JP3808347B2 - マスタスレーブ式ｘｙ位置決め制御装置及び電子部品搭載装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスタスレーブ式位置決め制御方式で搬送対象物をＸＹ位置移動自在に位置決めするマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置及び電子部品を搭載する電子部品搭載装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子部品の搭載を行なうヘッドや、部材を切削加工等するための工具を、ＸＹ平面の所定位置に正確に位置決めするＸＹ位置決め制御装置を備えた、電子部品を回路基板に搭載するための電子部品搭載装置や、各種工作機械等があった。
【０００３】
ここで、図５を参照して、従来の電子部品搭載装置を説明する。電子部品搭載装置は、ＸＹ平面の所定位置に位置決め制御するガントリ型（門形移動型）のＸＹ位置決め制御装置３０と、電子部品を供給する図示しない部品供給体と、回路基板を搬送するための図示しない基板搬送装置とからなる。
【０００４】
ＸＹ位置決め制御装置３０は、基板搬送装置に対して直角に、かつ、基板搬送装置を跨ぐようにして設けられる二本の支持梁３１Ａ，３１Ｂと、Ｙ軸方向へ移動自在となるように二本の支持梁３１Ａ，３１Ｂ間に架け渡されるビーム３２と、ビーム３２の長手方向に移動自在に取付けられるヘッド３３と、ヘッド３３に搭載され部品供給体から電子部品を吸着して回路基板上の所定位置に装着する吸着ノズル３４と、ビーム３２の各端で支持梁３１Ａ，３１Ｂそれぞれの長手方向の移動の駆動力を供給するＹ軸回転モータ３５Ａ，３５Ｂと、Ｙ軸回転モータ３５Ａ，３５Ｂから供給された駆動力をビーム３２にそれぞれ伝えるＹ軸タイミングベルト３６Ａ，３６Ｂと、ヘッド３３に対してビーム３２の長手方向の移動の駆動力を供給するＸ軸回転モータ３７と、Ｘ軸回転モータ３７から供給された駆動力をヘッド３３に伝えるＸ軸タイミングベルト３８とを有する。
【０００５】
また、ＸＹ位置決め制御装置３０は、ビーム３２のＹ軸位置を検出するための位置検出手段であり、支持梁３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ設けられたＹ軸リニアエンコーダ３９と、ヘッド３３のＸ軸位置を検出するための図示しない位置検出手段であるＸ軸リニアエンコーダと、ＣＰＵ４１（Central Processing Unit）を含みビーム３２をＹ軸方向に位置決め制御するＹ軸位置決め制御部４０を備え、またヘッド３３をＸ軸方向に位置決め制御する制御手段とを有する。図５に示すように、ビーム３２の長手方向をＸ軸方向、支持梁３１Ａ、３１Ｂそれぞれの長手方向をＹ１軸方向、Ｙ２軸方向とする。
【０００６】
電子部品搭載装置は、ＣＰＵ４１が出力する位置指令（ビーム３２及びヘッド３３の位置、回路基板上への電子部品の搭載位置、部品供給体上の電子部品の吸着位置等に関する情報）に基づいて、Ｙ軸位置決め制御部４０を含める制御手段が、各駆動手段の駆動を制御することで、ヘッド３３を部品供給体上の所定位置に移動させ、ヘッド３３が備える吸着ノズル３４により電子部品を吸着する。そして、ヘッド３３を、回路基板搬送装置で搬送された回路基板上の所定位置に移動させ、電子部品を回路基板に装着する構造となっている。
【０００７】
ＸＹ位置決め制御装置３０の位置決め制御方式としては、Ｘ軸、Ｙ１軸及びＹ２軸それぞれの軸にリニアエンコーダを配置し、位置決め制御を行う全軸式位置決め制御方式と、Ｙ１軸、Ｙ２軸の片方とＸ軸にリニアエンコーダを配置し、位置決め制御を行うマスタスレーブ式位置決め制御方式とがあった。
【０００８】
ここで、図６を参照して、マスタスレーブ式位置決め制御方式を説明する。マスタスレーブ式位置決め制御方式は、マスタ側であるＹ１軸側のＹ軸回転モータ３５Ａにおいて位置検出してトルク制御し、スレーブ側であるＹ２軸側のＹ軸回転モータ３５ＢにおいてＹ１側のトルク指令（電流指令）を用いてトルク制御し、ビーム３２を位置制御する。Ｙ軸位置決め制御部４０は、ＣＰＵ４１、位置偏差比例増幅器４２、速度偏差ＰＩ演算部４３、低域フィルタ４４、速度演算部４５とを設ける。
【０００９】
先ず、ＣＰＵ４１から目標位置の信号である位置指令を出力し、位置偏差比例増幅器４２で当該位置指令と、Ｙ軸リニアエンコーダ３９からの位置フィードバック信号との偏差を比例演算して、目標位置に対応する速度の信号である速度指令を出力し、速度偏差ＰＩ演算部４３で、位置偏差比例増幅器４２からの速度指令と速度演算部４５からの速度フィードバック信号との偏差を積分演算して、当該偏差と積分値との和を比例演算して、速度に対応する電流の信号であるトルク指令（電流指令）を出力し、低域フィルタ４４で当該トルク指令の低域ノイズを除去して出力し、当該トルク指令を電流アンプ４６Ａで増幅してＹ軸リニアモータ３５Ａに入力する。
【００１０】
Ｙ２軸側では、低域フィルタ４４から出力されたトルク指令を電流アンプ４６Ｂで増幅してＹ軸回転モータ３５Ｂに入力してトルク制御し、ビーム３２の位置決め制御を行う。
【００１１】
マスタスレーブ式位置決め制御方式は、全軸式位置決め制御方式に比べて、Ｙ２軸側に、位置偏差比例増幅器、速度偏差ＰＩ演算部、低域フィルタ、速度演算部及びＹ軸リニアエンコーダを設置する必要がないので、ＸＹ位置決め制御装置の製造コストを低く抑えることができるという利点があった。
【００１２】
また、ここでは、Ｘ軸回転モータ３７、Ｘ軸タイミングベルト３８、Ｙ軸回転モータ３５Ａ，３５Ｂ、タイミングベルト３６Ａ，３６Ｂを駆動手段として用いたが、リニアモータ等の駆動手段も用いられている。また、マスタスレーブ式位置決め制御方式でＹ１軸側をスレーブ側、Ｙ２軸側をマスタ側とする構成でもよい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のマスタスレーブ式位置決め制御方式では、マスタ側であるＹ１軸側の駆動手段であるＹ軸回転モータ３５Ａと、スレーブ側であるＹ２軸側の駆動手段であるＹ軸回転モータ３５Ｂとの駆動時、Ｙ１軸側の、支持梁３１Ａ、ビーム３２、Ｙ軸回転モータ３５Ａ、Ｙ軸タイミングベルト３６Ａの間の摩擦係数と、Ｙ２軸側の、支持梁３１Ｂ、ビーム３２、Ｙ軸回転モータ３５Ｂ、Ｙ軸タイミングベルト３６Ｂの間の摩擦係数との差や、外乱等の外的要因により、Ｙ１軸側とＹ２軸側それぞれで位置決め制御されたビーム３２の位置にずれが生ずる場合があった。
【００１４】
外乱とは、位置決め制御におけるビーム３２の異常な動きであり、例えば、Ｘ軸におけるヘッド３３の移動や、外部からの衝撃等で起こる。ビーム３２の各軸側での位置にずれが生ずる場合には、一方の軸側が他方の軸側にそれぞれ干渉する外力をビーム３２に与えあうこととなっていた。
【００１５】
その場合、マスタ側では、位置フィードバック信号及び速度フィードバックを用いた位置決めのサーボ制御を行っているため、ビーム３２は、基本的に位置指令にほぼ正確に追随する。一方、スレーブ側では、位置フィードバック信号及び速度フィードバックを用いた位置決めのサーボ制御がなされておらず、マスタ側のトルク信号が与えられているだけであるから、位置指令と、実際のスレーブ側のビーム３２の動きは異なっていた。
【００１６】
このスレーブ側の動きは、マスタ側に対しては外乱として働き、マスタ側では、当該外乱を補正しようとするための位置決め制御を行うため、位置指令に対応するトルク指令に不連続な部分が発生し、実駆動時の衝撃や異音となって現れることがあった。
【００１７】
よって、マスタ側とスレーブ側でビーム３２の位置のずれが起こり、その結果、スレーブ側からマスタ側へ外乱が伝わり、トルク指令の急激（断続的）な出力方向（加速方向又は減速方向）の変化の発生により、実駆動時の衝撃や異音が発生するという問題や、高精度なビーム３２の位置及び速度の制御、静かで滑らかな位置決め制御を行おうとしても、実現できないという問題があった。
【００１８】
上記の問題は、ビーム３２の剛性を高くすればするほど顕著となる。しかし、剛性を低くすると制御ゲインを上げることができず、位置決め目標への整定時間（目標位置へ位置決め終了するまでの時間）が遅くなるという問題が起こっていた。
【００１９】
本発明の課題は、マスタスレーブ式位置決め制御方式において、外乱等が起きた異常状態の場合のトルク指令の急激な出力方向の変化を抑制することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、Ｘ軸方向に沿って延在し、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に沿って移動自在にさせると共に、搬送対象物（例えば、図１に示すヘッド３）をＸ軸方向に移動自在に支持する移動体（例えば、図１に示すビーム２）と、当該移動体の両端部をそれぞれ第１及び第２のＹ軸方向に沿って案内する第１及び第２のガイド部材（例えば、図１に示す支持梁１Ａ，１Ｂ）と、前記移動体の一端部の第１のＹ軸方向の位置を検出する位置検出手段（例えば、図２に示すＹ軸リニアエンコーダ７）と、第１及び第２のＹ軸それぞれに沿って前記移動体を移動させる第１及び第２の駆動手段（例えば、図２に示すＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂ）と、前記位置検出手段から出力された位置情報を用いて第１及び第２の駆動手段に、前記移動体をＹ軸方向の任意の位置へ位置決め制御する制御手段（例えば、図３に示すＹ軸位置決め制御部１０を含める制御手段）とを備えるマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置であって、前記制御手段は、目標位置の信号である位置指令と、前記位置検出手段から出力された位置フィードバック情報とを用いて、速度指令を算出する速度指令算出手段（例えば、図３に示す位置偏差比例増幅器１２）と、前記位置検出手段から出力された位置フィードバック情報から、速度フィードバック情報を算出する速度演算手段（例えば、図３に示す速度演算部１６）と、前記速度指令算出手段から出力された速度指令と、前記速度演算手段から出力された速度フィードバック情報とを用いて、前記第１及び第２の駆動手段の駆動の信号であるトルク指令を算出するトルク指令算出手段（例えば、図３に示す速度偏差ＰＩ演算部１３）と、前記速度指令算出手段から出力された速度指令を用いて、加速度指令を算出する加速度指令算出手段（例えば、図３に示す加速度指令演算部１７）と、当該加速度指令算出手段から出力された加速度指令が加速方向又は減速方向のどちらであるかを検出し、当該検出した加速度指令の加速方向又は減速方向に比較して、前記トルク指令算出手段から出力されたトルク指令の出力方向が逆転し、かつ、前記トルク指令の変化幅が任意に設定された設定値よりも大きい、異常状態であるかを判別する異常判別手段（例えば、図３に示す異常判別部１８）と、当該異常判別手段で異常状態であると判別した場合、前記トルク指令の変化幅を前記設定値以下に制限するトルク指令制限手段（例えば、図３に示すトルクリミッタ１４）と、を具備するマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、製造コストの低いマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置において、第１及び第２の駆動手段へ入力するトルク指令の出力方向が、加速度指令の方向と逆転し、かつ、トルク指令の変化幅がある設定値よりも大きい、外乱等が起こった異常状態の場合に、トルク指令の変化幅をある設定値以下に制限する。
【００２２】
従って、請求項１記載の発明によれば、移動体への外力の干渉を抑え、衝撃や異音、移動体の破損、第１及び第２の駆動手段の温度の上昇、並びに、余分な電力の消費を避けることができ、また、移動体の剛性を高くすることができるので、制御ゲインを高め、高速な位置決め制御を行うことができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１の特徴の第１及び第２の駆動手段が、リニアモータである、マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置であることを特徴とする。
【００２４】
従って、請求項２記載の発明によれば、第１及び第２の駆動手段にリニアモータを用いるので、移動体の高精度な位置決め制御を行うことができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２何れかの特徴のマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置を具備する電子部品搭載装置であって、前記搬送対象物は、ＸＹ位置移動自在に電子部品を回路基板上に搭載する電子部品搭載ヘッドである、電子部品搭載装置であることを特徴とする。
【００２６】
従って、請求項３の発明によれば、請求項１又は２記載の効果を得ると共に、移動体への外力の干渉を抑えて、電子部品を回路基板上の所定位置に搭載することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。先ず、装置的特長を図１〜図３を参照して説明する。なお、図面は発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、従って発明を図示例に限定するものではない。
【００２８】
図１〜図３に示すように、電子部品搭載装置Ｃは、ヘッドをＸ軸及びＹ軸移動自在に位置決めするガントリ型のマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄと、電子部品２１を供給する部品供給体２３と、電子部品２１を搭載するための回路基板２２を搬送するための基板搬送装置２４とからなる。
【００２９】
マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄは、基板搬送装置２４に対して直角に、かつ、基板搬送装置２４を跨ぐようにして設けられる二本の支持梁１Ａ，１Ｂと、Ｙ軸方向へ移動自在となるように二本の支持梁１Ａ，１Ｂ間に架け渡されるビーム２と、ビーム２の長手方向に移動自在に取付けられるヘッド３と、ヘッド３に搭載され部品供給体２３から電子部品２１を吸着して回路基板２２上の所定位置に装着する吸着ノズル４と、ビーム２の各端で支持梁１Ａ，１Ｂそれぞれの長手方向の移動の駆動力を供給するＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂと、ヘッド３のビーム２の長手方向の移動の駆動力を供給するＸ軸リニアモータ６とを有する。
【００３０】
また、マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄは、ビーム２のＹ１軸位置を検出するための位置検出手段であり支持梁１Ａにそれぞれ設けられたＹ軸リニアエンコーダ７と、ヘッド３のＸ軸位置を検出するための位置検出手段であるＸ軸リニアエンコーダ８と、ＣＰＵ１１を含みビーム２をＹ軸方向に位置決め制御するＹ軸位置決め制御部１０を備えまたヘッド３をＸ軸方向に位置決め制御する制御手段とを有する。図１に示すように、ビーム２の長手方向をＸ軸方向、支持梁１Ａ，１Ｂそれぞれの長手方向をＹ１軸方向、Ｙ２軸方向とする。
【００３１】
電子部品搭載装置Ｃは、ＣＰＵ１１から出力される位置指令（ビーム２及びヘッド３の位置、回路基板２２上への電子部品２１の搭載位置、部品供給体２３上の電子部品２１の吸着位置等に関する情報）に基づいて、Ｙ軸位置決め制御部１０を含む制御手段でＸ軸リニアモータ６及びＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂの駆動を制御することで、ヘッド３を部品供給体２３上の所定位置に移動させ、ヘッド３が備える吸着ノズル４により電子部品２１を吸着する。そして、ヘッド３を、基板搬送装置２４で搬送された回路基板２２上の所定位置に移動させ、電子部品２１を回路基板２２に装着する構造となっている。
【００３２】
Ｙ軸位置決め制御部１０は、各部を中央制御するＣＰＵ１１と、Ｙ１軸側に、位置偏差比例増幅器１２、速度偏差ＰＩ演算部１３、トルク指令を制限するトルクリミッタ１４、低域フィルタ１５、速度演算部１６、速度指令から加速度指令を演算する加速度指令演算部１７、加速度指令及びトルク指令から異常であるかを判別する異常判別部１８とを設け、電流アンプ１９Ａ，１９Ｂを介してＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂに接続され、また、Ｙ軸リニアエンコーダ７とも接続する。
【００３３】
マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄは、マスタスレーブ式位置決め制御方式によりＹ軸方向の位置制御を行い、マスタ側であるＹ１軸のＹ軸リニアモータ５Ａに対してビーム２の位置決めのサーボ制御を行い、スレーブ側であるＹ２軸のＹ軸リニアモータ５Ｂに対して、マスタ側のトルク指令を用いてビーム２の位置決め制御を行う構成である。
【００３４】
ここで、Ｙ１軸のＹ軸リニアモータ５Ａについての位置決め制御を説明する。先ず、ＣＰＵ１１から目標位置の信号である位置指令を出力し、位置偏差比例増幅器１２で当該位置指令と、Ｙ軸リニアエンコーダ７から出力された位置フィードバック信号との偏差を比例演算して、目標位置に対応する速度の信号である速度指令を出力し、速度偏差ＰＩ演算部１３で、位置偏差比例増幅器１２からの速度指令と速度演算部１６から出力された速度フィードバック信号との偏差を積分演算して、当該偏差と積分値との和を比例演算して、速度に対応する電流の信号であるトルク指令を出力し、トルクリミッタ１４で、当該トルク指令の急激な（断続的な）加速方向又は減速方向への出力方向の逆転部分を制限し、低域フィルタ１５で当該トルク指令の低域ノイズを除去して出力し、出力された当該トルク指令を電流アンプ１９Ａで増幅してＹ軸リニアモータ５Ａに入力し、Ｙ軸リニアモータ５Ａを当該トルク指令に対応して駆動させ、ビーム２を位置指令に対応した位置へ移動させて、位置決め制御する。
【００３５】
なお、Ｙ軸リニアエンコーダ７は、Ｙ１軸側のビーム２の位置を検出し、検出した位置を位置フィードバック信号として出力し、速度演算部１６は、Ｙ軸リニアエンコーダ７からの位置フィードバック信号を微分演算して、速度フィードバック信号を出力する。
【００３６】
Ｙ２軸側のＹ軸リニアモータ５Ｂについての位置決め制御は、低域フィルタ１５から出力されたトルク指令を電流アンプ１９Ｂで増幅し、増幅したトルク指令をＹ軸リニアモータ５Ｂに入力し、Ｙ軸リニアモータ５Ｂを当該トルク指令に対応して駆動させ、ビーム２を位置指令に対応した位置へ移動させて、位置決め制御する。
【００３７】
ここで、トルクリミッタ１４におけるトルク指令当該トルク指令の急激な（断続的な）加速方向又は減速方向への出力方向の逆転部分を制限する制御について詳細に説明する。先ず、加速度指令演算部１７は、位置偏差比例増幅部１２から出力された速度指令を微分演算して、加速度指令を出力し、異常判別部１８は、加速度演算部１７から出力された加速度指令が加速方向か減速方向かを判別し、速度偏差ＰＩ演算部１３からトルクリミッタ１４及び低域フィルタ１５を介して出力されたトルク指令の加速方向又は減速方向への出力方向と、前記加速度指令の方向（加速方向又は減速方向）を比較し、当該方向が異なる（逆転している）場合を判別する。
【００３８】
異常判別部１８は、トルク指令の出力方向と、前記加速度指令の方向とが同じである場合、異常状態ではないと判別し、トルク指令の出力方向と、前記加速度指令の方向とが異なると判別した場合、更に、トルク指令の信号の変化幅がある設定値以下であるかを判別する。
【００３９】
異常状態とは、外乱等により、ビーム２に対してＹ１軸及びＹ２軸上で位置ずれが起こり、スレーブ側であるＹ２軸側からマスタ側のＹ１軸側に外力を与えて、トルク信号が急激（断続的）に出力方向を逆転した不連続部分が存在する状態である。トルク信号に不連続部分が存在する場合、ビーム２の位置決め制御時の衝撃や異音の原因となる。
【００４０】
異常判別部１８は、トルク指令の出力方向と加速度指令の方向とが異なると判別し、かつ、トルク指令の信号の変化幅がある設定値以下の場合、異常状態ではないと判別し、同じく、トルク指令の信号の変化幅がある設定値よりも大きい場合、異常状態であると判別し、トルクリミッタ１４に稼動信号を入力し、トルクリミッタ１４は、当該稼動信号に従ってＯＮされ、トルク指令の信号の変化幅をある設定値以下に制限して抑制する。
【００４１】
このトルク指令の信号の変化幅をある設定値以下に抑制する動作は、例えば、トルク指定信号Ｔr（ｎ）（ｎは１以上の整数）とした場合、現在のトルク指定信号Ｔr（ｍ）と、一つ前に出力されたトルク指定信号Ｔr（ｍ−１）を用いて、｜Ｔr（ｍ−１）−Ｔr（ｍ）｜≧Ｔr_lmtの場合、現在のトルク信号Ｔr（ｍ）をＴr（ｍ）＝Ｔr（ｍ−１）＋ΔＴrに制限する。但し、Ｔr_lmt及びΔＴrは共に予め設定した設定値である。
【００４２】
ここで、図４を参照して、異常判別部１８における、異常状態の判別の具体例を説明する。（I）に示すように、時間に対して、位置偏差比例増幅器１２から速度指令が出力され、（II）に示すように、（I）に対応し、時間に対して、加速度指令演算部１７から加速度指令が出力され、（II）の実線に示すように、正常時では、時間に対する、速度偏差ＰＩ演算部１３からトルクリミッタ１４及び低域フィルタ１５を介して加速度指令が出力される。
【００４３】
▲１▼及び▲２▼の時間に異常が起こったとすると、Ｙ軸リニアエンコーダ７にビーム２を介して外力が働く。しかし（I）及び（II）に示すように、位置フィードバック信号の影響しか受けない速度指令及び加速度指令は、ほとんど外力に影響されない。
【００４４】
しかし、速度フィードバック信号の影響を受けるトルク指令は、（III）の一点鎖線に示すように、▲３▼において急激に加速方向へ向かう方向に出力される。（III）の一点鎖線は、トルク指令を補正しない場合を示す。
【００４５】
異常判別部１８では、加速度指令が▲２▼で減速方向にあり、トルク指令の出力方向が▲３▼で加速方向へ向かっているので、方向が異なり（逆転し）、かつトルク指令の変化幅がある設定値より大きいと判別するので、（III）の点線に示すように、トルクリミッタ１４に稼動信号を送信してトルクリミッタをＯＮにし、トルク指定の変化幅をある設定値以下となるよう補正する。
【００４６】
よって、本実施の形態によれば、製造コストの低いマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄにおいて、Ｙ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂへ入力するトルク指令の出力方向が、加速度指令の方向と逆転し、かつ、トルク指令の変化幅がある設定値よりも大きい、外乱等が起こった異常状態の場合にも、トルク指令の変化幅をある設定値以下に制限するので、ビーム２を介して、Ｙ２軸側からＹ１軸側に働く外力の干渉による衝撃や異音を抑えることができる。
【００４７】
また、外力の干渉による、ビーム２の破損、及びＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂの温度の上昇、並びに、余分な電力の消費を避けることができる。
【００４８】
また、ビーム２の剛性を高くすることができるので、位置決め整定時間を短くすることができ、高速な位置決め制御を行うことができる。
【００４９】
更に、Ｙ１軸及びＹ２軸におけるビーム２の駆動手段として、ビーム２の剛性を低くすることなく、Ｙ１軸及びＹ２軸それぞれでＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂを用いることができるので、ビーム２の高精度な位置決め制御を行うことができる。
【００５０】
なお、上記各実施の形態では、位置偏差比例増幅器１２から出力された速度指令を元に、加速度指令演算部１７で加速度指令を演算しているが、ＣＰＵ１１から出力された位置指令及びＹ１軸リニアエンコーダ７から出力された位置フィードバック信号を元に、直接、加速度指令演算部で位置偏差の比例演算及び微分演算をして加速度指令を演算し、異常判別部１８に入力する構成でもよい。
【００５１】
また、上記各実施の形態では、Ｙ１側をマスタ側とし、Ｙ２軸側をスレーブ側としているが、Ｙ２側をマスタ側としてＹ軸リニアエンコーダを設け、当該Ｙ２軸側のＹ軸リニアエンコーダからの位置フィードバック信号を用いてＹ軸位置決め制御を行う。すなわち、Ｙ１軸側をスレーブ側として、Ｙ２軸側のトルク指令を用いてＹ１軸側のＹ軸リニアモータを駆動する構成でもよい。
【００５２】
また、上記各実施の形態では、駆動手段としてＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂを使用したが、駆動手段としてタイミングベルト及び回転モータ等の他の駆動手段を使用してもよく、その場合にも、ビーム２の剛性を高くすることができ、制御ゲインを高め、高速の位置決め制御を行うことができる。
【００５３】
更に、上記各実施の形態では、マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄを電子部品搭載装置に設けているが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向移動自在に位置決め制御する他の一般的な装置に設けることもできる。例えば、各種工作機械、縫製機、プロッタプリンタ等である。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態につき説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段及び手法にのみ限定されるものではなく、本発明にいう目的を達成し、本発明にいう効果を有する範囲内において適宜に変更実施が可能なものである。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、製造コストの低いマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置において、第１及び第２の駆動手段へ入力するトルク指令の出力方向が、加速度指令の方向と逆転し、かつ、トルク指令の変化幅がある設定値よりも大きい、外乱等が起こった異常状態の場合に、トルク指令の変化幅をある設定値以下に制限するので、移動体を介して第２のＹ軸側から第１のＹ軸側に働く外力の干渉を抑え、衝撃や異音、移動体の破損、第１及び第２の駆動手段の温度の上昇、並びに、余分な電力の消費を避けることができ、また、移動体の剛性を高くすることができるので、制御ゲインを高め、高速な位置決め制御を行うことができる。
【００５６】
請求項２記載の発明によれば、第１及び第２の駆動手段にリニアモータを用いるので、移動体の更に高精度な位置決め制御を行うことができる。
【００５７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２の何れか記載の効果を得ると共に、移動体への外力の干渉を抑えて電子部品を回路基板上の所定位置に搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の電子部品搭載装置Ｃの斜視図である。
【図２】マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄの上面図である。
【図３】Ｙ軸位置決め制御部１０のブロック図である。
【図４】速度指令、加速度指令及びトルク指令を示すグラフである。
【図５】従来の電子部品搭載装置のＸＹ位置決め制御装置３０の斜視図である。
【図６】マスタスレーブ式位置決め制御方式を行う従来のＹ軸位置決め制御部４０のブロック構成図である。
【符号の説明】
Ｃ…電子部品搭載装置
Ｄ…マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置
１Ａ，１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ…支持梁
２，３２…ビーム
３，３３…ヘッド
４，３４…吸着ノズル
５Ａ，５Ｂ…Ｙ軸リニアモータ
６…Ｘ軸リニアモータ
７，３９…Ｙ軸リニアエンコーダ
８…Ｘ軸リニアエンコーダ
１０，４０…Ｙ軸位置決め制御部
１１，４１…ＣＰＵ
１２，４２…位置偏差比例増幅器
１３，４３…速度偏差ＰＩ演算部
１４…トルクリミッタ
１５，４４…低域フィルタ
１６，４５…速度演算部
１７…加速度指令演算部
１８…異常判別部
１９Ａ，１９Ｂ，４６Ａ，４６Ｂ…電流アンプ
２１…電子部品
２２…回路基板
２３…部品供給体
２４…回路基板搬送装置
３０…ＸＹ位置決め制御装置
３５Ａ，３５Ｂ…Ｙ軸回転モータ
３６Ａ，３６Ｂ…Ｙ軸タイミングベルト
３７…Ｘ軸回転モータ
３８…Ｘ軸タイミングベルト
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスタスレーブ式位置決め制御方式で搬送対象物をＸＹ位置移動自在に位置決めするマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置及び電子部品を搭載する電子部品搭載装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子部品の搭載を行なうヘッドや、部材を切削加工等するための工具を、ＸＹ平面の所定位置に正確に位置決めするＸＹ位置決め制御装置を備えた、電子部品を回路基板に搭載するための電子部品搭載装置や、各種工作機械等があった。
【０００３】
ここで、図５を参照して、従来の電子部品搭載装置を説明する。電子部品搭載装置は、ＸＹ平面の所定位置に位置決め制御するガントリ型（門形移動型）のＸＹ位置決め制御装置３０と、電子部品を供給する図示しない部品供給体と、回路基板を搬送するための図示しない基板搬送装置とからなる。
【０００４】
ＸＹ位置決め制御装置３０は、基板搬送装置に対して直角に、かつ、基板搬送装置を跨ぐようにして設けられる二本の支持梁３１Ａ，３１Ｂと、Ｙ軸方向へ移動自在となるように二本の支持梁３１Ａ，３１Ｂ間に架け渡されるビーム３２と、ビーム３２の長手方向に移動自在に取付けられるヘッド３３と、ヘッド３３に搭載され部品供給体から電子部品を吸着して回路基板上の所定位置に装着する吸着ノズル３４と、ビーム３２の各端で支持梁３１Ａ，３１Ｂそれぞれの長手方向の移動の駆動力を供給するＹ軸回転モータ３５Ａ，３５Ｂと、Ｙ軸回転モータ３５Ａ，３５Ｂから供給された駆動力をビーム３２にそれぞれ伝えるＹ軸タイミングベルト３６Ａ，３６Ｂと、ヘッド３３に対してビーム３２の長手方向の移動の駆動力を供給するＸ軸回転モータ３７と、Ｘ軸回転モータ３７から供給された駆動力をヘッド３３に伝えるＸ軸タイミングベルト３８とを有する。
【０００５】
また、ＸＹ位置決め制御装置３０は、ビーム３２のＹ軸位置を検出するための位置検出手段であり、支持梁３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ設けられたＹ軸リニアエンコーダ３９と、ヘッド３３のＸ軸位置を検出するための図示しない位置検出手段であるＸ軸リニアエンコーダと、ＣＰＵ４１（Central Processing Unit）を含みビーム３２をＹ軸方向に位置決め制御するＹ軸位置決め制御部４０を備え、またヘッド３３をＸ軸方向に位置決め制御する制御手段とを有する。図５に示すように、ビーム３２の長手方向をＸ軸方向、支持梁３１Ａ、３１Ｂそれぞれの長手方向をＹ１軸方向、Ｙ２軸方向とする。
【０００６】
電子部品搭載装置は、ＣＰＵ４１が出力する位置指令（ビーム３２及びヘッド３３の位置、回路基板上への電子部品の搭載位置、部品供給体上の電子部品の吸着位置等に関する情報）に基づいて、Ｙ軸位置決め制御部４０を含める制御手段が、各駆動手段の駆動を制御することで、ヘッド３３を部品供給体上の所定位置に移動させ、ヘッド３３が備える吸着ノズル３４により電子部品を吸着する。そして、ヘッド３３を、回路基板搬送装置で搬送された回路基板上の所定位置に移動させ、電子部品を回路基板に装着する構造となっている。
【０００７】
ＸＹ位置決め制御装置３０の位置決め制御方式としては、Ｘ軸、Ｙ１軸及びＹ２軸それぞれの軸にリニアエンコーダを配置し、位置決め制御を行う全軸式位置決め制御方式と、Ｙ１軸、Ｙ２軸の片方とＸ軸にリニアエンコーダを配置し、位置決め制御を行うマスタスレーブ式位置決め制御方式とがあった。
【０００８】
ここで、図６を参照して、マスタスレーブ式位置決め制御方式を説明する。マスタスレーブ式位置決め制御方式は、マスタ側であるＹ１軸側のＹ軸回転モータ３５Ａにおいて位置検出してトルク制御し、スレーブ側であるＹ２軸側のＹ軸回転モータ３５ＢにおいてＹ１側のトルク指令（電流指令）を用いてトルク制御し、ビーム３２を位置制御する。Ｙ軸位置決め制御部４０は、ＣＰＵ４１、位置偏差比例増幅器４２、速度偏差ＰＩ演算部４３、低域フィルタ４４、速度演算部４５とを設ける。
【０００９】
先ず、ＣＰＵ４１から目標位置の信号である位置指令を出力し、位置偏差比例増幅器４２で当該位置指令と、Ｙ軸リニアエンコーダ３９からの位置フィードバック信号との偏差を比例演算して、目標位置に対応する速度の信号である速度指令を出力し、速度偏差ＰＩ演算部４３で、位置偏差比例増幅器４２からの速度指令と速度演算部４５からの速度フィードバック信号との偏差を積分演算して、当該偏差と積分値との和を比例演算して、速度に対応する電流の信号であるトルク指令（電流指令）を出力し、低域フィルタ４４で当該トルク指令の低域ノイズを除去して出力し、当該トルク指令を電流アンプ４６Ａで増幅してＹ軸リニアモータ３５Ａに入力する。
【００１０】
Ｙ２軸側では、低域フィルタ４４から出力されたトルク指令を電流アンプ４６Ｂで増幅してＹ軸回転モータ３５Ｂに入力してトルク制御し、ビーム３２の位置決め制御を行う。
【００１１】
マスタスレーブ式位置決め制御方式は、全軸式位置決め制御方式に比べて、Ｙ２軸側に、位置偏差比例増幅器、速度偏差ＰＩ演算部、低域フィルタ、速度演算部及びＹ軸リニアエンコーダを設置する必要がないので、ＸＹ位置決め制御装置の製造コストを低く抑えることができるという利点があった。
【００１２】
また、ここでは、Ｘ軸回転モータ３７、Ｘ軸タイミングベルト３８、Ｙ軸回転モータ３５Ａ，３５Ｂ、タイミングベルト３６Ａ，３６Ｂを駆動手段として用いたが、リニアモータ等の駆動手段も用いられている。また、マスタスレーブ式位置決め制御方式でＹ１軸側をスレーブ側、Ｙ２軸側をマスタ側とする構成でもよい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のマスタスレーブ式位置決め制御方式では、マスタ側であるＹ１軸側の駆動手段であるＹ軸回転モータ３５Ａと、スレーブ側であるＹ２軸側の駆動手段であるＹ軸回転モータ３５Ｂとの駆動時、Ｙ１軸側の、支持梁３１Ａ、ビーム３２、Ｙ軸回転モータ３５Ａ、Ｙ軸タイミングベルト３６Ａの間の摩擦係数と、Ｙ２軸側の、支持梁３１Ｂ、ビーム３２、Ｙ軸回転モータ３５Ｂ、Ｙ軸タイミングベルト３６Ｂの間の摩擦係数との差や、外乱等の外的要因により、Ｙ１軸側とＹ２軸側それぞれで位置決め制御されたビーム３２の位置にずれが生ずる場合があった。
【００１４】
外乱とは、位置決め制御におけるビーム３２の異常な動きであり、例えば、Ｘ軸におけるヘッド３３の移動や、外部からの衝撃等で起こる。ビーム３２の各軸側での位置にずれが生ずる場合には、一方の軸側が他方の軸側にそれぞれ干渉する外力をビーム３２に与えあうこととなっていた。
【００１５】
その場合、マスタ側では、位置フィードバック信号及び速度フィードバックを用いた位置決めのサーボ制御を行っているため、ビーム３２は、基本的に位置指令にほぼ正確に追随する。一方、スレーブ側では、位置フィードバック信号及び速度フィードバックを用いた位置決めのサーボ制御がなされておらず、マスタ側のトルク信号が与えられているだけであるから、位置指令と、実際のスレーブ側のビーム３２の動きは異なっていた。
【００１６】
このスレーブ側の動きは、マスタ側に対しては外乱として働き、マスタ側では、当該外乱を補正しようとするための位置決め制御を行うため、位置指令に対応するトルク指令に不連続な部分が発生し、実駆動時の衝撃や異音となって現れることがあった。
【００１７】
よって、マスタ側とスレーブ側でビーム３２の位置のずれが起こり、その結果、スレーブ側からマスタ側へ外乱が伝わり、トルク指令の急激（断続的）な出力方向（加速方向又は減速方向）の変化の発生により、実駆動時の衝撃や異音が発生するという問題や、高精度なビーム３２の位置及び速度の制御、静かで滑らかな位置決め制御を行おうとしても、実現できないという問題があった。
【００１８】
上記の問題は、ビーム３２の剛性を高くすればするほど顕著となる。しかし、剛性を低くすると制御ゲインを上げることができず、位置決め目標への整定時間（目標位置へ位置決め終了するまでの時間）が遅くなるという問題が起こっていた。
【００１９】
本発明の課題は、マスタスレーブ式位置決め制御方式において、外乱等が起きた異常状態の場合のトルク指令の急激な出力方向の変化を抑制することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、Ｘ軸方向に沿って延在し、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に沿って移動自在にさせると共に、搬送対象物（例えば、図１に示すヘッド３）をＸ軸方向に移動自在に支持する移動体（例えば、図１に示すビーム２）と、当該移動体の両端部をそれぞれ第１及び第２のＹ軸方向に沿って案内する第１及び第２のガイド部材（例えば、図１に示す支持梁１Ａ，１Ｂ）と、前記移動体の一端部の第１のＹ軸方向の位置を検出する位置検出手段（例えば、図２に示すＹ軸リニアエンコーダ７）と、第１及び第２のＹ軸それぞれに沿って前記移動体を移動させる第１及び第２の駆動手段（例えば、図２に示すＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂ）と、前記位置検出手段から出力された位置情報を用いて第１及び第２の駆動手段に、前記移動体をＹ軸方向の任意の位置へ位置決め制御する制御手段（例えば、図３に示すＹ軸位置決め制御部１０を含める制御手段）とを備えるマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置であって、前記制御手段は、目標位置の信号である位置指令と、前記位置検出手段から出力された位置フィードバック情報とを用いて、速度指令を算出する速度指令算出手段（例えば、図３に示す位置偏差比例増幅器１２）と、前記位置検出手段から出力された位置フィードバック情報から、速度フィードバック情報を算出する速度演算手段（例えば、図３に示す速度演算部１６）と、前記速度指令算出手段から出力された速度指令と、前記速度演算手段から出力された速度フィードバック情報とを用いて、前記第１及び第２の駆動手段の駆動の信号であるトルク指令を算出するトルク指令算出手段（例えば、図３に示す速度偏差ＰＩ演算部１３）と、前記速度指令算出手段から出力された速度指令を用いて、加速度指令を算出する加速度指令算出手段（例えば、図３に示す加速度指令演算部１７）と、当該加速度指令算出手段から出力された加速度指令が加速方向又は減速方向のどちらであるかを検出し、当該検出した加速度指令の加速方向又は減速方向に比較して、前記トルク指令算出手段から出力されたトルク指令の出力方向が逆転し、かつ、前記トルク指令の変化幅が任意に設定された設定値よりも大きい、異常状態であるかを判別する異常判別手段（例えば、図３に示す異常判別部１８）と、当該異常判別手段で異常状態であると判別した場合、前記トルク指令の変化幅を前記設定値以下に制限するトルク指令制限手段（例えば、図３に示すトルクリミッタ１４）と、を具備するマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、製造コストの低いマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置において、第１及び第２の駆動手段へ入力するトルク指令の出力方向が、加速度指令の方向と逆転し、かつ、トルク指令の変化幅がある設定値よりも大きい、外乱等が起こった異常状態の場合に、トルク指令の変化幅をある設定値以下に制限する。
【００２２】
従って、請求項１記載の発明によれば、移動体への外力の干渉を抑え、衝撃や異音、移動体の破損、第１及び第２の駆動手段の温度の上昇、並びに、余分な電力の消費を避けることができ、また、移動体の剛性を高くすることができるので、制御ゲインを高め、高速な位置決め制御を行うことができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１の特徴の第１及び第２の駆動手段が、リニアモータである、マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置であることを特徴とする。
【００２４】
従って、請求項２記載の発明によれば、第１及び第２の駆動手段にリニアモータを用いるので、移動体の高精度な位置決め制御を行うことができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２何れかの特徴のマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置を具備する電子部品搭載装置であって、前記搬送対象物は、ＸＹ位置移動自在に電子部品を回路基板上に搭載する電子部品搭載ヘッドである、電子部品搭載装置であることを特徴とする。
【００２６】
従って、請求項３の発明によれば、請求項１又は２記載の効果を得ると共に、移動体への外力の干渉を抑えて、電子部品を回路基板上の所定位置に搭載することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。先ず、装置的特長を図１〜図３を参照して説明する。なお、図面は発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、従って発明を図示例に限定するものではない。
【００２８】
図１〜図３に示すように、電子部品搭載装置Ｃは、ヘッドをＸ軸及びＹ軸移動自在に位置決めするガントリ型のマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄと、電子部品２１を供給する部品供給体２３と、電子部品２１を搭載するための回路基板２２を搬送するための基板搬送装置２４とからなる。
【００２９】
マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄは、基板搬送装置２４に対して直角に、かつ、基板搬送装置２４を跨ぐようにして設けられる二本の支持梁１Ａ，１Ｂと、Ｙ軸方向へ移動自在となるように二本の支持梁１Ａ，１Ｂ間に架け渡されるビーム２と、ビーム２の長手方向に移動自在に取付けられるヘッド３と、ヘッド３に搭載され部品供給体２３から電子部品２１を吸着して回路基板２２上の所定位置に装着する吸着ノズル４と、ビーム２の各端で支持梁１Ａ，１Ｂそれぞれの長手方向の移動の駆動力を供給するＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂと、ヘッド３のビーム２の長手方向の移動の駆動力を供給するＸ軸リニアモータ６とを有する。
【００３０】
また、マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄは、ビーム２のＹ１軸位置を検出するための位置検出手段であり支持梁１Ａにそれぞれ設けられたＹ軸リニアエンコーダ７と、ヘッド３のＸ軸位置を検出するための位置検出手段であるＸ軸リニアエンコーダ８と、ＣＰＵ１１を含みビーム２をＹ軸方向に位置決め制御するＹ軸位置決め制御部１０を備えまたヘッド３をＸ軸方向に位置決め制御する制御手段とを有する。図１に示すように、ビーム２の長手方向をＸ軸方向、支持梁１Ａ，１Ｂそれぞれの長手方向をＹ１軸方向、Ｙ２軸方向とする。
【００３１】
電子部品搭載装置Ｃは、ＣＰＵ１１から出力される位置指令（ビーム２及びヘッド３の位置、回路基板２２上への電子部品２１の搭載位置、部品供給体２３上の電子部品２１の吸着位置等に関する情報）に基づいて、Ｙ軸位置決め制御部１０を含む制御手段でＸ軸リニアモータ６及びＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂの駆動を制御することで、ヘッド３を部品供給体２３上の所定位置に移動させ、ヘッド３が備える吸着ノズル４により電子部品２１を吸着する。そして、ヘッド３を、基板搬送装置２４で搬送された回路基板２２上の所定位置に移動させ、電子部品２１を回路基板２２に装着する構造となっている。
【００３２】
Ｙ軸位置決め制御部１０は、各部を中央制御するＣＰＵ１１と、Ｙ１軸側に、位置偏差比例増幅器１２、速度偏差ＰＩ演算部１３、トルク指令を制限するトルクリミッタ１４、低域フィルタ１５、速度演算部１６、速度指令から加速度指令を演算する加速度指令演算部１７、加速度指令及びトルク指令から異常であるかを判別する異常判別部１８とを設け、電流アンプ１９Ａ，１９Ｂを介してＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂに接続され、また、Ｙ軸リニアエンコーダ７とも接続する。
【００３３】
マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄは、マスタスレーブ式位置決め制御方式によりＹ軸方向の位置制御を行い、マスタ側であるＹ１軸のＹ軸リニアモータ５Ａに対してビーム２の位置決めのサーボ制御を行い、スレーブ側であるＹ２軸のＹ軸リニアモータ５Ｂに対して、マスタ側のトルク指令を用いてビーム２の位置決め制御を行う構成である。
【００３４】
ここで、Ｙ１軸のＹ軸リニアモータ５Ａについての位置決め制御を説明する。先ず、ＣＰＵ１１から目標位置の信号である位置指令を出力し、位置偏差比例増幅器１２で当該位置指令と、Ｙ軸リニアエンコーダ７から出力された位置フィードバック信号との偏差を比例演算して、目標位置に対応する速度の信号である速度指令を出力し、速度偏差ＰＩ演算部１３で、位置偏差比例増幅器１２からの速度指令と速度演算部１６から出力された速度フィードバック信号との偏差を積分演算して、当該偏差と積分値との和を比例演算して、速度に対応する電流の信号であるトルク指令を出力し、トルクリミッタ１４で、当該トルク指令の急激な（断続的な）加速方向又は減速方向への出力方向の逆転部分を制限し、低域フィルタ１５で当該トルク指令の低域ノイズを除去して出力し、出力された当該トルク指令を電流アンプ１９Ａで増幅してＹ軸リニアモータ５Ａに入力し、Ｙ軸リニアモータ５Ａを当該トルク指令に対応して駆動させ、ビーム２を位置指令に対応した位置へ移動させて、位置決め制御する。
【００３５】
なお、Ｙ軸リニアエンコーダ７は、Ｙ１軸側のビーム２の位置を検出し、検出した位置を位置フィードバック信号として出力し、速度演算部１６は、Ｙ軸リニアエンコーダ７からの位置フィードバック信号を微分演算して、速度フィードバック信号を出力する。
【００３６】
Ｙ２軸側のＹ軸リニアモータ５Ｂについての位置決め制御は、低域フィルタ１５から出力されたトルク指令を電流アンプ１９Ｂで増幅し、増幅したトルク指令をＹ軸リニアモータ５Ｂに入力し、Ｙ軸リニアモータ５Ｂを当該トルク指令に対応して駆動させ、ビーム２を位置指令に対応した位置へ移動させて、位置決め制御する。
【００３７】
ここで、トルクリミッタ１４におけるトルク指令当該トルク指令の急激な（断続的な）加速方向又は減速方向への出力方向の逆転部分を制限する制御について詳細に説明する。先ず、加速度指令演算部１７は、位置偏差比例増幅部１２から出力された速度指令を微分演算して、加速度指令を出力し、異常判別部１８は、加速度演算部１７から出力された加速度指令が加速方向か減速方向かを判別し、速度偏差ＰＩ演算部１３からトルクリミッタ１４及び低域フィルタ１５を介して出力されたトルク指令の加速方向又は減速方向への出力方向と、前記加速度指令の方向（加速方向又は減速方向）を比較し、当該方向が異なる（逆転している）場合を判別する。
【００３８】
異常判別部１８は、トルク指令の出力方向と、前記加速度指令の方向とが同じである場合、異常状態ではないと判別し、トルク指令の出力方向と、前記加速度指令の方向とが異なると判別した場合、更に、トルク指令の信号の変化幅がある設定値以下であるかを判別する。
【００３９】
異常状態とは、外乱等により、ビーム２に対してＹ１軸及びＹ２軸上で位置ずれが起こり、スレーブ側であるＹ２軸側からマスタ側のＹ１軸側に外力を与えて、トルク信号が急激（断続的）に出力方向を逆転した不連続部分が存在する状態である。トルク信号に不連続部分が存在する場合、ビーム２の位置決め制御時の衝撃や異音の原因となる。
【００４０】
異常判別部１８は、トルク指令の出力方向と加速度指令の方向とが異なると判別し、かつ、トルク指令の信号の変化幅がある設定値以下の場合、異常状態ではないと判別し、同じく、トルク指令の信号の変化幅がある設定値よりも大きい場合、異常状態であると判別し、トルクリミッタ１４に稼動信号を入力し、トルクリミッタ１４は、当該稼動信号に従ってＯＮされ、トルク指令の信号の変化幅をある設定値以下に制限して抑制する。
【００４１】
このトルク指令の信号の変化幅をある設定値以下に抑制する動作は、例えば、トルク指定信号Ｔr（ｎ）（ｎは１以上の整数）とした場合、現在のトルク指定信号Ｔr（ｍ）と、一つ前に出力されたトルク指定信号Ｔr（ｍ−１）を用いて、｜Ｔr（ｍ−１）−Ｔr（ｍ）｜≧Ｔr_lmtの場合、現在のトルク信号Ｔr（ｍ）をＴr（ｍ）＝Ｔr（ｍ−１）＋ΔＴrに制限する。但し、Ｔr_lmt及びΔＴrは共に予め設定した設定値である。
【００４２】
ここで、図４を参照して、異常判別部１８における、異常状態の判別の具体例を説明する。（I）に示すように、時間に対して、位置偏差比例増幅器１２から速度指令が出力され、（II）に示すように、（I）に対応し、時間に対して、加速度指令演算部１７から加速度指令が出力され、（II）の実線に示すように、正常時では、時間に対する、速度偏差ＰＩ演算部１３からトルクリミッタ１４及び低域フィルタ１５を介して加速度指令が出力される。
【００４３】
▲１▼及び▲２▼の時間に異常が起こったとすると、Ｙ軸リニアエンコーダ７にビーム２を介して外力が働く。しかし（I）及び（II）に示すように、位置フィードバック信号の影響しか受けない速度指令及び加速度指令は、ほとんど外力に影響されない。
【００４４】
しかし、速度フィードバック信号の影響を受けるトルク指令は、（III）の一点鎖線に示すように、▲３▼において急激に加速方向へ向かう方向に出力される。（III）の一点鎖線は、トルク指令を補正しない場合を示す。
【００４５】
異常判別部１８では、加速度指令が▲２▼で減速方向にあり、トルク指令の出力方向が▲３▼で加速方向へ向かっているので、方向が異なり（逆転し）、かつトルク指令の変化幅がある設定値より大きいと判別するので、（III）の点線に示すように、トルクリミッタ１４に稼動信号を送信してトルクリミッタをＯＮにし、トルク指定の変化幅をある設定値以下となるよう補正する。
【００４６】
よって、本実施の形態によれば、製造コストの低いマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄにおいて、Ｙ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂへ入力するトルク指令の出力方向が、加速度指令の方向と逆転し、かつ、トルク指令の変化幅がある設定値よりも大きい、外乱等が起こった異常状態の場合にも、トルク指令の変化幅をある設定値以下に制限するので、ビーム２を介して、Ｙ２軸側からＹ１軸側に働く外力の干渉による衝撃や異音を抑えることができる。
【００４７】
また、外力の干渉による、ビーム２の破損、及びＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂの温度の上昇、並びに、余分な電力の消費を避けることができる。
【００４８】
また、ビーム２の剛性を高くすることができるので、位置決め整定時間を短くすることができ、高速な位置決め制御を行うことができる。
【００４９】
更に、Ｙ１軸及びＹ２軸におけるビーム２の駆動手段として、ビーム２の剛性を低くすることなく、Ｙ１軸及びＹ２軸それぞれでＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂを用いることができるので、ビーム２の高精度な位置決め制御を行うことができる。
【００５０】
なお、上記各実施の形態では、位置偏差比例増幅器１２から出力された速度指令を元に、加速度指令演算部１７で加速度指令を演算しているが、ＣＰＵ１１から出力された位置指令及びＹ１軸リニアエンコーダ７から出力された位置フィードバック信号を元に、直接、加速度指令演算部で位置偏差の比例演算及び微分演算をして加速度指令を演算し、異常判別部１８に入力する構成でもよい。
【００５１】
また、上記各実施の形態では、Ｙ１側をマスタ側とし、Ｙ２軸側をスレーブ側としているが、Ｙ２側をマスタ側としてＹ軸リニアエンコーダを設け、当該Ｙ２軸側のＹ軸リニアエンコーダからの位置フィードバック信号を用いてＹ軸位置決め制御を行う。すなわち、Ｙ１軸側をスレーブ側として、Ｙ２軸側のトルク指令を用いてＹ１軸側のＹ軸リニアモータを駆動する構成でもよい。
【００５２】
また、上記各実施の形態では、駆動手段としてＹ軸リニアモータ５Ａ，５Ｂを使用したが、駆動手段としてタイミングベルト及び回転モータ等の他の駆動手段を使用してもよく、その場合にも、ビーム２の剛性を高くすることができ、制御ゲインを高め、高速の位置決め制御を行うことができる。
【００５３】
更に、上記各実施の形態では、マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄを電子部品搭載装置に設けているが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向移動自在に位置決め制御する他の一般的な装置に設けることもできる。例えば、各種工作機械、縫製機、プロッタプリンタ等である。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態につき説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段及び手法にのみ限定されるものではなく、本発明にいう目的を達成し、本発明にいう効果を有する範囲内において適宜に変更実施が可能なものである。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、製造コストの低いマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置において、第１及び第２の駆動手段へ入力するトルク指令の出力方向が、加速度指令の方向と逆転し、かつ、トルク指令の変化幅がある設定値よりも大きい、外乱等が起こった異常状態の場合に、トルク指令の変化幅をある設定値以下に制限するので、移動体を介して第２のＹ軸側から第１のＹ軸側に働く外力の干渉を抑え、衝撃や異音、移動体の破損、第１及び第２の駆動手段の温度の上昇、並びに、余分な電力の消費を避けることができ、また、移動体の剛性を高くすることができるので、制御ゲインを高め、高速な位置決め制御を行うことができる。
【００５６】
請求項２記載の発明によれば、第１及び第２の駆動手段にリニアモータを用いるので、移動体の更に高精度な位置決め制御を行うことができる。
【００５７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２の何れか記載の効果を得ると共に、移動体への外力の干渉を抑えて電子部品を回路基板上の所定位置に搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の電子部品搭載装置Ｃの斜視図である。
【図２】マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置Ｄの上面図である。
【図３】Ｙ軸位置決め制御部１０のブロック図である。
【図４】速度指令、加速度指令及びトルク指令を示すグラフである。
【図５】従来の電子部品搭載装置のＸＹ位置決め制御装置３０の斜視図である。
【図６】マスタスレーブ式位置決め制御方式を行う従来のＹ軸位置決め制御部４０のブロック構成図である。
【符号の説明】
Ｃ…電子部品搭載装置
Ｄ…マスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置
１Ａ，１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ…支持梁
２，３２…ビーム
３，３３…ヘッド
４，３４…吸着ノズル
５Ａ，５Ｂ…Ｙ軸リニアモータ
６…Ｘ軸リニアモータ
７，３９…Ｙ軸リニアエンコーダ
８…Ｘ軸リニアエンコーダ
１０，４０…Ｙ軸位置決め制御部
１１，４１…ＣＰＵ
１２，４２…位置偏差比例増幅器
１３，４３…速度偏差ＰＩ演算部
１４…トルクリミッタ
１５，４４…低域フィルタ
１６，４５…速度演算部
１７…加速度指令演算部
１８…異常判別部
１９Ａ，１９Ｂ，４６Ａ，４６Ｂ…電流アンプ
２１…電子部品
２２…回路基板
２３…部品供給体
２４…回路基板搬送装置
３０…ＸＹ位置決め制御装置
３５Ａ，３５Ｂ…Ｙ軸回転モータ
３６Ａ，３６Ｂ…Ｙ軸タイミングベルト
３７…Ｘ軸回転モータ
３８…Ｘ軸タイミングベルト
Claims (3)
- Ｘ軸方向に沿って延在し、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に沿って移動自在にさせると共に、搬送対象物をＸ軸方向に移動自在に支持する移動体と、当該移動体の両端部をそれぞれ第１及び第２のＹ軸方向に沿って案内する第１及び第２のガイド部材と、前記移動体の一端部の第１のＹ軸方向の位置を検出する位置検出手段と、第１及び第２のＹ軸それぞれに沿って前記移動体を移動させる第１及び第２の駆動手段と、前記位置検出手段から出力された位置情報を用いて第１及び第２の駆動手段に前記移動体をＹ軸方向へ移動させ、前記搬送対象物をＸ軸方向に移動させて位置決め制御する制御手段とを備えるマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置であって、
前記制御手段は、
目標位置の信号である位置指令と、前記位置検出手段から出力された位置フィードバック情報とを用いて、速度指令を算出する速度指令算出手段と、
前記位置検出手段から出力された位置フィードバック情報から、速度フィードバック情報を算出する速度演算手段と、
前記速度指令算出手段から出力された速度指令と、前記速度演算手段から出力された速度フィードバック情報とを用いて、前記第１及び第２の駆動手段の駆動の信号であるトルク指令を算出するトルク指令算出手段と、
前記速度指令算出手段から出力された速度指令を用いて、加速度指令を算出する加速度指令算出手段と、
当該加速度指令算出手段から出力された加速度指令が加速方向又は減速方向のどちらであるかを検出し、当該検出した加速度指令の加速方向又は減速方向に比較して、前記トルク指令算出手段から出力されたトルク指令の出力方向が逆転し、かつ、前記トルク指令の変化幅が任意に設定された設定値よりも大きい、異常状態であるかを判別する異常判別手段と、
当該異常判別手段で異常状態であると判別した場合、前記トルク指令の変化幅を前記設定値以下に制限するトルク指令制限手段と、を具備する、
ことを特徴とするマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置。 - 前記第１及び第２の駆動手段は、
リニアモータである、
ことを特徴とする請求項１記載のマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置。 - 請求項１又は２の何れか記載のマスタスレーブ式ＸＹ位置決め制御装置を具備する電子部品搭載装置であって、
前記搬送対象物は、ＸＹ位置移動自在に電子部品を回路基板上に搭載する電子部品搭載ヘッドである、
ことを特徴とする電子部品搭載装置。
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