JP2621108B2 - 板状体の非接触位置決め装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコンウェファやコ
ンパクトディスクなどの円盤状物体やカードやシート等
の矩形物体や、その他の板状体を非接触で位置決めする
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の板状体の非接触位置決め装置とし
ては、所定の大きさの板状体をその主面と平行な方向に
移動させ、静止固定している複数のホトカプラ（発光素
子と受光素子との組み合わせ）で構成されるセンサーユ
ニットで位置検出をするものや、静止固定されている所
定の大きさの板状体を該板状体の主面と平行な方向に移
動するセンサーユニットで位置検出するものがあった。

【０００３】このような従来装置を示すものとして、技
術誌『自動化技術』第１９巻 第８号（１９８７）ｐｐ
５４〜６０や特公昭６１−３６３７号公報等が知られて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】所定の大きさの板状体
の主面と平行な方向に、該板状体とセンサーユニットを
相対的に移動させて位置検出する上記従来技術では、所
定の大きさの板状体とはサイズが異なる板状体を検出し
ようとすると、検出に必要な板状体あるいはセンサーユ
ニットの移動距離が大きくなり、位置検出に時間がかか
り、また移動機構も大きいものになってしまう。

【０００５】この点を解決すべく光センサーの数を増や
して各種サイズの板状体の位置検出が短時間に完了する
ようにしたとしても、多数の光センサーの設置や配線さ
らには各光センサーの検出結果の処理回路などの面で装
置が複雑となる。

【０００６】本発明の目的は、各種形状、サイズの板状
体の位置検出に対して正確かつ迅速に対応することが可
能で簡素な構成の板状体非接触位置決め装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、指向性の強い電磁波または音波で構成される集束
エネルギ線が板状体の縁に接することをセンサーで検出
して板状体の非接触位置決めを行なう装置において、複
数の集束エネルギ線を中心軸に沿って次第に収束、また
は発散する方向に放射するエミッション手段と、放射さ
れたエネルギ線をそれぞれ検出する検出手段を有するセ
ンサーユニットと、前記中心軸にほぼ垂直な面内に板状
体を保持するハンドと、前記板状体の縁が前記複数の集
束エネルギ線のおのおのに接するように前記センサーユ
ニットおよび板状体の一方を他方に対して相対的に移動
させる手段とを備えたことである。

【０００８】また、本発明の他の特徴とするところは、
指向性の強い電磁波または音波で構成される集束エネル
ギ線が板状体の縁に接することをセンサーで検出して板
状体の非接触位置決めを行なう装置において、複数の集
束エネルギ線を中心軸に沿って次第に収束、また発散す
る方向に放射するエミッション手段と、放射されたエネ
ルギ線をそれぞれ検出する検出手段を有するセンサーユ
ニットと、前記中心軸にほぼ垂直な面内に板状体を保持
するハンドと、前記中心軸の方向に前記板状体またはセ
ンサーユニットのいずれかを移動させた場合に前記板状
体の縁が前記複数の集束エネルギ線のおのおのにそれぞ
れ接する時の板状体またはセンサーユニットの位置デー
タから前記板状体の面内方向での位置偏差を得る手段を
備えたことにある。

【０００９】

【作用】中心軸に沿って次第に収束または発散する方向
に複数の集束エネルギ線を放射しつつ、中心軸にほぼ垂
直な面内に板状体を保持し、中心軸に沿って該板状体ま
たはセンサーユニットを相対的に移動させた場合に、複
数の集束エネルギ線の各々は板状体の縁で遮られる。

【００１０】中心軸に垂直な面と、集束エネルギ線の各
々の交点を結ぶ図形は互いに相似形であるため、この図
形と板状体の形状を対応させておけば、板状体またはセ
ンサーユニットをわずかに移動させるだけで板状体を所
定の平板形状位置に一致させることができる。

【００１１】すなわち、従来の２次元移動に比べて、収
束または発散する形状の検知ラインの採用と３次元移動
を採用することによって、短時間に板状体の位置決めが
できる。

【００１２】検知ラインに用いる複数の集束エネルギ線
の本数は板状体の形状を特徴化できる数であればよいの
で、エミッタおよび検出器の数は少なくて済み、装置全
体は簡素なものとなる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１、２を参照し
て説明する。図１において、ガイドレール２がベース１
に固定され、その上をガイドブロック３が昇降する。ガ
イドブロック３には上部ブラケット４ａとサポート４ｂ
と下部ブラケット４ｃが固定されている。

【００１４】上部ブラケット４ａはホトダイオードやホ
トダイオードに接続された光ファイバ等の光検出器５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが設けられ、下部ブラケット４ｃ
には半導体レーザ、発光ダイオード、またはこれらに接
続された光ファイバ等の発光素子１７ａ、１７ｂ、１７
ｃ、１７ｄが設けられており、光検出器と発光素子５ａ
と１７ａ、５ｂと１７ｂ、５ｃと１７ｃ、５ｄと１７ｄ
がそれぞれ対をなし、全体として光センサーユニット２
０を構成している。

【００１５】ハンド６は円形板状体７を前段機器から受
け取って固着し、板状体７の位置決めをしてから後段機
器に受け渡す。ボールねじナット８はサポート４ｂと結
合され、ボールねじ１０と螺合されている。ボールねじ
１０は、ベアリングユニット９に支持されカップリング
１１を介してステッピングモーター１２の出力軸に接続
されている。

【００１６】制御機器１５は、発光素子１７ａ〜１７ｄ
に駆動電流を供給して各発光素子から光ビームを発射さ
せる。円形板状体７がない状態では、光検出器５ａ〜５
ｄはそれぞれ光ビームを受光する。円形板状体７によっ
て光ビームが遮られると、光検出器は受光しなくなり、
その出力を変化させる。このようにして、光検出器５の
出力信号によって円形板状体７の縁端部を検出できる。

【００１７】ステッピングモーター１２はベース１のモ
ーター固定用ブラケット１３に固定されている。さら
に、ステッピングモーター１２の出力軸にはエンコーダ
ー１４が接続され、回転角度、従ってボールねじナット
８、センサーユニット２０の高さを表す信号を発生す
る。

【００１８】光検出器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの出力信
号およびエンコーダー１４の出力信号は、制御機器１５
に取り込まれる。制御機器１５はステッピングモーター
１２に駆動パルスを供給し、ドライバーの機能も果たし
ている。

【００１９】ステッピングモーター１２の回転はボール
ねじ１０を駆動してセンサーユニット２０を円形板状体
７の主面と垂直なＺ軸方向に昇降させる。ハンド６は円
形板状体７の主面と平行なＸＹ両軸方向に円形板状体７
を移動させることができ、その制御は制御機器１５が担
当する。従って、光センサーユニット２０と円形板状体
７はＸＹＺの三軸方向に相対的に移動できる。

【００２０】次に、位置決め動作について説明する。図
２は光センサーユニット２０内の発光素子１７ａ〜１７
ｄから発射される光線１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ
と円形板状体７の関係を示している。光線１６ａ、１６
ｂ、１６ｃ、１６ｄは一点鎖線で示すようにＺ軸を中心
軸とする錐状に放射され、その交点１６Ｚは錐の頂点で
あり、二点鎖線で示すＺ軸上にある。

【００２１】各光線１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄと
Ｚ軸に垂直な平面との交点を該平面上で結ぶ図形は、全
て相似形となる。図示の場合は正方形であるが、この正
方形が内接する円形とも等価なものとして扱える。

【００２２】今、円形板状体７が点線で示す位置７ａに
配置されているとする。この時、全光線１６ａ、１６
ｂ、１６ｃ、１６ｄは円形板状体７ａの縁で遮られてい
ないため、光検出器５ａ〜５ｄでは全光線１６ａ、１６
ｂ、１６ｃ、１６ｄを検出する。これは円形板状体７が
所望の位置に配置されていないことを意味する。

【００２３】そこで、円形板状体７をＺ軸に沿って上昇
させる。実線で示す位置において、全光線１６ａ、１６
ｂ、１６ｃ、１６ｄを円形板状体７ａの縁で同時に遮っ
たとする。

【００２４】この時、光検出器５では全光線１６ａ、１
６ｂ、１６ｃ、１６ｄを検出しなくなる。そこで、この
位置で円形板状体７が所望の位置にセットされたものと
判断して円形板状体７の移動を止める。

【００２５】光センサーユニット２０は円形の位置を指
定できる最低３本の光線を放つものでよいから装置全体
は簡素なものとなる。光線１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１
６ｄは一点鎖線で示す錐状に放射されているから、光セ
ンサーユニット２０に対して板状体７をＺ軸方向にわず
かに移動させるだけで光線１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１
６ｄを板状体７で遮ることができ、迅速に位置決めを行
なうことができる。

【００２６】たとえば、厚さの異なる円形板状体の表面
を所定の高さに位置決めすることが容易に行なえる。さ
らに板状体７の径が異なる場合でも光線と板状体の相対
位置が変化するだけであり、同じ光センサーユニット２
０で位置決めすることができる。

【００２７】次に、円形板状体７がＺ軸方向だけでな
く、Ｘ軸やＹ軸の方向にずれている場合にそのずれを検
出し、必要に応じて修正する例を説明する。本例では、
静止しているハンド６に固定されている円形板状体７を
光検出器５ａ〜５ｄと発光素子１７ａ〜１７ｄとの間に
入れた状態で、円形板状体７を動かさず、代りにステッ
ピングモーター１２によるボールねじ駆動でセンサーユ
ニット２０を図２のＺ軸に沿って移動させる。各光線が
円形板状体と接する位置を検出することにより、円形板
状体７の位置検出を行う。

【００２８】センサーユニット２０の光検出器群と発光
素子群の中心軸、即ち、錐状に放射されている各光線の
交点１６Ｚの存在するＺ軸と円形板状体７の中心軸が偏
心していると、円形板状体７の端縁が光線を遮る位置は
光検出器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄで異なってくる。

【００２９】それぞれの光線の遮られる位置を検出し、
その位置データを制御機器１５で演算することによって
円形板状体７の中心軸がセンサーユニット２０の中心軸
からどの方向にどれだけ偏心しているか、即ち、円形板
状体７の位置（面内偏差）を検出することができる。

【００３０】この算出結果より、例えば、ハンド６を偏
心量だけ逆方向に移動させることで、円形板状体７を非
接触で正確にセンタリング（位置決め）することが可能
となる。

【００３１】以下に制御機器１５で行う位置データの演
算について詳細に説明する。図１のＡ１−Ａ２矢視線の
方向を水平とし、円形板状体７を上面から見た状況を図
３に示す。ＸＹ面上に投影した状態で考察する。

【００３２】円形板状体７のセンシングの軌跡は、光線
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの光路で表される。光
線１６ａと光線１６ｃを結ぶ線は、センサーユニット２
０の中心軸Ｏａを通る一直線上にあり、また、同じく光
線１６ｂと光線１６ｄを結ぶ線もセンサーユニット２０
の中心Ｏａを通る一直線上にあり、ハンド６の挿入方向
に対してそれぞれ４５度の角度をなしている。本図は、
円形板状体７の中心Ｏｂが、センサーユニット２０の中
心Ｏａから偏心している場合について示したものであ
る。

【００３３】センサーユニット２０をＺ軸に沿って上下
に移動させると、光線１６ｄ、１６ｃ、１６ａ、１６ｂ
の順番に静止しているハンド６に固定されている円形板
状体７によって光線が遮られる。

【００３４】各光線が初めて遮光された時、光線１６
ａ、１６ｂ、１６ｃおよび１６ｄの円形板状体７の外側
の部分の長さが判明する。円形板状体７主面へ投影した
長さをそれぞれＬａ、Ｌｂ、ＬｃおよびＬｄとする。

【００３５】Ｏａを原点とし、図３に示すように、ハン
ド６の挿入方向をＹ軸方向、ハンド６の挿入方向と直角
な方向をＸ軸方向とする。センサーユニット５の中心Ｏ
ａと円形板状体７の中心Ｏｂの各軸方向の偏差ｘ，ｙ
は、偏差が円形板状７の半径に対して小さな場合、それ
ぞれ、 ｘ≒〔（−１）／｛４／（２）^1/2 ｝〕｛（Lc−La）＋（Ld−Lb）｝ ｙ≒〔（−１）／｛４／（２）^1/2 ｝〕｛（Lc−La）−（Ld−Lb）｝ と近似できる。

【００３６】なお、この演算で得られた偏差ｘ，ｙから
La〜Lbを算出し、測定値と比較すること等によって測定
精度を改良することも容易に行なえる。したがって、各
光線１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが円形板状体７で
遮光される時のエンコーダー１４の信号を図１の制御機
器１５に取り込み、予め分かっている発光素子の位置デ
ータなどから三角関数を利用して各遮光されてない部分
（円形板状体の外側部分）の長さＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，及
びＬｄを求め、上記両式で演算して偏差ｘ，ｙを容易に
得ることが出来る。

【００３７】次に偏差ｘ，ｙだけハンド６を逆方向に移
動させると、中心軸Ｏａと円形板状体７の中心Ｏｂは一
致する。このようにして、円形板状体７の面内位置を測
定し、修正することができる。

【００３８】以上の実施例においては、４本の光線を用
いているが円形板状体の場合、３本の光線を用いるセン
サーユニットでも位置合わせを行うことが出来る。ま
た、以上の実施例は、静止しているハンド６によって固
定されている円形板状体７の位置検出をボールねじ駆動
によるセンサーユニットの移動で行う場合について示し
ているが、位置固定されたセンサーユニット２０内でハ
ンド６を移動しても良い。

【００３９】また、４つの光線を４角錐状に配置してい
るが、図４に示すように５つ目の光検出器５ｘ，発光素
子１７ｘを追加し、５角錐状の配置を採用しても構わな
い。また、図５に示すように光線１６の光路がらせん的
になるような光検出器と発光素子の配置や、図６に示す
ように光線１６がある箇所Ｋで交差しているような光検
出器と発光素子の配置でも、上述の実施例同様の位置検
出を行うことができる。

【００４０】３本以上の集束エネルギ線を収束または拡
散するように中心軸の周りに配置することにより、相似
形状の板状体の検出が容易に実現できる。さらに、図７
に示すように、円形板状体７からの反射光１６Ｒをセン
シングするように光検出器５を配置しても位置合わせを
することができる。

【００４１】また、円形板状体だけでなく、結晶面方向
を表示するためのオリエンテーションフラットを備えた
シリコンウェファとか矩形物体、その他の板状物体の位
置検出においても、同様の位置検出を適用できる。

【００４２】図８はオリエンテーションフラットを備え
たウェファの位置検出用光センサーユニットの一例を概
略的に示す。オリエンテーションフラットは円弧の一部
に張った弦のような形であり、この向きも測定対象とな
る。

【００４３】シリコンウェファ７Ａのオリエンテーショ
ンフラット７Ａｓ検出用に２組の平行な光線１６ｐ、１
６ｑを用い、これらがオリエンテーションフラット７Ａ
ｓによって遮光されたことを２個の光センサー５ｐ、５
ｑで確認することによりオリエンテーションフラット７
Ａｓの位置を検出できる。

【００４４】上記の実施例同様に錐状に放射される光線
１６ａ〜１６ｄによってウェファの中心位置を検出し、
両結果を組合わせることで、シリコンウェファ７Ａのよ
うに非真円のものに対しても容易に位置合わせを実行で
きる。

【００４５】以上の実施例においては、集束エネルギ線
１６として半導体レーザや発光ダイオードから放射され
る光線を用いた。しかし、本発明は光線に限らず、その
原理から明らかなように、指向性の強い光以外の電磁波
や音波の利用も可能である。

【００４６】また、ハンド６上に載置された板状体７で
は位置検出だけを行い、その結果得られるデータを次段
の機器に伝送して、そこで位置決めをおこなっても構わ
ない。

【００４７】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各種サイズの板状体の位置検出を正確かつ迅速に行なう
ことが可能であり、簡素な構成を有する板状体の非接触
位置決め装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による板状体の非接触位置決
め装置を示す部分的斜視図である。

【図２】図１に示す位置決め装置における位置決めの動
作を説明する図である。

【図３】図１に示す位置決め装置を用いて行う別の位置
決め動作を説明する図である。

【図４】本発明の他の実施例による板状体の非接触位置
決め装置における光センサーユニットの構成を示す図で
ある。

【図５】本発明のさらに他の実施例による板状体の非接
触位置決め装置における光センサーユニットの構成を示
す図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例による板状体の非接
触位置決め装置における光センサーユニットの構成を示
す図である。

【図７】本発明のさらに他の実施例による板状体の非接
触位置決め装置における光センサーユニットの構成を示
す図である。

【図８】本発明のさらに他の実施例による板状体の非接
触位置決め装置における光センサーユニットの構成を示
す図である。

【符号の説明】

１ …ベース ２ …ガイドレール ３ …ガイドブロック ４ａ …上部ブラケット ４ｂ …サポート ４ｃ …下部ブラケット ５ａ〜５ｄ …光センサー ５ｘ、５ｐ、５ｑ …光センサー ６ …ハンド ７ …円形板状体 ８ …ボールねじナット ９ …ベアリングユニット １０ …ボールねじ １１ …カップリング １２ …ステッピングモーター １３ …モーター固定用ブラケット １４ …エンコーダー １５ …制御機器 １６ａ〜１６ｄ …光線 １６Ｚ …各光線の交点 １７ａ〜１７ｄ …発光素子 １７ｘ、１７ｐ、１７ｑ …発光素子 ２０ …光センサーユニット

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】指向性の強い電磁波または音波で構成され
   る集束エネルギ線（１６）が板状体（７）の縁に接する
   ことをセンサーで検出して板状体の非接触位置決めを行
   なう装置において、 複数の集束エネルギ線（１６）を中心軸に沿って次第に
   収束、または発散する方向に放射するエミッション手段
   （１７）と、放射されたエネルギ線（１６）をそれぞれ
   検出する検出手段（５）を有するセンサーユニット（２
   ０）と、 前記中心軸にほぼ垂直な面内に板状体（７）を保持する
   ハンド（６）と、 前記板状体（７）の縁が前記複数の集束エネルギ線（１
   ６）のおのおのに接するように前記センサーユニット
   （２０）および板状体（７）の一方を他方に対して相対
   的に移動させる手段（８、１０、１２）とを備えたこと
   を特徴とする板状体の非接触位置決め装置。
2. 【請求項２】指向性の強い電磁波または音波で構成され
   る集束エネルギ線（１６）が板状体（７）の縁に接する
   ことをセンサーで検出して板状体（７）の非接触位置決
   めを行なう装置において、 複数の集束エネルギ線（１６）を中心軸に沿って次第に
   収束、または発散する方向に放射するエミッション手段
   （１７）と、放射されたエネルギ線（１６）をそれぞれ
   検出する検出手段（５）を有するセンサーユニット（２
   ０）と、 前記中心軸にほぼ垂直な面内に板状体（７）を保持する
   ハンド（６）と、 前記中心軸の方向に前記板状体（７）またはセンサーユ
   ニット（５）のいずれかを移動させた場合に前記板状体
   （７）の縁が前記複数の集束エネルギ線（１６）のおの
   おのにそれぞれ接する時の板状体（７）またはセンサー
   ユニット（５）の位置データから前記板状体（７）の面
   内方向での位置偏差を得る手段とを備えたことを特徴と
   する板状体の非接触位置決め装置。
3. 【請求項３】前記集束エネルギ線（１６）が光線、前記
   エミッション手段（１７）が複数の発光素子を含み、前
   記検出手段（５）が複数の受光素子を含む請求項１また
   は２記載の板状体の非接触位置決め装置。
4. 【請求項４】前記集束エネルギ線（１６）が角錐の稜の
   位置に配置されるように前記エミッション手段（１
   ７）、前記検出手段（５）が配置されている請求項１〜
   ３のいずれかに記載の板状体の非接触位置決め装置。
5. 【請求項５】前記エミッション手段（１７）が複数の発
   光素子を含み、前記検出手段が前記板状体（１７）の主
   面での集束エネルギ線（１６）の反射光を検出するよう
   に配置された複数の受光素子を含む請求項１または２記
   載の板状体の非接触位置決め装置。
6. 【請求項６】前記エミッション手段（１７）および検出
   手段（５）が、複数本の平行な集束エネルギ（１６）を
   放出し、検出する素子をそれぞれ含む請求項１または２
   記載の板状体の非接触位置決め装置。