KR102000315B1 - 리니어 모터 장치, 리니어 모터 장치의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

리니어 모터 장치는, 리니어 모터와, 이 리니어 모터의 가동자를 이동시켜 가압 대상물에 하중을 가하는 제어부를 구비한다. 제어부는, 위치 제어에 기초하여, 미리 정해진 제1 속도로 가동자를 가압 대상물을 향해 이동시킨 후에, 가동자가 가압 대상물에 압력을 가하기 시작하였을 때에, 제1 속도보다 느리게, 또한, 가압 대상물에 가하는 압력이 소정의 압력 이하로 되는 제2 속도로 감속하여 가동자를 이동시키는 제어를 하고, 리니어 모터에 흐르는 전류가 미리 정해진 전류 제한값 이상으로 될 때까지 가동자를 이동시킨다.

Description

리니어 모터 장치, 리니어 모터 장치의 제어 방법 {LINEAR MOTOR DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING LINEAR MOTOR DEVICE}
본 발명은 리니어 모터 장치, 리니어 모터 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 2011년 12월 7일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-267938호 및 2012년 11월 9일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-247400호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
전자 부품 등의 워크를 기판에 실장할 때에 워크를 기판에 가압하는 공작 장치가 사용되고 있다. 이와 같은 공작 장치에서는, 워크를 가압하는 수단으로서, 리니어 모터 등이 사용되고 있다(특허문헌 1).
이와 같은 공작 장치에서는, 워크를 기판에 확실하게 설치하기 위해, 일정 이상의 하중(압력)으로 워크를 가압할 필요가 있다. 이때, 워크나 기판의 파손을 방지하기 위해, 하중을 가능한 한 작게 하는 것이 요구된다. 공작 장치에서는, 워크에 대한 하중을 고정밀도로 제어하는 것이 요구된다.
일본 특허 공개 제2009-194015호 공보
특허문헌 1에 기재되어 있는 기술은, 워크에 대한 하중을 측정하는 하중 검출기를 사용하고, 하중 검출기로부터 얻어지는 정보에 기초하여 리니어 모터에 대한 제어를 행하고 있다. 그로 인해, 하중 검출기의 설치 위치가 어긋나 있는 경우나, 하중 검출기의 검출 정밀도에 큰 오차가 있는 경우에는, 워크에 대한 하중을 제어하는 정밀도가 저하되어 버린다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 워크 등의 가압 대상물에 대한 하중을 측정하는 센서를 사용하지 않고, 가압 대상물에 대한 가압 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있는 리니어 모터 장치 및 리니어 모터 장치의 제어 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 리니어 모터 장치의 실시 형태는, 리니어 모터와, 이 리니어 모터의 가동자를 이동시켜 가압 대상물에 하중을 가하는 제어부를 구비하는 리니어 모터 장치이며, 위치 제어에 기초하여, 미리 정해진 제1 속도로 상기 가동자를 상기 가압 대상물을 향해 이동시킨 후에, 상기 가동자가 상기 가압 대상물에 압력을 가하기 시작하였을 때에, 상기 제1 속도보다 느리게, 또한, 상기 가압 대상물에 가하는 압력이 소정의 압력 이하로 되는 제2 속도로 감속하여 상기 가동자를 이동시키는 제어를 하고, 상기 리니어 모터에 흐르는 전류가 미리 정해진 전류 제한값 이상으로 될 때까지 상기 제2 속도로 상기 가동자를 이동시킨다.
본 발명의 리니어 모터 장치의 제어 방법의 실시 형태는, 리니어 모터와, 이 리니어 모터의 가동자를 이동시켜 가압 대상물에 하중을 가하는 제어부를 구비하는 리니어 모터 장치에 있어서의 제어 방법이며, 위치 제어에 기초하여, 미리 정해진 제1 속도로 상기 가동자를 상기 가압 대상물을 향해 이동시킨 후에, 상기 가동자가 상기 가압 대상물에 압력을 가하기 시작하였을 때에, 상기 제1 속도보다 느리게, 또한, 상기 가압 대상물에 가하는 압력이 소정의 압력 이하로 되는 제2 속도로 감속하여 상기 가동자를 이동시키는 제어를 하고, 상기 리니어 모터에 흐르는 전류가 미리 정해진 전류 제한값 이상으로 될 때까지 상기 제2 속도로 상기 가동자를 이동시키는 스텝을 갖는다.
본 발명에 의하면, 리니어 모터 장치는, 가동자가 가압 대상물(워크)에 접촉하기 전에 제1 속도보다 느린 제2 속도로 감속시킴으로써, 가압 대상물에 불필요한 충격을 부여하지 않고 가동자를 가압 대상물에 가압할 수 있다. 따라서, 가압 대상물에 대한 가압 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 공작 장치(1)의 구성을 도시하는 개략 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 리니어 모터(10)의 사시도(일부 단면도)이다.
도 3은 본 실시 형태에 있어서의 코일 홀더(105)에 보유 지지된 코일 유닛을 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 실시 형태에 있어서의 리니어 모터(10)의 마그네트(103)와 코일(104)의 위치 관계를 도시하는 도면이다.
도 5는 자기 센서의 원리를 도시하는 사시도이다.
도 6은 AMR 센서에 있어서의 자계의 방향과, 저항값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 자계 강도가 포화 감도 이상인 경우에 있어서도, 자계의 방향을 검출하는 자기 센서(112)의 강자성 박막 금속의 형상예를 도시하는 도면이다.
도 8은 자기 센서의 등가 회로(하프 브리지)를 도시하는 도면이다.
도 9는 자계의 방향을 검출하는 자기 센서의 강자성 박막 금속의 형상예를 도시하는 도면이다.
도 10은 자기 센서(112)와, 로드(101)의 위치 관계를 도시하는 도면이다.
도 11은 자기 센서(112)가 출력하는 신호예를 나타내는 도면이다.
도 12a는 2세트의 풀브리지 구성을 이용한 자기 센서를 도시하는 도면이다.
도 12b는 2세트의 풀브리지 구성을 이용한 자기 센서를 도시하는 도면이다.
도 13은 자기 센서(112)가 출력하는 신호를 나타내는 그래프이다.
도 14는 로드(101)와 자기 센서(112)의 위치 관계 및 자기 센서(112)가 출력하는 신호를 나타내는 개념도이다.
도 15는 자기 센서(112)의 출력 VoutA와 VoutB에 의해 그려지는 리사주 도형을 도시하는 도면이다.
도 16은 엔드 케이스(109)에 설치되는 자기 센서(112)를 도시하는 도면이다.
도 17은 엔드 케이스(109)에 설치된 베어링인 부시(108)를 도시하는 도면이다.
도 18은 본 실시 형태에 있어서의 제어부(20)의 구성을 도시하는 개략 블록도이다.
도 19는 본 실시 형태에 있어서의 공작 장치(1)가 워크(33)를 처음에 가압할 때의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 20은 본 동 실시 형태에 있어서의 공작 장치(1)가 갱신한 FL 모드 개시 위치를 이용하여 워크(33)를 기판(31)에 가압하는 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 21은 도 20의 스텝 S202부터 스텝 S209까지의 동작에 있어서의 속도, 전류 및 동작 완료 신호의 변화를 나타내는 파형도이다.
도 22는 도 20의 스텝 S212부터 스텝 S217까지의 동작에 있어서의 속도, 전류 및 동작 완료 신호의 변화를 나타내는 파형도이다.
도 23은 전기각의 위상 이동과 리니어 모터(10)가 발생시키는 추력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 24는 본 실시 형태에 있어서의 공작 장치(1)가 워크(33)를 기판(31)에 가압하는 동작의 변형예를 나타내는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 리니어 모터 장치 및 제어 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 공작 장치(1)의 구성을 도시하는 개략 블록도이다.
모터 장치인 공작 장치(1)는 로드 타입의 리니어 모터(10)와, 리니어 모터(10)에 설치된 가압체(11)와, 리니어 모터(10)를 제어하는 제어부(20)를 구비하고 있다. 리니어 모터(10)의 로드(101)의 선단에는, 가압체(11)가 설치된다.
공작 장치(1)는 가압체(11)를 연직 방향으로 이동시키고, 가압체(11)를 전자 부품 등의 워크(33)(가압 대상물)에 접촉시킨다. 그리고, 가압체(11)를 사용하여, 워크(33)를 기판(31)을 향해 가압한다. 이에 의해, 공작 장치(1)는 워크(33)를 기판(31)의 소정의 개소에 접착제(32)를 개재하여 설치한다.
이하, 리니어 모터(10)와 제어부(20)의 구성에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 리니어 모터(10)의 사시도(일부 단면도)이다.
리니어 모터(10)는 코일 수용 케이스(102)에 대해 로드(101)를 축선 방향으로 이동할 수 있다. 코일 수용 케이스(102) 내에는, 코일 홀더(105)에 보유 지지된 복수의 코일(104)이 적층(배열)되어 있다. 코일 수용 케이스(102)의 양단부면 각각에는, 엔드 케이스(109)가 설치되어 있다. 엔드 케이스(109)에는, 로드(101)의 직선 운동을 안내하기 위한 베어링인 부시(108)가 설치되어 있다.
로드(101)는, 예를 들어 스테인리스 등의 비자성재를 포함하고, 파이프와 같이 중공의 공간을 갖는다. 로드(101)의 중공 공간에는, 원기둥 형상의 복수의 마그네트(103)(세그먼트 자석)가 서로 동극을 대향시켜, 로드(101)의 길이 방향을 따라 적층되어 있다. 각 마그네트(103)는 인접하는 한 쪽의 마그네트(103)와 N극끼리를 대향시키고, 인접하는 다른 쪽의 마그네트(103)와 S극끼리를 대향시킨다. 마그네트(103)의 사이에는, 예를 들어 철 등의 자성체를 포함하는 폴 슈(107)(자극 블록)가 개재되어 있다. 로드(101)는 적층된 코일(104) 내를 관통함과 함께, 코일 수용 케이스(102)에 의해 축선 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다.
도 3은 본 실시 형태에 있어서의 코일 홀더(105)에 보유 지지된 코일 유닛을 도시하는 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 코일(104)은 동선을 나선 형상으로 권취한 것으로, 코일 홀더(105)에 보유 지지되어 있다. 복수의 코일(104)은 로드(101)의 마그네트(103)가 배열되어 있는 방향을 중심으로 하여, 로드(101)의 외주를 따라 동선이 권취된 것이다. 각 코일(104)이 마그네트(103)가 배열되어 있는 방향과 동일한 방향으로 배열되어 있다.
인접하는 코일(104)을 절연시킬 필요가 있기 때문에, 코일(104)끼리의 사이에는 링 형상의 수지제 스페이서(105a)가 개재된다. 코일 홀더(105) 상에는 프린트 기판(106)이 설치된다. 코일(104)의 권선의 단부(104a)는 프린트 기판(106)에 결선된다.
본 실시 형태에서는, 인서트 성형에 의해, 코일 수용 케이스(102)를 코일(104)과 일체로 성형한다. 구체적으로는, 코일(104) 및 코일 홀더(105)를 금형에 세트하고, 용융된 수지 또는 특수 세라믹스를 금형 내에 주입하여 코일 수용 케이스(102)를 성형한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 코일 수용 케이스(102)에는, 코일(104)의 방열성을 높이기 위해 핀(102a)이 복수 형성된다.
코일 홀더(105)에 보유 지지된 코일(104)을 알루미늄제의 코일 수용 케이스(102)에 수납하고, 코일(104)과 코일 수용 케이스(102) 사이의 간극을 접착제로 메워, 코일(104) 및 코일 홀더(105)를 코일 수용 케이스(102)에 고정해도 된다.
도 4는 본 실시 형태에 있어서의 리니어 모터(10)의 마그네트(103)와 코일(104)의 위치 관계를 도시하는 도면이다.
로드(101) 내의 중공 공간에는, 원기둥 형상의 복수의 마그네트(103)(세그먼트 자석)가 서로 동극이 대향하도록 배열된다. 코일(104)은 3개로, U·V·W상을 포함하는 1세트의 3상 코일로 된다. 1세트의 3상 코일을 복수 조합하여, 코일 유닛이 구성된다. U·V·W상의 3상으로 나눈 복수의 코일(104)에 120°씩 위상이 상이한 3상 전류를 흘리면, 코일(104)의 축선 방향으로 이동하는 이동 자계가 발생한다.
로드(101)는 구동용 자석으로서의 각 마그네트(103)가 발생시키고 있는 자계와, 이동 자계의 작용에 의해 추력을 얻어, 이동 자계의 속도에 동기하여 코일(104)에 대해 상대적으로 직선 운동을 행한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 자기 센서 수용 케이스인 엔드 케이스(109)의 한쪽에는, 로드(101)의 위치를 검출하기 위한 자기 센서(112)가 설치된다. 자기 센서(112)는 로드(101)로부터 소정의 간극을 두고 배치된다. 자기 센서(112)는 로드(101)의 직선 운동에 기인하는, 로드(101) 내의 각 마그네트(103)가 발생하는 자계의 방향(자기 벡터의 방향)의 변화를 검출한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 자기 센서(112)는 Si 또는 글래스 기판(121)과, 그 위에 형성된 Ni, Fe 등의 강자성 금속을 주성분으로 하는 합금(강자성 박막 금속)으로 형성되는 자기 저항 소자(122)를 갖는다.
자기 센서(112)는 특정한 자계 방향에서 저항값이 변화되기 때문에 AMR(Anisotropic-Magnetro-Resistance) 센서(이방성 자기 저항 소자)라고 불린다(참고 문헌:「수직 타입 MR 센서 기술 자료」, [online], 2005년 10월 1일, 하마마쓰 광전 주식회사, 「2011년 11월 7일 검색」, 인터넷 <URL; http://www.hkd.co.jp/technique/img/amr-note1.pdf>).
도 6은 AMR 센서에 있어서의 자계의 방향과, 저항값의 관계를 나타내는 그래프이다.
자기 저항 소자(122)에 전류를 흘리고, 저항 변화량이 포화되는 자계 강도를 인가하고, 그 자계(H)의 방향을 전류 방향 Y에 대해 각도 변화 θ를 부여하였다고 하자. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 저항 변화량(△R)은 전류 방향과 자계의 방향이 수직(θ＝90°, 270°)일 때에 최대로 되고, 전류 방향과 자계의 방향이 평행(θ＝0°, 180°)일 때에 최소로 된다. 저항값 R은, 전류 방향과 자계 방향의 각도 성분에 따라, 하기하는 수학식 1과 같이 변화된다.
자계 강도가 포화 감도 이상이면, △R은 상수로 되고, 저항값 R은 자계의 강도에는 영향받지 않게 된다.
[수학식 1]
Figure 112014056412175-pct00001
R0:무자계 중에 있어서의 강자성 박막 금속의 저항값
△R:저항 변화량
θ:자계 방향을 나타내는 각도
도 7은 자계 강도가 포화 감도 이상인 경우에 있어서도, 자계의 방향을 검출하는 자기 센서(112)의 강자성 박막 금속의 형상예를 도시하는 도면이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 세로 방향으로 형성된 강자성 박막 금속 엘리먼트(R1)와, 가로 방향의 엘리먼트(R2)가 직렬로 결선한 형상으로 된다.
엘리먼트(R1)에 대해 가장 큰 저항 변화를 촉진하는 수직 방향의 자계는, 엘리먼트(R2)에 대해 최소의 저항 변화로 된다. 저항값 R1과 R2는 다음 수학식 2, 3으로 부여된다.
[수학식 2]
Figure 112014056412175-pct00002
[수학식 3]
Figure 112014056412175-pct00003
도 8은 자기 센서의 등가 회로(하프 브리지)를 도시하는 도면이다. 이 등가 회로의 출력 Vout는 다음 수학식 4로 부여된다.
[수학식 4]
Figure 112014056412175-pct00004
수학식 4에 수학식 2, 3을 대입하고, 정리하면, 다음 수학식 5-1, 5-2가 얻어진다.
[수학식 5-1]
Figure 112014056412175-pct00005
[수학식 5-2]
Figure 112014056412175-pct00006
도 9는 자계의 방향을 검출하는 자기 센서의 강자성 박막 금속의 형상예를 도시하는 도면이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 강자성 박막 금속의 형상을 형성하면, 2개의 출력 Vout＋와 Vout-를 사용하여 중점 전위의 안정성의 향상과 증폭을 행하는 것이 가능해진다.
로드(101)가 직선 운동할 때의 자계 방향의 변화와 자기 센서(112)의 출력에 대해 설명한다.
도 10은, 자기 센서(112)와, 로드(101)의 위치 관계를 도시하는 도면이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 자기 센서(112)를 포화 감도 이상의 자계 강도가 인가되는 갭 l의 위치에, 또한, 자계의 방향 변화가 센서면에 기여하도록 배치한다.
이때, 자기 센서(112)가 로드(101)를 따라 위치 A∼E의 거리 λ를 상대적으로 이동한 경우, 자기 센서(112)의 출력은, 다음과 같이 된다.
도 11은, 자기 센서(112)가 출력하는 신호예를 나타내는 도면이다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 로드(101)가 거리 λ를 직선 이동하였을 때, 센서면에서는 자계의 방향이 1회전한다. 이때에 전압의 신호는, 1주기의 정현파 신호가 된다. 보다 정확하게 말하면, 수학식 5-1에 의해 나타내어지는 전압 Vout는, 2주기분의 정현파 신호로 된다.
그러나, 자기 센서(112)의 엘리먼트 연신 방향에 대해 45°로 바이어스 자계를 가하면, 주기가 반감하고, 로드(101)가 λ를 직선 이동하였을 때에 1주기의 출력 파형이 얻어진다.
도 12b에 도시된 바와 같이, 운동의 방향을 알기 위해서는, 2세트의 풀브리지 구성의 엘리먼트를, 서로 45°기울도록 하나의 기판 상에 형성하면 된다.
도 13에 나타내어지는 바와 같이, 2세트의 풀브리지 회로에 의해 얻어진 출력 VoutA와 VoutB는, 서로 90°의 위상차를 갖는 코사인파 신호 및 정현파 신호로 된다.
도 12a에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 자기 센서(112)는 2세트의 풀브리지 구성의 엘리먼트를 서로 45°기울도록 하나의 기판 상에 형성된다. 그리고, 이 자기 센서(112)가 로드(101)의 자계 방향의 변화를 검출한다. 이로 인해, 도 14에 도시된 바와 같이, 가령 자기 센서(112)의 설치 위치가 (1)에서 (2)로 어긋났다고 해도, 자기 센서(112)가 출력하는 정현파 신호 및 코사인파 신호(출력 VoutA 및 VoutB)에는 변화가 적다.
도 15는, 자기 센서(112)의 출력 VoutA와 VoutB에 의해 그려지는 리사주 도형을 도시하는 도면이다.
자기 센서(112)의 출력의 변화가 적으므로, 도 15에 도시되는 원의 크기가 변화되기 어려워진다. 이로 인해, 자기 벡터(24)의 방향 θ를 정확하게 검출할 수 있다. 로드(101)와 자기 센서(112) 사이의 갭 l을 고정밀도로 관리하지 않아도, 로드(101)의 정확한 위치를 검출할 수 있으므로, 자기 센서(112)의 설치 조정이 용이해진다. 그뿐 아니라, 부시(108)에 의해 안내되는 로드(101)에 덜걱거림을 갖게 하는 것도 가능해지고, 로드(101)의 다소의 구부러짐을 허용하는 것도 가능해진다.
도 16은, 엔드 케이스(109)에 설치되는 자기 센서(112)를 도시하는 도면이다.
엔드 케이스(109)에는, 자기 센서(112)를 수용하기 위한 공간을 포함하는 자기 센서 수용부(126)가 설치되어 있다. 자기 센서 수용부(126) 내에 자기 센서(112)를 배치한 후, 자기 센서(112)의 주위를 충전재(127)로 메운다. 이에 의해, 자기 센서(112)가 엔드 케이스(109)에 고정된다.
자기 센서(112)는 온도 특성을 갖고, 온도의 변화에 의해 출력이 변화된다. 코일(104)로부터 받는 열의 영향을 저감시키기 위해, 엔드 케이스(109) 및 충전재(127)에는, 코일 수용 케이스(102)보다도 열전도율이 낮은 재료가 사용된다. 예를 들어, 코일 수용 케이스(102)에는 에폭시계의 수지가 사용되고, 엔드 케이스(109) 및 충전재(127)에는, 폴리페닐렌술피드(PPS)가 사용된다.
도 17은, 엔드 케이스(109)에 설치된 베어링인 부시(108)를 도시하는 도면이다.
엔드 케이스(109)에 베어링 기능을 갖게 함으로써, 로드(101)와 자기 센서(112) 사이의 갭이 변동하는 것을 방지할 수 있다.
도 18은, 본 실시 형태에 있어서의 제어부(20)의 구성을 도시하는 개략 블록도이다.
제어부(20)는 위치 제어부(201), 스위치부(202), 속도 제어부(203), 스위치부(204), 전류 제어부(205), 전력 변환기(206), 변류기(Current Transformer; CT)(207), 속도 산출부(208), 위치 산출부(209), 속도 전환 위치 결정부(210), 위치 판정부(211), 완료 신호 생성부(212), 전기각 보정부(213)를 구비하고 있다.
이하, 로드(101)를 가장 상승시켰을 때의 가압체(11)의 위치를, 가압체(11)의 위치의 기준으로 되는 원점으로 한 경우에 대해 설명한다.
위치 제어부(201)는 외부로부터 입력되는 위치 지령과, 위치 산출부(209)가 산출하는 로드(101)의 위치를 나타내는 정보에 기초하여, 속도 지령을 산출한다. 또한, 위치 제어부(201)는 제1 속도∼제4 속도(FL1SPD∼FL4SPD)를 미리 기억하고 있고, 제1 속도∼제4 속도에 기초한 4개의 속도 지령(제1 속도 지령∼제4 속도 지령)을 출력한다.
제1 속도 지령은 로드(101)가 미리 정해진 원점으로부터, 로드(101)의 선단에 설치되어 있는 가압체(11)가 워크(33)의 근방[FL(Force Limit) 모드 개시 위치]까지 이동할 때의, 로드(101)가 이동하는 속도를 나타내는 지령이다. 제1 속도 지령에 있어서, 로드(101)를 이동시키는 속도의 상한값은, 제1 속도(FL1SPD)로서 미리 정해져 있다. 예를 들어, 리니어 모터(10)가 로드(101)를 이동시킬 때의 최고 속도를 제1 속도(FL1SPD)로 한다.
제2 속도 지령은 가압체(11)가 워크(33)의 근방으로부터, 워크(33)에 접촉할 때까지 이동할 때의, 로드(101)가 이동하는 속도를 나타내는 지령이다. 제2 속도 지령에 있어서, 로드(101)를 이동시키는 속도는, 제2 속도(FL2SPD)로서 미리 정해져 있다. 제2 속도(FL2SPD)는 제1 속도(FL1SPD)보다 느린 속도이며, 가압체(11)가 워크(33)에 접촉할 때에 일정 이하의 압력(하중)이 워크(33)에 대해 가해지는 속도로 설정된다.
제3 속도 지령은 가압체(11)를 워크(33)에 가압 접촉하여 워크(33)를 기판(31)에 실장시킨 후에, 로드(101) 및 가압체(11)를 워크(33)로부터 멀어지는 방향으로 이동시킬 때의 속도를 나타내는 지령이다. 제3 속도 지령에 있어서, 로드(101)를 이동시키는 속도는, 제3 속도(FL3PSD)로서 미리 정해져 있다. 제3 속도 지령은 로드(101) 및 가압체(11)를 원점을 향하여 이동시킬 때에 사용하는 지령이다.
제4 속도 지령은 가압체(11)를 워크(33)에 가압 접촉하여 워크(33)를 기판(31)에 실장시킨 후에, 로드(101)를 원점을 향하여 이동시킬 때의 속도를 나타내는 지령이다. 제4 속도 지령에 있어서, 로드(101)를 이동시키는 속도의 상한값은, 제4 속도(FL4SPD)로서 미리 정해져 있다. 또한, 제4 속도(FL4SPD)는 제3 속도(FL3SPD)보다 빠른 속도로 설정된다. 예를 들어, 제1 속도(FL1SPD)와 마찬가지로, 제4 속도(FL4SPD)를 리니어 모터(10)가 로드(101)를 이동시킬 때의 최고 속도로 한다.
스위치부(202)는 위치 판정부(211)의 제어에 기초하여, 위치 제어부(201)가 출력하는 4개의 속도 지령 중 어느 하나를 선택한다.
속도 제어부(203)에는, 스위치부(202)가 선택한 속도 지령과, 속도 산출부(208)가 산출하는 로드(101)의 속도를 나타내는 속도 정보가 입력된다. 속도 제어부(203)는 속도 지령이 나타내는 속도와, 속도 정보가 나타내는 속도의 편차에 기초하여, 로드(101)가 이동하는 속도를 속도 지령이 나타내는 속도로 하기 위한 전류값을 산출한다.
또한, 속도 제어부(203)는 산출한 전류값을 비제한 전류 지령으로서 출력함과 함께, 미리 정해진 전류 제한값(FL2I)을 상한값으로 한 전류 지령인 제한 전류 지령을 출력한다.
산출된 전류값이 전류 제한값(FL2I) 이하인 경우, 비제한 전류 지령과 제한 전류 지령은, 동일한 전류값을 나타낸다. 한편, 산출된 전류값이 전류 제한값(FL2I)보다 큰 경우, 비제한 전류 지령은 산출된 전류값을 나타내고, 제한 전류 지령은 전류 제한값(FL2I)을 나타낸다. 전류 제한값(FL2I)은 리니어 모터(10)의 추력과, 워크(33)를 기판(31)에 실장할 때에 워크(33)를 가압하는 힘에 기초하여 미리 정해진다.
스위치부(204)는 위치 판정부(211)의 제어에 기초하여, 속도 제어부(203)가 출력하는 제한 전류 지령 및 비제한 전류 지령 중 어느 하나를 선택한다.
전류 제어부(205)는 스위치부(204)가 선택한 전류 지령과, 변류기(207)가 측정한 리니어 모터(10)에 흐르고 있는 전류값에 기초하여, 선택한 전류 지령과 측정한 전류값의 편차를 작게 하는 전압 지령을 산출한다.
전력 변환기(206)는 전기각 보정부(213)로부터 입력되는 전기각과, 전류 제어부(205)가 산출한 전압 지령에 기초하여, 리니어 모터(10)의 U, V, W상의 각 코일(104)에 전압을 인가한다.
변류기(207)는 전력 변환기(206)와 리니어 모터(10)를 접속하고 있는 전력선에 설치되어 있다. 또한, 변류기(207)는 이 전력선에 흐르고 있는 전류값을 측정한다. 또한, 변류기(207)는 전류 제어부(205)와, 속도 전환 위치 결정부(210)와, 완료 신호 생성부(212)에 측정한 전류값을 나타내는 신호를 출력한다.
속도 산출부(208)는 자기 센서(112)로부터 출력되는 정현파 신호 및 코사인파 신호(출력 VoutA 및 VoutB)의 변화량에 기초하여, 로드(101)의 이동 속도를 산출한다.
위치 산출부(209)는 자기 센서(112)로부터 출력되는 정현파 신호 및 코사인파 신호(출력 VoutA 및 VoutB)의 변화량에 기초하여, 로드(101)의 원점으로부터의 이동량을 산출한다. 위치 산출부(209)는 위치 제어부(201), 속도 전환 위치 결정부(210) 및 위치 판정부(211)에, 로드(101)의 위치를 나타내는 위치 정보를 출력한다.
속도 전환 위치 결정부(210)는 FL 모드 개시 위치를 나타내는 신호를 위치 판정부(211)에 출력한다. FL 모드 개시 위치는, 로드(101) 및 가압체(11)가 워크(33) 및 기판(31)을 향하여 이동하고 있을 때에, 속도 지령을 제1 속도 지령으로부터 제2 속도 지령으로 전환하는 위치이다.
또한, 속도 전환 위치 결정부(210)는 속도 전환 위치(FL3POS)를 나타내는 신호를 위치 판정부(211)에 출력한다. 속도 전환 위치는, 워크(33)를 기판(31)에 가압한 후에 로드(101)를 원점을 향하여 이동시키고 있을 때에, 속도 지령을 제3 속도 지령으로부터 제4 속도 지령으로 전환하는 위치이다.
또한, 속도 전환 위치 결정부(210)는 워크(33)를 가압하는 처리를 처음에 행할 때, 미리 기억하고 있는 초기 전환 위치(FL2POSSUB)를 FL 모드 개시 위치로서 위치 판정부(211)에 출력한다. 속도 전환 위치 결정부(210)는 워크(33)를 처음에 가압하였을 때에 있어서의, 로드(101)가 이동하는 속도 및 위치와, 리니어 모터(10)에 흐르는 전류에 기초하여, 워크(33)를 가압하여 워크(33)를 기판(31)에 설치하는 공정에 필요로 하는 시간을 단축하도록 FL 모드 개시 위치를 갱신한다.
이후, 속도 전환 위치 결정부(210)는 갱신한 FL 모드 개시 위치를 위치 판정부(211)에 출력한다. 초기 전환 위치는, 워크(33)의 높이에 따라 미리 정해진 위치이며, 가압체(11)를 워크(33)에 접촉시켰을 때에 불필요한 충격을 워크(33)에 부여하지 않도록, 가압체(11)[리니어 모터(10)의 로드(101)]의 감속을 개시하는 위치이다. 속도 전환 위치(FL3POS)는, 예를 들어 초기 전환 위치(FL2POSSUB)와 동일 위치가 미리 설정되어 있다.
이동 제어부로서의 위치 판정부(211)는 외부로부터 입력되는 위치 지령 및 동작 개시 신호와, 위치 산출부(209)가 출력하는 위치 정보에 기초하여, 위치 제어부(201)가 출력하는 4개의 속도 지령으로부터 어느 하나를 스위치부(202)에 선택시키는 제어를 한다. 또한, 위치 판정부(211)는 위치 지령 및 동작 개시 신호와, 위치 정보에 기초하여, 속도 제어부(203)가 출력하는 2개의 전류 지령 중 어느 하나를 스위치부(204)에 선택시키는 제어를 한다.
완료 신호 생성부(212)는 가압체(11)가 워크(33)를 가압하고 있을 때에, 변류기(207)가 측정한 전류값이 미리 정해진 전류 제한값(FL2I)에 도달하면, 동작 완료 신호(UO2)를 외부에 출력한다.
전기각 보정부(213)는 자기 센서(112)가 출력하는 정현파 신호 및 코사인파 신호로부터 전기각을 산출한다. 또한, 전기각 보정부(213)는 위치 판정부(211)의 제어에 따라, 산출한 전기각 또는 산출한 전기각에 대해 보정을 한 전기각 중 어느 하나를 전력 변환기(206)에 출력한다.
공작 장치(1)가 워크(33)를 처음에 가압할 때의 동작에 대해 설명한다.
도 19는, 본 실시 형태에 있어서의 공작 장치(1)가 워크(33)를 처음에 가압할 때의 동작을 나타내는 흐름도이다. 로드(101)가 워크(33) 및 기판(31)에 근접하는 방향을 CW 방향이라고 하고, 로드(101)가 워크(33) 및 기판(31)으로부터 멀어지는 방향을 CCW 방향이라고 한다.
제어부(20)는 워크(33)의 위치에 기초하는 위치 지령이 외부로부터 입력되면, 리니어 모터(10)의 구동을 개시하고, 가압체(11)를 원점으로 이동시키는 원점 복귀를 행한다(스텝 S101).
위치 판정부(211)는 원점 복귀가 완료되면, 외부로부터 동작 완료 신호(UI2)가 온으로 되어 있는지의 여부를 판정하고(스텝 S102), 동작 개시 신호가 온으로 될 때까지 대기한다(스텝 S102:아니오).
스텝 S102에 있어서, 동작 개시 신호가 온으로 되면(스텝 S101:예), 위치 판정부(211)는 제1 속도 지령을 스위치부(202)에 선택시킴과 함께, 비제한 전류 지령을 스위치부(204)에 선택시킨다(스텝 S103). 그리고, 위치 판정부(211)는 리니어 모터(10)의 로드(101)를 워크(33)를 향하여(CW 방향으로) 이동시킨다(스텝 S104).
위치 판정부(211)는 가압체(11)의 위치가 초기 전환 위치(FL2POSSUB)에 도달하고 있는지의 여부를 판정하고(스텝 S105), 가압체(11)가 초기 전환 위치(FL2POSSUB)에 도달할 때까지 제1 속도 지령을 사용하여 리니어 모터(10)를 구동시킨다(스텝 S105:아니오).
스텝 S105에 있어서, 가압체(11)가 초기 전환 위치(FL2POSSUB)에 도달하면(스텝 S105:예), 위치 판정부(211)는 스위치부(202)에 제2 속도 지령을 선택시킴과 함께, 스위치부(204)에 제한 전류 지령을 선택시킨다(스텝 S106). 그리고, 위치 판정부(211)는 로드(101)의 이동 속도를 감속시킨다.
속도 전환 위치 결정부(210)는 제2 속도 지령이 선택된 후에, 로드(101)의 이동 속도가 제2 속도(FL2SPD) 이하인지의 여부를 판정하고(스텝 S107), 로드(101)의 이동 속도가 제2 속도(FL2SPD) 이하로 될 때까지 판정을 반복해서 행한다(스텝 S107:아니오).
스텝 S107에 있어서, 로드(101)의 이동 속도가 제2 속도 이하로 되면(스텝 S107:예), 속도 전환 위치 결정부(210)는 현재의 가압체(11)의 위치와, 초기 전환 위치(FL2POSSUB)의 차분(FL2POSMAIN1)을 산출하고, 산출한 차분(FL2POSMAIN1)을 기억한다(스텝 S108).
전기각 보정부(213)는 리니어 모터(10)의 최대 추력에 대한 「추력 제한값」의 비 X(＝「추력 제한값」/「최대 추력」)를 산출한다(스텝 S109).
추력 제한값이라 함은, 워크(33) 및 기판(31)에 가해도 되는 압력(하중)의 최대값에 대응한다.
전기각 보정부(213)는 스텝 S109에 있어서 산출한 추력의 비 X에 대응하는 위상 각도 Y를, 다음 수학식 6을 이용하여 산출한다(스텝 S110).
[수학식 6]
Figure 112014056412175-pct00007
수학식 6에 있어서 「cos-1」은 역코사인 함수이다.
전기각 보정부(213)는 자기 센서(112)가 출력하는 정현파 신호 및 코사인파 신호로부터 산출한 전기각 대신에, 전기각에 대해 위상 각도 Y를 더하여 보정을 행한 보정 전기각을 전력 변환기(206)에 출력한다(스텝 S111).
이후, 전기각 보정부(213)가 보정 전기각을 출력하고 있는 동안, 전력 변환기(206)는 로드(101)의 자극 위치에 대해 위상 각도 Y만큼 전진한 위상의 전압을 U, V, W상의 코일(104)에 인가한다.
위상 각도 Y를 사용한 보정은, 전기각에 대해 위상 각도 Y를 뺌으로써 행하도록 해도 된다. 이 경우, 전력 변환기(206)는 로드(101)의 자극 위치에 대해 위상 각도 Y만큼 지연된 위상의 전압을 U, V, W상의 코일(104)에 인가하게 된다.
속도 전환 위치 결정부(210)는 변류기(207)가 측정한 전류값이 전류 제한값(FL2I) 이상인지의 여부를 판정하고(스텝 S112), 측정한 전류값이 전류 제한값(FL2I)에 도달할 때까지 대기한다(스텝 S112:아니오).
스텝 S112에 있어서, 속도 전환 위치 결정부(210)는 변류기(207)가 측정한 전류값이 전류 제한값(FL2I)에 도달하고, 측정한 전류값이 전류 제한값(FL2I) 이상이라고 판정하면(스텝 S112:예), 현재의 가압체(11)의 위치로부터, 스텝 S108에 있어서 산출한 차분(FL2POSMAIN1)을 뺀 위치를, 새로운 FL 모드 개시 위치(FL2POSMAIN2)로서 기억한다(스텝 S113). 이때, 완료 신호 생성부(212)는 동작 완료 신호(UO2)를 온으로 하여 외부에 출력한다(스텝 S114).
스텝 S114에 있어서, 새로운 FL 모드 개시 위치(FL2POSMAIN2)를 산출할 때에 소정의 거리 Δd를 마진으로서 설정하도록 해도 된다. 구체적으로는, 현재의 가압체(11)의 위치로부터, 차분(FL2POSMAIN1)과 거리 Δd를 뺀 위치를, 새로운 FL 모드 개시 위치(FL2POSMAIN2)로 하도록 해도 된다.
위치 판정부(211)는 외부로부터 입력되는 동작 개시 신호가 오프인지의 여부를 판정하고(스텝 S115), 동작 개시 신호가 오프로 될 때까지 대기한다(스텝 S115:아니오).
스텝 S115에 있어서, 동작 개시 신호가 오프로 되면(스텝 S115:예), 위치 제어부(201)는 원점을 이동처로 하는 위치 지령에 따라 속도 지령을 산출한다. 전기각 보정부(213)는 보정 전기각 대신에, 자기 센서(112)가 출력하는 정현파 신호 및 코사인파 신호로부터 산출한 전기각을 전력 변환기(206)에 출력한다(스텝 S116). 즉, 보정 전기각을 사용한 리니어 모터(10)의 구동을 종료한다.
위치 판정부(211)는 제3 속도 지령을 스위치부(202)에 선택시킴과 함께, 제한 전류 지령을 스위치부(204)에 선택시킨다(스텝 S117). 그리고, 위치 판정부(211)는 로드(101)를 원점을 향하여(CCW 방향으로) 이동시킨다(스텝 S118).
위치 판정부(211)는 가압체(11)가 속도 전환 위치(FL3POS)에 도달하고 있는지의 여부를 판정하고(스텝 S119), 가압체(11)가 속도 전환 위치(FL3POS)에 도달할 때까지 대기한다(스텝 S119:아니오).
스텝 S119에 있어서, 가압체(11)가 속도 전환 위치(FL3POS)에 도달하면(스텝 S119:예), 위치 판정부(211)는 제4 속도 지령을 스위치부(202)에 선택시킨다(스텝 S120).
위치 판정부(211)는 가압체(11)가 원점에 도달하였는지의 여부를 판정하고(스텝 S121), 가압체(11)가 원점에 도달할 때까지 대기한다(스텝 S121:아니오).
스텝 S121에 있어서, 가압체(11)가 원점에 도달하면, 위치 판정부(211)는 가압체(11)가 원점에 도달한 것을 나타내는 신호를 완료 신호 생성부(212)에 출력하고, 완료 신호 생성부(212)가 동작 완료 신호를 오프로 한다(스텝 S122). 이와 같이 하여, 워크(33)를 기판(31)에 처음에 가압하는 동작을 종료한다.
도 20은, 본 실시 형태에 있어서의 공작 장치(1)가 갱신한 FL 모드 개시 위치를 사용하여 워크(33)를 기판(31)에 가압하는 동작을 나타내는 흐름도이다.
제어부(20)는 워크(33)를 설치하는 기판(31)의 위치 또는 워크(33)의 위치에 기초하는 위치 지령이 외부로부터 입력되면, 리니어 모터(10)의 구동을 개시하고, 가압체(11)를 원점으로 복귀시키는 원점 복귀를 행한다(스텝 S201).
위치 판정부(211)는 원점 복귀가 완료되면, 외부로부터 동작 개시 신호(UI2)가 온으로 되어 있는지의 여부를 판정하고(스텝 S202), 동작 개시 신호가 온으로 될 때까지 대기한다(스텝 S202:아니오).
스텝 S202에 있어서, 동작 개시 신호가 온으로 되면(스텝 S202:예), 위치 판정부(211)는 제1 속도 지령을 스위치부(202)에 선택시킴과 함께, 비제한 전류 지령을 스위치부(204)에 선택시킨다(스텝 S203). 그리고, 위치 판정부(211)는 리니어 모터(10)의 로드(101)를 워크(33)를 향하여(CW 방향으로) 이동시킨다(스텝 S204).
위치 판정부(211)는 가압체(11)의 위치가 FL 모드 개시 위치(FL2POSMAIN2)에 도달하고 있는지의 여부를 판정하고(스텝 S205), 가압체(11)가 FL 모드 개시 위치(FL2POSMAIN2)에 도달할 때까지 제1 속도 지령을 사용하여 리니어 모터(10)를 구동시킨다(스텝 S205:아니오).
스텝 S205에 있어서, 가압체(11)가 FL 모드 개시 위치(FL2POSMAIN2)에 도달하면(스텝 S205:예), 위치 판정부(211)는 제2 속도 지령을 스위치부(202)에 선택시킴과 함께, 제한 전류 지령을 스위치부(204)에 선택시킨다(스텝 S206). 그리고, 위치 판정부(211)는 로드(101)의 이동 속도를 감속시킨다.
전기각 보정부(213)는 로드의 이동 속도가 제2 속도 이하로 되면, 자기 센서(112)가 출력하는 정현파 신호 및 코사인파 신호로부터 산출한 전기각 대신에, 전기각에 대해 위상 각도 Y를 더하여 보정을 행한 보정 전기각을, 전력 변환기(206)에 출력한다(스텝 S207).
위치 판정부(211)는 변류기(207)가 측정한 전류값이 전류 제한값(FL2I) 이상인지의 여부를 판정하고(스텝 S208), 측정한 전류값이 전류 제한값(FL2I)에 도달할 때까지 대기한다(스텝 S208:아니오).
스텝 S208에 있어서, 위치 판정부(211)는 전류값이 전류 제한값(FL2I)에 도달하고, 측정한 전류값이 전류 제한값(FL2I) 이상이라고 판정하면(스텝 S208:예), 전류값이 전류 제한값(FL2I)에 도달한 것을 나타내는 신호를 완료 신호 생성부(212)에 출력한다. 완료 신호 생성부(212)는 동작 완료 신호(UO2)를 온으로 하여 외부에 출력한다(스텝 S209).
위치 판정부(211)는 외부로부터 입력되는 동작 완료 신호가 오프인지의 여부를 판정하고(스텝 S210), 동작 개시 신호가 오프로 될 때까지 대기한다(스텝 S210:아니오).
스텝 S210에 있어서, 동작 개시 신호가 오프로 되면(스텝 S210:예), 위치 제어부(201)는 원점을 이동처로 하는 위치 지령에 따라 속도 지령을 산출한다. 전기각 보정부(213)는 보정 전기각 대신에, 자기 센서(112)가 출력하는 정현파 신호 및 코사인파 신호로부터 산출한 전기각을 전력 변환기(206)에 출력한다(스텝 S211). 즉, 보정 전기각을 사용한 리니어 모터(10)의 구동을 종료한다.
위치 판정부(211)는 제3 속도 지령을 스위치부(202)에 선택시킴과 함께, 제한 전류 지령을 스위치부(204)에 선택시킨다(스텝 S212). 그리고, 위치 판정부(211)는 로드(101)를 원점을 향하여(CCW 방향으로) 이동시킨다(스텝 S213).
위치 판정부(211)는 가압체(11)가 속도 전환 위치(FL3POS)에 도달하고 있는지의 여부를 판정하고(스텝 S214), 가압체(11)가 속도 전환 위치(FL3POS)에 도달할 때까지 대기한다(스텝 S214:아니오).
스텝 S214에 있어서, 가압체(11)가 속도 전환 위치(FL3POS)에 도달하면(스텝 S214:예), 위치 판정부(211)는 제4 속도 지령을 스위치부(202)에 선택시킨다(스텝 S215).
위치 판정부(211)는 가압체(11)가 원점에 도달하였는지의 여부를 판정하고(스텝 S216), 가압체(11)가 원점에 도달할 때까지 대기한다(스텝 S216:아니오).
스텝 S216에 있어서, 가압체(11)가 원점에 도달하면, 위치 판정부(211)는 가압체(11)가 원점에 도달한 것을 나타내는 신호를 완료 신호 생성부(212)에 출력하고, 완료 신호 생성부(212)가 동작 완료 신호(UO2)를 오프로 한다(스텝 S217). 이와 같이 하여, 워크(33)를 기판(31)에 가압하는 동작을 종료한다.
도 21은, 도 20의 스텝 S202부터 스텝 S209까지의 동작에 있어서의 속도, 전류 및 동작 완료 신호의 변화를 나타내는 파형도이다. 도 21에 있어서, 종축은 가압체(11)의 위치를 나타내고 있다.
제어부(20)는 동작 개시 신호가 온으로 되면, 가압체(11)를 제1 속도(FL1SPD)로 워크(33)를 향하여 이동시킨다. 제어부(20)는 가압체(11)가 FL 모드 개시 위치(FL2POSMAIN2)에 도달하면, 가압체(11)를 제1 속도(FL1SPD)로부터 제2 속도(FL2SPD)까지 감속시킨다.
제어부(20)는 가압체(11)를 제2 속도(FL2SPD)로 워크(33)를 향하여 이동시키고, 워크(33)를 기판(31)을 향하여 가압한다. 이때, 제어부(20)는 가압체(11)를 워크(33)에 가압하는 힘이, 전류 제한값(FL2I)에 대응하는 힘보다 커지면, 동작 완료 신호를 온으로 한다.
도 22는, 도 20의 스텝 S212부터 스텝 S217까지의 동작에 있어서의 속도, 전류 및 동작 완료 신호의 변화를 나타내는 파형도이다. 도 22에 있어서, 종축은 가압체(11)의 위치를 나타내고 있다.
제어부(20)는 가압체(11)를 워크(33)에 가압한 후, 제3 속도(FL3SPD)로 가압체(11)를 원점을 향하여 이동시키고, 상승시킨다. 제어부(20)는 가압체(11)가 속도 전환 위치에 도달하면 제3 속도(FL3SPD)보다 빠른 제4 속도(FL4SPD)로 가압체(11)를 원점을 향하여 이동시킨다.
제어부(20)는 원점에 있어서 가압체(11)의 속도가 0으로 되도록, 리니어 모터(10)의 로드(101)의 이동 속도를 감속시키고, 가압체(11)가 원점에 도달하면 동작 완료 신호를 오프로 한다.
상술한 바와 같이, 공작 장치(1)는 리니어 모터(10)의 구동을 개시하고 나서 가압체(11)가 FL 모드 개시 위치(FL2POSMAIN2)에 도달할 때까지의 구간에 있어서, 위치 제어, 속도 제어 및 전류 제어를 조합하여 리니어 모터(10)를 제어한다. 또한, 공작 장치(1)는 FL 모드 개시 위치(FL2POSMAIN2)로부터 가압체(11)가 워크(33)에 접촉하는 동안의 구간에 있어서, 속도 제어 및 전류 제어를 조합하여 리니어 모터(10)를 제어한다. 또한, 공작 장치(1)는 가압체(11)가 워크(33)에 접촉한 후에 전류 제어로 리니어 모터(10)를 제어한다.
즉, 공작 장치(1)는 가압체(11)의 위치에 따라 제어를 전환한다.
공작 장치(1)는 가압체(11)의 위치에 따른 제어에 의해, 가압체(11)가 워크(33)에 접촉하기 전에, 제1 속도보다 느린 제2 속도로 감속시킴으로써, 워크(33)에 불필요한 충격을 부여하지 않고 가압체(11)를 워크(33)에 가압할 수 있다. 즉, 공작 장치(1)는 워크(33)에 가하는 하중(압력)을 제어하는 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 공작 장치(1)는 리니어 모터(10)에 흐르는 전류값이 전류 제한값 이상으로 될 때까지 제2 속도로 가압체(11)를 이동시킨다. 전류값이 전류 제한값 이상으로 된 후에, 예를 들어 리니어 모터(10)의 구동을 멈추거나, 리니어 모터(10)에 흐르는 전류값을 작게 하거나, 워크(33)로부터 멀어지는 방향으로 가동자를 이동시킴으로써, 워크(33)에 필요 이상의 하중을 부여하는 것이 발생하지 않도록 할 수 있다. 즉, 공작 장치(1)는 워크(33)에 가하는 하중을 제어하는 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 공작 장치(1)는 워크(33)에 대한 하중을 측정하지 않고, 워크(33)에 대한 가압 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 공작 장치(1)는 워크(33)를 처음에 가압할 때에, 제1 속도로부터 제2 속도로 감속할 때에 필요로 하는 거리[차분(FL2POSMAIN1)]를 검출하고, 가압체(11)가 워크(33)에 접촉한 위치와 차분(FL2POSMAIN1)으로부터 새로운 FL 모드 개시 위치(FL2POSMAIN2)를 산출한다. 또한, 공작 장치(1)는 워크(33)를 처음에 가압하였을 때에 산출한 FL 모드 개시 위치(FL2POSMAIN2)를 사용하여, 워크(33)를 기판(31)에 가압하는 동작을 행한다.
즉, 공작 장치(1)는 워크(33)를 처음에 가압할 때에 검출한 워크(33)의 위치와, 제1 속도로부터 제2 속도로 감속할 때까지 필요로 하는 거리에 기초하여 FL 모드 개시 위치를 산출하고, 산출한 FL 모드 개시 위치를 사용하여 워크(33)의 가압을 행한다.
이에 의해, 공작 장치(1)는 워크(33)의 높이에 따른 FL 모드 개시 위치를 산출하고, 산출한 FL 모드 개시 위치를 사용한 제어를 행한다. 이에 의해, 공작 장치(1)는 워크(33)를 가압하는 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 공작 장치(1)는 구동 장치로서 리니어 모터(10)를 사용함으로써, 로드(101)(가동자)에 부여하는 추력을 워크(33)에 직접 가할 수 있다. 이로 인해, 공작 장치(1)는 추력의 방향을 변환하는 기계 구조를 갖는 장치에 비해, 기계 구조에 있어서의 추력의 손실 등을 발생시키지 않고 워크(33)에 하중(압력)을 가할 수 있다. 따라서, 공작 장치(1)는 추력을 제어하는 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 공작 장치(1)는 리니어 모터(10)의 최대 추력에 대한 추력 제한값의 비 X를 산출하고, 산출한 비 X에 따른 위상 각도 Y를 사용하여 전기각을 보정하고 있다. 전기각을 보정함으로써, U, V, W상의 코일(104)과, 로드(101) 내에 적층되어 있는 마그네트(103)의 위치 관계인 자극 위치에 대해 최대의 추력을 발생시킬 수 있는 전기각을 어긋나게 함으로써, 외관상의 추력 상수를 작게 변경하고 있게 된다.
리니어 모터(10)가 발생시키는 추력(토크)은 추력 상수 N0[N/Arms]과 리니어 모터(10)에 흐르는 전류 i[Arms]를 승산한 값「N0×i」로 된다. 리니어 모터(10)에 있어서의 추력의 분해능은, 전력 변환기(206)나 변류기(207)에 있어서의 전류 분해능과 추력 상수 N0에 비례한다. 추력 상수 N0은, 코일(104)에 흐르는 전류와 마그네트(103)의 자속의 위상 관계를 일치시켰을 때의 값이다. 통상, 리니어 모터(10)를 구동시키는 경우, 제어부(20)는 코일(104)에 흐르는 전류와 마그네트(103)의 자속의 위상 관계를 일치시키도록 전류를 흘린다. 위상이 θ 어긋나면 외관상의 추력 상수 Nθ는 감소하고, 추력 상수 Nθ는 다음 수학식 7로 나타내어진다.
[수학식 7]
Figure 112014056412175-pct00008
도 23은, 전기각의 위상 이동과 리니어 모터(10)가 발생시키는 추력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 23에 있어서, 종축은 추력을 나타내고, 횡축은 위상의 어긋남량(각도)을 나타내고 있다. 예를 들어, 위상이 60도 어긋나면(θ＝60도), 외관상의 추력 상수 Nθ는 추력 상수 N0의 절반으로 된다. 또한, 위상이 90도 어긋나면(θ＝90도), 외관상의 추력 상수 Nθ는 0으로 된다.
공작 장치(1)에 있어서, 가압체(11)가 FL 모드 개시 위치(FL2POSMAIN2)에 도달한 후에, 전기각을 위상 각도 Y로 보정한 보정 전기각을 사용하여 리니어 모터(10)에 통전함으로써, 외관상의 추력 상수 Nθ를 작게 하고 있다. 이에 의해, 공작 장치(1)에 있어서의 추력의 분해능을 작게 할 수 있어, 추력을 제어하는 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 전압 지령을 산출할 때의 라운딩 오차나 양자화 오차로부터 발생하는 추력의 오차나 편차를 억제할 수 있어, 추력의 제어를 고정밀도로 행할 수 있다.
또한, 공작 장치(1)는 가동자의 이동하는 속도가 제2 속도 이하로 되면, 전기각 보정부(213)가 전기각을 보정하도록 하고 있다. 이에 의해, 공작 장치(1)는 가동자가 FL 모드 개시 위치에 도달한 후에, 신속하게 가동자의 이동 속도를 제2 속도까지 감속시키고, 제2 속도에 도달하면 추력의 분해능을 높게 하여 추력의 제어를 고정밀도로 행할 수 있다.
(변형예)
상술한 실시 형태에 있어서 설명한 가압 제어를 행하는 경우, 가압을 개시한 후에 순식간에 규정된 가압력에 도달하는 것이 바람직하다. 가압력의 응답 시간을 짧게 하기 위해서는, 전류 지령의 응답을 고속으로 할 필요가 있다. 그러나, 실제로는 제어계의 응답에 의해 지연이 발생해 버린다.
제어부(20)에서는, 전류 제어부(205)로부터 변류기(207)를 경유하여 전류 제어부(205)로 복귀되는 제어 루프와, 속도 제어부(203)로부터 자기 센서(112)를 경유하여 속도 제어부(203)로 복귀되는 제어 루프와, 위치 제어부(201)로부터 자기 센서(112)를 경유하여 위치 제어부(201)로 복귀되는 제어 루프가 있다. 가압력의 응답 시간에는, 전류 제어부(205)를 기점으로 하는 제어 루프와, 속도 제어부(203)를 기점으로 하는 제어 루프가 영향을 미친다. 가압을 개시할 때에는 위치는 변화되지 않으므로, 위치 제어부(201)를 기점으로 하는 제어 루프의 영향은 거의 없다.
전류 제어부(205)를 기점으로 하는 제어 루프에서는, 루프가 작기 때문에 충분히 고속으로 제어되는 경우가 많아, 전류의 지령값과 측정되는 값은 거의 차가 없다. 그로 인해, 속도 제어부(203)를 기점으로 하는 제어 루프가 가압력의 응답 시간(가압의 응답 성능)에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서, 속도 제어부(203)에 있어서 전류 지령을 산출할 때에 사용되고 있는 제어 게인(비례 게인이나 적분 게인 등)을 크게 하는 것이 생각된다. 그러나, 리니어 모터(10)를 포함하는 공작 장치(1)의 메카니즘계의 고유 진동수에 의해 제어 게인의 크기는 제한되어 버린다. 이로 인해, 안정적인 동작을 리니어 모터(10)에 시키기 위해서는, 제어 게인을 일정 이상의 값으로 할 수 없다.
가압체(11)로 워크(33)를 가압하는 경우에 착안한다. 가압체(11)와 워크(33)가 접촉하기 때문에, 리니어 모터(10)를 포함하는 공작 장치(1)의 메카니즘계의 고유 진동수는 상승한다. 따라서, 가압을 행할 때는, 가압체(11) 및 로드(101)를 이동시킬 때에 비해 제어 게인을 크게 할 수 있다. 따라서, 가압체(11) 및 로드(101)를 이동시킬 때와, 가압체(11)로 워크(33)를 가압할 때에, 속도 제어부(203)에 있어서의 제어 게인을 전환한다. 이에 의해, 가압력의 응답 시간을 짧게 하여 원하는 가압력에 의한 가압을 행할 수 있다.
이하, 도 20에 나타낸 공작 장치(1)의 동작에, 속도 제어부(203)에 있어서의 제어 게인의 전환을 적용한 동작을 설명한다. 속도 제어부(203)에는, 2개의 제어 게인으로서, 이동용의 제어 게인과, 이동용의 제어 게인보다 큰 값의 가압용 제어 게인이, 미리 기억되어 있는 경우에 대해 설명한다.
도 24는, 본 실시 형태에 있어서의 공작 장치(1)가 워크(33)를 기판(31)에 가압하는 동작의 변형예를 나타내는 흐름도이다.
도 24에 나타나 있는 흐름도는, 도 20에 나타나 있는 흐름도와, 이하의 2점에서 상이하다. 즉, 속도 제어부(203)가 제어 게인을 이동용의 제어 게인으로부터 가압용의 제어 게인으로 전환하는 처리(스텝 S206a)가 스텝 S206과 스텝 S207 사이에 더해져 있는 점과, 속도 제어부(203)가 제어 게인을 가압용의 제어 게인으로부터 이동용의 제어 게인으로 전환하는 처리(스텝 S210a)가 스텝 S210과 스텝 S211의 사이에 더해져 있는 점이다.
다른 스텝(스텝 S201부터 스텝 S217) 각각에 있어서의 처리는, 도 20의 흐름도와 동일하므로, 그 설명을 생략한다.
속도 제어부(203)는 위치 판정부(211)의 판정 결과에 기초하여, 스텝 S206a 및 스텝 S210a의 처리를 행한다.
도 24에 있어서, 제어 게인을 이동용 제어 게인으로부터 가압용 제어 게인으로의 전환을 스텝 S206과 스텝 S207 사이에 행하는 경우에 대해 나타내었지만, 이것으로 제한하지 않는다. 가압체(11)의 위치가 FL 모드 개시 위치에 도달한 후(스텝 S205보다 이후)로부터 가압체(11)가 워크(33)에 접촉할 때까지의 동안에, 이동용 제어 게인으로부터 가압용 제어 게인으로 전환하면 된다.
또한, 제어 게인을 가압용 제어 게인으로부터 이동용 제어 게인으로의 전환도, 제3 속도(FL3SPD)로 원점을 향하여(CCW 방향으로) 이동을 개시하기 전(스텝 S213보다 이전)이면 된다. 또한, 속도 제어부(203)는 제1 속도로부터 제2 속도로의 감속이 개시된 타이밍에서 제어 게인을 전환하도록 해도 된다.
상술한 바와 같이, 속도 제어부(203)의 제어 게인을 전환함으로써, 가압체(11) 및 로드(101)를 워크(33)를 향하여 이동시킬 때, 및 가압체(11) 및 로드(101)를 원점을 향하여 이동시킬 때에, 메카니즘계의 고유 진동수의 제한을 받지 않고, 제어 게인(가압용 제어 게인)을 정할 수 있다. 이로 인해, 가압력의 응답성을 개선할 수 있어, 가압체(11)가 워크(33)에 접촉하고 나서 원하는 가압력으로 가압체(11)가 워크(33)를 가압할 때까지의 시간을 단축할 수 있다.
도 19에 나타낸 공작 장치(1)의 동작에, 도 24에 나타낸 바와 같이 속도 제어부(203)에 있어서의 제어 게인의 전환을, 적용하도록 해도 된다.
상술한 실시 형태 및 그 변형예에 있어서는, 제어부(20)가 로드 타입의 리니어 모터(10)를 제어하는 경우에 대해 설명하였지만, 이것으로 제한되지 않는다. 제어부(20)가 플랫 타입의 리니어 모터나 회전 모터를 제어하도록 해도 된다. 제어부(20)가 회전 모터를 제어하는 경우, 회전 운동을 볼 나사 등을 사용하여 직선 운동으로 변환하도록 해도 된다.
도 19에 있어서의 스텝 S109 및 스텝 S110의 처리를 사전에 행하고, 전기각 보정부(213)에 위상 각도 Y를 미리 기억시키도록 해도 된다.
상술한 실시 형태에 있어서는, 리니어 모터(10)의 로드(101)의 선단에 설치된 가압체(11)로 워크(33)를 가압하는 경우에 대해 설명하였지만, 로드(101)의 선단에서 워크(33)를 가압하도록 해도 된다.
상술한 제어부(20)는 내부에, 컴퓨터 시스템을 갖고 있어도 된다. 그 경우, 상술한 위치 제어부(201), 스위치부(202), 속도 제어부(203), 스위치부(204), 전류 제어부(205), 속도 산출부(208), 위치 산출부(209), 속도 전환 위치 결정부(210), 위치 판정부(211), 완료 신호 생성부(212) 및 전기각 보정부(213)가 행하는 처리의 과정은, 프로그램의 형식으로 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기억된다. 그리고, 이 프로그램을 컴퓨터가 판독하여 실행함으로써, 각 기능부의 처리가 행해지게 된다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체라 함은, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등을 말한다. 이 컴퓨터 프로그램을 통신 회선에 의해 컴퓨터에 배신하고, 이 배신을 받은 컴퓨터가 당해 프로그램을 실행하도록 해도 된다.
1 : 공작 장치(리니어 모터 장치)
10 : 리니어 모터
20 : 제어부
33 : 워크(가압 대상물)
101 : 로드(가동자)
210 : 속도 전환 위치 결정부
211 : 위치 판정부(이동 제어부)
213 : 전기각 보정부

Claims (6)

  1. 리니어 모터와, 이 리니어 모터의 가동자를 이동시켜 가압 대상물에 압력을 가하는 제어부를 구비하는 리니어 모터 장치이며,
    상기 제어부는,
    위치 제어에 기초하여, 미리 정해진 제1 속도로 상기 가동자를 상기 가압 대상물을 향해 이동시킨 후에,
    상기 가동자가 상기 가압 대상물에 압력을 가하기 시작하였을 때에, 상기 제1 속도보다 느리게, 또한, 상기 가압 대상물에 가하는 압력이 소정의 압력 이하로 되는 제2 속도로 감속하여 상기 가동자를 이동시키는 제어를 하고,
    상기 리니어 모터에 흐르는 전류가 미리 정해진 전류 제한값 이상으로 될 때까지 상기 제2 속도로 상기 가동자를 이동시키고,
    상기 제어부는,
    상기 가동자가 이동하는 속도를 상기 제1 속도로부터 상기 제2 속도로 감속할 때에 필요로 하는 거리와, 상기 가압 대상물에 대해 가압을 개시하는 위치에 기초하여, 상기 가동자가 이동하는 속도를 상기 제1 속도로부터 상기 제2 속도로 감속하기 시작하는 위치인 감속 개시 위치를 산출하는 속도 전환 위치 결정부와,
    상기 가동자를 소정의 위치로부터 상기 가압 대상물을 향하여 이동시킬 때, 상기 리니어 모터의 가동자를 상기 제1 속도로 이동시키고, 상기 가동자가 상기 감속 개시 위치에 도달하면 상기 리니어 모터에 흐르는 전류가 상기 전류 제한값 이상으로 될 때까지 상기 가동자를 상기 제2 속도로 이동시키는 이동 제어부를 구비하고 있는, 리니어 모터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 리니어 모터의 최대 추력에 대한 상기 가압 대상물에 가하는 하중의 비에 기초하여, 상기 가동자의 자극 위치에 대응하는 전기각을 보정하는 전기각 보정부를 더 구비하고,
    상기 전기각 보정부가 보정한 전기각에 기초하여 상기 가동자를 이동시키는, 리니어 모터 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기각 보정부는,
    상기 가동자의 이동하는 속도가 상기 제2 속도 이하로 되면 전기각을 보정하는, 리니어 모터 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 속도로부터 상기 제2 속도로의 감속을 개시한 후에, 제어 게인을, 상기 제1 속도로 상기 가동자를 이동시키고 있었을 때에 사용한 제어 게인보다 큰 값의 제어 게인으로 전환하는, 리니어 모터 장치.
  5. 리니어 모터와, 이 리니어 모터의 가동자를 이동시켜 가압 대상물에 압력을 가하는 제어부를 구비하는 리니어 모터 장치에 있어서의 제어 방법이며,
    위치 제어에 기초하여, 미리 정해진 제1 속도로 상기 가동자를 상기 가압 대상물을 향해 이동시킨 후에,
    상기 가동자가 상기 가압 대상물에 압력을 가하기 시작하였을 때에, 상기 제1 속도보다 느리게, 또한, 상기 가압 대상물에 가하는 압력이 소정의 압력 이하로 되는 제2 속도로 감속하여 상기 가동자를 이동시키는 제어를 하고,
    상기 리니어 모터에 흐르는 전류가 미리 정해진 전류 제한값 이상으로 될 때까지 상기 제2 속도로 상기 가동자를 이동시키는 스텝을 갖고,
    상기 제어부는, 속도 전환 위치 결정부와 이동 제어부를 구비하고,
    상기 속도 전환 위치 결정부는 상기 가동자가 이동하는 속도를 상기 제1 속도로부터 상기 제2 속도로 감속할 때에 필요로 하는 거리와, 상기 가압 대상물에 대해 가압을 개시하는 위치에 기초하여, 상기 가동자가 이동하는 속도를 상기 제1 속도로부터 상기 제2 속도로 감속하기 시작하는 위치인 감속 개시 위치를 산출하고,
    상기 이동 제어부는 상기 가동자를 소정의 위치로부터 상기 가압 대상물을 향하여 이동시킬 때, 상기 리니어 모터의 가동자를 상기 제1 속도로 이동시키고, 상기 가동자가 상기 감속 개시 위치에 도달하면 상기 리니어 모터에 흐르는 전류가 상기 전류 제한값 이상으로 될 때까지 상기 가동자를 상기 제2 속도로 이동시키는, 리니어 모터 장치의 제어 방법.
  6. 리니어 모터와, 이 리니어 모터에 구비되어 있는 가동자를 이동시켜 가압 대상물에 하중을 가하는 제어부를 구비하는 리니어 모터 장치로서,
    상기 제어부는,
    미리 정해진 제1 속도로 상기 가동자를 상기 가압 대상물을 향하여 위치에 기초하여 제어를 행한 후에, 상기 제1 속도보다 느린 제2 속도로서 상기 가동자가 상기 가압 대상물에 압력을 가하기 시작한 때에 상기 가압 대상물에 가해지는 압력이 소정의 압력 이하로 되는 제2 속도로 감속시켜 상기 가동자를 이동시키는 제어를 하고, 상기 리니어 모터에 흐르는 전류가 미리 정해진 전류 제한값 이상으로 될 때까지 상기 제2 속도로 상기 가동자를 이동시키고,
    상기 제어부는,
    상기 가동자가 이동하는 속도를 상기 제1 속도로부터 상기 제2 속도로 감속할 때에 필요로 하는 거리와, 상기 가압 대상물에 대하여 가압을 개시하는 위치에 기초하여, 상기 가동자가 이동하는 속도를 상기 제1 속도로부터 상기 제2 속도로 감속하기 시작하는 위치인 감속 개시 위치를 산출하는 속도 전환 위치 결정부와,
    상기 가동자를 소정의 위치로부터 상기 가압 대상물을 향하여 이동시킬 때, 상기 리니어 모터의 가동자를 상기 제1 속도로 이동시키고, 상기 가동자가 상기 감속 개시 위치에 도달하면 상기 리니어 모터에 흐르는 전류가 상기 전류 제한값 이상으로 될 때까지 상기 가동자를 상기 제2 속도로 이동시키는 이동 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 동작 완료 신호를 외부로 출력한 후에 동작 개시 신호가 외부로부터 입력되면, 상기 가압 대상물에 하중을 가하는 방향과 역방향으로 상기 가동자를 이동시키는, 리니어 모터 장치.
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