JPWO2016103310A1 - 搬送装置の制御装置 - Google Patents

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Abstract

制御装置(3)は、予め設定された閾値を劣化指標パラメータの値が超えると搬送機構(5)を停止させ、且つ、劣化指標パラメータの値の時系列の変化パターンに基づいて、劣化指標パラメータ値の閾値超過が搬送機構(5)の経年劣化によるものであるか否かを判定し、劣化指標パラメータ値の閾値超過が搬送機構(5)の経年劣化によるものであると判定した場合には、搬送機構(5)を、動作速度を低下させて動作させる制御器(33)を備える。

Description

本発明は、搬送装置の制御装置に関する。
従来、搬送装置の劣化を判断する技術には次のようなものがある。例えば特許文献１には、モータの可動子の位置及び駆動源に流れる電流の少なくとも一方を検出し、可動子の目標位置に対する検出された位置の変化と、検出された電流との少なくとも一方に基づいて駆動機構の劣化状況を判断する駆動機構の劣化検出装置が開示されている。
また、特許文献２には、目標位置に対応するデータと検出手段により検出された可動部材の実際の位置に対応するデータとを比較し偏差を求め、その偏差が所定の許容範囲を越えている場合、搬送システムの動作に異常があると判断する、基板搬送システムの監視装置が開示されている。
特開２００５−３１１２５９号公報 特開平１０−３１３０３７号公報
ところで、従来、搬送装置において異常を検出した場合は装置だけでなく、周辺設備を含めたシステム全体を一律に停止し、その後、人手による作業によりエラーの原因を解明し修理を行っていた。このため、経年劣化により搬送機構において機械及び電気的なトラブルが発生した場合であっても人手によらなければ復旧できず、装置のダウンタイムが長くなるという課題があった。
そこで、本発明では、搬送機構においてトラブルが発生した場合の搬送装置のダウンタイムを短縮することを目的とする。
本発明の一態様に係る、搬送装置の制御装置は、サーボモータを位置制御しながら当該サーボモータによって搬送機構を駆動するよう構成された搬送装置の制御装置であって、前記位置制御におけるモータの位置ずれ及びモータに流れる電流の少なくとも一方である劣化指標パラメータの値の時系列を取得する取得器と、取得した前記劣化指標パラメータの値の時系列を記憶する記憶器と、予め設定された閾値を前記劣化指標パラメータの値が超えると前記搬送機構を停止させ、且つ、前記劣化指標パラメータの値の時系列の変化パターンに基づいて、前記劣化指標パラメータ値の前記閾値超過が前記搬送機構の経年劣化によるものであるか否かを判定し、前記劣化指標パラメータ値の前記閾値超過が前記搬送機構の経年劣化によるものであると判定した場合には、前記搬送機構を、動作速度を低下させて動作させる制御器と、を備える。ここで、モータの位置ずれとは、位置制御における目標値と実際値との間の差分（偏差）、オフセット（残留偏差）、基準位置からの逸脱量、又は狂いを含む。
一般に、サーボモータの位置ずれや電流の値が時間経過とともに緩やかに上昇する場合は、経年劣化により搬送機構のサーボモータに連動するギアのつまりやグリスの枯渇が原因となっている可能性が高い。一方、位置ずれや電流値が急激に変化する場合は、障害物との衝突、ギア破損等の駆動系の故障が原因となっている可能性が高い。
上記構成によれば、位置制御におけるモータの位置ずれ及び電流の少なくとも一方である劣化指標パラメータの値の時系列データを取得して記憶する。これにより、搬送装置の自己の状態を監視することができる。そして、予め設定された閾値を劣化指標パラメータの値が超えると搬送機構を停止させる。これにより、機械及び電気的なトラブルが発生した場合の安全を確保することができる。そして、時系列データの変化パターンに基づいて、劣化指標パラメータ値の閾値超過が搬送機構の経年劣化によるものであるか否かを判定し、劣化指標パラメータ値の閾値超過が搬送機構の経年劣化によるものであると判定した場合には、搬送機構を、動作速度を低下させて動作させる。これにより、経年劣化による機械及び電気的なトラブルが発生した場合であっても人手を介することなく復旧できる。また、速度を落とすことで回避できるエラーに関しては自動で速度を落として搬送装置を動作させることによって、装置のダウンタイムを短くすることが可能になる。
前記制御器は、前記閾値を前記劣化指標パラメータの値が超えると警告信号を発し、前記劣化指標パラメータ値の前記閾値超過が前記搬送機構の経年劣化によるものでないと判定した場合にはエラー信号を発してもよい。
上記構成によれば、搬送装置の動作状況が周囲に的確に伝達されるので、作業者は適切な措置をとることができる。具体的には警告信号では、搬送装置は自動復帰する可能性があるので、作業者は直ちに復旧作業を行う必要は無い。例えば半導体設備のように、設備への進入が禁止された環境又は困難な環境下では人を設備内に入れることは望ましくないため、メンテナンスまでの時間を稼ぐことができる。一方、エラー信号では、搬送装置及び生産ライン等の周辺設備を含んだシステム全体を停止させて、観測した偏差や電流値等から故障個所を早期に発見し、修理にかかる時間を短縮することができる。
前記搬送機構の経年劣化を示す前記劣化指標パラメータの値の時系列の変化パターンは、前記劣化指標パラメータ値の所定時間における変化量に基づいて判別されてもよい。
上記構成によれば、パラメータ値時系列データの変化パターンが搬送機構の経年劣化を示すものであるか否かを好適に判別することができる。
前記制御器は、前記搬送装置を復帰させる際には、動作速度を段階的に低下させてもよい。
上記構成によれば、搬送装置の動作を復帰させやすくなる。
前記搬送装置は、真空環境下で使用される多軸ロボットでもよい。
本発明によれば、搬送機構においてトラブルが発生した場合の搬送装置のダウンタイムを短縮することが可能になる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
図１は、本実施形態に係る搬送システムの構成を示す概略図である。 図２は、図１の搬送機構の駆動系及びその制御系を示すブロック図である。 図３は、図２の制御装置に記憶された劣化指標パラメータの経年変化を模式的に示したグラフである。 図４は、図３の状態において故障が発生した場合の劣化指標パラメータの変化を模式的に示したグラフである。 図５は、図２の制御装置による自己状態監視動作及び自動復帰動作を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
［構成］
図１は、本実施形態に係る搬送システムの構成を示す概略図である。図１に示すように、搬送システム１は、搬送装置２と、搬送装置２に通信可能に接続された制御装置３と、制御装置３に接続された警報装置４を備えている。
搬送装置２は、特に限定されず、物品を搬送するものであればよい。搬送装置２は、例えば、半導体処理設備において半導体ウェハ、表示パネル用のガラス基板等を搬送するスカラ型の多軸ロボットである。搬送装置２の搬送機構５は、基台６に設けられた昇降軸７と、昇降軸７に設けられた第１リンク８と、第１リンク８の先端部に設けられた第２リンク９と、第２リンク９の先端部に設けられた第３リンク１０と、第３リンク１０の先端に設けられたエンドエフェクタ１１で構成される。搬送機構５の各構成部材にはそれぞれ駆動用のサーボモータ（図２参照）が内蔵される。
制御装置３は、搬送機構５に内蔵された複数のサーボモータを位置制御しながらサーボモータによって搬送機構５を駆動するよう構成される。制御装置３は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えており、後述する搬送機構５の状態の監視動作及び自動復帰動作を行う。制御装置３は単一の装置とは限らず、複数の装置で構成されてもよい。
警報装置４は、周囲の現場オペレータに搬送装置２が警告状態又はエラー状態にあることを通知する。警報装置４は、制御装置３からの警告信号又はエラー信号により制御され、パトライト（登録商標）のライト及びメロディーホーンの警報によりエラーを報知するが、その他の報知手段により報知してもよい。
図２は、搬送機構５の駆動系及びその制御系の構成を示すブロック図である。図２に示すように、搬送機構５の駆動系は、交流電源２１に接続されるＡＣ／ＤＣ変換回路２２と、平滑回路２３と、インバータ回路２４と、サーボモータ２５と、電流検出器２６と、位置検出器２７を有している。ここでは搬送機構５に内蔵された１つのサーボモータ２５の駆動系のみ示しているが、その他のサーボモータ２５の駆動系も同様である。
交流電源２１は、例えば三相交流電源である。ＡＣ／ＤＣ変換回路２２は、交流電源２１の出力端子に接続され、交流電源２１から出力された三相交流電力を直流電力に変換して平滑回路２３に出力する。ＡＣ／ＤＣ変換回路２２は、例えば三相全波整流回路である。
平滑回路２３は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２２の出力端子に接続され、ＡＣ／ＤＣ変換回路２２の直流出力電圧を平滑化してインバータ回路２４に出力する。平滑回路２３は、例えばコンデンサである。
インバータ回路２４は、平滑回路２３及び制御装置３の出力端子に接続され、制御装置３から入力される制御指令に基づいて、平滑回路２３から出力される直流電力を交流電力に変換して、駆動電流をサーボモータ２５へ出力する。インバータ回路２４は、例えば６つの半導体スイッチング素子を有する三相ブリッジインバータ回路と、制御信号に従って、各スイッチング素子の制御端子に駆動信号を供給する駆動回路で構成される。
サーボモータ２５は、インバータ回路２４の駆動電流により、搬送機構５（図１参照）を駆動する。サーボモータ２５は、例えばＤＣサーボモータである。
電流検出器２６は、インバータ回路２４の出力端子に接続され、サーボモータ２５の駆動電流を検出し、検出結果を制御装置３に出力する。ここで駆動電流は、モータの「負荷電流」又は「電機子電流」である。
位置検出器２７は、サーボモータ２５に取り付けられ、サーボモータ２５の位置（回転子の基準回転角度位置に対する回転角度位置）を検出して、制御装置３に出力する。位置検出器２７は、例えばモータの回転軸に取り付けられたエンコーダ又はレゾルバである。
制御装置３は、各検出器２６，２７の出力を受け取る取得器３１と、情報を記憶するための記憶器３２と、搬送装置２の動作を制御するとともに搬送機構の状態監視動作及び自動復帰動作を行う制御器３３と、入出力インターフェース（図示せず）を備える。記憶器３２には、本実施形態における制御プログラムが記憶され、制御器３３は、当該制御プログラムに従って、各種演算を行うことにより、搬送装置２の搬送動作とともに、搬送機構５の状態の監視動作及び自動復帰動作が行われる。
取得器３１は、位置制御におけるモータ２５の位置ずれ及びモータ２５に流れる電流（駆動電流）である劣化指標パラメータの値を取得する。ここでモータの位置ずれとは、位置制御における目標値と実際値との間の差分（偏差）、オフセット（残留偏差）、基準位置からの逸脱量、又は狂いを含む。取得器３１は、位置検出器１７で検出された位置情報（モータ２５の位置）と、位置情報の理論値から位置ずれを算出する。取得器３１は、電流検出器１６で検出されたサーボモータ２５に流れる電流値を取得する。
記憶器３２は、制御プログラムの他、取得した劣化指標パラメータの値の時系列データ及び閾値等の情報を記憶する。記憶器３２は、取得器３１で算出した位置ずれ及び取得した電流を、劣化指標パラメータの値の時系列（時間経過順に並ぶ一群のパラメータ値）として記憶する（図３、図４参照）。
制御器３３は、予め設定された閾値を劣化指標パラメータの値が超えると搬送機構５を停止させ、且つ、時系列データの変化パターンに基づいて、劣化指標パラメータ値の閾値超過が搬送機構５の経年劣化によるものであるか否かを判定し、劣化指標パラメータ値の閾値超過が搬送機構５の経年劣化によるものであると判定した場合には、搬送機構５を、動作速度を低下させて動作させる。
［動作］
まず、以上の構成の搬送装置２の基本の搬送動作について説明する。制御装置３は、搬送装置２の動作経路の位置指令値に対する位置検出器２７で検出された実測値の位置偏差に基づいて、モータを駆動するのに必要な電流を決定し、当該電流が流れるように制御命令を生成し、インバータ回路１４に出力する。このように、制御装置３は、搬送機構５（図１）に内蔵された複数のサーボモータ２５（図２）をフィードバック制御によって位置指令値となるように位置制御しながらサーボモータ２５によって搬送機構５を駆動することにより、所定の位置へ基板を搬送する。
次に、本発明の特徴である自己状態監視動作及び自動復帰動作の原理について図３を用いて説明する。図３は、制御装置３の記憶器３２に記憶された劣化指標パラメータの経年変化を模式的に示したグラフである。図３（ａ）は、サーボモータ２５に流れる電流の値Ｉの経年変化を示している。ここでの電流値は、サーボモータ２５が例えば所定回転数で回転した場合の電流値が時系列に記憶されている。例えばサーボモータ２５の特性に応じて電流制限値Ｉｔｈが設定される。
図３（ｂ）は、サーボモータ２５の位置ずれＰの経年変化をそれぞれ示している。ここでの位置ずれＰは、サーボモータ２５の指令位置が例えば所定の基準位置である場合における位置検出器２７で検出されるモータの２５位置の基準位置からの逸脱量が時系列に記憶されている。例えば位置制御の精度に応じて位置ずれ閾値Ｐｔｈが設定される。尚、いずれも装置の出荷時から例えば５年間の時系列データが記憶される。
図３（ａ）及ぶ図３（ｂ）に示すように、劣化指標パラメータであるサーボモータ２５の位置ずれＰや電流の値Ｉは時間経過とともに緩やかに上昇している。このような傾向が維持された場合は、電流値Ｉ又は位置ずれＰが、いずれも電流制限値Ｉｔｈ又は位置ずれ閾値Ｐｔｈを越えた場合であっても、経年劣化により搬送機構５のサーボモータ２５に連動するギアのつまりやグリスの枯渇が原因となっている可能性が高い。動作速度を低下させれば、電流値を低下させることができ、且つ位置ずれは補正により支障を来たさないようにできるので、ソフトウエアの判断で速度を低下させ、搬送装置２の動作を継続することができる。
これに対し、図４は、図３の状態において故障が発生した場合の劣化指標パラメータの変化を模式的に示したグラフである。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に対応する。図４に示すように、時刻ｔ０において、劣化指標パラメータである位置ずれＰや電流値Ｉが急激に上昇している。この場合は、障害物との衝突、ギア破損等の駆動系の故障が原因となっている可能性が高い。つまり、モータ等の物自体が破損している可能性があるため、ソフトの判断で動作を継続させることは困難である。このため、観測した偏差や電流値等から故障個所を早期に発見し、修理にかかる時間を短縮することができる。
次に、制御装置３による自己状態監視及び自動復帰動作について図５のフローチャートを用いて説明する。
まず、図５に示すように、制御装置３は、劣化指標パラメータを監視する（ステップＳ１）。取得器３１は、位置制御におけるモータの位置ずれ及びモータに流れる電流である劣化指標パラメータの値の時系列データを取得する。取得した劣化指標パラメータの値は時系列データとして記憶器３２に記憶される。これにより、搬送装置２の自己の状態を監視することができる。
次に、制御器３３は、劣化指標パラメータの値が予め設定された閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ２）。制御器３３は劣化指標パラメータの値が閾値を越えるまで監視を継続し、劣化指標パラメータの値が閾値を越えた場合は搬送機構を停止させる（ステップＳ３）。これにより、機械及び電気的なトラブルが発生した場合の安全を確保することができる。ここで制御器３３は、閾値を劣化指標パラメータの値が超えると警報装置４に警告信号を発する。これを受けた警報装置４は、周囲の現場オペレータに搬送装置２が警告状態である旨を報知する。これにより、警告信号では、搬送装置２は自動復帰する可能性があるので、作業者は直ちに復旧作業を行う必要は無い。特に半導体設備内の真空環境下では人を設備内に入れることは望ましくないため例えば定期的なメンテナンスまでの時間を稼ぐことができる。
次に、制御器３３は、搬送機構５を停止させた後、劣化指標パラメータ値の閾値超過が搬送機構５の経年劣化によるものであるか否かを時系列データの変化パターンに基づいて判定する（ステップＳ４）。本実施形態では、搬送機構５の経年劣化を示す時系列データの変化パターンは、劣化指標パラメータ値の所定時間における変化量に基づいて判別される。これにより、時系列データの変化パターンが搬送機構５の経年劣化示すものであるか否かを好適に判別することができる。
ステップＳ４で、劣化指標パラメータ値の閾値超過が搬送機構５の経年劣化によるものであると判定した場合には、搬送機構５を、動作速度を所定の速度に低下させて動作復帰させる（ステップＳ５）。これにより、経年劣化による機械及び電気的なトラブルが発生した場合であっても人手を介することなく復旧できる。また、速度を落とすことで回避できるエラーに関しては自動で速度を落として搬送装置２を動作させることによって、装置のダウンタイムを短縮することが可能になる。
ステップＳ５で、劣化指標パラメータ値の閾値超過が搬送機構５の経年劣化によるものではないと判定した場合には、警報装置４にエラー信号を発するとともにシステム全体をダウンさせる（ステップＳ６）。エラー信号を受けた警報装置４は、周囲にエラー状態である旨を通知する。作業者は、搬送装置２及び生産ライン等の周辺設備を含んだシステム全体を停止させて、観測した偏差や電流値等から故障個所を早期に発見し、修理にかかる時間を短縮することができる。
従って、本実施形態によれば、機械及び電気的なトラブルが発生した場合でも、搬送装置の自己の状態を監視することにより、動作の鈍化や電流及び電圧の増減を把握することが可能となる。そのため、状態によってはエラーとすることや、エラーになる以前にワーニングを出すことが可能になる。また、速度を落とすことで回避できるエラーに関しては自動で速度を落として搬送装置を動作させることによって、装置のダウンタイムを最小限にすることが可能になる。
尚、本実施形態では、劣化指標パラメータは、位置制御におけるモータの位置ずれ及びモータに流れる電流の双方としたが、いずれか一方にしてもよい。また、劣化指標パラメータは、サーボモータの速度のずれでもよい。
尚、本実施形態では、制御装置３は、搬送装置２を復帰させる際には、動作速度を所定の速度に低下させたが、段階的に低下させてもよい。例えば動作速度を１００％、５０％、２５％、１２．５％（停止）のように、パラメータの値が回復しない場合は段階的に落としていく。これにより、搬送装置２の動作を復帰させやすくなる。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び機能の一方又は双方の詳細を実質的に変更できる。
本発明は、半導体基板等の搬送装置に有用である。
１ 搬送システム
２ 搬送装置
３ 制御装置
４ 警報装置
５ 搬送機構
６ 基台
７ 昇降軸
８ 第１リンク
９ 第２リンク
１０ 第３リンク
１１ エンドエフェクタ
２１ 交流電源
２２ ＡＣ／ＤＣ変換回路
２３ 平滑回路
２４ インバータ回路
２５ サーボモータ
２６ 電流検出器
２７ 位置検出器
３１ 取得器
３２ 記憶器
３３ 制御器

Claims (5)

  1. サーボモータを位置制御しながら当該サーボモータによって搬送機構を駆動するよう構成された搬送装置の制御装置であって、
    前記位置制御におけるモータの位置ずれ及びモータに流れる電流の少なくとも一方である劣化指標パラメータの値の時系列を取得する取得器と、
    取得した前記劣化指標パラメータの値の時系列を記憶する記憶器と、
    予め設定された閾値を前記劣化指標パラメータの値が超えると前記搬送機構を停止させ、且つ、前記劣化指標パラメータの値の時系列の変化パターンに基づいて、前記劣化指標パラメータ値の前記閾値超過が前記搬送機構の経年劣化によるものであるか否かを判定し、前記劣化指標パラメータ値の前記閾値超過が前記搬送機構の経年劣化によるものであると判定した場合には、前記搬送機構を、動作速度を低下させて動作させる制御器と、を備える、搬送装置の制御装置。
  2. 前記制御器は、前記閾値を前記劣化指標パラメータの値が超えると警告信号を発し、前記劣化指標パラメータ値の前記閾値超過が前記搬送機構の経年劣化によるものでないと判定した場合にはエラー信号を発する、請求項１に記載の搬送装置。
  3. 前記搬送機構の経年劣化を示す前記劣化指標パラメータの値の時系列の変化パターンは、前記劣化指標パラメータ値の所定時間における変化量に基づいて判別される、請求項1又は請求項２に記載の搬送装置。
  4. 前記制御器は、前記搬送装置を復帰させる際には、動作速度を段階的に低下させる、請求項1乃至請求項３のいずれか一項に記載の搬送装置。
  5. 前記搬送装置は、真空環境下で使用される多軸ロボットである、請求項1乃至請求項４のいずれか一項に記載の搬送装置。
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