JPWO2020188616A1

JPWO2020188616A1 - サーボアンプシステム

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Publication number: JPWO2020188616A1
Application number: JP2021506785A
Authority: JP
Inventors: 尚宏加藤
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Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2021-10-14
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Also published as: EP3941175A4; EP3941175A1; WO2020188616A1; JP7026845B2; CN113545184B; US11868113B2; US20220075350A1; CN113545184A

Abstract

複数の軸に対して多軸制御が行われるサーボアンプシステムであって、複数の軸は、多軸制御に対する動力供給異常の時に、ロックされる軸が属する第１軸グループと、動力供給異常の時に、第１軸グループに属する軸がロックされる前において、サーボオフされる軸が属する第２軸グループとで構成されるサーボアンプシステム。

Description

本開示は、多軸制御が行われるサーボアンプシステムに関するものである。

従来、多軸制御が行われるサーボアンプシステムに関し、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１に記載の技術は、重力軸と、重力軸を駆動するモータと、重力軸を制動するブレーキ装置と、を備えた機械装置を制御するための制御装置であって、機械装置のモータに接続され、モータを制御するサーボアンプと、機械装置のブレーキ装置に接続され、ブレーキ装置を制御するブレーキ回路と、サーボアンプに接続されるとともにブレーキ回路に接続され、サーボアンプをしてモータを制御させるための駆動信号および電力遮断信号をサーボアンプに供給するとともに、ブレーキ回路をしてブレーキ装置を制御させるためのブレーキ有効信号をブレーキ回路に供給する主制御部と、主制御部をしてサーボアンプに電力遮断信号を供給させるための電力遮断指令信号を主制御部に供給するとともに、ブレーキ回路に対してブレーキ有効信号を直接的に供給する制御電源と、制御電源と主制御部との間に介在され、電力遮断指令信号が主制御部に供給されるタイミングを遅らせる遅延回路と、を備え、ブレーキ回路は、制御電源からのブレーキ有効信号に基づいて直ちにブレーキ装置を制御して、ブレーキ装置により重力軸を制動させることができるようになっていることを特徴とする。

特開２００４−９１６８号公報

そのような特徴の制御装置は、上記特許文献１の記載によれば、電源切断時における重力軸の自然落下を防止することができるとされるが、更に好適な対策が望まれていた。

本開示は、上述した点を鑑みてなされたものであり、多軸制御における動力供給異常時の対策が好適になされたサーボアンプシステムを提供することを課題とする。

本明細書は、複数の軸に対して多軸制御が行われるサーボアンプシステムであって、複数の軸は、多軸制御に対する動力供給異常の時に、ロックされる軸が属する第１軸グループと、動力供給異常の時に、第１軸グループに属する軸がロックされる前において、サーボオフされる軸が属する第２軸グループとで構成されるサーボアンプシステムを開示する。

本開示によれば、サーボアンプシステムは、多軸制御における動力供給異常時の対策が好適になされている。

本実施形態のサーボアンプシステムを構成する部品実装機の斜視図である。同サーボアンプシステムの制御構成を説明するための図である。実装ヘッドの一部が模式的に表された図である。同サーボアンプシステムの機能を説明するためのフローチャートである。

以下、本開示を具体化した一実施形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態のサーボアンプシステム１は、部品実装機１０を備えている。図１には共通ベース１１上に並設された２台の部品実装機１０が示されている。部品実装機１０は、例えば、はんだ印刷機、基板検査機、リフロー機などの他の装置と連結され生産ラインを構成して、多数の電子部品が実装された回路基板を生産する装置である。２台の部品実装機１０は、同様の構成となっているため、そのうちの１台を中心に説明する。部品実装機１０は、基板搬送装置１３、部品供給装置１５、及びヘッド駆動機構１７などの各種装置が共通ベース１１上に取り付けられている。なお、以下の説明では、図１に示すように、部品実装機１０が並設される方向をＸ軸方向、搬送される回路基板の基板平面に平行でＸ軸方向に直角な方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方に直角な方向をＺ軸方向と称して説明する。

基板搬送装置１３は、第１搬送装置２１及び第２搬送装置２３がＹ軸方向において並設された、いわゆるダブルコンベアタイプの装置である。第１及び第２搬送装置２１，２３の各々は、Ｘ軸方向に沿って配設された一対のコンベアベルト（図示略）を有している。第１及び第２搬送装置２１，２３の各々は、一対のコンベアベルトを周回させ、コンベアベルト上に支持された回路基板をＸ軸方向に搬送する。また、第１及び第２搬送装置２１，２３の各々は、電子部品の装着作業を行う停止位置まで搬送した回路基板を、回路基板の上部に設けられたストッパ（図示略）と、下部に設けられたクランパ（図示略）とによってＺ軸方向において挟持して固定する。例えば、第１及び第２搬送装置２１，２３の各々は、はんだ印刷機などの上流の装置から搬入された回路基板をＸ軸方向に搬送し、停止位置で回路基板をクランプする。装着作業が終了すると、第１及び第２搬送装置２１，２３は、回路基板をＸ軸方向に搬送して後段の装置に搬出する。

部品供給装置１５は、フィーダ方式の装置であり、部品実装機１０のＹ軸方向の前端部分（図１の左下側）に設けられている。部品供給装置１５では、Ｘ軸方向に並設された複数のフィーダ２５が共通ベース１１上に設けられている。各フィーダ２５は、共通ベース１１に対して着脱可能に構成されており、テープフィーダ２７から供給位置に電子部品を供給する。テープフィーダ２７は、電子部品を供給する媒体であり、多数の電子部品を一定の間隔で保持したキャリアテープが巻回されている。フィーダ２５は、キャリアテープの先端が供給位置まで引き出されており、キャリアテープごとに異なる種類の電子部品を供給する。各フィーダ２５の供給位置は、Ｘ軸方向に沿って並設されている。従って、供給位置は、電子部品の種類が異なればＸ軸方向の位置が異なる。

また、ヘッド駆動機構１７は、ＸＹロボット型の移動装置である。ヘッド駆動機構１７は、スライダ３１をＸ軸方向にスライドさせるＸ軸サーボモータ４１（図２参照）と、Ｙ軸方向にスライドさせるＹ軸サーボモータ４３（図２参照）とを備えている。スライダ３１には、実装ヘッド３３が取り付けられている。実装ヘッド３３は、２つのサーボモータ４１，４３が駆動されることによって、共通ベース１１上に載置された部品実装機１０の各々のフレーム部３５上の任意の位置に移動する。Ｘ軸サーボモータ４１及びＹ軸サーボモータ４３は、例えばリニアモータ機構やボールねじ送り機構などを移動機構として用いることができる。なお、実装ヘッド３３の移動距離については、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向が長い。そのような移動距離などのため、Ｙ軸サーボモータ４３の電力消費は、Ｘ軸サーボモータ４１の電力消費よりも大きい。

実装ヘッド３３の下方には、ノズルホルダ３７が設けられている。ノズルホルダ３７は、複数の装着ノズルを下向きに保持している。装着ノズルの各々は、正負圧供給装置（図示略）を介して負圧エア、正圧エア通路に通じており、負圧にて電子部品を吸着保持し、僅かな正圧が供給されることで保持した電子部品を離脱する。実装ヘッド３３は、Ｚ軸の回りにノズルホルダ３７を回転駆動するＲ軸サーボモータ４５（図２参照）を有している。また、実装ヘッド３３は、選択した装着ノズルを個別にＺ軸方向の下向きに延伸動作及びＺ軸方向の上向きに縮退動作させるＺ軸サーボモータ４７（図２参照）を有している。また、実装ヘッド３３は、選択した装着ノズルを個別にＺ軸の回りに回転駆動するＱ軸サーボモータ４９（図２参照）を有している。

上記した基板搬送装置１３、部品供給装置１５、ヘッド駆動機構１７、及び実装ヘッド３３は、制御装置５１（図２参照）と通信ケーブルによって接続されている。制御装置５１は、各装置１３乃至１７から各種情報を取得し、取得した情報に基づいて演算や判定などを実行する。また、制御装置５１は、演算結果や判定結果に基づいて装置１３乃至１７の動作を適宜制御する。部品実装機１０は、制御装置５１によって電子部品の装着作業が制御される。また、部品実装機１０には、上部カバーの前端部分に操作装置２９が設けられている。オペレータは、制御装置５１が操作装置２９に出力した情報を確認し、必要な操作や設定を操作装置２９に対して行うことができる。

上記した構成の部品実装機１０は、制御装置５１の制御に基づいて、ヘッド駆動機構１７及び実装ヘッド３３を駆動して、供給位置の電子部品を回路基板の装着位置に装着する装着作業を繰り返し実行する。具体的には、まず、ヘッド駆動機構１７は、装着する電子部品が供給されるフィーダ２５の供給位置の上方まで実装ヘッド３３を移動させる。実装ヘッド３３は、装着ノズルによって供給位置の電子部品を吸着する。次に、ヘッド駆動機構１７は、基板搬送装置１３によって停止位置に位置決めされた回路基板の上方まで実装ヘッド３３を移動させる。そして、実装ヘッド３３では、Ｚ軸サーボモータ４７が駆動し、装着ノズルをＺ軸方向の下向きに延伸動作させる。このとき、図３に示すように、実装ヘッド３３のノズルホルダ３７では、昇降軸７１が、その下端に設けられた装着ノズル７３によって電子部品ＥＰを吸着した状態で下降する。更に、実装ヘッド３３では、基板搬送装置１３上の回路基板ＣＢの装着位置に電子部品ＥＰが当接すると、装着ノズル７３の負圧が解消され、電子部品ＥＰが離脱して回路基板ＣＢに装着される。

図２に示すように、部品実装機１０は、上記した構成に加えて、サーボアンプ５３を備えており、更に、制御装置５１において、メイン制御部５５及びサーボコントローラ５７を備えている。メイン制御部５５は、コンピュータを主体として構成され、ＣＰＵなどの演算回路、ＲＡＭ，ＲＯＭなどの記憶装置を備えており、部品実装機１０の全体を制御する。

サーボコントローラ５７は、制御装置５１内でメイン制御部５５と接続されると共に、サーボアンプ５３と通信ケーブルによって接続されている。サーボコントローラ５７は、メイン制御部５５及びサーボアンプ５３に加えて、上記したヘッド駆動機構１７の各サーボモータ４１，４３及び実装ヘッド３３の各サーボモータ４５乃至４９によって、サーボ機構を構成する。これにより、多軸制御が行われることによって、上記した電子部品ＥＰの装着作業が行われる。

サーボアンプ５３は、コンバータ５９、電圧検出部６１、及びサーボ制御部６３を備えている。コンバータ５９は、接続された電源Ｐの交流を整流し、コンデンサで平滑させて直流に変換するものである。なお、電源Ｐは、例えば、商用電源であって、制御装置５１にも接続されることによって、上記した多軸制御に対して動力供給を行うものである。

電圧検出部６１は、サーボアンプ５３内において、コンバータ５９及びサーボ制御部６３に接続されている。電圧検出部６１は、コンバータ５９の電圧が低下して基準値（例えば、商用電源電圧未満の値）よりも小さくなると、ワーニング信号をサーボ制御部６３に送信する。なお、サーボ制御部６３は、ワーニング信号を受信すると、その旨を、サーボコントローラ５７を介して、メイン制御部５５に通知する。

サーボ制御部６３は、ヘッド駆動機構１７の各サーボモータ４１，４３及び実装ヘッド３３の各サーボモータ４５乃至４９と、通信ケーブルによって接続されている。サーボ制御部６３は、サーボコントローラ５７の指令に従って、ヘッド駆動機構１７の各サーボモータ４１，４３及び実装ヘッド３３の各サーボモータ４５乃至４９を、サーボオン又はサーボオフの状態にする。よって、そのようなサーボ制御部６３を備えたサーボアンプ５３は、多軸一体型のものである。

更に、実装ヘッド３３は、Ｚ軸ロック装置３９を備えている。Ｚ軸ロック装置３９は、電源が遮断されることによって、昇降軸７１を自動的にロックしてＺ軸方向の上下への移動を不能にするものである。また、Ｚ軸ロック装置３９は、メイン制御部５５と通信ケーブルによって接続されている。これにより、メイン制御部５５は、例えば、ローレベル信号をＺ軸ロック装置３９に送信することによって、電源が遮断された場合と同様にして、昇降軸７１を自動的にロックしてＺ軸方向の上下への移動を不能にすることが可能である。なお、そのようなＺ軸ロック装置３９は、公知技術で構成されるため、その詳細な説明は省略する。

本実施形態のサーボアンプシステム１では、上記した多軸制御に対する動力供給が異常になった際において、昇降軸７１がその自重で落下することを防止している。そのため、図４のフローチャートで示された各処理が、例えば、メイン制御部５５で動作中のサーボミドルウエアなどで実行される。

なお、動力供給の異常としては、例えば、電源Ｐが停電するケースがある。そのようなケースでは、メイン制御部５５は、そのコンデンサに充電されている電力などによって、サーボミドルウエアの動作を継続する。また、サーボアンプ５３の動作は、コンバータ５９内のコンデンサに充電されている電力で行われる。

まず、ステップＳ１０において、メイン制御部５５は、サーボ制御部６３が電圧検出部６１のワーニング信号を受信した旨の通知を、サーボコントローラ５７から受けているか否かを判定する。この判定は、上記した通知をメイン制御部５５が受けていない場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、再び行われる。

これに対して、上記した通知をメイン制御部５５が受けた場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１２において、第１サーボオフ処理が行われる。この処理では、メイン制御部５５は、サーボコントローラ５７及びサーボ制御部６３を介して、ヘッド駆動機構１７の各サーボモータ４１，４３をサーボオフの状態にする。その際、ヘッド駆動機構１７の各サーボモータ４１，４３は、電力消費が大きな順でサーボオフの状態にされる。従って、さきに、Ｙ軸サーボモータ４３がサーボオフの状態にされ、次に、Ｘ軸サーボモータ４１がサーボオフの状態にされる。これにより、各サーボモータ４１，４３が停止するまでにコンバータ５９内のコンデンサに帰還した回生エネルギーを加えた電力で、Ｚ軸サーボモータ４７のサーボオンの状態を維持する。

続いて、ステップＳ１４において、ロック処理が行われる。この処理では、メイン制御部５５は、Ｚ軸ロック装置３９を介して、昇降軸７１をロックする。

更に、ステップＳ１６において、第２サーボオフ処理が行われる。この処理では、メイン制御部５５は、Ｚ軸ロック装置３９のロック完了に必要な時間が経過した後に、サーボコントローラ５７及びサーボ制御部６３を介して、実装ヘッド３３の各サーボモータ４５，４７，４９をサーボオフの状態にする。

以上詳細に説明したように、本実施形態のサーボアンプシステム１は、多軸制御における動力供給異常時の対策が好適になされている。

ちなみに、本実施形態において、部品実装機１０は、実装機の一例である。Ｘ軸サーボモータ４１及びＹ軸サーボモータ４３で構成される軸グループは、第２軸グループの一例である。Ｚ軸サーボモータ４７で構成される軸グループは、第１軸グループの一例である。電圧検出部６１は、検出部の一例である。

なお、本開示は上記実施形態に限定されるものでなく、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、第１サーボオフ処理（Ｓ１２）又は第２サーボオフ処理（Ｓ１６）では、メイン制御部５５に代えて、サーボ制御部６３が、各サーボモータ４１乃至４９をサーボオフの状態にしてもよい。

また、サーボアンプ５３とＺ軸ロック装置３９との間で信号が入出力される構成とし、サーボ制御部６３がワーニング信号を受信したタイミングで、サーボアンプ５３から出力されると共にＺ軸ロック装置３９に入力される信号がトリガーとして扱われることによって、ロック処理（Ｓ１４）における昇降軸７１のロックが開始されてもよい。

また、電圧検出部６１が電源Ｐとサーボアンプ５３との間に設けられることによって、電圧検出部６１のワーニング信号がサーボコントローラ５７に入力されるようにしてもよい。

また、サーボアンプ５３は、多軸一体型のものと１軸型のものとの組み合わせで構成されてもよいし、５個の１軸型のもので構成されてもよい。但し、それらのような場合、電圧検出部６１は、Ｙ軸サーボモータ４３又はＸ軸サーボモータ４１を制御するサーボアンプ内に設けられ、あるいは、Ｙ軸サーボモータ４３又はＸ軸サーボモータ４１を制御するサーボアンプと電源Ｐとの間に設けられる。

また、本開示は、工作機械等で具体化されてもよい。

１サーボアンプシステム
１０部品実装機
４１Ｘ軸サーボモータ
４３Ｙ軸サーボモータ
４５Ｒ軸サーボモータ
４７Ｚ軸サーボモータ
４９Ｑ軸サーボモータ
６１電圧検出部
ＣＢ回路基板
ＥＰ電子部品

Claims

複数の軸に対して多軸制御が行われるサーボアンプシステムであって、
前記複数の軸は、
前記多軸制御に対する動力供給異常の時に、ロックされる軸が属する第１軸グループと、
前記動力供給異常の時に、前記第１軸グループに属する前記軸がロックされる前において、サーボオフされる軸が属する第２軸グループとで構成されるサーボアンプシステム。
前記動力供給異常の検出を、前記第２軸グループに供給される動力に対して行う検出部を備える請求項１に記載のサーボアンプシステム。
前記第２軸グループに属する前記軸は、少なくとも２つ以上あり、電力消費が大きな順でサーブオフされる請求項１又は請求項２に記載のサーボアンプシステム。
前記複数の軸は、電子部品を回路基板に実装する実装機が有するＸ軸、Ｙ軸、及び重力方向で動作するＺ軸を含み、
前記Ｚ軸は、前記第１軸グループに含まれ、
前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸は、前記第２軸グループに含まれる請求項３に記載のサーボアンプシステム。