JP2020006315A - 塗布装置、塗布装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布装置においては、種々の要因が複合的に作用してワーク上の目標位置に対して液滴がずれて着弾する。機械的な振動やオフセット、短期的あるいは定常的な気流、等が生じたとしても、液滴の着弾位置の精度を高く保つことが可能な塗布装置が求められていた。【解決手段】予めダミーワークに液滴を吐出して、ダミーワークと、ダミーワークを照射する参照光と、ダミーワークに着弾した液滴を撮像装置で撮影する。撮影した複数の画像に基づいて、液滴吐出部とダミーワークの機械的な位置ずれによる着弾位置ずれ量の経時変化プロファイルＡと、液滴吐出部とダミーワークの間の気流による着弾位置ずれ量の経時変化プロファイルＢとを求める。ワークに塗布するときには、経時変化プロファイルＡと経時変化プロファイルＢに基づいて、ワーク位置と吐出タイミングの調整を行う。【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェットヘッド等の液滴吐出ヘッドを用いて機能液を吐出し、基板等のワークに機能液を塗布する技術に関する。特に、ロボット等の移動機構にワークを保持させて位置を調整しながら、液滴を精度よくワークに着弾させる塗布装置、および塗布装置の制御方法に関する。

近年、種々の製品で精密部品が用いられるようになり、例えばグリス等の機能液を精密部品の所定の部位に精度良く塗布する技術が求められている。
そこで、インクジェット等の吐出ヘッドを用いてノズルから機能液を液滴として吐出させ、ワークに吐出ヘッドを接触させることなく機能液を塗布する液滴吐出部が開発されている。このような液滴吐出部を用いて、ワークの所定部位に自動的に機能液を塗布しようとする場合には、ワークと吐出ヘッドの相対的な位置や姿勢を自動的に調整する可動機構を設ける必要がある。例えば、ロボット等の可動機構にワークを保持させ、ワークの姿勢を調整しながら吐出ヘッドに対して相対的に移動させ、吐出ヘッドからワークに液滴を吐出することが行われている。

こうした従来の自動塗布装置においては、液滴がワーク上の目標位置からずれて着弾する場合があり、これに対する対策が検討されている。
例えば、特許文献１には、液滴吐出ヘッドとは別に点描手段を移動機構に併設し、ワークに液滴の吐出と点描を行い、点描結果と着弾した液滴の位置を比較することで移動機構に起因するずれと吐出精度に起因するずれを区別する検査装置が記載されている。着弾位置のずれの原因を、移動機構の速度むらと吐出機構の精度むらに切り分けて検出することにより、原因に応じた対応策を検討しようとするものである。

特開２００４−２１６７３７号公報

塗布装置において、液滴がワーク上の目標位置からずれて着弾するのは、種々の要因が複合的に作用したためであることが多い。
例えば、液滴吐出ヘッドの位置が所定位置からずれる、あるいはロボットに保持されたワークの位置が所定位置からずれる、あるいは気流により液滴の飛翔軌道が偏向する、等の要因が複合して液滴がワーク上の目標位置からずれて着弾することが有り得る。

液滴吐出ヘッドの位置や、ロボットに保持されたワークの位置が、所定位置からずれる原因としては、例えば塗布位置に位置合わせする時の機械的なオーバーラン（オーバーシュート）でオフセットが生じることが有り得る。また、塗布位置に移動したり停止させたりする際に、ロボットや液滴吐出ヘッドの支持機構には振動が発生する可能性がある。また、気流により液滴の飛翔軌道が偏向する原因としては、ロボットの移動や停止に伴う一時的な乱流の発生や、塗布装置の周囲に定常的な気流が存在すること等が想定される。

特許文献１に記載される検査方法では、着弾位置ずれの原因を移動機構の速度むらと吐出機構の精度むらに切り分けて検出するが、前述のように着弾位置ずれは、それ以外の要因が複合して生じている可能性がある。このため、特許文献１に記載された切り分けでは、着弾位置ずれの要因を正確に把握することは困難であり、この検査方法を採用したとしても、着弾位置の精度を十分に向上させる対応策を見いだせるとは限らない。

そこで、機械的な振動やオフセット、短期的あるいは定常的な気流、等が生じたとしても、液滴の着弾位置の精度を高く保つことが可能な塗布装置が求められていた。

本発明は、ワークを保持し、前記ワークの位置を調整可能なワーク保持部と、前記ワーク保持部を移動させるワーク移動部と、液滴を吐出する液滴吐出部と、前記液滴吐出部から所定距離だけ離れた位置に配置され、参照光を照射する参照光照射部と、前記ワークを撮影する撮像装置と、制御部と、を備える塗布装置であって、前記制御部は、前記ワーク保持部にダミーワーク又はワークを保持させ、前記ダミーワーク又はワークをワーク移動部により前記液滴吐出部と対向する位置に移動させ、前記液滴吐出部から液滴を複数回吐出させ、前記撮像装置に、前記ダミーワーク又はワークと、前記ダミーワーク又はワークを照射する参照光と、前記ダミーワーク又はワークに着弾した液滴を、異なるタイミングで複数回撮影させ、撮影した複数の画像に基づいて、前記液滴吐出部と前記ダミーワーク又はワークの機械的な位置ずれによる着弾位置ずれ量の経時変化プロファイルＡと、前記液滴吐出部と前記ダミーワーク又はワークの流体的な要因による着弾位置ずれ量の経時変化プロファイルＢとを求め、前記ワークに塗布するときには、前記経時変化プロファイルＡと前記経時変化プロファイルＢに基づいて、前記ワークの位置を前記ワーク保持部及び／又は前記ワーク移動部が調整する調整量と、前記液滴吐出部が液滴を吐出する吐出タイミングを調整する、ことを特徴とする塗布装置である。

また、本発明は、ワークを保持し、前記ワークの位置を調整可能なワーク保持部と、前記ワーク保持部を移動させるワーク移動部と、液滴を吐出する液滴吐出部と、前記液滴吐出部から所定距離だけ離れた位置に配置され、参照光を照射する参照光照射部と、前記ワークを撮影する撮像装置と、制御部と、を備える塗布装置の制御方法であって、前記制御部は、前記ワーク保持部にダミーワーク又はワークを保持させ、前記ダミーワーク又はワークをワーク移動部により前記液滴吐出部と対向する位置に移動させ、前記液滴吐出部から連続して液滴を吐出させ、前記撮像装置に、前記ダミーワーク又はワークと、前記ダミーワーク又はワークを照射する参照光と、前記ダミーワーク又はワークに着弾した液滴を、異なるタイミングで複数回撮影させ、撮影した複数の画像に基づいて、前記液滴吐出部と前記ダミーワーク又はワークの機械的な位置ずれによる着弾位置ずれ量の経時変化プロファイルＡと、前記液滴吐出部と前記ダミーワーク又はワークの流体的な要因による着弾位置ずれ量の経時変化プロファイルＢとを求め、前記ワークに塗布するときには、前記経時変化プロファイルＡと前記経時変化プロファイルＢに基づいて、前記ワークの位置を前記ワーク保持部及び／又は前記ワーク移動部が調整する調整量と、前記液滴吐出部が液滴を吐出する吐出タイミングを調整する、ことを特徴とする塗布装置の制御方法である。

本発明によれば、機械的な振動やオフセット、短期的あるいは定常的な気流、等が生じたとしても、液滴の着弾位置の精度を高く保つことが可能な塗布装置を提供することができる。

実施形態の塗布装置の全体構成を示す正面図。 調整情報の取得手順を示すフローチャート。 （ａ）調整用動作中にｔ１０のタイミングで撮影された撮影画像の模式図。（ｂ）調整用動作中にｔ２０のタイミングで撮影された撮影画像の模式図。（ｃ）調整用動作中にｔ３０のタイミングで撮影された撮影画像の模式図。 実施形態１、実施形態２におけるプロファイルを示すグラフ。 実施形態３におけるプロファイルを示すグラフ。

［実施形態１］
以下、図面を参照して、本発明の実施形態１の塗布装置について説明する。
図１は、本実施形態の塗布装置の全体構成を示す正面図である。図１において、１は塗布装置、２は液滴吐出部、３は参照光照射部、４は撮像装置、５はワーク移動部、６はワーク保持部、７はブラケット、８は液滴吐出部支持部、９は撮像装置支持部、１０は吐出ヘッド、Ｗは塗布対象物であるワークである。また、１１は制御部で、塗布装置１の動作全般にかかわるプログラムを記憶しており、各部の動作を制御したり、画像処理をはじめとする各種の演算を行うコンピュータである。

本実施形態の塗布装置１は、液滴吐出部２の吐出ヘッド１０から塗布剤の液滴をワークＷ上の目標位置に向けて吐出して、ワークＷに塗布剤を塗布する装置である。
塗布装置１が扱うワークＷに特に制限はなく、例えば、機械部品、光学部品、電気部品をはじめとする種々の物品を塗布対象物とすることができ、種々の物品の製造方法に適用できる。また、塗布装置１が扱う塗布剤に特に制限はなく、例えば、グリス、着色塗料、遮光塗料、反射防止塗料、絶縁塗料、帯電防止塗料をはじめとする種々の機能液を塗布剤とすることができる。すなわち、どのような物品にどのような機能を付与したいかに応じて、ワークＷと塗布剤は適宜の組み合わせで選択され得る。

液滴吐出部２は吐出ヘッド１０を備え、ブラケット７を介して液滴吐出部支持部８に固定支持されている。吐出ヘッド１０は、機能液を液滴として吐出することが可能なデバイスであればよく、例えば、ジェットノズル、ピエゾタイプインクジェットヘッド、熱発泡型インクジェットヘッド、ディスペンサヘッド等が用いられる。液滴吐出部２には、図示されていない塗布剤タンクから塗布剤供給用パイプを経由して塗布剤が供給される。

また、ブラケット７には、液滴吐出部２が固定された位置から所定距離だけ離れた位置に、参照光照射部３が配置されている。参照光照射部３と液滴吐出部２は、ブラケット７を介して互いに堅固に固定されているため、両者間の相対位置関係は極めて安定している。参照光照射部３は、参照光をワークＷに照射するが、撮像装置４で撮像可能な光像をワークＷに照射できればよく、可視域のレーザー光源が好適に用いられる。

塗布装置１には、ワークＷを移動させるためのワーク移動部５が設けられている。ワーク移動部５は、吐出ヘッド１０と対向する塗布作業位置にワークＷを移動させることができる機構であれば構造に制限はないが、例えば多軸のロボットアームが好適に用いられる。

また、ワーク移動部５の先端には、ワークＷを保持し、かつその位置を調整可能なワーク保持部６が設けられている。ワーク保持部６は、ワークＷを所定の姿勢で保持可能で、その位置を調整できる機構であれば特に制限はないが、例えばエアグリッパやフィンガー等の把持機構を備えたロボットハンドが好適に用いられる。また、ワークＷの位置はワーク移動部５を調整することも可能である。

撮像装置４は、撮像装置支持部９により支持されたカメラで、ワークＷがワーク移動部５により塗布位置に移動したときにワークＷを撮影できる位置にセットされている。撮像装置４のフレームレートは、液滴吐出部２が連続的に液滴を吐出する際に、各液滴の着弾を観測できる周波数であることが望ましい。さらには、塗布位置におけるワークＷの位置変動、典型的にはワーク移動部５の機械的振動による数百Ｈｚ以下の振動を観測できる周波数であることが望ましい。このため、例えば１０００ｆｐｓ以上のフレームレートの高速度カメラが好適に用いられる。ワークＷ上の着弾目標位置、実際に着弾した液滴、参照光の光像などが含まれるエリアを撮影するのに十分な大きさの画角と、それらを精度よく画像認識するのに十分な解像度を有する高速度カメラを用いる。

尚、着弾目標位置とは、機能液の液滴を塗布しようとするワークＷ上の目標位置を指す。例えば、ワークＷの所定形状領域に機能液を塗布する場合には、所定形状領域をひとつの液滴でカバーできる面積で分割し、各液滴の着弾目標位置を設定する。すなわち、各液滴の着弾目標位置を連結すれば所定形状の領域が形成されるように、各液滴に対して着弾目標位置を設定する。また、例えばワークＷの凹部に機能液を充填するような場合には、凹部を充填するのに必要な数の液滴に対して、同じ凹部の位置を着弾目標位置として設定する。

尚、撮像装置支持部９は、ワーク移動部５や液滴吐出部支持部８から機械的に絶縁性が高い支持構造とするのが望ましい。ワーク移動部５や塗布装置１が動作した際に、撮像装置４の位置姿勢がその影響を受けてぶれないようにするためである。もっとも、撮像装置４が多少は振動等したとしても、後述するようにダミーワークＷ０上の凹部Ｇ、照射された参照光、液滴の着弾が撮像装置４の画角内にカバーされていれば、支障はない。

以上の構成の塗布装置１は、不図示の供給機構から供給されるワークＷをワーク保持部６で保持し、ワークＷの着弾目標位置が吐出ヘッド１０と対向する位置になるようワーク移動部５を用いて移動させる。そして、制御部１１は、ワーク保持部６と液滴吐出部２を連動させて、ワークＷの着弾目標位置に向けて機能液の液滴を吐出ヘッド１０から吐出させる。制御部１１は、後述するように、調整情報に基づいてワーク保持部６を制御してワークＷの位置を調整しつつ、吐出ヘッド１０からの液滴の吐出タイミングを調整し、液滴が着弾目標位置からずれるのを抑制する。当該ワークへの機能液の塗布が完了したら、ワーク移動部５を用いてワークを塗布作業領域外に搬出し、次に塗布作業を行うワークを不図示の供給機構から受領し、ワーク保持部６に保持させる。これを繰り返すことで、塗布装置１は自動的に連続して複数のワークＷに機能液を塗布することができる。

次に、調整情報の取得について、図２のフローチャートを参照して説明する。
本実施形態では、複数のワークに自動的に機能液を塗布する作業を開始する前に、ワーク保持部６および吐出ヘッドを制御するための調整情報を予め取得しておく。言い換えれば、機械的な振動やオフセット、短期的あるいは定常的な気流、等が生じたとしても、液滴の着弾位置の精度を高く保ち、かつ塗布作業をなるべく短時間で完了させるように塗布装置を制御するための調整情報を、予め取得しておく。

調整情報の取得には、自動塗布の時に使用するワークか又はワークと同様の形状を有する部材（以後の説明ではダミーワークＷ０と記す）を使用し、自動塗布と同様の着弾目標位置を設定して液滴を塗布する。
ここでは、一例として、ワークの凹部にグリスを充填する塗布作業を想定し、ダミーワークＷ０上の凹部Ｇを着弾目標位置として、連続して液滴を複数回吐出し、凹部Ｇに複数の液滴を着弾させようとする場合を説明する。

図２に示す調整情報の取得のフローチャートにおいては、初めに塗布装置１のメカ校正（Ｓ１）を行う。
先ず、液滴吐出部２の吐出ヘッド１０の吐出方向と、参照光照射部３の照射光の光路の方向を平行にするべく、両者のあおりを校正する。次に、ワーク保持部６にダミーワークＷ０を保持させ、ワーク移動部５を駆動して塗布位置に移動させる。移動による振動やオーバーシュートが収まるまで十分な時間待機した後に、撮像装置４でダミーワークＷ０を撮影し、着弾目標位置である凹部の位置を撮影した画像で確認する。撮影した画像に基づいて、撮像装置４の画像基準位置とダミーワークＷ０上の着弾目標位置が一致するように、撮像装置４の位置を調整する。

次に、参照光照射部３の発光部中心と吐出ヘッド１０の吐出ノズル中心の距離ｄを測定する。そして、参照光照射部３からダミーワークＷ０に参照光を照射させ、撮像装置４でダミーワークＷ０上に照射された参照光を撮影する。撮影結果に基づいて、撮像装置４の画像基準とダミーワークＷ０上の参照光の照射位置の差分が距離ｄと一致するように、参照光照射部３の位置を調整する。言い換えれば、ダミーワークＷ０上の着弾目標位置である凹部と参照光の照射位置が距離ｄだけ離れるように、参照光照射部３の位置を調整する。

次に、調整用動作（Ｓ２）について説明する。調整用動作では、ワークＷに自動塗布する際と同様の着弾目標位置を設定し、ダミーワークＷ０を用いて塗布動作を行う。その際に、塗布装置１は参照光照射部３からダミーワークＷ０に参照光を照射しながら塗布動作を行い、その間に撮像装置４でダミーワークＷ０を複数回撮影し、撮影画像データを制御部１１に送信する。

具体的には、塗布装置１の制御部１１は、まずワーク移動部５を駆動してワーク保持部６をダミーワークＷ０を受取る位置にまで移動させ、ワーク保持部６にダミーワークＷ０を保持させる。その後、制御部１１はワーク移動部５を駆動して、ダミーワークＷ０を塗布位置に移動させる。すなわち、ダミーワークＷ０上の着弾目標位置である凹部Ｇが液滴吐出部２の吐出ヘッド１０と対向する位置になるまでワーク移動部５を駆動し、停止させる。

ワーク移動部５の駆動と停止は、ワークＷに自動塗布する際と同様のシーケンス（速度、加速度、移動方向）で行うが、自動塗布作業のスループットを高めるため、移動や停止をする時の加速度は大きく設定されている。このため、停止させたワーク移動部５には、例えばロボットアームのたわみにより１０Ｈｚ〜２０Ｈｚ程度の周波数の機械的な振動が生じ、ダミーワークＷ０の位置を変動させることになる。また、ワーク移動部５の動作の影響等により、液滴吐出部支持部８で支持された系にも振動が生じ、ブラケット７で保持された吐出ヘッド１０および参照光照射部３の位置が変動する場合がある。また、ワーク移動部５の高速な移動と停止に伴い、ダミーワークＷ０周辺に乱気流が発生する。これらの機械的な振動や乱気流は、ワーク移動部５の停止後に時間の経過とともに減衰してゆくが、減衰するまで吐出を行わないとすると、塗布作業に時間がかかり自動塗布作業のスループットが低下する。そこで、ダミーワークＷ０を用いた調整用動作（Ｓ２）では、これらの振動や乱気流が存続する間にも塗布を行い、撮像装置４でダミーワークＷ０を撮影し、後述する調整量を算出するための画像を取得する。

制御部１１は、ワーク移動部５を停止させると、直ちに液滴吐出部２に機能液の吐出を開始させるとともに、参照光照射部３から参照光を照射させる。吐出は、例えば１００Ｈｚの周波数で液滴を連続して吐出させる。

また、制御部１１は撮像装置４を駆動し、ワーク移動部５を停止した後のダミーワークＷ０を撮影させ、画像データを取得する。尚、撮像装置４は撮像装置支持部９により、ワーク移動部５や液滴吐出部２からは機械的に良好に絶縁されているため、これらが振動したとしても安定した位置姿勢で撮影することができる。また、たとえ撮像装置４が多少は振動等したとしても、ダミーワークＷ０上の凹部Ｇ、照射された参照光、液滴の着弾が画角内にカバーされていれば、支障はない。

図３（ａ）〜図３（ｃ）に、調整用動作（Ｓ２）中の異なるタイミングで撮影された撮影画像Ｐを示す。理解を容易にするため、各図には、カメラ基準位置１５（この例では撮影画像Ｐの中心位置）と、それを原点とするＸＹ座標系が図示されている。

図３（ａ）〜図３（ｃ）は、後述する図４のグラフにおけるｔ_１０、ｔ_２０、ｔ_３０の各タイミングにおいて撮影された画像を模式的に表している。各画像には、ダミーワークＷ０、ダミーワークＷ０上の凹部Ｇ、レーザー光照射位置１２が写っている。制御部１１は、撮影画像Ｐから凹部Ｇを画像処理により抽出してその中心位置を求め、着弾狙い位置１４として認識するが、理解を容易にするため、制御部１１が求めた着弾狙い位置１４も合わせて図中に示している。また、１３−１０、１３−２０、１３−３０は、それぞれこの順にｔ_１０、ｔ_２０、ｔ_３０のタイミングにおいてダミーワークＷ０に着弾した着弾位置を示している。ダミーワークＷ０を用いた調整用動作（Ｓ２）においては、ワーク移動部５を停止させた直後から連続して液滴の吐出を行うため、実際の撮影画像Ｐには時間の経過とともに多数の着弾（着弾位置群１３）が写る。ここでは図示を容易にするため、図３（ａ）〜図３（ｃ）には、着弾位置群１３の中から便宜的に１３−１０、１３−２０、１３−３０だけを抽出して示している。

各図を比較すれば明らかなように、撮像装置４に対するダミーワークＷ０の相対位置や、ダミーワークＷ０上の着弾狙い位置１４に対する実際の液滴の着弾位置の関係は、時間とともに変動している。

制御部１１は、撮像装置４から画像データを取得すると、以下に説明する手順で調整量を算出する。尚、以下の説明における画像処理や演算の全てを制御部１１が行うことが可能だが、場合によっては一部の画像処理を撮像装置４や外部のコンピュータが行っても良い。

制御部１１は、着弾狙い位置（つまり凹部Ｇ）の形状、レーザー光照射点の輝点形状、および着弾した液滴の着弾形状を予め記憶しており、画像認識処理を実行することにより撮影画像Ｐからこれらのオブジェクトを識別することができる。
また、制御部１１は、カメラ基準位置１５（この例で言えば撮影画像Ｐの画面中央）を原点とするＸＹ座標を定義し、画像内の各オブジェクトについてそれらのＸＹ座標を検出し、オブジェクト同士の距離を算出することができる。

次に、調整量の算出（Ｓ３）について、図３（ａ）〜図３（ｃ）および図４を参照して説明する。制御部１１は、調整用動作（Ｓ２）で取得した画像データに基づき、ワークＷに機能液を自動的に塗布する際に用いる調整量を算出する。

先ず、制御部１１は、Ｓ２の撮影結果から、着弾狙い位置１４、レーザー光照射位置１２、着弾位置群１３について、カメラ基準位置１５を原点とするＸＹ座標系における座標値を求める。

そして、図４中のＡで示すグラフ、すなわち経時変化プロファイルＡを求める。経時変化プロファイルＡは、各撮影画像の着弾狙い位置１４とレーザー光照射位置１２のＸＹ座標値に基づき、着弾狙い位置１４に対するレーザー光照射位置１２の位置関係の変化を、時間軸に沿ってプロットしたものである。
経時変化プロファイルＡにより、液滴吐出部２とワーク保持部６の相対的な振動やオーバーシュート等の機械的な位置ずれ量の時間変化を見積もることができる。例えば、図４の例の場合、ワーク移動部５を停止させた直後から機械的な振動が発生しているが、振動は時間とともに減衰しｔ_８０付近でほぼ収束するが、機械的なオフセット誤差が残っていることがわかる。

さらに、制御部１１は、図４中のＢで示すグラフ、すなわち経時変化プロファイルＢを求める。経時変化プロファイルＢは、レーザー光照射位置１２に対する着弾位置１３−１〜１３−ｎ各位置に対して、吐出ヘッド１０のノズル中心と参照光照射部３の距離分をオフセットした点を例えば最小二乗法等で補間し、時間軸に沿ってプロットしたものである。

経時変化プロファイルＢにより、気流に代表される流体的な要因による着弾位置ずれ量の時間変化を見積もることができる。例えば、図４の例の場合、ワーク移動部５を停止させた直後には、停止に伴う乱流と定常的な気流とによる誤差が重なって比較的大きな着弾位置ずれ量が生ずるが、乱流は時間とともに減衰しｔ_６０付近でほぼ収束することがわかる。しかし、ｔ_６０以後も、定常的な気流が残っていることがわかる。

次に、制御部１１は、経時変化プロファイルＡに経時変化プロファイルＢを加算することで、経時変化プロファイルＣを算出する。経時変化プロファイルＣにより、着弾狙い位置に対する液滴の着弾位置のずれ量の時間変化を見積もることができる。

さらに、制御部１１は、経時変化プロファイルＣに対して例えばローパスフィルター処理を行って低周波数成分を抽出し、経時変化プロファイルＤを得る。経時変化プロファイルＣと経時変化プロファイルＤの交点は、振動の中心に相当するので、経時変化プロファイルＤを抽出したことにより、着弾狙い位置に対する液滴の着弾位置の振動中心の時間変化を見積もることができる。

以上の経時変化プロファイルＡ〜経時変化プロファイルＤを求めたら、制御部１１は、ワークに自動的に塗布作業を行う際に着弾位置ずれ量が少なく、しかも塗布作業に長い時間かからないように制御するための制御プログラムを作成する。これを、調整量の反映（Ｓ４）と呼ぶ。調整量の反映（Ｓ４）においては、機械的な位置ずれ量の時間変化と、流体的な要因による着弾位置ずれ量の時間変化を考慮して、適切な塗布作業を行う制御プログラムを作成する。

本実施形態で作成する制御プログラムによれば、ワークを塗布位置に移動させてワーク移動部５を停止した直後からワーク保持部６を駆動させ、経時変化プロファイルＤに示された偏位をキャンセルするようにワークの位置を調整する。すなわち、図４の任意のタイミングｔａにおいて、−Δａだけワークを移動させるようにワーク保持部６を駆動する。経時変化プロファイルＡに示される機械的な振動の周波数が高く、ワーク保持部６がこれをキャンセルさせるだけの十分な高速動作を行えない場合であっても、経時変化プロファイルＤであればキャンセルさせるように駆動することは容易である。ワークの位置の調整は、一般的にはワーク保持部６を駆動させて行うと応答速度に優れるが、場合によってはワーク保持部６とワーク移動部５の両方を駆動したり、ワーク移動部５のみを駆動してワークの位置を調整してもよい。

そして、本実施形態の制御プログラムでは、自動塗布作業時には流体的なずれ要因のうち乱流が収束するまで、言い換えれば図４のｔ_６０までは、液滴の吐出は行わない。乱流に起因する位置ずれは、時間の経過に対してずれ量の変化が大きいため、位置ずれの調整が簡単でないからである。

乱流が収束するｔ_６０以降は、流体的なずれ要因は定常的な気流分のオフセットのみとなるが、ｔ_６０以降であってもｔ_８０付近までは機械的な振動が残存している。しかし、本実施形態では、経時変化プロファイルＤに示された偏位をキャンセルするようにワークの位置を調整しているので、振動中心のタイミングにおいて吐出する限りは、振動に起因する着弾位置のずれは理論的には発生しないことになる。そこで、ｔ_６０からｔ_８０まで、すなわち流体的なずれ要因が一定範囲に収束してから機械的なずれ要因が一定範囲に収束するまでの間は、位置ずれの振動中心に対応するタイミングで液滴の吐出を行う。図４の例においては、液滴を吐出するタイミングを順に、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のように矢印で示している。

機械的な振動が収束するｔ_８０以降は、流体的なずれ要因は定常的な気流分のみとなり、機械的なずれ要因はオフセット誤差のみとなるため、位置ずれの時間変動がなくなる。すなわち、流体的なずれ要因と機械的なずれ要因の両方が所定範囲内に収束した後は、経時変化プロファイルＤに基づき位置が調整されたワークに対して吐出ヘッドから連続して液滴を吐出しても、位置ずれは調整されていることになる。そこで、ｔ_８０以降は、吐出ヘッドが吐出可能な高い周波数で、塗布に必要な数の液滴を連続的に吐出する。

以上のようなシーケンスにより、自動塗布時にワークに塗布作業を行えば、液滴の位置ずれを防ぐとともに、まだ機械的振動が収束していない間に振動中心のタイミングで吐出を開始することができ、塗布の完了までに要する時間を短縮することができる。

以上、本実施形態の塗布装置によれば、着弾狙い位置とレーザー光照射位置と着弾位置それぞれの位置を参照して経時変化プロファイルを作成して調整量を算出することで、機械的な位置ずれ量と流体的な位置ずれ量を切り分けて見積もることができる。それにより、着弾狙い位置に対する着弾位置のずれを高精度に調整することができる。さらに、振動やオーバーシュートが収まる前であっても振動中心で吐出を行うことが可能になるため、静定まで吐出開始を待つ必要がなく、塗布の完了までに要する時間を短縮することができる。

尚、本実施形態では、流体的なずれ要因が定常的な気流分のみとなるｔ_６０まで吐出を行わなかったが、着弾位置の精度に対する要求を緩和しても良い場合には、より早い時期から振動中心のタイミングで液滴の吐出を行ってもよい。すなわち、流体的なずれの収束を判定する閾値を緩和してもよく、そうすれば、塗布に要する時間をさらに短縮することが可能である。

［実施形態２］
本実施形態は、調整量の算出（Ｓ３）において図４に示した各プロファイルを求める手順が実施形態１と異なるが、他は同じである。
本実施形態では、制御部１１はＳ２の撮影結果から、着弾狙い位置１４、レーザー光照射位置１２、着弾位置群１３の各位置を、カメラ基準位置１５を原点とするＸＹ座標値として算出する。

そして、着弾狙い位置１４のＸＹ座標と、着弾位置群１３のＸＹ座標に基づいて、経時変化プロファイルＣを算出する。続いて、実施形態１と同様の方法で経時変化プロファイルＡを求める。そして、経時変化プロファイルＣと経時変化プロファイルＡの差分を算出して、経時変化プロファイルＢを求める。また、経時変化プロファイルＤは、実施形態１と同様に、経時変化プロファイルＣにローパスフィルター処理を行う方法で求める。

実施形態１のように、まず経時変化プロファイルＡと経時変化プロファイルＢを求めてからそれらを加算して経時変化プロファイルＣを求めるのではなく、本実施形態では、まず経時変化プロファイルＣと経時変化プロファイルＡを求める。そして、それらの差分から経時変化プロファイルＢを求める。

本実施形態の塗布装置においても、各タイミングの着弾狙い位置１４とレーザー光照射位置１２と着弾位置を参照して経時変化プロファイルを作成し、調整量を算出することで機械的な位置ずれ量と流体的な位置ずれ量を切り分けて見積もることができる。それにより、着弾狙い位置に対する着弾位置を高精度に調整することができる。さらに、振動やオーバーシュートが収まる前であっても振動中心で吐出を行うことが可能になるため、静定まで吐出開始を待つ必要がなく、塗布の完了までに要する時間を短縮することができる。

［実施形態３］
本実施形態は、経時変化プロファイルＡ、経時変化プロファイルＢ、経時変化プロファイルＣの求め方は、実施形態１と同様であるが、図２における調整量の反映（Ｓ４）の方法が異なる。

実施形態１では、流体的なずれ要因が定常的な気流分のみとなるｔ_６０まで、原則的には吐出を行わなかったが、本実施形態ではより早い段階から吐出を開始して、塗布の完了までに要する時間を短縮する。本実施形態は、乱流による流体的なずれ要因が比較的小さな系や、機械的な振動の周波数や振幅が小さいためワーク保持部６が追従可能な系、あるいはワーク保持部６が極めて高速応答可能な系などにおいて、好適に実施できる。

図５に示す経時変化プロファイルＡ、経時変化プロファイルＢ、経時変化プロファイルＣは、基本的には図４のプロファイルと同様である。本実施形態では、ワークを塗布位置に移動させてワーク移動部５を停止した直後からワーク保持部６を駆動させ、経時変化プロファイルＣに示された偏位をキャンセルするようにワークの位置を調整する。すなわち、図５の任意のタイミングｔｂにおいて、−Δｂだけワークを移動させるようにワーク保持部６を駆動する。

そして、ｔ_６０よりも前の任意のタイミングから液滴の吐出を開始する。図５においては、液滴を吐出するタイミングを順に、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のように矢印で示している。ワーク移動部５を停止した直後から吐出を開始してもよいが、図５の例では振動の１．５周期が経過して振幅が小さくなった段階から吐出を開始している。また、振動中心のタイミングだけを選択した方が、着弾時間にずれがあっても位置ずれが小さくてすむため、そのタイミングを狙って吐出している。ただし、場合によっては振動中心のタイミングだけでなく、連続的に吐出させてもよい。また、機械的な振動が収束するｔ_８０以降は、吐出ヘッドが吐出可能な周波数で、塗布に必要な数の液滴を連続的に吐出する。

また、本実施形態では、液滴が吐出ヘッドを飛び出してからワークに着弾するまでの飛翔時間を考慮して、吐出ヘッドの駆動タイミングを調整する。
まず、液滴を吐出した時間と着弾時間のタイムラグｔ_０から飛翔時間を求める。タイムラグｔ_０は、一発目からｎ発目までの液滴の各着弾時間をｔ_１〜ｔ_ｎ、各液滴を吐出した時間をｔ´_１〜ｔ´_ｎとすると下式から求められる。

各着弾時間ｔ_１〜ｔ_ｎはカメラが連続撮影した画像から、各液滴吐出時間ｔ´_１〜ｔ´_ｎは液滴吐出指令のタイムスタンプから、それぞれ求めることができる。
制御部１１は、ワーク保持部６の調整動作に対する液滴吐出部２の液滴の吐出タイミングの位相をｔ_０だけ早めるように制御する。
本実施形態では、塗布に要する時間を短縮できるとともに、液滴の飛翔時間の影響を低減した精度の高い着弾を達成することができる。

［他の実施形態］
本発明の実施形態は、上述した実施形態１〜実施形態３に限られるものではなく、適宜変更したり、組み合わせたりすることが可能で、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。

実施形態の塗布装置は、機械部品、光学部品、電気部品をはじめとする種々の物品を塗布対象物とすることができ、種々の物品の製造方法に適用可能である。また、塗布装置が扱う塗布剤に特に制限はなく、例えば、グリス、着色塗料、遮光塗料、反射防止塗料、絶縁塗料、帯電防止塗料をはじめとする種々の機能液を塗布剤とすることができる。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はネットワークを介してシステム又は装置に供給することができる。そして、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーが、当該プログラムを読出し実行する処理によっても実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１・・・塗布装置／２・・・液滴吐出部／３・・・参照光照射部／４・・・撮像装置／５・・・ワーク移動部／６・・・ワーク保持部／７・・・ブラケット／８・・・液滴吐出部支持部／９・・・撮像装置支持部／１０・・・吐出ヘッド／１１・・・制御部／１２・・・レーザー光照射位置／１３−１０・・・ｔ_１０のタイミングにおいて着弾した着弾位置／１３−２０・・・ｔ_２０のタイミングにおいて着弾した着弾位置／１３−３０・・・ｔ_３０のタイミングにおいて着弾した着弾位置／１４・・・着弾狙い位置／１５・・・カメラ基準位置／Ａ・・・経時変化プロファイルＡ／Ｂ・・・経時変化プロファイルＢ／Ｃ・・・経時変化プロファイルＣ／Ｄ・・・経時変化プロファイルＤ／Ｇ・・・凹部／Ｐ・・・撮影画像／Ｓ１〜Ｓ１１・・・自動塗布作業時の吐出タイミング

Claims (11)

1. ワークを保持し、前記ワークの位置を調整可能なワーク保持部と、
   前記ワーク保持部を移動させるワーク移動部と、
   液滴を吐出する液滴吐出部と、
   前記液滴吐出部から所定距離だけ離れた位置に配置され、参照光を照射する参照光照射部と、
   前記ワークを撮影する撮像装置と、
   制御部と、を備える塗布装置であって、
   前記制御部は、
   前記ワーク保持部にダミーワーク又はワークを保持させ、
   前記ダミーワーク又はワークをワーク移動部により前記液滴吐出部と対向する位置に移動させ、
   前記液滴吐出部から液滴を複数回吐出させ、
   前記撮像装置に、前記ダミーワーク又はワークと、前記ダミーワーク又はワークを照射する参照光と、前記ダミーワーク又はワークに着弾した液滴を、異なるタイミングで複数回撮影させ、
   撮影した複数の画像に基づいて、前記液滴吐出部と前記ダミーワーク又はワークの機械的な位置ずれによる着弾位置ずれ量の経時変化プロファイルＡと、前記液滴吐出部と前記ダミーワーク又はワークの流体的な要因による着弾位置ずれ量の経時変化プロファイルＢとを求め、
   前記ワークに塗布するときには、前記経時変化プロファイルＡと前記経時変化プロファイルＢに基づいて、前記ワークの位置を前記ワーク保持部及び／又は前記ワーク移動部が調整する調整量と、前記液滴吐出部が液滴を吐出する吐出タイミングを調整する、
   ことを特徴とする塗布装置。
2. 前記経時変化プロファイルＡは、前記撮影した複数の画像の各々について、前記ダミーワーク又はワークにおける着弾狙い位置と、前記ダミーワーク又はワークにおける前記参照光の照射位置を求め、それらを隔てる距離の時間変化に基づいて求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
3. 前記経時変化プロファイルＢは、前記撮影した複数の画像の各々について、前記ダミーワーク又はワークにおける着弾位置と、前記ダミーワーク又はワークにおける前記参照光の照射位置から前記所定距離だけ離れた位置を求め、それらを隔てる距離の時間変化に基づいて求める、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の塗布装置。
4. 前記制御部は、前記経時変化プロファイルＡと前記経時変化プロファイルＢを加算して経時変化プロファイルＣを求め、
   前記経時変化プロファイルＣの低周波数成分を抽出して経時変化プロファイルＤを求め、
   前記ワークに塗布するときには、前記経時変化プロファイルＤに基づいて、前記ワーク保持部及び／又は前記ワーク移動部の調整量を設定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の塗布装置。
5. 前記制御部は、前記経時変化プロファイルＡと前記経時変化プロファイルＢを加算して経時変化プロファイルＣを求め、
   前記ワークに塗布するときには、前記経時変化プロファイルＣに基づいて、前記ワーク保持部及び／又は前記ワーク移動部の調整量を設定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の塗布装置。
6. 前記制御部は、前記ワークに塗布するときには、前記経時変化プロファイルＡが所定範囲内に収束するまでに要したのと等しい時間を経過するまでは、前記経時変化プロファイルＣの振動中心のタイミングで前記液滴吐出部から液滴を吐出させる、
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の塗布装置。
7. 前記制御部は、前記ワークに塗布するときには、前記経時変化プロファイルＢが所定範囲内に収束するまでに要したのと等しい時間を経過した後に、前記液滴吐出部から液滴を吐出させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の塗布装置。
8. ワークを保持し、前記ワークの位置を調整可能なワーク保持部と、
   前記ワーク保持部を移動させるワーク移動部と、
   液滴を吐出する液滴吐出部と、
   前記液滴吐出部から所定距離だけ離れた位置に配置され、参照光を照射する参照光照射部と、
   前記ワークを撮影する撮像装置と、
   制御部と、を備える塗布装置の制御方法であって、
   前記制御部は、
   前記ワーク保持部にダミーワーク又はワークを保持させ、
   前記ダミーワーク又はワークをワーク移動部により前記液滴吐出部と対向する位置に移動させ、
   前記液滴吐出部から連続して液滴を吐出させ、
   前記撮像装置に、前記ダミーワーク又はワークと、前記ダミーワーク又はワークを照射する参照光と、前記ダミーワーク又はワークに着弾した液滴を、異なるタイミングで複数回撮影させ、
   撮影した複数の画像に基づいて、前記液滴吐出部と前記ダミーワーク又はワークの機械的な位置ずれによる着弾位置ずれ量の経時変化プロファイルＡと、前記液滴吐出部と前記ダミーワーク又はワークの流体的な要因による着弾位置ずれ量の経時変化プロファイルＢとを求め、
   前記ワークに塗布するときには、前記経時変化プロファイルＡと前記経時変化プロファイルＢに基づいて、前記ワークの位置を前記ワーク保持部及び／又は前記ワーク移動部が調整する調整量と、前記液滴吐出部が液滴を吐出する吐出タイミングを調整する、
   ことを特徴とする塗布装置の制御方法。
9. 請求項８に記載の塗布装置の制御方法を、コンピュータに実行させるプログラム。
10. 請求項９に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
11. 請求項８に記載の塗布装置の制御方法により調整した前記調整量と前記吐出タイミングにより前記塗布装置を制御して、前記ワークに液滴を塗布する、
    ことを特徴とする物品の製造方法。

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