JP4595271B2 - 部品実装装置 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータとしてのサーボモータなどによって駆動されるボールねじなどの回転に伴い制御対象負荷を直線移動させて、この制御対象負荷を所定位置に位置決め停止させる部品実装装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、制御対象負荷を直線移動させて所定位置に位置決め制御する位置決め制御装置としては、図8に示すような構成を備えたものが存在する。この位置決め制御装置は、制御対象負荷11を停止させるための目標位置を設定した位置指令信号S1を出力するメインコントローラ1と、上記位置指令信号S1と移動量検出信号S6とに基づいて算出した速度指令信号S3を出力する位置決め制御コントローラ2Aと、上記速度指令信号S3に基づいて算出したトルク指令信号S4に対応する電流を回転駆動手段としてのサーボモータ9に供給してこのサーボモータ9を回転制御するサーボドライバ8と、サーボモータ9の回転量を直線移動量に変換して制御対象負荷11を直線移動させる駆動伝達手段としてのボールねじ12と、サーボモータ9から検出した回転量検出信号S5をサーボドライバ8にフィードバックするロータリエンコーダ10と、制御対象負荷11に取り付けられて制御対象負荷11の移動を検出するリニアスケール13と、このリニアスケール13に基づき制御対象負荷11の移動量を検出して上記移動量検出信号S6を出力する移動量検出手段7とを備えている。
【0003】
位置決め制御コントローラ2Aは、メインコントローラ1から出力される目標位置の位置指令信号S1に対し移動量検出手段7から出力される移動量検出信号S6を減算してその差分である位置偏差量検出信号S2を算出する減算器3と、位置偏差量検出信号S2に位置ループゲインを乗算して速度指令信号S3を算出する乗算器4とを備えている。この位置決め制御コントローラ2Aは、サーボドライバ8を介してサーボモータ9の回転位置を位置指令信号S1に設定された目標位置に一致するようフィードバック制御する。
【0004】
また、従来では、図9に示すような構成を備えた位置決め制御装置も存在する。この位置決め制御装置が図8の装置と相違するのは、図8のサーボドライバ8を削除し、これに代えて、位置決め制御コントローラ2Bに、ロータリエンコーダ10からの回転量検出信号S5に基づきサーボモータ9の位置検出信号S7を求めて出力する位置情報検出手段14と、乗算器4からの速度指令信号S3と位置検出信号S7との差分を求める減算器17と、この減算器17からの差分信号に速度ループゲインを乗算して算出したトルク指令信号S4に基づく電流をサーボモータ9に供給する乗算器18とを備えている構成のみである。図8に示す位置決め装置および図9に示す位置決め制御装置はいずれも制御対象負荷11の位置をリニアスケール13により直接検出しているので、ボールねじ12の精度や熱膨張を補正して、制御対象負荷11を高精度に位置決め制御することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の各位置決め制御装置では、ロータリエンコーダ10が検出するサーボモータ9の回転量検出信号S5が制御対象負荷11の位置決め制御に有効に利用されておらず、リニアスケール13と移動量検出手段7とによって制御対象負荷11の移動量を機械的に検出した移動量検出信号S6をフィードバックして、位置指令信号S1から移動量検出信号S6を減算した位置偏差量検出信号S2がゼロになった時点で制御対象負荷11を移動停止させるように制御しているので、リニアスケール13による制御対象負荷11の位置の検出精度がそのまま位置決め精度となり、高精度な位置決め制御を行うことが困難である。また、制御対象負荷11の直線移動の範囲が広くなると、それに伴ってリニアスケール13の長さが長くなり、リニアスケール13が高価なものとなる問題がある。
【0006】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、安価な構成によって制御対象負荷を高精度に位置決めすることのできる部品実装装置を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る部品実装装置は、回転駆動手段により回転されてその回転に伴い制御対象負荷を直線移動させる駆動伝達手段と、前記回転駆動手段の回転量を検出する回転量検出手段と、前記制御対象負荷の移動量を検出する移動量検出手段と、前記移動量検出手段から出力する移動量検出信号の情報の間隔を前記回転量検出手段からの回転量検出信号で補間して位置情報信号を生成する位置情報合成手段と、位置指令信号と前記位置情報信号とに基づき前記回転駆動手段の回転をフィードバック制御して前記制御対象負荷を前記位置指令信号に設定された目標位置に位置決め停止させるフィードバック制御系とを備えて構成されている位置決め制御装置によって、電子部品を保持しながらX−Y方向に直線移動して回路基板の所定の実装位置の上方に位置決めする実装ヘッドを位置決め制御するよう構成されており、移動量検出信号の情報の間隔を回転量検出信号で補間することにより、制御対象負荷の移動範囲が広くなった場合にも、移動量検出信号を、間隔の広いパルス信号として取り出すことができることを特徴としている。
【0008】
この部品実装装置では、移動量検出信号の情報の間隔を回転検出手段の回転量検出信号で補間した位置情報信号をフィードバック制御信号として用いているので、移動量検出手段による移動量検出信号に加えて、回転量検出手段の回転量検出信号をも利用して回転駆動手段の回転をフィードバック制御することができ、移動量検出信号のみをフィードバック制御信号として用いる従来装置に比較して、制御対象負荷を回転量検出手段の回転量検出信号の精度と同等の高精度に位置決め制御することができる。しかも、この部品実装装置は、従来装置の構成に対して、位置情報合成手段などの僅かな構成要素を新たに付設するだけであるのに加えて、制御対象負荷の移動範囲が広くなった場合にも、移動量検出信号の情報の間隔を回転量検出信号で補間することから、移動量検出信号を、例えば間隔の広いパルス信号として取り出すことができるので、安価な構成とすることができる。
【0009】
上記発明において、回転量検出手段は、移動量検出手段からの移動量検出信号の入力毎にクリアされながら回転駆動手段の回転量検出信号をカウントして補間量信号を生成し、前記回転量検出信号とデジタル信号の前記補間量信号とをシリアル伝送する機能を備え、位置情報合成手段は、前記移動量検出信号のカウント値と前記補間量信号を加算して位置情報信号を生成するよう構成されていることが好ましい。
【0010】
これにより、回転量検出手段がデジタル値の補間量信号を出力するので、配線数を減少させることができ、且つ回転量の検出精度が高くなるとともに、出力情報の密度が高くなった場合にもノイズなどの外乱の影響を殆ど受けることなく補間量信号を確実に伝送することができる。
【0011】
また、上記発明において、位置情報信号をフィードバックして回転駆動手段を介し制御対象負荷を位置決め制御するとともに、回転量検出信号または移動量検出信号のいずれかをフィードバックして前記回転駆動手段を速度制御するよう構成することもできる。
【0012】
これにより、回転量検出信号または移動量検出信号のいずれかをフィードバックして、制御対象負荷が目標位置から比較的離れている場合に高速移動させるとともに、目標位置に近づくに従って減速するように速度制御することができ、制御対象負荷を高速に且つ高精度に位置決め制御できる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る位置決め制御装置を示すブロック構成図であり、同図において、図8と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この位置決め制御装置が図8の従来装置と相違するのは、位置決め制御コントローラ19Aに、ロータリエンコーダ10から出力する回転量検出信号S5からサーボモータ9の位置つまり制御対象負荷11の位置を検出して位置検出信号S7を出力する位置情報検出手段14と、移動量検出手段7から出力する移動量検出信号S6のパルス数をカウントするカウンタ20と、上記移動量検出信号S6のパルスが入力する毎にカウント値をクリアされたのちに位置情報検出手段14から出力する位置検出信号S7のパルス数をカウントするカウンタ21と、両カウンタ20,21の各カウント値を加算する加算器22とを新たに設けた構成のみである。
【0016】
上記の両カウンタ20,21と加算器22とは位置情報合成手段23を構成する。この位置情報合成手段23は、移動量検出信号S6のパルスのカウンタ20によるカウント値と、移動量検出信号S6のパルスが入力される毎にカウント値をクリアされて位置検出信号S7のパルスをカウントしたカウンタ21によるカウント値とを加算して、移動量検出信号S6の各パルス間を位置検出信号S7で補間した位置情報信号S8を生成して出力する。減算器3は、位置指令信号S1から上記位置情報信号S8を減算して位置偏差量検出信号S2を算出し、乗算器4が上記位置偏差量検出信号S2に位置ループゲインを乗算して速度指令信号S3を算出し、さらに、サーボドライバ8が速度指令信号S3に基づきトルク指令信号S4を算出してそのトルク指令信号S4に対応する電流をサーボモータ9に供給する。
【0017】
したがって、この位置決め制御装置では、移動量検出信号S6のパルス間をロータリエンコーダ10の回転量検出信号S5から求めた位置検出信号S7のパルスで補間した位置情報信号S8をフィードバック制御信号として用いているので、リニアスケール13による移動量検出信号S6に加えて、ロータリエンコーダ10の回転量検出信号S5をも利用してサーボモータ9の回転をフィードバック制御することができ、移動量検出信号S6のみをフィードバック制御信号として用いる図8の従来装置に比較して、制御対象負荷11をロータリエンコーダ10の回転量検出信号S5の精度と同等の高精度に位置決め制御できる。
【0018】
しかも、この位置決め制御装置は、図8の従来装置の構成に対して、位置情報検出手段14と位置情報合成手段23とを新たに付設するだけであるのに加えて、制御対象負荷11の移動範囲が広くなった場合にも、移動量検出信号S6のパルス間を位置検出信号S7で補間することから、移動量検出信号S6を間隔の広いパルス信号として取り出すことができるので、安価な構成とすることができる。
【0019】
図2は本発明の第2の実施の形態に係る位置決め制御装置を示すブロック構成図であり、同図において、図9と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この位置決め制御装置が図9の従来装置と相違するのは、位置決め制御コーントローラ19Bに、第1の実施の形態で設けたと同一構成の位置情報合成手段23を付設した構成のみである。
【0020】
この位置決め制御装置は、第1の実施の形態のサーボドライバ8を削減して、速度指令信号S3と位置検出信号S7の差分に速度ループゲインを乗算してトルク指令信号S4を算出するタイプのものにおいても、第1の実施の形態と同様に、制御対象負荷11をロータリエンコーダ10の回転量検出信号S5の精度と同等の高精度に位置決め制御することができ、位置情報合成手段23を新たに付設するだけであるのに加えて、制御対象負荷11の移動範囲が広くなった場合にも、移動量検出信号S6のパルス間を位置検出信号S7で補間することから、移動量検出信号S6を間隔の広いパルス信号として取り出すことができるので、安価な構成とすることができる。
【0021】
図3は本発明の第3の実施の形態に係る位置決め制御装置を示すブロック構成図であり、同図において、図1と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この位置決め制御装置が第1の実施の形態のものと相違するのは、サーボモータ9の回転検出に基づいてデジタル信号からなる回転量検出信号S9と補間量信号S10とをシリアル伝送するロータリエンコーダ24を設け、位置決め制御コントローラ19Cに、ロータリエンコーダ24から補間量信号S10が入力される補間量入力手段27と、補間量入力手段27からの補間量信号S10と移動量検出手段7からの移動量検出信号7とに基づき位置情報信号S8を算出して出力する位置情報合成手段28とを設けた構成のみである。
【0022】
上記ロータリエンコーダ24は、サーボドライバ8に対し回転量検出信号S9を出力するとともに、自体に内蔵したカウンタがリニアスケール13からの出力パルスが入力する毎にクリアされながら回転量検出信号S9のパルスをカウントして、そのカウント値である補間量信号S10をデジタル値として出力するものである。したがって、位置決め制御コントローラ19の位置情報合成手段28は、補間量入力手段27から補間量信号S10が入力されることから、図1の第1の実施の形態の位置情報合成手段23に設けた位置検出信号S7をカウントするためのカウンタ21が割愛された構成になっている。
【0023】
この位置決め制御装置では、第1の実施の形態と同様の効果を得られるのに加えて、ロータリエンコーダ24がデジタル値の補間量信号S10を出力するので、配線数を減少させることができ、且つ回転量の検出精度が高くなるとともに、出力情報の密度が高くなった場合にもノイズなどの外乱の影響を殆ど受けることなく補間量信号S10を位置決め制御コントローラ19Cに確実に伝送することができる。すなわち、パルス列の回転量検出信号S5を出力するロータリエンコーダ10の場合には、サーボモータ9の3相に対し個々に配線しなければならないが、デジタル値の補間量信号S10の場合には配線が2本でよい。また、パルス列信号では、出力情報の密度が高くなるのに伴ってパルス間隔が小さくなっていくので、ノイズの影響を受け易いが、デジタル値の場合には出力情報の密度が高くなってもノイズの影響を殆ど受けない。そのため、出力情報の密度を高くすることが容易となり、これにより、回転量の検出精度を高めることができる。
【0024】
図4は本発明の第4の実施の形態に係る位置決め制御装置を示すブロック構成図であり、同図において、図2および図3と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この位置決め制御装置が図2の第2の実施の形態のものと相違するのは、図2のパルス列信号を出力するロータリエンコーダ10に代えて、図3と同様のシリアル出力可能なロータリエンコーダ24を設け、位置決め制御コントローラ19Dに、図2の位置情報検出手段14および位置情報合成手段23に代えて、補間量入力手段27と回転量入力手段29と図3と同様の位置情報合成手段28とを設けた構成のみである。
【0025】
この位置決め制御装置では、図2の第2の実施の形態と同様の効果を得られるのに加えて、図3の第3の実施の形態と同様に、ロータリエンコーダ24がデジタル値の補間量信号S10を出力するので、配線数を減少させることができ、且つ回転量の検出精度が高くなるとともに、出力情報の密度が高くなった場合にもノイズなどの外乱の影響を殆ど受けることなく補間量信号S10を位置決め制御コントローラ19Dに確実に伝送することができるという効果を得ることができる。
【0026】
図5は本発明の第5の実施の形態に係る位置決め制御装置を示すブロック構成図であり、同図において、図3と同一若しくは同等のものは同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この位置決め制御装置が図3の第3の実施の形態のものと相違するのは、図3においてロータリエンコーダ24からの回転量検出信号S9をサーボドライバ8にフィドバックしていたのに代えて、リニアスケール13の移動量検出情報をサーボドライバ8にフィードバックしている構成のみである。
【0027】
したがって、この位置決め制御装置では、移動量検出信号S6のパルス間をロータリエンコーダ24からの補間量信号S10で補間した位置情報信号S8をフィードバックしてサーボモータ9の回転つまり制御対象負荷11の停止位置を位置決め制御するとともに、図3の第3の実施の形態においてロータリエンコーダ24の回転量検出信号S9をサーボドライバ8にフィードバックして速度制御を行っているのに代えて、リニアスケール13の移動量情報に基づき速度制御を行うようになっている。
【0028】
この位置決め制御装置では、図3の第3の実施の形態と同様に、ロータリエンコーダ24がデジタル値の補間量信号S10を出力するので、配線数を減少させることができ、且つ回転量の検出精度が高くなるとともに、出力情報の密度が高くなった場合にもノイズなどの外乱の影響を殆ど受けることなく補間量信号S10を位置決め制御コントローラ19Eに確実に伝送することができるという効果を得ることができる。
【0029】
図6は本発明の第6の実施の形態に係る位置決め制御装置を示すブロック構成図であり、同図において、図4と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、その説明を省略する。この位置決め制御装置が図4の第4の実施の形態のものと相違するのは、位置決め制御コントローラ19Fにおいて、図4の回転量入力手段29を削除し、これに代えて、移動量検出手段7から出力する移動量検出信号S6を減算器17に入力するようにした構成のみである。
【0030】
図4の第4の実施の形態では回転量検出信号S9をフィードバックして速度制御していたが、これに代えて、この実施の形態の位置決め制御装置では、移動量検出信号S6をフィードバックして速度制御するようにしている。この位置決め制御装置では、第4の実施の形態と同様に、ロータリエンコーダ24がデジタル値の補間量信号S10を出力するので、配線数を減少させることができ、且つ回転量の検出精度が高くなるとともに、出力情報の密度が高くなった場合にもノイズなどの外乱の影響を殆ど受けることなく補間量信号S10を位置決め制御コントローラ19Dに確実に伝送することができるという効果を得られる。
【0031】
図7は、上述した第1ないし第6の実施の形態の位置決め制御装置のうちのいずれかを電子部品の供給手段に適用して構成した電子部品実装装置を示す概略平面図である。この電子部品実装装置は、部品装着機構部59とこれの後方側に配置された部品供給機構部30とにより構成されている。部品装着機構部59は、電子部品(図示せず)を実装すべき回路基板31を供給する基板供給手段32と、供給された回路基板31を所定の部品実装位置に位置決めするX−Yテーブル33と、部品供給機構部30から供給された電子部品をノズル34で吸着して取り出したのちに回転して、位置決め状態の回路基板31の所定の部品装着位置に実装するロータリ方式の実装ヘッド37と、電子部品が実装済みの回路基板31を排出する基板排出手段38とを備えている。
【0032】
一方、部品供給機構部30は、多数の電子部品を収納した電子部品供給手段としての複数の部品供給カセット39を並列配置で搭載した複数(この実施の形態では2つ)の部品供給テーブル40が、個々のサーボモータ9によって回転駆動されるボールねじ12に沿って各々独立して左右方向に直線移動するよう配設されている。この部品供給機構部30は、部品実装時に、いずれか一方の部品供給テーブル40を、実装ヘッド37に対向する供給エリア内において部品供給カセット39の並列方向に沿って移動させながら、装着する電子部品の順序に従って部品供給カセット39を所定の部品供給位置に順次位置決め停止させる。この一方の部品供給テーブル40により電子部品を供給しているときには、他方の部品供給テーブル40が左右何れかの側の待機エリア内において部品供給カセット39の交換や部品供給カセット39への電子部品の補充が行われる。
【0033】
部品供給機構部30には、上述した実施の形態の位置決め制御装置が適用されている。すなわち、サーボモータ9は、上述の各実施の形態のようにフィードバック制御されて、各実施の形態の制御対象負荷11に相当する部品供給テーブル40を位置決め制御する。この部品供給テーブル40の位置決め制御は一般に高速移動によって行われるが、各実施の形態の位置決め制御装置を適用することより、部品供給テーブル40を高速移動させながらも高精度に位置決め停止させることができるとともに、各実施の形態で各々説明したと同様の効果を得ることができる。
【0034】
このように、本発明の位置決め制御装置は、特に、電子部品実装装置に適用して顕著な効果を得られるものであるが、その制御対象負荷11は図7に示した部品供給テーブル40に限らず、例えば、回路基板31を移動させて位置決め制御するためのX−Yテーブル33、電子部品を保持しながらX−Y方向に直線移動して回路基板の所定の実装位置の上方に位置決めする実装ヘッドまたはX−Yロボット方式の実装装置における部品実装アームなどの位置決め制御に適用して顕著な効果を得ることができる。
【0035】
【発明の効果】
以上のように本発明の部品実装装置によれば、移動量検出信号の情報の間隔を回転検出手段の回転量検出信号で補間した位置情報信号をフィードバック制御信号として用いているので、移動量検出手段による移動量検出信号に加えて、回転量検出手段の回転量検出信号をも利用して回転駆動手段の回転をフィードバック制御することができ、移動量検出信号のみをフィードバック制御信号として用いる従来装置に比較して、制御対象負荷を回転量検出手段の回転量検出信号の精度と同等の高精度に位置決め制御することができる。しかも、この部品実装装置は、従来装置の構成に対して、位置情報合成手段などの僅かな構成要素を新たに付設するだけであるのに加えて、制御対象負荷の移動範囲が広くなった場合にも、移動量検出信号の情報の間隔を回転量検出信号で補間することから、移動量検出信号を、例えば間隔の広いパルス信号として取り出すことができるので、安価な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る位置決め制御装置を示すブロック構成図。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る位置決め制御装置を示すブロック構成図。
【図3】本発明の第3の実施の形態に係る位置決め制御装置を示すブロック構成図。
【図4】本発明の第4の実施の形態に係る位置決め制御装置を示すブロック構成図。
【図5】本発明の第5の実施の形態に係る位置決め制御装置を示すブロック構成図。
【図6】本発明の第6の実施の形態に係る位置決め制御装置を示すブロック構成図。
【図7】本発明の位置決め制御装置を適用した電子部品実装装置を示す概略平面図。
【図8】従来の位置決め制御装置を示すブロック構成図。
【図9】従来の他の位置決め制御装置を示すブロック構成図。
【符号の説明】
7 移動量検出手段
9 サーボモータ(回転駆動手段)
10,24 ロータリエンコーダ(回転量検出手段)
11 制御対象負荷
12 ボールねじ(駆動伝達手段)
13 リニアスケール(移動量検出手段)
23,28 位置情報合成手段
33 X−Yテーブル(基板移動部)
40 部品供給テーブル(部品供給部)
S1 位置指令信号
S5,S9 回転量検出信号
S6 移動量検出信号
S8 位置情報信号
S10 補間量信号
Claims (3)
- 回転駆動手段により回転されてその回転に伴い制御対象負荷を直線移動させる駆動伝達手段と、
前記回転駆動手段の回転量を検出する回転量検出手段と、
前記制御対象負荷の移動量を検出する移動量検出手段と、
前記移動量検出手段から出力する移動量検出信号の情報の間隔を前記回転量検出手段からの回転量検出信号で補間して位置情報信号を生成する位置情報合成手
段と、
位置指令信号と前記位置情報信号とに基づき前記回転駆動手段の回転をフィードバック制御して前記制御対象負荷を前記位置指令信号に設定された目標位置に位置決め停止させるフィードバック制御系とを備えて構成されている位置決め制御装置によって、電子部品を保持しながらX−Y方向に直線移動して回路基板の所定の実装位置の上方に位置決めする実装ヘッドを位置決め制御するよう構成されており、
移動量検出信号の情報の間隔を回転量検出信号で補間することにより、制御対象負荷の移動範囲が広くなった場合にも、移動量検出信号を、間隔の広いパルス信号として取り出すことができることを特徴とする部品実装装置。 - 回転量検出手段は、移動量検出手段からの移動量検出信号の入力毎にクリアされながら回転駆動手段の回転量検出信号をカウントして補間量信号を生成し、前記回転量検出信号とデジタル信号の前記補間量信号とをシリアル伝送する機能を備え、
位置情報合成手段は、前記移動量検出信号のカウント値と前記補間量信号を加算して位置情報信号を生成するよう構成されている請求項1に記載の部品実装装置。 - 位置情報信号をフィードバックして回転駆動手段を介し制御対象負荷を位置決め制御するとともに、回転量検出信号または移動量検出信号のいずれかをフィードバックして前記回転駆動手段を速度制御するよう構成されている請求項1または2に記載の部品実装装置。
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