JP2010082711A - 表面実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リニアモータを採用した直交ロボットにおいてＹ軸モータ可動子の発熱に起因する熱変形により発生するＸビームの直交関係の崩れを修正できるようにする。
【解決手段】搭載ヘッド１０をＸ軸方向に案内移動させるＸビーム１２を、その両端部にそれぞれ固定されたリニアモータからなる第１、第２Ｙ軸モータ４２Ａ、４２Ｂにより、対応するＹ軸フレーム１４Ａ、１４Ｂに沿ってＹ軸方向に案内移動させる並列駆動式直交ロボットを備えた表面実装装置において、前記第１、第２Ｙ軸モータによりＸビームを任意の目標位置に停止させた際、停止中のＹ軸モータの少なくとも一方に発生しているトルクが、予め設定してある限界値を超えているか否かを判定する判定手段と、前記トルクが限界値を超えていると判定された場合に、該トルクが最小となるように前記ＸビームのＹ軸方向の位置を補正する補正手段４８と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面実装装置、特に搭載ヘッドをＸ方向に移動させるＸビームを、その両端部にそれぞれ固定されたＹ軸モータによりＹ軸方向に移動させる並列駆動方式の直交ロボットについて、熱変形に起因する直交関係のずれを補正する際に適用して好適な表面実装装置に関する。

一般に、表面実装装置では、直交ロボットにより水平方向に移動される搭載ヘッドで電子部品を吸着した後、位置決めされている回路基板上に正確に搭載する機構を備えている。

このような直交ロボットの構成としては、Ｙ軸フレームに対して直交するＸビームを駆動するためのＹ軸モータを、Ｘビームの片方の端部にのみ配置し、他方の端部は自由状態とする片持ち方式と、Ｘビームの両端部にＹ軸モータを配置する並列駆動方式の２種類あることが知られている。

後者の並列駆動方式による直交ロボットにおいては、Ｘビームの両端部にそれぞれ設けられているＹ軸モータを、対応するＹ軸フレームの各々に設けられたリニアスケール（Ｙ軸）における該ビームの相互の位置関係が常に同じ状態になるように制御することにより、直交ロボットの直交関係を常に一定に保つように制御されている。

このような直交ロボットでは、動作中の発熱に起因して直交関係が崩れることがあるが、従来の直交ロボットの熱膨張対策としては、特許文献１に開示されているように、熱膨張に対する負荷変動に対して、機械的な解放機構を設ける技術が知られている。

特開２００８−４８５８号公報

しかしながら、特にリニアモータを採用した並列駆動方式の直交ロボットの場合、Ｘビームの両端部に固定するためのＸビーム固定部材にＹ軸方向動作用のリニアモータ可動子が備えられており、このＹ軸モータ可動子が動作時に発熱するため、それがＸビーム固定部材に直接伝わることになり、その結果、Ｘビーム固定部材と、該部材に取付けられているリニアスケールの読み取りセンサ（以下、ディテクタともいう）との位置関係が、該Ｘビーム固定部材の熱変形により変化することになる。しかも、Ｘビーム固定部材の温度上昇が左右で異なった場合は、リニアスケール自体は一定の位置関係を保っているとしても、Ｘビーム固定部材とディテクタとの間で発生した熱変形量の差が左右で異なることになるため、Ｘビームの直交関係が崩れることになる。

このように直交関係の崩れが発生すると、Ｘビームの機械的な組付け状態に対して、左右のＹ軸モータが無理な力を掛け続けることになるので、移動中のトルクが正常な組付け状態の場合に対して変化してしまうことになり、停止時のダンピング整定に悪影響を及ぼすだけでなく、停止中もある一定のトルクを発生し続けることになるため、無駄な消費電力を発生させることになる。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、リニアモータを採用した並列駆動方式の直交ロボットにおいて、Ｙ軸モータ可動子の発熱に起因する熱変形により発生するＸビームの直交関係の崩れを修正することができる表面実装装置を提供することを課題とする。

本発明は、搭載ヘッドをＸ軸方向に案内移動させるＸビームを、その両端部にそれぞれ固定されたリニアモータからなる第１、第２Ｙ軸モータにより、対応するＹ軸フレームに沿ってＹ軸方向に案内移動させる並列駆動式直交ロボットを備えた表面実装装置において、前記第１、第２Ｙ軸モータによりＸビームを任意の目標位置に停止させた際、停止中のＹ軸モータの少なくとも一方に発生しているトルクが、予め設定してある限界値を超えているか否かを判定する判定手段と、前記トルクが限界値を超えていると判定された場合に、該トルクが最小となるように前記ＸビームのＹ軸方向の位置を補正する補正手段と、を備えたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、前記補正手段が、限界値を超えたトルクを発生しているＹ軸モータを、発生トルクとは逆方向に一定量ずつ、再度発生トルクが逆方向になるまで駆動した後、更に発生トルクが逆方向になるまで微少量ずつ駆動して発生トルクを最小にするようにしてもよい。

本発明によれば、Ｘビームを、その両端部の第１、第２Ｙ軸モータによりＹ軸上の目標位置に移動させて停止した際、停止中にトルクが発生していた場合には、該トルクが最小になるようにＸビームのＹ軸上の位置を、対応するＹ軸モータにより補正するようにしたので、生産動作に伴ってＹ軸モータが取付けられている固定部材の発熱に起因して直交関係が崩れていたとしても、それを容易に補正することができるため、停止時に無駄な電力消費が発生することを防止することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る一実施形態の表面実装装置に適用される並列駆動方式の直交ロボットの概要を示す模式図である。

本実施形態の直交ロボットは、表面実装装置において、基板上に電子部品を搭載する搭載ヘッド１０を、Ｘ軸方向に案内移動させるＸビーム１２と、該Ｘビーム１２をＹ軸方向に案内移動させる左右に対向して配設されているＹ軸フレーム１４Ａ、１４Ｂを備えている。

Ｘビーム１２には、Ｘ軸方向の位置を規定するリニアスケール１６が付設されているとともに、同方向にリニアモータのＸ軸固定子１８が配設され、該Ｘ軸固定子１８と搭載ヘッド１０に取付けられているリニアモータのＸ軸可動子２０とによりＸ軸リニアモータが構成されている。

このＸ軸リニアモータによりＸ軸方向に移動され、位置決めされる搭載ヘッド１０にはリニアスケール１６を読み取るディテクタ２２が取付けられている。

一方、左右のＹ軸フレーム１４Ａ、１４ＢにもＹ軸方向の位置を規定するリニアスケール２４Ａ、２４Ｂが付設されているとともに、同方向にリニアモータのＹ軸固定子２６Ａ、２６Ｂが配設されている。

又、前記搭載ヘッド１０の左右両端部にはＸビーム固定部材２８Ａ、２８Ｂが固定され、各固定部材２８Ａ、２８ＢにはそれぞれリニアモータのＹ軸可動子３０Ａ、３０Ｂが取付けられており、各Ｙ軸可動子３０Ａ、３０Ｂと対応する前記Ｙ軸固定子２６Ａ、２６ＢとによりＹ軸リニアモータ（第１、第２Ｙ軸モータ）が構成されている。

又、左右のＸビーム固定部材２８Ａ、２８Ｂには、左右のＹ軸リニアモータによりＹ軸方向にＸビーム１２を移動させた際の左右のリニアスケール２４Ａ、２４Ｂ上の位置を読み取るディテクタ３２Ａ、３２Ｂがそれぞれ付設されている。

更に、左右のＹ軸フレーム１４Ａ、１４Ｂには、Ｘビーム１２を原点復帰させる際に使用するＹ軸原点センサ３４Ａ、３４Ｂが基準位置に設置されている。なお、図示は省略するがＸビーム１２上にはＸ軸原点センサも設置されている。

図２は、本実施形態の直交ロボットの制御系の概要を示すブロック図である。

前述したようにＸ軸方向に１個、Ｙ軸方向に２個の固定子と、対応する可動子とからなるリニアモータ４０、４２Ａ、４２Ｂを使用し、各リニアモータは各々を動作させるためのサーボアンプ４４、４６Ａ、４６Ｂを持っている。

各サーボアンプは各軸のディテクタ２２、３２Ａ、３２Ｂからの位置情報に基づいてリニアモータ４０、４２Ａ、４２Ｂに対する動作電流をそれぞれ制御するとともに、原点センサからの原点情報を元に機械的原点を確立する。

３個のサーボアンプ４４、４６Ａ、４６Ｂは、軸制御用の基板４８に接続され、該軸制御基板４８に対して位置情報をはじめとする現在の軸の状態を提供するとともに、該軸制御基板からの指令に基づいて位置決め動作や原点復帰動作を行なう。

この軸制御基板４８は、各サーボアンプから与えられる軸の状態を監視しながら、各サーボアンプに対して位置決めの指令を行なうとともに、Ｘビーム１２の直交状態を一定に保つための管理を行なっている。

即ち、この軸制御基板４８は、前記第１、第２Ｙ軸モータによりＸビームを目標位置に停止させた際、停止中のＹ軸モータの少なくとも一方に発生しているトルクが、予め設定してある限界値を超えているか否かを判定する判定手段と、前記トルクが限界値を超えていると判定された場合に、該トルクが最小となるように前記ＸビームのＹ軸方向の位置を補正する補正手段としても機能している。

又、軸制御基板４８は、表面実装装置を管理するマシン制御基板５０と接続されており、接続された各サーボアンプの状態をマシン制御用ＣＰＵに提供するとともに、マシン制御基板からの指令により、各サーボアンプに対する運転指令を与えるようになっている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

先ずは、原点復帰動作として、Ｘビーム１２をＹ軸原点センサ３４Ａ、３４Ｂに一致させるＹ軸の原点復帰方法について説明する。

軸制御基板４８は、マシン制御基板５０からのＹ軸の原点復帰指令を受けると、原点センサ３４Ａ、３４Ｂに向かって左右のＹ軸モータ４２Ａ、４２Ｂに対して同時に移動指令を発する。左右のサーボアンプ４６Ａ、４６Ｂは、各々に設けられたＹ軸原点センサ３４Ａ、３４Ｂが固定部材２８Ａ、２８Ｂの目標位置であるドグを検出することにより、各Ｙ軸上の原点位置を取得する。

軸制御基板４８は、原点復帰時に各Ｙ軸のディテクタ３２Ａ、３２Ｂから受取ったリニアスケールのカウント値の差を記憶し、以降は記憶したカウント値の差をオフセットとして常に維持するように左右のＹ軸モータ４２Ａ、４２Ｂを制御する。左右の原点センサ３４Ａ、３４Ｂは、原点復帰時の左右Ｘビーム固定部材２８Ａ、２８Ｂの位置が機械的な直交状態と一致するように調整されているため、Ｘビーム１２を原点復帰させた時の左右Ｙ軸上の位置関係は機械的な直交関係と一致しており、従ってＸビーム１２の停止時における各Ｙ軸モータ４２Ａ、４２Ｂに発生するトルクはほぼゼロである。

しかしながら、その後に軸移動動作によるＹ軸可動子３０Ａ、３０Ｂの発熱により、Ｘビーム固定部材２８Ａ、２８ＢにおけるＸビーム１２の固定位置とディテクタ３２Ａ、３２Ｂとの距離が左右で異なっていくと、機械的な直交関係が崩れた状態で左右のＹ軸上の位置制御が行なわれることになり、停止時に前記オフセットを維持しているにも関わらず各Ｙ軸モータにトルクが発生するようになる。

そこで、本実施形態では、原点復帰以降は、任意の目標位置へ移動した際の軸停止時に左右Ｙ軸モータが発生するトルクを監視し、予め設定してある一定の限定値以上のトルク（例えば、電流値）が発生した場合に、停止時のトルクが最小となるようにＸビーム１２の左右Ｙ軸上の位置関係を補正するようにする。

次に、この補正方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。

Ｘビーム１２の両端部のいずれか一方、ここでは左側のＹ座標（リニアスケール上の位置）を一定に保ちながら、他方である右側のＹ軸モータを、トルクが発生している方向とは逆方向に駆動し、トルクが現在の状態と逆方向に発生するまで、予め設定されている一定量ずつ移動させ（ステップ１、２）、正しい直交状態に対する大まかなずれ量を把握する。

この大まかな調整によりトルクの発生方向が逆転したら、今度は発生したトルク（絶対値）が最小になるように前とは逆方向に１パルス（微少量）ずつ駆動して移動させていき、再びトルクの発生方向が逆転する位置を求める（ステップ３、４）。

このようにして求まった現時点の左右のリニアスケールのカウント値を記憶し、以降は、例えば次に原点復帰動作が行なわれるまで、記憶された位置関係（左右のオフセット値）を保つように左右のＹ軸モータによる並列駆動制御を行なうようにする。

次に、図４のフローチャートにしたがって、通常の部品搭載を行なう生産時における本実施形態による前記補正処理の実行タイミングを説明する。

前記図１のＸＹロボットの位置へ図示しない基板が搬送され（ステップ１１）、位置決め固定された後、基板マークの認識が行なわれ(ステップ１２)、該基板の位置補正が完了すると、Ｙ軸移動指令に基づくサブルーチン（後述する）により補正が必要か否かの判定が行なわれる（ステップ１３、１４）。

ステップ１４で補正が必要と判定された場合は、搭載動作を一時的に中断し（ステップ１５）、前記図３の補正処理を実行して直交関係を補正した後（ステップ１６）、再度基板マークの認識を行ない、中断したステップから搭載動作を再開し（ステップ１８）、以上の動作を最終搭載点まで繰り返す（ステップ１９）。

次に、前記ステップ１４で補正処理が必要か否かの判定をするための前記ステップ１３のサブルーチンによる処理について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。

判定タイミングとしては、１つの電子部品を搭載するためのＹ軸モータに対する軸移動指令に基づく動作が完了し（ステップ２１）、左右Ｙ軸モータの溜りパルスが指定された基準値より小さくなるまで（ステップ２３）次の軸移動指令が来なかった場合（ステップ２２）には毎回行なうものとする。なお、ここで溜りパルスとは、Ｙ軸モータによりＸビーム１２を目標位置に位置決め停止した際、該目標位置に対応して設定されているパルス数と、実際のパルス数のずれ分をいう。

判定方法としては、左右Ｙ軸モータに発生しているトルク量を調べ、左右Ｙ軸モータのいずれか又は両方が予め設定されている限界値を超えるトルクを発生していた場合に、補正が必要であると判断する（ステップ２４、２５）。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

（１）Ｙ軸モータの停止時に発生しているトルクを監視することにより、直交ロボットの直交関係が温度上昇によって崩れたことを検出し、トルクが最小となるように左右Ｙ軸モータによりＸビーム１２のＹ軸上の位置関係を補正するようにしたので、動作時のトルクの変動を最小にすることができるとともに、停止時の無駄の電力消費の発生を防止することができる。

（２）搭載動作中にＹ軸モータが停止した時のトルクを監視し、停止時のトルクがある設定された限界値を超えた場合に、直交ロボットの直交関係に大きな崩れが発生したとして、直交関係を補正するとともに、基板マークの再認識を実行することにより、直交関係の崩れによる搭載ずれの発生を最小にすることができる。

本発明に係る一実施形態の表面実装装置が備えている直交ロボットの概要を示す模式図 前記直交ロボットの制御系の概要を示すブロック図 本実施形態による補正の手順を示すフローチャート 本実施形態による補正処理の実行タイミングを示すフローチャート 本実施形態による補正処理を実行するか否かの判定の手順を示すフローチャート

符号の説明

１０…搭載ヘッド
１２…Ｘビーム
１４Ａ、１４Ｂ…Ｙ軸フレーム
１６、２４Ａ、２４Ｂ…リニアスケール
１８…Ｘ軸固定子
２０…Ｘ軸可動子
２２、３２Ａ、３２Ｂ…ディテクタ
２６Ａ、２６Ｂ…Ｙ軸固定子
２８Ａ、２８Ｂ…Ｘビーム固定部材
３０Ａ、３０Ｂ…Ｙ軸可動子
３４Ａ、３４Ｂ…Ｙ軸原点センサ

Claims (2)

1. 搭載ヘッドをＸ軸方向に案内移動させるＸビームを、その両端部にそれぞれ固定されたリニアモータからなる第１、第２Ｙ軸モータにより、対応するＹ軸フレームに沿ってＹ軸方向に案内移動させる並列駆動式直交ロボットを備えた表面実装装置において、
   前記第１、第２Ｙ軸モータによりＸビームを任意の目標位置に停止させた際、停止中のＹ軸モータの少なくとも一方に発生しているトルクが、予め設定してある限界値を超えているか否かを判定する判定手段と、
   前記トルクが限界値を超えていると判定された場合に、該トルクが最小となるように前記ＸビームのＹ軸方向の位置を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする表面実装装置。
2. 前記補正手段が、限界値を超えたトルクを発生しているＹ軸モータを、発生トルクとは逆方向に一定量ずつ、再度発生トルクが逆方向になるまで駆動した後、更に発生トルクが逆方向になるまで微少量ずつ駆動して発生トルクを最小にすることを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。

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