている前記電子部品装着装置１の出力可能電流閾値「７ａアンペア」（図９参照）を取得する（ステップＳ１５）。

そして、前記制御装置１５は、前記出力可能電流閾値「７ａアンペア」が、ステップＳ１２で取得した前記始動電流値「４ａアンペア」とステップＳ１３で取得した前記電流値「２ａアンペア」とステップＳ１４で取得した前記累積電流値「０．１ａアンペア」との和以下かどうかを判定する（ステップＳ１６）。言い換えると、前記和（「６．１ａアンペア」）が前記出力可能電流閾値「７ａアンペア」以上かどうかを判定する（ステップＳ１６）。

この場合、起動順序が１番目の「モータ１」である前記Ｙ方向モータ９の起動判定に関して、前記和（「６．１ａアンペア」）が前記出力可能電流閾値「７ａアンペア」より小さいと制御装置１５により判定されるので、ステップＳ１４で取得した前記累積電流値「０．１ａアンペア」にステップＳ１２で取得した前記始動電流値「４ａアンペア」を加算する（ステップＳ１７）。

次いで、前記制御装置１５は、ステップＳ１４で取得した前記累積電流値「０．１ａアンペア」にステップＳ１３で取得した前記電流値「２ａアンペア」を加算する（ステップＳ１８）。そして、制御装置１５は、Ｙ方向モータ９の駆動波形をセットし（ステップＳ１９）、ドライバ２２を介してＹ方向モータ９の動作を開始させる（ステップＳ２０）。

以上のように制御されて、「モータ１」であるＹ方向モータ９の駆動動作が開始されるが、この開始後に、前記制御装置１５は決定された起動順序が２番目の「モータ２」である、例えばＸ方向モータ１１を起動させるための判定をするが、Ｙ方向モータ９の場合と同様に、図４に従って、以下説明する。

先ず、Ｘ方向モータ１１の駆動波形を計算することより得られた加速度（図６参照）を前記記憶装置１７に格納する（ステップＳ１１）。図６によれば、「モータ２」で示すＸ方向モータ１１の加速度は、５ｉｍｍ／ｓｅｃ^２である。

次いで、図７に示すような記憶装置１７に格納された始動電流値テーブルより、本Ｘ方向モータ１１の加速度「５ｉｍｍ／ｓｅｃ^２」に該当する始動電流値「３ａアンペア」を制御装置１５は取得する（ステップＳ１２）。

そして、前記制御装置１５は、図８に示すような記憶装置１７に格納された電流値テーブルから、本Ｘ方向モータ１１の加速度「５ｉｍｍ／ｓｅｃ^２」に該当する電流値「１ａアンペア」を取得する（ステップＳ１３）。

ここで、前記制御装置１５は、前記Ｙ方向モータ９が起動した場合における現在流れている電流の値である累積電流値「６．１ａアンペア（０．１ａ＋４ａ＋２ａ）」を取得し（ステップＳ１４）、次いで記憶装置１７に格納されている出力可能電流閾値「７ａアンペア」を取得する（ステップＳ１５）。

そして、前記制御装置１５は、前記出力可能電流閾値「７ａアンペア」が、ステップＳ１２で取得した前記始動電流値「３ａアンペア」とステップＳ１３で取得した前記電流値「１ａアンペア」とステップＳ１４で取得した前記累積電流値「６．１ａアンペア」との和「１０．１ａ」以下かどうかを判定する（ステップＳ１６）。言い換えると、前記和「１０．１ａアンペア」が前記出力可能電流閾値「７ａアンペア」以上かどうかを判定する（ステップＳ１６）。

この場合、起動順序が２番目のＸ方向モータ１１の起動判定に関して、前記和（図９の一点鎖線で示す）が前記出力可能電流閾値以上であると制御装置１５により判定されるので、この制御装置１５はタイマー３２に所定の起動待ち時間（タイマー時間）をセットする（ステップＳ２１）。そして、前記タイマー３２によってタイマー時間が経過すると（タイムアップすると）、ステップＳ１４で取得した累積電流値「６．１ａアンペア」にステップＳ１２で取得した前記始動電流値「３ａアンペア」を加算する（ステップＳ１７）。

このように、起動順序が２番目のＸ方向モータ１１の起動タイミングをずらして、即ち１番目のＹ方向モータ９の起動タイミングより前記タイマー時間だけ遅らせて２番目のＸ方向モータ１１を起動させることによって各始動電流が発生する時期を分散させて、定格電流に近づけることにより、トルクの大きいモータを使用できるようにして、電子部品の基板への実装に係わる実装作業に支障を起こさないようにすることができる。即ち、Ｘ方向モータ１１の起動時には、Ｙ方向モータ９の始動電流値「４ａアンペア」分減少することとなる。

次いで、前記制御装置１５は、ステップＳ１４で取得した累積電流値「６．１ａアンペア」にステップＳ１３で取得した前記電流値「１ａアンペア」を加算する（ステップＳ１８）。そして、制御装置１５は、駆動モータ１の駆動波形をセットし（ステップＳ１９）、ドライバ２３を介してＸ方向モータ１１の動作を開始させる（ステップＳ２０）。

次の３番目の「モータ３」である前記θ軸モータ１３以降の起動判定についても、上述したような図４に示すフローチャートに従って行われることとなるが、前記θ軸モータ１３をタイマー３２による所定の起動待ち時間経過後に起動させた際には、図９の最上段に示すように、累積電流値が出力可能電流閾値より僅か小さいが、詳細な説明はここでは省略する。

なお、モータの起動時に、前述したようなステップＳ１６において、前記出力可能電流閾値「７ａアンペア」が、ステップＳ１２で取得した前記始動電流値とステップＳ１３で取得した前記電流値とステップＳ１４で取得した前記累積電流値との和以下かどうかを判定されて、前記和より大きいと判定されると、前記タイマー時間を待つこと無く、起動することとなる。

次に、モータ位置決め完了監視処理について、図５のフローチャート（各モータ毎に行われる。）に基づいて説明する。先ず、例えば前記Ｙ方向モータ９が駆動すると、このＹ方向モータ９が起動中か否かが、前記制御装置１５により判定される（ステップＳ３１）。

そして、起動中であると判定されると、前記始動電流値テーブルから本Ｙ方向モータ９の加速度「１０ｉｍｍ／ｓｅｃ^２」に該当する始動電流値「４ａアンペア」を制御装置１５は取得する（ステップＳ３２）。そして、制御装置１５は前記タイマー３２に所定の起動待ち時間（タイマー時間）を計時する（ステップＳ３３）。そして、前記タイマー３２によってタイマー時間が経過すると（ステップＳ３４）、制御装置１５は前述した累積電流値「６．１アンペア」からステップＳ３２で取得した始動電流値「４ａアンペア」を減算して新たな累積電流値「２．１アンペア」を得る（ステップＳ３５）。

次に、前記電流値テーブルから本Ｙ方向モータ９の加速度「１０ｉｍｍ／ｓｅｃ^２」に該当する電流値「２ａアンペア」を制御装置１５は取得する（ステップＳ３６）。

そして、制御装置１５は本Ｙ方向モータ９のエンコーダ２８の出力から位置決め完了を把握すると（ステップＳ３７）、本Ｙ方向モータ９の駆動を停止させて、前記累積電流値「２．１アンペア」から本Ｙ方向モータ９の加速度「１０ｉｍｍ／ｓｅｃ^２」に該当する電流値「２ａアンペア」を減算して累積電流値「０．１アンペア」を得る（ステップＳ３８）。

以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

１電子部品装着装置
３部品供給装置
５吸着ノズル
６Ａ、６Ｂ装着ヘッド
９Ｙ方向モータ
１１Ｘ方向モータ
１５制御装置
１７記憶装置
２２〜２５ドライバ
３２タイマー
Ｐプリント基板

Claims

基板上に電子部品を装着するための所定作業を施すもので複数のモータを備えた実装作業装置におけるモータ制御方法において、
これから起動する前記モータの加速度に該当する始動電流値と同じくこれから起動する前記モータの加速度に該当する電流値と現在流れている累積電流値との和が前記実装作業装置の出力可能電流閾値以上の場合には、いずれかのモータの起動を所定時間遅らせることを特徴とする実装作業装置におけるモータ制御方法。
基板上に電子部品を装着するための所定作業を施すもので複数のモータを備えた実装作業装置において、
これから起動する前記モータの加速度に該当する始動電流値と同じくこれから起動する前記モータの加速度に該当する電流値と現在流れている累積電流値との和が前記実装作業装置の出力可能電流閾値以上か否かを判定する判定手段と、
この判定手段により前記和が前記出力可能電流閾値以上であると判定された際に、所定の始動待ち時間を計時するタイマーと、
このタイマーによる前記所定の始動待ち時間の経過後に前記モータを起動させるように制御する制御手段とを
設けたことを特徴とする実装作業装置。