CN1668424A - 搬运用机器人系统和搬运用机器人的控制方法 - Google Patents

搬运用机器人系统和搬运用机器人的控制方法 Download PDF

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Abstract

提供一种搬运用机器人系统和搬运用机器人的控制方法，即使在操作者不能靠近晶片搬运的示教位置的情况下也可以进行示教。一种搬运用机器人系统，具备：具有放置呈薄型形状的物体的放置部并搬运物体的机器人(1)；和控制机器人(1)的机器人控制器(9)，其具有：卡具(3)，装配在机器人的放置部上并具有摄像单元(4)，图像处理部(8)，处理通过摄像单元(4)拍摄的图像，上位控制部(10)，从上位控制机器人控制器(9)和图像处理部(8)。

Description

搬运用机器人系统和搬运用机器人的控制方法
技术领域
本发明涉及一种将放置在规定的放置位置上的呈薄型形状的晶片等搬出、或将规定的位置上的呈薄型形状的晶片等搬入的搬运用机器人，特别涉及搬运用机器人系统和搬运用机器人的控制方法。
背景技术
在晶片搬运装置中，为了防止出现晶片的下落、处理不能正确进行等的问题，机器人必须正确地将晶片搬到处理单元内的规定的位置。但是，由于构成装置的零件的尺寸误差、装置的组装误差等各种各样的原因，实际上即使让搬运用机器人移动到设计值的位置，也不能正确地将晶片搬运到规定的位置。因此，在搬运装置工作之前，必须先进行搬运用机器人的示教作业。
在以往的搬运用机器人的示教方法中，不需要操作者的高度熟练，在特开平9-102527公报中公开了以始终以固定精度迅速地进行示教作业为目的的半导体制造装置的移载机的示教方法。下面，利用附图简单地进行说明。
在图8中，14是由与晶片相同形状、大小的圆板和在圆板的中心位置上竖立设置的圆柱状的销构成的卡具。在图9中，检测单元16被设计在搬运晶片的移载机15的前面部、是光学地检测卡具14的位置的检测单元。在以上的结构中，在将移载机15设置在原位置(home position)的状态下，操作者通过检测单元16检测出插填入船形器皿(boat)17中的卡具14的圆板部分、销，获得以移载机15为基准的卡具14的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的位置。
在像上述那样的半导体制造装置的移载机的示教方法中，可以得到用于将晶片插填到船形器皿17中的移载机15的位置数据。
但是，在最近的半导体制造装置中，高密度化正在发展，移载机的动作空间变小，进行移载机的正确示教变得困难起来，出现了在示教时连示教用的卡具都不能利用的情况。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种搬运用机器人系统和搬运用机器人的控制方法，即使在操作者不能靠近晶片搬运的示教位置的情况下也可以进行示教。
为了解决以上的课题，发明1的搬运用机器人系统，具备：具有放置呈薄型形状的物体的放置部并搬运所述物体的机器人；和控制所述机器人的机器人控制器，其特征在于，具备：卡具，其装配在所述机器人的放置部上并具有摄像单元；图像处理部，其处理通过所述摄像单元拍摄的图像；上位控制部，其从上位控制所述机器人控制器和所述图像处理部。
根据发明1所述的搬运用机器人系统，即使在操作者不能靠近晶片等的搬运的示教位置的情况下，也能够进行示教。
发明2的搬运用机器人的控制方法，是搬运放置在规定的放置位置上的呈薄型形状的物体的搬运用机器人的控制方法，其特征在于，预先将具有摄像单元的卡具放置在所述机器人的手臂前端的放置部，将所述机器人移动到所述摄像单元能够检测到存在于所述规定的放置位置附近的特征性部位的位置，通过所述摄像单元拍摄包含所述特征性部位的图像，根据所述拍摄的图像求出在所述摄像单元的坐标系中的所述特征性部位的位置，将在所述摄像单元的坐标系中的位置转换为在所述机器人的坐标系中的位置，求出所述放置位置。
根据发明2所述的搬运用机器人的控制方法，即使在操作者不能靠近晶片等的搬运的示教位置的情况下也能够进行示教，能实现示教作业的大幅度的时间缩短和省力化。
发明3的搬运用机器人的控制方法，其特征在于，预先求出通过平移和旋转转换所述摄像单元的坐标系和所述机器人的坐标系的关系的转换矩阵，根据所述转换矩阵，将在所述摄像单元的坐标系中的所述特征性部位的位置转换为在所述机器人的坐标系中的位置。
根据发明3所述的搬运用机器人的控制方法，通过所述摄像单元检测出所述特征性部位的位置，得到搬运用机器人的示教位置。
发明4的搬运用机器人的控制方法，其特征在于，在搬运所述呈薄型形状的物体时，所述卡具可以从放置部卸下。
根据发明4所述的搬运用机器人的控制方法，多个搬运用机器人可以共用卡具，能够降低维修费用。
发明5的搬运用机器人的控制方法，其特征在于，在所述放置位置附近具有孔、销、标记和字符图案等的特征性部位。
根据发明5的搬运用机器人的控制方法，可以将放置位置附近的各种各样的对象作为特征性部位加以利用。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的晶片搬运装置的立体图。
图2是表示本发明的实施例的手部和处理单元内部的立体图。
图3是表示本发明的实施例的整体结构的结构图。
图4是表示本发明的实施例的整体结构的框图。
图5是表示本发明的实施例的处理顺序的流程图。
图6是表示从照相机看到的定位标记的影像的图。
图7是表示从照相机看到的定位标记的影像的图。
图8是表示有关以往例子的卡具的立体图。
图9是表示有关以往半导体制造装置的结构图。
图10是本发明的第2实施方式的坐标系概要图。
具体实施方式
以下，根据附图，对本发明的第1实施方式的搬运用机器人的控制方法进行说明。
下面以利用以往实施的、设在未图示的手的前端的非接触传感器检测出放置晶片等呈薄型形状的物体的高度，并且高度方向的示教位置已确定的情况为例，对与晶片等的放置位置检测有关的处理进行说明。
图1是表示本发明的实施例的晶片搬运装置的图。在图1中，1是晶片搬运用机器人，在其前端安装有放置晶片的手2。晶片搬运用机器人1具有使手2绕竖直轴转动的轴、沿前后方向进退的轴、和沿上下方向升降的轴共三个自由度的手臂，通常，将手2插入成为晶片搬出/搬入的对象的处理单元5内，进行晶片搬出/搬入动作。3是取代晶片放置在手2上的示教用卡具。示教用卡具3只在示教时放置在手2上，通常在搬运晶片时从手2上卸下。另外，示教用卡具3在被放置在手2上时，与晶片同样配置地具有和晶片相同直径的圆弧。并且，虽然未图示，但是示教用卡具3在被放置在手2上时，具有总是使其朝向固定方向的定位机构，即使在再次被放置在手2上的情况下，其位置也在一定的公差范围内。4是作为摄像单元设置的照相机，用于拍摄示教用卡具3的下侧。照相机4最好尽可能地小型、轻量。照相机4被设置在示教用卡具3的中心。
图2是被插入处理单元5内的手2的图。处理单元内的晶片放置部位虽有各种各样的形状，但作为例子之一，以在放置晶片的地方有孔和3个销为例进行说明。
3个销6上下活动，在放置晶片时销变成上升状态，而在示教作业时变成下降状态。7是孔，是示教作业时成为特征性部位的定位标记。
虽然在本次的实施例中，该定位标记7是存在于分别和3个销6等距离的位置上的孔，但是如果存在十字形标记、圆形标记、字符图案等能够和周围部分明显区别的几何形状或图样，本发明就能够实施。
根据决定示教用卡具3相对于手2的位置的机构、和将照相机4作为示教用卡具3的中心的配置，可以使照相机4的坐标系和手2的中心的用户坐标系的原点和方向一致。
其中，用户坐标系表示根据机器人坐标上的任意的至少三点(原点O、X方向定义点XX、Y方向定义点XY)为基础定义的坐标。
因此，在将放置示教用卡具3的手2正确地定位在规定的放置位置情况下，定位标记7映在照相机4的视野中央。
这样，因为照相机的坐标系和搬运用机器人的坐标系的关系是已知的，根据从照相机4看到的特征性部位的位置，可以知道目标位置和搬运用机器人的当前位置的关系。
图3是表示本发明的实施例的整体结构的示意图，图4是表示整体结构的框图。在图3和图4中，8是处理来自照相机4的图像的图像处理部，9是使晶片搬运用机器人1动作的机器人控制器，10是向图像处理部8和机器人控制器9输出指令的示教用控制部，11是监视器。除此之外，还包括已述的晶片搬运用机器人1、手2、示教用卡具3、设置在示教用卡具3的中心的照相机4。
照相机4与图像处理部8相连接。图像处理部8在接收到来自于示教用控制部10的指令时，根据预先存储在其内部的程序，能够从照相机4的影像中提取出处理单元5内的定位标记7，该照相机4装配在被定位在手2上的示教用卡具3上，照相机4计算出从当前位置到达定位标记7的正上方所需的移动量，并向示教用控制部10输出该信息。
示教用控制部10根据该信息，计算晶片搬运用机器人1的各个轴的位置数据，并向机器人控制器9输出指令，使晶片搬运用机器人动作。虽然这里的示教用控制部10和机器人控制器9是分开的个体，但也可以将示教用控制部10置于机器人控制器9的装置内部。
在本实施例中，因为高度方向的示教已经完成，所以照相机和定位标记之间的高度方向的距离是已知的。因此，可以预先知道照相机图像的1个像素在定位标记所在的面上对应于多大长度的比。另外，虽然通过检测定位标记7的位置可以直接求出搬运用机器人1的位置，但是在此，对根据最初所示教的位置计算修正量并向机器人控制器9输出指令的例子，按照图5所示流程图进行说明。
图5中，用虚线包围的部分是与本实施例在前面完成的高度方向上的示教相关的部分。
如图2所示，将手2插入处理单元5内时，如图6所示，从照相机4来看定位标记7映在画面的左下方，在该情况下，图像处理部8根据来自示教用控制部10的指令进行图像处理，首先，检测出定位标记7的中心与画面中心的横向方向的偏差dx(图6的12)和纵向方向的偏差dy(图6的13)的像素数。
在此，如上所述，搬运用机器人1的坐标系和照相机4的坐标系的原点和方向一致，并且因为知道照相机图像的1个像素在定位标记所在的面上对应于多大长度的比，所以在这两个坐标系被校准的状态下，将dx、dy乘以像素数与长度的比，可以分别求出横向方向和纵向方向的移动量。
即设横向方向的比为a，纵向方向的比为b，各自的移动量X、Y可以如下求出。
X＝a×dx
Y＝b×dy
另外，a和b被预先保持在图像处理部8内部。图像处理部8将这些X、Y的值回复给示教用控制部10。
示教用控制部10根据该值将其转换成晶片搬运用机器人1的各个轴的动作，对机器人控制器9输出缩短伸缩轴并使转动轴按照逆时针方向转动的指令，如图7所示，使定位标记7映在画面的中央。
另外，在本实施例中，将照相机4拍摄的影像输出到监视器11中，操作员可以通过监视器11对一连串的示教作业过程进行确认。
根据图10，对本发明的第2实施方式进行说明。
关于校准，虽然搬运用机器人1的用户坐标系32和照相机4的坐标系原点和方向一致，但也有不是这样的位置关系的情况。照相机4的坐标系31是照相机本身固有的坐标系。定义和照相机4的坐标系31有相同原点、相同坐标轴方向的用户坐标系32。坐标系31是以像素为单位，而坐标系32和搬运用机器人1的坐标系30为相同单位，例如设为0.001mm。坐标系32是预先在机器人控制器9内部定义的。即，该坐标系32和坐标系30的关系为：
F32＝F30·M
F30：搬运用机器人的坐标系
F32：用户坐标系，
如果预先求出转换矩阵M，则通过利用转换矩阵M转换成由照相机4拍摄的图像的检测位置，可以通过简单的运算计算出搬运用机器人1的坐标系30。
通过以上过程，可以将晶片搬运用机器人1在水平方向上定位到恰当的示教位置。另外，操作员可以在不使用图像处理部8和示教用控制部10的情况下，在确认监视器11的影像的同时手动调整晶片搬运用机器人1的位置来进行示教作业。
示教作业结束后，从手2卸下示教用卡具3。因为该构成，示教用卡具3在其它的晶片搬运装置中也可以使用。
以上所说明的本发明具有以下效果。
根据发明1所述的搬运用机器人系统，即使在操作者不能够靠近晶片等的搬运的示教位置的情况下，也可以进行示教。
根据发明2所述的搬运用机器人的控制方法，即使在操作者不能够靠近晶片等的搬运的示教位置的情况下，也可以进行示教，实现示教作业的大幅度的时间缩短和省力化。
根据发明3所述的搬运用机器人的控制方法，通过由所述摄像单元检测出所述特征性部位的位置，可以得到搬运用机器人的示教位置。
根据发明4所述的搬运用机器人的控制方法，多个搬运用机器人可以共用卡具，可以降低维修费用。
根据发明5所述的搬运用机器人的控制方法，可以将各种各样的对象作为特征性部位加以利用。
本发明涉及一种将放置在规定放置位置上的呈薄型形状的晶片等搬出、或将在规定位置上的呈薄型形状的晶片等搬入的搬运用机器人，特别是作为搬运用机器人系统和搬运用机器人的控制方法是非常有用的。

Claims (5)

1.一种搬运用机器人系统，具备：具有放置呈薄型形状的物体的放置部并搬运所述物体的机器人；和控制所述机器人的机器人控制器，其特征在于，具备：
卡具，其装配在所述机器人的放置部上并具有摄像单元；
图像处理部，其处理通过所述摄像单元拍摄的图像；
上位控制部，其从上位控制所述机器人控制器和所述图像处理部。
2.一种搬运用机器人的控制方法，该搬运用机器人搬运放置在规定的放置位置上的呈薄型形状的物体，该控制方法的特征在于，
预先将具有摄像单元的卡具放置在所述机器人的手臂前端的放置部，
将所述机器人移动到所述摄像单元能够检测到存在于所述规定的放置位置附近的特征性部位的位置，
通过所述摄像单元拍摄包含所述特征性部位的图像，
根据所述拍摄的图像求出在所述摄像单元的坐标系中的所述特征性部位的位置，
将所述摄像单元的坐标系上的位置转换为在所述机器人的坐标系上的位置，求出所述放置位置。
3.根据权利要求2所述的搬运用机器人的控制方法，其特征在于，
预先求出通过平移和旋转来转换所述摄像单元的坐标系与所述机器人的坐标系的关系的转换矩阵，
根据所述的转换矩阵，将在所述摄像单元的坐标系中的所述特征性部位的位置转换为在所述机器人的坐标系中的位置。
4.根据权利要求2或3所述的搬运用机器人的控制方法，其特征在于，在搬运所述呈薄型形状的物体时，所述卡具能够从放置部卸下。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的搬运用机器人的控制方法，其特征在于，在所述放置位置附近具有孔、销、标记、字符图案等的特征性部位。
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