JP2003145004A - ノズルの位置ずれ検出装置及びこれを用いた材料塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単な構成でノズルの位置ずれ量を高
精度に検出することができるノズルの位置ずれ検出装置
及びこれを用いた材料塗布装置を提供すること。 【解決手段】 所定方向に延びる光軸Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３
を形成し、当該光軸Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３にノズル１２を横
切らせることで当該ノズル１２の位置を検知する光電管
２０と、この光電管２０の出力を入力として所定の演算
処理を行う処理部２３とを備えて位置ずれ検出装置１４
が構成されている。処理部２３は、光電管２０によって
検知されたノズル１２の位置から、所定のティーチング
データにより特定される基準位置に対する位置ずれ量を
演算可能となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズルの位置ずれ
検出装置及びこれを用いた材料塗布装置に係り、更に詳
しくは、比較的簡単な構成でノズルの位置ずれ量を検出
することのできるノズルの位置ずれ検出装置及びこれを
用いた材料塗布装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、予めティーチングされた軌跡
に沿って所定の材料をワーク上に塗布する材料塗布装置
が知られている。この材料塗布装置は、先端側にノズル
が設けられたシリンジと、このシリンジを前記軌跡に沿
って移動させるロボットとを備えて構成されている。前
記シリンジは、内部に収容された材料を加圧することで
当該材料をノズルの先端側から吐出可能に設けられてお
り、ノズルの目詰まりが発生したり材料を消費し切った
とき等に新たなシリンジに交換されるようになってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記材
料塗布装置にあっては、シリンジの交換後、当該シリン
ジの製造上の誤差やシリンジの取り付け位置や姿勢のず
れ等に起因し、シリンジの交換前に対してノズルの先端
位置に僅かな位置ずれが発生することがある。このよう
な状態で材料塗布を行うと、ノズルの先端側が予めティ
ーチングされた軌跡からずれた軌跡上を移動することと
なり、材料をワーク上の正確な位置に塗布できなくなる
という不都合がある。このような不都合を回避するため
には、シリンジの高精度な加工が要求されて当該シリン
ジの製造上の手間が掛かるとともに、ノズルの精密な交
換が要求されてノズルの交換作業が煩雑になり、これら
が、装置のランニングコストの高騰化を招来する。

【０００４】ところで、特開２０００−５６７９号公報
には、カメラを用いてノズルを撮像することにより、所
定の基準位置からのノズルの位置ずれ量を検出し、その
検出値に基づいてノズルの位置補正を行う塗布装置が提
案されている。

【０００５】しかしながら、前記塗布装置にあっては、
カメラ等の撮像装置を用い、しかも、撮像の際にノズル
を回転させる機構が必要となるため、装置全体が大型化
し、装置の製造コストの高騰化を招来するという不都合
がある。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、このような不都合に着目して
案出されたものであり、その目的は、比較的簡単な構成
でノズルの位置ずれ量を高精度に検出することができる
ノズルの位置ずれ検出装置及びこれを用いた材料塗布装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、所定の基準位置に対するノズルの位置ず
れ量を検出するノズルの位置ずれ検出装置において、直
交三軸のうち少なくとも一軸方向のノズルの位置を検知
するセンサと、このセンサの出力を入力として前記基準
位置を特定するデータから前記位置ずれ量を演算する処
理部とを備える、という構成を採っている。このような
構成によれば、センサを用いてノズルの位置ずれ量を検
出できるため、レンズ等を含む撮像装置を用いた検出装
置よりも装置全体をコンパクトにすることができ、比較
的簡単な構成でノズルの位置ずれ量を高精度に検出する
ことが可能となる。

【０００８】また、本発明は、所定の基準位置に対する
ノズルの位置ずれ量を検出するノズルの位置ずれ検出装
置において、所定方向に延びる光軸を形成し、当該光軸
に前記ノズルを横切らせることで当該ノズルの位置を検
知するセンサと、このセンサの出力を入力として前記基
準位置を特定するデータから前記位置ずれ量を演算する
処理部とを備える、という構成を採り、これによって
も、前述した目的をより良く達成しようとしたものであ
る。

【０００９】更に、本発明に係る材料塗布装置は、前記
ノズルをワークに相対移動させたときのティーチングデ
ータに従って、前記ノズルから吐出された材料を前記ワ
ークに塗布するものであって、前記位置ずれ検出装置に
より検出されたノズルの位置ずれ量に基づいて前記ティ
ーチングデータを補正する補正手段を備える、という構
成を採っている。これにより、前記撮像装置を用いた材
料塗布装置よりも簡単な構成でノズルの位置ずれを補正
できる材料塗布装置を提供することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明におけるノズルは、前記光
軸に向かって第１ピッチで段階的に移動可能に設けら
れ、当該移動により前記光軸を横切った地点を含む特定
ピッチの開始点及び終了点間で細分化された第２ピッチ
に従って更に段階的に移動可能に設けられる、という構
成を採ることが好ましい。このように構成することで、
先ず、第２ピッチよりも粗い第１ピッチでノズルを移動
させることでノズルのラフな位置出しを行ってから、細
かい第２ピッチでノズルを移動させることでノズルの厳
密な位置出しが行われることになり、細かい第２ピッチ
でのノズルの移動が光軸を横切る位置の近傍領域のみで
行われるため、ノズルの正確な位置出しを迅速に行うこ
とができる。

【００１１】また、前記センサは、直交するＸ，Ｙ，Ｚ
軸方向におけるノズルの位置をそれぞれ特定するＸ軸セ
ンサ、Ｙ軸センサ、及びＺ軸センサからなる、という構
成を採るとよい。これにより、ノズルの位置ずれを三次
元的に把握することができ、ノズルの長さ方向の位置ず
れ量も簡単に検出することができる。

【００１２】なお、本明細書における「Ｘ軸」、「Ｙ
軸」、「Ｚ軸」とは、特に明示しない限り、図１に記載
された座標を基準とした座標軸を意味する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１４】図１には、本実施例に係る材料塗布装置の
概略斜視図が示されている。この図において、材料塗布
装置１０は、ワークＷの所定部位にシール材等の材料を
自動的に塗布する装置である。すなわち、材料塗布装置
１０は、前記ワークＷの設置部を含むベース１１と、先
端側にノズル１２が設けられたシリンジ１３と、所定の
基準位置に対するノズル１２の位置ずれ量を検出する位
置ずれ検出装置１４と、シリンジ１３を直交三軸（Ｘ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向に移動させるロボット１６とを備
えて構成されている。

【００１５】前記シリンジ１３は、例えば、シリコーン
等の高粘度材料が収容されており、この材料を図示しな
い加圧装置によって加圧することでノズル１２の先端側
から材料を吐出可能に設けられている。なお、ノズル１
２に連なる部分としては、前記シリンジ１３に限定され
ず、チューブやカートリッジなど任意に作成した形状の
他の材料貯留体であって、シリンジ保持体４２やロボッ
ト１６の可動部に対してノズル１２が直接的或いは間接
的に確実に固定される限りにおいて種々の構成を採用す
ることができる。

【００１６】前記位置ずれ検出装置１４は、図１〜図４
に示されるように、前記ベース１１上に固定される側面
視略逆コ字状の支持体１８と、この支持体１８の上部に
配置されたブロック１９と、このブロック１９に埋設さ
れるとともに、前記直交三軸方向のノズル１２の位置を
検知するセンサとしての光電管２０と、ベース１１の下
面側に位置する制御装置２２内に設けられるとともに、
光電管２０からの出力を入力してノズル１２の位置ずれ
量を演算する処理部２３とを備えて構成されている。

【００１７】前記ブロック１９の略中央には、前記ノズ
ル１２の外径よりも大きな内径を備えた貫通穴２５が上
下方向に沿う向きで形成されており、この貫通穴２５
は、ブロック１９の上部開放部分からノズル１２を挿抜
できるようになっている。

【００１８】前記光電管２０は、Ｘ軸方向のノズル１２
の位置を検知するＸ軸センサ２７と、Ｙ軸方向のノズル
１２の位置を検知するＹ軸センサ２８と，Ｚ軸方向のノ
ズル１２の位置を検知するＺ軸センサ２９とからなり、
これら各センサ２７〜２９は、貫通穴２５の内壁部分に
発光部及び受光部が露出するように固定されている。

【００１９】Ｘ軸センサ２７及びＹ軸センサ２８は、相
互に略同一の高さ位置に固定され、Ｘ軸センサ２７は、
Ｙ軸方向に沿って各一対設けられる透過型光電管により
それぞれ構成される一方、Ｙ軸センサ２８は、Ｘ軸方向
に沿って各一対設けられる透過型光電管によりそれぞれ
構成されている。従って、貫通穴２５内に挿入されたノ
ズル１２をＸ軸方向に動かし、当該ノズル１２の先端側
がＸ軸センサ２７，２７間に形成される光軸Ｂ１を横切
ると、ノズル１２の先端側のＸ軸方向位置が検知され
る。その一方、貫通穴２５内でノズル１２をＹ軸方向に
動かし、ノズル１２の先端側がＹ軸センサ２８，２８間
に形成される光軸Ｂ２を横切ると、ノズル１２の先端側
のＹ軸方向位置が検知されることになる。

【００２０】Ｚ軸センサ２９は、Ｘ軸センサ２７及びＹ
軸センサ２８よりも下方となる高さ位置に固定され、Ｙ
軸方向に延びる光軸Ｂ３が複数形成されるエリア型の光
電管により構成されている。従って、ノズル１２を光軸
Ｂ３の上方から下降させ、ノズル１２の先端側が何れか
一つの光軸Ｂ３を横切ると、ノズル１２の先端側のＺ軸
方向位置が検知されることになる。

【００２１】前記処理部２３は、図５に示されるよう
に、ノズル１２の先端位置の基準座標を記憶する記憶部
３１と、光電管２０によって検知されたノズル１２の先
端位置の検知座標を前記基準座標に基づいてノズル１２
の位置ずれ量を求める演算機能３２とを備えている。

【００２２】前記ロボット１６は、図１に示されるよう
に、シリンジ１３を移動させるための移動機構３５と、
前記制御装置２２内に設けられて移動機構３５の動作を
制御する制御手段３６とを備えて構成されている。

【００２３】前記移動機構３５は、Ｘ軸方向に延びる側
面視略門型のＸ軸レール構造体３８と、Ｙ軸方向に延び
るとともに、Ｘ軸レール構造体３８に沿って移動可能な
Ｙ軸レール構造体３９と、Ｚ軸方向に延びるとともに、
Ｙ軸レール構造体３９に沿って移動可能なＺ軸レール構
造体４０と、このＺ軸レール構造体４０に対して上下方
向に移動可能に設けられるとともに、前記シリンジ１３
を着脱自在に保持するシリンジ保持体４２とを備えて構
成されている。なお、移動機構３５は、各構造体３８，
３９，４０及びシリンジ保持体４２を所定動作させるた
めの機構、すなわち、図示しないモータや送りねじ軸若
しくはシリンダ等を含んで構成されており、これらは、
後述するように前記制御手段３６によって制御される。
また、移動機構３５は、前記構成に限定されるものでは
なく、シリンジ１３を所定の空間内に移動できる限りに
おいて、他の機構を採用することもできる。例えば、図
示例ではＹ軸レール構造体３９が片持ちタイプとなって
いるが、Ｘ軸レール構造体３８を一対配置して両持ちタ
イプとする構成、或いは、多関節アーム型等が例示でき
る。

【００２４】前記制御手段３６は、図６に示されるよう
に、前記ワークＷに材料を塗布する際に移動機構３５の
移動を制御する塗布用制御部４４と、前記位置ずれ検出
装置１４でのノズル１２の位置ずれ量を検出する際に移
動機構３５の移動を制御する位置調整用制御部４５とを
備えて構成されている。

【００２５】前記塗布用制御部４４は、ノズル１２の先
端側をワークＷに相対させて所望の材料塗布軌跡Ｌ（図
１参照）に沿ってシリンジ１３を手動で移動することに
より、前記材料塗布軌跡Ｌをティーチングデータとして
記憶する記憶部４７と、位置ずれ検出装置１４で演算さ
れたノズル１２の位置ずれ量に基づいてティーチングデ
ータを補正する補正手段としての補正機能４８と、この
補正機能４８で補正された後のティーチングデータに従
ってノズル１２の先端側を移動させる実行機能４９とを
備えている。

【００２６】前記位置調整用制御部４５は、シリンジ１
３を位置ずれ検出装置１４側に移動させるための動作信
号を出力する移送機能５２と、前記貫通穴２５内で前記
直交三軸方向それぞれにノズル１２を段階的に移動させ
るための動作信号を出力する段階移動機能５３とを備え
て構成されている。

【００２７】前記段階移動機能５３は、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸
方向において、ロボット１６の分解能の１０倍〜１００
倍程度の大きさの第１ピッチＰ１（図７，図８参照）で
ノズル１２を段階的に移動させるラフ移動モード５６
と、ロボット１６の分解能程度の大きさの第２ピッチＰ
２（図７，図８参照）でノズル１２を段階的に移動させ
る微細移動モード５７とを備えている。

【００２８】このように構成された位置調整用制御部４
５は、移送機能５２で所定の原点から略一定座標分離れ
た貫通穴２５の上方位置にシリンジ１３を移動させてか
ら、段階移動機能５３で次のようにノズル１２の移動を
制御する。すなわち、先ず、ラフ移動モード５６によ
り、ノズル１２のＸ軸方向の位置ずれ量を検知する際に
は、図７（Ａ）に示されるように、貫通穴２５の同図中
左端側にノズル１２を挿入した後で、同図中右側に向か
って第１ピッチＰ１でノズル１２を段階的に移動させ
る。また、センサのヒステリシスを考慮し、第１ピッチ
Ｐ１でのノズル１２の移動を前述と逆方向すなわち同図
右端側から左端側に向かっても行う。そして、ノズル１
２が光軸Ｂ１を横切った位置を含むピッチ位置を特定ピ
ッチＳとする。

【００２９】次いで、微細移動モード５７により、図７
（Ｂ）に示されるように、特定ピッチＳの各境界点すな
わち開始点及び終了点間で細分化された第２ピッチＰ２
に従ってノズル１２を同図中左側から同右側に向かって
段階的に移動させるとともに、これと同様にして逆方向
にもノズル１２を段階的に移動させる。この際、光軸Ｂ
１を横切るノズル１２の先端位置の座標がノズル１２の
移動方向毎に二種類検出されるが、これら二種類の座標
の平均値が正式な座標とされる。

【００３０】Ｙ軸方向の位置ずれ量を検知する際にも、
Ｘ軸方向の場合と同様の手順でノズル１２の移動が制御
される。

【００３１】Ｚ軸方向の位置ずれ量を検知する際には、
図８（Ａ）に示されるように、貫通穴２５内の上部から
前記第１ピッチＰ１でノズル１２を段階的に下降させ、
ノズル１２の先端が光軸Ｂ３を横切った位置を含むピッ
チ位置を特定ピッチＳとする。そして、図８（Ｂ）に示
されるように、この特定ピッチＳの範囲内で細分化され
た第２ピッチＰ２に従って、ノズル１２を特定ピッチＳ
の開始点（上端側）から終了点（下端側）に向かって段
階的に移動し、光軸Ｂ３を横切るノズル１２の先端位置
の座標を検出する。

【００３２】次に、前記ノズル１２の位置ずれに対する
ティーチングデータの補正手順について説明する。

【００３３】基準モデルを用いて初期に設定したティー
チングデータに基づいてノズル１２がワークＷ上の材料
塗布軌跡Ｌに沿って移動し、これと同時にノズル１２の
先端側から材料を吐出する塗布作業が行われる。この塗
布作業を多数のワークＷに対して行ったときにシリンジ
１３の交換が必要となった場合には、塗布作業を一旦中
断してシリンジ１３を前記シリンジ保持体４２から外し
て新たなシリンジ１３に交換する。そして、交換後、ロ
ボット１６が動作し、シリンジ１３が位置ずれ検出装置
１４に向かって移動し、当該位置ずれ検出装置１４でノ
ズル１２の位置ずれ量が検出される。すなわち、前述し
たように貫通穴２５にノズル１２の先端側が挿入されて
ノズル１２が段階的に移動することにより、ノズル１２
の先端位置の直交三軸方向における座標を検出し、前記
処理部２３で、位置ずれ調整が行われたシリンジ１３の
ノズル１２の先端位置と比較演算することにより新たに
取り付けられたノズル１２の位置ずれ量を求める。そし
て、前記塗布用移動制御部４４に設けられた補正機能４
８を用いて、交換後のノズル１２を用いても、前記材料
塗布軌跡Ｌに沿って材料が塗布されるように、予め設定
されたティーチングデータから位置ずれ検出装置１４で
求められた位置ずれ量を加算若しくは減算することによ
り、前記ティーチングデータを補正する。このため、前
記材料の塗布作業を再開したときには、補正されたティ
ーチングデータに基づいてシリンジ１３が移動し、再
び、ノズル１２の先端位置のティーチング動作を行わな
くても所望の材料塗布軌跡Ｌ上に沿って材料が塗布され
ることになる。

【００３４】従って、このような実施例によれば、交換
後のシリンジ１３が交換前に対してノズル１２の位置ず
れが発生するような場合でも、ＣＣＤカメラ等からなる
大掛かりな撮像装置を用いない比較的簡単な構成で、ノ
ズル１２の位置ずれに伴うティーチングデータの補正を
自動的に行うことができるという効果を得る。

【００３５】なお、前記実施例ではセンサとして光電管
を用いたが、本発明はこれに限らず、ノズル１２の所定
部位の位置を検知できる限りにおいて、反射型等の他の
光センサ、接触型センサ等を用いることも可能である。

【００３６】また、ノズルの位置ずれ量の検出は、前記
直交三軸方向のうち少なくとも所定の一方向のみについ
て行うことも可能である。

【００３７】更に、前記実施例では、位置ずれ検出装置
１４を材料塗布装置１０に適用したが、本発明はこれに
限らず、前記位置ずれ検出装置１４を単独で、又は、ノ
ズル１２のつまりを除去するノズルクリーナー等の他の
装置と組み合わせて用いることもできる。

【００３８】また、前述した各種制御構成は、前記実施
例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏
する限りにおいて、種々の変更が可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
直交三軸のうち少なくとも一軸方向のノズルの位置を検
知するセンサと、このセンサの出力を入力として前記基
準位置を特定するデータから前記位置ずれ量を演算する
処理部とを備えたから、レンズ等を含む撮像装置を用い
た検出装置よりも装置全体をコンパクトにすることがで
き、比較的簡単な構成でノズルの位置ずれ量を高精度に
検出することができる。

【００４０】また、所定方向に延びる光軸を形成し、当
該光軸に前記ノズルを横切らせることで当該ノズルの位
置を検知するセンサを用い、前記光軸に向かって第１ピ
ッチで段階的にノズルを移動可能に設けるとともに、当
該移動により前記光軸を横切った地点を含む特定ピッチ
の開始点及び終了点間で細分化された第２ピッチに従っ
て更に段階的にノズルを移動可能に設けたから、ノズル
の正確な位置出しを迅速に行うことができる。

【００４１】更に、直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向のノズル
の位置をそれぞれ特定するＸ軸センサ、Ｙ軸センサ、及
びＺ軸センサにより前記センサを構成したから、ノズル
の位置ずれを三次元的に把握することができ、ノズルの
長さ方向の位置ずれ量も簡単に検出することができる。

【００４２】また、前記ノズルをワークに相対させなが
ら移動したときのティーチングデータに従って、前記ノ
ズルから吐出された材料を前記ワークに塗布する材料塗
布装置に、前記位置ずれ検出装置を適用し、前記位置ず
れ検出装置により検出されたノズルの位置ずれ量に基づ
いて前記ティーチングデータを補正する補正手段を備え
たから、前記撮像装置を用いた材料塗布装置よりも簡単
な構成でノズルの位置ずれを補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例における材料塗布装置の概略斜視図。

【図２】位置ずれ検出装置の概略拡大斜視図。

【図３】図２の部分断面平面図。

【図４】図２の縦断面図。

【図５】処理部の各機能を説明するためのブロック図。

【図６】移動手段の各機能を説明するためのブロック
図。

【図７】（Ａ）は、Ｘ軸方向の位置ずれを検出する際に
おける第１ピッチでの移動を説明するための部分拡大断
面図であり、（Ｂ）は、その後の第２ピッチでの移動を
説明するための部分拡大断面図である。

【図８】（Ａ）は、Ｚ軸方向の位置ずれを検出する際に
おける第１ピッチでの移動を説明するための部分拡大断
面図であり、（Ｂ）は、その後の第２ピッチでの移動を
説明するための部分拡大断面図である。

【符号の説明】

１０ 材料塗布装置 １２ ノズル １４ 位置ずれ検出装置 ２０ 光電管（センサ） ２３ 処理部 ２７ Ｘ軸センサ ２８ Ｙ軸センサ ２９ Ｚ軸センサ ４８ 補正機能（補正手段） Ｂ１ 光軸 Ｂ２ 光軸 Ｂ３ 光軸 Ｐ１ 第１ピッチ Ｐ２ 第２ピッチ Ｓ 特定ピッチ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の基準位置に対するノズルの位置ず
   れ量を検出するノズルの位置ずれ検出装置において、 直交三軸のうち少なくとも一軸方向のノズルの位置を検
   知するセンサと、このセンサの出力を入力として前記基
   準位置を特定するデータから前記位置ずれ量を演算する
   処理部とを備えたことを特徴とするノズルの位置ずれ検
   出装置。
2. 【請求項２】 所定の基準位置に対するノズルの位置ず
   れ量を検出するノズルの位置ずれ検出装置において、 所定方向に延びる光軸を形成し、当該光軸に前記ノズル
   を横切らせることで当該ノズルの位置を検知するセンサ
   と、このセンサの出力を入力として前記基準位置を特定
   するデータから前記位置ずれ量を演算する処理部とを備
   えたことを特徴とするノズルの位置ずれ検出装置。
3. 【請求項３】 前記ノズルは、前記光軸に向かって第１
   ピッチで段階的に移動可能に設けられ、当該移動により
   前記光軸を横切った地点を含む特定ピッチの開始点及び
   終了点間で細分化された第２ピッチに従って更に段階的
   に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項２
   記載のノズルの位置ずれ検出装置。
4. 【請求項４】 前記センサは、直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方
   向のノズルの位置をそれぞれ特定するＸ軸センサ、Ｙ軸
   センサ、及びＺ軸センサからなることを特徴とする請求
   項１、２又は３記載のノズルの位置ずれ検出装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４記載の位置ずれ検出装
   置を用い、前記ノズルをワークに相対させながら移動し
   たときのティーチングデータに従って、前記ノズルから
   吐出された材料を前記ワークに塗布する材料塗布装置で
   あって、 前記位置ずれ検出装置により検出されたノズルの位置ず
   れ量に基づいて前記ティーチングデータを補正する補正
   手段を備えたことを特徴とする材料塗布装置。