JP2005125134A

JP2005125134A - 塗布装置

Info

Publication number: JP2005125134A
Application number: JP2003360237A
Authority: JP
Inventors: Hidetsugu Tsuzuki; 英嗣都築
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】接着剤・コーティング剤の塗布方式において、塗布量の定量性を確保するため、目標とする塗布量との偏差算出方式としては、従来は画像処理装置を用いていたが、補正精度が低いために、塗布の定量性を保証できなかった。
【解決手段】塗布断面形状を三次元で認識可能なセンサを使用し、塗布最中において塗布断面形状を認識し、常に適性な塗布量となるように目標量との偏差を逐次算出し、その補正量をフィードバックさせ制御量として出力することで、塗布最中での定量塗布性を保証する。
【選択図】図１

Description

本発明は塗布装置に関し、特に電子回路の組立工程で、接着剤やコーティング剤等の粘性を有する塗布剤を被塗布対象物へ塗布する装置に関する。

従来の塗布装置では、吐出ノズルから塗布剤を吐出して被塗布対象物へ定量的に塗布するため、被塗布対象物へ塗布剤を塗布する直前に、塗布装置に設置された捨て打ちステーションへ塗布剤を吐出する、捨て打ちを行う。

このとき、捨て打ちステーションに設置されたカメラによって、被塗布対象物へ塗布された塗布剤を上方から撮影し、二次元の画像処理によって捨て打ちされた塗布剤の塗布面積を計測する。計測された塗布面積と目標面積との偏差が演算され、演算された偏差は定常制御量に補正されて、フィードバックされた制御量が出力される。また、被塗布対象物に塗布剤料を塗布した後、設置された二次元の画像処理装置によって塗布剤料の塗布面積を計測して、目標面積との偏差が演算される。演算された偏差は定常制御量に補正されて、次の塗布時にフィードバックした制御量を出力する（例えば、特許文献１参照）。

特開平０５−００６９１３号公報

しかしながら上記従来例は、画像処理装置を用いて塗布量を計測するため、補正するための偏差量があくまで二次元の面積でしか算出されず、塗布高さが考慮されていないので補正精度が低くなり、目標とする適正な塗布量を保証できないという問題があった。
このため、塗布量を計測するために、重量測定するなどの塗布後の検査が必要となった。
また、被塗布対象物への接着剤の塗布後に、接着剤の塗布量を補正する場合、塗布量を手直しで補正していたので、手直しに作業時間を要していた。

本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、塗布対象物に対して適性な塗布量を得ることのできる塗布装置を得ることを目的とする。

本発明による塗布装置は、被塗布対象物に塗布剤を供給する吐出ノズルと、上記被塗布対象物に供給された塗布剤の断面形状または断面積を計測する計測部と、上記吐出ノズルおよび上記計測部を保持するステージと、上記ステージを上記計測部の計測断面に垂直な方向へ移動させる駆動部と、上記計測部で計測された上記塗布剤の断面形状または断面積に基いて、上記被塗布対象物に供給される塗布剤の塗布量を変化させる制御部とを備えたものである。

本発明によれば、塗布対象物への塗布後の断面形状を計測し、その計測結果に応じて適性な塗布状態が得られるように、塗布制御量を補正する事ができるので、塗布後に作業者による検査及び手直し作業が不要になり、また、作業工数が削減されると共に塗布品質の向上が可能となる。

実施の形態１．
図１は本発明の一実施の形態である塗布装置の要部を示す概略構成図、図２は本実施の形態の塗布装置を用いて塗布された塗布形状を示す断面図である。
本実施の形態による塗布装置は、被塗布対象物として、例えば、図２に示すようなＰＣＡ（Printed Curcuit Assembly）２上への塗布剤の塗布に適用される。ここでは、塗布剤として接着剤３を用いた例について説明する。

図１において、本実施の形態による塗布装置は、ＰＣＡ２上の所定の箇所に接着剤を塗布するシリンジ４と、シリンジ４のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、及びθ軸駆動用のＸステージ５、Ｙステージ６、Ｚステージ７、及びθステージ２０と、接着剤３の断面形状計測用のセンサ８とから構成されている。

シリンジ４は、例えば吐出ノズル９が下向きにした姿勢で配置される。シリンジ４のシリンダ内部には、所定量の接着剤３が注入されている。シリンジ４は上記各ステージによって、前後、左右、上下、及び回転方向に、三次元的に位置決めされている。シリンジ４は一定量の接着剤３を供給するディスペンサ１０に接続され、シリンダ内部に接着剤が注入される。ディスペンサ１０からシリンジ４へ接着剤３が供給されると、吐出ノズル９はシリンジ４に収容された接着剤３をＰＣＡ２へ吐出す。吐出ノズル９から吐出された塗布直後の接着剤３の塗布状態は、センサ８により逐次計測されている。ディスペンサ１０は塗布制御部１１に接続され、塗布制御部１１によって接着剤３の塗布量が制御されている。

Ｚステージ７は、例えばエンコーダー１２が連結されたＡＣサーボモータ１３と連動されるボールネジ１４から構成されている。ボールネジ１４には、シリンジ４及びセンサ８を保持するホルダ２１がθステージ２０に結合され、θステージ２０を保持するベース１５がリニアガイド１６に結合されている。ボールネジ１４の回転によってリニアガイド１６に案内されてホルダ２１が上下方向に移動されるようになっている。Ｚステージは駆動軸制御部１７に接続され、エンコーダ１２によるＡＣサーボモータ１３の回転角の検出によってボールネジ１４の回転が制御され、これによってシリンジ４の吐出ノズル９の高さ方向が制御されるようになっている。エンコーダ１２の検出する回転角によって、Ｚステージ７の移動量を計測できる。また、Ｚステージ７の移動量の時間変化を計測することによって、Ｚステージ７の移動速度を計測することができる。この計測された移動量と移動速度は、駆動軸制御部１７から出力される。

Ｙステージ６は、Ｚステージ７と同様の構成とされ、駆動軸制御部１７による制御によってシリンジ４のＹ軸方向の駆動が制御されている。また、Ｚステージ７と同様の構成によって、Ｙステージ６の移動量を計測することができるとともに、移動量の時間変化を計測することによって、Ｙステージ６の移動速度を計測することができる。計測された移動量と移動速度は、駆動軸制御部１７から出力される。

Ｘステージ５は、Ｚステージ７と同様の構成とされ、駆動軸制御部１７による制御によってシリンジ４のＸ軸方向の駆動が制御されている。また、Ｚステージ７と同様の構成によって、Ｘステージ５の移動量を計測することができるとともに、移動量の時間変化を計測することによって、Ｘステージ５の移動速度を計測することができる。計測された移動量と移動速度は、駆動軸制御部１７から出力される。

θステージ２０は、Ｚステージ７と同様の構成とされ、駆動軸制御部１７による制御によってシリンジ４のθ軸方向の駆動が制御されている。また、Ｚステージ７と同様の構成によって、θステージ２０の移動量を計測することができるとともに、移動量の時間変化を計測することによって、θステージ２０の移動速度を計測することができる。計測された移動量と移動速度は、駆動軸制御部１７から出力される。

また、ホルダ２１によって固定されているシリンジ４及びセンサ８は、シリンジ４と結合されている吐出ノズル９の断面中心を回転中心として、θステージ２０の駆動により回転する。

センサ８は、図２に示すように、ＰＣＡ２上に塗布された接着剤３の計測断面（ラインビームのラインに対して鉛直な断面）における断面形状を計測する。センサ８は、例えばラインビーム型のレーザーセンサで構成され、このレーザセンサは、ラインビームを発光するレーザと、レーザの反射光を受光する２次元ＣＣＤと、２次元ＣＣＤの出力に基いて適宜画像処理を行う画像処理部とで構成される。ラインビームが測定対象物に投影されると、この投影ライン上の測定対象物の高低差に基いて、測定対象物の２次元断面形状が測定される。この２次元断面形状に対して、駆動軸制御部１７から出力される移動量を、各ステージの移動毎に逐次積分することによって、測定対象物の３次元形状が得られる。
なお、センサ８は、ＰＣＡ２上に塗布された接着剤３の断面積を直接計測しても良い。制御主幹部１９によって決定される移動軌跡に応じて、駆動軸制御部１７がθステージ２０を適切な方向に回転させる。このとき、センサ８の出力するラインビームのライン方向が、常に移動軌跡に対して垂直になるように、回転されることが望ましい。また、吐出ノズル９の進行方向に向かって、センサ８が断面形状を計測する位置（例えばセンサ８のラインビームの光軸がＰＣＡ２の上面と交わる位置）が吐出ノズル９の滴下位置（例えば吐出ノズルの吐出軸がＰＣＡ２の上面と交わる位置）に対して後方になるように、センサ８の方向が設定されることが望ましい。

さらに、センサ８は計測演算部１８に接続されて、例えばセンサ８によって測定された断面形状データは、計測演算部１８によって断面面積データに演算処理される。この断面面積データは、吐出ノズル９の吐出量を決定するための制御量としてフィードバックされる。センサ８と計測演算部１８は計測部を構成する。

以上の構成において、塗布制御部１１、駆動軸制御部１７及び計測演算部１８は、例えば計算機などによる制御主幹部１９に接続され、制御主幹部１９によって統括的な制御が可能となっている。各ステージ（Ｘステージ５、Ｙステージ６、Ｚステージ７、およびθステージ２０）と駆動軸制御部１７は、駆動部を構成する。

また、制御主幹部１９には、例えばＰＣＡ２上の塗布パターンなどによる種類に対応した塗布プログラム及び、それに付随した、各ステージ（５、６、７、および２０）の移動軌跡と、この移動軌跡に対応した接着剤３の目標とする断面面積（目標断面積）とがあらかじめ作成されており、種類に応じた塗布プログラムを読込み、この塗布プログラムで設定される目標断面積に従って、塗布装置１が自動制御されている。塗布制御部１１と制御主幹部１９は制御部を構成する。

次に、本実施の形態の動作について説明する。

始めに、上述した塗布プログラムに従い、駆動軸制御部１７を通じて、Ｘ、Ｙ及びＺ、θの各ステージ（５、６、７、および２０）が制御され、シリンジ４が前後、左右及び上下、回転方向に予めプログラムされた軌道上を移動する。このとき、シリンジ４はセンサ８の計測断面（ラインビームのライン方向）に垂直な方向へ移動する。また、駆動軸制御部１７は、各ステージ（５、６、７、および２０）の移動量と移動速度を、計測演算部１８に送出する。

この間、塗布制御部１１は、移動速度と、与えられる接着剤３の塗布制御量に応じて、ディスペンサ１０から単位時間当たりに供給する接着剤３の供給量を制御する。シリンジ４の吐出ノズル９から吐出された接着剤３は、ＰＣＡ２上へ塗布される。このとき、ディスペンサ１０の供給量に応じて、吐出ノズル９から吐出される接着剤３の吐出量が変化し、ＰＣＡ２上への接着剤３の塗布量が調整される。
接着剤３の塗布制御量は、シリンジ４の移動速度とともに、接着剤３の供給量に対応付けられて予めデータテーブルに設定されている。このデータテーブルは、接着剤３の供給量を変化させたときの接着剤３の塗布制御量を、シリンジ４の移動速度毎に計測して得ることができる。得られたデータテーブルは、予め塗布制御部１１に設置されたメモリ内に格納されている。したがって、塗布制御部１１は、与えられる塗布制御量に基いて、データテーブルを参照することによって、ディスペンサ１０の供給量を制御することができる。塗布制御量の詳細については後述する。
なお、接着剤３の供給量の調整は、シリンジ４内の圧力を変化させることによって行っても良いし、シリンジ４の移動速度を変化させて行っても良い。

塗布制御部１１によるディスペンサ１０の供給量の制御と同時に、吐出ノズル９の滴下位置より少し後方にある接着剤３の塗布断面形状が、センサ８によって計測される。計測演算部１８は、センサ８の計測結果に基いて、塗布制御部１１に与える接着剤３の塗布制御量を演算する。

まず、計測演算部１８は、センサ８によって計測された、接着剤３の塗布断面の形状データに基いて、塗布断面の断面積（塗布断面積）を演算する。次いで、計測演算部１８は、制御主幹部１９の塗布プログラムに従って、接着剤３の目標断面積が与えられ、この目標断面積と塗布断面積との偏差を算出する。算出された偏差は現在の塗布断面積に加算され、この加算された値が塗布制御量として塗布制御部１１へ与えられて、フィードバック制御が成される。

例えば、目標断面積と塗布断面積との偏差が正のときは、偏差の大きさに応じて塗布制御量を変化させ、ディスペンサ１０から供給される接着剤３の現在の供給量を減少させる。また、目標断面積と塗布断面積との偏差が負のときは、偏差の大きさに応じて塗布制御量を変化させ、ディスペンサ１０から供給される接着剤３の現在の供給量を増加させる。このとき、目標断面積と塗布断面積との変化率を用いて、塗布制御量のフィードバック制御を行っても良い。

図３は本実施の形態の塗布装置を用いて塗布される塗布形状の、（ａ）目標断面積と、（ｂ）塗布断面積との関係を説明する図である。
図３（ａ）に示すように、接着剤３の目標断面積Ｓ１と、接着剤３の塗布断面積Ｓ２とが一致して、接着剤３の塗布状態が適正な時には、吐出ノズル９は塗布制御量を定常状態と同じ条件にして接着剤３の塗布を行う。
一方、図３（ｂ）に示すように、接着剤３の目標断面積Ｓ１と、接着剤３の塗布断面積Ｓ２とが不一致であって（図の例ではＳ１＞Ｓ２）、接着剤３の不足が計測された場合には、吐出ノズル９は適性な塗布状態が得られるように塗布制御量を補正して、接着剤３の塗布を行う。

従って、本実施例の塗布装置１によれば、接着剤３の塗布断面形状を計測するセンサ８を設ける事により、塗布直後の接着剤３の断面形状を計測する。さらに計測演算部１８を通じて同時処理することによって、適性な塗布状態が得られるように、現在の塗布制御量に補正量をフィードバックできる。したがって、最適な塗布量を得られるので、塗布後の検査が不要となる。

また、一旦被塗布対象物へ塗布した後であっても、塗布された接着剤の断面形状を計測することによって、その計測結果に応じて適性な塗布状態が得られるように、接着剤の塗布量を補正することができる。

このため、従来のような、塗布後の作業者による検査及び手直し作業が不要となり、工数が削減されると共に、塗布品質の向上が可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を、実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その他の制御方式の異なるディスペンサや、その他の塗布剤、例えばコーティング剤にも適用可能である。

本発明の実施の形態１を示す側面図である。本発明の実施の形態１を示す断面図である。本発明の実施の形態１を示す断面図である。

符号の説明

１塗布装置、２ＰＣＡ（PrintedCurcuitAssembly）、３接着剤、４シリンジ、５Ｘステージ、６Ｙステージ、７Ｚステージ、８センサ、９吐出ノズル、１０ディスペンサ、１１塗布制御部、１２エンコーダー、１３ＡＣサーボモータ、１４ボールネジ、１５ベース、１６リニアガイド、１７駆動軸制御部、１８計測演算部、１９制御主幹部、２０ θステージ、２１ホルダ。

Claims

被塗布対象物に塗布剤を供給する吐出ノズルと、
上記被塗布対象物に供給された塗布剤の断面形状または断面積を計測する計測部と、
上記吐出ノズルおよび上記計測部を保持するステージと、
上記ステージを上記計測部の計測断面に垂直な方向へ移動させる駆動部と、
上記計測部で計測された上記塗布剤の断面形状または断面積に基いて、上記被塗布対象物に供給される塗布剤の塗布量を変化させる制御部と、
を備えた塗布装置。
上記計測部は、ラインビームを発光するレーザと、上記レーザの反射光を受光する２次元ＣＣＤと、上記２次元ＣＣＤの出力画像に基いて上記塗布剤の断面形状を出力する画像処理部を備え、
上記レーザの光軸が被塗布対象物と交差する位置は、上記塗布剤の塗布方向に向かって、上記吐出ノズルの吐出軸が被塗布対象物と交差する位置よりも後方になるように配置したことを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
上記制御部は、上記計測部で計測された上記塗布剤の断面形状から断面積を演算し、当該演算された断面積と目標断面積との偏差を演算する計測演算部と、上記計測演算部で演算された塗布量に基いて、上記吐出ノズルから吐出される塗布剤の供給量を制御する塗布制御部とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の塗布装置。