(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動装置と、駆動源を備えて前記作動装置を駆動する駆動装置と、それらを保持する機台とを備えた機械の、前記機台の、その機台に伝達される力との線形性を有する振動を抑制する方法であって、
前記機台の固有振動数を取得する工程と、
前記駆動源に対する生指令を、伝達関数が、
【数１】
0003946046.tif 000014
ただし、
ωaは前記機台の前記取得した固有振動数
ωanは前記生指令による加速時間または減速時間を周期とする振動極の振動数
で表されるフィルタにより処理して修正指令を作成し、その修正指令に従って前記駆動源を制御することにより、前記機台の振動を低減させる工程と
を含むことを特徴とするを機械の制振制御方法。
【請求項２】
前記機台の振動を検出し、その振動の周波数帯をオンライン解析する工程と、
そのオンライン解析の結果に基づいて前記フィルタにおける前記機台の固有振動数を更新する工程と
を含む請求項１に記載の制振制御方法。
【請求項３】
作動装置と、
駆動源を備えて前記作動装置を駆動する駆動装置と、
それら作動装置および駆動装置を保持する機台であってその機台に伝達される力との線形性を有して振動するものと、
前記駆動源に対する生指令を生成する生指令生成手段を備え、前記駆動源を制御する制御装置と、
伝達関数が、
【数１】
0003946046.tif 000015
ただし、
ωaは前記機台の固有振動数
ωanは前記生指令による加速時間または減速時間を周期とする振動極の振動数
で表される特性を有し、前記駆動源に対する生指令を処理して修正指令を作成し、前記制御装置に出力するフィルタと
を含むことを特徴とする制振制御型機械。
【請求項４】
前記生指令が、前記駆動源に対する位置指令，速度指令、加減速指令の少なくとも１つを含む請求項３に記載の制振制御型機械。
【請求項５】
前記機台の振動を検出する振動センサと、
その振動センサにより検出された振動の周波数帯をオンライン解析し、その解析結果に基づいて前記フィルタにおける前記機台の固有振動数を更新する固有振動数更新部と
を含む請求項３または４に記載の制振制御型機械。
【請求項６】
前記作動装置が、
電子回路部品を保持する部品保持ヘッドと、
その部品保持ヘッドを保持してＹ軸方向に移動可能なＹ軸スライドと、
そのＹ軸スライドを前記Ｙ軸方向に移動可能に保持し、自身は前記Ｙ軸方向と直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸スライドと
を含み、前記駆動装置が、
前記駆動源としてのＹ軸モータを含んで前記Ｙ軸スライドを前記Ｙ軸方向に移動させるＹ軸駆動装置と、
前記駆動源としてのＸ軸モータを含んで前記Ｘ軸スライドを前記Ｘ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置と
を含み、前記機台に保持された回路基板に前記部品保持ヘッドが保持した電子回路部品を装着する請求項３ないし５のいずれかに記載の制振制御型機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
作動装置と、駆動源を備えて前記作動装置を駆動する駆動装置と、それらを保持する機台とを備えた機械の、機台の振動の抑制に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットアームや電子部品装着機など、電動機等の駆動源と、その駆動源に接続された作動装置とを含む機械の特定部分が、作動装置の作動時に、二慣性共振系の形態や、二慣性共振系以外の形態で比較的大きく振動し、機械の性能低下を招くことがある。さらに、機械周辺環境へ悪影響を及ぼす場合もある。
【０００３】
この種の振動に対するモーションコントロール技術は広く研究されている。その結果、現在提案されている制御手法は、オープンループ的手法とクローズドループ的手法とに大別される。そして、オープンループ的手法には、 (1)制御系の振動特性を予めモデル化して最適な制御入力波形を与える手法や、 (2)加速・減速時間やピークトルクの時間差を考慮した位置指令パターンを生成する手法等があり、クローズドループ的手法には、 (3)現代制御理論を基にフィードバック系を構成し、その伝達関数を非振動的に設計する手法や、 (4)振動発生個所に加速度センサを取り付け、その信号をフィードバックして制振する手法等がある。
【０００４】
上記各手法はそれぞれ有効性が証明されているものの、各々問題も内包している。各手法を比較して示したのが表１である。手法 (1)は、制御対象のモデル化が妥当に行われることが前提条件となる。手法 (2)は、制御対象の移動時間の制約を受け、制御対象の移動時間を常に所望の長さにするということができない。手法 (3)は手法 (1)と同じ前提が必要になる上、振動発生後にその振動を抑制するものであるため、振動を０にすることはできない。手法 (4)も手法 (3)と同様に振動発生後にしか抑制できない。また、手法 (1)および手法 (3)にはさらに、制御対象のモデル化から補償器設計までの一連の制御設計に膨大な時間が必要になる場合があり、潜在的なコスト高の要因を含んでいる。
【０００５】
【表１】
0003946046.tif 000002
【０００６】
それに対し、本発明の発明者らは、先に、機械の特定部分が作動装置の作動時に二慣性共振系の形態で振動する場合に、制御対象のモデル化を要することも、制御対象の移動時間に制約されることもなく、抑制し得る技術を開発した。この技術に関しては後に詳述するが、その後の研究によって、同じ技術が二慣性共振系以外の形態で振動する振動部の振動抑制にも有効であるという事実を見出した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の事情を背景とし、駆動源とその駆動源に接続された作動装置と機台とを含む機械の機台が振動することを、作動装置，駆動装置等制御対象のモデル化を要することなく、制御対象の移動時間に制約されることもなく、抑制し得る技術を提供することを課題としてなされたものである。
【０００８】
【課題解決手段および効果】
本発明によって、作動装置と、駆動源を備えて前記作動装置を駆動する駆動装置と、それらを保持する機台とを備えた機械の、前記機台の、その機台に伝達される力との線形性を有する振動を抑制する方法であって、
前記機台の固有振動数を取得する工程と、
前記駆動源に対する生指令を、伝達関数が、
【数１】
0003946046.tif 000003
ただし、
ωaは前記機台の前記取得した固有振動数
ωanは前記生指令による加速時間または減速時間を周期とする振動極の振動数
で表されるフィルタにより処理して修正指令を作成し、その修正指令に従って前記駆動源を制御することにより、前記機台の振動を低減させる工程と
を含むことを特徴とするを機械の制振制御方法が得られる。
一般に、機械の作動時に、駆動装置の駆動源から作動装置に加えられる駆動力（あるいは駆動トルク）に機械の特定部分の固有振動数に対応する振動成分が多く含まれれば、その特定部分が共振し，振幅が大きくなるのであるが、駆動源に対する生指令の、特定部分の固有振動数に対応する振動成分を低減させれば、特定部分が共振し難くなり、その特定部分の振動が低減させられる。
本発明の原理は、フィルタにより生指令を処理して修正指令を作成することによって、機械の特定部分の振動の極を零点で相殺し、新たな極を生成することにより振動の極を望ましい振動数の位置にずらし、特定部分の振動を低減させることにあり、可動部材の移動時間を変更することによって振動エネルギの周波数分布を自由に変えられるという事実と、制振制御技術の分野で公知の零極点相殺技術とを合体させることにある。
本発明は、上記特定部分として、機械の作動装置とそれを駆動する駆動装置とを保持する機台を選定したものであり、機台に二慣性共振系以外の形態で振動する振動部が複数ある場合には、振幅の大きい振動部や、その部分の振動が機械の性能に与える悪影響が大きい振動部等、特に振動を抑制したい振動部を、制振対象の振動部と定め、その特定の振動部（特定部分）に対して本発明を適用すればよい。
本発明によれば、機台の制振対象部（特定の振動部、ないし特定部分）の振動が抑制される機械が得られる。
上記フィルタは、可動部材の加速時間と減速時間とが等しく、生位置指令がいわゆるＳ字カーブで表されるものである場合に特に効果的なものである。
本発明は従来技術と比較して下記３つの特有の効果を奏する。
イ  制御対象のモデル化は不要であって、制振対象部の固有振動数さえ既知であれば、補償器に依存せずに直ちに振動抑制が実現でき、短期間で問題を解決し得る。
ロ  移動時間に制約を受けない制振効果を有する修正位置指令プロファイルを作成できる。
ハ  二慣性共振系の形態で振動する振動部は勿論、二慣性系以外の形態で振動する制振対象部の振動をも抑制し得る。
二慣性共振系の振動は共振点と反共振点との両方を有し、前述のように、本発明の発明者らは先に、この形態の振動を、上記イおよびロの条件を満たしつつ抑制し得る技術を開発したのであるが、この度は、上記フィルタが、二慣性系以外の形態で振動する機台の振動を抑制する上でも有効であることを見出し、本発明を完成するに到った。換言すれば、本発明は、後述の図３の集中定数系ブロックでは近似できない振動系、あるいはその系の枠組みのみでは伝達特性を説明できない振動系であって、振動部がある固有振動数を持って振動し、かつ、その帯域において振動部に伝達される力との線形性（入力のある振動数の振動成分が大きくなれば、振動部の同じ振動数の振幅も大きくなる特性）を有する振動等の抑制に有効なのである。
上記制振制御方法は、
前記機台の振動を検出し、その振動の周波数帯をオンライン解析する工程と、
そのオンライン解析の結果に基づいて前記フィルタにおける前記機台の固有振動数を更新する工程と
を含むものであることが望ましい。
この特徴を採用すれば、機械の設置条件、機械の個体差等により振動周波数が変わる場合でも、例えば加速度センサを含んで機械の振動周波数を探索できる計測系を追加し、その計測系から得られる情報に応じてフィルタにおける制振対象部（特定の振動部）の固有振動数を更新し、修正指令プロファイルの振動抑制周波数を変更することによって、常に効率よく振動抑制を行うことができる。
【０００９】
また、本発明によって、
作動装置と、
駆動源を備えて前記作動装置を駆動する駆動装置と、
それら作動装置および駆動装置を保持する機台であってその機台に伝達される力との線形性を有して振動するものと、
前記駆動源に対する生指令を生成する生指令生成手段を備え、前記駆動源を制御する制御装置と、
伝達関数が、
【数１】
0003946046.tif 000004
ただし、
ωaは前記機台の固有振動数
ωanは前記生指令による加速時間または減速時間を周期とする振動極の振動数
で表される特性を有し、前記駆動源に対する生指令を処理して修正指令を作成し、前記制御装置に出力するフィルタと
を含むことを特徴とする制振制御型機械が得られる。
フィルタの出力である修正指令を駆動源に付与すれば、機台に伝達される力のエネルギ分布の、制振対象部の固有振動数に対応する成分を小さくすることができ、制振対象部の共振振動を低減させることができる。
本発明に係る制振制御型機械においては、駆動装置の駆動源が、回転角度の正確な制御が可能な電動モータ、例えば、サーボモータとされることが望ましい。
また、本発明は、作動装置が直線的に移動可能な可動部材を備えたものであり、駆動装置が、ボールねじ等の送りねじおよびそれと螺合するナットを含み、電動モータの回転を可動部材の直線運動に変換する運動変換装置を含む場合に特に有効である。
本発明に係る制振制御型機械においては、前記生指令が、前記駆動源に対する位置指令，速度指令、加減速指令の少なくとも１つを含むものとされることが望ましい。
また、本発明に係る制振制御型機械は、
前記機台の振動を検出する振動センサと、
その振動センサにより検出された振動の周波数帯をオンライン解析し、その解析結果に基づいて前記フィルタにおける前記機台の固有振動数を更新する固有振動数更新部と
を含む形態のものとされることが望ましい。
さらに、本発明に係る制振制御型機械は、前記作動装置が、
電子回路部品を保持する部品保持ヘッドと、
その部品保持ヘッドを保持してＹ軸方向に移動可能なＹ軸スライドと、
そのＹ軸スライドを前記Ｙ軸方向に移動可能に保持し、自身は前記Ｙ軸方向と直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸スライドと
を含むものとされ、前記駆動装置が、
前記駆動源としてのＹ軸モータを含んで前記Ｙ軸スライドを前記Ｙ軸方向に移動させるＹ軸駆動装置と、
前記駆動源としてのＸ軸モータを含んで前記Ｘ軸スライドを前記Ｘ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置と
を含むものとされて、前記機台に保持された回路基板に前記部品保持ヘッドが保持した電子回路部品を装着する電子回路部品装着機として構成されることが可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施形態である機械の一例を示す。ただし、この機械は具体的にいかなる作業を行うかを考えて構成されたものではなく、機台１０により１つの可動部材１２が一直線に平行な方向に移動可能に支持され、ボールねじ１４を介してサーボモータ１６により移動させられるものを模型化したものである。この機械において、可動部材１２が移動させられる際には、例えば、可動部材１２が一定の加速度で加速され、次に一定の減速度で減速され、速度が０になって停止するるか、あるいは、最高速度に達したならばしばらくその最高速度に維持され、次に一定の減速度で減速され、速度が０になって停止する。これら加速時や減速時には、サーボモータ１６のロータのイナーシャ（一次側イナーシャ）および可動部材１２のイナーシャ（二次側イナーシャ）と、可動部材１２とサーボモータ１６のロータとを接続しているボールねじ１４をはじめとする運動機構のばね性とに基づいて、サーボモータ１６から可動部材１２までの系が固有振動数で振動し易い。また、機台１０が固有振動数で振動することもある。
【００１１】
本実施形態は、上記機台１０の固有振動数での振動、すなわち共振を抑制するために本発明を適用したものである。本実施形態においては、図２に示す手順で振動抑制を考慮した位置指令プロファイルθM**が作成される。生位置指令プロファイルθM*が伝達関数Ｎ（ｓ）／Ｄ（ｓ）で表されるフィルタにより処理され、振動抑制を考慮した修正位置指令プロファイルθM**が作成されるのである。ここで、Ｎ（ｓ）は制振対象部としての機台１０の共振の振動極を相殺する零点を有する多項式、Ｄ（ｓ）は使用する位置指令の加速時間(減速時間は加速時間に等しい)に対応する極を有する多項式であり、ｓはラプラス変換演算子である。従来は、生位置指令プロファイルθM*が図１の機械の駆動源たるサーボモータ１６の駆動回路１８に与えられていたのを、図１に示すように、フィルタ２０を備えた制御装置２２によって、修正位置指令プロファイルθM**が与えられるようにすることによって、本発明の実施例装置とされているのである。
【００１２】
具体的には、まず、手順１で可動部材１２を移動させるために必要なサーボモータ１６の回転角度、許容される最高回転速度および回転加速度（回転減速度も絶対値は同じ）が設定され、それらに基づいて手順２で位置指令プロファイルθM*が作成される。この位置指令プロファイルθM*は振動抑制が考慮されていないものであり、また、二回微分可能なものである。そして、手順３で、位置指令プロファイルθM*が、例えば、
【数２】
0003946046.tif 000005
の特性を有するフィルタで処理され、振動抑制を考慮した位置指令プロファイルθM**が作成される。上記フィルタは、系の振動極ｓ＝±ｊωaを零点（ｓ2＋ωa2）により相殺する一方で、加速・減速時間の固有振動数に対応した新たな振動極ｓ＝±ｊωanを生成することにより制振制御を実現するものである。
【００１３】
上記フィルタは二慣性共振系の制御対象に対して位置制御系を構成した状況下で以下のようにして導かれる。
一般的な二慣性系のモデルを図３のブロック線図で示す。
ここで、
ＪM，ＪL ： 一次側モータイナーシャ、二次側イナーシャ
ＫG  ： ばね定数
θM，θL ： 一次側モータ位置、二次側負荷位置
τM，τγ ： モータ発生トルク、ねじれ反力トルク
であり、モータ外乱トルク、負荷外乱トルクならびに粘性摩擦は考慮しない。
【００１４】
モータ側に伝わる反力トルクを抑制するため、次式で示す外乱オブザーバ
【数３】
0003946046.tif 000006
ここで、
Ｆ（ｓ） ： オブザーバのフィルタ
ＪMn  ： 一次側イナーシャのノミナル値
を制御系に加え、Ｆ（ｓ）＝１とできた場合、ブロック線図は図４のように簡略化され、一次側モータ位置と、二次側負荷位置の伝達特性は、〔数４〕で示される。
【数４】
0003946046.tif 000007
ここで、ωa＝√（ＫG／ＪL）で与えられるのは共振角周波数であり、ｓ＝±ｊの振動極を持つ。
【００１５】
次に、位置指令をθM*として、図５のように位置補償器には比例制御（Ｋpp：比例ゲイン）、速度マイナーループには比例積分制御（Ｋsp：比例ゲイン、Ｋsi：積分ゲイン）を用いた場合、位置指令−負荷位置間の伝達特性は、〔数５〕に示すようになる。
【数５】
0003946046.tif 000008
【００１６】
また、位置指令入力として用いられる図６に示すS字カーブ(ａ:加速度、ｔa：加速時間、ｔd:減速開始時間、Ｌ：目標位置振幅)をθM*とした場合、θM*（ｓ）は
【数６】
0003946046.tif 000009
で表されるので、〔数５〕，〔数６〕からθLの時間応答解析解は次の〔数７〕で与えられる。
【数７】
0003946046.tif 000010
ここで、
μ（ｔ）； 単位関数
Ｃ1〜Ｃ14 ； 定数
Ｋ1〜Ｋ3  ； ωaを含まない定数
【００１７】
〔数７〕において、第一項は目的位置で第二項から平方根を含む項の手前迄の項は位置制御系に起因する振動・減衰を示すので、共振振動と関係する項は平方根が含まれている項だけであり、負荷位置は〔数８〕の振幅をもつ共振振動が生じることがわかる。
【数８】
0003946046.tif 000011
したがって、S字プロファイルによる共振振動を抑制するためには、上式振幅を零にすればよい。すなわち、
【数９】
0003946046.tif 000012
のいずれかの条件を満足するように、加速時間をｔa＝２ｎΠ／ωa  、もしくは減速開始時間をｔd＝２ｎΠ／ωa と選ぶことで制振制御が可能である。
【００１８】
このように、加速時間、減速開始時間の調整次第で制振制御が可能ではあるが、移動時間が共振角振動数に依存し、任意の移動時間が設定できない欠点がある。そこで、この制御則を常に所望の移動時間を実現できる手法に拡張するため、図１で示した、θM*−θM**間に存在するプレフィルタを
【数１０】
0003946046.tif 000013
のように設計し、新たな位置指令を生成する。
【００１９】
前述のように、このプレフィルタは制振対象の振動極を相殺する零点と、加減速時間の固有振動周期に対応した極を有する形で構成される。本フィルタにより、振動極が加減速時間の固有振動周期に変動させられているのがわかるが、この振動は前述した加速時間，減速時間に依存した振動抑制則を適用することにより、抑制可能である。つまり、ωanを実際に使用される加減速時間に合わせて設定することで、常に所望の移動時間に対して振動抑制を考慮した、位置指令プロファイルの作成が実現可能となる。
【００２０】
以上の説明から明らかなように、本実施形態におけるプレフィルタは、本来、二慣性共振系の制御対象の振動抑制を目的として考えられたものであり、駆動源たるサーボモータ１６とボールねじ１４およびナット１５とにより構成される駆動装置によって、可動部材１２を主体とする作動装置が作動させられる機械において、サーボモータ１６のロータのイナーシャ（一次側イナーシャ）および可動部材１２のイナーシャ（二次側イナーシャ）と、ボールねじ１４をはじめとする運動機構のばね性とに基づいて、サーボモータ１６から可動部材１２までの系がその系の固有振動数で振動する二慣性共振系の共振を抑制することができるものである。この二慣性共振系の共振は、共振点と反共振点とを有する共振であり、本実施形態におけるプレフィルタを使用すればこの共振を良好に抑制し得るのであるが、本発明の発明者らは、同じプレフィルタが機台１０の共振の抑制にも有効であることに気付いた。機台１０の共振は二慣性共振系では表現できない振動であるが、二慣性共振系の固有振動数の代わりに機台１０の固有振動数を使用すれば、機台１０の振動を抑制できるのである。
【００２１】
その具体的な実現手順、すなわち本発明の実施形態の一例は以下の通りである。
（手順１）機械の、二慣性共振系では表現できない形態で振動する部分の固有振動数をオフラインで測定し、制御装置内に固有値データとして保存する。これをωaとする。
（手順２）駆動源の作動量、作動速度、作動加速度（作動減速度は作動加速度に等しくする）を指定して、二回微分可能な位置指令プロファイルを計算する。
（手順３）（手順２）で計算した位置指令プロファイルから加速時間ｔ（sec）を導出し、これからωan＝２π×１／ｔ を導出する。
（手順４）ωa，ωanの値を用いて，数（７）の離散化したフィルタの係数を計算する。
（手順５）（手順２）で求めた位置指令（これが生位置指令である）を、（手順４）での計算結果を反映したフィルタ式に通過させ、あらたな位置指令（これが修正位置指令である）を生成する。ただし、位置指令（生位置指令）は二回微分可能なものであるから、加速度プロファイルをフィルタで処理し、二回積分する方法や、速度プロファイルをフィルタで処理し、一回積分する方法で新たな位置指令を生成することも出来る。また、上記手順５に続く手順として、手順５で生成された修正位置指令が、実現可能なものであるか否かを判定する手順６を付加することが望ましい。これは、トルク発生装置であるモータアンプに上限トルクが存在する上、生成された位置指令があまりに大きな加速度を発生するものであれば、トルクが飽和してしまうこともあるため、手順６において、生成された修正位置指令が実現可能なものであるか否かを判定し、判定結果がＮＯであれば、トルクが飽和しないような調整、すなわち、移動時間の調整等を行うことが望ましいからである。
【００２２】
本発明は、上記実施形態とは異なる以下の形態で実施することも可能である。
（手順１）事前のオフライン計測により、抑制したい機台振動１次モードの固有振動数を把握し、制御装置内に固有値データとして保存しておく。これをωaとする。
（手順２）振動周波数を再測定したい場合、加速度センサ設置箇所の延長線上に駆動軸を移動させ（駆動軸が加速度センサ設置箇所の延長線上から外れた位置へ移動させ得るものである場合）、その後、加速度センサ方向に軸動作させる。この時、加速時間は２５ms以下、加速度を１Ｇ以上の単純な二回微分可能な移動指令で動作させる。その時の加速度センサ信号を制御装置に取り込み、動作開始から約１秒間程度の信号をＦＦＴ処理してパワースペクトル推定を行う。そして、一次モードの固有振動数を再推定し、必要に応じてωaを更新する。
（手順３）前述の本発明の実施形態における（手順２）以降と同じ手順で制振プロファイルを適用する。
本実施形態によれば、オンラインで振動周波数が観測でき、設置条件、機械の個体差等で振動周波数が変わる場合にも良好に振動を抑制し得る制御システムが構築できる。
【００２３】
次に、本発明を電子部品装着機に適用した場合の実施形態を説明する。
図７は、部品保持ヘッドがＸＹロボットによって移動させられ、静止した回路基板に電子部品を装着するタイプの電子部品装着機を示す。機台２６上に、Ｘ軸方向に回路基板としてのプリント配線板２８を搬送する基板コンベヤ３０が設けられている。基板コンベヤ３０は搬送経路の途中にプリント配線板２８を位置決めして保持する基板保持装置３１を備えている。その基板コンベヤ３０の上方にはＸＹロボット３２が設けられている。ＸＹロボット３２は、Ｘ軸方向に移動可能なＸ軸スライド３４と、Ｙ軸方向に移動可能なＹ軸スライド３６とを備えている。Ｘ軸スライド３４は機台２６の上面に配設された図示しない一対のガイドにより案内され、一対ずつのＸ軸モータ４０および送りねじ４２によりＸ軸方向に移動させられる。Ｘ軸スライド３４のガイドは送りねじ４２の下方に、送りねじ４２と平行に配設されている。Ｙ軸スライド３６は、Ｘ軸スライド３４に設けられたガイド４４により案内され、Ｙ軸モータ４６と図示しない送りねじとによってＹ軸方向に移動させられる。Ｙ軸スライド３６には部品保持ヘッド４８が、垂直なＺ軸方向に昇降可能に設けられており、図示しないガイドに案内され、Ｚ軸モータと送りねじとにより昇降させられる。部品保持ヘッド４８は、部品供給装置４９から電子部品を受け取り、プリント配線板２８の所定の位置に装着する。
【００２４】
上記Ｘ軸モータ４０，Ｙ軸モータ４６，Ｚ軸モータはいずれもサーボモータである。これらモータは部品保持ヘッド４８等と共に制御装置５０により制御されるが、本実施形態においてはＸ軸モータ４０およびＹ軸モータ４６の制御に本発明が適用されている。これら両モータへの生位置指令θM1*，θM2*がフィルタ５２，５４により処理された修正位置指令θM1**，θM2**がＸ軸モータ４０，Ｙ軸モータ４６の各駆動回路５６，５８に供給されるようになっているのである。フィルタ５２，５４の制振対象部の固有振動数が、機台２６のＸ軸およびＹ軸にそれぞれ平行な２方向の固有振動数とされているのであり、それによって、機台２６の弾性変形に起因する機台２６のＸ軸に平行な方向およびＹ軸に平行な方向の共振振動が低減させられるようにされているのである。なお、部品保持ヘッド４８を昇降させる昇降装置等に本発明を適用することも可能である。
【００２５】
図８に本発明の別の実施形態を示す。本実施形態は、理解を容易にするために機台６１の上部が除去された状態で図示されている。その機台６１の上部に回転可能に保持された間欠回転体６２の間欠回転により、複数の部品保持ヘッド６０が垂直な旋回軸線のまわりに旋回させられつつ複数の停止位置に順次停止させられ、それら停止位置の一つである部品受取位置において、部品供給装置６４から電子部品を受け取り、基板保持装置６６に保持されたプリント配線板６８に装着するものである。そのため、部品保持ヘッド６０は図示しない昇降装置により、間欠回転体６２に対して相対的に昇降させられる。基板保持装置６６は、ＸＹテーブル６９によりＸＹ座標面上の任意の位置へ移動させられる。ＸＹテーブル６９は、サーボモータであるＸ軸モータ７０と送りねじ７２とによりガイド７４に沿ってＸ軸方向に移動させられるＸ軸テーブル７６と、サーボモータであるＹ軸モータ７８と送りねじ８０とによりガイド８２に沿ってＸ軸スライド７６上をＹ軸方向に移動させられるＹ軸テーブル８４とを備えている。部品供給装置６４は、それぞれサーボモータであるＤ軸モータ８６と送りねじ８８とによりＸ軸に平行なＤ軸方向に移動させられる部品テーブル９０を２台備えており、各部品テーブル９０上に複数の部品フィーダ９１が搭載されている。部品フィーダ９１はそれぞれ１種類ずつの電子部品を多数収容しており、一定の部品供給部に１個ずつ位置決めする。
【００２６】
上記Ｘ軸モータ７０，Ｙ軸モータ７８，Ｄ軸モータ８６，間欠回転体６２、昇降装置等は制御装置９２により制御されるが、モータ７０，７８，８６の制御に本発明が適用されている。図８に代表的に示すように、生位置指令θM1*，θM2*がフィルタ９４，９５等により処理された修正位置指令θM1**，θM2**が、Ｘ軸モータ７０，Ｄ軸モータ８６等の駆動回路９７，９８に供給されるようになっているのである。フィルタ９４，９５等の制振対象部の固有振動数が、機台６１のＸ軸に平行な方向の固有振動数やフィーダ６１のＤ軸に平行な方向の固有振動数とされているのであり、それによって、機台６１やフィーダ９１の弾性変形に起因する共振が低減させられる。
【００２７】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【００２８】
【実施例】
本発明を前記図１に示したサーボモータ１６がボールねじ１４に直結されて可動部材１２を動かすいわゆるボールねじシステムが機台１０に搭載された機械に適用した場合のシミュレーションを行った。この制御対象において、一般的な二慣性系で捉えた場合、ボールねじ１４のねじれ振動等が機構振動として現れるが、それ以外にも機台１０が加減速動作時に発生する負荷トルクによる反作用を吸収しきれない場合に、機台１０の固有振動数に依存した振動を起こす場合がある。力(トルク)は，サーボモータ１６→ボールねじ１４→可動部材１２と伝達していくが、このとき可動部材１２にかかる推力に機台１０の固有振動数に相当するエネルギーが多く含まれれば、機台１０と共振し，機台１０の振動が大きくなると考えられる。
【００２９】
そこで、次の方法で機台１０の振動を測定した。図１の機台１０に、図９に示すように、ボールねじ１４と同軸で、かつサーボモータ１６とは反対側の位置において加速度センサ１００を設置した。機台１０の振動は一般的に１０〜３０Ｈｚの低周波域で発生することが多いことを考慮した上で、動作時間ができるだけ短く、かつ十分な加速度を得られるような位置指令を用いて動作させた。具体的には、移動時間を約５０ms（加速時間，減速時間共に２５ms）、加速度を約１Ｇとする位置指令を用いた。その時の動作開始から約１秒間の加速度センサ１８の信号についてＦＦＴ演算によるパワースペクトル推定を行った結果を図１０に示すが、１９Ｈｚに鋭いピーク点が存在することがわかる。実際には他にも幾つかの振動モードが見受けられるが、ここでは、抑制したい振動周波数が機台振動の１次モードの振動周波数と一致するものとする。
【００３０】
本発明によれば、二慣性系の振動のみならず、このような機台振動への抑制効果も期待できる。その事実を確認するために、図１１のような一慣性系でシミュレーションを行った。図１１において、スイッチ１０２が上側の場合、本発明の手法により新たな位置指令θM**が生成され、下側ではθM*がそのまま用いられる。位置ループ１０４は速度フィードフォワード１０６と比例ゲイン１０８の二自由度系を構成し、速度ループ１１０は比例ゲイン１１２のみを用いる。各補償器のパラメータはスイッチの上下にかかわらず、全く同一である。シミュレーションで用いる位置指令は図１２（ａ）に示す通りである。図において実線は、移動距離、速度、加速・減速度から計算される２回微分可能な位置指令であるる生位置指令θM*を表し、点線は本発明の手法を用いて１９Ｈｚの振動抑制効果を持つ新たな位置指令である修正位置指令θM**を表す。生位置指令θM*が修正位置指令θM**に修正されることにより、速度、加速度がそれぞれ図１２（ｂ）および図１２（ｃ）に示すものに変わる。シミュレーション結果として得られたトルク指令のパワースペクトル推定の結果を図１３に示す。図１３（ａ）は生位置指令θM*を用いた場合のトルク指令のエネルギー分布であり、図１３（ｂ）は修正位置指令θM**を用いた場合のエネルギー分布である。生位置指令θM*における加減速時間は約７２msで、加減速時間の周波数は１／０．０７２＝１３．８８Hzとなることから、図１３（ａ）において１４〜１５Ｈｚ周辺のトルクエネルギーは減少しているが、１９Hzのトルクエネルギーは大きくなる。一方、本発明を適用した場合の図１３（ｂ）においては、図１３（ａ）に比べて１９Hzのトルクエネルギーが軽減させられており、本発明が制御対象の振動項の有無にかかわらず、特定の周波数帯のトルクエネルギーを軽減させる効果を奏することがわかる。なお、上記のようにトルク指令のエネルギー分布を比較する代わりに、加速度指令や速度指令のエネルギ分布を比較することによっても、本発明の効果を確認することができる。
【００３１】
次に、前記図１に示した機械のサーボモータ１６に、上記シミュレーションにおけると同様に、生位置指令θM*と修正位置指令θM**とを与え、機台１０の振動を図９に示した位置に設けた加速度センサ１８によって測定した。その結果を図１４に示す。図１４（ａ）が生位置指令θM*を与えた場合、すなわち本発明を適用しない普通の位置指令を与えた場合の結果であり、図１４（ｂ）が修正位置指令θM**を与えた場合、すなわち本発明を適用した場合の結果である。図１４における一番上の波形がモータ速度、真ん中が機台１０の振動波形、下が位置指令の払い出し区間を示すグラフである。図１４（ｂ）における機台１０の振幅は図１４（ａ）におけるそれに比較して明らかに小さくなっており、本発明に従えば、従来の位置指令における払い出し時間を全く変えずに、機台振動を低減できることが確認できた。なお、補償器に関しては、前述のシミュレーションと同様の制御系しか用いておらず、複雑な補償器設計を行うことなく、容易に振動抑制を行い得ることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である機械の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態である制振制御方法の実施手順を示すブロック線図である。
【図３】本発明の一実施形態において使用されるフィルタの導出過程を説明するためのブロック線図である。
【図４】本発明の一実施形態において使用されるフィルタの導出過程を説明するためのブロック線図である。
【図５】本発明の一実施形態において使用されるフィルタの導出過程を説明するためのブロック線図である。
【図６】本発明の一実施形態において使用されるフィルタの導出過程で使用されるＳ字カーブの位置指令を表すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態である電子部品装着機を示す平面図である。
【図８】本発明の別の実施形態である電子部品装着機を示す平面図である。
【図９】図１に示した機械の振動を検出するための加速度センサの配設位置を示す要部平面図である。
【図１０】上記加速度センサにより検出された振動のパワースペクトルを示すグラフである。
【図１１】本発明の有効性を確認するために行ったシミュレーションで使用した制振制御装置のブロック線図である。
【図１２】上記制振制御装置における生位置指令と修正位置指令とを比較して示すグラフである。
【図１３】上記シミュレーションの結果である振動のパワースペクトルを示すグラフである。
【図１４】図１に示した機械において実際に振動抑制効果を調べた結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：機台    １２：可動部材    １４：ボールねじ    １５：ナット    １６：サーボモータ    １８：駆動回路    ２０：フィルタ    ２２：制御回路    ４０：Ｘ軸モータ    ４６：Ｙ軸モータ    ５０：制御装置    ５２，５４：フィルタ    ５６，５８：駆動回路    ７０：Ｘ軸モータ    ７８：Ｙ軸モータ  ９２：制御装置    ９４，９５：フィルタ    ９７，９８：駆動回路    １００：加速度センサ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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