JP5291889B2 - Automatic machine automatic operation control method - Google Patents
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Description
本発明は、プログラムにより駆動されるサーボモータを用いた自動機の自動運転制御方法に関する。 The present invention relates to an automatic operation control method for an automatic machine using a servomotor driven by a program.
従来、特許文献1に記載されたモータ用過負荷検出方法が知られている。このモータ用過負荷検出方法は、モータの動力線に取付けられた電流検出器によりモータ電流(トルク)を検出し、検出したモータ電流(トルク)から求めた実効電流値(実効トルク値)と閾値とを比較し、実効電流値(実効トルク値)が閾値を超えている場合、モータが過負荷状態にあると判断するものである。このモータ用過負荷検出方法を自動機の自動運転制御方法に用いれば、サーボモータの過負荷状態を判断でき、サーボモータを保護することができる。
Conventionally, the overload detection method for motors described in
ここで、例えば、電子部品実装装置の自動運転制御方法においては、生産性を高めるためにサーボモータを高加速度かつ高速度で駆動する必要があり、運転サイクルの中で最も大きなトルクを必要とする部分では、定格トルク以上のトルクでサーボモータを駆動する必要が生じ得る。この場合、瞬時には定格トルクの何倍かのトルクを発生させることが可能である。しかし、図7に示すように、運転サイクルのある時間(ts)内においては、下記の数1に示す実効トルクの式の範囲内でサーボモータを駆動しなければサーボモータが過負荷となり自動機を停止せざるを得なくなる。なお、Fは定格トルクであり、sqrt{ }は平方根を求める関数である。
Here, for example, in the automatic operation control method of the electronic component mounting apparatus, it is necessary to drive the servo motor at high acceleration and high speed in order to increase productivity, and the largest torque is required in the operation cycle. In the portion, it may be necessary to drive the servo motor with a torque higher than the rated torque. In this case, it is possible to instantaneously generate torque several times the rated torque. However, as shown in FIG. 7, within a certain time (ts) of the operation cycle, if the servo motor is not driven within the range of the effective torque equation shown in the following
(数1) (Equation 1)
F≧sqrt{(T12×t1+T22×t2+…+Tn2×tn)/ts} F ≧ sqrt {(T1 2 × t1 + T2 2 × t2 +... + Tn 2 × tn) / ts}
そのため、一般に、電子部品実装装置の自動運転制御方法においては、上記数1の実効トルクの式を満足するようにプログラミングされている。この際、上記モータ用過負荷検出方法を併用して、サーボモータの過負荷状態を監視することが考えられる。
しかし、上記従来の電子部品実装装置の自動運転制御方法では、サーボモータの加減速を頻繁に繰り返す運転サイクルを想定し、この運転サイクルが連続して運転可能なように、すなわち、この運転サイクルが連続して運転されてもサーボモータの過負荷が検出されないようにプログラミングされていた。ところが、電子部品実装装置の現実の自動運転においては、サーボモータの加減速を頻繁に繰り返すことのない運転サイクルも多く含まれている。そのため、従来の電子部品実装装置の自動運転制御方法では、サーボモータの加減速を頻繁に繰り返す運転サイクルに合わせ加減速を抑えたプログラミングをしていたため、タクトタイムが長くなってしまい、生産性が低下するおそれがあった。また、上記モータ用過負荷検出方法によりサーボモータの過負荷状態が検出された場合には、電子部品実装装置を停止せざるを得ないため、これによっても生産性が低下するおそれがあった。 However, in the above-described conventional automatic operation control method for an electronic component mounting apparatus, an operation cycle in which acceleration / deceleration of the servo motor is frequently repeated is assumed so that the operation cycle can be continuously operated, that is, the operation cycle is It was programmed so that the servo motor overload was not detected even if it was continuously operated. However, the actual automatic operation of the electronic component mounting apparatus includes many operation cycles that do not frequently repeat acceleration and deceleration of the servo motor. For this reason, in the conventional automatic operation control method for electronic component mounting devices, programming was performed to suppress acceleration / deceleration in accordance with an operation cycle in which acceleration / deceleration of the servo motor is frequently repeated, resulting in longer tact time and productivity. There was a risk of decline. In addition, when an overload state of the servo motor is detected by the motor overload detection method, the electronic component mounting apparatus must be stopped, which may reduce productivity.
本発明は係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、タクトタイムを短くして生産性を向上させることができる自動機の自動運転制御方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and provides an automatic operation control method for an automatic machine capable of shortening tact time and improving productivity.
上記の課題を解決するために、請求項1に係る自動機の自動運転制御方法の特徴は、プログラムにより駆動されるサーボモータを用いた自動機の自動運転制御方法において、1サイクルの間に前記サーボモータの実効トルクを算出する実効トルク算出工程と、該実効トルク算出工程において算出された前記実効トルクと、前記サーボモータの定格トルクに基づいた閾値とを比較し、前記1サイクルにおいて前記実効トルクが閾値以上になったことを記憶する比較工程と、前記実効トルクが前記閾値以上となった場合、前記1サイクルの間は前記サーボモータの速度及び加速度のいずれも下げず、次の1サイクルにおいて前記サーボモータの速度及び加速度の一方又は両方を下げる負荷率低下工程と、を備えることである。
In order to solve the above problem, the automatic operation control method for an automatic machine according to
請求項2に係る自動機の自動運転制御方法の特徴は、請求項1において、前記実効トルク算出工程は、前記次の1サイクルが終了するまでの間に繰り返し実行され、前記比較工程は、前記次の1サイクルで前記実効トルクが前記閾値より小さければ、前記実効トルクが閾値より小さくなったことを記憶し、前記負荷率低下工程は、次々の1サイクルでは前記サーボモータの前記下げられた速度、加速度を予めプログラミングされた値とすることである。
The automatic operation control method for an automatic machine according to
請求項3に係る自動機の自動運転制御方法の特徴は、請求項1又は2において、前記実効トルク算出工程において、前記サーボモータの現在位置データ又は前記プログラムからの位置指令データに基づいて前記サーボモータの実効トルクを算出することである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an automatic operation control method for an automatic machine according to the first or second aspect, wherein, in the effective torque calculating step, the servo based on current position data of the servo motor or position command data from the program. It is to calculate the effective torque of the motor.
請求項4に係る自動機の自動運転制御方法の特徴は、請求項1乃至3のいずれか1項において、前記自動機は電子部品実装装置であり、前記1サイクルは、電子部品装着ヘッドが電子部品をフィーダから吸着して基板に装着する一連のプロセスであることである。
The automatic operation control method for an automatic machine according to claim 4 is characterized in that, in any one of
請求項1に係る自動機の自動運転制御方法においては、負荷率低下工程は、1サイクルにおいて実効トルクが閾値以上であると、次の1サイクルにおいてサーボモータの速度及び加速度の一方又は両方を下げるため、サーボモータが過負荷状態になることを避けることができ、自動機の停止を防止することができる。また、この自動機の自動運転制御方法では、現実の運転サイクルに合わせてサーボモータの速度及び加速度の一方又は両方を下げることができ、1サイクルにおいて実効トルクが閾値以上になる場合に限って次の1サイクルにおいてサーボモータの速度及び加速度の一方又は両方を下げている。そのため、サーボモータの加減速を頻繁に繰り返す運転サイクルに合わせて加減速を抑えたプログラミングをする必要がない。したがって、この自動機の自動運転制御方法によれば、タクトタイムを短くして生産性を向上させることができる。
In the automatic operation control method for an automatic machine according to
請求項2に係る自動機の自動運転制御方法においては、1サイクルにおいて実効トルクが閾値以上になり、次の1サイクルにおいてサーボモータの速度及び加速度の一方又は両方を下げ、前記次の1サイクルで実効トルクが閾値より小さくなれば、次々の1サイクルではサーボモータの下げられた速度、加速度を予めプログラミングされた値にするので、タクトタイムを短くして生産性を向上させることができる。
In the automatic operation control method for an automatic machine according to
請求項3に係る自動機の自動運転制御方法においては、実効トルク算出工程において、サーボモータの現在位置データ又はプログラムからの位置指令データに基づいてサーボモータの実効トルクを算出するため、電流検出器等の検出器を用いる必要がなく、生産コストの低廉化を実現することができる。
In the automatic operation control method for an automatic machine according to claim 3, in the effective torque calculation step, the current torque detector calculates the effective torque of the servomotor based on the current position data of the servomotor or the position command data from the program. It is not necessary to use a detector such as the above, and the production cost can be reduced.
請求項4に係る自動機の自動運転制御方法においては、自動機が電子部品実装装置であり、1サイクルは、電子部品装着ヘッドが電子部品をフィーダから吸着して基板に装着する一連のプロセスであるので、上記効果を十分に得ることができる。
In the automatic operation control method for an automatic machine according to claim 4 , the automatic machine is an electronic component mounting apparatus, and one cycle is a series of processes in which the electronic component mounting head sucks the electronic component from the feeder and mounts it on the substrate. Therefore, the above effect can be sufficiently obtained.
本発明に係る自動機の自動運転制御方法を具体化した実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図1は、この自動運転制御方法を採用した電子部品実装装置1の上面図である。電子部品装着装置1は、部品供給装置30、基板搬送装置20及び部品移載装置10を備えている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments embodying an automatic operation control method for an automatic machine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a top view of an electronic
部品供給装置30は、基枠2上に複数のフィーダ31を並設して構成したものである。フィーダ31には電子部品が所定ピッチで封入された細長いテープが巻回された供給リール(図略)が保持されている。この供給リールよりテープが所定ピッチで引き出され、電子部品が封入状態を解除されて部品取出し部(図略)に順次送り込まれるようになっている。
The
基板搬送装置20は、基枠2上に一対のガイドレール21、22を互い平行に対向させてそれぞれ水平に並設し、このガイドレール21、22によりそれぞれ案内されるプリント基板25を支持してX軸方向に搬送する一対のコンベアベルト(図示省略)を互いに対向させて並設して構成されたものである。また、基板搬送装置20には所定位置まで搬送されたプリント基板25を押し上げてクランプするクランプ装置(図示省略)が設けられ、このクランプ装置によってプリント基板25が電子部品装着位置で位置決め固定される。
The
部品移載装置10はXYロボットタイプのものであり、基枠2上に装架されて基板搬送装置20および部品供給装置30の上方に配設され、X軸サーボモータ40a(図3参照)によりX軸方向に移動されるX軸スライダ11を備えている。このX軸スライダ11には、Y軸サーボモータ40b(図3参照)によりY軸方向に移動されるY軸スライダ12が保持されている。また、Y軸スライダ12には、電子部品を吸着してプリント基板25に装着する電子部品装着ヘッド13が取り付けられている。
The
図2は、X軸サーボモータ40a及びY軸サーボモータ40b等のサーボモータ装置40の構成図である。サーボモータ装置40は、サーボモータ41、ロータリーエンコーダ42、サーボアンプ48等を備えている。サーボモータ41の回転はロータリーエンコーダ42により検出され、パルスとして出力される。この出力パルスは現在カウンタ43に入力され、現在位置データとされる。現在カウンタ43の現在位置データは、サーボモータ装置40により駆動された対象物の現在の実際の位置(例えば、サーボモータ装置40がX軸サーボモータ40aの場合、電子部品装着ヘッド13のX方向における現在の実際の位置)を表し、現在位置データが偏差カウンタ45及び制御装置50に入力される。制御装置は、サーボモータ装置40を制御するものであり、サーボモータ装置40により駆動される対象物の移動位置(例えば、サーボモータ装置40がX軸サーボモータ40aの場合、電子部品装着ヘッド13のX方向における位置)に対応した位置指令データを有する移動指令をサーボモータ装置40出力する。この位置指令データは、サーボモータ装置40の指令カウンタ44に入力され、さらに偏差カウンタ45に入力される。偏差カウンタ45は、位置指令データと現在位置データとの偏差を求め、この偏差が変換関数46及びD/A変換器47を経てサーボアンプ48に入力される。そして、サーボモータ41を駆動する駆動信号がサーボアンプ48により出力される。このように、移動指令の位置指令データに対してロータリーエンコーダ42から現在カウンタ43を経由して現在位置データがフィードバックされ、サーボモータ41により対象物が所定の位置に移動される。
FIG. 2 is a configuration diagram of the
図3は、電子部品実装装置1の制御プログラムの概要図である。制御装置50には、マルチタスクシステム51が構築されている。マルチタスクシステム51は、マルチタスクOS52と、マルチタスクOS52に制御されるタスク(1)53、タスク(2)54、DWT(Duty Watcher Task)55等の複数のタスクから構成されている。この複数のタスクにより、X軸サーボモータ40a及びY軸サーボモータ40b等の複数のサーボモータ装置40が制御されている。ただし、DWT55は、複数のサーボモータ装置40を監視するとともに、サーボモータ41の負荷率の変更をタスク(1)53、タスク(2)54等の他のタスクに指令するものである。
FIG. 3 is a schematic diagram of a control program of the electronic
次に、電子部品実装装置1の自動運転制御方法を図4に示すDWTプログラムのフローチャートにより説明する。ただし、このDWTプログラムでは、説明の便宜上、1つのサーボモータ装置40を監視しているものとする。DWTプログラムの実行が開始されると、まず、ステップS10において、30ms毎に図5に示す実効トルク計算サブルーチンが実行される。ここで、ステップS10が実効トルク算出工程である。
Next, the automatic operation control method of the electronic
実効トルク計算サブルーチンでは、ステップS20において、現在カウンタ43より電子部品装着ヘッド13の現在位置データが取得される。ステップS21においては、その現在位置データの差分値(数値微分)を2回採り、瞬時トルクが算出される。ここで、電子部品実装装置1のように高速で動く自動機のトルクは慣性力が主であり、加速度とトルクとは比例しているものとすることができる。さらに、ステップS22においては、前述の数1に示す式により実効トルクが算出される(ただし、tsは60sec)。この際、図6に示すように、30msの間はトルクが一定であるとして、それらを累積計算(数値積分)することにより実効トルクが算出される。ステップS22が実行された後、DWTプログラムに制御が戻される。
In the effective torque calculation subroutine, the current position data of the electronic
ステップS11においては、算出された実効トルクが閾値以上であるか否かが判断される。実効トルクが閾値以上の場合(YES)、ステップS12が実行される。また、実効トルクが閾値より小さい場合(NO)、ステップS13が実行される。ここで、ステップS11が比較工程である。なお、本実施形態において、閾値は定格トルクの95%に設定されているが、状況に応じてその値を変更することができる。ステップS12においては、オーバーフラグに1がセットされる。 In step S11, it is determined whether or not the calculated effective torque is greater than or equal to a threshold value. If the effective torque is greater than or equal to the threshold (YES), step S12 is executed. If the effective torque is smaller than the threshold value (NO), step S13 is executed. Here, step S11 is a comparison process. In the present embodiment, the threshold value is set to 95% of the rated torque, but the value can be changed according to the situation. In step S12, 1 is set to the over flag.
ステップS13においては、1サイクルが終了したか否かが調べられる。1サイクルが終了した場合(YES)、ステップS14が実行される。また、1サイクルが終了しない場合(NO)、ステップS10に戻る。ここで、1サイクルとは、フィーダ31から電子部品装着ヘッド13の図示しない吸着ノズルに電子部品が吸着されてから、その電子部品がプリント基板25の所定の位置に移動されて装着されるまでの一連のプロセスをいう。
In step S13, it is checked whether one cycle has been completed. When one cycle is completed (YES), step S14 is executed. If one cycle does not end (NO), the process returns to step S10. Here, one cycle is a period from when an electronic component is sucked from a
ステップS14においては、全サイクルが終了したか否かが調べられる。全サイクルが終了した場合(YES)、1枚のプリント基板25に対する電子部品の装着がすべて終了し、DWTプログラムが終了される。また、全サイクルが終了しない場合(NO)、1枚のプリント基板25に対する電子部品の装着が終了しておらず、ステップS15が実行される。
In step S14, it is checked whether or not all cycles have been completed. When all the cycles are completed (YES), all the mounting of electronic components on one printed
ステップS15においては、オーバーフラグが1であるか否かが調べられる。オーバーフラグが1である場合(YES)、直前に終了したサイクルにおいて実効トルクが閾値以上となったことを示し、ステップS17が実行される。オーバーフラグが1でない場合(NO)、直前に終了したサイクルにおいて実効トルクが閾値より小さかったことを示し、ステップS16が実行される。ステップS16においては、タスク(1)53、タスク(2)54等の他のタスクにサーボモータ41の正規の負荷率が指示される。これにより、タスク(1)53、タスク(2)54等の他のタスクは、サーボモータ41の負荷率を下げることなく、次の1サイクルの間、予めプログラミングされた負荷率でサーボモータ41を駆動することができる。
In step S15, it is checked whether or not the over flag is 1. When the over flag is 1 (YES), it indicates that the effective torque is equal to or greater than the threshold in the cycle ended immediately before, and step S17 is executed. When the over flag is not 1 (NO), it indicates that the effective torque was smaller than the threshold in the cycle ended immediately before, and step S16 is executed. In step S16, the normal load factor of the
ステップS17においては、タスク(1)53、タスク(2)54等の他のタスクにサーボモータ41の負荷率の低下が指示される。具体的には、次の1サイクルを開始する前にサーボモータ41を所定時間(本実施形態では1秒)停止させる。そして、ステップS18においては、オーバーフラグをクリアしてステップS10に戻る。ここで、ステップS17が負荷率低下工程である。
In step S17, the lowering of the load factor of the
実施形態に係る自動機の自動運転制御方法においては、ステップS17において、実効トルクが閾値以上であるときサーボモータ41の負荷率を下げるため、サーボモータ41が過負荷状態になることを避けることができ、自動機の停止を防止することができる。また、この自動機の自動運転制御方法では、現実の運転サイクルに合わせてサーボモータ41の加減速をすることができ、実効トルクが閾値以上になる場合に限ってサーボモータ41の負荷率を下げている。そのため、サーボモータ41の加減速を頻繁に繰り返す運転サイクルに合わせて加減速を抑えたプログラミングをする必要がない。したがって、実施形態の自動機の自動運転制御方法によれば、タクトタイムを短くして生産性を向上させることができる。
In the automatic operation control method of the automatic machine according to the embodiment, in step S17, when the effective torque is equal to or greater than the threshold value, the load factor of the
また、この自動機の自動運転制御方法においては、ステップS17において、サーボモータ41を所定時間停止することによりサーボモータ41の負荷率を下げるため、これによりサーボモータ41が過負荷状態になることを避けることができる。なお、サーボモータ41の速度又は加速度の一方又は両方を下げることにより、サーボモータ41の負荷率を低下させることもできる。
Further, in this automatic operation control method of the automatic machine, in step S17, the
さらに、この自動機の自動運転制御方法においては、ステップS10において、サーボモータ41の現在位置データに基づいてサーボモータ41の実効トルクを算出するため、電流検出器等の検出器を用いる必要がなく、生産コストの低廉化を実現することができる。なお、ステップS10において、プログラムからの位置指令データに基づいてサーボモータ41の実効トルクを算出することもできる。また、サーボモータ41のコイルに流れる電流を検出し、この電流からサーボモータ41の実効トルクを算出することもできる。その他、実効トルクを算出する方法として、サーボアンプ48から取り出したトルクより実効トルクを演算するハードウェアを採用することもできる。さらには、実効トルクを算出することなく、サーボアンプ48からのエラーになる予告であるワーニングを検知してサーボモータ41の負荷率を低下させることもできる。なお、本実施形態においては、トルクと加速度とが比例するものとしてトルクを算出したが、摩擦抵抗を考慮してトルクを算出してもよい。
Furthermore, in this automatic machine automatic operation control method, the effective torque of the
以上において、本発明の自動機の自動運転制御方法を実施形態に即して説明したが、本発明はこれらに制限されるものではなく、本発明の技術的思想に反しない限り、適宜変更して適用できることはいうまでもない。例えば、この自動運転制御方法をNC工作機や自動的に刺繍を行う機械等、ローディングした個別のプログラムにより制御される自動機に採用することができる。また、トルクを推力に置き換えることにより、リニアモータを用いた自動機の自動運転制御方法にも適用できる。 In the above, the automatic operation control method of the automatic machine according to the present invention has been described according to the embodiments. However, the present invention is not limited to these, and may be changed as appropriate unless it is contrary to the technical idea of the present invention. Needless to say, this is applicable. For example, the automatic operation control method can be applied to an automatic machine controlled by a loaded individual program, such as an NC machine tool or an automatic embroidery machine. In addition, the present invention can be applied to an automatic operation control method for an automatic machine using a linear motor by replacing torque with thrust.
1…自動機(電子部品装着装置)、41…サーボモータ、F…定格トルク、S10…実効トルク算出工程、S11…比較工程、S17…負荷率低下工程。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
1サイクルの間に前記サーボモータの実効トルクを算出する実効トルク算出工程と、
該実効トルク算出工程において算出された前記実効トルクと、前記サーボモータの定格
トルクに基づいた閾値とを比較し、前記1サイクルにおいて前記実効トルクが閾値以上になったことを記憶する比較工程と、
前記実効トルクが前記閾値以上となった場合、前記1サイクルの間は前記サーボモータの速度及び加速度のいずれも下げず、次の1サイクルにおいて前記サーボモータの速度及び加速度の一方又は両方を下げる負荷率低下工程と、を備えることを特徴とする自動機の自動運転制御方法。 In an automatic operation control method of an automatic machine using a servo motor driven by a program,
The effective torque calculation step of calculating the effective torque of the servo motor during one cycle,
It said effective torque calculated in the effective torque calculating step, a comparison step in which the comparison with the threshold value based on the rated torque of a servo motor, for storing said effective torque is equal to or greater than the threshold value in said one cycle,
When the effective torque is equal to or greater than the threshold value, a load for reducing one or both of the speed and acceleration of the servo motor in the next cycle without reducing the speed and acceleration of the servo motor for the one cycle. An automatic operation control method for an automatic machine comprising a rate reduction step.
前記実効トルク算出工程は、前記次の1サイクルが終了するまでの間に繰り返し実行され、
前記比較工程は、前記次の1サイクルで前記実効トルクが前記閾値より小さければ、前記実効トルクが閾値より小さくなったことを記憶し、
前記負荷率低下工程は、次々の1サイクルでは前記サーボモータの前記下げられた速度、加速度を予めプログラミングされた値とすることを特徴とする自動機の自動運転制御方法。 In claim 1,
The effective torque calculating step is repeatedly executed until the next one cycle is completed,
Said comparing step, if the effective torque in the next cycle is less than the threshold, storing said effective torque becomes smaller than the threshold value,
In the load factor lowering step, the reduced speed and acceleration of the servo motor are set to preprogrammed values in each successive cycle.
前記実効トルク算出工程において、前記サーボモータの現在位置データ又は前記プログラムからの位置指令データに基づいて前記サーボモータの実効トルクを算出することを特徴とする自動機の自動運転制御方法。 In claim 1 or 2,
An automatic operation control method for an automatic machine, wherein, in the effective torque calculation step, an effective torque of the servo motor is calculated based on current position data of the servo motor or position command data from the program.
前記自動機は電子部品実装装置であり、
前記1サイクルは、電子部品装着ヘッドが電子部品をフィーダから吸着して基板に装着する1連のプロセスであることを特徴とする自動機の自動運転制御方法。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The automatic machine is an electronic component mounting apparatus,
The one cycle is an automatic operation control method for an automatic machine, wherein the electronic component mounting head is a series of processes in which an electronic component is sucked from a feeder and mounted on a substrate.
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