JP7003943B2 - ロボットシステム、およびロボットの制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、ロボットシステム、およびロボットの制御方法に関する。

特許文献１には、上下動するアクチュエータにダイヘッドを取り付け、ダイヘッドに備えた距離測定センサによりダイヘッドと基板表面との距離を測定し、ダイヘッドと基板表面との距離を設定距離に維持する技術が開示されている。特許文献１によれば、基板のうねりに追従させて基板上に均一な塗布膜が形成される。

特許文献２には、溶液の粘度に応じて、基盤に対する薬液ノズルの位置を設定する技術が開示されている。特許文献２によれば、高粘度の溶液が基盤表面に均一な膜厚で塗布される。

特開２００４－２９８６９７号公報 特開２０１０－０４２３２５号公報

しかしながら、ロボットを用いて基板等に液体を塗布する場合には、液体の塗布厚は、基板のうねりだけでなく、周囲の温度、液体塗布部における液体の残量、あるいは液体塗布部内の圧力等によって影響を受ける。この点において、特許文献１および特許文献２に記載の技術では、周囲の温度変化等にリアルタイムで追従して液体の塗布量を制御できず、液体を均一な層厚で塗布することはできない。

そこで、この発明の課題は、周囲の温度等の条件に変化があった場合でも、液体を均一な層厚で塗布することができるロボットシステム、およびロボットの制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この開示のロボットシステムは、
ロボットと、
前記ロボットに設けられた液体塗布部と、
前記液体塗布部により塗布された液体の塗布厚を計測する塗布厚計測部と、
前記塗布厚計測部で計測された塗布厚が所定の厚さより大きい場合に、前記液体塗布部を塗布対象に近づけるように、前記ロボットを駆動し、
前記塗布厚計測部で計測された塗布厚が所定の厚さより小さい場合に、前記液体塗布部を前記塗布対象から遠ざけるように、前記ロボットを駆動する制御部と、を備える。

上述のロボットシステムでは、ロボットに設けられた液体塗布部により液体が塗布され、液体の塗布厚は、塗布厚計測部により計測される。制御部は、塗布厚計測部で計測された塗布厚が所定の厚さより大きい場合に、液体塗布部を塗布対象に近づけるように、ロボットを駆動する。また、制御部は、塗布厚計測部で計測された塗布厚が所定の厚さより小さい場合に、液体塗布部を塗布対象から遠ざけるように、ロボットを駆動する。

したがって、上述のロボットシステムによれば、液体の塗布厚を計測しつつ、塗布厚に応じて液体塗布部と塗布対象との距離をリニアにリアルタイムで制御するので、周囲の温度等の条件に変化があった場合でも、液体を均一な層厚で塗布することができる。

一実施形態の制御装置は、
前記液体塗布部は、シリンジと、ノズルとを備え、前記シリンジ内を負圧にすることで液体の吐出を抑え、シリンジ内を大気圧もしくは正圧にすることで液体の吐出を行う。

この一実施形態のロボットシステムでは、シリンジ内の圧力が正圧にされた場合の液体の吐出量は、ノズルと塗布対象との距離によって変わる。吐出された液体の塗布厚は計測され、塗布厚に応じて液体塗布部と塗布対象との距離がリニアにリアルタイムで制御される。したがって、周囲の温度等の条件に変化があった場合でも、液体を均一な層厚で塗布することができる。

一実施形態の制御装置は、
前記塗布厚計測部は、光学センサであり、前記光学センサから前記塗布対象の表面までの距離と、前記光学センサから前記塗布対象の前記表面上に塗布された前記液体の表面までの距離とを測定し、これら距離の差を算出することにより、前記液体の塗布厚を測定する。

この一実施形態の制御装置では、光学センサは、光学センサから塗布対象の表面までの距離を測定する。また、光学センサは、光学センサから塗布対象の表面上に塗布された液体の表面までの距離を測定する。そして、光学センサは、これら距離の差を算出することにより、液体の塗布厚を測定する。したがって、周囲の温度等の条件に変化があった場合だけでなく、塗布対象の表面にうねりがあった場合であっても、液体を均一な層厚で塗布することができる。

上記課題を解決するため、この開示のロボットの制御方法は、
ロボットに設けられた液体塗布部により塗布された液体の塗布厚を計測するステップと、
塗布厚計測部で計測された塗布厚が所定の厚さより大きい場合に、前記液体塗布部を塗布対象に近づけるように、前記ロボットを駆動するステップと、
前記塗布厚計測部で計測された塗布厚が所定の厚さより小さい場合に、前記液体塗布部を前記塗布対象から遠ざけるように、前記ロボットを駆動するステップと、を備える。

この開示の制御方法によれば、液体の塗布厚を計測しつつ、塗布厚に応じて液体塗布部と塗布対象との距離をリニアにリアルタイムで制御するので、周囲の温度等の条件に変化があった場合でも、液体を均一な層厚で塗布することができる。

以上より明らかなように、この開示のロボットシステム、およびロボットの制御方法によれば、周囲の温度等の条件に変化があった場合でも、液体を均一な層厚で塗布することができる。

一実施形態におけるロボットシステムを示す上面図である。 ディスペンサヘッドの構成を示す側面図である。 ディスペンサコントローラのハードウエア構成を示すブロック図である。 ディスペンサコントローラの機能ブロック図である。 図２に示す矢印Ｆ方向から、センサ、塗布液、およびワークを見た正面図である。 （Ａ）はワークとノズルが離れている場合の塗布液の吐出を説明する図であり、（Ｂ）はワークとノズルが（Ａ）よりも離れていない場合の塗布液の吐出を説明する図である。 ディスペンサヘッドのＺ軸（上下方向）制御の制御ループを示すブロック線図である。 塗布量が多いときの塗布量制御を説明するための図である。 塗布量が少ないときの塗布量制御を説明するための図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（ロボットシステム）
図１は、本開示の一実施形態におけるロボットシステム１００を示す上面図である。図１に示すように、本実施形態におけるロボットシステム１００は、ロボット１０と、液体塗布部としてのディスペンサヘッド２０と、ロボット１０の制御装置としてのディスペンサコントローラ３０と、塗布対象ワーク４０とを備える。

ロボット１０は、例えば、アーム型の６軸の垂直多関節ロボットである。アーム型の６軸の垂直多関節ロボットは、サーボモータ等の動力源を備えており、ロボット制御プログラムに基づいてディスペンサコントローラ３０から出力される制御信号によりサーボモータを駆動し、各関節軸を動作させる。

ディスペンサヘッド２０は、液体をワーク４０に塗布する。液体としては、例えば、シーラー材、水性印刷用のインク、エンジンオイル、オリーブオイル等の低粘度から中粘度の液体が用いられる。

図２は、ディスペンサヘッド２０の構成を示す側面図である。図２に示すように、ディスペンサヘッド２０は、ホルダ２１と、センサ２２と、シリンジ２３と、ノズル２４とを備える。ホルダ２１は、センサ２２およびシリンジ２３を保持する。センサ２２は、ワーク４０に塗布された液体の高さである塗布液高さｄを検知するためのセンサであり、一例として、光学センサとしてのレーザセンサが用いられる。シリンジ２３は、塗布する液体を収容する容器である。ノズル２４は、シリンジ２３の先端に取り付けられ、液体を吐出する管である。

ディスペンサコントローラ３０は、ロボット１０を制御して、液体の塗布量を調整する制御装置である。図３に、ディスペンサコントローラ３０のハードウエア構成を示す。ディスペンサコントローラ３０は、図３に示すように、入力装置３１と、表示装置３２と、中央演算装置３３と、記憶装置３４と、通信Ｉ／Ｆ３５とを備えている。入力装置３１は、一例として、キーボード等から構成される。表示装置３２は、一例として、ディスプレイから構成される。中央演算装置３３は、一例として、ＣＰＵから構成される。記憶装置３４は、不揮発性記憶装置と揮発性記憶装置とを備えており、不揮発性記憶装置は、ロボット制御プログラムおよびシーケンス制御プログラム等を記憶する。また中央演算装置３３の実行時のワークメモリとして揮発性記憶装置が適宜使用される。通信Ｉ／Ｆ３５は、例えば、ＲＳ２３２Ｃ等のシリアル回線のインタフェースであり、センサ２２の出力値の入力、およびロボット１０との通信を行う。通信Ｉ／Ｆ３５他の通信回線のインタフェースでもよい。

図４は、本実施形態におけるディスペンサコントローラ３０の機能ブロック図である。ディスペンサコントローラ３０は、入力処理部７１、表示処理部７２、制御部７３、記憶部７４、および通信処理部７５として機能する。入力処理部７１は、入力装置３１からの入力を処理する。表示処理部７２は、表示装置３２に出力する表示データを作成する。制御部７３は、ロボット１０の駆動を制御する。制御部７３の機能の詳細については後述する。記憶部７４は、ロボット制御プログラムおよびシーケンス制御プログラム等を記憶する。

（塗布厚測定方法）
次に、本実施形態のロボットシステム１００における塗布厚測定方法について説明する。図５は、図２に示す矢印Ｆ方向から、センサ２２、塗布液Ｌｑ、およびワーク４０を見た正面図である。

図５に示すように、センサ２２は、ワーク４０および塗布液Ｌｑに対して、レーザ光Ｌ１を照射し、センサ２２から塗布液Ｌｑまでの距離Ａと、センサ２２からワーク４０までの距離Ｂとを同時に測定する。さらに、センサ２２は、距離Ｂから距離Ａを差し引いて、塗布液高さｄを測定する。センサ２２は、このように、塗布液高さｄを測定する機能を備えている。本実施形態は、センサ２２からワーク４０までの距離Ｂを測定できるため、塗布対象のワーク４０の表面が平坦ではなく、うねりを有している場合でも、それに追従してディスペンサ高さｄを測定することができる。センサ２２によって測定された塗布液高さｄは、通信処理部７５を介して制御部７３に入力される。

（塗布量の制御方法）
図６は、本実施形態における塗布液Ｌｑのワーク４０における塗布量の制御方法を説明するための図である。ディスペンサヘッド２０は、塗布液Ｌｑが重力で下に垂れるのを、シリンジ２３内を負圧にすることで抑えている。そして、シリンジ２３内負圧を大気圧もしくは正圧にすることで、塗布液Ｌｑを吐出する。

この時、図６（Ａ）に示すように塗布対象のワーク４０とノズル２４の距離Ｃが離れていると、ノズル２４から出る塗布液Ｌｑの重力によって、図６（Ｂ）に示すように距離Ｃが離れていない場合に比べて、より多くの塗布液Ｌｑが吐出される。本実施形態では、この作用を利用して、ディスペンサコントローラ３０によってロボット１０を制御し、塗布対象のワーク４０とノズル２４との距離を変えることで塗布量の制御を行っている。

次に、図７から図９を参照しつつ、本実施形態の塗布量の制御をより具体的に説明する。図７は、本実施形態におけるディスペンサヘッドのＺ軸（上下方向）制御の制御ループを示すブロック線図である。ディスペンサコントローラ３０の制御部７３は、図７に示すように、センサ２２により塗布液高さｄを測定し、測定値を入力する。次に、制御部７３は、高さ－容量変換機能８０により、塗布液高さｄを塗布液容量へ変換する。その結果、塗布液容量の現在値がわかるので、制御部７３は、その値をフィードバックする。

塗布液Ｌｑを塗布する際には、予め塗布液容量塗布液容量の目標値が定められている。制御部７３は、この塗布液容量の目標値と、塗布液容量の現在値のフィードバックとから、塗布液容量の目標値に対する変動値を算出する。次に、制御部７３は、塗布液容量の変動値を、変動値－指令変換機能８１に入力する。変動値－指令変換機能８１は、塗布液容量の変動値が目標値よりも大きい場合、つまり、塗布量が多い場合には、ディスペンサヘッド２０をＺ軸のマイナス方向（下方向）に移動させる指令を出力する。また、変動値－指令変換機能８１は、塗布液容量の変動値が目標値よりも小さい場合、つまり、塗布量が少ない場合には、ディスペンサヘッド２０をＺ軸のプラス方向（上方向）に移動させる指令を出力する。

変動値－指令変換機能８１から出力されるＺ軸方向の動作指令は、Ｚ軸制御機能８２に入力される。Ｚ軸制御機能８２は、入力された動作指令に従い、ディスペンサヘッド２０を移動させる。本実施形態では、以上のような制御ループにより、塗布量の制御を行っている。

次に、図８および図９を参照しつつ、塗布量が多い場合と、少ない場合の塗布量制御の具体例を説明する。図８は、塗布量が多いときの塗布量制御を説明するための図である。図９は、塗布量が少ないときの塗布量制御を説明するための図である。図８および図９において、ディスペンサヘッド２０による塗布方向は、矢印Ｇ方向となっている。

まず、塗布量が多い場合について説明する。まず、図８（Ａ）にディスペンサヘッド２０を点線で示す位置において、制御部７３は、センサ２２により塗布液高さｄを測定する。制御部７３は、この塗布液高さｄを塗布液容量塗布液容量に変換し、塗布液容量の目標値と比較する。制御部７３は、現在の塗布液容量が、塗布液容量の目標値よりも大きい場合は、図８（Ａ）に実線で示すように、ディスペンサヘッド２０を矢印Ｄ方向、つまり、Ｚ軸のマイナス方向に移動させる。

ディスペンサヘッド２０をＺ軸のマイナス方向に移動させることにより、ノズル２４とワーク４０の塗布面との距離が小さくなり、塗布量を減らすことができる。その結果、図８（Ｂ）に示すように、時間の経過により、塗布液Ｌｑは一定の高さに馴染み、塗布液高さｄは、上述のように測定した際の塗布液高さｄよりも低くなる。

次に、塗布量が少ない場合について説明する。まず、図９（Ａ）にディスペンサヘッド２０を点線で示す位置において、制御部７３は、センサ２２により塗布液高さｄを測定する。制御部７３は、この塗布液高さｄを塗布液容量に変換し、塗布液容量の目標値と比較する。制御部７３は、現在の塗布液容量が、塗布液容量の目標値よりも小さい場合は、図９（Ａ）に実線で示すように、ディスペンサヘッド２０を矢印Ｅ方向、つまり、Ｚ軸のプラス方向に移動させる。

ディスペンサヘッド２０をＺ軸のプラス方向に移動させることにより、ノズル２４とワーク４０の塗布面との距離が大きくなり、塗布量を増やすことができる。その結果、図９（Ｂ）に示すように、時間の経過により、塗布液Ｌｑは一定の高さに馴染み、塗布液高さｄは、上述のように測定した際の塗布液高さｄよりも高くなる。

以上のように、本実施形態によれば、ディスペンサヘッド２０をＺ軸方向に移動させて、ノズル２４とワーク４０上の塗布液Ｌｑの塗布面との距離を一定に保つように、リニアに制御する。その結果、温度、塗布液Ｌｑの残量、ディスペンサヘッド２０のシリンジ２３内の圧力の変化により、ノズル２４からの塗布液Ｌｑの吐出量に変動がある場合であっても、ワーク４０上の塗布液Ｌｑの塗布厚を一定に保つことができる。

また、本実施形態によれば、ワーク４０の表面にうねりがある場合であっても、センサ２２により、センサ２２からワーク４０までの距離Ｂを測定できるため、塗布対象のワーク４０の表面が平坦ではなく、うねりを有している場合でも、それに追従して塗布液高さｄを的確に測定することができる。その結果、ワーク４０の表面にうねりがある場合でも、ワーク４０上の塗布液Ｌｑの塗布厚を一定に保つことができる。

以上の実施形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。上述した複数の実施の形態は、それぞれ単独で成立し得るものであるが、実施の形態同士の組みあわせも可能である。また、異なる実施の形態の中の種々の特徴も、それぞれ単独で成立し得るものであるが、異なる実施の形態の中の特徴同士の組みあわせも可能である。

２０ ディスペンスヘッド（液体塗布部）
２２ センサ（塗布厚計測部）
３０ 制御装置
７３ 制御部

Claims (3)

1. ロボットと、
   前記ロボットに設けられた液体塗布部と、
   前記液体塗布部の塗布方向の後方に位置し、前記液体塗布部により塗布された液体の塗布厚を計測する塗布厚計測部とであって、光学センサを備え、前記光学センサにより、前記塗布方向に垂直な方向での、前記液体塗布部により塗布された液体に隣接した位置における前記光学センサから前記塗布対象の表面までの距離と、前記光学センサから前記塗布対象の前記表面上に塗布された前記液体の表面までの距離とを測定し、これら距離の差を算出することにより、前記液体の塗布厚を測定する塗布厚計測部と、
   前記塗布厚計測部で計測された塗布厚が所定の厚さより大きい場合に、前記液体塗布部を塗布対象に近づけるように、前記ロボットを駆動し、
   前記塗布厚計測部で計測された塗布厚が所定の厚さより小さい場合に、前記液体塗布部を前記塗布対象から遠ざけるように、前記ロボットを駆動する制御部と、を備える、
   ロボットシステム。
2. 前記液体塗布部は、シリンジと、ノズルとを備え、前記シリンジ内を負圧にすることで液体の吐出を抑え、シリンジ内を大気圧もしくは正圧にすることで液体の吐出を行う、
   請求項１に記載のロボットシステム。
3. ロボットに設けられた液体塗布部により、塗布対象に液体を塗布するステップと、
   前記液体塗布部の塗布方向の後方に配置された光学センサにより、前記塗布方向に垂直な方向での、前記液体塗布部により塗布された液体に隣接した位置における前記光学センサから前記塗布対象の表面までの距離と、前記光学センサから前記塗布対象の前記表面上に塗布された前記液体の表面までの距離とを測定し、これら距離の差を算出することにより、前記液体塗布部により塗布された液体の塗布厚を計測するステップと、
   塗布厚計測部で計測された塗布厚が所定の厚さより大きい場合に、前記液体塗布部を塗布対象に近づけるように、前記ロボットを駆動するステップと、
   前記塗布厚計測部で計測された塗布厚が所定の厚さより小さい場合に、前記液体塗布部を前記塗布対象から遠ざけるように、前記ロボットを駆動するステップと、を備える、
   ロボットの制御方法。

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