CN1758990B - 自动机械仿真装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自动机械仿真装置，对在配置了障碍物的作业区域内搬运被搬运物的自动机械是否能在作业区域内没有干扰地进行作业进行仿真，包括：输入部、显示部、计算部、运算程序部、指示程序部的输出部，并且具备以下设备：(1)具有坐标轴的二维显示部；(2)在上述显示部上描绘上述障碍物和上述作业区域的设备、描绘移动自动机械的设备、描绘被该自动机械搬运的被搬运物的设备；(3)指定上述被搬运物体的中心点的移动路径点来插入经过点的设备；(4)显示使上述被搬运物在上述作业区域内移动的移动轨迹的设备；以及，(5)显示上述移动轨迹和上述障碍物发生干扰的区域的设备。

Description

自动机械仿真装置
技术领域
本发明，涉及一种计算机仿真装置及其应用程序，用于在用搬运机等自动机械搬运被搬运物时，预先验证是否存在和周围环境的干扰。
更详细地讲，涉及一种装置，对使用标量型自动机械(scalar robot)作为自动机械搬运半导体、液晶显示器、等离子体显示器、有机电致发光显示器、无机电致发光显示器、场发射显示器等和其基板等薄板状物时的自动机械和薄板状物的移动轨迹进行仿真，并对实际的自动机械输出指示的程序。
背景技术
作为自动机械的仿真装置，特开平05-224734号公报中公开了一种仿真装置：在显示自动机械的作业环境的画面上，以规定的位置和姿势重叠显示自动机械。该装置适于预先给定环境的仿真。
在特开平07-141016号公报中，公开了一种仿真装置，生成再现自动机械(playback robot)的最佳指示数据。此外，特开平11-259112号公报中，公开了对伴随自动机械等的移动而与环境发生的干扰进行检查的装置。
然而，由于以往的仿真装置，要使用大型计算机，而且在画面上看不见干扰状态，因此难以简单地选择·设计合适的作业空间、自动机械的尺寸等。
因此，本发明的课题在于提供一种仿真装置，能够使用小型的个人计算机，在作业空间的大小等给定的情况下，选择自动机械的合适尺寸；另一方面，能够在自动机械的尺寸、功能给定的情况下，选择作业空间的合适尺寸以及其他的各种元素。
发明内容
本发明的第1方式，是一种动作仿真装置，其特征在于，包括：输入部；二维的显示部；中央计算机；运算程序部；以及，指示程序部的输出部，并具备：
(1)具有坐标轴的所述显示部；
(2)在所述显示部上，描绘所述障碍物和所述作业区域的设备、描绘移动的自动机械的设备、描绘被该自动机械搬运的被搬运物的设备；
(3)在所述显示部上，指定所述被搬运物体的中心点的移动经过点、以及用直线和圆弧连接所述自动机械的移动路径和经过点的路径来插入经过点的设备；
(4)在所述显示部上，使所述被搬运物由所述自动机械在所述作业区域内移动，并显示所述被搬运物和所述自动机械的移动轨迹的设备；以及，
(5)在所述显示部上，显示所述移动轨迹和所述障碍物发生干扰的区域的设备，
上述设备用于对在配置了障碍物的作业区域内搬运被搬运物的自动机械是否能在所述作业区域内没有干扰地进行作业进行仿真。
上述仿真装置具有以下效果，即，能够在小型个人计算机的显示画面上，通过简单的操作，观察并确认预先选择的自动机械是否能够在给定的作业空间中，不和干扰物发生干扰地正常进行规定作业。
本发明的第2方式是一种自动机械仿真装置，其特征在于，还具有：在所述显示画面上，测量所述被搬运物和自动机械的移动时间的设备；和，用动画显示所述被搬运物和所述自动机械的可动部的移动轨迹的设备。
该装置中，由于可以在二维画面上以动画的形式对自动机械的移动轨迹进行确认，所以具有以下效果，即，能够选择希望的作业空间、或希望的自动机械的各元素。
本发明的第3方式是一种自动机械仿真装置，其特征在于，还具有：计算所述被搬运物和自动机械的可动部的移动速度并在所述显示部上作为图线进行显示的设备。
该装置中，由于可以测量被搬运物的搬运时间，并测量其搬运速度和自动机械的移动速度，所以能够容易地判断出自动机械是否发生失调，并可以变更自动机械的各元素。
本发明的第4方式是一种自动机械仿真装置，其特征在于，上述显示部，是作业区域的水平面或垂直面。
该装置中，具有以下效果：即，首先可以显示作业区域平面图(X-Y轴平面)上的自动机械的干扰区域，其次还可以显示垂直面(X-Z轴平面、Y-Z轴平面)上的干扰区域，并且可以在画面上进行观察的同时对比设计图。
本发明的第5方式是一种自动机械仿真装置，其特征在于，上述障碍物和上述搬运区域在所述显示部上用多角形和/或圆形表示。
本装置中，由于可以将障碍物和搬运区域用简单的多角形或圆形表示，所以不仅操作简单，而且具有便于检出干扰区域的效果。上述的多角形可以在3角形到64角形的范围中选择，只要各边不交叉，什么样的平面图形都可以。其大小可以任意选择。圆形可以通过指定中心位置和半径来作成。此外，可以将这些多角形和圆形组合起来形成规定的区域。
本发明的第6方式是一种自动机械仿真装置，其特征在于，还具有：通过在所述显示部上，指定上述自动机械的出发位置和目标位置来计算上述被搬运物的移动轨迹的设备。
本装置中，具有以下效果，即，通过对设定的原点所对应自动机械的位置进行设定，可以自动计算出搬运物的移动轨迹，所以，便于决定自动机械的最佳位置、作业区域。
本发明的第7方式是一种自动机械仿真装置，其特征在于，还具有：通过在所述显示部上，指定上述被搬运物的出发位置和作为移动目的地的多个目标位置，来计算上述被搬运物的正常移动路线和移动轨迹的设备。
本装置中，由于可以在画面上观察被搬运物一连串的移动轨迹，所以容易设定自动机械、各种基板处理装置等的合适配置、作业区域。
本发明的第8方式是一种自动机械仿真装置，其特征在于，还具有：通过在所述显示部上，指定上述自动机械的可动部分的界限，来计算上述被搬运物的无法搬运区域并进行显示的设备。
通过本装置，具有能根据需要变更作业区域的效果。所谓自动机械的可动部分的界限是指，例如在手臂的关节部、机身的旋转部上设置的机械固定销、平行链接驱动手臂的可动范围的制约、由皮带和滑轮实施的驱动中的可动范围的制约等。
本发明的第9方式是一种自动机械仿真装置，其特征在于，还具有：输出部，根据仿真结果所得到的数据，输出并显示至少涉及作业区域、自动机械的尺寸、搬运路径、和与搬运速度的指示数据。
上述装置中，由于可以在进行实际作业之前将运转自动机械的指示数据作为画面输出，所以能够判断该数据是否适合。
本发明的第10方式是一种自动机械仿真装置，其特征在于，还对上述自动机械指示上述自动机械的可动部的动作。
本装置，由于能够生成通过观察确认了干扰区域不存在的自动机械的可动部、特别是自动机械手臂的适当运动，所以可以将其结果预先指示给实际的自动机械。
本发明的第11方式是一种自动机械仿真装置，其特征在于，上述自动机械是标量型自动机械，上述被搬运物是薄板状物体。
由于自动机械手臂作平面运动的标量型自动机械，是常被采用的自动机械，因此具有以下效果，例如，可以用于半导体基板(晶片)、平面面板显示器用的玻璃基板等的搬运。
本发明的第12方式是一种程序，其特征在于，根据由上述记载的自动机械仿真装置生成的仿真数据，使实际自动机械执行作业。
上述程序在画面上显示已在上述自动机械仿真装置上确认的仿真作业，并使实际自动机械执行作业，具有能使实际自动机械进行确认了的作业的效果。
附图说明
图1是表示本发明的仿真装置整体结构的概略图。
图2是表示本发明的仿真装置的显示部所显示的要素的图。
图3是表示在本发明显示部上显示的显示画面的代表例的图。
图4是本发明的仿真装置所具备的主要软件要素的清单。
图5是表示仿真工序中的作业区域的设定工序的图。
图6是表示仿真工序中的设定障碍物的工序图。
图7是表示仿真工序中的被搬运物的移动路径的作成工序的图。
图8是表示仿真工序的具体例的图。
图9是表示依照仿真结果使实际自动机械动作的命令的图。
具体实施方式
下面，虽然参照附图，对本发明进行说明，但本发明并不限于以下实施方式，可以在相似环境下指示自动机械运动。下面，以对配置在移放室内的自动机械将晶片，实施从配置在移放室周围的晶片盒中取出、搬运到连接着处理室的承载(1oad lock)室、并将处理后的晶片返回晶片盒的这个作业的情况下的自动机械的作业进行仿真的装置为例进行说明。
图1表示本发明的仿真装置100的装置结构。具备：输入部2，设定作业区域，输入自动机械的各种要素(尺寸、形状等)、作业条件等；和，中央计算机6，包括控制部60、运算部62、存储部64。作为中央计算机6，可以使用例如具备视窗(Windows)2000作为OS的个人计算机，也可以使用大型计算机。
本发明的仿真装置，虽然输入自动机械的可动部分的尺寸、形状数据来进行运算，但也令其为专用仿真装置，预先对各个自动机械的机种输入好这些数据。
作为OS(Operating System)，可以使用Windows、Macintosh、Linux等OS。优选为Windows2000以上、MacOS版本8.5以上。本发明的仿真装置中使用的程序语言，可以使用汇编语言、COBOL语言、编辑语言、C语言、VisualBasic等公知的语言。特别是，由于C语言与Windows、MacOS的兼容性较好，所以优选。
该计算机，与显示运算结果的显示部4、和进行仿真的运算程序文件部8连接。运算程序文件部8，可以作为独立的个体文件、或内置于存储部64中来使用。再有，中央计算机6，与指示程序输出部10相连，该指示程序输出部10输出对实际的自动机械指示运算结果的数据。
输出的指示程序，借助适当的存储媒体来被在工作站12中使用，能够令实际的自动机械14实施规定的作业。指示程序可以直接送至工作站12。
显示部4的要素，在图2中表示为一个清单，图3中表示为具体的显示画面。主要的画面要素，显示：搬运物的移动路径、装置分布、输入自动机械的手臂尺寸等的自动机械的移动仿真视窗40、显示运算的内容(事件)的讯息视窗41、速度信息视窗46、列出晶片搬送轨迹程序名的列表视窗44、输入各种命令的工具条45、菜单条42、未图示的弹出菜单、执行停止键48、各种编辑程序指示键47等。
下面，对图3更具体地加以说明。首先，在仿真视窗40上，用X-Y轴坐标设定平面的作业区域40-1作为移放室。然后，配置自动机械40-3。该自动机械，是4轴的标量自动机械。此外，配置收置晶片的3个晶片盒40-2作为障碍物，此外，配置2个用于将晶片移往处理室的中间盒40-4。
图3下侧中，通过承载室40-4连结着晶片处理室。另外，备有定位装置40-5，用来修正4轴的自动机械用手臂(也称手指(finger))40-30支撑的晶片40-3的中心位置和方向。对作业区域40-1、自动机械的手臂等，均给定X-Y坐标轴上的位置(X，Y)。当自动机械的手臂(手指)移动时，其位置(X，Y)被定义。
上述的作业空间(这里是水平面空间40-1)、自动机械手指、自动机械的种类等，在工具条45中选择对应的命令来设定。然后，选择要仿真的路径44-2。例如，若选择S1M-E7M，就是选择将晶片从盒1M移往7M的路径。
接下来，在信息视窗46上设定4轴关节和晶片中心位置的各自的移动速度(μm/秒)、旋转方向、旋转方法、待机方法等。移动的执行和停止的键48，是用于执行各种命令的按键。用于进行仿真编辑的各种命令群47，被配置在仿真视窗40下侧。例如，格网(grid)是用于在仿真视窗上显示坐标格网的按键。
时间表按键，计量自动机械的手指移动的时间。在执行停止按键48上，显示有：自动机械手臂的连续移动48-1(左端)、慢放48-2(左起第2个)、干扰区域显示48-3(左起第3个)等的命令。讯息视窗48具备仿真的执行、停止按键等。
仿真执行后，实时显示预先设定的手指的经过点(未图示的V0～V9)上的移动速度。由于连结各经过点的线存在角度，因此被用圆弧自动修正，使得手指平滑运动。能够根据图线视窗43的速度显示，判断自动机械的运动中的失调状态。另外，手指的移动时间、速度的最大值等也会被显示。这些个移动距离、移动速度，被作为赋予的X-Y坐标中的位置(X，Y)的变动来计算。
再有，图4中列举出了图3中说明的仿真程序的功能要素的重点。即，包括：坐标网格(grid)显示功能、自动机械显示功能、手指显示功能、时间显示功能、路径生成功能、障碍物区域(area)生成功能、画面放大、缩小、移动功能、坐标轴的设定、移动旋转、复制功能、顶点间距设定功能、数值输入功能、原点输入功能等。
以下，对使用上述功能、仿真自动机械的作业的步骤进行说明。图5中，对将自动机械的作业区域(area)设定在仿真视窗40内的步骤进行说明。这个工序，可以用作对搬运晶片的移放室进行设计的工序。
作成开始步骤(S1)，按下菜单条42的作成键。然后，进入到新建步骤(S2)，在列表视窗44中选择作业区域(S3)，并在仿真视窗画面40上用鼠标点击四边形的起点和终点(S4、S5)，记为作业区域。如果是圆形的话，就用鼠标画出中心点和半径。这时，实际作业空间的尺寸被以事先设定的比例尺自动输入。如果不合适，按鼠标右键，用弹出菜单(未图示)重复(S6、S7)。如果合适，就用上述弹出菜单结束(S8)，并保存·记录(S9)，结束作业区域设定(S10)。该作业区域(area)，被定义为X-Y坐标的位置(X，Y)。这点在以下工序中都相同。
接下来，图6中表示进行障碍物区域设定的步骤。该工序，是用来决定作为作业区域的预容器(prechamber)40-1的周围所配置的晶片盒40-2的位置、或决定用于晶片处理的承载室40-4的位置的步骤。
首先，在开始时，点击菜单条42的作成键，选择新建(S20)，选择障碍物的形状(四边形、圆形)，与图5同样按规定尺寸作成(S21)。接着，设定障碍物的配置位置的起点和终点(S22、S23)。
判断设定是否合适，如果必要则重复(S24、S25)。合适的话就结束(S26)，保存·记录(S27)后，结束(S28)。
下面，在图7中说明作成被搬运物的搬运路径的工序。说明被搬运物的路径作成工序。点击菜单条的作成键，选择新建(S30)，点击在列表视窗44中表示的路径作成(S31)，接着在仿真视窗40上点击指定路径起点(S32)。进而，点击指定被搬运物的经过点(S34)，根据需要重复操作(S35)。当指定好合适的经过点后，点击鼠标的右键，用显示的弹出菜单上结束(S36)，并显示圆形的经过点(S37)，自动进行保存·记录(S38)，然后结束。到此，被搬运物的移动路径的作成结束，仿真的准备完毕。
图8中，对仿真的工序进行说明。开始，选择列表视窗44的路径(S39)，在自动机械手臂逐步地移动短距离的慢放(S40)的情况下，点击执行停止键的慢放键48-2。接着在选择了慢放仿真(S41)的情况下，重复执行停止键48的步骤(S42)。进而，慎重起见对是否选择连续动作进行判断(S43)，如果选择连续动作，就点击键48-1，使自动机械手臂和手臂上的晶片40-3沿既定的轨道移动，判断是否和作业环境相干扰(S46)。
如果存在干扰区域，将该区域用例如红色显示在图3的仿真视窗40上(S47)，并作为数据保存·记录。如果没有干扰区域，也进行相同工序。是否存在干扰区域，可以通过在显示画面上显示作业区域、障碍物、自动机械手臂的各自的X-Y坐标中的位置(X，Y)来进行确认。
在上述工序中，在不进行慢放的情况下，也可以进行连续动作仿真(S44)。然后，可以再选择慢放(S45)。慢放具有以下优点：可以仔细观察干扰的状态，可以根据需要变更自动机械的各元素。连续动作仿真具有以下优点：能够全面观察，例如观察手指的移动速度。
然后，在通过上述仿真，确认无干扰、且自动机械的运动无例如失调等可顺利进行的情况下，输出用数据来操作实际的自动机械的程序。这时，可以直接向实际的自动机械的控制部输出，也可以暂时输出到存储媒体中，通过该媒体来操作实际的自动机械。
图9中，具体表示了操作实际的自动机械的程序内容。将用仿真作成的作业区域、移动路径、自动机械在X-Y坐标中的位置及其变化、位置变化速度(移动速度)等的自动机械的移动路径信息，作成命令1到3，并用此来操作实际的自动机械。
命令1生成将自动机械的移动路径坐标和经过点用直线和圆弧连接的全路径的坐标点。
命令2生成放置晶片的自动机械手臂(手指)的移动速度(起动加速度、加速时加速度、最高速度、减速加速度、减速完毕速度)。
命令3生成支撑晶片的手臂(手指)的旋转运动的区间、旋转角度的信息。
通常将这些信息输出到图1所示的工作站12所使用的存储媒体中。根据情况，也可以直接传送给自动机械。上述实施例中，虽然是计算在平面(X-Y坐标)上的干扰信息的结果，但由于同样的计算也可以在X-Z坐标、Y-Z坐标上实施，因此能够计算在这些面上的干扰状态。
产业上的利用领域
由于本发明中的自动机械仿真装置，在作业空间、自动机械给定的条件下，可以预先仿真自动机械的期望运动、作业，因此可以设定期望的作业条件。
此外，可以采用利用廉价的个人计算机的仿真装置，能够降低设备投资。
再有，通过仿真，可以设计作业空间和适合的自动机械。可以使用由本仿真生成的程序来令实际自动机械实施期望的作业，特别是可以简化半导体制造装置的设计、制造作业。尤其是，由于在显示画面上进行二维显示，与设计图的平面图、立面图、侧面图相对应，所以使得对移放室等自动机械的配置装置的设计、修正较为容易。由于本仿真装置的坐标存储器控制到μm，所以可以实现高精度的指示。此外，由于该指示作业由计算机作成，不需要在制造现场直接指示自动机械的手臂，所以可以防止因自动机械的失控而造成的人身事故。

Claims (11)

1.一种自动机械仿真装置，其特征在于：
包括：输入部；二维的显示部；中央计算机；运算程序部；以及，指示程序部的输出部，并具备：
(1)具有坐标轴的所述显示部；
(2)在所述显示部上，描绘所述障碍物和所述作业区域的设备、描绘移动的自动机械的设备、描绘被该自动机械搬运的被搬运物的设备；
(3)在所述显示部上，指定所述被搬运物体的中心点的移动经过点、以及用直线和圆弧连接所述自动机械的移动路径和经过点的路径来插入经过点的设备；
(4)在所述显示部上，使所述被搬运物由所述自动机械在所述作业区域内移动，并显示所述被搬运物和所述自动机械的移动轨迹的设备；以及，
(5)在所述显示部上，显示所述移动轨迹和所述障碍物发生干扰的区域的设备，
上述设备用于对在配置了障碍物的作业区域内搬运被搬运物的自动机械是否能在所述作业区域内没有干扰地进行作业进行仿真。
2.根据权利要求1所述的自动机械仿真装置，其特征在于，
还具有：在所述显示画面上，测量所述被搬运物和自动机械的移动时间的设备；和，用动画显示所述被搬运物和所述自动机械的可动部的移动轨迹的设备。
3.根据权利要求1或2所述的自动机械仿真装置，其特征在于，
还具有：计算所述被搬运物和自动机械的可动部的移动速度并在所述显示部上作为图线进行显示的设备。
4.根据权利要求1或2所述的自动机械仿真装置，其特征在于，
所述显示部，显示作业区域的水平面或垂直面。
5.根据权利要求1或2所述的自动机械仿真装置，其特征在于，
所述障碍物和所述搬运区域，在所述显示部上用多角形和/或圆形显示。
6.根据权利要求1或2所述的自动机械仿真装置，其特征在于，
还具有：通过在所述显示部上，指定所述自动机械的出发位置和目标位置来计算所述被搬运物的移动轨迹的设备。
7.根据权利要求1或2所述的自动机械仿真装置，其特征在于，
还具有：通过在所述显示部上，指定所述被搬运物的出发位置和作为所述物体移动目的地的多个目标位置，来计算所述被搬运物的正常移动路线和移动轨迹的设备。
8.根据权利要求1或2所述的自动机械仿真装置，其特征在于，
还具有：通过在所述显示部上，指定所述自动机械的可动部分的界限，来计算所述被搬运物的无法搬运的区域并进行显示的设备。
9.根据权利要求1或2所述的自动机械仿真装置，其特征在于，
还具有输出部，根据仿真结果所得到的数据，输出至少涉及自动机械的尺寸、搬运路径、和搬运速度的指示数据。
10.根据权利要求1或2所述的自动机械仿真装置，其特征在于，
还对所述自动机械指示所述自动机械的可动部的动作。
11.根据权利要求1或2所述的自动机械仿真装置，其特征在于，
所述自动机械是标量型自动机械，所述被搬运物是薄板状物体。
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