JP6752689B2 - 製造作業機 - Google Patents

Description

本発明は、機内にある可動部の騒音を抑える消音機能を備えた製造作業機に関する。

機内に移動可能な作業装置を有するものとして複写機などがあるが、その複写機本体内の各種可動機構を駆動させる駆動手段としては駆動モータなどが内蔵されている。そうした駆動モータの駆動により、それ自体の回転に伴う動作音や、出力された回転を伝達する伝達機構などにおける動作音が発生する。そうした駆動によって複写機の機内から発生した動作音（騒音）が機外にも伝搬するため、騒音防止の一手段として吸音材や遮音材を用いた方法がとられている。しかし、複写機本体内で可動している可動部品の音を消すことは困難であることから、下記特許文献１では駆動モータを対象とした騒音改善に関する技術が開示されている。

この従来例では、駆動モータが発生する騒音を密閉する消音空間を有する消音空間包囲体としてのダクトが形成され、そのダクトの消音空間内に、ダクト開口部に向けられた消音スピーカが配設されている。この消音スピーカは、駆動モータが発生する騒音波形と逆波形の音を発生するものである。そこで、駆動モータが発生する騒音波形が測定され、その測定された騒音波形が逆波形の音に変換された後、ダクトの消音空間内に配設された消音スピーカからその逆波形の音が発生され、消音空間の音圧がとなってダクト内の騒音が打ち消されるようになっている。

特開平５−１４２８８７号公報

しかし、この従来例では各種可動部品の駆動源である駆動モータが発生する騒音を打ち消すことはできるものの、その駆動モータによって可動する可動部からの騒音を抑えることはできない。回路基板に電子部品を装着する電子部品装着機などのいわゆる製造作業機には、前述した複写機などと同様に、サーボモータやリニアモータなどを駆動源としてスライダを移動させる可動機構が設けられている。その場合、可動部の摺動によって生じる動作音などが、騒音として問題になることがある。特に製造作業機の場合には、関連する複数の製造作業機とともに製造ラインを構成し、各々が同時に稼動することになるため、作業者が該当する製造作業機から離れた位置で作業しているような場合には、エラーブザーが鳴ったとしても、そのブザー音が騒音によってかき消されてしまい、聞き取れない状況が生じ得る。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、可動部の騒音を抑える製造作業機を提供することを目的とする。

本発明に係る製造作業機は、レール部材に従ってスライド部材を移動させる駆動装置と、前記スライド部材に対して搭載され、所定の作業を行う作業装置と、前記スライド部材に対して直接又は間接的に取り付けられ、前記駆動装置の可動部で発生する動作音を消音するための消音装置と、前記駆動装置、作業装置および消音装置を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記駆動装置で発生する動作音の波形と逆位相の消去音に関して予め格納された消去音情報に基づき前記消音装置を制御するものであり、前記制御装置が備える消去音情報は、生産プログラムに従った前記スライド部材の移動情報を基に作成されたものである。

本発明によれば、前記スライド部材に対して消音装置を取り付け、予め格納された消去音情報に従って駆動装置で発生する動作音の波形と逆位相の消去音を出力するので、駆動装置が駆動することで発生する動作音（騒音）であって、特に移動する当該動作音を打ち消すことができる。

製造作業機の一実施形態を示した外観斜視図である。 製造作業機のフレーム構造を示す斜視図である。 消音装置を取り付けた作業ヘッドを示した図である。 消音装置と騒音源との関係を示した図である。 製造作業機の制御システムを概念的に示したブロック図である。 消音装置を概念的に示したブロック図である。 消去音生成テーブルを示した図である。 スライダの摺動パターンに関するタイムチャートを示した図である。

次に、本発明に係る製造作業機の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の製造作業機を示した外観斜視図である。また、図２は、本実施形態の製造作業機について、外装カバーを取り外したフレーム構造を示す斜視図である。この製造作業機１は、前記従来例と同様に、製造作業として部品の組立作業を行う組立作業機であり、例えば搬送される基板に対して、用意された複数の供給部品から所定の部品を選択して組み付けるものである。そのため、製造作業機１は、基板を搬送するための搬送装置や部品を供給するための部品供給装置、更に部品を直接取り扱う作業ヘッドや駆動装置などによって構成されている。

製造作業機１は、上部カバー２と側面カバー３とからなる外装カバーによって覆われている。上部カバー２には、機体前後にモニタや操作パネルからなる操作表示装置５が設けられ、シグナルランプ７も前後に配置されている。側面カバー３には左右両側に基板搬送開口部３０１が形成され、隣り合う作業機との間で基板の受渡しが行われるようになっている。また、前後方向にも部品供給開口部３０２が開設され、そこに複数の供給部品を搭載した部品供給装置が設置できるようになっている。なお、本実施形態では、製造作業機１の前後方向をＹ軸方向、基板が搬送される左右の幅方向をＸ軸方向、そして高さ方向をＺ軸方向として説明する。

製造作業機１は、図２に示すように、一点鎖線で示す基板８０が機体中央に搬送され、そこで部品の組み付け作業が行われる。基板８０を搬送する搬送装置は、詳しく図示しないが、基板８０の端部を支える一対のコンベアベルトが搬送モータによって周回するように構成されている。従って、搬送装置によって基板８０が左右の幅方向に移動することにより、基板搬送開口部３０１を通って搬入および搬出が行われ、機体内部では図示するように作業位置に停止して位置決めされる。一方、部品供給装置は、例えばキャスタ付きの移動可能なトレイユニットであり、図２に示す製造作業機１の部品供給開口部３０２に対して配置される。そして、組み付け作業にあたって複数ある部品トレイの１つが機内に送り込まれ、作業ヘッド１１によって部品の取り出しが可能な状態になる。

作業ヘッド１１は、部品供給装置から供給された部品を基板８０へ組み付けるためのものである。その作業ヘッド１１は、下方に突き出すようにした部品吸着ノズルが設けられ、エアの負圧と正圧とにより部品を吸着保持及び解放することが可能な構成を有している。そして、製造作業機１には、こうした作業ヘッド１１をＸＹ平面上で移動させるための駆動装置が設けられている。なお、Ｚ軸方向の移動は、作業ヘッド１１自体に部品吸着ノズルを上下させるＺ軸駆動機構が設けられている。

駆動装置は、本体フレーム１０の上部に組み付けられ、作業ヘッド１１を機体前後方向（Ｙ軸方向）に直線的に移動させるＹ軸駆動装置と、左右の幅方向（Ｘ軸方向）に直線的に移動させるＸ軸駆動装置とが構成されている。よって、両駆動装置を制御することにより、作業ヘッド１１（部品吸着ノズル）をＸＹ平面上の任意の位置に移動させることが可能になっている。そこで、製造作業機１は、本体フレーム１０の上部にＹ軸方向に延びる左右一対のＹ軸レール１２が敷設されている。一対のＹ軸レール１２には、本体フレーム１０の上部を跨ぐようにＸ軸方向に延びるビーム部材２０が架け渡されている。

ビーム部材２０は、両端部にＹ軸スライダ１３が固定され、そのＹ軸スライダ１３を介して一対のＹ軸レール１２上を摺動可能に搭載されている。つまり、ビーム部材２０は、Ｘ軸方向に配置された姿勢のままＹ軸方向に移動可能な状態で組み付けられている。そして、Ｙ軸レール１２の両外側には、リニアガイド１５が平行に配置されている（図４参照）。リニアガイド１５は、上方に開口するようにして配置された溝型形状の部材であり、その内側には固定子となる磁石が設けられている。また、リニアガイド１５には、可動子としての電磁コイルが搭載されたリニアスライダ１６が設けられている。Ｙ軸駆動装置は、こうしたリニアガイド１５およびリニアスライダ１６からなるリニアモータによって構成されている。

次に、ビーム部材２０には、Ｘ軸駆動装置によって作業ヘッド１１がＸ軸方向に移動可能に搭載されている。ビーム部材２０には、Ｘ軸方向に配置された上下２本の平行なＸ軸レール１８が固定されている。そして、Ｘ軸レール１８には、作業ヘッド１１に一体的に形成されたＸ軸スライダ１９が摺動可能に取り付けられている。更に、ビーム部材２０にはサーボモータが搭載され、そのサーボモータに連結されたネジ軸２１が上下のＸ軸レール１８の間に設けられている。そのネジ軸２１は、Ｘ軸レール１８と平行に配置され、ビーム部材２０の長手方向端部に軸受を介して回転可能に支持されている。そして、ネジ軸２１は、Ｘ軸スライダ１９に固定されたナットを貫いて螺合している。このようにＸ軸駆動装置は、サーボモータの回転を直進運動に変換するボールネジ機構によって構成されている。

製造作業機１は、以上のような駆動装置により基板８０に対する所定の作業が行われる（例えば、部品装着や粘性流体の塗布など）。すなわち、Ｘ軸方向とＹ軸方向の各々の移動によって作業ヘッド１１がＸＹ平面上を移動し、任意の位置に作業ヘッド１１を位置決めさせることができる。その際、Ｘ方向の移動は、ビーム部材２０に設けられたサーボモータの駆動によりネジ軸２１が回転し、そのネジ軸２１に螺合したナットを介して作業ヘッド１１がＸ軸レール１８に沿ってＸ軸方向に移動する。

一方、Ｙ軸方向の移動は、駆動電流の供給により電磁コイルに移動磁界が発生し、磁石の界磁磁束との相互作用で発生する軸方向の移動推力により可動子が固定子の軸線に平行な方向に移動し、リニアスライダ１６がリニアガイド１５に案内されて移動することとなる。そのため、リニアスライダ１６と一体のビーム部材２０は、作業ヘッド１１を保持した状態でＹ軸レール１２に沿ったＹ軸方向の移動を行う。作業ヘッド１１は、このようにして部品供給装置の部品供給位置と基板８０の部品装着位置との間をＸＹ平面上で移動し、それぞれの位置において部品吸着ノズルが上下動して部品の取り出し及び部品の装着が行われる。

例えば、このような作業ヘッド１１の移動は、１時間当たりの部品装着点数が３万個以上になるような速度で行われる。すなわち、製造作業機１の稼動中は、作業ヘッド１１が高速で移動し続けることとなる。そして、作業ヘッド１１の移動は、Ｙ軸方向ではＹ軸スライダ１３がＹ軸レール１２を摺動し、Ｘ軸方向ではＸ軸スライダ１９がＸ軸レール１８を摺動するため、スライダとレールとが高速で擦れる摺動音は大きく、しかも部品の装着作業が繰り返し行われることにより摺動音は絶え間なく発生している。よって、前記課題でも述べたようにその摺動音が騒音となるが、特に製造作業機１は、関連する他の製造作業機などとともに製造ラインの一つを構成しているため、その他の製造作業機などでも同じように摺動音が発生している。従って、製造作業機１でブザー音が鳴らされたとしても、作業者が離れた位置で作業をしているような場合には、周りの摺動音によってブザー音がかき消されてしまい聞き逃してしまうことがある。

そこで、本願発明者は、こうした作業ヘッド１１の高速移動によって発生する摺動音が、作業者によるブザー音などの聞き逃しを生じさせる点に着目し、その摺動音を消音するための消音機能を備えた製造作業機１を本実施形態において提案する。そして、その製造作業機１には、特にＹ軸スライダ１３とＹ軸レール１２との摺動音および、Ｘ軸スライダ１９とＸ軸レール１８との摺動音をそれぞれ消音するための消音装置が設けられている。図３は、消音装置を取り付けた作業ヘッド１１を示した図であり、図４は、消音装置と騒音源との関係を示した図である。

本実施形態の消音装置は音源となる振動体を備え、その振動体に振動を与えるエネルギーが供給されることにより、音を出力する。例えば、供給されるエネルギーとしては電気エネルギーがあり、この場合の消音装置としてはスピーカが該当する。そこで図示するように、作業ヘッド１１に対してスピーカ３１，３２，３３，３４が取り付けられている。そして、そのスピーカ３１，３２，３３，３４からは騒音の波形と逆位相の消去音が出力され、それにより当該騒音が打ち消されるようになっている。

スピーカ３１，３２，３３，３４は、それぞれの摺動部に向けて消去音を出力するようにブラケットを介して取り付けられている。具体的には、スピーカ３１，３２がビーム部材２０にある上下２本のＸ軸レール１８を摺動する各Ｘ軸スライダ１９の摺動部分に向けてそれぞれ取り付けられている。一方、スピーカ３３，３４は、本体フレーム１０の左右に配置された２本のＹ軸レール１２を摺動する各Ｙ軸スライダ１３の摺動部分に向けてそれぞれ取り付けられている。従って、スピーカ３１〜３４は、作業ヘッド１１と一体になって移動し、常に４箇所の摺動部分に向けて消去音を出力することが可能な状態で取り付けられている。

次に、製造作業機１は、Ｙ軸駆動装置やＸ軸駆動装置などを駆動制御するための制御装置が搭載され、その記憶部に格納された生産ジョブに従い作業ヘッド１１に対して所定の移動を行わせる駆動制御が実行される。図５は、製造作業機１の制御システムを簡易的に示したブロック図である。

制御装置４０では、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、不揮発性メモリ４４がバスラインを介して接続されている。ＣＰＵ４１は、制御装置全体を統括制御するものであり、ＲＯＭ４２には、ＣＰＵ４１が実行するシステムプログラムや制御パラメータ等が格納され、ＲＡＭ４３には、一時的な計算データや表示データ等が格納される。不揮発性メモリ４４は、ＣＰＵ４１が行う処理に必要な情報が記憶され、製造作業機１のシーケンスプログラムなどが格納されている。不揮発性メモリ４４は、そのほかにも基板に対して作業ヘッド１１による所定の作業を行うための生産ジョブ（生産プログラム）や、その生産ジョブに従ってＸ軸駆動装置やＹ軸駆動装置の駆動により生じる騒音（摺動音）を消音するための消音制御プログラムなどが格納されている。

また、制御装置４０には、Ｘ軸駆動装置やＹ軸駆動装置に対する駆動信号のほか、消音装置に対して騒音制御信号を送出するためのＩ／Ｏポート４５が設けられている。そのＩ／Ｏポート４５には、製造作業機に必要な情報の入力及び表示を行うための操作表示装置５のほか、Ｘ軸駆動装置のサーボモータ５１やＹ軸駆動装置のリニアモータ５２を駆動するためのドライバ回路４６や消却音生成装置４８などが接続されている。

ここで、図６は消却音生成装置４８を示したブロック図である。この消却音生成装置４８は、Ｘ軸駆動装置やＹ軸駆動装置の駆動により生じる摺動音（騒音）に関する消去音情報が格納された情報格納部６１を備え、その消去音情報を基に消去音を生成してスピーカから出力するようにしたものである。そこで、情報格納部６１には、生産ジョブに基づくＸ軸駆動装置やＹ軸駆動装置の駆動情報、すなわちドライバ回路４６へ送信される駆動指令信号Ｓｘ（図５参照）に対応して選択することが可能な消去音情報が消去音生成テーブルとして格納されている。

本実施形態において消去対象とする騒音はＹ軸スライダ１３やＸ軸スライダ１９の摺動音であるが、その摺動音にも様々なパターンがある。駆動手段であるサーボモータ５１とリニアモータ５２から出力される各々の駆動力によりＹ軸スライダ１３やＸ軸スライダ１９の加速変化や減速変化が異なり、また、作業ヘッド１１の移動距離によって加速する距離や減速する距離が異なることなどによっても様々な波形の摺動音が発生する。更に、Ｙ軸スライダ１３やＸ軸スライダ１９について摺動開始から停止までの一つの摺動状況を取り出してみた場合でも、摺動速度の変化によって発生する摺動音が変化する。

そこで、本実施形態では、Ｙ軸スライダ１３やＸ軸スライダ１９の摺動を、摺動距離（作業ヘッド１１の各移動距離）によって様々なパターンに場合分けをし、更に、その場合分けした各摺動パターンに対して、Ｙ軸スライダ１３やＸ軸スライダ１９の摺動開始から停止までの一つの摺動のうち、最も騒音を抑えるのに有効な騒音波形を特定し、その騒音と打ち消し合う消去音生成のための逆波形を求めるようにした。例えば、スピーカ３１，３２，３３，３４の各々から騒音源までの音の伝達特性を測定し、摺動部から発生する騒音のうち特定した波形の騒音と空間の伝達特性とから、当該特定騒音を打ち消し合う同振幅で逆位相の逆波形（消去音情報）が求められる。なお、左右一対のＹ軸スライダ１３に関しては、作業ヘッド１１がＸ軸方向に移動することにより、スピーカ３３，３４との距離が変化するため、そうした変化も踏まえて前記逆波形が求められる。

このようにして求められた逆波形は、消去音情報として各摺動パターン毎に予め情報格納部６１に記憶される。その逆波形に関する消去音情報については、図７に示す消去音生成テーブルが作成されている。上下のＸ軸スライダ１９についてそれぞれ摺動パターン１〜Ｎｘまでの消去音情報が記憶され、左右のＹ軸スライダ１３についてそれぞれ摺動パターン１〜Ｎｙまでの消去音情報が記憶されている。

消却音生成装置４８は、さらに消去音生成テーブル上の様々な消去音情報から該当するものを選択し、消去音信号を生成して出力する消去音選定部６２が設けられ、その消去音選定部６２が情報格納部６１に接続されている。消去音選定部６２では、送信される選択指令信号Ｓｎに従い、情報格納部６１の消去音生成テーブルから該当する摺動パターンの消去音情報について選定が行われる。この選択指令信号Ｓｎは、任意に場合分けしたＹ軸スライダ１３やＸ軸スライダ１９の摺動パターンを消去音生成テーブルから特定するための信号であり、生産ジョブから得られる作業ヘッドの移動情報を基に、駆動指令信号Ｓｘに対応させて作成される信号である。そして、この消去音選定部６２は、消去音信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器６３および、その変換された消去音信号を増幅して出力する増幅器６４が順に接続され、その増幅器２１６に対してスピーカ３０（３１，３２，３３，３４）が接続されている。

そこで、製造作業機１では、生産ジョブに従った駆動制御により作業ヘッド１１の移動つまりＹ軸スライダ１３やＸ軸スライダ１９が摺動するが、その場合、ドライバ回路４６へ駆動指令信号Ｓｘが送信されると共に、消却音生成装置４８の消去音選定部６２に選択指令信号Ｓｎが送信され、情報格納部６１の消去音生成テーブルから該当する摺動パターンの消去音情報が選択される。そして、その選択された消去音情報を基に消去音信号がＤ／Ａ変換して増幅され、消去音としてスピーカ３０（３１，３２，３３，３４）から出力される。

よって、本実施形態では、駆動指令信号Ｓｘを基にＹ軸駆動装置やＸ軸駆動装置が駆動し、Ｙ軸スライダ１３やＸ軸スライダ１９が摺動することで、その摺動部から摺動音（消去対象とする騒音波形）が発生するが、その摺動音と同振幅で逆位相の消去音がスピーカ３０からも出力されることにより、摺動音がその消去音によって打ち消される。そして、製造作業機１の外装カバーによって囲まれた機内において騒音が抑えられる。そのため、製造作業機１を含む製造ラインでは、他の作業機にも同じように消音機能を備えることで、製造ラインの前に立って作業を行う作業者は、離れた位置で製造作業機１からブザー音が鳴らされたとしても、その音を聞き逃してしまうことを避けることができる。

また、本実施形態では、スピーカ３１，３２，３３，３４が作業ヘッド１１と一体になって移動しながら摺動部に向けて消去音を出力するため、騒音源が移動する騒音に対しても対応することができる。また、消去音生成テーブルとして様々な摺動パターンに対応して求めた消去音情報を予め情報格納部６１に格納し、その消去音情報に基づいてスピーカ３１，３２，３３，３４から消去音を出力するようにしたので、高速で移動する作業ヘッド１１に関する騒音にも対応することができる。しかも、生産ジョブに従って送信される選択指令信号Ｓｎを基に該当する摺動パターンの消去音情報が選択されるため、制御処理を単純化することができる。更に、マイクでの収集音を演算処理するようなことがないため、前述したように高速で移動する作業ヘッド１１の騒音対応が可能になるほか、構成が簡単になる。

ところで、前記実施形態では、Ｙ軸スライダ１３やＸ軸スライダ１９の摺動パターンを選択指令信号Ｓｎによって特定することで消去音情報を選択していたが、別の方法として、情報格納部６１がＹ軸スライダ１３やＸ軸スライダ１９の摺動パターンに関するタイムチャートを消去音関連情報として持つようにしてもよい。例えば、図８に示すように、Ｙ軸スライダ１３やＸ軸スライダ１９の摺動パターン（ＰXn，ＰYn）と、摺動するタイミングの把握が可能なタイムチャートを消去音関連情報の中に含めて格納し、ドライバ回路４６へ送信される駆動指令信号Ｓｘをトリガとして使用し、そのタイムチャートの該当する摺動パターン情報と前述した消去音生成テーブルから消去音情報を選択するようにしてもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、製造作業機として作業ヘッドを移動させる駆動手段としてリニアモータとサーボモータを備えたものを示したが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方ともサーボモータとボールネジ機構によって構成されたものであってもよい。
また、例えば、前記実施形態では、スライダの摺動音を消去対象の騒音としたが、ボールネジ機構のナット部分から発生する動作音などであってもよい。
また、前記実施形態では、作業ヘッドにスピーカと取り付けたが、Ｙ軸スライダ１３やＸ軸スライダ１９に対してスピーカを取り付けるようにしてもよい。
また、例えば前記実施形態では、製造作業機として主に作業ヘッド１１を部品装着ヘッドとした部品装着機の説明をしたが、その作業ヘッド１１を塗布ヘッドに交換した対基板作業機や、検査ヘッドに交換した検査作業機などであってもよい。

１…製造作業機 １１…作業ヘッド １２…Ｙ軸レール １３…Ｙ軸スライダ １５…リニアガイド １６…リニアスライダ １８…Ｘ軸レール １９…Ｘ軸スライダ ２０…ビーム部材 ３０（３１，３２，３３，３４）…スピーカ ５１…サーボモータ ５２…リニアモータ ４８…消却音生成装置 ６１…情報格納部 ６２…消去音選定部 ６３…Ｄ／Ａ変換器 ６４…増幅器

Claims (4)

1. レール部材に従ってスライド部材を移動させる駆動装置と、
   前記スライド部材に対して搭載され、所定の作業を行う作業装置と、
   前記スライド部材に対して直接又は間接的に取り付けられ、前記駆動装置の可動部で発生する動作音を消音するための消音装置と、
   前記駆動装置、作業装置および消音装置を制御する制御装置とを有し、
   前記制御装置は、前記駆動装置で発生する動作音の波形と逆位相の消去音に関して予め格納された消去音情報に基づき前記消音装置を制御するものであり、
   前記制御装置が備える消去音情報は、生産プログラムに従った前記スライド部材の移動情報を基に作成されたものであることを特徴とする製造作業機。
2. 前記消音装置は、移動する前記スライド部材の摺動によって発生する前記動作音である摺動音を消音すべく、前記スライド部材と前記レール部材との摺接部分に向けて消去音を出力するように取り付けられたものであることを特徴とする請求項１に記載の製造作業機。
3. 前記駆動装置は、前記作業装置をＸＹ平面上で移動させるＸ軸駆動機構とＹ軸駆動機構とを備えるものであり、前記消音装置は、前記Ｘ軸駆動機構およびＹ軸駆動機構に存在する複数の摺動部分に向けて消去音を出力するようにしたものであることを特徴とする請求項２に記載の製造作業機。
4. 前記生産プログラムは、基板に対して作業ヘッドによる所定の作業を行わせるための制御プログラムであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の製造作業機。
   

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