KR101332318B1 - 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치 및 방법 - Google Patents

빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 암(arm)에 외팔보 형태의 포크가 형성되어 기판이 포크에 적재되어 기판을 이송하는 빔형 기판이송 로봇에서, 포크에 기판이 적재되지 않은 상태에서 포크의 유연모드 진동 및 포크에 기판이 적재된 상태에서 포크의 유연모드 진동 각각에 대한 노치필터가 구성되어, 미리 결정된 공정 프로파일에 따라 현재 이동 궤적의 다음 궤적에서 기판이 적재되지 않는지 또는 기판이 적재되는지를 판단하여 기판의 적재 유무에 따라 노치필터를 선택하여 적용함으로써 포크의 유연모드가 가진되지 않도록 하여 포크의 진동을 저감시킬 수 있는 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치 및 방법 {Apparatus and method for decreasing vibration of substrate transferring robot with beam shape}
본 발명은 암(arm)에 외팔보 형태의 포크가 형성되어 기판이 포크에 적재되어 기판을 이송하는 빔형 기판이송 로봇에서, 포크에 기판이 적재되지 않은 상태에서 포크의 유연모드 진동 및 포크에 기판이 적재된 상태에서 포크의 유연모드 진동 각각에 대한 노치필터가 구성되어 포크의 진동을 저감시킬 수 있는 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치 및 방법에 관한 것이다.
빔형 기판이송 로봇은 어느 공정의 끝에서 기판을 카세트에 집어넣거나, 카세트에서 기판을 빼내어 다른 공정으로 이송하는 역할을 하는 로봇이다.
이러한 빔형 기판이송 로봇은 일례로 도 1과 같이 4개의 회전 조인트(R1, R2, R3, R4)와 1개의 직선이송 조인트(P1)로 구성되고, 작동부의 단부에는 상부 암(upper arm)과 하부 암(lower arm)이 형성되며, 암(10)들의 양단에는 포크(20)가 연장 형성되어 포크위에 기판을 올려놓고 이송하여 옮길 수 있도록 구성된다.
이때, 암은 직선이송 조인트(P1)에 연결되어 상하로 직선운동을 할 수 있으며, 암에는 포크가 외팔보 형태로 고정되어 있어 유연한 구조를 이룬다. 이로 인해 포크의 자유단은 직선이송 조인트(P1)의 상하 운동에 의해 쉽게 가진되어 상하 방향으로 진동이 발생한다. 즉, 기판을 옮기기 위해 빠르게 상하 작동하는 암(arm)에는 외팔보 형태의 포크가 형성되어 있으며, 포크는 기판이 적재될 수 있도록 가늘고 길게 형성되므로 유연하여 쉽게 진동이 발생한다.
그런데 기판을 적재하는 카세트는 기판의 용적률을 높이기 위해 각 층의 높이가 좁게 형성되므로, 포크를 카세트의 각 층에 넣거나 빼내기 위해서는 포크의 잔류진동이 줄어들 때까지 기다려야 하는 문제점이 있다.
즉, 공정시간을 최대한 단축하여 작업효율을 높이기 위해서는 포크의 유연모드에 의한 진동이 발생하지 않도록 하여 포크의 잔류진동이 줄어드는 시간을 최소화 하여야 한다.
또한, 빔형 기판이송 로봇의 경우에는 포크에 기판이 적재되지 않았을 때와 포크에 기판이 적재되었을 때의 유연모드 주파수가 달라지므로, 기판이 적재되지 않은 상태의 포크의 유연모드도 가진되지 않고 기판이 적재된 상태의 포크의 유연모드도 가진되지 않도록 할 필요성이 있다.
이와 관련된 종래기술로는 한국공개특허(2012-0070325)인 "진동센서를 포함하는 대기로봇 시스템"이 개시되어 있다.
KR 2012-0070325 A (2012.06.29.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 빔형 기판이송 로봇에서 포크에 기판이 적재되지 않은 상태에서 포크의 유연모드 진동 및 포크에 기판이 적재된 상태에서 포크의 유연모드 진동 각각에 대한 노치필터가 구성되어, 미리 결정된 공정 프로파일에 따라 현재 이동 궤적의 다음 궤적에서 기판이 적재되지 않는지 또는 기판이 적재되는지를 판단하여 기판의 적재 유무에 따라 노치필터를 선택하여 적용함으로써, 기판이 적재되지 않은 상태의 포크의 유연모드도 가진되지 않고 기판이 적재된 상태의 포크의 유연모드도 가진되지 않도록 할 수 있어 포크의 진동을 저감시킬 수 있는 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치는, 목표위치를 입력받아 위치궤적, 속도궤적 및 가속도궤적을 생성하는 궤적생성기; 상기 위치궤적 및 모터에 연결된 엔코더로부터 현재위치를 입력받아 위치제어 신호를 출력하는 위치제어기; 상기 속도궤적, 상기 위치제어기에서 출력된 신호 및 상기 엔코더에 연결된 속도계산부로부터 현재속도를 입력받아 속도제어 신호를 출력하는 속도제어기; 상기 가속도궤적 및 상기 속도제어기에서 출력된 신호를 입력받아 상기 모터를 제어하는 모터 드라이버; 상기 속도제어기와 모터 드라이버 사이에 병렬로 연결되며, 상기 가속도궤적 및 상기 속도제어기에서 출력된 신호에서 특정 주파수 대역을 감쇠시키는 제1노치필터와 제2노치필터; 및 상기 제1노치필터를 연결 또는 차단시키는 제1스위치와 상기 제2노치필터를 연결 또는 차단시키는 제2스위치; 를 포함하여 이루어지며, 상기 제1노치필터 및 제2노치필터는 감쇠시키는 주파수 대역이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1노치필터는 기판이 적재되지 않은 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키며, 상기 제2노치필터는 기판이 적재된 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1스위치가 연결되면 제2스위치는 차단되고, 상기 제2스위치가 연결되면 제1스위치는 차단되는 것을 특징으로 하는 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치.
그리고 본 발명의 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 방법은, 기판이 적재되지 않은 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키는 제1노치필터 및 기판이 적재된 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키는 제2노치필터가 구비된 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치를 이용한 진동 저감 방법에 있어서, 미리 결정된 공정 궤적에 따라 현재 이동 궤적이 포크에 기판이 적재되지 않은 상태인지 또는 포크에 기판이 적재된 상태인지를 판단하는 단계(S10); 및 포크에 기판이 적재되어 있는지 여부에 따라 제1노치필터 및 제2노치필터 중 하나만 ON 되도록 제어하는 단계(S20);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S20단계는, 현재 이동 궤적이 포크에 기판이 적재되지 않은 상태이면 제1노치필터를 ON시키고 제2노치필터를 OFF시키는 단계(S21); 현재의 이동 궤적에 따라 다음 궤적에서 포크에 기판이 적재될 것으로 판단되면, 포크에 기판이 적재된 상태의 궤적으로 진입하기 직전에 제1노치필터를 OFF시키고 제2노치필터를 ON시키는 단계(S22); 및 현재의 이동 궤적에 따라 다음 궤적에서 포크에 기판이 적재되지 않을 것으로 판단되면, 포크에 기판이 적재되지 않은 상태의 궤적으로 진입하기 직전에 제2노치필터를 OFF시키고 제1노치필터를 ON시키는 단계(S23);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치 및 방법은, 포크의 유연모드에 의한 진동이 저감되어 잔류진동이 줄어드는 시간을 최소할 수 있으므로, 공정시간 단축 및 작업성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 기판이 적재되지 않은 상태의 포크의 유연모드도 가진되지 않고 기판이 적재된 상태의 포크의 유연모드도 가진되지 않도록 하여, 기판의 적재 유무에 관계없이 포크의 유연모드에 의한 진동을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 빔형 기판이송 로봇을 나타낸 사시도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치를 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 포크에 기판이 적재되지 않은 상태에서의 포크 단부의 진동 및 주파수를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 포크에 기판이 적재된 상태에서의 포크 단부의 진동 및 주파수를 나타낸 그래프.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치(1000)는, 목표위치를 입력받아 위치궤적(110), 속도궤적(120) 및 가속도궤적(130)을 생성하는 궤적생성기(100); 상기 위치궤적(110) 및 모터(600)에 연결된 엔코더(610)로부터 현재위치를 입력받아 위치제어 신호를 출력하는 위치제어기(200); 상기 속도궤적(120), 상기 위치제어기(200)에서 출력된 신호 및 상기 엔코더(610)에 연결된 속도계산부(620)로부터 현재속도를 입력받아 속도제어 신호를 출력하는 속도제어기(300); 상기 가속도궤적(130) 및 상기 속도제어기(300)에서 출력된 신호를 입력받아 상기 모터(600)를 제어하는 모터 드라이버(500); 상기 속도제어기(300)와 모터 드라이버(500) 사이에 병렬로 연결되며, 상기 가속도궤적(130) 및 상기 속도제어기(300)에서 출력된 신호에서 특정 주파수 대역을 감쇠시키는 제1노치필터(410)와 제2노치필터(420); 및 상기 제1노치필터(410)를 연결 또는 차단시키는 제1스위치(411)와 상기 제2노치필터(420)를 연결 또는 차단시키는 제2스위치(421); 를 포함하여 이루어지며, 상기 제1노치필터(410) 및 제2노치필터(420)는 감쇠시키는 주파수 대역이 서로 다르게 형성된다.
우선, 궤적생성기(100) 목표위치를 입력받아 위치궤적(110), 속도궤적(120) 및 가속도궤적(130)을 생성한다. 이때, 궤적생성기(100)와 연결되어 사용자와 인터페이스되는 메인 제어부를 통해 목표위치가 궤적생성기(100)에 입력될 수 있으며, 궤적생성기(100)는 입력받은 목표위치에 따라 위치궤적(110), 속도궤적(120) 및 가속도궤적(130)을 생성한다.
위치제어기(200)는 궤적생성기(100)에서 생성된 위치궤적(110)을 입력받고, 모터(600)에 연결된 엔코더(610)로부터 현재위치를 입력받아, 위치제어 신호를 출력한다. 이때, 위치제어기(200)는 생성된 위치궤적(110)과 현재위치의 차이인 위치 오차값에 따라 위치제어 신호를 출력한다.
속도제어기(300)는 궤적생성기(100)에서 생성된 속도궤적(120), 위치제어기(200)에서 출력된 위치제어 신호 및 엔코더(610)에 연결된 속도계산부(620)로부터 현재속도를 입력받아, 속도제어 신호를 출력한다. 즉, 속도제어기(300)는 위치제어기(200)에서 출력되는 위치제어 신호에 따라 속도제어 신호를 출력하되, 속도궤적(120)과 현재속도의 차이인 속도 오차값에 따라 속도제어 신호를 출력한다.
제1노치필터(410)와 제2노치필터(420)는 속도제어기(300)와 모터 드라이버(500)사이에 병렬로 연결되며, 제1노치필터(410)의 후단에는 제1스위치(411)가 연결되고 제2노치필터(420)의 후단에는 제2스위치(421)가 연결된다. 그리하여 제1스위치(411)와 제2스위치(421)에 의해 제1노치필터(410)와 제2노치필터(420)를 각각 작동시킬 수 있다. 여기에서 제1노치필터(410) 및 제2노치필터(420)는 특정 주파수 대역에서 급격한 감쇠 특성을 갖는 필터이며, 제1노치필터(410) 및 제2노치필터(420)는 감쇠시키는 주파수 대역이 서로 다르게 형성된다.
모터 드라이버(500)는 가속도궤적(130) 및 속도제어기(300)에서 출력된 신호에서, 제1노치필터(410) 또는 제2노치필터(420)를 거치며 특정 주파수 대역이 감쇠된 신호를 입력받아 모터(600)를 제어한다. 이때, 모터 드라이버(500)는 모터(600)로 공급되는 전류를 제어하여 모터의 정회전, 역회전, 회전속도 및 정지 등을 제어한다.
이와 같이 목표위치와 현재위치에 따라 모터의 위치제어 신호, 속도제어 신호 및 가속도궤적을 포함한 제어명령이 제1노치필터 또는 제2노치필터를 거치며 특정 주파수 대역이 감쇠되어 모터 드라이버로 입력되어 모터를 제어하게 된다. 그리하여 빔형 기판이송 로봇의 현재위치에서의 진동 주파수에 따라 제1노치필터(410) 또는 제2노치필터(420)를 작동시켜 진동을 저감시킬 수 있다.
이때, 상기 제1노치필터(410)는 기판이 적재되지 않은 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키며, 상기 제2노치필터(420)는 기판이 적재된 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키도록 구성된다.
즉, 도 2 및 도 3과 같이 빔형 기판이송 로봇의 포크에 기판이 적재되지 않은 상태에서는 제1스위치(411)를 닫고 제2스위치(421)를 열어 제1노치필터(410)만 작동시키고, 포크에 기판이 적재된 상태에서는 제2스위치(421)를 닫고 제1스위치(421)를 열어 제2노치필터(420)만 작동되도록 하여, 포크에 기판이 적재되었는지 여부에 따라 노치필터를 선택적으로 적용하여 포크의 진동을 저감시킬 수 있다.
이때, 일례로 포크에 기판이 적재되지 않은 상태에서의 포크 진동과 유연모드 주파수는 도 4와 같이 나타나며, 상측은 시간에 따른 포크의 진동을 나타내고 하측은 진동의 주파수 대역을 나타낸 그래프이다. 또한, 포크에 기판이 적재된 상태에서는 도 5와 같이 나타날 수 있다. 그러므로 제1노치필터를 도 4에 나타난 바와 같이 13Hz를 중심주파수로 하여 감쇠되도록 구성하고, 제2노치필터를 도 5에 나타난 바와 같이 4Hz를 중심주파수로 하여 감쇠되도록 구성하며, 현재위치에서 기판의 적재 여부에 따라 제1노치필터 또는 제2노치필터가 선택적으로 작동되도록 함으로써 빔형 기판이송 로봇의 진동을 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 제1스위치(411)가 연결되면 제2스위치(421)는 차단되고, 상기 제2스위치(421)가 연결되면 제1스위치(411)는 차단되도록 구성될 수 있다.
그리고 본 발명의 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 방법은, 기판이 적재되지 않은 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키는 제1노치필터(410) 및 기판이 적재된 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키는 제2노치필터(420)가 구비된 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치를 이용한 진동 저감 방법에 있어서, 미리 결정된 공정 궤적에 따라 현재 이동 궤적이 포크에 기판이 적재되지 않은 상태인지 또는 포크에 기판이 적재된 상태인지를 판단하는 단계(S10); 및 포크에 기판이 적재되어 있는지 여부에 따라 제1노치필터(410) 및 제2노치필터(420) 중 하나만 ON 되도록 제어하는 단계(S20);를 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 목표위치가 입력되면 이 목표위치에 따라 공정 궤적이 결정되므로, 현재 이동 궤적에서 포크에 기판이 적재되지 않은 상태인지 또는 적재된 상태인지를 알 수 있다. 그러므로 현재 위치에서 포크에 기판의 적재 여부를 판단하여, 기판이 적재되지 않은 상태에서는 기판이 적재되지 않은 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키는 제1노치필터(410)를 ON시켜 진동을 감쇠시키고, 기판이 적재된 상태에서는 기판이 적재된 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키는 제2노치필터(420)를 ON시켜 진동을 감쇠시킨다. 즉, 제1노치필터(410)가 ON 되면 제2노치필터(420)는 OFF되며, 반대로 제2노치필터(420)가 ON 되면 제1노치필터(410)는 OFF된다.
이때, 상기 S20단계는, 현재 이동 궤적이 포크에 기판이 적재되지 않은 상태이면 제1노치필터(410)를 ON시키고 제2노치필터(420)를 OFF시키는 단계(S21); 현재의 이동 궤적에 따라 다음 궤적에서 포크에 기판이 적재될 것으로 판단되면, 포크에 기판이 적재된 상태의 궤적으로 진입하기 직전에 제1노치필터(410)를 OFF시키고 제2노치필터(420)를 ON시키는 단계(S22); 및 현재의 이동 궤적에 따라 다음 궤적에서 포크에 기판이 적재되지 않을 것으로 판단되면, 포크에 기판이 적재되지 않은 상태의 궤적으로 진입하기 직전에 제2노치필터(420)를 OFF시키고 제1노치필터(410)를 ON시키는 단계(S23);를 포함하여 이루어질 수 있다.
이는 빔형 기판이송 로봇이 카세트에 기판을 넣거나 카세트에서 기판을 빼내는 작업을 반복하므로, 이동 궤적에 따라 포크에 기판이 적재되거나 적재되지 않은 상태에 따라 제1노치필터(410) 또는 제2노치필터(420)를 선택하여 반복적으로 적용되도록 함으로써, 기판의 적재 여부에 관계없이 포크의 유연모드가 가진되지 않도록 할 수 있다. 이때, 포크에 기판의 적재 여부가 바뀌는 궤적의 직전에서 노치필터를 바꿔 적용하여 포크의 유연모드가 가진되지 않도록 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치 및 방법은, 포크의 유연모드에 의한 진동이 저감되어 잔류진동이 줄어드는 시간을 최소할 수 있으므로, 공정시간 단축 및 작업성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 기판이 적재되지 않은 상태의 포크의 유연모드도 가진되지 않고 기판이 적재된 상태의 포크의 유연모드도 가진되지 않도록 하여, 기판의 적재 유무에 관계없이 포크의 유연모드에 의한 진동을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치
100 : 궤적생성기
110 : 위치궤적 120 : 속도궤적
130 : 가속도궤적
200 : 위치제어기
300 : 속도제어기
410 : 제1노치필터 411 : 제1스위치
420 : 제2노치필터 421 : 제2스위치
500 : 모터 드라이버
600 : 모터
610 : 엔코더 620 : 속도계산부

Claims (5)

  1. 목표위치를 입력받아 위치궤적, 속도궤적 및 가속도궤적을 생성하는 궤적생성기;
    상기 위치궤적 및 모터에 연결된 엔코더로부터 현재위치를 입력받아 위치제어 신호를 출력하는 위치제어기;
    상기 속도궤적, 상기 위치제어기에서 출력된 신호 및 상기 엔코더에 연결된 속도계산부로부터 현재속도를 입력받아 속도제어 신호를 출력하는 속도제어기;
    상기 가속도궤적 및 상기 속도제어기에서 출력된 신호를 입력받아 상기 모터를 제어하는 모터 드라이버;
    상기 속도제어기와 모터 드라이버 사이에 병렬로 연결되며, 상기 가속도궤적 및 상기 속도제어기에서 출력된 신호에서 특정 주파수 대역을 감쇠시키는 제1노치필터와 제2노치필터; 및
    상기 제1노치필터를 연결 또는 차단시키는 제1스위치와 상기 제2노치필터를 연결 또는 차단시키는 제2스위치; 를 포함하여 이루어지며,
    상기 제1노치필터 및 제2노치필터는 감쇠시키는 주파수 대역이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1노치필터는 기판이 적재되지 않은 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키며, 상기 제2노치필터는 기판이 적재된 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1스위치가 연결되면 제2스위치는 차단되고, 상기 제2스위치가 연결되면 제1스위치는 차단되는 것을 특징으로 하는 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치.
  4. 기판이 적재되지 않은 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키는 제1노치필터 및 기판이 적재된 포크의 유연모드 주파수를 중심주파수로 하여 감쇠시키는 제2노치필터가 구비된 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 장치를 이용한 진동 저감 방법에 있어서,
    미리 결정된 공정 궤적에 따라 현재 이동 궤적이 포크에 기판이 적재되지 않은 상태인지 또는 포크에 기판이 적재된 상태인지를 판단하는 단계(S10); 및
    포크에 기판이 적재되어 있는지 여부에 따라 제1노치필터 및 제2노치필터 중 하나만 ON 되도록 제어하는 단계(S20);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 S20단계는,
    현재 이동 궤적이 포크에 기판이 적재되지 않은 상태이면 제1노치필터를 ON시키고 제2노치필터를 OFF시키는 단계(S21);
    현재의 이동 궤적에 따라 다음 궤적에서 포크에 기판이 적재될 것으로 판단되면, 포크에 기판이 적재된 상태의 궤적으로 진입하기 직전에 제1노치필터를 OFF시키고 제2노치필터를 ON시키는 단계(S22); 및
    현재의 이동 궤적에 따라 다음 궤적에서 포크에 기판이 적재되지 않을 것으로 판단되면, 포크에 기판이 적재되지 않은 상태의 궤적으로 진입하기 직전에 제2노치필터를 OFF시키고 제1노치필터를 ON시키는 단계(S23);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 빔형 기판이송 로봇의 진동 저감 방법.
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