(57)【要約】【課題】生産性が高い部品実装機を提供する。【解決手段】部品実装機は、軸芯ＣＬを中心に回転可能な第１の歯車（ノズル駆動ギア３５）と、第１の歯車に噛み合う第２の歯車（ノズル回転ギア３６）と回転する吸着ノズル１５を備えた複数のシャフト１３と、複数のシャフト１３を保持して軸芯ＣＬを中心に回転する回転体（シャフト保持部１２）と、第１の歯車を回転させて吸着ノズル１５を自転させる第１のモータ（θ回転モータ３４）と、回転体を回転させて吸着ノズル１５をステーションＳに停止させる第２のモータ（インデックス回転モータ１７）と、第１のモータの動作を制御する第１の制御部と、回転体の回転位置を位置決めするための第２の位置指令を入力とするモデル追従制御によって第２のモータを制御する第２のモータの動作を制御する第２の制御部と、を有する。【選択図】図３
2020013941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯を中心に回転可能な第１の歯車と、
前記第１の歯車に噛み合う第２の歯車と共に回転し、その下端部に部品を保持する吸着ノズルを備えた複数のシャフトと、
前記複数のシャフトを前記軸芯を中心とした円周上にそれぞれ自転可能に保持すると共に、前記第２の歯車を前記第１の歯車に噛み合わせた状態で前記軸芯を中心に回転する回転体と、
前記第１の歯車を回転させることにより前記シャフトの下端部に装着された前記吸着ノズルを自転させる第１のモータと、
前記回転体をインデックス回転させることにより前記吸着ノズルを所定のステーションに停止させる第２のモータと、
前記第１のモータの動作を制御する第１の制御部と、
前記回転体の回転位置を位置決めするための第２の位置指令を入力とするモデル追従制御によって前記第２のモータの動作を制御する第２の制御部と、を有する、部品実装機。
【請求項２】
前記第２の制御部は、少なくとも前記第２のモータの負荷イナーシャを含む第２の規範モデルに基づいて、前記第２のモータを制御する、請求項１に記載の部品実装機。
【請求項３】
前記第２の制御部は、
前記回転体の前記第２の位置指令を入力とし、前記第２の規範モデルに基づくループ制御によって算出される第２のモデルトルクと、第２のモデル速度と、第２のモデル位置とを出力する第２のモデル制御部と、
前記第２のモデルトルクと、前記第２のモデル速度と、前記第２のモデル位置と、前記第２のモータの回転状態とを入力として、前記第２のモータを駆動させる第２の駆動電流を算出する第２のトルク制御部と、を備える、請求項２に記載の部品実装機。
【請求項４】
前記第２の制御部は、前記第１のモータが発生するトルクと、前記第１の歯車と前記第２の歯車のギア比を考慮して、前記第２のモータを制御する、請求項１に記載の部品実装機。
【請求項５】
前記第２の制御部は、前記第１の歯車と前記第２の歯車のギア比に基づいて、少なくとも前記第１のモータの負荷イナーシャを含む第１の規範モデルに基づくループ制御によって算出される第１のモデルトルクを前記第２のモデルトルクに加算する、請求項３に記載の部品実装機。
【請求項６】
前記第１の制御部は、前記吸着ノズルの回転位置を位置決めするための第１の位置指令を入力とするモデル追従制御によって前記第１のモータを制御する、請求項１に記載の部品実装機。
【請求項７】
前記第１の制御部は、少なくとも前記第１のモータの負荷イナーシャを含む第１の規範モデルに基づいて、前記第１のモータを制御する、請求項６に記載の部品実装機。
【請求項８】
前記第１の制御部は、
前記吸着ノズルの前記第１の位置指令を入力とし、前記第１の規範モデルに基づくループ制御によって算出される第１のモデルトルクと、第１のモデル速度と、第１のモデル位置とを出力する第１のモデル制御部と、
前記第１のモデルトルクと、前記第１のモデル速度と、前記第１のモデル位置と、前記第１のモータの回転状態とを入力として、前記第１のモータを駆動させる第１の駆動電流を算出する第１のトルク制御部と、を備える、請求項７に記載の部品実装機。
【請求項９】
前記第１の制御部は、前記第２のモータが発生するトルクと、前記第１の歯車と前記第２の歯車のギア比を考慮して、前記第１のモータを制御する、請求項６に記載の部品実装機。
【請求項１０】
前記第１の制御部は、前記第１の歯車と前記第２の歯車のギア比に基づいて、前記第２のモデルトルクを前記第１のモデルトルクに加算する、請求項８に記載の部品実装機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
部品実装機に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に部品を実装する部品実装機として、円周上に複数設けられた吸着ノズルをインデックス回転させながら部品の吸着と基板への装着を行うロータリー形式の装着ヘッドを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の部品実装機の装着ヘッドは、軸芯を中心に回転可能なノズル駆動ギアと、ノズル駆動ギアに噛み合うノズル回転ギアを上部に有し、吸着ノズルを下端部に有する複数のシャフトと、軸芯を中心とした円周上に複数のシャフトをθ回転可能に保持する回転体を備えている。また、装着ヘッドは、軸芯を中心にノズル駆動ギアを回転させるθ軸モータと、軸芯を中心に回転体を回転させるＲ軸モータを備えている。
【０００３】
複数のシャフトは、サーボ制御されたＲ軸モータを作動させることにより軸芯を中心にインデックス回転（公転）して、順番に所定のステーションに停止する。また、複数のシャフトは、サーボ制御されたθ軸モータを作動させることにより一斉にθ回転（自転）して、所定の角度に設定される。吸着ノズルはステーションにおいて昇降し、部品供給装置から供給される部品を吸着して、吸着した部品を予め設定された角度で基板に装着する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８―４６１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年は、より生産性の高い部品実装機が求められており、特許文献１に記載の部品実装機では、重量物である回転体のインデックス回転を高速化して部品実装作業の生産性を向上させることが困難であるという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、生産性が高い部品実装機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の部品実装機は、軸芯を中心に回転可能な第１の歯車と、前記第１の歯車に噛み合う第２の歯車と共に回転し、その下端部に部品を保持する吸着ノズルを備えた複数のシャフトと、前記複数のシャフトを前記軸芯を中心とした円周上にそれぞれ自転可能に保持すると共に、前記第２の歯車を前記第１の歯車に噛み合わせた状態で前記軸芯を中心に回転する回転体と、前記第１の歯車を回転させることにより前記シャフトの下端部に装着された前記吸着ノズルを自転させる第１のモータと、前記回転体をインデックス回転させることにより前記吸着ノズルを所定のステーションに停止させる第２のモータと、前記第１のモータの動作を制御する第１の制御部と、前記回転体の回転位置を位置決めするための第２の位置指令を入力とするモデル追従制御によって前記第２のモータの動作を制御する第２の制御部と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、生産性が高い部品実装機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態の部品実装機の全体構成を示す斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の部品実装機に用いられる装着ヘッドの構成説明図
【図３】本発明の一実施の形態の部品実装機に用いられる装着ヘッドの部分断面図
【図４】本発明の一実施の形態の部品実装機に用いられる装着ヘッドにおける複数のシャフトのインデックス回転と自転を説明する図
【図５】本発明の一実施の形態の部品実装機の制御系の構成を示すブロック図
【図６】本発明の一実施の形態の部品実装機に用いられる装着ヘッドにおけるモータの制御系の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、部品実装機１の構造を説明する。以下、基板の搬送方向をＸ方向、Ｘ方向と水平面内において直交する方向をＹ方向、ＸＹ平面に対して直交する方向をＺ方向、Ｚ方向を軸として回転する水平面内の方向をθ方向と定義する。部品実装機１は、吸着ノズルの吸引孔に負圧を作用させて部品を真空吸着により保持して基板に装着する機能を有する。図１において、基台１ａの中央部には、Ｘ方向に延びた一対の搬送コンベアを備えた基板搬送機構２が配置されている。基板搬送機構２は部品装着対象の基板３を上流側装置から受け取って搬送し、以下に説明する部品搭載機構による装着作業位置に位置決め保持する。
【００１１】
基板搬送機構２の両側方には、部品供給部４が配置されている。部品供給部４は、フィーダテーブル４ａ上に複数のテープフィーダ５を並設して構成されている。テープフィーダ５は、基板３に装着される部品を収納したキャリアテープをピッチ送りすることにより、装着対象の部品を部品搭載機構の装着ヘッド８による取り出し位置に供給する。
【００１２】
次に、部品搭載機構について説明する。基台１ａのＸ方向の端部には、リニア駆動機構を備えたＹ軸ビーム６が配置されており、Ｙ軸ビーム６にはリニア駆動機構を備えたＸ軸ビーム７がＹ方向に移動自在に装着されている。Ｘ軸ビーム７にはプレート部材９がＸ方向に移動自在に装着されており、プレート部材９には装着ヘッド８が保持フレーム１０を介して装着されている。
【００１３】
装着ヘッド８は、基板３に装着される部品を吸着ノズル１５（図２参照）によって部品供給部４からピックアップして保持する機能を有している。吸着ノズル１５は、先端部に開口した吸引孔に負圧発生源によって発生された負圧を作用させて部品を保持する。装着ヘッド８は、Ｙ軸ビーム６、Ｘ軸ビーム７を駆動することによりＸ方向、Ｙ方向へ水平移動し、吸着ノズル１５に保持された部品を基板搬送機構２に位置決め保持された基板３に装着する。
【００１４】
次に、図２、図３を参照して、装着ヘッド８の構造を説明する。図２において、装着ヘッド８は、保持フレーム１０と保持フレーム１０に固定されるカバー８ａによって側面と上面が覆われた構造を有している。保持フレーム１０の下部には、ロータ保持部１１が水平方向に延出して設けられている。図３において、ロータ保持部１１には、ロータである円柱形のシャフト保持部１２が、ベアリング１１ａを介してＺ方向の軸芯ＣＬを回転軸として回転自在に保持されている。図２において、シャフト保持部１２には、軸芯ＣＬ廻りの同心配置で複数のシャフト１３が、昇降機構２１によって昇降可能な状態で保持されている。シャフト１３は、下端部に吸着ノズル１５を着脱自在に保持するノズルホルダ１４を有している。
【００１５】
図２において、シャフト保持部１２の上面には、軸芯ＣＬを回転軸とする保持体従動ギア１６が固着されており、ロータ保持部１１の上方にはインデックス回転モータ１７が配置されている。インデックス回転モータ１７には、保持体従動ギア１６と噛合するインデックス回転ギア１７ａが装着されている。インデックス回転モータ１７を駆動することによりインデックス回転ギア１７ａを介して保持体従動ギア１６が駆動される。これにより、シャフト保持部１２は保持体従動ギア１６と共にインデックス回転する（矢印ａ）。インデックス回転モータ１７には、インデックス回転モータ１７の出力軸の回転位置、回転速度などモータの回転状態を検出するインデックス回転エンコーダ１７ｂが内蔵されている。
【００１６】
図２において、保持フレーム１０の上部には、円筒カム１８を固定するカム保持部１９が水平方向に延出して設けられている。円筒カム１８の外周面にはガイド溝１８ａが設けられている。ガイド溝１８ａは、保持フレーム１０とは反対側が高く、保持フレーム１０に近づくにつれて緩やかに低くなるように設けられている。各シャフト１３の上端部には、カムフォロア２０が取り付けられている。
【００１７】
カムフォロア２０は、ガイド溝１８ａに沿って移動できるように円筒カム１８に装着されている。シャフト保持部１２がインデックス回転すると、シャフト１３はこれに倣って水平方向に周回移動しながら円筒カム１８のガイド溝１８ａに沿って上下運動する。円筒カム１８は、ガイド溝１８ａが最も低くなる箇所で一部が切除されており、その切除箇所ではガイド溝１８ａは途切れている。
【００１８】
保持フレーム１０と円筒カム１８の間には、昇降機構２１が配置されている。昇降機構２１は、Ｚ方向に延びたねじ軸２１ａ、ねじ軸２１ａを回転駆動する昇降モータ２２、ねじ軸２１ａに螺合するナット２１ｂを含んで構成されている。ナット２１ｂには、円筒カム１８の切除箇所に沿って昇降移動可能なカムフォロア保持具２１ｃが設けられている。カムフォロア保持具２１ｃは、昇降モータ２２の駆動によってナット２１ｂと共に昇降する。カムフォロア保持具２１ｃは、切除箇所で途切れたガイド溝１８ａを補完する形状を有している。
【００１９】
ガイド溝１８ａに沿って移動してきたカムフォロア２０はこの位置でガイド溝１８ａから外れ、ガイド溝１８ａと同じ高さ位置で待機するカムフォロア保持具２１ｃに乗り移って保持される。この状態で昇降モータ２２が駆動されると、カムフォロア保持具２１ｃおよびカムフォロア２０は、カムフォロア２０と共に昇降する（矢印ｂ）。
【００２０】
図３に示すように、シャフト１３の上端部には、略Ｌ字状のジョイント部２０ａがθ方向に回転自在に装着されており、ジョイント部２０ａには、カムフォロア２０が水平方向の回転軸を外側に向けて取り付けられている。この構成により、カムフォロア２０が昇降するとジョイント部２０ａを介して結合されたシャフト１３が昇降し、シャフト１３の下端部のノズルホルダ１４に保持された吸着ノズル１５が昇降する（図２の矢印ｃ）。すなわち、カムフォロア保持具２１ｃがカムフォロア２０を保持するシャフト１３の位置は、当該シャフト１３が吸着ノズル１５によって部品を吸着して取り出し、また保持した部品を基板３に装着するために昇降するステーションＳとなっている。
【００２１】
図２において、ロータ保持部１１には、吸着ノズル１５に保持された部品を下方から撮像するためのカメラ２３ａを備えた部品認識部２３が設けられている。部品認識部２３は、シャフト保持部１２に保持されたシャフト１３の下端部の吸着ノズル１５が、シャフト保持部１２のインデックス回転により部品認識位置Ｒに位置したタイミングにおいて、当該吸着ノズル１５に保持された部品の状態を下方から撮像する機能を有している。
【００２２】
部品認識部２３は、部品認識位置Ｒの下方およびカメラ２３ａの下方にそれぞれ配置されたミラー２３ｂを有している。部品認識位置Ｒに位置する吸着ノズル１５に保持された部品の撮像光をこれらのミラー２３ｂによってカメラ２３ａに導くことにより、吸着ノズル１５に保持された部品の画像が取得され、これらの取得画像を認識処理することにより、部品の識別や位置ずれ状態が認識される。部品を基板３に搭載する際は、部品認識部２３による部品の撮像結果を加味し、装着ヘッド８におけるシャフト１３の回転位置や部品搭載機構によるＸＹ方向位置の装着位置補正が行われる。
【００２３】
次に図３を参照して、装着ヘッド８におけるシャフト１３の回転駆動系、吸引・排気系の構成を説明する。シャフト１３は、シャフト保持部１２を上下に貫通して設けられた貫通孔３０を挿通している。貫通孔３０の内径はシャフト１３の外径よりも大きく設定されており、シャフト１３が貫通孔３０を挿通した状態において、貫通孔３０の内部には空隙部３０ａが形成される。各貫通孔３０の上下両端部には軸受け部３１が装着されており、シャフト１３は軸受け部３１に摺動自在、且つ気密を保って嵌合している。これにより、空隙部３０ａを外部に対して密封した状態で、シャフト１３の昇降および軸廻りの回転が可能となっている。
【００２４】
図３において、シャフト保持部１２の上面には、シャフト保持部１２の軸芯ＣＬを中心とする取り付け穴１２ａが設けられている。円筒カム１８を上下に貫く円柱状の円柱部材３２は、その先端部３２ａを取り付け穴１２ａにベアリング３２ｂを介して嵌入させることで、シャフト保持部１２に対して回転自在に配置されている。
【００２５】
円柱部材３２の上端部付近には、軸芯ＣＬを回転軸とするθ回転従動ギア３３が固着されている。円筒カム１８の上方には、θ回転従動ギア３３と噛み合うθ回転駆動ギア３４ａが装着されたθ回転モータ３４が配置されている。θ回転従動ギア３３は、θ回転モータ３４の駆動によってθ回転駆動ギア３４ａを介してθ方向に回転する。これにより、円柱部材３２は、θ回転従動ギア３３と共にθ方向に回転する（矢印ｄ）。θ回転モータ３４には、θ回転モータ３４の出力軸の回転位置、回転速度などモータの回転状態を検出するθ回転エンコーダ３４ｂが内蔵されている。
【００２６】
円柱部材３２におけるシャフト保持部１２と円筒カム１８の間には、シャフト１３の昇降ストロークに対応させて上下方向に長く伸びたノズル駆動ギア３５が結合されている。各シャフト１３には、ノズル駆動ギア３５と噛み合う位置にノズル回転ギア３６が結合されている。各シャフト１３は、ノズル駆動ギア３５の回転によってノズル回転ギア３６を介して一斉にθ方向に回転する（矢印ｅ）。このように、シャフト１３は、θ回転モータ３４の駆動によってθ方向に回転する。これにより、シャフト１３の下端部のノズルホルダ１４に保持された吸着ノズル１５も一斉にθ方向に回転する（矢印ｆ）。
【００２７】
次に、装着ヘッド８の吸引・排気系について説明する。図３において、シャフト１３の内部には、下端部が吸着ノズル１５に通じるシャフト内孔１３ａが設けられている。シャフト内孔１３ａはノズルホルダ１４に設けられた通気孔１４ａを介して吸着ノズル１５に設けられたノズル流路１５ａに連通する。シャフト内孔１３ａの上方には、上下の２つの軸受け部３１に挟まれた位置においてシャフト１３の外周面に開口して空隙部３０ａと連通する開口部１３ｂが設けられている。開口部１３ｂは、シャフト１３が上下動しても上下の２つの軸受け３１に挟まれた空隙部３０ａの範囲内に位置する。
【００２８】
シャフト保持部１２の内部には、シャフト保持部１２の上部中央に設けられた取り付け穴１２ａの上面に開口した共通流路１２ｂが、軸芯ＣＬに沿う縦方向に設けられている。共通流路１２ｂは、取り付け穴１２ａに嵌入する円柱部材３２の内部に設けられた回転体内孔３２ｃに連通する。回転体内孔３２ｃは、円柱部材３２の上端部に接続された管３７を介して負圧発生源３８に通じている。負圧発生源３８を作動させることにより、回転体内孔３２ｃを介して共通流路１２ｂ内を吸引して負圧を付与することができる。したがって共通流路１２ｂは、吸着ノズル１５に負圧を付与する負圧側流路となっている。
【００２９】
また共通流路１２ｂは、シャフト保持部１２の内部に設けられた流路切り替え部３９を介して各貫通孔３０の空隙部３０ａと連通している。流路切り替え部３９は、吸着ノズル１５と連通するノズル側流路、すなわち空隙部３０ａと連通しさらに開口部１３ｂ、シャフト内孔１３ａおよびノズルホルダ１４を介して連通する吸着ノズル１５のノズル流路１５ａの接続先を切り替える機能を有している。
【００３０】
この接続先切り替え機能により、吸着ノズル１５の接続先として、吸着ノズル１５に負圧を付与するための負圧側流路である共通流路１２ｂと、吸着ノズル１５に正圧を付与するための正圧側流路（図示省略）とのいずれかを選択して切り替える。このように流路切り替えを行うことにより、吸着ノズル１５による部品の負圧による吸着保持と、保持した部品の正圧による離脱とを選択して実行させることができる。
【００３１】
次に図４を参照して、装着ヘッド８におけるシャフト１３（吸着ノズル１５）のインデックス回転（公転）とθ回転（自転）の具体例について説明する。図４に示すシャフト保持部１２には、１２本のシャフト１３Ａ〜１３Ｌが軸芯ＣＬを中心とした円周上に等間隔（中心角が３０度間隔）で保持されている。シャフト１３Ａは、ステーションＳに停止している。
【００３２】
インデックス回転モータ１７を駆動させてインデックス回転ギア１７ａを回転させると（矢印ｇ）、シャフト保持部１２は保持体従動ギア１６と共にインデックス回転して（矢印ｈ）、１２本のシャフト１３Ａ〜１３Ｌが軸芯ＣＬを中心に公転する。シャフト保持部１２を３０度回転させると、シャフト１３Ａの隣のシャフト１３ＬがステーションＳに停止する。
【００３３】
図４において、θ回転モータ３４を駆動させてθ回転駆動ギア３４ａを回転させると（矢印ｉ）、θ回転従動ギア３３が回転し（矢印ｊ）、θ回転従動ギア３３が固着された円柱部材３２に結合されたノズル駆動ギア３５がθ回転従動ギア３３と同じ角度だけ回転する。ノズル駆動ギア３５が回転すると、各シャフト１３Ａ〜１３Ｌに結合されたノズル回転ギア３６が回転し（矢印ｋ）、１２本のシャフト１３Ａ〜１３Ｌが一斉に同じ向きに同じ回転量だけ自転する。
【００３４】
θ回転モータ３４は、隣のシャフト１３ＬがステーションＳに停止した状態でシャフト１３Ｌに装着されている吸着ノズル１５が所定の回転位置となるように駆動される。インデックス回転モータ１７とθ回転モータ３４は、効率的に部品実装ができるように同時に駆動される。すなわち、１２本のシャフト１３Ａ〜１３Ｌは、自転（θ回転）しながら公転（インデックス回転）する。
【００３５】
上記のように、部品実装機１が備える装着ヘッド８は、軸芯ＣＬを中心に回転可能な第１の歯車（ノズル駆動ギア３５）と、第１の歯車に噛み合う第２の歯車（ノズル回転ギア３６）と共に回転し、その下端部に部品を保持する吸着ノズル１５を備えた複数のシャフト１３Ａ〜１３Ｌを有している。シャフト保持部１２は、複数のシャフト１３Ａ〜１３Ｌを軸芯ＣＬを中心とした円周上にそれぞれ自転可能に保持すると共に、第２の歯車を第１の歯車に噛み合わせた状態で軸芯ＣＬを中心に回転する回転体である。
【００３６】
また、θ回転モータ３４は、第１の歯車を回転させることによりシャフト１３Ａ〜１３Ｌの下端部に装着された延伸方向を回転軸として吸着ノズル１５を自転させる第１のモータである。インデックス回転モータ１７は、回転体（シャフト保持部１２）をインデックス回転させることにより吸着ノズル１５を所定のステーションＳに停止させる第２のモータである。
【００３７】
第２の歯車（ノズル回転ギア３６）は、第１の歯車（ノズル駆動ギア３５）と噛み合う状態で軸芯ＣＬを中心に公転するため、第２のモータ（インデックス回転モータ１７）が複数のシャフト１３Ａ〜１３Ｌを公転させる力（トルク）は、第２の歯車と第１の歯車を介して、第１のモータ（θ回転モータ）にも伝搬する。反対に、第１のモータが複数のシャフト１３Ａ〜１３Ｌを自転させる力（トルク）は、第１の歯車と第２の歯車を介して第２のモータにも伝搬する。そのため、第１のモータと第２のモータを駆動させて複数のシャフト１３Ａ〜１３Ｌを高速に精度良く公転と自転をさせる場合は、モータ相互間の影響を考慮した制御が必要である。
【００３８】
次に図５を参照して、部品実装機１の制御系の構成について説明する。部品実装機１は、基板搬送機構２、部品供給部４、Ｙ軸ビーム６、Ｘ軸ビーム７、カメラ２３ａ、昇降モータ２２、タッチパネル４３、インデックス回転駆動部４４、インデックス回転モータ１７、θ回転駆動部４５、θ回転モータ３４、制御部４０を備えている。タッチパネル４３は、その表示部に各種情報を表示し、また表示部に表示される操作ボタンなどを使って作業者がデータ入力や部品実装機１の操作を行う。
【００３９】
制御部４０は、実装制御部４１、実装記憶部４２を備えている。実装記憶部４２は記憶装置であり、基板３のサイズ、基板３に装着される部品の種類、装着位置の座標、装着角度などを含む装着データが記憶されている。実装制御部４１は、実装記憶部４２に記憶される装着データに基づいて部品実装機１の各部を制御して、部品を基板３に装着する部品装着作業を実行させる。インデックス回転駆動部４４は、実装制御部４１から送信される指令に基づいて、インデックス回転モータ１７を駆動させる駆動電流を発生させる。θ回転駆動部４５は、実装制御部４１から送信される指令に基づいて、θ回転モータ３４を駆動させる駆動電流を発生させる。
【００４０】
次に図６を参照して、θ回転モータ３４（第１のモータ）とインデックス回転モータ１７（第２のモータ）を制御するモータの制御系の詳細について説明する。実装制御部４１は、実装データに含まれる基板３に装着する部品の種類、装着位置、装着角度に基づいて、次にステーションＳに停止させる吸着ノズル１５（シャフト１３Ａ〜１３Ｌ）と停止後の吸着ノズル１５の回転位置を決定する。そして、実装制御部４１は、決定した吸着ノズル１５が決定した回転位置でステーションＳに移動するようにθ回転駆動部４５（第１の制御部）とインデックス回転駆動部４４（第２の制御部）に指令を送信する。
【００４１】
具体的には、実装制御部４１は、所定時間毎（例えば、５０マイクロ秒毎）の吸着ノズル１５のθ回転位置とシャフト保持部１２（回転体）のインデックス回転位置の目標位置を算出して、θ回転駆動部４５とインデックス回転駆動部４４にそれぞれ位置指令を送信する。以下、実装制御部４１がθ回転駆動部４５に送信する、吸着ノズル１５のθ回転位置を位置決めするための位置指令を「第１の位置指令５０ａ」と称する。また、実装制御部４１がインデックス回転駆動部４４に送信する、シャフト保持部１２（回転体）のインデックス回転位置を位置決めするための位置指令を「第２の位置指令５０ｂ」と称する。
【００４２】
図６において、θ回転駆動部４５（第１の制御部）は、第１の位置指令５０ａを入力とするモデル追従制御によってθ回転モータ３４（第１のモータ）を制御する。θ回転駆動部４５は、第１のモデル制御部５１ａ、第１のトルク制御部５２ａを備えている。第１のトルク制御部５２ａは、第１のトルク補正部５３ａ、第１のサーボ制御部５４ａを備えている。第１のモデル制御部５１ａは、第１の位置指令５０ａを入力とし、後述する第１の規範モデル５５ａに基づいて、第１のモデルトルク５６ａ、第１のモデル速度５７ａ、第１のモデル位置５８ａをそれぞれ算出する。
【００４３】
第１のトルク制御部５２ａは、第１のモデル制御部５１ａによって算出された第１のモデルトルク５６ａ、第１のモデル速度５７ａ、第１のモデル位置５８ａと、θ回転エンコーダ３４ｂによって検出されたθ回転モータ３４の回転状態（第１のモータの回転状態５９ａ）と、後述する第２のモデルトルク５６ｂを入力として、θ回転モータ３４を駆動させる第１の駆動電流６０ａを算出して出力する。第１のモータの回転状態５９ａとして、θ回転モータ３４の出力軸の回転位置の他、回転速度、あるいはその両方が検出される。
【００４４】
図６において、第１のトルク補正部５３ａは、第１のモデル制御部５１ａによって算出された第１のモデルトルク５６ａに、後述する第２のモデル制御部５１ｂによって算出された第２のモデルトルク５６ｂに係数Ｋ２を掛けて得られるトルクを加算した、第１の演算トルク６１ａを算出する。係数Ｋ２は、ノズル駆動ギア３５（第１の歯車）とノズル回転ギア３６（第２の歯車）のギア比、θ回転およびインデックス回転の関係（同相方向、逆相方向など）などに基づいて定められる。すなわち、θ回転駆動部４５（第１の制御部）において第１のトルク補正部５３ａは、第１の歯車と第２の歯車のギア比に基づいて、第２のモデルトルク５６ｂを第１のモデルトルク５６ａに加算して第１の演算トルク６１ａを算出する。
【００４５】
第１のサーボ制御部５４ａは、第１のトルク補正部５３ａが算出した第１の演算トルク６１ａ、第１のモデル速度５７ａ、第１のモデル位置５８ａに基づいて、θ回転モータ３４を駆動させる第１の駆動電流６０ａを出力する。このように、θ回転駆動部４５（第１の制御部）は、第２のモータ（インデックス回転モータ１７）が発生するトルクと、第１の歯車（ノズル駆動ギア３５）と第２の歯車（ノズル回転ギア３６）のギア比を考慮して、第１のモータ（θ回転モータ３４）を制御する。
【００４６】
図６において、インデックス回転駆動部４４（第２の制御部）は、第２の位置指令５０ｂを入力とするモデル追従制御によってインデックス回転モータ１７（第２のモータ）を制御する。インデックス回転駆動部４４は、第２のモデル制御部５１ｂ、第２のトルク制御部５２ｂを備えている。第２のトルク制御部５２ｂは、第２のトルク補正部５３ｂ、第２のサーボ制御部５４ｂを備えている。第２のモデル制御部５１ｂは、第２の位置指令５０ｂを入力とし、後述する第２の規範モデル５５ｂに基づいて、第２のモデルトルク５６ｂ、第２のモデル速度５７ｂ、第２のモデル位置５８ｂをそれぞれ算出する。
【００４７】
第２のトルク制御部５２ｂは、第２のモデル制御部５１ｂによって算出された第２のモデルトルク５６ｂ、第２のモデル速度５７ｂ、第２のモデル位置５８ｂと、インデックス回転エンコーダ１７ｂによって検出されたインデックス回転モータ１７の回転状態（第２のモータの回転状態５９ｂ）と、第１のモデルトルク５６ａを入力として、インデックス回転モータ１７を駆動させる第２の駆動電流６０ｂを算出して出力する。第２のモータの回転状態５９ｂとして、インデックス回転モータ１７の出力軸の回転位置の他、回転速度、あるいはその両方が検出される。
【００４８】
図６において、第２のトルク補正部５３ｂは、第２のモデル制御部５１ｂによって算出された第２のモデルトルク５６ｂに、第１のモデル制御部５１ａによって算出された第１のモデルトルク５６ａに係数Ｋ１を掛けて得られるトルクを加算した、第２の演算トルク６１ｂを算出する。係数Ｋ１は、ノズル駆動ギア３５（第１の歯車）とノズル回転ギア３６（第２の歯車）のギア比、θ回転およびインデックス回転の関係（同相方向、逆相方向など）などに基づいて定められる。すなわち、インデックス回転駆動部４４（第２の制御部）において第２のトルク補正部５３ｂは、第１の歯車と第２の歯車のギア比に基づいて、第１のモデルトルク５６ａを第２のモデルトルク５６ｂに加算して第２の演算トルク６１ｂを算出する。
【００４９】
第２のサーボ制御部５４ｂは、第２のトルク補正部５３ｂが算出した第２の演算トルク６１ｂ、第２のモデル速度５７ｂ、第２のモデル位置５８ｂに基づいて、インデックス回転モータ１７を駆動させる第２の駆動電流６０ｂを出力する。このように、インデックス回転駆動部４４（第２の制御部）は、第１のモータ（θ回転モータ３４）が発生するトルクと、第１の歯車（ノズル駆動ギア３５）と第２の歯車（ノズル回転ギア３６）のギア比を考慮して、第２のモータ（インデックス回転モータ１７）を制御する。
【００５０】
上記のように、第１の制御部（θ回転駆動部４５）は、第２のモータ（インデックス回転モータ１７）が発生するトルクの影響を考慮して第１のモータ（θ回転モータ３４）の動作を制御している。同様に、第２の制御部（インデックス回転駆動部４４）は、第１のモータが発生するトルクの影響を考慮して第２のモータの動作を制御している。
【００５１】
すなわち、本実施の形態に示すモータの制御系では、第１の歯車（ノズル駆動ギア３５）と第２の歯車（ノズル回転ギア３６）を介した吸着ノズル１５の自転と公転（シャフト保持部１２の回転）の相互作用が考慮されている。これによって、吸着ノズル１５が指示された回転位置に位置決めされるまでに要する整定時間と、回転体（シャフト保持部１２）が指示された回転位置に位置決めされるまでに要する整定時間を短縮することができる。
【００５２】
次に図６を参照して、第１の規範モデル５５ａの詳細について説明する。第１の規範モデル５５ａは、第１の速度演算部６２ａ、第１のトルク演算部６３ａ、第１のモータモデル６４ａ、第１の位置演算部６５ａを含んでいる。第１の速度演算部６２ａは、第１の位置指令５０ａと第１のモデル位置５８ａの差分と位置ゲインに基づいて、第１の速度６６ａを算出する。第１のトルク演算部６３ａは、第１の速度６６ａと第１のモデル速度５７ａの差分と速度ゲインに基づいて、第１のモデルトルク５６ａを算出する。
【００５３】
第１のモータモデル６４ａには、θ回転モータ３４の出力軸換算での負荷イナーシャＪ１が含まれている。第１のモータモデル６４ａと第１のモデルトルク５６ａに基づいて、第１のモデル速度５７ａが算出される。負荷イナーシャＪ１は、θ回転駆動ギア３４ａのギア数、θ回転駆動ギア３４ａとθ回転従動ギア３３のギア比、ノズル駆動ギア３５とノズル回転ギア３６のギア比、ノズル駆動ギア３５、円柱部材３２、シャフト１３Ａ〜１３Ｌ、吸着ノズル１５の質量などに基づいて計算される。第１の位置演算部６５ａは、第１のモデル速度５７ａに基づいて第１のモデル位置５８ａを算出する。
【００５４】
このように、第１の規範モデル５５ａでは、第１の速度６６ａを算出するために第１のモデル位置５８ａがフィードバック（ループ）され、第１のモデルトルク５６ａを算出するために第１のモデル速度５７ａがフィードバック（ループ）されている。すなわち、第１のモデル制御部５１ａは、第１の位置指令５０ａを入力とし、第１のモータ（θ回転モータ３４）の負荷イナーシャＪ１を含む第１の規範モデル５５ａに基づくループ制御によって算出される第１のモデルトルク５６ａと、第１のモデル速度５７ａと、第１のモデル位置５８ａとを出力する。つまり、第１の制御部（θ回転駆動部４５）は、第１の規範モデル５５ａに基づいて、第１のモータを制御している。
【００５５】
次に図６を参照して、第２の規範モデル５５ｂの詳細について説明する。第２の規範モデル５５ｂは、第２の速度演算部６２ｂ、第２のトルク演算部６３ｂ、第２のモータモデル６４ｂ、第２の位置演算部６５ｂを含んでいる。第２の速度演算部６２ｂは、第２の位置指令５０ｂと第２のモデル位置５８ｂの差分と位置ゲインに基づいて、第２の速度６６ｂを算出する。第２のトルク演算部６３ｂは、第２の速度６６ｂと第２のモデル速度５７ｂの差分と速度ゲインに基づいて、第２のモデルトルク５６ｂを算出する。
【００５６】
第２のモータモデル６４ｂには、インデックス回転モータ１７の出力軸換算での負荷イナーシャＪ２が含まれている。第２のモータモデル６４ｂと第２のモデルトルク５６ｂに基づいて、第２のモデル速度５７ｂが算出される。負荷イナーシャＪ２は、インデックス回転ギア１７ａのギア数、インデックス回転ギア１７ａと保持体従動ギア１６のギア比、保持体従動ギア１６、シャフト保持部１２（回転体）、シャフト１３Ａ〜１３Ｌ、吸着ノズル１５の質量などに基づいて計算される。第２の位置演算部６５ｂは、第２のモデル速度５７ｂに基づいて第２のモデル位置５８ｂを算出する。
【００５７】
このように、第２の規範モデル５５ｂでは、第２の速度６６ｂを算出するために第２のモデル位置５８ｂがフィードバック（ループ）され、第２のモデルトルク５６ｂを算出するために第２のモデル速度５７ｂがフィードバック（ループ）されている。すなわち、第２のモデル制御部５１ｂは、第２の位置指令５０ｂを入力とし、第２のモータ（インデックス回転モータ１７）の負荷イナーシャＪ２を含む第２の規範モデル５５ｂに基づくループ制御によって算出される第２のモデルトルク５６ｂと、第２のモデル速度５７ｂと、第２のモデル位置５８ｂとを出力する。つまり、第２の制御部（インデックス回転駆動部４４）は、第２の規範モデル５５ｂに基づいて、第２のモータを制御している。
【００５８】
上記説明したように、本実施の形態の部品実装機１は、軸芯ＣＬを中心に回転可能な第１の歯車（ノズル駆動ギア３５）と、第１の歯車に噛み合う第２の歯車（ノズル回転ギア３６）と共に回転する吸着ノズル１５を備えた複数のシャフト１３と、複数のシャフト１３を自転可能に保持すると共に軸芯ＣＬを中心に回転する回転体（シャフト保持部１２）と、第１の歯車を回転させることにより吸着ノズル１５を自転させる第１のモータ（θ回転モータ３４）と、回転体をインデックス回転させることにより吸着ノズル１５を所定のステーションＳに停止させる第２のモータ（インデックス回転モータ１７）と、を有する。
【００５９】
また、本実施の形態の部品実装機１は、第１のモータの動作を制御する第１の制御部（θ回転駆動部４５）と、回転体の回転位置を位置決めするための第２の位置指令５０ｂを入力とするモデル追従制御によって第２のモータの動作を制御する第２の制御部（インデックス回転駆動部４４）と、を有する。これによって、円周上に複数設けられた吸着ノズル１５の１つを公転させてステーションＳに停止させるまでの整定時間を短縮することができ、生産性が高い部品実装機１を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の部品実装機は、生産性が高いという効果を有し、部品を基板に実装する分野において有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１  部品実装機
８  装着ヘッド
１２  シャフト保持部（回転体）
１３、１３Ａ〜１３Ｌ  シャフト
１５  吸着ノズル
１７  インデックス回転モータ（第２のモータ）
３４  θ回転モータ（第１のモータ）
３５  ノズル駆動ギア（第１の歯車）
３６  ノズル回転ギア（第２の歯車）
５０ａ  第１の位置指令
５０ｂ  第２の位置指令
５１ａ  第１のモデル制御部
５１ｂ  第２のモデル制御部
５２ａ  第１のトルク制御部
５２ｂ  第２のトルク制御部
５５ａ  第１の規範モデル
５５ｂ  第２の規範モデル
５６ａ  第１のモデルトルク
５６ｂ  第２のモデルトルク
５７ａ  第１のモデル速度
５７ｂ  第２のモデル速度
５８ａ  第１のモデル位置
５８ｂ  第２のモデル位置
５９ａ  第１のモータの回転状態
５９ｂ  第２のモータの回転状態
６０ａ  第１の駆動電流
６０ｂ  第２の駆動電流
ＣＬ  軸芯
Ｓ  ステーション
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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