JP6653179B2 - リニアモータの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、リニアモータの制御装置及び制御方法に関する。

電子部品などのワークを基板に実装する実装装置や、被加工対象のワークを加工する工作装置などでは、ワークに接触又は近接するヘッド部分を鉛直方向に移動させる手段として、サーボ制御されたリニアモータが用いられている。このような実装装置や工作装置では、ワークに加えられる力を小さくするために、ヘッド部分の重量に応じた平衡用バランサが用いられることがある（特許文献１）。また、ヘッド部分の接触によってワークに加えられる力を小さくするために、ヘッド部分をワークに向けて移動させる際の推力を小さく抑えてリニアモータを駆動させることも行われている。リニアモータが発生させる推力が小さい場合、実装装置や工作装置における可動部分の摺動抵抗などでヘッド部分の移動が阻害され、ヘッド部分が止まってしまったり、ヘッド部の動作に時間を要してしまったりして、動作が安定しないという問題がある。

特開平８−３０９６２０号公報

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、推力を抑えてリニアモータを制御する際に、可動部分の摺動抵抗などの動きを阻害する力が作用する場合であっても、リニアモータを安定して動作させることができるリニアモータの制御装置及び制御方法を提供することにある。

本発明の一態様は、リニアモータに備えられる可動子の位置と位置指令値とに基づいて算出される目標電流値と、前記目標電流値を所定の範囲内に抑えた制限電流指令値とのいずれか一方を、前記可動子の位置に基づいて電流指令値として出力する電流リミッタと、前記電流指令値として前記目標電流値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記電流指令値との差分に第１の比例ゲインを乗じて得られた値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加することにより、前記リニアモータに流れる電流の電流値を安定させ、前記電流指令値として前記制限電流指令値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記制限電流指令値との差分に前記第１の比例ゲインより大きい第２の比例ゲインを乗じて得られる値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加することにより、前記リニアモータに流れる電流の電流値に持続的な振動を発生させるドライバと、を備えるリニアモータの制御装置である。
また、本発明の一態様は、対象物の押し付けに用いられるリニアモータに備えられる可動子の位置と位置指令値とに基づいて算出される目標電流値と、前記目標電流値を所定の範囲内に抑えた制限電流指令値とのいずれか一方を、前記可動子の位置に基づいて電流指令値として出力する電流リミッタと、前記電流指令値として前記目標電流値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記電流指令値との差分に第１の比例ゲインを乗じて得られた値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加し、前記電流指令値として前記制限電流指令値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記制限電流指令値との差分に前記第１の比例ゲインより大きい第２の比例ゲインを乗じて得られる値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加するドライバと、を備え、前記ドライバは、前記電流リミッタから前記制限電流指令値が出力され、かつ、前記第２の比例ゲインを乗じて得られる値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加している場合、前記対象物の押し付けが開始されたか否かを、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記可動子の移動速度とに基づいて判定し、前記対象物の押し付けが開始されたと判定すると、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記制限電流指令値との差分に前記第１の比例ゲインを乗じて得られる電圧を前記リニアモータに印加する、リニアモータの制御装置である。

また、本発明の一態様は、リニアモータに備えられる可動子の位置と位置指令値とに基づいて算出される目標電流値と、前記目標電流値を所定の範囲内に抑えた制限電流指令値とのいずれか一方を、前記可動子の位置に基づいて電流指令値として出力する電流リミッタ、を備えるリニアモータの制御装置が行う制御方法であって、前記電流指令値として前記目標電流値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記電流指令値との差分に第１の比例ゲインを乗じて得られた値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加することにより、前記リニアモータに流れる電流の電流値を安定させ、前記電流指令値として前記制限電流指令値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記制限電流指令値との差分に前記第１の比例ゲインより大きい第２の比例ゲインを乗じて得られる値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加することにより、前記リニアモータに流れる電流の電流値に持続的な振動を発生させるステップ、を有する制御方法である。
また、本発明の一態様は、対象物の押し付けに用いられるリニアモータに備えられる可動子の位置と位置指令値とに基づいて算出される目標電流値と、前記目標電流値を所定の範囲内に抑えた制限電流指令値とのいずれか一方を、前記可動子の位置に基づいて電流指令値として出力する電流リミッタ、を備えるリニアモータの制御装置が行う制御方法であって、前記電流指令値として前記目標電流値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記電流指令値との差分に第１の比例ゲインを乗じて得られた値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加し、前記電流指令値として前記制限電流指令値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記制限電流指令値との差分に前記第１の比例ゲインより大きい第２の比例ゲインを乗じて得られる値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加する第１のステップと、前記電流リミッタから前記制限電流指令値が出力され、かつ、前記第２の比例ゲインを乗じて得られる値に基づいて前記リニアモータに電圧が印加されている場合、前記対象物の押し付けが開始されたか否かを、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記可動子の移動速度とに基づいて判定し、前記対象物の押し付けが開始されたと判定すると、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記制限電流指令値との差分に前記第１の比例ゲインを乗じて得られる電圧を前記リニアモータに印加する第２のステップと、を有する制御方法である。

この発明によれば、推力を抑えてリニアモータを制御する際に、可動部分の摺動抵抗などの動きを阻害する力が作用する場合であっても、リニアモータを安定して動作させることができる。

本実施形態におけるリニアアクチュエータの概要を示す図。 本実施形態における制御部の構成例を示すブロック図。 リニアアクチュエータを用いてワークをつまみ上げる又はワークを基板に押し付ける動作を行う際の制御を示すフローチャート。 第１の比較例におけるリニアアクチュエータの動作例を示す図。 第２の比較例におけるリニアアクチュエータの動作例を示す図。 本実施形態におけるリニアアクチュエータの動作例を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるリニアモータの制御装置及び制御方法を説明する。図１は、本実施形態におけるリニアアクチュエータの概要を示す図である。リニアアクチュエータは、例えば搬送装置やピックアンドプレース装置、半導体の加工装置などとして使用される。リニアアクチュエータは、制御装置１と、直動装置２と、回転装置３と、ブレーキ装置４と、を有する。

直動装置２は、リニアモータを有し、リニアモータの可動子であるロッド５を直線運動させる。ロッド５の先端には、連結プレート６が固定されている。回転装置３は、回転式モータを有し、回転式モータの可動子であるロッド７をロッド７の中心軸を中心として回転運動させる。ロッド７は、連結プレート６に設けられた図示しない軸受けを介して連結プレート６に回転自在に連結される。ロッド７は、回転装置３の内部に設けられた図示しないスプライン装置（直動案内装置）に指示されており、回転運動と直線運動とが可能とされている。

ロッド７の先端には、アプリケーション装置として吸着パッド８が取り付けられている。なお吸着パッド８に代えて、他の工具がロッド７の先端に取り付けられていてもよい。吸着パッド８は、例えば外部の装置において発生させた負圧を利用してワーク（対象物）を吸着し、当該装置において発生させた正圧によりワークを脱離する。吸着パッド８は、直動装置２によって、ロッド７の中心軸に沿う軸方向に移動する。すなわち、直動装置２によって、ロッド５がロッド５の軸方向に移動すると、連結プレート６によってロッド５と共にロッド７が軸方向に移動し、ロッド７の軸方向における吸着パッド８の位置が変位する。

ブレーキ装置４は、ロッド７の軸方向の移動を停止させるものである。本実施形態のブレーキ装置４は、回転装置３に取り付けられている。本実施形態において、ロッド５の軸方向とロッド７の軸方向とは、平行であり、重力方向と一致している。本実施形態におけるリニアアクチュエータは、例えばチップマウンターに用いられる。チップマウンターは、直動装置２によって吸着パッド８が上下に移動することにより、ワークとしての電子部品等をつまみ上げ、基板上の所定の位置へ電子部品を押し付ける作業を繰り返し行う。直動装置２のリニアモータが発生させる推力は、電子部品の押し付けにも用いられる。基板上の所定の位置へ電子部品を押し付ける前に、基板上における電子部品の取り付け方向に応じて、回転装置３が吸着パッド８をロッド７の軸方向に回転させる。

制御装置１は、直動装置２が有するリニアモータと、回転装置３が有する回転式モータと、ブレーキ装置４とを制御する。制御装置１は、リニアモータに備えられているＵ、Ｖ、Ｗ相のコイルに三相電機子電流を流すことによって電磁石界磁を発生させ、リニアモータの可動子であるロッド５を固定子に対して直線的に移動させる。制御装置１は、入力される動作信号に基づいて三相電機子電流をリニアモータに供給する。また、制御装置１は、入力されるθ指令値に基づいて回転式モータを回転させることによって、基準位置に対する回転位置の角度をθ指令値が示す角度へロッド７の回転位置を移動させる。

制御装置１は、制御部１００と、垂直軸ドライバ１１６と、回転軸ドライバ１２６と、電源１５０とを備える。制御部１００は、直動装置２に取り付けられたエンコーダ２１から出力される垂直パルス信号と動作信号とに基づいて電流の指令値を算出する。制御部１００は、算出した電流の指令値を垂直軸ドライバ１１６へ出力する。

垂直軸ドライバ１１６は、制御部１００から入力する電流指令値とリニアモータに流れる電流の電流値との差分である電流偏差を算出する。リニアモータに流れる電流の電流値は、例えば垂直軸ドライバ１１６に設けられる変流器を用いて測定される。垂直軸ドライバ１１６は、算出した電流偏差を用いたＰＩ制御により、リニアモータに印加する目標電圧値を算出する。垂直軸ドライバ１１６は、電流偏差の積分値に積分ゲインＫｉを乗じて得られる値と、電流偏差に比例ゲインＫｐを乗じて得られる値とを加算して目標電圧値を算出する。すなわち、垂直軸ドライバ１１６は、電流偏差に比例して電圧値を変化させる比例動作と、電流偏差の積分値に比例して電圧値を変化させる積分動作とを組み合わせたフィードバック制御を行う。なお、垂直軸ドライバ１１６における目標電圧値の算出には、電流偏差の微分値に比例して電圧値を変化させる微分動作をさらに組み合わせたＰＩＤ制御を用いてもよい。垂直軸ドライバ１１６は、電源１５０から供給される電圧を、算出した目標電圧値の電圧へ変換してリニアモータに印加する。制御部１００は、垂直軸ドライバ１１６を介してリニアモータに電力を供給することによってリニアモータを駆動させ、吸着パッド８を上下に移動させる。

また、制御部１００は、回転装置３に取り付けられたエンコーダ３１から出力される回転パルス信号とθ指令値とに基づいて電流指令値を算出する。制御部１００は、算出した電流指令値を回転軸ドライバ１２６へ出力する。回転軸ドライバ１２６は、電流指令値に基づいて、電源１５０から供給される一定の電圧を変換して回転式モータに印加する。制御部１００は、回転軸ドライバ１２６を介して回転式モータに電力を供給することによって回転式モータを駆動させ、ロッド７及び吸着パッド８を回転させる。

図２は、本実施形態における制御部１００の構成例を示すブロック図である。制御部１００は、位置指令出力部１１１と、位置制御部１１２と、速度リミッタ１１３と、速度制御部１１４と、電流リミッタ１１５と、速度算出部１１７と、位置算出部１１８と、位置制御部１２２と、速度制御部１２４と、速度算出部１２７と、位置算出部１２８と、ブレーキ制御部１３１とを備える。

位置指令出力部１１１は、入力される動作信号に応じて、原点位置と押し付け位置とのいずれか一方の位置を目標位置とする位置指令値を出力する。原点位置は、例えばリニアモータのロッド５を最も上側の位置又は最も上側の位置の近傍に定められた位置として定められる。押し付け位置は、吸着パッド８でワークを保持している状態でワークを基板に押し付けるときにおけるリニアモータのロッド５の位置として定められる。位置指令出力部１１１は、例えば動作信号が原点位置への移動を示すときに原点位置を目標位置とする位置指令値を出力し、動作信号が押し付け位置への移動を示すときに押し付け位置を目標位置とする位置指令値を出力する。以下の説明では、動作信号が原点位置への移動を示すときを動作信号がオフであると記載し、動作信号が押し付け位置への移動を示すときを動作信号がオンであると記載する。

位置制御部１１２は、位置偏差を入力する。位置偏差は、位置指令出力部１１１が出力する位置指令値と、位置算出部１１９が算出するロッド５の位置との差分である。位置制御部１１２は、入力する位置偏差を用いたＰＩ制御又はＰＩＤ制御によりロッド５の目標速度を算出する。位置制御部１１２は、算出する目標速度を速度指令値として出力する。

速度リミッタ１１３は、位置制御部１１２によって算出される速度指令値の絶対値が予め定められた上限値を超えた場合に速度指令値を抑えて出力する。上限値には、第１の上限値と第２の上限値との２つがある。第１の上限値は、原点位置と切替位置との間をロッド５が移動する際の上限値であり、リニアモータのロッド５を駆動できる最高速度である。第２の上限値は、切替位置と押し付け位置との間をロッド５が移動する際の上限値であり、吸着パッド８がワークに接触する際と吸着パッド８に保持されたワークが基板に接触する際とにおいてワークに加えられる力が一定以下となる速度である。速度リミッタ１１３は、位置算出部１１９が算出するロッド５の位置に基づいて、第１の上限値と第２の上限値とを切り替える。

ここで、切替位置は、位置制御と推力制御とを切り替える位置であり、原点位置と押し付け位置との間に予め定められる位置であってロッド５の速度を最高速度から第２の上限値で示される速度までの減速に要する距離に応じて定められる位置である。位置制御では、目標位置とロッド５の位置との偏差に基づいた制御が行われる。推力制御は、リニアモータにおいて発生させる推力を一定以下の推力に制限した制御が行われる。位置制御と推力制御との切り替えを行うことにより、タクトタイムの短縮と、ワーク等への衝突回避とを達成することができる。なお、ロッド５が上向きに移動するときの切替位置と、ロッド５が下向きに移動するときの切替位置とは異なっていてもよい。

速度制御部１１４は、速度偏差を入力する。速度偏差は、速度リミッタ１１３が出力する速度指令値と、速度算出部１１７が算出するロッド５の速度との差分である。速度制御部１１４は、入力する速度偏差を用いたＰＩ制御又はＰＩＤ制御により、リニアモータに流す目標電流値を算出する。速度制御部１１４は、算出した目標電流値を電流リミッタ１１５へ出力する。

電流リミッタ１１５は、推力制御において、速度制御部１１４によって算出される目標電流値の絶対値が予め定められた電流しきい値を超えた場合、目標電流値を電流しきい値に抑えた電流指令値を出力する。電流しきい値は、速度指令値に対する第２の上限値と同様に、吸着パッド８がワークに接触する際と吸着パッド８に保持されたワークが基板に接触する際とにおいてワークに加わる力が一定以下となる電流値として定められる。電流リミッタ１１５は、位置制御において、速度制御部１１４によって算出される目標電流値を電流指令値として垂直軸ドライバ１１６へそのまま出力する。すなわち、電流リミッタ１１５は、電流しきい値で定まる範囲内に目標電流値を抑えた制限電流指令値と、目標電流値とのいずれか一方をロッド５の位置に応じて選択し、選択した値を電流指令値として垂直軸ドライバ１１６へ出力する。

速度算出部１１７は、直動装置２のリニアモータに備えられたエンコーダ２１から出力される垂直パルス信号に基づいて、ロッド５が移動する速度を算出する。位置算出部１１８は、垂直パルス信号に基づいて、ロッド５の位置を算出する。エンコーダ２１には、インクリメンタルタイプとアブソリュートタイプとのいずれが用いられてもよい。エンコーダ２１がインクリメンタルタイプである場合には、リニアモータの駆動を開始した後に、予め定められた原点位置（基準位置）にロッド５を移動させる原点復帰が行われる。

ブレーキ制御部１３１は、リニアモータの駆動を終了してから駆動を開始するまでにおいてロッド５が重力により最下点まで移動することや、ロッド５が外力により移動することなどを防ぐためにブレーキ装置４をオンにする。ブレーキ制御部１３１は、位置指令値に基づいたサーボ制御が開始されると、ブレーキ装置４をオフにする。

位置制御部１２２は、回転位置偏差を入力する。回転位置偏差は、入力されるθ指令値が示す回転位置と、位置算出部１２９が算出するロッド７の回転位置との差分である。位置制御部１２２は、入力する位置偏差を用いたＰＩ制御又はＰＩＤ制御によりロッド７の目標回転速度を算出する。位置制御部１２２は、算出する目標回転速度を速度指令値として出力する。

速度制御部１２４は、回転速度偏差を入力する。回転速度偏差は、位置制御部１２２が算出する速度指令値と、速度算出部１２７が算出するロッド７の回転速度との差分である。速度制御部１２４は、入力する回転速度偏差を用いたＰＩ制御又はＰＩＤ制御により目標電流値を算出する。速度制御部１２４は、算出した目標電流値を電流指令値として回転軸ドライバ１２６へ出力する。

速度算出部１２７は、回転装置３の回転式モータに備えられたエンコーダ３１から出力される回転パルス信号に基づいて、ロッド７が回転する速度を算出する。位置算出部１２９は、回転パルス信号に基づいて、ロッド７の回転位置を算出する。エンコーダ３１には、インクリメンタルタイプとアブソリュートタイプとのいずれが用いられてもよい。エンコーダ３１がインクリメンタルタイプである場合には、リニアモータの駆動を開始した後に、予め定められた原点位置（基準回転位置）にロッド７を回転させる原点復帰が行われる。

図３は、リニアアクチュエータを用いてワークをつまみ上げる又はワークを基板に押し付ける動作を行う際の制御を示すフローチャートである。リニアアクチュエータに電力が供給されるなどして動作が開始されると、制御部１００において、エンコーダ２１、３１から出力される垂直パルス信号、回転パルス信号に基づいたサーボ動作が開始される（ステップＳ１０１）。位置指令出力部１１１は、動作信号がオンであるか否かを判定し（ステップＳ１０２）、動作信号がオンになるまで待機する（ステップＳ１０２：ＮＯ）。

動作信号がオンになると（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、位置指令出力部１１１は、押し付け位置を目標位置とする位置指令値を出力して、ロッド５を押し付け位置に向けて下向きに移動させる動作を開始させる（ステップＳ１０３）。速度リミッタ１１３及び電流リミッタ１１５は、位置制御から推力制御に切り替える位置を越えてロッド５が下向きに移動すると、速度指令値及び電流指令値を抑える。速度指令値及び電流指令値が抑えられることによって、ロッド５の移動速度及びロッド５に加えられる推力が制限された制御が行われる（ステップＳ１０４）。

位置制御から推力制御への切り替えに合わせて、垂直軸ドライバ１１６は、比例動作における比例ゲインＫｐを第１の比例ゲインから第２の比例ゲインへ変更する（ステップＳ１０５）。第１の比例ゲインは、位置制御において用いられる値であり、原点位置から切替位置への可動子の移動と切替位置から原点位置への可動子の移動において可動子の移動速度を速やかに最高速度へ加速させ、移動に要する時間の短縮に適した値が定められる。第２の比例ゲインは、第１の比例ゲインより大きい値であり、リニアモータに流れる電流の電流値に持続振動が発生する値以下の値である。

具体的には、第２の比例ゲインは、垂直軸ドライバ１１６及びリニアモータを含むフィードバック制御系において、フィードバック制御系の伝達関数をＧ_０（ｓ）としたときに、位相角∠Ｇ_０（ｊω）が−π［ｒａｄ］となる角速度ωで与えられる値｜Ｇ_０（ｊω）｜に基づいて定められる。すなわち、第２の比例ゲインは、リニアモータに流れる電流に持続的な振動が発生して不安定になり、電流値が電流指令値に収束するまでに著しく長い時間がかかる値である。また、ロッド５の位置が切替位置に到達してから、吸着パッド８がワークに接触する又は吸着パッド８が保持するワークが基板に接触するまでの時間において、電流値が電流指令値に収束せずに、電流値が振動して不安定な状態になる値を第２の比例ゲインとしてもよい。すなわち、前述のフィードバック制御系が安定限界となる値を第２の比例ゲインとしてもよい。

推力制御によるロッド５が下向きに移動し、ロッド５と共にロッド７及び吸着パッド８が移動して、吸着パッド８がワークに接触したこと又は吸着パッド８が保持するワークが基板に接触したことが、リニアモータに流れる電流の電流値の変化とロッド５の移動速度及び位置とに基づいて検出されると、押し付け動作が開始される（ステップＳ１０６）。押し付け動作とは、吸着パッド８をワークに押し付ける動作、又は吸着パッド８に保持されたワークを基板に押し付ける動作をリニアモータの推力により行うことである。なお、制御装置１は、押し付け動作の開始を外部の装置へ通知する信号を出力してもよい。

また、リニアモータに流れる電流の電流値の変化と、ロッド５の移動速度及び位置とに基づいて吸着パッド８がワークに接触したこと又は吸着パッド８が保持するワークが基板に接触したことが検出されると、垂直軸ドライバ１１６は、比例動作における比例ゲインＫｐを第２の比例ゲインから第１の比例ゲインに戻す（ステップＳ１０７）。例えば、垂直軸ドライバ１１６は、リニアモータに流れる電流の電流値が押付電流値に達し、かつ速度算出部１１７により算出されるロッド５の移動速度がほぼ０である場合に、吸着パッド８がワークに接触した又は吸着パッド８が保持するワークが基板に接触した、すなわち押し付け動作が開始されたと判定する。移動速度がほぼ０であるとは、０を含む速度範囲であってロッド５が止まっているとみなせる速度範囲内に移動速度ある場合のことである。なお、垂直軸ドライバ１１６は、押し付け動作が開始されたか否かの判定に、位置算出部１１８により算出されるロッド５の位置を用いてもよい。

押し付け動作が開始されてから所定の時間が経過して押し付け動作が完了すると（ステップＳ１０８）、位置指令出力部１１１は、動作信号がオフであるか否かを判定し（ステップＳ１０９）、動作信号がオフになるまで待機する（ステップＳ１０９：ＮＯ）。なお、押し付け動作が開始されてから経過した時間は、制御部１００に設けられたタイマを用いて計測してもよいし、押し付け動作を開始したことを外部の装置へ通知して外部の装置から取得してもよい。また、押し付け動作が開始されてから所定の時間が経過して、押し付け動作が完了したことを示す押付完了信号を制御装置１は外部へ出力してもよい。

動作信号がオフになると（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、位置指令出力部１１１は、原点位置を目標位置とする位置指令値を出力して、ロッド５を上向きに移動させる動作を開始させる（ステップＳ１１０）。速度リミッタ１１３及び電流リミッタ１１５は、ロッド５が推力制御から位置制御に切り替える位置を越えて上向きに移動すると、速度指令値及び電流指令値に対する制限を止める。ロッド５の移動速度及びロッド５に加える推力に対する制限を解除した制御が行われる（ステップＳ１１１）。

推力制御から位置制御への切り替えが行われると、位置制御部１１２は、ロッド５が原点位置に到達したか否かを判定し（ステップＳ１１２）、ロッド５が限定位置に到達するまで待機する（ステップＳ１１２：ＮＯ）。ロッド５が原点位置に到達すると（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、動作を終了させる。動作が終了すると、ロッド５は制御部１００によるサーボ制御によって原点位置に保持される。なお、垂直軸ドライバ１１６は、ステップＳ１１０の前に比例ゲインを第２の比例ゲインに変更し、ステップＳ１１１の後に比例ゲインを第１の比例ゲインに戻してもよい。

本実施形態の制御装置１において、リニアモータに対する制御が推力制御に切り替えられたタイミングで、垂直軸ドライバ１１６は、比例ゲインを第１の比例ゲインから第２の比例ゲインに切り替えて比例ゲインを大きくする。垂直軸ドライバ１１６における比例ゲインを大きくすることにより、リニアモータに流れる電流の電流値を振動させる。これにより、小さい推力でロッド５、ロッド７及び吸着パッド８を移動させている際に、摺動抵抗が一時的に大きくなりロッド５等の移動を阻害する力が作用しても、摺動抵抗よりも大きい推力が瞬間的に発生するので、移動を阻害されずにリニアモータを安定して動作させることができる。摺動抵抗にばらつきがあってもロッド５を止まらずに移動させることができ、ワークをつまみ上げる又はワークを基板に押し付ける動作に要する時間が長くなることを防ぐことができる。

また、本実施形態の制御装置１では、押し付け動作が開始されたか否かを電流値及び移動速度に基づいて判定する。リニアモータが発生させる推力に応じた電流値に基づいて押し付け動作が開始されたか否かを判定した場合、電流の振動のために、吸着パッド８による押し付けが開始される前に、押し付け動作が開始されたと判定する誤判定が生じてしまうことがある。電流値だけでなく移動速度を判定に用いることにより、押し付け動作の開始に対する判定精度を向上させることができる。また、押し付け動作において、垂直軸ドライバ１１６は、電流に振動を発生させないようにすることで、安定した押し付け動作をリニアモータに行わせることができる。

図４から図６を用いて、本実施形態のリニアアクチュエータにおける推力制御への切り替えから押し付け動作完了までの動作例を説明する。図４から図６には、リニアモータに流れる電流の電流値、ロッド５が移動する速度、吸着パッド８がワークを押し付ける押付力、押付完了を示す押付完了信号それぞれの時間変化を示す波形図が記載されている。なお、押付力は、吸着パッド８に取り付けられたロードセルで測定される力である。

図４は、第１の比較例におけるリニアアクチュエータの動作例を示す図である。第１の比較例の動作は、位置制御から推力制御への切り替えが行われた際に、本実施形態の垂直軸ドライバ１１６のように、比例ゲインが切り替えられない。動作信号に応じてロッド５が押し付け位置に向けて下向きの移動を開始する。切替位置において推力制御が開始されることでロッド５の移動速度が減速され、制限された速度にてロッド５が移動する。推力制御におけるロッド５の移動において、ある位置で摺動抵抗が一時的に大きくなることで、リニアモータに流れる電流の電流値が一時的に大きくなり押付電流値に達してしまい、吸着パッド８が押し付け位置に到達したと誤判定が生じることがある。

しかし、吸着パッド８が押し付け位置に到達するのは、その後の押付力の値が大きくなり始めるときである。また、制限されたリニアモータの推力より摺動抵抗が大きい場合には、ロッド５が途中で停止してしまうこともある。摺動抵抗にばらつきがある場合には、押し付け動作の開始に誤判定が生じ、ワークに対する押し付けが十分に行われないことがあるという問題がある。

図５は、第２の比較例におけるリニアアクチュエータの動作例を示す図である。第２の比較例の動作は、推力制御が開始されると垂直軸ドライバ１１６が比例ゲインを第１の比例ゲインから第２の比例ゲインに変更する。ただし、押し付け動作が開始されるときに垂直軸ドライバ１１６が比例ゲインを第１の比例ゲインに戻さずに第２の比例ゲインを使用し続ける場合の動作である。第２の比較例では、切替位置において推力制御が開始されたときに垂直軸ドライバ１１６が比例ゲインを第２の比例ゲインに変更することによって、リニアモータに流れる電流にリップル（脈動）を生じさせる。

リニアモータが発生させる推力は、電流指令値に対応する推力を中心にして振動した推力となる。推力にある程度のぶれを生じさせることにより、ロッド５が移動している際にある位置で摺動抵抗が一時的に大きくなったとしても、摺動抵抗より大きな推力が得られるのでロッド５が止まることなく、ロッド５を移動させることができる。第２の比較例では、押し付け動作が開始された後も第２の比例ゲインを使用し続けているので、押し付け動作においても、電流にリップルが生じている。そのため、押し付けを行っている際にも推力にブレが生じるため、押付力の立ち上がりに時間を要している。

図６は、本実施形態におけるリニアアクチュエータの動作例を示す図である。本実施形態では、第２の比較例と同様に、垂直軸ドライバ１１６が比例ゲインを第２の比例ゲインに変更することによって、リニアモータが発生させる推力にある程度のぶれを生じさせる。これにより、ロッド５が移動している際にある位置で摺動抵抗が一時的に大きくなったとしても、摺動抵抗より大きな推力が得られるのでロッド５が止まることなく、ロッド５を移動させることができる。

また、本実施形態では、前述のように、押し付け動作が開始されると、垂直軸ドライバ１１６が比例ゲインを第２の比例ゲインから第１の比例ゲインに戻してリニアモータを駆動させる。比例ゲインを第１の比例ゲインに戻すことにより、押し付け動作が開始されるとリニアモータに流れる電流のリップルは止み、電流値は押付電流値に安定する。電流値が安定することにより、リニアモータが発生させる推力も安定するので、押付力を速やかに立ち上げることができる。

以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、推力を抑えてリニアモータを制御する際に、可動部分の摺動抵抗などの動きを阻害する力が作用する場合であっても、リニアモータを安定して動作させることができる。また、本実施形態のリニアアクチュエータでは、一定以上の推力を発生させることができる大型のリニアモータを用い、大型のリニアモータにおける摺動抵抗にばらつきがある場合であっても、小さい推力を発生させる推力制御にてリニアモータを安定して動作させることができる。

なお、本実施形態では、直動装置２が有するリニアモータの可動子が移動する方向が鉛直方向である場合について説明した。しかし、リニアモータの可動子が移動する方向は、鉛直方向に限られない。リニアモータの可動子が移動する方向が鉛直方向以外であり、可動部分の摺動抵抗などの動きを阻害する力が作用する場合であっても、制御装置１によれば、推力を抑えた制御においてリニアモータを安定して動作させることができる。

また、上述の制御装置１は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、制御装置１に備えられる一部又は全部の構成要素が行う処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、各機能部の処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

なお、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

推力を抑えてリニアモータを制御する際に、可動部分の摺動抵抗などの動きを阻害する力が作用する場合であっても、リニアモータを安定して動作させることが不可欠な用途にも適用できる。

１…制御装置
２…直動装置（リニアモータ）
１１５…電流リミッタ
１１６…垂直軸ドライバ

Claims (5)

1. リニアモータに備えられる可動子の位置と位置指令値とに基づいて算出される目標電流値と、前記目標電流値を所定の範囲内に抑えた制限電流指令値とのいずれか一方を、前記可動子の位置に基づいて電流指令値として出力する電流リミッタと、
   前記電流指令値として前記目標電流値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記電流指令値との差分に第１の比例ゲインを乗じて得られた値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加することにより、前記リニアモータに流れる電流の電流値を安定させ、前記電流指令値として前記制限電流指令値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記制限電流指令値との差分に前記第１の比例ゲインより大きい第２の比例ゲインを乗じて得られる値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加することにより、前記リニアモータに流れる電流の電流値に持続的な振動を発生させるドライバと、
   を備えるリニアモータの制御装置。
2. 前記第２の比例ゲインは、前記ドライバ及び前記リニアモータを含むフィードバック制御系において、フィードバック制御系の伝達関数をＧ_０（ｓ）としたときに、位相角∠Ｇ_０（ｊω）が−π［ｒａｄ］となる角速度ωで与えられる値｜Ｇ_０（ｊω）｜に基づいて定められる、
   請求項１に記載のリニアモータの制御装置。
3. 対象物の押し付けに用いられるリニアモータに備えられる可動子の位置と位置指令値とに基づいて算出される目標電流値と、前記目標電流値を所定の範囲内に抑えた制限電流指令値とのいずれか一方を、前記可動子の位置に基づいて電流指令値として出力する電流リミッタと、
   前記電流指令値として前記目標電流値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記電流指令値との差分に第１の比例ゲインを乗じて得られた値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加し、前記電流指令値として前記制限電流指令値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記制限電流指令値との差分に前記第１の比例ゲインより大きい第２の比例ゲインを乗じて得られる値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加するドライバと、
   を備え、
   前記ドライバは、前記電流リミッタから前記制限電流指令値が出力され、かつ、前記第２の比例ゲインを乗じて得られる値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加している場合、前記対象物の押し付けが開始されたか否かを、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記可動子の移動速度とに基づいて判定し、前記対象物の押し付けが開始されたと判定すると、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記制限電流指令値との差分に前記第１の比例ゲインを乗じて得られる電圧を前記リニアモータに印加する、
   リニアモータの制御装置。
4. リニアモータに備えられる可動子の位置と位置指令値とに基づいて算出される目標電流値と、前記目標電流値を所定の範囲内に抑えた制限電流指令値とのいずれか一方を、前記可動子の位置に基づいて電流指令値として出力する電流リミッタ、を備えるリニアモータの制御装置が行う制御方法であって、
   前記電流指令値として前記目標電流値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記電流指令値との差分に第１の比例ゲインを乗じて得られた値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加することにより、前記リニアモータに流れる電流の電流値を安定させ、前記電流指令値として前記制限電流指令値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記制限電流指令値との差分に前記第１の比例ゲインより大きい第２の比例ゲインを乗じて得られる値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加することにより、前記リニアモータに流れる電流の電流値に持続的な振動を発生させるステップ、
   を有する制御方法。
5. 対象物の押し付けに用いられるリニアモータに備えられる可動子の位置と位置指令値とに基づいて算出される目標電流値と、前記目標電流値を所定の範囲内に抑えた制限電流指令値とのいずれか一方を、前記可動子の位置に基づいて電流指令値として出力する電流リミッタ、を備えるリニアモータの制御装置が行う制御方法であって、
   前記電流指令値として前記目標電流値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記電流指令値との差分に第１の比例ゲインを乗じて得られた値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加し、前記電流指令値として前記制限電流指令値が出力される場合、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記制限電流指令値との差分に前記第１の比例ゲインより大きい第２の比例ゲインを乗じて得られる値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加する第１のステップと、
   前記電流リミッタから前記制限電流指令値が出力され、かつ、前記第２の比例ゲインを乗じて得られる値に基づいて前記リニアモータに電圧が印加されている場合、前記対象物の押し付けが開始されたか否かを、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記可動子の移動速度とに基づいて判定し、前記対象物の押し付けが開始されたと判定すると、前記リニアモータに流れる電流の電流値と前記制限電流指令値との差分に前記第１の比例ゲインを乗じて得られる電圧を前記リニアモータに印加する第２のステップと、
   を有する制御方法。

Images