JP2007000995A - データ及び計算の二重化、駆動系の照合によるロボットの操作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 保存データの内容破壊や化けに対処でき、システム破損や動作上の計算が狂った場合や駆動系が経時変化等で正しく動作しなくなった場合においても不具合を生じさせない、データ及び計算の二重化、駆動系の照合によるロボットの操作方法を提供する。
【解決手段】 ロボットの固定データをバックアップデータとして予めメモリ上に格納しておき、装置の運転開始時に、読み込んだデータとバックアップデータとを照合させる工程と、ロボットの操作状況を画像認識すると共に検算用データを取得する工程と、画像認識の結果によりロボットの補正動作を行うと共にロボットの補正移動後の座標を取得する工程と、ロボットの補正移動後の座標データと検算用データとを照合する工程と、からなることを特徴とする。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、ロボットの操作方法、特に、データ及び計算の二重化、或いは駆動系の照合により信頼性の向上を図るロボットの操作方法に関する。本発明は、例えば、ロボットを用いた半導体装置の製造過程において、半導体チップ等の部品をステージ上に搭載するマウンティング工程、或いは部品を配線基板上に搭載・接続して実装するボンディング工程で使用することができる。

従来、例えばロボットを用いた半導体装置の製造過程において、半導体チップをステージ上に搭載するマウンティング工程、或いは半導体チップを配線基板上に実装するボンディング工程で、例えば、図１に示すようなデータ処理、或いは図２に示すような補正動作を行っていた。

ロボットのアーム先端のヘッドで半導体チップを把持し、ヘッドを操作して半導体チップをステージ上の所定位置に搭載するマウンターを一例として図１に示すデータ処理を説明する。まず、ステップ１において、加工装置であるロボットに電源を投入した場合、或いは装置の稼働条件を変更する等のように装置パラメータを変更した場合、ステップ２において、作動ヘッドを原点、即ち初期位置に復帰させる。作動ヘッドが原点に復帰した後、ステップ３において、処理に必要なデータを読み込む。ついで、ステップ４において読み込んだデータをメモリ上に展開する。その後、ステップ５において運転開始となる。

次に、半導体チップをステージ上の所定位置に搭載する場合のヘッドの補正及び搭載動作を図２に示す。ステップ１において、補正動作を開始すると、次にステップ２において、カメラ（図示せず）によりヘッド及びステージを画像認識し、ステップ３において、ヘッドとステージとの間の整合をとるべく補正動作を行い、補正完了後のステップ４において半導体チップのステージへの搭載動作を行い、ステップ５において搭載動作を終了する共に、ステップ６にしデータ処理を終了する。

しかしながら、ロボット装置で使用しているコンピュータ（ＰＣ）コントローラには保存データの内容破壊や化けが起きる可能性がある。また、同様に、システム破損で動作上の計算が狂う可能性がある。また、ロボットアームやヘッド等の駆動系においても経時変化等で正しく動作しなくなる可能性がある。即ち、半導体チップ等の部品をステージ上に搭載する場合において部品がステージ上の許容範囲内に止まらなくなる可能性もある。このような場合において、図１に示すような従来のデータ処理あるいは図２に示すような従来の補正動作のみでは、十分対応することが出来ない。

なお、関連する先行文献として、特許文献１（特開平１１−２５４３５９号公報）がある。ここに開示されている部材搬送システムでは、クラスタツールの再組立後やアームロボットの修理後における再教示作業の簡略化及び動作異常の自動検出を可能とすることを課題としている。これによると、半導体ウエハ又は液晶板等の製造工程に用いるクラスタツールにおいて、搬送領域の周囲に設置されるチャンバ間での処理部材の搬送をアームロボットによって行う。そして、アームロボットのアームに設定した基準点と、該アームロボットが作動する座標系においての該アーム基準点の位置を計測するアーム基準点位置計測手段と、該アーム基準点が該チャンバ内に設定されたチャンバ基準点に一致したことを検知する基準点一致検知手段と、該チャンバ基準点と該アーム基準点が一致した時点で該アーム基準点位置計測手段により得る該アーム基準点の座標位置を元に該アームロボットの制御を行う演算制御部とを備える。これにより、アームロボットの修理・部品交換により各部品間の位置関係に誤差が生ずる場合の教示ポイントの誤差補正を可能としている。

特開平１１−２５４３５９号公報

上述した従来のデータ処理及び補正動作によると、保存データの内容破壊や化けに対して迅速に対処することができず、また、システム破損によって動作上の計算が狂った場合、或いはロボットアームやヘッド等の駆動系が経時変化等で正しく動作しなくなる場合や部品がステージ上の許容範囲内に止まらなくなった場合に迅速且つ確実に防御することが出来ない、という問題がある。

そこで、本発明では、保存データの内容破壊や化けに対処でき、システム破損や動作上の計算が狂った場合や駆動系が経時変化等で正しく動作しなくなった場合においても不具合を生じさせない、データ及び計算の二重化、駆動系の照合によるロボットの操作方法を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するために、本発明によれば、ロボットの固定データをバックアップデータとして予めメモリ上に格納しておき、装置の運転開始時に、読み込んだデータとバックアップデータとを照合させることを特徴とするロボットの操作方法が提供される。読み込んだデータとバックアップデータとが一致した場合には、実際のロボット装置の動作が開始されることとなる。これにより、ロボットの装置で使用しているコンピュータ等のコントローラのデータの破損、データの化け等をチェックすることができ、装置の誤動作を回避することができる。

また、本発明によると、本来の補正計算の手段として用いる計算方法以外に、別の計算方法で検算しておいた結果を予めメモリ上に格納しておき、本来の計算結果と予め格納しておいた計算結果とを照合することを特徴とするロボットの操作方法が提供される。本来の計算結果と予め格納しておいた計算結果とが一致している場合は、正しく計算が行われたものと判断し、次のステップに進むことができる。このように、正しく計算が行われた否かを自己診断することができる。

また、本発明によると、ロボットの補正移動後の駆動系座標を直接読み込み、ロボットの補正移動前に予め計算しておいた補正データと照合することを特徴とするロボットの操作方法が提供される。直接読み込んだ駆動系座標と予め計算しておいた補正データとが一致していれば、正しく計算が行われたものと判断し、次のステップに進むことができる。このように、駆動系の異常動作がないか否かを自己診断することができる。

更にまた、本発明によると、ロボットの固定データをバックアップデータとして予めメモリ上に格納しておき、装置の運転開始時に、読み込んだデータとバックアップデータとを照合させる工程と、ロボットの操作状況を画像認識すると共に、検算用データを取得する工程と、画像認識の結果によりロボットの補正動作を行うと共に、ロボットの補正移動後の座標を取得する工程と、ロボットの補正移動後の座標データと検算用データとを照合する工程と、からなることを特徴とするロボットの操作方法が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図３−１、図３−２、図３−３は、半導体装置の製造過程において、例えば半導体チップのような部品を配線基板上の所定の位置に搭載する場合に使用される部品搭載装置の代表的な構成を示す。

図３−２を例に、詳細に説明する。部品Ａを把持するヘッド部１０は、ヘッド１２を上下に移動させるモータＭ１と、ヘッドを回転させるモータＭ２とを有し、部品の上下（Ｚ）方向の位置及び回転方向の位置（θ補正回転）を規制しつつ、部品Ａをステージ２２上に載置されている配線基板Ｂ上で且つ所定の角度の位置にて搭載動作を行う。

一方、ヘッド部１０の下方にあり、配線基板Ｂを搭載するステージ部２０は、ステージ２２を平面上でＸ方向に移動させるモータＭ３と、ステージ２２を平面上でＸ方向と直交するＹ方向に移動させるモータＭ４とを有し、配線基板Ｂを平面上の所定位置に配置する。

カメラ部３０は、ヘッド部１０とステージ部２０との中間に設置され、先端に設けたカメラ３２を平面上でＸ方向に移動させるモータＭ５と、平面上でＸ方向と直交するＹ方向に移動させるモータＭ６とを有し、カメラ３２をヘッド１２とステージ２２との間の位置へ移動させ、或いはその位置から退避させることができ、これにより、ヘッド１２に把持されている部品の位置や傾きを画像認識により検出することができる。また、同様に、ステージ２２上に載置されている配線基板Ｂの位置や画像認識することができる。

なお、図３−１はステージ部２０を固定設置し、ヘッド部１０をＸＹ方向に移動できるようにした構造であり、図３−３はヘッド部１０を上下方向のみ移動可能とし、ステージ部２０をＸＹ方向の移動に加え回転移動もできるようにしたものである。

図４は、部品搭載装置の動作フロー１の画像認識ステップを示す。カメラ部３０は、モータＭ５及びモータＭ６を駆動することにより、カメラ３２をステージ２２上方の位置へ移動させる。そして、カメラ３２はステージ２２上の配線基板Ｂを撮像し、部品Ａを搭載すべき配線基板Ｂの位置を認識する。同時にカメラ３２はヘッド部の部品Ａを撮像し、ヘッド１２に把持されている部品Ａが所定の角度（θ）の位置にあるか否かを認識する。

図５は、部品搭載装置の動作フロー２の補正動作ステップを示す。フロー１で認識した実際の配線基板Ｂの位置が、予めコンピュータにインプットされている部品搭載位置と比較し、その誤差に応じてステージ部２０のモータＭ３及びモータＭ４を駆動して、配線基板Ｂが所定の位置へ来るようにステージ２２をＸＹ方向に補正移動させる。一方、フロー１で認識した実際の部品Ａの角度（θ）を予めインプットされている部品角度と比較し、その誤差に応じてヘッド部のモータＭ２を駆動して、部品Ａが所定の角度位置へ来るようにヘッド１２を補正回転させる。このようにして、部品Ａと配線基板Ｂとの平面上の位置が決められる。

図６は、部品搭載装置の動作フロー３の搭載動作ステップを示す。フロー２により、部品Ａと配線基板Ｂとは平面上の所定の位置関係にあるので、ヘッド部１０のモータＭ１を駆動して、部品Ａを把持しているヘッド１２を下降させて、部品Ａが丁度配線基板上の位置に来た時点で、モータＭ１の回転駆動を停止して、ヘッド１２の下降を停止する。そして、部品を把持しているヘッド１２のチャック（図示せず）が部品Ａを離し、その部品Ａを配線基板Ｂ上の所定位置に搭載する。なお、ヘッド部のチャック機構の構造や部品の離脱作用等については、詳細な説明を省略する。

図７は、部品搭載装置の動作フロー４の搭載完了ステップを示す。フロー３により、部品が配線基板上の所定位置に搭載されると、ヘッド部１０のモータＭ１を逆方向へ駆動して、ヘッド１２を上昇させ、部品搭載工程を終了する。

図８は、本発明による制御ブロック図である。

コンピュータ（ＰＣ）のコントローラでは、制御システム、画像認識計算（内部補正計算）、読み込みデータセット、等のプログラムがあって、ユーザー用コンピュータ（ＰＣ）から装置データ、品種データ等のデータを読み込む。ＰＣのコントローラでは、読み込んだ固定位置データや固定変数データを、バックアップデータとして予めユーザー用ＰＣのメモリに保存しておく。

ロボットの電源を投入した時、又はロボットの装置パラメータを変更した時、バックアップデータとして予めユーザー用ＰＣに保存しておいたデータとの照合を実施する。照合が終了すると、次に駆動系のモータＭ１〜Ｍ６に対して移動指令を発して補正動作を行わせる。従来のクローズド制御においては、駆動系への移動指令に対してフィードバッグ制御をするのみであったが、本発明では、駆動系の補正動作の後、移動後の座標をＰＣコントローラ側で取得し、補正計算の検算を実施する。後述のように、補正計算の検算結果がＯＫである場合のみ、ＰＣコントローラは駆動系に指令を発して部品の搭載動作を行わせる。

図９は、本発明により、データのチェック或いは動作のチェックを行う場合のデータ照合のプロセスを示す。例えば図３に示した部品搭載装置の場合、まずステップ１で電源が投入されると、ステップ２において、ヘッド部１０、カメラ部３０及びステージ部２０を図３の実線で示す原点位置に復帰させる。

次に、データ読み込みステップ（ステップ３）では、実際の部品搭載の対象となる、部品搭載装置の装置データ、及び実際に使用する配線基板及び半導体チップ等の品種データ等を読み込む。なお、本発明では、これらの装置データや品種データは、バックアップデータとして予め保存されている。

次にステップ４では、これらの実際に読み取った装置データと、実際に読み取った配線基板及び半導体チップ等の品種データとを、メモリ上に展開する。このように、実際に読み取った装置データや品種データをメモリ上に展開することにより、次のステップに移行しやすくなる。

次にステップ５では、これらの実際に読み取った装置データと、予めバックアップデータとして保存されている装置データとを比較し、更に、実際に読み取った配線基板及び半導体チップ等の品種データと、予めバックアップデータとして保存されている配線基板及び半導体チップ等の品種データとを比較・照合する。両者が完全に一致すれば、照合ＯＫとして、データ照合ステップを終了し、部品搭載装置としての動作の運転を開始する（ステップ６）。両者に不一致が見つかれば、エラーメッセージを発して、警告する。

図１０は、本発明による補正動作の検算機能を示すフローチャートである。例えば図３に示した部品搭載装置の場合であって、図９のデータ照合において、照合ＯＫとなって、運転開始する場合について説明する。なお、図９及び図１０において太枠で示した部分は図１及び図２における従来の処理に対して、本発明により追加した部分である。

まず、フロー１では、画層認識を行う。即ち、図４の動作で説明したように、モータＭ５及びモータＭ６を駆動することにより、カメラをステージ上方の位置へ移動させ、ステージ上の配線基板、並びにヘッド部の部品を撮像し、部品を搭載すべき配線基板の位置を認識する。この場合において、検算用の画像データも取得しておき、これをバックアップデータとして保存しておく。

フロー２では、補正動作を行う。即ち、フロー１で認識した実際の配線基板の位置と、予めインプットされている部品搭載位置と比較し、その誤差に応じてステージ部のモータＭ３及びモータＭ４を駆動して、配線基板が所定の位置へくるようにステージをＸＹ方向に補正移動させる。一方、フロー１で認識した実際の部品の角度を予めインプットされている部品角度と比較し、その誤差に応じてヘッド部のモータＭ２を駆動して、部品が所定の角度位置へ来るようにヘッドを補正回転させる。この場合において、ステージの補正動作、例えばモータＭ３及びモータＭ４の補正回転数、並びにヘッド部の補正動作、例えばモータＭ１及びモータＭ２の補正回転数に基づいたロボット移動後の座標を取得しておく。

フロー３では、部品の搭載動作を行う。ヘッド部のモータＭ１を駆動して、部品を配線基板上の所定位置に搭載し、フロー４において、搭載動作を終了する。

一方において、ロボット移動後の座標を取得した後において、検算を実施する。検算の結果、ＯＫであれば、そのままフローを終了し、ＯＫでなければ、アラームを発生させて警告した上で、フローを終了する。

以上添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。

以上説明したように、本発明によれば、データ照合によりデータの破損や化けを未然にチェックしているので、加工装置であるロボットの誤動作の防止を図ることができ、これにより、誤動作による衝突や精度低下等の不具合を事前に回避することができる。

また、補正の検算機能により、異なる２系統の計算方法を検算照合しているので、誤動作を防止することができる。

更にまた、駆動系の補正移動後の値を比較対照することにより、整定状態、振動の有無まで含めた自己チェックを行うことができる、等の効果がある。

従来のデータ照合機能を示すフローチャートである。 従来の補正動作の検算機能を示すフローチャートである。 部品搭載装置の構成の一例を示す斜視図である。 部品搭載装置の構成の他の例を示す斜視図である。 部品搭載装置の構成の更に他の例を示す斜視図である。 部品搭載装置における画像認識動作（フロー１）を示す斜視図である。 部品搭載装置における補正動作（フロー２）を示す斜視図である。 部品搭載装置における搭載動作（フロー３）を示す斜視図である。 部品搭載装置における搭載終了（フロー４）を示す斜視図である。 本発明による制御ブロック図である。 本発明のデータ照合機能を示すフローチャートである。 本発明の補正動作の検算機能を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ヘッド部
１１ ヘッド
２０ ステージ部
３０ カメラ部
Ｍ１〜Ｍ６ モータ

Claims (4)

1. ロボットの固定データをバックアップデータとして予めメモリ上に格納しておき、装置の運転開始時に、読み込んだデータとバックアップデータとを照合させることを特徴とするロボットの操作方法。
2. 本来の補正計算の手段として用いる計算方法以外に、別の計算方法で検算しておいた結果を予めメモリ上に格納しておき、本来の計算結果と予め格納しておいた計算結果とを照合することを特徴とするロボットの操作方法。
3. ロボットの補正移動後の駆動系座標を直接読み込み、ロボットの補正移動前に予め計算しておいた補正データと照合することを特徴とするロボットの操作方法。
4. ロボットの固定データをバックアップデータとして予めメモリ上に格納しておき、装置の運転開始時に、読み込んだデータとバックアップデータとを照合させる工程と、
   ロボットの操作状況を画像認識すると共に、検算用データを取得する工程と、
   画像認識の結果によりロボットの補正動作を行うと共に、ロボットの補正移動後の座標を取得する工程と、
   ロボットの補正移動後の座標データと検算用データとを照合する工程と、
   からなることを特徴とするロボットの操作方法。

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