JP5440480B2

JP5440480B2 - 部品実装装置および部品実装装置におけるモータ制御方法

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Publication number: JP5440480B2
Application number: JP2010263370A
Authority: JP
Inventors: 俊之木納; 陽一田中; 大大和; 徹池田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: JP2012114326A

Description

本発明は、吸着ノズルを備えた実装ヘッドを部品供給部と基板との間で往復移動させることにより部品を部品供給部から取り出して基板に移送搭載する部品実装装置およびこの部品実装装置においてノズル昇降機構やヘッド移動機構を駆動するモータを制御する部品実装装置におけるモータ制御方法に関するものである。

基板に電子部品を実装する部品実装装置では、吸着ノズルを備えた実装ヘッドを部品供給部と基板との間で往復移動させることにより部品実装作業が実行される。この部品実装作業は、ノズル昇降機構によって吸着ノズルを昇降させ、ヘッド移動機構によって実装ヘッドを水平移動させることによって行われ、吸着ノズルや実装ヘッドの動作制御は、ノズル昇降機構やヘッド移動機構を駆動するサーボモータを制御することによって行われる。このモータ制御においては、実装動作プログラムによって指定される基板の実装点位置や実装動作順序を示すシーケンスデータに基づいて、各モータを駆動するドライバに対して駆動指令が出力される。

このようなモータ駆動による部品実装動作を高効率で実行するためには、吸着ノズルや実装ヘッドの移動をより高速で行うことが望ましい．しかしながら各機構の駆動に用いられるモータには定格負荷が規定されているため、作業動作において定常的に許容される負荷には限度があり、この限度を超えた駆動状態を継続すると過負荷によるモータの過熱などの動作不具合を招く。このため、従来より部品実装装置に用いられる駆動装置には、モータの負荷状態を監視して過負荷状態が生じないように制御する機能を備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献に示す先行技術例においては負荷状態を示す実効トルクを検出し、検出値が予め規定された上限値を継続的に超えている場合には負荷を低減するために回転速度を所定の減速速度まで下げることにより、過負荷を防止する。そして実効トルクが下限値として規定された安全値以下に低下したときに、再度当初の回転速度に復帰させるようにしている。

特開２００３−２５８４９６号公報

しかしながら上述の先行技術例においては、当初の回転速度に復帰させる条件設定に起因して、動作効率の維持が必ずしも有効には行えないという難点がある。すなわち上述の先行技術例では、実効トルクが安全値として規定される下限値以下に低下するまでは回転速度の復帰は行われないことから、動作効率の面からは本来望ましい上限値近傍での駆動状態が必ずしも高い確率で実現されるとは限らず、動作効率の維持を図る効果には限界があった。また１枚の基板を対象とする部品実装作業は、通常は実装ヘッドが部品供給部と基板との間を１往復する実装ターンを複数回反復実行することにより行われるが、実装ターン毎の作業負荷は大きくばらつく場合があり、過負荷防止のための安全値レベルを一律に設定すると、作業負荷が低い実装ターンにおいては負荷率が過度に低下し、結果として全体的な動作効率が低下するという課題が生じている。このように、先行技術例を含めて従来技術においては、過負荷状態の確実な防止と動作効率の維持向上を両立させることが困難であるという課題があった。

そこで本発明は、過負荷状態の確実な防止と動作効率の維持向上を両立させることができる部品実装装置および部品実装装置におけるモータ制御方法を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、ノズル昇降機構によって昇降する吸着ノズルを備えた実装ヘッドを、ヘッド移動機構によって部品供給部と基板との間で往復移動させることにより、前記吸着ノズルによって部品を部品供給部から取り出して基板に移送搭載する部品実装作業を行う部品実装装置であって、前記ノズル昇降機構およびヘッド移動機構を制御する実装制御部と、前記ノズル昇降機構およびヘッド移動機構を駆動する複数のモータと、前記複数のモータを駆動するとともに駆動状態における前記複数のモータの負荷状態を時系列的に検出してそれぞれのモータの定格負荷に対する負荷率を出力する負荷検出部を備えたドライバとを有し、さらに前記実装制御部が、前記モータの回転速度および回転加速度を組み合わせて構成されて前記負荷率を規定する駆動パラメータを前記ドライバに対して出力するパラメータ指令部と、前記実装ヘッドが部品供給部と基板との間を１往復する実装ターン毎に、前記負荷率が当該モータの定格負荷に基づいて予め設定された基準負荷率を超えないように、当該実装ターンにおける作業動作パターンに対応した前記駆動パラメータを、複数の実装ターンのそれぞれについて予め個別に設定する駆動パラメータ設定処理部とを備えた。

本発明の部品実装装置におけるモータ制御方法は、ノズル昇降機構によって昇降する吸着ノズルを備えた実装ヘッドを、ヘッド移動機構によって部品供給部と基板との間で往復移動させることにより、前記吸着ノズルによって部品を部品供給部から取り出して基板に移送搭載する部品実装作業を行う部品実装装置において、前記ノズル昇降機構およびヘッド移動機構を駆動する複数のモータを制御する部品実装装置におけるモータ制御方法であって、前記複数のモータについて、回転速度および回転加速度を組み合わせて構成されて前記負荷率を規定する駆動パラメータを各モータを駆動するドライバに対して出力するパラメータ指令工程と、駆動状態における前記複数のモータの負荷状態を時系列的に検出してそれぞれのモータの定格負荷に対する負荷率を出力する負荷検出工程とを含み、さらに前記パラメータ指令工程に先立って、前記実装ヘッドが部品供給部と基板との間を１往復する実装ターン毎に、前記負荷率が当該モータの定格負荷に基づいて予め設定された基準負荷率を超えないように、当該実装ターンにおける作業動作パターンに対応した前記駆動パラメータを、複数の実装ターンのそれぞれについて個別に設定する駆動パラメータ設定処理工程を予め実行する。

本発明によれば、実装ヘッドが部品供給部と基板との間を１往復する実装ターン毎に、モータの負荷率が当該モータの定格負荷に基づいて予め設定された基準負荷率を超えないように、当該実装ターンにおける作業動作パターンに対応して負荷率を規定する駆動パラメータを、複数の実装ターンのそれぞれについて個別に設定することにより、実装ターン毎の作業負荷が大きくばらつく場合にあっても、過負荷状態の確実な防止と動作効率の維持向上を両立させることができる。

本発明の一実施の形態の部品実装装置の平面図本発明の一実施の形態の部品実装装置の断面図本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御装置の構成を示すブロック図本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるモータ制御に用いられる駆動パラメータの構成を示す図本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるモータ制御処理を示すフロー図本発明の一実施の形態のモータ制御方法における負荷率の監視による速度・加速度の制御を示すフロー図本発明の一実施の形態のモータ制御方法における負荷率の経時変動を示すグラフ本発明の一実施の形態のモータ制御方法における負荷率の経時変動を示すグラフ本発明の一実施の形態の部品実装装置における実装ターン毎の実装ヘッドの動作説明図本発明の一実施の形態のモータ制御方法における一実装ターンの速度パターンを示すグラフ

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１，図２を参照して、部品実装装置１の構造を説明する。図１において、基台１ａの上面には、基板搬送機構２がＸ方向（基板搬送方向）に配設されており、基板搬送機構２は実装対象の基板３を搬送して以下に説明する部品実装機構による実装作業位置に位置決めする。基板搬送機構２の両側方にはそれぞれ部品供給部４が配設されている。

部品供給部４は、図２に示すように、複数のテープフィーダ５が並列に装着された台車６が、装置本体部に対して着脱自在にセットされる。テープフィーダ５は、実装対象の電子部品を以下に説明する構成の部品実装機構の実装ヘッド１０による取り出し位置に供給する機能を有している。すなわち台車６には実装対象の電子部品を保持したキャリアテープ１５を巻回収納した供給リール１６がセットされており、供給リール１６から引き出されたキャリアテープ１５はテープフィーダ５に引き込まれ、テープフィーダ５においてキャリアテープ１５をピッチ送りすることにより、キャリアテープ１５に保持された電子部品が供給される。

基台１ａのＸ方向の一端部には、サーボモータ駆動のＹ軸移動テーブル７がＹ方向に配設されており、Ｙ軸移動テーブル７には２基のＸ軸移動テーブル８がＹ方向に移動自在に結合されている。それぞれのＸ軸移動テーブル８には、実装ヘッド１０がサーボ駆動機構によってＸ方向に移動自在に装着されている。実装ヘッド１０は複数の単位移載ヘッド１１を備えた多連型ヘッドであり、それぞれの単位移載ヘッド１１の下端部には吸着ノズル１１ａ（図２参照）が交換自在に装着されている。

実装ヘッド１０は、各単位移載ヘッド１１において吸着ノズル１１ａを昇降させるノズル昇降機構１１ｂ（図３参照）および吸着ノズル１１ａをノズル軸廻りに回転させるθ軸駆動機構１１ｄ（図３参照）を内蔵しており、部品供給部４からの部品取り出しおよび基板３への部品搭載を各単位移載ヘッド１１で個別に行えるようになっている。すなわち、本実施の形態に示す実装ヘッド１０は吸着ノズル１１ａを複数備えており、実装ヘッド１０が部品供給部４と基板３との間を１往復する実装ターンにおいて、基板３の複数の部品実装点３ａを対象として部品実装作業を実行する形態となっている（図１０参照）。

Ｙ軸移動テーブル７およびＸ軸移動テーブル８を駆動することにより、実装ヘッド１０はそれぞれの部品供給部４と基板搬送機構２に保持された基板３との間で水平移動し、吸着ノズル１１ａによって電子部品を吸着保持して取り出し、基板３に移送搭載する。したがってＹ軸移動テーブル７およびＸ軸移動テーブル８は、実装ヘッド１０を部品供給部４と基板３との間で水平移動させるヘッド移動機構９を構成する。それぞれの実装ヘッド１０には、Ｘ軸移動テーブル８の下面側に位置して実装ヘッド１０と一体的に移動する基板認識カメラ１２が設けられている。基板認識カメラ１２は実装ヘッド１０と一体的に基板３の上方に移動し、ここで基板認識カメラ１２によって基板３を撮像することにより、基板３の位置認識が行われる。

それぞれの部品供給部４と基板搬送機構２との間には、部品認識カメラ１３およびノズル収納部１４が配設されている。電子部品を保持した実装ヘッド１０が部品認識カメラ１３の上方を移動することにより部品認識カメラ１３はこれらの電子部品を撮像し、この撮像結果を認識処理することにより、実装ヘッド１０に保持された状態における電子部品の識別や位置認識が行われる。ノズル収納部１４には実装対象となる電子部品の種類に応じて複数の吸着ノズル１１ａが収納されている。実装ヘッド１０がノズル収納部１４に対してアクセスしてノズル交換動作を行うことにより、実装ヘッド１０の各単位移載ヘッド１１において吸着ノズル１１ａを電子部品の種類に応じて交換することができる。

次に図３〜図５を参照して、制御系の構成および部品実装作業を実行するためのモータ制御に用いられる各種のデータについて説明する。図３において、制御装置２０は処理演算機能とデータ記憶機能を備えており、以下に説明する各部を制御することにより、部品実装装置１に部品実装作業を実行させる。すなわち制御装置２０がヘッド移動機構９、ノズル昇降機構１１ｂ、単位移載ヘッド１１の集合体である実装ヘッド１０を制御することにより、部品供給部４から部品を取り出して基板搬送機構２に位置決め保持された基板３に移送搭載する部品実装動作が実行され，このとき部品吸着機構２４を制御することにより吸着ノズル１１ａによる部品の吸着保持および部品離脱が制御される。

制御装置２０が基板搬送機構２を制御することにより、基板３の搬入、位置決め、搬出が行われ、部品供給部４を制御することにより、実装ヘッド１０による取り出し位置に部品が供給される。認識処理部２５は、基板認識カメラ１２、部品認識カメラ１３の撮像結果を認識処理することにより、前述の基板３の位置認識および実装ヘッド１０に保持された部品の位置検出を行う。そして制御装置２０はこれらの認識結果を加味して、実装ヘッド１０による基板３への部品搭載動作を行う。

次に、ヘッド移動機構９を構成するＹ軸移動テーブル７、Ｘ軸移動テーブル８にそれぞれ内蔵されたＹ軸駆動機構７ａ、Ｘ軸駆動機構８ａ、単位移載ヘッド１１に内蔵されたＺ軸駆動機構１１ｃ、θ軸駆動機構１１ｄの制御系について説明する。これらの駆動機構はいずれもサーボモータによるサーボ駆動系であり、それぞれサーボモータを駆動するためのＸ軸ドライバ２１Ｘ、Ｙ軸ドライバ２１Ｙ、Ｚ軸ドライバ２１Ｚおよびθ軸ドライバ２１θを備えている。Ｘ軸ドライバ２１Ｘ、Ｙ軸ドライバ２１Ｙ、Ｚ軸ドライバ２１Ｚおよびθ軸ドライバ２１θは、いずれも駆動電流出力部２１ａ、負荷検出部２１ｂおよびパルス処理部２１ｃの機能を備えている。

各ドライバ２１の駆動電流出力部２１ａから駆動電流を出力することにより、Ｘ軸モータ２２Ｘ、Ｙ軸モータ２２Ｙ、Ｚ軸モータ２２Ｚ、θ軸モータ２２θが回転駆動される。このとき、負荷検出部２１ｂは各モータの駆動状態における負荷状態、すなわち当該モータの駆動電流を時系列的に検出して実効値を算出し、この実効値の定格負荷（定格電流値）に対する比率で表される負荷率を出力する。パルス処理部２１ｃは、Ｘ軸モータ２２Ｘ、Ｙ軸モータ２２Ｙ、Ｚ軸モータ２２Ｚ、θ軸モータ２２θのそれぞれ付随して設けられたＸ軸エンコーダ２３Ｘ、Ｙ軸エンコーダ２３Ｙ、Ｚ軸エンコーダ２３Ｚ、θ軸エンコーダ２３θから出力されるパルスを受信してサーボ制御系のＮＣ回路にフィードバックするパルス処理を行う。サーボ制御系のＮＣ回路はここで示すドライバ２１の機能に含めてもよく、またドライバ２１と別個に設けられたサーボコントローラにその機能を持たせるようにしてもよい。

図４に示すように、制御装置２０は実装制御部２６および記憶部３１を備えている。まず記憶部３１に記憶されるデータ内容、すなわち実装動作プログラム３２、実装データ３３、駆動パラメータ３４、基準負荷率データ３５について説明する。実装動作プログラム３２は、実装制御部２６が部品実装装置１の各部を制御して部品実装動作を実行させるための動作プログラムである。実装データ３３は、前述の部品実装動作を各基板種を対象として実行するためのデータ、すなわち各基板における部品実装位置や実装される部品種、部品実装シーケンスなどについてのデータである。

駆動パラメータ３４は、モータの回転速度および回転加速度を組み合わせて構成されて負荷率を規定するパラメータである。基準負荷率データ３５は、各モータにおいて通常使用状態における負荷状態の許容上限を示す基準となる負荷率についてのデータであり、定格負荷に対する割合によって示される。基準負荷率はサーボ駆動系の負荷状態を適正に制御する観点から経験的に設定されるものであり、本実施の形態では、（８５％〜９０％）を基準負荷率の範囲としている。

駆動パラメータ３４は、上述のように、駆動時におけるモータの負荷率を規定するパラメータであり、基本的には駆動電流値の実効値によって規定される。ヘッド移動機構９などの作業機構を駆動するモータの負荷率は、当該モータの定格トルクに対応した電流値、すなわち定格電流値を保ったまま長時間駆動を継続する状態が負荷率は最も高く、実際の動作においては、最高加速度で加速状態を継続する動作がこれに相当する。しかしながら実際の作業動作においては、予め設定された移動速度に到達するまで加速を継続し、これ以降は加速がゼロの状態で速度を維持しながら到達点まで移動し、逆加速度によって減速して停止する動作形態が反復して実行される。このような動作形態におけるモータの負荷率は、一般には大きな加速度を長い時間継続するほど増大し、この結果移動対象物の速度はより高速となる。

したがって、モータの負荷率を動作条件設定時に規定する駆動パラメータ３４としては、速度のみ、加速度のみ、速度と加速度の組み合わせのいずれを用いてもよい。すなわち動作時間に制約がある実際の作業動作のための動作条件の設定においては、高速の移動を実現しようとすれば必然的に加速度を大きくせざるを得ず、また大加速度で駆動すれば自ずと移動速度は高速となる。このような理由により本実施の形態においては、モータの負荷状態を規定する要素となる駆動パラメータとして、回転速度および回転加速度の組み合わせを用いる。すなわち回転加速度一定の条件で動作条件を設定する場合には、回転速度がモータの負荷率を規定する駆動パラメータとなり、また回転速度一定の条件の場合には、回転加速度がモータの負荷率を規定する駆動パラメータとなる。もちろん、回転速度および回転加速度の両方を変動させるようにしてもよい。

次に実装制御部２６の制御処理機能について説明する。まず実装制御部２６は、ノズル昇降機構１１ｂおよびヘッド移動機構９などの機構部を制御することにより、部品実装動作を実行させる。さらに実装制御部２６は、駆動パラメータ設定処理部２７、パラメータ指令部２８、負荷低減処理部２９ａ、負荷回復処理部２９ｂ、駆動条件設定処理部３０の各機能部を有している。駆動パラメータ設定処理部２７は、前述の駆動パラメータ３４を設定する処理を行う。

ここで駆動パラメータ３４としては、図５に示すように、全体動作パラメータ３６、実装ターン別パラメータ３７の２種類を予め設定して、場合に応じて適宜使い分けるようにしている。なお駆動パラメータ３４の設定手法としては、実装動作プログラムから回転速度・回転加速度を数値的に求め、これらの数値に基づいて負荷演算を行う数値演算方法を用いてもよく、また模擬的に部品無しで部品実装機構に慣らし運転を行わせる際に、実際の負荷率を各ドライバの負荷検出部２１ｂによって検出し、この実際の負荷率を参照して適正な駆動パラメータ３４を設定するようにしてもよい。

全体動作パラメータ３６は、部品実装装置１による部品実装動作を駆動するＸ軸モータ２２Ｘ、Ｙ軸モータ２２Ｙ、Ｚ軸モータ２２Ｚ、θ軸モータ２２θのそれぞれについて、部品実装動作開始から終了まで、同一の基準値３６ａを用いる場合の駆動パラメータである。すなわち、Ｘ軸モータ２２Ｘ、Ｙ軸モータ２２Ｙ、Ｚ軸モータ２２Ｚ、θ軸モータ２２θは、それぞれ全動作期間を通じて常に一定のｐｘ、ｐｙ、ｐｚ、ｐθの駆動パラメータを用いて駆動される。なお、低減率３６ｂ、回復率３６ｃは、動作実行中に負荷率の監視を継続する過程において、適正な負荷率を維持するために駆動パラメータ３４を低減または回復させる必要がある場合に用いられる数値であり、同様にＸ軸モータ２２Ｘ、Ｙ軸モータ２２Ｙ、Ｚ軸モータ２２Ｚ、θ軸モータ２２θのそれぞれについて予め設定されている。

次に実装ターン別パラメータ３７は、実装ヘッド１０が部品供給部４と基板３との間を１往復する実装ターン毎に、異なる値を個別に設定する場合に用いられる駆動パラメータである。すなわちここでは、駆動パラメータ設定処理部２７は、各実装ターン毎の負荷率が当該モータの定格負荷に基づいて予め設定された基準負荷率、すなわち基準負荷率データ３５として記憶部３１に記憶された基準負荷率を超えないように、当該実装ターンにおける作業動作パターンに対応した駆動パラメータを、複数の実装ターンのそれぞれについて予め個別に設定する処理を行う。これにより、図５に示す実装ターン別パラメータ３７が設定され、ターンＮｏ．３８に示す番号毎に、Ｘ軸モータ２２Ｘ、Ｙ軸モータ２２Ｙ、Ｚ軸モータ２２Ｚ、θ軸モータ２２θのそれぞれについて個別値３７ａが設定される。

ここで、図１０，図１１を参照して、各実装ターン毎に異なる駆動パラメータを設定することの意義を説明する。図１０（ａ）は、１実装ターンにおいて実装ヘッド１０によって基板３に電子部品を実装する複数の部品実装点３ａが近接しており、部品実装点３ａの分布範囲を示すターン別実装領域Ｒ１が狭い場合を示している。この場合には、実装ヘッド１０は、部品供給部４のテープフィーダ５から複数（ここでは４個）の電子部品をピックアップした後、部品認識カメラ１３の上方をＸ方向に所定のスキャン速度で移動して、実装ヘッド１０に保持した電子部品を撮像する。そしてその後、実装ヘッド１０は基板搬送機構２に保持された基板３上に移動して、複数（ここでは４）の部品実装点３ａに電子部品を連続的に実装する。

図１１（ａ）は、このときのＸ、Ｙ、θ、Ｚ（ここでは、Ｚ１〜Ｚｎまでの複数軸）各軸のモータの回転速度パターンを示している。図１１（ａ）において、破線枠Ａにて示すＺ軸の速度パターンは、部品供給部４において複数のテープフィーダ５を対象として、複数の単位移載ヘッド１１の吸着ノズル１１ａを昇降させるためのＺ軸の速度パターンを示しており、このＺ軸による吸着ノズル１１ａの昇降が終了した後に、実装ヘッド１０は保持した電子部品の認識のために部品認識カメラ１３の上方へ移動する。この速度パターンにおいて、動作開始からこの移動完了までにはＴ１の時間を要している。破線枠Ｂにて示すＸ軸の速度パターンは、電子部品を取り出した後の実装ヘッド１０が部品認識カメラ１３の上方を一定のスキャン速度でＸ方向に移動する際の速度パターンを示しており、このスキャン動作にはＴ２の時間を要している。このスキャン動作においては、画像取得上スキャン動作を所定速度に保持する必要があり、常に所定のＴ２の時間を要する。

そしてこの後、実装ヘッド１０は基板搬送機構２に位置決めされた基板３上に移動して複数の部品実装点３ａに保持した電子部品を順次実装する。破線枠Ｃにて示すＸ軸、Ｙ軸、θ軸の速度パターンは、吸着ノズル１１ａによる部品実装時の位置補正動作を示しており、破線枠Ｄにて示すＺ軸の速度パターンは、基板３において吸着ノズル１１ａを昇降させるためのＺ軸の駆動動作を示している。この実装ヘッド１０による部品実装動作には、スキャン動作終了からＴ３の時間を要している。

図１１（ａ）に示す速度パターンは、図１０（ａ）に示すように、部品実装点３ａの分布範囲を示すターン別実装領域Ｒ１が狭い場合に対応した速度パターンとなっていることから、短時間の内に加減速を高頻度で反復する動作パターン、換言すれば駆動パラメータを大きな値に設定する必要がある動作パターンとなっている。このため、駆動パラメータの設定如何によっては、Ｘ軸において負荷率が基準負荷率を超える過負荷状態を招くおそれがある。このような場合には、過負荷状態の発生を予め防止するため、図１１（ｂ）に示すような速度パターンが実現されるような駆動パラメータが設定される。

図１１（ｂ）においては、図１１（ａ）においてそれぞれ時間Ｔ１、Ｔ３に設定されているＸ軸の速度パターンを、時間Ｔ１、Ｔ３よりも長い時間Ｔ１＊、Ｔ３＊にて実行するような速度パターンとし、この速度パターンに対応したＸ軸の駆動パラメータが設定される。ここで、時間Ｔ２については、前述の理由で変更することができず、常に固定の時間Ｔ２に設定される。このため、時間Ｔ１、Ｔ３における駆動パラメータの低減率と、時間Ｔ２における駆動パラメータの低減率とは異なった値に設定される。

すなわち上述例においては、負荷低減処理部２９ａは、複数のモータのうち、部品認識カメラ１３による撮像のためのスキャン動を行うＸ軸モータ２２Ｘのように、特定の動作特性が所望されている作業動作を実行するモータについては、この動作特性に応じて予め個別に設定された異なる低減率を用いて負荷低減処理を行うようにしている。このとき、Ｙ軸、θ軸については、Ｘ軸と動作が同期する速度パターンが実現されるように駆動パラメータを設定することが望ましい。

また図１０（ｂ）は、１実装ターンにおいて実装ヘッド１０によって基板３に電子部品を実装する部品実装点３ａの分布範囲を示すターン別実装領域Ｒ２が広い場合を示している。この場合には、短時間の内に加減速を高頻度で反復する度合いが少なく、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸の駆動パラメータを比較的大きな値に設定しても負荷率はあまり高くならず、過負荷状態を招くおそれがない。したがってこのような場合には、図１１（ａ）に示すような速度パターンを適用しても差し支えない。このように、複数の実装ターンのそれぞれについて、部品実装点３ａの分布範囲の大きさなどの作業動作パターンに応じて、各軸のモータの回転速度・回転加速度によって規定される駆動パラメータを設定することにより、実装ターン毎の作業負荷が大きくばらつく場合にあっても、過負荷状態を防止するとともに動作効率を極力維持することが可能となる。

パラメータ指令部２８は、上述のように設定される駆動パラメータ３４を記憶部３１から読み出して、Ｘ軸ドライバ２１Ｘ、Ｙ軸ドライバ２１Ｙ、Ｚ軸ドライバ２１Ｚおよびθ軸ドライバ２１θに対して出力する処理を行う。これにより、Ｘ軸ドライバ２１Ｘ、Ｙ軸ドライバ２１Ｙ、Ｚ軸ドライバ２１Ｚおよびθ軸ドライバ２１θは、指示された駆動パラメータ３４に基づいて．それぞれＸ軸モータ２２Ｘ、Ｙ軸モータ２２Ｙ、Ｚ軸モータ２２Ｚ、θ軸モータ２２θを駆動する。

負荷低減処理部２９ａは、Ｘ軸ドライバ２１Ｘ、Ｙ軸ドライバ２１Ｙ、Ｚ軸ドライバ２１Ｚおよびθ軸ドライバ２１θの負荷検出部２１ｂによって検出された当該モータの負荷率を監視し、これら複数のモータの少なくとも１つにおいて、図８の事象Ｆ１に示すように、負荷率が当該モータの定格負荷に基づいて予め設定された基準負荷率を超えた場合には、負荷率が予め設定された低減率Δｐ１（Δｐｘ１，Δｐｙ１，Δｐｚ１，Δｐθ１，）で減少するように、パラメータ指令部２８から出力される駆動パラメータ３４を変更させる負荷低減処理を行う。すなわち負荷低減処理部２９ａが記憶部３１から低減率３６ｂ（Δｐｘ１，Δｐｙ１，Δｐｚ１，Δｐθ１）を読み取ってパラメータ指令部２８に指令することにより、パラメータ指令部２８から出力される駆動パラメータ３４、基準値３６ａに対して低減率３６ｂに相当する低減分だけ減少する。

なお、駆動パラメータ３４として実装ターン別パラメータ３７を適用する場合には、負荷低減処理の態様として上述と異なる負荷低減処理を行うようにしてもよい。まず複数実装ターンを対象とする部品実装作業実行中に、いずれかの実装ターンにおいて図９に示す事象Ｆ３のように、作業動作パターンの変更、例えば特定のテープフィーダ５についての部品切れなど、予め設定されていた実装動作シーケンスが実行できないことによる実装順序の変更などが生じた場合には、図９（イ）に示すような対応処理を行う。すなわち当該実装ターンについて設定されている駆動パラメータ３４を、当該基板３を対象とする各実装ターンに設定されている駆動パラメータ３４のうち最も低い負荷率に対応した駆動パラメータ（ＭＩＮ．）に変更させる負荷低減処理を行う。この対応処理は、負荷率が基準負荷率（ＭＡＸ．）を超えることのないよう、駆動パラメータ３４を極力安全側に設定することを意味している。

もちろん、図９（ロ）に示すように、いずれかの実装ターンにおいて図９に示す事象Ｆ３が生じた後において、図８において説明したような負荷低減処理、負荷回復処理および駆動条件設定処理を実行することにより、実際の負荷率をできるだけ基準負荷率に近づけるようにしてもよい。さらに、実装ターン１，２，３・・を順次対象として作業を実行する過程において、当初から各実装ターンのそれぞれを対象として図８において説明したような負荷低減処理、負荷回復処理および駆動条件設定処理を実行するようにしてもよい。

負荷回復処理部２９ｂは、負荷率が低減された状態で予め設定された作業実行条件にしたがって、例えば所定の基板枚数、所定の実装ターン回数などを対象として部品実装作業を継続実行する過程において、負荷検出部２１ｂによって検出される負荷率が基準負荷率データ３５に規定される基準負荷率を超える状態が発生しなかった場合には、負荷率が予め設定された回復率Δｐ２（Δｐｘ２，Δｐｙ２，Δｐｚ２，Δｐθ２）で段階的に増加するように駆動パラメータ３４を変更させる負荷率回復処理を行う。すなわち、負荷回復処理部２９ｂが記憶部３１から回復率３６ｃ（Δｐｘ２，Δｐｙ２，Δｐｚ２，Δｐθ２）を読み取ってパラメータ指令部２８に指令することにより、パラメータ指令部２８から出力される駆動パラメータ３４は、基準値３６ａに対して回復率３６ｃに相当する回復分だけ増加する。そしてこの負荷回復処理は、負荷率が基準負荷率データ３５に規定される負荷率に到達するまで反復して行われる。

さらに負荷回復処理部２９ｂによる負荷回復処理の態様には、各種のバリエーションが可能である。例えば前述の負荷低減処理実行後に、負荷率が低減された状態で予め設定された作業実行条件にしたがって部品実装作業を継続実行する過程において、作業動作パターンに変更がない実装ターンを作業対象とする場合には、当該実装ターンに適用される駆動パラメータを、予め設定された変更前の駆動パラメータ、すなわち当該実装ターンに本来適用されるべく設定されていたに駆動パラメータ変更して、負荷率を回復させるようにしてもよい。

そして駆動条件設定処理部３０は、上述の負荷回復処理を反復して実行する過程において、駆動パラメータが増大することによって、図８の事象Ｆ２に示すように、負荷率が基準負荷率を再度超えたならば、最後の負荷率回復処理を実行する直前の駆動パラメータ３４を、確定駆動パラメータとして設定する駆動条件確定処理を行う。すなわち、これ以降は実装制御部２６は，このようにして設定された確定駆動パラメータにしたがって部品実装作業を継続実行させる。これにより、負荷率が基準負荷率を超えず、且つ極力動作効率の高い動作条件で部品実装作業を実行することが可能となる。

次に部品実装装置１におけるモータ制御処理の実際例について、図６，図７のフローに則して、各図を参照しながら説明する。図６，図７に示す処理は、駆動パラメータ３４として全体動作パラメータ３６を用いる場合、すなわち複数の実装ターンを連続して実行する部品実装作業を通して同一の駆動パラメータを固定して用いる場合にも適用され、また駆動パラメータ３４として実装ターン別パラメータ３７を用いる場合、すなわち各実装ターン毎に必要に応じて異なる駆動パラメータを用いる場合にも適用される。

まず図６において、パラメータ指令部２８による駆動パラメータの指令に先立って、駆動パラメータ設定処理部２７の処理機能により駆動パラメータ３４の設定を行う（ＳＴ１）。ここで部品実装作業を通して同一の駆動パラメータ３４を固定して用いる場合には、図５に示す全体動作パラメータ３６が設定され、記憶部３１に記憶される。また各実装ターン毎に必要に応じて異なる駆動パラメータ３４を用いる場合には、実装ターンにおける作業動作パターンに対応した駆動パラメータ３４を、複数の実装ターンのそれぞれについて個別に設定し、記憶部３１に実装ターン別パラメータ３７として記憶させる（ＳＴ１）。すなわち、実装ヘッド１０が部品供給部４と基板３との間を１往復する実装ターン毎に、負荷率が当該モータの定格負荷に基づいて予め設定された基準負荷率を超えないように、当該実装ターンにおける作業動作パターンに対応した駆動パラメータ３４を、複数の実装ターンのそれぞれについて個別に設定する（駆動パラメータ設定処理工程）。そしてこの後、部品実装装置１による部品実装作業が開始される（ＳＴ２）。

次いで、駆動パラメータ３４を読み出して、各モータを駆動するドライバに対して出力する（ＳＴ３）。すなわち、複数のモータ（Ｘ軸モータ２２Ｘ、Ｙ軸モータ２２Ｙ、Ｚ軸モータ２２Ｚ、θ軸モータ２２θ）について、回転速度および回転加速度を組み合わせて構成されて負荷率を規定する駆動パラメータ３４を、各モータを駆動するドライバに対して出力する（パラメータ指令工程）。駆動パラメータ３４として実装ターン別パラメータ３７を用いる場合には、このパラメータ指令工程は、順次実行される各実装ターンを対象とする部品実装作業毎に行われる。

この後、各モータの負荷状態を検出して負荷率を出力する（ＳＴ３）。すなわち、駆動状態における複数のモータ（Ｘ軸モータ２２Ｘ、Ｙ軸モータ２２Ｙ、Ｚ軸モータ２２Ｚ、θ軸モータ２２θ）の負荷状態を、当該モータに対応するドライバ２１の負荷検出部２１ｂによって時系列的に検出して、それぞれのモータの定格負荷に対する負荷率を出力する（負荷検出工程）。そしてこれ以降、負荷状態が過負荷となることを未然に防止するため、負荷率の監視による速度・加速度制御が実行される（ＳＴ５）。

図７は、（ＳＴ５）にて実行される処理の詳細を示すものである。すなわちここでは、各モータに対応するドライバ２１の負荷検出部２１ｂによって負荷率を監視し、複数のモータの少なくとも１つにおいて負荷率が当該モータの定格負荷に基づいて予め設定された基準負荷率レベル（図８参照）を超えたか否かを判定する（ＳＴ１１）。ここで、ＹＥＳであれば、すなわち図８に事象Ｆ３で示す状態のように、基準負荷率レベルを超えた場合には、負荷低減処理部２９ａによって当該モータの速度・加速度、換言すれば駆動パラメータ３４を所定割合（低減率Δｐ１・・図５に示す低減率３６ｂ参照）で低減する（ＳＴ１２）。すなわちここでは負荷率が予め設定された低減率で減少するように、駆動パラメータを変更させる負荷低減処理を行う（負荷低減処理工程）。

そしてこの後、（ＳＴ１１）戻って負荷率の監視を継続し、（ＳＴ１１）にてＮＯであれば、すなわち負荷率が基準負荷レベルを下回っていれば、正常な駆動状態であると判断して作業動作を継続実行する。そしてこの状態で、所定数の生産が実行されたか否かを判断し（ＳＴ１３）、ＮＯであれば（ＳＴ１１）を実行しながら作業動作を継続する。そして（ＳＴ１３）において所定数の生産が完了してＹＥＳであれば、すなわち予め設定された作業実行条件にしたがって部品実装作業を継続実行する過程において、負荷率が基準負荷率を超える状態が発生しなかった場合には、負荷回復処理部２９ｂによって当該モータの速度・加速度を所定割合（回復率Δｐ２・・図５に示す回復率３６ｃ参照）で増加させるように、駆動パラメータ３４を変更する（ＳＴ１４）。

そしてこの後さらに負荷率が、当該モータの定格負荷に基づいて予め設定された基準負荷率レベルを超えたか否かを判定する（ＳＴ１５）。ここでＮＯであれば、すなわち負荷率がなお基準負荷レベルを下回っていれば、（ＳＴ１３）に戻って、以降の処理を同様に反復実行する。これにより、一旦低減された負荷率は、図８に示すように、回復率Δｐ２で複数回（ここでは２回）増加し、基準負荷率レベルに接近する。すなわちここでは負荷率が予め設定された回復率Δｐ２で段階的に増加するように、負荷回復処理部２９ｂによって駆動パラメータを変更させる負荷率回復処理を反復して行う（負荷回復処理工程）。

この負荷回復処理において、当該モータの速度・加速度をさらに増加させることによって、または何らかの外的条件によって、図８の事象Ｆ２に示すように、負荷率が基準負荷率レベルを超える状態が再度発生した場合には、当該モータの速度・加速度を規定する駆動パラメータ３４を、前回の増加前のレベル，すなわちこの状態より回復率Δｐ２だけ低減させたレベルに戻す（ＳＴ１６）。これにより、当該モータの負荷率は、基準負荷率レベルに極力近く、且つこれを超えることのない安定したレベルに設定される。

そしてこの状態における当該モータの速度・加速度の設定状態を確定速度・加速度として記憶する（ＳＴ１８）。すなわち、駆動条件設定処理部３０によって、最後の負荷率回復処理を実行する直前の駆動パラメータを確定駆動パラメータとして設定する駆動条件確定処理を行う（駆動条件設定処理工程）。この後、このようにして設定された確定駆動パラメータを用いて部品実装の生産作業を継続実行し、必要数の生産が確認されることにより（ＳＴ１８）、生産を終了する。

上記説明したように、本実施の形態に示す部品実装装置におけるモータ制御方法においては、モータの負荷率が当該モータの定格負荷に基づいて予め設定された基準負荷率を超えた場合には、負荷率が予め設定された低減率で減少するように駆動パラメータを変更させる負荷低減処理を行い、負荷率が低減された状態で予め設定された作業実行条件にしたがって部品実装作業を継続実行する過程において、負荷率が基準負荷率を超える状態が発生しなかった場合には、負荷率が予め設定された回復率で段階的に増加するように駆動パラメータを変更する負荷率回復処理を反復して行うようにしている。さらに複数の実装ターンのそれぞれについて、作業動作パターンに応じて、各軸のモータの回転速度・回転加速度によって規定される駆動パラメータを設定するようにしている。これにより、実装ターン毎の作業負荷が大きくばらつく場合にあっても、過負荷状態を防止するとともに動作効率を極力維持することが可能となり、過負荷状態の確実な防止と動作効率の維持向上を両立させることができる。

本発明の部品実装装置および部品実装装置におけるモータ制御方法は、過負荷状態の確実な防止と動作効率の維持向上を両立させることができるという効果を有し、吸着ノズルを備えた実装ヘッドを部品供給部と基板との間で往復移動させることにより部品を部品供給部から取り出して基板に移送搭載する部品実装分野において有用である。

１部品実装装置
２基板搬送機構
３基板
４部品供給部
５テープフィーダ
９ヘッド移動機構
１０実装ヘッド
１１単位移載ヘッド
１１ａ吸着ノズル

Claims

ノズル昇降機構によって昇降する吸着ノズルを備えた実装ヘッドを、ヘッド移動機構によって部品供給部と基板との間で往復移動させることにより、前記吸着ノズルによって部品を部品供給部から取り出して基板に移送搭載する部品実装作業を行う部品実装装置であって、
前記ノズル昇降機構およびヘッド移動機構を制御する実装制御部と、
前記ノズル昇降機構およびヘッド移動機構を駆動する複数のモータと、
前記複数のモータを駆動するとともに駆動状態における前記複数のモータの負荷状態を時系列的に検出してそれぞれのモータの定格負荷に対する負荷率を出力する負荷検出部を備えたドライバとを有し、
さらに前記実装制御部が、
前記モータの回転速度および回転加速度を組み合わせて構成されて前記負荷率を規定する駆動パラメータを前記ドライバに対して出力するパラメータ指令部と、
前記実装ヘッドが部品供給部と基板との間を１往復する実装ターン毎に、前記負荷率が当該モータの定格負荷に基づいて予め設定された基準負荷率を超えないように、当該実装ターンにおける作業動作パターンに対応した前記駆動パラメータを、複数の実装ターンのそれぞれについて予め個別に設定する駆動パラメータ設定処理部とを備えたことを特徴とする部品実装装置。
前記部品実装作業実行中に、いずれかの実装ターンにおいて前記作業動作パターンに変更が生じた場合には、当該実装ターンについて設定されている駆動パラメータを、当該基板を対象とする各実装ターンに設定されている駆動パラメータのうち最も低い負荷率に対応した駆動パラメータに変更させる負荷低減処理を行う負荷低減処理部を備えたことを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。
前記負荷率を監視し、前記部品実装作業実行中にいずれかの実装ターンにおいて前記作業動作パターンに変更が生じた場合において、前記複数のモータの少なくとも１つにおいて負荷率が当該モータの定格負荷に基づいて予め設定された基準負荷率を超えたならば、前記負荷率が予め設定された低減比率で減少するように前記駆動パラメータを変更する負荷低減処理を行う負荷低減処理部を備えたことを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。
前記負荷率が低減された状態で予め設定された作業実行条件にしたがって前記部品実装作業を継続実行する過程において、前記作業動作パターンに変更がない実装ターンを作業対象とする場合には、当該実装ターンに適用される駆動パラメータを予め設定された変更前の駆動パラメータに変更して負荷率を回復させる負荷回復処理部を備えたことを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の部品実装装置。
ノズル昇降機構によって昇降する吸着ノズルを備えた実装ヘッドを、ヘッド移動機構によって部品供給部と基板との間で往復移動させることにより、前記吸着ノズルによって部品を部品供給部から取り出して基板に移送搭載する部品実装作業を行う部品実装装置において、前記ノズル昇降機構およびヘッド移動機構を駆動する複数のモータを制御する部品実装装置におけるモータ制御方法であって、
前記複数のモータについて、回転速度および回転加速度を組み合わせて構成されて前記負荷率を規定する駆動パラメータを各モータを駆動するドライバに対して出力するパラメータ指令工程と、
駆動状態における前記複数のモータの負荷状態を時系列的に検出してそれぞれのモータの定格負荷に対する負荷率を出力する負荷検出工程とを含み、
さらに前記パラメータ指令工程に先立って、前記実装ヘッドが部品供給部と基板との間を１往復する実装ターン毎に、前記負荷率が当該モータの定格負荷に基づいて予め設定された基準負荷率を超えないように、当該実装ターンにおける作業動作パターンに対応した前記駆動パラメータを、複数の実装ターンのそれぞれについて個別に設定する駆動パラメータ設定処理工程を予め実行することを特徴とする部品実装装置におけるモータ制御方法。
前記部品実装作業実行中に、いずれかの実装ターンにおいて前記作業動作パターンに変更が生じた場合には、当該実装ターンについて設定されている駆動パラメータを、当該基板を対象とする各実装ターンに設定されている駆動パラメータのうち最も低い負荷率に対応した駆動パラメータに変更させる負荷低減処理を行う負荷低減処理工程を含むことを特徴とする請求項５記載の部品実装装置におけるモータ制御方法。
前記負荷率を監視し、前記部品実装作業実行中にいずれかの実装ターンにおいて前記作業動作パターンに変更が生じた場合において、前記複数のモータの少なくとも１つにおいて負荷率が当該モータの定格負荷に基づいて予め設定された基準負荷率を超えたならば、前記負荷率が予め設定された低減比率で減少するように前記駆動パラメータを変更する負荷低減処理を行う負荷低減処理工程を含むことを特徴とする請求項５記載の部品実装装置におけるモータ制御方法。
前記負荷率が低減された状態で予め設定された作業実行条件にしたがって前記部品実装作業を継続実行する過程において、前記作業動作パターンに変更がない実装ターンを作業対象とする場合には、当該実装ターンに適用される駆動パラメータを予め設定された変更前の駆動パラメータに変更して負荷率を回復させる負荷回復処理工程を含むことを特徴とする請求項６または７のいずれかに記載の部品実装装置におけるモータ制御方法。