JP2015528401A - ロボット較正方法 - Google Patents

Abstract

ガントリーモジュールの座標系をカメラ系の座標系に整列させるロボット較正方法を開示する。この方法は、ガントリーモジュールが知得した位置に加工材をオペレータが配置できる整列ツールを使用するステップを有する。次に、カメラ系によってこれら加工材の画像を取得する。コントローラは、ガントリーモジュール及びカメラ系からの情報を使用して２つの座標系間の関係を決定する。この後、一方の座標系から他方の座標系に変換する変換式を決定する。【選択図】図５

Description

本出願は、２０１２年９月１８日出願の米国仮特許出願第６１／７０２，３７７号の恩典を主張するもので、その内容は参照により全体が本明細書に組入れられるものとする。

本発明は、加工材（ワークピース）処理、及びとくに、加工材処理に用いるロボット較正に関する。

イオン注入は、導電性を変化させる不純物を加工材に導入する標準技術である。望ましい不純物材料はイオン源内でイオン化し、このイオンを加速して所定エネルギーのイオンビームを形成し、このイオンビームを加工材表面に照射する。イオンビームにおける活動的なイオンは、加工材材料のバルク内に貫入し、加工材材料の結晶格子内に埋設されて所望導電性を有する領域を形成する。

太陽電池製造産業における２つの関心事は、製造処理能力及び太陽電池効率である。太陽電池効率は電気に変換されるエネルギー量を測定する。より高い太陽電池効率は競争力を維持するのに必要である。しかし、製造処理能力を犠牲にできないなら、太陽電池効率向上を犠牲にするしかないであろう。

イオン注入は太陽電池をドーピングする実行可能な方法であることが実証されている。イオン注入の使用は、既存技術、例えば拡散炉に必要とされる処理ステップを排除する。例えば、炉拡散の代わりにイオン注入を使用する場合、レーザーエッジ分離ステップを排除することができ、なぜならイオン注入は単に望ましい表面にのみドーピングするだけであるからである。処理ステップを排除することの他に、イオン注入を使用することにより、より高い太陽電池効率が実証されている。イオン注入は、さらに、太陽電池の表面全体にわたるブランケット注入、又は太陽電池の一部のみに対する選択的（パターン化）注入を行う能力が得られる。イオン注入を使用して高い処理能力で選択的注入を行うことによって、炉拡散で使用されるコストがかかり、時間を消費するリソグラフィステップ又はパターン化ステップを回避する。選択的注入は、さらに、新規な太陽電池設計を可能にする。イオン注入装置の製造処理能力又はその信頼性に対するいかなる改善も、全世界の太陽電池製造業者にとって有益である。このことは、太陽電池を代替エネルギー源として採用することを促進することができる。

ガントリーモジュールの座標系をカメラ系の座標系に整列させるロボット較正方法を開示する。この方法は、ガントリーモジュールが知得した位置に加工材をオペレータが配置できる整列ツールを使用するステップを有する。次に、カメラ系によってこれら加工材の画像を取得する。コントローラは、ガントリーモジュール及びカメラ系からの情報を使用して２つの座標系間の関係を決定する。この後、一方の座標系から他方の座標系に変換する変換式を決定する。

第１の実施形態によれば、ロボット較正方法を開示する。この方法は、整列ツールを前記ロボットのエンドエフェクタに取付け、前記エンドエフェクタはガントリーモジュールの一部とし、前記整列ツールは、１つ又は複数の空間を有し、各空間が３個の対応するフィンガを有するものとするステップと、前記エンドエフェクタをカメラの視野内の第１位置に移動するステップと、前記エンドエフェクタを降下させるステップと、前記エンドエフェクタが前記第１位置にある間に、前記１つ又は複数の空間内に対応する加工材を配置するとともに、各加工材を前記対応する３個のフィンガに押付けるステップと、前記ガントリーモジュールを参照する座標系を使用して前記第１位置における各空間の座標位置の第１セットを保存するステップと、前記加工材の位置に影響を及ぼすことなく、前記エンドエフェクタを前記視野内の前記第１位置から第２位置に移動するステップと、前記エンドエフェクタが前記第２位置にある間に、前記１つ又は複数の空間内に対応する加工材を配置するとともに、各加工材を前記対応する３個のフィンガに押付けるステップと、前記ガントリーモジュールを参照する座標系を使用して前記第２位置における各空間の座標位置の第２セットを保存するステップと、前記加工材の位置に影響を及ぼすことなく、前記エンドエフェクタを前記第２位置から前記視野の外の位置に移動するステップと、前記エンドエフェクタが前記視野の外の位置に移動した後、カメラを使用して前記加工材の画像を取得するカメラ使用ステップと、前記カメラを参照する座標系を使用して各加工材の座標位置の第３セットを決定するステップと、及び座標位置の前記第１セット、前記第２セット及び前記第３セットを使用して、前記カメラを参照する前記座標系の座標位置を、前記ガントリーモジュールを参照する前記座標系の座標位置に変換する変換式を計算するステップと、
を有する。

第２実施形態によれば、ロボット較正方法を開示する。この方法は、光学的正規化プロセスを実施して、前記カメラによって取得した画像におけるピクセル位置を前記カメラの視野内の物理的寸法に変換するための、カメラの垂直方向及び水平方向の変換係数を決定するステップと、整列ツールを前記ロボットのエンドエフェクタに取付けるステップであり、前記エンドエフェクタはガントリーモジュールの一部とし、前記整列ツールは、１つ又は複数の空間を有し、各空間が３個の対応するフィンガを有する、該ステップと、前記エンドエフェクタをカメラの視野内の第１位置に移動するステップと、前記エンドエフェクタを降下させるステップと、前記エンドエフェクタが前記第１位置にある間に、各加工材を前記対応する３個のフィンガに押付けることによって前記対応する空間内に少なくとも２個の加工材を配置するステップと、前記ガントリーモジュールを参照する座標系を使用して各空間の座標位置の第１セットを保存するステップと、前記加工材の位置に影響を及ぼすことなく、前記エンドエフェクタを前記第１位置から前記視野の外の位置に移動するステップと、前記エンドエフェクタが前記視野の外の前記位置に移動した後、カメラを使用して前記加工材の画像を取得するステップと、前記カメラを参照する座標系を使用して各加工材の座標位置の第２セットを決定するステップと、及び座標位置の前記第１セット及び前記第２セットに基づいて、前記カメラを参照する前記座標系の座標位置を、前記ガントリーモジュールを参照する前記座標系の座標位置に変換する変換式を計算するステップと、を有する。

第３実施形態によれば、加工材取扱いシステムを開示する。この加工材取扱いシステムは、エンドエフェクタを有するガントリーモジュールと、前記エンドエフェクタに取付けられた整列ツールであって、当該整列ツールは複数の空間を有し、各空間は対応する３個のフィンガを有し、各空間は加工材を受けるように構成される、整列ツールと、１つ又は複数のコンベアベルトと、前記コンベアベルトの上方に配置したカメラと、及び前記カメラ及び前記ガントリーモジュールと通信するコントローラであって、実行されるとき、前記システムを較正する方法を実施する命令を含む記憶素子を有する、該コントローラとを備え、前記方法は、前記エンドエフェクタを前記カメラの視野内の第１コンベアベルトに移動するステップと、前記エンドエフェクタを降下させるステップと、ユーザーが、各加工材を前記対応する３個のフィンガに押付けることによって、前記第１コンベアベルト上の少なくとも２個の加工材をそれぞれに対応する空間に配置するまで待機するステップと、前記ガントリーモジュールを参照する座標系を使用して各空間の座標位置の第１セットを保存するステップと、前記加工材の位置に影響を及ぼすことなく、前記エンドエフェクタを前記第１コンベアベルトから前記視野の外の位置に移動するステップと、前記エンドエフェクタが前記視野の外の位置に移動した後に、カメラを使用して前記加工材の画像を取得するステップと、前記カメラを参照する座標系を使用して各加工材の座標位置の第２セットを決定するステップと、及び座標位置の前記第１セット及び前記第２セットに基づいて、前記カメラを参照する前記座標系の座標位置を、前記ガントリーモジュールを参照する前記座標系の座標位置に変換する変換式を計算するステップと、を有するものとする。

本発明をよりよく理解できるようにするため、本明細書に組入れられる添付図面を参照する。

加工材取扱いシステムの斜視図である。 図１に示すガントリーモジュール用の整列ツールを上向きにした斜視図である。 図１に示すエンドエフェクタに連結した、図２に示す整列ツールの斜視図である。 較正装置の第１実施形態の斜視図である。 第１実施形態による較正方法のフローチャートである。 第２実施形態による較正方法のフローチャートである。

較正方法の実施形態は、イオン注入装置に関連して説明する。しかし、この較正方法は、太陽電池若しくは半導体製造に関連する他のシステム及びプロセス、又は加工材を処理する他のシステムに使用することができる。したがって、本発明は、以下に説明する特定の実施形態に限定するものではない。

図１は加工材取扱いシステムの斜視図である。システム１００は、１つ又は複数のロードロック１０７に連結する。太陽電池、半導体ウエハ、又は当業者には既知の他の加工材とすることができる加工材１１１は、コンベアベルト１０８，１０９，１１０に配置され、またガントリーモジュール１０３のマトリクスエンドエフェクタ１０２によってキャリヤ構築ステーション１１２に対して装荷又は除荷する。一実施形態において、マトリクスエンドエフェクタ１０２は４個の加工材１１１をピックアップして同時に搬送できるが、他の個数とすることもあり得る。このガントリーモジュール１０３は、マトリクスエンドエフェクタ１０２を用いて、加工材１１１をベルトモジュール１０１におけるコンベアベルト１０８，１０９，１１０からキャリヤ構築ステーション１１２に搬送する。ガントリーモジュール１０３は、さらに、マトリクスエンドエフェクタ１０２を用いて、加工材をキャリヤ構築ステーション１１２からベルトモジュール１０１に搬送する。マトリクスエンドエフェクタ１０２は複数の加工材１１１を同時に保持し、またこれら加工材１１１を個別に再配置し、搬送中に適正整列状態にすることができる。スワップエンドエフェクタ１０５は、ロードロック１０７に対する太陽電池マトリクス／キャリヤ１０６を装荷又は除荷する。加工材１１１は太陽電池マトリクス／キャリヤ１０６上に又はその中に着座する。カメラ１０４はガントリーモジュール１０３の上方に又はガントリーモジュール１０３に配置する。３つのコンベアベルト１０８，１０９，１１０を示すが、本発明は特別なベルト数に限定しない。

コントローラ（図示せず）はガントリーモジュール１０３と通信し、エンドエフェクタ１０２の移動を制御することができる。コントローラは、さらに、カメラ１０４と通信し、カメラ１０４からデータを受取ることができる。これらデータは、ピクセル情報とするか、又はカメラ１０４内に収納されたプロセッサによって予め処理されたデータとすることができる。コントローラは、さらに、コントローラに電気的に接続した記憶素子を有することもできる。この記憶素子は、命令及び他の情報を含む。この命令により、コントローラは、本明細書に記載のすべてのステップ、プロセス及び方法を実行することができる。

カメラ１０４を使用してコンベアベルト１０８，１０９，１１０のうち１つのコンベアベルト上にある加工材１１１の位置を決定することができる。ガントリーモジュール１０３はこの位置情報を使用して搬送のためどの加工材１１１をピックアップするかを決定する。カメラ１０４及びガントリーモジュール１０３それぞれに対する座標系間の関係性を確立することが必要である。カメラ１０４は、コンベアベルト１０８，１０９，１１０のうち１つのコンベアベルト上にある加工材１１１のための絶対位置データ（Ｘｃ，Ｙｃ）及び回転（Ｒｃ）を戻す。ガントリーモジュール１０３は異なるデカルト座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｒｇ）において動作する。これら２つの座標系は、２つの座標系相互間に物理的基準がないため整合しないことがあり得る。不整合は、カメラ１０４又はガントリーモジュール１０３の公差又は組立てによっても生じ得る。２つの座標系間におけるＸ，Ｙ及びＲ方向の差は、カメラ１０４又はガントリーモジュール１０３の運動定義又はソフトウェアによっても生ずることがある。カメラ１０４の座標系におけるポイントは、変換式を使用してガントリーモジュール１０３の座標系に変換又は表現することができる。カメラ１０４及びガントリーモジュール１０３の制御はプロセッサ（図示せず）によって行う。

図２は、図１に示すガントリーモジュールの整列ツールを上向きにした斜視図である。整列ツール２００は、エンドエフェクタ１０２の下側から主支持アームに対してピンを使用して取付け、アームに整列させる。整列ツール２００は開口２０４を設けたプレート２０５を有する。この場合、３つの開口２０４を有する。幾つかの実施形態において、開口２０４は、整列ツール２００の重量を減らすために設ける。他の実施形態において、整列ツール２００にはより少ない数の開口を設けるか、又は開口を設けない。整列ツール２００は、さらに、プレート２０５から突出し、整列ツールの底面に配置したフィンガ２０１，２０２，２０３を有する。したがって、フィンガ２０１，２０２，２０３は下方に突出し、またコンベアベルト１０８，１０９，１１０に接触するとともに、整列ツール２００の残りの部分はベルトの上方に位置し、これにより加工材１１１は整列ツール２００の支持体に配置することができる。他の実施形態において、フィンガ２０１，２０２，２０３は、フィンガがコンベアベルト１０８，１０９，１１０を跨ぐよう整列ツール２００に配置する。この実施形態において、フィンガ２０１，２０２，２０３は、コンベアベルトに接触せず、しかし、整列ツール２００の下面とコンベアベルト１０８，１０９，１１０の頂面との間に空間領域が依然として存在し、加工材が整列ツール２００の下側に位置できるようにする。さらに、これら３種類のフィンガは、フィンガ２０１及びフィンガ２０２は直線セグメントをなし、第３フィンガ２０３は、非直線的に、また直線セグメントの端部ポイントから外れるように配置する。このことにより、加工材は、一方の側面がフィンガ２０１，２０２に接触でき、隣接の直交側面が第３フィンガ２０３に接触することができる。例えば、コンベアベルト上に配置した加工材１１１は、少なくとも１個のフィンガ２０１、少なくとも１個のフィンガ２０２、及び少なくとも１個のフィンガ２０３に接触することができる。１個のフィンガ２０１、１個のフィンガ２０２及び１個のフィンガ２０３の各セットは、加工材１１１が配置される空間を画定する。加工材は１個の開口２０４に露出する。一実施形態において、４個の加工材が、整列ツール２００の各フィンガ２０１，２０２，２０３の対応セットによって画定される４個の空間内に整列する。図３は、図２の整列ツールを図１のエンドエフェクタ１０２に連結した状態の斜視図である。

図４は、較正に関する第１実施形態を示す斜視図である。整列ツール２００はガントリーモジュール１０３のエンドエフェクタ１０２に設置する。この後、エンドエフェクタ１０２はコンベアベルト１１０における既知の座標位置に移動する。次にエンドエフェクタ１０２を下降させる。オペレータは４個の加工材１１１をコンベアベルト１１０上に配置する。オペレータは３種類のフィンガ２０１，２０２，２０３の各対応セットによって画定される４つの空間の各個に加工材１１１を配置する。次に、オペレータは、ガントリーモジュール１０３のエンドエフェクタ１０２における整列ツール２００の各フィンガ２０１，２０２，２０３の対応セットに加工材１１１を各個に押付ける。このことにより、各加工材１１１に対して３つの接触ポイントを与え、加工材１１１をコンベアベルト１１０における特定既知の位置に、またガントリーモジュール１０３に対して整列させる。加工材１１１が整列ツール２００のフィンガに接触した後、Ｘｇ，Ｙｇ，Ｒｇの方向におけるガントリーモジュール１０３の座標系に関する既知の関係が存在する。例えば、各加工材は同一Ｘｇ座標及び異なるＹｇ座標を有することができる。ガントリーモジュール１０３は実際的に加工材がどこに配置されているかを決定することはできないので、これら座標は整列ツール２００における各対応空間の既知の位置に基づく。したがって、各加工材が対応空間に適正に整列したと推測するのは、これら加工材のＸｇ，Ｙｇ，Ｒｇ座標を確立するときである。

次にガントリーモジュール１０３のエンドエフェクタ１０２をコンベアベルト１１０の領域から取外し、カメラ１０４の視界に残存させる。エンドエフェクタ１０２は加工材１１１の位置に影響しないよう取外す。一実施形態において、この後、加工材１１１は同一の方法を用いて他のコンベアベルト１０８，１０９に配置することができる。このようにして、各コンベアベルト１０８，１０９，１１０上に４個の加工材が存在し、総数１２個の加工材となる。

次に、ガントリーモジュール１０３のエンドエフェクタ１０２をコンベアベルト１０８，１０９，１１０の領域から取外す。カメラ（図１に示す）はコンベアベルト１０８，１０９，１１０上の加工材１１１の画像を取得し、各加工材１１１のＸｃ，Ｙｃ及びＲｃデータをプロセッサに戻す。カメラによって測定した各加工材１１１のＸｃ，Ｙｃ及びＲｃデータと、ガントリーモジュール１０３の整列ツール２００によって確立したＸｇ，Ｙｇ及びＲｇデータとの間には特別な関係性が存在する。

Ｘｃ，Ｙｃ及びＲｃのデータは種々の方法でフォーマット化することができる。一実施形態において、Ｘｃ，Ｙｃ及びＲｃ値は画像におけるピクセル位置として表現することができる。このフォーマットは、ピクセルと物理的寸法との間に予め決められた関係性が存在しない場合に使用することができる。したがって、この実施形態における較正プロセスは、２つの座標系を整列させるだけでなく、ピクセル位置から物理的寸法への変換も取扱うことができる。ガントリー座標（Ｘｇ，Ｙｇ）は、線形測定単位、例えば、ミリメートル、インチ、センチメートル、又は他の適当な単位で表現することができる。

プロセッサはカメラ及びガントリーモジュール１０３の座標系（Ｘ，Ｙ，及びＲ）における３つのポイントを使用し、座標系変換式の定数を決定する。これら定数を決定した後、式を使用して各加工材１１１のＸｃ，Ｙｃ，及びＲｃをＸｇ，Ｙｇ，及びＲｇに変換又は転換することができる。これら式は１つの事例における変換式であり、変換マトリクスを使用することもできる。

このように、一実施形態において、１２個の加工材１１１がコンベアベルト上に配置される（各コンベアベルト上に４個）。１２個の加工材１１１それぞれの座標位置（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｒｇ）は、ガントリーモジュールには既知である。幾つかの実施形態において、座標は空間又は加工材の幾何学的中心を基準とする。換言すれば、座標（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｒｇ）は、加工材の中心が（Ｘｇ，Ｙｇ）にあり、加工材は公称の向きからＲｇの角度だけ回転していることを意味する。勿論、他の表現法を使用することができる。例えば、（Ｘｇ，Ｙｇ）は、中心以外の加工材の特別なコーナーを参照することができる。カメラがこれら１２個の加工材１１１の画像を取得した後、プロセッサはこれら加工材１１１それぞれの座標位置（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｒｃ）を決定することができる。ガントリー座標系と同様、カメラ座標系は加工材の幾何学的中心を（Ｘｃ，Ｙｃ）位置として使用することができる。しかし、加工材の他のポイントを使用することもできる。幾つかの実施形態において、２つの座標系は同一の表現を使用するのが好ましい（すなわち、双方とも加工材の幾何学的中心を参照する）。これら１２個のポイントセットを使用して座標系変換式セットを生成することができる。これら変換式を使用して変換マトリクスＴｘ，Ｔｙ及びＴｒのセットを生成することができる。これら式又はマトリクスを使用して、任意のカメラ位置（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｒｃ）を対応のガントリー位置（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｒｇ）に変換することができる。

幾つかの実施形態において、１２個より少ない加工材を使用して整列及び搬送プロセスを行うことができる。例えば、一実施形態において、１個の加工材をコンベアベルト１１０上に配置し、１個の加工材をコンベアベルト１０８に配置することができる。これら２個の加工材はエンドエフェクタ１０２における異なる空間に配置し、この配置は、それらに対応する座標（Ｘｇ及びＹｇ）が異なるように行う。換言すれば、２個の加工材のみ使用して生ずる２つの座標位置セットだけが座標系変換式の定数を決定するのに必要となり得る。

しかし、ユーザーが整列ツール２００のフィンガに加工材１１１を押付けてコンベアベルト上に配置する場合、若干の不正確さを生ずる。したがって、幾つかの実施形態において、４個又はそれ以上の加工材を使用し、ユーザーによる誤整列で生ずるいかなる誤差又は不正確さを平均化することができる。座標系変換式がプロセッサによって生成された後、カメラ１０４が測定した元座標をこの変換式に代入して、ガントリーモジュール座標系に変換することができる。これは、ガントリーモジュール座標系を使用する加工材の既知の位置と比較して誤差を決定することができる。この変換式は、必要であれば誤差を取り除くよう変更することができる。

したがって、一実施形態によれば、視覚座標系をガントリー座標系に較正する方法を開示する。この方法を図５に示す。第１に、整列ツール２００をエンドエフェクタ１０２に取付ける（ボックス５００参照）。整列ツールは下方に突出するフィンガを有し、これらフィンガは、各加工材１１１に対する３つの接触ポイントを提供する。次に、エンドエフェクタ１０２を移動して、コンベアベルト１１０上に配置する（ボックス５１０参照）。上述したように、幾つかの実施形態において、フィンガ２０１，２０２及び２０３はコンベアベルト１１０に接触する。他の実施形態において、フィンガ２０１，２０２及び２０３はコンベアベルトを跨いで接触を生じない。位置はコンベアベルトとして記載するが、これに限定しない。例えば、エンドエフェクタ１０２は、カメラ１０４の視野内の任意の位置に移動することができる。ユーザーは、次に少なくとも１個の加工材１１１をフィンガ２０１，２０２，２０３の対応するセットによって画定される空間内に配置する。この後、加工材１１１をオペレータが押込んで、３種類のフィンガ２０１，２０２，２０３のすべてに接触させる（ボックス５２０参照）。エンドエフェクタ１０２内の各空間に対するガントリー位置の第１セット（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｒｇ）を保存する。次に、エンドエフェクタ１０２を第２コンベアベルトに移動する（ボックス５３０参照）。次にユーザーは、少なくとも１個の加工材１１１をフィンガ２０１，２０２，２０３の対応するセットによって画定される空間内に配置する（ボックス５４０参照）。これは先の加工材に使用したのと異なる空間である。エンドエフェクタ１０２内の各空間に対するガントリー位置の第２セット（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｒｇ）を保存する。幾つかの実施形態において、各コンベアにおけるガントリー位置（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｒｇ）は予め知られているものとする。このように、エンドエフェクタ１０２を移動するだけで、カメラ系が必要とする加工材１１１の物理的配置をすることができる。次に、ガントリーモジュールをカメラ１０４の視野から外れるよう移動する（ボックス５５０参照）。この後、カメラ１０４は加工材１１１の画像を取得し、またカメラ座標（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｒｃ）に基づく座標位置の第３セットを決定する（ボックス５６０参照）。第１セット、第２セット及び第３セットの座標位置に基づいて、プロセッサが変換式を生成することができる（ボックス５７０参照）。上述したように、２個より多い数の加工材を使用することは、変換式の精度を向上させることができる。この実施形態において、カメラの座標系はピクセルで表現することができるとともに、ガントリーモジュールの座標系は測定の線形的単位で表現することができる。したがって、変換式は、座標系間の誤整列を補正し、またピクセルから測定線形的単位への変換を計算することができる。

他の実施形態において、カメラ画像は、較正プロセス前に正規化することができる。例えば、固定寸法の既知パターンを有する画像をコンベアベルト１０８，１０９，１１０上に配置することができる。このパターンは、チェッカー盤パターンのような正方形パターンとすることができるが、他のパターンとすることもできる。カメラ１０４はこのパターンの画像を取得する。このパターンの寸法は既知であるため、カメラ１０４の視覚系は正規化することができる。例えば、水平方向変換係数及び垂直方向変換係数（すなわち、各方向におけるインチ単位のピクセル数）を決定することができる。このようにして、この変換係数により、ピクセル位置をカメラ視野内の物理的寸法に変換することができる。さらに、とくに、視野外縁に沿って一般的に現れる歪みを計算し、また補償することができる。例えば、水平方向及び垂直方向の変換係数は視野全体にわたって変動し得る。この光学的正規化方法を使用してそれら変動を考慮し、また補償する。こうして、光学的正規化プロセスの完了後にカメラレンズによって生ずる歪みを取り除くことができ、また物理的寸法は垂直方向及び水平方向の変換係数に基づいて決定することができる。したがって、この実施形態において、（Ｘｃ，Ｙｃ）座標はガントリーの（Ｘｇ，Ｙｇ）座標として線形的測定の同一単位（すなわち、インチ又はミリメートル）で表現することができる。

光学的正規化プロセスが完了した後、較正プロセスを行うことができる。一実施形態において、較正プロセスは、上述したように、加工材は少なくとも２つの異なるコンベアベルト上に配置して行うことができる。上述したように、この実施形態における較正プロセス中、２個のような少ない数、又は１２個のような多い数の加工材を配置することができる。

しかし、他の実施形態において、図６に示すような簡素化した較正プロセスを採用することができる。この実施形態において、先ず光学的正規化プロセスを実施する（ボックス６００参照）。このことは較正プロセス直前に行うか、又は較正プロセス前の異なる時点で行うことができる。次に、整列ツール２００にエンドエフェクタ１０２に配置する（ボックス６１０参照）。この後、エンドエフェクタ１０２を１つのコンベアベルト１１０に移動して降下させる（ボックス６２０参照）。ユーザーは次に加工材をフィンガの対応セットによって画定される２つの空間内に配置する。これら加工材１１１はフィンガ２０１，２０２，２０３の対応セットに押付ける（ボックス６３０参照）。ガントリーモジュールに対する参照である各空間の座標位置の第１セットを保存する。次に、エンドエフェクタ１０２を加工材１１１の配置に影響が及ばないよう持上げ、カメラ１０４の視野から外れる移動を行う（ボックス６４０参照）。この後、カメラ１０４によりこれら２個の加工材１１１の画像を取得する（ボックス６５０参照）。カメラ系を参照する座標位置の第２セット（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｒｃ）を保存する。次に、プロセッサは、座標位置の第１セット及び第２セットを使用して変換式を生成するのに必要な計算を行う（ボックス６６０参照）。

カメラ座標はガントリーモジュールと同一単位であるため、変換を使用して主に２つのパラメータを補正する。先ず、双方の座標系が同一単位を使用するが、それぞれに対応する座標系は異なる原点を有する場合がある。したがって、較正プロセスによれば、２つの座標系の共通原点を生成することができる。第２に、２つの座標系が互いに僅かに回転している場合があり得る。較正プロセスは、さらに、座標系間のいかなる回転方向の差をも補正する。最後に測定における公称変動にも対処することができる。

したがって、このモードにおいて、他のコンベアベルトに対してこのプロセスを繰返す必要はなく、なぜなら光学的正規化プロセスは直交する方向における変換係数を既に決定しているからである。このように、１つのコンベアベルト上に２個の加工材１１１を配置することによって、較正プロセスはガントリーモジュールの１つの軸線を決定し、この軸線をカメラ系の同一軸線に較正できる。この場合、他の軸線はこの軸線に直交するものと定義する。したがって、同一コンベアベルト上に配置した２個の加工材１１１のみが較正プロセスを完遂するのに必要であり、ただし光学的正規化プロセスと関連して使用する。２個の加工材を使用して、例えば、コンベアベルト１１０における整列ツール２００の第１空間に配置した加工材の座標とし得る原点を規定する。２個の加工材の組合せは、各座標系のＸ軸と仮定するラインを規定する。各加工材のカメラ座標を使用してあるラインを生成し、またガントリー座標系における同一ラインの等式と比較することができる。このことにより、回転角度を決定することができる。

他の実施形態において、図６の較正プロセスに追加の加工材１１１を使用する。例えば、４個の加工材１１１を、整列ツール２００のフィンガ２０１，２０２，２０３の対応セットによって画定される各空間につき１個ずつ使用することができる。上述したように、追加の加工材１１１を使用することにより変換式の精度を向上することができる。例えば、一実施形態において、ラインを生成するのに２個のみの加工材を使用するよりも、追加座標位置を生ずる追加加工材を使用して最も適合するラインを生成する。これは加工材１１１に僅かな誤配置がある場合に役立つ。この最良適合ラインをガントリー座標系における同一ラインの等式に比較して２つの座標系の相対回転を決定する。

倍率をすべてのカメラ座標系ポイントに対して適用することができる。この倍率は、レンズ焦点距離、レンズ歪み、又は他の関心事項を考慮する。倍率は、元のＸｃ，Ｙｃ，及びＲｃ座標に対して繰返し適用し、誤差フィードバックから計算される誤差全体を減少することができる。倍率は、一実施形態において０.５％未満とすることができる。例えば、カメラ座標系における軸線を生成するのに最良適合ラインを使用し、次にガントリー系におけるその軸線の式と比較すると仮定する。次にこれら２つのラインに基づいて変換式を生成することができる。それらの生成に続いて、各加工材の元カメラ座標系をこれら変換式に適用する。この後、すべての加工材１１１からの変換結果の座標を、実際のガントリー座標と比較して誤差関数を生成する。次に倍率を変換式に適用して、この誤差関数を最小化しようと試みる。この倍率は、誤差関数が或る所定閾値よりも小さくなるまで繰返し計算する。

この方法を使用して視覚座標系をロボット座標系に較正する。複数ポイントの平均化及び倍率使用により、加工材１１１に対するガントリーモジュール１０３の位置的精度を向上する。

本発明は、本明細書に記載した特定実施形態によって範囲を限定されるものではない。実際、本明細書に記載した実施形態の外に、他の種々の実施形態及び変更例があることは、当業者にとって、上述の説明及び添付図面から明らかであろう。これら他の実施形態及び変更例は本発明の範囲内であることを意図する。さらに、本発明は特定目的のための特定環境における特定実施における文脈で説明したが、当業者であれば、その有用性はそれらに限定されるものではなく、本発明は、任意な多数の目的に対する任意な多数の環境で有利に実施できることは理解されるであろう。したがって、特許請求の範囲が、本明細書に記載した本発明の範囲及び精神として解釈すべきである。

Claims (13)

1. ロボット較正方法において、
   整列ツールを前記ロボットのエンドエフェクタに取付けるステップであって、前記エンドエフェクタはガントリーモジュールの一部とし、前記整列ツールは、１つ又は複数の空間を有し、各空間が３個の対応するフィンガを有するものとする、ステップと、
   前記エンドエフェクタをカメラの視野内の第１位置に移動するステップと、
   前記エンドエフェクタを降下させるステップと、
   前記エンドエフェクタが前記第１位置にある間に、前記１つ又は複数の空間内に対応する加工材を配置するとともに、各加工材を前記対応する３個のフィンガに押付けるステップと、
   前記ガントリーモジュールを参照する座標系を使用して前記第１位置における各空間の座標位置の第１セットを保存するステップと、
   前記加工材の位置に影響を及ぼすことなく、前記エンドエフェクタを前記視野内の前記第１位置から第２位置に移動するステップと、
   前記エンドエフェクタが前記第２位置にある間に、前記１つ又は複数の空間内に対応する加工材を配置するとともに、各加工材を前記対応する３個のフィンガに押付けるステップと、
   前記ガントリーモジュールを参照する座標系を使用して前記第２位置における各空間の座標位置の第２セットを保存するステップと、
   前記加工材の位置に影響を及ぼすことなく、前記エンドエフェクタを前記第２位置から前記視野の外の位置に移動するステップと、
   前記エンドエフェクタが前記視野の外の位置に移動した後、カメラを使用して前記加工材の画像を取得するカメラ使用ステップと、
   前記カメラを参照する座標系を使用して各加工材の座標位置の第３セットを決定するステップと、及び
   座標位置の前記第１セット、前記第２セット及び前記第３セットを使用して、前記カメラを参照する前記座標系の座標位置を、前記ガントリーモジュールを参照する前記座標系の座標位置に変換する変換式を計算するステップと、
   を有する、方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記フィンガのうち２つのフィンガを加工材の第１側面に接触するよう直線セグメントに配置し、前記フィンガのうち第３フィンガを前記加工材の隣接直交側面に接触するよう非直線的に配置する、方法。
3. 請求項１記載の方法において、前記カメラを参照する前記座標系は、ピクセル位置で表現し、また前記ガントリーモジュールを参照する前記座標系は、測定の直線単位で表現する、方法。
4. 請求項１記載の方法において、前記第１位置は、第１コンベアベルト上の位置とし、また前記第２位置は第２コンベアベルト上の位置とする、方法。
5. 請求項４記載の方法において、少なくとも２個の加工材を前記第１コンベアベルト上に配置し、少なくとも２個の加工材を前記第２コンベアベルト上に配置する、方法。
6. 請求項４記載の方法において、前記カメラ使用ステップの前に、さらに、
   前記加工材の位置に影響を及ぼすことなく、前記エンドエフェクタを前記第２位置から前記視野内の第３コンベアベルトに移動するステップと、
   前記エンドエフェクタが前記第３コンベアベルトにある間に、前記１つ又は複数の空間内に対応する加工材を配置するとともに、各加工材を前記対応する３個のフィンガに押付けるステップと、
   前記ガントリーモジュールを参照する座標系を使用して前記第３コンベアベルトにおける各空間の座標位置の第４セットであり、前記変換式を計算するのに使用する、該座標位置の第４セットを保存するステップと
   を有する、方法。
7. ロボット較正方法において、
   光学的正規化プロセスを実施して、カメラによって取得した画像におけるピクセル位置を前記カメラの視野内の物理的寸法に変換するための、前記カメラの垂直方向及び水平方向の変換係数を決定するステップと、
   整列ツールを前記ロボットのエンドエフェクタに取付けるステップであり、前記エンドエフェクタはガントリーモジュールの一部とし、前記整列ツールは、１つ又は複数の空間を有し、各空間が３個の対応するフィンガを有するものとした、該ステップと、
   前記エンドエフェクタを前記カメラの前記視野内の第１位置に移動するステップと、
   前記エンドエフェクタを降下させるステップと、
   前記エンドエフェクタが前記第１位置にある間に、各加工材を前記対応する３個のフィンガに押付けることによって前記対応する空間内に少なくとも２個の加工材を配置するステップと、
   前記ガントリーモジュールを参照する座標系を使用して各空間の座標位置の第１セットを保存するステップと、
   前記加工材の位置に影響を及ぼすことなく、前記エンドエフェクタを前記第１位置から前記視野の外の位置に移動するステップと、
   前記エンドエフェクタが前記視野の外の前記位置に移動した後、カメラを使用して前記加工材の画像を取得するステップと、
   前記カメラを参照する座標系を使用して各加工材の座標位置の第２セットを決定するステップと、及び
   座標位置の前記第１セット及び前記第２セットに基づいて、前記カメラを参照する前記座標系の座標位置を、前記ガントリーモジュールを参照する前記座標系の座標位置に変換する変換式を計算するステップと、
   を有する、方法。
8. 請求項７記載の方法において、前記光学的正規化プロセスは、
   前記カメラの視野内で既知の寸法を有するパターンを配置するステップと、
   前記カメラを使用して前記パターンの画像を取得するステップと、及び
   前記画像における前記ピクセル位置を、前記既知の寸法に基づいて、前記視野内の前記物理的寸法に変換するステップと
   を有する、方法。
9. 請求項７記載の方法において、前記第１位置は、第１コンベアベルト上の位置とする、方法。
10. 請求項７記載の方法において、２個より多い加工材をそれぞれに対応する空間に配置し、前記２個より多い加工材に基づいて、前記変換式を計算するのに使用する最適合ラインを計算する、方法。
11. 請求項１０記載の方法において、さらに、
    座標位置の前記第２セットを前記変換式に適用するステップと、
    誤差関数を決定するステップと、
    前記変換式に使用すべき倍率を導入して、前記誤差関数を最小化するステップと
    を有する、方法。
12. 加工材取扱いシステムにおいて、
    エンドエフェクタを有するガントリーモジュールと、
    前記エンドエフェクタに取付けられた整列ツールであって、当該整列ツールは複数の空間を有し、各空間は対応する３個のフィンガを有し、各空間は加工材を受けるように構成される、整列ツールと、
    １つ又は複数のコンベアベルトと、
    前記コンベアベルトの上方に配置したカメラと、及び
    前記カメラ及び前記ガントリーモジュールと通信するコントローラであって、実行されるとき、前記システムを較正する方法を実施する命令を含む記憶素子を有する、該コントローラと
    を備え、前記方法は、
    前記エンドエフェクタを前記カメラの視野内の第１コンベアベルトに移動するステップと、
    前記エンドエフェクタを降下させるステップと、
    ユーザーが、各加工材を前記対応する３個のフィンガに押付けることによって、前記第１コンベアベルト上の少なくとも２個の加工材をそれぞれに対応する空間に配置するまで待機するステップと、
    前記ガントリーモジュールを参照する座標系を使用して各空間の座標位置の第１セットを保存するステップと、
    前記加工材の位置に影響を及ぼすことなく、前記エンドエフェクタを前記第１コンベアベルトから前記視野の外の位置に移動するステップと、
    前記エンドエフェクタが前記視野の外の位置に移動した後に、カメラを使用して前記加工材の画像を取得するステップと、
    前記カメラを参照する座標系を使用して各加工材の座標位置の第２セットを決定するステップと、及び
    座標位置の前記第１セット及び前記第２セットに基づいて、前記カメラを参照する前記座標系の座標位置を、前記ガントリーモジュールを参照する前記座標系の座標位置に変換する変換式を計算するステップと、
    を有するものとする、加工材取扱いシステム。
13. 請求項１２記載の加工材取扱いシステムにおいて、前記記憶素子は、さらに、実行するとき、前記画像におけるピクセル位置を前記カメラの視野内の物理的寸法に変換するための、カメラの垂直方向及び水平方向の変換係数を決定する光学的正規化プロセスを実施する命令を含み、前記光学的正規化プロセスは前記エンドエフェクタを移動する前に実施する、加工材取扱いシステム。