KR100785631B1 - 광학식 변위 센서의 센서 헤드 - Google Patents

광학식 변위 센서의 센서 헤드 Download PDF

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키즈쿠 후지타
요시히로 야마시타
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오므론 가부시키가이샤
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Abstract

과제
디스펜서를 사용한 접착제 도포 공정에 적용한 경우, 디스펜서 노즐로서 직선형상의 것을 사용하면서도, 노즐 선단과 유리판의 갭을 정확하게 측정할 수 있도록 한 광학식 변위 센서의 센서 헤드를 제공한다.
해결 수단
발광부와 투광용 광학계를 수용하고, 또한 투광창이 개설된 투광측 블록과, 수광용 광학계와 수광 소자를 수용하고, 또한 수광창이 개설된 수광측 블록과, 투광측 블록과 수광측 블록을 일체적으로 결합하는 결합 부재를 가지며, 또한 투광측 블록과 수광측 블록 사이에서, 계측 대상물상의 광 조사점의 거의 바로 위에 상당하는 위치에는, 상하 방향으로 연통하는 빈 곳이 마련되어 있고, 이 빈 곳 내에, 디스펜서의 직선형상 노즐을 상하로 관통시켜서 배치함에 의해, 노즐을 분사 예정 위치에 둔 채로, 노즐 선단과 거의 그 바로 아래의 계측 대상물의 표면의 갭을 계측 가능하게 하였다.
변위 센서, 헤드, 광학식

Description

광학식 변위 센서의 센서 헤드{SENSOR HEAD OF OPTICAL DISPLACEMENT SENSOR}
도 1은 본 발명 센서 헤드의 좌로 비스듬히 전방에서 본 외관 사시도.
도 2는 본 발명 센서 헤드의 우로 비스듬히 전방에서 본 외관 사시도.
도 3은 본 발명 센서 헤드의 아래로 비스듬히 전방에서 본 외관 사시도.
도 4는 본 발명 센서 헤드의 외관 투영도.
도 5는 본 발명 센서 헤드의 내부 구조를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명 센서 헤드의 광학 부품 배치와 광로와의 관계를 도시한 도면.
도 7은 본 발명 센서 헤드를 디스펜서에 장착한 상태를 도시한 도면.
도 8은 디스펜서를 사용한 접착제 도포 작업의 설명도.
도 9는 종래의 디스펜서와 센서 헤드와의 관계를 도시한 사시도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 센서 헤드 2 : 투광측 블록
3 : 수광측 블록 4 : 투광측 커버
4a : 면 5 : 수광측 커버
5a : 면 6 : 지지 플레이트
7 : 전기 코드 8 : 플러그
9 : 투광창 10 : 수광창
11 : 노치 12 : 부착구멍
13 : 부착구멍 14 : 부착구멍
15 : 부착구멍 17 : 빈 곳
18 : 발광 소자 기판 19 : 투광 렌즈
20 : 렌즈 홀더 21 : 수광 렌즈
22 : 렌즈 홀더 23 : 반사경
24 : 수광 소자 조립체 25 : 디스펜서의 헤드
26 : 디스펜서의 노즐 27 : 유리판
L1 : 투광 광축 L2 : 수광 광축
a : 스테이지 b : 유리판
c : 접착제 d : 노즐의 상대 이동 방향
e : 디스펜서의 헤드 f : 디스펜서의 노즐
h : 노즐의 승강 방향 j : 센서 헤드
G : 갭
기술 분야
본 발명은, 광학식 변위 센서의 센서 헤드에 관한 것으로, 특히, FPD(Flat Panel Display) 생산 라인에 있어서의 디스펜서 노즐을 사용한 접착제 도포 작업 등에 알맞은 광학식 변위 센서의 센서 헤드에 관한 것이다.
배경 기술
FPD(Flat Panel Display) 생산 라인에서의 디스펜서를 사용한 접착제 도포 작업에서는, 미크론 오더의 갭 관리가 요구된다. 이와 같은 디스펜서를 사용한 접착제 도포 작업의 설명도가 도 8에 도시되어 있다.
그리고, 도면에 있어서, a는 유리판을 반송하는 스테이지, b는 유리판, c는 접착제, d는 디스펜서의 상대적 이동 방향, e는 디스펜서의 헤드, f는 디스펜서의 노즐, h는 디스펜서의 승강 이동 방향, G는 디스펜서 노즐의 선단과 유리판 사이의 갭이다.
도면으로부터 분명한 바와 같이, 유리판(b)은 스테이지(a)에 의해 반송되어 디스펜서의 노즐(f)의 아래를 도면중 우로부터 좌로 통과한다. 이로써, 노즐(f)은 유리판(b)에 대해 d 방향으로 상대적으로 이동한다. 이 때, 노즐(f)의 선단에서 접착제(c)를 사출함에 의해, 유리판(b)의 표면에 접착제가 도포된다.
유리판(b)상에 도포되는 접착제(c)의 두께는, 노즐(f)의 선단과 유리판(b) 표면의 갭의 크기에 의존한다. 접착 대상이 되는 유리판(b)의 반송중에, 디스펜서 노즐(f)의 선단과 도포 대상이 되는 유리판(b) 표면의 갭(G)의 크기가 변동하면, 도포되는 접착제(c)의 두께가 불균일하게 되어, 제품의 수율이 저하된다.
그래서, 이런 종류의 FPD 생산 라인에서의 디스펜서 노즐 선단과 도포 대상 유리판의 갭 관리를 위해서는, 종래부터 광학식의 변위 센서가 사용되고 있다. 즉, 광학식 변위 센서로 측정되는 갭의 값이 항상 규정치로 되도록, 디스펜서 노즐(f)의 선단 높이는 소정의 승강 구동 기구를 통하여 서보 제어된다.
광학식의 변위 센서로서는, 센서 헤드와 신호 처리 유닛(통칭, 앰프 부)을 분리시킨 앰프 분리형의 변위 센서가 채용된다. 앰프 분리형 변위 센서의 센서 헤드로서는, 확산반사 대응형의 것과 정반사 대응형의 것이 알려져 있지만, 유리 등의 경면 물체에 대해서는 정반사 대응형의 센서 헤드가 채용된다.
정반사 대응형 센서 헤드의 기본 구조는, 광원이 되는 발광부와, 발광부로부터의 광을 계측 대상물에 대해 경사시킨 투광 광축에 따라 조사하는 투광용 광학계와, 계측 대상물로부터의 반사광을 투광 광축의 경사 방위와 반대측의 방위로 대칭적으로 경사시킨 수광 광축에 따라 받아들이는 수광용 광학계와, 수광용 광학계를 통하여 받아들여진 반사광을 수광하여 광전 변환하는 수광 소자를 소정 형상의 케이스에 수용하여 이루어지는 것이다(특허 문헌 1 참조).
종래의 디스펜서와 센서 헤드와의 배치 관계를 도시한 설명도가 도 9에 도시되어 있다. 도면에 있어서 b는 유리판, e는 디스펜서의 헤드, f는 디스펜서의 노즐, j는 센서 헤드, L1은 투광 광축, L2는 수광 광축이다.
디스펜서의 노즐(f)과 센서 헤드(j)와의 배치예로서는, 도 9의 (a1), (b1)에 도시된 제 1 종래예와, 도 9의 (a2), (b2)에 도시된 제 2 종래예가 존재한다. 제 1 종래예에서는, 노즐(f) 그 자체는 직선형상의 것이 그대로 사용되고, 센서 헤드(j)의 측정점(L1, L2)은 노즐(f)의 측방에 이것과 인접하여 배치된다. 제 2 종래예에 서는, 노즐(f)은 크랭크형상으로 굴곡되고, 센서 헤드(j)의 측정점(L1, L2)은 노즐(f)의 선단과 거의 동일한 위치에 배치된다.
[특허 문헌 1]
국제 공개 WO 01/73375 A1팜플렛
그러나, 상술한 제 1 종래예에서는, 노즐(f)의 선단과 센서 헤드(j)의 측정점이 너무 떨어져 있기 때문에, 유리판(b)이 휘거나 굽이치거나 하고 있으면, 센서 헤드(j)로 측정되는 갭의 값과 노즐 선단과 유리판의 갭의 값(실제의 갭의 값)이 상위하여 버린다는 문제가 있다.
다른 한편, 상술한 제 2 종래예에서는, 노즐(f)의 선단과 센서 헤드(j)의 측정점이 접근하고 있기 때문에, 유리판(b)이 휘거나 굽이치거나 하였다고 하여도, 센서 헤드(j)로 측정되는 갭의 값과 노즐 선단과 유리판의 갭의 값(실제의 갭의 값)은 그다지 상위하지 않는다. 그러나, 노즐(f)을 크랭크형상으로 굴곡시키기 위한 가공이 수고가 드는 것에 더하여, 노즐(f)이 굴곡되면 그 내부를 흐르는 접착제의 흐름이 불안정하게 되고, 사출 동작이 불안정하게 되는 등의 문제점이 있다.
본 발명은, 상술한 문제점에 착안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 예를 들면, 디스펜서를 사용한 접착제 도포 공정에 적용한 경우, 디스펜서 노즐로서 직선형상의 것을 사용하면서도, 노즐 선단과 유리판의 갭을 정확하게 측정할 수 있도록 한 광학식 변위 센서의 센서 헤드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적 및 작용 효과에 관해서는, 명세서의 이하의 기재를 참조함에 의해, 당업자라면 용이하게 이해될 것이다.
본 발명의 광학식 변위 센서의 센서 헤드는, 광원이 되는 발광부와, 발광부로부터의 광을 계측 대상물에 대해 경사시킨 투광 광축에 따라 조사하는 투광용 광학계와, 계측 대상물로부터의 반사광을 투광 광축의 경사 방위와 반대측의 방위로 대칭적으로 경사시킨 수광 광축에 따라 받아들이는 수광용 광학계와, 수광용 광학계를 통하여 받아들여진 반사광을 수광하여 광전 변환하는 수광 소자를 소정 형상의 케이스에 수용하여 이루어지는 것이다.
소정 형상의 케이스는, 발광부와 투광용 광학계를 수용하며, 또한 투광창이 개설(開設)된 투광측 블록과, 수광용 광학계와 수광 소자를 수용하며, 또한 수광창이 개설된 수광측 블록과, 투광측 블록과 수광측 블록을 일체적으로 결합하는 결합 부재를 갖고 있고, 투광측 블록과 수광측 블록 사이에서, 계측 대상물상의 광 조사점의 거의 바로 위에 상당하는 위치에는, 상하 방향으로 연통하는 빈 곳이 마련되어 있다.
그것에 의해, 이 빈 곳 내에, 디스펜서의 직선형상 노즐을 상하로 관통시켜서 배치함에 의해, 노즐 선단과 거의 그 바로 아래의 계측 대상물의 표면의 갭을 계측 가능하게 하고 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 센서 헤드에 의한 측정점은, 디스펜서 노즐 선단의 거의 바로 아래에 위치하는 것으로 되기 때문에, 디스펜서를 사용한 접착제 도포 공정에 적용한 경우, 디스펜서 노즐로서 직선형상의 것을 사용하면서도, 노즐 선단과 유리판의 갭을 정확하게 측정할 수 있다.
바람직한 실시의 형태에 있어서는, 투광측 블록은, 발광부나 투광용 광학계를 구성하는 부품이 실장되는 투광측 기판과, 이 투광측 기판에 실장된 부품을 포위하며, 또한 투광창이 개설된 투광측 커버로 이루어지는 것으로 된다. 마찬가지로, 수광용 블록은, 수광용 광학계나 수광 소자를 구성하는 부품이 실장되는 수광측 기판과, 이 수광측 기판에 실장된 부품을 포위하며, 또한 수광창이 개설된 수광측 커버로 이루어지는 것으로 된다. 또한, 투광측 기판과 결합 부재와 수광측 기판은 1장의 평판형상 지지 플레이트에 겸용된 것으로 된다.
이와 같은 구성에 의하면, 발광부나 투광용 광학계를 구성하는 부품 및 수광용 광학계나 수광 소자를 구성하는 부품은, 모두 1장의 평판형상 지지 플레이트에 실장되게 되기 때문에, 광학계의 위치 결정 정밀도가 양호한 것으로 됨과 함께, 구조도 간단하고 또한 견고한 것으로 된다.
바람직한 실시의 형태에 있어서는, 지지 프레임에는, 상기 빈 곳과 인접하는 위치에, 피측정 대상물상의 광 조사점을 면하는 창으로서 기능하는 노치부를 형성하여도 좋다. 이와 같은 구성에 의하면, 노치부가 피측정 대상물상의 광 조사점을 면하는 창으로서 기능하게 되기 때문에, 노즐의 선단과 측정점과의 관계를 시인(視認)하거나, 조명하거나 하는 것이 가능해진다.
바람직한 실시의 형태에 있어서는, 지지 플레이트에는 디스펜서에 부착하기 위한 부착구(取付具)를 마련하여도 좋다. 이로써, 센서 헤드를 디스펜서에 단단히 고정할 수 있다.
바람직한 실시의 형태에 있어서는, 투광창의 개설면(開設面)과 수광창의 개설면은 서로 대칭적으로 경사하는 경사면으로 되어 있어도 좋다. 이와 같은 구성에 의하면, 노즐과 유리판과의 거리가 근접한 경우에도, 갭의 값을 정확하게 측정할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하에, 본 발명의 알맞은 실시의 한 형태를 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 본 발명 센서 헤드의 좌로 비스듬히 전방에서 본 외관 사시도가 도 1에, 마찬가지로 우로 비스듬히 전방에서 본 외관 사시도가 도 2에, 마찬가지로 아래로 비스듬히 전방에서 본 외관 사시도가 도 3에, 마찬가지로 외관 투영도가 도 4에 각각 도시되어 있다.
본 발명의 센서 헤드는, 광원이 되는 발광부(상세한 것은 후술)와, 발광부로부터의 광을 계측 대상물에 대해 경사시킨 투광 광축에 따라 조사하는 투광용 광학계(상세한 것은 후술)와, 계측 대상물로부터의 반사광을 투광 광축의 경사 방위와 반대측의 방위로 대칭적으로 경사시킨 수광 광축에 따라 받아들이는 수광용 광학계(상세한 것은 후술)와, 수광용 광학계를 통하여 받아들여진 반사광을 수광하여 광전 변환하는 수광 소자(상세한 것은 후술)를 소정 형상의 케이스에 수용하여 이루어지는 것이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 소정 형상의 케이스는 이 예에서는, 투광측 블록(2)과, 수광측 블록(3)과, 투광측 블록(2)과 수광측 블록(3)을 일체적으로 결합하는 결합 부재(상세한 것은 후술)를 갖는다. 투광측 블록(2)과 수광측 블 록(3) 사이에서, 계측 대상물상의 광 조사점의 거의 바로 위에 상당하는 위치에는, 상하 방향으로 연통하는 빈 곳(17)이 마련되어 있다.
후술하는 바와 같이, 이 빈 곳(17) 내에, 디스펜서의 직선형상 노즐(26)을 상하로 관통시켜서 배치함에 의해(상세한 것은 도 7 참조), 노즐(26)을 분사 예정 위치에 둔 채로, 노즐 선단과 거의 그 아래의 계측 대상물의 표면의 갭을 계측 가능하게 하고 있다.
보다 상세하게는, 투광측 블록(2)은, 발광부나 투광용 광학계를 구성하는 부품이 실장되는 투광측 기판(상세한 것은 후술)과, 이 투광측 기판에 실장된 부품을 포위하며, 또한 투광창(9)이 개설된 투광측 커버(4)로 이루어져 있다. 마찬가지로, 수광용 블록(3)은 수광용 광학계나 수광 소자를 구성하는 부품이 실장되는 수광측 기판(상세한 것은 후술)과, 이 수광측 기판에 실장된 부품을 포위하며, 또한 수광창(10)이 개설된 수광측 커버(5)로 이루어져 있다. 그리고, 투광측 기판과 결합 부재와 수광측 기판은 1장의 평판형상 지지 플레이트에 겸용되어 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 발광부나 투광용 광학계를 구성하는 부품 및 수광용 광학계나 수광 소자를 구성하는 부품은, 모두 1장의 평판형상 지지 플레이트(6)에 실장되는 것으로 되기 때문에, 광학계의 위치 결정 정밀도가 양호한 것으로 됨과 함께, 구조도 간단하고 또한 견고한 것으로 된다.
즉, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 지지 플레이트(6)는 투광측 기판으로서 기능하는 영역(도면중 우측 영역)과 수광측 기판으로서 기능하는 영역(도면중 좌측 영역)을 갖는다. 투광측 기판으로서 기능하는 영역에는 발광부나 투광용 광학 계를 구성하는 부품(발광 소자 기판(18), 투광 렌즈(19), 렌즈 홀더(20) 등)이 실장되고, 투광용 커버(4)가 그 위에 씌워진다. 수광측 기판으로서 기능하는 영역에는, 수광용 광학계나 수광 소자를 구성하는 부품(수광 렌즈(21), 반사경(23), 수광 소자 조립체(24) 등)이 실장되고, 그 위에 수광용 커버(5)가 씌워진다.
지지 플레이트(6)상에서, 투광 기판 영역과 수광 기판 영역의 경계에는 노치(11)가 형성되어 있다. 이 노치(11)는 비스듬히 상방에서 측정점(광 조사점)을 면하는 위치에 형성되어 있고, 측정점을 카메라 등으로 감시할 때에 조명광을 측정점에 닿을 수 있도록 되어 있다. 또한, 도 1 내지 도 5에서 7은 전기 코드, 8은 플러그, 12 내지 15는 부착구멍이다.
이와 같은 구성에 의하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 디스펜서의 직선형상 노즐(26)을 상하로 관통시켜서 빈 곳(17) 내에 배치함에 의해, 노즐(26)을 분사 예정 위치에 둔 채로, 노즐 선단과 거의 그 바로 아래의 계측 대상물(유리판(27))의 표면의 갭을 계측할 수 있기 때문에, 센서 헤드에 의한 측정점은, 디스펜서 노즐(26)의 선단의 거의 바로 아래에 위치하는 것으로 되기 때문에, 디스펜서를 사용한 접착제 도포 공정에 적용한 경우, 디스펜서 노즐(26)로서 직선형상의 것을 사용하면서도, 노즐 선단과 유리판(27)의 갭을 정확하게 측정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 특히 이 예에서는, 투광창 형성면(4a)과 수광창 형성면(5a)이 대칭적으로 경사하고 있기 때문에, 노즐(26)과 유리판(27)이 근접한 경우에도, 교차각이 넓기 때문에 대상이 되는 갭(G)을 고정밀도로 측정할 수 있는 이점도 있다.
또한, 이상의 실시 형태에서, 발광 소자로서는 레이저 다이오드(LD), 발광 다이오드(LED) 등을 사용할 수 있다. 또한, 수광 소자로서는 1차원 또는 2차원 CMOS 이미지 센서, 1차원 또는 2차원 CCD, PSD 등을 사용할 수 있다. 또한, 투광의 단면(斷面) 형상은 점상(点狀)이라도 선상(線狀)이라도 좋다.
또한, 본 발명의 센서 헤드(1)는, 그 성질상 정확하게 노즐(26)의 바로 아래의 위치를 측정점으로 할 수도 있지만, 실제의 접착제 도포 작업에서는, 노즐(26)의 바로 아래보다 약간 측방으로 어긋난 위치를 측정점으로 하는 것이 바람직하다. 그와 같이 하면, 사출된 접착제에 의한 갭의 오측정(誤測定)을 회피할 수 있다.
산업상의 이용 가능성
본 발명에 의하면, 센서 헤드에 의한 측정점은, 디스펜서 노즐 선단의 거의 바로 아래에 위치하는 것으로 되기 때문에, 디스펜서를 사용한 접착제 도포 공정에 적용한 경우, 디스펜서 노즐로서 직선 형상의 것을 사용하면서도, 노즐 선단과 유리판의 갭을 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 센서 헤드에 의한 측정점은, 디스펜서 노즐 선단의 거의 바로 아래에 위치하게 되므로, 디스펜서를 사용한 접착제 도포 공정에 적용한 경우, 디스펜서 노즐로서 직선형상의 것을 사용하면서도, 노즐 선단과 유리판의 갭을 정확하게 측정할 수 있다.

Claims (5)

  1. 광원이 되는 발광부와, 발광부로부터의 광을 계측 대상물에 대해 경사시킨 투광 광축에 따라 조사하는 투광용 광학계와, 계측 대상물로부터의 반사광을 투광 광축의 경사 방위와 반대측의 방위로 대칭적으로 경사시킨 수광 광축에 따라 받아들이는 수광용 광학계와, 수광용 광학계를 통하여 받아들여진 반사광을 수광하여 광전 변환하는 수광 소자를 케이스에 수용하여 이루어지고,
    상기 케이스는,
    발광부와 투광용 광학계를 수용하며, 또한 투광창이 개설된 투광측 블록과,
    수광용 광학계와 수광 소자를 수용하며, 또한 수광창이 개설된 수광측 블록과,
    투광측 블록과 수광측 블록을 일체적으로 결합하는 결합 부재를 가지며,
    또한, 투광측 블록과 수광측 블록 사이에서, 계측 대상물상의 광 조사점의 거의 바로 위에 상당하는 위치에는, 상하 방향으로 연통하는 빈 곳이 마련되어 있고,
    그것에 의해, 이 빈 곳 내에, 디스펜서의 직선형상 노즐을 상하로 관통시켜서 배치함에 의해, 노즐 선단과 거의 그 바로 아래의 계측 대상물의 표면의 갭을 계측 가능하게 되며,
    상기 투광측 블록은, 발광부나 투광용 광학계를 구성하는 부품이 실장되는 투광측 기판과, 이 투광측 기판에 실장된 부품을 포위하며, 또한 투광창이 개설된 투광측 커버로 이루어지고,
    상기 수광용 블록은, 수광용 광학계나 수광 소자를 구성하는 부품이 실장되는 수광측 기판과, 이 수광측 기판에 실장된 부품을 포위하며, 또한 수광창이 개설된 수광측 커버로 이루어지고,
    또한, 투광측 기판과 결합 부재와 수광측 기판은 1장의 평판형상 지지 플레이트에 겸용되어 있으며,
    상기 지지 플레이트에는, 상기 빈 곳과 인접하는 위치에, 피측정 대상물상의 광 조사점을 면하는 창으로서 기능하는 노치부가 형성되어 있고,
    상기 지지 플레이트와 반대측의 영역은 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 변위 센서의 센서 헤드.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    지지 플레이트에는, 디스펜서에 부착하기 위한 부착구가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 변위 센서의 센서 헤드.
  5. 제 1항에 있어서,
    투광창의 개설면과 수광창의 개설면은 서로 대칭적으로 경사하는 경사면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 변위 센서의 센서 헤드.
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