(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体と、
その装置本体に対して相対移動可能な可動部材と、
駆動源を備え、前記装置本体に対して前記可動部材を相対移動させる駆動装置と、
前記駆動源を制御することにより前記可動部材の前記装置本体に対する相対位置を制御する制御装置と
を含む作動装置であって、前記制御装置が、
(a)前記可動部材の位置を指令する位置指令部と、(b)その位置指令部からの位置指令を入力として前記駆動源に対する第１作動指令を出力する第１フィードフォワード補償器と、(c)前記位置指令部からの位置指令を入力として新たな位置指令を出力する第２フィードフォワード補償器と、(d)前記可動部材の位置に関する情報を取得する位置情報取得装置と、(e)前記第２フィードフォワード補償器の出力と前記位置情報取得装置の出力との差分を入力として前記駆動源に対する第２作動指令を出力する第１フィードバック補償器とを備えた位置制御系と、
(f)前記装置本体の加速度に関する情報を取得する加速度情報取得装置と、(g)前記位置指令部の位置指令を入力として加速度指令を出力する第３フィードフォワード補償器と、(h)その第３フィードフォワード補償器の出力と前記加速度情報取得装置の出力との差分を入力として前記駆動源に対する第３作動指令を出力する第２フィードバック補償器とを備えた加速度制御系と
を含み、かつ、前記第１フィードバック補償器と前記第２フィードバック補償器とが、前記第１フィードフォワード補償器の第１作動指令に対する影響の度合いが、通常は前記第１フィードバック補償器の第２作動指令が大きく、前記位置指令部により指令された目標位置の近傍においては前記第２フィードバック補償器の第３作動指令が大きくなる可変補償器とされたことを特徴とする作動装置。
【請求項２】
前記第１フィードバック補償器と前記第２フィードバック補償器とが、前記可動部材の前記目標位置近傍の交替領域において滑らかに交替する請求項１に記載の作動装置。
【請求項３】
前記第３フィードフォワード補償器が、位置指令から作動指令までの伝達特性を有する第１フィードフォワード補償器と作動指令から加速度検出装置の出力までの伝達特性との積で表現される請求項１または２に記載の作動装置。
【請求項４】
前記可動部材が、前記装置本体に設けられた直線ガイドに案内されて直線移動する直線移動部材である請求項１ないし３のいずれかに記載の作動装置。
【請求項５】
前記装置本体に、回路基板を保持する基板保持装置が取り付けられる一方、前記可動部材に、電子回路部品を保持し、前記可動部材の移動に伴って、前記基板保持装置に保持された回路基板の表面に平行な方向に移動させられ、その回路基板に電子回路部品を装着する部品装着ヘッドが取り付けられた請求項１ないし４のいずれかに記載の作動装置。
【請求項６】
前記装置本体が、下フレームと、その下フレームから立ち上がった複数本のコラムと、それらコラムに支持された上フレームとを含み、その上フレームに第１可動部材が水平な第１方向に移動可能に保持され、その第１可動部材に第２可動部材が前記第１方向と直交する水平な第２方向に移動可能に保持され、その第２可動部材に前記装着ヘッドが取り付けられた請求項５に記載の作動装置。
【請求項７】
前記装置本体が共通のベースに複数支持され、当該作動装置が共通のベース上に構成された請求項１ないし６のいずれかに記載の作動装置。
【請求項８】
前記加速度情報取得装置が、前記装置本体の、水平面内において互いに直交する２方向の少なくとも１方向における加速度を検出可能な位置に設けられた１つ以上の加速度センサを含む請求項１ないし７のいずれかに記載の作動装置。
【請求項９】
前記加速度情報取得装置が２つ以上の加速度センサを含み、それら２つ以上の加速度センサのうちの２つの出力の差を前記装置本体の加速度情報として取得する請求項１ないし８のいずれかに記載の作動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置本体に相対移動可能に保持された可動部材が駆動装置により装置本体に対して相対移動させられる作動装置に関するものであり、特に、可動部材の高速位置決めと装置本体の振動抑制とを両立させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の作動装置において、可動部材の高速位置決めと装置本体の振動抑制とを両立させるための提案が下記特許文献１〜３等になされている。特許文献１および２には、装置本体の振動に起因する加速度を加速度検出装置により検出し、駆動装置の駆動源に対する作動指令にフィードバックすることにより、可動部材の高速位置決めと装置本体の振動抑制との両方を達成することが記載されている。また、特許文献３には、装置本体が振動する制御対象に対する位置指令パラメータの設計、もしくは位置指令と補償器の両方のパラメータの設計に要する作業時間を短縮するために、遺伝アルゴリズムを用いて自律設計を行うことが記載されている。すなわち、電動機で駆動される位置決め装置を搭載した装置本体が振動する制御対象に対して、電動機の回転位置、または位置決め装置の可動部材の位置に関する情報である位置情報を用いて位置決め制御系を構成する際に、可動部材の特定の移動距離もしくは複数の移動距離に対して、位置決め仕様を満足し、装置本体の振動抑制に関する制御目標を考慮し、かつ、動作上の安全性も考慮した位置指令パラメータ、もしくは位置指令と補償器との両方のパラメータを、遺伝アルゴリズムを用いて自律設計することが記載されている。
【特許文献１】特開平５−２５００４１号公報
【特許文献２】特開平６−１５１２７２号公報
【特許文献３】特開２００４−２４０６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１〜３に記載された制御系では未だ可動部材の高速位置決めと装置本体の振動抑制との両方を十分に達成し得ない場合があり、さらに改良の余地がある。本発明は、この改良を課題として為されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明は、(1)装置本体と、(2)その装置本体に対して相対移動可能な可動部材と、(3)駆動源を備え、装置本体に対して可動部材を相対移動させる駆動装置と、(4)駆動源を制御することにより可動部材の装置本体に対する相対位置を制御する制御装置とを含む作動装置において、制御装置を、(A)(a)可動部材の位置を指令する位置指令部と、(b)その位置指令部からの位置指令を入力として駆動源に対する第１作動指令を出力する第１フィードフォワード補償器と、(c)位置指令部からの位置指令を入力として新たな位置指令を出力する第２フィードフォワード補償器と、(d)可動部材の位置に関する情報を取得する位置情報取得装置と、(e)第２フィードフォワード補償器の出力と位置情報取得装置の出力との差分を入力として駆動源に対する第２作動指令を出力する第１フィードバック補償器とを備えた位置制御系と、（Ｂ）(f)装置本体の加速度に関する情報を取得する加速度情報取得装置と、(g)位置指令部の位置指令を入力として加速度指令を出力する第３フィードフォワード補償器と、(h)その第３フィードフォワード補償器の出力と加速度情報取得装置の出力との差分を入力として駆動源に対する第３作動指令を出力する第２フィードバック補償器とを備えた加速度制御系とを含むものとし、かつ、第１フィードバック補償器と第２フィードバック補償器とを、第１フィードフォワード補償器の第１作動指令に対する影響の度合いが、通常は第１フィードバック補償器の第２作動指令が大きく、位置指令部により指令された目標位置の近傍においては第２フィードバック補償器の第３作動指令が大きくなる可変補償器としたことを特徴とする。
【発明の作用，効果】
【０００５】
作動装置において、従来、不可観測な制御量に対しては、フィードフォワード補償器や位置指令を、要求仕様を満足できるように調整することが行われていた。しかしながら、その場合には不可観測な制御量に対してフィードバック制御が全く機能しないため、このような対応策には限界があった。
それに対し、本作動装置の制御装置においては、加速度情報取得装置により取得された装置本体の加速度情報がそのまま駆動源に対する作動指令にフィードバックされるのではなく、位置指令部の位置指令を入力として加速度指令を出力する第３フィードフォワード補償器の出力との差分が駆動源に対する作動指令にフィードバックされるようになっており、装置本体の振動がアクティブに抑制される。
しかも、本作動装置の制御装置は、位置制御系と加速度制御系とのフィードバック補償器を共に可動部材の移動につれてパラメータが変化する可変構造とするのであり、位置決め応答の過程において目標位置近傍までは位置決め応答性能重視の制御系によって位置決めを行い、目標位置近傍において装置本体の振動抑制性能重視の制御系へ切り替え、両制御系の特長を時変的に取り込み、位置決め応答システム全体としての性能を向上させるものである。
このように、基本的な目標値追従特性は従来通りフィードフォワード補償器により規定し、モータ位置決め精度を害しない範囲内で装置本体の残留振動をフィードバック補償器の変更(可変制御系)により実現するものであり、それによって、可動部材の高速位置決めと装置本体の振動抑制という２つの目的を高度に達成することが可能となった。それと同時に、停止中に他の機器からの振動の伝達による装置本体の振動が停止精度に与える影響を低減させる効果も得られる。
制御対象の特性自体が時間の経過につれて変化する場合に良好な制御を行うために、制御系の制御特性が時間の経過に伴って変化する時変制御系を導入することは既に知られているが、本作動装置の制御装置におけるように、高速位置決め性能と振動抑制性能というように、複数の制御目的を共に達成するために制御系を可変とすることは未だ知られていない。
【発明の態様】
【０００６】
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。
【０００７】
なお、以下の各項において、(1)項と(2)項と(3)項とを合わせたものが請求項１に相当し、その請求項１に(4)項の要件を加えたものが請求項２に相当する。そして、それら請求項1又は請求項２に(6)項の要件を加えたものが請求項３に相当し、請求項1ないし３のいずれかに(7)項の要件を加えたものが請求項４に相当し、請求項1ないし４のいずれかに(9)項の要件を加えたものが請求項５に相当し、その請求項５に(10)項の要件を加えたものが請求項６に相当し、請求項１ないし６のいずれかに(11)項の要件を加えたものが請求項７に相当し、請求項１ないし７のいずれかに(12)項の要件を加えたものが請求項８に相当し、請求項１ないし８のいずれかに(16)項の要件を加えたものが請求項９に相当する。
【０００８】
（１）装置本体と、
その装置本体に対して相対移動可能な可動部材と、
駆動源を備え、前記装置本体に対して前記可動部材を相対移動させる駆動装置と、
前記駆動源を制御することにより前記可動部材の前記装置本体に対する相対位置を制御する制御装置と
を含む作動装置であって、前記制御装置が、
(a)前記可動部材の位置を指令する位置指令部と、(b)その位置指令部からの位置指令を入力として前記駆動源に対する第１作動指令を出力する第１フィードフォワード補償器と、(c)前記位置指令部からの位置指令を入力として新たな位置指令を出力する第２フィードフォワード補償器と、(d)前記可動部材の位置に関する情報を取得する位置情報取得装置と、(e)前記第２フィードフォワード補償器の出力と前記位置情報取得装置の出力との差分を入力として前記駆動源に対する第２作動指令を出力する第１フィードバック補償器とを備えた位置制御系と、
(f)前記装置本体の加速度に関する情報を取得する加速度情報取得装置と、(g)前記位置指令部の位置指令を入力として加速度指令を出力する第３フィードフォワード補償器と、(h)その第３フィードフォワード補償器の出力と前記加速度情報取得装置の出力との差分を入力として前記駆動源に対する第３作動指令を出力する第２フィードバック補償器とを備えた加速度制御系と
を含むことを特徴とする作動装置。
（２）前記第１フィードバック補償器と前記第２フィードバック補償器との両方を含み、かつ、それら両補償器が可変補償器とされた(1)項に記載の作動装置。
前述のように、(1)項に記載の制御装置によれば、可動部材の高速位置決めと装置本体の振動抑制という２つの目的を従来より良好に達成し得るのであるが、さらに改良の余地がある。外乱成分の主成分である非線形摩擦の影響が低周波数領域で顕著であるため、位置決め応答性能の向上のためには低周波数領域での低感度化を重視した制御系設計が望ましい。一方、装置本体の振動抑制に関しては、装置本体の振動周波数での低感度化を重視した制御系設計が望ましい。しかし、ある安定余有を確保した上では、ボードの感度積分定理から全周波数帯で望ましい感度特性を得ることは不可能であり、感度特性の悪い帯域が存在することを避け得ず、可動部材の高速位置決めと装置本体の振動抑制という２つの目的を高度に達成することは困難である。
そこで、本項に係る発明においては、第１フィードバック補償器と第２フィードバック補償器とを可動部材の移動に伴って変化する可変フィードバック補償器とすることとしたのである。例えば、位置制御系と加速度制御系とのフィードバック補償器を共に可動部材の移動につれてパラメータが変化する可変構造とするのであり、位置決め応答の過程において目標位置近傍までは位置決め応答性能重視の制御系によって位置決めを行い、目標位置近傍において装置本体の振動抑制性能重視の制御系へ（制御目的の異なる制御系へ）滑らかに切り替え、両制御系の特長を時変的に取り込み、位置決め応答システム全体としての性能を向上させるのである。
制御対象の特性自体が時間の経過につれて変化する場合に良好な制御を行うために、制御系の制御特性が時間の経過に伴って変化する時変制御系を導入することは既に知られている。しかし、本項に係る発明におけるように、高速位置決め性能と振動抑制性能というように、複数の制御目的を共に達成するために制御系を可変とすることは未だ知られていない。
なお、本発明における可変制御系は、時間の経過に伴って制御特性が変化する時変制御系に限定されるものではなく、例えば、可動部材の移動速度，移動加速度（減速度を含む），目標位置までの距離等の変化に伴って制御特性が変化するものをも包含する。
以上のように、本項の発明は、基本的な目標値追従特性は従来通りフィードフォワード補償器により規定し、モータ位置決め精度を害しない範囲内で装置本体の残留振動をフィードバック補償器の変更(可変制御系)により実現するものであり、それによって、可動部材の高速位置決めと装置本体の振動抑制という２つの目的を高度に達成することが可能となった。それと同時に、停止中に他の機器からの振動の伝達による装置本体の振動が停止精度に与える影響を低減させる効果も得られる。
（３）前記第１フィードバック補償器と前記第２フィードバック補償器とが、前記第１フィードフォワード補償器の第１作動指令に対する影響の度合いが、通常は前記第１フィードバック補償器の第２作動指令が大きく、前記位置指令部により指令された目標位置の近傍においては前記第２フィードバック補償器の第３作動指令が大きくなる可変補償器とされた(2)項に記載の作動装置。
（４）前記第１フィードバック補償器と前記第２フィードバック補償器とが、前記可動部材の前記目標位置近傍の交替領域において滑らかに交替する(3)項に記載の作動装置。
（５）前記制御装置が、前記可動部材の移動距離，最大移動速度，移動方向および前記可動部材と共に移動する質量の少なくとも１つに応じて前記交替領域を変更する交替領域変更部を含む(4)項に記載の作動装置。
可動部材の高速位置決めと装置本体の振動抑制という２つの目的を高度に達成するためには、第１フィードバック補償器と第２フィードバック補償器との交替領域、特に交替開始点の選定が重要であり、制御装置を交替領域変更装置を含むものとすれば、交替領域を、可動部材の移動距離，最大移動速度，移動方向および可動部材と共に移動する質量の大きさ等に適したものに変更することができ、一層良好に２つの目的を達成することができる。
また、交替領域変更部を、交替領域の変更に伴う可動部材の高速位置決めと装置本体の振動抑制とに対して、より良好な交替領域を学習する学習部を含むものとすれば、制御装置の制御特性が作動装置の作動中に自動的に改良されることとなり、設計段階において交替領域の選定に要する時間を短縮しつつ、２つの目的を高度に達成することが可能となる。
（６）前記第３フィードフォワード補償器が、位置指令から作動指令までの伝達特性を有する第１フィードフォワード補償器と作動指令から加速度検出装置の出力までの伝達特性との積で表現される(1)項ないし(5)項のいずれかに記載の作動装置。
第３フィードフォワード補償器を本項に記載の構成とすることにより、第３フィードフォワード補償器から、位置情報取得装置により取得される可動部材の位置に関する情報が第２フィードフォワード補償器の出力に追従する場合の加速度応答が出力されることとなる。
（７）前記可動部材が、前記装置本体に設けられた直線ガイドに案内されて直線移動する直線移動部材である(1)項ないし(6)項のいずれかに記載の作動装置。
可動部材が装置本体に対して相対回転させられる回転部材である作動装置に本発明を適用することも可能であるが、可動部材が直線移動部材である場合、特に、直線移動部材が直線ガイドに案内される場合に非線形摩擦の影響を受け易く、本発明の効果を特に有効に享受することができる。
（８）前記駆動装置が、互いに螺合したねじ軸とボールナットとを含み、それらねじ軸とボールナットとの一方が前記駆動源により回転させられる一方、他方の回転が阻止されることにより、前記直線移動部材を直線移動させるものである(7)項に記載の作動装置。
直線ガイドに案内される可動部材を駆動する駆動装置として、リニヤモータ等を採用することも可能であるが、回転駆動源とボールねじとの組合わせにより可動部材を駆動する駆動装置においては、ボールねじにおいて非線形摩擦の影響を受け易く、本発明の適用効果が大きい。
（９）前記装置本体に、回路基板を保持する基板保持装置が取り付けられる一方、前記可動部材に、電子回路部品を保持し、前記可動部材の移動に伴って、前記基板保持装置に保持された回路基板の表面に平行な方向に移動させられ、その回路基板に電子回路部品を装着する部品装着ヘッドが取り付けられた(1)項ないし(8)項のいずれかに記載の作動装置。
本項は、電子回路部品装着機の装着装置に本発明を適用した場合の例であり、可動部材を高速で点から点へ順次移動させることが要求される。制御量に対してセンサを取り付けてフィードバック制御をすることは従来から行われており、駆動源の回転位置を検出するロータリエンコーダや可動部材の位置を検出するリニアスケールに加えて、装置本体の加速度を検出する加速度センサを設け、フィードバック制御を行うことは従来から行われていた。しかし、電子回路部品装着機におけるように、駆動源に、可動部材を１つの位置から次の位置へ移動させるべきことを指令する作動指令が順次与えられて、可動部材が点から点へ順次移動する作動に対して、加速度センサを用いて停止位置を高速整定させることは行われていなかった。
本項の発明によれば、電子回路部品装着機の電子回路部品の回路基板に対する装着位置の精度が向上する効果が得られる。また、電子回路部品装着機の装置本体から床に伝達される振動が低減する効果も得られる。
（１０）前記装置本体が、下フレームと、その下フレームから立ち上がった複数本のコラムと、それらコラムに支持された上フレームとを含み、その上フレームに第１可動部材が水平な第１方向に移動可能に保持され、その第１可動部材に第２可動部材が前記第１方向と直交する水平な第２方向に移動可能に保持され、その第２可動部材に前記装着ヘッドが取り付けられた(9)項に記載の作動装置。
装置本体が本項の構成を有し、上フレームに第１，第２可動部材が保持され、高速で移動させられる場合には、両可動部材の加速，減速に伴って装置本体に振動が生じ易く、可動部材の位置決め精度に悪影響を及ぼし易い。特に、基板保持装置が下フレームに保持される一方、装着ヘッドが上フレームに保持される場合には、装置本体の振動により、基板保持装置に保持された回路基板と装着ヘッドに保持された電子回路部品との装置位置が振動的に変動し、電子回路部品の回路基板に対する装着位置精度が低下し易いため、本発明を適用することの効果が大きい。この場合、後述の(12)項〜(14)項に記載の位置に加速度センサを設けることが有効であり、(16)項あるいは(17)項に記載の位置に設けることが特に有効である。
（１１）前記装置本体が共通のベースに複数支持され、当該作動装置が共通のベース上に構成された(10)項に記載の作動装置。
複数の電子部品装着モジュールが共通のベース上に載置され、固定されて電子部品装着システムが構成される場合が、本項の作動装置の代表的なものであり、この種の電子回路部品装着システムにおいては、隣接する電子回路部品装着モジュールの振動がベースを介して伝達されるため、各電子部品装着モジュールにおいて、それぞれの可動部材の移動に伴う装置本体の振動を低減させるのみでは十分とは言えない事態が生じる。この場合に、本発明を適用すれば、ベースを介して伝達される振動に起因する装置本体の振動も抑制されるため、電子部品装着モジュールにおける電子回路部品の装着位置精度を向上させることができる。この場合、(14)項に記載の通り、ベースに加速度センサを設けることが有効になる。
なお、本項の特徴は(1)項ないし(9)項のいずれかに記載の作動装置にも適用可能である。
（１２）前記加速度情報取得装置が、前記装置本体の、水平面内において互いに直交する２方向の少なくとも１方向における加速度を検出可能な位置に設けられた１つ以上の加速度センサを含む(1)項ないし(11)項のいずれかに記載の作動装置。
可動部材が一直線に平行な方向にのみ移動させられる作動装置においては、その一直線に平行な方向における装置本体の加速度が検出されればよい場合が多い。しかし、可動部材が一直線に平行な方向にのみ移動させられる場合であっても、装置本体の構造等によっては、水平面内において互いに直交する２方向における加速度が検出されることが望ましい場合もある。可動部材が、水平面内において互いに直交する２方向に移動させられる場合には、一般に水平面内において互いに直交する２方向における加速度が検出されることが望ましい。
（１３）前記加速度情報取得装置が、前記下フレーム，前記複数本のコラムおよび前記上フレームのうちの少なくとも１つの、前面，後面および側面の少なくとも１つの、少なくとも１箇所に設けられた１つ以上の加速度センサを含む(10)項または(11)項に記載の作動装置。
（１４）前記加速度情報取得装置が、前記第１可動部材と前記第２可動部材との少なくとも一方の、前面，後面および側面の少なくとも１つの、少なくとも１箇所に設けられた１つ以上の加速度センサを含む(10)項，(11)項または(13)項に記載の作動装置。
（１５）前記装置本体が共通のベースに複数支持されて当該作動装置が共通のベース上に構成され、前記加速度情報取得装置が、前記共通のベースの前面，後面および側面の少なくとも１つの少なくとも１箇所に設けられた１つ以上の加速度センサを含む(10)項，(12)項ないし(14)項のいずれかに記載の作動装置。
（１６）前記加速度情報取得装置が２つ以上の加速度センサを含み、それら２つ以上の加速度センサのうちの２つの出力の差を前記装置本体の加速度情報として取得する(12)項ないし(15)項のいずれかに記載の作動装置。
作動装置からそれが設置された床への振動の伝達を低減させることが望まれる場合には、装置本体全体の振動を低減させることが必要であるが、例えば、次項におけるように特定の２つの部分の相対振動を低減させることが望まれる場合には、それら２部分に設けられた２つの加速度センサの出力の差が検出され、制御に使用されるようにすることが有効であることがある。
（１７）前記加速度情報取得装置が、前記装置本体の前記部品装着ヘッドを保持する部分の加速度を検出する第１加速度センサと、前記装置本体の前記基板保持装置を保持する部分の加速度を検出する第２加速度センサとを含み、それら第１，第２加速度センサの出力の差を前記装置本体の加速度情報として取得する(16)項に記載の作動装置。
【実施例】
【０００９】
以下、請求可能発明の実施例を図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記実施例の他、上記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した態様で実施することができる。
【００１０】
図１に、請求可能発明の一実施例としての電子回路部品装着システム（以下、装着システムと略称する）の概略を示す。本装着システムは、複数の電子回路部品装着モジュール（以下、装着モジュールと略称する）１０を備えている。これら装着モジュール１０はシステム本体としてのシステムベース１２上に直列に配列されており、複数の装着モジュール１０の各々が回路基板としての１枚のプリント配線板への電子回路部品の装着を分担して行う。複数の装着モジュール１０が並ぶ方向をＸ軸方向とする。
【００１１】
複数の装着モジュール１０は、図２に２つを代表的に示すように、それぞれ装置本体２０に、部品供給装置２２，配線板保持装置２４，配線板搬送装置２６，装着装置２８等を配設してモジュール化されており、それぞれ同様にシステムベース１２に取り付けられて装着システムを構成する。なお、図２においては、一方の装着モジュール１０が、上カバー３０が外された状態で図示されている。各装着モジュール１０は、特開２００４−１０４０７５に記載の装着モジュールと同様に構成されており、ここでは簡単に説明する。
【００１２】
部品供給装置２２は、例えば、電子回路部品がテーピングされた部品供給テープから電子回路部品を１つずつ供給する部品供給具の一種である部品供給フィーダとしてのテープフィーダ３４を複数備えている。これらテープフィーダ３４は、フィーダ支持部材としてのパレット（図示省略）に着脱可能に搭載され、パレットごと、装置本体２０に取り付けられて電子回路部品を供給する。
【００１３】
配線板搬送装置２６は、本実施形態においては、複数、例えば、２つの配線板コンベヤ４０，４２を備えている。これら配線板コンベヤ４０，４２はそれぞれ、独立してプリント配線板をＸ軸に平行な方向に搬送するものとされており、互いに平行に設けられ、Ｙ軸方向において隣接している。Ｙ軸は水平面内においてＸ軸と直交する軸である。配線板コンベヤ４０，４２はそれぞれ、電動モータの一種であるサーボモータを駆動源とし、案内部材としての一対のガイドレールおよび無端の巻掛部材としての一対のコンベヤベルトを備えており、コンベヤベルトを周回させることによりプリント配線板を正逆両方向に搬送することができる。本装着システムには、複数の装着モジュール１０の各配線板コンベヤ４０が直列につながって構成されるフロント搬送ラインと、各配線板コンベヤ４２が直列につながって構成されるリヤ搬送ラインとの２本の搬送ラインが設けられている。
【００１４】
前記装着装置２８は、図２に示すように、装着ヘッド４６および装着ヘッド移動装置４８を備えている。装着ヘッド４６は、本実施形態においては、ヘッド本体５０と、ヘッド本体５０に保持された少なくとも１つの装着ユニット５２とを備えている。装着ユニット５２はそれぞれ、ヘッド本体５０に昇降可能かつ自身の軸線まわりに回転可能に保持され、部品保持具の一種であり、電子回路部品を負圧により吸着して保持する吸着ノズルを保持する。装着ヘッド４６は複数種類ある。例えば、保持する装着ユニット５２の数によって複数種類あり、装着ヘッド移動装置４８に着脱可能に保持される。
【００１５】
装着ヘッド４６は、装置本体２０に配備されたＸＹロボット型の移動装置である装着ヘッド移動装置４８によって、水平面内の任意の位置へ移動させられ、装着ユニット５２が部品供給装置２２と配線板コンベヤ４０あるいは配線板コンベヤ４２とに跨る領域を移動させられ、吸着ノズルにより複数のテープフィーダ３４のうちの一つから電子回路部品を受け取り、配線板保持装置２４に保持されたプリント配線板に装着する。装着ユニット５２はまた、図示を省略する装着ユニット昇降装置により昇降させられ、吸着ノズルによる電子回路部品の受取り，装着を行う。装着ユニット５２はさらに、図示を省略する装着ユニット回転装置により自身の軸線まわりに回転させられる。本実施形態においては、装着ヘッド移動装置４８および装着ユニット昇降装置が、装着ユニット５２と配線板保持装置２４とに電子回路部品の装着に必要な相対運動を付与する相対運動付与装置を構成している。
【００１６】
また、装着ヘッド移動装置４８には、撮像デバイスとしてのＣＣＤカメラを有する配線板撮像装置５４（図６参照）が設けられており、装着ヘッド移動装置４８により水平面内の任意の位置へ移動させられてプリント配線板を撮像するようにされている。
【００１７】
さらに、複数の装着モジュール１０の各々には、部品供給装置２２と配線板搬送装置２６との間に撮像デバイスとしてのＣＣＤカメラを有する部品撮像装置５６が配備されており、この部品撮像装置５６は、装着ユニット５２によって保持された電子回路部品を撮像する。
【００１８】
装着モジュール１０の装置本体２０を図３に示す。装置本体２０は、下フレーム６０と、その下フレーム６０から立ち上がった１本の後コラム６２および２本の前コラム６４と、それら後コラム６２および前コラム６４に支持された上フレーム６６とを備え、下フレーム６０が前記システムベース１２に支持されている。複数の装置本体２０は、システムベース１２に前記Ｙ軸に平行な方向に移動可能に支持されている。各装置本体２０は、Ｙ軸方向の寸法がＸ軸方向の寸法より大きくされ、平面視の形状がＹ軸方向に長いほぼ矩形の形状を有しており、それらがＸ軸方向において互いに近接して配列されているため、装置本体２０の内奥部へのアクセスが困難である。そのため、システムベース１２の上面には複数対のガイドレール６８が設けられ、それらガイドレール６８の各対に各装置本体２０の被案内部が嵌合されて、各装置本体２０をガイドレール６８の案内により個別にＹ軸方向に引き出し可能とされており、その引き出した状態で装置本体２０の内奥部へアクセスできるようにされているのである。この引き出し時には、システムベース１２に図示しない台車が連結され、その台車上に各装置本体２０が引き出される。また、各装置本体２０は全体をシステムべース１２から台車上へ移動させることが可能であり、台車により任意の場所へ搬送できるようにされているため、システムベース１２上における装着モジュール１０の設置数や配列順序を任意に変更することができる。ただし、装着モジュール１０の作動時には、各装置本体２０が図示しない固定装置によりシステムベース１２固定され、複数の装置本体２０とシステムベース１２とがあたかも一体のフレームであるかのように機能する。
【００１９】
前記装着ヘッド移動装置４８を概念的に図４に示す。装着ヘッド移動装置４８は、装着ヘッド４６を、直交する２方向に移動させる２つの直線移動装置を含んで構成されている。その１つが、前後方向、すなわち配線板搬送方向に直角な方向である前記Ｙ軸方向の移動装置であるＹスライド装置７２であり、もう１つが、左右方向、すなわち配線板搬送方向に平行な方向である前記Ｘ軸方向の移動装置であるＸスライド装置７３である。これら２つの直線移動装置によって、装着ヘッド４６が一平面内の任意の位置に移動させられる。
【００２０】
Ｙスライド装置７２は、Ｙ軸方向に平行に上フレーム６６に設けられた２本のＹ軸方向ガイド（以下「Ｙガイド」と略称する）７４と、Ｙガイド７４に案内されてＹ軸方向に移動するＹスライド７６と、Ｙ軸駆動装置８４とを含んで構成されている。Ｙ軸駆動装置８４は、上フレーム６６に設けられてＹ軸方向に延びるＹねじ軸７８と、Ｙねじ軸７８に螺合して回転可能かつ相対移動不能にＹスライド７６に保持されたＹナット８０と、後方に設けられてＹねじ軸７８を回転させる電動モータ（エンコーダ付サーボモータ）であるＹ軸モータ８２とを含んで構成されている。Ｙスライド７６およびそれに保持されたＸスライド装置７３や装着ヘッド４６等がＹスライド装置７２の可動部材となっており、Ｙ軸モータ８２が駆動源となっているのである。なお、Ｙガイド７４とＹスライド７６に固定のボールスライドとは共同してリニアボールガイドを構成し、Ｙねじ軸７８とＹナット８０とはボールねじを構成している。
【００２１】
Ｘスライド装置７３は、複段式移動装置すなわち２段式移動装置であり、互いに平行な方向に移動する第１Ｘスライド装置９０と第２Ｘスライド装置９２との２つのスライド装置を含んで構成されている。第１Ｘスライド装置９０は、Ｘ軸方向に平行な２本の第１Ｘ軸方向ガイド（以下、「Ｘ１ガイド」と略称する）９４を有する第１Ｘスライド９６と、Ｙスライド７６に固定的に設けられ、Ｘ１ガイド９４を摺動可能に保持するスライド保持部９８と、スライド保持部９８に設けられてＸ軸方向に延びるＸ１ねじ軸１００と、Ｘ１ねじ軸１００に螺合して回転可能かつ相対移動不能に第１Ｘスライド９６に保持されたＸ１ナット１０２と、スライド保持部９８に設けられてＸ１ねじ軸１００を回転させる電動モータ（エンコーダ付サーボモータ）であるＸ１軸モータ１０４とを含んで構成され、そのうち、Ｘ１ねじ軸１００，Ｘ１ナット１０２およびＸ１軸モータ１０４により、Ｘ１軸モータ１０４を駆動源とするＸ１軸駆動装置１１０が構成されている。また、第２Ｘスライド装置９２は、Ｘ軸方向に平行に第１Ｘスライド９６に設けられた２本の第２Ｘ軸方向ガイド（以下「Ｘ２ガイド」と略称する）１１２と、Ｘ２ガイド１１２上を摺動する第２Ｘスライド１１４と、第１Ｘスライド９６に設けられてＸ軸方向に延びるＸ２ねじ軸１１６と、Ｘ２ねじ軸１１６に螺合して回転可能かつ相対移動不能に第２Ｘスライド１１４に保持されたＸ２ナット１１８と、Ｘ１スライド９６に設けられてＸ２ねじ軸１１６を回転させる電動モータ（エンコーダ付サーボモータ）であるＸ２軸モータ１２０とを含んで構成され、そのうち、Ｘ２ねじ軸１１６，Ｘ２ナット１１８およびＸ２軸モータ１２０により、Ｘ２軸モータ１２０を駆動源とするＸ２軸駆動装置１２２が構成されている。
【００２２】
Ｘスライド装置７３は、伸縮型（テレスコピック型）の移動装置とされているのであり、そのＸスライド装置７３の可動部材である第２Ｘスライド１１４に装着ヘッド４６が保持されているのである。Ｙ軸モータ８２，Ｘ１軸モータ１０４，Ｘ２軸モータ１２０の回転が制御されることにより、装着ヘッド４６は、一平面内を移動し、作業領域内の任意の位置に位置させられる。
【００２３】
前記配線板コンベヤ４０，４２には、図１に示す配線板供給装置１４０によってプリント配線板が供給される。配線板供給装置１４０は、直列に並ぶ複数の装着モジュール１０のうち、配線板搬送方向、本実施形態においては、表裏両面のいずれにも電子回路部品が装着されていないプリント配線板が部品装着のために搬送される方向（図１においては左から右へ向かう方向）において最も上流側に位置する装着モジュール１０の上流側に隣接して設けられており、その装着モジュール１０の後側の配線板コンベヤ４２にプリント配線板を供給する。
【００２４】
複数の装着モジュール１０に対して、配線板コンベヤ４２による配線板搬送方向において最も下流に位置する装着モジュール１０より下流側に隣接して表裏反転装置１４２および配線板送り込み装置１４４が設けられている。表裏反転装置１４２は、最下流の装着モジュール１０からプリント配線板を受け取って搬送姿勢のまま表裏反転させる。表裏反転装置１４２はプリント配線板を、その中心を通り、Ｙ軸方向に平行な軸線まわりに１８０度回転させて反転させる装置とされているのである。配線板送り込み装置１４４は、表裏反転装置１４２により反転させられたプリント配線板をそのままの姿勢で、すなわち表面に直角な軸線まわりに回転させることなく、配線板コンベヤ４２による配線板搬送方向において最下流に位置する装着モジュール１０の配線板コンベヤ４０に送り込むように構成されている。
【００２５】
複数の装着モジュール１０はそれぞれ、図５に示すように、部品供給装置２２を始めとする自らに配備された各種装置を制御するための装着モジュール制御装置１５０を備えている。装着モジュール制御装置１５０は、ＣＰＵ１５２，ＲＯＭ１５４，ＲＡＭ１５６，入出力インタフェース１５８およびそれらを接続するバス１６０を有するコンピュータ１６２を主体とするものである。入出力インターフェース１５８には、装着モジュール制御装置１５０に属するそれぞれの駆動回路１６４を介して、部品供給装置２２，配線板保持装置２４，装着装置２８，配線板コンベヤ４０，４２等が接続されている。
【００２６】
入出力インタフェース１５８にはさらに、前記配線板撮像装置５４が配線板画像処理ユニット１７０を介して、前記部品撮像装置５６が部品画像処理ユニット１７２を介してそれぞれ接続されており、撮像データに基づいて電子回路部品の保持姿勢情報およびプリント配線板の部品装着点の位置誤差情報等が取得される。また、ＲＯＭ１５４には、装着モジュール１０の基本動作プログラム等が記憶されており、さらに、ＲＡＭ１５６には、電子回路部品をプリント配線板に装着するための部品装着プログラム、プリント配線板に装着される電子回路部品に関する情報等が記憶されている。部品装着プログラムは、部品装着作業が行われるプリント配線板の種類に応じて設定されている装着順序データ，装着位置データ，装着部品データ等を含み、プリント配線板の表面に電子回路部品を装着するための表面装着用プログラムおよび裏面に電子回路部品を装着するための裏面装着用プログラムの両方が記憶されている。ＲＡＭ１５６にはまた、装着される電子回路部品に関する部品固有データおよび部品供給装置２２におけるテープフィーダ配置データ（どの電子回路部品がどのテープフィーダ３４から供給されるか）といった部品供給装置関連データ等の各種データが記憶されている。
【００２７】
本装着システムは、複数の装着モジュール１０，配線板供給装置１４０，表裏反転装置１４２，配線板送り込み装置１４４を含む装着システム全体を統括制御するシステム制御装置１８０を備えている。システム制御装置１８０はコンピュータを主体として構成されている。装着モジュール制御装置１５０の入出力インタフェース１５８には、他の装着モジュール１０およびシステム制御装置１８０が、通信ケーブル１８２を介して接続されており、装着モジュール制御装置１５０は、システム制御装置１８０や他の装着モジュール１０の装着モジュール制御装置１５０との間で通信を行い、情報のやり取りや指令の送，受信等を行う。
【００２８】
本装着システムの各装着モジュール１０において電子回路部品の装着が行われる際には、装着ヘッド４６が１つの電子回路部品をプリント配線板の１つの装着位置に装着した後、次の電子回路部品を次の装着位置に装着するために、現位置から次の目標位置へ移動させられるのであるが、装着作業の能率を向上させるために可能な限り高速で移動させられ、かつ、電子回路部品の装着位置精度を向上させるために、精度よく次の装着位置に停止させられることが必要である。この装着位置の精度は、駆動源の停止位置精度に左右されることは勿論であるが、装着モジュール１０全体の振動、特に装置本体２０の振動に起因する装着ヘッド４６と配線板保持装置２４との振動的な相対移動の影響も受ける。そこで、上記Ｙスライド装置７２，第１Ｘスライド装置９０および第２Ｘスライド装置９２の駆動源であるＹ軸モータ８２，Ｘ１軸モータ１０４およびＸ２軸モータ１２０は、装着ヘッド４６の高速位置決め性能と装着モジュール１０の制振性能との両方を高め得るように制御される。この制御は前記コンピュータ１６２による制御ソフトの実行によって行われるが、理解を容易にするためにブロック線図で示せば図６に示す通りである。
【００２９】
以下、理解を容易にするために、可動部材の主要部を構成するＹスライド７６が、装置本体２０により直接保持されているＹスライド装置７２を例として説明するが、Ｘスライド装置７３も同様の手法で高速位置決め性能と制振性能との両立を図り得る。Ｘスライド装置７３は、Ｙスライド装置７２を介して装置本体２０に保持されており、かつ、第１Ｘスライド装置９０と第２Ｘスライド装置９２との２段式移動装置となっている分モデルが複雑となるが、原理的には同じ考え方で制御を行い得るのである。
【００３０】
図６の制御系は、Ｙスライド７６とそれに保持されたＸ軸スライド装置７３および装着ヘッド４６を可動部材とする公知の二自由度位置制御系に、加速度制御系を加えて新たな二自由度制御系を構成するとともに、２つのフィードバック補償器を可変構造としたものである。すなわち、公知の二自由度制御系である位置制御系１９０に、加速度制御系１９２を追加するとともに、位置制御系１９０と加速度制御系１９２とのフィードバック補償器２０８，２１８を共に時間の経過につれてパラメータが変化する可変構造としたものなのである。位置制御系１９０は、位置指令ｒを出力する位置指令部２００と、その位置指令部２００からの位置指令ｒを入力とし、制御対象の駆動源たるＹ軸モータ８２に対する第１作動指令ｒ1を出力するフィードフォワード補償器２０２と、位置指令部２００からの位置指令ｒを入力とし、新たな位置指令としてＹ軸モータ８２の回転位置指令θ*mを出力するフィードフォワード補償器２０４と、可動部材の位置に関する位置情報取得装置としてＹ軸モータ８２に設けられたロータリエンコーダ２０６（図５参照。アブソリュートエンコーダであり、１パルス当たり２μｍ，５μｍ，１０μｍ等種々の分解能のものが使用可能である）と、フィードフォワード補償器２０４の出力θ*mとロータリエンコーダ２０６の出力θmとの差分を入力としてＹ軸モータ８２に対する作動指令ｒ2を出力するフィードバック補償器２０８とを備えたものとされている。また、加速度制御系１９２は、装置本体２０の加速度情報を取得する加速度情報取得装置としての加速度センサ２１４（図５参照）と、位置指令部２００の位置指令ｒを入力とし、加速度指令α*bを出力するフィードフォワード補償器２１６と、そのフィードフォワード補償器２１６の出力α*bと前記加速度センサ２１４の出力αsとの差分を入力とし、Ｙ軸モータ８２に対する作動指令ｒ3を出力するフィードバック補償器２１８とを備えたものとされている。
【００３１】
前記装置本体２０の加速度情報を取得する加速度情報取得装置としては、図３に２点鎖線の白丸印で示す複数の設置位置の少なくとも１つに加速度センサを設け、各加速度センサの検出結果である１つ以上の位置の加速度の集合を装置本体２０の加速度情報として使用したり、複数、例えば２つの加速度センサの出力の差を装置本体２０の加速度情報として使用したりすることができる。しかし、ここにおいては、簡略化のために、図３に実線で描かれた白丸印の位置、すなわち、下フレーム６０の前面の中央部に１つの加速度センサ２１４を設け、この１つの加速度センサ２１４の出力を装置本体２０の加速度情報として使用するものとする。なお、本実施例においては加速度センサ２１４がサーボ型加速度計とされているが、圧電型や静電容量型等、他の方式の加速度計を使用することも可能である。
【００３２】
フィードフォワード補償器２０２の伝達特性Ｄ（ｓ）と、フィードフォワード補償器２０４の伝達特性Ｎm（ｓ）とは、トルク指令としての電流値指令からＹ軸モータ８２の回転位置までのプラントモデルを用いて既約分解によって設計されるものであるが、公知のものであり、かつ、例えば特開２００４−２４０６０９号公報に詳細に記載されている。また、フィードフォワード補償器２１６の伝達特性Ｎs（ｓ）は、フィードフォワード補償器２０２とのマッチングを確保するために、上記フィードフォワード補償器２０２の、位置指令ｒから電流値指令までの伝達特性である伝達特性Ｄ（ｓ）と、電流値指令から加速度センサ２１４の取付部の加速度応答までの伝達特性（後述の数学モデルＰs（ｓ））との積で表現される。このように表現することにより、フィードフォワード補償器２１６から、位置決め観測量θmがＮm（ｓ）の出力であるθ*mに追従する場合の加速度応答α*bが出力されることとなる。以下、図６の制御系の理解を容易にするために、この制御系への到達過程を説明する。
【００３３】
まず、制御対象として、Ｙスライド装置７２を作動させる場合の装着モジュール１０を想定し、それの数学モデルＰm（ｓ），Ｐs（ｓ）を取得するために、制御入力であるＹ軸モータ８２へ電流値指令からモータ回転位置および装置本体加速度までの周波数特性を取得し、それぞれ(1)式および(2)式で表される数学モデルを基に偏分反復法によりシステム同定を行った。
【数１】
0005124311.tif 000002
【数２】
0005124311.tif 000003
ここにおいて、Ｋtはトルク定数，Ｋm，Ｋsはモード係数，ζm，ζsはモード減衰比，ωm，ωsはモード固有角周波数，Ｔdm，Ｔdsは無駄時間である。
得られた数学モデルの周波数特性を図７，８に示す。図７から明らかなように、装置本体２０の振動による1次振動モード（３２Ｈｚ），Ｙスライド装置７２の機構振動である2次振動モード（６０Ｈｚ），Ｙナット８０の柔軟性による3次振動モード（１９８Ｈｚ）が存在する。また，図８から明らかなように，装置本体２０の振動系には３２Ｈｚと４９Ｈｚの2つの振動モードが存在する。なお、この場合、Ｙスライド７６の５ｍｍの移動距離に対し、位置指令開始後３２０Ｔs（Ｔsはサンプリング時間）以内に、ロータリエンコーダ２０６の±１パルスの精度内にＹスライド７６を整定させることを目標制御仕様とした。
【００３４】
上記Ｙスライド装置７２を作動させる場合の装着モジュール１０の制御のために構成した２自由度位置決め制御系を図９に示す。図において、Ｐ（ｓ）は装着モジュール１０のプラント特性、Ｄ（ｓ），Ｎm（ｓ）はフィードフォワード補償器、Ｃm（ｓ）はフィードバック補償器、ｒは位置指令、θmはモータ回転位置、αsは装置本体２０の振動加速度、ｄは外乱であり、この位置決め制御系はフィードバック系統とフィードフォワード系統との両方を備えた２自由度制御系となっている。装着モジュール１０においては前述のリニアボールガイドやボールねじにおける非線形摩擦が外乱ｄとして作用し、位置決め応答性能を低下させる。図９の制御系において装着モジュール１０とフィードフォワード補償器Ｄ（ｓ），Ｎm（ｓ）との間にモデル化誤差が存在せず、かつ、外乱やノイズが十分に小さければ、フィードフォワード補償器Ｄ（ｓ），Ｎm（ｓ）により規定された所望の応答を実現できる。しかし、実際にはモデル化誤差をなくすことは事実上不可能であり、非線形摩擦等の外乱ｄが存在するため、フィードフォワード補償器Ｄ（ｓ），Ｎm（ｓ）のみでは所望の応答を実現できない。そこで、モデル化誤差を非線形摩擦等と共に制御系に加わる外乱と見なし、フィードバック補償器Ｃm（ｓ）によって外乱を抑圧し、所望の応答を実現しようと設計したのが図９の制御系である。
【００３５】
しかし、高次振動モードや無駄時間等の影響から、安定性を確保した上で所望の応答を実現するための外乱抑圧特性を実現することが困難であることが判明した。また、図９から明らかなように、この制御系においては、装置本体２０の加速度αsは測定されているものの、Ｙ軸モータ８２への電流値指令から装置本体２０の加速度までの振動系に対する制御にフィードバック情報としては使用されておらず、そのため、高速位置決め性能と制振性能（振動抑制性能）との両方を達成することが困難であることが判明した。
そこで、これらの問題を解決するために、装置本体２０の加速度αsをフィードバックすることにより、アクティブな振動抑制を試みた。そのために設計した制御系を図１０に示す。この制御系は前記図９の制御系に装置本体２０の加速度を補償する加速度フィードフォワード補償器Ｎs（ｓ）および加速度フィードバック補償器Ｃs（ｓ）を追加したものである。そして、この多変数系を取り扱うために、状態方程式をベースとする制御理論を適用することとし、その代表的な手法の一つであるＨ∞制御を導入した。
この図１０に示す制御系によれば、図９の制御系に比較して、高速位置決め性能と制振性能との両方をより良好に達成することができ、この制御系は本発明の一実施例である。
【００３６】
さて、図１０の制御系において、過渡応答を含む目標値追従特性はフィードフォワード補償器により規定され、フィードバック制御系は主として位置決め整定近傍および整定以後の残留振動に大きく影響する。
一般に、状態量フィードバック制御， Ｈ∞制御，μ設計法など線形時不変制御系設計手法では、どのような設計過程であったとしても、設計された補償器は周波数整形を基とするものとして表現（等価変換）できる。そのため多くの制御系では、ある安定余有を確保した上で、必要となる帯域で望ましい感度特性となるよう調整される場合が多い。しかし、高次振動モードや無駄時間，センサノイズなどの影響から、安定性を確保した上で望ましい感度特性を実現できるとは限らない。また、ある安定余有を確保した制御系の実現を考えた場合、ボードの感度積分定理から、全周波数帯で望ましい感度特性を得ることは不可能であり、感度特性の悪い帯域が存在することを避け得ない。
この事情は装着モジュール１０の制御においても同様であり、位置決め応答性能の向上を考えた場合には、外乱成分の主成分である非線形摩擦の影響が低周波数領域で顕著であるため、低周波数領域での低感度化を重視した制御系設計が望ましい。一方，装置本体２０の振動抑制に関しては、装置本体２０の振動周波数での低感度化を重視した制御系設計が望ましいが、上記の制約から両性能を高度に両立させることは困難である。
【００３７】
このことを確認する目的で、位置決め応答性能を重視して設計した制御系(コントローラ１と称する）と装置本体２０の制振性能を重視して設計した制御系(コントローラ２と称する)とを用い、装着モジュール１０について実験を行った結果を図１１ないし図１３に示す。これらの図において、一点鎖線はフィードフォワード指令値、点線は位置決め応答性能重視のコントローラ１による実験結果、破線は振動抑制重視のコントローラ２による実験結果である。図１１(a)に示すモータ位置偏差応答波形から明らかなように、点線で示す位置決め応答性能重視の制御系に比べ、破線で示す制振性能重視の制御系では目標値への誤差収束速度が遅い。また、図１２(a)に示すモータ軌跡追従誤差からも同様のことが確認できる。一方、図１１(b)、図１２(b)に示す装置本体２０の加速度応答波形及び加速度軌跡追従誤差からは両者間には大きな差は確認されない。しかし、図１３に示す装置本体２０の加速度周波数特性および残留加速度周波数特性から、装置本体２０の1次振動モードに当たる３２Ｈｚ付近の振動を制振性能重視のコントローラ２により抑制できているものの、4９Ｈｚ付近の２次振動モードは逆に大きくなる結果となっている。そして、加速度に関しては同一の振幅を持つ３２Ｈｚと４９Ｈｚの加速度を、変位に変換した場合、３２Ｈｚの成分を１とすると４９Ｈｚの成分は０．４３となり、変位領域では低周波数成分の影響が顕著となることが判明した。これは、装置本体２０の制振性能重視のコントローラ２が後述のように特に３２Ｈｚの振動を抑制すべく設計されている結果である。なお、装置本体２０の残留加速度とは、目標仕様に当たる３２０Ｔｓ以降での装置本体２０の加速度応答を指す。
このように、ある周波数帯での特性を重視した制御系を用いることで、設計指針に基づいた性能を実現できるものの、装着モジュール１０における位置決め応答性能と装置本体２０の振動抑制の両立という複数の制御目的を高度に両立させることは困難であることが明らかとなった。
【００３８】
そこで、さらに改良した制御系として設計したのが前記図６の制御系である。この制御系は、高速位置決め性能と制振性能との両立を可変制御系の導入により図るものである。
制御対象の特性が時間の経過につれて変化する場合に良好な制御を行うために、制御系の制御特性が時間の経過に伴って変化する時変制御系を導入することは既に知られているが、本発明におけるように、高速位置決め性能と制振性能というように、複数の制御目的を共に達成するために制御系を可変とすることは未だ知られていない。
そこで、この可変制御系の概念を図１４に基づいて説明する。なお、本発明における可変制御系は、前述のように、時間の経過に伴って制御特性が変化する時変制御系に限定されるものではないが、以下においては時変制御系とする場合を例として説明する。
【００３９】
図１４(a)はＹ軸モータ８２の回転位置応答を、(b)は装置本体２０の加速度応答を、(c)は制御目的に対する重みをそれぞれ示している。図中，点線はＹ軸モータ８２の位置決め応答性能重視の制御系、破線は装置本体２０の制振性能重視の制御系による応答例である。本時変制御手法は、位置決め応答の過程において図１４(c)に示すように垂直の細線で示す時刻までは、位置決め応答性能重視の制御系によって目標値近傍への位置決めを行い、上記時刻を境に装置本体２０の制振性能重視の制御系へ（制御目的すなわち設計指針の異なる制御系へ）滑らかに切り替え、両制御系の特長を時変的に取り込み、位置決め応答システム全体としての性能を向上させようとするものである。すなわち、基本的な目標値追従特性は従来通りフィードフォワード補償器により規定し、モータ位置決め精度を害しない範囲内で装置本体２０の残留振動をフィードバック補償器の変更(時変制御系)により実現しようとするものである。なお、停止中に、他の機器からの振動の伝達による装置本体２０の振動が停止精度に与える影響を低減させることができる効果も得られる。
【００４０】
次に、時変制御系の設計を、ゲインスケジューリングの代表的な設計法であるパラメータ凍結法を利用する場合を例として説明する。この設計は以下の手順により行われる。
1) 位置決め応答中の初期時刻から、目標値整定以前、以後などで望ましいと思われる補償器を複数設計する。
2) 設計した各補償器を変更するタイミングを決定する。
3) 設計した補償器及び補償器変更タイミングから補間処理によって位置決め応答全時間帯における補償器を算出する。
なお、各補償器は線形時不変制御系として設計できることから、従来の制御系設計手法および結果をそのまま利用できる。
時変補償器としては、例えば、下記(3)式で表される初期時刻から０．２ｓまでは定数ゲインＣc（ｓ，ｔ）、０．２ｓ〜０．３ｓの間にノッチフィルタＣn（ｓ、ｔ）の特性となるような時変補償器の採用が可能である。なお、数学的に厳密ではないが、分かり易さを考慮し、各補償器をＣc（ｓ，ｔ），Ｃn（ｓ、ｔ）と表記する。
【数３】
0005124311.tif 000004
図１５に時変補償器のパラメータを示す。図中、黒丸印で予め時不変補償器として設計するパラメータを、また、実線で時変補償器における各サンプリングタイムでのパラメータを示している。この場合，時不変補償器としては、定数ゲインＣｃ（ｓ，ｔ）およびノッチフィルタＣn（ｓ，ｔ）の２つを予め設計することとなる。初期時刻から０．２ｓまでは，極零相殺状態にて定数１を実現し，０．２ｓから０．３ｓまでの間に各パラメータを時変的に変化（補間処理）させることで時変補償器を実現する。本実施例においては０．２ｓから０．３ｓまでの間が位置決め応答性能重視の制御系と制振性能重視の制御系との交替領域なのである。
図１６は，ボード線図にて時変制御系の特性を確認したもので，定数ゲインからノッチフィルタの特性へと滑らかに変化していることが確認できる。図１７は、この時変補償器にノッチフィルタ減衰周波数の正弦波を入力として与えた際の時間応答特性であり、時変的に補償器が変化している様子が確認でき、前記時変制御系設計手順により時変補償器が設計可能であることが確認できた。
このように、補償器特性変化前後での極，零点数が異なったとしても極零相殺の利用や、ナイキスト周波数近くの零点を用いるなどし、極零点数を一定としておけば様々な特性の時変制御系を実現できる。
【００４１】
次に、装着ジュール１０に対する時変制御系設計に用いるための時不変制御系設計について説明する。この場合の制御系ブロック線図は前記図６に示す通りである。ここでの制御系設計は時変制御系への拡張を前提としたものであり、設計の煩雑さを考慮し、位置決め応答性能重視の制御系であるコントローラ１と、装置本体２０の制振性能重視の制御系であるコントローラ２との2通りの制御系設計を行う。その際、各制御系設計評価に用いる評価指標として、一巡伝達特性Ｌ（ｓ），モータ回転位置感度特性Ｓm（ｓ）および装置本体２０の加速度感度特性Ｓs（ｓ）を以下の(4)式ないし(6)式のように定義する。
【数４】
0005124311.tif 000005
【数５】
0005124311.tif 000006
【数６】
0005124311.tif 000007
【００４２】
一巡伝達特性によって閉ループ系の安定性を、モータ回転位置感度特性によりＹ軸モータ８２の位置決め応答性能を、加速度感度特性により装置本体２０の制振性能を評価する。なお、モータ位置感度特性はＹ軸モータ８２の出力端外乱からＹ軸モータ８２の回転位置まで、また、加速度感度特性は装置本体２０の加速度出力端外乱から装置本体２０の加速度までの特性である。
制御系設計として考慮すべき事項としては、
1)モータ位置応答の定常偏差を補償するためにＣm（ｓ）に積分器を含ませる(制御系のI型を確保)こと、
2)サーボ加速度計の測定帯域(０〜２００Ｈｚ程度)を考慮し、Ｃs（ｓ）は高域で大きな減衰特性を持たせること
という２点が挙げられる。そこで、各制御系の設計に当たっては、コントローラ１では低周波数域での感度特性の向上、つまりはＣm（ｓ）の低域でのゲインを大きく設計し、コントローラ２では、特に装置本体２０の残留振動の抑制を目的としていることから、装置本体２０の１次振動モード３２Ｈｚ付近の加速度感度特性が小さくなるよう設計を行う。そこでＣm（ｓ）はＰＩＤ補償器をベースとし、安定化フィルタを付加する形で、また、Ｃs（ｓ）に関してはＰＤ補償器と安定化フィルタにより構成するものとした。
【００４３】
設計した各補償器の特性を図１８および図１９に示すとともに、図２０(a)にモータ位置感度特性(ゲイン特性のみ)、図２０(b)に加速度感度特性(ゲイン特性のみ)を、図２１にナイキスト線図を示す。各図中、点線はコントローラ１、破線はコントローラ２の特性を示す。コントローラ１では、設計指針通り低周波数領域でのゲインを高くすることで低周波数領域での低感度化を、コントローラ２では、装置本体２０の１次振動モード３２Ｈｚ付近の加速度感度特性が約−１０ｄＢ程度と設計指針通り低感度化が実現できていることが確認できる。ここで、コントローラ２ではＣs（ｓ）内に不安定零点を配置し、積極的に位相特性を利用した制御系を構成することで、上記の特性を実現している。また、図２１から両制御系とも十分な安定余有を確保できていることが確認できる。
【００４４】
続いて時変制御系の設計について説明する。ここでは、段落〔００４０〕で述べた手順に従い、上記時不変制御系から時変制御系へと拡張する。時変制御系設計において、予め設計した各補償器を変更するタイミング、補間方式は最大の自由度であり最も性能に影響を与える。しかし、高すぎる自由度は設計を煩雑にし、所望の性能の実現には多大な試行錯誤が必要となる場合が多い。そこで、本実施例においては、図２２に示すように、時変制御系切り替えタイミングを、目標位置近傍のｔc1まではコントローラ１を用い、ｔc1からｔc2においてコントローラ１からコントローラ２へと時変的に制御系を切り替え、ｔc2以降ではコントローラ２を用いるものとし、ｔc1，ｔc2の2つのパラメータを望ましい位置決め応答特性を実現するよう調整することとした。そして、試行錯誤によりｔc1＝１７５Ｔs，ｔc2＝２２０Ｔsと決定した。
【００４５】
このようにして得た時変制御系を評価するためにシミュレーションを行った。シミュレーションに用いる制御系としては、位置決め応答性能重視のコントローラ１，制振性能重視のコントローラ２および時変制御系のコントローラ３の３種類を用いた。なお、全ての制御系において同一のフィードフォワード補償器を用いた。
図２３〜図２５にシミュレーション結果を示す。各図中、鎖線はフィードフォワード指令を示し、点線はコントローラ１，破線はコントローラ２，実線はコントローラ３の各々による応答を示す。前記段落〔００３６〕，〔００３７〕に記載したように、コントローラ１，２では両者の設計段階で重視した特性は良好なものの、他方の特性については十分な性能を有しているとは言い難い。それに対し、時変制御系であるコントローラ３はコントローラ１，２の長所を時変的に取り込むことを目的に設計されており、モータ軌跡追従誤差をコントローラ２に比べ小さくでき、かつ、振動周波数特性から装置本体２０の１次振動モードに当たる３２Ｈｚの残留振動をコントローラ１に比べて小さくできており、時変制御系設計指針通りの結果となっていることが確認できる。なお、４９Ｈｚ付近の2次振動モードの影響が大きく出ているが、これはコントローラ２の設計段階で積極的に考慮していないためであり、時不変制御系設計次第で改善可能である。
【００４６】
上記シミュレーションの結果を確認するために、シミュレーションと同じ条件で装着モジュール１０のＹスライド装置７２を作動させる実験を行った。その結果を図２５〜図２８に示す。図より、シミュレーション結果とほぼ同様の結果となっていることが確認でき、時変制御系を用いることで両制御性能の両立を実現出来ていることが確認できた。なお、図２５(a)においてコントローラ２，３によるモータ位置特性に振動が生じているが、これは、サーボ加速度計におけるノイズの影響を受けた振動が励起され、３次振動モードの周波数での残留振動が生じてしまったためと考えられる。
【００４７】
以上２つの実施例においては、可動部材の位置に関する情報を取得する位置情報取得装置として、可動部材の駆動装置の駆動源であるＹ軸モータ８２に設けられたロータリエンコーダ２０６が使用されていた。Ｙ軸モータ８２と可動部材の主体を成すＹスライド７６とは、Ｙねじ軸７８とＹナット８０とによって構成されるボールねじによって接続されているため、Ｙ軸モータ８２の回転位置とＹスライド７６の直線移動位置との間には一定の関係がある。したがって、Ｙ軸モータ８２の回転位置をＹスライド７６の位置に関する情報として利用することができるのである。しかし、可動部材の位置に関する情報の取得はこれに限定されるものではなく、例えば、Ｙスライド７６と装置本体２０（特に上フレーム６６）との間にリニアスケールを設け、これによりＹスライド７６の位置を直接検出することも可能である。要するに可動部材の位置と１対１に対応する情報であれば可動部材の位置に関する情報として使用し得るのである。
【００４８】
また、上記２実施例においては、第１フィードバック補償器としてのフィードバック補償器２０８と第２フィードバック補償器としてのフィードバック補償器２１８との交替領域が一定とされていたが、可動部材の移動距離，最大移動速度，移動方向（ＸＹ平面内における移動の方向。装置本体のＸＹ平面内の各方向における剛性が均一ではない場合に特に有効である）および前記可動部材と共に移動する質量の少なくとも１つに応じて変更されるようにすることも可能である。例えば、装着ヘッド４６の現位置から目標位置への移動距離と移動方向との組合わせに応じて複数種類の加速，減速パターンが設定され、各パターンに応じて両フィードバック補償器の交替開始時期が選定されるようにするのである。さらに具体的には、例えば、移動距離と移動方向とがそれぞれ複数範囲に分けられ、それら範囲の組合わせに対して複数種類の加速，減速パターンが設定されたテーブルが準備され、そのテーブルを使用して加速，減速パターンが選択されるとともに、選択された加速，減速パターンに予め対応付けられた交替開始時期が読み出されるようにすることができる。もっと単純に、装着ヘッド４６の現位置から目標位置への移動距離のみが複数範囲に分けられ、それら範囲の各々に対して交替開始時期が予め設定されたテーブルを使用して、交替開始時期が決定されるようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】請求可能発明の一実施例を含む電子回路部品装着システムを概略的に示す平面図である。
【図２】図１に示す電子回路部品装着システムの構成要素であり、請求可能発明の一実施例である電子回路部品装着モジュールを示す斜視図である。
【図３】上記電子回路部品装着モジュールの装置本体を示す斜視図である。
【図４】上記電子回路部品装着モジュールの装着ヘッド移動装置を概念的に示す分解斜視図である。
【図５】上記電子回路部品装着モジュールの制御装置を示すブロック図である。
【図６】前記装着ヘッド移動装置におけるＹ軸モータの制御ソフトを概念的に示すブロック図である。
【図７】前記装着ヘッド移動装置におけるＹ軸スライド装置の周波数特性を示すグラフである。
【図８】前記装着ヘッド移動装置におけるＹ軸スライド装置の周波数特性を示すグラフである。
【図９】図６の制御ソフトに到達する過程において作成されたＹ軸モータの制御ソフトの一つを概念的に示すブロック図である。
【図１０】図６の制御ソフトに到達する過程において作成されたＹ軸モータの制御ソフトの別の一つであり、請求可能発明の一実施例である制御スフトを概念的に示すブロック図である。
【図１１】図１０に示す制御ソフトによって前記Ｙ軸スライド装置を制御した場合のモータ位置偏差応答波形および装置本体加速度応答波形を示すグラフである。
【図１２】図１０に示す制御ソフトによって前記Ｙ軸スライド装置を制御した場合のモータ軌跡追従誤差および装置本体加速度軌跡追従誤差を示すグラフである。
【図１３】図１０に示す制御ソフトによって前記Ｙ軸スライド装置を制御した場合の装置本体加速度周波数特性および装置本体残留加速度周波数特性を示すグラフである。
【図１４】前記図６に示した制御ソフトにおける時変制御系の設計概念を説明するためのグラフである。
【図１５】図６に示した制御ソフトにおける時変フィードバック補償器におけるパラメータを説明するためのグラフである。
【図１６】上記時変フィードバック補償器を含む時変制御系の特性を表すボード線図である。
【図１７】上記時変フィードバック補償器にノッチフィルタ減衰周波数の正弦波を入力として与えた場合の時間応答特性を示すグラフである。
【図１８】モータ位置補償用時変フィードバック補償器の特性を示すグラフである。
【図１９】装置本体加速度補償用時変フィードバック補償器の特性を示すグラフである。
【図２０】上記モータ位置補償用時変フィードバック補償器のモータ位置感度特性および装置本体加速度補償用時変フィードバック補償器の加速度感度特性を示すグラフである。
【図２１】上記モータ位置補償用時変フィードバック補償器および装置本体加速度補償用時変フィードバック補償器のナイキスト線図である。
【図２２】上記モータ位置補償用時変フィードバック補償器と上記装置本体加速度補償用時変フィードバック補償器との切り替えタイミングを説明するためのグラフである。
【図２３】図６に示す制御ソフトについて行った数値シミュレーションの結果を示す図１１に対応するグラフである。
【図２４】図６に示す制御ソフトについて行った数値シミュレーションの結果を示す図１２に対応するグラフである。
【図２５】図６に示す制御ソフトについて行った数値シミュレーションの結果を示す図１３に対応するグラフである。
【図２６】図６に示す制御ソフトを用いて前記Ｙ軸スライド装置を制御した場合の結果を示す図１１に対応するグラフである。
【図２７】図６に示す制御ソフトを用いて前記Ｙ軸スライド装置を制御した場合の結果を示す図１２に対応するグラフである。
【図２８】図６に示す制御ソフトを用いて前記Ｙ軸スライド装置を制御した場合の結果を示す図１３に対応するグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１０：電子回路部品装着モジュール（装着モジュール）    １２：システムベース    ２０：装置本体    ２２：部品供給装置    ２４：配線板保持装置    ２６：配線板搬送装置    ２８：装着装置    ３４：テープフィーダ    ４０，４２：配線板コンベヤ    ４６：装着ヘッド    ４８：装着ヘッド移動装置    ５０：ヘッド本体    ５２：装着ユニット    ５４：配線板撮像装置    ５６：部品撮像装置    ６０：下フレーム    ６２：後コラム    ６４：前コラム    ６６：上フレーム    ６８：ガイドレール    ７２：Ｙスライド装置    ７３：Ｘスライド装置    ７４：Ｙ軸方向ガイド（Ｙガイド）    ７６：Ｙスライド    ７８：Ｙねじ軸    ８０：Ｙナット    ８２：Ｙ軸モータ    ８４：Ｙ軸駆動装置    ９０：第１Ｘスライド装置    ９２：第２Ｘスライド装置    ９６：第１Ｘスライド    １０４：Ｘ１軸モータ    １１４：第２Ｘスライド    １２０：Ｘ２軸モータ    １５０：装着モジュール制御装置    １６２：コンピュータ    １９０：位置制御系    １９２：加速度制御系    ２００：位置指令部    ２０２：フィードフォワード補償器    ２０４：フィードフォワード補償器    ２０６：ロータリエンコーダ    ２０８：フィードバック補償器    ２１４：加速度センサ    ２１６：フィードフォワード補償器    ２１８：フィードバック補償器
【図１】
0005124311.tif 000008
【図２】
0005124311.tif 000009
【図３】
0005124311.tif 000010
【図４】
0005124311.tif 000011
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005124311.tif 000014
【図８】
0005124311.tif 000015
【図９】
0005124311.tif 000016
【図１０】
0005124311.tif 000017
【図１１】
0005124311.tif 000018
【図１２】
0005124311.tif 000019
【図１３】
0005124311.tif 000020
【図１４】
0005124311.tif 000021
【図１５】
0005124311.tif 000022
【図１６】
0005124311.tif 000023
【図１７】
0005124311.tif 000024
【図１８】
0005124311.tif 000025
【図１９】
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【図２０】
0005124311.tif 000027
【図２１】
0005124311.tif 000028
【図２２】
0005124311.tif 000029
【図２３】
0005124311.tif 000030
【図２４】
0005124311.tif 000031
【図２５】
0005124311.tif 000032
【図２６】
0005124311.tif 000033
【図２７】
0005124311.tif 000034
【図２８】
0005124311.tif 000035