JP4725710B2 - 光学式変位センサのセンサヘッド - Google Patents
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Description
この発明は、光学式変位センサのセンサヘッドに係り、特に、ＦＰＤ（Flat Panel Display）生産ラインにおけディスペンサノズルを使用した接着剤塗布作業等に好適な光学式変位センサのセンサヘッドに関する。
ＦＰＤ（Flat Panel Display）生産ラインにおけディスペンサを使用した接着剤塗布作業においては、ミクロンオーダーのギャップ管理が要求される。このようなディスペンサを使用した接着剤塗布作業の説明図が図８に示されている。
なお、図において、ａはガラス板を搬送するステージ、ｂはガラス板、ｃは接着剤、ｄはディスペンサの相対的移動方向、ｅはディスペンサのヘッド、ｆはディスペンサのノズル、ｈはディスペンサの昇降移動方向、Ｇはディスペンサノズルの先端とガラス板との間のギャップである。
図から明らかなように、ガラス板ｂはステージａにより搬送されてディスペンサのノズルｆの下を図中右から左へと通過する。これにより、ノズルｆはガラス板ｂに対してｄ方向へと相対的に移動する。このとき、ノズルｆの先端から接着剤ｃを射出することにより、ガラス板ｂの表面に接着剤が塗布される。
ガラス板ｂ上に塗布される接着剤ｃの厚さは、ノズルｆの先端とガラス板ｂの表面とのギャップの大きさに依存する。接着対象となるガラス板ｂの搬送中に、ディスペンサノズルｆの先端と塗布対象となるガラス板ｂの表面とのギャップＧの大きさが変動すると、塗布される接着剤ｃの厚さが不均一となって、製品の歩留まりが低下する。
そこで、この種のＦＰＤ生産ラインにおけるディスペンサノズル先端と塗布対象ガラス板とのギャップ管理のためには、従来より光学式の変位センサが使用されている。すなわち、光学式変位センサで測定されるギャップの値が常に規定値となるように、ディスペンサノズルｆの先端の高さは所定の昇降駆動機構を介してサーボ制御される。
光学式の変位センサとしては、センサヘッドと信号処理ユニット（通称、アンプ部）とを分離させたアンプ分離型の変位センサが採用される。アンプ分離型変位センサのセンサヘッドとしては、拡散反射対応型のものと正反射対応型のものとが知られているが、ガラス等の鏡面物体に対しては正反射対応型のセンサヘッドが採用される。
正反射対応型センサヘッドの基本構造は、光源となる発光部と、発光部からの光を計測対象物に対して傾斜させた投光光軸に沿って照射する投光用光学系と、計測対象物からの反射光を投光光軸の傾斜方位と反対側の方位に対称的に傾斜させた受光光軸に沿って取り込む受光用光学系と、受光用光学系を介して取り込まれた反射光を受光して光電変換する受光素子とを所定形状のケースに収容してなるものである（特許文献１参照）。
従来のディスペンサとセンサヘッドとの配置関係を示す説明図が図９に示されている。図において、ｂはガラス板、ｅはディスペンサのヘッド、ｆはディスペンサのノズル、ｊはセンサヘッド、Ｌ１は投光光軸、Ｌ２は受光光軸である。
ディスペンサのノズルｆとセンサヘッドｊとの配置例としては、同図（ａ１），（ｂ１）に示される第１従来例と、同図（ａ２），（ｂ２）に示される第２従来例とが存在する。第１従来例にあっては、ノズルｆそれ自体は直線状のものがそのまま使用され、センサヘッドｊの測定点（Ｌ１，Ｌ２）はノズルｆの側方にこれと隣接して配置される。第２従来例にあっては、ノズルｆはクランク状に屈曲され、センサヘッドｊの測定点（Ｌ１，Ｌ２）はノズルｆの先端とほぼ同じ位置に配置される。
国際公開 ＷＯ ０１／７３３７５ Ａ１パンフレット
しかしながら、上述の第１従来例にあっては、ノズルｆの先端とセンサヘッドｊの測定点とが離れ過ぎているために、ガラス板ｂが撓んだり波打ったりしていると、センサヘッドｊで測定されるギャップの値とノズル先端とガラス板とのギャップの値（実際のギャップの値）とが相違してしまうと言う問題がある。
他方、上述の第２従来例にあっては、ノズルｆの先端とセンサヘッドｊの測定点とが接近していることから、ガラス板ｂが撓んだり波打ったりしたとしても、センサヘッドｊで測定されるギャップの値とノズル先端とガラス板とのギャップの値（実際のギャップの値）とはあまり相違しない。しかし、ノズルｆをクランク状に屈曲させるための加工が手間がかかることに加えて、ノズルｆが屈曲されるとその内部を流れる接着剤の流れが不安定となり、射出動作が不安定になる等の問題点がある。
この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、例えば、ディスペンサを使用した接着剤塗布工程に適用した場合、ディスペンサノズルとして直線状のものを使用しつつも、ノズル先端とガラス板とのギャップを正確に測定することができるようにした光学式変位センサのセンサヘッドを提供することにある。
この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記載を参照することにより、当業者であれば容易に理解される筈である。
この発明の光学式変位センサのセンサヘッドは、光源となる発光部と、前記発光部からの光を計測対象物に対して傾斜させた投光光軸に沿って照射する投光用光学系と、計測対象物からの反射光を前記投光光軸の傾斜方位と反対側の方位に対称的に傾斜させた受光光軸に沿って取り込む受光用光学系と、前記受光用光学系を介して取り込まれた反射光を受光して光電変換する受光素子とを有している。
さらに、このセンサヘッドは、所定の投光窓が開設された投光側ブロックと所定の受光窓が開設された受光側ブロックとを有すると共に、前記発光部と前記投光用光学系とは前記投光側ブロックに、また前記受光用光学系と前記受光素子とは前記受光側ブロックに収容されている。
前記投光側ブロックは、垂直姿勢で支持された板状結合部材の水平方向一端側の所定領域に、投光窓を有する投光側カバーを被せて、前記発光部と前記投光用光学系とを包囲してなると共に、前記受光側ブロックは、前記板状結合部材の水平方向他端側の所定領域に、受光窓を有する受光用カバーを被せて、前記受光用光学系と前記受光素子とを包囲してなり、それにより、前記投光側カバーと前記受光側カバーと前記板状結合部材とで三方を囲まれてなる、上下に連通する空所が形成される。
それにより、前記空所内に、ディスペンサの直線状ノズルを上下に貫通させて配置することにより、ノズル先端とほぼその真下の計測対象物の表面とのギャップを計測可能とした。
このような構成によれば、センサヘッドによる測定点は、ディスペンサノズル先端のほぼ真下に位置することとなるため、ディスペンサを使用した接着剤塗布工程に適用した場合、ディスペンサノズルとして直線状のものを使用しつつも、ノズル先端とガラス板とのギャップを正確に測定することができる。
また、このような構成によれば、発光部や投光用光学系を構成する部品、並びに、受光用光学系や受光素子を構成する部品は、全て一枚の板状結合部材に実装されることとなるため、光学系の位置決め精度が良好なものとなると共に、構造も簡単かつ堅固なものとなる。
加えて、投光側ブロックと受光側ブロックとを結合する結合部材が垂直姿勢で支持されかつ板状であることから、投光光軸と受光光軸とを含む面に対して垂直方向のセンサヘッド幅を可及的に小さくすることができ、ディスペンサヘッドを取り巻く狭小な空間へも容易かつコンパクトに組み込むことできると言った利点もある。
本発明によれば、センサヘッドによる測定点は、ディスペンサノズル先端のほぼ真下に位置することとなるため、ディスペンサを使用した接着剤塗布工程に適用した場合、ディスペンサノズルとして直線状のものを使用しつつも、ノズル先端とガラス板とのギャップを正確に測定することができる。また、このような構成によれば、発光部や投光用光学系を構成する部品、並びに、受光用光学系や受光素子を構成する部品は、全て一枚の板状結合部材に実装されることとなるため、光学系の位置決め精度が良好なものとなると共に、構造も簡単かつ堅固なものとなる。加えて、投光側ブロックと受光側ブロックとを結合する結合部材が垂直姿勢で支持されかつ板状であることから、投光光軸と受光光軸とを含む面に対して垂直方向のセンサヘッド幅を可及的に小さくすることができ、ディスペンサヘッドを取り巻く狭小な空間へも容易かつコンパクトに組み込むことできると言った利点もある。
以下に、この発明の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。本発明センサヘッドの左斜め前方より見た外観斜視図が図１に、同右斜め前方より見た外観斜視図が図２に、同下斜め前方より見た外観斜視図が図３に、同外観投影図が図４にそれぞれ示されている。
本発明のセンサヘッドは、光源となる発光部（詳細は後述）と、発光部からの光を計測対象物に対して傾斜させた投光光軸に沿って照射する投光用光学系（詳細は後述）と、計測対象物からの反射光を投光光軸の傾斜方位と反対側の方位に対称的に傾斜させた受光光軸に沿って取り込む受光用光学系（詳細は後述）と、受光用光学系を介して取り込まれた反射光を受光して光電変換する受光素子（詳細は後述）とを所定形状のケースに収容してなるものである。
図１〜図４に示されるように、所定形状のケースは、この例にあっては、投光側ブロック２と、受光側ブロック３と、投光側ブロック２と受光側ブロック３とを一体的に結合する結合部材（詳細は後述）とを有する。投光側ブロック２と受光側ブロック３との間にあって、計測対象物上の光照射点のほぼ真上に相当する位置には、上下方向へ連通する空所１７が設けられている。
後述するように、この空所１７内に、ディスペンサの直線状ノズル２６を上下に貫通させて配置することにより（詳細は図７参照）、ノズル２６を噴射予定位置に置いたままで、ノズル先端とほぼその真下の計測対象物の表面とのギャップを計測可能としている。
より詳細には、投光側ブロック２は、発光部や投光用光学系を構成する部品が実装される投光側基板（詳細は後述）と、この投光側基板に実装された部品を包囲し、かつ投光窓９とうこが開設された投光側カバー４とからなっている。同様に、受光用ブロック３は、受光用光学系や受光素子を構成する部品が実装される受光側基板（詳細は後述）と、この受光側基板に実装された部品を包囲し、かつ受光窓１０が開設された受光側カバー５とからなっている。そして、投光側基板と連結部材と受光側基板とは一枚の平板状支持プレートにて兼用されている。
このような構成によれば、発光部や投光用光学系を構成する部品、並びに、受光用光学系や受光素子を構成する部品は、全て一枚の平板状支持プレート６に実装されることとなるため、光学系の位置決め精度が良好なものとなると共に、構造も簡単かつ堅固なものとなる。
すなわち、図５及び図６に示されるように、支持プレート６は、投光側基板として機能する領域（図中右側領域）と受光側基板として機能する領域（図中左側領域）とを有する。投光側基板として機能する領域には、発光部や投光用光学系を構成する部品（発光素子基板１８、投光レンズ１９、レンズホルダ２０等）が実装され、投光用カバー４がその上に被せられる。受光側基板として機能する領域には、受光用光学系や受光素子を構成する部品（受光レンズ２１、反射鏡２３、受光素子組立体２４等）が実装され、その上に受光用カバー５が被せられる。
支持プレート６上において、投光基板領域と受光基板領域との境界には切欠１１が形成されている。この切欠１１は、斜め上方より測定点（光照射点）を臨む位置に形成されており、測定点をカメラ等で監視するときに照明光を測定点に当てることができるようになっている。なお、図１〜図５において、７は電気コード、８はプラグ、１２〜１５は取付孔である。
このような構成によれば、図７に示されるように、ディスペンサの直線状ノズル２６を上下に貫通させて空所１７内に配置することにより、ノズル２６を噴射予定位置に置いたままで、ノズル先端とほぼその真下の計測対象物（ガラス板２７）の表面とのギャップを計測できるため、センサヘッドによる測定点は、ディスペンサノズル２６の先端のほぼ真下に位置することとなるため、ディスペンサを使用した接着剤塗布工程に適用した場合、ディスペンサノズル２６として直線状のものを使用しつつも、ノズル先端とガラス板２７とのギャップを正確に測定することが可能となる。
また、特にこの例にあっては、投光窓形成面４ａと受光窓形成面５ａとが対称的に傾斜しているため、ノズル２６とガラス板２７とが近接した場合にも、交差角が広いことから対象となるギャップＧを高精度に測定できる利点もある。
なお、以上の実施形態において、発光素子としては、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を使用することができる。また、受光素子としては、一次元又は二次元ＣＭＯＳイメージセンサ、一次元又は二次元ＣＣＤ、ＰＳＤ等を使用することができる。また、投光の断面形状は点状でも線上でもよい。
また、本発明のセンサヘッド１は、その性質上、正確にノズル２６の真下の位置を測定点とすることもできるが、実際の接着剤塗布作業においては、ノズル２６の真下より僅かに側方へずらした位置を測定点とすることが好ましい。そのようにすれば、射出された接着剤によるギャップの誤測定を回避することができる。
本発明によれば、センサヘッドによる測定点は、ディスペンサノズル先端のほぼ真下に位置することとなるため、ディスペンサを使用した接着剤塗布工程に適用した場合、ディスペンサノズルとして直線状のものを使用しつつも、ノズル先端とガラス板とのギャップを正確に測定することができる。
１ センサヘッド
２ 投光側ブロック
３ 受光側ブロック
４ 投光側カバー
４ａ 面
５ 受光側カバー
５ａ 面
６ 支持プレート
７ 電気コード
８ プラグ
９ 投光窓
１０ 受光窓
１１ 切欠
１２ 取付孔
１３ 取付孔
１４ 取付孔
１５ 取付孔
１７ 空所
１８ 発光素子基板
１９ 投光レンズ
２０ レンズホルダ
２１ 受光レンズ
２２ レンズホルダ
２３ 反射鏡
２４ 受光素子組立体
２５ ディスペンサのヘッド
２６ ディスペンサのノズル
２７ ガラス板
Ｌ１ 投光光軸
Ｌ２ 受光光軸
ａ ステージ
ｂ ガラス板
ｃ 接着剤
ｄ ノズルの相対移動方向
ｅ ディスペンサのヘッド
ｆ ディスペンサのノズル
ｈ ノズルの昇降方向
ｊ センサヘッド
Ｇ ギャップ
２ 投光側ブロック
３ 受光側ブロック
４ 投光側カバー
４ａ 面
５ 受光側カバー
５ａ 面
６ 支持プレート
７ 電気コード
８ プラグ
９ 投光窓
１０ 受光窓
１１ 切欠
１２ 取付孔
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１８ 発光素子基板
１９ 投光レンズ
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２５ ディスペンサのヘッド
２６ ディスペンサのノズル
２７ ガラス板
Ｌ１ 投光光軸
Ｌ２ 受光光軸
ａ ステージ
ｂ ガラス板
ｃ 接着剤
ｄ ノズルの相対移動方向
ｅ ディスペンサのヘッド
ｆ ディスペンサのノズル
ｈ ノズルの昇降方向
ｊ センサヘッド
Ｇ ギャップ
Claims (1)
- 光源となる発光部と、前記発光部からの光を計測対象物に対して傾斜させた投光光軸に沿って照射する投光用光学系と、計測対象物からの反射光を前記投光光軸の傾斜方位と反対側の方位に対称的に傾斜させた受光光軸に沿って取り込む受光用光学系と、前記受光用光学系を介して取り込まれた反射光を受光して光電変換する受光素子とを有してなり、さらに
所定の投光窓が開設された投光側ブロックと所定の受光窓が開設された受光側ブロックとを有すると共に、前記発光部と前記投光用光学系とは前記投光側ブロックに、また前記受光用光学系と前記受光素子とは前記受光側ブロックに収容され、
前記投光側ブロックは、垂直姿勢で支持された板状結合部材の水平方向一端側の所定領域に、投光窓を有する投光側カバーを被せて、前記発光部と前記投光用光学系とを包囲してなると共に、前記受光側ブロックは、前記板状結合部材の水平方向他端側の所定領域に、受光窓を有する受光用カバーを被せて、前記受光用光学系と前記受光素子とを包囲してなり、それにより、前記投光側カバーと前記受光側カバーと前記板状結合部材とで三方を囲まれてなる、上下に連通する空所が形成され、
前記受光側ブロックの上下方向の寸法は、前記投光側ブロックの上下方向の寸法よりも大きく設定され、さらに、
前記受光側ブロックには、前記上下に連通する空所の上下貫通方向と同じ方向へ引き出される電気コードが設けられており、
それにより、前記空所内に、ディスペンサの直線状ノズルを上下に貫通させて配置することにより、ノズル先端とほぼその真下の計測対象物の表面とのギャップを計測可能とした、ことを特徴とする光学式変位センサのセンサヘッド。
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