KR101397506B1 - 표면 실장 장치 및 헤드 구동 제어 방법 - Google Patents

표면 실장 장치 및 헤드 구동 제어 방법 Download PDF

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Abstract

이 표면 실장 장치(100)는 부품 실장용 헤드(52)와, 헤드(52)를 승강 구동시키는 Z축 구동 모터(53)와, Z축 구동 모터(53)로 공급되는 구동 전류(I)를 제어함으로써 헤드(52)가 부품(4a)에 부여하는 하중을 제어하는 컨트롤러(9)를 구비한다. 컨트롤러(9)는 하중 제어시의 구동 전류(I)의 상한값을 헤드(52)의 승강 위치에 따라 변화되는 손실량[손실 전류(ILs)]에 의거해서 보정하도록 가변 제어함으로써 헤드(52)의 하중 제어를 행하도록 구성되어 있다. 헤드(52)의 승강 위치에 관계없이 하중 제어를 고정밀하게 행하는 것이 가능하게 된다.

Description

표면 실장 장치 및 헤드 구동 제어 방법{SURFACE MOUNTING DEVICE AND HEAD DRIVING CONTROL METHOD}
본 발명은 표면 실장 장치 및 헤드 구동 제어 방법에 관한 것이고, 특히 헤드를 구비한 표면 실장 장치 및 헤드 구동 제어 방법에 관한 것이다.
종래 헤드를 구비한 표면 실장 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
상기 특허문헌 1에는 부품 실장용 헤드와, 헤드를 승강 구동시키는 Z축 구동 모터(모터)와, Z축 구동 모터를 제어함으로써 헤드의 구동을 제어하는 컨트롤러(제어부)를 구비하는 표면 실장 장치가 개시되어 있다. 상기 표면 실장 장치에서는 Z축 구동 모터에 일정한 구동 전류를 인가하여 부품에 적당한 하중을 부여하는 제어인 헤드의 하중 제어를 행하도록 구성되어 있다.
일본 특허 제4708449호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 표면 실장 장치에서는 일정한 구동 전류를 인가해서 헤드의 하중 제어를 행할 경우 Z축 구동 모터(모터)의 코깅이나 기어 편심 등의 영향에 의해 헤드의 하중 제어를 고정밀하게 행하는 것이 곤란하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 본 발명의 하나의 목적은 헤드의 하중 제어를 고정밀하게 행하는 것이 가능한 표면 실장 장치 및 헤드 구동 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 국면에 의한 표면 실장 장치는 부품 실장용 헤드와, 헤드를 승강 구동시키는 모터와, 상기 모터로 공급되는 구동 전류를 제어함으로써 헤드가 부품에 부여하는 하중을 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는 부품에 대한 헤드의 하중을 제어하기 위한 구동 전류의 상한값을 헤드의 승강 위치에 따라 가변 제어함으로써, 헤드의 하중 제어를 행하도록 구성되어 있다.
본 발명의 제 1 국면에 의한 표면 실장 장치에서는 상기와 같이 부품에 대한 헤드의 하중을 제어하기 위한 구동 전류의 상한값을 헤드의 승강 위치에 따라 가변 제어함으로써 헤드의 하중 제어를 행하도록 제어부를 구성함으로써 모터의 코깅이나 기어 편심에 의해 유래해서 발생되는 외란이 헤드의 승강 위치의 변동에 수반하여 변화될 경우에도 이들의 영향을 헤드의 승강 위치의 변동에 따라 상쇄하도록 모터의 구동력을 헤드의 승강 위치에 따라 변동시킬 수 있으므로 헤드의 하중 제어를 고정밀하게 행할 수 있다. 특히, 헤드에 저하중을 가하는 제어에 있어서는 하중에 대하여 모터의 코깅이나 기어 편심 등의 영향이 상대적으로 커지므로 헤드의 하중 제어를 고정밀하게 행하는 것이 가능한 발명은 유효하다.
상기 제 1 국면에 의한 표면 실장 장치에 있어서, 바람직하게는 제어부는 헤드의 승강 위치에 따른 모터의 구동력의 손실량에 따라 구동 전류의 상한값을 가변 제어함으로써 헤드의 하중 제어를 행하도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면 헤드의 승강 위치에 의해 변동하는 모터 코깅 등에 기인하는 구동력의 손실량이 헤드의 승강 위치의 변동에 수반해서 변화되는 경우에도 상기 손실량을 헤드의 승강 위치의 변동에 따라 차감한 모터의 실제의 구동력이 소정의 크기가 되도록 구동 전류의 상한값을 가변 제어할 수 있으므로 헤드의 하중 제어를 보다 고정밀하게 행할 수 있다.
이 경우, 바람직하게는 제어부는 헤드의 승강 위치에 따르지 않고 하중이 일정하게 되도록 헤드의 승강 위치에 따른 모터의 구동력의 손실량에 따라 구동 전류의 상한값을 가변 제어함으로써 헤드의 하중 제어를 행하도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면 헤드의 승강 위치에 관계 없이 부품에 작용하는 헤드로부터의 하중이 일정하게 제어될 수 있으므로 높이가 다른 복수의 종류의 부품에 대하여 부품에 걸리는 하중을 필요 충분한 크기로 유지할 수 있다.
상기 제어부가 헤드의 승강 위치에 따른 모터의 구동력의 손실량에 따라 모터의 구동력을 가변 제어하는 구성에 있어서 바람직하게는 제어부는 헤드의 승강 위치에 따른 모터의 구동력의 손실량을 미리 연산하여 손실량의 연산 결과에 의거해서 상기 구동 전류의 상한값을 설정하도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면 미리 얻어진 연산 결과에 의거하여 피드백량을 보정하는 것도 가능하게 되므로 헤드의 하중 제어를 보다 고정밀하게 행할 수 있다.
이 경우, 바람직하게는 연산 결과를 기억하는 기억부를 더 구비하고, 제어부는 기억부에 기억된 연산 결과에 의거해서 상기 구동 전류의 상한값을 설정하도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면 헤드가 승강할 때마다 측정을 행하지 않고 기억부에 기억된 연산 결과에 의거해서 헤드의 하중 제어를 고정밀하게 행할 수 있다.
상기 기억부를 구비하는 구성에 있어서 바람직하게는 제어부는 표면 실장 장치가 운전중에 헤드의 승강 위치에 따른 모터의 구동력의 손실량을 연산하여 표면 실장 장치의 운전중의 연산 결과와 기억부에 기억되어 있는 연산 결과의 차가 소정의 양보다도 클 경우에 연산 결과를 갱신하는 제어 또는 연산 결과에 의거한 통지를 유저에게 행하는 제어 중 적어도 한쪽을 행하도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면 표면 실장 장치의 운전중에 온도가 변화되는 등 하여 같은 위치라도 손실량이 변화되는 경우에도 손실량의 변화에 맞춰 헤드의 하중 제어를 고정밀하게 행할 수 있다.
상기 제어부가 헤드의 승강 위치에 따른 모터의 구동력의 손실량을 미리 연산하는 구성에 있어서 바람직하게는 제어부는 헤드를 일정의 속도로 이동시키면서 헤드의 승강 위치에 따른 모터의 구동력의 손실량을 연산하도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면 헤드가 일정한 속도로 이동하므로 헤드의 가속도에 기인하는 힘을 고려하지 않아서 좋다. 이에 따라, 헤드의 승강 위치에 따른 모터의 구동력의 손실량을 용이하게 측정할 수 있다. 또한, 헤드를 일정한 속도로 이동시키는 것만으로 손실량을 연산할 수 있으므로 측정 전용의 지그를 사용할 필요로 없다. 또한, 표면 실장 장치의 운전중에 용이하게 손실량의 측정을 행할 수 있다.
상기 제어부가 헤드의 승강 위치에 따른 모터의 구동력의 손실량을 미리 측정하는 구성에 있어서 바람직하게는 제어부는 헤드의 승강 위치에 따른 모터의 구동력의 손실량을 복수회 측정해서 평균값을 취득함과 아울러 손실량의 평균값에 의거해서 상기 구동 전류의 상한값을 설정하도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면 손실량의 측정을 복수회 행한 평균값을 취함으로써 보다 정확하게 손실량을 산출할 수 있으므로 헤드의 하중 제어를 보다 고정밀도로 행할 수 있다.
본 발명의 제 2 국면에 의한 헤드 구동 제어 방법은 헤드의 하중을 제어하기 위한 모터로 공급되는 구동 전류의 상한값을 헤드의 승강 위치에 따라 가변 제어함으로써 헤드의 하중 제어를 행하는 스텝을 구비한다.
본 발명의 제 2 국면에 의한 헤드 구동 제어 방법에서는 상기와 같이 헤드의 하중을 제어하기 위한 구동 전류의 상한값을 헤드의 승강 위치에 따라 가변 제어함으로써 헤드의 하중 제어를 행하도록 구성함으로써 헤드의 승강 위치의 변동에 수반하여 모터의 코깅이나 기어 편심이 발생할 경우에도 이들의 영향을 상쇄하도록 모터의 구동력을 헤드의 승강 위치에 따라 변동시킬 수 있으므로 헤드의 하중 제어를 고정밀하게 행할 수 있다. 특히, 헤드에 저하중을 가하는 제어에 있어서는 하중에 대하여 모터의 코깅이나 기어 편심 등의 영향이 상대적으로 커지므로 헤드의 하중 제어를 고정밀하게 행하는 것이 가능한 발명은 유효하다.
본 발명에 따르면 상기와 같이 헤드의 하중 제어를 고정밀하게 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 표면 실장 장치의 개략을 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 표면 실장 장치의 개략을 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 표면 실장 장치의 제어상의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 표면 실장 장치의 헤드의 구동 제어를 설명하기 위한 블록선도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 표면 실장 장치의 헤드에 작용하는 힘을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 표면 실장 장치의 헤드의 하중 제어를 행하기 위한 제어 전류를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 표면 실장 장치의 헤드의 하중 제어의 힘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 표면 실장 장치의 컨트롤러에 의한 헤드의 구동 제어의 처리를 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 표면 실장 장치의 헤드의 구동을 설명하기 위한 타이밍챠트이다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 표면 실장 장치의 컨트롤러에 의한 손실 전류의 측정 처리를 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 11은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 표면 실장 장치의 헤드의 저하중 제어를 행하기 위한 제어 전류를 도시한 도면이다.
도 12은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 표면 실장 장치의 컨트롤러에 의한 헤드의 구동 제어의 처리를 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 표면 실장 장치의 헤드의 구동을 설명하기 위한 타이밍챠트이다.
실시형태
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거해서 설명한다.
(제 1 실시형태)
우선, 도 1~도 5를 참조하여 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 표면 실장 장치(100)의 구조에 대해서 설명한다.
표면 실장 장치(100)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 한쌍의 컨베이어(2)에 의해 프린트 기판(3)이 X2 방향측으로부터 X1 방향측으로 반송되어 소정의 작업 위치에 있어서 프린트 기판(3)에 부품(4a)을 실장하는 장치이다.
또한, 표면 실장 장치(100)는 도 1에 도시한 바와 같이 기대(1)와, 한 쌍의 컨베이어(2)와, 헤드 유닛(5)과, 지지부(6)와, 릴부(7)와, 카메라 유닛(8)과, 컨트롤러(9)(도 3 참조)를 구비하고 있다. 또한, 컨베이어(2)의 양측(Y1 방향측, Y2 방향측)에는 부품(4a)을 공급하기 위한 복수의 테이프 피더(4)가 배치되어 있다. 헤드 유닛(5)은 테이프 피더(4)로부터 부품(4a)을 취득함과 아울러 컨베이어(2) 위의 프린트 기판(3)에 부품(4a)을 실장하는 기능을 갖는다. 또한, 컨트롤러(9)는 본 발명의 「제어부」의 일례이다.
한 쌍의 컨베이어(2)는 프린트 기판(3)을 수평 방향(X방향)으로 반송하는 기능을 갖는다. 또한, 컨베이어(2)는 반송중의 프린트 기판(3)을 실장 작업 위치에서 정지시킨 상태로 유지하도록 구성되어 있다.
테이프 피더(4)는 복수의 부품(4a)을 소정의 간격을 두고 유지한 테이프가 권회된 릴(도시 생략)을 유지하고 있다. 테이프 피더(4)는 릴을 회전시켜 부품(4a)을 유지하는 테이프를 송출함으로써 테이프 피더(4)의 선단으로부터 부품(4a)을 공급하도록 구성되어 있다. 여기에서, 부품(4a)은 예를 들면 IC, 트랜지스터, 콘덴서 및 저항 등의 소형의 전자 부품이다.
헤드 유닛(5)은 도 1에 도시한 바와 같이 볼 너트(51)와, 6개의 헤드(52)와 Z축 구동 모터(53)(도 3 참조)를 포함하고 있다. 또한, 헤드 유닛(5)은 도 5에 도시한 바와 같이 볼 나사축(54)과, 볼 너트(55)와, 용수철(56)을 포함하고 있다. 또한, 헤드 유닛(5)은 지지부(6)를 따라 X방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는 지지부(6)는 볼 나사축(61)과, 볼 나사축(61)을 회전시키는 X축 구동 모터(62)와, X방향으로 연장되는 가이드 릴(도시 생략)을 갖고 있다. 이에 따라, 헤드 유닛(5)은 볼 나사축(61)이 나사 결합되는 볼 너트(51)와 함께 X방향으로 이동된다. 또한 Z축 구동 모터(53)는 본 발명의 「모터」의 일례이다.
6개의 헤드(52)는 도 2에 도시한 바와 같이 헤드 유닛(5)의 하면측(Z1 방향측)에 X방향을 따라 나란한 상태로 배치되어 있다. 각각의 헤드(52)의 선단(Z1 방향측의 단부)에는 각각 노즐(52a)이 설치되어 있다. 각각의 노즐(52a)은 부압 발생기(도시 생략)에 의해 노즐(52a)의 선단부에 발생된 부압에 의해, 테이프 피더(4)로부터 공급되는 부품(4a)을 흡착해서 유지하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
또한, 각각의 헤드(52)는 헤드 유닛(5)에 대하여 승강(Z축 방향의 이동) 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는 헤드(52)는 부품(4a)의 흡착 또는 장착(실장)을 행할 때 하강 위치와 부품(4a)의 반송이나 촬상을 행할 때의 상승 위치 사이에서 승강 가능하게 구성되어 있다. 또한, 헤드(52)는 도 5에 도시한 바와 같이 Z축 구동 모터(53)가 구동함으로써 볼 나사축(54)에 나사 결합되는 볼 너트(55)와 함께 Z방향으로 이동된다. 또한, 헤드(52)는 용수철(56)에 의해 상측(Z2 방향측)으로 인장되어 있다. 이에 따라, 헤드(52)는 표면 실장 장치(100)가 정지했을 경우 등에 용수철(56)에 의해 상측(Z2 방향측)으로 끌어올려지도록 구성되어 있다. 또한, 헤드(52)는 헤드(52)마다 설치된 Z축 구동 모터(53)에 의해 개별로 승강 구동하도록 구성되어 있다. 또한, 헤드(52)는 R축 구동 모터(도시 생략)에 의해 노즐(52a)의 중심축 주위에서의 회전이 가능하게 구성되어 있다.
지지부(6)는 기대(1) 위에 고정된 한 쌍의 릴부(7)를 따라 X방향과 직교하는 Y방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는 릴부(7)는 도 1에 도시한 바와 같이 지지부(6)의 양단부(X방향)를 Y방향으로 이동 가능하게 지지하는 가이드 릴(71)과, Y방향으로 연장되는 볼 나사축(72)과, 볼 나사축(72)을 회전시키는 Y축 구동 모터(73)를 포함하고 있다. 또한, 지지부(6)에는 볼 나사축(72)이 나사 결합되는 볼 너트(63)가 설치되어 있다. 이에 따라, 헤드 유닛(5)은 기대(1) 위를 Y방향을 따라 이동된다. 따라서, 헤드 유닛(5)은 기대(1) 위를 X-Y면을 따라 임의의 위치로 이동하는 것이 가능하다.
카메라 유닛(8)은 기대(1)의 상면 위에 고정적으로 설치되어 있다. 또한, 카메라 유닛(8)은 부품(4a)의 실장에 앞서 부품(4a)의 흡착을 인식하기 위해 각 헤드(52)의 노즐(52a)에 흡착된 부품(4a)을 그 하측으로부터 촬상하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(9)는 컴퓨터를 구성 요소로 해서 표면 실장 장치(100)에 탑재되어 있다. 또한, 컨트롤러(9)는 X축 구동 모터(62), Y축 구동 모터(73) 및 Z축 구동 모터(53)를 미리 기억된 프로그램에 따라 구동 제어하여 프린트 기판(3)에 부품(4a)의 실장 작업을 행하도록 구성되어 있다. 구체적으로는 컨트롤러(9)는 헤드 유닛(5)을 테이프 피더(4)의 상방으로 이동시켜 각 헤드(52)의 노즐(52a)에 의해 부품(4a)을 흡착시킨다. 즉, 헤드(52)[노즐(52a)]가 테이프 피더(4)의 상방에 배치된 후, 헤드(52)가 승강 구동됨과 아울러, 소정 타이밍에서 노즐(52a)의 선단에 부압이 공급됨으로써 부품(4a)가 노즐(52a) 선단에 흡착된 상태로 인출된다.
그리고, 컨트롤러(9)는 헤드 유닛(5)을 프린트 기판(3) 위로 이동시킨다. 상기 이동 도중, 헤드 유닛(5)을 부품 인식용 카메라 유닛(8)의 상방을 경유시켜 각 헤드(52)의 노즐(52a)에 흡착된 부품(4a)이 각각 카메라 유닛(8)에 의해 촬상된다. 촬상된 화상에 의거해서 각 헤드(52)[노즐(52a)]에 흡착된 부품(4a)의 실장 위치의 보정이 행하여진다. 그리고, 헤드 유닛(5)이 프린트 기판(3) 위에 도달하면 각 헤드(52)가 승강 구동됨과 아울러 소정의 타이밍에서 노즐(52a)로의 부압의 공급이 정지됨으로써 흡착된 부품(4a)가 프린트 기판(3) 위에 실장된다.
여기에서, 제 1 실시형태에서는 컨트롤러(9)는 노즐(52a)이 전자 부품에 작용시키는 하중을 제어하기 위한 구동 전류(I)의 상한값[후술하는 제 2 전류 리미트값(LT2)]을 헤드(52)의 승강 위치(Z방향 위치)에 따라 가변 제어함으로써 헤드(52)의 하중 제어를 행하도록 구성되어 있다. 여기에서, 본 실시형태에 있어서 하중 제어는 헤드(52)가 부품(4a)을 테이프 피더(4)로부터 집어들 경우나 부품(4a)을 프린트 기판(3)에 실장할 때에 부품(4a)에 적당한 하중을 가하기 위해 행해지는 제어를 말한다. 상기 하중 제어에 관련하여 제어계로서의 컨트롤러의 파라미터(또는 각각의 신호)에 대해서 설명한다.
구동 전류(I)는 컨트롤러(9)에 의해 제어되고, Z축 구동 모터(53)를 구동할 때에 Z축 구동 모터(53)로 흐르게 되는 전류를 말한다.
손실 전류(ILs)는 헤드(52)의 승강 위치에 따른 Z축 구동 모터(53)의 구동력의 손실량에 대응하는 전류를 말한다. 본 실시형태에 관한 기억부(92)에는 헤드(52)의 승강 위치마다 대응해서 손실 전류(ILs)의 값이 기억되어 있다[이하, 기억되어 있는 손실 전류(ILs)를 보존값 이라고 한다].
하중 전류(ILd)는 구동 전류(I) 중 헤드(52)가 부품(4a)에 작용시키는 하중에 실질적으로 기여하고 있는 전류를 말하고,
ILd=I-ILs ···(1)
에서 나타내는 전류를 말한다.
전류 지령값(Iin)은 제어계로서의 컨트롤러(9)가 구동 전류(I)의 출력을 지령할 때의 목표값을 말한다.
제 1 전류 리미트값(LT1)은 과전류의 공급을 방지하기 위한 구동 전류(I)의 상한값으로서 프로그램된 통상의 승강 동작에 따라 헤드(52)를 구동하기 위해 필요한 전류값이며, 가속 구동시의 전류값보다도 약간 높은 값으로 설정되어 있다. 상기 제 1 리미트값은 가속 방향 및 감속 방향으로 공통인 전류값이다.
제 2 전류 리미트값(LT2)은 헤드(52) 하강시에 있어서, 하강 목표 위치에 헤드(52)가 도달되어 있는지의 여부를 판정하기 위해 구동 전류(I)와 비교하기 위한 상한값(또는 역치)을 말한다. 자세하게는 후술하는 바와 같이 제어계로서의 컨트롤러(9)는 손실 전류(ILs)의 값에 의거하여 제 2 전류 리미트값(LT2)을 가변 제어함으로써 헤드(52)의 하중 제어를 행하도록 구성되어 있다. 상기 하중 제어는 상기 하중 제어의 운전 영역에 있어서 제 2 전류 리미트값(LT2)을 사용해서 행하여진다. 즉, 하중 제어시에는 제 2 전류 리미트값(LT2)이 Z축 구동 모터(53)로 공급된다. 제 2 전류 리미트값(LT2)은 본 발명의 「구동 전류의 상한값」의 일례이다. 또한, 이하의 설명에서는 제 1 및 제 2 전류 리미트값(LT1 ,LT2)을 총칭할 때는 「리미트값(LT)」이라고 표기한다.
컨트롤러(9)는 도 3에 도시한 바와 같이, CPU(중앙 처리 장치)(91)와, 기억부(92)와, 전류 증폭부(93)와, 구동 전류 검출부(94)와, 속도 판독부(95)와, 위치 판독부(96)를 포함하고 있다. 또한, CPU(91)는 모터 제어 연산부(91a)와, 전류 제어부(91b)와, 속도 제어부(91d)와, 위치 제어부(91e)를 이론적으로 포함하고 있다.
모터 제어 연산부(91a)는 소정의 실장 프로그램에 따라 헤드(52)를 구동시키기 위해 Z축 구동 모터(53)를 제어하도록 구성되어 있다. 구체적으로는 모터 제어 연산부(91a)는 기억부(92)에 기억되어 있는 부품 데이터(두께) 등의 각종 데이터에 기초하여 부품(4a)의 흡착 및 장착시의 헤드(52)의 하강 목표 위치의 연산, 설정 등의 처리를 행함과 아울러 각종 판정 처리를 행하여 그 결과에 따라 전류 제어부(91b)에 소요의 손실 전류(ILs), 하중 전류(ILd), 전류 리미트값(LT)에 대응해서 위치 제어 및 속도 제어를 위한 제어 신호를 출력하도록 구성되어 있다. 또한, 모터 제어 연산부(91a)는 도면 이외의 카운터를 구비하고 있고, 헤드(52) 하강시에 헤드(52)의 이동 예정의 소요 시간(이론 PTP 시간) 경과 후에 구동 전류 검출부(94)로부터의 신호에 의거해서 구동 전류(I)의 값과 제 2 전류 리미트값(LT2)을 비교함으로써 하강 목표 위치에 헤드(52)가 도달되어 있는지의 여부를 판정하고 그 판정 결과에 의거해서 Z축 구동 모터(53)를 정지시키도록 구성되어 있다.
또한, 모터 제어 연산부(91a)는 헤드(52)의 승강 위치에 따른 Z축 구동 모터(53)의 구동력의 손실량에 대응하는 손실 전류(ILs)를 연산하여 기억부(92)에 기억시키도록 구성되어 있다.
전류 제어부(91b)는 모터 제어 연산부(91a)로부터의 속도, 위치에 관한 제어 신호에 의거하여 전류 지령값(Iin)을 결정하도록 구성되어 있다. 전류 제어부(91b)가 결정하여 출력한 전류 지령값(Iin)은 전류 증폭부(93)로 입력된다. 그리고, 전류 증폭부(93)는 미리 설정되어 있는 전류 게인에 의거하여 전류 제어부(91b)로부터 출력된 신호에 따른 구동 전류(I)를 구동 전류 검출부(94)를 통해 Z축 구동 모터(53)로 공급한다(도 4 참조).
전류 지령값(Iin)은 기억부(92)에 기억시킨 Z축 구동 모터(53)의 손실 전류(ILs)의 값에 의거하여 Z축 구동 모터(53)로 공급하는 전류의 상한값[전류 리미트값(LT)]에 적합하도록 설정된다.
구체적으로는, 전류 제어부(91b)는 전류 제어부(91b)로부터 출력되는 신호에 대응하는 전류값이 전류 리미트값(LT)을 초과하고 있을 경우에는 전류 제어부(91b)로부터 출력되는 신호 대신에 전류 리미트값(LT)에 대응하는 전류 지령값(Iin)을 전류 증폭부(93)로 출력한다. 이에 따라, 전류 증폭부(93)로부터 Z축 구동 모터(53)로 공급되는 구동 전류(I)가 제한된다. 즉, 미리 정해진 상한값보다도 큰 구동 전류(I)가 Z축 구동 모터(53)로 공급되는 것이 방지된다.
전류 리미트값(LT)으로서는 기준 리미트값인 제 1 전류 리미트값(LT1)과 이 보다도 낮은 값의 제 2 전류 리미트값(LT2)의 두개의 상한값이 있다. 전류 제어부(91b)는 헤드 동작 중에 이들 두개의 전류 리미트값(LT)을 소정의 타이밍에서 스위칭한다. 이에 따라, Z축 구동 모터(53)로 과도하게 전류가 공급되는 것을 방지할 수 있어 헤드(52)의 하중이 과도하게 커지는 것을 방지하는 한편, 자세하게는 후술하는 바와 같이 하중 제어시에 있어서는 헤드의 승강 위치의 변동에 수반하여 모터의 코깅이나 기어 편심이 발생할 경우에도 이들의 영향을 상쇄하도록 모터의 구동력을 헤드의 승강 위치에 따라 변동시킬 수 있어 헤드(52)의 하중 제어를 고정밀하게 행하는 것이 가능하다.
제 1 전류 리미트값(LT1)은 프로그램된 통상의 승강 동작에 따라 헤드(52)를 구동하기 위해 필요한 전류값이다.
제 2 전류 리미트값(LT2)은 소정의 운전 영역에 있어서 하중 전류(ILd)의 상한값에 의거한 역치이다. 여기에서, 하중 전류(ILd)의 상한값은 Z축 구동 모터(53)를 정속 구동할 때의 전류값보다도 약간 높은 값으로서, 예를 들면 노즐 선단이 부품에 접촉하는 등 하여 헤드(52)의 변위가 규제된 상태에서 헤드(52)에 과잉의 토크가 작용하지 않을 정도의 값으로 설정되어 있다.
또한, 제 2 전류 리미트값(LT2)은 하중 제어가 실행될 때에 손실량에 의한 손실 전류(ILs)를 충분히 보충함으로써 헤드(52)의 하중 제어에 필요한 전류값에 대응하도록 설정되어 있다. 제 2 전류 리미트값(LT2)이 단순히 하중 전류(ILd)의 상한값에 대응하는 정수로 설정되어 있을 경우, 도 4와 같은 전류 피드백 제어를 실행했을 때에 로터리 인코더(53a)에 의거해서 얻어지는 속도 정보 내지 위치 정보에 대하여 충분한(충분해야 하는) 구동 전류(I)를 공급하도록 제어하고 있어도 실제는 손실량에 의한 손실 전류(ILs)를 충분히 보충할 수 없어져서 헤드(52)가 목표 위치에 도달할 때까지의 시간이 길어져 처리 능력이 저하될 우려가 있다. 이에 대하여 제 2 전류 리미트값(LT2)이 손실량을 가미한 변수로서 설정됨으로써 하강 위치에 의해 변동되는 손실 전류(ILs)를 충분히 가미한 구동 전류(I)를 흐르게 할 수 있으므로 리스판스(response)가 높은 고정밀도의 제어가 가능하게 되는 것이다. 상기 제 2 전류 리미트값(LT2)에 대해서는 하중 제어의 설명과 함께 더욱 자세하게 후술한다.
속도 판독부(95) 및 위치 판독부(96)는 Z축 구동 모터(53)에 설치된 로터리 인코더로부터 출력되는 전압 또는 펄스에 의거하여 각각 현재의 구동 속도에 대응하는 속도 신호 및 구동 위치에 대응하는 구동 신호를 검출하여 출력하도록 구성되어 있다. 속도 제어부(91d)는 속도 판독부(95)가 출력한 속도 신호와 전류 지령값(Iin)에 의거한 목표값의 편차를 출력하여 모터 제어 연산부(91a)로 입력하도록 구성되어 있다. 또한, 위치 제어부(91e)는 위치 판독부(96)가 검출한 위치 신호와 전류 지령값(Iin)에 의거한 목표값의 편차를 출력하여 모터 제어 연산부(91a)로 입력하도록 구성되어 있다. 모터 제어 연산부(91a)는 속도 제어부(91d) 및 위치 제어부(91e)로부터 각각 출력된 편차가 해소되도록 전류 제어부(91b)로 제어 신호를 출력함으로써 Z축 구동 모터(53)를 피드백 제어하도록 구성되어 있다.
구동 전류 검출부(94)는 Z축 구동 모터(53)의 구동 전류(I)의 값을 검출함으로써 그 전류값에 대응한 신호를 모터 제어 연산부(91a)로 출력하도록 구성되어 있다.
도 3, 도 4 및 도 9에 도시한 바와 같이, 컨트롤러(9)의 전류 제어부(91b)는 헤드(52)를 승강하는 각 운전 구간에 있어서 헤드(52)[노즐(52a)]를 구동하기 위해, 부품에 작용해야 할 하중에 대응해서 전류 제어부(91b)에 의해 결정된 하중 전류(ILd)에 의거한 전류 지령값(Iin)과 전류 리미트값(LT)을 비교하여 작은 쪽값의 구동 전류(I)를 출력하도록 전류 지령값(Iin)을 출력한다. 또한, 전류 지령값(Iin)과 전류 리미트값(LT)이 같은 경우 전류 제어부(91b)는 그 같은 값의 구동 전류(I)를 출력하도록 전류 지령값(Iin)을 출력한다.
여기서, 헤드(52)가 승강하는 운전 구간으로서는 그 개시 위치로부터 도달 위치까지의 포인트 투 포인트(PTP)에 의거하여 미리 설정된 상단 위치로부터 하강하는 하강 PTP 구간과, 하강 PTP 구간의 하단 위치로부터 상승하는 상승 PTP 구간이 결정되어 있다. 본 실시형태에 있어서는 각 구간에 있어서 전류 제어부(9lb)는 다른 전류 리미트값(LT)을 사용하도록 설정되어 있다.
우선, 하강 PTP 구간에 있어서는 개시 위치(도 9의 T0로부터 스타트한 위치)로부터 소정 구간까지는 가속 구동이 실행되고, 그 후 정속 구동으로 스위칭된 후, 도달 위치(도 9의 Th일 때에 이론상 도달된다고 생각되는 위치)의 직전의 위치로부터는 하중 제어를 실행한다. 그리고, 하중 제어의 후, 상승 PTP 구간에서는 도달 위치로부터 개시 위치를 향해서 상승한다.
전류 제어부(91b)는 하강 PTP 구간에 있어서 가속 구동이 실행되는 운전 영역(T0으로부터 T1까지)에서는 제 1 전류 리미트값(LT1)을 사용하고, 정속 구동이 개시된 후 종료할 때까지(T1을 초과한 시점으로부터 Th까지)는 제 2 전류 리미트값(LT2)을 사용한다. 그리고, 상승 PTP 구간에 있어서는 제 1 전류 리미트값(LT1)만을 사용해서 전류 지령값(Iin)을 출력하도록 구성되어 있다.
이어서, 도 4∼도 7을 참조하여 표면 실장 장치(100)에 있어서의 컨트롤러(9)가 행하는 헤드(52)의 하중 제어에 대해서 설명한다. 또한, 하중 제어는 헤드(52)에 의한 테이프 피더(4)로부터의 부품(4a)의 흡착시 및 프린트 기판(3)으로의 부품(4a)의 장착(실장) 시에 행하여진다.
전류 제어부(91b)는 부품에 작용해야 할 하중에 대응하는 하중 전류(ILd)[하중 전류(ILd)>0]에 의거한 제 2 전류 리미트값(LT2)을 연산한다. 상기 제 2 전류 리미트값(LT2)은 이하에 나타낸 식(2)에 의해 산출되는 것이다.
제 2 전류 리미트값(LT2)=하중 전류(ILd)의 상한값+손실 전류(ILs)···(2)
이에 따라, 제 2 전류 리미트값(LT2)은 헤드(52)의 승강 위치에 따라 다른 손실 전류(ILs)의 특성을 반영한 값이 된다. 전류 제어부(91b)는 제 2 전류 리미트값(LT2)과 모터 제어 연산부(91a)가 출력한 파라미터에 의거한 목표값을 비교하여 작은 쪽의 값에 의거해서 구동 전류(I)를 출력하도록 전류 지령값(Iin)을 출력한다. 또한, 전류 지령값(Iin)과 제 2 전류 리미트값(LT2)이 같을 경우는 전류 제어부(91b)는 그 같은 값의 구동 전류(I)를 출력하도록 제어한다.
헤드(52)[노즐(52a)]의 선단이 부품(4a)에 접촉해서 헤드(52)의 변위가 규제된 상태에서는 구동 전류(I)가 부품의 접촉에 의한 저항에 수반하여 증대하므로 전류 지령값(Lin)은 하중 전류(ILd)에 손실 전류(ILs)를 가미한 값으로 제어되게 된다. 또한, 손실 전류(ILs)는 도 6에 도시한 바와 같이 헤드(52)의 승강 위치(Z방향 위치)에 따라 다르다. 이는 후술하는 Z축 구동 모터(53)의 구동력의 손실량이 헤드(52)의 승강 위치에 따라 다르기(도 7 참조) 때문이다. 한편, 헤드(52)의 하중을 일정하게 하면 하중 전류(ILd)(도 6 참조)는 일정하게 된다. 이에 따라, 전류 지령값(Iin)은 헤드(52)의 승강 위치에 따라 다른 손실 전류(ILs)의 특성을 반영한 값이 된다.
그리고, 컨트롤러(9)는 구동 전류 검출부(94)가 검출한 구동 전류(I)에 의거하여 출력된 구동 전류(I)에 추종시키도록 전류 피드백 제어를 실행하여 구동 전류(I)를 Z축 구동 모터(53)로 공급한다. 이에 따라, Z축 구동 모터(53)는 공급된 구동 전류(I)에 따른 구동력[볼 나사 구동의 경우는 이하에 나타낸 식(3) 참조]으로 헤드(52)를 구동시킨다.
Figure 112012070564481-pat00001
단, 식(3)에 있어서의 π는 원주율, nl은 볼 나사 효율을 나타낸다. 또한, Kt는 모터 토크 정수, I는 전류, L은 볼 나사의 리드(나사를 1회전시켜 축방향으로 진행되는 거리)을 나타낸다.
헤드(52)는 Z축 구동 모터(53)에 의한 구동력으로부터 손실량이 감소되어 구동되어 하향(Z1 방향)으로 하중[이하에 나타낸 식(4) 참조]을 발생시킨다.
하중=Z축 구동 모터(53)의 구동력-손실량 ···(4)
여기에서, 손실량은 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 Z축 구동 모터(53)의 코깅에 의한 힘(코깅력), 중력, 용수철(56)력, 마찰력을 포함하고 있다. 상기 하중에 대응하는 출력에 의거하여 Z축 구동 모터(53)의 회전 상태가 로터리 인코더에 의해 검출되고, 속도 판독부(95), 위치 판독부(96)가 각각 대응하는 속도 신호, 위치 신호를 컨트롤러(9)로 출력한다. 컨트롤러(9)는 도 3에 도시한 구성에 의해 이들 신호로부터 각각의 피드백값(편차)을 얻어 전류 피드백 제어를 실행한다.
도 5를 참조하여 하중 제어시에 있어서는 헤드(52)를 하강시키는 방향의 힘(중력 등)과 역방향의 힘이 손실로서 작용한다. 따라서, 손실량은 식(5)과 같이 된다.
손실량=Z축 구동 모터의 코깅력-중력+용수철력+마찰력 ···(5)
또한 Z축 구동 모터(53)의 코깅에 의한 힘(코깅력)은 Z축 구동 모터(53)의 회전 위치에 따라 다르다. 즉, Z축 구동 모터(53)의 코깅에 의한 힘은 Z축 구동 모터(53)에 의해 구동되는 헤드(52)의 승강 위치(Z방향 위치)에 따라 다르다. 중력은 헤드(52) 등의 자체 중량에 따라 하중 방향(Z1방향)으로 일정하게 작용하는 힘이다. 상기 힘은 하중을 가중하도록 작용하므로 식(5)에서는 마이너스로서 평가된다. 용수철(56)력은 헤드(52)의 승강 위치에 따라 Z2 방향으로 작용하는 힘이다. 마찰력은 볼 나사축(54)과 볼 너트(55)가 나사 결합되는 위치에 있어서 발생하고, 헤드(52)의 이동 방향과 반대 방향으로 작용하는 힘이다. 이들에 의해, 도 7에 도시한 바와 같이, Z축 구동 모터(53)의 구동력의 손실량은 헤드(52)의 승강 위치에 따라 다르다.
이어서, 컨트롤러(9)는 미리 헤드(52)의 승강 위치에 대해 손실 전류(ILs)를 취득하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 컨트롤러(9)는 Z축 구동 모터(53)에 의해 헤드(52)를 일정한 속도로 하강시키면서 헤드(52)의 승강 위치에 따른 구동 전류(I)를 측정하여 측정된 구동 전류(I)의 값으로부터 손실 전류(ILs)을 연산한다. 헤드(52)를 일정한 속도로 하강시킴으로써 헤드(52)에는 가속에 따른 하중이 걸리지 않고 또한 헤드(52)는 부품(4a)에 접촉하고 있지 않은 상태이므로, 헤드(52)의 선단에 걸리는 힘의 합계(하중)는 0이 된다. 그 결과, Z축 구동 모터(53)의 구동력은 상기 식(4)에 의거해서 Z축 구동 모터(53)의 손실량과 같아진다. 따라서, Z축 구동 모터(53)로 인가되는 전류와 손실 전류(ILs)가 같아진다. 이와 같이, 컨트롤러(9)는 Z축 구동 모터(53)로 인가되는 전류를 측정함으로써 헤드(52)의 승강 위치에 따른 손실 전류(ILs)를 취득한다.
이어서, 도 8 및 도 9를 참조하여 표면 실장 장치(100)의 컨트롤러(9)에 의한 헤드(52)의 구동 제어 처리의 플로우에 대해서 설명한다. 상기 제어는 헤드(52)에 의한 테이프 피더(4)로부터의 부품(4a)의 흡착시 및 프린트 기판(3)으로의 부품(4a)의 장착(실장)시의 쌍방에 있어서 실행되지만 이하의 설명에서는 부품(4a)의 흡착시를 예로써 설명한다.
컨트롤러(9)는 스텝 S1에 있어서 처리 대상이 되는 부품의 사이즈(두께)나 하중의 상한값 등의 데이터에 의거하여 부품(4a)의 흡착시의 헤드(52)의 높이 위치인 헤드(52) 하강 목표 위치와 하중 전류(ILd)(상한값을 포함함)를 연산해서 설정한다. 또한, 컨트롤러(9)는 설정된 하강 목표 위치에 의거해서 이론 PTP 시간[하강 개시후, 헤드(52)가 하강 목표 위치에 도달할 때까지의 소요 시간:도 9의 T0으로부터 Th)을 연산해서 설정한다. 또한, 컨트롤러(9)는 스텝 S2에 있어서 타임 아웃 시간[하강 개시후, 헤드(52)가 하강 목표 위치에 도달했는지의 여부의 판정을 중단할 때까지의 시간:도 9의 T0로부터 Te)을 설정한다.
또한, 하강 목표 위치는 테이프 피더(4)의 부품 인출 위치에 유지된 부품(4a)의 상면에 노즐(52a)의 선단이 접촉을 개시하는 이론상의 높이 위치로 해도 좋지만, 제 1 실시형태에서는 부품(4a)에 대하여 노즐(52a)이 확실히 접촉한 상태에서 헤드(52)를 정지시키도록 노즐(52a)의 선단이 부품(4a)의 상면에 접촉을 개시하는 높이 위치(이론상의 목표 위치)보다도 약간 하방에 도달하는 높이 위치를 하강 목표 위치로서 설정한다.
이어서, 컨트롤러(9)는 스텝 S3에 있어서 전류의 상한값을 제 1 전류 리미트값(LT1)으로 설정한다. 그리고, 컨트롤러(9)는 스텝 S4에 있어서(도 9의 T0에 있어서) Z축 구동 모터(53)를 구동해서 헤드(52)를 하강 개시시킴과 아울러 이론 PTP 시간 및 타임 아웃 시간을 측정하기 위해 타이머(도시 생략)를 작동시킨다.
헤드(52) 하강 개시후, 컨트롤러(9)는 스텝 S5에 있어서 Z축 구동 모터(53)의 가속 구동이 종료했는지dml 여부를 판단한다. 종료되어 있지 않다고 판단했을 경우는, 컨트롤러(9)는 스텝 S13에 있어서 헤드(52)의 하강 PTP 이동을 계속시켜 Z축 구동 모터(53)의 가속 구동이 종료할 때까지 하강 PTP 이동을 계속시켜서 Z축 구동 모터(53)의 가속 구동이 종료할 때까지 스텝 S5 및 스텝 S13의 처리를 반복한다. Z축 구동 모터(53)의 가속 구동이 종료되면 컨트롤러(9)는 스텝 S6에 있어서 (도 9의 T1에 있어서) 정방향의 전류의 상한값을 제 1 전류 리미트값(LT1)으로부터 제 2 전류 리미트값(LT2)으로 스위칭한다. 이와 동시에, Z축 구동 모터(53)의 구동 모드(운전의 형태)를 정속 구동으로 스위칭한다.
여기에서, 제 1 실시형태에서는 컨트롤러(9)는 스텝 S7에 있어서 기억부(92)로부터 헤드(52)의 승강 위치(Z방향 위치)에 따른 손실 전류(ILs)와 스텝 S1에서 설정된 하중 전류(ILd)(의 상한값)에 의거한 제 2 전류 리미트값(LT2)을 판독한다. 상기 결과, 컨트롤러(9)의 전류 제어부(91b)는 속도 피드백값이나 위치 피드백 값이 나타내는 편차를 해소할 때에 손실량에 의한 손실 전류(ILs)를 가미한 구동 전류(I)를 출력하도록 전류 증폭부(93)로 전류 지령값(Iin)을 출력하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 컨트롤러(9)는 스텝 S8에 있어서(도 9의 T1로부터 Te에 있어서) 헤드(52)의 현재 위치에 대응한 제 2 전류 리미트값(LT2)을 전류의 상한값로서 설정한다.
컨트롤러(9)는 스텝 S9에 있어서 이론 PTP 시간이 완료되었는지의 여부를 판단한다. 완료되어 있지 않다고 판단했을 경우는 컨트롤러(9)는 스텝 S14에 있어서 헤드(52)의 하강 PTP 이동을 계속시켜 스텝 S7로 복귀한다.
이론 PTP 시간이 종료되면(도 9의 Th를 경과하면) 컨트롤러(9)는 스텝 S10에 있어서 구동 전류(I)의 값과 제 2 전류 리미트값(LT2)을 비교해서 노즐(52a)이 부품(4a)에 접촉하고 있는지의 여부를 판정한다. 즉, 상기와 같은 피드백 제어 하에서는 노즐(52a)의 선단이 부품(4a)에 접촉해서 헤드(52)의 변위가 규제되면 Z축 구동 모터(53)의 구동 전류(I)가 상승하기 때문에 구동 전류(I)의 값과 제 2 전류 리미트값(LT2)을 비교함으로써 헤드(52)가 부품(4a)에 접촉하고 있는지의 여부의 판정이 가능하게 된다. 여기에서, 제 2 전류 리미트값(LT2)은 식(2)에 의해 손실 전류(ILs)를 가미한 값으로 되어 있으므로 컨트롤러(9)는 손실량에 의해 하중을 실제의 값보다도 과대하게 평가할 일은 없고 소요의 하중에 도달할 때까지 충분한 구동 전류(I)를 공급하는 것이 가능하게 된다.
헤드(52)가 부품(4a)에 접촉하고, 소요의 하중에 도달해 있다고 판정했을 경우[즉, 구동 전류(I)가 제 2 전류 리미트값(LT2)에 도달했을 경우]는 컨트롤러(9)는 스텝 S11에 있어서 이동(하강) 완료 플래그를 온으로 한다. 그 후, 컨트롤러(9)는 스텝 S12에 있어서 헤드(52)의 구동을 정지시키기 위해 Z축 구동 모터(53)를 제어하여 헤드(52)의 하강 제어를 종료한다. 또한 본 플로우챠트 종료후, 컨트롤러(9)는 흡착된 부품(4a)을 테이프 피더(4)로부터 픽업하기 위해 Z축 구동 모터(53)를 반전 구동함으로써 헤드(52)를 상승시킨다.
이에 대해, 스텝 S10에 있어서 헤드(52)가 부품(4a)에 접촉하고 있지 않다고 판정했을 경우는 컨트롤러(9)는 스텝 S15에 있어서 위치 판독부(96)에 의한 검출 위치에 의거해서 노즐(52a)의 선단이 이론상의 부품(4a)의 표면의 높이 위치에 도달해 있는지의 여부를 판정한다. 도달해 있다고 판정했을 경우는 스텝 S11로 진행한다. 도달해 있지 않다고 판정했을 경우는 컨트롤러(9)는 스텝 S16에 있어서 타임 아웃 시간이 경과하고 있는지의 여부를 판정한다. 타임 아웃 시간이 경과하고 있지 않다고 판정했을 경우는 컨트롤러(9)는 헤드(52)의 하강 PTP 이동을 계속시켜 스텝 S10으로 복귀한다. 타임 아웃 시간이 경과하고 있다고 판정했을 경우는 컨트롤러(9)는 스텝 S17에 있어서 에러가 발생한 것을 도시하지 않은 표시부에 표시하는 등, 소정의 에러 보고 처리를 실행해서 스텝 S12로 진행한다.
이어서, 상기와 같은 컨트롤러(9)에 의해 제어된 헤드(52)의 구동에 대해서 도 9의 타이밍챠트를 참조해서 설명한다.
우선, 도 8의 스텝 S1로부터 스텝 S4가 실행됨으로써 T0 시점에서 헤드(52)의 하강이 개시된다. 상기 시점에서는 스텝 S3이 실행됨으로써 Z축 구동 모터(53)의 전류의 상한값은 제 1 전류 리미트값(LT1)으로 설정되어 있다. 또한, 스텝 S4가 실행됨으로써 가속 구동용의 전류가 Z축 구동 모터(53)로 공급되고, 헤드(52)는 가속하면서 하강을 개시한다.
헤드(52)가 소정 속도에 도달해서 가속 구동이 종료되면(T1 시점) 스텝 S6이 실행됨으로써 헤드(52)의 구동이 정속 구동으로 스위칭됨과 아울러 상기 전류 지령값(Iin)의 상한값이 제 1 전류 리미트값(LT1)으로부터 제 2 전류 리미트값(LT2)으로 스위칭된다.
이로 인해, 상기 전류 지령값(Iin)의 상한값이 제 2 전류 리미트값(LT2)으로 스위칭된 후에 있어서는 Z축 구동 모터(53)의 코깅력, 중력, 용수철(56)력 및 마찰력 등의 외란의 영향을 받고 있을 경우에 있어서도 헤드(52)는 하강 위치에 따라 정밀하고 치밀하게 제어되고 결국은 상기 헤드(52) 하강에 수반하여 노즐(52a)이 부품(4a)에 접촉한다(Th 시점 직전의 타이밍). 상기 접촉에 의해 헤드(52)의 변위가 규제되어 Th 시점으로부터 Z축 구동 모터(53)의 구동 전류(I)의 값이 상승한다. 또한, 상기 상승은 스텝 S10의 판정에 있어서 컨트롤러(9)가 구동 전류(I)의 값과 제 2 전류 리미트값(LT2)을 비교함으로써 검출된다. 이 때, 구동 전류(I)의 값의 상승은 제 2 전류 리미트값(LT2)으로 제한된다.
그리고, 이론 PTP 시간이 경과하면(Th 시점) 스텝 S10에 있어서 그 시점의 구동 전류(I)의 값과 역치로서의 제 2 전류 리미트값(LT2)이 비교된다. 구동 전류(I)의 값이 역치에 도달해 있을 경우는 헤드(52)[Z축 구동 모터(53)]의 구동이 정지된 후, 상승 구동으로 스위칭된다. 또한, 제 1 실시형태에서는 노즐(52a)의 선단이 부품(4a)의 상면의 높이 위치보다도 약간 하방에 도달하는 높이 위치가 하강 목표 위치로서 설정되어 있기 때문에 헤드(52)는 실제로는 하강 목표 위치보다도 높은 위치에서 부품(4a)에 접촉해서 그 변위가 규제된다. 따라서, 통상은 이론 PTP 시간이 경부여하는 Th 시점보다도 전의 시점으로부터 구동 전류(I)의 상승이 개시되고, 이론 PTP 시간의 경과 시점 Th 시점에서는 구동 전류(I)의 값이 제 2 전류 리미트값(LT2)에 도달하고 있다.
이어서, 도 10을 참조하여 표면 실장 장치(100)의 컨트롤러(9)에 의한 손실 전류(ILs)의 측정 처리의 플로우에 대해서 설명한다.
유저에 의해 운전 개시의 조작이 행해지면 컨트롤러(9)는 스텝 S31에 있어서 표면 실장 장치(100)의 자동 운전을 개시한다. 또한, 이하의 설명에서는 상기 자동 운전이 개시되는 것에 앞서 기억부(92)에는 미리 실험 또는 전회의 계측에 의해 설정된 손실 전류(ILs)의 보존값이 소정의 시간(예를 들면 30분 간격)마다 기억되어 있는 것으로 한다. 또한, 상기 자동 운전에서의 하중 전류(ILd)는 0으로 설정된다. 컨트롤러(9)는 스텝 S32에 있어서 전류 측정 타이머를 리셋한다. 또한, 컨트롤러(9)는 스텝 S33에 있어서 프린트 기판(3)을 실장 위치로 반송한다. 또한, 컨트롤러(9)는 스텝 S34에 있어서 프린트 기판(3)에 부품(4a)을 실장한 후, 프린트 기판(3)을 실장 위치로부터 반출한다.
이어서, 컨트롤러(9)는 스텝 S35에 있어서 전류 측정 타이머가 소정 시간(예를 들면, 30분) 경과했는지의 여부를 판단한다. 소정 시간이 경과되지 않았다면 스텝 S33으로 복귀한다. 소정 시간이 경과되었다면 컨트롤러(9)는 스텝 S36에 있어서 구동 전류 검출부(94)가 검출한 구동 전류(I)의 값에 의거하여 손실 전류(ILs)를 연산한다. 즉, 컨트롤러(9)는 소정 시간(예를 들면, 30분)마다 손실 전류(ILs)를 연산한다. 이어서, 컨트롤러(9)는 기억부(92)에 기억되어 있는 손실 전류(ILs)의 보존값과 손실 전류(ILs)의 연산값을 비교한다. 환언하면, 컨트롤러(9)는 제 2 전류 리미트값(LT2)을 결정하기 위해 현재 사용되고 있는 손실 전류(ILs)의 값과 실측한 구동 전류(I)에 의거해서 연산한 손실 전류(ILs)의 값을 비교한다.
그리고, 컨트롤러(9)는 스텝 S38에 있어서 손실 전류(ILs)의 보존값과 연산값의 차가 소정의 차이 이상인지의 여부를 판단한다. 예를 들면, 컨트롤러(9)는 손실 전류(ILs)의 보존값에 대하여 연산값이 보존값의 10% 이상의 차가 있는지의 여부를 판단한다. 소정의 차이 이상의 차가 없으면 스텝 S32로 복귀한다. 소정의 차이 이상의 차가 있으면 컨트롤러(9)는 스텝 S39에 있어서 손실 전류(ILs)의 보존값과 연산값의 차가 소정의 차이 이상인 것을 도시하지 않은 표시부에 표시하여 유저에게 통지한다. 그리고, 컨트롤러(9)는 스텝 S40에 있어서 유저의 손실 전류(ILs)의 갱신 조작을 접수했는지의 여부를 판단한다. 갱신 조작을 접수하지 않았으면 스텝 S32로 복귀한다. 갱신 조작을 접수했으면 컨트롤러(9)는 스텝 S41에 있어서 손실 전류(ILs)의 보존값을 갱신하여 기억부(92)에 기억시킨다. 그 후, 스텝 S32로 복귀한다.
제 1 실시형태에서는 구동 전류(I)의 상한값이 운전 영역마다 변경된다. 특히, 하중 제어를 실행하는 운전 영역에서는 전류 지령값(Lin)의 상한값이 승강 위치(Z방향 위치)에 따라 변동하는 손실 전류(ILs)에 연동하는 제 2 전류 리미트값(LT2)으로 변경됨으로써 헤드(52)의 하중 제어를 행하도록 컨트롤러(9)를 구성하고 있다. 이에 따라, 헤드(52)의 승강 위치의 변동에 수반하여 Z축 구동 모터(53)의 코깅력, 중력, 용수철(56)력 및 마찰력 등의 외란의 영향을 상쇄하도록 Z축 구동 모터(53)의 구동력을 헤드(52)의 승강 위치에 따라 변동시킬 수 있으므로 종래라면 모터의 코깅이나 기어 편심에 유래해서 발생되는 외란의 영향에 의해 필요한 하중 전류(ILd)가 부족한 운전 영역이라도 손실 전류(ILs) 만큼을 가미한 충분한 구동 전류(I)를 공급하는 것이 가능하게 되고, 헤드(52)의 하중 제어를 고정밀하게 행할 수 있다. 특히, 헤드(52)에 저하중을 가하는 제어에 있어서는 도 11에 도시한 바와 같이 하중에 대하여 Z축 구동 모터(53)의 코깅력, 중력, 용수철(56)력 및 마찰력 등의 영향이 상대적으로 커지므로 헤드(52)의 하중 제어를 고정밀하게 행하는 것이 가능한 표면 실장 장치(100)는 유효하다.
또한, 제 1 실시형태에서는 컨트롤러(9)를 헤드(52)의 승강 위치(Z방향 위치)에 따른 Z축 구동 모터(53)의 구동력의 손실량에 따라 구동 전류(I)의 상한값[제 2 전류 리미트값(LT2)]을 가변 제어함으로써 헤드(52)의 하중 제어를 행하도록 구성함으로써 헤드(52)의 승강 위치에 의해 변동하는 Z축 구동 모터(53)의 코깅력 및 용수철(56)력 등에 기인하는 구동력의 손실량에 따라 손실량을 차감한 Z축 구동 모터(53)의 실제 구동력이 소정의 크기가 되도록 구동 전류(I)의 상한값[제 2 전류 리미트값(LT2)]을 가변 제어할 수 있으므로 헤드(52)의 하중 제어를 보다 고정밀하게 행할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는 컨트롤러(9)를 헤드(52)의 승강 위치(Z방향 위치)에 따르지 않고 헤드(52)의 하중이 소정의 크기가 되도록 헤드(52)의 승강 위치에 따른 Z축 구동 모터(53)의 구동력의 손실량에 따라 구동 전류(I)의 상한값[제 2 전류 리미트값(LT2)]을 가변 제어함으로써 헤드(52)의 하중 제어를 행하도록 구성함으로써 헤드(52)의 승강 위치에 관계없이 용이하게 헤드(52)의 하중이 소정의 크기가 되도록 제어할 수 있으므로 높이가 다른 복수의 종류의 부품(4a)에 대하여 부품(4a)에 걸리는 하중을 용이하게 소정의 크기로 할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는 컨트롤러(9)를 헤드(52)의 승강 위치(Z방향 위치)에 따른 Z축 구동 모터(53)의 구동력의 손실량을 미리 측정하여 손실량의 연산 결과에 의거해서 헤드(52)의 하중 제어를 행하도록 구성함으로써 미리 얻어진 연산 결과에 의거하여 피드백량을 보정하는 것도 가능하게 되므로 헤드(52)의 하중 제어를 보다 고정밀하게 행할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는 컨트롤러(9)를 기억부(92)에 기억된 손실 전류(ILs)의 연산 결과에 의거해서 상기 구동 전류의 상한값을 설정하도록 구성함으로써 헤드(52)가 승강할 때마다 측정을 행하지 않고 기억부(92)에 기억된 손실 전류(ILs)의 연산 결과에 의거해서 헤드(52)의 하중 제어를 고정밀하게 행할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는 컨트롤러(9)를 표면 실장 장치(100)가 운전중에 헤드(52)의 승강 위치(Z방향 위치)에 따른 Z축 구동 모터(53)의 구동력의 손실량을 연산하여 표면 실장 장치(100)의 운전중의 연산 결과와 기억부(92)에 기억되어 있는 연산 결과의 차가 소정의 양보다도 클 경우에 연산 결과에 의거한 통지를 유저에게 행하고 유저의 조작에 의거해서 연산 결과를 갱신하는 제어를 행하도록 구성함으로써 표면 실장 장치(100)의 운전중에 온도가 변화되는 등 해서 같은 위치라도 손실량이 변화될 경우에도 손실량의 변화에 맞춰 헤드(52)의 하중 제어를 고정밀하게 행할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는 컨트롤러(9)를 헤드(52)를 일정한 속도로 이동시키면서 헤드(52)의 승강 위치(Z방향 위치)에 따른 Z축 구동 모터(53)의 구동력의 손실량을 연산하도록 구성함으로써 헤드(52)가 일정한 속도로 이동하므로 헤드(52)의 가속도에 기인하는 힘을 고려하지 않아서 좋다. 이에 따라, 헤드(52)의 승강 위치에 따른 Z축 구동 모터(53)의 구동력의 손실량을 용이하게 측정할 수 있다. 또한, 헤드(52)를 일정한 속도로 이동시키는 것만으로 손실량을 연산할 수 있으므로 측정 전용의 지그를 사용할 필요로 없다. 또한, 표면 실장 장치(100)의 운전중에 용이하게 손실량의 측정을 행할 수 있다.
(제 2 실시형태)
이어서, 도 12 및 도 13을 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 표면 실장 장치(100)(도 1 참조)의 구성에 대해서 설명한다. 상기 제 2 실시형태에서는 헤드(52)의 하강 속도를 스위칭하지 않는 상기 제 1 실시형태와 다르므로, 헤드(52)의 하강 속도를 스위칭하는 구성에 대해서 설명한다. 또한, 제 2 실시형태에 의한 표면 실장 장치(100)의 기준 구성은 제 1 실시형태와 공통되고 있다. 따라서, 이하의 설명에서는 제 1 실시형태와의 상이점에 대해서만 상세하게 설명한다.
여기에서, 제 2 실시형태에서는 컨트롤러(9)는 헤드(52) 하강 중에 그 하강 속도를 스위칭하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 컨트롤러(9)는 도 12의 스텝 S6에 있어서 정방향의 전류의 상한값을 제 1 전류 리미트값(LT1)로부터 제 2 전류 리미트값(LT2)으로 스위칭한 후, 스텝 S19에 있어서 위치 판독부(96)에 의한 검출 위치에 의거해서 헤드(52)가 소정의 속도 스위칭 위치(도 13의 Tr 시점)에 도달했는지의 여부를 판단한다. 도달해 있지 않다고 판단했을 경우는 컨트롤러(9)는 스텝 S21에 있어서 헤드(52)의 하강 PTP 이동을 계속시켜 스텝 S19로 복귀한다. 헤드(52)가 속도 스위칭 위치에 도달하면 컨트롤러(9)는 스텝 S20에 있어서 헤드(52)의 하강 속도를 감속시키는 감속 구동으로 스위칭하여 스텝 S7로 진행한다.
또한, 제 2 실시형태의 그 외의 구성은 상기 제 1 실시형태와 동일하다.
상기와 같이, 제 2 실시형태의 구성에 있어서도 상기 제 1 실시형태 동일하게 컨트롤러(9)를 구동 전류(I)의 상한값[제 2 전류 리미트값(LT2)]을 헤드(52)의 승강 위치(Z 방향 위치)에 따라 가변 제어함으로써 헤드(52)의 하중 제어를 행하도록 구성함으로써 헤드(52)의 하중 제어를 고정밀하게 행할 수 있다.
또한, 제 2 실시형태에서는 상기와 같이 헤드(52)가 하강단 위치에 도달하기 전에 일단 하강 속도를 떨어뜨리므로 헤드(52)[노즐(52a)]가 부품(4a)에 접촉할 때에 큰 충격력이 부품(4a)에 작용하는 것을 제어할 수 있다. 이에 따라, 하중 제어의 대상이 되는 전자 부품이 지극히 소형인 것이라도 헤드(52)와 부품(4a)의 충돌에 의한 부품(4a)의 손상 등을 억제할 수 있다.
또한, 제 2 실시형태의 그 외의 효과는 상기 제 1 실시형태와 동일하다.
또한, 지금 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라는 것이 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태의 설명이 아니라 특허청구의 범위에 의해 나타내어지고, 또한 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 실시형태에서는 본 발명을 표면 실장 장치에 적용한 예를 나타냈지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 모터에 의해 구동되는 헤드의 하중 제어를 행하는 구성이라면 표면 실장 장치 이외에 본 발명을 적용해도 좋다. 예를 들면, 부품 공급 장치 또는 접착제나 땜납 등의 디스펜서 등에 본 발명을 적용해도 좋다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 실시형태에서는 제어부로서의 컨트롤러가 헤드의 승강 위치에 따른 모터로서의 Z축 구동 모터의 구동력의 손실량을 1회만 연산해서 그 연산 결과를 헤드의 하중 제어로 사용하는 예를 나타냈지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 제어부가 헤드의 승강 위치에 따른 모터의 구동력의 손실량을 복수회 연산해서 평균값을 취득하고, 손실량의 평균값을 사용하여 헤드의 하중 제어를 행해도 좋다. 이와 같이, 손실량의 연산을 복수회 행한 평균값을 취함으로써 보다 정확하게 손실량을 산출할 수 있으므로 헤드의 하중 제어를 보다 고정밀도로 행할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 실시형태에서는 헤드 하강 구동과 하중 제어와 상승 구동을 일련의 동작으로 행하는 예를 나타냈지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 헤드의 하중 제어를 하강 구동 및 상승 구동과는 독립해서 행하는 구성이라도 좋다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 실시형태에서는 기억부가 제어부로서의 컨트롤러에 포함되어 있는 구성의 예를 나타냈지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 기억부가 제어부와는 별개로 설치되어 있어도 좋다. 즉, 기억부는 컨트롤러(9)의 보조 기억 장치라도 좋다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 실시형태에서는 표면 실장 장치의 운전중의 모터로서의 Z축 구동 모터의 손실량의 연산 결과와 기억부에 기억되어 있는 연산 결과의 차가 소정의 차이(양)보다도 클 경우에 연산 결과에 의거한 통지를 유저에게 행하여 유저의 조작에 의거해서 연산 결과를 갱신하는 제어를 행하는 구성의 예에 대해서 나타냈지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 표면 실장 장치의 운전중의 연산 결과와 기억부에 기억되어 있는 연산 결과의 차가 소정의 양보다도 클 경우에 연산 결과를 갱신하는 제어 또는 연산 결과에 의거한 통지를 유저에게 행하는 제어 중 적어도 한쪽을 행하도록 구성되어 있으면 된다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 실시형태에서는 설명의 편의상 컨트롤러(제어부)의 처리 동작을 처리 플로우에 따라 순번대로 처리를 행하는 플로우 구동형의 플로우챠트를 사용해서 설명했지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 제어부의 처리 동작을 이벤트 단위로 처리를 실행하는 이벤트 구동형[이벤트 드리븐 (event driven)형]의 처리에 의해 행해져도 좋다. 상기 경우, 완전한 이벤트 구동형으로 행해도 좋고, 이벤트 구동 및 플로우 구동을 조합시켜 행해도 좋다.

Claims (9)

  1. 부품 실장용 헤드와,
    상기 헤드를 승강 구동시키는 모터와,
    상기 모터로 공급되는 구동 전류를 제어함으로써 상기 헤드가 부품에 부여하는 하중을 제어하는 제어부를 구비하고:
    상기 제어부는 부품에 대한 상기 헤드의 하중을 제어하기 위한 상기 구동 전류의 상한값을 상기 헤드의 승강 위치에 따라 가변 제어함으로써 상기 헤드의 하중 제어를 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 실장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 헤드의 승강 위치에 따른 상기 모터의 구동력의 손실량에 따라 상기 구동 전류의 상한값을 가변 제어함으로써 상기 헤드의 하중 제어를 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 실장 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 헤드의 승강 위치에 관계없이 상기 하중이 일정하게 되도록 상기 헤드의 승강 위치에 따른 상기 모터의 구동력의 손실량에 따라 상기 구동 전류의 상한값을 가변 제어함으로써 상기 헤드의 하중 제어를 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 실장 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 헤드의 승강 위치에 따른 상기 모터의 구동력의 손실량을 미리 연산하여 상기 손실량의 연산 결과에 의거해서 상기 구동 전류의 상한값을 설정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 실장 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연산 결과를 기억하는 기억부를 더 구비하고,
    상기 제어부는 상기 기억부에 기억된 상기 연산 결과에 의거해서 상기 구동 전류의 상한값을 설정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 실장 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 표면 실장 장치가 운전중에 상기 헤드의 승강 위치에 따른 상기 모터의 구동력의 손실량을 연산하여 상기 표면 실장 장치의 운전중의 상기 연산 결과와 상기 기억부에 기억되어 있는 상기 연산 결과의 차가 소정의 양보다도 클 경우에 상기 연산 결과를 갱신하는 제어 또는 상기 연산 결과에 의거한 통지를 유저에게 행하는 제어 중 적어도 한쪽을 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 실장 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 헤드를 일정한 속도로 이동시키면서 상기 헤드의 승강 위치에 따른 상기 모터의 구동력의 손실량을 연산하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 실장 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 헤드의 승강 위치에 따른 상기 모터의 구동력의 손실량을 복수회 측정해서 평균값을 취득함과 아울러 상기 손실량의 평균값에 의거해서 상기 구동 전류의 상한값을 설정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 실장 장치.
  9. 헤드와,
    상기 헤드를 승강 구동시키는 모터와,
    상기 모터로 공급되는 구동 전류를 제어함으로써 상기 헤드가 부품에 부여하는 하중을 제어하는 제어부를 구비한 장치에 사용되는 헤드 구동 제어 방법으로,
    부품의 흡착시의 상기 헤드의 높이위치인 상기 헤드의 하강 목표 위치를 설정하는 스텝과,
    상기 헤드가 하강 목표 위치에 도달할 때까지의 소요시간을 이론 PTP 시간으로서 연산하는 스텝과,
    상기 모터를 구동해서 상기 헤드의 하강을 개시하는 스텝과,
    상기 이론 PTP 시간이 완료되었는지의 여부를 판정하는 스텝과,
    상기 모터의 구동을 개시하고 나서 상기 이론 PTP 시간이 완료되지 않았다고 판단한 경우에, 헤드의 하중을 제어하기 위해 모터로 공급되는 전류의 상한값을 상기 헤드의 승강 위치에 따라 가변 제어함으로써 상기 헤드의 하중 제어를 행하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 헤드 구동 제어 방법.
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