JP2004084683A

JP2004084683A - アクチュエータ及びアクチュエータを用いた画像検査装置

Info

Publication number: JP2004084683A
Application number: JP2002242451A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Otsuki; 大槻　博; Hiroyuki Ishii; 石井　洋行; Hirokatsu Murakoshi; 村越　廣勝
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】ボールネジの軸振れを防止可能で低振動化と収束時のセットリング時間が短縮可能なアクチュエータ及びこのアクチュエータを用いた画像検査装置を得る。
【解決手段】サーボモータ６のロータ７に中空部９を形成をし、この中空部９にボールナット１１を固着し、ボールネジ５の軸方向にサーボモータ６を移動自在とさせる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアクチュエータ及びこのアクチュエータを用いた画像検査装置に係わり、特にロータに設けた中空部に、駆動部を配設して、小型化を図ったアクチュエータ及びこのアクチュエータを用いて画像データを取り込む画像検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アクチュエータとしては種々のものか提案されている。例えは特開２００１−１３２８１０号公報には図７及び図８に示す様なアクチュエータが開示されている。
【０００３】
図８に示す、アクチュエータ６０は長方形状のベース部６１の下側にサーボモータ６２を配設している。このサーボモータ６２はボールネジ６４を支持する右側の支持部材６３Ｒに固定されている。このサーボモータ６２の回転軸６５にプーリ６６を固着すると共に、ボールネジ６４の一端にもプーリ６７を固着し、プーリ６６及び６７間にベルト６８を巻回し、左右支持部材６３Ｌ及び６３Ｒ間に設けた軸受６９Ｌ及び６９Ｒ間に回動可能に架設したボールネジ６４を駆動している。
【０００４】
ボールネジ６４にはボールナット７０が螺合され、その回転を直動ガイド７２によって規制している。ボールナット７０上にはスライダ７１が固定され、このスライダ上に各種機器が搭載されている。
【０００５】
この様な構成のアクチュエータによれば、ボールネジ６４の長さをボールネジ６４の軸の延長上にサーボモータ６２を配設する場合に比べて、全体の右左支持部材６３Ｌ及び６３Ｒ間の距離を短縮することが出来るが、部品点数が増大し、組立が困難になると共に上下方向に装置が大型化する問題があり、図８に示す様な構造のアクチュエータが提案されている。
【０００６】
図７で図８との対応部分には同一符号を付して示す。ベース部６１の上部右側にはサーボモータ６２が配置される。このサーボモータ６２はステータ５５と、このステータ５５の内周側にボールベアリング等で回転可能に配置されたロータ５６とから構成されている。
【０００７】
上述のロータ５６の一端は中空状に成され、図８中のロータ５６の左端側には開口部５７が形成されると共に右端側には鍔部５８が設けられている。
【０００８】
上記ベース部６１上でロータ５６の内周側には、移動体としてのスライダ７１の基部が図７中左右方向に移動可能に配置されている。該スライダ７１は図８の直動ガイド７２と同様にスライダ７１の回転を規定する図示しない直動ガイドに沿って移動するように構成されている。スライダ７１の内周側にはボールネジ６４が配設されていて、このボールネジ６４は、図７中その右端部を介して、ロータ５６の鍔部５８に楔結合機構５９を介して連結・固定されている。よって、ロータ５６が適宜の方向に回転することにより、ボールネジ６４も同方向に回転するようになっている。
【０００９】
上記スライダ７１の内周側にはボールナット６３が内装されていて、このボールナット６３はボールネジ６４に螺合していると共に、スライダ７１に対しては固定された状態で設けられている。よって、ロータ５６の回転によりボールネジ６４が回転することにより、ボールナット６３は図７中左右方向に移動することになり、それによって、スライダ７１も同方向に移動する。そして、このスライダ７１の移動により、例えば、スライダ７１に取り付けられた図示しない各種機器を移動させるものである。
【００１０】
また、ベース部６１の図７中右端にはカバー５４が取付・固定されていて、このカバー５４の内部にはサーボモータ６２の回転位置等を検出する検出器５３が内装されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来構成で説明した、図７に示すアクチュエータによればスライダ７１及びボールナット６３がロータ５６の内部に収納可能で、その分スライダ７１の移動量は長くなり、スライダ７１の移動量に対し、アクチュエータの軸方向長さを短縮させ図８のアクチュエータに比べ部品点数を増大させることのないものが得られるが、図７の構成のアクチュエータはサーボモータ６２のロータ５６の回転と共にボールネジ６４も回転するためボールネジ６４の軸長が長くなると軸振れが発生するため、画像検査装置に用いるアクチュエータの様に低速収束から高収束を繰り返す様なサーボモータでは振幅が大きくなり、位置決め時の低振動化と収束時のセットリング時間の短縮化が困難となる課題を有していた。
【００１２】
本発明の叙上の課題を解決するために成されたもので、本発明が解決しようとする課題はボールネジの軸振れを生ぜずに低振動化と収束時のセットリング時間の短縮化が容易なアクチュエータ及びアクチュエータを用いた画像検査装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１のアクチュエータはロータの少くとも一端を中空状に形成し、この中空部内にナットを固定し、ステータに固定した移動体に対し、ロータを回動自在に成し、ナットの内軸にネジを螺合させ、移動体をネジ上を移動可能と成したものである。
【００１４】
本発明の第２のアクチュエータはステータ内で回転可能に枢着させたロータから成るモータと、ステータに固定された移動体と、ロータの少くとも一端に設けた中空部に装着されたボールナットと、軸支されたボールネジとを具備し、ボールネジをロータに設けたボールナットに摺動自在に螺合させて成るものである。
【００１５】
本発明の画像検査装置は基台上に設けたワークの画像を可動手段に配設した撮像手段を介して取り込む様に成した画像検査装置に於いて、可動手段に配設した撮像手段を駆動するモータのロータの少くとも一端に中空状部を形成し中空状部にナットを固定し、モータのステータに固定した可動手段に対しロータを回動自在に成し、ナットの内軸に螺合したネジを固定部に架設させて、ネジ上に可動手段を摺動自在と成したものである。
【００１６】
本発明のアクチュエータ及びアクチュエータを用いた画像検査装置に依れば、低振動で、高速振動収束が可能なアクチュエータが得られ、高精度の振動検出制御が可能となるものが得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図３を参照して本発明の１形態を示すアクチュエータ及びアクチュエータを用いた画像検査装置を説明する。図１は本発明のアクチュエータの全体の構成を示す断面及び側面図、図２はアクチュエータを用いた画像検出装置の系統図、図３は画像検出装置と基台との振動を説明するための振動波形図である。
【００１８】
図１（Ａ）（Ｂ）に於いて、図１（Ａ）は側断面図、図１（Ｂ）は正面図であり、１は全体として、アクチュエータを示し、略長方形状の板材から成るベース部２上の左右側端には略正方形状の板材から成る支持部材３Ｌ及び３Ｒが立設されている。
【００１９】
左右支持部材３Ｌ及び３Ｒの中心部には軸受４Ｌ及び４Ｒが嵌着され、左右軸受４Ｌ及び４Ｒ間にボールネジ５を架設する。
【００２０】
サーボモータ６はロータ７とステータ８を有し、ロータ７の一方の端部には中空部９が形成され、この中空部９の開口部１０側からボールナット１１嵌挿する。
【００２１】
ボールナット１１の一端にはフランジ部１２を有し、このフランジ部１２に穿った透孔を介してネジ１３によって、ロータ７に固着させる。ボールナット１１の内径にはボールネジ５と螺合する雌ネジが形成されている。
【００２２】
ロータ７とステータ８間はベアリング等の軸受部材１４を介在され、ステータ８に対し、ロータ７は回動自在と成され、ボールナット１１と一体化されたロータ７の回転に伴って、サーボモータ６はボールネジ５の軸方向に移動自在と成されている。
【００２３】
ステータ８にはスライダ１５が固定されている。このスライダ１５上にロボット等の移動手段が固定され、移動手段をサーボネジ５の軸方向に移動させる様に成されている。
【００２４】
上述のアクチュエータ１のステータ８側にカップ状のカバー１６を固定し、このカバー１６内に回転位置検出器等のセンサ１７が設けられている。
【００２５】
上述のアクチュエータ１を用いた画像検査装置を図２を用いて説明する。図２に於いて、本発明の画像検査装置２０は、基台２２上に載置されたワーク２１を撮像手段（カメラ）２３を用いて撮像し、ワーク２１の画像情報を取り出して状態検査を行なう様に成されたものである。
【００２６】
基台２２上に載置されたワーク２１の例えばプリント基板の半田印刷状態等を検査するために、ロボット等をＸ軸及びＹ軸方向に摺動自在と成された移動手段２４にカメラ等の撮像手段２３を固定する。
【００２７】
カメラ２３は光源２６からの光をレンズ２７ａ及び２７ｂやハーフミラー２８等の光学系で構成する画像検出部２５を介してワーク２１上のパターンを撮像して、その撮像画像をカメラ２３に取り込む様に成されている。
【００２８】
又、ロボット２４を図２のＸ−Ｘで示すＸ軸方向或いはＹ−Ｙで示すＹ軸方向（紙面と直交する方向）に移動させるためのＸＹステージ２９の駆動装置として図１に示すアクチュエータ１を用いる。
【００２９】
図２の構成ではＹ軸方向にロボット２４を移動させるためのサーボモータ６とボールネジ５を示している。又、ロボット２４は図１のスライダ１５上に固定されている。Ｘ軸方向の駆動装置は示されていないがＹ軸方向の駆動装置に用いるアクチュエータと同一のものが使用されている。
【００３０】
更に、本発明ではロボット２４及び基台２２の所定位置に変位センサ３０ａ及び３０ｂ或いは加速度センサ３０ａ′及び３０ｂ′が設置されている。
【００３１】
上述のカメラ２３から取り出されたワーク２１を撮像した画像はアナログ−デジタル変換部３１でデジタルデータに変換され、画像処理部３２で各種画像処理を施した後に、フレームメモリ３３等に格納し、画像出力を図示しないモニタ用の表示装置に表示させる。
【００３２】
上述の各回路３１〜３３は中央情報処理装置（ＣＰＵと記す）３４で制御される。又、カメラ２３の画像検出部２５はデジタル−アナログ変換部３５を介してＣＰＵ３４で制御される。
【００３３】
更に、ロボット２４を前後・左右に移動させるＸＹステージ２９もＸＹステージ駆動制御部３６を介してＣＰＵ３４で駆動制御される。
【００３４】
基台２２及びロボット２４（或はＸＹステージ２９）に取り付けられたセンサ３０ａ及び３０ｂの出力は振動検出回路３７で検出され、アナログ−デジタル変換器３８でデジタルデータに変換されてＣＰＵ３４に供給され、これら振動検出状態に応じてＸＹステージ２９の移動状態制御が行なわれる。
【００３５】
本発明の上述構成のアクチュエータ１とこのアクチュエータ１を用いた画像検査装置２０ではロボット２４側のセンサ３０ａの振幅値をＡ_Ｒとし、基台２２側のセンサ３０ｂの振幅値をＡ_Ｂとすると、相対振動検出レベルをＡ_Ｏと定め、下記の式１により相対振動検出レベルＡ_Ｏを求め、この相対振動検出レベルＡ_Ｏに到達した時点で作業開始ＯＫのトリガを行なう様に成されている。
〔式１〕
Ａ_Ｏ＝Ａ_Ｒ−Ａ_Ｂ・・・・・（１）
【００３６】
上述の作業開始は本例の図２の画像検査装置２０ではカメラ２３からのワーク２１のパターン画像取り込みのための露光トリガを開始した場合である。
【００３７】
図３（Ａ）（Ｂ）は従来の図９に示した画像検査装置（従来例▲１▼）の上記した相対振動レベルの減衰曲線と、図２に示した本発明の画像検査装置の相対振動レベルの減衰特性曲線を示すものである。
【００３８】
図３（Ａ）に於いて、波形４０はロボット２４の位置決め信号であり、この位置決め信号の立ち上りパルス４０Ｓで移動命令が出され、ロボット２４はＸ軸或はＹ軸方向に移動してワーク２１上に持ち来される。位置決め信号の立ち下りパルス４０Ｅが終了信号と成る。この終了信号がトリガされてから、いかに静止状態に近い状態でカメラ２３がワーク２１の画像パターンを取り込むかが課題となる。即ち、検査精度に大きく影響する。一方、いかに迅速にロボット２４を静止状態にするかも問題となる。即ち、この相対振動レベル減衰特性が検査スピードに大きく影響することになる。
【００３９】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に於いて波形４０は位置決め信号、曲線４１は相対振動レベル（又は相対加速度）を示すものでありグラフの横軸は時間（ｍｓｅｃ）を縦軸は振幅レベル（μｍ）をとったもので従来例１で５μｍの振幅レベルに達する減衰時間が２５０ｍｓｅｃであるのに対し本発明では３０ｍｓｅｃと大幅に短縮され、本発明の画像検査装置２０では振動レベルとその減衰性能において圧倒的な優位性を有することが解る。
【００４０】
図４及び表１は図９で示したと同様のアクチュエータ構造を有する従来例１及び本発明に於ける画像検査装置のロボット単体の振動（振幅）収束時間と振幅及びセットリング時間（ストローク１３ｍｍ）の下表（表１）に示す実測値と位置決め終了時間から振動収束（減衰時間）までの時間を示す棒グラフである。
【００４１】
【表１】

【００４２】
これら表１と図４とを比較すると、従来例１では位置決め完了までの時間がＹ軸方向で１２０ｍｓｅｃ、Ｘ軸方向で１１５ｍｓｅｃで振動収束時間がＹ軸方向で２０５ｍｓｅｃ、Ｘ軸方向で２６５ｍｓｅｃ、振幅がＸ軸方向１０μｍ、Ｙ軸方向が１０μｍでセットリング時間はＸ軸方向で３８０ｍｓｅｃ、Ｙ軸方向で３２５ｍｓｅｃである。
【００４３】
これに対し、本発明のロボット２４単体での振幅はＸ軸方向で５μｍ、Ｙ軸方向で５μｍ、位置決め完了までの時間はＸ及びＹ軸方向で夫々１００ｍｓｅｃ及び８４ｍｓｅｃ、同様に振動収束時間はＸ及びＹ軸方向で夫々３０ｍｓｅｃであり、セットリング時間はＸ軸方向１２４ｍｓｅｃ、Ｙ軸方向で１１４ｍｓｅｃと成り、セットリング時間の大幅な改善が図られている。
【００４４】
図５は相対振幅５μｍ以下の波形検出時の波形詳細図を示すもので横軸は時間（ｍｓｅｃ）縦軸は振幅レベル（μｍ）及び加速度（ｍｖ）を示すものである。
【００４５】
図５で４０は図３と同様のロボットの位置決め信号であり、一点鎖線で示す曲線４２はカメラ２３を載置したロボット２４の振幅曲線、細い実線で示す曲線４３が基台２２の振幅曲線であり、図３（Ａ）（Ｂ）で説明したと同様の破線で示す曲線４１は曲線４２の振幅値から曲線４３の振幅値を差し引いたものでカメラ２３を載置したロボット２４の振動レベル−基台２２（ワーク２１を搬送する搬送手段等を含む）の振動レベル＝相対振幅としたもので、この値が５μｍ以下に達した時点（本発明では１２０ｍｓｅｃで５μｍ付近に達する）でカメラ２３の露光を開始する様にＣＰＵ３４を制御している。
【００４６】
太い実線で示す曲線４４は相対加速度を示すものでロボット２４及び基台２２に振動センサ３０ａ及び３０ｂを配設する代りに加速度センサ３０ａ′及び３０ｂ′を配設させて、夫々加速度を検出した時のロボット２４の振動加速度−基台２２（コンベア）の振動加速度＝相対加速度（相対振幅５μｍ＝相対加速度４０ｍｖ）で求めたもので相対振幅値で５μｍ以下、又は相対加速度で４０ｍｖ以下で作業開始ＯＫのトリガ信号を出力させている。図５では相対加速度４０ｍｖ以下、或は相対振幅５μｍ以下で露光時間４５は１７ｍｓと成っている。
【００４７】
図６は、本発明のアクチュエータ及びこのアクチュエータを用いた画像処理装置と従来例１及び従来例２との振動レベルが５μｍに達する振動収束時間、各ロボットの５μｍ振動振幅に達するまでのタクトタイムを模式的に表したものである。
【００４８】
上述の図６（Ａ）〜（Ｄ）に示す模式図に於いて、図６（Ａ）は従来例１及び従来例２と本発明のロボットの振動レベルが５μｍに達する振動計測時間を示すもので図６（Ｂ）で示すロボット位置決め信号４０の終了信号４０Ｅのパルス発生から５μｍの振動値に達するまでの振動収束時間を図６（Ｃ）で示している。
【００４９】
図６（Ｄ）の各ロボットのタクトタイムに示す様に従来の作業開始までの時間を大幅に短縮し、低振動（５μｍ以下）で高速に露光作業を行なうことが可能なアクチュエータが得られる。
【００５０】
また、本発明に使用されるセンサは振動の変化を検出する変位センサであっても、加速度センサであっても変位計及び加速度計での減衰特性波形（収束に到る出力波形）は互に相関があり、周期が一致していることを確認している。従って、変位量＝Ｋ（定数）×加速度出力電圧とすることで加速度センサによって得た加速度出力を用いて画像取り込みタイミングを制御することも出来る。
【００５１】
本発明のアクチュエータは画像検査装置について説明したが、この様な基板検査装置に限らず高速で精度を要求する計測用途のすべての装置に適用可能なことは明らかである。
【００５２】
【発明の効果】
本発明のアクチュエータ及びこのアクチュエータを用いた画像検査装置によれば高速、高精度を要求される装置に適用可能な為に低振幅、高速振幅収束が可能で位置決め完了動作時の振動を少なく出来るアクチュエータが得られ、ロボットとワーク振動側の相対振動或は相対加速度を検出して作業開始タイミングを制御しているので、検査位置への移動距離が変わっても常に同じ振動幅条件で安定した再現性のある検査が可能な画像検査装置を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアクチュエータの側断面図及び正面図である。
【図２】本発明のアクチュエータを用いた画像検査装置の系統図である。
【図３】本発明と従来の相対振動レベルの減衰特性曲線図である。
【図４】本発明と従来例１のロボット位置決め完了時間及び振動収束時間とを示すグラフである。
【図５】本発明の相対振幅及び相対加速度と露光タイミングを示す曲線波形図である。
【図６】本発明の位置決め振動及び振幅５μｍまでの振動収束時間並びにロボットのタクトタイムを示す模式図である。
【図７】従来のアクチュエータを示す側断面図である。
【図８】従来の他のアクチュエータを示す側断面図である。
【符号の説明】
１‥‥アクチュエータ、２‥‥ベース部、３Ｌ，３Ｒ‥‥支持部材、５‥‥ボールネジ、６‥‥サーボモータ、７‥‥ロータ、８‥‥ステータ、９‥‥中空部、１０‥‥開口部、１１‥‥ボールナット、１５‥‥スライダ、２０‥‥画像検査装置、２２‥‥基台、２３‥‥カメラ、２４‥‥移動手段（ロボット）、２９‥‥ＸＹステージ、３４‥‥ＣＰＵ

Claims

ロータの少くとも一端を中空状に形成し、該中空部内にナットを固定し、ステータに固定した移動体に対し、該ロータを回動自在に成し、該ナットの内軸にネジを螺合させ、該移動体を該ネジ上を移動可能と成したことを特徴とするアクチュエータ。
ステータ内で回転可能に枢着させたロータから成るモータと、
上記ステータに固定された移動体と、
上記ロータの少くとも一端に設けた中空部に装着されたボールナットと、
軸支されたボールネジとを具備し、
上記ボールネジを上記ロータに設けた上記ボールナットに摺動自在に螺合させて成ることを特徴とするアクチュエータ。
基台上に設けたワークの画像を可動手段に配設した撮像手段を介して取り込む様に成した画像検査装置に於いて、
上記可動手段に配設した上記撮像手段を駆動するモータのロータの少くとも一端に中空状部を形成し、該中空状部にナットを固定し、該モータのステータに固定した上記可動手段に対し該ロータを回動自在に成し、該ナットの内軸に螺合したネジを固定部に架設させて、該ネジ上に上記可動手段を摺動自在と成したことを特徴とする画像検査装置。
前記可動手段及び前記基台に振動検出センサを設け、該両振動検出センサの相対振動を検出して前記撮像手段の画像取り込みタイミングを制御して成ることを特徴とする請求項３記載の画像検査装置。