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JP2007018439A - Gantry type XY positioning device - Google Patents

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JP2007018439A
JP2007018439A JP2005201940A JP2005201940A JP2007018439A JP 2007018439 A JP2007018439 A JP 2007018439A JP 2005201940 A JP2005201940 A JP 2005201940A JP 2005201940 A JP2005201940 A JP 2005201940A JP 2007018439 A JP2007018439 A JP 2007018439A
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JP
Japan
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axis
positioning device
gantry
speed
frame
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Application number
JP2005201940A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Nakamura
明彦 中村
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Juki Corp
Original Assignee
Juki Corp
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Publication date
Application filed by Juki Corp filed Critical Juki Corp
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Abstract

【課題】種々の移動パターンにおいて最適な位置決め制御を行うことのできるガントリ型XY位置決め装置を提供する。
【解決手段】 X軸フレーム16のY軸フレーム14A、14B上の位置及び移動対象18のX軸上の位置を制御することにより、該移動対象18をX−Y平面内で移動・位置決め可能としたガントリ型XY位置決め装置GP3において、前記X軸フレーム16のY軸フレーム14A、14B上の位置を制御するためのY軸モータ20A、20Bの制御系内に、X軸フレーム16上での移動対象18の移動等に起因してY軸モータ20A、20Bが受ける外乱トルク相当分を推定するオブザーバ演算部80A、80Bを備え、該オブザーバ演算部80A、80Bでの推定値Teに基づいて、Y軸モータ20A、20Bの駆動指令値Itp(It)を補正する。
【選択図】図1
A gantry type XY positioning device capable of performing optimum positioning control in various movement patterns is provided.
By controlling the position of the X-axis frame 16 on the Y-axis frames 14A and 14B and the position of the moving object 18 on the X-axis, the moving object 18 can be moved and positioned in the XY plane. In the gantry-type XY positioning device GP3, the object to be moved on the X-axis frame 16 is included in the control system of the Y-axis motors 20A and 20B for controlling the position of the X-axis frame 16 on the Y-axis frames 14A and 14B. Observer calculation units 80A and 80B for estimating the amount of disturbance torque received by the Y-axis motors 20A and 20B due to the movement of the Y-axis 18 and the like, and based on the estimated value Te in the observer calculation units 80A and 80B, The drive command value Itp (It) of the motors 20A and 20B is corrected.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、電子部品の実装装置等において用いられるガントリ型XY位置決め装置に関する。   The present invention relates to a gantry type XY positioning device used in an electronic component mounting apparatus or the like.

電子部品を基板に実装するための移載ヘッドや、切削加工等を行うための工具を、XY平面の所定の位置に移動・位置決めするためのXY位置決め装置が広く活用されている。この種のXY位置決め装置の一例として、ガントリ型(門型)のXY位置決め装置が、例えば、特許文献1において開示されている。   An XY positioning device for moving and positioning a transfer head for mounting an electronic component on a substrate and a tool for performing cutting or the like to a predetermined position on an XY plane is widely used. As an example of this type of XY positioning device, a gantry-type (gate-type) XY positioning device is disclosed in, for example, Patent Document 1.

このガントリ型XY位置決め装置GP1は、図5に示されるように、平行に配置された一対のY軸フレーム14A、14B及びX軸フレーム16を備える。X軸フレーム16は、その両端部16A、16BがY軸フレーム14A、14B上に跨った状態で架設されている。X軸フレーム16には、移動対象である移載ヘッド18がスライド自在に組み込まれている。X軸フレーム16のY軸フレーム14A、14B上の位置、及び移載ヘッド18のX軸フレーム16上の位置を制御することにより、該移載ヘッド18をX−Y平面内で移動・位置決めできるようになっている。   This gantry type XY positioning device GP1 includes a pair of Y-axis frames 14A and 14B and an X-axis frame 16 arranged in parallel as shown in FIG. The X-axis frame 16 is constructed with both end portions 16A and 16B straddling the Y-axis frames 14A and 14B. The X-axis frame 16 incorporates a transfer head 18 that is a movement target so as to be slidable. By controlling the position of the X-axis frame 16 on the Y-axis frames 14A and 14B and the position of the transfer head 18 on the X-axis frame 16, the transfer head 18 can be moved and positioned in the XY plane. It is like that.

この位置決め装置GP1は、一対のY軸モータ20A、20Bを備え、このY軸モータ20A、20Bを介してX軸フレーム16のY軸フレーム14A、14B上の位置を制御している。また、この位置決め装置GP1は、X軸フレーム16の端部にX軸モータ22を備え、このX軸モータ22を介して移載ヘッド(移動対象)18のX軸フレーム16上の位置を制御している。   The positioning device GP1 includes a pair of Y-axis motors 20A and 20B, and controls the positions of the X-axis frame 16 on the Y-axis frames 14A and 14B via the Y-axis motors 20A and 20B. The positioning device GP1 includes an X-axis motor 22 at the end of the X-axis frame 16, and controls the position of the transfer head (moving target) 18 on the X-axis frame 16 via the X-axis motor 22. ing.

図5の例においては、移載ヘッド18の駆動にあたって、X軸方向、Y軸方向とも、回転型のX軸モータ22及びY軸モータ20A、20Bを備え、これらのモータ22、20A、20Bとタイミングベルト26A〜26Eとを組み合わせるようにしているが、タイミングベルト26A〜26Eの代わりにボールねじを使用したり、回転型のモータの代わりにリニアモータを使用したりすることもある。   In the example of FIG. 5, for driving the transfer head 18, both the X-axis direction and the Y-axis direction are provided with a rotary X-axis motor 22 and Y-axis motors 20 </ b> A, 20 </ b> B. The timing belts 26A to 26E are combined, but a ball screw may be used instead of the timing belts 26A to 26E, or a linear motor may be used instead of the rotary motor.

X軸フレーム16の両端部16A、16Bは、Y軸フレーム14A、14B上で同期して駆動されなければならない。この具体的な制御に当たっては、一対のY軸フレーム14A、14BのそれぞれにおいてY軸モータ20A、20Bを独立して制御する全軸式の制御方式と、一方のみに着目して精密な制御を行わせ、他方をこれに従属させるマスタ・スレーブ式の制御方式とがある。   Both end portions 16A and 16B of the X-axis frame 16 must be driven synchronously on the Y-axis frames 14A and 14B. In this specific control, precise control is performed by focusing on only one of the all-axis control methods in which the Y-axis motors 20A and 20B are independently controlled in each of the pair of Y-axis frames 14A and 14B. There is a master / slave type control method in which the other is subordinated to this.

しかしながら、この位置決め装置GP1によって位置決めを行う場合、両Y軸フレーム14A、14Bの受ける負荷のバランスが微妙に変化することから、両Y軸モータ20A、20Bの動きに偏差が発生し、位置決め精度や位置決め時間に悪影響を与えるという問題があった。   However, when positioning is performed by the positioning device GP1, the balance of the loads received by both the Y-axis frames 14A and 14B slightly changes, so that a deviation occurs in the movement of both the Y-axis motors 20A and 20B, and positioning accuracy and There was a problem of adversely affecting the positioning time.

これを防ぐ手法として特許文献2に記載された技術が知られている。   As a technique for preventing this, the technique described in Patent Document 2 is known.

図6を用いてこの技術を簡単に説明すると、この特許文献2に係るガントリ型XY位置決め装置GP2では、指令パルス発生部51によって発生された指令パルスが偏差カウンタ52、53に入力されると、Y軸モータ57、58が動作し、偏差カウンタ52、53には偏差A、Bが貯まるようになっている。この偏差A、Bが等しければ一対のY軸間の偏差は零となるが、偏差A、Bが異なった値となると、位置偏差補償装置56で偏差A、Bの差を積分し、符号の異なる補償値K1、K2を算出して偏差A、Bに加算し、速度指令R1、R2を得る。速度指令R1、R2は速度アンプ54、55において増幅され、これによりモータ57、58を駆動すると、左右Y軸フレーム59、60間における位置偏差が積分補償され、定常偏差が零となって該両軸間の位置偏差が解消され得る制御ができる。   This technique will be briefly described with reference to FIG. 6. In the gantry-type XY positioning device GP2 according to Patent Document 2, when the command pulse generated by the command pulse generator 51 is input to the deviation counters 52 and 53, The Y-axis motors 57 and 58 are operated, and the deviations A and B are stored in the deviation counters 52 and 53, respectively. If the deviations A and B are equal, the deviation between the pair of Y axes becomes zero, but if the deviations A and B have different values, the position deviation compensator 56 integrates the difference between the deviations A and B, Different compensation values K1, K2 are calculated and added to the deviations A, B to obtain speed commands R1, R2. The speed commands R1 and R2 are amplified by the speed amplifiers 54 and 55. When the motors 57 and 58 are driven by the speed commands R1 and R2, the position deviation between the left and right Y-axis frames 59 and 60 is integrated and compensated. Control that can eliminate the positional deviation between the axes can be performed.

ここにおいて、速度アンプ54、55は、可変ゲインアンプとされ、位置検出器64で検出した移動対象63のX軸フレーム62上の位置に応じて、そのゲインが調整されるようになっている。この結果、移動対象63のX軸フレーム62上の位置に起因して実質的な速度ループゲインが変化するのが防止される。   Here, the speed amplifiers 54 and 55 are variable gain amplifiers, and their gains are adjusted according to the position on the X-axis frame 62 of the moving object 63 detected by the position detector 64. As a result, the substantial speed loop gain is prevented from changing due to the position of the moving object 63 on the X-axis frame 62.

特願2003−140751号Japanese Patent Application No. 2003-140751 特許第3125015号公報Japanese Patent No. 3125015

しかしながら、この特許文献2にて提案された技術では、図7に示されるように、単にX軸上の移動対象(負荷)の「位置」を検出し、両Y軸に掛かる静的なイナーシャ値に基づいて各軸の速度ループゲインを変更するものであったため、移動対象がX軸上で加速あるいは減速した場合には対応し切れないという問題があった。   However, in the technique proposed in Patent Document 2, as shown in FIG. 7, the “position” of the movement target (load) on the X axis is simply detected, and the static inertia value applied to both Y axes is detected. Since the speed loop gain of each axis is changed on the basis of the above, there is a problem that it is not possible to cope with the case where the moving object is accelerated or decelerated on the X axis.

実際の位置決め時において、目標とする座標が現時点の座標とX軸、Y軸共ずれていれば、移動対象は、当然にX軸上を移動しながらY軸方向に駆動される。移動速度はずれに依存し、大きくずれていれば、それだけ高い加減速度で移動することになる。加減速度が異なれば、各Y軸モータの受ける影響も異なる。   In actual positioning, if the target coordinates are shifted from the current coordinates with the X and Y axes, the moving object is naturally driven in the Y axis direction while moving on the X axis. The movement speed depends on the deviation. If the movement speed is largely deviated, the movement speed increases accordingly. If the acceleration / deceleration is different, the influence of each Y-axis motor is also different.

このため、単純に、移動対象の「X軸上の位置」に依存して速度ループゲインを切り換えるだけでは、種々の移動パターンに対して常に最適な補償をするのは困難であるというのが実状であった。   For this reason, simply changing the speed loop gain simply depending on the “position on the X-axis” of the movement target makes it difficult to always optimally compensate for various movement patterns. Met.

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたもので、移動対象の静的、動的の影響を総合的に考慮し、種々の移動パターンにおいて最適な位置決め制御を行うことのできるガントリ型XY位置決め装置を提供することをその課題としている。   The present invention has been made to solve such a conventional problem, and it is possible to perform optimum positioning control in various movement patterns by comprehensively considering the static and dynamic influences of the movement target. An object of the present invention is to provide a gantry-type XY positioning device that can be used.

本発明は、平行に配置された一対のY軸フレームと、両端部が該Y軸フレーム上に跨って架設されたX軸フレームとを備え、該X軸フレームの前記Y軸フレーム上の位置及び移動対象のX軸上の位置を制御することにより、該移動対象をX−Y平面内で移動・位置決め可能としたガントリ型XY位置決め装置において、該X軸フレームの前記Y軸フレーム上の位置を制御するためのY軸モータの制御系内に、前記X軸フレーム上での前記移動対象の移動等に起因して前記Y軸モータが受ける外乱トルク相当分を推定するオブザーバ演算部を備え、該オブザーバ演算部での推定値に基づいて前記Y軸モータの駆動指令値を補正することにより、上記課題を解決したものである。   The present invention includes a pair of Y-axis frames arranged in parallel and an X-axis frame having both end portions straddling the Y-axis frame, the position of the X-axis frame on the Y-axis frame, and In a gantry-type XY positioning device that can move and position the moving object in the XY plane by controlling the position of the moving object on the X-axis, the position of the X-axis frame on the Y-axis frame is determined. In the control system of the Y-axis motor for controlling, an observer calculation unit that estimates an amount equivalent to the disturbance torque received by the Y-axis motor due to the movement of the moving object on the X-axis frame, The problem is solved by correcting the drive command value of the Y-axis motor based on the estimated value in the observer calculation unit.

本発明では、各Y軸モータに移動対象のX軸方向位置や加減速の影響が及ぶ程度は、結果として、各Y軸モータに掛かる外乱トルクの大小として把握できることに着目した。この知見に基づき、本発明では、Y軸モータの制御系内にオブザーバ演算部を設けてY軸モータが受けるこの外乱トルク相当分を推定し、この推定値に基づいてY軸モータの駆動指令値を補正するようにしている。そのため、移動対象がX軸上のいかなる位置においていかなる加減速をしながら位置決めされる場合でも、常に最適な位置決め制御ができる。   In the present invention, attention has been paid to the fact that the extent of the influence of the X-axis direction position of the movement target and acceleration / deceleration on each Y-axis motor can be grasped as a result of the disturbance torque applied to each Y-axis motor. Based on this knowledge, in the present invention, an observer calculation unit is provided in the control system of the Y-axis motor to estimate the amount corresponding to this disturbance torque received by the Y-axis motor, and based on this estimated value, a drive command value for the Y-axis motor I am trying to correct. Therefore, optimum positioning control can always be performed even when the moving object is positioned at any position on the X axis while performing any acceleration / deceleration.

なお、本発明においては、前記外乱トルク相当分の推定値に基づいて、具体的にどのようにしてY軸モータの駆動指令値を補正するかについては、特に限定されないが、前記Y軸モータの制御系が、該Y軸モータの速度指令値を生成する速度制御部を備える場合には、この外乱トルク相当分の推定値に基づいて、該速度制御部における速度指令ゲインを可変とすることによって前記補正を行うようにするとよい。   In the present invention, there is no particular limitation on how to correct the drive command value of the Y-axis motor based on the estimated value corresponding to the disturbance torque. When the control system includes a speed control unit that generates the speed command value of the Y-axis motor, the speed command gain in the speed control unit is made variable based on the estimated value corresponding to the disturbance torque. The correction may be performed.

又、本発明では、前記外乱トルク相当分の推定値を、前記Y軸モータの制御系の所定の加算点において加算することによって前記補正を行うようにしてもよい。この場合、前記トルク外乱相当分の推定値に基づいて、前記速度制御部における速度指令ゲインを可変とする補正を併用するようにすると一層よい。   In the present invention, the correction may be performed by adding an estimated value corresponding to the disturbance torque at a predetermined addition point of the control system of the Y-axis motor. In this case, it is better to use a correction for varying the speed command gain in the speed control unit based on the estimated value corresponding to the torque disturbance.

本発明は、基本的には、一対のY軸フレームのそれぞれにおいてY軸モータを独立して制御する全軸式の制御方式にも、また、一方のみに着目して精密な制御を行わせ、他方をこれに従属させるマスタ・スレーブ式の制御方式にも適応可能である。しかし、本発明は、これを全軸式の制御方式に適用し、前記補正が、前記一対のY軸フレームにおけるそれぞれのY軸モータにおいて独立してなされるようにすると、一層顕著な作用が得られる。   In the present invention, basically, the all-axis control method for independently controlling the Y-axis motor in each of the pair of Y-axis frames is also allowed to perform precise control by paying attention to only one of the control methods. The present invention can also be applied to a master / slave type control system in which the other is subordinate to this. However, according to the present invention, when this is applied to an all-axis control method and the correction is performed independently in each Y-axis motor in the pair of Y-axis frames, a more remarkable effect can be obtained. It is done.

本発明によれば、移動対象の静的、動的の影響を総合的に考慮し、種々の移動パターンにおいて常に最適な位置決めを行うことができる。   According to the present invention, it is possible to always perform optimum positioning in various movement patterns in consideration of the static and dynamic effects of the movement target.

以下図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1を参照して、本実施形態では、本発明を先に説明したような電子部品の実装装置に係るガントリ型のXY位置決め装置GP3に適用している。但し、本実施形態においては、Y軸モータ20A、20Bの回転出力を(タイミングベルトを介してではなく)ボールネジ30A、30Bを介してX軸フレーム16の両端部16A、16Bに伝達するようにしている。   Referring to FIG. 1, in the present embodiment, the present invention is applied to a gantry-type XY positioning device GP3 according to the electronic component mounting apparatus described above. However, in this embodiment, the rotational outputs of the Y-axis motors 20A and 20B are transmitted to both ends 16A and 16B of the X-axis frame 16 via the ball screws 30A and 30B (not via the timing belt). Yes.

即ち、図1の右側部分に示されるように、このガントリ型XY位置決め装置GP3も、平行に配置された一対のY軸フレーム14及びX軸フレーム16を備える。なお、説明の便宜上、以降、図1の上側のY軸系に対して符号の末尾にAを、下側のY軸系に対して符号の末尾にBを付すことで、各Y軸系を適宜に区別することとする。X軸フレーム16は、その両端部16A、16BがY軸フレーム14A、14B上に跨った状態で架設されており、該X軸フレーム16には移動対象である移載ヘッド18がスライド自在に組み込まれている。   That is, as shown in the right part of FIG. 1, this gantry-type XY positioning device GP3 also includes a pair of Y-axis frame 14 and X-axis frame 16 arranged in parallel. For convenience of explanation, each Y-axis system is denoted by adding A at the end of the reference to the upper Y-axis system of FIG. 1 and B at the end of the reference for the lower Y-axis system. A distinction will be made as appropriate. The X-axis frame 16 is constructed with both end portions 16A and 16B straddling the Y-axis frames 14A and 14B. A transfer head 18 to be moved is slidably incorporated in the X-axis frame 16. It is.

また、この位置決め装置GP3は、一対のY軸モータ20A、20Bを備え、このY軸モータ20A、20Bを介してX軸フレーム16のY軸フレーム14A、14B上の位置を制御している。更に、この位置決め装置GP3は、X軸フレーム16の端部にX軸モータ22を備え、このX軸モータ22を介して移載ヘッド(移動対象)18のX軸フレーム16上の位置を制御している。これにより、該移載ヘッド18はX−Y平面内で自在に移動・位置決めできる。この点は、既に説明した従来例と同様である。   The positioning device GP3 includes a pair of Y-axis motors 20A and 20B, and controls the positions of the X-axis frame 16 on the Y-axis frames 14A and 14B via the Y-axis motors 20A and 20B. Further, the positioning device GP3 includes an X-axis motor 22 at the end of the X-axis frame 16, and controls the position of the transfer head (moving target) 18 on the X-axis frame 16 via the X-axis motor 22. ing. Thereby, the transfer head 18 can be freely moved and positioned in the XY plane. This is the same as the conventional example already described.

しかし、図1の左側部分に示されるように、この実施形態におけるY軸モータ20A、20Bの制御系Cは、移載ヘッド18の種々の移動パターンにおいて最適な位置決め制御を行うために、次のような構成とされている。   However, as shown in the left part of FIG. 1, the control system C of the Y-axis motors 20A and 20B in this embodiment performs the following positioning control in various movement patterns of the transfer head 18. It is set as such.

即ち、この制御系Cは、位置指令部70、位置制御部72A、72B、可変ゲインの速度制御部74A、74B、サーボアンプ部76A、76B、速度検出部78A、78Bを備え、更に、オブザーバ部80A、80Bを備える。   That is, the control system C includes a position command unit 70, position control units 72A and 72B, variable gain speed control units 74A and 74B, servo amplifier units 76A and 76B, speed detection units 78A and 78B, and an observer unit. 80A and 80B are provided.

前記位置指令部70では、移載ヘッド18を駆動・位置決めするための目標位置Ptを指令する。前記位置制御部72A、72Bは、加算点82A、82Bにおいて演算された目標位置Ptと実検出位置Pdとの位置偏差Dpに基づいて目標速度指令値Vtを生成する。前記速度制御部74A、74Bは、加算点84A、84Bにおいて演算された目標速度指令値Vtとエンコーダ32A、32B側からフィードバックされてくる(エンコーダ信号Pdをもとに速度検出部78A、78Bで算出された)実速度ωとの速度偏差Dvに基づいて、目標電流指令値Itを演算する。なお、速度偏差Dvから目標電流指令値Itの演算に当たっては、そのゲインGvが適時に変更されるようになっている(後述)。前記サーボアンプ部76A、76Bは、目標電流指令値Itを、Y軸モータ20A、20Bを駆動し得る大きさItpに増幅する。前記速度検出部78A、78Bは、エンコーダ32A、32Bの実検出位置Pdの時間変化からY軸モータ20A、20Bの実速度ωを算出する。   The position command unit 70 commands a target position Pt for driving and positioning the transfer head 18. The position controllers 72A and 72B generate a target speed command value Vt based on the position deviation Dp between the target position Pt calculated at the addition points 82A and 82B and the actual detection position Pd. The speed controllers 74A and 74B are fed back from the target speed command value Vt calculated at the addition points 84A and 84B and the encoders 32A and 32B (calculated by the speed detectors 78A and 78B based on the encoder signal Pd). The target current command value It is calculated based on the speed deviation Dv from the actual speed ω. In calculating the target current command value It from the speed deviation Dv, the gain Gv is changed in a timely manner (described later). The servo amplifiers 76A and 76B amplify the target current command value It to a magnitude Itp that can drive the Y-axis motors 20A and 20B. The speed detectors 78A and 78B calculate the actual speed ω of the Y-axis motors 20A and 20B from the time change of the actual detection position Pd of the encoders 32A and 32B.

ここで、オブザーバ部80A、80Bの構成について詳細に説明する。   Here, the configuration of the observer units 80A and 80B will be described in detail.

オブザーバ部80A、80Bは、X軸フレーム16上での移載ヘッド(移動対象)18の移動等に起因して前記Y軸モータ20A、20Bが受ける外乱トルク相当分を推定する。図2にそのA系列分(80A)の構成を示す。   The observer units 80A and 80B estimate the amount corresponding to the disturbance torque received by the Y-axis motors 20A and 20B due to the movement of the transfer head (movement target) 18 on the X-axis frame 16. FIG. 2 shows the configuration of the A series (80A).

本実施形態に係るオブザーバ部80Aでは、目標電流指令値ItとY軸モータ20Aのフィードバック実速度ωとを入力要素とし、これに対し、トルク定数ノミナル値Ktnとモータイナーシャノミナル値Jmnを用いて逆演算することで外乱トルク相当分の推定値Teを得るようにしている。なお、図2のブロック内の伝達関数における符号sはラプラス演算子、gは、オブザーバゲイン(ローパスゲイン)を示している。また、ブロック86Aは、ローパスフィルタの機能を果たしている。   In the observer unit 80A according to the present embodiment, the target current command value It and the actual feedback speed ω of the Y-axis motor 20A are used as input elements, while the torque constant nominal value Ktn and the motor inertia nominal value Jmn are reversed. The estimated value Te corresponding to the disturbance torque is obtained by calculation. In the transfer function in the block of FIG. 2, symbol s indicates a Laplace operator, and g indicates an observer gain (low-pass gain). The block 86A functions as a low-pass filter.

図2に示すブロック線図は、微分要素を含むため、実際には、これと等価である図3に示されるようなブロック線図を用いて外乱トルク相当分の推定値Teの推定演算を行なう。なお、B系列においても、A系列のオブザーバ部80Aと全く同様のオブザーバ部80Bが備えられている。   Since the block diagram shown in FIG. 2 includes differential elements, actually, an estimation calculation of the estimated value Te corresponding to the disturbance torque is performed using the block diagram as shown in FIG. 3 which is equivalent to this. . The B series also includes an observer unit 80B that is exactly the same as the A series observer unit 80A.

図1に戻って、オブザーバ部80A、80Bで演算された外乱トルク相当分の推定値Teは、速度制御部74A、74Bに入力され、速度ループゲイン(速度指令ゲイン)Gvの調整・変更に利用される。推定値Teの値が増加した場合には、速度ループゲインGvは高く設定され、一方、推定値Teの値が減少した場合には、速度ループゲインGvは低く設定される。なお、実際にゲインを調整する際には、予め実験的に求めておいた推定値TeとゲインGvとの対応を、Te−Gvテーブルとして用意しておき、推定値Teに応じてゲインGvを切り換えるようにするのが実用的である。   Returning to FIG. 1, the estimated value Te corresponding to the disturbance torque calculated by the observer units 80A and 80B is input to the speed control units 74A and 74B, and is used to adjust / change the speed loop gain (speed command gain) Gv. Is done. When the estimated value Te increases, the speed loop gain Gv is set high. On the other hand, when the estimated value Te decreases, the speed loop gain Gv is set low. When actually adjusting the gain, a correspondence between the estimated value Te and the gain Gv obtained experimentally in advance is prepared as a Te-Gv table, and the gain Gv is set according to the estimated value Te. It is practical to switch.

次に、この実施形態に係るガントリ型XY位置決め装置GP3の作用を、便宜上、そのA系列に着目して説明する。   Next, the operation of the gantry-type XY positioning device GP3 according to this embodiment will be described focusing on the A series for convenience.

位置指令部70からの目標位置Ptとエンコーダ32Aからの実検出位置Pdとの位置偏差Dpが、加算点82Aにおいて算出されると、位置制御部72Aにおいて目標速度指令値Vtが求められる。この目標速度指令値Vtは、加算点84Aにおいて、エンコーダ32A、速度検出部78Aを介してフィードバックされてくるY軸モータ20Aの実速度ωと比較され、その偏差Dvが速度制御部74Aに入力される。この結果、比例制御と積分制御とが併用された形で目標電流指令値Itが生成される。Y軸モータ20Aは、電流値の大小に応じてトルクが増減するものであるため、この目標電流指令値Itは、Y軸モータ20Aに対する目標トルク指令に相当する。その後、目標電流指令値Itは、サーボアンプ部76Aによって電流値Itpに増幅され、Y軸モータ20Aが駆動される。   When the position deviation Dp between the target position Pt from the position command unit 70 and the actual detection position Pd from the encoder 32A is calculated at the addition point 82A, the target speed command value Vt is obtained at the position control unit 72A. This target speed command value Vt is compared with the actual speed ω of the Y-axis motor 20A fed back via the encoder 32A and the speed detector 78A at the addition point 84A, and the deviation Dv is input to the speed controller 74A. The As a result, the target current command value It is generated in a form in which proportional control and integral control are used together. Since the torque of the Y-axis motor 20A increases or decreases depending on the magnitude of the current value, the target current command value It corresponds to a target torque command for the Y-axis motor 20A. Thereafter, the target current command value It is amplified to the current value Itp by the servo amplifier 76A, and the Y-axis motor 20A is driven.

ここで、オブザーバ部80A内にて、実際にモータ20Aに発生したと推定される外乱トルク相当分の推定値Teを求め、この情報をゲイン切換信号として速度制御部74Aに伝達する。   Here, an estimated value Te corresponding to the disturbance torque estimated to be actually generated in the motor 20A is obtained in the observer unit 80A, and this information is transmitted as a gain switching signal to the speed control unit 74A.

速度制御部74A、74Bでは、推定値Teの値に応じ、該推定値Teが増加した場合(外乱トルクが増大したと推定された場合)には、Te−Gvテーブルより、速度ループゲインGvを高く設定してより高めの目標速度指令値Vtを生成し、Y軸モータ20Aの発生トルクを高める。   In the speed control units 74A and 74B, when the estimated value Te increases according to the value of the estimated value Te (when it is estimated that the disturbance torque has increased), the speed loop gain Gv is calculated from the Te-Gv table. A higher target speed command value Vt is generated by setting it higher, and the generated torque of the Y-axis motor 20A is increased.

一方、推定値Teの値が減少した場合(外乱トルクが減少したと推定された場合)には、速度ループゲインGvを低く設定してより低めの目標速度指令値Vtを生成し、Y軸モータ20Aの発生トルクを低める。   On the other hand, when the estimated value Te decreases (when it is estimated that the disturbance torque has decreased), the speed loop gain Gv is set low to generate a lower target speed command value Vt, and the Y-axis motor Reduce the generated torque of 20A.

この実施形態では、推定値Teに基づいて速度ループゲインGvを調整・変更しているようにしているため、簡易で且つ応答性の良い補正ができる。   In this embodiment, since the speed loop gain Gv is adjusted / changed based on the estimated value Te, it is possible to make a simple correction with good responsiveness.

全く同様の作用がB系列のY軸モータ20Bに対してもなされる。   Exactly the same operation is performed for the B-series Y-axis motor 20B.

これにより、移載ヘッド18のX軸フレーム16上の位置や移動の際の加減速等に起因して各Y軸モータ20A、20Bに係る外乱トルクの影響を効果的に相殺した制御を行うことができるようになり、最適な位置決め制御が可能となる。   As a result, control that effectively cancels the influence of disturbance torque on the Y-axis motors 20A and 20B due to the position of the transfer head 18 on the X-axis frame 16 and acceleration / deceleration during movement is performed. Thus, optimum positioning control is possible.

なお、上記実施形態においては、Y軸モータ端のエンコーダによる制御を例として説明したが、リニヤエンコーダを使用したフルクローズド制御での適用も当然可能である。   In the above embodiment, the control by the encoder at the Y-axis motor end has been described as an example, but it is naturally possible to apply the control in the fully closed control using the linear encoder.

また、上記実施形態においては、オブザーバ部で演算した外乱トルク相当分の推定値を、速度制御部でのゲイン調整に利用した例が示されていたが、本発明においては、この推定値を具体的にどのように利用してY軸モータの駆動指令値の補正に反映させるかに関しては、特にこの例に限定されず、要は、結果としてY軸モータの最終的な駆動指令値(上記実施形態の場合はItp)が調整・変更されればよい。例えば、この推定値を利用して、位置制御部72A、72Bでの比例ゲインを変更してもよく、また、サーボアンプ部76A、76Bでの電流増幅のゲインを変更するようにしてもよい。   Further, in the above embodiment, an example in which the estimated value corresponding to the disturbance torque calculated in the observer unit is used for gain adjustment in the speed control unit has been shown. In particular, it is not limited to this example as to how it is reflected in the correction of the drive command value of the Y-axis motor. In short, the final drive command value of the Y-axis motor (as described above) In the case of the configuration, it is only necessary to adjust / change Itp). For example, by using this estimated value, the proportional gain in the position control units 72A and 72B may be changed, or the gain of current amplification in the servo amplifier units 76A and 76B may be changed.

更には、例えば、図4に示されるように、オブザーバゲイン(ローパスゲイン)gを充分に高くすることが可能なガントリ型XY位置決め装置GP4の場合には、この推定値を、何れかの加算点(図示の例では加算点90A、90B)に制御信号として加算するような構成を採用してもよい。この場合には、推定値をよりきめ細かにY軸モータ20A、20Bの制御に反映させることができる。   Further, for example, as shown in FIG. 4, in the case of a gantry type XY positioning device GP4 capable of sufficiently increasing the observer gain (low-pass gain) g, this estimated value is set to any addition point. (In the example shown in the figure, a configuration may be adopted in which addition points 90A and 90B) are added as control signals. In this case, the estimated value can be reflected more finely in the control of the Y-axis motors 20A and 20B.

本発明は、上記実施形態に例示されるように、これを全軸式の制御方式に適用し、推定値による補正が、一対のY軸モータのそれぞれに対して独立してなされるように構成したときに特に顕著な作用が得られる。しかしながら、本発明の適用対象は、必ずしも全軸式の制御方式を採用している位置決め装置のみに限定されるわけではなく、一方のY軸モータのみに着目して精密な制御を行わせ、他方をこれに従属させるマスタ・スレーブ式の制御方式に適用しても「マスタ側で外乱トルクの増減の相殺された制御ができるようになる」という点で、相応の効果が得られる。また、各軸の制御干渉がないという点では、むしろマスタ・スレーブ式の制御方式の方が優れていることから、適用対象によっては充分有益な効果が得られる。   As exemplified in the above-described embodiment, the present invention is applied to an all-axis control method, and the correction by the estimated value is performed independently for each of the pair of Y-axis motors. In particular, a remarkable effect can be obtained. However, the application target of the present invention is not necessarily limited to only a positioning device that employs an all-axis control method, and allows precise control by focusing only on one Y-axis motor. Even if it is applied to a master / slave type control system that depends on the above, a corresponding effect can be obtained in that the control on the master side can cancel the increase / decrease in disturbance torque. In addition, the master / slave control method is rather superior in that there is no control interference of each axis, and therefore a sufficiently beneficial effect can be obtained depending on the application target.

電子部品を基板に実装するための移載ヘッドや、切削加工等を行うための工具を、XY平面の所定の位置に移動・位置決めするための、ガントリ型のXY位置決め装置に広く適用できる。   The present invention can be widely applied to a gantry-type XY positioning device for moving and positioning a transfer head for mounting electronic components on a substrate and a tool for performing cutting and the like to a predetermined position on an XY plane.

本発明の一実施形態に係るガントリ型XY位置決め装置の全体構成を模式的に示すブロック図The block diagram which shows typically the whole structure of the gantry type XY positioning device which concerns on one Embodiment of this invention. 同装置のオブザーバ部の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of the observer section of the equipment 図2のオブザーバ部と等価のブロック図Block diagram equivalent to the observer part of FIG. 本発明の他の実施形態に係るガントリ型XY位置決め装置の全体構成を模式的に示す図1相当のブロック図1 is a block diagram corresponding to FIG. 1 schematically showing the overall configuration of a gantry-type XY positioning device according to another embodiment of the present invention. 特許文献1に記載のガントリ型XY位置決め装置の全体構成を示す斜視図The perspective view which shows the whole structure of the gantry type | mold XY positioning apparatus of patent document 1 特許文献2に記載のガントリ型XY位置決め装置の全体構成を模式的に示すブロック図Block diagram schematically showing the overall configuration of the gantry-type XY positioning device described in Patent Document 2 図6の装置において用いられているモータのイナーシャ特性を示すグラフThe graph which shows the inertia characteristic of the motor used in the apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

14A、14B…Y軸フレーム
16…X軸フレーム
16A、16B…両端部
18…移載ヘッド(移動対象)
20A、20B…Y軸モータ
22…X軸モータ
30A、30B…ボールねじ
32A、32B…エンコーダ
70…位置指令部
72A、72B…位置制御部
74A、74B…可変ゲイン速度制御部
76A、76B…サーボアンプ部
78A、78B…速度検出部
80A、80B…オブザーバ部
14A, 14B ... Y-axis frame 16 ... X-axis frame 16A, 16B ... Both ends 18 ... Transfer head (moving target)
20A, 20B ... Y-axis motor 22 ... X-axis motor 30A, 30B ... Ball screw 32A, 32B ... Encoder 70 ... Position command unit 72A, 72B ... Position control unit 74A, 74B ... Variable gain speed control unit 76A, 76B ... Servo amplifier Part 78A, 78B ... speed detection part 80A, 80B ... observer part

Claims (4)

平行に配置された一対のY軸フレームと、両端部が該Y軸フレーム上に跨って架設されたX軸フレームとを備え、該X軸フレームの前記Y軸フレーム上の位置及び移動対象のX軸上の位置を制御することにより、該移動対象をX−Y平面内で移動・位置決め可能としたガントリ型XY位置決め装置において、
前記X軸フレームの前記Y軸フレーム上の位置を制御するためのY軸モータの制御系内に、前記X軸フレーム上での前記移動対象の移動等に起因して前記Y軸モータが受ける外乱トルク相当分を推定するオブザーバ演算部を備え、
該オブザーバ演算部での推定値に基づいて前記Y軸モータの駆動指令値を補正する
ことを特徴とするガントリ型XY位置決め装置。
A pair of Y-axis frames arranged in parallel and an X-axis frame having both ends extending over the Y-axis frame, the position of the X-axis frame on the Y-axis frame and the X of the movement target In the gantry-type XY positioning device that can move and position the moving object in the XY plane by controlling the position on the axis,
In the control system of the Y-axis motor for controlling the position of the X-axis frame on the Y-axis frame, the disturbance received by the Y-axis motor due to the movement of the moving object on the X-axis frame It has an observer calculator that estimates the torque equivalent,
A gantry-type XY positioning device that corrects a drive command value of the Y-axis motor based on an estimated value in the observer calculation unit.
前記Y軸モータの制御系は、前記Y軸モータの速度指令値を生成する速度制御部を備え、前記外乱トルク相当分の推定値に基づいて、該速度制御部における速度指令ゲインを可変とすることによって前記補正を行うことを特徴とする、請求項1に記載のガントリ型XY位置決め装置。   The Y-axis motor control system includes a speed control unit that generates a speed command value for the Y-axis motor, and the speed command gain in the speed control unit is variable based on an estimated value corresponding to the disturbance torque. The gantry-type XY positioning device according to claim 1, wherein the correction is performed as described above. 前記外乱トルク相当分の推定値を、前記Y軸モータの制御系の所定の加算点において加算することによって前記補正を行うことを特徴とする、請求項1または2に記載のガントリ型XY位置決め装置。   The gantry-type XY positioning apparatus according to claim 1 or 2, wherein the correction is performed by adding an estimated value corresponding to the disturbance torque at a predetermined addition point of a control system of the Y-axis motor. . 前記補正が、前記一対のY軸フレームにおけるそれぞれのY軸モータにおいて独立してなされることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のガントリ型XY位置決め装置。   The gantry-type XY positioning device according to claim 1, wherein the correction is performed independently in each Y-axis motor in the pair of Y-axis frames.
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