(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータなどのモータ類を指令トルクにより駆動して位置制御負荷を目標位置へ移動させて作業対象に当接させる制御時に、指令トルクによって位置ごとに作業対象へ与える加重の制御を行うときに、位置ごとに実測して得たモータ類における各種指令トルクに対する駆動時の加重特性結果を対応させたキャリブレーションテーブルから、あらかじめ設定される作業対象および位置制御負荷の形状，高さなどの特性に応じて、位置ごとに目標の加重値に対応する指令トルクを選択し、選択した指令トルクによりモータ類を駆動することを特徴とするモータ類の加重制御方法。
【請求項２】
前記キャリブレーションテーブルが、同一モータ類における各種指令トルクと、それによる駆動時の加重特性結果を対応させたものであり、このキャリブレーションテーブルから指令トルクを算出することにより加重制御を行うことを特徴とする請求項１記載のモータ類の加重制御方法。
【請求項３】
サーボモータ等のモータ類を指令トルクにより駆動して位置制御負荷を目標位置へ移動させて作業対象に当接させる位置制御手段と、指令トルクによって位置ごとに作業対象へ与える加重を制御する加重制御手段と、位置ごとに加重制御の目標の加重値を設定する加重値設定手段と、位置ごとに実測して得た同一モータ類における各種指令トルクとそれに対応する加重特性結果を対応させたキャリブレーションテーブルと、あらかじめ設定される作業対象および位置制御負荷の形状，高さなどの特性に応じて、位置ごとに設定された目標の加重値に対応する指令トルクを選択してこれを前記加重制御手段に与える指令トルク設定手段と、前記位置制御負荷の作業対象への当接を検出する当接検出手段と、前記当接検出手段による当接の検出があったときモータ類の制御を前記位置制御手段による位置制御から前記加重制御手段による加重制御に切り換える切換手段とを有することを特徴とするモータ類の加重制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータなどの各種モータ類を、指令トルクにより駆動して位置制御負荷を目標位置へ移動させて作業対象に当接させる位置制御時に、指令トルクによって前記位置制御負荷から作業対象へ与える加重の制御を行うモータ類の加重制御方法とその方法を用いた加重制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
位置制御および加重制御は高い位置精度および作業性が必要な、例えば電子部品を取り扱う技術分野で用いられる。このような位置制御には、ベアＩＣチップを回路基板に実装したりする場合の電子部品を取り扱う吸着ノズルなどの位置制御、特に電子部品の高さ寸法の違いに対応した装着高さの制御、あるいはベアＩＣチップの電極部に金属バンプを形成する場合のボンディングツールの位置制御、特に金属線のボンディング位置への押しつけ高さの制御などがある。
【０００３】
加重制御にはコネクタなどの異形部品や、それぞれ加重の許容範囲の異なる電子部品を回路基板上に装着したり、金属線をＩＣチップの電極部に押しつけた状態で超音波振動などによってそれを溶融させて溶着させた後、金属線を前記溶着部から引きちぎって前記電極部上にバンプを形成したりするとき、これらの作業を行う部品取り扱いツールやボンディングツールを作業対象である回路基板やＩＣチップなどに電子部品や金属線を押しつける制御がある。
【０００４】
図５は従来のモータ類の位置決め制御時の加重方法および装置を説明する模式図である。
【０００５】
従来、このような位置制御および加重制御は、部品取り扱いツールやボンディングツールないしはこれらに連結されるねじ軸などの動作部材を、図５に示すような位置制御の対象、つまり位置制御負荷１をＡＣサーボモータやボイスコイルモータなどのモータ２を駆動源として行われる。モータ２は、その時々に必要な方向および速度での移動，停止や当接および当接時の加重を行わせるべき指令トルクＴｅを電流制御部３としてのドライバに与えて駆動制御する。そして、位置制御負荷１は作業対象４に対して矢印方向から加重Ｗを加え押しつける。
【０００６】
図６は図５の位置決め加重制御装置の具体的構成を示すブロック図である。
【０００７】
位置制御は図６に示す位置決めコントロール部５の制御機能によって行われる。追値制御の場合、図５に示す位置制御負荷１を目標位置へ向かわせる指令位置ｂと位置検出部６で検出される現在位置ｃとの差分から位置制御部７で指令速度ｄを生成し、この指令速度ｄと速度検出部８で検出される現在速度ｅとの差分から速度制御部９で、指令位置ｂに到達させるために必要な指令トルクＴｅを生成する。
【０００８】
指令トルクＴｅは制御のオン，オフスイッチ１０を介して電流制御部３のドライバに与えられ、ドライバは受けた指令トルクＴｅに対応した出力電流によりモータ２を駆動して位置制御負荷１を位置制御し、これの連続で目標位置、例えば電子部品を装着する回路基板、あるいは金属バンプを形成するベアＩＣ等の図５に示すような作業対象４に当接する位置へ到達させる。
【０００９】
図５に示す位置制御負荷１が作業対象４に当接したときに現在速度が０になるのに対応して、速度制御部９から出力される指令トルクＴｅが増大する変化によってあたり検出部１１はその当接を検出する。あたり検出部１１は当接を検出すると位置決めコントロール部５の制御を停止させて、加重制御コントロール部１２を働かせる。加重コントロール部１２は目標加重値に対応した所定の指令トルクＴｅ´を電流制御部（ドライバ）３に入力してモータ２がさらに駆動力を得て、作業対象４に当接している位置制御負荷１をさらに押しつけ所定の加重Ｗが達成されるようにする。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子部品の微細化も手伝って、前記位置制御や加重制御のさらなる高精度化が望まれるなか、上記従来のような制御では、加重制御で特に精度不足を招き、十分な信頼性が得られなくなっている。
【００１１】
これにつき、本発明者等が種々に実験し検討を重ねたところ、精度不足に影響する要因は、図７のようにモータの各位置Ｘ（横軸）と同一指令トルクでの発生加重Ｗ（縦軸）との関係で見られるような同一モータ内での位置制御負荷の位置における加重（推力）Ｗの変化がある。具体的には、モータ位置ＸがＡ点とＢ点では、同一の指令トルクにより加重（推力）Ｗを発生させた場合でも、実際の出力はそれぞれＣ点とＤ点といったように異なる。
【００１２】
回路基板に装着したり実装したりするとき、対象とする電子部品の種類が変わることにより高さ寸法の違いにより、モータの加重開始点が変化するが、この場合、前記理由により同一指令トルクにより装着時の加重制御を実施した場合にも、実際に作業対象に加わる加重は異なる事態が発生し、加重制御の精度不良の要因となる。従来の制御方法では前記課題に対応することができないという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記のような新たな検知に基づき、実測した加重特性を制御に反映させた高精度な加重制御ができる信頼性の高いモータ類の位置制御時の加重制御方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明のモータ類の加重制御方法は、サーボモータなどのモータ類を指令トルクにより駆動して位置制御負荷を目標位置へ移動させて作業対象に当接させる制御時に、指令トルクによって位置ごとに作業対象へ与える加重の制御を行うときに、位置ごとに実測して得たモータ類における各種指令トルクに対する駆動時の加重特性結果を対応させたキャリブレーションテーブルから、あらかじめ設定される作業対象および位置制御負荷の形状，高さなどの特性に応じて、位置ごとに目標の加重値に対応する指令トルクを選択し、選択した指令トルクによりモータ類を駆動することを特徴としている。
【００１５】
このように、モータ類の位置制御によって位置制御負荷が作業対象に当接して以降、加重制御を行うのに位置ごとに実測して得た同一モータ類における各種指令トルクに対する加重特性結果を対応させたキャリブレーションテーブルから、位置ごとに目標の加重値に対応するものを選択し適応するので、モータ類から位置制御負荷に至るまでの認識できる、できないに係わらないあらゆるばらつき要素を含む実績データに基づき、位置ごとに目標通りの加重値が高精度に得られる。
【００１６】
本発明のモータ類の加重制御装置は、サーボモータ等のモータ類を指令トルクにより駆動して位置制御負荷を目標位置へ移動させて作業対象に当接させる位置制御手段と、指令トルクによって位置ごとに作業対象へ与える加重を制御する加重制御手段と、位置ごとに加重制御の目標の加重値を設定する加重値設定手段と、位置ごとに実測して得た同一モータ類における各種指令トルクとそれに対応する加重特性結果を対応させたキャリブレーションテーブルと、あらかじめ設定される作業対象および位置制御負荷の形状，高さなどの特性に応じて、位置ごとに設定された目標の加重値に対応する指令トルクを選択してこれを前記加重制御手段に与える指令トルク設定手段と、前記位置制御負荷の作業対象への当接を検出する当接検出手段と、前記当接検出手段による当接の検出があったときモータ類の制御を前記位置制御手段による位置制御から前記加重制御手段による加重制御に切り換える切換手段とを有することを特徴とするものであり、上記本発明の加重制御方法を自動的に達成することができる。
【００１７】
この構成により作業対象が変わり装着高さなどが変化しても、加重コントロール部はモータ類の加重特性を知ることができ、モータ類の加重特性に従った高精度な指令トルクを生成することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態におけるモータ類の位置決め制御時の加重制御方法および装置を示す模式図である。図１において、１３はキャリブレーションデータテーブル記憶部、１４は加重制御手段である。その他、前記従来例の図５と同じ部分には同じ符号で示す。
【００２０】
本実施の形態の加重制御方法に基づき、図１に示す位置制御および加重制御を行う加重制御装置に基づき説明する。
【００２１】
ＡＣサーボモータなどの各種モータ類を指令トルクＴｅにより駆動して目標位置へ移動させて作業対象４に位置制御負荷１を当接させる位置制御時に、指令トルクＴｅによって位置制御負荷１からこれが当接した作業対象４へ与える加重制御を行うのに用いるモータ２において位置制御負荷１によって実測して得た（表１）に示すようなモータ位置Ｐ１〜Ｐｎにおける各種指令トルクＴｅ１〜Ｔｅｎそれぞれによる駆動時の加重特性Ｌ１〜Ｌｎを対応させたキャリブレーションテーブルＣＴ（表１）から、装着時のモータ位置Ｐにおいて加重値Ｌに対応する指令トルクＴｅを選択し、選択した指令トルクＴｅによりモータ２を駆動して加重制御を行う。
【００２２】
【表１】
0004086981.tif 000002
【００２３】
【表２】
0004086981.tif 000003
【００２４】
装着時のモータ位置ＰによりキャリブレーションテーブルＣＴより対応する指令トルクＴｅを選択する場合、あらかじめ種々の作業対象４と位置制御負荷１の高さなどの形状に関する形状データテーブル（ＳＤＴ）をキャリブレーションデータテーブル記憶部１３に（表２）のような形式で記憶しておく。電子部品をプリント基板に実装する場合、モータ２，位置制御負荷１，作業対象４は図２に示すような関係となる。
【００２５】
この中で、モータ類の原点１５ａと基準面１５ｂは装置の製作時に決まり、既知の値であり変化しない。位置制御負荷１と作業対象４およびプリント基板の組み合わせは使用者に任意に選ばれる。プリント基板の厚み１６と部品の高さ１７は既知であらかじめ設定されるため、装着プログラムにより指定される位置制御負荷１と作業対象４の特性を（表２）のＳＤＴより参照し装着高さ１８を計算することにより、キャリブレーションテーブルＣＴを参照する場合のモータ位置Ｐを決定することができる。
【００２６】
図３は本発明の実施の形態における加重制御装置の構成を示すブロック図であり、モータ２の位置制御は、図３に示す位置制御手段２１によって従来と同様に行われればよい。しかし別の方法であってもよい。図３において、１９はキャリブレーションコントロール部、２０はデータテーブル記憶部、２１は位置制御手段、２２は加重値設定手段、２３は指令トルク設定手段、２４は切換手段である。その他の数字，記号は前記図１および図６と同じであるので、その説明を省略する。
【００２７】
図３に示す位置制御手段２１などによる位置制御においてその負荷１が作業対象４に当接して以降加重制御を行うのに、加重制御のための指令トルクＴｅを、前記のように用いるモータ２および位置制御負荷１などにつき実測して得た各種指令トルクＴｅ１〜Ｔｅｎとそれによる駆動時の加重特性結果Ｌ１〜Ｌｎを対応させたキャリブレーションテーブルＣＴから目標の加重値Ｌに対応するものを選択して適応するので、モータ２から位置制御負荷１に至るまでの認識できる、できないに係わらないばらつき要素を含む実績データに基づき、目標通りの加重値Ｌが高精度に達成される。
【００２８】
モータ類の位置制御時の加重制御手段１４は、上記のような位置制御を行うためモータ２を指令トルクＴｅにより駆動して位置制御負荷１を目標位置へ移動させて作業対象に当接させる位置制御手段２１に加え、指令トルクＴｅによってモータ２を駆動し、前記位置制御負荷１からこれが当接した作業対象４へ加える加重を制御する加重制御手段１４としての加重コントロール部１２と、加重制御での目標値を手入力または動作制御プログラムに従い自動で入力して設定する加重値設定手段２２と、前記のように用いるモータ２および位置制御負荷１で実測して得たモータの各位置における各種指令トルクＴｅに対する駆動時の加重特性を対応させたキャリブレーションテーブルＣＴから、動作制御プログラムよりあらかじめ種々の作業対象４と位置制御負荷１の高さなどの形状に関する形状データテーブルＳＤＴを用いて、設定された目標の加重値に対応する指令トルクＴｅを選択しこれを加重コントロール部１２に与える指令トルク設定手段２３と、位置制御負荷１を作業対象４への当接を検出する当接検出手段であるあたり検出部１１と、あたり検出部１１により当接の検出があったときモータ２の制御を位置制御手段２１による位置制御から加重制御手段１４による加重制御に切り換える切換手段２４とを備え、上記のような方法を自動的に達成することができる。
【００２９】
位置制御手段２１は従来通りのものであり、位置制御負荷１を作業対象４に当接させる位置制御は位置決めコントロール部５の制御機能によって行われる。制御は追値制御である。加重値設定手段２２は加重コントロール部１２への設定入力手段を示しているが、操作パネルや加重コントロール部１２などの制御機器内部あるいは外部の記憶手段を記憶した動作プログラムによって設定されるものであってもよい。指令トルク設定手段２３は加重コントロール部１２の内部機能を利用したものでもよいが、外部機器を用いたものでもよい。さらに図３に示す各機器は、作業対象の動作制御を行うマイクロコンピュータの内部機能で代替できるし、それぞれの独立の、あるいは各種に組み合わせ構成した部分的な機器とすることもできる。要は必要な機能が達成されればよい。
【００３０】
加重制御手段１４はさらに、キャリブレーションテーブルＣＴと形状データテーブルＳＤＴを格納した記憶手段としてのデータテーブル記憶部２０を備え、指令トルク設定手段２３は設定された目標の加重値に対応した指令トルクＴｅをデータテーブル記憶部２０に格納されたＣＴ，ＳＤＴを用いて指令トルクＴｅを設定する。これによりその装置につき実測して得たキャリブレーションテーブルＣＴと形状データテーブルＳＤＴを一旦データテーブル記憶部２０に記憶しておけば、その後何らかの変化によりデータ変更が必要になるまで、その時々に必要な加重値の設定を行うだけで自動的に対応できる。
【００３１】
作業機の使用が開始されると、図４のフローチャートに示すようにまず位置制御手段２１により位置決め動作Ｓ１が行われ、目標位置に到達したかどうかのサーチ動作Ｓ２が行われる。具体的には位置制御負荷１を目標位置に向かわせる指令位置ｂと位置検出部６で検出される現在位置ｃとの差分から位置制御部７で速度指令ｄを生成しこの速度指令ｄと速度検出部８で検出される現在速度ｅとの差分から速度制御部９で、指令位置ｂに到達させるために必要な指令トルクＴｅを生成する。
【００３２】
指令トルクＴｅは制御のＯＮ・ＯＦＦスイッチ１０を介してドライバを含む電流制御部３に与えられ、電流制御部３は受けた指令トルクＴｅに従いモータ２を駆動して位置制御負荷１を位置制御し、目標位置、例えば電子部品を装着する回路基板あるいは金属バンプを形成するベアＩＣなどの作業対象４に当接する位置に到達させる。
【００３３】
目標位置に到達して位置制御負荷１が作業対象４に当接したあたりが、あたり検出部１１にて検出されるとＳ３、加重制御手段１４による加重制御に切り換わりＳ４、加重動作が行われる。具体的には、位置制御負荷１が作業対象４に当接したときに現在速度が０になるのに対応して、速度制御部９から出力される指令トルクＴｅが増大する変化によって、あたり検出部１１がその当接を検出する。あたり検出部１１が当接を検出すると位置決めコントロール部５はその後の指令位置などの信号に基づいて所定の指令トルクＴｅ´を電流制御部３に入力しモータ２がさらなる駆動力を得て、位置制御負荷１をそれが当接した制御対象４へ加重を加え所定の加重状態が得られる。加重動作の終了によりリターン動作Ｓ５が行われる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、モータから位置制御負荷に至るまでの認識できる、できないに係わらないあらゆるばらつき要素を含む位置ごとの実測データに基づき、目標通りの加重値が高精度に得られ、装置では特にそのような加重制御を自動的に達成することができる。
【００３５】
また、モータにおける各種指令トルクの変化があっても、そのような加重制御特性に対処したことにより、位置ごとに正確な加重制御を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ類の位置決め制御時の加重制御方法および装置を示す模式図
【図２】モータ類と位置制御負荷，作業対象の関係を表した図
【図３】本発明の実施の形態における加重制御装置の構成を示すブロック図
【図４】キャリブレーションテーブルを利用した場合の位置決め制御およびそれに続く加重制御の一例を示すフローチャート
【図５】従来のモータ類の位置決め制御時の加重制御方法および装置を示す模式図
【図６】図５の方法および装置の具体的構成を示すブロック図
【図７】同一モータの各位置における同一指令トルクに対する加重のばらつき状態を示す図
【符号の説明】
１  位置制御負荷
２  モータ
３  電流制御部
４  作業対象
５  位置決めコントロール部
６  位置検出部
７  位置制御部
８  速度検出部
９  速度制御部
１１  あたり検出部
１２  加重コントロール部
１３  キャリブレーションデータテーブル記憶部
１４  加重制御手段
１９  キャリブレーションコントロール部
２０  データテーブル記憶部
２１  位置制御手段
２２  加重値設定手段
２３  指令トルク設定手段
２４  切換手段
Ｔｅ，Ｔｅ´  指令トルク
【図１】
0004086981.tif 000004
【図２】
0004086981.tif 000005
【図３】
0004086981.tif 000006
【図４】
0004086981.tif 000007
【図５】
0004086981.tif 000008
【図６】
0004086981.tif 000009
【図７】
0004086981.tif 000010