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技術 ロボット、ロボットの制御装置、及び、ロボットの位置教示方法

出願人 川崎重工業株式会社
発明者 後藤博彦吉田哲也丹治彦藤森一夫山下雄大住友雅彦
出願日 2016年9月28日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2016-189149
公開日 2018年4月5日 (2年9ヶ月経過) 公開番号 2018-051671
状態 特許登録済
技術分野 マニプレータ 数値制御
主要キーワード アーム回動軸 中央ガイド 制御指令生成 上下表示 位置操作 左ガイド 上下ガイド リピートモード
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

オペレータの技量不足の場合であっても、ロボットハンドの位置を簡単且つ正確に教示することを目的とする。

解決手段

ロボット1の制御装置7は、カメラにより撮影された、教示対象となる基板目標位置に配置された教示用基板W、及び、ハンドの基板載置部の画像データを取得する画像データ取得部(73)と、画像データにおいてハンドの基板載置部に仮想的に配置された仮想基板VWの情報を生成する仮想基板情報生成部(75)と、操作されることにより当該操作に応じた操作情報を生成する操作部(8a)と、教示用基板W及び仮想基板VWの画像を画面に表示する画面表示部(8b)と、操作情報に従って、ロボットアームの動作を制御するロボット動作制御部(71)と、仮想基板VWが教示用基板Wと一致したときのハンドの位置を教示データとして記憶する教示データ記録部(77)と、を備える。

概要

背景

半導体装置および液晶装置の分野では、装置の複雑化および搬送物巨大化に起因して、ロボットの教示が益々難しくなっている。正確な位置をロボットに教示することは、ロボットの信頼性にとって、極めて重要なことである。このような状況の中で、ロボットの教示に対するオペレータの技量不足に起因する教示ミスは、深刻な問題である。

従来は、オペレータがロボットを見ながら、教示用可搬型操作端末ティーチングペンダント)を使用してロボットを遠隔操作することにより、動作を教示する方法がある。また、特許文献1には、基板搬送ロボット基準位置教示作業において、非常に大きな基板を扱う場合でも作業者能力によるバラつきを改善し、作業時間を減少することができる方法が開示されている。この方法では、ティーチングボックスによって基板搬送ロボットを寸動操作して、ハンドの先端に設けられたカメラ撮像した映像モニタで確認しながらハンド部材の進行方向の位置が最適な位置となるように教示する。

概要

オペレータの技量不足の場合であっても、ロボットにハンドの位置を簡単且つ正確に教示することを目的とする。ロボット1の制御装置7は、カメラにより撮影された、教示対象となる基板の目標位置に配置された教示用基板W、及び、ハンドの基板載置部の画像データを取得する画像データ取得部(73)と、画像データにおいてハンドの基板載置部に仮想的に配置された仮想基板VWの情報を生成する仮想基板情報生成部(75)と、操作されることにより当該操作に応じた操作情報を生成する操作部(8a)と、教示用基板W及び仮想基板VWの画像を画面に表示する画面表示部(8b)と、操作情報に従って、ロボットアームの動作を制御するロボット動作制御部(71)と、仮想基板VWが教示用基板Wと一致したときのハンドの位置を教示データとして記憶する教示データ記録部(77)と、を備える。

目的

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、オペレータの技量不足の場合であっても、ロボットにハンドの位置を簡単且つ正確に教示することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

基板を載置すべき基板の目標位置に基板を搬送するロボットであって、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に取り付けられたハンドと、前記ハンドの基板が載置される基板載置部を撮影するように当該基板載置部以外の部分に固定して取り付けられたカメラと、前記カメラにより撮影された、教示対象となる基板の目標位置に配置された教示用基板、及び、前記ハンドの基板載置部の画像データを取得する画像データ取得部と、前記画像データにおいて前記ハンドの基板載置部に仮想的に配置された仮想基板の情報を生成する仮想基板情報生成部と、操作されることにより当該操作に応じた操作情報を生成する操作部と、前記教示用基板及び前記仮想基板の画像を画面に表示する画面表示部と、前記操作部で生成される操作情報に従って、前記ロボットアームの動作を制御するロボット動作制御部と、前記仮想基板が前記教示用基板と一致したときのハンドの位置を教示データとして記憶する教示データ記録部と、を備える、ロボット。

請求項2

前記カメラは、前記ハンドの基端部に固定して取り付けられる、請求項1に記載のロボット。

請求項3

前記カメラの画像データに基づいて前記基板載置部から前記教示用基板までの距離情報を算出する距離情報算出部を更に備え、前記画面表示部は、前記基板載置部から前記教示用基板までの距離情報に基づいて、前記仮想基板が前記教示用基板と一致するようにハンドの位置をガイドする操作ガイドを画面に表示する、請求項1に記載のロボット。

請求項4

前記距離情報算出部は、前記仮想基板の画像と前記教示用基板の画像とをパターンマッチングすることにより、前記基板載置部から前記教示用基板までの距離情報を算出する、請求項3に記載のロボット。

請求項5

前記操作ガイドは、前記ハンドの上下方向の位置をガイドする上下ガイド部と、前記ハンドの左右方向の位置をガイドする左右ガイド部と、前記ハンドの前後方向の位置をガイドする前後ガイド部と、を含む、請求項3又は4に記載のロボット。

請求項6

前記画面表示部は、前記画面に表示された前記上下ガイド部、前記左右方向ガイド部、又は、前記前後方向ガイド部のいずれかに触れることによって、前記ハンドの上下方向の位置、左右方向の位置、又は、前後方向の位置の入力操作を行うことができるタッチパネルを更に備える、請求項5に記載のロボット。

請求項7

前記操作ガイドは、前記仮想基板が前記教示用基板と一致する方向を、前記ハンドが向いている場合は一の色で表示され、そうでない場合はその他の色で表示される、請求項3乃至6のいずれか一項に記載のロボット。

請求項8

前記操作部及び前記表示部は、可搬型操作端末実装される、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のロボット。

請求項9

ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に取り付けられハンドと、前記ハンドの基板が載置される基板載置部を撮影するように当該基板載置部以外の部分に固定して取り付けられたカメラと、を備え、基板を載置すべき基板の目標位置に基板を搬送するロボットの制御装置であって、前記カメラにより撮影された、教示対象となる基板の目標位置に配置された教示用基板、及び、前記ハンドの基板載置部の画像データを取得する画像データ取得部と、前記画像データにおいて前記ハンドの基板載置部に仮想的に配置された仮想基板の情報を生成する仮想基板情報生成部と、操作されることにより当該操作に応じた操作情報を生成する操作部と、前記教示用基板及び前記仮想基板の画像を画面に表示する画面表示部と、前記操作情報に従って、前記ロボットアームの動作を制御するロボット動作制御部と、前記仮想基板が前記教示用基板と一致したときのハンドの位置を教示データとして記憶する教示データ記録部と、を備える、ロボットの制御装置。

請求項10

基板を載置すべき基板の目標位置に基板を搬送するロボットのハンドの位置を教示するロボットの位置教示方法であって、教示対象となる基板の目標位置に教示用基板を配置するステップと、前記ハンドの基板が載置される基板載置部を撮影するように当該基板載置部以外の部分にカメラを固定して取り付けるステップと、前記教示用基板、及び、前記ハンドの基板載置部を、前記カメラにより撮影可能な所定の位置に前記ロボットを移動させるステップと、前記カメラにより、前記教示用基板、及び、前記ハンドの基板載置部を撮影するステップと、前記カメラにより、撮影された画像データにおいて前記ハンドの基板載置部に仮想的に配置された仮想基板の情報を生成するステップと、操作部により、操作を受け付けて、当該操作に応じた操作情報を生成するステップと、画面表示部により、前記教示用基板及び前記仮想基板の画像を画面に表示するステップと、前記操作情報に従って、前記ロボットアームの動作を制御するステップと、前記仮想基板が前記教示用基板と一致したときのハンドの位置を、教示データとして記憶部に記憶するステップと、を含む、ロボットの位置教示方法。

技術分野

0001

本発明は、ロボット、ロボットの制御装置、及び、ロボットの位置教示方法に関する。

背景技術

0002

半導体装置および液晶装置の分野では、装置の複雑化および搬送物巨大化に起因して、ロボットの教示が益々難しくなっている。正確な位置をロボットに教示することは、ロボットの信頼性にとって、極めて重要なことである。このような状況の中で、ロボットの教示に対するオペレータの技量不足に起因する教示ミスは、深刻な問題である。

0003

従来は、オペレータがロボットを見ながら、教示用可搬型操作端末ティーチングペンダント)を使用してロボットを遠隔操作することにより、動作を教示する方法がある。また、特許文献1には、基板搬送ロボット基準位置教示作業において、非常に大きな基板を扱う場合でも作業者能力によるバラつきを改善し、作業時間を減少することができる方法が開示されている。この方法では、ティーチングボックスによって基板搬送ロボットを寸動操作して、ハンドの先端に設けられたカメラ撮像した映像モニタで確認しながらハンド部材の進行方向の位置が最適な位置となるように教示する。

先行技術

0004

特開2007−88110号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、従来の方法のように、ロボットを遠隔操作する場合、オペレータは半導体装置の外側からしか内部に設置されたロボットを見ることができない。このため、オペレータは装置を斜めや真上からから見ることにより、ロボットと目標位置との距離を確認しなければならず作業が煩雑であった。また、特許文献1のように、単にカメラの映像をモニタで確認する方法では、ロボットの教示に対するオペレータの技量不足に起因する教示ミスが起こり得るという課題があった。

0006

そこで、本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、オペレータの技量不足の場合であっても、ロボットにハンドの位置を簡単且つ正確に教示することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記の課題を解決するために、本発明のある態様に係るロボットは、基板を載置すべき基板の目標位置に基板を搬送するロボットであって、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に取り付けられたハンドと、前記ハンドの基板が載置される基板載置部を撮影するように当該基板載置部以外の部分に固定して取り付けられたカメラと、前記カメラにより撮影された、教示対象となる基板の目標位置に配置された教示用基板、及び、前記ハンドの基板載置部の画像データを取得する画像データ取得部と、前記画像データにおいて前記ハンドの基板載置部に仮想的に配置された仮想基板の情報を生成する仮想基板情報生成部と、操作されることにより当該操作に応じた操作情報を生成する操作部と、前記教示用基板及び前記仮想基板の画像を画面に表示する画面表示部と、前記操作部で生成される操作情報に従って、前記ロボットアームの動作を制御するロボット動作制御部と、前記仮想基板が前記教示用基板と一致したときのハンドの位置を教示データとして記憶する教示データ記録部と、を備える。

0008

上記構成によれば、画面表示部によって、教示対象となる基板の目標位置に配置された教示用基板とともにハンドの基板載置部に生成された仮想基板が画面に表示されるので、オペレータは、画面を見ながら操作部を操作することにより、仮想基板を教示用基板に一致させるようにロボットアームの動作を制御することができる。このときのハンドの位置を教示データとして記憶することにより、ロボットに目標位置に応じたハンドの位置を教示することができる。これにより、オペレータの技量不足の場合であっても、ロボットにハンドの位置を簡単且つ正確に教示することができる。ここで「教示データとして記憶する」とは、例えばロボットコントローラにおいて、動作プログラム等の再生可能な情報としてハンドの位置を記憶(登録)することを意味する。尚、カメラは、ハンドの基端部に固定して取り付けられてもよい。

0009

前記カメラの画像データに基づいて前記基板載置部から前記教示用基板までの距離情報を算出する距離情報算出部を更に備え、前記画面表示部は、前記基板載置部から前記教示用基板までの距離情報に基づいて、前記仮想基板が前記教示用基板と一致するようにハンドの位置をガイドする操作ガイドを画面に表示してもよい。

0010

上記構成によれば、仮想基板が教示用基板と一致するようにハンドの位置をガイドする操作ガイドが画面に表示されるので、オペレータは、容易に操作できる。

0011

前記距離情報算出部は、前記仮想基板の画像と前記教示用基板の画像とをパターンマッチングすることにより、前記基板載置部から前記教示用基板までの距離情報を算出してもよい。

0012

前記操作ガイドは、前記ハンドの上下方向の位置をガイドする上下ガイド部と、前記ハンドの左右方向の位置をガイドする左右ガイド部と、前記ハンドの前後方向の位置をガイドする前後ガイド部と、を含んでもよい。

0013

上記構成によれば、オペレータは、上下方向、前後方向、及び、左右方向のハンドの位置操作がより容易になる。

0014

前記画面表示部は、前記画面に表示された前記上下ガイド部、前記左右方向ガイド部、又は、前記前後方向ガイド部のいずれかに触れることによって、前記ハンドの上下方向の位置、左右方向の位置、又は、前後方向の位置の入力操作を行うことができるタッチパネルを更に備えてもよい。

0015

上記構成によれば、オペレータは、画面に表示された各ガイド部に触れることにより、ハンドの位置の入力操作ができる。操作が容易になる。

0016

前記操作ガイドは、前記仮想基板が前記教示用基板と一致する方向を、前記ハンドが向いている場合は一の色で表示され、そうでない場合はその他の色で表示されてもよい。

0017

上記構成によれば、オペレータは、画面の色で教示状況が正しいか否かを判断できるので、ハンドの位置操作がより容易になる。

0018

前記操作部及び前記表示部は、可搬型操作端末に実装されてもよい。

0019

本発明のその他の態様に係るロボットの制御装置は、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に取り付けられハンドと、前記ハンドの基板が載置される基板載置部を撮影するように当該基板載置部以外の部分に固定して取り付けられたカメラと、を備え、基板を載置すべき基板の目標位置に基板を搬送するロボットの制御装置であって、前記カメラにより撮影された、教示対象となる基板の目標位置に配置された教示用基板、及び、前記ハンドの基板載置部の画像データを取得する画像データ取得部と、前記画像データにおいて前記ハンドの基板載置部に仮想的に配置された仮想基板の情報を生成する仮想基板情報生成部と、操作されることにより当該操作に応じた操作情報を生成する操作部と、前記基板及び前記仮想基板の画像を画面に表示する画面表示部と、前記操作情報に従って、前記ロボットアームの動作を制御するロボット動作制御部と、前記仮想基板が前記教示用基板と一致したときのハンドの位置を教示データとして記憶する教示データ記録部と、を備える。

0020

本発明のその他の態様に係るロボットの位置教示方法は、基板を載置すべき基板の目標位置に基板を搬送するロボットのハンドの位置を教示するロボットの位置教示方法であって、教示対象となる基板の目標位置に教示用基板を配置するステップと、前記ハンドの基板が載置される基板載置部を撮影するように当該基板載置部以外の部分にカメラを固定して取り付けるステップと、前記教示用基板、及び、前記ハンドの基板載置部を、前記カメラにより撮影可能な所定の位置に前記ロボットを移動させるステップと、前記カメラにより、前記教示用基板、及び、前記ハンドの基板載置部を撮影するステップと、前記カメラにより、撮影された画像データにおいて前記ハンドの基板載置部に仮想的に配置された仮想基板の情報を生成するステップと、操作部により、操作を受け付けて、当該操作に応じた操作情報を生成するステップと、画面表示部により、前記教示用基板及び前記仮想基板の画像を画面に表示するステップと、前記操作情報に従って、前記ロボットアームの動作を制御するステップと、前記仮想基板が前記教示用基板と一致したときのハンドの位置を、教示データとして記憶部に記憶するステップと、を含む。

発明の効果

0021

本発明によれば、オペレータの技量不足の場合であっても、ロボットにハンドの位置を簡単且つ正確に教示することを目的とする。

図面の簡単な説明

0022

図1は、本発明の実施形態に係るロボットを備える半導体処理設備の構成を概略的に示す斜視図である。
図2は、ロボット及びフープの構成を概略的に示す平面図である。
図3は、ロボットの内部機構の構成を概略的に示す図である。
図4は、ロボットの制御装置の構成を示すブロック図である。
図5は、ロボットの動作の一例を示すフローチャートである。
図6は、カメラで撮影された画像の第1の例である。
図7は、カメラで撮影された画像の第2の例である。
図8は、カメラで撮影された画像の第3の例である。
図9は、カメラで撮影された画像の第4の例である。
図10は、カメラで撮影された画像の第5の例である。

実施例

0023

本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

0024

(実施形態)
[半導体処理設備]
図1は、本発明の実施形態に係るロボットを備える半導体処理設備を示す斜視図である。半導体処理設備100は半導体ウェハを処理するための設備である。半導体ウェハとして、シリコンウェハサファイヤ単結晶アルミナウェハ、その他の各種のウェハが例示される。また、ガラスウェハとしては、例えば、FPD(Flat Panel Display)用ガラス基板MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)用ガラス基板が例示される。半導体処理設備100は、たとえばSEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)規格によって、予め規定される。この場合、後述のフープ101はSEMI規格の使用に従う。半導体処理設備100の構成はSEMI規格外の構成であってもよい。

0025

処理前および処理後の半導体ウェハ(以下、単に基板ともいう)Wは、Front Opening Unified Pod(FOUP)と呼ばれる容器(以下、「フープ」と呼ぶ)101に収容される。フープ101は、極所クリーン化技術に関し、クリーン環境におけるミニエンバイロメント基板容器である。3つのフープ101には複数の基板Wが収容される。フープ101に収容される各基板Wは、水平な状態で、上下方向Zに等間隔を空けて配置される。フープ101は、基台102の上に略箱状に形成され、一方に開放される。半導体処理設備100は、基板Wを処理する基板処理装置110を含んでいる。基板Wに対する処理としては、熱処理不純物導入処理薄膜形成処理リソグラフィ処理洗浄処理および平坦化処理などのプロセス処理が想定される。基板Wは、フープ101と基板処理装置110との間をロボット1により搬送される。

0026

[ロボット]
図2は、本発明の実施形態に係るロボット及び基板が収納されるフープの構成を概略的に示す平面図である。フープ101は断面を示している。図2に示すように、フープ101は、互いに対向する一対の側壁101aと、側壁101aに設けられた複数対の基板支持部101dを備えている。基板支持部101dは、複数の基板Wが水平姿勢で且つ上下方向に間隔をあけて並ぶように複数の基板Wの端部を支持する。そして、フープ101の前面は開放された前面開口101eを構成している。

0027

ロボット1は、この前面開口101eを通じて基板Wをフープ101から搬出し、また、基板Wをフープ101に搬入する。即ち、ロボット1は、基板Wを載置すべき基板の目標位置Tに基板Wを搬送するロボットであって、ハンド2により、フープ101からの基板Wの取り出し及びフープ101への基板Wの収納を行う。図2に示すように、例えば、鉛直方向から見て基板支持部101dに支持される教示対象となる基板Wの中心が基板Wの目標位置Tを構成するがこれに限られるものではない。この目標位置Tとは、ロボット1の後述する制御部が、教示用の基板Wと後述する仮想基板が一致したときのハンドの位置を教示データとして記憶することによって、ロボット1による基板Wのフープ150からの搬出又は基板Wのフープ101への搬入を可能にする位置である。ロボット1のハンド2の基端側のリスト(基端部)2aにはカメラ3が固定して取付けられている。本実施形態ではカメラ3は、ブレード2bを固定して撮影できる位置としてリスト2aに取付けられるが、ハンド2のブレード2b以外の部分に固定して取り付けられてもよい。カメラ3はCCD(Charge Coupled Device)カメラ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)カメラなどにより構成される。ブレード2bはハンド2の『基板載置部』に相当し、基板Wが載置される部分である。

0028

以下では、ロボット1の後述する回動軸線L1の延在方向をz方向又は上下方向といい、z方向に直交する方向をx方向又は左右方向といい、z方向及びx方向に直交する方向をy方向又は前後方向という。本実施の形態において、x方向は、ロボット1からフープ101に向かう方向及びこれと反対方向に設定されている。

0029

図3は、ロボット1の内部機構の構成を概略的に示す図である。図3に示すように、ロボット1は、基台10と、下アーム20と、上アーム30と、ハンド2と、ハンド2に取付けられたカメラ3と、ロボット1の動作を制御する制御装置7を備えている。下アーム20,上アーム30及びハンド2がロボットアーム4を構成する。

0030

基台10は、例えば、中空円筒状部材である。基台10の内部には、サーボモータを含む下アーム駆動部15及び制御装置7が配設されている。下アーム駆動部15は、下アーム回動用主働ギヤ16を備えている。

0031

また、ロボット1は、昇降機構(図示せず)を備えている。昇降機構は、例えば周知のボールねじ機構(図示せず)及びこれを駆動するエンコーダ付きのサーボモータ(図示せず)を備え、当該ボールねじ機構によって、下アーム回動軸21及び下アーム駆動部15が設置された可動体(図示せず)をz方向に昇降させることによって、下アーム20,上アーム30及びハンド2を一体的にz方向に昇降させる。これによって、ハンド2を上昇位置と下降位置との間で昇降させることができる。下降位置の高さ位置は、フープ101の基台102の高さ位置よりも下方に設定されている。また、上昇位置の高さ位置は、最上段の基板支持部101dの高さ位置よりも上方に設定されている。

0032

下アーム20は、例えば、中空の板状部材であり、平面視において大略短冊状に形成されている。図3に示すように、下アーム20は、その基端部の底面から下方に突出するように下アーム回動軸21が形成されている。そして、下アーム回動軸21は、z方向に延びる回動軸線L1を中心に回動可能に基台10に取り付けられている。従って、下アーム20は、xy平面において回動するように構成されている。なお、本実施の形態において、回動軸線L1がxy平面上における基準点Oを構成する。

0033

下アーム回動軸21の下端部には、下アーム回動用従動ギヤ22が固定されている。この下アーム回動用従動ギヤ22は、基台10の下アーム回動用主働ギヤ16と同じ高さ位置に位置するよう設けられ、この下アーム回動用主働ギヤ16と歯合している。下アーム20は、その内部にサーボモータを含む上アーム駆動部25が配設されている。上アーム駆動部25は、上アーム回動用主働ギヤ26を備えている。

0034

そして、下アーム20の基台10に対する回動軸線L1周りの相対的な角度位置は、下アーム駆動部15のサーボモータのエンコーダによって検出される。

0035

上アーム30は、例えば、中空の板状部材であり、平面視において大略短冊状に形成されている。図3に示すように、上アーム30は、その基端部の底面から下方に突出するように上アーム回動軸31が設けられている。そして、上アーム回動軸31は、回動軸線L1と平行に延びる回動軸線L2を中心に回動可能に下アーム20に取り付けられている。従って、上アーム30は、xy平面上を回動するように構成されている。

0036

上アーム回動軸31の下端部には、上アーム回動用従動ギヤ32が固定されている。この上アーム回動用従動ギヤ32は、下アーム20の上アーム回動用主働ギヤ26と同じ高さ位置に位置するよう設けられ、この上アーム回動用主働ギヤ26と歯合している。上アーム30は、その内部にサーボモータを含むハンド駆動部35が配設されている。ハンド駆動部35は、ハンド回動用主働ギヤ36を備えている。

0037

そして、上アーム30の下アーム20に対する回動軸線L2周りの相対的な角度位置は、上アーム駆動部25のサーボモータのエンコーダによって検出される。

0038

ハンド2は、ハンド2の基端側に形成されたリスト2aと、ハンド2の先端側に形成されたブレード2bとを含む。リスト2aとブレード2bとは連続して形成されている。

0039

リスト2aは、その基端部の底面から下方に突出するように形成されたハンド回動軸41を有している。そして、ハンド回動軸41は、回動軸線L1,L2と平行に延びる回動軸線L3を中心に回動可能にハンド2に取り付けられている。従って、ハンド2は、xy平面において回動するように構成されている。

0040

ハンド回動軸41の下端部には、ハンド回動用従動ギヤ42が固定されている。このハンド回動用従動ギヤ42は、ハンド回動用主働ギヤ36と同じ高さ位置に位置するよう設けられ、このハンド回動用主働ギヤ36と歯合している。

0041

そして、ハンド2の上アーム30に対する回動軸線L3周りの相対的な角度位置は、ハンド駆動部35のサーボモータのエンコーダによって検出される。

0042

そして、上記下アーム駆動部15及び上アーム駆動部25がアーム駆動部を構成する。アーム駆動部は、その駆動によって、下アーム20及び上アーム30を駆動し、ハンド2をxy平面において移動させる。

0043

リスト2aは、その基端部の上面に取り付けられたカメラ3を有している。カメラ3は、基板Wを載置するブレード2bを撮像可能な方向に取付けられる。ブレード2bは、例えば薄板状に形成されている。このブレード2bの上面がハンド2の「基板載置部」を相当し、基板Wはブレード2bにより保持される。カメラ3は、ハンド2のブレード2bの回動軸線L3上に取付けられる。

0044

[制御装置]
図4は、ロボット1の制御装置7の構成を示すブロック図である。制御装置7は、例えば、CPU等の演算器を有する制御部70と、サーボ制御部71と、ROM及びRAM等のメモリを有する記憶部72と、インターフェース部(図示せず)を備えている。制御装置7は、集中制御する単独の制御装置で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御する複数の制御装置で構成されてもよい。本実施形態では、制御装置7は、操作部8b及び表示部8aを有する可搬型操作端末(以下、ティーチングペンダントともいう)8とインターフェース部(図示せず)を介して接続される。ティーチングペンダント8は、ケーブルを介して半導体処理設備100(図1参照)の外側に配置される。操作部8bは、教示モードにおいてロボット1を操作する操作キー、及び、教示の開始、終了、停止及びレコード指令するための操作キーを含む。制御装置7は、操作部8bを介して操作情報や各種指令が入力され、各種指令値演算結果の他、カメラ3の映像等を表示部8aに出力するように構成されている。オペレータは、半導体処理設備100の外側から、ティーチングペンダント8で、ロボット1を遠隔操作することにより教示作業を行う。

0045

制御部70は、カメラコントローラ73と、距離情報算出部74、仮想基板情報生成部75、制御指令生成部76、及び、教示データ記録部77を含む。これらの機能部(73〜77)は、記憶部72に格納された所定の制御プログラムを制御部70が実行することにより実現される機能ブロックである。

0046

カメラコントローラ73は、インターフェース部(図示せず)を介して、カメラ3を制御する。すなわち、カメラ3に撮影指令を出力する。撮像タイミングの調整、又は、カメラ3の位置および姿勢を変更してもよい。本実施形態では、カメラ3は、ハンド2のブレード2bを撮影可能な位置及び姿勢で固定して取り付けられている。カメラコントローラ73は、カメラ3によって撮影されたカメラ画像を取得し、これを記憶部72に記憶する。

0047

距離情報算出部74は、カメラ3により撮影されたカメラ画像に基づいてハンド2のブレード2b(基板載置部)から教示対象となる基板Wまでの距離情報を算出する。距離情報算出部74は、すなわち、記憶部72に記憶されたカメラ画像に基づき、距離情報を算出する。

0048

仮想基板情報生成部75は、画像データにおいてハンド2のブレード2bに仮想的に配置された仮想基板VWの情報を生成する。仮想基板VWを生成するための情報は、予め、記憶部72に記憶されている。生成された仮想基板VWの情報は、ハンド2のブレード2bに載置されるように表示部8aによって画面表示される。

0049

制御指令生成部76は、オペレータの操作に応じて操作部8bで生成される操作情報に従って、ロボットアーム4の動作を制御するように構成される。具体的には、操作情報に応じて各駆動部15,25,35,19のサーボモータの位置指令値を生成する。制御指令生成部76は、生成した位置指令値とエンコーダの検出値実際値)の偏差に基づいて速度指令値を生成する。そして、生成した速度指令値と速度現在値の偏差に基づいてトルク指令値電流指令値)を生成し、生成した電流指令値と電流センサとの偏差の検出値(実際値)に基づいて制御指令を生成し、サーボ制御部71に出力する。

0050

サーボ制御部71は、与えられる制御指令に基づいて電流を発生し、発生した電流を、各駆動部15,25,35,19のサーボモータに流し、ロボット1を動作させる。サーボ制御部71は、下アーム駆動部15を制御し、xy平面において下アーム20を回動させ、上アーム駆動部25を制御し、xy平面において上アーム30を回動させる。また、ハンド駆動部35を制御し、xy平面においてハンド2を回動させる。サーボ制御部71は、昇降機構駆動部19を制御し、下アーム20,上アーム30及びハンド2を一体的にz方向に昇降させる。

0051

教示データ記録部77は、教示対象となる基板Wの表面の座標と仮想基板VWの表面の座標が一致したときのハンド2の位置を教示データとして記憶部72に記憶する。本実施形態では、教示データ記録部77は、各駆動部15,25,35,19のサーボモータの位置指令値として記憶部72に記憶する。

0052

記憶部72には所定の動作プログラムが記憶されていて、制御部70がこれらの動作プログラムを読み出して実行することにより、ロボット1の動作が制御される。
所定の動作プログラムとは、ロボット1のハンド2を所定の位置に移動させる命令である。そして、記憶部72には、上述した通り、仮想基板VWを生成するための情報として、基板Wの形状、直径、材料、重量等の各種情報が記憶されている。

0053

[動作例]
次に、ロボット1に教示対象となる基板Wの目標位置Tを教示する際のロボット1の動作例を説明する。図5はロボット1の動作の一例を示すフローチャートである。図6図10は、カメラ3で撮影された画像を示している。本実施形態の教示対象は、ロボット1から見て右端に位置するフープ101の上から14段目に載置された基板Wに対応するハンド2の位置である。この基板Wの中心が目標位置Tに一致している。以下では、教示対象となる基板を教示用基板Wと呼ぶ。

0054

まず、制御部70は、ロボット1を初期位置に移動させる(図5のステップS1)。具体的には、制御指令生成部76は、ロボットの動作プログラムに従って、各駆動部15,25,35,19のサーボモータの位置指令値を生成し、制御指令を出力する。サーボ制御部71は、与えられる制御指令に基づいて、各駆動部15,25,35,19を制御して、初期位置にロボット1を動作させる。初期位置とは、カメラ3により、教示用基板W、及び、ハンド2のブレード2bを含む空間Sを撮影可能な位置である。本実施形態では、初期位置までの経路は、予め、動作プログラムとして、記憶部72に記憶されているが、ティーチングペンダント8によって、操作部8bを操作することにより、操作情報に従って、ロボット1を初期位置まで移動させてもよい。

0055

次に、カメラ3により、基板W、及び、ハンド2のブレード2bを含む空間Sを撮影する(図5のステップS2)。カメラコントローラ73は、カメラ3によって撮影されたカメラ画像を記憶部72に記憶する。

0056

次に、仮想基板情報生成部75は、記憶部72に予め記憶された基板Wの形状等の情報に基づいて、画像データにおいてハンド2のブレード2bに仮想的に配置された仮想基板VWの情報を生成する(図5のステップS3)。このとき、距離情報算出部74は、カメラ3により撮影されたカメラ画像に基づいてハンド2のブレード2b(基板載置部)から教示用基板Wまでの距離情報を算出する。本実施形態では、距離情報算出部74は、仮想基板VWの画像と教示用基板Wの画像とをパターンマッチングすることにより、ブレード2bから教示用基板Wまでの距離情報を算出する。

0057

次に、表示部8aは、カメラ3により撮影された撮影空間Sの画像を表示する(図5のステップS4)。図6は、表示部8aで表示されたカメラ映像を示している。図6に示すように、フープ101に収納された教示用基板Wと、ハンド2のブレード2bに仮想的に載置された仮想基板VWと、操作ガイド9が画面に表示される。制御部70は、ブレード2bから教示用基板Wまでの距離情報に基づいて、仮想基板VWが教示用基板Wと一致するようにハンド2の位置をガイドするように操作ガイド9を、表示部8aによって画面に表示させる。

0058

操作ガイド9は、上ガイド部9U、下ガイド部9D、左ガイド部9L、右ガイド部9R、前ガイド部9F、後ガイド部9B、上下表示部9S、および、中央ガイド部9Cを含んでいる。上ガイド部9U及び下ガイド部9Dは、画面の右端に表示され、ハンド2の上方向及び下方向の位置をガイドする。上ガイド部9Uは上方向を向いた矢印で構成され、下ガイド部9Dは下方向を向いた矢印で構成される。

0059

左ガイド部9L及び右ガイド部9Rは、画面中央のブレード2b上の仮想基板VWの左側及び右側に表示され、ハンド2の左右方向の位置をガイドする。左ガイド部9Lは左方向を向いた矢印で構成され、右ガイド部9Rは右方向を向いた矢印で構成される。

0060

前ガイド部9F及び後ガイド部9Bは、画面中央のブレード2b上の仮想基板VWの前方側及び後方側に表示され、ハンド2の前後方向の位置をガイドする。前ガイド部9Fは前方向を向いた矢印で構成され、後ガイド部9Bは後方向を向いた矢印で構成される。上下表示部9Sは、画面の右端に位置する上ガイド部9Uと下ガイド部9Dの間に表示され、ハンド2の上下方向(Z)の現在の位置を示している。中央ガイド部9Cは、ハンド2の中心軸を通る矩形状を有し、画面中央のブレード2b上の仮想基板VWと前ガイド部9Fの間に表示される。

0061

尚、操作ガイド9は、ハンドが正しい方向を向いている場合は例えば緑色(図では斜線)で表示され、そうでない場合は赤色(図では黒塗り)で表示される。ここで正しい方向とは、仮想基板VWが教示用基板Wと一致する方向である。

0062

次に、オペレータは、操作部8bを操作して、仮想基板VWを教示用基板Wに一致させるようにハンド2の位置を調整する(図5のステップS5)。図6に示すように、初期位置においては、画面の右端に位置する上下表示部9Sが赤で表示されている。ここではハンド2の上下方向(Z)の現在値は最低値(1)である。そこで、まず、オペレータは、ハンド2の上下方向の位置を操作する。画面の右端に位置する上ガイド部9U、下ガイド部9D、及び、上下表示部9Sに従って、操作部8bを操作する。制御部70は、操作部8bで生成される操作情報に従って、仮想基板VWの高さ位置が教示用基板Wの高さ位置と一致するようにロボットアーム4の動作を制御する。図7は、ハンド2の上下方向の位置が正しい位置に調整されたときのカメラ映像である。図7に示すように、上ガイド部9U、下ガイド部9D、及び、上下表示部9Sの表示色が緑色(斜線)に変わっている。これにより、オペレータは仮想基板VWの高さ位置が教示用基板Wの高さ位置と一致したことを認識することができる。

0063

次に、オペレータは、ハンド2の左右方向の位置を操作する。画面中央の仮想基板VWの左右に表示された左ガイド部9L及び右ガイド部9Rに従って、操作部8bを操作する。制御部70は、操作部8bで生成される操作情報に従って、仮想基板VWの左右方向の位置が教示用基板Wの左右方向の位置と一致するようにロボットアーム4の動作を制御する。図8は、ハンド2の左右方向の位置が正しい位置に調整されたときのカメラ映像である。図8に示すように、左ガイド部9L及び右ガイド部9Rが緑色(斜線)に変わっている。一方で、画面中央の仮想基板VWの前後に表示された前ガイド部9F及び後ガイド部9Bは赤色(黒塗り)である。これにより、オペレータは仮想基板VWの左右の位置が教示用基板Wの左右の位置と一致した一方で、仮想基板VWの前後の位置は教示用基板Wの前後の位置と一致していないことを認識することができる。

0064

最後に、オペレータは、ハンド2の前後方向の位置を操作する。画面中央の仮想基板VWの前後に表示された前ガイド部9F及び後ガイド部9Bに従って、操作部8bを操作する。このときオペレータは画面に表示された仮想基板VWの中心を矩形状の中央ガイド部9Cの中心に近づけるようにして操作部8bを操作する。制御部70は、操作部8bで生成される操作情報に従って、仮想基板VWの前後方向の位置が教示用基板Wの前後方向の位置と一致するようにロボットアーム4の動作を制御する。図9は、ハンド2の前後方向を調整している途中のカメラ映像である。図9に示すように、ハンド2は前方向に移動しているが、前ガイド部9F及び後ガイド部9Bは依然として赤色(黒塗り)のままであるので、正しい位置でないことを認識できるので、オペレータは仮想基板VWの中心を矩形状の中央ガイド部9Cの中心に近づけるようにして操作部8bによる前方向の操作を継続する。図10は、ハンド2の前後方向の位置が正しい位置に調整されたときのカメラ映像である。図10に示すように、前ガイド部9F及び後ガイド部9Bは赤色(黒塗り)から緑色(斜線)に変わることにより、ハンド2が教示用基板Wの位置に調整できたことが分かる。また、それ以外にも仮想基板VWを点滅させるようにしてもよい。図6図10で示したように、教示用基板Wは、外縁の一部のみ表示され、その全形が表示されることはないが、操作ガイド9に従って、仮想基板VWを、教示用基板Wと一致させることができる。一方、制御部70は、仮想基板VWが教示用基板Wと一致したことを判断すると、表示部8aにRecordの文字を赤色で表示させる。これにより、オペレータは、操作部8bのレコードボタンを押す。

0065

最後に、教示データ記録部77は、仮想基板VWが教示用基板Wと一致したときのハンド2の位置を、記憶部72に教示データとして記憶する(図5のステップS6)。ここで「教示データとして記憶する」とは、制御装置7において、動作プログラム等の再生可能な情報としてハンド2の位置を記憶(登録)することを意味する。本実施形態では、教示データ記録部77は、各駆動部15,25,35,19のサーボモータの位置指令値として記憶部72に記憶する。

0066

従って、本実施形態によれば、表示部8aによって、目標位置Tに配置された教示用基板Wとともにハンド2のブレード2b上に生成された仮想基板VWが画面に表示されるので(図6等参照)、オペレータは、画面を見ながら操作部8bを操作することにより、仮想基板VWを教示用基板Wに一致させるようにロボットアーム4の動作を制御することができる。このときのハンド2の位置を教示データとして記憶することにより、ロボット1に目標位置Tに応じたハンド2の位置を教示することができる。これにより、オペレータの技量不足の場合であっても、ロボットにハンドの位置を簡単且つ正確に教示することができる。

0067

また、仮想基板VWが教示用基板Wと一致するようにハンド2の位置をガイドする操作ガイド9が画面に表示されるので、オペレータは、容易に操作できる。

0068

更に、操作ガイド9が、上ガイド部9U、下ガイド部9D、左ガイド部9L、右ガイド部9R、前ガイド部9F、後ガイド部9B、上下表示部9S、および、中央ガイド部9Cを含むことにより、オペレータは、ハンド2の上下方向、前後方向、及び、左右方向の位置操作が更に容易になる。

0069

尚、表示部8aがタッチパネル機能を備え、画面に表示された上ガイド部9U、下ガイド部9D、左ガイド部9L、右ガイド部9R、前ガイド部9F又は後ガイド部9Bのいずれかに触れることによって、ハンド2の上下方向の位置、左右方向の位置、又は、前後方向の位置の入力操作を行うような構成でもよい。これにより、オペレータは、画面に表示された各ガイド部に触れることにより、ハンド2の位置の入力操作ができ、操作が容易になる。また、操作ガイド9がハンドの回転方向の位置をガイドするガイド部を含んでもよいし、タッチパネルによって回転方向の位置の入力操作を行ってもよい。

0070

また、操作ガイド9は、仮想基板VWが教示用基板Wと一致する方向を、ハンド2が向いている場合は緑色で表示され、そうでない場合は赤色で表示されるので、オペレータは、画面の色で教示状況が正しいか否かを判断でき、ハンド2の位置操作がより容易になる。尚、オペレータに正否を伝えるために用いる表示色は、その他の色を使用してもよい。また、教示状況を音声提示してもよいし、教示の完成度波形又はゲージで表示してもよい。

0071

(その他の実施形態)
尚、本実施形態では、距離情報算出部74は、仮想基板VWの画像と教示用基板Wの画像とをパターンマッチングすることにより、ブレード2bから教示用基板Wまでの距離情報を算出したが、これに限られない。その他の公知の方法によって、対象物(教示用基板W)までの距離情報を算出してもよい。例えばカメラ3のレンズカラーフィルタを取り付けて、撮影画像において物体までの距離に応じて発生するボケ色ずれ画像解析することにより、物体までの距離情報を取得してもよい。

0072

尚、本実施形態では、教示用基板Wは実際の半導体ウェハを使用したが、実際の基板を模した形状を有する模擬基板を使用してもよい。

0073

尚、本実施形態では、カメラ3はハンド2のリスト2aに固定して取り付けられたが、着脱自在に構成されてもよい。この場合は、教示の際のみカメラ3を取り付けてロボット1をリピートモードで動作させる際には、取り外してもよい。

0074

尚、本実施形態のカメラ3は複数配置してもよいし、3次元カメラでもよい。3次元カメラとは、対象物を異なる方向から同時に撮影し、視差を生み出すことによって、対象物までの距離情報を取得するものである。所定の座標系における対象物の表面の座標データを生成することができる。これにより、3次元カメラは、ステレオカメラ一種である。3次元カメラは、所定距離だけ離れて配置された一対のカメラを有し、一対のカメラはそれぞれ撮像素子を有する。3次元カメラは、距離情報だけでなく、対象物の色情報(RGB等)を取得してもよい。また、3次元カメラは、レーザを発射して反射位置および反射時間から反射点の距離情報を取得するものであってもよい。

0075

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。

0076

本発明は、基板を搬送するロボットのハンドの位置を教示する際に有用である。

0077

1ロボット
2ハンド
2aリスト
2bブレード(基板載置部)
3カメラ
4ロボットアーム
7制御装置(ロボットコントローラ)
8可搬型操作端末(ティーチングペンダント)
8a 表示部
8b 操作部
9操作ガイド
10基台
20 下アーム
30 上アーム
70 制御部
71サーボ制御部
72 記憶部
73カメラコントローラ(画像データ取得部)
74距離情報算出部
75仮想基板情報生成部
76制御指令生成部
77教示データ記録部
100半導体処理設備
101フープ
102 基台(フープ)
110基板処理装置
S撮影空間,VW 仮想基板,W 基板

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