JP6527971B2 - 調量装置を監視するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、液状媒体を液滴形状で調量する調量装置を監視するための装置に関する。

電子部品及び電子機器を製造する際、数多くの製造ステップにおいて、接着プロセスが必要である。ワークピース又はワークピース上の部材の損傷を防止するために、接着剤の塗布は、いわゆるジェットバルブを用いて、すなわち噴射によって、非接触式に行われる。その際に用いられる調量システムに対する、プロセスの安全性、正確性及び再現性に関する要求は、接着面の寸法が小さくなって行くのと共に、明らかに増大している。

従って、本発明の課題は、調量装置を定期的かつ自動的に点検するための装置を創出することにあり、当該装置によって、液滴の大きさも、調量された液滴の位置も検出可能である。

本課題の解決は、請求項１の特徴によって、特に当該装置が液滴受容要素を含むことによって行われ、液滴受容要素の上面には、調量装置がその調量位置に存在する場合、調量装置によって液滴が塗布可能である。当該装置はさらに、液滴受容要素上の液滴の液滴直径を決定するための画像取込及び評価装置と、液滴の重量を決定するための計量器とを含んでいる。

本発明に係る装置を用いて、液滴直径及び液滴の重量と、それらから液滴の体積と、が決定されるので、規準値を逸脱している場合には、調量を制御するプロセスパラメータの補正が行われ得る。調量体積の決定が、典型的には、例えば計量器上の容器に調量された１００又は１０００の液滴の重量測定の平均値を算出することを通じて行われる従来のシステムとは異なり、本発明によると、各液滴の体積及び大きさを非常に正確に算定することが可能である。

本発明の有利な実施形態は、明細書、図面及び従属請求項に記載されている。

第１の有利な実施形態によると、液滴受容要素は、装置内で移動可能である。それによって、多数の液滴が、１つかつ同一の装置内で分析され、液滴受容要素の移動によって、特に各ステップにおいて、測定されるべき各液滴は、液滴受容要素の空いている部分領域に塗布される。

さらなる有利な実施形態によると、液滴受容要素は透明又は半透明であり得るので、液滴受容要素に塗布された液滴の光学的分析は、液滴受容要素の底面から行うことが可能である。これはやはり、カメラ等の画像取込及び評価装置の画像検出器を、液滴のすぐ下側に配置することが可能であり、それによって測定の正確性が増大するという利点を有している。

さらなる有利な実施形態によると、液滴受容要素はテープ状に形成されており、特にホイルテープ又はフィルムテープを含み得る。このようなホイルテープ又はフィルムテープは、使い捨ての部材として安価に製造可能であり、同時に、環境に配慮した安価な廃棄処理が確立されている。

さらに、液滴受容要素が、繰り出し及び巻き取り機構上に配置されていると有利であり得る。なぜなら、この場合、液滴受容要素の、すでに液滴が塗布された部分を、光学的分析及び重量算定の後に、巻き取ることができるからである。同時に、液滴受容要素がストックから繰り出される。

さらなる有利な実施形態によると、画像取込及び評価装置は、例えば唯一のカメラ等の、唯一の画像検出器を有し得る。１つのみの画像検出器を用いることによって、製造費用が低く抑えられる。同時に、１つより多いカメラの画像を組み合わせる、又は、共に分析若しくは評価する必要がない。

さらなる有利な実施形態によると、画像取込及び評価装置は、画像検出器を有することが可能であり、その光軸は、液滴受容要素への垂線と角度を成しており、当該角度は、特に約１５°から約２５°の間、特に約１０°であり得る。このように画像検出器を斜めに配置し、その光軸が塗布された液滴に対して垂直に向けられていないことによって、画像検出器を用いて、液滴だけではなく、液滴の外側の領域も光学的に検出されるので、調量装置が調量位置に存在する場合には、調量装置自体が光学的に分析され得る。このような方法で、画像取込及び評価装置を用いて、調量装置のノズルに汚れが存在するか、例えばノズル管又はノズルに付着した媒体、粒子、又は、硬化した媒体が存在するかが確認され得る。この関連において、画像取込及び評価装置を用いて、液滴受容要素上に存在する液滴の画像領域と、調量位置における調量装置の画像領域とが同時に検出されると、有利であり得る。それによって、分析時間が短縮され、唯一の画像の評価によって、液滴の大きさだけではなく、調量装置の状態も分析され得る。

画像取込及び評価装置の画像検出器が、液滴受容要素の底面に接して存在する場合、容易かつ正確に、液滴の大きさと、調量装置の状態とが検出される。

液滴受容要素の上側の調量位置に存在する調量装置の分析を改善するために、画像取込及び評価装置は、鏡を有することが可能である。なぜなら、このような鏡を用いて、画像取込及び評価装置の画像検出器によって、液滴によって隠されてしまうような領域も、光学的に検出できるからである。

さらなる有利な実施形態によると、計量器は、液滴受容要素の下に配置された圧電素子を有することが可能である。特に、液滴受容要素が装置内で移動できる場合、液滴受容要素上に塗布された液滴は、まず画像取込及び評価装置を用いて分析され、その後、液滴受容要素の移動によって、計量器の構成要素である圧電素子の上側に位置付けられる。この位置において、塗布された液滴の重量が計測され得るので、続いて、液滴の体積が算出され得る。

さらなる有利な実施形態によると、計量器は、圧電素子の共鳴曲線の分析を通じて、液滴の重量を算定することができる。計量器に組み込まれた計量電子装置を通じて、液滴が圧電素子の上に存在する場合に一回、液滴が圧電素子の上に存在しない場合に一回、圧電素子の共鳴曲線又は共鳴周波数が測定されることによって生じる位相シフトが測定され得る。液滴の質量によって、圧電素子のインピーダンス適応が変化し、それによって、共鳴周波数及び共鳴振幅もシフトする。両方の共鳴曲線を比較することによって、液滴の質量を非常に正確に算出することが可能であり、引き続いて、各媒体に関して知られている単位体積当たりの質量（spezifische Masse）を通じて、液滴の体積も決定することができる。

さらなる有利な実施形態によると、画像取込及び評価装置を用いて、液滴受容要素上の液滴の位置も決定することができるので、液滴の位置が、調量位置に存在する調量装置のノズル出口に対して正確に中央に塗布されているか、又は、液滴が多少斜めに噴射され、従って、ノズル出口の軸に対してずれているかが、付加的に認識され得る。液滴が噴射された角度を決定するために、液滴位置の決定は、ノズル出口と液滴受容要素との間隔を変えて、複数回、少なくとも２回にわたって実施され得る。液滴位置のずれと間隔の変化との間の関係から、調量角度が算出される。これは、特に、例えばハウジングの側面の凹部に調量するために、液滴受容要素に対して斜めのノズル管を有する調量装置においても利点を有する。

基本的に、液滴の大きさ及び液滴の位置の決定は、適切な画像処理ソフトウェア又は画像認識ソフトウェアを有する画像取込及び評価装置によって、自動的に行われ得る。この関連において、画像取込及び評価装置が、調量装置の制御のためのインターフェースを有しており、画像取込及び評価装置によって、調量装置の調量位置及び／又は調量の量が変更可能であると有利であり得る。このような方法で、動作中に所望のパラメータからの逸脱が生じた場合、液滴の大きさだけではなく液滴の位置も、自動化されて、及び、完全に自動的に変更され得るか、又は、適応させられ得る。

本発明のさらなる有利な実施形態によると、本発明に係る装置は、調量装置のための浄化モジュールを有しており、当該浄化モジュールは、繰り出し要素の上側に誘導される浄化テープを有しており、当該繰り出し要素は、球状の繰り出し面を有している。このような浄化モジュールとは、調量装置は、調量ニードルで、球状の繰り出し面に当接するので、引き続いて、浄化テープは、繰り出し面と調量ニードルとの間を移動し、それによって、調量ニードルが浄化される。繰り出し面が球状の構成を有していることによって、調量装置の調量ニードル又はノズル出口が、可能な限り広範囲にわたって浄化テープと接触し、浄化されることが確実化される。この作用は、繰り出し面が球面として構成されていることによって最大化され得る。

さらなる有利な実施形態によると、当該装置は、調量装置のための浄化モジュールを有しており、当該浄化モジュールは、真空チャンバを有しており、当該真空チャンバは、シール要素が設けられた流入開口部を有している。このような浄化モジュールは、平型のノズルを有する調量装置に適している。なぜなら、この場合、調量装置は、平型のノズル開口部との密封が完了するまで、浄化モジュールのシール要素に載置され得るからである。次に、チャンバ内に低圧を形成することによって、媒体は、ノズル管から吸い出され得る。なぜなら、シール要素は、真空チャンバを周囲に対して密封するからである。この関連において、特に良好な密封のためには、シール要素が環状ビードを有していると有利であり得る。

本出願の関連において、液状媒体は、気体状ではない流体媒体であり、特に非常に少ない量で正確に調量されなければならない接着剤又は化学成分であると理解される。

画像検出器は、例えばカメラ、しかしまた、カメラチップ、ＣＣＤモジュール、又は、これらの部材とレンズ等の光学部品との組み合わせであると理解される。

調量装置の調量位置は、調量装置が、液滴を液滴受容要素に放出する（噴射する）際に存在している位置であると理解される。

本発明に係る監視装置との関連において記載された浄化モジュールは、有利には、監視装置と組み合わせて用いられるが、監視装置を伴わずに用いることも可能である。

以下に、本発明を、有利な実施形態を用いて、添付された図面を参照して、純粋に例示的に説明する。図面に示されているのは以下の通りである：

調量装置を監視するためのモジュールの斜視図である。 側面部分を取り除いた図１に係るモジュールを示す図である。 基板に取り付けられた図１に係るモジュールの、部分的に断面が示された側面図である。 図２を部分的に拡大した図である。 平型のノズルのための浄化モジュールの斜視図である。 調量ニードルのための浄化モジュールの、部分的に断面が示された側面図である。

図１に示された、液状媒体を液滴形状で調量する調量装置を監視するための装置は、直方体の本体を備えたモジュール１０を有しており、当該モジュール内では、液滴受容要素１２が、透明又は半透明なホイルテープの形状で移動可能であり、当該ホイルテープは、供給ロール１４から繰り出され、収容ロール１６に巻き取られる。収容ロール１６の両側には、カラー１７が設けられており、それによって、矢印Ｄの方向において液滴受容要素１２に塗布された媒体が、巻き取られる際に押しつぶされ、周囲を汚染することがなくなる。さらに、カラー１７は、巻き取られたホイルテープの誘導を改善し得る。

ホイルテープ又は液滴受容要素１２の駆動は、ロール芯２０（図３を参照）を駆動する電気モータ１８、特にステッピングモータを通じて行われる。供給ロール１４も収容ロール１６も、交換可能であり、バネによるスリップクラッチで、ロール芯に接続されている。ロール芯は、繰り出しロール１４において、バネ及びピストンによって、その付属の軸受シャフト２２（図３）と、擦れるように接続され、この擦れるように接続するための接触圧力は、小さく選択されているので、ロール１４は、わずかに制動されるのみで、ホイルテープは、繰り出される際に、引っ張られた状態を維持する。巻き取りロール１６は、同じスリップクラッチで、ロール芯に接続されており、巻き取りロール１６のロール芯２０は、ネジによって、モータ１８の駆動シャフト２３に強く押圧されている。

詳細には示されていない画像取込及び評価装置２５の制御部によって、モータ１８を、液滴受容要素１２が段階的に、供給ロール１４から繰り出され、収容ロール１６に巻き取られるように作動させることができる。その際、液滴受容要素１２上に（上から）調量された液滴は、左から右へ移動する。

調量装置３０（図４）によって、矢印Ｄの方向において（図１）、液滴受容要素１２に塗布された液滴は、画像取込及び評価装置２５によって、つまり、唯一のカメラ２６として構成され、液滴受容要素１２の下側に配置され、それによって液滴受容要素１２の底面の画像を取り込む画像検出器を用いて、分析される。

図４に示されているように、カメラ２６の光軸ＯＡは、光軸が液滴受容要素１２への垂線Ｌと、約１０°の角度αを成すように方向付けられている。言い換えると、カメラ２６の光軸ＯＡは、液滴受容要素１２に対して垂直ではなく、斜めに方向付けられているので、液滴受容要素１２上に存在する液滴（図示せず）の画像領域と、調量位置に存在する調量装置３０の画像領域とが、同時に検出可能である。調量された液滴によって隠れる可能性のある調量装置３０の調量ニードル３２（図４）も、光学的に検出され得るように、図４に示された装置は、光軸ＯＡの横に、斜めに取り付けられた鏡３４（図２も参照）を有しており、鏡３４を用いて、周辺光線Ｓ１及びＳ２によって限定された画像を検出することができる。

図１、図２及び図４はさらに、本発明に係る装置には、計量器が設けられており、当該計量器は圧電素子４０を有しており、圧電素子４０は、液滴受容要素１２の下側に配置されており、液滴受容要素１２は、圧電素子の上に、面で載置されていることを示している。液滴受容要素１２のホイルテープは、基本的に直方体である圧電素子４０の端面の上側に、一定の張力によって、ホイルテープが圧電素子４０に面で載置されるように誘導される。その際、圧電素子４０の領域におけるモジュール１０のハウジング、及び、圧電素子４０自体も、わずかに湾曲しており、それによって、ホイルテープが圧電素子に良好に当接することが保証される。圧電素子４０は、（図示されていない）モジュール１０に組み込まれた電子機器に接続されている。計量器の構成要素である当該電子機器を用いて、圧電素子４０の位相シフトの測定を通じて、液滴を塗布せずに一回、液滴を塗布して一回、発振器の共鳴曲線又は共鳴周波数が測定され得る。結果として生じる共鳴周波数及び共鳴振幅のシフトを通じて、液滴の質量を非常に正確に導き出すことが可能であり、液滴の単位体積当たりの重量を通じて、その体積が決定される。

液滴の大きさ、液滴の位置及び液滴の重量の自動的な評価を行う上述の装置を、調量装置が接しているロボットの制御も組み込まれている、調量装置の上位の制御に組み込むことによって、調量プロセスの自動的な適応及び制御が可能である。その際、液滴が過度に小さいか、過度に大きく、ロボットが移動する際の弁の位置が、対応して適応可能である場合、及び、液滴が、画像取込及び評価装置によって、ノズル軸に対してずれていると認識される場合、当該システムは、調量の量を、弁の開口時間又は開口ストロークの適応によって修正することができる。

図３に示されているように、モジュール１０は、ロボットの基板１１の上、又は、ロボットの作業領域に配置可能であり、その際、固定はモジュール１０に固定された２つの磁石２８及び３０によって行われる。正確な位置決めのために、さらに、基板１１に接続されている２つのピンが設けられている。すなわち、２つの磁石２８及び３０の間に存在する短い方のピン２９と、モジュール１０内の、側面が開放された凹部２７に係合した長い方のピン３１と、である。後述する浄化モジュール（図５及び図６）のロックも、同じように行われる。電力供給及びモジュール１０の通信のための電気的接触は、コネクタ４２（図４）を通じて行われ、当該コネクタは、モジュールを取り付け、ロックする際に、基板１１の適切な対応物に差し込まれる。

調量装置３０のための浄化モジュール１０’が、図５に示されている。モジュール１０の本体と同じように構成された本体の内部には、モジュール１０の場合と同じように、２つのロール１４’及び１６’が設けられており、ロール１６’からは、フリーステープ５０が繰り出され、やはりモータ１８’によって駆動される巻き取りロール１４’によって巻き取られる。その際、両方のロール１４’及び１６’の間には、浄化テープとして用いられるフリーステープ５０が、繰り出し要素５２を介して誘導され、繰り出し要素５２は、球状の繰り出し面を有しており、シャフト５４に回転可能に取り付けられている。繰り出し要素５２は、ゴム製のロールとして形成され、当接するフリーステープ５０の領域において、繰り出し面として球面を形成する。すなわち、フリーステープ５０は、その領域において、輸送方向においても、輸送方向に対して横の方向においても、湾曲している。それによって、調量装置３０のニードル３２（図４）又はノズル出口が、フリースの接触によって浄化されることが確実化される。浄化のために、調量装置３０は、ロボットによって、浄化モジュール１０’の上方に動かされ、フリース５０まで下降させられる。引き続いて、フリーステープ５０はモータ１８’によって動かされ、それによって、フリーステープ５０は、ノズル出口を伝って擦れ、ノズル出口を浄化する。浄化モジュール１０’は基本的に、あらゆる種類のノズルに適しているが、平型のノズルにおいて用いられると特に有利であり得る。

モータ１８’の作動のために、調量装置の接近を検知する接近センサをモジュール１０’に組み込むことが可能である。繰り出されるべきフリーステープ５０の横に、フリーステープ５０に照準を合わせて、センサを取り付けることも可能であり、当該センサは、ロールがほぼ空である場合、又は、ロールにわずかな残留物のみが存在する場合に、それを認識することができる。

図６は、さらなる浄化モジュール１０”を示しており、浄化モジュール１０”は真空チャンバ６０を有しており、真空チャンバ６０内では低圧が形成され得る。この低圧は、モジュール１０”に組み込まれたベンチュリノズル及び圧力制御弁（比例弁）を用いて形成され得る。又は、代替的に、このような低圧は、外側からの対応する接続によっても形成され得る。モジュール１０”の低圧チャンバ６０は、その上面に配置された流入開口部６２を有しており、流入開口部６２には、適切なゴム材料から成るシール要素６４が設けられている。シール要素６４は、その上面に環状ビード６６を有しており、環状ビード６６は、シール要素６４内の通路６８の中心に位置するように構成されている。このような方法で、ノズルニードル３２を有する調量装置３０は、ロボットによって、モジュール１０”の上方を移動することが可能であると共に、ノズルとのシール６４が完了し、それによって、シール６４が、ノズル出口を真空チャンバ６０と接続し、周囲に対して密封するまで下降することが可能である。引き続いて、チャンバ６０内では、低圧が形成され、それによって、ノズル３２及びノズル管内に存在する媒体が吸い出され得る。モジュール１０”に組み込まれた任意の圧力センサによって、十分に低圧が形成されたかどうか、及び、弁がモジュール１０”に密封するように載置されているかどうか、を監視することも可能である。弁が停止している間のノズル管内の媒体の硬化を回避するためには、ノズルニードル３２の浄化と、ノズル管の浄化とが重要である。

浄化モジュール１０”は基本的に、あらゆる種類のノズルに適しているが、ノズルニードルに関して用いられると特に有利であり得る。なぜなら、ノズルニードルは、低圧チャンバ６０内に入り、低圧チャンバ６０内で浄化され得るからである。

１０ モジュール
１０’、１０” 浄化モジュール
１１ 基板
１２ 液滴受容要素
１４、１４’ 供給ロール、繰り出しロール、繰り出し機構
１６、１６’ 収容ロール、巻き取りロール、巻き取り機構
１７ カラー
１８、１８’ モータ
２０ ロール芯
２２ 軸受シャフト
２３ 駆動シャフト
２５、２６ 画像取込及び評価装置
２６ 画像検出器、カメラ
２７ 凹部
２８、３０ 磁石
２９、３１ ピン
３０、３２ 調量装置
３２ ニードル
３４ 鏡
４０ 圧電素子、計量器
４２ コネクタ
５０ フリーステープ、浄化テープ
５２ 繰り出し要素
５４ シャフト
６０ 真空チャンバ、低圧チャンバ
６２ 流入開口部
６４ シール要素
６６ 環状ビード
６８ 通路
Ｄ 矢印
Ｌ 垂線
ＯＡ 光軸
Ｓ１、Ｓ２ 周辺光線
α 角度

Claims (18)

1. 液状媒体を液滴形状で調量する調量装置（３０）を監視するための装置であって、
   その上面に、調量位置における前記調量装置（３０）によって液滴が塗布され得る液滴受容要素（１２）と、
   前記液滴受容要素（１２）上の液滴の液滴直径を決定するための画像取込及び評価装置（２５、２６）と、
   前記液滴の重量を決定するための計量器（４０）と、
   を含み、
   前記画像取込及び評価装置（２５、２６）を用いて、前記液滴受容要素（１２）上に存在する液滴の画像と、調量位置における前記調量装置（３０）の画像とが、同時に検出可能であることを特徴とする装置。
2. 前記液滴受容要素（１２）が、前記装置内を移動できることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記液滴受容要素（１２）が、透明又は半透明であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記液滴受容要素（１２）が、テープ状に構成されており、ホイルテープ又はフィルムテープを含んでいることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記液滴受容要素（１２）が、繰り出し及び巻き取り機構（１４、１６）上に配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記画像取込及び評価装置（２５）が、唯一の画像検出器（２６）を有していることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記画像取込及び評価装置（２５）が、画像検出器（２６）を有しており、前記画像検出器の光軸（ＯＡ）は、前記液滴受容要素（１２）への垂線（Ｌ）と角度（α）を形成していることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記画像取込及び評価装置（２５）が、画像検出器（２６）を有しており、前記画像検出器は、前記液滴受容要素（１２）の底面の画像を検出することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記画像取込及び評価装置（２５、２６）が、鏡（３４）を有しており、それによって、前記液滴受容要素（１２）の上側で、その調量位置に存在する調量装置（３０、３２）の画像が検出されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記計量器が圧電素子（４０）を有しており、前記圧電素子は、前記液滴受容要素（１２）の下に配置されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記液滴受容要素（１２）が、前記圧電素子（４０）に面で載置されていることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
12. 前記計量器が、前記圧電素子（４０）の共鳴曲線の分析を通じて、液滴の重量を算定することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の装置。
13. 前記画像取込及び評価装置（２５、２６）を用いて、前記液滴受容要素（１２）上の液滴の位置が決定可能であることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記画像取込及び評価装置（２５、２６）が、前記調量装置（３０）の制御のためのインターフェースを有しており、前記画像取込及び評価装置（２５、２６）によって、前記調量装置（３０）の調量位置及び／又は調量の量が変更可能であることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記調量装置（３０）のために、繰り出し要素（５２）の上側に誘導される浄化テープ（５０）を備えた浄化モジュール（１０’）を有しており、前記繰り出し要素（５２）は、球状の繰り出し面を有していることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記繰り出し面が、部分的に球状に構成されていることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
17. 前記調量装置（３０）のために、真空チャンバ（６０）を備えた浄化モジュール（１０”）を有しており、前記真空チャンバは、シール要素（６４）が設けられた流入開口部（６２）を有していることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 前記シール要素（６４）が、環状ビード（６６）を有していることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。