(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアモータに備えられる可動子の移動速度と、位置指令値に基づいて算出される速度指令値との差分に対する第１の積分値を用いた積分動作により電流指令値を算出する速度制御部と、
前記電流指令値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加する電流制御部と、
前記可動子の可動方向において重力の作用を受ける前記可動子が前記位置指令値で示される位置に留まっているときに前記速度制御部における積分動作で用いられる第１の積分値を記憶する補正値記憶部と、
を備え、
前記速度制御部は、前記リニアモータに対する制御を再開するときに、前記補正値記憶部が記憶する第１の積分値を積分動作における初期値にする、
リニアモータの制御装置。
【請求項２】
前記速度制御部は、前記可動子を移動させる方向を変更するときに、前記補正値記憶部が記憶する第１の積分値を積分動作における初期値にする、
請求項１に記載のリニアモータの制御装置。
【請求項３】
前記リニアモータの前記可動子を制動するブレーキ装置を制御するブレーキ制御部、をさらに備え、
前記速度制御部は、前記リニアモータに対する制御を再開するときに、前記ブレーキ制御部が前記ブレーキ装置をオフにする前に、前記補正値記憶部が記憶する第１の積分値を積分動作における初期値にする、
請求項１又は請求項２に記載のリニアモータの制御装置。
【請求項４】
前記電流制御部は、前記電流指令値と前記リニアモータに流れる電流値との差分に対する第２の積分値を用いた積分動作により前記リニアモータに印加する電圧値を算出し、
前記補正値記憶部は、前記可動子が前記位置指令値で示される位置に留まっているときの前記電流制御部における第２の積分値を記憶し、
前記電流制御部は、前記リニアモータに対する制御を再開するときに、前記補正値記憶部が記憶する第２の積分値を積分動作における初期値にする、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のリニアモータの制御装置。
【請求項５】
前記電流制御部は、前記可動子を移動させる方向を変更するときに、前記補正値記憶部が記憶する第２の積分値を積分動作における初期値にする、
請求項４に記載のリニアモータの制御装置。
【請求項６】
リニアモータに備えられる可動子の移動速度と位置指令値に基づいて算出される速度指令値との差分の第１の積分値を用いた積分動作により電流指令値を算出する速度制御部と、前記電流指令値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加する電流制御部と、を備えるリニアモータの制御装置が行う制御方法であって、
前記可動子の可動方向において重力の作用を受ける前記可動子が前記位置指令値で示される位置に留まっているときに前記速度制御部における積分動作で用いられる第１の積分値を記憶する第１のステップと、
前記リニアモータに対する制御を再開するときに、記憶している第１の積分値を前記速度制御部における積分動作の初期値にする第２のステップと、
を有する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータの制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品などのワークを基板に実装する際には、ワークを基板に取り付けるチップマウンターなどの工作装置が用いられている。工作装置では、ワークを基板に取り付ける際の鉛直方向の動作に、サーボ制御されたリニアモータが用いられている。鉛直方向に可動子を動作させるリニアモータでは、サーボ制御を開始したときに重力によって可動子が落下して目標位置からずれることがある。モータに流す電流を補正して重力などの外力を打ち消す推力を発生させることで、サーボ制御の開始時などにおいて外力による可動子の位置ずれを防ぐ技術がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−０７５９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、外力を打ち消す方向の推力を発生させるように電流値を補正すると、外力が働く方向へ可動子を移動させる場合の推力を減らすこととなり、リニアモータの応答が遅くなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、応答性を向上させることができるリニアモータの制御装置及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、リニアモータに備えられる可動子の移動速度と、位置指令値に基づいて算出される速度指令値との差分に対する第１の積分値を用いた積分動作により電流指令値を算出する速度制御部と、前記電流指令値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加する電流制御部と、前記可動子の可動方向において重力の作用を受ける前記可動子が前記位置指令値で示される位置に留まっているときに前記速度制御部における積分動作で用いられる第１の積分値を記憶する補正値記憶部と、を備え、前記速度制御部は、前記リニアモータに対する制御を再開するときに、前記補正値記憶部が記憶する第１の積分値を積分動作における初期値にする、リニアモータの制御装置である。
【０００７】
また、本発明の一態様は、リニアモータに備えられる可動子の移動速度と位置指令に基づいて算出される速度指令値との差分の第１の積分値を用いた積分動作により電流指令値を算出する速度制御部と、前記電流指令値に基づいて前記リニアモータに電圧を印加する電流制御部と、を備えるリニアモータの制御装置が行う制御方法であって、前記可動子の可動方向において重力の作用を受ける前記可動子が前記位置指令で示される位置に留まっているときに前記速度制御部における積分動作で用いられる第１の積分値を記憶する第１のステップと、前記リニアモータに対する制御を再開するときに、記憶している第１の積分値を前記速度制御部における積分動作の初期値にする第２のステップと、を有する制御方法である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、リニアモータを制御する際の応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態におけるリニアアクチュエータの概要を示す図。
【図２】実施形態における制御部の構成例を示すブロック図。
【図３】補正値記憶部が補正値を取得する際の制御部の処理を示すフローチャート。
【図４】リニアアクチュエータを用いてワークをつまみ上げる又はワークを基板に押し付ける動作を行う際の制御を示すフローチャート。
【図５】第１の比較例における動作例を示す図。
【図６】第２の比較例における動作例を示す図。
【図７】実施形態における動作例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるリニアモータの制御装置及び制御方法を説明する。図１は、本実施形態におけるリニアアクチュエータの概要を示す図である。リニアアクチュエータは、例えば搬送装置やピックアンドプレース装置、半導体の加工装置などとして使用される。リニアアクチュエータは、制御装置１と、直動装置２と、回転装置３と、ブレーキ装置４と、を有する。
【００１１】
直動装置２は、リニアモータを有し、リニアモータの可動子であるロッド５を直線運動させる。ロッド５の先端には、連結プレート６が固定されている。回転装置３は、回転式モータを有し、回転式モータの可動子であるロッド７をロッド７の中心軸を中心として回転運動させる。ロッド７は、連結プレート６に設けられた図示しない軸受けを介して連結プレート６に回転自在に連結される。ロッド７は、回転装置３の内部に設けられた図示しないスプライン装置（直動案内装置）に指示されており、回転運動と直線運動とが可能とされている。
【００１２】
ロッド７の先端には、アプリケーション装置として吸着パッド８が取り付けられている。なお吸着パッド８に代えて、他の工具がロッド７の先端に取り付けられていてもよい。吸着パッド８は、例えば外部の装置において発生させた負圧を利用してワークを吸着し、当該装置において発生させた正圧によりワークを脱離する。吸着パッド８は、直動装置２によって、ロッド７の中心軸に沿う軸方向に移動する。すなわち、直動装置２によって、ロッド５がロッド５の軸方向に移動すると、連結プレート６によってロッド５と共にロッド７が軸方向に移動し、ロッド７の軸方向における吸着パッド８の位置が変位する。
【００１３】
ブレーキ装置４は、ロッド７の軸方向の移動を停止させるものである。本実施形態のブレーキ装置４は、回転装置３に取り付けられている。本実施形態において、ロッド５の軸方向とロッド７の軸方向とは、平行であり、重力方向と一致している。本実施形態におけるリニアアクチュエータは、例えばチップマウンターに用いられる。チップマウンターは、直動装置２によって吸着パッド８が上下に移動することにより、ワークとしての電子部品等をつまみ上げ、基板上の所定の位置へ電子部品を押し付ける作業を繰り返し行う。基板上の所定の位置へ電子部品を押し付ける前に、基板上における電子部品の取り付け方向に応じて、回転装置３が吸着パッド８をロッド７の軸方向に回転させる。
【００１４】
制御装置１は、直動装置２が有するリニアモータと、回転装置３が有する回転式モータと、ブレーキ装置４とを制御する。制御装置１は、リニアモータに備えられているＵ、Ｖ、Ｗ相のコイルに三相電機子電流を流すことによって電磁石界磁を発生させ、リニアモータの可動子であるロッド５を固定子に対して直線的に移動させる。制御装置１は、入力される動作信号に基づいて三相電機子電流をリニアモータに供給する。また、制御装置１は、入力されるθ指令値に基づいて回転式モータを回転させることによって、基準位置に対する回転位置の角度をθ指令値が示す角度へロッド７の回転位置を移動させる。
【００１５】
制御装置１は、制御部１００と、垂直軸ドライバ１１６と、回転軸ドライバ１２６と、電源１５０とを備える。制御部１００は、直動装置２に取り付けられたエンコーダ２１から出力される垂直パルス信号と動作信号とに基づいて電流指令値を算出する。制御部１００は、算出した電流指令値を垂直軸ドライバ１１６へ出力する。垂直軸ドライバ１１６は、電流指令値に基づいて、電源１５０から供給される電圧を変換してリニアモータに印加する。制御部１００は、垂直軸ドライバ１１６を介してリニアモータに電力を供給することによってリニアモータを駆動させ、吸着パッド８を上下に移動させる。
【００１６】
また、制御部１００は、回転装置３に取り付けられたエンコーダ３１から出力される回転パルス信号とθ指令値とに基づいて電流指令値を算出する。制御部１００は、算出した電流指令値を回転軸ドライバ１２６へ出力する。回転軸ドライバ１２６は、電流指令値に基づいて、電源１５０から供給される一定の電圧を変換して回転式モータに印加する。制御部１００は、回転軸ドライバ１２６を介して回転式モータに電力を供給することによって回転式モータを駆動させ、ロッド７及び吸着パッド８を回転させる。
【００１７】
図２は、本実施形態における制御部１００の構成例を示すブロック図である。制御部１００は、位置指令出力部１１１と、位置制御部１１２と、速度リミッタ１１３と、速度制御部１１４と、電流リミッタ１１５と、補正値記憶部１１７と、速度算出部１１８と、位置算出部１１９と、位置制御部１２２と、速度制御部１２４と、速度算出部１２８と、位置算出部１２９と、ブレーキ制御部１３１とを備える。
【００１８】
位置指令出力部１１１は、入力される動作信号に応じて、原点位置と押し付け位置とのいずれか一方の位置を目標位置とする位置指令値を出力する。原点位置は、例えばリニアモータのロッド５を最も上側の位置又は最も上側の位置の近傍に定められた位置として定められる。押し付け位置は、吸着パッド８でワークを保持している状態でワークを基板に押し付けるときにおけるリニアモータのロッド５の位置として定められる。位置指令出力部１１１は、例えば動作信号が原点位置への移動を示すときに原点位置を目標位置とする位置指令値を出力し、動作信号が押し付け位置への移動を示すときに押し付け位置を目標位置とする位置指令値を出力する。以下の説明では、動作信号が原点位置への移動を示すときを動作信号がオフであると記載し、動作信号が押し付け位置への移動を示すときを動作信号がオンであると記載する。
【００１９】
位置制御部１１２は、位置偏差を入力する。位置偏差は、位置指令出力部１１１が出力する位置指令値と、位置算出部１１９が算出するロッド５の位置との差分である。位置制御部１１２は、入力する位置偏差を用いたＰＩ制御又はＰＩＤ制御によりロッド５の目標速度を算出する。位置制御部１１２は、算出する目標速度を速度指令値として出力する。
【００２０】
速度リミッタ１１３は、位置制御部１１２によって算出される速度指令値の絶対値が予め定められた上限値を超えた場合に速度指令値を抑えて出力する。上限値には、第１の上限値と第２の上限値との２つがある。第１の上限値は、原点位置と切替位置との間をロッド５が移動する際の上限値であり、リニアモータのロッド５を駆動できる最高速度である。第２の上限値は、切替位置と押し付け位置との間をロッド５が移動する際の上限値であり、吸着パッド８がワークに接触する際と吸着パッド８に保持されたワークが基板に接触する際とにおいてワークに加えられる力が一定以下となる速度である。速度リミッタ１１３は、位置算出部１１９が算出するロッド５の位置に基づいて、第１の上限値と第２の上限値とを切り替える。
【００２１】
ここで、切替位置は、位置制御と推力制御とを切り替える位置であり、原点位置と押し付け位置との間に予め定められる位置であってロッド５の速度を最高速度から第２の上限値で示される速度までの減速に要する距離に応じて定められる位置である。位置制御では、目標位置とロッド５の位置との偏差に基づいた制御が行われる。推力制御は、リニアモータにおいて発生させる推力を一定以下の推力に制限した制御が行われる。なお、ロッド５が上向きに移動するときの切替位置と、ロッド５が下向きに移動するときの切替位置とは異なっていてもよい。
【００２２】
速度制御部１１４は、速度偏差を入力する。速度偏差は、速度リミッタ１１３が出力する速度指令値と、速度算出部１１８が算出するロッド５の速度との差分である。速度制御部１１４は、入力する速度偏差を用いたＰＩ制御によりリニアモータに流す目標電流値を算出する。速度制御部１１４は、速度偏差の積分値（第１の積分値）に積分ゲインＫｉを乗じて得られる値と、速度偏差に比例ゲインＫｐを乗じて得られる値とを加算して目標電流値を算出する。すなわち、速度制御部１１４は、速度偏差に比例して電流値を変化させる比例動作と、速度偏差の積分値に比例して電流値を変化させる積分動作とを組み合わせたフィードバック制御を行う。なお、速度制御部１１４における目標電流値の算出には、速度偏差の微分値に比例して電流値を変化させる微分動作をさらに組み合わせたＰＩＤ制御を用いてもよい。
【００２３】
電流リミッタ１１５は、推力制御において、速度制御部１１４によって算出される電流指令値の絶対値が予め定められた電流しきい値を超えた場合、電流指令値を抑えて出力する。電流しきい値は、速度指令値に対する第２の上限値と同様に、吸着パッド８がワークに接触する際と吸着パッド８に保持されたワークが基板に接触する際とにおいてワークに加わる力が一定以下となる電流値として定められる。電流リミッタ１１５は、推力制御以外において、速度制御部１１４によって算出される電流指令値をそのまま電流指令値として垂直軸ドライバ１１６へ出力する。
【００２４】
補正値記憶部１１７は、リニアモータの駆動を開始した際に、リニアモータの推力のみによってロッド５を原点位置に留めているときの速度制御部１１４における速度偏差の積分値を取得し、取得した積分値を補正値として記憶する。補正値記憶部１１７は、リニアモータの駆動を再開した場合と、ワークの押し付けが完了して押し付けから原点位置へロッド５を移動させる場合とにおいて、記憶している補正値を速度制御部１１４に出力する。速度制御部１１４は、補正値記憶部１１７から出力される積分値を初期値として積分動作を行う。
【００２５】
速度算出部１１８は、直動装置２のリニアモータに備えられたエンコーダ２１から出力される垂直パルス信号に基づいて、ロッド５が移動する速度を算出する。位置算出部１１９は、垂直パルス信号に基づいて、ロッド５の位置を算出する。エンコーダ２１には、インクリメンタルタイプとアブソリュートタイプとのいずれが用いられてもよい。エンコーダ２１がインクリメンタルタイプである場合には、リニアモータの駆動を開始した後に、予め定められた原点位置（基準位置）にロッド５を移動させる原点復帰が行われる。
【００２６】
ブレーキ制御部１３１は、リニアモータの駆動を終了してから駆動を開始するまでにおいてロッド５が重力により最下点まで移動することや、ロッド５が外力により移動することなどを防ぐためにブレーキ装置４をオンにする。ブレーキ制御部１３１は、位置指令値に基づいたサーボ制御が開始されると、ブレーキ装置４をオフにする。
【００２７】
位置制御部１２２は、回転位置偏差を入力する。回転位置偏差は、入力されるθ指令値が示す回転位置と、位置算出部１２９が算出するロッド７の回転位置との差分である。位置制御部１２２は、入力する位置偏差を用いたＰＩ制御又はＰＩＤ制御によりロッド７の目標回転速度を算出する。位置制御部１２２は、算出する目標回転速度を速度指令値として出力する。
【００２８】
速度制御部１２４は、回転速度偏差を入力する。回転速度偏差は、位置制御部１２２が算出する速度指令値と、速度算出部１２８が算出するロッド７の回転速度との差分である。速度制御部１２４は、入力する回転速度偏差を用いたＰＩ制御又はＰＩＤ制御により目標電流値を算出する。速度制御部１２４は、算出した目標電流値を電流指令値として回転軸ドライバ１２６へ出力する。
【００２９】
速度算出部１２８は、回転装置３の回転式モータに備えられたエンコーダ３１から出力される回転パルス信号に基づいて、ロッド７が回転する速度を算出する。位置算出部１２９は、回転パルス信号に基づいて、ロッド７の回転位置を算出する。エンコーダ３１には、インクリメンタルタイプとアブソリュートタイプとのいずれが用いられてもよい。エンコーダ３１がインクリメンタルタイプである場合には、リニアモータの駆動を開始した後に、予め定められた原点位置（基準回転位置）にロッド７を回転させる原点復帰が行われる。
【００３０】
図３は、補正値記憶部１１７が補正値を取得する際の制御部１００の処理を示すフローチャートである。制御部１００において、補正値の取得が開始されると、位置指令出力部１１１は、動作信号がオフであるか否かを判定し（ステップＳ１０１）、動作信号がオフになるまで待機する（ステップＳ１０１：ＮＯ）。動作信号がオフになると（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、位置指令出力部１１１は、原点位置を目標位置とする位置指令を出力して、リニアモータのサーボ動作を開始する（ステップＳ１０２）。
【００３１】
ブレーキ制御部１３１は、リニアモータのサーボ動作が開始されると、ブレーキ装置４をオフにしてロッド７に対する制動を止める（ステップＳ１０３）。補正値記憶部１１７は、位置算出部１１９により算出されるロッド５の位置に基づいて、ロッド７が原点位置に留まっているか否かを判定し（ステップＳ１０４）、ロッド５が原点位置に留まるまで待機する（ステップＳ１０４：ＮＯ）。ロッド５が原点位置に留まるようになると（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、補正値記憶部１１７は、速度制御部１１４における速度偏差の積分値を取得し、取得した積分値を補正値として記憶し（ステップＳ１０５）、補正値の取得を終了する。
【００３２】
なお、ステップＳ１０４における判定では、例えば位置算出部１１９により算出されるロッド５の位置が所定の期間に亘り原点位置にあるときに、ロッド５が原点位置に留まっていると判定する。また、原点位置を含む所定の範囲内にロッド５の位置が所定の期間に亘り位置しているときに、ロッド５が原点位置に留まっていると判定してもよい。
【００３３】
図４は、リニアアクチュエータを用いてワークをつまみ上げる又はワークを基板に押し付ける動作を行う際の制御を示すフローチャートである。リニアアクチュエータに電力が供給されるなどして動作が開始されると、制御部１００において、図３において示した積分値を取得する処理が行われる（ステップＳ２０１）。位置指令出力部１１１は、動作信号がオンであるか否かを判定し（ステップＳ２０２）、動作信号がオンになるまで待機する（ステップＳ２０２：ＮＯ）。
【００３４】
動作信号がオンになると（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、位置指令出力部１１１は、押し付け位置を目標位置とする位置指令値を出力して、ロッド５を押し付け位置に向けて下向きに移動させる動作を開始させる（ステップＳ２０３）。速度リミッタ１１３及び電流リミッタ１１５は、ロッド５が位置制御から推力制御に切り替える位置を越えて下向きに移動すると、速度指令値及び電流指令値を抑える。速度指令値及び電流指令値を抑えることによって、ロッド５の移動速度及びロッド５に加える推力を制限した制御が行われる（ステップＳ２０４）。
【００３５】
推力制御によりロッド５を下向きに移動させ、ロッド５と共にロッド７及び吸着パッド８が移動して吸着パッド８がワークに接触、又は吸着パッド８が保持するワークが基板に接触したことが、リニアモータに供給する電流値の変化とロッド５の移動速度及び位置とによって検出されると、押し付け動作が開始される（ステップＳ２０５）。押し付け動作が開始されてから所定の時間が経過して押し付け動作が完了すると（ステップＳ２０６）、位置指令出力部１１１は、動作信号がオフであるか否かを判定し（ステップＳ２０７）、動作信号がオフになるまで待機する（ステップＳ２０７：ＮＯ）。なお、押し付け動作が開始されてから経過した時間は、制御部１００に設けられたタイマを用いて計測してもよいし、押し付け動作を開始したことを外部の装置へ通知して外部の装置から取得してもよい。
【００３６】
動作信号がオフになると（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、位置指令出力部１１１は、原点位置を目標位置とする位置指令値を出力して、ロッド５を上向きに移動させる動作を開始させる（ステップＳ２０８）。このとき、補正値記憶部１１７は、動作信号がオンからオフに変化したことに応じて、記憶している補正値を速度制御部１１４へ出力し、速度制御部１１４における積分動作の積分値を補正値へ変更させる（ステップＳ２０９）。
【００３７】
速度リミッタ１１３及び電流リミッタ１１５は、ロッド５が推力制御から位置制御に切り替える位置を越えて上向きに移動すると、速度指令値及び電流指令値に対する制限を止める。ロッド５の移動速度及びロッド５に加える推力に対する制限を解除した制御が行われる（ステップＳ２１０）。
【００３８】
位置制御によりロッド５を上向きに移動させ、位置制御部１１２は、ロッド５が原点位置に到達したか否かを判定し（ステップＳ２１１）、ロッド５が原点位置に到達するまで待機する（ステップＳ２１１：ＮＯ）。ロッド５が原点位置に到達すると（ステップＳ２１１：ＹＥＳ）、動作を終了させる。動作が終了すると、ロッド５は制御部１００によるサーボ制御によって原点位置に保持される。
【００３９】
なお、同じ動作が繰り返し行われる場合、２回目以降の動作においてはステップＳ２０１の積分値を取得する処理を行わずに、ステップＳ２０９における処理と同様の処理が行われる。具体的には、速度制御部１１４は、補正値記憶部１１７から出力される補正値を、積分動作における積分値の初期値として処理を開始する。このとき、ブレーキ装置４がオンになっている場合、ブレーキ制御部１３１がブレーキ装置４をオフにする前に、速度制御部１１４は、積分動作における積分値を補正値で変更する。
【００４０】
原点位置付近にロッド５を停止させていたブレーキ装置４をオフにして、原点位置にロッド５を位置させる一般的なサーボ制御を開始した場合、位置偏差及び速度偏差が小さいので電流指令値が小さくなる。そのため、サーボ制御を開始した直後にリニアモータに流れる電流が小さく、ロッド５を保持する推力が得られず、重力などの外力によってロッド５が落下して原点位置からずれることがあった。
【００４１】
本実施形態の制御部１００は、鉛直方向に動作させるリニアモータに対するサーボ制御を開始すると、リニアモータの可動子であるロッド５を制動するブレーキ装置４をオフにする。このとき、制御部１００では、速度制御部１１４が積分動作における積分値を、補正値記憶部１１７に記憶されている補正値に更新してから電流指令値の算出を行う。補正値は、図３に示した処理で取得される積分値であり、ロッド５が目標位置に留まる推力をリニアモータに発生させているときの速度制御部１１４の積分値である。すなわち補正値は、位置偏差が殆どない状態においてロッド５を目標位置に保持する推力を発生させる積分値である。
【００４２】
速度制御部１１４が行う積分動作における積分値の初期値を補正値に変更することにより、ロッド５を保持する推力をリニアモータに発生させることができる。ロッド５を保持する推力が得られるので、ブレーキ装置４をオフにしても、重力などの外力によってロッド５が落下して原点位置からずれることを防ぐことができる。サーボ制御を開始した直後のロッド５の位置ずれを抑制することで、サーボ制御を開始した直後におけるリニアモータの応答性を向上させることができる。また、制御部１００が行うサーボ制御では、外力を打ち消すように電流値を補正する制御を行っていないため、リニアモータの応答性及び動作速度を損なうことなく、応答性を向上させることができる。このように、制御部１００によれば、外力が生じている場合においても、リニアモータの応答性を向上させることができる。
【００４３】
また、本実施形態におけるリニアアクチュエータでは、ワークをつまみ上げる動作、又はワークを基板に取り付ける動作に要する時間（タクトタイム）を短縮することが要求される。ロッド５を下向きに移動させる際には、ロッド５を高速で移動させ、ワークに接触又は保持しているワークが基板に接触する直前に減速させる動作パターンが用いられる。ロッド５を上向きに移動させる際には、ロッド５を高速で移動させて原点位置に戻るまでの時間を短縮することが行われている。位置制御部１１２及び速度制御部１１４における比例動作の比例ゲインＫｐを大きくすることにより、ロッド５を上向きに移動させる際に短時間で移動速度を最高速度へ変化させることができる。
【００４４】
制御装置１は、回転装置３の回転式モータの回転位置をθ指令値で示される回転位置に固定しているので、ロッド５を押し付け位置から低速で上昇させる場合には、ロッド７及び吸着パッド８の回転位置にずれが生じないようになっている。しかし、ロッド５を高速で上昇させる場合には、回転式モータに対する制御装置１の制御がロッド７及び吸着パッド８の回転位置の変化に追いつかず、ロッド７及び吸着パッド８の回転位置にずれが生じてしまう。そのため、タクトタイムをさらに短縮するために、ロッド５、ロッド７及び吸着パッド８を高速で上昇させるには問題があった。
【００４５】
本実施形態の制御部１００は、押し付け動作が完了した後にロッド５を上向きに移動させる際に、速度制御部１１４が積分動作における積分値を、補正値記憶部１１７に記憶されている補正値に更新してから電流指令値の算出を行う。上述したように補正値は、位置偏差が殆どない状態においてロッド５を目標位置に保持する推力を発生させる積分値である。押し付け動作が完了したときには、ロッド５を下向きに移動させるための電流指令値を算出するために、積分動作で算出される電流値は下向きの推力を発生させる電流値となっている。そこで、制御部１００では、動作信号がオフになり原点位置へ向かって上向きの移動が開始されるタイミングで積分値を補正値に変更させる。これにより、下向きの推力を発生させてしまう原因を取り除き、速やかに上向きの推力をリニアモータに発生させて、リニアモータの応答性を向上させることができ、タクトタイムを短縮することができる。
【００４６】
また、制御部１００は、ロッド５が上向きに移動して吸着パッド８とワークとが離れた位置において、ロッド５の移動速度及びロッド５に加える推力に対する制限を解除した制御に移行するので、ワークの位置をずらすことなく、ロッド５及び吸着パッド８を上向きに高速で移動させることができ、タクトタイムを短縮することができる。
【００４７】
図５から図７を用いて、本実施形態のリニアアクチュエータにおいて押し付け動作完了からロッド５を上向きに移動させる際の動作を説明する。図５から図７には、ロッド５の上向きの移動速度、ロッド７の回転位置偏差、動作信号、速度制御部１１４における積分値それぞれの時間変化を示すグラフが記載されている。
【００４８】
図５は、第１の比較例における動作例を示す図である。第１の比較例の動作は、タクトタイムを短縮するための比例ゲインの変更などが行われていない場合の動作である。押し付け動作が完了すると、動作信号がオンからオフに変化して原点位置を位置指令値とする上昇指令が与えられる。このとき、積分値は、押し付け動作において生じていた位置偏差に基づいて負の値となっている。負の積分値からは下向きの推力を発生させる電流値が算出されるため、上昇指令が与えられても、ロッド５の移動は直ぐに開始されない。しばらく時間が経過した後に、負の積分値が打ち消されてからロッド５の移動が開始される。ロッド５が所定の位置まで上昇すると、移動速度及び推力に対する制限が解除され、ロッド５が高速で上昇する。ロッド５の加速に応じて、ロッド７の回転位置にぶれが生じている。これは、ロッド５と共にロッド７が上昇する際の移動によって生じるぶれ（偏差）である。
【００４９】
図６は、第２の比較例における動作例を示す図である。第２の比較例の動作は、タクトタイムを短縮するための比例ゲインの変更が行われている場合の動作である。押し付け動作が完了すると、動作信号がオンからオフに変化して原点位置を位置指令値とする上昇指令が与えられる。第２の比較例では、積分ゲインに対して非常に大きい比例ゲインが与えられており、動作信号がオンからオフに切り替えられたときに、積分値に比例して算出される電流値は電流指令値に対して殆ど影響を与えない。そのため、上昇指令が与えられると大きな上向きの推力が生じてロッド５の移動が高速で開始され、ロッド７の回転位置にぶれが生じる。吸着パッド８がワークから離れる前にロッド７の回転位置のぶれが生じるため、ワークの位置ずれが発生してしまう。
【００５０】
図７は、本実施形態における動作例を示す図である。本実施形態の動作は、タクトタイムを短縮するために積分値の補正が行われている場合の動作である。押し付け動作が完了すると、動作信号がオンからオフに変化して原点位置を位置指令値とする上昇指令が与えられる。このとき、速度制御部１１４における積分値は補正値に変更され、積分値はロッド５を保持する推力を発生させる値に更新される。これにより、図５に示した動作に比べ、ロッド５の移動が開始されるまでの時間が短縮されている。ロッド５が所定の位置まで上昇すると、移動速度及び推力に対する制限が解除され、ロッド５が高速で上昇する。ロッド５の加速に応じて、ロッド７の回転位置にぶれが生じているが、既にロッド５と共に吸着パッド８が上向きに移動してワークから離れているため、ワークの位置ずれを生じさせることはない。
【００５１】
以上のように、本実施形態の制御部１００によれば、取り付けたワークの位置をずらすことなく、押し付け動作を完了してからロッド５の上向きの移動が開始されるまでの時間を短縮して、リニアモータの応答性を向上させることができ、タクトタイムを短縮することができる。
【００５２】
本実施形態における積分値の補正は、リニアモータの制御装置１における比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲインに対するオートチューニングにおける質量推定でも使用可能である。オートチューニングでは、一般的に各ゲインの調整前に質量推定が行われる。推定された質量係数を反映すると、反映した直後に電流指令値が変化してしまい適切な電流指令値が算出されなくなり、位置ずれが発生してしまうことがある。本実施形態における積分値の補正では、質量係数を反映した際に電流指令値が変化しないように積分値を調整することで、位置ずれの発生を防げる。
【００５３】
なお、本実施形態の制御装置１が備える垂直軸ドライバ１１６（電流制御部）において、リニアモータに供給する電流値と電流指令値とに基づいたＰＩ制御又はＰＩＤ制御が行われる場合、速度制御部１１４と同様に、垂直軸ドライバ１１６における積分動作の積分値（第２の積分値）を補正値記憶部１１７に第２の補正値として記憶させてもよい。例えば、リニアモータに流れる電流値と電流指令値との電流偏差を積分した積分値に積分ゲインを乗じて得られる値と、電流偏差に比例ゲインを乗じて得られる値とを加算して垂直軸ドライバ１１６が電圧値を算出する場合、ロッド５が原点位置に留まっているときの積分値が第２の補正値として補正値記憶部１１７に記憶される。この場合、補正値記憶部１１７は、速度制御部１１４へ補正値を出力するタイミングと同じタイミングで第２の補正値を垂直軸ドライバ１１６へ出力して、垂直軸ドライバ１１６における積分動作の積分値を第２の補正値に更新させる。垂直軸ドライバ１１６における積分値を補正することにより、さらにリニアモータの応答性を向上させることができる。特に、電気的時定数の大きなリニアモータでは電流を流してから推力が発生するまでに時間を要するため、応答性のより高い向上を期待することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、制御装置１が制御部１００と電源１５０と垂直軸ドライバ１１６と回転軸ドライバ１２６とを備えた一つの装置として構成される場合を説明した。しかし、電源１５０は、制御装置１の外部に設けられていてもよい。
【００５５】
また、本実施形態では、直動装置２が有するリニアモータの可動子が移動する方向が鉛直方向である場合について説明した。しかし、リニアモータの可動子が移動する方向は、鉛直方向に限られず、可動子が移動する方向に沿って重力や外力が作用する場合においても、制御装置１を用いてリニアモータの応答性を向上させることができる。また、本実施形態では、リニアモータが可動子に対する推力を下向きの推力から上向きの推力へ切り替える場合に、制御装置１が積分動作における積分値を補正値で更新する構成を説明した。しかし、リニアモータが可動子に対する推力を上向きの推力から下向きの推力へ切り替える場合にも、制御装置１が積分動作における積分値を補正値で更新してもよい。
【００５６】
また、上述の制御装置１は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、制御装置１に備えられる各部が行う処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、各機能部の処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【００５７】
なお、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
外力が生じている場合にいても応答性を向上させることが不可欠な用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１…制御装置
２…直動装置（リニアモータ）
４…ブレーキ装置
１１４…速度制御部
１１６…垂直軸ドライバ（電流制御部）
１１７…補正値記憶部
１３１…ブレーキ制御部
【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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【図７】
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