201133166 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於_絲^ # 鄱、喜、# " ^ 、種文破於對加工對象物邊施加1 载邊進灯加工之加工裳置（例如研磨裝 裝置、接合器(b〇nder))的抑制干擾之負載心裝置 【先前技術】 邊施於對加工對象物 音波熔接梦w X。之加扁置（例如研磨裝置、超 _負載值，以謀求力::精對 文獻1中揭示有一種裝置，其以:工利 ===:::段的線性馬達、= 供給至線“達器的空氣汽缸農置，並依據 &馬達之電流的檢測結果控制線性馬達。 雙署fi本案申請人正開發—種搭載了藉由空氣汽虹 物上厂Γίΐ達使相同之可移動部移動，而在加工對象 之自之所謂併用、線性馬達之汽缸的抑制干！ 負，控制裝置。該抑制干擾之負載控制裝置，並 =衣置對加工對象物施加接近 比、:大 而其線性馬義施加用於消除加 較小負載，藉由將依據併用線性馬:： 所生L 载值信號與實測負載值信號的差分信號 置虚線性附加指示信號傳送至空氣汽紅裝 ^載線II馬達，以控㈣氣^裝置與線性馬達之輪出 【先前技術文獻】 201133166 【專利文獻】 【專利文獻1】日本特開2005-66761號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 但是’本發明人藉由其後的研究瞭解傳送相同之負 載附加指示信號至空氣汽缸裝置與線性馬達時，發生以 下之問題。亦即，空氣汽缸裝置與線性馬達對相同之負 載附加指示信號雖分別欲以全力反應，但是因為兩者之 反應速度完全不同（空氣汽缸裝置反應慢，線性馬瑋反 應快）’所以從併用線性馬達之汽缸輸出之實測負載值 無法良好地追隨目標負載值，因而對干擾之反應性低。 此外’因為在線性馬達上施加低頻帶之直流成分的信號 電壓’所以線性馬達容易發熱，由於該發熱持續至空氣 汽缸裝置對負載附加指示信號反應為止，因此對環境氣 體溫度造成不良影響，而可能無法進行精密加工。 本發明之目的為依據以上問題之瞭解，而提供一種 可使從併用線性馬達之汽缸輸出之實測負載值良好地 追11¾目4示負載值’以提高對干擾之反應性，並且可抑制 線性馬達之發熱的抑制干擾之負載控制裝置。 [解決問題之手段] 本發明人著眼於空氣汽缸裝置對低頻帶之負載附 加指示信號容易反應（對高頻帶之負載附加指示信號不 易反應）’線性馬達對高頻帶之負載附加指示信號容易 反應（對低頻▼之負載附加指示信號不易反應）之點， 獲得以下之結論：若可從不同之控制系統對空氣汽缸裝 置傳送低頻帶之負载附加指示信號，並對線性馬達傳送 高頻帶之負載附加指示信號時，空氣汽缸裝置與線性馬 201133166 對各個負載附加指示信號反應，因此，可 隨目ϋ餘 輸出的貫測負載值良好地追 應性’並且可抑制線 呈有亦nr月的抑制干擾之負載控制裝置的特徵為 :;:Lf對象物附加較大之負載;及線性 :控制部，錢依據前述併用線性馬 載值k號與貫測負載值信號之差分芦 二 汽紅裝置與線性馬達之輸出 °二控工乳 之h名#…， 出負载值，前述併用線性馬達 ,^ '載控制部具有··空氣汽缸裝置負載栌制邻，豆 係，前述差分信號取出前述空氣汽缸裝置iS葡 ίϊΐΐϊιτι優異的低頻帶，依據該低頻差分信號 二f用最適負載附加指示信號至前述空 ’其係從前述差分 f ί ΐ ί 9 ^ ^ Μ ^ Pii # i± 二_差分信號傳送線性馬達用最 k負載附加指示#號至前述線性馬達。 本發明的㈣干擾之貞餘姆置，1 前述空氣汽紅裝置負載控制部依據公式⑴所規定策:二 制規則，傳送空氣汽虹裝置用最•載附= 丄 汽紅裝置’前述線性馬達負载控制部依據：式 示信號傳送祕馬相最適域附加指
[公式IJ
RS_PID(s) = Kp\ - ) fl+^L {s + 24m) ( Λ· 5 201133166 η八ίΐ’Κρ :係正比增益，fi:係積分時間，fD:係 :係低通濾波器之戴止頻率，s :係拉普 [公式2] VCM_pID{s) = Kp 27f, 1 + ¾. . ί (2) 微八ί pV fP .係正比增益，A :係積分時間，fD :係 二二寺間，fLP2:係低通濾波器之截止 通纽器之截止頻率，S:係拉普拉斯^符。HP1係， 加指= 之控制規則中，區分負載附 F置# V Ο慮波）者’並依據分別到空氣汽缸 、負载控㈣與線性馬達貞_制部之差分仲 ^制部進行控制運算，而在其㈣指令值^㈣ 特徵π的 紅梦w甘/ 馬達之汽缸，其係具有：空氣汽 載广ί線性if相同之負載附加對象物附加較大之負 達之汽缸負：=ί係附加較小之負载；及併用線性馬 缸的目標負ί二t:與前述併用線性馬達之汽 制前述空氣汽缸i置:線性馬信;2 制部，盆俜上虔頻帶;與空氣汽缸裝置負載控 傳送空11所取出之麵差分信號， 前述線W料目^分信號取出 貝戰值仡唬之追隨特性優異的高 201133166 頻▼，與線性馬達負 所取出之高頻差分=制部，其係依據該帶通濾波器 指示信號至前述線性專送 '線性馬達用*適負載附加 该樣態係以實體·沾 〇 通濾波器）區八査哉之濾波器電路（低通濾波器、帶 前述線達力;=示信鱿之頻帶者。 於加工跋置之固—吾為曰圈馬達’該音圈馬達從固定 载負荷方向移動：非接觸方式附加負載於可在負 從設於前述固該固定部之可移動部° 礤性迴路而構成卩之線圈與設於前述可移動部之 形成之磁場中馬達’在藉由前述磁性迴路所 移ΐ:”述固定部移動於負戴負荷方向。 及 =㈣性迴路可由形成前述可移動部之—部分的有 外部磁輛、切於該外部雜底部之磁鐵、 尋於该磁鐵之内部磁軛而構成。 [發明之效果] 知用本發明的抑制干擾之負栽控制裝置時，可使從 ^用線性馬達之汽缸輸出的實測負載值良好地追隨目 爪負載值，提高對干擾之反應性，並且可抑制線性馬達 之發熱。 【實施方式】 使用第一圖至第十一圖說明將本發明的抑制干擾 之負載控制裝置100安裝於研磨裝置（加工裝置）200 的實施形態。如第一圖所示’抑制干擾之負載控制裝置 1〇〇具有固定於研磨裝置200之固定部110、及可在該 固定部110上移動於上下方向（負載負荷方向）而支撐 的可移動部120。可移動部120以引導桿123結合上可 201133166 =121與下可移動部122，藉由該引導桿123在固 10之内部引導，可移動部12〇對固定部11〇移動 下方向。在第二圖至第五圖所示之可移動部120的 =動部m之下面122a，經由第一圖所示之測力儀 絲蝕感測器）300連接由研磨頭410與使該研磨頭410 ^之研磨料420而構成的研磨頭單元4〇〇。第二圖 五，省略測力儀300及研磨頭單元4〇〇之圖示。 如第圖、第二圖及第五圖所示，在固定部u〇與 ^移動部121之間形成固定壓力室124，並在固定部 1下可移動部122之間形成可變壓力室125。固定 、至124中經常持續施加將可移動部12〇向上方向舉 f之Q疋壓。可變壓力室丨25中施加用於調整將可移動 =120向下方向按壓時之按壓負載的變動壓。藉由固定 邛110及可移動部120以及固定壓力室124及可變壓力 至125’構成對作為負载附加對象物之研磨對象物％施 加接近目標負載值之較大負載的滾動隔膜式之空氣 缸裝置130。 、/ 如第三圖、第五圖所示，筒狀（圓筒狀）之薄膜構 件111從固定部110之下端部110a向下方延伸，在該薄 膜構件111之外周面將線圈（音圈）112卷繞於上^方 向。可移動部120之下可移動部122具有有底筒狀之外 部磁軛126’在該外部磁軛126之底部126a的中央部支 撐有磁鐵127，進一步在該磁鐵127之上部支撐有内部 磁軛128。内部磁軛128被固定部110側之薄膜構件m 包圍而被支撐。在形成於外部磁軛126與内部磁輛128 之間的空間（間隙）中形成磁鐵127之磁場（外部磁幸厄 126、磁鐵127及内部磁軛128構成磁性迴路）。 已 在固定部110側之線圈112上連接有無圖示之電性 201133166 配線（可移動部120側不需 電性配線而在磁場中流入線圈^配線，流通過該 對固定部11〇择動n:振動，結果，可移動部U0 固定部削側之線圈112及可^向^ = 126、磁鐵127盥内部磁钿^ 側之外^磁輛 缝總古斗、门輕（磁性迴路），而構成以 2接觸方式攸固定部11〇附加負載於可移動部 立 圈馬達（VCM)(線性馬達）14〇 ^ 勿之研磨對象物w施力 =:= 置200或研磨頭單元働側之干擾因素（例2研達 420之旋轉）的影響之較小負載。 馬達 下條達140之電磁力有效作用，須滿足以 (3) α ^ β ~ r 其中， 肝猎由固定部11 〇 ,^ .....一一上可移動部121及固定壓 1 至124構成之汽缸部狀為上汽缸部，將藉由固定部 10—、下可移動部122及可變壓力室125構成之汽缸部 ，疋為下a缸料，上汽缸部之狂行程α1與下汽缸 邓之汽缸行程α2的總和， /5 :内部磁軛128在上下方向之高度， r ·線圈112在上下方向之卷繞高度。 由於第一圖係概念圖，因此描繪成在下可移動部 122與測力儀300之間介有音圈馬達14〇，不過實際上 如使用第三圖及第五圖之說明，係藉由固定部110側之 線圈112及可移動部120側之外部磁軛126、磁鐵127 與内部磁軛128 (磁性迴路）而構成音圈馬達14〇。 併用音圈馬達之汽缸（併用線性馬達之汽缸）15〇 201133166 气缸裝置130與音晴，空氣汽虹 巧請之輸出負載與μ馬達⑽之輸出負載的她入 ==馬達之汽虹150之輸出負载。測力儀： 值〜疋併用曰圈馬達之汽缸150之輸出負载(實測負載 併用卿，抑奸擾之負載控㈣置_具有 達之脉負餘㈣（併料性馬達之汽紅 以=?60。併用音圈馬達之汽缸負載控制部〗60 0所輸入之併用音圈馬達之汽缸… ==負載值信號a、與從測力儀300所輸入之併用音 Ξι i^15G的實測負載值㈣b之差分信號，控 置130與音圈馬達140之輸出負載值。對 卞=虹a置13〇之控制指令係經由無圖示之飼服間門 C SV )而進行。 ㈣2體而言’如第六圖所示’併用音圈馬達之汽缸 60具有分別輸入併用音圈馬達之汽缸W 負載值信號a與實測負載值信號b的差分信號c 記憶部）181 [公式1] RS_PID(s) = Kp ㈣置負載控制部17G及音圈馬達負載控制部 性馬達負載控制部）⑽。此外，併用音圈馬達之 =負，控制部16〇具有記憶了公式⑴之控制規則的空 =缸裝置控制規則記憶部171、與記憶了公式(2)之控 =的音圈馬達㈣規則記㈣（線性馬達控制規則 §己慢都A 1 C 1 ft
V +· (1)
Ks + 2ymj y s 2nfn ^，Kp .係正比增益’ fl :係積分時間，fD :係 時？’ fm :係低通較器之戴止頻率，S:係拉普 拉斯運算符。 10 201133166 [公式2] 心肩S)，(各丫 其令，KP :¾"士了+兄J (2) 微分時間，frn s曰:| :係積分時間，fD ••係 通遽=截止頻率，S:係拉普拉斯Ji符係' :乱/飞缸裝置負載控制部170參照記憶 值信號a的追隨特性優;:以置二〇:對目標負裁 置用最適負載附加扑干而生成空氣汽缸裝 最適負載附加指示』號二空氣汽缸裝置用 音圈馬達負載控制部心_f(2= 馬達控制規則記憶部 對目標負載值信號K追隨特 圈加指示信號）e’並將該音 、以上^負f附加指不信號e傳送至音圈馬達14 0。 下。营中制干擾之負載控制裝置_動作如 150輸出二：：磨f置2〇0輸入使併用音圈馬達之汽缸 值H (ί值之負載（此處為1〇N)要旨的目標負載 第七圖）至併用音圈馬達之汽红負載控：： 邱170又標負載值信號3之空氣汽紅裳置負載控制 ⑽金立載控制部⑽驅動空氣汽缸裝置 ^曰圈馬達140 ’對負載附加對象物之研磨對象物 =漸施加負載直至到達目標負載值之應。理相 號的信號波形應為第八圖所示之直線波形：伸是 音二二到研磨裝I 2 〇 〇或研磨頭單元4 〇 〇側之干擾因 素（例如研磨馬達4 2 G之旋轉）的影響，而以測力儀3 〇 〇 201133166 測定第九圖所示之混合干擾成分的實測 來自研磨裝置細之併用音圈馬達之汽虹 j b倉 載值信號a與來自測力儀300之併 150的實測負載值信號b之差分作缺 ，，運之几缸 達圈後仍持續’並分別輸入空; 170與音圈馬達負健制部⑽。 控制部 空氣汽缸裝置負載控制部17〇來昭* 制規則記憶部171 ’從所輸人之差分信出 缸裝置130對目標負載值信號a之 工轧π 帶，而生成线汽缸裝置用最適負載二、憂異的低頻 傳送至空氣汽缸裝置13〇。取適負载附加指示信號d 同時’音圈馬達負載控制部180參 規則記憶部181 ’從所輸入之差分信號:取出 遠特性優異_ 生成曰圈馬達用取適負载附加指示信號 並將該音圈馬賴最適負_加指示錢 ’ 馬達刚。從音圈馬達用最適負戴附加指、ς圈 亦除去50Hz〜60ΗΖ之超高頻帶的成分。e例如 _空氣汽紅裝置13G對空氣汽缸裝置肖㈣ 指不信號d靈敏反應，而對研磨對象物w 目 σ 氣汽缸裝置130對空氣汽缸裝置用最適負載附^由 值之_的負載。同時，音圈馬達14〇對音 適負載附加指示信號e靈敏反應，而對研^4用取 出消除實測負載值信號b之干擾成分的1象物W輪 果，可使實測負載值始終良好地追隨於目.’、負載。結 使實測負載值信號b之信號波形接近第八^負載值（可 波形），而可獲得大幅抑制干擾之效果。θ所示之理想 裔、:与i>r壯淫1。Λ北1介名 :…一 _ —衣”匕外’由於空 信 201133166 號d反應之時序與音圈馬達14〇對音圈馬達用最適負載 附加指示信號e反應之時序並無差異，音圈馬達14〇'中 不施加低頻帶之直流成分的信號電壓，因此可將音圈馬 達140之發熱抑制在最小限度，而可進行精密之研磨加 工。 “本發明人如第十二圖所示，在第六圖之區塊圖中的 信號輸入輸出端連接FFT分析器5〇〇，輸入開始頻率 0.1Hz、結束頻率6〇Hz、掃描時間3〇〇s、振盪振幅Μ% ρ ( ±0·3Ν )的正弦掃描信號⑻此sweep ，作為目 標負載值信號，以FFT分析器計測實測負.載值㈠空 制負載值）對目標負載值之頻率傳達函數。第十三圖^ 第十五圖顯示其測定結果。 如第十三(八)圖所示，以目標負載值信號之信號波形 ”貫測負載值信號的信號波形之振幅比（增益）作比較 時，判斷出實測負載值可良好地追隨於目標 細z程度的高頻帶。如第十三⑻圖所示，以目標負載 值^之信m波形與實測負餘信號之信號波形的相 ϊ ί作比較時’判斷出實測負載值信號之信號波形對目 不、載值#號之信號波形，在相位差45。的範圍内追隨 至50Hz程度之高頻帶。 梯曰四(A)圖、第十四⑼圖、第十四(C)圖分別顯示 ^目^負載值信號之頻率變化為i Hz、i 〇Hz、5〇Hz時的 二測負載值（控制負載值）。結果判斷為任何一種頻率， :測負載值均良好地追隨於目標負載值，實測負載值俨 載值信號之信號波形係在相； 第十五(A)圖、第十五(B)圖、第十五(c)圖分別 以c k號使目標負載值信號變化為 IN、51sT、10N :寺 201133166 貫測負載值（控制負載值）。結果判斷為任何一目標負 載值的情況，在目標負載值±〇.〇〇5N之範圍内，實測負 載值都追隨於目標負載值。 ' 第十六圖顯示併用音圈馬達之汽缸負載控制部丨6〇 之其他實施形態。該實施形態係以實體之濾波写電路的 低通濾波器172實現記憶於第六圖之空氣汽缸裝置控制 規則記憶部171的控制規則，並從空氣汽缸裝置負載控 制4 17G傳送空氣汽缸裝置用最適負載附加指示信號d ^空氣汽缸裝置13G’同時以實體之較器電路的帶通 ^器182實現記憶於第六圖之音_達㈣規則記憶 立1的控制規則，並彳之音圈馬達負載控制部18〇傳送 達用最適負載附加指示信號6至音圈馬達140。 慮波器182設計成從音圈馬達用最適負載附加指示 k旒e除去例如50Hz〜60Hz之超高頻帶的成分。 以上之實施形態係例示將抑制干 適用於研磨裝置的情況作二== 十加工對象物施加負載而進行加工的加工 樣地適用於超音波熔接裝置、接合器等。、，亦可同 以上之實施形態係例示滾動隔膜 置13〇作說明，不過空氣汽缸裝置亦、工轧几缸裝 以上之貫施形態係例示線性焉洁 之情況作說明，不過，亦可取代音日圈馬達140 性感應馬達、線性同步馬達 :140而使用線 馬達等。 _直流馬達、線性步進 動^ί之實施形態係例示將測力儀_配置 動。"22之下® 122a的情況作 此罝於下可移 不限於此。測力儀只要在可從併儀:位置 缸150 201133166 =施加於研磨對象物w的實則载值之位置即可 在與研磨對象物w之研磨面相反側之面上配置 【產業上之可利用性】 工對iff的抑制干擾之負載控制裝置可利用於對加 ^象^邊知加負載邊進行加工的加工裝置（例如研磨 波置、超音波熔接裝置、接合器）。 【圖式簡單說明】 第-®係顯示將本發明―種實施形態的抑制 之負載控制裝置錢於研磨裝置的狀態概念圖。 第二圖係抑制干擾之負載控制裝置的平面圖。 第三圖係沿著第二圖之m—m線的剖面圖。 第四圖係抑制干擾之負載控制裝置的側視圖。 ，五圖係沿著第四圖之v—m的剖面圖。 第六圖係用於說明併用音圈馬達之汽紅控 β的控制動作之區塊圖。 、工 第七圖係顯示併用音圈馬達之汽缸的目標 k號之信號波形圖。 、戰值 第八圖係顯示併用音圈馬達之汽缸的理 k號之信號波形圖。 戰值 第九圖係顯示併用音圈馬達之汽缸的實測 k號之信號波形圖。 、執值 ▲第十圖係顯示空氣汽紅褒置用最適負载附加 信號之信號波形圖。 曰不 第十圖係顯示音圈馬達用最適負載附加指 號之信號波形圖。 不“ 第十二圖係對應於用於計測目標負載值追隨特性 15 201133166 之第六圖的區塊圖。 第十三圖係顯示目標負載值追隨特性之測定結果 的第一個圖。 第十四圖係顯示目標負載值追隨特性之測定結果 的第二個圖。 第十五圖係顯示目標負載值追隨特性之測定結果 的第三個圖。 第十六圖係用於說明本發明其他實施形態之併用 音圈馬達之汽缸負載控制部的控制動作之區塊圖。 【主要元件符號說明】 100 抑制干擾之負載控制裝置 110 固定部 110a 下端部 111 薄膜構件 112 線圈（音圈） 120 可移動部 121 上可移動部 122 下可移動部 122a 下面 123 引導桿 124 固定壓力室 125 可變壓力室 126 外部磁輛（磁性迴路） 16 201133166 126a 底部 127 磁鐵（磁性迴路） 128 内部磁軛（磁性迴路） 130 空氣汽缸裝置 140 音圈馬達（VCM)(線性馬達） 150 併用音圈馬達之汽缸（併用線性馬達之汽缸） 併用音圈馬達之汽缸負載控制部 160 (併用線性馬達之汽缸負載控制部） 170 空氣汽缸裝置負載控制部 171 空氣汽缸裝置控制規則記憶部 172 低通濾波器 180 音圈馬達負載控制部（線性馬達負載控制部） 音圈馬達控制規則記憶部 181 (線性馬達控制規則記憶部） 182 帶通濾波器 200 研磨裝置（加工裝置） 300 測力儀（負載感測器） 400 研磨頭單元 410 研磨頭 420 研磨馬達 500 FFT分析器 a 併用音圈馬達之汽缸的目標負載值信號 17
201133166 b c d e W 併用音圈馬達之汽缸的實測負載值信號 差分信號 空氣汽缸裝置用最適負載附加指示信號 音圈馬達用最適負載附加指示信號 (線性馬達用最適負載附加指示信號） 研磨對象物（負載附加對象物）