线性电动机装置、线性电动机装置的控制方法
【专利摘要】一种线性电动机装置具备：线性电动机；和使该线性电动机的可动元件移动来对加压对象物施加压力的控制部。控制部基于位置控制，使可动元件以预先确定的第1速度朝向加压对象物移动之后，在可动元件对加压对象物开始施加压力时，进行使可动元件减速至比第1速度慢且施加到加压对象物的压力变为规定的压力以下的第2速度来移动的控制，使可动元件移动直到流过线性电动机的电流变为预先确定的电流限制值以上为止。
【专利说明】线性电动机装置、线性电动机装置的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及线性电动机装置、线性电动机装置的控制方法。
[0002]本申请基于2011年12月7日在日本申请的特愿2011-267938号及2012年11月9日在日本申请的特愿2012-247400号主张优先权，并在此援引其内容。
【背景技术】
[0003]在基板上安装电子部件等工件时，使用向基板按压工件的工作装置。在这种工作装置中，作为按压工件的手段，使用线性电动机等(专利文献I)。
[0004]在这种工作装置中，为了向基板可靠地安装工件，需要以一定值以上的负荷(压力)按压工件。此时，为了防止工件和基板的破损，要求使负荷尽量小。在工作装置中，要求高精度地控制相对于工件的负荷。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献I JP特开2009-194015号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的问题
[0009]专利文献I记载的技术使用测量相对于工件的负荷的负荷检测器，基于从负荷检测器得到的信息，进行对线性电动机的控制。因此，在负荷检测器的安装位置偏离的情况、或负荷检测器的检测精度有较大的误差的情况下，存在控制相对于工件的负荷的精度降低的问题。
[0010]本发明的目的在于提供一种无需使用测量相对于工件等加压对象物的负荷的传感器就能够提高相对于加压对象物的按压控制的精度的线性电动机装置及线性电动机装置的控制方法。
[0011]用于解决问题的手段
[0012]本发明的线性电动机装置的实施方式是具备线性电动机、和移动该线性电动机的可动元件来对加压对象物施加负荷的控制部的线性电动机装置，基于位置控制，使所述可动元件以预先确定的第I速度朝向所述加压对象物移动之后，在所述可动元件对所述加压对象物开始施加压力时，进行使所述可动元件减速至比所述第I速度慢且施加到所述加压对象物的压力变为规定的压力以下的第2速度来移动的控制，使所述可动元件以所述第2速度移动直到在所述线性电动机中流动的电流变为预先确定的电流限制值以上为止。
[0013]本发明的线性电动机装置的控制方法的实施方式中，线性电动机装置具备:线性电动机、和使该线性电动机的可动元件移动来对加压对象物施加压力的控制部，该线性电动机装置的控制方法具有如下的步骤:基于位置控制，使所述可动元件以预先确定的第I速度朝向所述加压对象物移动之后，在所述可动元件对所述加压对象物开始施加压力时，进行使所述可动元件减速至比所述第I速度慢且施加到所述加压对象物的压力变为规定的压力以下的第2速度来移动的控制，使所述可动元件以所述第2速度移动直到在所述线性电动机中流动的电流变为预先确定的电流限制值以上为止。
[0014]发明效果
[0015]根据该发明，线性电动机装置在可动元件与加压对象物(工件)接触之前使可动元件减速至比第I速度慢的第2速度，从而能够在使加压对象物免受不必要的冲击的情况下向加压对象物按压可动元件。因此，能够提高对加压对象物的按压控制的精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是表示本发明的实施方式中的工作装置I的结构的示意框图。
[0017]图2是本发明的实施方式中的线性电动机10的立体图(部分剖视图)。
[0018]图3是表示本实施方式中的线圈座(coil holder) 105所保持的线圈单元的立体图。
[0019]图4是表示本实施方式中的线性电动机10的磁铁103与线圈104的位置关系的图。
[0020]图5是表示磁性传感器的原理的立体图。
[0021]图6是表不AMR传感器中的磁场的方向与电阻值的关系的图表。
[0022]图7是表示在磁场强度为饱和灵敏度以上的情况下也检测磁场的方向的磁性传感器112的强磁性薄膜金属的形状例的图。
[0023]图8是表示磁性传感器的等效电路(半桥式)的图。
[0024]图9是表示检测磁场的方向的磁性传感器的强磁性薄膜金属的形状例的图。
[0025]图10是表示磁性传感器112与杆(rod) 101的位置关系的图。
[0026]图11是表不磁性传感器112输出的信号例的图。
[0027]图12A是表示使用了两组全桥式结构的磁性传感器的图。
[0028]图12B是表示使用了两组全桥式结构的磁性传感器的图。
[0029]图13是表不磁性传感器112输出的信号的图表。
[0030]图14是表不杆101与磁性传感器112的位置关系及磁性传感器112输出的信号的示意图。
[0031]图15是表示根据磁性传感器112的输出VoutA和VoutB描绘的Lissajous图形的图。
[0032]图16是表示安装于末端箱109的磁性传感器112的图。
[0033]图17是表示安装于末端箱109的轴承、即轴套(bush) 108的图。
[0034]图18是表示本实施方式中的控制部20的结构的示意框图。
[0035]图19是表示本实施方式中的工作装置I最初按压工件33时的动作的流程图。
[0036]图20是表示使用本实施方式中的工作装置I更新的FL模式开始位置来向基板31按压工件33的动作的流程图。
[0037]图21是表示图20的步骤S202到步骤S209的动作中的速度、电流及动作结束信号的变化的波形图。
[0038]图22是表示图20的步骤S212到步骤S217的动作中的速度、电流及动作结束信号的变化的波形图。[0039]图23是表示电角的相位偏差与线性电动机10产生的推力之间的关系的图表。
[0040]图24是表示本实施方式中的工作装置I向基板31按压工件33的动作的变形例的流程图。
【具体实施方式】
[0041]以下，参照附图来说明本发明的实施方式中的线性电动机装置及控制方法。
[0042]图1是表示本发明的实施方式中的工作装置I的结构的示意框图。
[0043]作为电动机装置的工作装置I具备杆式线性电动机10、安装于线性电动机10的加压体11、控制线性电动机10的控制部20。在线性电动机10的杆101的前端安装加压体11。
[0044]工作装置I使加压体11沿着铅垂方向移动，使加压体11抵接于电子部件等工件33 (加压对象物)。然后，利用加压体11，朝向基板31对工件33施压。由此，工作装置I经由粘接剂32在基板31的固定部位安装工件33。
[0045]以下，说明线性电动机10和控制部20的结构。
[0046]图2是本发明的实施方式中的线性电动机10的立体图(部分剖视图)。
[0047]线性电动机10能够使杆101沿着轴线方向相对于线圈容纳箱102移动。线圈容纳箱102内层叠(排列)有线圈座105所保持的多个线圈104。在线圈容纳箱102的两个端面分别安装末端箱109。在末端箱109安装作为用于引导杆101的直线运动的轴承的轴套 108。
[0048]杆101例如由不锈钢等非磁性材料构成，如导管那样具有中空的空间。在杆101的中空空间，圆柱状的多个磁铁103 (扇形磁铁)彼此的同极相对置，沿着杆101的长边方向被层叠。各磁铁103中，与相邻的一个磁铁103使彼此的N极对置，与相邻的另一个磁铁103使彼此的S极对置。在磁铁103之间例如夹有由铁等磁性体构成的极靴107 (磁极模块)。杆101贯通被层叠的线圈104内，并且被线圈容纳箱102支撑为能够沿着轴线方向移动。
[0049]图3是表示本实施方式中的线圈座105所保持的线圈单元的立体图。
[0050]如图3所示，线圈104是将铜线卷绕成螺旋状而构成，被保持在线圈座105中。以杆101的磁铁103被排列的方向为中心，沿着杆101的外周卷绕铜线而构成多个线圈104。各线圈104排列在与排列磁铁103的方向相同的方向上。
[0051]需要使相邻的线圈104绝缘，因此在线圈104彼此之间夹有环状树脂质垫片105a。在线圈座105上设有打印基板106。线圈104的绕组的端部104a与打印基板106连接。
[0052]在本实施方式中，通过插入成形(4 >寸一卜成形)，使线圈容纳箱102与线圈104 一体地成形。具体而言，将线圈104及线圈座105设置于金属制模具中，向金属制模具内注入熔化的树脂或特殊陶瓷来使线圈容纳箱102成形。
[0053]如图2所示，在线圈容纳箱102中为了提高线圈104的散热性而形成多个扇片102a。
[0054]也可以在铝制的线圈容纳箱102内容纳线圈座105所保持的线圈104，用粘接剂填埋线圈104与线圈容纳箱102之间的缝隙，将线圈104及线圈座105固定于线圈容纳箱102。[0055]图4是表示本实施方式中的线性电动机10的磁铁103与线圈104的位置关系的图。
[0056]在杆101内的中空空间内，将圆柱状的多个磁铁103 (扇形磁铁)排列成彼此的同极相对置。线圈104有3个，成为由U.V.W相构成的一组三相线圈。组合多个一组三相线圈，构成线圈单元。若在分为U *V*W相这三相的多个线圈104中流过每隔120°而相位不同的三相电流，则产生沿着线圈104的轴线方向移动的移动磁场。
[0057]杆101通过作为驱动用磁铁的各磁铁103产生的磁场与移动磁场的作用而获得推力，与移动磁场的速度同步地相对于线圈104进行相对的直线运动。
[0058]如图2所示，在作为磁性传感器容纳箱的末端箱109的一方安装用于检测杆101的位置的磁性传感器112。从杆101隔开规定的缝隙而配置磁性传感器112。磁性传感器112检测因杆101的直线运动引起的、杆101内的各磁铁103产生的磁场方向(磁向量方向)的变化。
[0059]如图5所示，磁性传感器112具有Si或玻璃基板121、和在其上形成的由以N1、Fe等强磁性金属为主成分的合金(强磁性薄膜金属)形成的磁电阻元件122。
[0060]磁性传感器112由于在特定的磁场方向下改变电阻值，因此被称作AMR(Anisotropic-Magnetro-Resistance)传感器(各向异性磁电阻元件)(参考文献:“垂直夕^ MR七 > 寸技術資料”、[online]、2005年10月I日、浜松光電株式会社、“2011年11月7日検索，，、yI 父夕一木外〈URL ；http://www.hkd.c0.jp/technique/img/amr-notel.pdf?。
[0061]图6是表不AMR传感器中的磁场的方向与电阻值的关系的图表。
[0062]磁电阻元件122中流过电流，施加电阻变化量饱和的磁场强度,将该磁场(H)的方向相对于电流方向Y而赋予角度变化Θ。此时，如图6所示，电阻变化量(AR)在电流方向与磁场的方向垂直(Θ =90°，270° )时变最大，在电流方向与磁场的方向平行(Θ =0° ,180° )时变最小。电阻值R根据电流方向与磁场方向的角度分量而按照如下式(I)那样发生变化。
[0063]若磁场强度在饱和灵敏度以上，则Λ R是常数，变成电阻值R不易受磁场的强度的影响。
[0064]R = R0-ARsin2 Θ...(I)
[0065]RO:无磁场中的强磁性薄膜金属的电阻值
[0066]AR:电阻变化量
[0067]Θ:表示磁场方向的角度
[0068]图7是表示在磁场强度为饱和灵敏度以上的情况下也能检测磁场的方向的磁性传感器112的强磁性薄膜金属的形状例的图。
[0069]如图7所示，是形成在纵向上的强磁性薄膜金属电阻线(Rl)和横向的电阻线(R2)被串联连接的形状。
[0070]促进相对于电阻线(Rl)最大的电阻变化的垂直方向的磁场相对于电阻线(R2)而变成最小的电阻变化。利用下式(2)、(3)来给出电阻值Rl和R2。
[0071]Rl = R0-ARsin2 Θ …⑵
[0072]R2 = RO- Δ Rcos2 Θ …⑶
[0073]图8是表示磁性传感器的等效电路(半桥式)的图。用下式(4)给出该等效电路的输出Vout。
[0074]Vout = Rl.Vcc/(R1+R2)…(4)
[0075]在式(4)中代入式⑵、(3)后进行整理，则可得到下式(5-1)、(5-2)。
[0076]Vout = Vcc/2+α cos2 Θ …(5-1)
[0077]α = AR.Vcc/2(2R0_AR)…(5-2)
[0078]图9是表示检测磁场的方向的磁性传感器的强磁性薄膜金属的形状例的图。
[0079]如图9所示，若形成强磁性薄膜金属的形状，则可使用两个输出Vout+和Vout-进行中点电位的稳定性的提高和放大。
[0080]说明杆101进行直线运动时的磁场方向的变化和磁性传感器112的输出。
[0081]图10是表示磁性传感器112与杆101的位置关系的图。
[0082]如图10所示，将磁性传感器112在施加饱和灵敏度以上的磁场强度的间隙I的位置处配置成磁场的方向变化对传感器面有贡献。
[0083]此时，在磁性传感器112沿着杆101相对移动了位置A~E的距离λ的情况下，磁性传感器112的输出如下。
[0084]图11是表不磁性传感器112输出的信号例的图。
[0085]如图11所示，在杆101直线移动了距离λ时，在传感器面，磁场的方向旋转一周。此时，电压信号变成I周期的正弦波信号。更正确来说，根据式(5-1)表示的电压Vout变成2周期量的正弦波信号。
[0086]但是，若相对于磁性传感器112的电阻线的延伸方向以45°施加偏置磁场,则周期减半，杆101直线移动了 λ时获得I周期的输出波形。
[0087]如图12Β所示，为了知道运动的方向，在一个基板上将两组全桥式结构的电阻线形成为使彼此倾斜45°即可。
[0088]如图13所示，通过两组全桥式电路得到的输出VoutA和VoutB变成互相具有90°的相位差的余弦波信号及正弦波信号。
[0089]如图12Α所示，在本实施方式中，磁性传感器112在一个基板上形成为使两组全桥式结构的电阻线彼此倾斜了 45°。并且，该磁性传感器112检测杆101的磁场的方向的变化。因此，如图14所示，假设磁性传感器112的安装位置从(I)偏离到(2)，磁性传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号(输出VoutA及VoutB)中的变化很少。
[0090]图15是表示根据磁性传感器112的输出VoutA和VoutB描绘的Lissajous图形的图。
[0091]由于磁性传感器112的输出的变化很少，因此图15所示的圆的大小很难变化。因此，能够正确地检测磁向量24的方向Θ。即使没有高精度地管理杆101与磁性传感器112之间的间隙I，由于能够 检测杆101的正确的位置，因此很容易调整磁性传感器112的安装。不仅如此，还能够使由轴套108引导的杆101有松动(力' 夕)，并且也能够允许杆101有稍微的弯曲。
[0092]图16是表示安装于末端箱109的磁性传感器112的图。
[0093]末端箱109中设有由用于容纳磁性传感器112的空间构成的磁性传感器容纳部126。在磁性传感器容纳部126内配置磁性传感器112之后，用填充材料127填埋磁性传感器112的周围。由此,将磁性传感器112固定于末端箱109。[0094]磁性传感器112具有温度特性，随着温度的变化而输出有变化。为了降低从线圈104受到的热的影响，末端箱109及填充材料127使用热传导率比线圈容纳箱102低的材料。例如，线圈容纳箱102使用环氧树脂系的树脂，末端箱109及填充材料127使用聚亚苯基硫醚(PPS)。
[0095]图17是表示安装于末端箱109的轴承、即轴套108的图。
[0096]通过使末端箱109具有轴承功能，从而能够防止杆101与磁性传感器112之间的间隙变动。
[0097]图18是表示本实施方式中的控制部20的结构的示意框图。
[0098]控制部20具备位置控制部201、开关部202、速度控制部203、开关部204、电流控制部205、电力变换器206、变流器(Current Transformer:CT) 207、速度计算部208、位置计算部209、速度切换位置决定部210、位置判定部211、结束信号生成部212和电角校正部213。
[0099]以下，说明将杆101上升最多时的加压体11的位置设为成为加压体11的位置的基准的原点的情况。
[0100]位置控制部201基于从外部输入的位置指令和位置计算部209计算出的表示杆101的位置的信息，计算出速度指令。此外，位置控制部201预先存储第I速度?第4速度(FLisro?FL4SPD)，输出基于第I速度?第4速度的4个速度指令(第I速度指令?第4速度指令)。
[0101]第I速度指令是如下的指令:表示从杆101预先确定的原点开始安装于杆101前端的加压体11移动至工件33的附近(FL(Force Limit)模式开始位置)时的、杆101移动的速度。在第I速度指令下，作为第I速度(FLlSPD)而预先确定使杆101移动的速度的上限值。例如，将线性电动机10使杆101移动时的最大速度设为第I速度(FLlSPD)。
[0102]第2速度指令是表示加压体11从工件33的附近移动至与工件33接触为止时的、杆101移动的速度的指令。在第2速度指令下，作为第2速度(FL2SPD)而预先确定使杆101移动的速度。第2速度(FL2SPD)是比第I速度(FLlSPD)慢的速度，被设定为加压体11与工件33接触时对工件33施加一定以下的压力(负荷)的速度。
[0103]第3速度指令是如下的指令:使加压体11与工件33抵接而在基板31上安装工件33后，使杆101及加压体11在远离工件33的方向上移动时的速度。在第3速度指令下，作为第3速度(FL3PSD)而预先确定使杆101移动的速度。第3速度指令是使杆101及加压体11朝向原点移动时使用的指令。
[0104]第4速度指令是表示使加压体11与工件33抵接而在基板31上安装工件33之后使杆101朝向原点移动时的速度的指令。在第4速度指令下，作为第4速度(FL4SPD)而预先确定使杆101移动的速度的上限值。此外，第4速度(FL4SPD)被设定成比第3速度(FL3SPD)快的速度。例如，与第I速度(FLlSPD)相同，将第4速度(FL4SPD)设为线性电动机10使杆101移动时的最大速度。
[0105]开关部202基于位置判定部211的控制，选择位置控制部201输出的4个速度指令中的任一个。
[0106]向速度控制部203输入开关部202选择出的速度指令、和速度计算部208计算出的表示杆101的速度的速度信息。速度控制部203基于速度指令所表示的速度、和速度信息所表示的速度之间的偏差，计算出用于将杆101移动的速度设为速度指令所表示的速度的电流值。
[0107]此外，速度控制部203输出计算出的电流值作为非限制电流指令，并且输出将预先确定的电流限制值(FL2I)设为上限值的电流指令、即限制电流指令。
[0108]在计算出的电流值为电流限制值(FL2I)以下的情况下，非限制电流指令和限制电流指令表示相同的电流值。另一方面，在计算出的电流值大于电流限制值(FL2I)的情况下，非限制电流指令表示计算出的电流值，限制电流指令表示电流限制值(FL2I)。基于线性电动机10的推力、和将工件33安装于基板31时按压工件33的力而预先确定电流限制值(FL2I)。
[0109]开关部204基于位置判定部211的控制，选择速度控制部203输出的限制电流指令及非限制电流指令中的任一方。
[0110]电流控制部205基于开关部204选择出的电流指令、和变流器207测量出的流过线性电动机10的电流值，计算出减小选择出的电流指令与测量出的电流值之间的偏差的电压指令。
[0111]电力变换器206基于从电角校正部213输入的电角和电流控制部205计算出的电压指令，向线性电动机10的U、V、W相的各线圈104施加电压。
[0112]变流器207被安装于连接电力变换器206和线性电动机10的电力线上。此外，变流器207测量流过该电力线的电流值。此外，变流器207输出表示在电流控制部205、速度切换位置决定部210和结束信号生成部212中测量到的电流值的信号。
[0113]速度计算部208基于从磁性传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号(输出VoutA及VoutB)的变化量，计算出杆101的移动速度。
[0114]位置计算部209基于从磁性传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号(输出VoutA及VoutB)的变化量,计算出从杆101的原点开始的移动量。位置计算部209向位置控制部201、速度切换位置决定部210及位置判定部211输出表示杆101的位置的位置信
肩、O
[0115]速度切换位置决定部210向位置判定部211输出表示FL模式开始位置的信号。FL模式开始位置是杆101及加压体11朝向工件33及基板31移动时将速度指令从第I速度指令切换为第2速度指令的位置。
[0116]此外，速度切换位置决定部210向位置判定部211输出表示速度切换位置(FL3P0S)的信号。速度切换位置是将工件33按向基板31后使杆101朝向原点移动时将速度指令从第3速度指令切换为第4速度指令的位置。
[0117]此外，速度切换位置决定部210在最初进行按压工件33的处理时，向位置判定部211输出预先存储的初始切换位置(FL2P0SSUB)，作为FL模式开始位置。速度切换位置决定部210基于最初按压了工件33时的杆101移动的速度及位置以及流过线性电动机10的电流，更新FL模式开始位置，以缩短按压工件33来将工件33安装于基板31的工序所需的时间。
[0118]然后，速度切换位置决定部210向位置判定部211输出更新后的FL模式开始位置。初始切换位置是根据工件33的高度而预先确定的位置，是为了使加压体11与工件33接触时不向工件33施加不需要的冲击而加压体11 (线性电动机10的杆101)开始减速的位置。速度切换位置(FL3P0S)预先设定例如与初始切换位置(FL2P0SSUB)相同的位置。
[0119]作为移动控制部的位置判定部211基于从外部输入的位置指令及动作开始信号、以及位置计算部209输出的位置信息，进行使开关部202从位置控制部201输出的4个速度指令中选择任一个的控制。此外，位置判定部211基于位置指令、动作开始信号以及位置信息，进行使开关部204选择速度控制部203输出的2个电流指令中的任一方的控制。
[0120]结束信号生成部212在加压体11对工件33进行加压时，若变流器207测量出的电流值到达预先确定的电流限制值(FL2I)，则向外部输出动作结束信号(U02)。
[0121]电角校正部213根据磁性传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号，计算出电角。此外，电角校正部213根据位置判定部211的控制，向电力变换器206输出计算出的电角或对计算出的电角进行了修正的电角中的任一方。
[0122]说明工作装置I最初按压工件33时的动作。
[0123]图19是 表示本实施方式中的工作装置I最初按压工件33时的动作的流程图。将杆101靠近工件33及基板31的方向设为CW方向，将杆101远离工件33及基板31的方向设为CCW方向。
[0124]若从外部输入基于工件33的位置的位置指令，则控制部20开始线性电动机10的驱动，进行使加压体11向原点移动的原点恢复(步骤S101)。
[0125]若原点恢复结束，则位置判定部211判定是否从外部有效化了动作结束信号(U12)(步骤S102)，待机至动作开始信号有效为止(步骤S102:否)。
[0126]在步骤S102中，若动作开始信号有效(步骤SlOl:是)，则位置判定部211使开关部202选择第I速度指令，并且使开关部204选择非限制电流指令(步骤S103)。然后，位置判定部211使线性电动机10的杆101朝向工件33 (沿着CW方向)移动(步骤S104)。
[0127]位置判定部211判定加压体11的位置是否到达了初始切换位置(FL2P0SSUB)(步骤S105)，直到加压体11到达初始切换位置(FL2P0SSUB)为止使用第I速度指令来驱动线性电动机10(步骤S105:否)。
[0128]在步骤S105中，若加压体11到达初始切换位置(FL2P0SSUB)(步骤S105:是)，则位置判定部211使开关部202选择第2速度指令，并且使开关部204选择限制电流指令(步骤S106)。然后，位置判定部211减小杆101的移动速度。
[0129]速度切换位置决定部210选择第2速度指令之后，判定杆101的移动速度是否在第2速度(FL2SPD)以下(步骤S107)，直到杆101的移动速度变成第2速度(FL2SPD)以下为止反复进行判定(步骤S107:否)。
[0130]在步骤S107中，若杆101的移动速度变成第2速度以下(步骤S107:是)，则速度切换位置决定部210计算出当前的加压体11的位置与初始切换位置(FL2P0SSUB)之间的差分(FL2P0SMAIN1)，存储计算出的差分(FL2P0SMAIN1)(步骤S108)。
[0131]电角校正部213计算出线性电动机10的“推力限制值”与线性电动机10的最大推力之比X(=“推力限制值”/ “最大推力(步骤S109)。
[0132]推力限制值对应于可以对工件33及基板31施加的压力(负荷)的最大值。
[0133]电角校正部213利用下式(6)来计算出与在步骤S109中计算出的推力之比X相对应的相位角度Y (步骤Si 10)。
[0134]Y = cos-1 00 …(6)[0135]在式(6)中，“cos-1”是反余弦函数。
[0136]电角校正部213代替根据磁性传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号而计算出的电角，向电力变换器206输出对电角相加相位角度Y来进行了校正的校正电角(步骤Sm)。
[0137]然后，在电角校正部213输出校正电角的期间内，电力变换器206对U、V、W相的线圈104施加相对于杆101的磁极位置而超前了相位角度Y的相位的电压。
[0138]使用了相位角度Y的校正也可以通过对电角减去相位角度Y来进行。此时，电力变换器206对U、V、W相的线圈104施加相对于杆101的磁极位置滞后了相位角度Y的相位的电压。
[0139]速度切换位置决定部210判定变流器207测量出的电流值是否在电流限制值(FL2I)以上(步骤SI 12)，待机至测量出的电流值到达电流限制值(FL2I)为止(步骤SI 12:否)。
[0140]在步骤S112中，速度切换位置决定部210若判定为变流器207测量出的电流值到达了电流限制值(FL2I)且测量出的电流值在电流限制值(FL2I)以上(步骤S112:是)，则将从当前的加压体11的位置减去在步骤S108中计算出的差分(FL2P0SMAIN1)的位置设为新的FL模式开始位置(FL2P0SMAIN2)来进行存储(步骤SI 13)。此时，结束信号生成部212使动作结束信号(U02)有效后输出给外部(步骤S114)。
[0141]在步骤S114中，在计算出新的FL模式开始位置(FL2P0SMAIN2)时，也可以以规定的距离Ad为尺度进行设定。具体而言，可以将从当前的加压体11的位置减去了差分(FL2P0SMAIN1)和距离Λ d的位置设为新的FL模式开始位置(FL2P0SMAIN2)。
[0142]位置判定部211判定从外部输入的动作开始信号是否为无效(步骤S115)，待机至动作开始信号无效为止(步骤S115:否)。
[0143]在步骤SI 15中，若动作开始信号无效(步骤S115:是)，则位置控制部201根据以原点作为移动目的地的位置指令来计算出速度指令。电角校正部213代替校正电角而向电力变换器206输出根据磁性传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号计算出的电角(步骤SI 16)。即，结束使用了校正电角的线性电动机10的驱动。
[0144]位置判定部211使开关部202选择第3速度指令，并且使开关部204选择限制电流指令(步骤SI 17)。并且，位置判定部211使杆101朝向原点(沿着CCW方向)移动(步骤 SI18)。
[0145]位置判定部211判定加压体11是否到达了速度切换位置(FL3P0S)(步骤S119)，待机至加压体11到达速度切换位置(FL3P0S)为止(步骤SI 19:否)。
[0146]在步骤S119中，若加压体11到达速度切换位置(FL3P0S)(步骤S119:是)，则位置判定部211使开关部202选择第4速度指令(步骤S120)。
[0147]位置判定部211判定加压体11是否到达了原点(步骤S121)，待机至加压体11到达原点(步骤S121:否)。
[0148]在步骤S121中，若加压体11到达了原点，则位置判定部211向结束信号生成部212输出表示加压体11已到达原点的信号，结束信号生成部212使动作结束信号无效(步骤S122)。由此，结束最初向基板31按压工件33的动作。
[0149]图20是表示使用本实施方式中的工作装置I更新的FL模式开始位置向基板31按压工件33的动作的流程图。
[0150]若从外部输入基于安装工件33的基板31的位置或者工件33的位置的位置指令，则控制部20开始线性电动机10的驱动，进行使加压体11恢复到原点的原点恢复(步骤S201)。
[0151]若原点恢复结束，则位置判定部211判定是否从外部有效化了动作开始信号(UI2)(步骤S202)，待机至动作开始信号有效为止(步骤S202:否)。
[0152]在步骤S202中，若动作开始信号有效(步骤S202:是)，则位置判定部211使开关部202选择第I速度指令，并且使开关部204选择非限制电流指令(步骤S203)。并且，位置判定部211使线性电动机10的杆101朝向工件33 (沿着CW方向)移动(步骤S204)。
[0153]位置判定部211判定加压体11的位置是否到达了 FL模式开始位置(FL2P0SMAIN2)(步骤S205)，直到加压体11到达FL模式开始位置(FL2P0SMAIN2)为止使用第I速度指令来驱动线性电动机10 (步骤S205:否)。
[0154]在步骤S205中，若加压体11到达FL模式开始位置(FL2P0SMAIN2)(步骤S205:是)，则位置判定部211使开关部202选择第2速度指令，并且使开关部204选择限制电流指令(步骤S206)。并且，位置判定部211使杆101的移动速度减小。
[0155]若杆的移动速度变为第2速度以下，则电角校正部213代替根据磁性传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号计算出的电角，向电力变换器206输出在电角上相加相位角度Y而进行了校正的校正电角(步骤S207)。
[0156]位置判定部211判定变流器207测量出的电流值是否在电流限制值(FL2I)以上(步骤S208)，待机至测量出的电流值到达电流限制值(FL2I)为止(步骤S208:否)。
[0157]在步骤S208中，若位置判定部211判定为电流值到达了电流限制值(FL2I)且测量出的电流值在电流限制值(FL2I)以上(步骤S208:是)，则向结束信号生成部212输出表示电流值到达了电流限制值(FL2I)的信号。结束信号生成部212使动作结束信号(U02)有效化后输出给外部(步骤S209)。
[0158]位置判定部211判定从外部输入的动作结束信号是否无效(步骤S210)，待机至动作开始信号无效为止(步骤S210:否)。
[0159]在步骤S210中，若动作开始信号无效(步骤S210:是)，则位置控制部201根据以原点为移动目的地的位置指令，计算出速度指令。电角校正部213代替校正电角，向电力变换器206输出根据磁性传感器112输出的正弦波信号及余弦波信号计算出的电角(步骤S211)。即，结束使用了校正电角的线性电动机10的驱动。
[0160]位置判定部211使开关部202选择第3速度指令，并且使开关部204选择限制电流指令(步骤S212)。并且，位置判定部211使杆101朝向原点(沿着CCW方向)移动(步骤 S213)。
[0161]位置判定部211判定加压体11是否到达了速度切换位置(FL3P0S)(步骤S214)，待机至加压体11到达速度切换位置(FL3P0S)为止(步骤S214:否)。
[0162]在步骤S214中，若加压体11到达速度切换位置(FL3P0S)(步骤S214:是)，则位置判定部211使开关部202选择第4速度指令(步骤S215)。
[0163]位置判定部211判定加压体11是否到达了原点(步骤S216)，待机至加压体11到达原点为止(步骤S216:否)。[0164]在步骤S216中，若加压体11到达原点，则位置判定部211向结束信号生成部212输出表示加压体11到达了原点的信号，结束信号生成部212使动作结束信号(U02)无效(步骤S217)。由此，结束向基板31按压工件33的动作。
[0165]图21是表示图20的步骤S202到步骤S209的动作中的速度、电流及动作结束信号的变化的波形图。在图21中，纵轴表示加压体11的位置。
[0166]若动作开始信号有效，则控制部20使加压体11以第I速度(FLlSPD)朝向工件33移动。若加压体11到达FL模式开始位置(FL2P0SMAIN2)，则控制部20使加压体11从第I速度(FLlSPD)减速到第2速度(FL2SPD)。
[0167]控制部20使加压体11以第2速度(FL2SPD)朝向工件33移动，向基板31按压工件33。此时，若向工件33按压加压体11的力大于与电流限制值(FL2I)对应的力，则控制部20使动作结束信号有效。
[0168]图22是表示图20的步骤S212到步骤S217的动作中的速度、电流及动作结束信号的变化的波形图。在图22中，纵轴表示加压体11的位置。
[0169]控制部20向工件33按压加压体11之后，使加压体11以第3速度(FL3SPD)朝向原点移动并使其上升。若加压体11到达速度切换位置，则控制部20使加压体11以比第3速度(FL3SPD)快的第4速度(FL4SPD)朝向原点移动。
[0170]控制部20使线性电动机10的杆101的移动速度减小，以使在原点处加压体11的速度变为零，若加压体11到达原点，则使动作结束信号无效。
[0171]如上所述，工作装置I在开始线性电动机10的驱动到加压体11到达FL模式开始位置(FL2P0SMAIN2)为止的区间，组合位置控制、速度控制及电流控制来控制线性电动机
10。此外，工作装置I在FL模式开始位置(FL2P0SMAIN2)到加压体11与工件33接触为止的区间，组合速度控制及电流控制来控制线性电动机10。此外，工作装置I在加压体11与工件33接触之后通过电流控制来控制线性电动机10。
[0172]S卩，工作装置I根据加压体11的位置来切换控制。
[0173]工作装置I通过与加压体11的位置相应的控制，在加压体11与工件33接触之前，使其减速至比第I速度慢的第2速度，从而能够在使工件33免受不需要的冲击的情况下，向工件33按压加压体11。也就是说，工作装置I能够提高对施加到工件33的负荷(压力)进行控制的精度。
[0174]此外，工作装置I使加压体11以第2速度移动，直到流过线性电动机10的电流值变为电流限制值以上为止。在电流值变为电流限制值以上之后，例如，停止线性电动机10的驱动，或者减小流过线性电动机10的电流值，或者使可动元件朝向远离工件33的方向移动，从而能够确保不会向工件33施加所需以上的负荷。也就是说，工作装置I能够提高对施加到工件33的负荷进行控制的精度。
[0175]由此，工作装置I无需测量对工件33的负荷就能够提高对工件33的按压控制的精度。
[0176]此外，工作装置I在最初按压工件33时，检测从第I速度减速至第2速度时所需的距离(差分(FL2P0SMAIN1))，根据加压体11与工件33接触的位置和差分(FL2P0SMAIN1)来计算出新的FL模式开始位置(FL2P0SMAIN2)。此外，工作装置I使用最初按压工件33时计算出的FL模式开始位置(FL2P0SMAIN2)，进行向基板31按压工件33的动作。[0177]即，工作装置I基于最初按压工件33时检测到的工件33的位置、和从第I速度减速至第2速度时所需的距离，计算出FL模式开始位置，使用计算出的FL模式开始位置来进行工件33的按压。
[0178]由此，工作装置I计算出与工件33的高度相应的FL模式开始位置，进行使用了计算出的FL模式开始位置的控制。由此，工作装置I能够提高按压工件33的精度。
[0179]此外，工作装置I使用线性电动机10作为驱动装置，从而能够直接向工件33施加赋予给杆101(可动元件)的推力。因此，与具有改变推力的方向的机械结构的装置相比，工作装置I无需浪费机械结构中的推力等就能够向工件33施加负荷(压力)。因此，工作装置I能够提高控制推力的精度。
[0180]此外，工作装置I计算出线性电动机10的推力限制值与线性电动机10的最大推力之比X，使用与计算出的比X相应的相位角度Y来校正电角。通过校正电角，相对于u、v、W相的线圈104与层叠在杆101内的磁铁103之间的位置关系、即磁极位置，错开能够产生最大推力的电角，从而能够将表观推力常数变更得较小。
[0181]线性电动机10产生的推力(扭矩)是推力常数N0[N/Arms]乘以流过线性电动机10的电流i [Arms]而得到的值“NOXi ”。线性电动机10中的推力的分辨率与电力变换器206或变流器207中的电流分辨率、推力常数NO成比例。推力常数NO是使流过线圈104的电流与磁铁103的磁通之间的相位关系一致时的值。通常,在驱动线性电动机10的情况下，控制部20以流过线圈104的电流与磁铁103的磁通之间的相位关系一致的方式使电流流动。若相位偏离Θ，则表观推力常数N Θ会减小，可用下式(7)表示推力常数N Θ。 [0182]N Θ = NOXcos Θ …(7)
[0183]图23是表不电角的相位偏差与线性电动机10产生的推力之间的关系的图表。
[0184]在图23中，纵轴表示推力，横轴表示相位偏离量(角度)。例如，若相位偏离60度(Θ = 60度)，则表观推力常数ΝΘ变成推力常数NO的一半。此外，若相位偏离90度(Θ=90度)，则表观推力常数ΝΘ为O。
[0185]在工作装置I中，加压体11到达FL模式开始位置(FL2P0SMAIN2)之后，使用根据相位角度Y校正了电角的校正电角来接通线性电动机10，从而减小表观推力常数ΝΘ。由此，能够减小工作装置I中的推力的分辨率，能够提高控制推力的精度。此外，能够抑制因计算电压指令时的舍入误差或量子化误差而产生的推力的误差或偏差，能够高精度地进行推力的控制。
[0186]此外，工作装置I中，若可动元件移动的速度在第2速度以下，则电角校正部213校正电角。由此，工作装置I在可动元件到达FL模式开始位置之后，快速地使可动元件的移动速度减速至第2速度，若到达第2速度，则能够提高推力的分辨率来高精度地进行推力的控制。
[0187](变形例)
[0188]在进行如上述实施方式中所说明的按压控制的情况下，期望开始按压后瞬间到达规定的按压力。为了缩短按压力的响应时间，需要使电流指令的响应很快。但是，实际上，因控制系统的响应而会产生延迟。
[0189]在控制部20中，有从电流控制部205经由变流器207而返回电流控制部205的控制环、从速度控制部203经由磁性传感器112而返回速度控制部203的控制环、和从位置控制部201经由磁性传感器112而返回位置控制部201的控制环。以电流控制部205为起点的控制环和以速度控制部203为起点的控制环会影响按压力的响应时间。开始按压时位置没有变化，因此几乎没有以位置控制部201为起点的控制环的影响。
[0190]在以电流控制部205为起点的控制环中，由于环较小，因此大多情况下可足够快速地控制，电流的指令值与测量到的值几乎没有差别。因此，以速度控制部203为起点的控制环对按压力的响应时间(按压的响应性能)带来较大的影响。因此，考虑到增大在速度控制部203中计算电流指令时所使用的控制增益(比例增益或积分增益等)。但是，由于包括线性电动机10在内的工作装置I的设备的固有振动频率，控制增益的大小会被限制。因此，为了使线性电动机10进行稳定的动作，因此不能将控制增益设为一定以上的值。
[0191]关注用加压体11按压工件33的情况。由于加压体11与工件33接触，因此包括线性电动机10在内的工作装置I的设备的固有振动频率会上升。因此，进行按压时，与使加压体11及杆101移动时相比，能够增大控制增益。因此，在使加压体11及杆101移动的情况和使用加压体11来按压工件33的情况中切换速度控制部203的控制增益。由此，能够缩短按压力的响应时间来进行基于期望的按压力的按压。
[0192]以下，说明在图20所示的工作装置I的动作中应用了速度控制部203中的控制增益的切换的动作。说明在速度控制部203预先存储移动用的控制增益和比移动用的控制增益大的值的按压用控制增益作为2个控制增益的情况。
[0193]图24是表示本实施方式中的工作装置I向基板31按压工件33的动作的变形例的流程图。
[0194]图24所示的流程图与图20所示的流程图相比在以下2点有不同。即，速度控制部203将控制增益从移动用的控制增益切换到按压用的控制增益的处理(步骤S206a)被加在步骤S206与步骤S207之间、以及速度控制部203将控制增益从按压用的控制增益切换到移动用的控制增益的处理(步骤S210a)被加在步骤S210与步骤S211之间。
[0195]其它步骤(步骤S201到步骤S217)的处理分别与图20的流程图相同，因此省略说明。
[0196]速度控制部203基于位置判定部211的判定结果，进行步骤S206a及步骤S210a的处理。
[0197]在图24中，示出了在步骤S206与步骤S207之间进行将控制增益从移动用控制增益向按压用控制增益的切换的情况，但是并不限于此。只要在加压体11的位置到达FL模式开始位置之后(步骤S205后)加压体11与工件33接触为止的期间，从移动用控制增益切换到按压用控制增益即可。
[0198]此外，将控制增益从按压用控制增益向移动用控制增益的切换也只要在以第3速度(FL3SPD)朝向原点(朝向CCW方向)开始移动前(比步骤S213靠前)即可。此外，速度控制部203也可以在开始了第I速度到第2速度的减速的时刻切换控制增益。
[0199]如上所述，通过切换速度控制部203的控制增益，在使加压体11及杆101朝向工件33移动时、以及使加压体11及杆101朝向原点移动时，在不受设备的固有振动频率的限制的情况下确定控制增益(按压用控制增益)。因此，能够改善按压力的响应性，能够缩短加压体11与工件33接触后以期望的按压力加压体11按压工件33为止的时间。
[0200]也可以在图19所示的工作装置I的动作中如图24所示那样应用速度控制部203中的控制增益的切换。
[0201] 在上述的实施方式及其变形例中，说明了控制部20控制杆式线性电动机10的情况，但是并不限于此。控制部20也可以控制平板型线性电动机或旋转电机。在控制部20控制旋转电动机的情况下，也可以使用滚珠螺杆等来将旋转运动变换为直线运动。
[0202]也可以事先进行图19中的步骤S109及步骤SllO的处理，在电角校正部213中预先存储相位角度Y。
[0203]在上述的实施方式中，说明了利用在线性电动机10的杆101的前端安装的加压体11对工件33加压的情况，但是也可以在杆101的前端对工件33加压。
[0204]上述的控制部20也可以在内部具有计算机系统。此时，上述的位置控制部201、开关部202、速度控制部203、开关部204、电流控制部205、速度计算部208、位置计算部209、速度切换位置决定部210、位置判定部211、结束信号生成部212及电角校正部213进行的处理的过程以程序的形式被存储在计算机可读取的记录介质中。并且，通过计算机读出该程序并执行该程序，从而进行各功能部的处理。
[0205]计算机可读取的记录介质是指磁盘、光磁盘、⑶-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。也可以通过通信线路向计算机发送该计算机程序，接收到该计算机程序的计算机执行相应程序。
[0206]符号说明
[0207]I...工作装置(线性电动机装置)、10...线性电动机、20...控制部、33...工件(加压对象物)、101…杆(可动元件)、210…速度切换位置决定部、211…位置判定部(移动控制部)、213…电角校正部。
【权利要求】
1.一种线性电动机装置，具备:线性电动机；和使该线性电动机的可动元件移动来对加压对象物施加压力的控制部，其中， 所述控制部， 基于位置控制使所述可动元件以预先确定的第I速度朝向所述加压对象物移动之后， 在所述可动元件对所述加压对象物开始施加压力时，进行使所述可动元件减速至比所述第I速度慢且施加到所述加压对象物的压力变为规定的压力以下的第2速度来移动的控制， 使所述可动元件以所述第2速度移动直到在所述线性电动机中流动的电流变为预先确定的电流限制值以上为止。
2.根据权利要求1所述的线性电动机装置，其中， 所述控制部具备: 速度切换位置决定部，基于所述可动元件移动的速度从所述第I速度减速至所述第2速度时所需的距离、和对所述加压对象物开始加压的位置，计算出减速开始位置，该减速开始位置为使所述可动元件移动的速度从所述第I速度开始减速至所述第2速度的位置；和 移动控制部，在使所述可动元件从规定的位置朝向所述加压对象物移动时，使所述线性电动机的可动元件以所述第I速度移动，若所述可动元件到达所述减速开始位置，则使所述可动元件以所述第2速度移动直到在所述线性电动机中流动的电流变为所述电流限制值以上为止。
3.根据权利要求1或2所述的线性电动机装置，其中， 所述控制部还具备电角校正部，该电角校正部基于施加到所述加压对象物的负荷与所述线性电动机的最大推力之比，校正与所述可动元件的磁极位置对应的电角， 基于所述电角校正部校正后的电角来使所述可动元件移动。
4.根据权利要求3所述的线性电动机装置，其中， 所述电角校正部在所述可动元件移动的速度变为所述第2速度以下时校正电角。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的线性电动机装置，其中， 所述控制部在开始从所述第I速度到所述第2速度的减速之后，将控制增益切换到值比使所述可动元件以所述第I速度移动时所使用的控制增益大的控制增益。
6.一种线性电动机装置的控制方法，该线性电动机装置具备:线性电动机；和使该线性电动机的可动元件移动来对加压对象物施加压力的控制部，该线性电动机装置的控制方法具有如下的步骤: 基于位置控制，使所述可动元件以预先确定的第I速度朝向所述加压对象物移动之后， 在所述可动元件对所述加压对象物开始施加压力时，进行使所述可动元件减速至比所述第I速度慢且施加到所述加压对象物的压力变为规定的压力以下的第2速度来移动的控制， 使所述可动元件以所述第2速度移动直到在所述线性电动机中流动的电流变为预先确定的电流限制值以上为止。
【文档编号】H02P25/06GK103959640SQ201280059857
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年12月5日 优先权日:2011年12月7日
【发明者】山中修平, 野村祐树 申请人:Thk株式会社