JP6738948B2 - Position detector - Google Patents
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Description
本発明は、位置検出装置に係り、特に加圧気体を用いて被測定物の位置を検出する非接触式位置検出装置に関するものである。 The present invention relates to a position detection device, and more particularly to a non-contact position detection device that detects the position of an object to be measured using a pressurized gas.
一般に、加工装置により被加工物を加工する際には被加工物をテーブル上に固定して加工を行うが、加工精度を上げるためには、被加工物の被加工面がテーブルの表面と平行又は垂直となるように被加工物の平面度や真直度を維持する必要がある。しかしながら、この方法では、被加工物ごとに平面度や真直度を調整する必要があるため、加工時間の短い被加工物については稼働率が悪くなってしまい、この方法を適用することができない。 Generally, when processing a work piece with a processing device, the work piece is fixed on the table and processed, but in order to improve the processing accuracy, the work surface of the work piece is parallel to the surface of the table. Alternatively, it is necessary to maintain the flatness and straightness of the work piece so that it becomes vertical. However, in this method, since it is necessary to adjust the flatness and straightness for each work piece, the workability of the work piece having a short working time becomes poor, and this method cannot be applied.
加工時間の短い被加工物にも対応すべく、油圧チャックなどを用いて被加工物の着脱を容易にするとともに、被加工物の基準面又は基準位置が加工装置に対して適切な位置となるように被加工物の位置を調整する方法も知られている。この被加工物の基準面や基準位置は、被加工物がチャックされる部分とは異なる部分に設定されることが多いため、被加工物の基準面や基準位置を高精度で検出し、適切な位置に被加工物を配置する必要がある。 In order to deal with work pieces that require a short processing time, the work piece can be easily attached and removed using a hydraulic chuck, etc., and the reference surface or reference position of the work piece becomes an appropriate position for the processing device. A method of adjusting the position of the workpiece is also known. Since the reference plane or reference position of the work piece is often set to a portion different from the portion where the work piece is chucked, the reference plane or reference position of the work piece can be detected with high accuracy and appropriate It is necessary to place the work piece at various positions.
従来から、このような基準面や基準位置の検出のために接触式センサが用いられることが多いが、接触式センサでは、接触式センサの検出点や被加工物の接触点に汚れや異物が付着することによって誤差が生じやすいという問題がある。そこで、最近では、接触式センサに代えて、加圧気体を用いて被加工物の表面の位置を検出する非接触式センサ(位置検出装置)が用いられることが多くなっている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a contact-type sensor is often used for detecting such a reference surface or reference position.However, in the contact-type sensor, dirt or foreign matter is present at the detection point of the contact-type sensor or the contact point of the workpiece. There is a problem that an error is likely to occur due to the adhesion. Therefore, recently, instead of the contact sensor, a non-contact sensor (position detection device) that detects the position of the surface of the workpiece by using a pressurized gas is often used (for example, patents). Reference 1).
このような位置検出装置は、加圧気体をオリフィスに通過させた後にこの加圧気体を被加工物に向かって噴出するものである。このとき、被加工物と位置検出装置との間の距離に応じてオリフィスの前後の圧力差が変化するため、圧力センサを用いてこの圧力差を測定することによって、被加工物が位置検出装置から所定の位置にあることを検出できる。しかしながら、オリフィスの前後の圧力を測定する圧力センサの特性には製造上のばらつき(オフセット電圧や出力スパン電圧)があるため、この圧力センサの特性のばらつきに起因して被加工物(被測定物)の位置を精度よく検出することが難しいという問題があった。 Such a position detecting device is for ejecting the pressurized gas toward the workpiece after passing the pressurized gas through the orifice. At this time, the pressure difference before and after the orifice changes according to the distance between the workpiece and the position detection device. Therefore, by measuring this pressure difference using a pressure sensor, the workpiece is detected by the position detection device. It is possible to detect that it is at a predetermined position from. However, the characteristics of the pressure sensor that measures the pressure before and after the orifice have manufacturing variations (offset voltage and output span voltage). There is a problem that it is difficult to detect the position of) with high accuracy.
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、加圧気体の圧力を検出するセンサの特性にばらつきがあっても被測定物の位置を精度よく検出することができる位置検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems of the conventional technique, and can accurately detect the position of the object to be measured even if the characteristics of the sensor that detects the pressure of the pressurized gas vary. An object is to provide a position detection device.
本発明の第1の態様によれば、加圧気体の圧力を検出するセンサの特性にばらつきがあっても被測定物の位置を精度よく検出することができる位置検出装置が提供される。この位置検出装置は、被測定物の表面に向けて加圧気体を噴出可能なノズルと、前記ノズルに連通する第1のチャンバと、気体供給源から前記加圧気体が供給される第2のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを仕切る仕切壁であって、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを連通するオリフィスが形成された仕切壁と、前記第1のチャンバ内の圧力を測定する第1の圧力センサと、前記第2のチャンバ内の圧力を測定する第2の圧力センサと、位置検出前に、前記第1のチャンバに前記加圧気体を供給していない状態で測定された前記第1の圧力センサの出力値を第1のオフセット値として記憶するとともに、前記第2のチャンバに前記加圧気体を供給していない状態で測定された前記第2の圧力センサの出力値を第2のオフセット値として記憶するオフセット値記憶部と、前記第1の圧力センサの出力値から前記オフセット値記憶部に記憶された前記第1のオフセット値を減算した第1の補正値を出力する第1の補正部と、前記第2の圧力センサの出力値から前記オフセット値記憶部に記憶された前記第2のオフセット値を減算した第2の補正値を出力する第2の補正部と、前記第1の補正値と前記第2の補正値との差が、所定の閾値よりも小さくなったときに、前記被測定物の表面が前記ノズルから所定の距離未満に近づいたことを検出する位置検出部とを備えている。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a position detection device capable of accurately detecting the position of the object to be measured even if the characteristics of the sensor that detects the pressure of the pressurized gas vary. This position detecting device includes a nozzle capable of ejecting a pressurized gas toward the surface of the object to be measured, a first chamber communicating with the nozzle, and a second chamber to which the pressurized gas is supplied from a gas supply source. A chamber; a partition wall for partitioning the first chamber and the second chamber, the partition wall having an orifice for communicating the first chamber with the second chamber; A first pressure sensor for measuring the pressure in the chamber, a second pressure sensor for measuring the pressure in the second chamber, and supplying the pressurized gas to the first chamber before position detection The output value of the first pressure sensor measured in a state where the pressurized gas is not supplied to the second chamber is stored as a first offset value. An offset value storage unit that stores the output value of the second pressure sensor as a second offset value, and the first offset value stored in the offset value storage unit is subtracted from the output value of the first pressure sensor. A first correction unit that outputs a first correction value, and a second correction value that is obtained by subtracting the second offset value stored in the offset value storage unit from the output value of the second pressure sensor. And a second correction unit that controls the surface of the object to be measured at a predetermined distance from the nozzle when the difference between the first correction value and the second correction value becomes smaller than a predetermined threshold value. And a position detection unit that detects that the position is close to the position below.
このように、本発明によれば、被測定物の表面の位置の検出にあたって、加圧気体を供給していない状態での第1の圧力センサの出力値(第1のオフセット値)を第1の圧力センサの出力値から減算した第1の補正値と、加圧気体を供給していない状態での第2の圧力センサの出力値(第2のオフセット値)を第2の圧力センサの出力値から減算した第2の補正値とを用いているため、第1の圧力センサと第2の圧力センサのオフセット電圧による影響を受けることなく、被測定物の位置を検出することができる。したがって、加圧気体の圧力を検出するセンサの特性にばらつきがあっても、精度よく被測定物の位置を検出することができる。 As described above, according to the present invention, when detecting the position of the surface of the object to be measured, the output value (first offset value) of the first pressure sensor when the pressurized gas is not supplied is set to the first value. The first correction value subtracted from the output value of the second pressure sensor and the output value (second offset value) of the second pressure sensor when the pressurized gas is not supplied are output from the second pressure sensor. Since the second correction value subtracted from the value is used, the position of the measured object can be detected without being affected by the offset voltage of the first pressure sensor and the second pressure sensor. Therefore, even if there is a variation in the characteristics of the sensor that detects the pressure of the pressurized gas, the position of the measured object can be accurately detected.
本発明の第2の態様によれば、加圧気体の圧力を検出するセンサの特性にばらつきがあっても被測定物の位置を精度よく検出することができる位置検出装置が提供される。この位置検出装置は、被測定物の表面に向けて加圧気体を噴出可能なノズルと、前記ノズルに連通する第1のチャンバと、気体供給源から前記加圧気体が供給される第2のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを仕切る仕切壁であって、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを連通するオリフィスが形成された仕切壁と、前記第1のチャンバ内の圧力を測定する第1の圧力センサと、前記第2のチャンバ内の圧力を測定する第2の圧力センサと、位置検出前に、前記第1のチャンバの圧力を既知の圧力にした状態で、前記第1の圧力センサの出力値を測定し、前記第1の圧力センサの出力値及び前記既知の圧力との関係により算出される、前記第1の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きと、前記第1の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きと、前記第2のチャンバの圧力を既知の圧力にした状態で、前記第2の圧力センサの出力値を測定し、前記第2の圧力センサの出力値及び前記既知の圧力との関係により算出される、前記第2の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きと、前記第2の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きとを記憶する傾き記憶部と、前記傾き記憶部に記憶された前記第1の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きに対する前記第1の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きの比を前記第1の圧力センサの出力値に乗算した第3の補正値を出力する第3の補正部と、前記傾き記憶部に記憶された前記第2の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きに対する前記第2の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きの比を前記第2の圧力センサの出力値に乗算した第4の補正値を出力する第4の補正部と、前記第3の補正値と前記第4の補正値との差が、所定の閾値よりも小さくなったときに、前記被測定物の表面が前記ノズルから所定の距離未満に近づいたことを検出する位置検出部とを備えている。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a position detection device capable of accurately detecting the position of the measured object even if the characteristics of the sensor for detecting the pressure of the pressurized gas vary. This position detecting device includes a nozzle capable of ejecting a pressurized gas toward the surface of the object to be measured, a first chamber communicating with the nozzle, and a second chamber to which the pressurized gas is supplied from a gas supply source. A chamber; a partition wall for partitioning the first chamber and the second chamber, the partition wall having an orifice for communicating the first chamber with the second chamber; A first pressure sensor for measuring the pressure in the chamber, a second pressure sensor for measuring the pressure in the second chamber, and before the position detection, the pressure in the first chamber to a known pressure. In this state, the output value of the first pressure sensor is measured, and the actual output of the first pressure sensor is calculated based on the relationship between the output value of the first pressure sensor and the known pressure. The output value of the second pressure sensor is calculated with the gradient of the pressure characteristic, the ideal output of the first pressure sensor-the gradient of the pressure characteristic, and the pressure of the second chamber set to a known pressure. The slope of the actual output-pressure characteristic of the second pressure sensor, which is calculated and calculated from the relationship between the output value of the second pressure sensor and the known pressure, and the ideal of the second pressure sensor. A slope storage unit that stores a typical output-pressure characteristic slope, and an actual output of the first pressure sensor with respect to an ideal output-pressure characteristic slope of the first pressure sensor stored in the slope storage unit. Of the output-pressure characteristic of the first pressure sensor is multiplied by the third correction value to output a third correction value, and the second pressure stored in the inclination storage section. A fourth correction value obtained by multiplying the output value of the second pressure sensor by the ratio of the ideal output of the sensor-the slope of the pressure characteristic to the slope of the actual output-pressure characteristic of the second pressure sensor is output. A fourth correction unit, and when the difference between the third correction value and the fourth correction value becomes smaller than a predetermined threshold value, the surface of the measured object is less than a predetermined distance from the nozzle. And a position detection unit that detects that the position has approached.
このように、本発明によれば、被測定物の表面の位置の検出にあたって、第1の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きに対する第1の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きを第1の圧力センサの出力値に乗算した第3の補正値と、第2の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きに対する第2の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きを第2の圧力センサの出力値に乗算した第4の補正値とを用いているため、第1の圧力センサと第2の圧力センサのスパン電圧による影響を受けることなく、被測定物の位置を検出することができる。したがって、加圧気体の圧力を検出するセンサの特性にばらつきがあっても、精度よく被測定物の位置を検出することができる。 As described above, according to the present invention, in detecting the position of the surface of the object to be measured, the actual output-pressure characteristic of the first pressure sensor with respect to the slope of the ideal output-pressure characteristic of the first pressure sensor A third correction value obtained by multiplying the output value of the first pressure sensor by the inclination, and the actual output of the second pressure sensor-the inclination of the pressure characteristic with respect to the ideal output-pressure characteristic inclination of the second pressure sensor. Since the fourth correction value obtained by multiplying the output value of the second pressure sensor by is used, the position of the object to be measured is not affected by the span voltage of the first pressure sensor and the second pressure sensor. Can be detected. Therefore, even if there is a variation in the characteristics of the sensor that detects the pressure of the pressurized gas, the position of the measured object can be accurately detected.
本発明の第3の態様によれば、加圧気体の圧力を検出するセンサの特性にばらつきがあっても被測定物の位置を精度よく検出することができる位置検出装置が提供される。この位置検出装置は、被測定物の表面に向けて加圧気体を噴出可能なノズルと、前記ノズルに連通する第1のチャンバと、気体供給源から前記加圧気体が供給される第2のチャンバと、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを仕切る仕切壁であって、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを連通するオリフィスが形成された仕切壁と、前記第1のチャンバ内の圧力を測定する第1の圧力センサと、前記第2のチャンバ内の圧力を測定する第2の圧力センサと、位置検出前に、前記第1のチャンバに前記加圧気体を供給していない状態で測定された前記第1の圧力センサの出力値を第1のオフセット値として記憶するとともに、前記第2のチャンバに前記加圧気体を供給していない状態で測定された前記第2の圧力センサの出力値を第2のオフセット値として記憶するオフセット値記憶部と、位置検出前に、前記第1のチャンバの圧力を既知の圧力にした状態で、前記第1の圧力センサの出力値を測定し、前記第1の圧力センサの出力値及び前記既知の圧力との関係により算出される、前記第1の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きと、前記第1の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きと、前記第2のチャンバの圧力を既知の圧力にした状態で、前記第2の圧力センサの出力値を測定し、前記第2の圧力センサの出力値及び前記既知の圧力との関係により算出される、前記第2の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きと、前記第2の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きとを記憶する傾き記憶部と、入力値から前記オフセット値記憶部に記憶された前記第1のオフセット値を減算した第1の補正値を出力する第1の補正部と、入力値から前記オフセット値記憶部に記憶された前記第2のオフセット値を減算した第2の補正値を出力する第2の補正部と、前記傾き記憶部に記憶された前記第1の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きに対する前記第1の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きの比を入力値に乗算した第3の補正値を出力する第3の補正部と、前記傾き記憶部に記憶された前記第2の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きに対する前記第2の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きの比を入力値に乗算した第4の補正値を出力する第4の補正部と、前記第1の圧力センサの出力値を前記第1の補正部及び前記第3の補正部の一方に入力して得られる出力値を前記第1の補正部及び前記第3の補正部の他方に入力して得られる出力値と、前記第2の圧力センサの出力値を前記第2の補正部及び前記第4の補正部の一方に入力して得られる出力値を前記第2の補正部及び前記第4の補正部の他方に入力して得られる出力値との差が、所定の閾値よりも小さくなったときに、前記被測定物の表面と前記ノズルから所定の距離未満に近づいたことを検出する位置検出部とを備えている。 According to the third aspect of the present invention, there is provided a position detection device capable of accurately detecting the position of the object to be measured even if the characteristics of the sensor that detects the pressure of the pressurized gas vary. This position detecting device includes a nozzle capable of ejecting a pressurized gas toward the surface of the object to be measured, a first chamber communicating with the nozzle, and a second chamber to which the pressurized gas is supplied from a gas supply source. A chamber; a partition wall for partitioning the first chamber and the second chamber, the partition wall having an orifice for communicating the first chamber with the second chamber; A first pressure sensor for measuring the pressure in the chamber, a second pressure sensor for measuring the pressure in the second chamber, and supplying the pressurized gas to the first chamber before position detection The output value of the first pressure sensor measured in a state where the pressurized gas is not supplied to the second chamber is stored as a first offset value. An offset value storage unit that stores an output value of the second pressure sensor as a second offset value; and a state in which the pressure of the first chamber is set to a known pressure before position detection, The output of the first pressure sensor is calculated by the relationship between the output value of the first pressure sensor and the known pressure, and the slope of the actual output-pressure characteristic of the first pressure sensor, and the first pressure. The output of the second pressure sensor is measured by measuring the output value of the second pressure sensor under the condition that the ideal output-pressure characteristic of the sensor and the pressure in the second chamber are set to a known pressure. The slope of the actual output-pressure characteristic of the second pressure sensor and the slope of the ideal output-pressure characteristic of the second pressure sensor, which are calculated from the relationship between the value and the known pressure, are stored. An inclination storage unit, a first correction unit that outputs a first correction value obtained by subtracting the first offset value stored in the offset value storage unit from an input value, and an offset value storage unit based on the input value Ideal output-pressure characteristics of the second correction unit that outputs a second correction value obtained by subtracting the second offset value stored in the storage unit, and the first pressure sensor stored in the inclination storage unit. A third correction value that outputs a third correction value obtained by multiplying the input value by the ratio of the actual output of the first pressure sensor to the inclination of the pressure characteristic, and the inclination stored in the inclination storage part. A fourth correction value obtained by multiplying the input value by the ratio of the ideal output of the second pressure sensor-the slope of the pressure characteristic to the slope of the actual output-pressure characteristic of the second pressure sensor is output. A correction unit and an output value obtained by inputting the output value of the first pressure sensor into one of the first correction unit and the third correction unit The output value obtained by inputting to the other of the first correction unit and the third correction unit and the output value of the second pressure sensor are set to one of the second correction unit and the fourth correction unit. When the difference between the output value obtained by inputting to the second correction unit and the output value obtained by inputting to the other of the fourth correction unit becomes smaller than a predetermined threshold value, It is provided with a surface of the object to be measured and a position detection unit for detecting that the distance from the nozzle is shorter than a predetermined distance.
また、上記位置検出装置は、上記第2の圧力センサの出力値が異常な範囲にある場合に異常信号を出力する異常検出部をさらに備えていることが好ましい。このような異常信号が出力された場合に、位置検出部の検出結果を非表示にしたり、位置検出部の検出結果が正しくないものであることを表示したりすることによって、例えば、位置検出装置によって被測定物の良品の判断を行う場合などに、圧力変動に起因して不良品が良品として誤検出されてしまうことを防止することができる。 Further, it is preferable that the position detection device further includes an abnormality detection unit that outputs an abnormality signal when the output value of the second pressure sensor is in an abnormal range. When such an abnormal signal is output, by hiding the detection result of the position detection unit or displaying that the detection result of the position detection unit is incorrect, for example, the position detection device With this, it is possible to prevent a defective product from being erroneously detected as a non-defective product due to the pressure fluctuation when the non-defective product of the measured object is determined.
本発明の第1の態様及び第3の態様によれば、被測定物の表面の位置の検出にあたって、第1のオフセット値を第1の圧力センサの出力値から減算した第1の補正値と、第2のオフセット値を第2の圧力センサの出力値から減算した第2の補正値とを用いているため、第1の圧力センサと第2の圧力センサのオフセット電圧による影響を受けることなく、被測定物の位置を検出することができる。したがって、加圧気体の圧力を検出するセンサの特性にばらつきがあっても、精度よく被測定物の位置を検出することができる。 According to the first aspect and the third aspect of the present invention, a first correction value obtained by subtracting the first offset value from the output value of the first pressure sensor when detecting the position of the surface of the measured object is used. , The second correction value obtained by subtracting the second offset value from the output value of the second pressure sensor is used, so that the second offset value is not affected by the offset voltage of the first pressure sensor and the second pressure sensor. The position of the object to be measured can be detected. Therefore, even if there is a variation in the characteristics of the sensor that detects the pressure of the pressurized gas, the position of the measured object can be accurately detected.
本発明の第2の態様及び第3の態様によれば、被測定物の表面の位置の検出にあたって、第1の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きに対する第1の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きを第1の圧力センサの出力値に乗算した第3の補正値と、第2の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きに対する第2の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きを第2の圧力センサの出力値に乗算した第4の補正値とを用いているため、第1の圧力センサと第2の圧力センサのスパン電圧による影響を受けることなく、被測定物の位置を検出することができる。したがって、加圧気体の圧力を検出するセンサの特性にばらつきがあっても、精度よく被測定物の位置を検出することができる。 According to the second and third aspects of the present invention, when detecting the position of the surface of the object to be measured, the actual output of the first pressure sensor with respect to the ideal output-pressure characteristic inclination of the first pressure sensor Of the output pressure of the first pressure sensor by a third correction value obtained by multiplying the output value of the first pressure sensor by the output value of the second pressure sensor and the ideal output of the second pressure sensor Since the fourth correction value obtained by multiplying the output value of the second pressure sensor by the slope of the output-pressure characteristic is used, it is not affected by the span voltage of the first pressure sensor and the second pressure sensor. The position of the object to be measured can be detected. Therefore, even if there is a variation in the characteristics of the sensor that detects the pressure of the pressurized gas, the position of the measured object can be accurately detected.
以下、本発明に係る位置検出装置の実施形態について図1から図4を参照して詳細に説明する。なお、図1から図4において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of a position detecting device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. 1 to 4, the same or corresponding components are designated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted.
図1は、本発明の第1の実施形態における位置検出装置1の構成を模式的に示す図である。図1に示すように、本実施形態における位置検出装置1は、被測定物Wの表面Sに向けて加圧気体を噴出可能なノズル10と、ノズル10に連通する第1のチャンバ11と、気体供給源20からレギュレータ22を介して加圧気体が供給される第2のチャンバ12と、第1のチャンバ11と第2のチャンバ12とを仕切る仕切壁30と、第1のチャンバ11内の圧力を測定する第1の圧力センサ41と、第2のチャンバ12内の圧力を測定する第2の圧力センサ42とを備えている。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a
仕切壁30には、仕切壁30を貫通するオリフィス32が形成されており、このオリフィス32によって第1のチャンバ11と第2のチャンバ12とが連通される。第1の圧力センサ41は、第1のチャンバ11に連通する経路41Aを有しており、例えば、第1のチャンバ11内の圧力を受けるダイアフラムの変形を検出することにより第1のチャンバ11内の圧力を測定するものである。同様に、第2の圧力センサ42は、第2のチャンバ12に連通する経路42Aを有しており、例えば、第2のチャンバ12内の圧力を受けるダイアフラムの変形を検出することにより第2のチャンバ12内の圧力を測定するものである。このような圧力センサ41,42としては既知の種々の圧力センサを用いることができる。
An
気体供給源20は、加圧された気体を外部に供給できるように構成されている。この気体供給源20内の加圧気体がレギュレータ22により所定の圧力(以下、供給圧力という)P0に調整されて第2のチャンバ12に供給される。第2のチャンバ12に供給された加圧気体は、仕切壁30のオリフィス32を通過して第1のチャンバ11にも流入し、ノズル10から被測定物Wの表面Sに向けて噴出される。
The
ここで、第1のチャンバ11内の圧力をP1、ノズル10から被測定物Wの表面Sまでの距離をDとすると、P1とDの関係は図2に示すようになる。すなわち、被測定物Wがノズル10からより遠くに位置すればするほど(Dが大きくなればなるほど)、加圧流体は抵抗を受けることなくノズル10から噴出されることとなるので、第1のチャンバ11の圧力P1は供給圧力P0から下がり大気圧に近づいていく。一方、被測定物Wがノズル10のより近くに位置すればするほど(Dが小さくなればなるほど)、ノズル10から噴出される加圧気体が被測定物Wの表面Sで抵抗を受けるため、第1のチャンバ11の圧力P1は加圧気体の供給圧力P0からあまり下がらずに維持される。したがって、第1の圧力センサ41で測定される圧力P1の変化を測定することにより被測定物Wの表面Sがノズル10に近づいたことを検出することができる。
Here, assuming that the pressure inside the
この場合において、第1のチャンバ11の圧力P1は第2のチャンバ12の圧力P2に依存しているため、第1のチャンバ11の圧力P1のみを測定していたのでは安定的な測定結果とはならない。このため、本実施形態では、第1のチャンバ11の圧力P1に加えて第2のチャンバ12の圧力P2も測定している。そして、第1のチャンバ11の圧力P1と第2のチャンバ12の圧力P2との差P2−P1を算出し、この圧力差P2−P1が小さくなったことを検出することによって被測定物Wの表面Sがノズル10から所定の距離未満に近づいたことを検出している。このような圧力差P2−P1を用いることにより、第2のチャンバ12の圧力P2の変動の影響がキャンセルされるので精度のよい測定が可能となる。
In this case, since the pressure P 1 of the first
図1に戻って、位置検出装置1は、第1の圧力センサ41及び第2の圧力センサ42の出力をA/D変換するA/Dコンバータ43と、A/D変換後の第1の圧力センサ41及び第2の圧力センサ42の出力を処理する処理部50と、処理部50における処理結果を出力する出力部60とを有している。例えば、出力部60はLEDやディスプレイなどの出力機器から構成される。
Returning to FIG. 1, the
図3は、処理部50の構成の一例を示すブロック図である。この処理部50は、例えば記憶装置に記憶されたプログラムとCPUなどから構成されるものであり、プログラムの実行により以下に述べる各機能が実現される。また、図3に示すように、処理部50は、RAMやROM、フラッシュメモリなどの記憶装置からなるオフセット値記憶部51を有している。第1の圧力センサ41や第2の圧力センサ42の実際の出力−圧力特性は、製造上のばらつきにより、図4に示すように理想的な出力−圧力特性からずれていることがある(オフセット電圧)。本実施形態では、このオフセット電圧に応じて第1の圧力センサ41の出力値及び第2の圧力センサ42の出力値を補正して被測定物Wの位置の検出を行っている。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the
具体的には、第1のチャンバ11に加圧気体を供給していない状態(大気圧下)での第1の圧力センサ41及び第2の圧力センサ42の出力値(オフセット電圧)をそれぞれ測定しておき、これらの出力値をオフセット値記憶部51に記憶しておく。すなわち、オフセット値記憶部51には、第1のチャンバ11に加圧気体を供給していない状態(大気圧下)での第1の圧力センサ41の出力値が第1のオフセット値Voff1として記憶されており、また、第2のチャンバ12に加圧気体を供給していない状態(大気圧下)での第2の圧力センサ42の出力値が第2のオフセット値Voff2として記憶されている。
Specifically, the output values (offset voltage) of the first pressure sensor 41 and the
また、処理部50は、第1の圧力センサ41の出力値Vout1からオフセット値記憶部51に記憶された第1のオフセット値Voff1を減算した第1の補正値Vc1を出力する第1の補正部52と、第2の圧力センサ42の出力値Vout2からオフセット値記憶部51に記憶された第2のオフセット値Voff2を減算した第2の補正値Vc2を出力する第2の補正部53と、これらの補正値Vc1,Vc2を用いて被測定物Wの表面Sがノズル10から所定の距離未満に近づいたことを検出する位置検出部54とを含んでいる。より具体的には、位置検出部54は、所定の閾値Vtを記憶しており、第1の補正部52から出力される第1の補正値Vc1と第2の補正部53から出力される第2の補正値Vc2との差Vc2−Vc1を算出し、この差Vc2−Vc1が閾値Vtよりも小さくなったときに、被測定物Wの表面Sがノズル10から所定の距離未満に近づいたものと判断する。
The
このように、本実施形態では、被測定物Wの位置の検出にあたって、大気圧下での第1の圧力センサ41の出力値(第1のオフセット値Voff1)を第1の圧力センサ41の出力値Vout1から減算した第1の補正値Vc1と、大気圧下での第2の圧力センサ42の出力値(第2のオフセット値Voff2)を第2の圧力センサ42の出力値Vout2から減算した第2の補正値Vc2とを用いているため、第1の圧力センサ41と第2の圧力センサ42のオフセット電圧による影響を受けることなく、被測定物Wの位置を検出することができる。したがって、より精度よく被測定物Wの位置を検出することができる。
As described above, in the present embodiment, when detecting the position of the object to be measured W, the output value (first offset value V off1 ) of the first pressure sensor 41 under atmospheric pressure is measured by the first pressure sensor 41. The first correction value V c1 subtracted from the output value V out1 and the output value (second offset value V off2 ) of the
ところで、気体供給源20におけるコンプレッサの供給能力、加圧空気のリップル(コンプレッサからの空気の脈動)、負荷による圧力変動、レギュレータ22の制御特性などによって、上述した圧力P0,P1,P2は常に変動している。したがって、位置検出装置1の精度はこれらの圧力変動に依存することとなる。本実施形態では、これらの圧力変動による誤検出を防止し、位置検出装置1の精度を向上させている。すなわち、図3に示すように、処理部50は、第2の圧力センサ42の出力値Vout2が異常な範囲にある場合に異常信号を出力する異常検出部55を含んでいる。第2の圧力センサ42の出力値Vout2が異常な範囲にある場合に、この異常検出部55が出力部60に異常信号を出力すると、この異常信号を受けた出力部60は、例えば位置検出部54による検出結果を非表示にするか、あるいは位置検出部54による検出結果が正しくないものであることを表示する。これにより位置検出装置1によって被測定物Wの良品の判断を行う場合などに、圧力変動に起因して不良品が良品として誤検出されてしまうことが防止される。
By the way, depending on the supply capacity of the compressor in the
また、第1の圧力センサ41や第2の圧力センサ42の実際の出力−圧力特性は、製造上のばらつきにより、理想的な出力−圧力特性の傾きとは異なる傾きを有する場合がある(スパン電圧)。以下に述べる本発明の第2の実施形態では、上述したオフセット電圧に加えて、このようなスパン電圧に応じて第1の圧力センサ41の出力値及び第2の圧力センサ42の出力値を補正して被測定物Wの位置の検出を行う。
The actual output-pressure characteristics of the first pressure sensor 41 and the
図5は、本発明の第2の実施形態における位置検出装置の処理部150の構成の一例を示すブロック図である。図5に示すように、処理部150は、上述したオフセット値記憶部51に加えて、RAMやROM、フラッシュメモリなどの記憶装置からなる傾き記憶部151を有している。この傾き記憶部151には、第1の圧力センサ41の実際の出力−圧力特性の傾きSa1と、第1の圧力センサ41の理想的な出力−圧力特性の傾きSr1と、第2の圧力センサ42の実際の出力−圧力特性の傾きSa2と、第2の圧力センサ42の理想的な出力−圧力特性の傾きSr2とが記憶されている。
FIG. 5: is a block diagram which shows an example of a structure of the
第1の圧力センサ41の実際の出力−圧力特性の傾きSa1は以下のようにして取得し、傾き記憶部151に記憶される。まず、第1のチャンバ11の圧力を既知の圧力Pref1にする(図6参照)。この状態で第1の圧力センサ41の出力値Vout1を測定する。この出力値Vout1と圧力Pref1との関係により傾きSa1を算出し、これを傾き記憶部151に記憶する。図6に示す例では、Sa1=(Vout1−Voff1)/Pref1として算出される。同様にして、第2の圧力センサ42の実際の出力−圧力特性の傾きSa2も算出され、傾き記憶部151に記憶される。
The slope S a1 of the actual output-pressure characteristic of the first pressure sensor 41 is acquired as described below and stored in the
また、処理部150は、傾き記憶部151に記憶されたSa1,Sr1を参照して、第1の補正部52から出力される第1の補正値Vc1にSa1/Sr1を乗算した第3の補正値Vc3を出力する第3の補正部152と、傾き記憶部151に記憶されたSa2,Sr2を参照して、第2の補正部53から出力される第2の補正値Vc2にSa2/Sr2を乗算した第4の補正値Vc4を出力する第4の補正部153と、これらの補正値Vc3,Vc4を用いて被測定物Wの表面Sがノズル10から所定の距離未満に近づいたことを検出する位置検出部154とを含んでいる。より具体的には、位置検出部154は、所定の閾値Vtを記憶しており、第3の補正部152から出力される第3の補正値Vc3と第4の補正部153から出力される第4の補正値Vc4との差Vc4−Vc3を算出し、この差Vc4−Vc3が閾値Vtよりも小さくなったときに、被測定物Wの表面Sがノズル10から所定の距離未満に近づいたものと判断する。
The
このように、本実施形態では、被測定物Wの位置の検出にあたって、第1の圧力センサ41の出力値Vout1から第1のオフセット値Voff1を減算した第1の補正値Vc1と、この第1の補正値Vc1にSa1/Sr1を乗算した第3の補正値Vc3と、第2の圧力センサ42の出力値Vout2から第2のオフセット値Voff2を減算した第2の補正値Vc2と、この第2の補正値Vc2にSa2/Sr2を乗算した第4の補正値Vc4とを用いているため、第1の圧力センサ41と第2の圧力センサ42のオフセット電圧やスパン電圧による影響を受けることなく、被測定物Wの位置を検出することができる。したがって、より精度よく被測定物Wの位置を検出することができる。
As described above, in the present embodiment, when detecting the position of the object to be measured W, the first correction value V c1 obtained by subtracting the first offset value V off1 from the output value V out1 of the first pressure sensor 41, A third correction value V c3 obtained by multiplying the first correction value V c1 by S a1 /S r1 and a second offset value V off2 from the output value V out2 of the
図5に示す例では、第1の圧力センサ41の出力値Vout1が第1の補正部52に入力されているが、第1の補正部52と第3の補正部152の順番を入れ替えてもよい。すなわち、第1の圧力センサ41の出力値Vout1を第3の補正部152に入力し、第3の補正部152からの出力値を第1の補正部52に入力し、第1の補正部52からの出力値を位置検出部154に入力してもよい。また、第2の圧力センサ42の出力値Vout2が第2の補正部53に入力されているが、第2の補正部53と第4の補正部153の順番を入れ替えてもよい。すなわち、第2の圧力センサ42の出力値Vout2を第4の補正部153に入力し、第4の補正部153からの出力値を第2の補正部53に入力し、第2の補正部53からの出力値を位置検出部154に入力してもよい。
In the example shown in FIG. 5, the output value V out1 of the first pressure sensor 41 is input to the
なお、本実施形態では、第1の実施形態で説明した第1の補正部52及び第2の補正部53を第3の補正部152及び第4の補正部153に組み合わせた例について説明したが、第1の補正部52及び第2の補正部53を省略することもできる。例えば、第1の補正部52及び第2の補正部53を設けることなく、第1の圧力センサ41の出力値Vout1にSa1/Sr1を乗算した補正値と第2の圧力センサ42の出力値Vout2にSa2/Sr2を乗算した補正値とを用いて被測定物Wの位置を検出してもよい。
Note that, in the present embodiment, an example in which the
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments and may be implemented in various different forms within the scope of the technical idea thereof.
1 位置検出装置
10 ノズル
11 第1のチャンバ
12 第2のチャンバ
20 気体供給源
22 レギュレータ
30 仕切壁
32 オリフィス
41 第1の圧力センサ
42 第2の圧力センサ
43 A/Dコンバータ
50 処理部
51 オフセット値記憶部
52 第1の補正部
53 第2の補正部
54 位置検出部
55 異常検出部
60 出力部
150 処理部
151 傾き記憶部
152 第3の補正部
153 第4の補正部
154 位置検出部
1
Claims (4)
前記ノズルに連通する第1のチャンバと、
気体供給源から前記加圧気体が供給される第2のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを仕切る仕切壁であって、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを連通するオリフィスが形成された仕切壁と、
前記第1のチャンバ内の圧力を測定する第1の圧力センサと、
前記第2のチャンバ内の圧力を測定する第2の圧力センサと、
位置検出前に、前記第1のチャンバに前記加圧気体を供給していない状態で測定された前記第1の圧力センサの出力値を第1のオフセット値として記憶するとともに、前記第2のチャンバに前記加圧気体を供給していない状態で測定された前記第2の圧力センサの出力値を第2のオフセット値として記憶するオフセット値記憶部と、
前記第1の圧力センサの出力値から前記オフセット値記憶部に記憶された前記第1のオフセット値を減算した第1の補正値を出力する第1の補正部と、
前記第2の圧力センサの出力値から前記オフセット値記憶部に記憶された前記第2のオフセット値を減算した第2の補正値を出力する第2の補正部と、
前記第1の補正値と前記第2の補正値との差が、所定の閾値よりも小さくなったときに、前記被測定物の表面が前記ノズルから所定の距離未満に近づいたことを検出する位置検出部と、
を備えたことを特徴とする位置検出装置。 A nozzle capable of ejecting a pressurized gas toward the surface of the object to be measured,
A first chamber communicating with the nozzle;
A second chamber to which the pressurized gas is supplied from a gas supply source;
A partition wall for partitioning the first chamber and the second chamber, the partition wall having an orifice formed therein for communicating the first chamber and the second chamber;
A first pressure sensor for measuring the pressure in the first chamber;
A second pressure sensor for measuring the pressure in the second chamber;
Before the position detection, the output value of the first pressure sensor measured in a state where the pressurized gas is not supplied to the first chamber is stored as a first offset value, and the second chamber is stored. An offset value storage unit that stores an output value of the second pressure sensor measured in a state in which the pressurized gas is not supplied as a second offset value,
A first correction unit that outputs a first correction value obtained by subtracting the first offset value stored in the offset value storage unit from the output value of the first pressure sensor,
A second correction unit that outputs a second correction value obtained by subtracting the second offset value stored in the offset value storage unit from the output value of the second pressure sensor;
When the difference between the first correction value and the second correction value becomes smaller than a predetermined threshold value, it is detected that the surface of the object to be measured is closer than the predetermined distance from the nozzle. A position detector,
A position detecting device comprising:
前記ノズルに連通する第1のチャンバと、
気体供給源から前記加圧気体が供給される第2のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを仕切る仕切壁であって、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを連通するオリフィスが形成された仕切壁と、
前記第1のチャンバ内の圧力を測定する第1の圧力センサと、
前記第2のチャンバ内の圧力を測定する第2の圧力センサと、
位置検出前に、前記第1のチャンバの圧力を既知の圧力にした状態で、前記第1の圧力センサの出力値を測定し、前記第1の圧力センサの出力値及び前記既知の圧力との関係により算出される、前記第1の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きと、前記第1の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きと、前記第2のチャンバの圧力を既知の圧力にした状態で、前記第2の圧力センサの出力値を測定し、前記第2の圧力センサの出力値及び前記既知の圧力との関係により算出される、前記第2の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きと、前記第2の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きとを記憶する傾き記憶部と、
前記傾き記憶部に記憶された前記第1の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きに対する前記第1の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きの比を前記第1の圧力センサの出力値に乗算した第3の補正値を出力する第3の補正部と、
前記傾き記憶部に記憶された前記第2の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きに対する前記第2の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きの比を前記第2の圧力センサの出力値に乗算した第4の補正値を出力する第4の補正部と、
前記第3の補正値と前記第4の補正値との差が、所定の閾値よりも小さくなったときに、前記被測定物の表面が前記ノズルから所定の距離未満に近づいたことを検出する位置検出部と、
を備えたことを特徴とする位置検出装置。 A nozzle capable of ejecting a pressurized gas toward the surface of the object to be measured,
A first chamber communicating with the nozzle;
A second chamber to which the pressurized gas is supplied from a gas supply source;
A partition wall for partitioning the first chamber and the second chamber, the partition wall having an orifice formed therein for communicating the first chamber and the second chamber;
A first pressure sensor for measuring the pressure in the first chamber;
A second pressure sensor for measuring the pressure in the second chamber;
Before the position detection, the output value of the first pressure sensor is measured in a state where the pressure of the first chamber is set to a known pressure, and the output value of the first pressure sensor and the known pressure are compared. The slope of the actual output-pressure characteristic of the first pressure sensor, the ideal slope of the output-pressure characteristic of the first pressure sensor, and the pressure of the second chamber, which are calculated by the relationship, are known. Of the second pressure sensor, which is calculated by the relationship between the output value of the second pressure sensor and the known pressure while measuring the output value of the second pressure sensor under the pressure of Of the output-pressure characteristic of the second pressure sensor and an ideal output-pressure characteristic of the second pressure sensor.
The ratio of the slope of the actual output-pressure characteristic of the first pressure sensor to the slope of the ideal output-pressure characteristic of the first pressure sensor stored in the slope storage unit A third correction unit that outputs a third correction value by multiplying the output value,
The ratio of the slope of the actual output-pressure characteristic of the second pressure sensor to the slope of the ideal output-pressure characteristic of the second pressure sensor stored in the slope storage unit A fourth correction unit that outputs a fourth correction value by multiplying the output value;
When the difference between the third correction value and the fourth correction value becomes smaller than a predetermined threshold value, it is detected that the surface of the object to be measured is closer than the predetermined distance from the nozzle. A position detector,
A position detecting device comprising:
前記ノズルに連通する第1のチャンバと、
気体供給源から前記加圧気体が供給される第2のチャンバと、
前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを仕切る仕切壁であって、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとを連通するオリフィスが形成された仕切壁と、
前記第1のチャンバ内の圧力を測定する第1の圧力センサと、
前記第2のチャンバ内の圧力を測定する第2の圧力センサと、
位置検出前に、前記第1のチャンバに前記加圧気体を供給していない状態で測定された前記第1の圧力センサの出力値を第1のオフセット値として記憶するとともに、前記第2のチャンバに前記加圧気体を供給していない状態で測定された前記第2の圧力センサの出力値を第2のオフセット値として記憶するオフセット値記憶部と、
位置検出前に、前記第1のチャンバの圧力を既知の圧力にした状態で、前記第1の圧力センサの出力値を測定し、前記第1の圧力センサの出力値及び前記既知の圧力との関係により算出される、前記第1の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きと、前記第1の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きと、前記第2のチャンバの圧力を既知の圧力にした状態で、前記第2の圧力センサの出力値を測定し、前記第2の圧力センサの出力値及び前記既知の圧力との関係により算出される、前記第2の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きと、前記第2の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きとを記憶する傾き記憶部と、
入力値から前記オフセット値記憶部に記憶された前記第1のオフセット値を減算した第1の補正値を出力する第1の補正部と、
入力値から前記オフセット値記憶部に記憶された前記第2のオフセット値を減算した第2の補正値を出力する第2の補正部と、
前記傾き記憶部に記憶された前記第1の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きに対する前記第1の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きの比を入力値に乗算した第3の補正値を出力する第3の補正部と、
前記傾き記憶部に記憶された前記第2の圧力センサの理想的な出力−圧力特性の傾きに対する前記第2の圧力センサの実際の出力−圧力特性の傾きの比を入力値に乗算した第4の補正値を出力する第4の補正部と、
前記第1の圧力センサの出力値を前記第1の補正部及び前記第3の補正部の一方に入力して得られる出力値を前記第1の補正部及び前記第3の補正部の他方に入力して得られる出力値と、前記第2の圧力センサの出力値を前記第2の補正部及び前記第4の補正部の一方に入力して得られる出力値を前記第2の補正部及び前記第4の補正部の他方に入力して得られる出力値との差が、所定の閾値よりも小さくなったときに、前記被測定物の表面と前記ノズルから所定の距離未満に近づいたことを検出する位置検出部と、
を備えたことを特徴とする位置検出装置。 A nozzle capable of ejecting a pressurized gas toward the surface of the object to be measured,
A first chamber communicating with the nozzle;
A second chamber to which the pressurized gas is supplied from a gas supply source;
A partition wall for partitioning the first chamber and the second chamber, the partition wall having an orifice formed therein for communicating the first chamber and the second chamber;
A first pressure sensor for measuring the pressure in the first chamber;
A second pressure sensor for measuring the pressure in the second chamber;
Before the position detection, the output value of the first pressure sensor measured in a state where the pressurized gas is not supplied to the first chamber is stored as a first offset value, and the second chamber is stored. An offset value storage unit that stores an output value of the second pressure sensor measured in a state in which the pressurized gas is not supplied as a second offset value,
Before the position detection, the output value of the first pressure sensor is measured in a state where the pressure of the first chamber is set to a known pressure, and the output value of the first pressure sensor and the known pressure are compared. The slope of the actual output-pressure characteristic of the first pressure sensor, the ideal slope of the output-pressure characteristic of the first pressure sensor, and the pressure of the second chamber, which are calculated by the relationship, are known. Of the second pressure sensor, which is calculated by the relationship between the output value of the second pressure sensor and the known pressure while measuring the output value of the second pressure sensor under the pressure of Of the output-pressure characteristic of the second pressure sensor and an ideal output-pressure characteristic of the second pressure sensor.
A first correction unit that outputs a first correction value obtained by subtracting the first offset value stored in the offset value storage unit from an input value;
A second correction unit that outputs a second correction value obtained by subtracting the second offset value stored in the offset value storage unit from an input value;
A third value obtained by multiplying an input value by a ratio of an ideal output-pressure characteristic inclination of the first pressure sensor stored in the inclination storage unit to an actual output-pressure characteristic inclination of the first pressure sensor. A third correction unit that outputs a correction value of
A fourth value obtained by multiplying the input value by the ratio of the ideal output-pressure characteristic slope of the second pressure sensor stored in the slope storage unit to the actual output-pressure characteristic slope of the second pressure sensor. A fourth correction unit for outputting a correction value of
The output value obtained by inputting the output value of the first pressure sensor to one of the first correction unit and the third correction unit is applied to the other of the first correction unit and the third correction unit. The output value obtained by inputting the output value and the output value of the second pressure sensor are input to one of the second correcting unit and the fourth correcting unit, and the output value obtained by inputting the output value is input to the second correcting unit. When the difference from the output value obtained by inputting to the other of the fourth correction unit becomes smaller than a predetermined threshold value, the distance from the surface of the object to be measured and the nozzle is less than a predetermined distance. A position detector for detecting
A position detecting device comprising:
The position detection device according to claim 1, further comprising an abnormality detection unit that outputs an abnormality signal when the output value of the second pressure sensor is in an abnormal range. ..
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