JP3954713B2 - 圧力計、移動装置、密着確認装置、及び液体噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の圧力を測定する圧力計、並びにこの圧力計を具備した移動装置，密着確認装置，及び液体噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体の圧力を測定する電子式の圧力計は、流体の圧力変化をその内部に設けられた感圧素子にて電気信号に変換し、変換した電気信号の大きさに基づいて圧力値を表示させるものであり、従来から多く用いられてきたブルドン管式（又は機械式）の圧力計に比べて精度，寿命，応答性等において優れているため、最近ではその利用が高まっている。
【０００３】
特に、空気を測定媒体とする圧力計は、比較的軽量な物品を吸着して移動する移動装置における吸着確認，製造ラインの各ステーションにおける比較的軽量な物品の着座確認，溶融樹脂等を噴射・塗布するディスペンサにおけるノズル口の吐出不良（つまり）確認，空気の圧力伝達系における微小な漏れを検出するリークテスト，及び対象装置に入力される空気の圧力、所謂「元圧」が所定圧であるか否かを確認する等の比較的微妙な圧力変動を測定するために用いられる。
【０００４】
このような圧力計は、圧力を検出してアナログの電気信号に変換する検出変換部と、変換されたアナログの電気信号に基づいて実際の圧力値を演算する演算制御部と、演算された圧力値を表示する圧力値表示器とから構成されている。
【０００５】
検出変換部は、有底筒状のケース内に設けられたダイヤフラム状に形成された感圧素子からなり、感圧素子は、シリコン製，ステンレス製等の板体たるダイヤフラム，このダイヤフラムに形成された歪み抵抗等から構成され、ダイヤフラムの変形（たわみ）を歪み抵抗の抵抗値の変化に応じたアナログの電気信号に変換する。
【０００６】
一方、演算制御部は、１チップのマイクロコンピュータ等から構成され、圧力検出部で変換されたアナログの電気信号を、Ａ／Ｄ変換し、実際の圧力値を演算し、演算した圧力値を圧力値表示器に出力する。圧力値表示器は、複数桁の数値を表示可能な７セグメントＬＥＤ等から構成され、演算制御部で演算された圧力値を表示する。
【０００７】
特に最近では、圧力計を構成する検出変換部及び演算制御部が一辺３０ｍｍ程度の箱形のケース内に収納され、このケースの一側面に圧力値表示器，閾値及び基準値の設定キー等を具備したパネルを設けたような小型の一体型の圧力計が実用化されているが、一方で、例えばフィードバック制御に用いるために、検出された圧力が予め設定された基準値を越えているか否かを出力させることが要求されている。
【０００８】
この要求に伴い、演算制御部において圧力がその基準値を越えているか否かを判定し、判定結果に基づいて所定の信号を出力するような圧力計が開発されている。
【０００９】
ところが、このような圧力計においては、圧力が基準値近傍で高速に且つ連続的に上下するような状態にある場合に、演算制御部から高速に且つ断続的に前記所定の信号が出力される状態、即ちチャタリングが発生する。このようなチャタリングは、密度変化大きい空気のような圧縮性流体を測定媒体とする場合に発生し、前記所定の信号によって制御される装置が例えばオン・オフを高速で繰り返す等の誤動作を生じさせ、装置の故障の原因となる。
【００１０】
チャタリングの発生要因としては、コンプレッサ等の圧縮機からの脈動的な圧縮空気の送出、圧縮機から圧力測定位置までの距離が比較的大きい場合の空気の密度変化による応答遅れ等が挙げられる。
【００１１】
この問題を解決するために前述の如き圧力計は、圧力が基準値を越えているか否かの判定結果が同一の場合に、この結果が連続する時間を計時し、計時結果が所定の設定時間（第１閾値）に達した場合に、前記所定の信号を出力する機構、所謂ディレー機構を設けた構成としてある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような構成の圧力計において、圧縮機による脈動的な圧縮空気の送出に伴うチャタリングについては、圧力変動の振幅及び周期が略一定であるために解決可能であるが、圧縮機から圧力測定位置までの距離が比較的大きい場合の応答遅れに伴うチャタリングについては、圧力変動の振幅及び周期が一定でないために全ての場合で解決することが可能なわけではない。
【００１３】
図６は、前述の如き移動装置における圧力変化を示すグラフであり、正常な吸着の状態を実線で示し、吸着不良の状態を二点鎖線で示してある。正常な吸着の状態では、圧縮機の始動（ａ点）に伴って急激に負圧となった（ｂ点）後で、この圧縮機の能力に応じた負圧値で安定する。次いで、物品が吸着されるのに伴って更に負圧となり、このときオーバーシュートした後で（ｃ点）、減衰し安定する（ｄ点）。そして、物品を開放すべく短時間だけ正圧に戻し（ｅ点）た後で、直ぐにａ点における圧力値に戻される（ｆ点）。例えばゴミを噛み込んだ吸着不良の状態では、物品が吸着された後も十分な負圧値に達しない。
【００１４】
このような移動装置に物品の吸着確認の目的で設けられる圧力計の圧力の基準値Ｘは、図６に下側の破線で示す如く、吸着不良の検出を回避するために吸着不良の最低圧よりも若干低い圧力に設定される。このため、ｃ点に至る途中で測定圧が基準値Ｘより負圧側に達するのに伴って正常な吸着状態を判定するための時間の計時を開始する。ところが、ｃ点でのオーバシュート後の揺り返しによって測定圧は基準値Ｘの正圧側に一旦戻るため、カウンタがリセットされてしまう。
【００１５】
移動装置における物品の吸着・開放のタイミングは圧力計からの前記所定の信号によって指示されるために、生産性の観点から吸着確認は可及的に高速に行なうことが要求される。そこで、揺り返しによるカウント時間のリセッを回避するために、図６に示す如く基準値Ｙとして、ｃ点後の揺り返しよりも若干高い圧力に設定した場合には、吸着不良を検出し、本来の目的を達成することができないということが起こり得る。
【００１６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、圧力が基準値を越えることが所定のサンプリング間継続する場合にのみ、所定の信号を出力する通常のディレー機構を備えた圧力計において、前記所定のサンプリングの途中で前述の如きオーバーシュート後の揺り返し等の要因により圧力値が短時間だけ基準値を下回る場合にもこれを無視して出力を継続させるように、上述のディレー機構とは反対方向の圧力値の変動に対してディレーを行なうことにより、前記要因に応じて前述の如きカウンタがリセットされることがないためにチャタリングを更に抑制することができ、特に、例えば前記吸着確認における基準値を可及的にオーバーシュートの最低値近傍に設定した場合においても、上述の無視する時間を最適化することによりカウンタがリセットされることを抑止することができ、例えば吸着確認を高速に完了することが可能な圧力計、並びにこの圧力計を具備した移動装置，密着確認装置，及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は流体の圧力変化に応じて変形する板体の変形量に基づいて流体の圧力を時系列的に検出する検出手段と、基準圧力を設定する基準圧力設定手段と、前記検出手段による検出結果が前記基準圧力に達するのに伴ってカウントを開始する第一のカウンタと、第一閾値を設定する第一閾値設定手段と、前記第一のカウンタによるカウントが前記第一閾値に達しない場合には所定の信号を出力しないチャタリング防止のディレー機構を有する圧力計において、前記検出手段による検出結果が前記基準圧力を超えない時間をカウントする第二のカウンタと、第二閾値を設定する第二閾値設定手段と、前記第二のカウンタによるカウントが前記第二閾値に達しない場合、及び前記第一のカウンタによるカウントが前記第一閾値に達した場合に前記所定の信号を出力することを特徴とする。
【００２５】
請求項１に係る発明によれば、時系列的に検出された圧力の値が予め設定された圧力の基準値を越えた場合に所定の信号を出力するような通常のディレー機能を備えた圧力計において、このディレー機構とは反対方向の圧力値の変動に対してディレーを行なう構成、具体的には、通常のディレー用に設けられ、圧力が基準値を越えた場合にカウントする第１カウンタに加えて、圧力が基準値を下回った場合にカウントする第２カウンタを設け、第２カウンタのカウントが第２閾値（時間）に達しない場合、及び第一カウンタのカウントが第１閾値（時間）に達した場合に所定の信号を出力する圧力計としたので、時系列的な検出の途中でオーバーシュート後の揺り返し等の要因により圧力値が短時間だけ基準値を下回る場合にもこれを無視して前記所定の信号の出力を継続させることができ、オーバーシュートによって通常のディレー機能のためのカウンタがリセットされることがなく、チャタリングを抑制することができ、特に、例えば吸着確認における圧力の基準値を可及的にオーバーシュートの最低値近傍に設定した場合においても、上述の無視する時間を最適化することによりカウンタがリセットされることを抑止することができ、例えば吸着確認を高速に完了することが可能である。
【００２６】
なお、前記第１及び第２閾値には時間を用いているが、前記第１及び第２計時手段にカウンタの如き手段を用いることによって、時間に相当した数値を計数する構成とすることもできる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る圧力計の構成を示すブロック図であり、図２は、圧力検出部１の構成例を示す断面図である。
【００２８】
図１において、１は圧力を検出する圧力検出部である。変換手段としての圧力検出部１は、図２に示す如く、その各端部を測定圧及び大気圧の間に配された筒状のダイヤフラム・シリンダ１０と、測定圧及び大気圧を遮蔽すべくダイヤフラム・シリンダ１０内に一体的に形成された板体としてのシリコン製又はステンレス製のダイヤフラム１１と、ダイヤフラム１１の大気圧側の面に絶縁膜１２を介して貼り付けられた歪み抵抗１３とから少なくとも構成され、ダイヤフラム１１の変形（たわみ）を歪み抵抗の抵抗値の変化に応じて、ブリッジ回路等を用いてアナログの電気信号に変換することによって、圧力を約１ｍｓのサイクルタイムで検出し、検出結果を圧力検出部１に接続された増幅部２に与える。
【００２９】
なお、圧力検出部１は、ダイヤフラム１１が大気圧を基準とした正圧方向及び負圧方向の両方向への歪みに対して、歪み量が直線的に変動することを保証されており、これによって従来から連成圧を検出するために正圧用・負圧用の２つの圧力計を用いていたのに対して、１つの圧力計で連成圧の検出が可能となっている。なお、本発明の圧力計は、上述の如き連成圧の測定可能な連成圧計に限定するものではない。
【００３０】
増幅部２は、増幅回路等から構成され、与えられたアナログ信号を増幅し、増幅結果を増幅部２に接続された演算制御部としてのマイクロコンピュータ３に与えるようになっている。
【００３１】
マイクロコンピュータ３は、１チップのマイクロコンピュータからなり、Ａ／Ｄ変換部３１，演算部３２，データ抽出部３３，表示制御部３４，圧力比較部３５，切替部３６，第１カウンタ３７ａ，第２カウンタ３７ｂ，第１比較部３８ａ，第２比較部３８ｂ，出力制御部３９等を備えている。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換部３１は、増幅部２から与えられたアナログ信号をディジタル信号に変換（２進化）し、変換結果を演算部３２に与えるようになっている。
演算部３２は、Ａ／Ｄ変換部３１から与えられたディジタル信号に基づいて、実際の圧力値を演算し、演算結果をデータ抽出部３３と圧力比較部３５とに与えるようになっている。
データ抽出部３３は、演算部３２から与えられた圧力値をフィルタリングし、後述する圧力値表示器４での表示サイクルタイムを肉眼で認識可能な約２００ｍｓとするように、検出結果としての圧力値のサンプル数を減じた後で、この圧力値を表示制御部３４に与えるようになっている。
表示制御部３４は、データ抽出部３３から与えられた圧力値を７セグメントＬＥＤで表示可能なように変換し、変換結果を圧力値表示器４に与えるようになっている。
圧力値表示器４は、３桁の数字を表示可能な７セグメントＬＥＤから構成され、表示制御部３４から与えられた変換結果に基づいて圧力値を表示するようになっている。
【００３３】
一方、圧力比較部３５は、演算部３２から与えられた圧力を予め図示しない記憶部に記憶された圧力の基準値と比較し、圧力が基準値を越えている場合に、所定の信号を第１カウンタ３７ａに与え、また圧力が基準値を下回っている場合に、所定の信号を第２カウンタ３７ｂに与えるようになっている。
第１及び第２計時手段としての第１及び第２カウンタ３７ａ，３７ｂは、圧力比較部３５から与えられた所定の信号に基づいて、各々その記憶領域に記憶されたカウンタ値に＋１を加えるなどして計数し、計数結果である累積されたカウント値を第１及び第２比較部３８ａ，３８ｂに夫々与えるようになっている。
第１及び第２比較部３８ａ，３８ｂは、第１及び第２カウンタ３７ａ，３７ｂから夫々与えられたカウント値を予め図示しない記憶部に記憶されたカウンタ値の各閾値（第１閾値，第２閾値）と比較し、第１比較部３８ａでは、カウンタ値が第１閾値を越えている場合にのみ所定の信号を出力し、また第２比較部３８ｂでは、カウンタ値が第２閾値を越えていない場合にのみ所定の信号を出力するようにしてある。
出力制御部３９は、第１比較部３８ａ，第２比較部３８ｂから夫々与えられた所定の信号に基づいて、ＮＰＮ型のトランジスタ５へ電流を印加することによって、所定の信号を出力するようになっている。
【００３４】
本発明に係る圧力計は以上の如き構成としてあり、通常の圧力計としての圧力測定機能に加え、検出された圧力が予め設定された圧力の基準値を一旦越えた（又は下回った）後の第２閾値に相当する時間内で、再び基準値を下回り（又は越え）、基準値を境界とした元の圧力領域に復帰した後で再び基準値を越える（又は下回る）ような状態においては、出力制御部３９から所定の信号の出力を禁止することにより、チャタリングを防止することができるようになっている。このため、第１閾値は第２閾値よりも大きい値とすることが望ましい。
【００３５】
なお、第２閾値は、前述したようにカウンタ値とする以外にも、直接的に時間とする構成も可能である。また、第１及び第２の２つの閾値を与える構成としたが、同一の一つの閾値としてもよい。
【００３６】
図３は、本発明に係る圧力計１００の具体的な適用例を模式的に示す斜視図であり、圧力計１００を電子部品Ｃの吸着移動装置３００に適用した例を示している。また、図４は、図３における圧力計１００の構成を示す構成図であり、正面図を図４（ａ）に、側面図を図４（ｂ）に、後面図を図４（ｃ）に夫々示してある。
【００３７】
図３において、２００は所定のタクトで基板Ｓを搬送・停止するコンベアであり、基板Ｓを白抜矢符方向へ搬送している。
【００３８】
また、３００は図示しないストッカに蓄積された半導体，ＬＳＩチップ等の電子部品Ｃを吸着して、コンベア２００で搬送される基板Ｓ上へ移動する吸着移動装置であり、水平方向へ突出して、旋回可能に設けられたアーム３１０と、アーム３１０の自由端に上下動可能に設けられたシリンダ３２０とから構成されている。シリンダ３２０の下端には、ノズル状の吸着ヘッド３２１が設けられている。
【００３９】
吸着ヘッド３２１は、圧力計１００，エゼクタ４１０，電磁バルブの如き２つのバルブ４２１，４２２等を介して、図示しない電源によって駆動される圧縮機としてのコンプレッサ４００まで２系統に配管されている。
【００４０】
一方の系統の管Ｐは、正圧の空気を排出するコンプレッサ４００からエゼクタ４１０，バルブ４２１等を介して吸着ヘッド３２１に接続され、コンプレッサ４００から排出される空気によってエゼクタ４１０で負圧を生成し、外部からの制御によりバルブ４２１が開放されるのに伴って、吸着ヘッド３２１から空気を吸引できるようになっている。
【００４１】
他方の系統の管Ｐは、コンプレッサ４００からエゼクタ４１０を介さずに分岐しており、この分岐先に接続されたバルブ（破壊バルブ）４２２に対して正圧の空気を送り出せるようになっている。バルブ４２２の排出側は、前述のエゼクタ４１０の負圧吸引側に合流して吸着ヘッド３２１へ接続され、外部からの制御によりバルブ４２２が開放されるのに伴って、吸着ヘッド３２１に正圧の空気を送り出せるようになっている。
【００４２】
シリンダ３２０の上部側面には、圧力計１００が一体的に設けられており、吸着ヘッド３２１と、正圧側のバルブ４２２の排出側及びエゼクタ４１０の負圧吸引側との間の空気圧を測定するようになっている。圧力計１００は、具体的には図４に示す如く、筐体たる樹脂製の一辺約３０ｍｍの箱形のケース１１０内に、前述の如き圧力検出部１，増幅部２，マイクロコンピュータ３，圧力値表示器４，トランジスタ５等を備えている。
【００４３】
図４（ａ）に示す如く、このケース１１０の前面には、圧力値表示器４が一体的に形成されているほか、各閾値を設定するための設定キー等の各種のファンクションキー１０１が設けられている。また、図４（ｃ）に示す如く、ケース１１０の後面には、図２に示したようなダイヤフラム・シリンダ１０の測定圧側の端部が開口している。
【００４４】
本発明に係る圧力計１００の具体的な適用例は以上の如き構成となっており、そのダイヤフラム・シリンダ１０の測定圧側の開口部を吸着ヘッド３２１と正圧側のバルブ４２２の排出側及びエゼクタ４１０の負圧吸引側との間の管Ｐに接続されており、吸着移動装置３００のアーム３１０を電子部品Ｃが蓄積された図示しないストッカまで回転させた後で、シリンダ３２０を降下させ、負圧側のバルブ４２１を開放することによって吸着ヘッド３２１を負圧にし、これによって、図示しないストッカに蓄積された電子部品Ｃを吸着ヘッド３２１に吸着する。そして、シリンダ３２０を上昇させた後で、再びアーム３１０を回転させ、コンベア２００上を搬送される基板Ｓの所定箇所に、吸着されている電子部品Ｃを位置決めし、再びシリンダ３２０を降下させ、負圧側のバルブ４２１を閉鎖することによって電子部品Ｃの吸着を停止させる。
【００４５】
この際に、負圧側のバルブ４２１を閉鎖することのみでは、電子部品Ｃの吸着ヘッド３２１からの分離には至らない場合があるので、正圧側のバルブ４２２を短時間だけ開放して、若干の正圧（破壊圧）を吸着ヘッド３２１に与える。これによって電子部品Ｃの移動が完了する。
【００４６】
図５は、図３の如き圧力計１００の測定結果を示すグラフであり、横軸には時間を、縦軸には時間に伴う圧力値の変化を夫々示してある。
図５に示す如く、負圧側のバルブ４２１の開放（ａ点）に伴って急激に負圧となり、若干のオーバーシュート（ｂ点）後に徐々に減衰していき、コンプレッサ４００の能力に応じた負圧の圧力値で安定する。次いで、電子部品Ｃが吸着ヘッド３２１に吸着されるのに伴って更に負圧となり、このとき若干オーバーシュート（ｃ点）した後で、徐々に減衰していき、やがて安定する。そして、負圧側のバルブ４２１の閉鎖（ｄ点）に続く正圧側のバルブ４２２の短時間の開放に伴って、圧力値は正圧側に移行し（ｅ点）、直ぐにａ点における圧力値に戻る（ｆ点）。
【００４７】
ここで、例えば圧力の基準値（図５における破線）を、電子部品Ｃが吸着されたｃ点におけるオーバーシュートの後の最初の揺り返しよりも若干負圧側に設定した場合であって、第１閾値が第２閾値よりも大きく設定された場合において、圧力値が前記揺り返しで基準値よりも正圧側にある時間ｔが第２閾値よりも小さい場合であれば、第２比較部から前記所定の信号が出力制御部３９に対して出力されるので、圧力値がその基準値よりも負圧側に至ったｃ点から第１閾値に応じた時間後に吸着確認が常に完了できる。
【００４８】
以上の実施の形態において、圧力比較部３５からの所定の信号の出力をスイッチ３６で切り換えて第１カウンタ３７ａ，第２カウンタ３７ｂへ振り分ける構成としたが、この構成に限るものではなく、例えばスイッチ３６を省略し、圧力比較部３５から第１カウンタ３７ａへ直接的に前記所定の信号を出力し、第１カウンタ３７ａからカウンタ値を第１比較部３８ａへ与えるとともに、第１カウンタ３７ａから前記所定の信号を第２カウンタ３７ｂに与える構成としてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る圧力計は、時系列的に検出された圧力の値が予め設定された圧力の基準値を越えた場合に所定の信号を出力するような通常のディレー機能を備えた圧力計において、このディレー機構とは反対方向の圧力値の変動に対してディレーを行なう構成、具体的には、通常のディレー用に設けられ、圧力が基準値を越えた場合にカウントする第１カウンタに加えて、圧力が基準値を下回った場合にカウントする第２カウンタを設け、第２カウンタのカウントが第２閾値（時間）に達しない場合、及び第１カウンタのカウントが第１閾値（時間）に達した場合に所定の信号を出力する圧力計としたので、時系列的な検出の途中でオーバーシュート後の揺り返し等の要因により圧力値が短時間だけ基準値を下回る場合にもこれを無視して前記所定の信号の出力を継続させることができ、オーバーシュートによって通常のディレー機能のためのカウンタがリセットされることがなく、チャタリングを抑制することができ、特に、例えば前記吸着確認における圧力の基準値を可及的にオーバーシュートの最低値近傍に設定した場合においても、上述の無視する時間を最適化することによりカウンタがリセットされることを抑止することができ、例えば吸着確認を高速に完了することが可能である等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧力計の構成を示すブロック図である。
【図２】圧力検出部の構成例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る圧力計の具体的な適用例を模式的に示す斜視図である。
【図４】図３における圧力計の構成を示す構成図である。
【図５】図３の如き圧力計の測定結果を示すグラフである。
【図６】移動装置における圧力変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 圧力検出部
２ 増幅部
３ マイクロコンピュータ
４ 圧力値表示器
１１ ダイヤフラム
３１ Ａ／Ｄ変換部
３２ 演算部
３５ 圧力比較部
３７ａ，３７ｂ 第１，第２カウンタ
３８ａ，３８ｂ 第１，第２比較部
３９ 出力制御部
１００ 圧力計
３００ 吸着移動装置
３２１ 吸着ヘッド
４００ コンプレッサ
Ｃ 電子部品
Ｐ 管

Claims (1)

1. 流体の圧力変化に応じて変形する板体の変形量に基づいて流体の圧力を時系列的に検出する検出手段と、
   基準圧力を設定する基準圧力設定手段と、
   前記検出手段による検出結果が前記基準圧力に達するのに伴ってカウントを開始する第一のカウンタと、
   第一閾値を設定する第一閾値設定手段と、
   前記第一のカウンタによるカウントが前記第一閾値に達しない場合には所定の信号を出力しないチャタリング防止のディレー機構を有する圧力計において、
   前記検出手段による検出結果が前記基準圧力を超えない時間をカウントする第二のカウンタと、
   第二閾値を設定する第二閾値設定手段と、
   前記第二のカウンタによるカウントが前記第二閾値に達しない場合、及び前記第一のカウンタによるカウントが前記第一閾値に達した場合に前記所定の信号を出力することを特徴とする圧力計。

Images