JP4101041B2 - 位置決め装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータなどのアクチュエータを駆動し、ボールネジなどにより負荷の位置を制御しながら位置決めする位置決め装置および、その位置決め装置を搭載した電子部品実装機、並びに位置決め制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
サーボモータなどのアクチュエータにより、ボールネジなどを備えた位置移動手段を駆動して、装着用ノズルなどの位置決め対象体の移動位置を制御しながら位置決めする位置決め装置は既に知られている(例えば特許文献1)。この位置決め装置の制御装置は、移動目標位置と最高速度と最高加速度との各パラメータにより速度曲線を作成して、位置決め制御を行う。
【0003】
従来の位置決め装置には、図9に示すように、アクチュエータとしてのサーボモータ1と、このサーボモータ1により駆動され、位置決め対象体としての部品吸着ノズル2を移動させる位置移動手段としてのボールネジなどのメカニズム機構3と、部品吸着ノズル2を移動させる目標位置(Pt)と、その際の最高速度(V)・(最高)加速度(α)・動作開始指令(C)との各パラメータを出力するパラメータ出力手段としても機能する電子部品実装機のメインコントローラ4と、メインコントローラ4から与えられた各パラメータの指令に基づいてサーボモータ1を駆動・制御し、位置決め動作完了時に動作完了信号を出力する位置決め制御装置5とが備えられている。
【0004】
このような位置決め装置を搭載した電子部品実装機には、部品吸着ノズル2により電子部品6を吸着・装着させるための手段が設けられている。すなわち、電子部品6を吸着する負圧を発生する真空発生器7と、圧縮空気を発生するコンプレッサ8と、空気圧を整えるレギュレータ9と、部品吸着ノズル2への真空流路をON/OFFする真空バルブ10と、部品吸着ノズル2への圧縮空気流路をON/OFFするブローバルブ11と、真空バルブ10およびブローバルブ11のON/OFFを制御するI/O制御装置12とが設けられている。
【0005】
この構成において、電子部品6の吸着および装着動作が指示されると、メインコントローラ4が位置決め制御装置5に対して、部品吸着ノズル2を、電子部品6が供給される電子部品6の吸着位置(第1目標位置)へ移動させる指令を出力し、これに伴って、サーボモータ1およびメカニズム機構3が駆動される。そして、部品吸着ノズル2が吸着位置(第1目標位置)へ移動されたことを位置決め制御装置5が検知した時点で、この位置決め制御装置5から動作完了信号がメインコントローラ4に出力される。メインコントローラ4は動作完了信号を受けて、真空バルブ10をONする指令をI/O制御装置12へ出力して、電子部品6の吸着動作を行わせる。さらに、メインコントローラ4は、位置決め制御装置5に対して、部品吸着ノズル2を電子部品の装着位置(第2目標位置)へ移動させる指令を出力し、位置決め制御装置5は、サーボモータ1およびメカニズム機構3を駆動させて、位置決め対象体2を装着位置(第2目標位置)へ移動させる。そして、部品吸着ノズル2が装着位置(第2目標位置)へ移動されたことを位置決め制御装置5が検知した時点で、この位置決め制御装置5から動作完了信号がメインコントローラ4に出力される。メインコントローラ4は、位置決め制御装置5からの動作完了信号を受けて、I/O制御装置12に対して、真空バルブ10をOFFさせるとともに、ブローバルブ11をONする指令を出力する。これにより、電子部品6が装着される。
【0006】
【特許文献1】
特許第2770457号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の位置決め装置では、位置決め制御装置5により位置決め対象体である部品吸着ノズル2が目標位置に達したことを検出し、位置決め制御装置5からの動作完了信号が出力されたことをメインコントローラ4にて検知した後に、I/O制御装置12に対して、真空バルブ10やブローバルブ11のON/OFFする指令を出力している(図10参照)が、実際には、真空バルブ10やブローバルブ11の応答性や空圧回路の遅れにより、動作完了信号が出力された後でも、吸着動作や装着動作を開始するまでに、時間がかかってしまい、この結果、吸着動作や装着動作を行うための時間が長くなって、高速化の妨げとなっていた。
【0008】
本発明は、前記従来の問題を解決するもので、目標位置に移動されて位置決めされた時点で素早く位置決め吸着動作や装着動作などの次の動作を行うことができる位置決め装置を提供することを目標とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の位置決め装置は、サーボモータを含むアクチュエータと、前記アクチュエータにより位置決め対象体を指示された目標位置まで移動させる位置移動手段と、目標位置と移動速度に関する値との各パラメータを出力するパラメータ出力手段と、前記パラメータ出力手段から出力されるパラメータにより移動速度曲線を作成し、動作開始指令により位置決め動作を開始させる位置決め制御手段とを備え、前記位置決め制御手段は、位置決め動作完了時に処理する処理装置の起動信号としてのタイミング信号を発生し、前記位置決め制御手段は、前記処理装置に起動信号を出力してから実際に前記処理装置の処理が開始されるまでの遅れ時間と、前記位置決め対象体の位置決め動作開始から位置決め動作終了までの時間である位置決め動作時間とを比較して、前記遅れ時間が前記位置決め動作時間より大きい場合には、位置決め動作を開始する前に前記タイミング信号を出力し、前記遅れ時間が前記位置決め動作時間より小さい場合には、位置決め動作を開始し、移動完了時より前記遅れ時間だけ早いタイミングで前記タイミング信号を出力することを特徴とする。
【0010】
この構成によれば、目標位置に移動されて位置決めされた時点で素早く位置決め吸着動作や装着動作などの次の動作を行うことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の位置決め制御装置は、サーボモータを含むアクチュエータと、前記アクチュエータにより位置決め対象体を指示された目標位置まで移動させる位置移動手段と、目標位置と移動速度に関する値との各パラメータを出力するパラメータ出力手段と、前記パラメータ出力手段から出力されるパラメータにより移動速度曲線を作成し、動作開始指令により位置決め動作を開始させる位置決め制御手段とを備え、前記位置決め制御手段は、位置決め動作完了時に処理する処理装置の起動信号としてのタイミング信号を発生し、前記位置決め制御手段は、前記処理装置に起動信号を出力してから実際に前記処理装置の処理が開始されるまでの遅れ時間と、前記位置決め対象体の位置決め動作開始から位置決め動作終了までの時間である位置決め動作時間とを比較して、前記遅れ時間が前記位置決め動作時間より大きい場合には、位置決め動作を開始する前に前記タイミング信号を出力し、前記遅れ時間が前記位置決め動作時間より小さい場合には、位置決め動作を開始し、移動完了時より前記遅れ時間だけ早いタイミングで前記タイミング信号を出力することを特徴とする。
【0012】
この構成により、位置決め動作完了時よりも前に、位置決め動作完了時に処理する処理装置の起動信号としてのタイミング信号が発生されるので、位置決め動作完了時に処理装置の起動信号が発生されるものに比べて、位置決め動作完了時から実際に処理装置が起動するまでの時間を短縮することができる。
【0016】
本発明の請求項2記載の電子部品実装機は、請求項1に記載の位置決め装置を有することを特徴とする。
また、請求項3記載の位置決め制御方法は、サーボモータを含むアクチュエータと、前記アクチュエータにより位置決め対象体を指示された目標位置まで移動させる位置移動手段と、目標位置と移動速度に関する値との各パラメータを出力するパラメータ出力手段と、前記パラメータ出力手段から出力されるパラメータにより移動速度曲線を作成し、動作開始指令により位置決め動作を開始させる位置決め制御手段とを備えた位置決め装置における位置決め制御方法であって、前記位置決め制御手段は、位置決め動作完了時に処理する処理装置の起動信号としてのタイミング信号を発生し、前記タイミング信号の発生の際に、前記処理装置に起動信号を出力してから実際に前記処理装置の処理が開始されるまでの遅れ時間と、前記位置決め対象体の位置決め動作開始から位置決め動作終了までの時間である位置決め動作時間とを比較して、前記遅れ時間が前記位置決め動作時間より大きい場合には、位置決め動作を開始する前に前記タイミング信号を出力し、前記遅れ時間が前記位置決め動作時間より小さい場合には、位置決め動作を開始し、移動完了時より前記遅れ時間だけ早いタイミングで前記タイミング信号を出力することを特徴とする。
【0017】
以下、本発明の実施の形態について図1から図8を用いて説明する。
図1は本発明の実施の形態にかかる位置決め装置を備えた電子部品実装機のブロック図である。
【0018】
同図に示すように、この位置決め装置には、アクチュエータとしてのサーボモータ1と、このサーボモータ1の駆動力により位置決め対象体としての部品吸着ノズル2を移動させる位置移動手段としてのボールネジなどのメカニズム機構3と、部品吸着ノズル2を移動させる目標位置Ptと、その際の最高速度V・加速度α・動作開始指令Cmdとの各パラメータを出力するパラメータ出力手段としても機能する電子部品実装機のメインコントローラ4と、メインコントローラ4から与えられた各パラメータにより移動速度曲線を作成し、この移動速度曲線の指令に基づいてサーボモータ1を駆動・制御し、位置決め動作完了時に動作完了信号を出力する位置決め制御装置20とが備えられている。
【0019】
また、この位置決め装置を搭載した電子部品実装機には、電子部品6を吸着する負圧を発生する真空発生器7と、圧縮空気を発生するコンプレッサ8と、空気圧を整えるレギュレータ9と、部品吸着ノズル2への真空流路をON/OFFする処理装置としての真空バルブ10と、部品吸着ノズル2への圧縮空気流路をON/OFFする処理装置としてのブローバルブ11と、真空バルブ10およびブローバルブ11のON/OFFを制御するI/O制御装置12とが設けられている。
【0020】
さらに、この位置決め装置の位置決め制御装置20には、上記機能に加えて、位置決め動作完了信号が発生する時間よりも指定時間だけ早い時間に、処理装置の起動信号としてのタイミング信号を発生させて、部品吸着ノズル2が目標位置に達した状態でその動作を開始させるべき処理装置としての真空バルブ10およびブローバルブ11の制御手段であるI/O制御装置12に前記タイミング信号を出力する機能を有している。
【0021】
つまり、従来の位置決め制御装置5のように、部品吸着ノズル2が目標位置に達したことを検出してから真空バルブ10やブローバルブ11のON/OFFする指令を出力すると、真空バルブ10やブローバルブ11の応答性や空圧回路の遅れにより、部品吸着ノズル2が目標位置に達しているにもかかわらず、この目標位置到達時点から吸着動作や装着動作を開始するまでに、時間がかかってしまうため、この位置決め制御装置20では、例えば真空バルブ10やブローバルブ11の応答性や空圧回路の遅れに対応する時間を見積もって指定した時間だけ早めにタイミング信号を出力して、メインコントローラ4から、I/O制御装置12から真空バルブ10およびブローバルブ11のON/OFF指令を早めに出力させるようになっている。
【0022】
この位置決め制御装置20により行われるタイミング信号を出力する動作について図2〜図4を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、部品吸着ノズル2が目標位置に達する時から、これよりも前にタイミング信号を出力する時までさかのぼる時間をタイミング時間tと称し、このタイミング時間tとしては、例えば、真空バルブ10やブローバルブ11の応答性による遅れ時間や、空気回路による遅れ時間の合計時間を設定する。また、加速時および減速時の加速度αが一定であるとし、部品吸着ノズル2を移動させる速度が最高速度Vに達しない場合の動作開始から動作終了までの時間を動作時間2Tと称す。また、この場合に、目標位置Ptまでの距離Sと、加速度αと、動作時間2Tの半分の時間Tとの関係としては、動作時間2Tの半分の時間Tだけ加速しており、時間Tだけ経過した際の最大速度はα×Tであるため、S=α・T2であり、したがって、T=(S/α)0.5である(図3参照)。
【0023】
メインコントローラ4が、タイミング時間tおよび目標位置Ptと、最高速度Vと、加速度αとを出力し、動作開始指令を出力すると、位置決め制御装置20は、動作開始指令を待っている状態(図2に示すステップ#1)から次のステップ#2に移行し、目標位置Ptまでの距離Sを算出するとともにタイミング時間tが動作時間2Tより小さいかどうかを判別する。
【0024】
ステップ#2において、タイミング時間tが動作時間2Tより大きい場合は、すぐにタイミング信号を出力し(ステップ#3)、図3に示す式にて算出した時間(t−2T)後に、最高速度Vと加速度αとによる位置決め動作を開始させる(ステップ#4)。すなわち、真空バルブ10やブローバルブ11の応答性による遅れ時間や、空気回路による遅れ時間が、部品吸着ノズル2を移動させる時間よりも大きければ、部品吸着ノズル2を移動開始する際にすでに、I/O制御装置12から真空バルブ10およびブローバルブ11のON/OFF指令を早めに出力させても差し支えない。
【0025】
ステップ#2において、タイミング時間tが動作時間2Tより小さい場合は、さらにステップ#5に進んで、タイミング時間tが、動作時間2Tの半分(T)以下かどうかを判別する。そして、まず最高速度Vと加速度αとによる位置決め動作を開始し(ステップ#6、#8)、図3に示す式にて算出された残り移動量で、タイミング信号を出力する(ステップ#7、#9)。すなわち、これらの場合においては、部品吸着ノズル2の移動中に、前記遅れ時間だけ、移動完了時よりも前にタイミング信号を出力する(図4(a)参照)。
【0026】
また、部品吸着ノズル2の移動時に移動速度が最高速度Vに達する場合は、図5に示すような条件で、図4(b)に示すようにタイミング信号を出力する。
これにより、図6のタイムチャートや図7の動作実施波形に示すように、位置決め動作中に、真空バルブ10やブローバルブ11の応答性や真空回路の遅れ時間だけ、位置決め動作完了前にI/O制御装置12から真空バルブ10およびブローバルブ11のON/OFF指令を指定した時間だけ早めに出力することができ、この結果、位置決め動作と吸着・装着動作を同時に終了させることができ、ひいては、高速に連続した吸着・装着動作を行うことができる。
【0027】
また、上記構成によれば、位置決め制御手段20により、遅れ時間分に対応する残り移動量に基づいて、位置決め動作完了時よりも早い時間にタイミング信号を発生するように構成したので、万一、タイミング信号を発生する前に、移動速度が変化するようなことがあっても、残り移動量に基づいて良好なタイミングでタイミング信号を発生することができて、速度変化の影響を最小限に抑えることができる。
【0028】
さらに、移動量と移動時間の比率テーブルを設けてこの比率テーブルを記憶部(図示せず)に記憶させ、図8に示す式にて動作時間と残り移動量を演算することにより、任意の速度曲線においても、容易にかつ安価な制御装置で、移動量や速度・加速度によらず、位置決め動作が完了する時間より指定された時間だけ前にタイミング信号を出力することができる。
【0029】
また、このような位置決め制御装置を高速・高精度な位置決めを必要とする電子部品実装機に設けたり、適用したりすることで、位置決め動作と吸着・装着動作を同時に終了させることができ、高速に連続した吸着・装着動作を行うことができるが、このような電子部品実装機以外のものにもこの位置決め装置を適用できることはいうまでもない。また、上記においては、位置決め動作と吸着・装着動作とが同時に終了させる場合を述べ、この場合には最も、時間の短縮を最も効果的に図ることができるが、これに限るものではなく、真空バルブ10やブローバルブ11の応答性や真空回路の遅れ時間よりも少ない時間でも、位置決め動作完了前にI/O制御装置12から真空バルブ10およびブローバルブ11のON/OFF指令を早めに出力することで、位置決め動作完了時にON/OFF指令を出力する場合に比べて、位置決めと吸着・装着動作とのロス時間を短縮させることができる。
【0030】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、位置決め制御手段により、位置決め動作完了時に処理する処理装置の起動信号としてのタイミング信号を発生し、前記位置決め制御手段は、前記処理装置に起動信号を出力してから実際に前記処理装置の処理が開始されるまでの遅れ時間と、前記位置決め対象体の位置決め動作開始から位置決め動作終了までの時間である位置決め動作時間とを比較して、前記遅れ時間が前記位置決め動作時間より大きい場合には、位置決め動作を開始する前に前記タイミング信号を出力し、前記遅れ時間が前記位置決め動作時間より小さい場合には、位置決め動作を開始し、移動完了時より前記遅れ時間だけ早いタイミングで前記タイミング信号を出力するので、位置決め動作完了時に処理装置の起動信号が発生されるものに比べて、位置決め動作完了時から実際に処理装置が起動するまでのロス時間を短縮することができる。
【0031】
また、位置決め動作と吸着・装着動作などの処理を同時に終了させることができて、高速に連続した吸着・装着動作などを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかる位置決め装置を備えた電子部品実装機のブロック図
【図2】同位置決め装置の制御動作を示すフローチャート
【図3】同位置決め装置におけるタイミング信号を出力する時(等加速度であり、速度が最大速度に達しない場合)を求める算出式を説明するための図
【図4】それぞれ、時間経過に対する速度と、各条件下でタイミング信号を出力するタイミングとを示す特性図であり、(a)は速度が最大速度に達しない場合、(b)は速度が最大速度に達する場合を示す図
【図5】同位置決め装置におけるタイミング信号を出力する時(等加速度であり、速度が最大速度に達する場合)を求める算出式を説明するための図
【図6】同位置決め装置におけるサーボモータとバルブ(真空バルブおよびブローバルブ)の動作タイミングを示す図
【図7】同位置決め装置におけるサーボモータとバルブの動作実測波形を示す図
【図8】同位置決め装置におけるタイミング信号を出力する時(任意加速度曲線時)を求める算出式を説明するための図
【図9】従来の位置決め装置を備えた電子部品実装機のブロック図
【図10】従来の位置決め装置におけるサーボモータとバルブ(真空バルブおよびブローバルブ)の動作タイミングを示す図
【符号の説明】
1 サーボモータ(アクチュエータ)
2 部品吸着ノズル(位置決め対象体)
3 メカニズム機構(位置移動手段)
4 メインコントローラ(パラメータ出力手段)
7 真空発生器
8 コンプレッサ
9 レギュレータ
10 真空バルブ
11 ブローバルブ
12 I/O制御装置
20 位置決め制御装置
Claims (3)
- サーボモータを含むアクチュエータと、
前記アクチュエータにより位置決め対象体を指示された目標位置まで移動させる位置移動手段と、
目標位置と移動速度に関する値との各パラメータを出力するパラメータ出力手段と、
前記パラメータ出力手段から出力されるパラメータにより移動速度曲線を作成し、動作開始指令により位置決め動作を開始させる位置決め制御手段とを備え、
前記位置決め制御手段は、
位置決め動作完了時に処理する処理装置の起動信号としてのタイミング信号を発生し、
前記位置決め制御手段は、
前記処理装置に起動信号を出力してから実際に前記処理装置の処理が開始されるまでの遅れ時間と、前記位置決め対象体の位置決め動作開始から位置決め動作終了までの時間である位置決め動作時間とを比較して、
前記遅れ時間が前記位置決め動作時間より大きい場合には、位置決め動作を開始する前に前記タイミング信号を出力し、
前記遅れ時間が前記位置決め動作時間より小さい場合には、位置決め動作を開始し、移動完了時より前記遅れ時間だけ早いタイミングで前記タイミング信号を出力する
ことを特徴とする位置決め装置。 - 請求項1に記載の位置決め装置を有する電子部品実装機。
- サーボモータを含むアクチュエータと、
前記アクチュエータにより位置決め対象体を指示された目標位置まで移動させる位置移動手段と、
目標位置と移動速度に関する値との各パラメータを出力するパラメータ出力手段と、
前記パラメータ出力手段から出力されるパラメータにより移動速度曲線を作成し、動作開始指令により位置決め動作を開始させる位置決め制御手段とを備えた位置決め装置における位置決め制御方法であって、
前記位置決め制御手段は、
位置決め動作完了時に処理する処理装置の起動信号としてのタイミング信号を発生し、
前記タイミング信号の発生の際に、前記処理装置に起動信号を出力してから実際に前記処理装置の処理が開始されるまでの遅れ時間と、前記位置決め対象体の位置決め動作開始から位置決め動作終了までの時間である位置決め動作時間とを比較して、
前記遅れ時間が前記位置決め動作時間より大きい場合には、位置決め動作を開始する前に前記タイミング信号を出力し、
前記遅れ時間が前記位置決め動作時間より小さい場合には、位置決め動作を開始し、移動完了時より前記遅れ時間だけ早いタイミングで前記タイミング信号を出力する
ことを特徴とする位置決め制御方法。
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