JP2008229404A - ヘッド位置補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッド位置補正にかかる時間が長期化してしまうことを避けやすくする。
【解決手段】液状体を液滴として吐出するヘッドが搭載される吐出装置のヘッド位置補正方法であって、前記ヘッドの前記吐出装置に対する高さ方向の位置である高さ位置を予備検出する高さ位置予備検出ステップと、前記高さ位置の予備検出結果に基づいて、前記ヘッドに設けられている基準マークを前記高さ方向に沿った向きで画像認識する画像認識ステップと、前記基準マークを画像認識した結果に基づいて、前記ヘッドの前記吐出装置に対する平面視での位置である平面位置を補正する平面位置補正ステップと、前記平面位置補正ステップの後に、前記高さ位置を検出する高さ位置検出ステップと、を有し、前記高さ位置の検出結果に基づいて、前記ヘッドの前記高さ位置を補正する。
【選択図】図６

Description

本発明は、液状体を液滴として吐出するヘッドが搭載される液滴吐出装置のヘッドの位置を補正するヘッド位置補正方法に関する。

従来、ノズル面を平面視したときのヘッド位置を補正（以下、アライメント補正と呼ぶ）してから、ヘッドの高さ位置を補正する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、アライメント補正の方法としては、従来、複数のヘッドが配設されたヘッドユニットに設けられた一対の基準ピンをヘッド認識カメラで画像認識した結果に基づいて、ヘッドユニットの位置を補正する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−３１１４４号公報（第１１〜１２頁、図１１） 特開２００６−１５９１１７号公報（第１７〜１９頁、図５）

上記の特許文献１には、ヘッド認識カメラでヘッド位置を認識した結果に基づいて、アライメント補正を実施し、レーザ距離センサでヘッドのノズル面の高さ位置を測定した結果に基づいて、ヘッドの高さ位置を補正することが記載されている。しかしながら、この特許文献１では、ヘッド認識カメラでヘッド位置を認識する具体的な方法については開示されていない。

そこで、上記の特許文献２に記載されたアライメント補正の方法を採用することが考えられる。この方法では、ヘッド認識カメラで一対の基準ピンを画像認識した結果に基づいてアライメント補正を実施してから、レーザ距離センサでヘッドのノズル面の高さ位置を測定する。そして、ノズル面の高さ位置を測定した結果に基づいて、ヘッドの高さ位置を補正する。

このとき、アライメント補正においては、ヘッド認識カメラの光学倍率を高くするほど、基準ピンの位置を高い精度で把握することができる。その一方で、光学倍率を高くするほど、ヘッド認識カメラの被写界深度や視野が狭くなる。つまり、アライメント補正に高い精度を求めると、ヘッド認識カメラで基準ピンを捉えることが困難となる。

さらに、上記の方法では、ヘッド認識カメラで基準ピンを捉えるときに、ヘッドの高さ位置が未知であるため、ヘッド認識カメラの焦点が基準ピンに合う距離も未知である。従って、ヘッド認識カメラで基準ピンを捉えることが一層困難となる。つまり、この方法では、ヘッド認識カメラで基準ピンを捉えるのにかかる時間が長期化しやすくなるため、ヘッド位置補正にかかる時間が長期化しやすくなるという未解決の課題がある。

本発明は、この未解決の課題に着目してなされたものであり、ヘッド位置補正にかかる時間が長期化してしまうことを避けやすくすることができるヘッド位置補正方法を提供することを目的とする。

第１のヘッド位置補正方法は、液状体を液滴として吐出するヘッドが搭載される吐出装置のヘッド位置補正方法であって、前記ヘッドの前記吐出装置に対する高さ方向の位置である高さ位置を予備検出する高さ位置予備検出ステップと、前記高さ位置の予備検出結果に基づいて、前記ヘッドに設けられている基準マークを前記高さ方向に沿った向きで画像認識する画像認識ステップと、前記基準マークを画像認識した結果に基づいて、前記ヘッドの前記吐出装置に対する平面視での位置である平面位置を補正する平面位置補正ステップと、前記平面位置補正ステップの後に、前記高さ位置を検出する高さ位置検出ステップと、を有し、前記高さ位置の検出結果に基づいて、前記ヘッドの前記高さ位置を補正することを特徴とする。

第１のヘッド位置補正方法では、まず、吐出装置に対するヘッドの高さ位置を予備検出してから、この予備検出結果に基づいて、ヘッドに設けられている基準マークを画像認識し、この画像認識結果に基づいて、ヘッドの平面位置を補正するようになっている。次いで、ヘッドの高さ位置を検出し、この検出結果に基づいて、ヘッドの高さ位置を補正するようになっている。

これにより、予備検出結果でヘッドの高さ位置を把握してから、基準マークを画像認識することができる。従って、基準マークを画像認識するのにかかる時間が長期化してしまうことを避けやすくすることができ、その結果、ヘッド位置補正にかかる時間が長期化してしまうことを避けやすくすることができる。

第２のヘッド位置補正方法は、第１のヘッド位置補正方法において、前記ヘッドは、前記液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル面を有するヘッドユニットと、前記ヘッドユニットを保持するヘッドプレートとを備え、前記ヘッドプレートには、前記ヘッドユニットが、前記ノズル面を前記ヘッドプレートの一の面から突出させた状態で保持されているとともに、前記基準マークが前記一の面に設けられており、前記高さ位置予備検出ステップでは、前記ヘッドプレートの前記一の面で検出することを特徴とする。

第２のヘッド位置補正方法では、ヘッドの高さ位置を、ヘッドプレートの一の面で予備検出するようになっている。ここで、ヘッドプレートはヘッドユニットを保持するものであるため、ヘッドプレートの一の面に、高さ位置の検出に適した領域を広く設定することが容易である。従って、ヘッドの平面方向位置を補正する前であっても、高さ位置を予備検出しやすくすることが可能となる。

第３のヘッド位置補正方法は、第１のヘッド位置補正方法において、前記ヘッドは、前記液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル面を有するヘッドユニットと、前記ヘッドユニットを保持するヘッドプレートとを備え、前記ヘッドプレートには、前記ヘッドユニットが、前記ノズル面を前記ヘッドプレートの一の面から突出させた状態で保持されているとともに、前記基準マークが前記一の面に設けられており、前記高さ位置検出ステップでは、前記ノズル面で検出することを特徴とする。

第３のヘッド位置補正方法では、ヘッドの平面位置を補正した後に、ヘッドの高さ位置をノズル面で検出するようになっている。従って、ヘッドの高さ位置を、精度よく検出しやすくすることが可能となる。

第４のヘッド位置補正方法は、第３のヘッド位置補正方法において、前記高さ位置予備検出ステップでは、前記ヘッドプレートの前記一の面で検出することを特徴とする。

第４のヘッド位置補正方法では、まず、ヘッドプレートの一の面でヘッドの高さ位置を予備検出し、この予備検出の結果に基づいてヘッドの平面位置を補正する。次いで、ノズル面でヘッドの高さ位置を検出し、この高さ位置の検出結果に基づいてヘッドの高さ位置を補正する。従って、平面位置の補正にかかる時間が長期化してしまうことを避けやすくすることができるとともに、ヘッドの高さ位置を、ノズル面で検出した高さ位置の結果に基づいて、精度よく補正しやすくすることが可能となる。

第５のヘッド位置補正方法は、第３又は第４のヘッド位置補正方法において、前記高さ位置検出ステップでは、前記ノズル面の複数箇所で検出することを特徴とする。

第５のヘッド位置補正方法では、ヘッドの高さ位置を、ノズル面の複数箇所で検出するようになっている。従って、ノズル面の傾きを推定することが可能となり、ヘッドの高さ位置を、一層精度よく補正しやすくすることが可能となる。

第６のヘッド位置補正方法は、第１乃至第５のいずれか１つのヘッド位置補正方法において、前記高さ位置の予備検出及び前記高さ位置の検出を光学式センサで行うことを特徴とする。

第６のヘッド位置補正方法では、非接触でヘッドの高さ位置を検出することが可能となる。従って、ヘッドの高さ位置の予備検出及び検出の際に、ヘッドに外力が作用してしまうことを避けやすくすることが可能となる。

本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態における吐出装置１は、平面図である図１（ａ）及び正面図である図１（ｂ）に示すように、ワーク搬送装置３と、ヘッド５と、キャリジ７と、キャリジ搬送装置９と、ヘッド測定装置１１と、制御回路１３とを備えている。

この吐出装置１は、ヘッド５とワークＷとの平面視での相対位置を変化させつつ、ヘッド５から機能液を液滴として吐出して、ワークＷに機能液で所望のパターンを形成するものである。なお、図中のＹ方向はワークＷの移動方向を示し、Ｘ方向は平面視でＹ方向とは直交する方向を示し、Ｚ方向は正面視でＸ方向とは直交する方向を示している。

このような吐出装置１は、例えば、液晶表示パネル等に用いられるカラーフィルタの製造に適用され得る。赤、緑及び青の３色のフィルタエレメントを有するカラーフィルタの場合、吐出装置１は、例えば、基板に赤、緑及び青の各着色層を形成する工程で好適に使用され得る。この場合、吐出装置１にヘッド５から各着色層に対応する各機能液を、ワークＷに液滴として吐出させることによって、ワークＷに赤、緑及び青のそれぞれのフィルタエレメントのパターンが描画される。

ここで、吐出装置１の各構成について、詳細を説明する。
ワーク搬送装置３は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、定盤２１と、ガイドレール２３ａ及び２３ｂと、ワークテーブル２５と、ワーク搬送モータ２７とを備えている。

定盤２１は、例えば石などの熱膨張係数が小さい材料から形成されており、Ｙ方向に沿って延びるように据えられている。ガイドレール２３ａ及び２３ｂは、互いにＸ方向に間隔をあけて、Ｙ方向に沿って延びるように定盤２１上に配設されている。

ワークテーブル２５は、ワークＷが載置される載置面２６を有している。ワークテーブル２５は、載置面２６が、図１（ｂ）で見てＺ方向の上方に向けられて、ガイドレール２３ａ及び２３ｂ上に、定盤２１から浮いた状態で載置されている。このワークテーブル２５は、ガイドレール２３ａ及び２３ｂによって、定盤２１上をＹ方向に沿って往復移動可能に構成されている。

ワーク搬送モータ２７は、リニアモータが採用されており、直動方向がＹ方向に沿うように定盤２１上に配設されているとともに、リニアモータの移動子がワークテーブル２５に固定されている。このワーク搬送モータ２７は、ワークテーブル２５をＹ方向に沿って往復移動させるための動力を発生する。

上記の構成を有するワーク搬送装置３は、ワーク搬送モータ２７からの動力がワークテーブル２５に伝達され、ワークテーブル２５をガイドレール２３ａ及び２３ｂに沿って、すなわちＹ方向に沿って往復移動させることができる。つまり、ワーク搬送装置３は、ワークテーブル２５の載置面２６に載置されたワークＷを、Ｙ方向に沿って往復移動させることができる。

ヘッド５は、底面図である図２（ａ）に示すように、ヘッドプレート３１と、１２個のヘッドユニット３３とを備えている。１２個のヘッドユニット３３は、６個ずつに区分けされ、２本のヘッドユニット列３５ａ及び３５ｂを構成している。

各ヘッドユニット３３は、ヘッドユニット３３の底面を拡大した図である図２（ｂ）に示すように、ノズル面３６に複数のノズル３７が形成されている。なお、この図２（ｂ）では、ノズル３７をわかりやすく示すため、ノズル３７を誇張して且つ個数を減じて図示した。

複数のノズル３７は、Ｘ方向に沿って所定のピッチＰで配列形成されており、Ｙ方向に間隔をあけて並ぶ２本のノズル列３９を構成している。これら２本のノズル列３９は、各ノズル列３９のノズル３７同士がＰ／２の距離だけＸ方向にずれた位置に形成されている。

また、各ヘッドユニット３３には、後述する距離センサによって距離が検出されるポイントである測定ポイントＭ₁〜Ｍ₅が設定されている。これら５箇所の測定ポイントＭ₁〜Ｍ₅は、測定ポイントＭ₁〜Ｍ₄のそれぞれがノズル面３６の各隅部に設定され、測定ポイントＭ₅がノズル面３６の中央部に設定されている。

上記の構成を有する各ヘッドユニット３３は、ノズル列３９がＸ方向に沿って延びるように、且つノズル面３６がヘッドプレート３１から突出するように、ヘッドプレート３１に配設されている。ヘッドユニット列３５ａ及び３５ｂは、図２（ａ）に示すように、それぞれ６個のヘッドユニット３３が、Ｙ方向に所定間隔で且つＸ方向に所定量ずつずらして、ヘッドプレート３１に並設された構成を有している。

また、ヘッドプレート３１には、複数のヘッドユニット３３をＹ方向に挟んで対峙するそれぞれの位置に、検出マーク４１ａ及び４１ｂのそれぞれが形成されている。検出マーク４１ａ及び４１ｂは、これらの検出マーク４１ａ及び４１ｂ同士を結ぶ方向がＹ方向に沿うように形成されている。さらに、ヘッドプレート３１には、後述する距離センサによって距離が検出される領域である被検出領域４２が設定されている。

検出マーク４１ａ及び４１ｂは、ヘッド５の位置を画像認識で把握するために、後述する撮像カメラで検出される識別用のマークである。つまり、撮像カメラを介して検出マーク４１ａ及び４１ｂを画像認識した結果に基づいて、ヘッド５の位置が把握される。

キャリジ７は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、前述したヘッド５を支持している。ここで、ヘッド５は、図１（ｂ）に示すように、ノズル面３６をＺ方向の下方に向けてキャリジ７に支持されている。また、キャリジ７には、ヘッド回動モータ４５と、ヘッド昇降モータ４７とが備えられている。

ヘッド回動モータ４５は、図示しない回動機構を介してヘッド５を回動させるための動力を発生する。ヘッド昇降モータ４７は、図示しない昇降機構を介してヘッド５を、Ｚ方向に沿って昇降させるための動力を発生する。なお、ヘッド５は、ヘッド回動モータ４５からの動力によって、図２（ａ）に示す回動点Ｋを中心に図中Ｒ方向に回動される。

キャリジ搬送装置９は、図１（ａ）に示すように、ガイドレール５１ａ及び５１ｂと、キャリジ搬送モータ５３とを備えている。ガイドレール５１ａ及び５１ｂは、互いにＹ方向に間隔をあけて、Ｘ方向に沿って延びるように配設されている。前述したキャリジ７は、ガイドレール５１ａ及び５１ｂ間に架け渡されている。

ガイドレール５１ａ及び５１ｂは、図１（ｂ）に示すように、ワーク搬送装置３及びヘッド測定装置１１をＸ方向にまたいで配設されている。これらのガイドレール５１ａ及び５１ｂは、キャリジ７をＸ方向に沿って、ワークテーブル２５及び後述する測定テーブル６５をまたぐ距離にわたって往復移動可能に案内する。

キャリジ搬送モータ５３は、リニアモータが採用されており、図１（ａ）に示すように、直動方向がＸ方向に沿うようにガイドレール５１ｂに配設されているとともに、リニアモータの移動子がキャリジ７に固定されている。このキャリジ搬送モータ５３は、キャリジ７をＸ方向に沿って往復移動させるための動力を発生する。

上記の構成を有するキャリジ搬送装置９は、キャリジ搬送モータ５３からの動力がキャリジ７に伝達され、キャリジ７をガイドレール５１ａ及び５１ｂに沿って、すなわちＸ方向に沿って往復移動させることができる。

なお、ワーク搬送装置３のガイドレール２３ａ及び２３ｂは、図１（ａ）に示すように、ガイドレール５１ａ及び５１ｂをＹ方向にまたぐ長さを有している。そして、ワーク搬送装置３は、ワークテーブル２５に載置されたワークＷを、キャリジ７のＹ方向に沿った寸法よりも長い距離にわたって往復移動させることができる。

ヘッド測定装置１１は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、定盤６１と、ガイドレール６３ａ及び６３ｂと、測定テーブル６５と、測定テーブル移動モータ６７と、距離センサ６９と、撮像装置７１とを備えている。

定盤６１は、例えば石などの熱膨張係数が小さい材料から形成されており、図１（ｂ）で見て、ワーク搬送装置３の右側に据えられている。ガイドレール６３ａ及び６３ｂは、互いにＸ方向に間隔をあけて、Ｙ方向に沿って延びるように定盤６１上に配設されている。

測定テーブル６５は、距離センサ６９及び撮像装置７１が載置される載置面６６を有している。測定テーブル６５は、載置面６６が、図１（ｂ）で見てＺ方向の上方に向けられて、ガイドレール６３ａ及び６３ｂ上に、定盤６１から浮いた状態で載置されている。この測定テーブル６５は、ガイドレール６３ａ及び６３ｂによって、定盤６１上をＹ方向に沿って往復移動可能に構成されている。

なお、ガイドレール６３ａ及び６３ｂは、図１（ａ）に示すように、ガイドレール５１ａ及び５１ｂをＹ方向にまたぐ長さを有している。つまり、測定テーブル６５は、キャリジ７をＹ方向にまたぐ距離にわたって往復移動可能になっている。

測定テーブル移動モータ６７は、リニアモータが採用されており、直動方向がＹ方向に沿うように定盤６１上に配設されているとともに、リニアモータの移動子が測定テーブル６５に固定されている。この測定テーブル移動モータ６７は、測定テーブル６５をＹ方向に沿って往復移動させるための動力を発生する。

距離センサ６９は、図１（ｂ）に示すように、測定テーブル６５の載置面６６に載置されている。この距離センサ６９は、例えば、レーザ光などの光を対象物に向けて射出して、非接触で対象物までの距離を検出するセンサが採用され得る。距離センサ６９は、ヘッド５に対向した状態で、ヘッド５のＺ方向における位置を検出する。

撮像装置７１は、測定テーブル６５の載置面６６に載置されており、後述する撮像カメラを介して、ヘッド５の検出マーク４１ａ及び４１ｂ（図２参照）の画像を画像データとして取得する。

上記の構成を有するヘッド測定装置１１は、測定テーブル移動モータ６７からの動力が測定テーブル６５に伝達され、測定テーブル６５をガイドレール６３ａ及び６３ｂに沿って、すなわちＹ方向に沿って往復移動させることができる。そして、ヘッド測定装置１１は、測定テーブル６５に載置された距離センサ６９及び撮像装置７１を、キャリジ７のＹ方向に沿った寸法よりも長い距離にわたって往復移動させることができる。

ここで、撮像装置７１の構成について詳細を説明する。
撮像装置７１は、平面図である図３（ａ）及び正面図である図３（ｂ）に示すように、支持板７３と、リニアガイド７５ａ及び７５ｂと、撮像カメラ７７と、ホルダ７９と、カメラ昇降モータ８１と、ボールねじ８３と、ナット８５と、軸受け８７とを備えている。

支持板７３は、Ｙ方向及びＺ方向に延伸する第１面７３₁及び第２面７３₂を有する平板状の部材に、第２面７３₂からＸ方向及びＹ方向に延伸するブラケット部７３₃が形成された構成を有している。この支持板７３は、ブラケット部７３₃が、図３（ｂ）で見てＺ方向の上方に位置するように、すなわちブラケット部７３₃が形成されている一端側とは反対側の他端側が測定テーブル６５の載置面６６に固定されている。

リニアガイド７５ａ及び７５ｂは、Ｚ方向に沿って延び、且つＹ方向に互いに間隔をあけた状態で、支持板７３の第１面７３₁に配設されている。これらのリニアガイド７５ａ及び７５ｂは、後述するホルダ７９をＺ方向に沿って昇降可能にガイドする。

撮像カメラ７７は、光軸がＺ方向に沿うようにホルダ７９に支持されている。撮像カメラ７７は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの複数の撮像素子がマトリクス状に配列した素子群を備えている。撮像カメラ７７は、前述したヘッド５の検出マーク４１ａ及び４１ｂをＺ方向の下方から画像として取り込むとともに、取り込んだ画像を素子群から画像データとして出力する。なお、撮像カメラ７７は、被写体に対する焦点を自動的に調整する所謂オートフォーカス機能を備えている。

ホルダ７９は、図３（ａ）に示すように、腕部７９ａ及び７９ｂ並びに連結部７９ｃが形成されている。そして、腕部７９ａがリニアガイド７５ａに接合され、腕部７９ｂがリニアガイド７５ｂに接合されている。また、連結部７９ｃは、支持板７３の図示しない貫通孔に、第１面７３₁側から第２面７３₂側に向けて挿入されている。

カメラ昇降モータ８１は、例えばサーボモータなどが採用され、図示しない回転軸を測定テーブル６５側に向けてブラケット部７３₃に配設されている。ボールねじ８３は、Ｚ方向に沿って延びるように、一端側が図示しない継手を介してカメラ昇降モータ８１の回転軸に接続されている。

ナット８５は、支持板７３の第２面７３₂側から、前述した図示しない貫通孔を介してホルダ７９の連結部７９ｃに連結されている。そして、このナット８５には、ボールねじ８３が組み合わされている。なお、ボールねじ８３の他端側は、軸受け８７を介して支持板７３に支持されている。

上記の構成を有する撮像装置７１では、カメラ昇降モータ８１からの回転動力が、ボールねじ８３及びナット８５を介してＺ方向に沿った動力に変換されつつホルダ７９に伝達される。そして、ホルダ７９に動力が伝達されると、ホルダ７９は、リニアガイド７５ａ及び７５ｂにガイドされてＺ方向に沿って移動する。

つまり、撮像装置７１は、撮像カメラ７７をＺ方向に沿って昇降させることができる。なお、撮像装置７１には、図示しないリミットセンサが設けられており、このリミットセンサの作動によって撮像カメラ７７の降下が制限されている。

上記の構成を有する撮像装置７１は、前述したように、距離センサ６９とともに、測定テーブル６５によって、Ｙ方向に沿って往復移動することができる。そして、測定テーブル６５がＹ方向に沿って往復移動すると、距離センサ６９は、図４に示すように、距離センサ６９の検出可能範囲６９₁が軌跡６９₂を描く。同様に、撮像カメラ７７は、撮像カメラ７７の画像捕捉範囲７７₁が軌跡７７₂を描く。以下、軌跡６９₂を距離検出領域６９₂と呼び、軌跡７７₂を撮像領域７７₂と呼ぶ。

つまり、距離センサ６９は、距離検出の対象物が距離検出領域６９₂内にあれば、測定テーブル６５をＹ方向に沿って移動させることによって、対象物までの距離を検出することができる。また、撮像カメラ７７は、撮像する対象物が撮像領域７７₂内にあれば、測定テーブル６５をＹ方向に沿って移動させることによって、対象物を撮像することができる。

なお、この図４では、構成をわかりやすく示すため、検出可能範囲６９₁及び画像捕捉範囲７７₁並びに距離検出領域６９₂及び撮像領域７７₂にハッチングを施すとともに、距離検出領域６９₂及び撮像領域７７₂を二点鎖線で図示した。

制御回路１３は、図５に示すように、制御部９１と、ヘッドドライバ９３と、モータドライバ９５と、撮像ドライバ９７と、インタフェース部９９とを備えている。
制御部９１は、例えば、マイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、メモリ部１０３とを備えている。ＣＰＵ１０１は、描画処理等の各種処理を実行する。

メモリ部１０３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）や、ＲＯＭ（Read-Only Memory）などを含んだ構成を有している。ＲＡＭは、ホストコンピュータ１０７からインタフェース部９９を介して入力される描画データを格納したり、ＣＰＵ１０１によって実行される描画処理等のプログラムを一時的に展開したり、各種データを一時的に格納したりする。

ここで、描画データは、機能液でワークＷに描画すべきパターンを指示するものであり、描画すべきパターンがビットマップ状に表現されている。なお、描画データは、ホストコンピュータ１０７によって生成され、ホストコンピュータ１０７からインタフェース部９９を介して制御部９１に入力される。

ＲＯＭは、例えば不揮発性半導体メモリで構成され、ＣＰＵ１０１が実行するプログラムなどが格納されている。
ヘッドドライバ９３は、ＣＰＵ１０１からの指令に基づいて、ヘッド５の各ヘッドユニット３３を個別に制御する。

モータドライバ９５は、ＣＰＵ１０１からの指令に基づいて、ワーク搬送モータ２７、キャリジ搬送モータ５３、ヘッド回動モータ４５、ヘッド昇降モータ４７、測定テーブル移動モータ６７及びカメラ昇降モータ８１のそれぞれを個別に制御する。

撮像ドライバ９７は、ＣＰＵ１０１からの指令に基づいて、撮像カメラ７７を制御する。
インタフェース部９９は、ホストコンピュータ１０７から受け取った描画データを制御部９１に出力したり、制御部９１から受け取った各種情報をホストコンピュータ１０７に出力したりする。
なお、距離センサ６９は、ＣＰＵ１０１からの指令に基づいて、対象物までの距離を検出し、検出した結果を制御部９１に出力する。

ここで、吐出装置１におけるヘッド５の位置補正について説明する。
ヘッド５の位置とは、吐出装置１に対するヘッド５の位置をいう。ヘッド５の位置は、例えば、吐出装置１に仮想的な原点を設定したときに、その原点に対するヘッド５のＸ、Ｙ及びＺの各座標と、図１（ａ）で見た（平面視での）ヘッド５のＸ方向又はＹ方向に対する傾きとで表される。

以下では、Ｘ座標に相当する位置をＸ位置と呼び、Ｙ座標に相当する位置をＹ位置と呼び、Ｚ座標に相当する位置をＺ位置と呼び、平面視でのヘッド５のＸ方向又はＹ方向に対する傾きをヘッド傾きと呼ぶ。

ヘッド５の位置補正は、ＣＰＵ１０１がヘッド位置補正処理を開始することによって、図６に示す動作が開始される。なお、ヘッド位置補正処理は、ホストコンピュータ１０７から制御部９１にヘッド位置補正指令が入力されると、ＣＰＵ１０１によって開始される。

ステップＳ１の測定準備では、まず、ＣＰＵ１０１がモータドライバ９５に測定準備指令を出力する。モータドライバ９５は、測定準備指令に基づいて、測定テーブル６５のＹ方向位置及び撮像カメラ７７のＺ方向位置のそれぞれが初期位置となるように、測定テーブル移動モータ６７及びカメラ昇降モータ８１の駆動を制御する。

ここで、測定テーブル６５の初期位置は、図１（ａ）で見て距離センサ６９が、ガイドレール５１ａ及び５１ｂ間の中央に配置する位置である。また、撮像カメラ７７の初期位置は、前述した図示しないリミットセンサが作動状態となる位置、すなわち撮像カメラ７７がＺ方向で下限となる位置である。

次いで、ＣＰＵ１０１は、モータドライバ９５にキャリジ搬送指令を出力する。モータドライバ９５は、キャリジ搬送指令に基づいて、ヘッドプレート３１の被検出領域４２（図２（ａ）参照）が、前述した距離検出領域６９₂に対向する位置に配置されるように、キャリジ搬送モータ５３の駆動を制御する。

次いで、ＣＰＵ１０１は、モータドライバ９５に測定テーブル移動指令を出力する。モータドライバ９５は、測定テーブル移動指令に基づいて、距離センサ６９の検出可能範囲６９₁が、平面視で被検出領域４２に重なるように、測定テーブル移動モータ６７の駆動を制御する。

ステップＳ２のＺ位置予備検出では、まず、ＣＰＵ１０１は、距離センサ６９に検出指令を出力する。距離センサ６９は、検出指令に基づいて、距離を検出した結果を制御部９１に出力する。なお、距離センサ６９による距離の検出結果は、メモリ部１０３に格納される。

次いで、ＣＰＵ１０１は、メモリ部１０３から距離の検出結果を読み込んでから、この距離の検出結果に基づいて、検出マーク４１ａ及び４１ｂのＺ位置を算出する。次いで、ＣＰＵ１０１は、検出マーク４１ａ及び４１ｂのＺ位置と、撮像カメラ７７の焦点調整可能範囲のＺ位置との差異である被写体距離を算出する。ここで、焦点調整可能範囲とは、撮像カメラ７７をＺ方向に所定位置で留めた状態で、撮像カメラ７７の焦点を合わせることができる範囲をいう。

次いで、ＣＰＵ１０１は、算出した被写体距離に基づいて、モータドライバ９５にカメラ上昇指令を出力する。モータドライバ９５は、カメラ上昇指令に基づいて、検出マーク４１ａ及び４１ｂのＺ位置が撮像カメラ７７の焦点調整可能範囲内に収まるように、カメラ昇降モータ８１の駆動を制御する。

次いで、ＣＰＵ１０１は、モータドライバ９５にキャリジ搬送指令を出力する。モータドライバ９５は、このキャリジ搬送指令に基づいて、検出マーク４１ａ及び４１ｂが、前述した撮像領域７７₂に対向するように、キャリジ搬送モータ５３の駆動を制御する。

次いで、ＣＰＵ１０１は、モータドライバ９５に測定テーブル移動指令を出力する。モータドライバ９５は、この測定テーブル移動指令に基づいて、撮像カメラ７７の画像捕捉範囲７７₁が、平面視で検出マーク４１ａに重なるように、測定テーブル移動モータ６７の駆動を制御する。

ステップＳ３の画像認識では、まず、ＣＰＵ１０１は、撮像ドライバ９７に焦点調整指令を出力する。撮像ドライバ９７は、焦点調整指令に基づいて、撮像カメラ７７の焦点が検出マーク４１ａに合うように、撮像カメラ７７を制御する。

次いで、ＣＰＵ１０１は、撮像ドライバ９７に撮像指令を出力する。撮像ドライバ９７は、撮像指令に基づいて、撮像カメラ７７に検出マーク４１ａを撮像させる。なお、撮像カメラ７７が検出マーク４１ａを撮像した画像データは、メモリ部１０３に格納される。

次いで、ＣＰＵ１０１は、モータドライバ９５に測定テーブル移動指令を出力する。モータドライバ９５は、この測定テーブル移動指令に基づいて、撮像カメラ７７の画像捕捉範囲７７₁が、平面視で検出マーク４１ｂに重なるように、測定テーブル移動モータ６７の駆動を制御する。

次いで、ＣＰＵ１０１は、撮像ドライバ９７に焦点調整指令を出力する。撮像ドライバ９７は、焦点調整指令に基づいて、撮像カメラ７７の焦点が検出マーク４１ｂに合うように、撮像カメラ７７を制御する。

次いで、ＣＰＵ１０１は、撮像ドライバ９７に撮像指令を出力する。撮像ドライバ９７は、撮像指令に基づいて、撮像カメラ７７に検出マーク４１ｂを撮像させる。なお、撮像カメラ７７が検出マーク４１ｂを撮像した画像データは、メモリ部１０３に格納される。

次いで、ＣＰＵ１０１は、検出マーク４１ａ及び４１ｂのそれぞれの画像データに基づいて、各検出マーク４１ａ及び４１ｂのＸ位置及びＹ位置を算出する。

次いで、ＣＰＵ１０１は、算出した各検出マーク４１ａ及び４１ｂのＸ位置及びＹ位置に基づいて、ヘッド５のＸ位置及びＹ位置並びにヘッド傾きを算出する。

ここで、ヘッド傾きは、例えば、図７に示すように、算出した検出マーク４１ａの位置Ｑと、算出した検出マーク４１ｂの位置Ｓとを結ぶ線分ＱＳが、Ｘ軸又はＹ軸に対してどれだけ傾いているかを算出することによって算出される。また、ヘッド５のＸ位置及びＹ位置は、線分ＱＳの中点の位置Ｔとして算出される。

ステップＳ４のヘッド傾き補正では、ＣＰＵ１０１は、算出したヘッド傾きに基づいて、モータドライバ９５にヘッド回動指令を出力する。モータドライバ９５は、ヘッド回動指令に基づいて、ヘッド傾きを補正するように、ヘッド回動モータ４５の駆動を制御する。

ステップＳ５のＺ位置検出では、まず、ＣＰＵ１０１は、モータドライバ９５にキャリジ搬送指令を出力する。モータドライバ９５は、このキャリジ搬送指令に基づいて、１つのヘッドユニット３３の測定ポイントＭ₁（図２（ｂ）参照）が、距離検出領域６９₂に対向するように、キャリジ搬送モータ５３の駆動を制御する。

次いで、ＣＰＵ１０１は、モータドライバ９５に測定テーブル移動指令を出力する。モータドライバ９５は、この測定テーブル移動指令に基づいて、距離センサ６９の検出可能範囲６９₁が、平面視で測定ポイントＭ₁に重なるように、測定テーブル移動モータ６７の駆動を制御する。

次いで、ＣＰＵ１０１は、距離センサ６９に検出指令を出力する。距離センサ６９は、検出指令に基づいて、測定ポイントＭ₁のＺ位置を検出した結果をＺ位置データとして制御部９１に出力する。

そして、キャリジ搬送指令、測定テーブル移動指令及び検出指令が、この順序で反復して出力されることにより、測定ポイントＭ₂〜Ｍ₅のそれぞれのＺ位置の検出が実施される。このようにして、１つのヘッドユニット３３における測定ポイントＭ₁〜Ｍ₅のＺ位置が検出される。測定ポイントＭ₁〜Ｍ₅の各Ｚ位置の検出は、すべてのヘッドユニット３３に対して実施され、合計で６０箇所分のＺ位置データが収集される。

次いで、ＣＰＵ１０１は、各ヘッドユニット３３の測定ポイントＭ₁〜Ｍ₅のＺ位置データのレンジが、許容範囲内であるか否かを判定する。このとき、測定ポイントＭ₁〜Ｍ₅のＺ位置データのレンジが許容範囲を超えている場合、ホストコンピュータ１０７から警告が発せられる。

次いで、ＣＰＵ１０１は、すべてのヘッドユニット３３における測定ポイントＭ₁〜Ｍ₅のＺ位置データのレンジ、すなわち６０箇所分のＺ位置データのレンジが許容範囲内であるか否かを判定する。このとき、６０箇所分のＺ位置データのレンジが許容範囲を超えている場合、ホストコンピュータ１０７から警告が発せられる。

ステップＳ６のＺ位置補正では、まず、ＣＰＵ１０１は、６０箇所分のＺ位置データのうちで最短であるデータ（以下、最短Ｚ位置データと呼ぶ）に基づいて、ヘッド５のＺ位置を補正すべき量（以下、Ｚ位置補正量と呼ぶ）を算出する。

ここで、Ｚ位置補正量は、吐出装置１に規定値として設定されているＺ位置と、最短Ｚ位置データとの差異として表される。Ｚ位置の規定値は、例えば、吐出装置１に設定された設計値や、吐出装置１の吐出実験から得られた実験値などが採用され得る。

次いで、ＣＰＵ１０１は、算出したＺ位置補正量に基づいて、モータドライバ９５にヘッド昇降指令を出力する。モータドライバ９５は、ヘッド昇降指令に基づいて、ヘッド５のＺ位置を補正するように、ヘッド昇降モータ４７の駆動を制御する。
ヘッド５のＺ位置が補正されると、ヘッド５の位置補正が終了する。

なお、ステップＳ３で算出されたヘッド５のＸ位置及びＹ位置は、ヘッド５をＸ方向及びＹ方向に移動させて補正されるのではなく、ワークＷへのパターンの描画に反映される。つまり、ワークＷに対する描画は、ステップＳ３で算出されたヘッド５のＸ位置及びＹ位置を基準として実施される。このことは、ヘッド５のＸ位置及びＹ位置が補正された状態でワークＷに対する描画を実施することと同義である。

なお、本実施形態において、ヘッド５のＸ位置及びＹ位置並びにヘッド傾きのそれぞれが平面位置に対応し、ヘッド５のＺ位置が高さ位置に対応し、検出マーク４１ａ及び４１ｂのそれぞれが基準マークに対応している。

本実施形態では、ヘッド５の位置補正において、ヘッド５のＺ位置を予備検出した結果に基づいて、撮像カメラ７７を昇降させてから、撮像カメラ７７の焦点を調整するようになっている。これにより、ヘッド５のＺ位置が未知の状態で撮像カメラ７７の焦点を調整する場合に比較して、焦点調整にかかる時間を極めて短時間に短縮することができる。従って、ヘッド５の位置補正にかかる時間を短縮することが可能となる。

また、本実施形態では、ヘッド５のＺ位置を、ヘッドプレート３１の被検出領域４２で予備検出するようになっている。ヘッドプレート３１は、ヘッドユニット３３を保持するものである。従って、このヘッドプレート３１に、予備検出に適した広い領域を被検出領域４２として設定することが容易である。これにより、ヘッド５のＺ位置を予備検出しやすくすることが可能となる。

また、本実施形態では、ノズル面３６に設定されている測定ポイントＭ₁〜Ｍ₅を、ヘッド傾きの補正後に検出するようになっている。これにより、例えば、ノズル３７の位置でＺ位置を検出してしまったり、ノズル面３６の外側でＺ位置を検出してしまったりするという検出ミスを防止することができる。従って、ノズル面３６のＺ位置を精度よく検出することが可能となる。

また、本実施形態では、すべてのヘッドユニット３３についてＺ位置を検出し、その検出結果のうちの最短Ｚ位置データを基準にして、すなわちＺ位置が最も低いヘッドユニットを基準にしてヘッド５のＺ位置を補正するようになっている。これにより、すべてのヘッドユニット３３について、ワークＷへの衝突を回避することが可能となる。

また、本実施形態では、ヘッド５のＺ位置検出の際に、１つのノズル面３６に対して複数箇所（本実施形態では、測定ポイントＭ₁〜Ｍ₅の５箇所）で、検出するようになっている。これにより、各ヘッドユニット３３の傾きを把握することが可能となる。従って、ヘッドユニット３３が傾いていても、ヘッドユニット３３とワークＷとの衝突を抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、レーザ光などの光を利用した光学式センサである距離センサ６９を用いて非接触で、ヘッド５のＺ位置予備検出及びＺ位置検出を実施するようになっている。これにより、ヘッド５に外力を作用させることなく、ヘッド５のＺ位置予備検出及びＺ位置検出を実施することができる。従って、ヘッド５のＺ位置予備検出及びＺ位置検出の際に、ヘッド５が変位してしまうことを抑制することが可能となる。

なお、本実施形態では、距離センサ６９での予備検出に対する被検出領域４２をヘッドプレート３１に設定したが、被検出領域４２の設定箇所はこれに限定されず、例えばノズル面３６でもよく、ヘッド５のＺ位置を検出できる箇所であれば任意の箇所に設定することができる。

また、本実施形態では、各ヘッドユニット３３を、各ノズル列３９がＸ方向に沿って延びるように配設する構成としたが、これに限定されず、各ノズル列３９の方向がＸ方向及びＹ方向の両方向に交差するように、各ヘッドユニット３３を配設する構成としてもよい。この場合、Ｙ方向から見たノズル３７同士間の距離を短くすることができ、Ｘ方向における描画解像度を高めることが可能となる。

また、本実施形態では、ヘッド５が１２個のヘッドユニット３３を備えた場合を例に説明したが、ヘッドユニット３３の個数は１２個に限定されず、１個以上の任意の個数とすることができる。

また、本実施形態では、吐出装置１が１つのヘッド５を備えた場合を例に説明したが、ヘッド５の個数は１つに限定されず、２つ以上の任意の個数とすることができる。この場合、ヘッド５の個数に応じてキャリジ７の個数を増やせばよい。

本発明の実施形態における吐出装置の主要構成を示す外観図。 本発明の実施形態における吐出装置のヘッドの構成を説明する図。 本発明の実施形態における吐出装置の撮像装置の構成を説明する図。 本発明の実施形態における吐出装置の距離検出領域及び撮像領域を説明する図。 本発明の実施形態における吐出装置の主要構成を示すブロック図。 本発明の実施形態における吐出装置のヘッドの位置補正の流れを示す図。 本発明の実施形態における吐出装置のヘッドのＸ位置及びＹ位置並びにヘッド傾きの算出の例を説明する図。

符号の説明

１…吐出装置、５…ヘッド、３１…ヘッドプレート、３３…ヘッドユニット、３６…ノズル面、３７…ノズル、Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄，Ｍ₅…測定ポイント、４１ａ，４１ｂ…検出マーク、６９…距離センサ、７７…撮像カメラ。

Claims (6)

1. 液状体を液滴として吐出するヘッドが搭載される吐出装置のヘッド位置補正方法であって、
   前記ヘッドの前記吐出装置に対する高さ方向の位置である高さ位置を予備検出する高さ位置予備検出ステップと、
   前記高さ位置の予備検出結果に基づいて、前記ヘッドに設けられている基準マークを前記高さ方向に沿った向きで画像認識する画像認識ステップと、
   前記基準マークを画像認識した結果に基づいて、前記ヘッドの前記吐出装置に対する平面視での位置である平面位置を補正する平面位置補正ステップと、
   前記平面位置補正ステップの後に、前記高さ位置を検出する高さ位置検出ステップと、を有し、
   前記高さ位置の検出結果に基づいて、前記ヘッドの前記高さ位置を補正することを特徴とするヘッド位置補正方法。
2. 前記ヘッドは、前記液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル面を有するヘッドユニットと、前記ヘッドユニットを保持するヘッドプレートとを備え、
   前記ヘッドプレートには、前記ヘッドユニットが、前記ノズル面を前記ヘッドプレートの一の面から突出させた状態で保持されているとともに、前記基準マークが前記一の面に設けられており、
   前記高さ位置予備検出ステップでは、前記ヘッドプレートの前記一の面で検出することを特徴とする請求項１に記載のヘッド位置補正方法。
3. 前記ヘッドは、前記液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル面を有するヘッドユニットと、前記ヘッドユニットを保持するヘッドプレートとを備え、
   前記ヘッドプレートには、前記ヘッドユニットが、前記ノズル面を前記ヘッドプレートの一の面から突出させた状態で保持されているとともに、前記基準マークが前記一の面に設けられており、
   前記高さ位置検出ステップでは、前記ノズル面で検出することを特徴とする請求項１に記載のヘッド位置補正方法。
4. 前記高さ位置予備検出ステップでは、前記ヘッドプレートの前記一の面で検出することを特徴とする請求項３に記載のヘッド位置補正方法。
5. 前記高さ位置検出ステップでは、前記ノズル面の複数箇所で検出することを特徴とする請求項３又は４に記載のヘッド位置補正方法。
6. 前記高さ位置の予備検出及び前記高さ位置の検出を光学式センサで行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のヘッド位置補正方法。

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