(57)【要約】【課題】駆動対象の機構部に発生する振動を軽減することができるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】駆動対象の機構部に連結されたモータの駆動を制御するモータ制御方法において、機構部の固有振動周期Ｔ０を固有振動周期記憶手段に予め記憶させておき、モータを駆動する際の加減速パターンを示す速度パターンの設定においては、まず動作シーケンスに基づいて機構部の軸移動距離を演算し、この軸移動距離の移動を完了するのに要する動作時間Ｔｍにおける加速時間Ｔ（＋）および減速時間Ｔ（−）が、固有振動周期Ｔ０の整数倍の時間となるようにする。これにより、速度パターンの加減速時の加速度と機構部の振動系との共振を防止して、機構部に発生する振動を軽減することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動対象の機構部に連結されたモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、前記機構部の固有振動周期を記憶する固有振動周期記憶手段と、動作シーケンスに基づいて前記機構部の軸移動距離を演算する軸移動距離演算手段と、前記軸移動距離の移動を完了するのに要する動作時間における加速時間および減速時間のいずれもが前記固有振動周期の整数倍の時間となるように、前記モータを駆動する際の速度パターンを設定する速度パターン設定手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
駆動対象の機構部に連結されたモータの駆動を制御するモータ制御方法であって、前記機構部の固有振動周期を固有振動周期記憶手段に記憶させる工程と、動作シーケンスに基づいて前記機構部の軸移動距離を演算する工程と、前記軸移動距離の移動を完了するのに要する動作時間における加速時間および減速時間のいずれもが前記固有振動周期の整数倍の時間となるように、前記モータを駆動する際の速度パターンを設定する工程とを含むことを特徴とするモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動対象の機構部に連結されたモータの駆動を制御するモータ制御装置およびモータ制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スクリーン印刷装置などの電子部品実装用装置には、各種の作業動作を行う機構の駆動手段としてモータが多用されている。これらのモータのうち、高精度の位置決めや速度制御が必要な機構には、サーボモータなど制御パルスによりドライバを介して駆動されるものが用いられる。このようなパルス駆動のモータの駆動に際しては、予め設定された速度パターンに従って加速・減速が制御される（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−９７８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
モータがこの速度パターンに従って駆動対象の機構部を駆動すると、機構部に対しては加減速時の加速度が振動を誘起する起振外力として作用する。また、モータによって駆動される機構部自体もその構造に由来する機械的な固有振動数を有する振動系を構成する。そしてモータの速度パターンの設定によっては加減速時の加速度がこの振動系と共振し、動作停止後においても振動が残留して位置決め停止精度の低下などの不具合を招く場合がある。
【０００４】
このような場合に発生する共振の対策として、動作停止後次動作に移行するまでに振動を減衰させることを目的として、動作シーケンス上で整定時間を設定することが行われる。この静定時間は各要素動作に付加されるためトータルの動作時間が長くなり、結果としてタクトタイムを遅延させる結果となっていた。
【０００５】
そこで本発明は、駆動対象の機構部に発生する振動を軽減することができるモータ制御装置およびモータ制御方法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】
請求項１記載のモータ制御装置は、駆動対象の機構部に連結されたモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、前記機構部の固有振動周期を記憶する固有振動周期記憶手段と、動作シーケンスに基づいて前記機構部の軸移動距離を演算する軸移動距離演算手段と、前記軸移動距離の移動を完了するのに要する動作時間における加速時間および減速時間のいずれもが前記固有振動周期の整数倍の時間となるように、前記モータを駆動する際の速度パターンを設定する速度パターン設定手段とを備えた。
【０００７】
請求項２記載のモータ制御方法は、駆動対象の機構部に連結されたモータの駆動を制御するモータ制御方法であって、前記機構部の固有振動周期を固有振動周期記憶手段に記憶させる工程と、動作シーケンスに基づいて前記機構部の軸移動距離を演算する工程と、前記軸移動距離の移動を完了するのに要する動作時間における加速時間および減速時間のいずれもが前記固有振動周期の整数倍の時間となるように、前記モータを駆動する際の速度パターンを設定する工程とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、軸移動距離の移動を完了するのに要する動作時間における加速時間および減速時間のいずれもが前記固有振動周期の整数倍の時間となるように、モータを駆動
する際の速度パターンを設定することにより、速度パターンの加減速時の加速度と機構部の振動系との共振を防止して、機構部に発生する振動を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の正面図、図２は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図、図３は本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のモータ制御系の構成を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形態のモータ制御方法における速度パターンを示すグラフ、図５は本発明の一実施の形態のモータ制御方法におけるモータの駆動対象となる機構部の固有振動パターンを示すグラフ、図６、図７は本発明の一実施の形態のモータ制御方法におけるモータの動作時間の説明図である。
【００１０】
まず図１、図２を参照してスクリーン印刷装置の構造を説明する。図１、図２において、基板位置決め部１は、Ｘ軸テーブル２およびＹ軸テーブル３よりなる移動テーブル上にθ軸テーブル４を段積みし、さらにその上にＺ軸テーブル５を配設して構成されている。Ｘ軸テーブル２、Ｙ軸テーブル３、θ軸テーブル４、Ｚ軸テーブル５は、それぞれＸ軸モータＭＸ、Ｙ軸モータＭＹ、Ｚ軸モータ、θ軸モータによって駆動される。Ｚ軸モータ、θ軸モータは内蔵されているため図示は省略している。Ｚ軸テーブル５上にはクランパ８によって挟み込まれた基板６を下方から保持する基板保持部７が設けられている。
【００１１】
印刷対象の基板６は、図１に示す搬入コンベア１４によって基板位置決め部１に搬入される。基板位置決め部１の各軸テーブルを駆動することにより、基板６はＸＹＺ方向およびθ方向に移動し位置決めされる。印刷後の基板６は、搬出コンベア１５によって搬出される。
【００１２】
基板位置決め部１の上方には、スクリーンマスク１０が配設されており、スクリーンマスク１０はホルダ１１にマスクプレート１２を装着して構成されている。基板６は基板位置決め部１によってマスクプレート１２に対して位置合わせされ下方から当接する。スクリーンマスク１０上には、スキージヘッド１３が水平方向に往復動自在に配設されている。
【００１３】
基板６がマスクプレート１２の下面に当接した状態で、マスクプレート１２上にクリーム半田９を供給し、スキージヘッド１３のスキージ１３ａをマスクプレート１２の表面に当接させて摺動させることにより、基板６の印刷面にはマスクプレート１２に設けられたパターン孔を介してクリーム半田９が印刷される。
【００１４】
次に図３を参照して、制御系の構成を説明する。ここでは、スクリーン印刷装置の制御系のうち、基板位置決め部１を駆動する各軸モータの駆動を制御するモータ制御系のみを取り出して説明している。したがって、図３に示す構成は、駆動対象の機構部に連結されたモータの駆動を制御するモータ制御装置となっている。
【００１５】
図３において、制御部２０は演算処理装置であり、以下に説明する各部に記憶されているデータやプログラムに基づいて、基板位置決め部１の各軸モータを制御するための処理を行う。動作シーケンス記憶部２１は、スクリーン印刷動作の動作シーケンスを示すシーケンスプログラムを記憶する。速度パターン演算部２２は、シーケンスプログラムに基づいて各軸モータを駆動する際の速度パターンを作成する。速度パターン記憶部２３は、速度パターン演算部２２によって演算された速度パターンを記憶する。
【００１６】
ここで速度パターンについて、図４を参照して説明する。本実施の形態に示すモータ制御方法においては、図４に示すように等脚台形型の速度パターンを用いている。この速度
パターンにおいては、まず動作シーケンスに基づいて必要な軸移動距離Ｄ（速度パターンを示すグラフ上での面積Ｄ）が演算される。そしてこの軸移動距離Ｄを与える速度パターン、すなわち加減速時の加速度（グラフ中の傾き角度α参照）、最高速度Ｖｍａｘ、動作時間Ｔｍが決定される。
【００１７】
すなわちこの速度パターンは、動作開始から最高速度Ｖｍａｘに到達するまでの加速域と、最高速度Ｖｍａｘで移動する定速域と、最高速度Ｖｍａｘから動作停止するまでの減速域で構成される。そして加速域、定速域、減速域の継続時間は、加速時間Ｔ（＋）、定速時間Ｔ（０）、減速時間Ｔ（−）で示され、これらの和が動作時間Ｔｍとなる。本実施の形態に示すモータ制御方法では、このような速度パターンを決定するに際し、後述するように、以下に説明する固有振動周期に基づいて動作時間Ｔｍにおける加速時間Ｔ（＋）および減速時間Ｔ（−）を決定するようにしている。
【００１８】
固有振動周期記憶部２４（固有振動周期記憶手段）は、各軸モータの駆動対象となる機構部の固有振動周期を記憶する。位置決めテーブル１を構成するＸ軸テーブル３やＹ軸テーブル２などは、機構的にはそれぞれ固有の慣性（質量）と弾性（剛性）を備えた１つの振動系を構成する。この振動系に起振外力が作用すると、図５に示すように、振動系固有の慣性と弾性によって定まる固有振動周期Ｔ０の固有振動が発生する。
【００１９】
このとき、固有振動周期Ｔ０に対して起振外力の作用周期が共振を生じるような関係にあると、当該軸テーブルが動作を停止した後にも振動が残留し、位置決めテーブルの位置決め精度を低下させる結果となる。特に位置決めテーブル１など重量の大きい移動部を拘束で動作させる場合にはこの影響が顕著に表れる。このような固有振動との共振による影響を防止するため、本実施の形態における速度パターンの設定では、固有振動周期Ｔ０と加減速との関係を適切に設定することにより、共振を避けるようにしている。
【００２０】
すなわち図５の速度パターンにおいて、軸速度が（−）側の最大速度から（＋）側の最大速度まで変化する正加速域ｔ（＋）および（＋）側の最大速度から（−）側の最大速度まで変化する負加速域ｔ（−）と、図４に示す速度パターンにおける加速時間Ｔ（＋）、減速時間Ｔ（−）との関係を適切に設定する。これにより、後述するように軸駆動機構の動作停止後の固有振動の残留を防止できる。
【００２１】
固有振動周期検出部２５は、モータの駆動対象となる機構部の固有振動周期を検出する。モータ駆動部２６は、駆動対象となる各軸テーブルのモータ毎に個別に設けられており、それぞれのモータ駆動部２６は、パルス生成部２６ａ、ドライバ２６ｂ、パルス検出部２６ｃを備えている。パルス生成部２６ａは、速度パターン記憶部２３に記憶された速度パターンに基づいて、駆動パルス列を生成し制御部２０より指示されたタイミングにしたがってドライバ２６に対して出力する。ドライバ２６ｂは駆動パルス列に応じた駆動電流をモータＭに対して出力する。この駆動電流によってモータが回転することにより、速度パターン通りの動作が実行される。
【００２２】
パルス検出部２６ｃは、モータＭに備えられたエンコーダＥからのパルス信号を検出し、検出結果を固有振動周期検出部２５に伝達する。固有振動周期検出部２５は、これらのパルス信号検出結果から軸駆動機構の固有振動に相当する振動成分を抽出することにより、固有振動周期Ｔ０をリアルタイムで検出する。これにより、機構部品の摩耗などの原因により振動系が機構的に変化することによる固有振動周期の変動を常に検出して、固有振動周期記憶部２４の記憶内容を更新することができるようになっている。
【００２３】
次に図６を参照して、上記構成のモータ制御装置による速度パターンの設定方法について説明する。まずこの速度パターンの設定に先立って、固有振動周期検出部２５によって
各軸機構部の固有振動周期Ｔ０を検出し、固有振動周期記憶部２４に記憶させる。次いで動作シーケンスに基づいて、速度パターン設定対象の機構部の軸移動距離Ｄを演算する。
【００２４】
そしてこの軸移動距離Ｄに基づいて、動作時間Ｔｍにおける加速時間Ｔ（＋）、減速時間Ｔ（−）および軸加速度を決定する。このとき、図６（ａ）に示すように、加速時間Ｔ（＋）、減速時間Ｔ（−）のいずれもが、固有振動周期Ｔ０の整数倍（図６に示す例では１倍）の時間となるように、速度パターンを設定する。すなわちこの速度パターン設定に際しては、まず最初に加速時間Ｔ（＋）、減速時間Ｔ（−）が、固有振動周期Ｔ０に基づいて決定され、次いで軸加速度と定速時間Ｔ（０）が決定される。
【００２５】
この軸加速度と定速時間Ｔ（０）の決定において、使用するモータの定格によって軸加速度（図４に示す傾き角α参照）に制約が存在する場合には軸加速度を優先して決定し、次いで定速時間Ｔ（０）を決定する。軸加速度に制約が存在しない場合には、定速時間Ｔ（０）を先に決定するようにしてもよい。なお、定速時間Ｔ（０）が存在しない形態の速度パターンであってもよい。この場合には、速度パターンは２等辺３角形の形状となる。要は、加速時間Ｔ（＋）、減速時間Ｔ（−）のいずれもが固有振動周期Ｔ０の整数倍であり、且つ速度パターン図形の面積が所要の軸移動距離Ｄに一致するような形態であればよい。
【００２６】
このようにして設定された速度パターンにおいては、加速時間Ｔ（＋）に固有振動周期Ｔ０の正加速域ｔ（＋）、負加速域ｔ（−）が対を為して含まれた形態となっている。正加速域ｔ（＋）に相当する時間においては、この速度パターンによる正方向の加速度は当該機構部の振動系の起振外力として作用するが、この作用は対を為す負加速域ｔ（−）よって相殺される。負加速域ｔ（−）に相当する時間においても速度パターンによる外力は正方向の加速度であり、当該振動系に対しては制振外力として作用するからである。
【００２７】
このような関係は速度パターンにおける減速時間Ｔ（−）においても同様に成立し、対を為す正加速域ｔ（＋）、負加速域ｔ（−）において、速度パターンによる外力が制振外力、起振外力として逆方向に作用することにより、当該機構部に対して固有振動を誘起する起振力がトータルとして作用しない。したがって、当該速度パターンによって機構部を駆動する際に、機構部には速度パターンによって規定される動作のみが伝達される。このため図６（ｂ）に示すように、軸動作停止後に固有振動との共振に起因するに振動の残留がない。
【００２８】
上述の速度パターンの設定は速度パターン演算部２２によって行われ、したがって速度パターン演算部２２は、動作シーケンスに基づいて機構部の軸移動距離を演算する移動距離演算手段と、軸移動距離の移動を完了するのに要する動作時間における加速時間および減速時間のいずれもが固有振動周期Ｔ０の整数倍の時間となるように、モータを駆動する際の速度パターンを設定する速度パターン設定手段とを兼ねたものとなっている。
【００２９】
図７は、前述の同様の速度パターンにおいて、加速時間Ｔ（＋）、減速時間Ｔ（−）を固有振動周期Ｔ０の（奇数／２）倍に設定した場合の駆動軸の挙動を図６の場合と対比して説明している。この例では、図７（ａ）に示すように、加速時間Ｔ（＋）、減速時間Ｔ（−）が固有振動周期Ｔ０の（奇数／２）倍（図７に示す例では（３／２）倍）の時間となるように、速度パターンを設定している。
【００３０】
このようにして設定された速度パターンにおいては、加速時間Ｔ（＋）には固有振動周期Ｔ０を構成する１対の正加速域ｔ（＋）、負加速域ｔ（−）のみならず、さらに正加速域ｔ（＋）が含まれた形態となっている。したがって、１対の正加速域ｔ（＋）、負加速域ｔ（−）においては前述の例と同様に起振外力と制振外力とが相殺されるものの、後続
の正加速域ｔ（＋）においては、速度パターンによる正方向の加速度が振動系に対して起振外力として作用する。
【００３１】
このような関係は速度パターンの減速時間Ｔ（−）においても同様に成立し、減速域Ｔ（−）の最初の負加速域ｔ（−）においては、速度パターンの負方向の加速度は起振外力として振動系に作用する。そして、後続の１対の正加速域ｔ（＋）、負加速域ｔ（−）においては前述の例と同様に起振外力と制振外力とが相殺される。
【００３２】
すなわち、図７に示す速度パターンによって機構部を駆動する際には、加速時間Ｔ（＋）、減速時間Ｔ（−）を固有振動周期Ｔ０の（奇数／２）倍に設定していることに起因して、動作途中における正加速域ｔ（＋）、負加速域ｔ（−）（矢印指示参照）において振動系に対して起振外力が作用する。そして図７（ｂ）に示すように軸動作停止後にこの起振外力によって誘起された固有振動が残留し、動作シーケンス上でこの残留振動が減衰するまで次動作を待つ整定時間の設定が必要となる。
【００３３】
上記説明したように、本実施の形態に示すモータ制御においては、軸移動距離の移動を完了するのに要する動作時間における加速時間と減速時間のいずれもが固有振動周期の整数倍の時間となるように、モータを駆動する際の速度パターンを設定するようにしている。これにより、速度パターンによる加減速の加速度と機構部の振動系との共振を防止して、機構部に発生する振動を軽減することができる。
【００３４】
したがって、動作停止後において振動が残留することによる位置決め停止精度の低下などの不具合を防止することができるとともに、動作停止後次動作に移行するまでに振動を減衰させることを目的として、動作シーケンス上で長い整定時間を設定する必要がなく、タクトタイムの遅延を招くことがない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のモータ制御装置およびモータ制御方法は、速度パターンにおける加減速時の加速度と機構部の振動系との共振を防止して、機構部に発生する振動を軽減することができるという効果を有し、駆動対象の機構部に連結されたモータの駆動を制御する用途において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の正面図
【図２】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置の側面図
【図３】本発明の一実施の形態のスクリーン印刷装置のモータ制御系の構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態のモータ制御方法における速度パターンを示すグラフ
【図５】本発明の一実施の形態のモータ制御方法におけるモータの駆動対象となる機構部の固有振動パターンを示すグラフ
【図６】本発明の一実施の形態のモータ制御方法におけるモータの動作時間の説明図
【図７】本発明の一実施の形態のモータ制御方法におけるモータの動作時間の説明図
【符号の説明】
【００３７】
２０    制御部
２１    動作シーケンス記憶部
２２    速度パターン演算部
２３    速度パターン記憶部
２４    固有振動周期記憶部
２６    モータ駆動部
Ｄ    軸移動距離
Ｔ０    固有振動周期
Ｔｍ    動作時間
Ｔ（＋）    加速時間
Ｔ（０）    定速時間
Ｔ（−）    減速時間
【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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