JP2017194373A

JP2017194373A - 厚さ測定装置および厚さ測定方法

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Publication number: JP2017194373A
Application number: JP2016085226A
Authority: JP
Inventors: 淑雄本脇; Yoshio Motowaki
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2036-04-21
Also published as: US20170307358A1; CN107305118A; JP6484196B2; US10151578B2; DE102017107925A1; DE102017107925B4

Abstract

【課題】移動装置の動作精度にかかわらず、高精度に測定対象物の厚さを測定する。【解決手段】測定対象物を設置する設置面２と、設置面２に対して間隔をあけて略平行に配置された対向面３とを備える筐体４と、正反対の２方向の物体までの距離をそれぞれ測定可能な距離測定器５と、距離測定器５を、設置面２と対向面３との間の測定点に、設置面２と対向面３との間隔方向に測定方向を一致させて配置する移動機構６と、設置面２に測定対象物Ｏを設置していない状態で、測定点において距離測定器５により測定された２方向の距離の合計と、設置面２に測定対象物Ｏを設置した状態で、距離測定器５により測定された２方向の距離の合計との差分を演算する演算部７とを備える厚さ測定装置１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、厚さ測定装置および厚さ測定方法に関するものである。

従来、光源とカメラとを使用して、高精度に物品の高さを測定する高さ測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
水平方向に離れた位置に複数の高さ測定箇所がある場合において、各測定箇所における
高さを高精度に測定したい場合には、測定箇所と同じ数の測定器を用意するか、高精度の移動装置によって測定器を各測定箇所に移動して測定する必要がある。

特開２０００―３５６５１０号公報

しかしながら、測定器を測定箇所と同じ数だけ用意するのはコストが高くつくとともに、測定箇所が近接している場合に測定器を設置することができないという不都合がある。
一方、移動装置によって測定器を移動させて各測定箇所における物品の高さを測定する方法には上記不都合はないが、測定器による測定精度が、移動装置の動作精度に大きく依存するという問題がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、移動装置の動作精度にかかわらず、高精度に測定対象物の厚さを測定することができる厚さ測定装置および厚さ測定方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、測定対象物を設置する設置面と、該設置面に対して間隔をあけて略平行に配置された対向面とを備える筐体と、正反対の２方向の物体までの距離をそれぞれ測定可能な距離測定器と、該距離測定器を、前記設置面と前記対向面との間の測定点に、前記設置面と前記対向面との間隔方向に測定方向を一致させて配置する移動機構と、前記設置面に前記測定対象物を設置していない状態で、前記測定点において前記距離測定器により測定された２方向の距離の合計と、前記設置面に前記測定対象物を設置した状態で、前記距離測定器により測定された２方向の距離の合計との差分を演算する演算部とを備える厚さ測定装置を提供する。

本態様によれば、移動機構の作動により距離測定器を筐体の設置面と対向面との間に挿入し、距離測定器の測定方向を設置面と対向面との間隔方向に一致させて、測定点に配置し、設置面に測定対象物を設置していない状態と設置した状態とでそれぞれ距離測定器により測定される２方向の距離の合計の差分を演算部により算出することにより、測定対象物の厚さ寸法を測定することができる。

すなわち、距離測定器が正反対の２方向の物体までの距離を測定するので、その合計は、設置面と対向面との間隔方向のどの位置に距離測定器が配置されていても変化しない。したがって、設置面と対向面との間隔方向のどの位置に距離測定器が配置されていても、測定対象物が設置されていない状態では、距離測定器により測定される距離の合計は設置面と対向面との距離を表す情報となり、測定対象物が設置された状態では、距離測定器により測定される距離の合計は測定対象物と対向面との距離を表す情報となる。その結果、２つの合計の差分を演算することにより、移動機構の動作精度が低くても、測定対象物の厚さ寸法を精度よく求めることができる。

上記態様においては、前記距離測定器の測定精度が、前記移動機構の動作精度より高いことが好ましい。
本態様によれば、移動機構の動作精度は距離の測定精度に影響せず、距離測定器の測定精度に依存するので、距離測定器の測定精度を高くするほど、測定対象物の厚さ寸法を精度よく求めることができる。

また、上記態様においては、前記設置面が、複数の前記測定対象物を設置可能であってもよい。
このようにすることで、設置面に設置された複数の測定対象物に対して、移動機構の作動によって距離測定器を移動させて、それぞれの測定対象物の厚さ寸法を精度よく求めることができる。

また、上記態様においては、前記測定対象物が、既知の厚さ寸法を有するとともに、前記設置面との間に接着剤を塗布した状態で設置され、前記演算部が、演算された前記差分から前記測定対象物の厚さ寸法を減算してもよい。
このようにすることで、直接測定することが困難な接着剤の膜厚寸法を精度よく測定することができる。

また、上記態様においては、前記移動機構が、前記距離測定器を手首先端に取り付けた多関節ロボットであってもよい。
このようにすることで、多関節ロボットの作動により、手首先端に取り付けた距離測定装置を設置面と対向面との間の任意の位置に配置することができ、測定の自由度を向上することができる。

また、上記態様においては、前記手首先端に取り付けられ、前記測定対象物を把持可能なハンドを備えていてもよい。
このようにすることで、手首先端に取り付けたハンドによって測定対象物を把持して、設置面への設置を行い、同じ手首先端に取り付けた距離測定器によって測定対象物の厚さ寸法を算出することができる。その結果、測定対象物のハンドリングと距離測定とを同じ多関節ロボットによって行うことができ、コスト低減を図ることができる。

また、本発明の他の態様は、測定対象物を設置する設置面と、該設置面に対して間隔をあけて平行に配置された対向面との間に、正反対の２方向の物体までの距離をそれぞれ測定可能な距離測定器を、その測定方向を前記間隔方向に一致させて配置する第１ステップと、前記設置面に前記測定対象物を設置していない状態で、前記距離測定器により２方向の距離を測定する第２ステップと、前記設置面に前記測定対象物を設置した状態で、前記距離測定器により２方向の距離を測定する第３ステップと、前記第２ステップにおいて測定された距離の合計と、前記第３ステップにおいて測定された距離の合計との差分を演算する第４ステップとを含む厚さ測定方法を提供する。
このようにすることで、ハンドを識別するための電源を別途設けずに済む。

本発明によれば、移動装置の動作精度にかかわらず、高精度に測定対象物の厚さを測定することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る厚さ測定装置を示す全体構成図である。図１の厚さ測定装置を示す斜視図である。図１の厚さ測定装置の筐体に設けられたセンサから（ａ）仮置き台の載置面までの距離（ｂ）仮置き台の載置面に載置されたフィンの谷までの距離を示す図である。図１の厚さ測定装置における距離測定器の２つのセンサを示す構成図である。図１の厚さ測定装置を用いた厚さ測定方法を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態に係る厚さ測定装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る厚さ測定装置１は、図１および図２に示されるように、プリント基板Ｇにフィン（測定対象物）Ｏを接着する際の接着剤Ｘの膜厚寸法を測定する装置であって、プリント基板Ｇを載置する略水平な載置面２と、該載置面２の上方に間隔をあけて載置面２に略平行に配置された天井面（対向面）３とを有する筐体４と、該筐体４の載置面２と天井面３との間に挿入されて鉛直下方および鉛直上方の物体までの距離を測定可能な距離測定器５と、該距離測定器５を筐体４内の任意の位置に位置決め可能な多関節ロボット（移動機構）６と、距離測定器５により測定結果に基づいて接着剤Ｘの膜厚寸法を算出する演算部７とを備えている。

本実施形態においては、プリント基板ＧとフィンＯとの間の接着剤Ｘの膜厚寸法を測定することを目的としているため、載置面２に載置されたプリント基板ＧにおけるフィンＯの接着面がフィンＯを設置する設置面となっている。

筐体４には、フィンＯを設置姿勢で一時的に載置する仮置き台８と、該仮置き台８の鉛直上方に配置され、仮置き台８の載置面８ａまでの距離、または、仮置き台８の載置面８ａに載置されたフィンＯの谷までの距離を測定する光学式のセンサ９が固定されている。センサ９は、図３（ａ）に示されるように、仮置き台８にフィンＯが載置されていないときには、センサ９から載置面８ａまでの距離Ｆ１を測定し、図３（ｂ）に示されるように、仮置き台８にフィンＯが載置されているときには、センサ９からフィンＯの谷までの距離Ｆ２を測定するようになっている。センサ９による測定結果は演算部７に送られるようになっている。

距離測定器５は、正反対の測定方向を有する２つのセンサ１０，１１を備えている。各センサ１０，１１は、図４に示されるように、それぞれの所定の基準位置（例えば、図４に示す例では、各センサ１０，１１の射出面）から各センサ１０，１１の測定方向に存在する物体Ａ，Ｂまでの距離を測定することができる光学式のセンサである。２つのセンサ１０，１１の基準位置は所定の間隔Δをあけて配置されているが、この間隔Δの寸法は未知でよい。

すなわち、距離測定器５を載置面２と天井面３との間に挿入し、図１および図２に示されるように、センサ１０，１１の測定方向を鉛直下方および鉛直上方に一致する姿勢に設定することにより、一方のセンサ１１は基準位置から載置面２までの距離を測定し、他方のセンサ１０は基準位置から天井面３までの距離を測定するようになっている。したがって、２つのセンサ１０，１１により測定された２方向の距離の合計は、距離測定器５が水平方向に移動しない限り、上下方向位置にかかわらず、一定となる。

多関節ロボット６の手首先端１２には、ブラケット１３が固定され、該ブラケット１３には、距離測定器５が固定されているとともに、フィンＯを把持するように開閉可能なフィンガー１４を有するハンド１５が取り付けられている。

演算部７は、載置面２にプリント基板Ｇを載置し、プリント基板ＧにフィンＯを載置していない状態で、所定の測定点を測定するように筐体４の載置面２と天井面３との間に配置された距離測定器５により測定された一方のセンサ１１からプリント基板Ｇまでの距離Ｒ１と、他方のセンサ１０から天井面３までの距離Ｒ２との合計（Ｒ１＋Ｒ２）を算出し、プリント基板Ｇに接着剤Ｘを塗布してフィンＯを載置した状態で測定された一方のセンサ１１からフィンＯまでの距離Ｒ３と、他方のセンサ１０から天井面３までの距離Ｒ４との合計（Ｒ３＋Ｒ４）を算出し、その差分Ｐ１＝（Ｒ１＋Ｒ２）−（Ｒ３＋Ｒ４）を算出するようになっている。

さらに、演算部７は、筐体４に固定されたセンサ９から送られて来た距離Ｆ１，Ｆ２を受けてその差分Ｐ２＝Ｆ１−Ｆ２を算出することによりフィンＯの厚さ寸法を算出するようになっている。
そして、演算部７は算出された差分Ｐ１から差分Ｐ２を減算することにより、フィンＯとプリント基板Ｇとの間に介在する接着剤Ｘの膜厚寸法を算出するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る厚さ測定装置１を用いた厚さ測定方法について、以下に説明する。
本実施形態に係る厚さ測定方法は、図５に示されるように、筐体４の載置面２にプリント基板Ｇを載置し（ステップＳ１）、多関節ロボット６を作動させて距離測定器５をセンサ１０，１１の測定方向が上下方向となるような姿勢に設定して、プリント基板Ｇと天井面３との間の測定点の鉛直上方に配置する（第１ステップＳ２）。そして、距離測定器５のセンサ１０，１１を作動させて、距離Ｒ１，Ｒ２を測定し（第２ステップＳ３）、図示しない記憶部に記憶する（ステップＳ４）。

この状態で、プリント基板Ｇの測定点を含む領域に接着剤Ｘを塗布する（ステップＳ５）。
そして、多関節ロボット６を作動させて、ハンド１５によりフィンＯを１つ把持し、仮置き台８に一時的に載置する（ステップＳ６）。筐体４に固定されたセンサ９によってセンサ９から仮置き台８の上面（載置面）８ａまでの距離Ｆ１は予め取得して記憶部に記憶しておき、センサ９から仮置き台８に載置されたフィンＯの谷までの距離Ｆ２を測定し（ステップＳ７）、記憶部に記憶する（ステップＳ８）。

次いで、多関節ロボット６を作動させて、ハンド１５により仮置き台８上のフィンＯを把持し、多関節ロボット６の作動によりプリント基板Ｇの接着剤Ｘが塗布されている領域にフィンＯを配置して接着する（ステップＳ９）。
この状態で、多関節ロボット６を作動させて、再度、距離測定器５をセンサ１０，１１の測定方向が上下方向となるような姿勢に設定して、プリント基板Ｇと天井面３との間の測定点の鉛直上方に配置する（第１ステップＳ１０）。そして、距離測定器５のセンサ１０，１１を作動させて、距離Ｒ３，Ｒ４を測定し（第３ステップＳ１１）、記憶部に記憶する（ステップＳ１２）。

そして、演算部７において差分Ｐ１，Ｐ２を算出し、その後、下式により接着剤Ｘの膜厚寸法Ｄを算出する（第４ステップＳ１３）。
Ｄ＝Ｐ１−Ｐ２

算出された膜厚寸法が所定の閾値以下であるか否かが判定され（ステップＳ１４）、範囲内にない場合には、アラーム処理され（ステップＳ１５）、範囲内である場合には、全ての測定点における測定が終了したか否かが判定され（ステップＳ１６）、終了していない場合には、測定点が変更されて、ステップＳ２からの工程が繰り返される。

このように本実施形態に係る厚さ測定装置１および厚さ測定方法によれば、間隔をあけて略平行に配置された載置面２と天井面３との間に、間隔方向の正反対の２つの方向の距離を測定する２つのセンサ１０，１１を備えた距離測定器５を挿入し、フィンＯがあるときとないときの測定点における距離の合計の差分からフィンＯの厚さを減算することにより、直接測定することが困難な接着剤Ｘの膜厚寸法を簡易に測定することができる。

この場合において、距離測定器５の上下方向位置は接着剤Ｘの膜厚寸法の測定精度に影響しないので、多関節ロボット６の動作精度が低い場合であっても、あるいは、フィンＯのハンドリングの前後に行われる２回の測定間で距離測定器５の上下方向の位置が異なっていても、膜厚寸法を精度よく測定することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、プリント基板Ｇ上にフィンＯを接着する接着剤Ｘの膜厚寸法を測定する場合に適用したが、これに限定されるものではなく、他の任意の測定対象物の厚さ寸法の測定に適用することができる。
また、センサ１０，１１による測定方向を鉛直方向に設定したが、水平方向に設定してもよい。
また、移動機構として、多関節ロボット６を例示したが、これに限定されるものではなく、他の任意の移動機構を採用してもよい。

１厚さ測定装置
２載置面（設置面）
３天井面（対向面）
４筐体
５距離測定器
６多関節ロボット（移動機構）
７演算部
１２手首先端
１５ハンド
Ｏフィン（測定対象物）
Ｘ接着剤
Ｓ２，Ｓ１０第１ステップ
Ｓ３第２ステップ
Ｓ１１第３ステップ
Ｓ１３第４ステップ

Claims

測定対象物を設置する設置面と、該設置面に対して間隔をあけて略平行に配置された対向面とを備える筐体と、
正反対の２方向の物体までの距離をそれぞれ測定可能な距離測定器と、
該距離測定器を、前記設置面と前記対向面との間の測定点に、前記設置面と前記対向面との間隔方向に測定方向を一致させて配置する移動機構と、
前記設置面に前記測定対象物を設置していない状態で、前記測定点において前記距離測定器により測定された２方向の距離の合計と、前記設置面に前記測定対象物を設置した状態で、前記距離測定器により測定された２方向の距離の合計との差分を演算する演算部とを備える厚さ測定装置。
前記距離測定器の測定精度が、前記移動機構の動作精度より高い請求項１に記載の厚さ測定装置。
前記設置面が、複数の前記測定対象物を設置可能である請求項１または請求項２に記載の厚さ測定装置。
前記測定対象物が、既知の厚さ寸法を有するとともに、前記設置面との間に接着剤を塗布した状態で設置され、
前記演算部が、演算された前記差分から前記測定対象物の厚さ寸法を減算する請求項１から請求項３のいずれかに記載の厚さ測定装置。
前記移動機構が、前記距離測定器を手首先端に取り付けた多関節ロボットである請求項１から請求項４のいずれかに記載の厚さ測定装置。
前記手首先端に取り付けられ、前記測定対象物を把持可能なハンドを備える請求項５に記載の厚さ測定装置。
測定対象物を設置する設置面と、該設置面に対して間隔をあけて平行に配置された対向面との間に、正反対の２方向の物体までの距離をそれぞれ測定可能な距離測定器を、その測定方向を前記間隔方向に一致させて配置する第１ステップと、
前記設置面に前記測定対象物を設置していない状態で、前記距離測定器により２方向の距離を測定する第２ステップと、
前記設置面に前記測定対象物を設置した状態で、前記距離測定器により２方向の距離を測定する第３ステップと、
前記第２ステップにおいて測定された距離の合計と、前記第３ステップにおいて測定された距離の合計との差分を演算する第４ステップとを含む厚さ測定方法。