(57)【要約】【課題】  本発明は、移動体の移動距離に寄らず高速に所望の位置に移動体を移動させることができる位置決め装置を提供することを目的とする。【解決手段】  移動体（２０）を目標位置に移動させる指令を出す位置指令手段と、該位置指令手段に基づき前記移動体を該移動体の現在位置から前記目標位置に移動させて前記移動体を前記目標位置で停止させる第一の位置制御手段（１７、１８、１９）と、を有する位置決め装置を前提とし、前記第一の位置制御手段に基づいて移動する前記移動体の位置及び前記目標位置を比較しながら、前記第一の位置制御手段のみで前記移動体を前記目標位置へ移動させた場合よりも早く前記移動体を前記目標位置に到達させて前記移動体を前記目標位置で停止させられるように前記移動体の移動を補助制御する、第二の位置制御手段（１５、１２、２３）を更に有する、ように構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体を目標位置に移動させる指令を出す位置指令手段と、該位置指令手段に基づき前記移動体を該移動体の現在位置から前記目標位置に移動させて前記移動体を前記目標位置で停止させる第一の位置制御手段と、を有する位置決め装置であって、
前記第一の位置制御手段に基づいて移動する前記移動体の位置及び前記目標位置を比較しながら、前記第一の位置制御手段のみで前記移動体を前記目標位置へ移動させた場合よりも早く前記移動体を前記目標位置に到達させて前記移動体を前記目標位置で停止させられるように前記移動体の移動を補助制御する、第二の位置制御手段を更に有する、
ことを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記第二の位置制御手段は、前記移動体を該移動体の移動開始と共に前記位置指令手段の指令に基づく前記移動体の移動距離または該移動距離内の所定距離だけ移動させ、前記移動体が前記目標位置に到達した後に、前記第二の位置制御手段による前記移動体の前記移動距離または前記所定距離の移動に基づいて前記第一の位置制御手段の移動系で前記目標位置に未到達と判断されて前記第一の位置制御手段によって移動し続ける前記移動体を該移動体の進行方向と反対方向に移動するよう補助制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記第二の位置制御手段は、前記第一の位置制御手段による移動系の一部または全体を、少なくとも一つの圧電素子の膨張または収縮によって前記移動体の移動方向に前進または後退させる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記第一の位置制御手段は、応答速度は遅いが高速回転が可能なモータと該モータの回転動力を前記移動体の直線移動の力に変えるボールネジとの組み合わせにおいて、前記モータの回転角に基づいて前記移動体の位置を制御し、
前記第二の位置制御手段は、前記移動体の絶対位置に基づいて前記移動体の位置を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至３の内の何れか一つに記載の位置決め装置。
【請求項５】
作業ヘッドの水平移動及び昇降移動に基づいて電子部品を前記作業ヘッドに吸着及び保持してプリント基板に搭載する処理を、複数の電子部品を対象に連続的に行なう部品搭載装置であって、
前記作業ヘッドを目標位置に移動させる指令を出す位置指令手段と、
該位置指令手段に基づき前記作業ヘッドを該作業ヘッドの現在位置から前記目標位置に水平移動させて前記作業ヘッドを前記目標位置で停止させる第一の位置制御手段と、
前記第一の位置制御手段に基づいて水平移動する前記作業ヘッドの位置及び前記目標位置を比較しながら、前記第一の位置制御手段のみで前記作業ヘッドを前記目標位置へ水平移動させた場合よりも早く前記作業ヘッドを前記目標位置に到達させて前記作業ヘッドを前記目標位置で停止させられるように前記作業ヘッドの水平移動を補助制御する、第二の位置制御手段と、
を有することを特徴とする部品搭載装置。
【請求項６】
前記第二の位置制御手段は、前記作業ヘッドを該作業ヘッドの移動開始と共に前記位置指令手段の指令に基づく前記作業ヘッドの移動距離または該移動距離内の所定距離だけ移動させ、前記作業ヘッドが前記目標位置に到達した後に、前記第二の位置制御手段による前記作業ヘッドの前記移動距離または前記所定距離の移動に基づいて前記第一の位置制御手段の移動系で前記目標位置に未到達と判断されて前記第一の位置制御手段によって移動し続ける前記作業ヘッドを該作業ヘッドの進行方向と反対方向に移動するよう補助制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載の部品搭載装置。
【請求項７】
前記第一の位置制御手段は、サーボモータと該サーボモータの回転動力を前記作業ヘッドの直線移動の力に変えるボールネジとの組み合わせにおいて、前記サーボモータに構成される該サーボモータの回転角に基づいて前記作業ヘッドの位置を制御し、
前記第二の位置制御手段は、前記作業ヘッドの絶対位置をリニアスケールで検出して、前記第一の位置制御手段による移動系の一部または全体を、少なくとも一つの圧電素子の膨張または収縮によって前記作業ヘッドの移動方向に前進または後退させる、
ことを特徴とする請求項５または６に記載の部品搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用工作機械において移動体の位置決めを行なう位置決め技術に関し、特にその移動体の位置決めを高速に行なわせる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、移動体を所定位置へ移動させるための装置として位置決め装置がある。
この位置決め装置には、サーボモータを駆動源にし、カップリングを介して接合したボールネジにおいて移動体を直線動作させることで移動体の位置決めを行なっている態様のもの（特開平３−２０３２９４号公報）や、リニアモータとリニアスケールを組み合わせ、移動体の位置をそのリニアスケールで読取り、その読取値に基づいて上記リニアモータを駆動させて移動体の位置決めを行なっている態様のものなどが、一般的に知られている。そして、このような位置決め装置により、移動体の移動を低コストかつ高精度に行なうことができるようになる。
【特許文献１】特開平３−２０３２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、一般的にサーボモータなどは、電圧が印加されてその回転出力が最高値に達するまでの立ち上がり時間や、印加された電圧がカットされて回転出力が０になるまでの立ち下り時間が非常に長い。
そして、回転出力を最高値に長時間維持できる長距離移動を主とする位置決め装置であれば、その立ち上がり時間及び立ち下がり時間による移動体の移動の遅れは比較的問題にならないが、その移動体を短い距離（例えば１ｍｍ）だけ移動させる場合を主としたり、長距離移動と短距離移動が頻繁に入り混じるような制御を行なう場合は、短距離移動における移動体の上記移動の遅れが顕著に現れ、問題となる。
【０００４】
特に産業用工作機械に適用される位置決め装置においては、その生産効率を低下させる重大な要因になる。例えば、プリント基板に対して電子部品を搭載する部品搭載装置であれば、昨今のプリント基板に対する電子部品の集積度の向上により、電子部品をプリント基板に一つずつ搭載する際の移動体（この場合、作業ヘッドという）が移動させられる各搭載位置間の移動距離が短くなっている。このため、サーボモータの応答速度がプリント基板に電子部品を搭載する能率に直接的に影響するようになってきた。
【０００５】
そこで本発明は、移動体の移動距離に寄らず高速に所望の位置に移動体を移動させることができる位置決め装置及び部品搭載装置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】
【０００６】
本発明は上記課題を解決するために以下のように構成する。
本発明の位置決め装置の態様の一つは、移動体を目標位置に移動させる指令を出す位置指令手段と、該位置指令手段に基づき上記移動体を該移動体の現在位置から上記目標位置に移動させて上記移動体を上記目標位置で停止させる第一の位置制御手段と、を有することを前提とし、上記第一の位置制御手段に基づいて移動する上記移動体の位置及び上記目標位置を比較しながら、上記第一の位置制御手段のみで上記移動体を上記目標位置へ移動させた場合よりも早く上記移動体を上記目標位置に到達させて上記移動体を上記目標位置で停止させられるように上記移動体の移動を補助制御する、第二の位置制御手段を更に有する、ように構成する。
【０００７】
なお、上記第二の位置制御手段は、上記移動体を該移動体の移動開始と共に上記位置指令手段の指令に基づく上記移動体の移動距離または該移動距離内の所定距離だけ移動させ、上記移動体が上記目標位置に到達した後に、上記第二の位置制御手段による上記移動体の上記移動距離または上記所定距離の移動に基づいて上記第一の位置制御手段の移動系で上記目標位置に未到達と判断されて上記第一の位置制御手段によって移動し続ける上記移動体を該移動体の進行方向と反対方向に移動するよう補助制御する、ように構成してもよい。
【０００８】
また、上記第二の位置制御手段は、上記第一の位置制御手段による移動系の一部または全体を、少なくとも一つの圧電素子の膨張または収縮によって上記移動体の移動方向に前進または後退させる、ように構成してもよい。
また、上記各態様において、上記第一の位置制御手段は、応答速度は遅いが高速回転が可能なモータと該モータの回転動力を上記移動体の直線移動の力に変えるボールネジとの組み合わせにおいて、モータの回転角に基づいて上記移動体の位置を制御し、上記第二の位置制御手段は、上記移動体の絶対位置に基づいて上記移動体の位置を制御する、ように構成してもよい。
【０００９】
本発明の部品搭載装置の態様の一つは、作業ヘッドの水平移動及び昇降移動に基づいて電子部品を上記作業ヘッドに吸着及び保持してプリント基板に搭載する処理を、複数の電子部品を対象に連続的に行なうことを前提とし、上記作業ヘッドを目標位置に移動させる指令を出す位置指令手段と、該位置指令手段に基づき上記作業ヘッドを該作業ヘッドの現在位置から上記目標位置に水平移動させて上記作業ヘッドを上記目標位置で停止させる第一の位置制御手段と、上記第一の位置制御手段に基づいて水平移動する上記作業ヘッドの位置及び上記目標位置を比較しながら、上記第一の位置制御手段のみで上記作業ヘッドを上記目標位置へ水平移動させた場合よりも早く上記作業ヘッドを上記目標位置に到達させて上記作業ヘッドを上記目標位置で停止させられるように上記作業ヘッドの水平移動を補助制御する、第二の位置制御手段と、を有するように構成する。
【００１０】
なお、上記第二の位置制御手段は、上記作業ヘッドを該作業ヘッドの移動開始と共に上記位置指令手段の指令に基づく上記作業ヘッドの移動距離または該移動距離内の所定距離だけ移動させ、上記作業ヘッドが上記目標位置に到達した後に、上記第二の位置制御手段による上記作業ヘッドの上記移動距離または上記所定距離の移動に基づいて上記第一の位置制御手段の移動系で上記目標位置に未到達と判断されて上記第一の位置制御手段によって移動し続ける上記作業ヘッドを該作業ヘッドの進行方向と反対方向に移動するよう補助制御する、ように構成してもよい。
【００１１】
また、上記第一の位置制御手段は、サーボモータと該サーボモータの回転動力を上記作業ヘッドの直線移動の力に変えるボールネジとの組み合わせにおいて、サーボモータに構成される該サーボモータの回転角に基づいて上記作業ヘッドの位置を制御し、上記第二の位置制御手段は、上記作業ヘッドの絶対位置をリニアスケールで検出して、上記第一の位置制御手段による移動系の一部または全体を、少なくとも一つの圧電素子の膨張または収縮によって上記作業ヘッドの移動方向に前進または後退させる、ように構成してもよい。
【００１２】
本発明では、第一の位置制御手段による移動体の目標位置への移動制御の際に、上記移動体の上記目標位置への到達時間を早めるように第二の位置制御手段を上記移動体の目標位置への移動に作用させることができる。
特に、上記移動体の移動開始時に上記第二の位置制御手段を上記移動体の上記目標位置への移動に作用させているので、上記移動体は目標位置に早く到達できる。そして、上記移動体が早く上記目標位置に到達したことにより上記移動体が目標位置に到達した直後において引き続き上記第一の位置制御手段に移動させられる上記移動体を、上記第二に位置制御手段が前記移動体の移動方向と反対方向に移動させることにより上記目標位置に停止させることができる。
【００１３】
また、本発明において、上記態様を部品搭載装置に適用させることにより、電子部品吸着位置や電子部品搭載位置などの所定位置に対して高速に作業ヘッドを水平移動させることができる。
そして、上記所定位置に上記作業ヘッドが高速移動した後の上記第一の位置制御手段による上記作業ヘッドの移動及び上記移動に対抗する方向への上記第二の位置制御手段による上記作業ヘッドの移動に要する時間は、例えば、上記作業ヘッドの昇降動作の時間内とすることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
以上述べたように、本発明の位置決め装置によれば、第一の位置制御手段による移動体の移動に対して応答速度の遅い範囲を応答速度の速い第二の位置制御手段で補うことにより、広い可動範囲と短い位置決め時間（特に、位置決め動作の終盤の減速停止にかかる時間の短縮化）の両立を可能とし、上記移動体の移動距離に寄らず高速に移動体を所望の位置に移動させることが可能になる。
【００１５】
また、本発明の部品搭載装置によれば、作業ヘッドを高速に所望の位置に移動させることが可能になるため、生産効率が大幅に高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明を実施するための最良の形態である位置決め装置の例である。
本位置決め装置は、ボールネジの回転により移動体を移動させる形態の位置決め装置であり、同図はその位置決め装置の側面図を示している。
【００１７】
同図の位置決め装置１０は、第一フレーム１１、リニアスケール１２、ガイドレール１３、第二フレーム１４、積層圧電素子１５、ボールネジ保持部材１６、ボールネジ１７、サーボモータ１８、カップリング１９、ナット２１及びベアリング２２及び検出器２３が構成される移動テーブル２０から構成されている。
【００１８】
上記第一フレーム１１は水平に延在し、その側面にリニアスケール１２が、その下方にガイドレール１３が、その第一フレーム１１に沿って構成されている。そして、この第一フレーム１１の左端下方には下方向に延びた第二フレーム１４が接合されている。
この第二フレーム１４はその中央に貫通口を有し、その右隣にはその貫通口の中心軸と同一中心軸の貫通口を有する積層圧電素子１５およびボールネジ保持部材１６がこの順に構成されている。
【００１９】
ボールネジ１７は、その左端よりが上記ボールネジ保持部材１６によって保持され、ボールネジ保持部材１６、積層圧電素子１５、及び第二フレーム１４に構成される貫通口を介してサーボモータ１８と接続されている。但し、サーボモータ１８とボールネジ１７はカップリング１９を介して接合される。
【００２０】
一方、上記ボールネジ１７の右端は、同図には記載を省略しているが他のボールネジ保持部材によってボールネジ１７の回転軸方向（同図の左右方向）に滑動自在に保持され、そのボールネジ１７は第一フレーム１１と平行になるように構成されている。
移動テーブル２０は、同図の左端から右端にかけて貫通口が形成され、その左端にはさらにナット２１が構成されている。
【００２１】
そして、その移動テーブル２０は、上記ボールネジ１７の回転に対してその貫通口が滑動自在となるように、さらに上記ボールネジ１７の回転と共にそのナット２１によってボールネジ１７上を直線移動するように、ボールネジ１７に対して嵌合される。
また、その移動テーブル２０の上面にはベアリング２２が構成され、その移動テーブル２０が第一フレーム１１に固定されたガイドレール１３に沿って移動できるように、そのベアリング２２が上記ガイドレール１３に沿って滑動自在に係合している。
【００２２】
さらに、その移動テーブル２０は、第一フレーム１１に固定されているリニアスケール１２が指し示す移動テーブル２０の現在位置を正確に検出できるように、その移動テーブル２０から上記リニアスケール１２に向けて検出器２３を突出させている。
このように、本例の位置決め装置１０は、ボールネジ１７とガイドレール１３とリニアスケール１２が平行し、それらと直交する方向に移動テーブル２０から検出器２３が突出して構成されている。
【００２３】
上記構成による位置決め装置１０においては、特に図示されていない制御部からの位置制御信号に基づいてサーボモータ１８を回転させて、その回転動力をカップリング１９を介してボールネジ１７に伝達し、さらに、上記制御部からの電圧制御に基づいて積層圧電素子１５の厚みを変化させる。なお、積層圧電素子１５においては、予め決めた所定値の電圧を印加させて所定量だけ膨張させた状態を基準の厚みとすることで、その基準の厚みをその電圧制御により減らす方向に働かせることができる。このように所定量だけ積層圧電素子１５を膨張させておくのは、後に詳しく説明するが、サーボモータ１８に基づく移動テーブル２０のオーバーシュートの影響を上記積層圧電素子の膨張／収縮作用によって吸収させるためである。
【００２４】
こうして、サーボモータ１８からボールネジ１７に伝達された回転動力は、移動テーブル２０の左端に構成されるナット２１を介して移動テーブル２０を水平方向（同図の左右方向）に直線運動させる力として作用し、これと同時に積層圧電素子１５の厚みの変化は、ボールネジ１７をボールネジ１７の回転軸方向（同図の左右方向）へ移動させるように作用する。
【００２５】
その結果、ボールネジ１７のその回転軸方向への移動及びそのボールネジ１７上における移動テーブル２０の移動によって、移動テーブル２０の絶対位置を移動させることができる。
図２は、上記位置決め装置１０において移動テーブル２０の位置を制御するための制御ブロック図である。
【００２６】
同図（ａ）は、サーボモータ１８を駆動させることによりボールネジ１７に対する移動テーブル２０の位置を制御する制御ブロック図である。
同図（ａ）に示される制御ブロック図３０は、位置指令部３１、制御部３２、及び光学エンコーダ３３からなる。
【００２７】
位置指令部３１は、移動テーブル２０を移動させる位置の情報（本明細書においては、移動先位置情報または目標位置情報とも呼ぶ）を制御部３２に与える。この移動先位置情報は、例えば、記憶部に読み込まれた移動テーブル２０の移動を制御するプログラムがＣＰＵで実行されることにより、所定のタイミングで制御部３２に与えられる。
【００２８】
制御部３２は、上記位置指令部３１から与えられた移動先位置情報と予め記憶されている移動テーブル２０の現在位置情報や後述する光学エンコーダ３４からフィードバックされた移動テーブル２０の初期位置情報（回転角）とに基づいて、上記移動テーブル２０を移動先まで移動させるための移動量情報（電力情報など）をサーボモータ３３に出力する。
【００２９】
サーボモータ３３は、制御部３２から出力された移動量情報を回転動力に変える。そして、そのサーボモータ３３の回転動力がボールネジ１７に伝わり、移動テーブル２０を移動させる。
光学エンコーダ３４は、所定のタイミングでサーボモータ３３の回転角を検出し、その検出した回転角の値（なお、この値は移動テーブル２０のボールネジ１７上の移動量に追従する）を制御部３２にフィードバックする。
【００３０】
このように、同図（ａ）に示される制御系（第一の位置制御手段）では、サーボモータ１８の回転角から、ボールネジ１７から見た移動テーブル２０の位置をリアルタイムに検出し、サーボモータ１８の回転量を逐次制御している。
一方、同図（ｂ）は、積層圧電素子１５の厚みを変化させることにより移動テーブル２０の絶対位置（第一フレームから見た移動テーブル２０の位置）を制御する制御ブロック図である。
【００３１】
同図（ｂ）に示される制御ブロック図４０は、位置指令部４１、制御部４２、アクチュエータ４３及び検出部４４からなる。
位置指令部４１は、移動テーブル２０を移動させる位置の情報（本明細書においては、移動先位置情報または目標位置情報とも呼ぶ）を制御部４２に与える。この移動先位置情報は、例えば、記憶部に読み込まれた移動テーブル２０の移動を制御するプログラムがＣＰＵで実行されることにより、所定のタイミングで制御部４２に与えられる。
【００３２】
制御部４２は、上記位置指令部４１から与えられた移動先位置情報と予め記憶されている移動テーブル２０の初期位置情報（絶対位置）や後述する検出部４４からフィードバックされた移動テーブル２０の現在位置情報（絶対位置）とに基づいて、アクチュエータ４３に印加する電圧を制御する。
【００３３】
アクチュエータ４３は、本例では図１に示される積層圧電素子１５であり、電圧が印加されるとその電圧値の上昇に応じて図１の右方向に膨張し、その電圧値を下降させると図１の左方向に収縮し、電圧が切られると元の厚みに戻る。なお、本例では、予め決めた所定値の電圧を積層圧電素子１５に印加させ、積層圧電素子１５を所定量だけ膨張させた状態を基準の厚みとしているので、印加電圧を上記所定値に戻すことによって積層圧電素子を元の基準の厚みに戻す事が可能になり、さらに電圧を下げることによって元の基準の厚みよりもさらに積層圧電素子を薄い状態にすることができる。
【００３４】
検出部４４は、本例では図１のリニアスケール１２と検出器２３によって構成され、リニアスケール１２上に示される上記アクチュエータ４３の膨張或いは収縮に応じて変化する移動テーブル２０の位置を検出器２３によって検出する。そして、その検出した移動テーブル２０の位置情報を制御部４２にフィードバックする。
【００３５】
このように、同図（ｂ）に示される制御系（第二の位置制御手段）では、リニアスケールが指し示す移動テーブル２０の絶対位置を検出器２３によってリアルタイムに検出し、アクチュエータに印加する電圧を逐次制御している。
以上に示した図２（ａ）及び図２（ｂ）の二つの制御系は、互いに依存することなく独立して動作することができる。
【００３６】
また、位置司令部３１及び４１を共通にすることもできる。さらに、上記二つの制御系を互いに依存するように構成することもできる。
なお、以下の説明では、位置司令部３１及び位置司令部４１のみが共通で、上記二つの制御系は互いに依存することなく独立して動作する場合について説明する。
【００３７】
図３は、上記各制御系において移動テーブル２０を移動させた場合の移動テーブル２０の位置とその位置における時間の関係をグラフ化したものである。
図３（ａ）は、サーボモータ１８の回転動力に基づいて移動する移動テーブル２０が目標位置付近で減速して目標位置に正確に停止する場合を示したグラフである。
【００３８】
また、図３（ｂ）は、サーボモータ１８の回転動力に基づいて移動する移動テーブル２０が目標位置でオーバーシュートする場合を示したグラフである。
両図の縦軸は、移動方向の距離（Ｘ）であり、両図の横軸は移動時間（ｔ）である。
そして、両図のＸ軸上には移動テーブル２０の移動先（目的位置：Ｘｐ）及び積層圧電素子１５が膨張した際に基準の厚みからＸ軸方向へ変位できる最大の変位（ΔＸ）が示されている。
【００３９】
今、両図には共に三種類のグラフが示されている。
破線で示されるグラフＬ１、Ｌ２は、サーボモータ１８の回転動力によりサーボモータ１８上の所定の基準位置からＸ軸方向に移動する移動テーブル２０の移動位置と移動時間の関係を示したグラフである。なお、本例では、図１のボールネジ１７の回転軸上において、そのボールネジ１７から見たボールネジ１７の左端に示される位置（同図のボールネジ保持部材１６の位置）をＸ＝０とし、そのボールネジ１７から見た同図右方向の所定位置を目標位置としてＸ＝Ｘｐに設定している。
【００４０】
一点鎖線で示されるグラフＭ1、Ｍ２は、積層圧電素子１５の膨張／収縮によりＸ軸方向に移動するボールネジ１７の移動位置と移動時間の関係を示すグラフである。すなわち、絶対位置から見た図１のボールネジ１７の左端に示される位置（上記グラフＬ１、Ｌ２の基準点Ｘ＝０）の、積層圧電素子１５の膨張に基づく時間変化を示したグラフである。
【００４１】
実線で示されるグラフＮ１、Ｎ２は、夫々、上記グラフＬ１及びグラフＭ１、上記グラフＬ２及びグラフＭ２が各時刻において相互に作用した際の、移動テーブルの絶対位置の時間変化を示すグラフである。
なお、グラフＮ１、Ｎ２においては、積層圧電素子１５に所定値の電圧が印加され、上記積層圧電素子１５が基準の厚みを有している状態における上記ボールネジ左端の位置を基準位置Ｘ＝０としている。
【００４２】
先ず始めに、図３（ａ）のグラフについて説明する。
同図（ａ）のグラフＬ１を参照すると、サーボモータ１８の回転に基づいてボールネジ１７上を移動する移動テーブル２０は、移動開始時刻（ｔ＝０）から所定時間までは時間をかけてゆっくりと加速している。そして、そのようにして速度が上がった移動テーブル２０は、目標位置Ｘｐに近づくと減速し始め、目標位置Ｘｐまでゆっくりと近づいてその目標位置Ｘｐで停止している。
【００４３】
そこで、本例では、サーボモータ１８の回転による移動テーブル２０の移動が低速で行なわれる移動開始時及び移動終了時の近傍で、積層圧電素子１５に対する印加電圧を上昇または減少させた。
同図（ａ）のグラフＭ１に示されるように、時刻ｔ＝０からｔ＝ｔ２にかけて積層圧電素子１５が急激に膨張し、時刻ｔ＝ｔ２において膨張量が最大（厚みΔＸ）に達する。この期間内においては、積層圧電素子１５には高い電圧が急激に加わり、積層圧電素子に大量の電荷が注入される。そのため、積層圧電素子１５はサーボモータ１８による移動テーブル２０の移動速度よりも格段に速い速度で膨張してボールネジ１７ごと移動テーブル２０を移動テーブル２０の移動方向に移動させることができる。この現象は、同図（ａ）のグラフＮ１に示され、絶対位置から見た移動テーブル２０の位置は時刻ｔ＝ｔ２において移動テーブル２０の移動方向にΔＸだけ移動させられることが分かる。
【００４４】
なお、サーボモータ１８による制御系では、この時点を含む時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝ｔ１にかけて、ボールネジ１７と移動テーブル２０が移動テーブル２０の移動方向にズラされたことが検知されないためサーボモータ１８の回転角を見ながら予定の移動位置（ボールネジ１７上の位置）に移動テーブル２０を移動させる制御を行なう。
【００４５】
そして、時刻ｔ＝ｔ３に達するまでは、グラフＭ１に示されるように、積層圧電素子１５は引き続き同一の電圧が印加されてその厚みを保ったままの状態に保持される。
続いて、時刻ｔ＝ｔ３に達すると、グラフＮ１に示されるように絶対位置から見た移動テーブル２０の位置は既に目標位置Ｘ＝Ｘｐに達していることが分かる。
【００４６】
この時、サーボモータ１８の回転駆動による移動テーブル２０を移動させる制御系では、ボールネジ１７から見た移動テーブル２０の位置を基準に制御をおこなっているので、移動テーブル２０の位置が絶対位置において目標位置Ｘｐに達したことは検知できない。よって、移動テーブル２０の位置が絶対位置において目標位置Ｘｐに達した後においても、この制御系では引き続き、ボールネジ１７上における目標位置Ｘｐに向けて移動テーブル２０を移動させる制御を、同図（ａ）の時刻ｔ＝ｔ３以後のグラフＬ１に示されるように行なっている。
【００４７】
一方、時刻ｔ＝ｔ３以後において、積層圧電素子１５の厚みを変化させる制御系では、上記サーボモータ１８の回転動作によりボールネジ１７上を移動する移動テーブル２０の移動を絶対位置から見かけ上停止させるために、グラフＬ１の時刻ｔ＝ｔ3以後に示される曲線に上下対称となる曲線を描くように積層圧電素子１５への印加電圧を制御して最大に膨張していた積層圧電素子１５を収縮させる。そして、サーボモータ１８の回転駆動が停止する時刻ｔ＝ｔ１において、積層圧電素子１５への印加電圧を元の電圧値に戻して、積層圧電素子１５を基準の厚みに戻す。
【００４８】
このように、絶対位置から見かけ上、移動テーブル２０の移動が停止する時刻ｔ＝ｔ３以後において、上述したようにサーボモータ１８の回転及び積層圧電素子１５の膨張／収縮を制御することにより、同図（ａ）のグラフＮ１に示されるように移動テーブルは時刻ｔ＝ｔ３で達する目標位置Ｘｐでその後も停止し続けることが可能になる。
【００４９】
よって、サーボモータ１８の回転動作により移動テーブル２０を移動させる制御系のみで移動テーブル２０を目標位置Ｘｐに移動させた場合（到達時刻ｔ＝ｔ１）よりも、さらに膨張／収縮の速度が速い積層圧電素子１５を用いた制御系を組み合わせた方が格段に早く（到達時刻ｔ＝ｔ３）目標位置Ｘｐに移動テーブルを移動させる事が可能になる。
【００５０】
次に、図３（ｂ）のグラフについて説明する。
但し、同図（ｂ）の時刻ｔ＝ｔ３までは、各グラフは上述した図３（ａ）と同一の曲線を描き、その説明は上記図３（ａ）の説明の繰り返しになるため、ここでの説明は省略することとし、以下では時刻ｔ＝ｔ３以後の説明をする。
【００５１】
さて、グラフＬ２は、時刻ｔ＝ｔ４において目標位置Ｘｐに達しているが、その後オーバーシュートを生じ、最終的に目標位置Ｘｐに停止するのは時刻ｔ＝ｔ１の時になっている様子が示されている。すなわち、移動テーブル２０が目標位置Ｘｐに達する時刻ｔ＝ｔ４以後においては、移動テーブル２０は目標位置Ｘｐを越え、光学エンコーダで検出したサーボモータの回転角をフィードバックして目標位置Ｘｐに戻す方向にサーボモータを制御させるが、時刻ｔ＝ｔ５以後のグラフＬ２に示されるように、移動テーブル２０の位置が戻りすぎ、再度、光学エンコーダで検出したサーボモータの回転角をフィードバックして目標位置Ｘｐに戻す方向にサーボモータを制御させることにより時刻ｔ＝ｔ１で目標位置Ｘｐに移動テーブル２０を停止させている。このとき、同図に示されるように、移動テーブル２０は目標位置Ｘｐを超えて最大で位置Ｘｐ＋Ｘｑまで達する。
【００５２】
一方、時刻ｔ＝ｔ３以後において、積層圧電素子１５の厚みを変化させる制御系では、上記サーボモータ１８の回転動作によりボールネジ１７上を移動する移動テーブル２０の移動を絶対位置から見かけ上停止させるために、グラフＬ２の時刻ｔ＝ｔ3以後に示される曲線に上下対称となる曲線を描くように積層圧電素子１５への印加電圧を制御して最大に膨張していた積層圧電素子１５を収縮させたり収縮した積層圧電素子１５を再度膨張させたりする。
【００５３】
同図（ｂ）のグラフＭ２を参照すると、時刻ｔ＝ｔ３のグラフＭ２に示される位置を基点に、上記グラフＬ２の時刻ｔ＝ｔ3以後に示される曲線に上下対称となる曲線が示されている様子が分かる。そして、時刻ｔ＝ｔ４からｔ５においては位置Ｘが負の値を示している。
【００５４】
上述したように、積層圧電素子１５は同図（ｂ）のＸ＝０において、所定値の電圧が印加されて基準の厚みを有しているため、その所定の印加電圧をさらに下げることによって積層圧電素子１５の厚みを基準の厚みからさらに薄くすることができる。
よって、同図（ｂ）の時刻ｔ＝ｔ４からｔ５において示される負のＸ値は上記所定の印加電圧をさらに下げることによって達成され、本例では、積層圧電素子１５の厚みが基準の厚みから−Ｘｑまで薄くされている。
【００５５】
このように、絶対位置から見かけ上、移動テーブル２０の移動が停止する時刻ｔ＝ｔ３以後において、上述したようにサーボモータ１８の回転及び積層圧電素子１５の膨張／収縮を制御することにより、同図（ｂ）のグラフＮ２に示されるように、サーボモータ１８によるオーバーシュートを吸収し、移動テーブル２０は時刻ｔ＝ｔ３で達する目標位置Ｘｐでその後も停止し続けることが可能になる。
【００５６】
よって、サーボモータ１８の回転動作により移動テーブル２０を移動させる制御系のみで移動テーブル２０を目標位置Ｘｐに移動させた場合（到達時刻ｔ＝ｔ１）よりも、さらに膨張／収縮の速度が速い積層圧電素子１５を用いた制御系を組み合わせた方が格段に早く（到達時刻ｔ＝ｔ３）目標位置Ｘｐに移動テーブルを移動させる事が可能になる。
【００５７】
なお、上述したように、積層圧電素子１５に所定値の電圧を印加して、その時の積層圧電素子の厚みを基準の厚みとすることで、上記２種類のパターン（目標位置Ｘｐへの低速接近またはオーバーシュート）による移動テーブル２０の位置決めの遅れを無くすことが可能になるが、例えば、上記目標位置Ｘｐへの低速接近だけが問題となる場合は上記図３（ａ）のパターンとなるので、Ｘ＝０において積層圧電素子１５に電圧を印加しない最小の厚みのものを適用させてもよい。
【００５８】
続いて、上記サーボモータの回転及び上記積層圧電素子の膨張／収縮により移動テーブルの位置を制御する位置決め装置を備えた産業用工作機械の一例を示す。
この産業用工作機械においても各種様々な形態のものが存在するが、その中の電子部品のプリント基板への自動搭載に使用される部品搭載装置を一例に、以下に図を用いて説明する。
【００５９】
図４には部品搭載装置の斜視図を示している。
同図（ａ）は、内部機構を実線で示した上記部品搭載装置の透視図であり、同図（ｂ）には、見易いように、同図（ａ）の内部機構を抜き出して示している。
同図の部品搭載装置４００の下部に構成される基台４０２の上には、中央に、固定と可動の１対の平行する基板案内レール４０４が同図（ｂ） に示すプリント基板４０６の搬送方向（Ｘ軸方向、図の斜め左下から斜め右上方向）に水平に延在して配設される。これらの基板案内レール４０４の下部に接して、図には見えないループ状の搬送ベルト（コンベアベルト）が走行可能に配設される。
【００６０】
搬送ベルトは、それぞれ数ミリ幅のベルト脇部を基板案内レール４０４の下から基板搬送路に覗かせて、不図示のベルト駆動モータにより駆動され、上記搬送方向に走行し、プリント基板４０６の裏面両側を下から支持しながら、電子部品の搭載がなされる前のプリント基板４０６をライン上流側から装置本体４００内に搬入し、電子部品の搭載を終えたプリント基板４０６を順次ライン下流側に搬出する。
【００６１】
この部品搭載装置４００内には、常時２枚のプリント基板４０６が搬入され、基台４０２内に構成されたプリント基板の位置決め機構によって位置決めされ、プリント基板を２本の基板案内レール４０４間に固定する基台４０２内に構成された基板固定機構によって、電子部品の搭載を終えるまでその位置にそのプリント基板は固定される。
【００６２】
基台４０２の内部には、同図には示されていないが、プリント基板４０６の位置を決定するための位置決め機構、プリント基板４０６を一対の基板案内レール４０４間に固定する基板固定機構、例えば後述するボールネジや積層圧電素子などの各部の制御や演算処理等を行なう制御装置などが備えられている。
【００６３】
基台４０２の前後には、それぞれ部品供給台４０８が形成されている（同図（ａ） では図の左斜め上方向になる後部の部品供給台４０８は陰になって見えない。また、同図（ｂ） では、後部の部品供給台４０８は図示を省略している）。部品供給台４０８には、テープカセット式部品供給装置４１０（一般には単に、テープフィーダ、カセット式、又はテープ部品供給装置などと簡略に呼ばれている）が、５０個〜７０個と多数配置され、このテープカセット式部品供給装置４１０から電子部品が部品供給位置に送り出される。
【００６４】
基台４０２の上方には、基板搬送方向に直角の方向（前後方向）に平行に延在する左右一対の固定レール（Ｙ軸レール）４１２が配設されている。これらＹ軸レール４１２の前後に移動レール（Ｘ軸レール）４１４がＹ軸レール４１２に沿って滑動自在に係合し、各Ｘ軸レール１１４に作業ヘッド支持塔４１６がＸ軸レール４１４に沿って滑動自在に懸架されている。つまり、ここに示す部品搭載装置４００には合計４台の作業ヘッド支持塔４１６が配設されている。
【００６５】
ここに示されるＸ軸レール４１４は、同図のＹ軸レール４１２の一部が透視された位置に示されるＹ軸レール４１２内部のボールネジ４１７に対して不図示のナットを介して係合されている。そして、そのボールネジ４１７の図示されていないサーボモータ側の端部には、これまた不図示であるが積層圧電素子が構成されている。さらに、上記Ｙ軸レール４１２のフレームには不図示のリニアスケールが上記ボールネジ４１２に平行するように固定され、上記リニアスケールによって示されるＸ軸レール４１２の位置が検出できるように、上記Ｘ軸レール４１４から不図示の検出器が上記リニアスケール上を移動自在に取り付けられている。
【００６６】
すなわち、上記Ｘ軸レール４１４は図１の移動テーブル２０に対応し、上記ボールネジ４１７は図１のボールネジ１７に対応させた関係で、上述したＸ軸レール４１４の位置決め機構は図１に一例として示した位置決め機構によって構成される。
この位置決め機構におけるＸ軸レールの制御は図２を用いて前に詳しく説明した制御をとり、上記基台４０２に収納された制御装置による制御の下、Ｘ軸レール４１４は、サーボモータの回転によるボールネジ４１７の回転駆動に連動し、上記ナットを介してボールネジ４１７上をＹ軸レール４１２に沿って移動し、積層圧電素子の膨張／収縮による上記ボールネジ４１７の移動によってＹ軸レール４１２に沿ってその移動した分だけ移動する。
【００６７】
また、上記Ｘ軸レール４１４の位置決め機構と同様に、Ｘ軸レール４１４に対する作業ヘッド支持塔４１６の位置決めにも上記ボールネジ及び積層圧電素子の位置決め機構及び上記制御方法が採用されている。よって、作業ヘッド支持塔４１６は、Ｘ軸レール４１４に収容された不図示のボールネジの回転及び積層圧電素子の膨張／収縮に基づいてＸ軸レールに沿って移動することができる。
【００６８】
同図の各作業ヘッド支持塔４１６には、図の例では２個の作業ヘッド４１８が上下（Ｚ方向）に昇降自在に且つ３６０度方向に回転自在に配設されている。本例の部品搭載装置４００には合計８個の作業ヘッド４１８が配設されていることとなる。
各作業ヘッド４１８は、Ｘ軸レール４１４のＹ軸方向への水平移動、作業ヘッド支持塔４１６のＸ軸方向への水平移動、及び作業ヘッド４１８自身によるＺ軸方向への昇降移動とＺ軸を中心とする回転により、部品供給位置とプリント基板間の前後左右上下に対する位置移動及び水平面内での３６０度方向への向きの変換を自在に行なうことができる。
【００６９】
さらに、作業ヘッド４１８の先端には電子部品を直接吸着する吸着ノズルが装着され、この吸着ノズルの先端で電子部品の吸着及び解放を直接行なう。
このように構成される電子部品搭載装置４００では、コンピュータ制御により、ボールネジの回転制御による作業ヘッド４１８の水平移動の移動速度を積層圧電素子の厚み制御で補助して作業ヘッド４１８の高速水平移動を実現し、作業ヘッド４１８を目標位置に高速移動させた後のその停止状態を維持するための時間に上記作業ヘッド４１８の昇降移動を行なって部品供給位置から電子部品を吸着したり、吸着した電子部品をプリント基板上の部品搭載位置に搭載したりする事が可能になる。
【００７０】
また、部品吸着位置で電子部品を吸着し、図４に示される撮影カメラ４２０で電子部品の吸着状態を撮影し、撮影した吸着状態に基づいて画像解析し、その解析結果に応じて電子部品の位置や角度を補正し、吸着した電子部品をプリント基板上へ搭載するなどの部品搭載手順は、電子部品一つに対してシリアルに進められるため、作業ヘッド４１８の高速動作が上述したように実現されることにより、各手順間の処理が短縮、特に上記画像解析から電子部品の搭載までの時間が短縮され、生産効率を上げることが可能になる。
【００７１】
さらに、部品吸着時に作業ヘッド４１８が部品供給位置まで短時間で到達できるので、部品供給位置の電子部品の姿勢を撮影し、その電子部品を吸着ノズルで吸着するまでに作業ヘッド４１８の位置を補正して、小さな電子部品の中央を正確に吸着させることも実現できる。
【００７２】
また、部品供給位置での電子部品の吸着やプリント基板上の部品搭載位置に対する電子部品の搭載の精度が良くなる。上記部品搭載装置の各構成装置からは様々な高周波振動を発生している。例えばＸ軸レール４１４の移動時や作業ヘッド支持塔４１６の移動時や作業ヘッドの昇降動作時などがこれに当てはまる。そして、その高周波振動は特に吸着ノズルの先端に対して大きく作用し、電子部品の吸着時や電子部品の搭載時に位置ズレを起こす要因になる。そのため、応答速度が速い上記積層圧電素子などの変位調整部材を構成して高周波成分のフィードバックを弱くすることにより、上記高周波振動がその変位調整部材に吸収され、高精度な位置決めを実現できるようになる。
【００７３】
なお、上記例では位置決め機構をＸ軸レール４１４及びＹ軸レール４１２の有する機構として述べたが、上述した位置決め機構は、位置決定を行なう個所であればどこにでも適用できる。
また、位置決め機構に構成される積層圧電素子は、上述した位置に限らず、絶対位置から見てボールネジを上記移動テーブル（Ｘ軸レールや作業ヘッド支持塔）の移動方向に移動できる位置であれば何れの個所であっても適宜構成できる。
【００７４】
また、位置決め機構に構成される移動テーブル（Ｘ軸レールや作業ヘッド支持塔）の絶対位置は、積層圧電素子の変位だけを検出する小さな位置検出器を構成させることによっても検出できる。
また、上記例では、変位調整部材として応答速度が速い上記積層圧電素子を構成させたが、その他にも応答速度が速いものとしてボイスコイルモータや空圧アクチュエータやステッピングモータなどを適用させても、上記同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明を実施するための最良の形態である位置決め装置の例である。
【図２】図１の位置決め装置１０において移動テーブル２０の位置を制御するための制御ブロック図である。
【図３】移動テーブル２０を移動させた場合の移動テーブル２０の位置とその位置における時間の関係をグラフ化したものである。
【図４】部品搭載装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０      位置決め装置
１１      第一のフレーム
１２      リニアスケール
１３      ガイドレール
１４      第二のフレーム
１５      積層圧電素子
１６      ボールネジ保持部材
１７      ボールネジ
１８      サーボモータ
１９      カップリング
２０      移動テーブル
２１      ナット
２２      ベアリング
２３      検出器
【図１】
2005196363.tif 000003
【図２】
2005196363.tif 000004
【図３】
2005196363.tif 000005
【図４】
2005196363.tif 000006