JP5970401B2 - 実装作業装置におけるモータ制御方法及び実装作業装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に電子部品を実装するための所定作業を施すもので、前記所定作業に係わる複数のサーボモータを備えた実装作業装置におけるモータ制御方法及び実装作業装置に関する。具体的には、前記実装作業装置としての、例えばプリント基板上に半田ペーストを塗布するスクリーン印刷装置、プリント基板上に接着剤を塗布する接着剤塗布装置、プリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置などにおけるモータ制御方法及び実装作業装置に関する。

この種の電子部品装着装置は、例えば特許文献１などに開示されている。この種の電子部品装着装置にあっては、複数の駆動モータ、例えば複数の取出保持具を備えた装着ヘッドを平面方向に移動させるＸ方向移動用駆動モータ及びＹ方向移動用駆動モータ、前記取出保持具を回転方向に移動させるθ回転移動用駆動モータ、前記取出保持具を上下方向に移動させる昇降移動用駆動モータなどが設けられている。

そして、前記駆動モータとしてサーボモータを使用した場合には、停止していても、その停止している位置を維持するために電流を流し続けている。

特開２００９−２３１７２２公報

このため、直ぐに駆動しないで、一旦停止している状態でも、停止位置を維持するために電流を流し続けているので、その分電力を余計に消費することとなる。

そこで本発明は、各サーボモータの停止状態でも停止位置を維持するために、電流を流し続けている状態を考慮して、極力電力の消費を減少させることを目的とする。

このため第１の発明は、基板上に電子部品を実装するための所定作業を施すもので、前記所定作業に係わる複数のサーボモータを備えた実装作業装置におけるモータ制御方法において、
前記基板上への前記電子部品の実装開始が可能か否かを判定し、
実装開始ができないと判定されると、前記サーボモータのサーボ状態を判定し、
サーボＯＮ状態であると判定すると、前記サーボモータの指令位置を維持するための位置ループ制御を停止させて前記サーボモータに電流を流さないように制御することを特徴とする。

また第２の発明は、基板上に電子部品を実装するための所定作業を施すもので、前記所定作業に係わる複数のサーボモータを備えた実装作業装置において、
前記基板上への前記電子部品の実装開始が可能か否かを判定する第１判定手段と、
この第１判定手段が実装開始ができないと判定すると、前記サーボモータのサーボ状態を判定する第２判定手段と、
この第２判定手段がサーボＯＮ状態であると判定すると、前記サーボモータの指令位置を維持するための位置ループ制御を停止させて前記サーボモータに電流を流さないように制御する制御手段とを
設けたことを特徴とする。

本発明は、基板上に電子部品を実装するための所定作業に係わる各サーボモータの停止状態でも停止位置を維持するために、電流を流し続けている状態を考慮して、極力電力の消費を減少させることができる。

電子部品装着装置の概略平面図である。 電子部品装着装置の制御ブロック図である。 プリント基板上への電子部品の実装動作に係るフローチャートを示す図である。 プリント基板上への電子部品の実装開始可能判定に係るフローチャートを示す図である。

基板上に電子部品を装着するための所定作業を施す実装作業装置は、例えばプリント基板上に半田ペーストを塗布するスクリーン印刷装置、プリント基板上に接着剤を塗布する接着剤塗布装置、プリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置などがあるが、以下図１に基づき、この実装作業装置の一例として電子部品装着装置１について、本発明の実施の形態を説明する。

この電子部品装着装置１の上流側には、例えば搬送コンベア２Ａを備えた前記接着剤塗布装置などの上流装置２が、また下流側には、例えば搬送コンベア３Ａを備えた電子部品装着装置などの下流装置３が配設される。

そして、前記電子部品装着装置１には、各プリント基板Ｐの搬送を並列に行なう搬送装置５と、装置本体の手前側と奥側に配設され電子部品を供給する部品供給装置６Ａ、６Ｂと、一方向に移動可能（図１の紙面の上下方向であるＹ方向に往復移動可能）な一対のビーム７Ａ、７Ｂと、それぞれ取出保持具としての吸着ノズル８を備えて前記各ビーム７Ａ、７Ｂに沿った方向（図１の紙面の左右方向であるＸ方向）に別個に移動可能な装着ヘッド９Ａ、９Ｂとが設けられている。

前記搬送装置５は供給コンベア５Ａと、プリント基板Ｐを位置決め固定する位置決め部を備えた実装位置コンベア５Ｂと、排出コンベア５Ｃとを備えている。そして、前記供給コンベア５Ａは前記上流装置２より受けた各プリント基板Ｐを実装位置コンベア５Ｂの位置決め部に搬送し、この各位置決め部で位置決め装置により位置決めされた各基板上に電子部品を装着した後、排出コンベア５Ｃに搬送し、その後前記下流装置３に搬送する構成である。

そして、前記部品供給装置６Ａ、６Ｂは前記搬送装置５の奥側位置と手前側位置に配設され、取付台であるカート台のフィーダベース上に部品供給ユニット１０を多数並設したものである。各カート台は部品供給ユニット１０の部品供給側の先端部がプリント基板Ｐの搬送路に臨むように前記装置本体に連結具を介して着脱可能に配設され、各カート台が正規に装置本体に取り付けられるとカート台に搭載された部品供給ユニット１０に電源１３が供給され、また前記連結具を解除して把手を引くと下面に設けられたキャスタにより移動できる構成である。

そして、Ｘ方向に長い前後一対の前記ビーム７Ａ、７Ｂは、サーボモータから構成される一対のＹ１モータ１１Ａ及びＹ２モータ１１Ｂ、Ｙ３モータ１１Ｃ及びＹ４モータ１１Ｄの駆動により左右一対の前後に延びたガイドに沿って個別にＹ方向に移動する。

また、前記ビーム７Ａ、７Ｂには、その長手方向（Ｘ方向）にサーボモータから構成される各Ｘ１モータ１２Ａ、Ｘ２モータ１２Ｂによりガイドに沿って移動する前記装着ヘッド９Ａ、９Ｂが夫々内側に設けられている。

従って、各装着ヘッド９Ａ、９Ｂは向き合うように各ビーム７Ａ、７Ｂの内側に設けられ、前記装着ヘッド９Ａは対応する奥側の前記部品供給装置６Ａの部品供給ユニット１０から電子部品の取出し作業を行い、前記搬送装置５上のプリント基板Ｐに装着することができ、装着ヘッド９Ｂは対応する手前側の部品供給装置６Ｂから電子部品を取り出して前記プリント基板Ｐに装着することができる。

そして、各装着ヘッド６Ａ、６Ｂには各バネにより下方へ付勢されている吸着ノズル８が円周上に所定間隔を存して複数本配設されており、この吸着ノズル８は上下軸モータ１４により昇降可能であり、またθ軸モータ１５により装着ヘッド９Ａ、９Ｂを鉛直軸周りに回転させることにより、結果として各装着ヘッド９Ａ、９Ｂの各吸着ノズル８はＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、垂直線回りに回転可能で、且つ上下動可能となっている。

また、各部品認識カメラ１７は、各装着ヘッド９Ａ、９Ｂに設けられた各吸着ノズル８に吸着保持された電子部品をプリント基板Ｐ上に装着する前に一括して撮像する。

図２は電子部品装着装置１の電子部品装着に係る制御のための制御ブロック図であり、以下説明する。電子部品装着装置１の各要素はマイクロコンピュータなどから構成される制御装置２０が統括制御しており、記憶装置２１が各種データを格納しており、バスライン２２を介して両者は接続されている。

また、制御装置２０には操作画面等を表示する表示装置であるモニタ２３及び該モニタ２３の表示画面に形を成された入力手段としてのタッチパネルスイッチ２４がインターフェース２５を介して接続されている。また、前記Ｙ１モータ１１Ａ、Ｙ２モータ１１Ｂ、Ｙ３モータ１１Ｃ、Ｙ４モータ１１Ｄ、Ｘ１モータ１２Ａ、Ｘ２モータ１２Ｂ、上下軸モータ１４、θ軸モータ１５がそれぞれ動力線２７、Ｙ１モータドライバ２８、Ｙ２モータドライバ２９、Ｙ３モータドライバ３０、Ｙ４モータドライバ３１、Ｘ１モータドライバ３２、Ｘ２モータドライバ３３、上下モータドライバ３４、θ回転モータドライバ３５、通信ケーブル３７、コントロールボード３８を介して前記制御装置２０に接続されている。なお、前記制御装置２０は制御手段、確認手段、判定手段、計算手段、指令手段などの機能を果たす。

３９、４０、４１、４２、４３、４４、６１、６２はエンコーダで、サーボモータである前記Ｙ１モータ１１Ａ、Ｙ２モータ１１Ｂ、Ｙ３モータ１１Ｃ、Ｙ４モータ１１Ｄ、Ｘ１モータ１２Ａ、Ｘ２モータ１２Ｂ、上下軸モータ１４、θ軸モータ１５にそれぞれ備えられており、前記ビーム７Ａ、７Ｂ、前記装着ヘッド９Ａ、９Ｂ及び前記吸着ノズル８の位置情報を前記ドライバ（駆動回路）２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５にフィードバックする。

即ち、前記制御装置２０から前記装着ヘッド９Ａ、９Ｂの目的位置情報や、速度情報等が出力され、この出力情報を前記コントロールボード３８は前記各ドライバ２８、２９、３０、３１、３２、３３に送り、更に各ドライバ２８、２９、３０、３１、３２、３３は対応する各モータに送って、この各モータを駆動させ、前記ビーム７Ａ、７Ｂ、前記装着ヘッド９Ａ、９Ｂの位置情報を前記ドライバ２８、２９、３０、３１、３２、３３にフィードバックさせつつ、前記装着ヘッド９Ａ、９Ｂを目的位置へ移動させる。

前記記憶装置２１には、プリント基板Ｐの種類毎に装着データが記憶されている。この装着データは、その電子部品の装着順序毎に、装着座標（Ｘ座標、Ｙ座標Ｙ、角度）、部品配置番号等から構成される。また、前記記憶装置２１には、カート台に配設された前記各部品供給ユニット１０の部品配置番号に対応した各電子部品の種類（部品ＩＤ）の部品配置データ等が格納されている。更には、前記記憶装置２１には、電子部品の特徴を表す形状データ・認識データ・制御データ・部品供給データから成る電子部品毎の部品ライブラリデータ等が格納されている。

２６は前記インターフェース２５を介して前記制御装置２０に接続される認識処理装置で、前記部品認識カメラ１７により撮像して取込まれた画像の認識処理が該認識処理装置２６にて行われ、制御装置２０に処理結果が送出される。即ち、制御装置２０は部品認識カメラ１７により撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）するように指示を認識処理装置２６に出力すると共に、認識処理結果を認識処理装置２６から受取るものである。

なお、前記搬送装置５の供給コンベア５Ａ、実装位置コンベア５Ｂ、排出コンベア５Ｃには、前記プリント基板Ｐの有無を検出するための基板有無検出センサ４６、４７、４８が配設され、この各基板有無検出センサ４６、４７、４８はそれぞれセンサアンプ４９、５０、５１を介して前記制御装置２０に接続されている。

なお、本実施形態では、電子部品装着装置１の搬送装置５として、供給コンベア５Ａ、実装位置コンベア５Ｂ及び排出コンベア５Ｃを備えた構成としたが、これに限らず、供給コンベア及び排出コンベアを備えることなく、実装位置コンベアのみ備える構成でもよい。従って、本実施形態では、前記実装位置コンベア５Ｂの位置決め部においてプリント基板Ｐ上に電子部品の装着をし、前記供給コンベア５Ａが前工程となるのに対し、電子部品装着装置１に実装位置コンベアのみ備える構成にあっては、上流装置２が前工程となる。

以下、本電子部品装着装置１の電子部品の実装動作について、図３に基づいて説明する。先ず、タッチパネルスイッチ２４に設けられた運転開始スイッチが作業管理者により操作されると、制御装置２０は運転が開始するように制御する（ステップＳ０１）。

次に、サーボＯＮ（オン）動作するように、制御装置２０は制御する（ステップＳ０２）。即ち、初めにＹ１モータドライバ２８にサーボＯＮ指令を発して、次いで、Ｙ２モータドライバ２９、Ｙ３モータドライバ３０、Ｙ４モータドライバ３１、Ｘ１モータドライバ３２、Ｘ２モータドライバ３３に順にサーボＯＮ指令を発し、サーボＯＮ動作は終了する。ここで、「サーボＯＮ動作」とは、前記エンコーダ３９、４０、４１、４２、４３、４４、６１、６２により把握される指令位置を維持するための位置ループ制御を開始させることをいい、この「サーボＯＮの状態」では、指定位置と検出位置とを一致させるために前記各モータには電流が流れている。

そして、サーボＯＮ状態になる（ステップＳ０３）。次いで、プリント基板Ｐ上への電子部品の実装開始が可能か否かを判定する（ステップＳ０４）が、この判定について、図４に基づいて、詳述する。

先ず、制御装置２０は上流装置２が基板排出可能信号を発しているか否か、即ち排出待機位置にプリント基板Ｐが有るときに基板有無検出センサ４９が前記基板排出可能信号を発していて、電子部品装着装置１が前記基板排出可能信号を受信しているか否かを判定する（ステップＳ２１）。即ち、上流装置２において、プリント基板Ｐに施す作業を終えており、このプリント基板Ｐを電子部品装着装置１に排出できる状態になっているか否かを判定する。

この場合、制御装置２０は基板排出可能信号を発していないと判定すると、供給コンベア５Ａにおいて基板有無検出センサ４６がプリント基板Ｐを検出しているか否かを判定する（ステップＳ２２）。そして、プリント基板Ｐの存在を検出すると、ステップＳ２３へ進み、不存在と判定するとプリント基板Ｐ上への電子部品の実装開始が不可能と判定する。

従って、上流装置２が基板排出可能信号を発しているか、又は基板排出可能信号を発していなくて且つ供給コンベア５Ａの基板有無検出センサ４６がプリント基板Ｐの存在を検出している場合には、ステップＳ２３へ進む。

即ち、実装位置コンベア５Ｂにおいて基板有無検出センサ４７がプリント基板Ｐの存在を検出しているか否かを判定して（ステップＳ２３）、基板無しと判定するとプリント基板Ｐ上への電子部品の実装開始が可能と判定し、また基板有りと判定するとステップＳ２４へ進む。

ステップＳ２４では、排出コンベア５Ｃにおいて基板有無検出センサ４８がプリント基板Ｐの存在を検出しているか否かを判定して、基板無しと判定するとプリント基板Ｐ上への電子部品の実装開始が可能と判定し、また基板有りと判定するとステップＳ２５へ進む。

ステップＳ２５では、下流装置３において基板有無検出センサ５０がプリント基板Ｐの不存在を検出している場合に発する基板取込要求信号を発しているか否かを判定する。即ち、制御装置２０は下流装置３が前記基板取込要求信号を発しているか否か、言い換えると下流装置３にプリント基板Ｐが無いときに基板有無検出センサ５０が前記基板取込要求信号を発していて、プリント基板Ｐを電子部品装着装置１から受け入れられる状態になっているか否かを判定する。

この場合、前記基板取込要求信号を発していないと判定すると、プリント基板Ｐ上への電子部品の実装開始が可能と判定し、前記基板取込要求信号を発していると判定すると、プリント基板Ｐ上への電子部品の実装開始ができないと判定する。

以上のように、プリント基板Ｐ上への電子部品の実装開始が可能か否かが判定され（ステップＳ０４）、実装開始ができないと判定されると（ステップＳ０５）、前記Ｙ１モータ１１Ａ、Ｙ２モータ１１Ｂ、Ｙ３モータ１１Ｃ、Ｙ４モータ１１Ｄ、Ｘ１モータ１２Ａ、Ｘ２モータ１２Ｂ、θ軸モータ１５のサーボ状態が判定されて（ステップＳ０６）、サーボＯＮ状態でなければ（サーボＯＦＦ状態であれば）ステップＳ０４に戻り、またサーボＯＮ状態であると判定すると、制御装置２０はサーボＯＦＦ（オフ）動作するように制御する（ステップＳ０７）。即ち、初めにＹ１モータドライバ２８にサーボＯＦＦ指令を発して、次いで、Ｙ２モータドライバ２９、Ｙ３モータドライバ３０、Ｙ４モータドライバ３１、Ｘ１モータドライバ３２、Ｘ２モータドライバ３３、θ軸モータドライバ３５に順にサーボＯＦＦ指令を発して、サーボＯＦＦ動作は終了する。ここで、「サーボＯＦＦ動作」とは、前記エンコーダ３９、４０、４１、４２、４３、４４、６２により把握される指令位置を維持するための位置ループ制御を停止させることをいい、この「サーボＯＦＦの状態」では前記各モータに電流を流さない。

前記上下軸モータ１４については、サーボＯＦＦしたとき、軸が下降しないような、例えばロック機構を設けた場合は、他のモータと同様にサーボ状態を判定し、サーボＯＮ状態であると判定すると、サーボＯＦＦしてもよい。

そして、サーボＯＦＦ状態になると（ステップＳ０８）、ステップＳ０４に戻る。なお、以上のように、プリント基板Ｐ上への電子部品の実装開始ができないと判定した場合に（ステップＳ０５）、サーボ状態が判定されて（ステップＳ０６）、サーボＯＮ状態であると判定すると、制御装置２０はサーボＯＦＦ動作するように制御（ステップＳ０７）することにより、作業待機時間内での電力を無駄に消費しないように、サーボモータである各モータの停止位置を維持するために電流を流し続けている状態を止めるようにしたから、極力電力の消費を減少させることができる。但し、サーボＯＦＦ状態であっても、前記エンコーダ３９、４０、４１、４２、４３、４４、６２への通電は維持されており、このエンコーダ３９、４０、４１、４２、４３、４４、６２による各モータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１２Ａ、１２Ｂ、１５の位置の監視は維持されている。

また、プリント基板Ｐ上への電子部品の実装開始が可能か否かが判定して（ステップＳ０４）、判定結果が実装開始ができると判定されると（ステップＳ０５）、次にサーボ状態が判定されて（ステップＳ０９）、サーボＯＮ状態であればステップＳ１２に進み、またサーボＯＮ状態でない（サーボＯＦＦ状態）と判定すると、次に、サーボＯＮ動作するように、制御装置２０は制御する（ステップＳ１０）。即ち、各ドライバ２８、２９、３０、３１、３２、３３、３５にサーボＯＮ指令を発する。そして、サーボＯＮ状態になる。（ステップＳ１１）。

次いで、実装位置コンベア５Ｂにおいて基板有無検出センサ４７がプリント基板Ｐの存在を検出しているか否かを判定して（ステップＳ１２）、基板無しと判定するとステップＳ１５に進み、また基板有りと判定すると、制御装置２０は実装位置コンベア５Ｂにあるプリント基板Ｐを排出コンベア５Ｃへの排出を開始するように制御する（ステップＳ１３）。

そして、実装位置コンベア５Ｂから排出されて、基板有無検出センサ４７がプリント基板Ｐの不存在を検出すると（ステップＳ１４）、制御装置２０は供給コンベア５Ａから実装位置コンベア５Ｂへプリント基板Ｐの取り込みを開始するように制御する（ステップＳ１５）。

そして、実装位置コンベア５Ｂへプリント基板Ｐが取り込まれると、基板有無検出センサ４７がプリント基板Ｐの存在を検出すると（ステップＳ１６）、制御装置２０はプリント基板Ｐ上へ電子部品の実装を開始するように制御する（ステップＳ１７）。

即ち、プリント基板Ｐを実装位置コンベア５Ｂの位置決め部に搬送して位置決め固定し、制御装置２０は各部品供給ユニット１０の上方へ装着ヘッド９Ａ又は９Ｂを移動させるように、Ｙモータ１１Ａ及び１１Ｂ、又は１１Ｃ及び１１Ｄ、Ｘモータ１２Ａ又は１２Ｂを制御して、また所定の吸着ノズル８が回転して下降するようにθ軸モータ１５及び上下軸モータ１４を制御して、各部品供給ユニット１０から該当する電子部品を吸着ノズル８が連鎖吸着して取出す。

そして、前記Ｙモータ１１Ａ及び１１Ｂ、又は１１Ｃ及び１１Ｄ、Ｘモータ１２Ａ又は１２Ｂを駆動させてＸＹ方向に移動を開始し、プリント基板Ｐ上に電子部品を装着するために移動する途中で装着ヘッド９Ａ又は９Ｂを部品認識カメラ１７の上方を通過させて、各吸着ノズル８に吸着保持されている電子部品を部品認識カメラ１７により撮像し（フライ認識）、部品の認識処理動作が前記認識処理装置２６により行われる。

この部品認識動作が終了すると、前記記憶装置２１に格納された前記装着データにおける装着座標にこの認識結果を加味して吸着ノズル８に対する電子部品のズレを補正して、即ち制御装置２０は前記Ｙモータ１１Ａ及び１１Ｂ、又は１１Ｃ及び１１Ｄ、Ｘモータ１２Ａ又は１２Ｂ、θ軸モータ１５を制御して、前記装着データの装着順序に従い電子部品のプリント基板Ｐへの装着動作が行われる。

そして、装着すべき全ての電子部品の装着が終了すると（ステップＳ１８）、ステップＳ０４へと戻る。

以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

１ 電子部品装着装置
８ 吸着ノズル
９Ａ、９Ｂ 装着ヘッド
１１Ａ Ｙ１モータ
１１Ｂ Ｙ２モータ
１１Ｃ Ｙ３モータ
１１Ｄ Ｙ４モータ
１２Ａ Ｘ１モータ
１２Ｂ Ｘ２モータ
２０ 制御装置
Ｐ プリント基板

Claims (2)

1. 基板上に電子部品を実装するための所定作業を施すもので、前記所定作業に係わる複数のサーボモータを備えた実装作業装置におけるモータ制御方法において、
   前記基板上への前記電子部品の実装開始が可能か否かを判定し、
   実装開始ができないと判定されると、前記サーボモータのサーボ状態を判定し、
   サーボＯＮ状態であると判定すると、前記サーボモータの指令位置を維持するための位置ループ制御を停止させて前記サーボモータに電流を流さないように制御することを特徴とする実装作業装置におけるモータ制御方法。
2. 基板上に電子部品を実装するための所定作業を施すもので、前記所定作業に係わる複数のサーボモータを備えた実装作業装置において、
   前記基板上への前記電子部品の実装開始が可能か否かを判定する第１判定手段と、
   この第１判定手段が実装開始ができないと判定すると、前記サーボモータのサーボ状態を判定する第２判定手段と、
   この第２判定手段がサーボＯＮ状態であると判定すると、前記サーボモータの指令位置を維持するための位置ループ制御を停止させて前記サーボモータに電流を流さないように制御する制御手段とを
   設けたことを特徴とする実装作業装置。

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