JP6568934B2 - 部品実装機の駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、エンコーダ付きのサーボモータを含むモータユニットを、部品実装機の所定部位に交換可能に取り付けると共に、前記サーボモータの回転をフィードバック制御するサーボアンプを部品実装機に取り付けた部品実装機の駆動システムに関する発明である。

部品実装機においては、特許文献１（特開２０１３−１３５０４９号公報）に記載されているように、吸着ノズルを昇降させる駆動源としてサーボモータを用いたり、或は、複数の吸着ノズルを保持する回転型の実装ヘッドのＲ軸、Ｑ軸（θ軸）、Ｚ軸を駆動する駆動源としてサーボモータが用いられる等、部品実装機の様々な駆動機構の駆動源としてサーボモータが用いられている。一般に、サーボモータは、その回転をエンコーダで検出し、サーボアンプで、エンコーダの検出情報を指令値と比較してサーボモータの回転をフィードバック制御するようにしている。

また、近年、特許文献２（国際公開２０１４／０３３９００号公報）に記載されているように、部品実装機のヘッド移動装置に、Ｒ軸、Ｑ軸、Ｚ軸を個別に駆動する３つの駆動機構を備えた回転型の実装ヘッドを交換可能に取り付けるようにしたものがある。

特開２０１３−１３５０４９号公報 国際公開２０１４／０３３９００号公報 特開２００５−３４８４７５号公報

ところで、エンコーダ付きのサーボモータを含むモータユニットとサーボアンプとの間には、サーボモータに動力電源を供給する動力電源ラインと、エンコーダの検出信号を送信するエンコーダ信号ラインが接続されている。このため、従来は、モータユニットの交換後のエンコーダの検出情報の信頼性を確保するためには、一旦、サーボアンプのシステム電源を遮断し、無通電状態でモータユニットを交換する必要があると考えられていた。

しかし、モータユニットの交換等を想定してサーボアンプのシステム電源を遮断する電気回路を設けると、部品点数が増加して回路構成が複雑化したり、回路構成の設計に要する時間が長くなり、その分、コストアップする欠点がある。しかも、モータユニットの交換後にサーボアンプのシステム電源を再投入してシステムを再起動しなければならず、その再起動に時間がかかって、モータユニットの交換作業時間が長くなり、部品実装機の稼働率（生産性）が低下するという問題があった。

尚、特許文献３（特開２００５−３４８４７５号公報）には、エンコーダ（電動機用センサー）の誤動作から復帰する技術が記載されているが、この特許文献３の技術でも、上述したモータユニット交換時の課題を解決できない。

上記課題を解決するために、本発明は、部品実装機の駆動対象物の駆動源となるサーボモータと、前記サーボモータの回転を検出するエンコーダと、前記エンコーダの検出情報に基づいて前記サーボモータの回転をフィードバック制御するサーボアンプと、前記サーボアンプに前記フィードバック制御の指令値を送信する制御装置とを備えた部品実装機の駆動システムにおいて、前記サーボモータ及び前記エンコーダを含むモータユニットは、前記サーボアンプが取り付けられた前記部品実装機の所定部位に交換可能に取り付けられ、作業者が前記モータユニットの交換前に前記制御装置にモータユニット交換信号を入力する入力手段を備え、前記制御装置は、前記モータユニットの動作停止中に前記モータユニット交換信号が入力されたときに前記サーボアンプをサーボオフ状態に切り換えると共に前記サーボアンプのシステム電源をオン状態に維持し、前記モータユニットが交換された後に前記サーボアンプと接続された前記エンコーダを初期化して前記サーボアンプをサーボオン状態に復帰させ、一方、前記モータユニットの動作中には前記モータユニット交換信号が入力されても前記サーボアンプをサーボオン状態に維持することを特徴とするものである。

この構成では、作業者がモータユニットの交換前に制御装置にモータユニット交換信号を入力すると、サーボアンプがサーボオフ状態に切り換えられると共に、該サーボアンプのシステム電源がオン状態に維持される。これにより、サーボアンプのシステム電源をオン状態に維持したままモータユニットを交換することが可能となる。そして、モータユニットの交換後に、エンコーダを初期化してサーボアンプをサーボオン状態に復帰させることで、交換したモータユニットのサーボモータを、エンコーダの検出情報に基づいてフィードバック制御可能な状態になり、交換したモータユニットの運転を開始することができる。この場合、モータユニットの交換時にサーボアンプのシステム電源を遮断する必要がないため、サーボアンプのシステム電源を遮断する電気回路を設ける必要がなくなり、その分、部品点数を削減して回路構成を簡単化できると共に、回路構成の設計に要する時間を短縮することができ、コストダウンすることができる。しかも、モータユニットの交換後にサーボアンプのシステム電源を再投入してシステムを再起動する必要がなくなり、その再起動に要する時間分だけ、モータユニットの交換作業時間を短縮することができて、部品実装機の稼働率（生産性）を向上できる。

本発明は、モータユニットの動作中にはモータユニット交換信号が入力されてもサーボアンプをサーボオン状態に維持するようにしたので、モータユニットの動作中に作業者の間違った操作によりモータユニット交換信号が入力されてもサーボアンプがサーボオフ状態に切り換えられることを防止できる。
更に、本発明は、モータユニットの動作停止中にモータユニット交換信号が入力されたときにモータユニットの交換案内を出し、一方、モータユニットの動作中にはモータユニット交換信号が入力されてもモータユニットの交換案内を出さないようにすると良い。

図１は本発明の一実施例におけるモータユニットとサーボアンプとの接続関係を示すブロック図である。 図２はモータユニット交換プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて部品実装機１０の制御系全体の構成を説明する。

部品実装機１０には、複数のモータユニット１１が搭載され（図１にはモータユニット１１が１つのみ図示されている）、各モータユニット１１は、駆動対象物の駆動源となるサーボモータ１２と、サーボモータ１２の回転角（回転位置）、回転速度、回転方向等を検出するアブソリュート式のエンコーダ１３とを備えている。図示はしないが、部品実装機１０の駆動対象物としては、例えば、実装ヘッドのＲ軸、Ｑ軸、Ｚ軸の各駆動機構、実装ヘッド全体をＸＹ方向に移動させるヘッド移動装置（ＸＹロボット）、部品を供給するフィーダ等がある。本実施例では、ヘッド移動装置に実装ヘッドが交換可能に取り付けられ、実装ヘッドには、Ｒ軸、Ｑ軸、Ｚ軸を個別に駆動する駆動機構として３つのモータユニット１１が組み付けられている。ここで、Ｒ軸駆動機構は、実装ヘッドを自転（回転）させて該実装ヘッドに保持された全ての吸着ノズルを該実装ヘッドの円周方向に旋回させる駆動機構であり、Ｑ軸駆動機構は、実装ヘッドに保持された各吸着ノズルを自転させる駆動機構であり、Ｚ軸駆動機構は、実装ヘッドに保持された各吸着ノズルを旋回軌道の所定の停止位置で上下方向に移動させる駆動機構である。

尚、Ｒ軸、Ｑ軸、Ｚ軸の３つの駆動機構のモータユニット１１を備えた実装ヘッドは、回転型の実装ヘッド（いわゆるロータリヘッド）であるが、回転しない実装ヘッドの場合は、吸着ノズルの回転と上下動のための２つの駆動機構のモータユニット１１を備えた構成となっている。或は、メカチャックを保持させた実装ヘッドをヘッド移動装置に交換可能に取り付けるようにしても良い。

部品実装機１０に搭載されたモータユニット１１のサーボモータ１２は、エンコーダ１３の検出情報に基づいてサーボアンプ１４によってフィードバック制御される。この場合、部品実装機１０に搭載された複数のモータユニット１１の各々にサーボアンプ１４を１つずつ設けた構成としても良いし、複数のモータユニット１１のサーボモータ１２を、１つの多軸アンプによってフィードバック制御するようにしても良い。部品実装機１０に取り付けられたサーボアンプ１４（又は多軸アンプ）に対して複数のモータユニット１１のうちの少なくとも１つのモータユニット１１（本実施例では少なくとも実装ヘッドに組み付けられた駆動機構のモータユニット１１）が交換可能に取り付けられている。

サーボアンプ１４には、外部からシステム電源を供給するシステム電源線２１と、外部から動力電源を供給する動力電源線２２とが接続されている。サーボアンプ１４とモータユニット１１との間は、サーボモータ１２に動力電源を供給する動力電源線２３と、エンコーダ１３の検出情報をサーボアンプ１４に送信するエンコーダ信号線２４によって接続されている。交換可能なモータユニット１１の動力電源線２３とエンコーダ信号線２４は、それぞれコネクタ２５，２６によってサーボアンプ１４の動力電源線２３とエンコーダ信号線２４に接続されている。

部品実装機１０の制御装置２７は、コンピュータにより構成され、フィーダ（図示せず）により供給される部品を吸着ノズルで吸着して回路基板に実装する動作等を制御する。この部品実装機１０の制御装置２７とサーボアンプ１４との間は通信ライン２８で接続され、部品実装機１０の制御装置２７からサーボアンプ１４へサーボモータ１２のフィードバック制御の指令値等を送信するようになっている。

部品実装機１０の制御装置２７は、後述する図２のモータユニット交換プログラムを実行することで、モータユニット１１の交換前にサーボアンプ１４をサーボオン状態からサーボオフ状態に切り換えると共にサーボアンプ１４のシステム電源をオン状態に維持し、該モータユニット１１が交換された後にサーボアンプ１４と接続された該モータユニット１１のエンコーダ１３を初期化して該サーボアンプ１４をサーボオン状態に復帰させるようにしている。ここで、サーボオン状態とは、サーボモータ１２をフィードバック制御して回転を拘束した状態であり、サーボオフ状態とは、サーボモータ１２をフィードバック制御せずに回転を自由とした状態を意味している。

本実施例では、作業者がモータユニット１１の交換前に部品実装機１０の制御装置２７にモータユニット交換信号を入力する入力装置３０（例えばキーボード、マウス、タッチパネル等の入力手段）を備え、部品実装機１０の制御装置２７は、前記モータユニット交換信号が入力されることで作業者がモータユニット１１を交換することを知らされるようになっている。例えば、実装ヘッドを交換する場合は、Ｒ軸、Ｑ軸、Ｚ軸の３つのモータユニット１１が実装ヘッドと一緒に交換されるため、これら３つのモータユニット１１についてのモータユニット交換信号が実装ヘッド交換信号として部品実装機１０の制御装置２７に入力される。モータユニット交換信号には、交換するモータユニット１１を特定する識別番号等の情報が含まれている。但し、交換するモータユニット１１が常に同じである場合（例えば部品実装機１０に搭載した複数のモータユニット１１のうち実装ヘッドのモータユニット１１のみが交換可能である場合）には、交換するモータユニット１１の識別番号等の情報をモータユニット交換信号に付加しなくても、交換するモータユニット１１を特定可能である。

以下、部品実装機１０の制御装置２７が実行する図２のモータユニット交換プログラムの処理内容を説明する。図２のモータユニット交換プログラムは、部品実装機１０の制御装置２７の電源オン中に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、交換可能なモータユニット１１の動作が停止中であるか否かを判定し、停止中ではない（動作中である）と判定すれば、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。これにより、モータユニット１１の動作中に作業者の間違った操作によりサーボアンプ１４がサーボオフ状態に切り換えられることを防止できる。

上記ステップ１０１で、交換可能なモータユニット１１の動作が停止中であると判定されれば、ステップ１０２に進み、モータユニット交換信号が入力されたか否かで、作業者がモータユニット１１（本実施例では実装ヘッド）を交換しようとしているか否かを判定する。その結果、モータユニット交換信号が入力されていないと判定すれば、前記ステップ１０１に戻る。これにより、交換可能なモータユニット１１の動作停止中にモータユニット交換信号の入力の有無が監視される。

一方、上記ステップ１０２で、モータユニット交換信号が入力されたと判定すれば、作業者がモータユニット１１を交換しようとしていると判断して、ステップ１０３に進み、サーボアンプ１４をサーボオン状態からサーボオフ状態に切り換えると共にサーボアンプ１４のシステム電源をオン状態に維持する。これにより、作業者が交換対象のモータユニット１１を交換可能な状態となる。

この後、ステップ１０４に進み、交換対象のモータユニット１１を交換するように表示や音声で作業者に案内する。そして、次のステップ１０５で、作業者がモータユニット１１の交換作業を完了したときに入力装置３０により入力する交換作業完了信号を制御装置２７が受信したか否かで、作業者がモータユニット１１の交換作業を完了したか否かを判定し、まだ交換作業完了信号を受信していなければ、その交換作業完了信号を受信するまで待機する。

その後、交換作業完了信号を受信した時点で、ステップ１０６に進み、交換したモータユニット１１のエンコーダ１３を初期化して、次のステップ１０７で、サーボアンプ１４をサーボオン状態に復帰させて、本プログラムを終了する。これにより、交換したモータユニット１１の運転を開始できる状態に復帰する。

以上説明した本実施例によれば、作業者がモータユニット１１の交換前に制御装置２７にモータユニット交換信号を入力すると、サーボアンプ１４がサーボオフ状態に切り換えられると共に、該サーボアンプ１４のシステム電源がオン状態に維持されるようになっているため、サーボアンプ１４のシステム電源をオン状態に維持したままモータユニット１１を交換することが可能となる。そして、モータユニット１１の交換後に、エンコーダ１３を初期化してサーボアンプ１４をサーボオン状態に復帰させることで、交換したモータユニット１１のサーボモータ１２を、エンコーダ１３の検出情報に基づいてフィードバック制御可能な状態になり、交換したモータユニット１１の運転を開始することができる。この場合、モータユニット１１の交換時にサーボアンプ１４のシステム電源を遮断する必要がないため、サーボアンプ１４のシステム電源を遮断する電気回路を設ける必要がなくなり、その分、部品点数を削減して回路構成を簡単化できると共に、回路構成の設計に要する時間を短縮することができ、コストダウンすることができる。しかも、モータユニット１１の交換後にサーボアンプ１４のシステム電源を再投入してシステムを再起動する必要がなくなり、その再起動に要する時間分だけ、モータユニット１１の交換作業時間を短縮することができて、部品実装機１０の稼働率（生産性）を向上できる。

更に、本実施例では、モータユニット１１の動作中にモータユニット１１の交換を禁止するようにしたので、モータユニット１１の動作中に作業者の間違った操作によりサーボアンプ１４がサーボオフ状態に切り換えられることを防止できる。

尚、本発明は、本実施例に限定されず、部品実装機１０の制御装置２７が実行する機能の一部を、１つ又は複数のＩＣ等によりハードウエア的に構成しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１０…部品実装機、１１…モータユニット、１２…サーボモータ、１３…エンコーダ、１４…サーボアンプ、２１…システム電源線、２２，２３…動力電源線、２４…エンコーダ信号線、２５，２６…コネクタ、２７…制御装置、３０…入力装置（入力手段）

Claims (3)

1. 部品実装機の駆動対象物の駆動源となるサーボモータと、前記サーボモータの回転を検出するエンコーダと、前記エンコーダの検出情報に基づいて前記サーボモータの回転をフィードバック制御するサーボアンプと、前記サーボアンプに前記フィードバック制御の指令値を入力する制御装置とを備えた部品実装機の駆動システムにおいて、
   前記サーボモータ及び前記エンコーダを含むモータユニットは、前記サーボアンプが取り付けられた前記部品実装機の所定部位に交換可能に取り付けられ、
   作業者が前記モータユニットの交換前に前記制御装置にモータユニット交換信号を入力する入力手段を備え、
   前記制御装置は、前記モータユニットの動作停止中に前記モータユニット交換信号が入力されたときに前記サーボアンプをサーボオフ状態に切り換えると共に前記サーボアンプのシステム電源をオン状態に維持し、前記モータユニットが交換された後に前記サーボアンプと接続された前記エンコーダを初期化して前記サーボアンプをサーボオン状態に復帰させ、一方、前記モータユニットの動作中には前記モータユニット交換信号が入力されても前記サーボアンプをサーボオン状態に維持することを特徴とする部品実装機の駆動システム。
2. 前記制御装置は、前記モータユニットの動作停止中に前記モータユニット交換信号が入力されたときに前記モータユニットの交換案内を出し、一方、前記モータユニットの動作中には前記モータユニット交換信号が入力されても前記モータユニットの交換案内を出さないことを特徴とする請求項１に記載の部品実装機の駆動システム。
3. 前記モータユニットは、ヘッド移動装置に交換可能に取り付けられた実装ヘッドに取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装機の駆動システム。

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