(57)【要約】【課題】生産性の向上と品質の向上とを同時に達成できるアクチュエータ制御装置及び精密位置決め装置を提供する。【解決手段】ワークとシリンダロッドの先端との接触が検出されていない場合には前記第１指令出力信号を前記バルブに出力し、前記ワークと前記シリンダロッドの先端との接触が検出された場合、前記バルブに出力する前記指令出力信号を、前記第１指令出力信号から前記第２指令出力信号に所定の時定数に従って切り替える切替部と、を備える。【選択図】図１
2017157108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧シリンダ内の一方及び他方の圧力室に圧縮空気をバルブを介して給排させることで前記空気圧シリンダのシリンダロッドを駆動制御するアクチュエータ制御装置であって、
前記空気圧シリンダのシリンダロッドの位置に応じた位置信号を出力する位置センサと、
前記空気圧シリンダ内の一方及び他方の圧力室の圧力に基づいて前記シリンダロッドの総荷重を示す荷重信号を出力する荷重演算部と、
前記荷重信号に基づいて前記シリンダロッドの先端がワークに接触したことを検出するタッチ検出部と、
前記位置信号と、前記シリンダロッドの位置の目標値を示す位置指令信号との偏差に基づいて前記バルブの操作量を示す第１指令出力信号を指令出力信号として出力する位置制御部と、
前記荷重信号と、前記シリンダロッドの荷重の目標値を示す荷重指令信号との偏差に基づいて前記バルブの操作量を示す第２指令出力信号を前記指令出力信号として出力する荷重制御部と、
前記ワークと前記シリンダロッドの先端との接触が検出されていない場合には前記第１指令出力信号を前記バルブに出力し、前記ワークと前記シリンダロッドの先端との接触が検出された場合、前記バルブに出力する前記指令出力信号を、前記第１指令出力信号から前記第２指令出力信号に所定の時定数に従って切り替える切替部と、
を備えるアクチュエータ制御装置。
【請求項２】
空気圧シリンダ内の一方及び他方の圧力室に圧縮空気をバルブを介して給排させることで前記空気圧シリンダのシリンダロッドを駆動制御するアクチュエータ制御装置であって、
前記空気圧シリンダのシリンダロッドの位置に応じた位置信号を出力する位置センサと、
前記空気圧シリンダ内の一方及び他方の圧力室の圧力に基づいて前記シリンダロッドの総荷重を示す荷重信号を出力する荷重演算部と、
前記荷重信号に基づいて前記シリンダロッドの先端がワークに接触したことを検出するタッチ検出部と、
前記荷重信号と、前記シリンダロッドの荷重の目標値を示す荷重指令信号との偏差に基づいて前記バルブの操作量を示す指令出力信号を出力する荷重制御部と、
を備え、
前記荷重制御部は、
前記ワークと前記シリンダロッドの先端との接触が検出された場合に、前記偏差に第１ゲインを乗算することで比例操作信号を生成する第１切替部と、
前記ワークと前記シリンダロッドの先端との接触が検出された場合に、前記偏差に第２ゲインを乗算することで積分操作信号を生成する第２切替部と、
前記比例操作信号と前記積分操作信号とに基づいて前記指令出力信号を生成する生成部と、
を備え、
前記第１切替部は、前記第１ゲインを、予め設定された荷重初期比例ゲインから前記荷重初期比例ゲインよりも大きい荷重最終比例ゲインに第１時定数に従って切り替え、
前記第２切替部は、前記第２ゲインを、予め設定された荷重初期積分ゲインから前記荷重初期積分ゲインよりも大きい荷重最終積分ゲインに第２時定数に従って切り替えるアクチュエータ制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ制御装置と、
前記アクチュエータ制御装置から出力される前記指令出力信号に基づいて、前記空気圧シリンダの一方及び他方の圧力室に圧縮空気を給排させるバルブと、
を備える精密位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ制御装置及び精密位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップなどの電子部品（以下、「ワーク」という。）を基板にボンディングする際に、真空吸着ノズルを備えたシリンダロッドによりワークを吸着させ、基板まで移送するアクチュエータ制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
このアクチュエータ制御装置は、ボンディング過程において、シリンダ内に圧縮空気を供給し、シリンダロッドの先端がワークに接触する少し手間の位置までシリンダロッドを高速で降下させる。そして、アクチュエータ制御装置は、シリンダロッドの先端がワークに接触する少し手間の位置から、ワークに接触するまでシリンダロッドを低速で下降させる。この際、アクチュエータ制御は、シリンダロッドの先端がワークに接触するまでシリンダロッドの位置に基づいてシリンダ内に供給する圧縮空気の量を制御する位置制御を行う。
【０００４】
アクチュエータ制御装置は、シリンダロッドの先端がワークに接触したことを検出すると、位置制御から荷重制御に切り替え、シリンダロッドの先端でワークを加圧することでワークを基板等にボンディングする。そして、アクチュエータ制御装置は、ボンディングした後、シリンダロッドを上昇させる。この荷重制御とは、シリンダロッドに対する荷重に基づいてシリンダ内に供給する圧縮空気の量を制御することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１５４６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、シリンダロッドの先端がワークに接触する前のシリンダロッドの低速下降時において、シリンダロッドが下降する速度が速いと、接触によるワークへの衝撃荷重が過大となり、ワークを損傷してしまう。一方、シリンダロッドの下降する速度が遅いと、タクトタイムが低下してしまい生産性が低下する。また、位置制御から荷重制御に切替わった際、微小荷重において荷重制御のゲインが高いと、ワークへの衝撃の発生につながるため、ゲインを抑える必要がある。ただし、大荷重でワークを加圧する際には荷重制御のゲインが高いほうがシリンダロッドの応答性がよいため、生産性の向上が期待できる。このように、生産性の向上と品質の向上との間にはトレードオフ関係があり、生産性と品質とを両立することができない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、生産性の向上と品質の向上とを同時に達成できるアクチュエータ制御装置及び精密位置決め装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、空気圧シリンダ内の一方及び他方の圧力室に圧縮空気をバルブを介して給排させることで空気圧シリンダのシリンダロッドを駆動制御するアクチュエータ制御装置であって、空気圧シリンダのシリンダロッドの位置に応じた位置信号を出力する位置センサと、空気圧シリンダ内の一方及び他方の圧力室の圧力に基づいて前記シリンダロッドの総荷重を示す荷重信号を出力する荷重演算部と、前記荷重信号に基づいて前記シリンダロッドの先端がワークに接触したことを検出するタッチ検出部と、前記位置信号と、前記シリンダロッドの位置の目標値を示す位置指令信号との偏差に基づいて前記バルブの操作量を示す第１指令出力信号を指令出力信号として出力する位置制御部と、前記荷重信号と、前記シリンダロッドの荷重の目標値を示す荷重指令信号との偏差に基づいて前記バルブの操作量を示す第２指令出力信号を前記指令出力信号として出力する荷重制御部と、前記ワークと前記シリンダロッドの先端との接触が検出されていない場合には前記第１指令出力信号を前記バルブに出力し、前記ワークと前記シリンダロッドの先端との接触が検出された場合、前記バルブに出力する前記指令出力信号を、前記第１指令出力信号から前記第２指令出力信号に所定の時定数に従って切り替える切替部と、を備えるアクチュエータ制御装置である。
【０００９】
また、本発明の一態様は、空気圧シリンダ内の一方及び他方の圧力室に圧縮空気をバルブを介して給排させることで空気圧シリンダのシリンダロッドを駆動制御するアクチュエータ制御装置であって、空気圧シリンダのシリンダロッドの位置に応じた位置信号を出力する位置センサと、空気圧シリンダ内の一方及び他方の圧力室の圧力に基づいて前記シリンダロッドの総荷重を示す荷重信号を出力する荷重演算部と、前記荷重信号に基づいて前記シリンダロッドの先端がワークに接触したことを検出するタッチ検出部と、前記荷重信号と、前記シリンダロッドの荷重の目標値を示す荷重指令信号との偏差に基づいて前記バルブの操作量を示す指令出力信号を出力する荷重制御部と、を備え、前記荷重制御部は、前記ワークと前記シリンダロッドの先端との接触が検出された場合に、前記偏差に第１ゲインを乗算することで比例操作信号を生成する第１切替部と、前記ワークと前記シリンダロッドの先端との接触が検出された場合に、前記偏差に第２ゲインを乗算することで積分偏差信号を生成する第２切替部と、前記比例操作信号と前記積分操作信号とに基づいて前記指令出力信号を生成する生成部と、を備え、前記第１切替部は、前記第１ゲインを、予め設定された荷重初期比例ゲインから前記荷重初期比例ゲインよりも大きい荷重最終比例ゲインに第１時定数に従って切り替え、前記第２切替部は、前記第２ゲインを、予め設定された荷重初期積分ゲインから前記荷重初期積分ゲインよりも大きい荷重最終積分ゲインに第２時定数に従って切り替えるアクチュエータ制御装置である。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上述のアクチュエータ制御装置と、前記アクチュエータ制御装置から出力される前記指令出力信号に基づいて、前記空気圧シリンダの一方及び他方の圧力室に圧縮空気を給排させるバルブと、を備える精密位置決め装置である。
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、生産性の向上と品質の向上とを同時に達成できるアクチュエータ制御装置及び精密位置決め装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７及び空気圧シリンダ２を備える空圧システム１の概略構成の一例を示す図である。
【図２】第１の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７の構成概略の一例を示す図である。
【図３】第１の実施形態における第３指令出力信号を説明する図である。
【図４】第１の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７の処理の流れを示す図である。
【図５】第１の実施形態の変形例におけるアクチュエータ制御装置７Ａの構成を示す図であるである。
【図６】第２の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７Ｂ及び空気圧シリンダ２を備える空圧システム１Ｂの概略構成の一例を示す図である。
【図７】第２の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７Ｂの構成概略の一例を示す図である。
【図８】第２の実施形態における荷重制御部７３Ｂの概略構成の一例を示す図である。
【図９】第２の実施形態における荷重ゲインの構成概略の一例を示す図である。
【図１０】第２の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７Ｂの処理の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。また、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
【００１４】
（第１の実施形態）
以下に、第１の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７について、説明する。
図１は、第１の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７及び空気圧シリンダ２を備える空圧システム１の概略構成の一例を示す図である。例えば、空圧システム１は、半導体チップなどの電子部品（以下、「ワーク」という。）を基板にボンディングする際に、シリンダロッド４０によりワークを吸着させ、基板まで移送する。アクチュエータ制御装置７は、このボンディング工程において、シリンダロッド４０の先端がワークに接触するまでは、シリンダロッド４０を位置制御する。位置制御は、シリンダロッド４０の現在位置とその位置の目標値（位置指令信号）との差分値が０になるようにシリンダロッド４０の位置をフィードバック制御することである。また、アクチュエータ制御装置７は、シリンダロッド４０の先端がワークに接触した場合には、所定の時定数に従って位置制御から荷重制御に切り替える。荷重制御は、シリンダロッド４０の現在の荷重とその荷重の目標値（荷重指令信号）との差分値が０になるようにシリンダロッド４０の荷重をフィードバック制御することである。
【００１５】
図１に示すように、空圧システム１は、空気圧シリンダ２、エアサーボバルブ５及びアクチュエータ制御装置７を備える。なお、エアサーボバルブ５及びアクチュエータ制御装置７は、精密位置決め装置として構成されてもよい。
【００１６】
空気圧シリンダ２は、枠体３５、ピストン５０、シリンダロッド４０、第１圧力室２０、第２圧力室２１、第１圧力センサ１０、第２圧力センサ１１及び状態測定部３０を備える。なお、以下の記載においては、図面の表示に従って、第１圧力室２０側を上方向、第２圧力室２１側を下方向と表す場合がある。しかしながら、上記記載は空気圧シリンダ２を第１圧力室２０側が上方向となるものに限定するものではない。
【００１７】
ピストン５０は、枠体３５内を上下方向に摺動自在に嵌挿されている。
シリンダロッド４０は、ピストン５０に連結されている。シリンダロッド４０は枠体３５を密閉状に貫通して外部に延出している。
枠体３５は、密閉された筒体であり、ピストン５０を挟んで第１圧力室２０及び第２圧力室２１を備えている。
第１圧力室２０には、エアサーボバルブ５からポートＰ１を通して圧力エアが給排される。第２圧力室２１には、エアサーボバルブ５からポートＰ２を通して圧力エアが給排される。
【００１８】
第１圧力センサ１０は、第１圧力室２０内のエア圧力を測定する。第１圧力センサ１０は、測定した第１圧力室２０内のエア圧力（以下、「第１圧力測定値」という。）Ｐｈ１をアクチュエータ制御装置７に出力する。
第２圧力センサ１１は、第２圧力室２１内のエア圧力を測定する。第２圧力センサ１１は、測定した第２圧力室２１内のエア圧力（以下、「第２圧力測定値」という。）Ｐｈ２をアクチュエータ制御装置７に出力する。
【００１９】
状態測定部３０は、アクチュエータの状態を測定する。例えば、状態測定部３０は、シリンダロッド４０の位置を測定する位置センサである。状態測定部３０は、測定したシリンダロッド４０の位置に応じた位置信号Ｈｈをアクチュエータ制御装置７に出力する。なお、状態測定部３０が測定するシリンダロッド４０の位置は、枠体３５に対するシリンダロッド４０又は枠体３５に対するピストン５０の相対位置であってもよいし、絶対位置であってもよい。
【００２０】
エアサーボバルブ５（動力源）は、アクチュエータ制御装置７からの指令出力信号に基づいて、第１圧力室２０及び第２圧力室２１の圧力を制御する。すなわち、エアサーボバルブ５は、アクチュエータ制御装置７からの指令出力信号に基づいて第１圧力室２０に圧力エアを供給、又は排気する。アクチュエータ制御装置７からの指令出力信号に基づいて第２圧力室２１に圧力エアを供給、又は排気する。
【００２１】
例えば、第１圧力センサ１０に圧力エアが供給されることで第１圧力測定値Ｐｈ１が第２圧力測定値Ｐｈ２より高い値になった場合、ピストン５０及びシリンダロッド４０は下方向に移動する。一方、第２圧力センサ１１に圧力エアが供給されることで第２圧力測定値Ｐｈ２が第２圧力測定値Ｐｈ２より低い値になった場合、ピストン５０及びシリンダロッド４０は上方向に移動する。
【００２２】
図２は、第１の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７の構成概略の一例を示す図である。
図２に示すように、アクチュエータ制御装置７は、位置制御部７１、荷重制御部７３、演算器８１〜８４、演算部１０１，１０２、荷重演算部１０３、スイッチ部１２１、第１閾値記憶部９４、第２閾値記憶部１１０、タッチ検出部１１１、下降検知部９０、制限部９３及び切替部１３０を備える。なお、アクチュエータ制御装置７の各部は、ハードウェアにより実現されてもよく、ソフトウェアにより実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。また、プログラムが実行されることにより、コンピュータが、アクチュエータ制御装置７の一部として機能してもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。
【００２３】
位置制御部７１は、演算器８１において演算される、シリンダロッド４０の位置の指令値（目標値）である位置指令信号と、状態測定部３０から出力される位置信号Ｈｈとの偏差を示す位置偏差信号ΔＨに基づいてエアサーボバルブ５の操作量を示す第１指令出力信号を制限部９３に出力する。
【００２４】
制限部９３は、第１閾値記憶部９４に記憶されているエアサーボバルブ５の操作量の閾値（以下、「第１閾値」という。）と、第１指令出力信号とを比較する。第１閾値は、エアサーボバルブ５に対して過剰な操作量が出力されないように設定される。制限部９３は、第１指令出力信号が第１閾値未満である場合には、この第１指令出力信号を演算器８４及び切替部１３０に出力する。一方、制限部９３は、第１指令出力信号が第１閾値以上である場合には、この第１閾値を新たな第１指令出力信号として出力する。ただし、制限部９３は任意の構成であり、アクチュエータ制御装置７から省略されてもよい。
【００２５】
演算器８２は、シリンダロッド４０の荷重の指令値（目標値）である荷重指令信号と、荷重演算部１０３から出力されるピストン５０の総荷重を示す荷重信号Ａｈとの偏差を示す荷重偏差信号ΔＨを荷重制御部７３に出力する。
【００２６】
演算部１０１は、第１圧力センサ１０から出力される第１圧力測定値Ｐｈ１に基づいて、ピストン５０に対する下方向の第１荷重Ｌ１を算出する。例えば、演算部１０１は、第１圧力測定値Ｐｈ１にピストン５０上部の受圧面積Ｓ１を乗算することで第１荷重Ｌ１を算出する。
【００２７】
演算部１０２は、第２圧力センサ１１から出力される第２圧力測定値Ｐｈ２に基づいて、ピストン５０に対する上方向の第２荷重Ｌ２を算出する。例えば、演算部１０１は、第２圧力測定値Ｐｈ２にピストン５０下部の受圧面積Ｓ２を乗算することで第２荷重Ｌ２を算出する。
【００２８】
荷重演算部１０３は、演算部１０１で算出された第１荷重Ｌ１と演算部１０２で算出された第２荷重Ｌ２とに基づいて、ピストン５０（シリンダロッド４０）に対する総荷重である荷重信号Ａｈを算出する。例えば、荷重演算部１０３は、演算部１０１で算出された第１荷重Ｌ１から演算部１０２で算出された第２荷重Ｌ２を減算することで荷重信号Ａｈを算出する。荷重演算部１０３は、算出した荷重信号Ａｈを演算器８２及び演算器８３に出力する。
【００２９】
演算器８３は、第２閾値記憶部１１０に記憶されている第２閾値と、荷重演算部１０３から出力された荷重信号Ａｈとの偏差（例えば、荷重信号Ａｈ−第２閾値）を示す荷重基準信号をタッチ検出部１１１に出力する。第２閾値は、ワークとシリンダロッド４０の先端とが接触したときに、シリンダロッド４０に発生する荷重の値に応じて決定される。
【００３０】
下降検知部９０は、位置指令信号に基づいてシリンダロッド４０が下降しているか否かを判定する。例えば、下降検知部９０は、位置指令信号の微分値が正の値を示す場合に、シリンダロッド４０が下降していると判定する。下降検知部９０は、位置指令信号に基づいてシリンダロッド４０が下降していると判定した場合に、その判定結果を示す下降信号をタッチ検出部１１１に出力する。ただし、本実施形態におけるシリンダロッド４０の下降を検出する方法は、特に限定されず、例えば位置信号Ｈｈの微分値が正か負かのいずれかに応じて決定されてもよいし、荷重基準信号が正か負かのいずれかに応じて決定されてもよい。
【００３１】
タッチ検出部１１１は、荷重演算部１０３が算出した荷重信号Ａｈに基づいてシリンダロッド４０の先端がワークに接触したことを検出する。本実施形態では、タッチ検出部１１１は、演算器８３から出力された荷重基準信号が第３閾値を超える場合、且つ下降検知部９０から下降信号が入力された場合に、シリンダロッド４０の先端がワークに接触したと判定する。タッチ検出部１１１は、シリンダロッド４０の先端がワークに接触したことを検出すると、その検出結果を示す接触検知信号を荷重制御部及７３及びスイッチ部１２１に出力する。
【００３２】
荷重制御部７３は、タッチ検出部１１１から接触検知信号が入力されている場合に、演算器８２から出力される荷重偏差信号ΔＨに基づいてエアサーボバルブ５の操作量を示す第２指令出力信号を演算器８４に出力する。したがって、荷重制御部７３は、タッチ検出部１１１から接触検知信号が入力されていない場合には、第２指令出力信号を出力しない。又は、荷重制御部７３は、タッチ検出部１１１から接触検知信号が入力されていない場合には、０を示す第２指令出力信号を出力する。すなわち、荷重制御部７３は、タッチ検出部１１１によりシリンダロッド４０の先端とワークとの接触が検出された場合に、第２指令出力信号を演算器８４に出力する。
【００３３】
演算器８４は、荷重制御部７３から出力された第２指令出力信号に対して制限部９３から出力された第１指令出力信号を減算し、その減算した値を指令減算信号としてスイッチ部１２１に出力する。
スイッチ部１２１は、タッチ検出部１１１から接触検知信号が入力されている場合に、演算器８４において算出された指令減算信号を切替部１３０に出力する。
【００３４】
切替部１３０は、ワークとシリンダロッド４０の先端との接触が検出されていない場合には第１指令出力信号をエアサーボバルブ５に出力する。一方、切替部１３０は、ワークとシリンダロッド４０の先端との接触が検出された場合、エアサーボバルブ５に出力する信号を、第１指令出力信号から第２指令出力信号に所定の時定数に従って切り替える。以下に、本実施形態における切替部１３０について、詳細を説明する。
【００３５】
切替部１３０は、第１フィルタ部１３１及び演算部１３２を備える。
第１フィルタ部１３１は、スイッチ部１２１から出力された指令減算信号の高周波成分を予め設定された時定数で減衰させる、例えばローパスフィルタである。第１フィルタ部１３１は、高周波成分が減衰した指令減算信号を演算部１３２に出力する。
演算部１３２は、制限部９３から出力された第１指令出力信号と、第１フィルタ部１３１から出力された指令減算信号とを加算し、その加算した信号を第３指令出力信号としてエアサーボバルブ５に出力する。図３は、第１の実施形態における第３指令出力信号を説明する図である。図３（ａ）は、本実施形態における指令減算信号の波形の概略図である。図３（ｂ）は、本実施形態における第１指令出力信号の波形の概略図である。図３（ｂ）は、本実施形態における第３指令出力信号の波形の概略図である。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、指令減算信号は、第１フィルタ部１３１により、緩やかに立ち上がり、所定の時定数で第２指令出力信号が示すエアサーボバルブ５の操作量αに到達する波形となる。一方、図３（ｂ）に示すように、第１指令出力信号は、緩やかに立ち下がり、所定の時定数で第１指令出力信号が示すエアサーボバルブ５の操作量βから０に減衰する波形となる。これにより、演算部１３２により、指令減算信号と第１指令出力信号とが加算されることで生成された第３指令出力信号は、図３（ｃ）に示すように、操作量βから操作量αに所定の時定数で立ち上がる波形となる。すなわち、第３指令出力信号は、第１指令出力信号から第２指令出力信号に所定の時定数で切り替わる波形となる。
【００３７】
以下に、第１の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７の処理の流れについて、説明する。図４は、第１の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７の処理の流れを示す図である。
【００３８】
アクチュエータ制御装置７は、ボンディング工程を開始すると、シリンダロッド４０の位置の指令値（目標値）である位置指令信号と、状態測定部３０から出力される位置信号Ｈｈとの偏差を示す位置偏差信号ΔＨに基づいて生成した第１指令出力信号を第３指令信号としてエアサーボバルブ５に出力する（ステップＳ１０１）。これにより、エアサーボバルブ５は、アクチュエータ制御装置７からの第１指令出力信号に基づいた圧力エアを第１圧力室２０に供給し、シリンダロッド４０を下降させる。
【００３９】
アクチュエータ制御装置７は、シリンダロッド４０の先端がワークに接触したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。例えば、アクチュエータ制御装置７は、第１圧力測定値Ｐｈ１と第２圧力測定値Ｐｈ２とに基づいて算出されたピストン５０の総荷重が所定の値を超えた場合に、シリンダロッド４０の先端がワークに接触したと判定する。又は、アクチュエータ制御装置７は、第１圧力測定値Ｐｈ１と第２圧力測定値Ｐｈ２とに基づいて算出されたピストン５０の総荷重と、第２閾値との差分値が第３閾値を超える場合に、シリンダロッド４０の先端がワークに接触したと判定する。
【００４０】
アクチュエータ制御装置７は、シリンダロッド４０の先端がワークに接触したと判定すると、第２指令出力信号から第１指令出力信号を減算することで指令減算信号を生成する（ステップＳ１０３）。そして、アクチュエータ制御装置７は、生成した指令減算信号の高周波成分を所定の時定数で減衰させる（ステップＳ１０４）。そして、アクチュエータ制御装置７は、その指令減算信号と第１指令出力信号とを加算し、第３指令信号としてエアサーボバルブ５に出力する（ステップＳ１０５）。
【００４１】
上述したように、第１の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７は、ワークとシリンダロッド４０の先端との接触が検出されていない場合には第１指令出力信号をエアサーボバルブ５に出力し、ワークとシリンダロッド４０の先端との接触が検出された場合、エアサーボバルブ５に出力する信号を、第１指令出力信号から第２指令出力信号に所定の時定数に従って滑らか且つ迅速に切り替える。これにより、アクチュエータ制御装置７は、シリンダロッド４０の先端がワークに接触する少し手間の位置から、ワークに接触するまでにおいて、シリンダロッド４０の下降速度の高速化が可能となる。したがって、タクトタイムが短縮することで生産性が向上するとともに、上記接触後、位置制御から荷重制御に所定の時定数に従って切り替えるため、位置制御から荷重制御への急激な切り替えによるワークの損傷を低減できるため、品質が向上する。すなわち、アクチュエータ制御装置７は、生産性の向上と品質の向上とを同時に達成可能である。
【００４２】
図５は、第１の実施形態の変形例におけるアクチュエータ制御装置７Ａの構成を示す図である。アクチュエータ制御装置７Ａは、接触検知信号に対して、それぞれ第１フィルタ部１３１，第２フィルタ部１３３を設けることを特徴とする。以下に説明する部分を除いては、アクチュエータ制御装置７と共通の構成及び機能を有するため、図２に示した構成と略同一の構成及び機能の部分に同一の符号を付け、説明を省略する。アクチュエータ制御装置７Ａは、位置制御部７１、荷重制御部７３、演算器８１〜８３、演算部１０１，１０２、荷重演算部１０３、第１閾値記憶部９４、第２閾値記憶部１１０、タッチ検出部１１１、下降検知部９０、制限部９３、第１フィルタ部１３１、第２フィルタ部１３３及び切替部１３０Ａを備える。切替部１３０Ａは、スイッチ部１２１、スイッチ部１２２及び演算部１３２を備える。
【００４３】
第１フィルタ部１３１は、タッチ検出部１１１から出力される接触検知信号の高周波成分を予め設定された時定数で減衰させる、例えばローパスフィルタである。第１フィルタ部１３１は、高周波成分が減衰した接触検知信号を第１接触検知信号（図５の符号１３１１）としてスイッチ部１２１に出力する。
第２フィルタ部１３３は、タッチ検出部１１１から出力される接触検知信号の高周波成分を予め設定された時定数で減衰させる、例えばローパスフィルタである。第２フィルタ部１３３は、高周波成分が減衰した接触検知信号を第２接触検知信号として（図５の符号１３３２）、スイッチ部１２２に出力する。
【００４４】
スイッチ部１２１は、荷重制御部７３から出力された第２指令出力信号に対して第１フィルタ部１３１から出力された第１接触検知信号を乗算した第１操作信号を演算部１３２に出力する（図５の符号１２１１）。
スイッチ部１２２は、制限部９３から出力された第１指令出力信号に対して第２フィルタ部１３３から出力された第２接触検知信号を乗算した第２操作信号を演算部１３２に出力する（図５の符号１２２１）。
【００４５】
演算部１３２は、スイッチ部１２１，スイッチ部１２２から出力された第１操作信号と、第２操作信号とを加算し、その加算した信号を第３指令出力信号としてエアサーボバルブ５に出力する（図５の符号１３２１）。これにより、第３指令出力信号は、操作量βから操作量αに所定の時定数で立ち上がる波形となる。すなわち、第３指令出力信号は、第１指令出力信号から第２指令出力信号に所定の時定数で切り替わる波形となる。これにより、アクチュエータ制御装置７Ａは、アクチュエータ制御装置７と同様に、エアサーボバルブ５に出力する信号を、第１指令出力信号から第２指令出力信号に所定の時定数に従って滑らか且つ迅速に切り替えることができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７Ｂについて、説明する。
図６は、第２の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７Ｂ及び空気圧シリンダ２を備える空圧システム１Ｂの概略構成の一例を示す図である。例えば、空圧システム１Ｂは、半導体チップなどのワークを基板にボンディングする際に、シリンダロッド４０によりワークを吸着させ、基板まで移送する。アクチュエータ制御装置７Ｂは、このボンディング工程において、シリンダロッド４０の先端がワークに接触してからの荷重制御において、微小荷重において荷重制御のゲインを小さく抑え、ワークへの衝撃の発生を抑える。また、アクチュエータ制御装置７は、大荷重でワークを加圧する際には荷重制御のゲインを高くし、シリンダロッド４０の応答性及び精度を確保する。
【００４７】
図６に示すように、空圧システム１は、空気圧シリンダ２、エアサーボバルブ５及びアクチュエータ制御装置７Ｂを備える。図７は、第２の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７Ｂの構成概略の一例を示す図である。
図７に示すように、アクチュエータ制御装置７Ｂは、位置制御部７１、荷重制御部７３Ｂ、演算器８１〜８４、演算部１０１，１０２、荷重演算部１０３、スイッチ部１２１、第１閾値記憶部９４、第２閾値記憶部１１０、タッチ検出部１１１、下降検知部９０、制限部９３及び切替部１３０を備える。
【００４８】
荷重制御部７３Ｂは、シリンダロッド４０の先端がワークに接触すると、演算器８２から出力される荷重偏差信号ΔＨに基づいてＰＩ制御する。荷重制御部７３Ｂは、比例ゲインＫｐ（第１ゲイン）に応じた増幅率で荷重偏差信号ΔＨを増幅することで比例操作信号を生成する。また、荷重制御部７３Ｂは、積分ゲインＫｉ（第２ゲイン）に応じた増幅率で荷重偏差信号ΔＨを増幅することで積分操作信号を生成する。そして、荷重制御部７３Ｂは、生成し比例操作信号と積分操作信号との加算値を第２指令出力信号として出力する。例えば、比例操作信号は、荷重偏差信号ΔＨに比例ゲインＫｐを乗算した信号である。例えば、積分操作信号は、荷重偏差信号ΔＨに積分ゲインＫｉを乗算した信号である。以下、第２の実施形態における荷重制御部７３Ｂについて、具体的に説明する。
【００４９】
図８は、第２の実施形態における荷重制御部７３Ｂの概略構成の一例を示す図である。
荷重制御部７３Ｂは、演算器８５〜８９、スイッチ部２００，２０１、演算部２０２〜２０４、第３フィルタ部３００及び第４フィルタ部３０１を備える。
荷重制御部７３Ｂは、比例ゲインＫｐとして、荷重初期比例ゲインＫｐ（Ｉｎｉｔ）及び荷重最終比例ゲインＫｐ（Ｆｉｎａｌ）を備える。なお、荷重最終比例ゲインＫｐ（Ｆｉｎａｌ）は、荷重初期比例ゲインＫｐ（Ｉｎｉｔ）よりも大きい値である。
【００５０】
演算器８５は、荷重最終比例ゲインＫｐ（Ｆｉｎａｌ）と荷重初期比例ゲインＫｐ（Ｉｎｉｔ）との偏差である荷重比例ゲイン偏差ΔＫｐをスイッチ部２００に出力する。
スイッチ部２００は、タッチ検出部１１１から接触検知信号が入力されている場合に、演算器８５において算出された荷重比例ゲイン偏差ΔＫｐを第３フィルタ部３００に出力する。スイッチ部２００は、タッチ検出部１１１から接触検知信号が入力されていない場合には、荷重比例ゲイン偏差ΔＫｐを第３フィルタ部３００に出力しない。
【００５１】
第３フィルタ部３００は、スイッチ部２００から出力された荷重比例ゲイン偏差ΔＫｐの高周波成分を予め設定された第１時定数で減衰させる、例えばローパスフィルタである。第１フィルタ部１３１は、高周波成分が減衰した荷重比例ゲイン偏差ΔＫｐを演算器８７に出力する。
演算器８７は、第３フィルタ部３００から出力された荷重比例ゲイン偏差ΔＫｐと、荷重初期比例ゲインＫｐ（Ｉｎｉｔ）とを加算し、その加算した値を比例ゲインＫｐとして演算部２０２に出力する。これにより、演算器８７から出力される比例ゲインＫｐは、荷重初期比例ゲインＫｐ（Ｉｎｉｔ）から荷重最終比例ゲインＫｐ（Ｆｉｎａｌ）に第１時定数で切り替わる（図９（ａ））。
【００５２】
演算部２０２は、演算器８２から出力される荷重偏差信号ΔＨに対して、演算器８７から出力される比例ゲインＫｐを乗算することで比例操作信号を生成し、演算器８９に出力する。すなわち、演算部２０２は、第１時定数で荷重初期比例ゲインＫｐ（Ｉｎｉｔ）から荷重最終比例ゲインＫｐ（Ｆｉｎａｌ）に切り替わる比例ゲインＫｐを荷重偏差信号ΔＨに乗算して比例操作信号を生成する。第３フィルタ部３００、演算器８５、スイッチ部２００、演算器８７及び演算部２０２は、第１切替部として構成される。
【００５３】
演算器８６は、荷重最終積分ゲインＫｉ（Ｆｉｎａｌ）と荷重初期積分ゲインＫｉ（Ｉｎｉｔ）との偏差である荷重積分ゲイン偏差ΔＫｉをスイッチ部２０１に出力する。
スイッチ部２０１は、タッチ検出部１１１から接触検知信号が入力されている場合に、演算器８６において算出された荷重積分ゲイン偏差ΔＫｉを第４フィルタ部３０１に出力する。スイッチ部２０１は、タッチ検出部１１１から接触検知信号が入力されていない場合には、荷重積分ゲイン偏差ΔＫｉを第４フィルタ部３０１に出力しない。
【００５４】
第４フィルタ部３０１は、スイッチ部２０１から出力された荷重積分ゲイン偏差ΔＫｉの高周波成分を予め設定された第２時定数で減衰させる、例えばローパスフィルタである。第１フィルタ部１３１は、高周波成分が減衰した荷重積分ゲイン偏差ΔＫｉを演算器８８に出力する。
演算器８８は、第４フィルタ部３０１から出力された荷重積分ゲイン偏差ΔＫｉと、荷重初期積分ゲインＫｉ（Ｉｎｉｔ）とを加算し、その加算した値を積分ゲインＫｉとして演算部２０３に出力する。これにより、演算器８８から出力される積分ゲインＫｉは、荷重初期積分ゲインＫｉ（Ｉｎｉｔ）から荷重最終積分ゲインＫｉ（Ｆｉｎａｌ）に第２時定数で切り替わる（図９（ｂ））。
【００５５】
演算部２０３は、演算器８２から出力される荷重偏差信号ΔＨと、演算器８８から出力される積分ゲインＫｉとの乗算値を演算部２０４に出力する。すなわち、演算部２０３は、第２時定数で荷重初期積分ゲインＫｉ（Ｉｎｉｔ）から荷重最終積分ゲインＫｉ（Ｆｉｎａｌ）に切り替わる積分ゲインＫｉを荷重偏差信号ΔＨに乗算して演算部２０４に出力する。
【００５６】
演算部２０４は、演算部２０３から出力される乗算値を積分することで積分操作信号を演算器８９に出力する。第４フィルタ部３０１、演算器８６、演算器８８、スイッチ部２０１、演算部２０３及び演算部２０４は、第２切替部として構成される。なお、図８において、演算部２０３と演算部２０４とは、互いの位置を入れ替えてもよい。
演算器８９（生成部）は、演算部２０２から出力される比例操作信号と演算部２０４から出力される積分操作信号とを加算し、その加算値を第２指令出力信号として演算器８４に出力する。これにより、位置制御から荷重制御に切替わった際、微小荷重において荷重ゲイン（比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫｉ）を小さく抑えることができるため、衝撃の発生を抑えることができる。また、大荷重でワークを加圧する際には荷重ゲインを高くすることで、シリンダロッド４０の応答性やシリンダロッド４０に対する制御精度を確保することができる。
【００５７】
以下に、第２の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７Ｂの処理の流れについて、説明する。図１０は、第２の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７Ｂの処理の流れを示す図である。
【００５８】
アクチュエータ制御装置７Ｂは、ボンディング工程を開始すると、シリンダロッド４０の位置の指令値（目標値）である位置指令信号と、状態測定部３０から出力される位置信号Ｈｈとの偏差を示す位置偏差信号ΔＨに基づいて生成した第１指令出力信号を第３指令信号としてエアサーボバルブ５に出力する（ステップＳ２０１）。これにより、エアサーボバルブ５は、アクチュエータ制御装置７Ｂからの第１指令出力信号に基づいた圧力エアを第１圧力室２０に供給し、シリンダロッド４０を下降させる。
【００５９】
アクチュエータ制御装置７Ｂは、シリンダロッド４０の先端がワークに接触したか否かを判定する（ステップＳ２０２）。例えば、アクチュエータ制御装置７Ｂは、第１圧力測定値Ｐｈ１と第２圧力測定値Ｐｈ２とに基づいて算出されたピストン５０の総荷重が所定の値を超えた場合に、シリンダロッド４０の先端がワークに接触したと判定する。又は、アクチュエータ制御装置７Ｂは、第１圧力測定値Ｐｈ１と第２圧力測定値Ｐｈ２とに基づいて算出されたピストン５０の総荷重と、第２閾値との差分値が第３閾値を超える場合に、シリンダロッド４０の先端がワークに接触したと判定する。
【００６０】
アクチュエータ制御装置７Ｂは、シリンダロッド４０の先端がワークに接触したと判定されると、位置制御から荷重制御に移行する（ステップＳ２０３）。
アクチュエータ制御装置７Ｂは、演算器８２から出力される荷重偏差信号ΔＨに乗算するゲインを、予め設定された荷重初期比例ゲインＫｐ（Ｉｎｉｔ）から荷重最終比例ゲインＫｐ（Ｆｉｎａｌ）に第１時定数に従って切り替えることで、比例操作信号を生成する（ステップＳ２０４）。
【００６１】
アクチュエータ制御装置７Ｂは、演算器８２から出力される荷重偏差信号ΔＨに乗算するゲインを、予め設定された荷重初期積分ゲインＫｉ（Ｉｎｉｔ）から荷重最終積分ゲインＫｉ（Ｆｉｎａｌ）に第２時定数に従って切り替えることで、積分操作信号を生成する（ステップＳ２０５）。
演算器８９は、生成した比例操作信号と積分操作信号とを加算し、その加算値を第２指令出力信号として演算器８４に出力する（ステップＳ２０６）。
【００６２】
上述したように、第２の実施形態におけるアクチュエータ制御装置７Ｂは、ワークとシリンダロッド４０の先端との接触が検出された場合、比例ゲインＫｐである第１ゲインを、予め設定された荷重初期比例ゲインＫｐ（Ｉｎｉｔ）から荷重最終比例ゲインＫｐ（Ｆｉｎａｌ）に第１時定数に従って切り替える。また、アクチュエータ制御装置７Ｂは、積分ゲインＫｉである第２ゲインを、予め設定された荷重初期積分ゲインＫｉ（Ｉｎｉｔ）から荷重最終積分ゲインＫｉ（Ｆｉｎａｌ）に第２時定数に従って切り替える。これにより、アクチュエータ制御装置７Ｂは、位置制御から荷重制御に切り替わった際、微小荷重において荷重ゲインを小さく抑え、衝撃の発生を抑える。また、アクチュエータ制御装置７Ｂは、大荷重でワークを加圧する際には荷重ゲインを高くし、応答性及び精度を確保する。したがって、アクチュエータ制御装置７Ｂは、生産性の向上と品質の向上とを同時に達成可能である。
【００６３】
なお、上述の実施形態におけるアクチュエータ制御装置は、例えば、シリンダロッド４０を上下動を行うことで被加工物を押圧してプレス加工を行う加工機に適用可能である。
【００６４】
上述した実施形態におけるアクチュエータ制御装置７又はアクチュエータ制御装置７Ｂをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【００６５】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００６６】
特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム及び方法における動作、手順、ステップ及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６７】
１  空圧システム
２  空気圧シリンダ
５  エアサーボバルブ
７  アクチュエータ制御装置
３０  状態測定部
７１  位置制御部
７３  荷重制御部
８１〜８４  演算器
１１１  タッチ検出部
１２１  スイッチ部
１３０  切替部
【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】
2017157108.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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