JP2013215864A - 塗布教示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布した結果に基づいて教示位置、塗布速度などの塗布計画を再度作り直さなくても済む、簡易な塗布教示方法を提供することを目的とする。
【解決手段】ステップＳ７〜Ｓ１２では、ノズル（７）を移動させることで教示された塗布経路にしたがって試し塗布用基板（２０）に樹脂を塗布する。ステップＳ１３では、塗布状況を判定してステップＳ１０，Ｓ１１で指定した塗布経路の一部領域におけるノズル（７）の移動速度を、塗布経路の全体に対して適用して、塗布経路とノズルの移動速度を教示する。
【選択図】図２

Description

本発明は、産業用ロボットを用いた塗布装置における塗布教示方法に関する。

各種の製造ラインでは、例えば、電子部品の接着または固定のために、接着剤または硬化樹脂などを塗布する工程が不可欠である。
従来の塗布技術としては、吐出量を一定にした上で、産業用ロボットの速度を一定速度で動作させて塗布するものがある。塗布する軌跡については、産業用ロボットを実際に動作させるか、数値座標として入力することで、産業用ロボットに登録する。そして、登録された座標間における産業用ロボットの動作速度をデータ上に記憶させておき、一定の吐出量となるように産業用ロボットの動作を制御することで、最適な吐出量の制御を実現させている（例えば、特許文献１参照）。

図７に、特許文献１に記載された産業用ロボットの概略構成を示す。
図７に示すように、産業用ロボットの制御装置１０１は、教示データ記憶手段１０２と、動作計画策定手段１０３と、補間指令値算出手段１０４と、速度算出手段１０５と、加速度算出手段１０６と、リニアライザテーブル１０７と、制御量算出手段１０８を主要構成要素とする。

教示データ記憶手段１０２が産業用ロボットの作業部位の教示データを記憶し、動作計画策定手段１０３が教示データに基づき動作計画を策定し、補間指令値算出手段１０４が動作計画に基づき補間指令値を算出し、速度算出手段１０５が一対の連続する補間指令値により産業用ロボットの作業部位の速度および加速度を算出し、制御量算出手段１０８が速度および加速度に対応した作業部位の制御量を出力する。

特開平６−５９７１８号公報

従来の技術においては、塗布動作における動作条件が、２点間座標とその間における定格速度とその定格速度に到達する時間で決められる。
しかしながら、実際に塗布した場合、一意に決められた教示データを用いての塗布動作では、塗布した結果に基づいて、教示位置または塗布速度などの塗布計画を作り直さなければならない場合がある。

例えば、電子部品と基板間の補強のための樹脂塗布のときに、２点間を塗布した際に塗布幅が基準範囲に入っていても電子部品にかかる樹脂高さが足りない場合は、電子部品側の樹脂高さを得るために、塗布軌跡を電子部品側へ移動させる必要がある。

また、例えば、電子部品と基板間の補強のための樹脂塗布のときに、樹脂高さが足りている全体の塗布幅が規定に入らない場合は、速度を落とした上で塗布させる必要がある。
本発明は、前記従来の課題を解決する塗布教示方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の塗布教示方法は、塗布用のノズルを有する産業用ロボットの塗布教示方法であって、教示された塗布経路に従って前記ノズルを移動させて対象物に樹脂を塗布し、前記樹脂の塗布状況に基づいて選択された一部領域における前記ノズルの移動速度を前記塗布経路の一部領域よりも広い領域の移動速度として適用して、塗布経路とノズルの移動速度を教示する、ことを特徴とする。

本発明によれば、塗布動作を繰り返して塗布計画を作り直すことなく、塗布教示することができる。

本発明の実施の形態１における塗布装置を示す構成図 本発明の実施の形態１における塗布教示方法のフローチャートであって、（ａ）第１の手順を示すフローチャート、（ｂ）第２の手順を示すフローチャート 本発明の実施の形態２における塗布装置を示す図 本発明の実施の形態３における塗布装置を示す図 本発明の実施の形態３における塗布教示方法を説明するための図 本発明の実施の形態３における塗布教示方法のフローチャートであって、（ａ）第１の手順を示すフローチャート、（ｂ）第２の手順を示すフローチャート 特許文献１に記載された産業用ロボットの概略構成図

以下、本発明の塗布教示方法を、実施の形態に基づいて説明する。なお、以下の説明におけるパラレルリンクロボットは、産業用ロボットの一例である。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における塗布装置を示す構成図である。

図１に示すように、塗布装置の一例であるパラレルリンクロボット１は、６つのモータ２と、６つのエンコーダ３と、６つのブレーキ４を有している。モータ２には、ロッド５が直接接続されている。６つそれぞれのロッド５の先端には１つのヘッド６が接続され、ヘッド６には樹脂を塗布するための塗布用のノズル７が固定されている。ノズル７には、樹脂タンク８が吐出制御装置９を介して接続されている。吐出制御装置９は、樹脂タンク８からノズル７へ供給される樹脂の吐出を制御している。

このパラレルリンクロボット１は、先端のヘッド６が６自由度を有するものである。各エンコーダ３は、制御装置１０に接続されている。また、本実施の形態１では、パラレルリンクロボット１による塗布経路教示を行うために、試し塗布用基板２０を使用する。この試し塗布用基板２０は、実際に塗布する塗布対象基板と同じ形状を有するものである。また、塗布対象物である塗布対象基板の一例は、電子部品が実装された基板である。また、この塗布対象基板に塗布される樹脂の一例は、基板と電子部品との取り付け状態の補強のために塗布される樹脂である。なお、試し塗布用基板２０としては、できる限り条件のバラつきを減らすために、実際に塗布する塗布対象基板をそのまま用いることが望ましい。この試し塗布用基板２０は、試し塗布対象物の一例である。試し塗布用基板２０としては、平板以外に、曲面を有する曲板、又は凹凸を有する基板なども用いることができる。

制御装置１０には、記録開始位置を指示するための記録開始位置指示スイッチ１１、記録終了位置を指示するための記録終了位置指示スイッチ１２及び最適速度位置を指示するための最適速度位置指示スイッチ１３を設けている。また、制御装置１０には、６つのモータ２全ての励磁を制御するモータ励磁スイッチ１４と、６つのブレーキ４全ての解除を行うブレーキ解除スイッチ１５が設けられている。これらスイッチは、パラレルリンクロボット１の教示に用いられる。

ノズル７から吐出される樹脂の吐出量は可変にしても良いが、粘性のある樹脂の場合、ノズル７に対して吐出量の可変を指示するタイミングと吐出するタイミングを制御する必要がある。そのため、本実施の形態では、単位時間当たりのノズル７からの吐出量を一定として動作させている。

本実施の形態１のパラレルリンクロボット１を用いた塗布教示方法は、図２（ａ）に示すようにヘッド６の経路を教示する第１の手順と、第１の手順の後、図２（ｂ）に示すようにノズル７の移動速度を教示する第２の手順とで構成されている。すなわち、図２（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１における塗布教示方法のフローチャートである。

まず、図２（ａ）に基づいて、ノズル７の経路の教示工程である第１の手順を説明する。
ステップＳ１では、ノズル７が付いたヘッド６を、作業者（塗布教示者）が手で保持する。

ステップＳ２では、ステップＳ１でヘッド６を手で保持した状態において、作業者がモータ励磁スイッチ１４を押して、モータ２の励磁を解除する。
ステップＳ３では、作業者がブレーキ解除スイッチ１５を押して、モータ２のブレーキ４を解除する。ステップＳ３でブレーキ４を解除したことにより、作業者は、ヘッド６を自由に移動させることが可能となる。

ステップＳ４では、作業者が試し塗布用基板２０の塗布開始位置へ、ヘッド６を移動させ、塗布開始位置において記録開始位置指示スイッチ１１をオンにする。制御装置１０では、この記録開始位置指示スイッチ１１をオンにした信号に基づいて、各エンコーダ３の信号の記録を開始する。

ステップＳ５では、実際に塗布する経路（塗布開始位置から塗布終了位置までの経路）を作業者がヘッド６を移動させた動きに基づいて各エンコーダ３から出力されたデータを、制御装置１０で記録する。

ここで、塗布開始位置とは、作業者が教示する経路において、塗布を開始する位置である。塗布終了位置とは、作業者が教示する経路において、塗布を終了する位置である。すなわち、本実施の形態１では、塗布開始位置から塗布終了位置までヘッド６が移動した経路を、樹脂を塗布する塗布経路として教示している。

ステップＳ６では、ヘッド６が経路の塗布終了位置に到着した時点で、記録終了位置指示スイッチ１２を作業者がオンにする。制御装置１０では、この記録終了位置指示スイッチ１２をオンにした信号に基づいて、各エンコーダ３の信号の記録を終了する。

塗布開始位置から塗布終了位置までの各エンコーダ３の信号は、制御装置１０が一定時間毎にサンプリングを行っている。制御装置１０は、一定時間後にサンプリングを行うことで、座標位置とサンプリング間隔におけるヘッド６の移動速度を、算出することができる。また、このサンプリング周期を変化させることで、ヘッド６の移動速度データの精度とデータ量を調整することができる。本実施の形態１では、ノズル７はヘッド６に固定されているため、ヘッド６の移動速度を算出することで、ノズル７の移動速度を算出することができる。また、制御装置１０に記録されたヘッド６の経路から、ノズル７の経路を算出することができる。

次に、図２（ｂ）に基づいて、試し塗布用基板２０を使用したノズル７の移動速度の教示工程である第２の手順を説明する。
ステップＳ７では、前述の図２（ａ）の第１の手順での教示で得られたノズル７の経路とノズル７の移動速度で、試し塗布用基板２０への樹脂の塗布動作を開始する。このステップＳ７の樹脂の塗布動作は、前述の図２（ａ）の第１の手順で教示された塗布の再生動作である。

ステップＳ８では、ステップＳ７による試し塗布用基板２０上の樹脂の塗布状況を、作業者が、例えば目視でチェックする。
ステップＳ９では、ステップＳ８でのチェック結果に応じて、作業者が、最適な塗布状況であるか否かを判断する。ここで、最適な塗布状況であるか否かを判断するための指標の一つは、試し塗布用基板２０上に塗布された樹脂の塗布幅または塗布高さである。これは、一般に塗布対象基板は平面状の基板であり、最適な塗布量（最適塗布量）で樹脂が塗布されると、最適な塗布幅または塗布高さとなるためである。ここで、さらに正確な最適塗布状況を判定したい場合は、最適な塗布幅であると共に最適な塗布高さであることを判定するのが望ましい。

ステップＳ９において最適な塗布状況である（ステップＳ９のＹｅｓ）と判定した場合には、ステップＳ１０において、作業者が最適速度位置指示スイッチ１３を用いて指示することで選択された最適な塗布状況の区間（一部領域）を、制御装置１０で抽出する。作業者による最適な塗布状況の区間の選択は、ノズル７の経路や移動履歴のデータにおいて最適速度位置指示スイッチ１３を用いて最適な塗布状況の区間を選択する方法や、ノズル７を移動させながら最適な塗布状況の区間で最適速度位置指示スイッチ１３を押して選択する方法がある。

そして、ステップＳ１１において、ステップＳ１０で抽出された区間のノズル７の移動速度を、制御装置１０で最適速度として記憶する。
ここで、ノズル７を移動させながら最適な塗布状況の区間を選択する場合は、ステップＳ１０で最適速度位置指示スイッチ１３のオンの信号を制御装置１０で検出したタイミング：Ｔ１よりも一定時間：ｔ１前のタイミング：Ｔ１−ｔ１を開始点とし、最適速度位置指示スイッチ１３のオフの信号を制御装置１０で検出したタイミング：Ｔ２よりも一定時間：ｔ２前のタイミング：Ｔ２−ｔ２を終了点として区間を選択し、その区間のノズル７の移動速度を最適移動速度として記憶する。これは、作業者がスイッチを押すまでの反射的な遅れの時間への対策である。一定時間ｔ１，ｔ２としては、例えば、２秒程度である。また、最適移動速度とは、最適塗布量の樹脂が塗布されることになるノズル７の移動速度である。

ステップＳ９において、作業者が最適な塗布状況でない（ステップＳ９のＮｏ）判定するとステップＳ８に戻って、最適な塗布状況が見つかるまで塗布状況をチェックする。
ステップＳ１２では、ステップＳ１１で最適な塗布状況として選択された区間において記憶された移動速度（最適移動速度）に基づいて、ノズル７の平均移動速度を算出する。具体的には、ステップＳ１０で抽出された区間における移動速度の平均を算出し、ノズル７の平均移動速度として算出する。

ステップＳ１３では、制御装置１０は、教示された塗布経路において、前述の区間（一部領域）よりも広い領域において、ステップＳ１２で得られた平均移動速度を、ノズル７の移動速度として設定する。なお、前述の区間（一部領域）よりも広い領域としては、全ての塗布経路（塗布の開始位置から終了位置までの全移動領域）とすることもできる。

このようにして、図２（ａ）に示す第１の手順で樹脂の塗布経路が教示され、図２（ｂ）に示す第２の手順で樹脂の最適塗布量が教示される。このようにして教示された後、塗布装置の一例であるパラレルリンクロボット１は、塗布対象基板に、図２（ａ）で教示された塗布経路に沿って、図２（ｂ）で教示されたノズル７の移動速度で、自動的に樹脂を塗布する。

なお、本実施の形態においては、教示された最適移動速度は、人による判断を経た上での等速度であり、実塗布上において最適なノズル７の移動速度であるとしている。また、前述したように、本実施の形態では、ノズル７から出る塗布量は単位時間当り一定なので、今回導出した最適移動速度との関係から、単位長さ当りの塗布量は最適塗布量となる。

なお、図２（ｂ）のステップＳ７の再生動作時に、ノズル７の移動速度を、図２（ａ）で入力された移動速度から例えば±２０％程度で高速および／または低速に変動させることで、樹脂の最適塗布量を設定するための選択肢を増やすことが可能である。

なお、ステップＳ１３では、塗布の開始位置から終了位置までの全区間において、ステップＳ１２で得られた平均移動速度を、ノズル７の移動速度として設定して教示した。これにより、塗布の経路だけでなく、塗布量まで教示することが可能である。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における塗布装置を示す構成図である。
図３において、塗布装置の一例であるパラレルリンクロボット２１の制御装置１０には、記録したエンコーダ３の信号を時間または位置との関係で表示する表示装置１６が接続されている。その他は実施の形態１と同じである。

本実施の形態２のパラレルリンクロボット２１は、前述の実施の形態１の第２の手順（図２（ｂ）参照）において、その塗布動作で用いるエンコーダ３の信号のサンプリング結果に基づく速度データを、時間または位置との関係で表すグラフとして表示装置１６に表示している。作業者は、表示装置１６の表示結果を確認することで、塗布状況をチェックすると共に、表示されたグラフを基に区間を選択することで、最適な塗布状況の区間を容易に抽出することが可能になる。区間の選択の方法としては、マウスやタッチパネルなどの指示装置を用いて画面上から一定範囲を指定しても良いし、必要となる範囲の一点とその範囲を数値データで指定しても良い。

本実施の形態２では、実際の塗布状況から最適塗布状況でないと判断した場合は、サンプリング結果に基づいて、ステップＳ７の再生動作のレートを変化させた上で塗布動作を行うことができる。再生動作のレートを変化させることで、実際に教示した経路における移動速度以外についても、最適な移動速度を導き出すことができる。

また、表示装置１６には、カメラ（図示せず）で撮影した実際の塗布状態を表示することも可能である。こうすることで、様々な角度からの塗布状況を比較しながら判断することも可能であるし、作業者が最適とした塗布状況を画像ログとして残すことも可能である。さらに、量産時においては、塗布に品質問題が出たときに、測定された画像データと初期設定時の画像データとの違いから、温度・湿度・塗布材料の含有物の異常などの原因特定のヒントになる可能性がある。

（実施の形態３）
図４と図５は、本発明の実施の形態３における塗布装置とその説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態３における塗布教示方法のフローチャートである。

この実施の形態３の塗布教示方法は、塗布対象基板が３次元構造を有する基板に対して特に有効である。
なお、図５は、塗布装置の一例であるパラレルリンクロボット３１のヘッド６およびノズル７の要部拡大図であり、試し塗布用基板２０とノズル７間における高さの設定を説明するための図である。

本実施の形態３のパラレルリンクロボット３１の塗布教示方法は、図６（ａ）に示す第１の手順により経路を教示した後、図６（ｂ）に示す第２の手順によりノズルの移動速度（最適移動速度）を教示する方法である。

図６（ａ）は、本発明の実施の形態３における塗布教示方法の第１の手順を示す図であり、塗布経路とノズル７の高さデータを教示する手順を示している。
ステップＳ１では、ノズル７が付いたヘッド６を、作業者（塗布教示者）が手で保持する。

ステップＳ２では、ステップＳ１でヘッド６を手で保持した状態において、作業者がモータ励磁スイッチ１４を押して、モータ２の励磁を解除する。
ステップＳ３では、作業者がブレーキ解除スイッチ１５を押して、モータ２のブレーキ４を解除する。ブレーキ４を解除したことにより、作業者は、ヘッド６を自由に移動させることが可能となる。

ステップＳ４ａでは、作業者は、手で保持したヘッド６を移動させて、塗布開始位置にてノズル７と試し塗布用基板２０の塗布面２０ａを接触させ、記録開始位置指示スイッチ１１をオンにする。制御装置１０では、記録開始位置指示スイッチ１１がオンにされた信号に基づいて、エンコーダ３の信号の記録を開始する。

ステップＳ５ａでは、作業者は、ノズル７を試し塗布用基板２０の塗布面２０ａに接触させながら、実際に塗布する経路（塗布経路）をノズル７で辿って作業者がヘッド６を移動させた動きに基づくエンコーダ３からのデータを、制御装置１０で記録する。

ステップＳ６ａでは、経路の塗布終了位置に着いた時点で記録終了位置指示スイッチ１２をオンにすることで、経路における各エンコーダ３の出力信号の記録を終了させる。その後、作業者は、手で保持したヘッド６を実際に塗布するときのノズル７の高さまで鉛直方向に引き上げる。ここで、鉛直方向に引き上げる前に最適高さ指示スイッチ１７をオンにして、ヘッド６を動かして実際に塗布するときの高さまでノズル７の引き上げが完了すると最適高さ指示スイッチ１７をオフにすることで、ノズル７の高さデータ（最適高さ）を入力することができる。そして、入力されたノズル７の高さデータに基づいて、塗布経路全てにおいて、ノズル７の塗布軸に平行な方向にノズル７の位置をオフセットする。本実施の形態では、ノズル７の引き上げ方向を鉛直方向とし、実際のノズル７位置のオフセットの方向はノズル７の塗布軸に平行な方向にしている。すなわち、ノズル７の塗布軸に平行な方向が鉛直方向に対して傾いている場合は、鉛直方向におけるノズル７の高さが入力された高さデータになるようにオフセットする必要がある。

ノズル７の鉛直方向への引き上げは、具体的には、図５に示すように、最適高さ指示スイッチ１７を押しながら（オンにして）試し塗布用基板２０からノズル７を手３０で高さ：Ｈだけ引き上げた後、最適高さ指示スイッチ１７を離した（オフにした）時点をノズル７の高さとすることで、エンコーダ３の信号から高さデータを設定することができる。

なお、入力されるノズル７の高さデータは、作業者が実際の数値を入力することで設定することもできる。
図６（ｂ）に示す第２の手順によりノズルの移動速度（最適移動速度）を教示するステップＳ７〜ステップＳ１４の工程は、図２（ｂ）と同じ手順であるため、説明を省略する。

このようにして教示されて得られた塗布高さデータは、人による判断を経た上での高さデータであり、実際に塗布する際に最適な高さデータとなる。
また、本実施の形態では、最適移動速度を決めてから最適高さを算出する順番であるが、最適高さを決めてから最適移動速度を算出する逆の順番でも良いのは、言うまでもない。

なお、本実施の形態において、教示後にノズル７の位置をオフセットさせているのは、ノズル７が塗布面２０ａに接触した状態で塗布すると塗布が安定しないためである。また、本実施の形態において、ノズル７を塗布面２０ａに接触させながら教示しているのは、ノズル７が塗布面２０ａに接触していない状態で教示すると、教示動作が安定しないためである。本実施の形態は、これらを両立するものである。

また、ノズル７の位置を、塗布経路全てにおいて、一様にオフセットさせているのは、塗布対象基板からのノズル７の高さを一定とすることで、塗布状態を安定させるためである。

また、図６（ａ）のステップＳ６ａで、ノズル７の塗布軸に平行な方向にノズル７の高さをオフセットしているのは、ノズル７の高さが変わっても、塗布面２０ａに接触した状態で教示された経路に対して塗布されるようにしているためである。すなわち、ノズル７の高さが変わっても、ノズル７の塗布軸を変えないためである。

また、図６（ｂ）のステップＳ７の再生動作時に、ノズル７の高さを、図２（ａ）のステップＳ６ａで入力された基準オフセット量を基準にして、この基準オフセット量の範囲外で例えば±２０％程度で変動させてバラツキを発生させることで、ノズル７の高さデータを、実際の塗布状況に基づいて設定することも可能である。

本発明は、電子部品の樹脂補強工程や塗装における表面コーティングに自動塗布する塗布装置などの教示に用いることができる。

１，２１，３１ パラレルリンクロボット
２ モータ
３ エンコーダ
４ ブレーキ
５ ロッド
６ ヘッド
７ ノズル
８ 樹脂タンク
９ 吐出制御装置
１０ 制御装置
１１ 記録開始位置指示スイッチ
１２ 記録終了位置指示スイッチ
１３ 最適速度位置指示スイッチ
１４ モータ励磁スイッチ
１５ ブレーキ解除スイッチ
１６ 表示装置
１７ 最適高さ指示スイッチ
２０ 試し塗布用基板
２０ａ 塗布面
３０ 手

Claims (8)

1. 塗布用のノズルを有する産業用ロボットの塗布教示方法であって、
   教示された塗布経路に従って前記ノズルを移動させて対象物に樹脂を塗布し、
   前記樹脂の塗布状況に基づいて選択された一部領域における前記ノズルの移動速度を前記塗布経路の一部領域よりも広い領域の移動速度として適用して、塗布経路とノズルの移動速度を教示する、
   塗布教示方法。
2. 前記樹脂の塗布状況を判定して選択した一部領域における前記ノズルの移動速度の平均を前記塗布経路の一部領域よりも広い領域の移動速度として適用する、
   請求項１記載の塗布教示方法。
3. 塗布経路を教示する際に、前記ノズルを塗布面に接触させながら教示する、
   請求項１または請求項２記載の塗布教示方法。
4. 塗布経路を教示する際に、前記ノズルを塗布面に接触させながら教示した後、前記ノズルを鉛直方向に移動させた高さデータに基づいて、前記ノズルの塗布軸に平行な方向にオフセットさせて塗布経路を教示する、
   請求項３記載の塗布教示方法。
5. 前記対象物が、実際に樹脂を塗布する塗布対象物と同じ形状である、
   請求項１〜請求項４の何れかに記載の塗布教示方法。
6. 教示された塗布経路に従って前記ノズルを移動させて樹脂を塗布するに際し、前記ノズルの移動速度を変動させながら塗布する、
   請求項１〜請求項５の何れかに記載の塗布教示方法。
7. 教示された塗布経路に従って前記ノズルを移動させて樹脂を塗布するに際し、前記ノズルの高さのオフセットの量を変動させながら塗布する、
   請求項４記載の塗布教示方法。
8. 前記産業用ロボットが、６自由度を有するヘッドに塗布用の前記ノズルを付けたパラレルリンクロボットである、
   請求項１〜請求項７の何れかに記載の塗布教示方法。