JP3690163B2 - 光学式センサ及び基板検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学式センサに関し、特に薄型化された限定反射型の光学式センサ及びこれを用いた基板検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ケースに収納された多数のガラス基板等を検出するために薄い平面状の光学式センサが用いられている。図５はこのような光学式センサが用いられているガラスケースとその搬送手段を示す斜視図である。本図においてケース１には左右の内壁に一定の間隔で棚部２が設けられ、その間に一定間隔で多数のガラス基板３が収納される。ロボットハンド４はケース１のガラス基板３の間に矢印Ａ方向に駆動され、所定量上昇又は下降させた後、矢印Ｂ方向に戻すことによってガラス基板３を取り出したり、又は収納するようにして用いられている。光学式センサ５，６はこのロボットハンド４の先端側の面上に配置され、その上面を検出方向としている。
【０００３】
図６はこのような従来の光学式センサの一例を示す概略図である。本図に示すようにセンサケース１０の内部には投光用光ファイバ１１の一端が口金１２によって固定されており、光ファイバ１１からの光がスリット１３及びレンズ１４を介してプリズム１５に向けて照射される。プリズム１５はその断面が直角二等辺三角形の細長い形状の反射手段であり、斜面で入射光を反射して入射光を９０°異なった方向に出射する。又センサケース１０の面上にはプリズム１５から得られる反射光を集光する集光レンズ１６が設けられ、その焦点位置には受光用の光ファイバ１７が口金１８によって固定される。投光用及び受光用光ファイバ１１，１７の他端には、夫々図示しない投光素子及び受光素子と、投光素子を一定の周期で発光させる投光回路、受光素子に接続された受光回路、及びその出力を所定のレベルで弁別し物体の有無を判別する信号処理回路が設けられている。センサケース１０の両側には取付部１９ａ，１９ｂが設けられる。
【０００４】
図７はこの従来の光学式センサの光源と投受光軸との関係を示す図である。本図に示すように投光軸と受光軸とで成す平面をＸＹ平面（第１の平面）とし、ＸＹ平面と垂直な面でプリズム１５によって反射された後の投光軸を含む面をＹＺ平面（第２の平面）とする。又図示のようにＸＹＺの座標を定める。このときＸＹ平面とＹＺ平面との交線Ｌ１に垂直なＸＹ平面上の線を、センサ中心線Ｌ２とすると、図示のように投光軸及び受光軸はいずれのこのセンサ中心線Ｌ２に対して、ＸＹ平面上で角度α傾けている。そしてプリズム１５の斜面をＸＹ平面，ＹＺ平面の双方に対して４５°傾くように配置する。そうすれば投光ビームがプリズム１５で反射されるとＹＺ平面に入る。交線Ｌ１及びセンサ中心線Ｌ２に垂直なＹＺ平面上の直線をＬ３とすると、直線Ｌ３と投光軸との成す角度として角度αが保存される。そして所定の位置にＸＹ平面と平行な面を持つ検出物体２０があり、その面により入射光が反射された場合に、反射光はＹＺ平面内にあって直線Ｌ３との角度はαとなり、プリズム１５で反射されてもこの角度αが保存されて受光部に入射する。従ってＸＹ平面に平行な直線Ｌ３上の所定範囲が物体の検知領域となる。即ち平面状の光学式センサの面に平行な検出物体の有無を、正反射光の有無によって検出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、比較的大きいガラス基板等をケース１内の左右の棚部２のみで水平に保持する場合には、その自重によってガラス基板３が湾曲し、湾曲した状態でケース１に収納されている。従って左右に光学式センサ５，６を取付けたロボットハンド４によってガラス基板３の有無を検出する場合には、図８（ａ）に示すように左右のいずれでも投光位置では光学式センサの面から傾くこととなる。この角度をβとする。即ち検出物体であるガラス基板はＸＹ平面と平行でないため、正反射光が受光できず、又は正反射光の受光レベルが低下し、検出精度が低下するという問題点があった。
【０００６】
この欠点を解消するためには、図８（ｂ）に示すように光学式センサ５，６自体を検出物体の傾きに応じた角度βだけあらかじめ傾けて、ロボットハンド４に取付けることが考えられる。この場合にはセンサの取付角度の調整に手間がかかったり、又光学式センサを傾けた分だけ取付位置でその厚さが厚くなってしまうという問題点があった。図５に示すようにケース１内に多数収納されたガラス基板の有無を判別する用途に用いる場合には、ガラス基板の間隔は狭いことが多く、光学式センサの厚さも例えば６mm以下と制限される。このため光学式センサを傾けて取付けることができないという欠点があった。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本願の請求項１の発明は、光学式センサの厚さを厚くすることなく正反射光を高精度で検出できる光学式センサを提供することを目的とする。又請求項２の発明はこの光学式センサを用いて正反射物体を高精度で検出できる基板検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、投光軸に沿って光を投光する投光部と、前記投光部の投光軸との交差角が２α（αは正の所定角度）の受光軸に沿った光を受光する受光部と、前記投光部の投光軸及び前記受光部の受光軸で成す第１の平面に対して所定角度を有する第２の平面に沿って前記投光部より投光された光を反射し、検出物体からの前記第２の平面に沿った反射光を第１の平面に反射する反射手段と、を具備し、前記第１，第２の平面の交線に垂直な第１の平面上のセンサ中心線に対して前記投光部の投光軸の成す角をα＋β（βは正又は負の所定角度）とし、前記受光部の受光軸の成す角をα−βとした、ガラス基板搬送に用いられるロボットハンド用であることを特徴とするものである。
【０００９】
本願の請求項２の発明は、ガラス基板搬送に用いられるロボットハンドの左右の面上に基板に対向するように取付けられた第１，第２の光学式センサを有する基板検出装置であって、前記第１の光学式センサは、投光軸に沿って光を投光する第１の投光部と、前記投光部の投光軸との交差角が２α（αは正の所定角度）の受光軸に沿った光を受光する第１の受光部と、前記第１の投受部の投光軸及び前記第１の受光部の受光軸で成す第１の平面に対して垂直な第２の平面に沿って前記第１の投光部より投光された光を反射し、検出物体からの前記第２の平面に沿った反射光を第１の平面に反射する第１の反射手段と、を有し、前記第１，第２の平面の交線に垂直な第１の平面上のセンサ中心線に対して前記第１の投光部の投光軸の成す角をα＋β１（β１は正又は負の所定角度）とし、前記第１の受光部の受光軸の成す角をα−β１としたものであり、前記第２の光学式センサは、投光軸に沿って光を投光する第２の投光部と、前記第２の投光部の投光軸との交差角が２αの受光軸に沿った光を受光する第２の受光部と、前記第２の投光部の投光軸及び前記第２の受光部の受光軸で成す第３の平面に対して垂直な第４の平面に沿って前記第２の投光部より投光された光を反射し、検出物体からの前記第４の平面に沿った反射光を第３の平面に反射する第２の反射手段と、を有し、前記第３，第４の平面の交線に垂直な第３の平面上のセンサ中心線に対して前記第２の投光部の投光軸の成す角をα＋β２（β２は正又は負の所定角度）とし、前記第２の受光部の受光軸の成す角をα−β２としたことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態による光学式センサのセンサ部の内部構成を示す図、図１（ｂ）は光学式センサの斜視図、図２はその光軸を抽出して示す図であり、前述した従来例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この実施の形態においてもセンサケース１０は薄い平板状の樹脂ケースであり、その内部には投光用光ファイバ１１，受光用光ファイバ１７がその投光軸と受光軸とが角度２αとなるように固定されている。投光用光ファイバ１１の端部は口金１２に連結されてセンサケース１０に固定される。投光軸上にはスリット１３及び投光レンズ１４が配置され、投光した光を反射手段であるプリズム１５側に導いている。投光用光ファイバ１１，口金１２，スリット１３及び投光レンズ１４により投光部が構成される。プリズム１５より反射されて受光された光は集光レンズ１６を介して受光用光ファイバ１７に導かれる。受光用光ファイバ１７の端部にはファイバを固定するための口金１８が設けられる。集光レンズ１６，受光用光ファイバ１７，口金１８は受光部を構成している。又センサケース１０の側方には一対の取付部１９ａ，１９ｂが設けられる。又図１（ｂ）に示すように投光用光ファイバ１１，受光用光ファイバ１７にはセンサ本体部２１が設けられる。センサ本体部２１内には、投光用光ファイバ１１の端部には発光ダイオード等の投光素子と、投光素子を駆動する投光回路が設けられる。又受光用光ファイバ１７の端部には、受光素子と受光回路、及び受光回路の受光レベルに基づいて物体の有無を検出する信号処理回路が設けられている。
【００１１】
さて検出物体はセンサケース１０の面に対して角度βだけ傾いているものとする。この実施の形態においても、図２に示すように投光用光ファイバ１１より出射する投光軸及び受光用光ファイバ１７に入射する受光軸とで成す平面をＸＹ平面（第１の平面）とし、プリズム１５によって反射された投光軸を含み、ＸＹ平面と垂直な面をＹＺ平面（第２の平面）とする。そしてＸＹ平面とＹＺ平面とが交わる交線Ｌ１に垂直なＸＹ平面上の線を、センサ中心線Ｌ２とする。検出物体２０はこのセンサ中心線Ｌ２に平行な線に沿って角度βだけ傾いているものとする。
【００１２】
このような検出物体２０を検出するために、本実施の形態では、投受光軸とＸＹ平面上のセンサ中心線Ｌ２と成す角度を夫々角度βだけＸＹ平面内で変化させる。即ち投光軸とセンサ中心線Ｌ２との角度をα＋βとし、受光軸とセンサ中心線Ｌ２の角度をα−βとする。こうすれば投受光軸の成す角度は従来例と同様に２αとすることができる。こうすればセンサ中心線Ｌ２の平行線に沿って所定の距離にある検出物体２０が角度βだけ回転している場合に、検出物体２０からの正反射光はＹＺ平面内に含まれ、プリズム１５によってＸＹ平面上の受光軸と重なり、集光レンズ１６を介して受光用光ファイバ１７で受光されることとなる。検出物体２０の傾き角が所定角度の範囲でβからずれても、又センサからの距離が所定範囲内で変動した場合にも、受光側で受光することができる。尚角度αは直線Ｌ３に沿った検出可能距離範囲と投受光用光ファイバ１１，１７の間隔により定めるものとする。
【００１３】
尚この実施の形態では、βを正の所定角度としているが、検出物体の傾き方向によってはβは負の角度とするように投受光部を配置してもよいことはいうまでもない。
【００１４】
又この実施の形態では、投受光軸を９０°折り曲げるために断面が直角二等辺三角形状の細長いプリズム１５を用いているが、投受光軸を折り曲げる角度は９０°に限定されるものではない。又三角形状のプリズム１５に代えて、ＸＹ平面との成す角を折曲角の１／２としたミラーを用いて反射手段とすることもできる。断面三角形状のプリズムを用いた場合には、その一方の面をセンサケース１０の内面に容易に固定することができる。これにより投受光軸とのなす角を固定することができるため、取付時の調整が不要となる。
【００１５】
次に本発明の第２の実施の形態について、図３，図４を用いて説明する。ケース１はガラス基板３を水平に収納しており、ロボットハンド４を用いてガラス基板３が搬送され、ケース１からガラス基板３が取り出される。この実施の形態では図３に示すように、ロボットハンド４の面上に、２つの光学式センサを取付けて基板検出装置として構成したものである。ロボットハンド４は図３に示すように、略平板状でその面に沿った移動時に先端となる部分の中央にコ字状の切欠き４ａが形成されており、その左右に前述した第１の実施の形態による光学式センサ３１，３２を取付けられている。図４はロボットハンド４とその上面に埋設された光学式センサ３１，３２及びこの光学式センサ３１，３２によって検出されるガラス基板３を示す図である。図４（ａ）に示すようにガラス基板３の左右の端部で互いに逆方向にガラス基板３が傾き、その傾き角度をβ１，β２とすると、この角度に対応するように光学式センサ３１，３２の投受光部を配置する。そして光学式センサ３１については、投受光軸でなす平面を第１の平面、これと垂直な平面を第２の平面とし、センサ中心線Ｌ２に対して投光軸の角度をα＋β１，受光軸の角度をα−β１とする。又光学式センサ３１の投光部，受光部を第１の投光部，第１の受光部、プリズム１５を第１の反射手段とする。光学式センサ３２については、投受光軸でなす平面を第３の平面、これと垂直な平面を第４の平面とし、投受光部の位置を左右入れ換え、センサ中心線Ｌ２に対して投光軸の角度をα＋β２，受光軸の角度をα−β２とする。又光学式センサ３２の投光部，受光部を第２の投光部，第２の受光部、プリズム１５を第２の反射手段とする。
【００１６】
又図４（ｂ）に示すように投受光部の傾きの変化角度を変え、光学式センサ３１については投光軸をα−β１，受光軸をα＋β１とし、光学式センサ３２の投光軸をα−β２，受光軸をα＋β２としてもよい。これらを組合せて投受光部を２つの光学式センサを配置してもよい。
【００１７】
このようにあらかじめ想定されるガラス基板の水平面から湾曲する角度β１，β２を想定して光学式センサを構成し、ロボットハンド４上に配置することによって、湾曲しているガラス基板等の正反射物体を検出することができる。これらの光学式センサからの出力はその論理和をとることによってガラス基板の有無を検出することができる。又ロボットハンド４をケース１に向けて移動させている間に光学式センサ３１，３２からの信号がオンとなる時間差が生じる場合には、図３のガラス基板３Ａのように傾いてケース内に収納されていることが判別でき、時間差の大きさからガラス基板の傾き程度も検出することもできる。
【００１８】
尚前述したこの実施の形態では検出対象をガラス基板として説明しているが、正反射面を有する部材であれば、任意の部材や基板を検出できることはいうまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本願の請求項１の発明によれば、検出対象となる正反射物体が光学式センサの面に対して傾いている場合にも、光学式センサの厚さを変えることなくその傾きに対応した光を投光し、正反射光を受光することができ、高精度で物体の有無を検出することができる。又請求項２の発明では、この光学式センサをロボットハンドの面上に配置することによって、ロボットハンドの光学式センサを厚くすることなく、ケース等に収納されている基板の有無を高精度で検出することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態による光学式センサの内部構成を示す図、（ｂ）は光学式センサの斜視図である。
【図２】本実施の形態による光学式センサの光軸を抽出して示す斜視図である。
【図３】ケースに収納されたガラス基板と第２の実施の形態による基板検出装置を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による基板検出装置のヘッド部を示す側面図である。
【図５】ケースに収納されたガラス基板と、ロボットハンド及びその上面に取付けられる光学式センサを示す図である。
【図６】（ａ）は従来の光学式センサの内部構成を示す図、（ｂ）はその側面図である。
【図７】従来の光学式センサの光軸を抽出して示す斜視図である。
【図８】従来のロボットハンドとその上面に取付けられる光学式センサ及びガラス基板を示す図である。
【符号の説明】
１ ケース
２ 棚
３ ガラス基板
４ ロボットハンド
５，６ 光学式センサ
１０ センサケース
１１ 投光用光ファイバ
１２，１８ 口金
１３ スリット
１４ 投光レンズ
１５ プリズム
１６ 集光レンズ
１７ 受光用光ファイバ
１９ａ，１９ｂ 取付部
２０ センサ本体
３１，３２ 光学式センサ

Claims (2)

1. 投光軸に沿って光を投光する投光部と、
   前記投光部の投光軸との交差角が２α（αは正の所定角度）の受光軸に沿った光を受光する受光部と、
   前記投光部の投光軸及び前記受光部の受光軸で成す第１の平面に対して所定角度を有する第２の平面に沿って前記投光部より投光された光を反射し、検出物体からの前記第２の平面に沿った反射光を第１の平面に反射する反射手段と、を具備し、
   前記第１，第２の平面の交線に垂直な第１の平面上のセンサ中心線に対して前記投光部の投光軸の成す角をα＋β（βは正又は負の所定角度）とし、前記受光部の受光軸の成す角をα−βとしたことを特徴とするガラス基板搬送に用いられるロボットハンドの光学式センサ。
2. ガラス基板搬送に用いられるロボットハンドの左右の面上に基板に対向するように取付けられた第１，第２の光学式センサを有する基板検出装置であって、
   前記第１の光学式センサは、
   投光軸に沿って光を投光する第１の投光部と、
   前記投光部の投光軸との交差角が２α（αは正の所定角度）の受光軸に沿った光を受光する第１の受光部と、
   前記第１の投受部の投光軸及び前記第１の受光部の受光軸で成す第１の平面に対して垂直な第２の平面に沿って前記第１の投光部より投光された光を反射し、検出物体からの前記第２の平面に沿った反射光を第１の平面に反射する第１の反射手段と、を有し、
   前記第１，第２の平面の交線に垂直な第１の平面上のセンサ中心線に対して前記第１の投光部の投光軸の成す角をα＋β１（β１は正又は負の所定角度）とし、前記第１の受光部の受光軸の成す角をα−β１としたものであり、
   前記第２の光学式センサは、
   投光軸に沿って光を投光する第２の投光部と、
   前記第２の投光部の投光軸との交差角が２αの受光軸に沿った光を受光する第２の受光部と、
   前記第２の投光部の投光軸及び前記第２の受光部の受光軸で成す第３の平面に対して垂直な第４の平面に沿って前記第２の投光部より投光された光を反射し、検出物体からの前記第４の平面に沿った反射光を第３の平面に反射する第２の反射手段と、を有し、
   前記第３，第４の平面の交線に垂直な第３の平面上のセンサ中心線に対して前記第２の投光部の投光軸の成す角をα＋β２（β２は正又は負の所定角度）とし、前記第２の受光部の受光軸の成す角をα−β２としたことを特徴とする基板検出装置。

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