KR101923089B1 - 로봇의 교시방법 및 로봇 - Google Patents

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하지메 나카하라
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

로봇의 교시방법은, 센서빔에 의해 상기 타겟을 수평방향으로 주사(走査)하도록 상기 센서빔의 광축에 직교하는 축상(軸上)에 있는 소정의 선회(旋回)축의 주위에 상기 핸드를 요동시키는 요동단계와, 상기 핸드를 요동시킴에 따라서 변화한 상기 매핑센서의 검출신호에 기초해서, 상기 핸드의 긴 쪽방향의 중심축에 따른 위치에 상기 타겟이 일치하였는지 아닌지를 판정하는 판정단계와, 상기 일치하지 않는다고 판정한 경우에, 상기 핸드를 요동시킴에 따라서 변화한 상기 매핑센서의 검출신호에 기초해서, 상기 핸드의 오프셋(offset)양(量)을 산출하고, 상기 산출한 오프셋 양에 응해서 상기 센서빔의 광축에 따라, 좌우 어느 쪽의 방향으로 상기 핸드를 시프트(shift)시키는 시프트단계를 포함한다.

Description

로봇의 교시방법 및 로봇
본 발명은, 로봇의 교시방법 및 로봇에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체처리설비에서 반도체 웨이퍼(wafer), 표시패널(panel)용의 유리(glass) 기판(基板)들을 반송(搬送)할 때에는, 링크(link)계의 수평 다관절형의 반송(搬送)로봇이 사용된다. 반송로봇의 핸드선단(hand先端)에는 매핑센서(mapping sensor)가 설치되는 경우가 있다. 매핑센서에 의해 카세트(cassette) 내에 수납된 기판의 유무를 검출한다. 매핑센서는, 예를 들면, 양다리(二股) 모양으로 분기(分岐)한 핸드의 제1 및 제2 선단부(先端部) 사이의 공간을 센서빔(sensor beam)이 직진하도록 구성된다. 일반적으로는, 매핑센서에 의해 대상물을 검출하는 때에는, 대상물이 센서빔을 차단한 위치가 그 검출위치가 된다. 이 때문에 매핑센서의 빔빙항에서의 위치는 특정(特定)할 수 없다. 종래기술로서, 미국특허 제7522267호의 명세서에는, 대상물에 대해서 2개의 다른 자세(姿勢)에서의 매핑센서의 검출위치로부터 대상물의 XY평면위치(平面位置)를 산출(算出)하는 기술이 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌1을 참조).
미국특허 제7522267호 명세서
그러나, 상기 종래의 방법에서는, 매핑센서의 실제의 위치와 로봇에 의해 인식되는 위치가 다른 경우, 산출된 위치에는 오차가 포함된다. 또 로봇의 제로잉(zeroing) 오차, 기계적인 치수의 오차들이 누적됨으로써, 각도뿐만 아니라, XY평면위치에서의 오차도 생긴다. 그 결과, 대상물의 위치를 정밀도(精度) 좋게 교시할 수 없다고 하는 문제가 있다.
그래서, 본 발명에서는, 대상물의 위치를 정확하게 특정하고, 로봇의 교시 정밀도의 향상을 목적으로 한다.
본 발명의 일태양(一態樣)에 관계되는 로봇의 교시방법은, 적어도 X축, Y축의 2축방향으로 자유도를 갖는 로봇암(robot arm)과, 상기 암(arm)의 선단에 부착되어, 양다리(二股) 모양으로 분기한 제1선단부 및 제2선단부를 갖는 핸드(hand)와, 상기 제1 및 제2선단부 사이의 공간을 센서빔이 직진하도록 구성되고, 타겟(target)이 상기 센서빔을 차단했는지 아닌지를 검출하는 매핑센서와, 상기 로봇암의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하는 로봇의 교시방법으로서, 교시위치에 타겟을 배치하는 배치단계와, 상기 핸드를 소정위치에서부터 직진시키고, 상기 타겟이 상기 센서빔을 차단한 때의 상기 로봇에서 바라본 상기 타겟의 전후방향의 위치를 특정하는 제1특정단계와, 상기 센서빔에 의해 상기 타겟을 수평방향으로 주사(走査)하도록 상기 센서빔의 광축에 직교하는 축상(軸上)에 있는 소정의 선회(旋回)축의 주위에 상기 핸드를 요동시키는 요동단계와, 상기 핸드를 요동시킴에 따라서 변화한 상기 매핑센서의 검출신호에 기초해서, 상기 핸드의 긴 쪽방향의 중심축에 따른 위치에 상기 타겟이 일치하였는지 아닌지를 판정하는 판정단계와, 상기 일치하지 않는다고 판정한 경우에, 상기 핸드를 요동시킴에 따라서 변화한 상기 매핑센서의 검출신호에 기초해서, 상기 핸드의 오프셋(offset)양(量)을 산출하고, 상기 산출한 오프셋 양에 응해서 상기 센서빔의 광축에 따라, 좌우 어느 쪽의 방향으로 상기 핸드를 시프트(shift)시키는 시프트단계, 상기 일치하였다고 판정한 경우에, 상기 로봇에서 바라본 상기 타겟의 좌우방향의 위치를 특정하는 제2특정단계와, 상기 특정된 상기 타겟의 전후방향 및 좌우방향의 위치에 기초해서, 상기 교시위치에 대응하는 상기 핸드의 위치를 로봇에게 교시하는 교시단계를 포함한다.
매핑센서는 핸드선단의 공간을 통과하는 센서빔을, 타겟이 차단하는지 아닌지에 의해 검출하는 구성이다. 이 때문에, 로봇에서 바라본 타겟의 한 방향의 위치를 특정하는 것 외에는 할 수 없다.
상기 구성에 의하면, 핸드를 소정의 선회축의 주위에 요동시켜서, 센서빔에 의해 타겟을 수평방향으로 주사(走査)한다. 매핑신호의 검출신호 파형이 변화한다. 변화하는 검출신호에 기초해서 오프셋 양을 산출한다. 산출한 오프셋 양에 기초해서 핸드를 시프트 시킨다. 이에 따라, 로봇의 제로잉, 치수상의 오차가 있어도, 핸드의 긴 쪽 방향의 중심축에 따른 위치, 요컨대 매핑센서의 라인(line)중앙에 타겟을 일치시킨다. 이에 따라, 로봇에서 바라본 타겟의 평면위치를 특정할 수 있고, 특정된 타겟의 위치에 기초해서 교시위치에 대응하는 핸드의 위치를 로봇에게 교시할 수 있다.
상기 요동단계에서는, 상기 센서빔의 광축에 직교하는 축상에 있는 소정의 선회축의 주위에 좌우 동일한 각도만큼 상기 핸드를 요동시켜도 좋다.
상기 구성에 의하면, 핸드의 긴 쪽 방향의 중심축에 대해서, 좌우 같은 각도만큼 상기 로봇암을 요동시키는 것에 의해, 매핑센서의 검출신호로부터 오프셋 양을 매우 적합하게 산출할 수 있다.
상기 판정단계에서는, 상기 매핑센서의 검출신호치가 0도를 중심으로 한 소정의 요동각의 범위에서 대칭성을 갖는지 아닌지에 의해, 상기 핸드의 긴 쪽 방향의 중심축에 따른 위치에 상기 타겟이 일치하였는지 아닌지를 판정해도 좋다.
상기 구성에 의하면, 타겟의 위치를 정확하게 특정할 수 있다.
로봇의 기준좌표계의 축에 대한 상기 센서빔의 광축의 기울기를 산출하는 단계를 더 포함하고, 상기 시프트 단계에서는, 상기 산출한 기울기를 유지하도록 상기 센서빔의 광축에 따라 상기 핸드를 시프트 시켜도 좋다.
핸드의 시프트방향과, 로봇의 기준좌표계의 각 축은 서로 평행이라고는 정해져 있지 않다. 그래서, 미리 로봇의 기준죄표계의 축에 대한 센서빔의 광축 기울기를 산출하여 놓는 것에 의해, 핸드를 정확하게 시프트 시킬 수 있다.
상기 배치단계에서는, 2개의 타겟을 2개의 교시위치에 각각 배치하고, 상기 제1특정단계, 상기 요동단계, 상기 판정단계, 상기 시프트단계, 상기 제2특정단계 및 상기 교시단계를 상기 2개의 타겟 각각에 대해서 행하고, 상기 특정한 상기 타겟의 각각의 위치의 상대위치와 상기 타겟 사이의 설계거리에 기초해서, 상기 교시된 핸드의 위치에서부터 상기 핸드를 소정거리만큼 직진시키는 경우의 어긋남을 조정하는 조정단계를 더 포함해도 좋다.
상기 구성에 의하면, 예를 들어, 기판의 가장자리에서 핸드를 소정거리(예를 들면, 기판의 중심)만큼 직진시키는 경우의 어긋남을 매우 적합하게 조정할 수 있다.
본 발명의 다른 태양(態樣)에 관계되는 로봇은, 적어도 X축, Y축의 2축방향으로 자유도를 갖는 로봇암(robot arm)과, 상기 암(arm)의 선단에 부착되어, 양다리(二股) 모양으로 분기한 제1선단부 및 제2선단부를 갖는 핸드(hand)와, 상기 제1 및 제2선단부 사이의 공간을 센서빔이 직진하도록 구성되고, 타겟(target)이 상기 센서빔을 차단했는지 아닌지를 검출하는 매핑센서와, 상기 로봇암의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하는 로봇으로서, 상기 제어장치는, 상기 핸드를 소정위치에서 직진시키고, 교시위치에 배치된 상기 타겟이 상기 센서빔을 차단한 때의 상기 로봇에서 바라본 상기 타겟의 전후방향의 위치를 특정하고, 상기 센서빔에 의해 상기 타겟을 수평방향으로 주사하도록 상기 센서빔의 광축에 직교하는 축상에 있는 소정의 선회축의 주위에 상기 핸드를 요동시키고, 상기 핸드를 요동시킴에 따라서 변화한 상기 매핑센서의 검출신호에 기초해서, 상기 핸드의 긴 쪽 방향의 중심축에 따른 위치에 상기 타겟이 일치하였는지 아닌지를 판정하고, 상기 일치하지 않는다고 판정한 경우에, 상기 핸드를 요동시킴에 따라서 변화한 상기 매핑신호의 검출신호에 기초해서, 상기 로봇암의 오프셋 양을 산출하고, 상기 산출한 오프셋 양에 응해서 상기 센서빔의 광축에 따라 좌우 어느 쪽의 방향으로 상기 핸드를 시프트 시키고, 상기 일치하였다고 판정한 경우에, 상기 로봇에서 바라본 상기 타겟의 좌우방향의 위치를 특정하고, 상기 특정된 상기 타겟의 전후방향 및 좌우방향의 위치에 기초해서, 상기 교시위치에 대응하는 상기 핸드의 위치를 로봇에게 교시한다.
본 발명에 의하면, 대상물의 위치를 정확하게 특정하고, 로봇의 교시 정밀도(精度)를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징, 및 이점은, 첨부도면의 참조 하에, 이하(以下)의 매우 적합한 실시형태(실시예)의 상세한 설명으로부터 명확하게 된다.
도1은 제1실시형태의 로봇의 구성을 나타내는 개략도이다.
도2는 도1의 핸드의 평면도이다.
도3은 도1의 로봇의 제어계를 나타내는 블록도이다.
도4는 도1의 로봇의 교시방법의 일례(一例)를 나타내는 플로우차트이다.
도5는 XY평면 내의 타겟의 위치를 특정하는 로봇의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도6은 도5의 핸드를 요동시킨 경우의 개략적인 평면도이다.
도7은 핸드중심이 타겟에 일치한 경우의 매핑센서의 검출신호 파형을 나타내고 있다.
도8은 핸드중심이 타겟에 일치하지 않는 경우의 매핑센서의 검출신호 파형을 나타내고 있다.
도9는 핸드를 시프트 시킨 경우의 개략적인 평면도이다.
도10은 제2실시형태에 있어서의 핸드와 타겟의 개략적인 평면도이다.
도11은 핸드의 시프트방향에 대해서, 로봇 기준좌표계에 좌표축이 경사지고 있는 경우의 개략적인 평면도이다.
(제1실시형태)
이하, 본 발명에 관계되는 제1실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는, 모든 도면을 통해서, 동일 또는 상당(相當)하는 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
도1은, 제1실시형태의 로봇(1)의 구성을 나타내는 개략도이다. 도1에 나타내는 바와 같이, 로봇(1)은, 예를 들면 반도체소자를 제조하는 반도체처리설비에 있어서, 반도체소자의 재료인 웨이퍼(wafer) 등의 기판(W)을 반송(搬送)하기 위해 이용된다. 웨이퍼에는, 반도체 웨이퍼와 유리(glass) 웨이퍼가 포함된다. 반도체 웨이퍼에는, 예를 들면 실리콘 웨이퍼, 이 외의 반도체 단체(單體)의 웨이퍼, 및 화합물반도체 웨이퍼가 포함된다. 유리 웨이퍼에는, 예를 들면 FPD(Flat Panel Display)용 유리기판, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)용 유리기판, 및 사파이어(단결정알루미나) 웨이퍼가 포함된다. 반도체처리설비에는, 예를 들면 열처리, 불순물도입처리, 박막형성처리, 리소그래피(lithography)처리, 세정처리, 및 평탄화(平坦化)처리라고 하는 처리를 웨이퍼에 행하는 복수의 처리장치가 설치되어 있다. 로봇(1)은, 이들 처리장치가 배치되어 있는 영역(처리실)에 기판(W)을 반송한다. 본 실시의 형태에서는, 카세트대(7)상에 설치된 카세트(6) 내부의 선반(shelf)에 기판(W)이 수납된다.
[로봇]
로봇(1)은, 예를 들면, 암(2)과, 승강축(昇降軸)(3)과, 기대(基臺)(4)와, 제어장치(5)와, 핸드(10)을 구비한다. 본 실시형태에서는, 이른바 수평 다관절형의 4축로봇의 핸드(10)에 기판(W)이 얹어 놓여진다. 로봇(1)은, X축, Y축, Z축의 3축방향으로 자유도를 갖는 암(2)의 선단부에, 수평방향의 자유도를 갖는 손목이 설치되고, 이 손목에 핸드(10)가 설치된다.
로봇(1)은, 반도체처리설비의 적소(適所)(예를 들면, 설치바닥)에 고정되는 기대(4)를 갖고, 기대(4)에는 승강축(3)이 설치되어 있다. 기대(4)에서는, 승강축(3)의 축선이, 예를 들면, 연직으로 향하여 진다. 기대(4)에는, 예를 들면, 공기실린더(cylinder)로 이루어지는, 도시하지 아니한 액추에이터(actuator)가 내장되어 있다. 이 액츄에이터의 동작에 의해 승강축(3)은 기대(4)의 상면측(上面側)에서 상하방향으로 승강한다.
암(2)은, 제1암(2a) 및 제2암(2b)를 포함한다. 제1암(2a)은 승강축(3)의 상단부(上端部)에 설치된다. 제1암(2a)은 승강축(3)의 상단부에서 수평으로 연장되어 있다. 제1암(2a)의 일단부(一端部)는 승강축(3)에 대해서 연직축선(L1) 주위에 요동(搖動) 가능하게 연결되고, 승강축(3)에는, 예를 들면 전기모터로 이루어진, 도시하지 아니한 액추에이터가 내장되어 있다. 이 액추에이터의 동작에 의해 제1암(2a)은 승강축(3)에 대해서 수평면 내를 요동한다.
제2암(2b)은 제1암(2a)의 타단부(他端部)의 상면측에 설치된다. 제2암(2b)은, 제1암(2a)의 타단부에서 수평으로 연장되고 있다. 제2암(2b)의 일단부는, 제1암(2a)에 대해서 연직축선(L2) 주위에 요동 가능하게 연결되어 있다. 제1암(2a)의 타단부에는, 예를 들면, 전기모터로 이루어지는, 도시하지 아니한 액추에이터가 내장되어 있다. 이 액추에이터의 동작에 의해, 제2암(2b)은 제1암(2a)의 타단부에 대해서 수평면 내를 요동한다.
제2암(2b)의 타단부의 상면측에는, 기판(W)이 얹어 놓여지고 동시에 이것을 보지(保持)하는 핸드(10)가 설치되어 있다. 이 핸드(10)는, 제2암(2b)의 타단부에 대해서 연직축선(L3) 주위에 요동 가능하게 연결되어 있다. 제2암(2b)의 타단부에는, 예를 들면 전기모터로 이루어지는, 도시하지 아니한 액추에이터가 내장되어 있다. 이 액추에이터의 동작에 의해, 핸드(10)는 제2암(2b)의 타단부에 대해서 수평면 내를 요동한다.
제어장치(5)는, 예를 들면 도시하지 아니한 조작장치로부터의 입력에 의해 혹은 자동적으로, 승강축(3), 제1암(2a), 제2암(2b) 및 핸드(10)를 구동하는 각 액추에이터의 동작을 제어하고, 핸드(10)는, 상하 및 수평으로 이동한다. 그리고, 액추에이터의 동작속도를 적절히 제어하는 것에 의해, 핸드(10)는 수평면 내에서 임의의 경로를 따라 이동 가능하게 된다.
[핸드]
도2는, 도1의 핸드(10)를 위에서 바라본 평면도이다. 도2에 나타내는 바와 같이, 핸드(10)는 평면시(平面視)에서 U자 모양으로 형성된 판재(板材)로 이루어진다. 본 실시형태에서는, 판재는 U자형의 중심축(C)에 대해서 좌우대칭이다. U자 모양의 본체는, 단일의 기단부(基端部)(10a)와, 그 기단부로부터 양다리(二股)로 나뉘어 연장되는 한 쌍의 제1선단부(10b) 및 제2선단부(10c)를 갖는다. 제1선단부(10b) 및 제2선단부(10c) 사이에는 공간이 형성되어 있다. 핸드(10)의 기단부(10a)는, 부착판(20)의 일단(一端)에 고정되고, 핸드(10)의 본체는, 부착판(20)에서부터 수평으로 연장되고 있다. 부착판(20)의 타단(他端)은, 제2암(2b)의 타단부에 대해서 연직축선(L3) 주위에 요동 가능하게 연결되어 있다.
핸드(10)는, 원반모양의 기판(W)이 얹어 놓여지고 동시에 이것을 보지(保持)하도록 구성된다. 본 실시형태에서는, 핸드(10)는, 기판보지부(11)로서의 누름압력면(11a) 및 2개의 엣지그립(edge grip)(11b 및 11c)를 구비한다. 누름압력면(11a)은 핸드(10)의 기단부(10a)의 상면에 설치된다. 2개의 엣지그립(11b 및 11c)은 핸드(10)의 제1선단부(10b) 및 제2선단부(10c)의 상면에 설치된다. 누름압력면(11a)에 의해 엣지그립(11b 및 11c)을 향하여 기판(W)의 엣지가 눌려지고, 엣지그립(11b 및 11c)과 함께 기판(W)이 파지(把持)된다.
핸드(10)의 제1선단부(10b), 제2선단부(10c) 및 공간에 이동하는 영역에 매핑센서(12)가 형성되고, 기판(W)에 대향(對向)시키고 해당기판(W)의 유무를 검출한다. 매핑센서(12)는, 제1선단부(10b) 및 제2선단부(10c) 사이의 공간을 센서빔(B)이 직진하도록 구성된다. 매핑센서(12)는 기판(W)이 센서빔(B)을 차단하였는지 아닌지를 검출한다. 본 실시형태에서는, 핸드(10)의 긴 쪽 방향의 중심축(C)과 센서빔(B)의 중심은 일치하고 있다.
핸드(10)의 부착판(20)에는 발광부(13)가 내장된다. 발광부(13)는 제어장치(5)로부터의 전기적 입력을 변환해서 검출광을 발생시킨다. 발광부(13)에는 광파이버(15a)의 일단(一端)이 접속되고, 광파이버(15a)는 핸드의 기단부(10a)의 뒤쪽에서 선단부(10b)의 뒤쪽까지 부설(敷設)되어 있다. 광파이버(15a)는 발광부(13)에서 출사(出射)된 검출광을 핸드의 선단부(10b)의 뒤쪽까지 인도한다. 핸드(10)의 부착판(20)에는 수광부(14)가 내장된다. 수광부(14)는 검출광을 수광해서, 해당 검출광을 제어장치(5)로의 전기적 출력으로 변환한다. 핸드(10)의 선단부(10c)의 뒤쪽에는 광파이버(15b)의 일단(一端)이 접속되고, 핸드(10)의 부착판(20)에 내장된 수광부(14)까지 부설되어 있다. 광파이버(15b)는 핸드의 선단부(10c)의 뒤쪽에 입사한 검출광을 수광부(14)까지 인도한다. 또한, 광파이버(15a 및 15b)의 각각의 양단에 도시하지 아니한 광수렴소자(예를 들면, 볼록렌즈) 및 광발산소자(예를 들면, 오목렌즈)를 필요에 의해 적절하게 배치해도 좋다.
[제어계]
도3은, 로봇(1)에 있어서의 제어계를 나타내는 블록도이다. 도3에 나타내는 바와 같이, 제어장치(5)는, 핸드(10)의 발광부(13) 및 수광부(14) 및 기판보지부(11), 로봇(1)의 구동장치(30)와 제어선을 통하여 접속되고, 예를 들면 마이크로 콘트롤러 등의 컴퓨터를 구비한 로봇 콘트롤러이다. 제어장치(5)는 단일의 장치라고는 정해져 있지 않고, 복수의 장치로 구성되어도 좋다. 제어장치(5)는, 연산부(51)와, 기억부(52)와, 서보제어부(53)을 구비한다.
기억부(52)는, 제어장치(5)의 기본 프로그램, 로봇의 동작 프로그램 등의 정보를 기억한다. 연산부(51)는, 로봇제어를 위한 연산처리를 행하고, 로봇(1)의 제어지령을 생성한다. 서보제어부(53)는, 연산부(51)에 의해 생성된 제어지령에 기초하여 로봇(1)의 구동장치(30)를 제어하도록 구성되어 있다.
발광부(13)는, 발광소자(16)와, 드라이브회로(17)를 구비한다. 발광소자(17)는, 검출광을 생성해서 출사한다. 발광소자(16)로서, 예를 들면 발광다이오드 또는 레이저다이오드가 이용된다. 드라이브회로(17)는, 발광소자(16)에 전압을 인가해서 그 발광소자를 구동한다. 드라이브회로(17)는, 제어장치(5)로부터의 제어신호(전기적 입력)에 응해서 전압을 생성해서, 발광소자(16)를 구동한다.
수광부(14)는, 수광소자(18)와, 출력회로(19)를 구비한다. 수광소자(18)는 수광한 검출광의 수광양(受光量)에 따라 전압을 생성하도록 해서, 광신호를 전기신호로 변환한다. 수광소자(18)로서, 예를 들면 포토다이오드가 사용된다. 출력회로(19)는 전기신호를 증폭해서, 이것을 매핑센서(12)의 검출신호(전기적 출력)로서 출력한다.
발광소자(16) 또는 수광소자(18)와 광파이버(15a,15b)는, 도시되지 아니한 커넥터에 의해 접속되어 있다. 이와 같이, 본 실시형태에서는, 발광부(13) 및 수광부(14)는, 발광소자(16) 및 수광소자(18)를 포함하고, 발광소자(16) 및 수광소자(18)가 투과형(透過型)의 광센서를 구성하고 있다.
기판보지부(11)에서는, 제어장치(5)의 제어지령에 따라서, 기판(W)과 접촉하는 누름압력면(11a)의 압력이 제어된다. 누름압력면(11a)에 의해 엣지그립(11b 및 11c)을 향하여 기판(W)의 엣지가 눌려져서, 엣지그립(11b 및 11c)과 함께 기판(W)이 파지(把持)된다.
구동장치(30)는, 도1에서 나타낸 승강축(3), 제1암(2a), 제2암(2b)을 구동하는 액추에이터에 의해 구성되어 있다. 구동장치(30)는, 제어장치(5)의 제어지령에 따라, 승강축(3), 제1암(2a) 및 제2암(2b)을 구동하는 액추에이터를 동작시켜서, 핸드(10)를 상하 및 수평으로 이동한다.
[매핑동작]
다음으로, 핸드(10)에 의한 매핑동작에 대해서 도1 및 도2를 이용해서 설명한다. 매핑검출동작에서는, 로봇(1)은, 암(2)의 동작을 제어해서, 예를 들면 카셋트(6)의 최하단의 선반에서 최상단의 선반까지 순차로 핸드(10)의 선단을, 각 선반에 수납된 기판(W)에 대향(對向)하도록 하여 주사(走査)시킨다(도1참조).
기판(W)이 선반에 수납되어 있지 아니한 경우, 센서빔(B)은 제1선단부(10b) 및 제2선단부(10c) 사이의 공간을 직진한다(도2참조). 이에 따라, 검출광은 핸드(10)의 선단부(10c) 뒤쪽의 광파이버(15b)의 단부(端部)에서 수광된다. 수광부(14)는, 제어장치(5)에 하이레벨(high level)의 검출신호(ON신호)를 출력한다. 요컨대, 기판(W)이 선반에 수납되어 있지 아니한 때의 검출신호는 하이레벨이 된다.
한편, 기판(W)이 선반에 수납되어 있는 경우, 매핑센서(12)에 의해, 기판(W)의 외주부(外周部)에 의해 핸드의 선단부(10b)와 선단부(10c) 사이의 공간을 진행하는 센서빔이 차광(遮光)된다. 이 경우는, 검출광은 핸드(10)의 선단부(10c)의 뒤쪽의 광파이버(15b)의 단부에서 수광되지 않기 때문에, 수광부(14)는 제어장치(5)로 로우레벨(low level)의 검출신호(OFF신호)를 출력한다. 요컨대, 기판(W)이 선반에 수납되어 있는 때 센서의 검출신호는 로우레벨이 된다. 이와 같이 해서, 제어장치(5)는 카셋트(6) 내의 각 선반에 기판이 수납되어 있는지 아닌지를 순차로 판정할 수 있다.
[타겟위치특정]
상술(上述)한 바와 같이, 매핑센서(12)는 센서빔(B)을 타겟이 차단하는지 아닌지에 의해 검출한다. 이 때문에, 제어장치(5)는, 로봇(1)에서 바라본 타겟의 한 방향(예를 들면, 핸드(10)의 직진방향)의 위치를 특정하는 것 외에는 할 수 없다. 여기서, 로봇(1)에서 바라본 타겟의 위치란, 예를 들면 로봇(1)의 기준좌표계에 있어서의 타겟의 좌표위치이다. 본 실시형태에서는, 로봇(1)은 매핑센서(12)를 이용해서 타겟의 평면위치를 특정하고, 그것을 자신에게 교시한다.
이하에서는, 로봇(1)의 교시방법에 대해서 설명한다. 도4는, 로봇(1)의 교시방법의 일례를 보여주는 플로우차트(flow chart)이다. 도5는 XY평면 내의 타겟의 위치를 특정하는 로봇의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도5에 나타내는 바와 같이, 제어장치(5)에서는, 로봇(1)의 기준좌표계가 설정된다. 이 좌표계는, 예를 들면, 기대(4)의 설치면과 제1암(2a)의 선회축(L1)의 회전축선(回轉軸線)과의 교점이 원점이고, 선회축(L1)의 회전축선이 Z축이고, Z축에 직교하는 임의의 축이 X축이고, Z축 및 X축에 직교하는 축이 Y축이다.
먼저, 교시에 앞서서 작업자는 타겟(40)을 교시위치에 배치한다(도4의 단계S1). 타겟(40)의 형상은 임의이다. 도5에 나타내는 바와 같이, 타겟(40)은, 예를 들면, Z축 방향으로 연장되고, 원주모양으로 형성된다. Z축 방향은, 연직방향이다. 타겟(40)은, 예를 들면 카셋트(6) 등에 미리 정한 교시위치로 배치된다. 이 때, 로봇(1)을 소정의 개시위치까지 이동시킨다. 로봇(1)은 미리 설정된 프로그램에 따라서, 개시위치까지 이동시켜도 좋고, 작업자가 로봇(1)을 조작해서 수동(手動)에 의해 개시위치까지 이동시켜도 좋다.
다음으로, 제어장치(5)는, 핸드(10)의 전후방향에 있어서의 타겟(40)의 위치를 특정한다(도4의 단계S2). 구체적으로는, 제어장치(5)는, 암(2)을 동작시켜서 핸드(10)를 소정위치로부터 직진시킨다. 그리고, 제어장치(5)는 타겟(40)이 센서빔(B)을 차단한 때의 로봇(1)에서 바라본 타겟(40)의 전후방향의 위치를 특정한다. 여기서, 타겟(40)의 전후방향이란, 로봇의 기준좌표계의 Y축에 평행한 방향이다. 제어장치(5)는, 검출신호가 하이레벨에서 로우레벨로 바뀐 때의 제1암(2a) 및 제2암(2b)을 구성하는 링크의 치수 및 관절축의 각도 등에 기초해서, 기준좌표계에 있어서의 핸드(10)의 위치를 산출하고, 산출한 위치를 기억부(52)에 기록한다. 이에 따라, 매핑센서(12)의 센서빔(B)이 타겟(40)의 앞에 오도록 로봇(1)의 핸드(10)가 세트(set)된다.
다음으로, 제어장치(5)는, 타겟(40)을 주사(走査)하도록 핸드(10)를 수평방향으로 요동(좌우)시킨다(도4의 단계S3). 도6은 도5의 핸드(10)를 요동시킨 경우의 개략적인 평면도이다. 또한, 이후부터 도면에 나타내는 핸드(10)는 편의상 간략화되어 있다. 도6에 나타낸 바와 같이, 센서빔(B)에 의해 타겟(40)을 수평방향으로 주사하도록 센서빔(B)의 광축에 직교하는 축상에 있는 선회축(L3)의 주위에 핸드(10)를 요동시킨다. 여기서는, 제어장치(5)는, 검출신호가 로우레벨의 상태에서 핸드(10)의 긴 쪽 방향의 중심축(C)상에 있는 선회축(L3)의 주위에 좌우 같은 각도(예를 들면, 좌우 10도씩)만큼 핸드(10)를 요동시킨다. 또한, 핸드(10)의 선회축은 핸드의 긴 쪽 방향의 중심축(C)상에 있으면 된다. 예를 들면, 도1의 선회축(L1) 또는 선회축(L2) 주위에 요동시켜도 좋다.
다음으로, 제어장치(5)는, 핸드(10)를 요동시키는 것에 의해, 변화한 매핑센서(12)의 검출신호에 기초해서, 핸드(10)의 긴 쪽 방향의 중심축(C)에 따른 위치에 타겟(40)이 일치하였는지 아닌지를 판정한다(단계S4). 도7 및 도8은, 핸드(10)의 중심축(C)이 타겟(40)에 일치한 경우 및 일치하지 아니한 경우의 매핑센서(12)의 검출신호의 파형을 각각 보여주고 있다. 세로축은 검출신호, 가로축은 요동각도를 나타내고 있다. 도7에 나타내는 바와 같이, 일치한 경우의 검출신호의 값이 0도를 중심으로 한 소정의 요동각의 범위에서 대칭성을 갖는다. 이에 대해서, 도8에 나타내는 바와 같이, 일치하지 아니한 경우의 검출신호의 값이 0도를 중심으로 한 소정의 요동각의 범위에서 대칭성을 갖지 아니한다. 그래서, 제어장치(5)는, 매핑센서(12)의 검출신호치가 0도를 중심으로 한 소정의 요동각의 범위에서 대칭성을 갖는지 아닌지에 의해, 핸드(10)의 긴 쪽 방향의 중심축(C)에 따른 위치에 타겟(40)이 일치하였는지 아닌지를 판정한다.
다음으로, 제어장치(5)는, 일치하지 아니한 경우(단계S4에서 NO)는, 핸드(10)를 요동시키는 것에 의해 변화한 매핑센서(12)의 검출신호에 기초해서, 핸드(10)의 오프셋 양(量)을 산출한다(단계S5). 제어장치(5)는, 예를 들면 도8에 나타내는 바와 같이, 플러스(오른쪽) 방향에 핸드(10)를 스윙(swing)시킨 경우의 검출신호(절대치)의 적분치와, 마이너스(왼쪽) 방향에 핸드(10)를 스윙(swing)시킨 경우의 검출신호(절대치)의 적분치의 대소를 비교하는 것에 의해, 오프셋 양(量)을 산출한다.
다음으로, 제어장치(5)는, 핸드(10)를 시프트 시킨다(단계S6). 도9는, 핸드(10)를 시프트 시킨 경우를 보여주고 있다. 도9에 나타내는 바와 같이, 제어장치(5)는 산출한 오프셋 양(量)에 응해서 센서빔(B)의 광축에 따라 오른쪽 방향으로 핸드(10)를 시프트 시킨다. 여기서는 핸드(10)를 로봇기준좌표계의 X축 방향으로 시프트 시킨다. 또한, 핸드(10)의 시프트 량은, 예를 들면 도8에 나타내는 바와 같이, 플러스(오른쪽)방향으로 핸드(10)를 스윙 시킨 경우의 검출신호(절대치)의 적분치와, 마이너스(왼쪽)방향으로 핸드(10)를 스윙 시킨 경우의 검출신호(절대치)의 적분치가 같아지는 값으로 정해진다. 그리고, 제어장치(5)는, 시프트 후는 단계S3으로 돌아가서, 핸드(10)의 중심축(C)이 타겟(40)에 일치할 때까지, 상기 단계를 반복한다. 요컨대, 제어장치(5)는 검출신호의 값이, 도7에 나타내는 바와 같이, 0도를 중심으로 한 소정의 요동각의 범위에서 대칭성을 갖게 되기 까지, 상기 단계를 반복한다. 이에 따라, 로봇(1)의 제로잉, 치수상의 오차가 있어도, 핸드(10)의 긴 쪽 방향의 중심축(C)에 따른 위치, 요컨대 센서빔(B)의 라인중앙에 타겟(40)을 일치시켜서, 로봇(1)에서 바라본 타겟(40)의 평면위치를 특정할 수 있다.
다음으로, 제어장치(5)는, 일치했다고 판정한 경우(단계S4에서 YES)는, 로봇(1)에서 바라본 타겟의 좌우방향의 위치를 특정한다(단계S7). 여기서, 타겟(40)의 좌우방향이란, 로봇(1)의 기준좌표계의 X축에 평행한 방향이다. 이 때, 제어장치(5)는 제1암(2a) 및 제2암(2b)를 구성하는 링크의 치수 및 관절축의 각도에 기초해서, 기준좌표계에 있어서의 핸드(10)의 위치를 산출하고, 산출한 위치를 기억부(52)에 기록한다.
마지막으로, 제어장치(5)는, 특정된 타겟(40)의 전후방향 및 좌우방향의 위치에 기초해서, 교시위치에 대응하는 핸드(10)의 위치를 로봇(1)에게 교시한다(단계S8).
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 타겟(40)의 위치를 정확하게 특정할 수 있기 때문에, 로봇(1)의 교시 정밀도(精度)를 향상시킬 수 있다. 그런데, 타겟(40)에 대해서 실제의 핸드(10)가 수직으로 향하고 있었다고 해도, 로봇(1)이 인식하고 있는 핸드(10)의 위치(자세)는, 실제로는 다르다. 이 때문에, 교시된 핸드(10)의 위치로부터 직진시킨 경우, 타겟(40)은 핸드(10)의 중심축(C)에서 벗어나 버린다. 결국, 타겟(40)에 대해서 핸드(10)의 중심축(C)이 수직이었다고 해도, 센서빔(B)을 차단한 위치와 핸드(10)가 기판(W)의 중심에서 기판을 보지(保持)하기까지의 위치의 거리에 대해서, 핸드(10)는 가로축방향으로 어긋나는 것이 된다. 직진거리가 직경 300㎜웨이퍼의 가장자리에서 중심까지의 거리라고 한 경우, 핸드(10)의 중심이 타겟(40)에 대해서 0.3도 어긋나 있는 경우의 가로방향의 어긋난 양(偏差量)은 이하의 식에서 산출할 수 있다.
150㎜
Figure 112017117843208-pct00001
sin(0.3) = 0.79㎜
이에 대해서, 발명자들은, 본 실시형태에 의한 효과를 확인하기 위해, 미국특허제7522267호의 명세서에 기재된 방법에 의해, 타겟(40)의 위치 어긋남을 개산(槪算)했다. 그 결과, 핸드(10)의 중심이 타겟(40)에 대해서 0.3도 어긋나 있는 경우에는, 타겟(40)의 위치의 어긋남은 1.6㎜이였다. 이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 종래예(從來例)와 비교해도 충분한 정밀도(精度)를 확보할 수 있다.
(제2실시형태)
다음으로, 재2실시형태에 대해서, 도10을 이용해서 설명한다. 이하에서는, 제1실시형태와 공통하는 구성의 설명은 생략하고, 상위(相違)하는 구성에 대해서만 설명한다.
도10은, 제2실시형태에서의 핸드(10)와 타겟(40)을 개략적으로 보여준 평면도이다. 도10에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 제1실시형태와 비교하면, 2개의 타겟(40a 및 40b)을 2개의 교시위치에 각각 배치하는 점이 다르다. 그리고, 단계S2~S8을 2개의 타겟 각각에 대해서 행한다. 특정한 타겟(40a 및 40b)의 각각의 위치의 상대위치와, 타겟(40a 및 40b) 사이의 설계거리에 기초해서, 교시된 핸드(10)의 위치로부터 핸드(10)를 소정거리만큼 직진시키는 경우의 어긋남을 조정한다. 예를 들면, 로봇(1)이 기판(W)을 보지(保持)하는 때에, 카셋트 내의 기판의 가장자리에서 기판의 중심까지 핸드(10)를 직진시키는 경우의 어긋남을 매우 적합하게 조정할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 로봇(1)의 기준좌표계의 X축과 핸드(10)의 시프트 방향은 일치하고 있고, 핸드를 센서빔(B)의 광축에 따라 시프트 시키는 때에는, 핸드(10)를 로봇좌표계의 X축 방향에 따라 시프트 시킨다(도9참조). 그러나, 센서빔(B)의 광축방향과, 로봇의 기준좌표계의 각축은 반드시 평행이라고는 정해져 있지 않다.
도11은, 핸드의 시프트 방향에 대해서, 로봇 기준좌표계의 좌표축이 경사지고 있는 경우의 개략적인 평면도이다. 도11에 나타내는 바와 같이, 핸드(10)의 시프트방향(광축방향)과 로봇 기준좌표계의 X축은 각도θ만큼 경사지고 있다. 이 경우에는, 미리 로봇의 베이스좌표계의 X축에 대한 센서빔(B)의 광축의 기울기θ(기준좌표계의 Y축에 대한 핸드(10)의 중심축(C)의 기울기)를 산출해 둔다. 예를 들면, 센서가 타겟(40)에 반응하는 2개소의 위치를 구하고, X축에 따른 이동량 b 및 Y축에 따른 이동량 a에서 기울기θ를 구한다.
θ = tan-1(a/b) … (1)
제어장치(5)는 산출한 기울기θ를 유지하도록 하고, 센서빔(B)의 광축에 따라 핸드(10)를 시프트 시킨다. 이에 따라, 핸드를 정확하게 시프트 시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 매핑센서(12)는 투과형(도2참조)으로 했지만, 제1선단부(10b) 및 제2선단부(10c)의 사이의 공간을 센서빔(B)이 직진하는 것과 같은 구성이면 반사형(反射型)이라도 좋다. 요컨대, 매핑센서(12)는 제1선단부(10b) 또는 제2선단부(10c)의 어느 한쪽의 선단에 발광부(13) 및 수광부(14)가 설치되고, 다른 쪽에 반사부재가 설치되어도 좋다. 예를 들면, 제1선단부(10b)의 발광부(13)에서 출사한 센서빔(B)은 제2선단부(10c)의 반사부재에서 반사되고, 제1선단부(10b)의 수광부(14)에서 수광된다. 이와 같은 구성에서도 타겟(40)이 레이저빔(B)을 차단하면 수광양이 감소하기 때문에, 타겟(40)이 센서빔(B)을 차단했는지 아닌지를 검출할 수 있다. 이와 같이, 반사형의 매핑센서를 이용한 경우에서도, 상기 실시형태와 동일한 효과를 낼 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 로봇(1)은, 수평 다관절형의 반송용 로봇이라고 했지만, 핸드선단에 상기 매핑센서가 설치된 로봇전반(全般)이라면 이것에 한정되지 않는다.
상기 설명에서, 당업자(통상의 지식을 가진 자)에게는, 본 발명의 많은 개량사항이나 다른 실시형태가 명확해진다. 따라서, 상기 설명은, 예시로서만 당연히 해석되어야 하고, 본 발명을 실행하는 최선의 태양(態樣)을 당업자에게 교시(敎示)할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 일탈하는 일 없이, 그 구조 및 기능의 일방(一方) 또는 쌍방(雙方)의 상세한 사항을 실질적으로 변경할 수 있다.
본 발명은, 선단에 매핑센서를 구비한 로봇전반에 유용하다.
1 로봇(robot)
2 암(arm)
3 승강축(昇降軸)
4 기대(基臺)
5 제어장치(制御裝置)
6 카셋트(cassette)
7 카셋트대(cassette臺)
10 핸드(hand)
11 기판보지부(基板保持部)
12 매핑센서(mapping sensor)
13 발광부(發光部)
14 수광부(受光部)
15a, 15b 광파이버(light fiber)
16 발광소자(發光素子)
17 드라이브회로(drive回路)
18 수광소자(受光素子)
20 부착판
30 구동장치(驅動裝置)
40 타겟(target)
51 연산부(演算部)
52 기억부(記憶部)
53 서보제어부(servo制御部)

Claims (6)

  1. 적어도 X축, Y축의 2축방향으로 자유도를 갖는 로봇암(robot arm)과, 상기 암(arm)의 선단에 부착되어, 양다리(二股) 모양으로 분기한 제1선단부 및 제2선단부를 갖는 핸드(hand)와, 상기 제1 및 제2선단부 사이의 공간을 센서빔이 직진하도록 구성되고, 타겟(target)이 상기 센서빔을 차단했는지 아닌지를 검출하는 매핑센서와, 상기 로봇암의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하는 로봇의 교시방법에 있어서,
    교시위치에 타겟을 배치하는 배치단계;
    상기 핸드를 소정위치에서부터 직진시키고, 상기 타겟이 상기 센서빔을 차단한 때의 상기 로봇의 기준좌표계에 있어서의 상기 타겟의 전후방향의 위치를 특정하는 제1특정단계;
    상기 센서빔에 의해 상기 타겟을 수평방향으로 주사(走査)하도록 상기 센서빔의 광축에 직교하는 축상(軸上)에 있는 소정의 선회(旋回)축의 주위에 상기 핸드를 요동시키는 요동단계;
    상기 핸드를 요동시킴에 따라서 변화한 상기 매핑센서의 검출신호에 기초해서, 상기 핸드의 긴 쪽방향의 중심축에 따른 위치에 상기 타겟이 일치하였는지 아닌지를 판정하는 판정단계;
    상기 일치하지 않는다고 판정한 경우에, 상기 핸드를 요동시킴에 따라서 변화한 상기 매핑센서의 검출신호에 기초해서, 상기 핸드의 오프셋(offset)양(量)을 산출하고, 상기 산출한 오프셋 양(量)에 응해서 상기 센서빔의 광축에 따라, 좌우 어느 쪽의 방향으로 상기 핸드를 시프트(shift)시키는 시프트단계;
    상기 일치하였다고 판정한 경우에, 상기 로봇의 기준좌표계에 있어서의 상기 타겟의 좌우방향의 위치를 특정하는 제2특정단계; 그리고
    상기 특정된 상기 타겟의 전후방향 및 좌우방향의 위치에 기초해서, 상기 교시위치에 대응하는 상기 핸드의 위치를 로봇에게 교시하는 교시단계를 포함하는 로봇의 교시방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요동단계에서는, 상기 센서빔의 광축에 직교하는 축상에 있는 소정의 선회축의 주위에 좌우 동일한 각도만큼 상기 핸드를 요동시키는 로봇의 교시방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 판정단계에서는, 상기 매핑센서의 검출신호치가 0도를 중심으로 한 소정의 요동각의 범위에서 대칭성을 갖는지 아닌지에 의해, 상기 핸드의 긴 쪽 방향의 중심축에 따른 위치에 상기 타겟이 일치하였는지 아닌지를 판정하는 로봇의 교시방법.
  4. 제1항에 있어서,
    로봇의 기준좌표계의 축에 대한 상기 센서빔의 광축의 기울기를 산출하는 단계를 더 포함하고, 상기 시프트 단계에서는, 상기 산출한 기울기를 유지하도록 상기 센서빔의 광축에 따라 상기 핸드를 시프트 시키는 로봇의 교시방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배치단계에서는, 2개의 타겟을 2개의 교시위치에 각각 배치하고, 상기 제1특정단계, 상기 요동단계, 상기 판정단계, 상기 시프트단계, 상기 제2특정단계 및 상기 교시단계를 상기 2개의 타겟 각각에 대해서 행하고,
    상기 특정한 상기 타겟의 각각의 위치의 상대위치와 상기 타겟 사이의 설계거리에 기초해서, 상기 교시된 핸드의 위치에서부터 상기 핸드를 소정거리만큼 직진시키는 경우의 어긋남을 조정하는 조정단계를 더 포함하는 로봇의 교시방법.
  6. 적어도 X축, Y축의 2축방향으로 자유도를 갖는 로봇암(robot arm)과, 상기 암(arm)의 선단에 부착되어, 양다리(二股) 모양으로 분기한 제1선단부 및 제2선단부를 갖는 핸드(hand)와, 상기 제1 및 제2선단부 사이의 공간을 센서빔이 직진하도록 구성되고, 타겟(target)이 상기 센서빔을 차단했는지 아닌지를 검출하는 매핑센서와, 상기 로봇암의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하는 로봇에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 핸드를 소정위치에서 직진시키고, 교시위치에 배치된 상기 타겟이 상기 센서빔을 차단한 때의 상기 로봇의 기준좌표계에 있어서의 상기 타겟의 전후방향의 위치를 특정하고,
    상기 센서빔에 의해 상기 타겟을 수평방향으로 주사하도록 상기 센서빔의 광축에 직교하는 축상에 있는 소정의 선회축의 주위에 상기 핸드를 요동시키고,
    상기 핸드를 요동시킴에 따라서 변화한 상기 매핑센서의 검출신호에 기초해서, 상기 핸드의 긴 쪽 방향의 중심축에 따른 위치에 상기 타겟이 일치하였는지 아닌지를 판정하고,
    상기 일치하지 않는다고 판정한 경우에, 상기 핸드를 요동시킴에 따라서 변화한 상기 매핑센서의 검출신호에 기초해서, 상기 로봇암의 오프셋 양을 산출하고, 상기 산출한 오프셋 양에 응해서 상기 센서빔의 광축에 따라 좌우 어느 쪽의 방향으로 상기 핸드를 시프트 시키고, 상기 일치하였다고 판정한 경우에, 상기 로봇의 기준좌표계에 있어서의 상기 타겟의 좌우방향의 위치를 특정하고, 상기 특정된 상기 타겟의 전후방향 및 좌우방향의 위치에 기초해서, 상기 교시위치에 대응하는 상기 핸드의 위치를 로봇에게 교시하는 로봇.
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