(57)【要約】      （修正有）【課題】位置決め制御の対象である移動体の位置決め精度をさらに向上する位置決め制御システムおよび周波数特性同定方法を提供する。【解決手段】位置決め対象である移動体が搭載され、駆動制御部９０からの駆動電流指令に基づいて移動体を移動させる移動装置と、移動体と、座標の基準点となる校正マークとを含む画像を撮像する撮像装置６０と、撮像装置からの画像データに基づいて、移動体と構成マークとの座標間隔を算出する画像処理部６００とを有し、駆動電流指令が出力された時刻と駆動電流指令の値とを対応付けた第１の時系列データ、及び駆動電流指令が出力された時刻と画像処理部から出力される座標間隔とを対応付けた第２の時系列データをスペクトル解析して、位相特性およびゲイン特性を取得し、その位相特性およびゲイン特性から移動体の第一の周波数特性を同定する。【選択図】図２
2017004033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決め対象である移動体が搭載され、駆動制御部からの駆動電流指令に基づいて移動体を移動させる移動装置と、
前記移動体と、座標の基準点となる校正マークとを含む画像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置からの画像データに基づいて、前記移動体と前記構成マークとの座標間隔を算出する画像処理部と、
周波数特性同定部と、を有し、
前記周波数特性同定部は、
（１）前記駆動電流指令が出力された時刻と前記駆動電流指令の値とを対応付けた第１の時系列データ、及び前記駆動電流指令が出力された時刻と前記画像処理部から出力される前記座標間隔とを対応付けた第２の時系列データをスペクトル解析して、位相特性およびゲイン特性を取得し、
（２）前記位相特性および前記ゲイン特性から前記移動体の第一の周波数特性を同定することを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置決め制御装置において、
前記周波数特性同定部は、二慣性系モデル式によって第二の周波数特定を同定することを特徴とする位置決め装置。
【請求項３】
請求項１記載の位置決め制御システムにおいて、
前記撮像装置は、前記校正マークと相対的に固定されていることを特徴とする位置決め制御システム。
【請求項４】
請求項１記載の位置決め制御システムにおいて、
前記撮像装置は、前記移動体と一体的に移動されることを特徴とする位置決め制御システム。
【請求項５】
請求項１記載の位置決め制御システムにおいて、
前記撮像装置は、前記移動体までの距離が前記校正マークよりも常に近くなる位置に配置されたことを特徴とする位置決め制御システム。
【請求項６】
請求項４記載の位置決め制御システムにおいて、
前記校正マークは、前記移動体および前記撮像装置の位置によらず、前記撮像装置の撮像範囲内に前記移動体とともに少なくとも１つ入るように１つ以上配置されたことを特徴とする位置決め制御システム。
【請求項７】
駆動電流指令に基づいて、位置決め対象である移動体を移動する移動ステップと、
前記移動体と、座標の基準点となる校正マークとを含む画像を撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで得られた画像データに基づいて、前記移動体と前記構成マークとの座標間隔を算出する画像処理ステップと、
前記駆動電流指令が出力された時刻と前記駆動電流指令の値とを対応付けた第１の時系列データ、及び前記駆動電流指令が出力された時刻と前記画像処理ステップで得られた前記座標間隔とを対応付けた第２の時系列データを取得する第１の取得ステップと、
前記第１の時系列データ、及び前記第２の時系列データをスペクトル解析して、位相特性およびゲイン特性を取得する第２の取得ステップと、
前記位相特性および前記ゲイン特性から前記移動体の第一の周波数特性を同定する周波数特性同定ステップと、を備えたことを特徴とする周波数特性同定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の位置を制御する位置決め制御システムの周波数特性同定方法および位置決め制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の製造装置や各種加工装置などの産業機械においては、装置を構成する移動体の位置決め精度が、製品の品質を決定する大きな要因の一つとして挙げられる。例えば、プリント基板上の所定の位置に電子部品（抵抗やＩＣチップなど）を実装することで、電子基板を生産する部品実装装置（チップマウンタ）においては、移動体である実装ヘッド部の部品吸着ノズルの位置決め精度が、部品実装装置が生産する電子基板の品質に影響する。
【０００３】
こうした部品吸着ノズルの位置決めを行う位置決め制御系の設計や調整においては、機構系や制御系の周波数特性（振動特性もしくは伝達関数）を同定し、その周波数特性に基づいた制御を行う技術が知られている。
【０００４】
また、周波数特性の同定方法としては、移動体を駆動するモータに入力信号（正弦波など）を入力し、入力信号に対する移動体の移動距離を出力信号として、入力信号と出力信号との関係をスペクトル解析（フーリエ変換）することによって周波数特性を同定する方法が知られており、例えば、特許文献１（特開２００５−７３４７６号公報）には、機械にモータによる簡単な模擬外乱トルクを与えて加振し、その位置偏差の振動振幅や振動周波数の応答に基づいて、機械の周波数特性を取得する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−７３４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
機構系や制御系の周波数特性を用いて位置決め制御を行う場合には、制御に用いる周波数特性の精度が位置決め精度に直接影響するため、周波数特性の同定には高い精度が求められる。
【０００７】
しかしながら、上記従来技術においては、例えば、位置決め制御の対象となる移動体としての部品吸着ノズルの先端などと、それらを搭載して移動させる実装ヘッド部との間に生じる振動までは考慮されていないため、同定された周波数特性が、位置決め制御の対象である移動体の特性を直接示しているわけではなく、この点について位置決め制御の精度には改善の余地が残されていた。
【０００８】
本願発明は上記に鑑みてなされたものであり、位置決め制御の対象である移動体の位置決め精度をさらに向上することができる位置決め制御システムおよび周波数特性同定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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、位置決め対象である移動体が搭載され、駆動制御部からの駆動電流指令に基づいて移動体を移動させる移動装置と、前記移動体と、座標の基準点となる校正マークとを含む画像を撮像する撮像装置と、前記撮像装置からの画像データに基づいて、前記移動体と前記構成マークとの座標間隔を算出する画像処理部と、周波数特性同定部と、を有し、前記周波数特性同定部は、(1)前記駆動電流指令が出力された時刻と前記駆動電流指令の値とを対応付けた第１の時系列データ、及び前記駆動電流指令が出力された時刻と前記画像処理部から出力される前記座標間隔とを対応付けた第２の時系列データをスペクトル解析して、位相特性およびゲイン特性を取得し、(2)前記位相特性および前記ゲイン特性から前記移動体の第一の周波数特性を同定するものとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、位置決め制御の対象である移動体の位置決め精度をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の形態に係る位置決め制御システムが適用される部品実装装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】制御装置の詳細を示す機能ブロック図である。
【図３】制御装置の画像処理部の詳細を示す機能ブロック図である。
【図４】カメラにより部品吸着ノズルの先端部および校正マークを撮像する様子を、その関係構成抜き出して拡大し概略的に示す図である。
【図５】カメラにより撮像される画像の一例を模式的に示す図である。
【図６】カメラにより部品吸着ノズルの先端部および校正マークを撮像する様子を、その関係構成抜き出して拡大し概略的に示す図である。
【図７】部品実装装置の各部に発生する振動をモデルを用いて模式的に表したものである。
【図８】部品実装装置の各部の周波数特性を仮想的に分離したブロック線図である。
【図９】第１の実施の形態に係る周波数特性同定処理を示すフローチャートである。
【図１０】第２の実施の形態に係る位置決め制御システムが適用される部品実装装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。
【図１１】第２の実施の形態における部品実装装置の各部に発生する振動をモデルを用いて模式的に表したものである。
【図１２】第２の実施の形態における部品吸着ノズルがプリント基板上の部品配置箇所に部品を実装する様子を模式的に示す図であり、部品吸着ノズルがプリント基板上まで移動する前の状態を示す図である。
【図１３】第２の実施の形態における部品吸着ノズルがプリント基板上の部品配置箇所に部品を実装する様子を模式的に示す図であり、部品吸着ノズルがプリント基板上まで移動した後の状態を示す図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る周波数特性同定処理を示すフローチャートである。
【図１５】部品実装装置について位置決め制御システムで同定したＸ／Ｕの周波数特性の一例を示す図である。
【図１６】部品実装装置について位置決め制御システムで同定したＤｔ／Ｕの周波数特性の一例を示す図である。
【図１７】第３の実施の形態における共振特性を二慣性系のブロック線図で示す図である。
【図１８】第３の実施の形態におけるＤｔ／Ｕの周波数特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１〜図９を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る位置決め制御システムが適用される部品実装装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。図１においては、水平面内に互いに直交する方向にｘ軸及びｙ軸を定義し、ｘ−ｙ平面に直交する方向（鉛直方向）にｚ軸を定義する。
【００１５】
図１において、部品実装装置１００は、実装ヘッド部１０と、実装ヘッド部１０のｘ軸方向の移動を制御するＸ軸ビーム機構１１と、Ｘ軸ビーム機構１１のｙ軸方向の移動を制御することにより実装ヘッド部１０のｙ軸方向の移動を制御するＹ軸ビーム機構１２と、Ｙ軸ビーム機構１２の移動をガイドするＹ軸ガイド機構１３と、実装ヘッド部１０により搬送される搬送物（例えば電子部品）の実装対象となる部材（例えば、プリント基板）を搬送するプリント基板搬送機構４０と、実装ヘッド部１０に搭載される移動体（後述）を撮像する撮像装置としてのカメラ６０と、部品実装装置１００の各構成を支持するための架台３０と、部品実装装置１００の全体の動作を制御する制御装置１９０とにより概略構成されている。
【００１６】
実装ヘッド部１０は、支持部１０ａを介してＸ軸ビーム機構１１に支持されており、Ｘ軸ビーム機構１１に対してｘ軸方向に移動可能に設けられている。また、実装ヘッド部１０は、実装ヘッド部１０をｘ軸方向に駆動させるＸ軸リニアモータ可動子１１１と、実装ヘッド部１０のｘ軸方向の位置を検出するＸ軸位置エンコーダヘッド部１１２とを備えている。
【００１７】
実装ヘッド部１０には、位置決めの制御対象である移動体としての部品吸着ノズル２０が少なくとも１つ以上搭載されている。なお、本実施の形態では１つの部品吸着ノズル２０を搭載した場合を例示して説明する。部品吸着ノズル２０は、その下端に電子部品を真空吸着する機能を有している。また、実装ヘッド部１０は、部品吸着ノズル２０を上下方向に出し入れして移動させる機能を有しており、実装ヘッド部１０が電子部品の上方に配置された状態で、部品吸着ノズル２０を下方に移動させて電子部品に接触させて真空吸着させることにより、電子部品を保持して移動させることができる。
【００１８】
Ｘ軸ビーム機構１１は、ｘ軸に沿う方向に延在するよう設けられており、一端を支持部１１ａを介してＹ軸ビーム機構１２に支持され、他端をＹ軸ビーム機構１２を構成するＹ軸ガイド機構１３のＹ軸リニアガイド１３１に取り付けられるスライドユニット（図示せず）によって支持されている。
【００１９】
Ｘ軸ビーム機構１１は、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１と対になるＸ軸リニアモータ固定子１１３と、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２と対になるＸ軸リニアスケール１１４とを備えている。また、Ｘ軸ビーム機構１１は、Ｘ軸ビーム機構１１をｙ軸方向に駆動させるＹ軸リニアモータ可動子１２１と、Ｘ軸ビーム機構１１のｙ軸方向の位置を検出するＹ軸位置エンコーダヘッド部１２２とを備えている。
【００２０】
Ｘ軸リニアモータ固定子１１３は、実装ヘッド部１０のＸ軸リニアモータ可動子１１１と対向するようにＸ軸ビーム機構１１に沿って配置されており、実装ヘッド部１０は、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１とＸ軸リニアモータ固定子１１３との間に誘起される電磁気力によってＸ軸方向に駆動される。
【００２１】
Ｘ軸リニアスケール１１４は、実装ヘッド部１０のＸ軸位置エンコーダヘッド部１１２と対向するようにＸ軸ビーム機構１１に沿って配置されており、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２は、Ｘ軸リニアスケール１１４が具備する所定の目盛を読み取って電気信号に変換することにより、実装ヘッド部１０のＸ軸方向の絶対位置（正確には、実装ヘッド部１０のＸ軸リニアスケール１１４に対する相対位置から算出される絶対位置）を検出し、制御装置１９０へ出力する。
【００２２】
Ｙ軸ビーム機構１２は、ｙ軸に沿う方向に延在するよう設けられており、その両端を架台３０により支持されている。また、Ｙ軸ビーム機構１２のＹ軸ガイド機構１３もｙ軸に沿う方向に延在するよう設けられており、その両端を架台３０により支持されている。Ｙ軸リニアガイド１３１には、図示しないスライドユニットが取り付けられており、Ｘ軸ビーム機構１１のｙ軸方向への移動をガイドする。
【００２３】
Ｙ軸ビーム機構１２は、Ｙ軸リニアモータ可動子１２１と対になるＹ軸リニアモータ固定子１２３と、Ｙ軸位置エンコーダヘッド部１２２と対になるＹ軸リニアスケール１２４とを備えている。
【００２４】
Ｙ軸リニアモータ固定子１２３は、Ｘ軸ビーム機構１１のＹ軸リニアモータ可動子１２１と対向するようにＹ軸ビーム機構１２に沿って配置されており、Ｘ軸ビーム機構１１は、Ｙ軸リニアモータ可動子１２１とＹ軸リニアモータ固定子１２３との間に誘起される電磁気力によってＹ軸方向に駆動される。
【００２５】
Ｙ軸リニアスケール１２４は、Ｘ軸ビーム機構１１のＹ軸位置エンコーダヘッド部１２２と対向するようにＹ軸ビーム機構１２に沿って配置されており、Ｙ軸位置エンコーダヘッド部１２２は、Ｙ軸リニアスケール１２４が具備する所定の目盛を読み取って電気信号に変換することにより、Ｘ軸ビーム機構１１の絶対位置（正確には、Ｘ軸ビーム機構１１のＹ軸リニアスケール１２４に対する相対位置から算出される絶対位置）を検出し、制御装置１９０へ出力する。
【００２６】
プリント基板搬送機構４０は、部品実装装置１００の内部へプリント基板４１を搬送するものである。プリント基板搬送機構４０の上面には、所定の形状の校正マーク５０が形成されている。
【００２７】
カメラ６０は、プリント基板搬送機構４０の校正マーク５０の上方に、撮像光軸がｚ軸方向下向きになるよう配置され、架台３０に固定されている。カメラ６０は、実装ヘッド部１０が所定の位置にある場合において、部品吸着ノズル２０と校正マーク５０とを含む画像を撮像することができる位置に配置されており、撮像した画像データ（所定のフォーマットに基づく画像データ）を制御装置１９０の画像処理部６００（後の図２，図３等参照）へ出力する。
【００２８】
制御装置１９０は、有線（図示せず）ないし無線により、部品実装装置１００に配置されたＸ軸リニアモータ可動子１１１、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２、Ｙ軸リニアモータ可動子１２１、Ｙ軸位置エンコーダヘッド部１２２、およびカメラ６０といった電気的構成部品と接続されている。
【００２９】
なお、本実施の形態においては、Ｘ軸ビーム機構１１もしくはＹ軸ビーム機構１２は、リニアモータにより実装ヘッド部１０もしくはＸ軸ビーム機構１１を移動させるように構成したがこれに限られず、例えば、ボールねじ機構などを利用して、移動体を移動させる構成であっても良い。
【００３０】
図２は、制御装置の詳細を示す機能ブロック図であり、図３は制御装置画像処理部の詳細を示す機能ブロック図である。
【００３１】
図２において、制御装置１９０は、制御部９０と周波数特性同定部９１とを備えている。なお、周波数特性同定部９１は、制御装置１９０の一つの構成要素であってもよいし、周波数特性同定を実施する時にのみ制御装置１９０に接続する形態であってもよい。
【００３２】
制御部９０は、実装ヘッド移動指令部９０１と、Ｘ軸方向駆動制御部９０２と、Ｙ軸方向駆動制御部９０４とを有している。また、周波数特性同定部９１は、周波数特性同定制御部９１１と、正弦波発生部９１２と、周波数特性演算部９１３とを有している。
【００３３】
実装ヘッド移動指令部９０１は、外部からの指示もしくは内蔵する所定のプログラムおよび所定の電子回路により、位置決め制御システムが適用される部品実装装置１００を制御するものであり、例えば、Ｘ軸方向駆動制御部９０２およびＹ軸方向駆動制御部９０４へ、実装ヘッド部１０の移動目標地点を指示するものである。
【００３４】
Ｘ軸方向駆動制御部９０２は、内部にＸ軸駆動制御パラメタ記憶部９０３を有しており、このＸ軸駆動制御パラメタ記憶部９０３に記憶される制御パラメタおよび制御アルゴリズムに基づいて、正弦波発生部９１２から印加される正弦波信号の大きさに比例した大きさの駆動電流指令を生成し、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１へ出力する。Ｘ軸リニアモータ可動子１１１に駆動電流指令が入力されると、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１とＸ軸リニアモータ固定子１１３との間に電磁気力が誘起され、その電磁気力によって実装ヘッド部１０は移動目標地点まで水平方向（ｘ軸方向）に移動される。また、Ｘ軸方向駆動制御部９０２には、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２からの検出信号（Ｘ軸方向の位置信号）が入力される。
【００３５】
Ｙ軸方向駆動制御部９０４は、内部にＹ軸駆動制御パラメタ記憶部９０５を有しており、このＹ軸駆動制御パラメタ記憶部９０５に記憶される制御パラメタおよび制御アルゴリズムに基づいて、正弦波発生部９１２から印加される正弦波信号の大きさに比例した大きさの駆動電流指令を生成し、Ｙ軸リニアモータ可動子１２１へ出力する。Ｙ軸リニアモータ可動子１２１に駆動電流指令が入力されると、Ｙ軸リニアモータ可動子１２１とＹ軸リニアモータ固定子１２３との間に電磁気力が誘起され、その電磁気力によって実装ヘッド部１０は移動目標地点まで水平方向（Ｙ軸方向）に移動される。また、Ｙ軸方向駆動制御部９０４には、Ｙ軸位置エンコーダヘッド部１２２からの検出信号（Ｙ軸方向の位置信号）が入力される。
【００３６】
周波数特性同定制御部９１１は、予め定められた測定する周波数の範囲（下限値と上限値とからなる）および周波数刻み値Δｆとに基づいて、測定対象の周波数を下限値から上限値まで周波数刻み値Δｆずつ変化させるよう制御するものであり、測定対象の周波数を示す制御信号を、実装ヘッド移動指令部９０１、制限は発生部９１２、および周波数特性演算部９１３に出力する。
【００３７】
正弦波発生部９１２は、周波数特性同定制御部９１１から入力される制御信号（測定対象の周波数）の正弦波信号を生成し、Ｘ軸方向駆動制御部９０２およびＹ軸方向駆動制御部９０４へ出力する。
【００３８】
セレクタ９２ａは、Ｘ軸方向駆動制御部９０２からＸ軸リニアモータ可動子１１１に出力される駆動電流指令と、Ｙ軸方向駆動制御部９０４からＹ軸リニアモータ可動子１２１に出力される駆動電流指令とのいずれか一方を選択し、周波数特性演算部９１３に入力する。
【００３９】
セレクタ９２ｂは、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２から出力の実装ヘッド部１０のＸ軸方向の絶対位置と、Ｙ軸位置エンコーダヘッド部１２２が出力するＹ軸方向の絶対位置とのいずれか一方を選択し、周波数特性演算部９１３に入力する。
【００４０】
画像処理部６００には、カメラ６０で撮像された、部品吸着ノズル２０と校正マーク５０とが含まれる画像が入力される。画像処理部６００は、カメラ６０からの画像データに基づいて、部品吸着ノズル２０の先端部と、校正マーク５０の位置（校正マークの中心位置など）との相対的な位置関係を示す差分ベクトル（言い換えると、部品吸着ノズル２０の先端部と、校正マーク５０の位置の間隔）を算出し、周波数特性演算部９１３に出力する。
【００４１】
画像処理部６００は、カメラデータ入力部６０１と、吸着ノズル先端座標検出部６０２と、校正マーク座標検出部６０３と、座標差分計算器６０４と、論理ＯＲゲート６０５とを有している。
【００４２】
カメラデータ入力部６０１には、カメラ６０によって入力された撮像画像データが入力される。カメラデータ入力部６０１は、カメラ６０からの撮像画像データを、画像処理部６００の内部で処理可能なピクセルデータに変換し、吸着ノズル先端座標検出部６０２および校正マーク座標検出部６０３に変換したピクセルデータを入力する。
【００４３】
吸着ノズル先端座標検出部６０２は、カメラデータ入力部６０１から入力されたピクセルデータに基づいて、部品吸着ノズル２０の先端部の位置を検出し、その座標を出力する機能部である。吸着ノズル先端座標検出部６０２は、入力されたピクセルデータから部品吸着ノズル２０の輪郭を抽出し、さらに、抽出した部品吸着ノズル２０の輪郭から鋭角部を抽出することにより部品吸着ノズル２０の先端部を検出する。なお、部品吸着ノズル２０の先端部の検出方法はこれに限られず、例えば、先端の形状をテンプレートとして用いる、テンプレートマッチング法など既知の方法にて実現することができる。また、吸着ノズル先端座標検出部６０２により検出した部品吸着ノズル２０の先端部の座標（以下、先端部座標と称する）は整数値に限るものではなく、より高精度の処理を目的とする場合には小数点表現とすることが望ましい。
【００４４】
校正マーク座標検出部６０３は、カメラデータ入力部６０１から入力されたピクセルデータに基づいて、校正マーク５０の中心を検出し、その座標（以下、中心座標と称する）を出力する機能部である。校正マーク座標検出部６０３は、入力されたピクセルデータと、校正マーク５０の形状のテンプレートとをパターンマッチングすることで校正マーク５０の中心を検出する。なお、構成マーク５０の検出方法はこれに限られず、例えば、入力されたピクセルデータに基づいて、校正マーク５０上のいずれか一点の座標を、基準座標として検出するようにしても良い。
【００４５】
また、校正マーク５０は、カメラ６０の視野内に存在すれば、周波数特性同定のために用意されたものでなくてもよく、例えば、位置決め装置に存在する特徴点を校正マーク５０とできる。さらに、その特徴点は、仮想的な特徴点であってもよく、例えば、制御目的がカメラ６０の視野中心に位置決め対象を位置決めすることである場合、カメラ６０の視野中心を仮想的な特徴点として用いることができる。
【００４６】
なお、校正マーク５０の中心座標は整数値に限るものではなく、より高精度の処理を目的とする場合には小数点表現とすることが望ましい。
【００４７】
座標差分計算器６０４は、吸着ノズル先端座標検出部６０２にて算出された部品吸着ノズル２０の先端部座標と、校正マーク座標検出部６０３にて算出された校正マーク５０の中心座標との差分、すなわち、中心座標から先端座標に向かうベクトル（以下、差分ベクトルと称する）を算出し、周波数特性同定部９１の周波数特性演算部９１３に出力する。なお、座標差分計算器６０４で算出する差分ベクトルとしては、校正マーク５０上のいずれか一点の座標から先端部座標へ向かうベクトルを差分ベクトルとして算出するように構成しても良い。また、座標差分計算器６０４は、差分ベクトルに替えて中心座標と先端部座標との間隔を算出するようにしても良い。なお、座標差分計算器６０４は、校正マーク座標検出部６０３から校正マークの中心座標として出力される座標が、校正マーク５０上のいずれか一点の座標である場合は、その座標と先端部座標との間隔を算出する。
【００４８】
図４は、カメラにより部品吸着ノズルの先端部および校正マークを撮像する様子を、その関係構成抜き出して拡大し概略的に示す図である。また、図５は、カメラにより撮像される画像の一例を模式的に示す図である。
【００４９】
図４および図５において、カメラ６０は、校正マーク５０と部品吸着ノズル２０の先端とを画像内に含む画像を撮像する。図４において、カメラ６０が撮像する範囲（以下、ＶＩＳＵＡＬと称する）は、破線の四角錐で表される。
【００５０】
図５において、差分ベクトル（ｔｘ，ｔｙ）は、校正マーク５０の中心座標（ｍｘ，ｍｙ）から部品吸着ノズル２０の先端部座標（ｎｘ，ｎｙ）に向かうベクトルである。すなわち、カメラ６０により撮像され、吸着ノズル先端座標検出部６０２により検出される部品吸着ノズル２０の先端部座標（ｎｘ，ｎｙ）と、校正マーク座標検出部６０３により検出される校正マーク５０の中心座標（ｍｘ，ｍｙ）とが座標差分計算器６０４へ出力され、座標差分計算器６０４では、出力された中心座標から先端部座標へ向かうベクトルである差分ベクトル（ｔｘ，ｔｙ）が算出される。
【００５１】
なお、図４においては、単眼のカメラ６０を用いて、校正マーク５０および部品吸着ノズル２０の先端部を撮影する様子を示したが、必ずしも単眼カメラを用いる必要はない。部品吸着ノズル２０の先端部は、校正マーク５０よりもカメラ６０に近い位置にあるため、校正マーク５０の振動振幅よりも部品吸着ノズル２０の先端部の振動振幅の方が、拡大されて撮像される。したがって、より高精度に振動を観測するため、撮像範囲の深度情報を取得できる、例えば、ステレオ視カメラを適用するように構成しても良い。
【００５２】
また、図６に示されるように、部品吸着ノズル２０が電子部品２１を吸着した状態で、周波数特性同定処理を実施するようにしても良い。詳細には、周波数特性同定方法において、カメラ６０は、出力される駆動電流指令の値に応じて移動される電子部品２１を吸着した部品吸着ノズル２０と、校正マーク５０とを撮像する。なお、電子部品２１を吸着する度に周波数特性同定方法を実施する必要はなく、例えば特定種類の電子部品２１の実装を開始した際に、一回もしくは数回、周波数特性同定処理を実施すればよい。
【００５３】
図３に戻る。
【００５４】
正弦波発生部９１２は、所定時間（例えば、測定対象の周波数が測定される時間）以上、正弦波信号を印加させたかを判定されるまで、正弦波信号の印加を継続する。それに伴い、Ｘ軸方向駆動制御部９０２またはＹ軸方向駆動制御部９０４は、所定時間以上、正弦波信号を印加させたかを判定されるまで、駆動電流指令の出力を継続する。
【００５５】
ここで、印加される正弦波信号の値が正である場合は、実装ヘッド部１０はＸ軸方向（またはＹ軸方向）の第一の方向へ移動される。一方、正弦波信号の値が負である場合は、実装ヘッド部１０は第一の方向とは逆方向である第二の方向へ移動される。入力される正弦波信号は、正の値と、負の値とが交互に繰り返し変化する。そのため、正弦波信号が印加され続けることで、実装ヘッド部１０は、第一の方向と第二の方向とを交互に水平方向に繰り返し移動（つまり、往復移動）される。また、カメラ６０は、実装ヘッド部１０が水平方向に往復移動されている間、所定間隔ごとに、移動される部品吸着ノズル２０およびカメラ６０の下方に形成される校正マーク５０を撮像し、撮像することで得られる撮像画像データを画像処理部６００へ出力する。
【００５６】
吸着ノズル先端座標検出部６０２は、部品吸着ノズル２０の先端が撮像されなかった場合など（ｎｘ，ｎｙ）の算出が不能である場合は、検出不能を示す信号（Ｎ／Ｄ１）を論理ＯＲゲート６０５に出力する。
【００５７】
また、校正マーク座標検出部６０３は、校正マーク５０が撮像されなかった場合など（ｍｘ，ｍｙ）の算出が不能である場合は、検出不能を示す信号（Ｎ／Ｄ２）を論理ＯＲゲート６０５に出力する。論理ＯＲゲート６０５は、Ｎ／Ｄ１もしくはＮ／Ｄ２の両方もしくはどちらか一方が入力された場合、ＥＲＲＯＲ信号を、周波数特性演算部９１３へ出力する。
【００５８】
画像処理部６００は、カメラ６０から出力された撮像画像データに基づき、算出した差分ベクトル（または間隔）を周波数特性演算部９１３へ出力する。
【００５９】
周波数特性演算部９１３は、駆動電流指令が出力された時刻と、出力された差分ベクトル（または間隔）と測定対象に印加されている周波数ｆとを対応付けて時系列データｄｔとして記憶部（図示せず）に記憶する。
【００６０】
また、周波数特性演算部９１３は、駆動電流指令が出力された時刻と、Ｘ軸方向駆動制御部９０２が出力する駆動電流指令の値と、測定対象に印加されている周波数ｆとを対応付けて時系列データｕとして記憶部に記憶する。
【００６１】
また、周波数特性演算部９１３は、駆動電流指令が出力された時刻と、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２が出力する実装ヘッド部１０の絶対位置信号と、測定対象に印加されている周波数ｆとを対応付けて時系列データｘとして記憶部に記憶する。
【００６２】
周波数特性演算部９１３は、駆動電流指令が出力された時刻と駆動電流指令の値とを対応付けた第１の時系列データである時系列データｕと、駆動電流指令が出力された時刻と画像処理部６００から出力される差分ベクトル（または間隔）とを対応付けた第２の時系列データである時系列データｄｔとに基づき、周波数特性（第一の周波数特性）を同定する。つまり、周波数特性演算部９１３は、系列データｕと時系列データｄｔとをスペクトル解析（フーリエ変換）し、周波数ｆの位相特性およびゲイン特性を算出する。そして、周波数特性演算部９１３は、測定したすべての周波数（下限値から上限値までの周波数）ごとの位相特性およびゲイン特性から部品実装装置１００の周波数特性（第一の周波数特性）を同定する。
【００６３】
ここで、本実施の形態に係る位置決め制御システムが適用される部品実装装置１００における周波数特性の同定処理について説明する。
【００６４】
図７は、部品実装装置の各部に発生する振動をモデルを用いて模式的に表したものである。なお、部品実装装置の各部に発生する振動を厳密にモデル化すると、必ずしも図７及び図８のように単純な構成にならないが、その場合でも、本発明の周波数特性の同定処理の本質的な部分は同一である。そのため、ここでは、説明を簡単にするために、便宜上、図７及び図８のように、単純化したモデルを用いて説明する。また、図８は、部品実装装置の各部の周波数特性を仮想的に分離したブロック線図である。図７及び図８においては、説明の簡単のため、ｘ軸方向について図示しており、ｙ軸方向については説明を省略する。
【００６５】
図７に示すように、Ｘ軸ビーム機構１１から実装ヘッド部１０までの間に発生する振動をバネモデルＫ１０およびダンパモデルＣ１０によって表現しており、その周波数特性をＧｈとする。また、Ｘ軸ビーム機構１１から校正マーク５０までの間に発生する振動をバネモデルＫ１１およびダンパモデルＣ１１によって表現しており、その周波数特性をＧｍとする。さらに、実装ヘッド部１０と部品吸着ノズル２０の先端との間に発生する振動をバネモデルＫ２０およびダンパモデルＣ２０によって表現しており、その周波数特性をＧｎとする。また、校正マーク５０とカメラ６０との間に発生する振動をバネモデルＫ６０およびダンパモデルＣ６０によって表現しており、その周波数特性をＧｃａとする。
【００６６】
図８に示すように、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１へ入力される駆動電流指令の値を操作量Ｕとし、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２からＸ軸方向駆動制御部９０２へ出力されるＸ軸方向の絶対位置（この絶対位置は、操作量Ｕの駆動電流指令が入力されることで移動された後のＸ軸位置エンコーダヘッド部１１２の絶対位置）を位置応答Ｘとすると、周波数特性Ｇｘは、下記の（式１）を満足する。つまり、周波数特性Ｇｘは、入力である操作量Ｕと、出力であるＸ軸位置エンコーダヘッド部１１２の移動距離との関係を示すものである。
【００６７】
【数１】
2017004033.tif 000003
【００６８】
また、入力を操作量Ｕとし、出力を位置応答Ｈ（位置応答Ｈは、実装ヘッド部１０の絶対位置である）とすると、操作量Ｕと位置応答Ｈとは、下記の（式２）を満足する。
【００６９】
【数２】
2017004033.tif 000004
【００７０】
また、入力を操作量Ｕとし、出力を位置応答Ｎ（位置応答Ｎは、部品吸着ノズル２０の先端の絶対位置）とすると、操作量Ｕと位置応答Ｎとは、下記の（式３）を満足する。
【００７１】
【数３】
2017004033.tif 000005
【００７２】
また、入力を操作量Ｕとし、出力を位置応答Ｍ（位置応答Ｍは、校正マーク５０の絶対位置）とすると、操作量Ｕと位置応答Ｍとは、下記の（式４）を満足する。
【００７３】
【数４】
2017004033.tif 000006
【００７４】
また、入力を操作量Ｕとし、出力を位置応答Ｃ（位置応答Ｃは、カメラ６０の絶対位置）とすると、操作量Ｕと位置応答Ｃとは、下記の（式５）を満足する。
【００７５】
【数５】
2017004033.tif 000007
【００７６】
ここで、（式１）および（式３）から明らかなように、位置応答Ｘから操作量Ｕを除算した周波数特性Ｇｘと、位置応答Ｎを操作量Ｕで除算した周波数特性Ｇｘ・Ｇｈ・Ｇｎとは異なる。そして、操作量Ｕが同一であっても、ＧｈやＧｎのゲイン成分が大きくなるほど、位置応答Ｘと位置応答Ｎとの差が大きくなる。
【００７７】
また、（式１）および（式５）から明らかなように、位置応答Ｘから操作量Ｕを除算した周波数特性Ｇｘと、位置応答Ｃを操作量Ｕで除算した周波数特性Ｇｘ・Ｇｍ・Ｇｃａとは異なる。そして、操作量Ｕが同一であっても、Ｇｃａのゲイン成分が大きくなるほど、位置応答Ｘと位置応答Ｃとの差が大きくなる。
【００７８】
図８において、破線で囲まれた範囲（ＶＩＳＵＡＬ）は、カメラ６０により撮像された撮像画像データに基づき測定される位置応答を示している。
【００７９】
位置応答Ｄｎは、駆動電流指令が出力された時刻と吸着ノズル先端座標検出部６０２にて算出された先端部座標（ｎｘ，ｎｙ）と測定対象に印加されている周波数ｆとを対応付けた時系列データｄｎをフーリエ変換したものである。そして、操作量Ｕ（時系列データｕをフーリエ変換したもの）と位置応答Ｄｎとは、下記の（式６）を満足する。つまり、下記の（式６）は、操作量Ｕを入力した場合の部品吸着ノズル２０の先端の移動距離にカメラ６０の振動が重畳された値を示している。
【００８０】
【数６】
2017004033.tif 000008
【００８１】
また、位置応答Ｄｍは、駆動電流指令が出力された時刻と校正マーク座標検出部６０３により算出された中心座標（ｍｘ，ｍｙ）と、測定対象の周波数ｆとを対応付けた時系列データｄｍをフーリエ変換したものである。そして、操作量Ｕと位置応答Ｄｍとは、下記の（式７）を満足する。つまり、（式７）は、操作量Ｕを入力した場合の校正マーク５０の移動距離にカメラ６０自体の振動が重複された値を示している。
【００８２】
【数７】
2017004033.tif 000009
【００８３】
ここで、部品吸着ノズル２０の先端の移動距離にカメラ６０自体の振動が重畳された値を示す位置応答Ｄｎから、校正マーク５０の移動距離にカメラ６０自体の振動が重複された値を示す位置応答Ｄｍを減算することで、位置応答Ｄｎからカメラ６０自体の振動が除外されると共に、上述した位置応答Ｄｔ、すなわち校正マーク５０と部品吸着ノズル２０の先端の相対的な移動距離（差分ベクトルの移動距離）を得ることができる。周波数特性は、時系列データｄｔをフーリエ変換した位置応答Ｄｔを、時系列データｕをフーリエ変換した操作量Ｕで除算したものである。したがって、周波数特性は、入力を操作量Ｕとし、出力を位置応答Ｄｔとすると、（式６）から（式７）を減算することで得られる下記の（式８）を満足する。
【００８４】
【数８】
2017004033.tif 000010
【００８５】
以上のように構成した本実施の形態の位置決め制御システムにおける周波数特性同定処理の全体の流れを図９を参照しつつ説明する。
【００８６】
図９は、本実施の形態に係る周波数特性同定処理を示すフローチャートである。
【００８７】
図９において、制御装置１９０は、まず、実装ヘッド移動指令部９０１によって、実装ヘッド部１０を校正マーク５０の上方まで移動させる（ステップＳ９０１）。
【００８８】
次に、実装ヘッド部１０によって、部品吸着ノズル２０をＺ軸下方向に延伸させ、部品吸着ノズル２０の先端を校正マーク５０に近付ける（ステップＳ９０２）。
【００８９】
次に、周波数特性同定制御部９１１によって、周波数特性同定に必要な所定の制御パラメタを、Ｘ軸方向駆動制御部９０２に設定する（ステップＳ９０３）。なお、この制御パラメタには、例えば、Ｘ軸方向駆動制御部９０２が、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１に出力する駆動電流指令を生成するための比例倍率が含まれる。なお、画像処理部６００が、差分ベクトルを算出できないと判定された後のステップＳ９０３においては、周波数特性同定制御部９１１は、前回設定した比例倍率よりも小さい値の比例倍率を新たな制御パラメタとして設定する。
【００９０】
次に、カメラ６０によって、画像の撮像を開始する（ステップＳ９０４）。
【００９１】
次に、画像処理部６００によって、カメラ６０から出力された撮像画像データに基づき、校正マーク５０の中心座標から部品吸着ノズル２０の先端部座標へ向かう差分ベクトルを算出し、算出した差分ベクトルを、周波数特性演算部９１３へ出力する（ステップＳ９０５）。なお、画像処理部６００は、差分ベクトルに替えて中心座標（または校正マーク５０上のいずれか一点の座標）と先端部座標との間隔を算出し、算出した間隔を、周波数特性演算部９１３へ出力するようにしても良い。
【００９２】
次に、周波数特性同定制御部９１１によって、測定する周波数の範囲（下限値と上限値とからなる）と、周波数刻み値Δｆとを設定する（ステップＳ９０６）。これにより、周波数特性同定制御部９１１は、周波数刻み値Δｆずつ測定対象の周波数を増加させていき、下限値から上限値までの周波数を測定する。なお、周波数特性同定制御部９１１は、上限値から下限値まで周波数刻み値Δｆを減少させていくことで各周波数を測定するようにしても良い。
【００９３】
次に、周波数特性同定制御部９１１によって、正弦波発生部９１２に発生させる正弦波信号の周波数ｆとして下限値を設定し、設定した周波数ｆを正弦波発生部９１２へ出力する（ステップＳ９０７）。これにより、測定対象の周波数として下限値が設定される。
【００９４】
次に、正弦波発生部９１２によって、設定された周波数ｆの正弦波信号のＸ軸方向駆動制御部９０２へ印加し、Ｘ軸方向駆動制御部９０２は、印加された正弦波信号と対応する駆動電流指令（駆動電流指令の電流は、正弦波信号に比例倍率を乗算した値となる）を生成し、生成した駆動電流指令をＸ軸リニアモータ可動子１１１へ出力する（ステップＳ９０８）。これによって、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１とＸ軸リニアモータ固定子１１３との間に誘起される電磁気力によって実装ヘッド部１０がＸ軸方向に移動される。
【００９５】
次に、周波数特性演算部９１３によって、論理ＯＲゲート６０５からＥＲＲＯＲ信号が出力されているかどうかを判定する（ステップＳ９０９）。ステップＳ９０９での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、周波数特性演算部９１３が、論理ＯＲゲート６０５からＥＲＲＯＲ信号が出力されたと判定する場合には、ステップＳ９０３の処理へ戻る。この場合、ステップＳ９０３において、周波数特性同定制御部９１１は、前回設定した比例倍率よりも小さい値の比例倍率を新たな制御パラメタとして設定する。また、ステップＳ９０９での判定結果がＮＯの場合、すなわち、周波数特性演算部９１３が、論理ＯＲゲート６０５からＥＲＲＯＲ信号が出力されていないと判定する場合には、次のステップＳ９１０へ進む。この処理ステップ（ステップＳ９０９）により、ステップＳ９０３にて設定された制御パラメタ（例えば、比例倍率）が適切な値でない場合に、実装ヘッド部１０の、カメラ６０の撮像範囲（ＶＩＳＵＡＬ）外まで移動してしまうことを防止することができる。
【００９６】
次に、画像処理部６００によって、カメラ６０から出力された撮像画像データに基づき、差分ベクトル（または間隔）を算出し、算出した算出した差分ベクトル（または間隔）を周波数特性演算部９１３へ出力する（ステップＳ９１０）。
【００９７】
次に、周波数特性演算部９１３によって、ステップＳ９０８において駆動電流指令が出力された時刻と、ステップＳ９１０において出力された差分ベクトル（または間隔）と印加させている周波数ｆとを対応付けて時系列データｄｔとして記憶部に記憶し（ステップＳ９１１ａ）、ステップＳ７０８において駆動電流指令が出力された時刻と、ステップＳ７０８において出力された駆動電流指令の値と、印加させている周波数ｆとを対応付けて時系列データｕとして記憶部に記憶し（ステップＳ９１１ｂ）、ステップＳ７０８において駆動電流指令が出力された時刻と、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２が出力する実装ヘッド部１０の絶対位置信号と、印加されている周波数ｆとを対応付けて時系列データｘとして記憶部に記憶する（ステップＳ９１１ｃ）。
【００９８】
次に、正弦波発生部９１２によって、正弦波信号をＸ軸方向駆動制御部９０２へ予め定めた期間以上印加させたかを判定する（ステップＳ９１２）。ステップＳ９１２での判定結果がＮＯの場合、すなわち、予め定めた期間以上、正弦波信号を印加させていないと判定した場合には、ステップＳ７０８へ戻り、ステップＳ９１２での判定結果がＹＥＳとなるまで、正弦波発生部９１２は正弦波信号の印加を継続するとともに、Ｘ軸方向駆動制御部９０２は駆動電流指令の出力を継続する。この場合、駆動電流指令が出力されている間、実装ヘッド部１０は、往復移動される。また、カメラ６０からは、実装ヘッド部１０が往復移動されている期間、所定間隔ごとに撮像画像データが画像処理部６００へ出力される。また、ステップＳ９１２での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、予め定めた期間以上、正弦波信号を印加させていると判定した場合には、設定された周波数ｆの正弦波信号のＸ軸方向駆動制御部９０２への印加を終了し、ステップＳ９１３へ進む。
【００９９】
次に、周波数特性演算部９１３によって、ステップＳ９１１ａで記憶した時系列データｕと時系列データｄｔとをスペクトル解析（フーリエ変換）して、周波数ｆの位相特性およびゲイン特性を算出し、周波数ｆと算出した位相特性とゲイン特性とを対応付けて記憶部に記憶する（ステップＳ９１３）。
【０１００】
次に、周波数特性演算部９１３によって、ステップＳ９０６で設定した上限値まで周波数を測定しているかどうかを判定する（ステップＳ９１４）。ステップＳ９１４での判定結果がＮＯの場合、すなわち、上限値まで周波数を測定していないと判定する場合には、周波数ｆに周波数刻み値Δｆを加算した周波数ｆ（ｆ＝ｆ＋Δｆ）を正弦波発生部９１２に発生させる正弦波信号の周波数として設定し（ステップＳ９１５）、ステップＳ９０８へ戻る。
【０１０１】
また、ステップＳ９１４での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、上限値まで周波数を測定したと判定する場合には、周波数特性演算部９１３によって、ステップＳ９０７〜Ｓ９１５で測定したすべての周波数ごとの位相特性およびゲイン特性から部品実装装置１００の周波数特性を同定し（ステップＳ９１６）、処理を終了する。
【０１０２】
なお、図９において、各処理ステップは、必ずしも各ステップをこの順序で実行する必要はなく、適宜変更可能である。
【０１０３】
例えば、正弦波発生部９１２に替えて乱数信号を発生させる機構を適用し、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１およびＹ軸リニアモータ可動子１２１に与える駆動電流指令と、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２およびＹ軸位置エンコーダヘッド部１２２が出力する絶対位置信号とを解析することにより、所定の周波数に対する特性を解析するようにしても良い。
【０１０４】
また、ステップＳ９１１ｂにて記憶した時系列データｕとステップＳ９１１ｃにて記憶した時系列データｘをスペクトル解析することで、周波数特性Ｇｘ＝Ｘ／Ｕを同定できる。この時、ステップＳ９１１ａ、Ｓ９１１ｂおよびＳ９１１ｃは同時に行うことができる。これにより、周波数特性Ｄｔ／ＵとＧｘは同時に同定でき、同定処理時間が短縮できるようになる。
【０１０５】
また、標本化定理によれば、カメラ６０が有する撮影周波数（サンプリング周波数）の、１／２までの周波数を持つ機構振動の周波数特性を解析できる。しかしながら、一般的な制御系の実現形態である離散化制御系（ディジタル制御系）においては、カメラ６０が画像を撮影するために必要な露光時間や、画像処理部６００の処理時間などによる遅延のために、測定対象周波数ｆが前記撮影周波数に近づくにつれて、算出されるゲイン特性および位相特性に含まれる離散化誤差が大きくなる。そこで、上述した（式５）〜（式７）に、この誤差を補償する補正項を適宜追加する方ようにしても良い。
【０１０６】
また、同定された周波数特性に基づき、Ｘ軸駆動制御パラメタ記憶部９０３に記憶される制御パラメタおよび制御アルゴリズムを決定することで、より高精度な部品吸着ノズル２０の先端部の位置決めを実現できる。例えば、本実施例にかかる部品実装装置１００の周波数特性の同定方法は、部品実装装置１００の製造時に、初期調整として実施できる。これにより、高精度な位置決めを行う部品実装装置１００を製造できるようになる。
【０１０７】
また、本実施の形態では、Ｘ軸方向に関する周波数特性の同定方法について説明したが、Ｙ軸方向についても同様の方法を用いて、部品吸着ノズル２０におけるＹ軸方向の位置決め周波数特性を同定するようにしても良い。これは、信号セレクタ９２ａ，９２ｂによって、信号の接続を切り替えるだけで良い。また、Ｘ軸およびＹ軸方向の周波数特性を、個別に同定する方法に限定する訳ではなく、周波数特性演算部９１３部を二つ以上並列に備えることで、Ｘ軸およびＹ軸方向の周波数特性を同時に同定することが可能なことは言うまでもない。
【０１０８】
また、部品実装装置１００が長期間稼働した後、部品実装装置１００の各構成要素の部材疲労によって、各構成要素の周波数特性が変動する場合がある。これに対しては、例えば所定期間稼働した後に、本実施の形態の周波数特性同定処理を実施するようにしても良い。これにより、部材疲労による特性変更に対応してＸ軸駆動制御パラメタ記憶部９０３に記憶される制御パラメタを調整できるようになる。
【０１０９】
また、本実施の形態の周波数特性同定処理を部品実装装置１００の製造時に、初期調整として実施するようにしても良い。
【０１１０】
また、本実施の形態の周波数特性同定処理は、初期調整だけではなく、実際にユーザが使用する環境に、部品実装装置１００を据え付けた後に実施するようにしても良い。これにより、製造時とユーザが使用する環境とで部品実装装置１００が据え付けられる土台が異なり、架台３０の振動特性が異なるような場合でも、部品実装装置１００の制御対象の位置決め精度を向上させることができるようになる。
【０１１１】
なお、本実施の形態における周波数特性同定処理は、制御装置１９０により実施されるように構成したが、これに限られず、例えば、制御部９０および周波数特性同定部９１に内蔵される所定のプログラムによって自動で実行されてもよいし、オペレータやユーザによって手動で実行されるようにしてもよい。
【０１１２】
以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。
【０１１３】
機構系や制御系の周波数特性を用いて位置決め制御を行う場合には、制御に用いる周波数特性の精度が位置決め精度に直接影響するため、周波数特性の同定には高い精度が求められる。しかしながら、従来の技術においては、例えば、位置決め制御の対象となる移動体としての部品吸着ノズルの先端などと、それらを搭載して移動させる実装ヘッド部との間に生じる振動までは考慮されていないため、同定された周波数特性が、位置決め制御の対象である移動体の特性を直接示しているわけではなく、この点について位置決め制御の精度には改善の余地が残されていた。
【０１１４】
これに対して、本実施の形態においては、位置決め対象である移動体が搭載され、駆動制御部からの駆動電流指令に基づいて移動体を移動させる移動装置と、移動体と、座標の基準点となる校正マークとを含む画像を撮像する撮像装置と、撮像装置からの画像データに基づいて、前記移動体と前記構成マークとの座標間隔を算出する画像処理部とを備え、駆動電流指令が駆動制御部から出力された時刻と駆動電流指令の値とを時系列で対応付けた第１の時系列データ、及び駆動電流指令が駆動制御部から出力された時刻と画像処理部から出力される座標間隔とを時系列で対応付けた第２の時系列データをスペクトル解析して、位相特性およびゲイン特性を取得し、その位相特性およびゲイン特性から移動体の第一の周波数特性を同定するように構成したので、位置決め制御の対象である移動体の位置決め精度をさらに向上することができる。
【０１１５】
すなわち、本実施の形態に係る位置決め制御システムが適用される部品実装装置１００においては、周波数特性演算部９１３が、駆動電流指令が出力された時刻と駆動電流指令の値とを対応付けた第１の時系列データである時系列データｕと、駆動電流指令が出力された時刻と画像処理部６００から出力される間隔とを対応付けた第２の時系列データである時系列データｄｔとに基づき、周波数特性を同定することで、部品実装装置１００の制御対象である部品吸着ノズル２０の位置決め精度を向上できるようになる。
【０１１６】
また、カメラ６０が、駆動電流指令の値に応じて移動される電子部品２１を吸着した部品吸着ノズル２０と、校正マーク５０とを撮像することで、部品吸着ノズル２０が電子部品２１を吸着することによって、部品実装装置１００全体の周波数特性が変化した場合であっても、部品実装装置１００の制御対象の位置決め精度を向上させることができるようになる。
【０１１７】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図１０〜図１４を参照しつつ詳細に説明する。
【０１１８】
本実施の形態は、第１の実施の形態におけるカメラ６０を実装ヘッド部１０に配置し、実装ヘッド部１０と部品吸着ノズル２０とカメラ６０とを一体的に移動するように構成したものである。
【０１１９】
図１０は、本実施の形態に係る位置決め制御システムが適用される部品実装装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。図１０においては、水平面内に互いに直交する方向にｘ軸及びｙ軸を定義し、ｘ−ｙ平面に直交する方向（鉛直方向）にｚ軸を定義する。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１２０】
図１０において、部品実装装置１００Ａは、実装ヘッド部１０と、実装ヘッド部１０のｘ軸方向の移動を制御するＸ軸ビーム機構１１と、Ｘ軸ビーム機構１１のｙ軸方向の移動を制御することにより実装ヘッド部１０のｙ軸方向の移動を制御するＹ軸ビーム機構１２と、Ｙ軸ビーム機構１２の移動をガイドするＹ軸ガイド機構１３と、実装ヘッド部１０により搬送される搬送物（例えば電子部品）の実装対象となる部材（例えば、プリント基板）を搬送するプリント基板搬送機構４０と、実装ヘッド部１０に搭載される移動体（後述）を撮像する撮像装置としてのカメラ６０と、部品実装装置１００Ａの各構成を支持するための架台３０と、部品実装装置１００Ａの全体の動作を制御する制御装置１９０とにより概略構成されている。
【０１２１】
実装ヘッド部１０は、支持部１０ａを介してＸ軸ビーム機構１１に支持されており、Ｘ軸ビーム機構１１に対してｘ軸方向に移動可能に設けられている。また、実装ヘッド部１０は、実装ヘッド部１０をｘ軸方向に駆動させるＸ軸リニアモータ可動子１１１と、実装ヘッド部１０のｘ軸方向の位置を検出するＸ軸位置エンコーダヘッド部１１２とを備えている。
【０１２２】
実装ヘッド部１０には、位置決めの制御対象である移動体としての部品吸着ノズル２０が少なくとも１つ以上搭載されている。なお、本実施の形態では１つの部品吸着ノズル２０を搭載した場合を例示して説明する。部品吸着ノズル２０は、その下端に電子部品を真空吸着する機能を有している。また、実装ヘッド部１０は、部品吸着ノズル２０を上下方向に出し入れして移動させる機能を有しており、実装ヘッド部１０が電子部品の上方に配置された状態で、部品吸着ノズル２０を下方に移動させて電子部品に接触させて真空吸着させることにより、電子部品を保持して移動させることができる。
【０１２３】
プリント基板搬送機構４０は、部品実装装置１００の内部へプリント基板４１を搬送するものである。プリント基板搬送機構４０の上面には、所定の形状の校正マーク５０が複数形成されている。このように、校正マーク５０がプリント基板４１上に複数形成されることで、校正マーク５０が形成される各々の位置にて、中心座標を取得し、周波数特性を同定するのに必要な時系列データｄｔおよび後述する時系列データｄｍを算出できるようになる。また、実装ヘッド部１０の静止位置によって、部品実装装置１０１全体の重心が変動し、部品実装装置１０１の周波数特性が変化する場合であっても、校正マーク５０が形成される各々の位置にて取得した中心座標と対応する時系列データｄｔおよび後述する時系列データｄｍを算出できるようになる。さらに、ある電子部品をプリント基板４１上の所定の部品実装箇所に配置する場合、その部品実装箇所に最も近い校正マーク５０を用いて同定した周波数特性に基づいて、Ｘ軸駆動制御パラメタ記憶部９０３もしくはＹ軸駆動制御パラメタ記憶部９０５に記憶される制御パラメタを切り替えることで、こうした重心の変動に起因する周波数特性の変動によらず、部品吸着ノズル２０の位置決め精度を向上できるようになる。
【０１２４】
カメラ６０は、実装ヘッド部１０の側方に、撮像光軸がｚ軸方向下向きになるよう配置されている。カメラ６０は、部品吸着ノズル２０と校正マーク５０の少なくとも何れか１つとを含む画像を撮像することができる位置に配置されており、撮像した画像データ（所定のフォーマットに基づく画像データ）を制御装置１９０の画像処理部６００へ出力する。
【０１２５】
図１１は、本実施の形態における部品実装装置の各部に発生する振動をモデルを用いて模式的に表したものである。なお、部品実装装置の各部に発生する振動を厳密にモデル化すると、必ずしも図１１のように単純な構成にならないが、その場合でも、本実施例の周波数特性の同定処理の本質的な部分は同一である。そのため、ここでは、説明を簡単にするために、便宜上、図１１のように、単純化したモデルを用いて説明する。なお、図１１においては、説明の簡単のため、ｘ軸方向について図示しており、ｙ軸方向については説明を省略する。
【０１２６】
図１１に示すように、Ｘ軸ビーム機構１１から実装ヘッド部１０までの間に発生する振動をバネモデルＫ１０およびダンパモデルＣ１０によって表現しており、その周波数特性をＧｈとする。また、Ｘ軸ビーム機構１１から校正マーク５０までの間に発生する振動をバネモデルＫ１１およびダンパモデルＣ１１によって表現しており、その周波数特性をＧｍとする。さらに、実装ヘッド部１０と部品吸着ノズル２０の先端との間に発生する振動をバネモデルＫ２０およびダンパモデルＣ２０によって表現しており、その周波数特性をＧｎとする。また、実装ヘッド部１０とカメラ６０との間に発生する振動をバネモデルＫ６０およびダンパモデルＣ６０によって表現しており、その周波数特性をＧｃａとする。
【０１２７】
図１２および図１３は、本実施の形態における部品吸着ノズルがプリント基板上の部品配置箇所に部品を実装する様子を模式的に示す図であり、図１２は部品吸着ノズルがプリント基板上まで移動する前の状態を、図１３は部品吸着ノズルがプリント基板上まで移動した後の状態をそれぞれ示している。
【０１２８】
図１２に示されるように、部品吸着ノズル２０は、プリント基板搬送機構４０と部品吸着ノズル２０または電子部品２１が衝突することを防止するために、上方向に収縮させている。そして、部品吸着ノズル２０の先端部および電子部品２１は、カメラ６０の視野Ｐの外に位置する。
【０１２９】
ここで、加工された各プリント基板４１のばらつきにより、部品配置箇所２２の位置が、プリント基板４１の設計上の位置とずれている場合がある。こうした場合、実施例２における部品実装装置１０１では、まず、カメラ６０で、部品配置箇所２２を撮影し、部品配置箇所２２の位置と設計上の位置とのずれの量を算出する。そして、設計上の位置とのずれの量を用いて、図１３に示されるように、実装ヘッド部１０の移動量に補正を加えることで、加工された各プリント基板４１にばらつきがある場合でも、部品吸着ノズル２０の位置決め精度を向上させることができるようになる。
【０１３０】
以上のように構成した本実施の形態の位置決め制御システムにおける周波数特性同定処理の全体の流れを図１４を参照しつつ説明する。
【０１３１】
図１４は、本実施の形態に係る周波数特性同定処理を示すフローチャートである。図中、第１の実施の形態の図９と同じ処理には同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１３２】
図１４のフローチャートにおいて、図９のフローチャートと異なる点は、ステップＳ９１０に続いて、ステップＳ９１１ａ〜Ｓ９１１ｃの処理に加えて、ステップＳ９１１ｄの処理を実施する点である。
【０１３３】
すなわち、本実施の形態においては、ステップＳ９１０に続いて、周波数特性演算部９１３によって、ステップＳ９０８において駆動電流指令が出力された時刻と、ステップＳ９１０において出力された差分ベクトル（または間隔）と印加させている周波数ｆとを対応付けて時系列データｄｔとして記憶部に記憶し（ステップＳ９１１ａ）、ステップＳ７０８において駆動電流指令が出力された時刻と、ステップＳ７０８において出力された駆動電流指令の値と、印加させている周波数ｆとを対応付けて時系列データｕとして記憶部に記憶し（ステップＳ９１１ｂ）、ステップＳ７０８において駆動電流指令が出力された時刻と、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２が出力する実装ヘッド部１０の絶対位置信号と、印加されている周波数ｆとを対応付けて時系列データｘとして記憶部に記憶し（ステップＳ９１１ｃ）、駆動電流指令が出力された時刻と、画像処理部６００が算出する校正マーク５０の中心座標（ｍｘ，ｍｙ）と、印加されている周波数ｆとを対応付けて時系列データｄｍとして記憶部に記憶する（ステップＳ９１１ｄ）。
【０１３４】
これにより、ステップＳ９１１ｄによって記録される時系列データｕと、時系列データｄｍとをスペクトル解析することで、上記の（式６）で示される、操作量Ｕを入力した場合に発生するカメラ６０の振動を算出できるようになる。
【０１３５】
また、カメラ６０が実装ヘッド部１０に対して振動してしまうと、カメラ６０から撮像される部品配置箇所２２の位置が振動してしまうが、本実施の形態における周波数特性同定処理によれば、時系列データｕと、時系列データｄｍとをスペクトル解析することで、カメラ６０が自身の機構振動を加味した補正量を算出し、実装ヘッド部１０の移動量に補正を加えることができる。
【０１３６】
その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【０１３７】
以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３８】
また、部品吸着ノズル２０とカメラ６０とを一体で移動させるように構成したので、加工された各プリント基板４１にばらつきがある場合でも、部品吸着ノズル２０の位置決め精度をさらに向上させることができる。
【０１３９】
また、カメラ６０が、駆動電流指令の値に応じて移動される部品吸着ノズル２０と、プリント基板４１に複数形成される校正マーク５０のうち、いずれか一つの校正マーク５０とを撮像するように構成したので、重心の変動に起因する周波数特性の変動によらず、部品吸着ノズル２０の位置決め精度を向上できる。
【０１４０】
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図１５〜図１８を参照しつつ詳細に説明する。
【０１４１】
本実施の形態は、第１及び第２の実施の形態において得られる周波数特性のうちカメラの撮影ナイキスト周波数の影響を受ける部分について補正を行うものである。
【０１４２】
図１５および図１６は、第１の実施の形態における部品実装装置１００について、位置決め制御システムで同定した周波数特性の一例を示す図であり、図１５はＸ／Ｕの同定結果を、図１６はＤｔ／Ｕの同定結果をそれぞれ示す図である。なお、図１５及び図１６における横軸（周波数）は、撮影ナイキスト周波数で正規化して示している。
【０１４３】
図１６においては、実際（理想的なシミュレーション結果）のゲイン特性１５１１および位相特性１５１２に対し、位置決め制御システムで同定されたゲイン特性１５１３および位相特性１５１４は、カメラ６０の撮影周波数（サンプリング周波数）の１／２の周波数（以下、撮影ナイキスト周波数と称する）に近づくにつれて、同定誤差が大きくなることがわかる。これは、カメラ６０が画像を撮影するために必要な露光時間や、画像処理部６００の処理時間などによる遅延、また混入する雑音に対するＳ／Ｎが悪くなることによる。
【０１４４】
一方、図１５においては、実際（理想的なシミュレーション結果）のゲイン特性１５０１および位相特性１５０２に対し、位置決め制御システムで同定されたゲイン特性１５０３および位相特性１５０４は、撮影ナイキスト周波数近傍での同定誤差は小さい。これは、制御および位置応答Ｘの検出サンプリング周波数が撮影周波数よりも一般的に高いためである。
【０１４５】
より精度の高い位置決めを行うためには、カメラ６０の撮像によって同定されたＤｔ／Ｕ（図１６参照）が高い同定精度を持つことが望ましい。従って、本実施の形態では、同定した周波数特性を用いて、より精度の高いＤｔ／Ｕの周波数特性を同定する。
【０１４６】
図１６に示すように、周波数特性における共振特性ＢはＤｔ／Ｕでは同定誤差が大きい。この共振特性Ｂは図１５の共振特性Ｂ１のようにＸ／Ｕにも現われる。つまり、この共振特性Ｂ，Ｂ１は二慣性系として表すことができる。
【０１４７】
図１７は、本実施の形態における共振特性を二慣性系のブロック線図で示す図である。
【０１４８】
図１７において、ｓは微分を表すラプラス演算子である。また、Ｍ１，Ｍ２はそれぞれモータ可動子１１１側および負荷（部品吸着ノズル２０またはカメラ６０）側の等価的な質量であり、Ｋｋ及びＣｋはそれぞれＭ１とＭ２の間をつなぐ等価的なバネ及びダンパのモデルである。また、Ｋｃは撮像によるゲインであり、Ｔｃは撮像および画像処理による遅れ時間である。
【０１４９】
図１７に示した二慣性系におけるＸ／Ｕは下記の（式９）により表され、また、にＤｔ／Ｕは下記の（式１０）により表される。
【０１５０】
【数９】
2017004033.tif 000011
【０１５１】
【数１０】
2017004033.tif 000012
【０１５２】
上記に示した二慣性系モデル式である（式９）および（式１０）は、図１５に示したＸ／Ｕの共振特性Ｂ１に基づいてＭ１，ａ１，ａ０，ｂ１，ｂ０の各定数を同定すれば、図１６に示したＤｔ／Ｕの共振特性Ｂは推定可能であることを示している。したがって、測定したＤｔ／Ｕについて、撮像ゲインＫｃおよび時間遅れＴｃを同定することで、撮影ナイキスト周波数付近においても、より精度の高いＤｔ／Ｕの周波数特性を同定する（推定して補完する）ことが可能である。
【０１５３】
ここで、Ｍ１，ａ１，ａ０，ｂ１，ｂ０の各定数は、例えば上記の（式９）より求まる理論的な周波数特性と測定した共振特性Ｂ１の自乗誤差を最小とする最適化演算すれば同定可能である。また、撮像ゲインＫｃおよび時間遅れＴｃは、Ｄｔ／Ｕが精度よく測定できている低い周波数領域の測定結果を用いて同定可能である。
【０１５４】
本実施の形態においては、二慣性系モデル式である（式９）及び（式１０）を用い、測定結果から得られたＸ／Ｕの共振特性に基づいて（式９）の各定数（つまりは（式１０）の各定数）を同定するとともに、測定結果から得られたＤｔ／Ｕのうち精度の高い部分に基づいて（式１０）の撮像ゲインＫｃおよび時間遅れＴｃを同定することにより、二慣性系モデル式から部品実装装置１００の周波数特性（第二の周波数特性）を（推定して）同定する。
【０１５５】
なお、周波数特性の推定は、Ｘ／Ｕの測定結果に表れるすべての共振特性に対して適用可能であるが、撮影ナイキスト周波数から離れて低い周波数になるにつれて、Ｄｔ／Ｕの周波数特性も測定精度が高くなる。そこで、撮影ナイキスト周波数に比べて十分に低い周波数帯ではＤｔ／Ｕの同定結果をそのまま用い、撮影ナイキスト周波数に近い、測定精度の落ちる高い周波数帯においてのみ周波数特性の推定を行うようにすることもできる。この場合、推定により周波数特性の同定を行う周波数帯は、例えば撮影ナイキスト周波数の１／１０以上の周波数とすることなどを予め定めておくことで対応可能である。
【０１５６】
また、本実施の形態においては、撮影ナイキスト周波数以上の周波数帯においても、Ｘ／Ｕが同定可能な周波数帯であれば適用可能である。すなわち、本実施の形態においては、Ｄｔ／Ｕでは直接測定できない撮影ナイキスト周波数以上の周波数帯においても、Ｄｔ／Ｕが同定可能となる。
【０１５７】
図１８は、本実施の形態におけるＤｔ／Ｕの周波数特性の一例を示す図である。図１８における横軸（周波数）は、撮影ナイキスト周波数で正規化して示している。
【０１５８】
図１８に示す周波数特性では、図１６で示した周波数特性に対して、０．２撮影ナイキスト周波数以上の周波数帯域を、推定して補正した場合を示している。図１８における補正した周波数特性１７０１，１７０２は、図１６に示した周波数特性１５１３，１５１４と比較して、広い周波数帯域で精度のよい周波数特性が同定できている。これにより、より精度の高い位置決め制御を実現する制御系の設計が可能となる。
【０１５９】
その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【０１６０】
以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１６１】
なお、ここでは、第１の実施の形態で同定された周波数特性に関して補正を行う場合を例示して説明したが、第２の実施の形態で同定された周波数特性についても同様に補正を行うことができることは言うまでもない。
【０１６２】
以上のように、第１〜第３の実施の形態によって本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更可能である。例えば、部品実装装置１００，１００Ａ以外にも、移動体の位置を決定するための他の位置決め装置など、様々の形態の装置に適用可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１６３】
１０・・・実装ヘッド部，１１・・・Ｘ軸ビーム機構，１１ａ・・・支持部，１２・・・Ｙ軸ビーム機構，１３・・・Ｙ軸ガイド機構，２０・・・部品吸着ノズル，３０・・・架台，４０・・・プリント基板搬送機構，４１・・・プリント基板，５０・・・校正マーク，６０・・・カメラ，９０・・・制御部，９１・・・周波数特性同定部，１００，１００Ａ・・・部品実装装置，１１１・・・Ｘ軸リニアモータ可動子，１１２・・・Ｘ軸位置エンコーダヘッド部，１１３・・・Ｘ軸リニアモータ固定子，１１４・・・Ｘ軸リニアスケール，１２１・・・Ｙ軸リニアモータ可動子，１２２・・・Ｙ軸位置エンコーダヘッド部，１２３・・・Ｙ軸リニアモータ固定子，１２４・・・Ｙ軸リニアスケール，１３１・・・Ｙ軸リニアガイド，９０１・・・実装ヘッド移動指令部，９０２・・・Ｘ軸方向駆動制御部，９０４・・・Ｙ軸方向駆動制御部，９１１・・・周波数特性同定制御部，９１２・・・正弦波発生部，９１３・・・周波数特性演算部，１９０・・・制御装置
【図１】
2017004033.tif 000013
【図２】
2017004033.tif 000014
【図３】
2017004033.tif 000015
【図４】
2017004033.tif 000016
【図５】
2017004033.tif 000017
【図６】
2017004033.tif 000018
【図７】
2017004033.tif 000019
【図８】
2017004033.tif 000020
【図９】
2017004033.tif 000021
【図１０】
2017004033.tif 000022
【図１１】
2017004033.tif 000023
【図１２】
2017004033.tif 000024
【図１３】
2017004033.tif 000025
【図１４】
2017004033.tif 000026
【図１５】
2017004033.tif 000027
【図１６】
2017004033.tif 000028
【図１７】
2017004033.tif 000029
【図１８】
2017004033.tif 000030