KR102635614B1 - 비접촉식 변위센서를 이용한 로봇 조정 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비접촉식 변위센서를 이용한 로봇 조정 방법 및 장치를 개시한다. 비접촉식 변위센서를 이용한 로봇 조정방법은 로봇의 엔드 이펙터와 수평하게 설치된 비접촉식 변위센서를 통해 로봇의 동작 범위에 따른 정상 위치를 확인하는 단계; 상기 로봇이 제품을 이송시킬 때, 상기 엔드 이펙터에 대한 변위를 측정하여 변위 데이터를 획득하는 단계; 상기 로봇에 결합된 진동 센서를 통해 진동 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득된 데이터를 이용하여 이상 상태인지 여부를 확인하는 단계; 및 상기 로봇이 이상 상태로 확인되는 경우, 조정 값을 전송하여 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 비접촉식 변위센서를 이용한 로봇 조정 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비접촉식 변위센서를 이용하여 제품 표면에 손상을 가하지 않고 로봇의 불량을 점검하고 수치의 보정을 가능하게 하는 방법을 제공하고자 한다.
반도체, 액정 디스플레이 제품에서 로봇 이송은 특정한 포인트를 계속적으로 움직이는 절차를 수행하는 형태의 반복 동작이다. 그런데, 제조 공정은 24시간 365일 중단없이 제조가 진행되는 것이 일반적이기에 제품의 이송 중에 문제가 생기는 경우에는 모니터링이 어려운 문제가 있다.
특히, 로봇을 이용하는 방법에 있어서 이러한 이송 또는 가공 공정을 수행하는 과정에서 이송되는 제품에 대한 로봇의 물성, 고정력, 지지력, 인가되는 가공력에 따라 미세한 변위 틀어짐이 발생할 수 있으며, 특히 이러한 미세 변위 틀어짐은 정밀한 작업을 수행하는 엔드 이펙터의 작업 효율에 큰 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 엔드 이펙터의 변위 틀어짐을 확인하기 위한 레이저 센서를 적용할 수 있는데, 이러한 레이저 센서의 경우 진동에 의한 변위 틀어짐 효과를 확인하기 어려운 점이 있었으며, 반면에 진동형 센서의 경우 접촉에 따른 제품 손상의 우려가 있는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 비접촉식 변위센서를 이용한 로봇 조정 방법 및 장치를 개시하는 것이다. 보다 상세하게는 로봇의 엔드 이펙터의 레벨불량에 따른 변위 값을 검출하고, 통신 드라이버 프로그램을 이용하여 서버로 데이터를 보내 관리하는 방식을 이용하여, 문제가 발생하면 경고를 하거나 이를 보정할 수 있도록 컨트롤 하는 방법 및 장치를 개시한다.
특히, 서버로 보내지는 데이터에는 화상 이미지와 진동감시 센서가 포함되어 융합된 데이터를 이용하여 원인 분석 및 해결방안을 마련할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 변위센서를 이용한 로봇 조정 방법은, 로봇의 엔드 이펙터와 수평하게 설치된 비접촉식 변위센서를 통해 로봇의 동작 범위에 따른 정상 위치를 확인하는 단계; 상기 로봇이 제품을 이송시킬 때, 상기 엔드 이펙터에 대한 변위를 측정하여 변위 데이터를 획득하는 단계; 상기 로봇에 결합된 진동 센서를 통해 진동 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득된 변위 데이터 및 진동 데이터를 이용하여 이상 상태인지 여부를 확인하는 단계; 및 상기 로봇이 이상 상태로 확인되는 경우, 조정 값을 전송하여 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 단계는, 상기 변위 틀어짐이 소정 범위 이내인 경우에는 상기 조정 값을 상기 로봇으로 전송하여 변위 틀어짐을 보정하고, 상기 변위 틀어짐이 소정 범위 이상인 경우 상기 로봇을 정지하고 경고 알림을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이상 상태인지 여부를 확인하는 단계는, 상기 변위 데이터와 상기 진동 데이터를 융합하여 상기 이상 상태가 진동으로 인한 것인지 확인하는 단계; 및 상기 이상 상태가 진동으로 인한 것이라면, 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 단계를 생략하고, 로봇을 정지시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 비접촉식 변위센서를 이용한 로봇 조정방법은, 상기 변위 틀어짐을 조정한 이후에, 상기 변위 틀어짐을 재측정하는 단계를 포함하고, 상기 재측정 단계에서 이상 상태로 판단되는 경우, 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 단계를 생략하고, 상기 로봇을 정지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 정상 위치를 확인하는 단계는, 고정된 상기 변위 센서 위치로 영점을 조정하는 단계; 상기 영점이 조정된 변위 센서와 상기 로봇을 서로 매칭 시키는 단계; 및 상기 로봇의 동작 범위를 기초로 로봇 별 상기 변위센서의 정상 위치를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 변위 데이터는 적어도 4개의 샘플 위치에 대한 변위를 포함하고, 상기 4개의 샘플 위치에 대한 평균이 소정 범위 내일 때에만, 상기 조정 값을 전송하여 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정할 수 있다.
또한, 상기 변위 데이터는 엔드 이펙터와 상기 변위 센서사이의 거리에 따른 레벨링 데이터를 포함하고, 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 단계에 있어서, 레벨센서 없이 상기 레벨링 된 데이터를 기반으로 상기 로봇의 보정 위치를 결정 가능할 수 있다.
또한, 상기 이상 여부를 확인하는 단계는, 상기 정상위치를 기준으로 제품 이송시의 측정되는 변위 데이터를 적어도 20회 이상 확인하는 단계; 및 상기 20회 이상 확인된 데이터의 로그트레이스를 통해 데이터의 정합성 상태를 검증할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 변위센서를 이용한 로봇 조정 장치는, 로봇의 엔드 이펙터와 수평하게 설치되며, 상기 로봇의 동작 범위에 따른 정상 위치를 확인하고, 상기 로봇이 제품을 이송시킬 때, 상기 엔드 이펙터에 대한 변위를 측정하여 변위 데이터를 획득하는 비접촉식 변위센서; 상기 로봇에 결합되어 진동 데이터를 획득하는 진동센서; 및 상기 변위센서 및 상기 진동센서로부터 상기 획득된 변위 데이터 및 진동 데이터를 수신하고 상기 로봇을 제어하는 신호를 송신하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 획득된 변위 데이터 및 진동 데이터를 이용하여 이상 상태인지 여부를 확인하고, 상기 로봇이 이상 상태로 확인되는 경우, 조정 값을 전송하여 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 변위 틀어짐이 소정 범위 이내인 경우에는 상기 조정 값을 상기 로봇으로 전송하여 변위 틀어짐을 보정하고, 상기 변위 틀어짐이 소정 범위 이상인 경우 상기 로봇을 정지하고 경고 알림을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 변위 데이터와 상기 진동 데이터를 융합하여 상기 이상상태가 진동으로 인한 것인지 확인하여, 상기 이상상태가 진동으로 인한 것이라면 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 동작을 생략하고, 로봇을 정지시키도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 변위 틀어짐을 조정한 이후에는, 상기 변위 틀어짐을 재측정하는 동작을 수행하도록 제어하며, 상기 재측정 동작에서 이상상태라고 판단되는 경우, 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 동작을 생략하고, 로봇을 정지시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 비접촉식 변위센서에서 정상위치를 판단하기 위해, 고정된 상기 변위 센서 위치로 영점을 조정하는 동작, 상기 영점이 조정된 변위 센서와 상기 로봇을 서로 매칭 시키는 동작 및 상기 로봇의 동작 범위를 기초로 로봇 별 상기 변위센서의 정상 위치를 확인하는 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 변위 데이터는 적어도 4개의 샘플 위치에 대한 변위를 포함하고, 상기 제어부는 상기 4개의 샘플 위치에 대한 평균이 소정 범위 내일 때에만, 상기 조정 값을 전송하여 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 변위 데이터는 엔드 이펙터와 상기 변위 센서사이의 거리에 따른 레벨링 데이터를 포함하고, 상기 제어부는 레벨 센서 없이 상기 레벨링 된 데이터를 기반으로 상기 로봇의 보정 위치를 결정할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기 본 발명에 의하면, 비접촉식 변위센서를 이용하여 제품의 각 위치 별 높이 값을 구할 수 있기 때문에 제품에 전혀 손상을 주지 않을 뿐 아니라 로봇의 각 부위별 높이차가 발생하는 경우에도 실시간으로 높이차를 서버 측에 데이터 전송이 바로 가능한 장점으로 인하여 설비 다운의 횟수와 시간을 줄여줄 수 있다.
특히, 진동센서와 변위센서의 데이터를 융합하여 변위와 진동의 상관관계를 분석하고 진동으로 인한 변위 틀어짐을 파악할 수 있어 문제의 원인 분석에 대한 시간과 인력 등 자원의 물질적 경제효과를 얻을 수 있다.
나아가, 로봇의 레벨 확인이 필요하거나 엔드 이펙터(End Effector)의 재설치 혹은 장비의 셋업, 이설 시에 변위센서를 활용하여 레벨을 조정할 수 있어 이로 인한 추가적인 레벨 센서 없이도 효율적인 레벨 관리를 할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서를 이용한 로봇 조정 장치를 개략적으로 설명하는 도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서를 이용한 로봇 조정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서를 이용하여 엔드 이펙터의 변위를 확인하는 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서의 위치설정 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 5는 일 실시 예에 따라 비접촉 변위센서와 진동센서를 장착한 모습을 설명하기 위한 도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서와 진동센서의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 비접촉 변위센서의 측정 위치를 설명하기 위한 도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 비접촉 변위 센서를 이용한 로봇조정 장치의 보정 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 비접촉 변위센서의 변위를 조절 가능한 범위를 설명하기 위한 도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서를 이용한 로봇 조정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서를 이용하여 엔드 이펙터의 변위를 확인하는 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서의 위치설정 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 5는 일 실시 예에 따라 비접촉 변위센서와 진동센서를 장착한 모습을 설명하기 위한 도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서와 진동센서의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 비접촉 변위센서의 측정 위치를 설명하기 위한 도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 비접촉 변위 센서를 이용한 로봇조정 장치의 보정 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 비접촉 변위센서의 변위를 조절 가능한 범위를 설명하기 위한 도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서를 이용한 로봇 조정 장치를 개략적으로 설명하는 도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 로봇조정 장치(10)는 변위센서(100), 제어부(110), 관리시스템(120), 진동센서(130) 및 이미지센서(140)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 센서(100, 130, 140)와 제어부(110) 간에는 Ethernet/IP, MODBUS, CC-Link, DeviceNet, EtherCAT, RS-232C, RS-485, RS-422, BCD출력, PROFINET, PROFIBUS등의 통신 방식을 지원할 수 있다. 제어부(110)와 관리 시스템(120) 간의 네트워크에는 OPC-UA, SOAP, TCP/IP, SECS-I, SECS-II, HSMS, SECS-GEM 방식의 프로토콜 연결을 지원할 수 있다. 네트워크 통신 드라이버를 구현하기 위해서는 통신 드라이버가 갖추어야 할 통신 프로토콜이 적절히 구비될 수 있으며, 통신 변환장치(111)는 센서와 통신 모듈 간의 통신을 위해서 시리얼, 패러럴, 디지털/아날로그 Input/Output의 신호 등으로 센서와 신호교류를 하고 이렇게 취합된 신호를 관리시스템(120)의 네트워크부(121)와 연결하도록 프로토콜로 연결하여 최종적으로는 데이터가 센서에서 서버까지 이어지도록 통신 연결이 제어될 수 있다.
일 실시 예에 따른 변위센서(100)는 로봇의 엔드 이펙터와 수평하게 설치되며 로봇의 동작 범위에 따른 정상 위치를 확인하고, 로봇이 제품을 이송시킬 때 엔드 이펙터에 대한 변위를 측정하여 획득된 변위 데이터를 제어부(110)로 전송할 수 있다. 여기서 변위 데이터에는 엔드 이펙터의 높이(101), 단차(102), 에지 위치(103) 및 폭/직경(104)이 포함될 수 있다. 예를 들면, 비접촉 방식의 변위센서(100)를 이용하여 제품 표면에 손상을 가하지 않고 제품의 각 부위별로 높이 값을 구하여 높낮이를 확인할 수도 있다.
일 실시 예에 따른 진동센서(130)는 로봇에 결합되어 진동데이터를 획득하며, 획득된 진동데이터(131)를 제어부(110)로 전송할 수 있다.
일 실시 예에 따른 제어부(110)는 센서(100, 130)로부터 획득된 변위 데이터 및 진동 데이터를 수신하고 로봇을 제어하기 위한 신호를 관리시스템(120)으로 전송할 수 있다. 예를 들면, 제어부(110)는 획득된 변위 데이터 및 진동 데이터를 이용하여 로봇이 이상 상태인지 여부를 확인하고, 로봇이 이상 상태로 확인되는 경우, 조정 값을 전송하여 로봇의 변위 틀어짐을 보정하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 변위 데이터와 진동 데이터를 융합하여 이상상태가 진동으로 인한 것인지 확인하고, 이상 상태가 진동으로 인한 것이라면 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 동작을 생략하고, 로봇을 정지시키도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(110)는, 변위 틀어짐을 조정한 이후에는, 상기 변위 틀어짐을 재측정하는 동작을 수행하도록 제어하며, 재측정 동작에서 이상상태라고 판단되는 경우, 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 동작을 생략하고, 로봇을 정지시킬 수 있다.
또한, 제어부(110)는, 비접촉식 변위센서에서 정상위치를 판단하기 위해, 고정된 변위 센서(100) 위치로 영점을 조정하는 동작, 영점이 조정된 변위 센서(100)와 봇을 서로 매칭 시키는 동작 및 로봇의 동작 범위를 기초로 로봇 별 변위센서(100)의 정상 위치를 확인하는 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상술한 변위 데이터는 로봇의 엔드 이펙터와 변위센서(100) 사이의 거리에 따른 레벨링 데이터를 포함하고, 제어부(110)는 별도의 센서 없이도 레벨링 된 데이터를 기반으로 로봇의 위치를 결정 가능할 수 있다.
한편, 상술한 제어부(110)는 하나 이상의 프로세서 및/또는 하나 이상의 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 메모리는, 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 하나 이상의 메모리는, 하나 이상의 프로세서에 의한 실행 시, 하나 이상의 프로세서가 연산을 수행하도록 하는 명령들을 저장할 수 있다.
일 실시예에 따른 관리시스템(120)은 MES, FDC 및/또는 EAP 로 구현될 수 있다. 예를 들면, MES (Manufacturing Execution Systems)는 생산계획 ·작업지시 ·자재소요 ·생산추적 ·설비관리 ·생산성과분석 등을 맡아 생산 관리의 효율성을 높이는 시스템을 의미할 수 있다. EAP(Equipment Application Program)는 생산/측정 장비와 MES 시스템 연결을 통해 장비 운영 및 제어를 담당하는 솔루션을 구축하기 위한 시스템을 의미할 수 있다. FDC (Fault Detection and Classification)는 주로 실시간 장비 자원 관리 및 상태 검사시스템으로 구현되며 설비의 오작동을 실시간 감시하기 위해 설비의 센서 값을 실시간으로 수집 및 계산하고 이상 발생 판단 및 불량을 분석할 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 로봇조정 장치(10)의 경우 제어부(110)와 관리시스템(120)을 설명의 편의를 위해 별개의 장치로 표시하였지만, 실제로는 FDC 시스템에 포함된 구조로 구현될 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 로봇조정 장치(10)는 이미지센서(140)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면 이미지센서(140)에서 획득된 촬상이미지(141)를 관리시스템(120)까지 전송하여 이미지 분석을 이용하여 로봇의 이상 유무를 점검하거나 이상 발생시에 원인분석을 할 수도 있다.
이하, 도2 내지 도 10을 참조하여 비접촉 변위센서를 이용한 로봇 조정장치(10)의 동작을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서를 이용한 로봇 조정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 단계 S200에서, 일 실시예에 따른 비접촉 변위센서를 이용한 로봇 조정 방법은, 로봇의 엔드 이펙터와 수평하게 설치된 비접촉식 변위센서를 통해 로봇의 동작 범위에 따른 정상 위치를 확인한다. 예를 들면, 단계 S200은, 고정된 상기 변위 센서 위치로 영점을 조정하는 단계, 영점이 조정된 변위 센서와 상기 로봇을 서로 매칭 시키는 단계 및 로봇의 동작 범위를 기초로 로봇 별 상기 변위센서의 정상 위치를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 변위 데이터는 적어도 4개의 샘플위치에 대한 변위를 포함하여, 제품의 각 부위별로 높이 값을 구하여 높낮이를 확인할 수도 있다.
단계 S210에서, 일 실시예에 따른 비접촉 변위센서를 이용한 로봇 조정 방법은 로봇이 제품을 이송시킬 때, 상기 엔드 이펙터에 대한 변위를 측정하여 변위 데이터를 획득한다. 여기서, 변위 데이터는 엔드 이펙터와 변위센서 사이의 거리에 따른 레벨링 데이터를 포함하고, 로봇의 변위 데이터를 보정할 때 레벨링 데이터를 활용하여 별도의 레벨센서 없이 로봇의 보정위치를 결정 가능할 수 있다.
단계 S220에서, 일 실시예에 따른 비접촉 변위센서를 이용한 로봇 조정 방법은 로봇에 결합된 진동 센서를 통해 진동 데이터를 획득한다. 여기서 획득되는 진동데이터는 단순 변위 틀어짐을 판단하는 수준을 넘어 진동센서와 변위센서의 데이터 융합으로 변위 틀어짐에 대한 현상을 경고하고 원인을 판별할 수 있다.
단계 S230에서, 일 실시예에 따른 비접촉 변위센서를 이용한 로봇 조정 방법은 상기 획득된 데이터를 이용하여 이상 상태인지 여부를 판단한다.
예를 들면, 엔드 이펙터의 정상위치를 기준으로 제품 이송시의 측정되는 변위 데이터를 적어도 20회 이상 확인하고, 20회 이상 확인된 데이터의 로그트레이스를 통해 데이터의 정합성 상태를 검증하는 방식을 통해 이상 상태인지 여부를 판단할 수 있다.
만약 이상상태로 판단된다면, 단계 S240으로 진행하여, 조정 값을 전송하여 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정할 수 있다. 한편, 일 실시 예에 따라 변위 틀어짐이 소정 범위 이내인 경우에만 조정 값을 상기 로봇으로 전송하여 변위 틀어짐을 보정하고, 변위 틀어짐이 소정 범위 이상인 경우에는 로봇을 정지하고 경고 알림을 사용자에게 제공할 수도 있다. 왜냐하면, 소정치 이상 변위가 틀어지는 경우에는 단순한 변위 틀어짐이 아닌 기계에 결함이 있을 수도 있기 때문이다. 또한, 변위 데이터는 엔드 이펙터와 상기 변위 센서사이의 거리에 따른 레벨링 데이터를 포함하여, 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 단계에서, 별도의 센서 없이 상기 레벨링 된 데이터를 기반으로 상기 로봇의 보정 위치를 결정 가능할 수 있다. 특히, 레벨링된 데이터를 활용한다면, 향후 엔드 이펙터가 교체되더라도 추가적인 센서나 도구의 도움 없이 변위 센서만으로 로봇과 엔드 이펙터의 레벨을 결정 가능할 수 있다.
한편, 단계 S230에서 일 실시예에 따라 변위 데이터와 상기 진동 데이터를 융합하여 상기 이상 여부가 진동으로 인한 것인지 확인하고, 만약 이상 여부가 진동으로 인한 것이라면 로봇 변위 틀어짐을 보정하는 단계를 생략하고, 바로 로봇을 정리하고 경고 알림을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라 단계 S230에서, 변위 틀어짐을 조정한 이후에는, 단계 S210으로 돌아가 변위 틀어짐을 재측정하고, 재측정 단계에서 이상 여부가 재판단 되는 경우, 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 단계를 생략하고 로봇을 정지할 수 있다. 즉, 변위 틀어짐에 대한 조정은 1회만 허용하고 이후에는 로봇에 문제가 있는지 점검하도록 할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서를 이용하여 엔드 이펙터의 변위를 확인하는 방법을 설명하기 위한 도이다. 도3의 (a)는 반도체 이송장치의 측면도, 도3의 (b)는 반도체 이송장치의 정면도, 도3의 (c)는 실제 설치 예측도를 도시한다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 비접촉식 변위센서(300)는 반도체 이송장치(310)의 엔드 이펙터(320)와 비접촉 상태로 평행하게 설치된다. 여기서 엔드 이펙터(End Effector)는 원하는 로봇 자동화 공정을 구현하기 위해 로봇 팔 끝단에 부착되는 장치를 의미한다. 도 3에서 엔드 이펙터(320)는 반도체 웨이퍼(330)를 이송하기 위한 장치로서 블레이드(Blade) 형태의 장치일 수 있다. 물론, 엔드 이펙터(320)는 반드시 이러한 장치로 한정되는 것은 아니며, 웨이퍼가 변위센서(300)와 수평으로 평행하게 배치되도록 위치가 조정될 수 있는 다양한 장치가 포함될 수 있다.
보다 상세하게, 도 4는 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서의 위치설정 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 4를 참조하면, 변위센서(400)의 레이저 방향이 위쪽으로 향하도록 센서 브라켓(401)과 변위센서(400)가 고정된다. 이때, 변위센서(400)와 로봇(410)의 엔드 이펙터(420)가 수평이 되도록 고정된다. 이때, 변위센서(400)의 위치는 얼라이너(Aligner, 440) 주위에 위치하면서도 주변 장치와의 간섭이 없도록 하단부에 설치되는 것이 바람직 할 수 있다. 변위센서(400)가 하단부에 설치됨으로 인해 엔드 이펙터(420)에 대한 높낮이 판별이 보다 용이할 수 있다.
일 실시예에 따른 로봇(410)의 엔드 이펙터(420)와 변위센서(410)의 수직거리(405)는 100~440mm 범위 일 수 있으며, 얼라이너(440)에서는 수평거리(406)는 100~500mm 범위 일 수 있다. 이는 센서의 종류에 따른 측정 범위에 기준한 값으로 만약 센서의 종류가 바뀌게 된다면 거기에 맞게 거리 제한도 달라질 수 있다.
한편 일 실시예에 따른 얼라이너(440)는 반도체 공정에서 노광을 통해 실리콘 웨이퍼로 패턴을 전달하는데 사용되는 처리 도구 일수 있으며, 반드시 이러한 장치로 제한되는 것은 아니다. 한편, 상술한 변위센서(400)의 수직거리(405) 및 수평거리(406)의 범위는 이하에서 후술할 진동센서의 데이터와 융합된 데이터를 수집하기 위한 최적의 위치일 수 있다.
한편, 변위센서(400)가 장착되면 로봇(410)과 연동하여 영점 위치를 조절하고, 로봇이 움직이는 구간 중 특정 위치에 해당하는 순간적인 높낮이를 확인할 수 있다. 일 실시예에 따라 영점 지점에서 높이 측정이 완료되면 그 높이 값을 저장하고 로봇의 엔드 이펙터(420)가 다시 움직일 때의 데이터를 확인하여 비교 분석할 수 있다. 여기서, 비교 값이 기준 허용치보다 작은 경우 이상 없음을 나타내고, 비교 값이 기준 허용치보다 큰 경우에는 자체적으로 보정을 하거나 또는 경고를 사용자에게 제공할 수 있다.
여기서, 변위센서(400) 내부에는 고휘도 레이저와 MEMS(Micro. Electro Mechanical System)미러가 삽입되어 센서의 검출 능력을 높일 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따라 비접촉 변위센서와 진동센서를 장착한 모습을 설명하기 위한 도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따라 브라켓(501)에 고정되는 변위센서(500)는 엔드 이펙터(520)와 평행하게 설치된다. 한편, 일 실시예에 따라 진동센서(511)가 로봇(510)의 일 부분에 결합될 수 있다. 진동센서(511)가 결합되는 위치는 엔드 이펙터의 교환에 영향을 주지 않으면서도 엔드 이펙터의 진동을 확인하기 좋은 곳으로 설정될 수 있다.
한편, 도 6은 일 실시 예에 따른 비접촉 변위센서와 진동센서의 상관관계를 나타내는 그래프이다. 도 6의 그래프에서 진동센서와 변위센서의 상관관계를 표현하기 위해, 좌측 세로측 변위변화를 mm 단위로 표시하였으며 우측 세로축에서는 진동의 세기를 gal 단위로 표시한다. 또한 가로축은 변위센서 및 진동센서에서 측정을 하는 시점을 나타낸다. 한편, p1, p2, p3, p4는 비접촉 변위센서에서 측정하는 샘플 위치 값(이하에서는 타점이라고 정의한다)으로, 일 실시예에 따른 측정 위치는 도 7에 도시되어 있다. 한편, 도 6을 참조하면, 300gal 이상의 진동이 발생한 위치는 p1, p2, p3, p4 중 적어도 하나의 변위가 이동한 상태인 것을 알 수 있다. 예를 들어, 정상 적인 로봇의 동작 범위 내에서는 변위 변화에 따라서 진동이 300gal 이하에 분표한다면, 일 실시예에 따라 로봇조정 장치는 이러한 상관 관계를 기초로 하여 변위가 375mm에서 395mm 사이에 위치하되, 진동이 300 gal 이하라면, 정상 상태로 분류할 수 있다. 반면에, 일 실시예에 따른 로봇조정 장치는 진동이 300gal 이상이라면 이상 상태(변위 틀어짐이 발견된 상태)로 판단하되, 로봇이 수평을 유지하는 여부를 기준으로 자체적으로 로봇의 위치를 조정 가능한 상태라고 판단할 수 있다. 예를 들면, 도 6의 그래프의 x축 기준으로 14번째 측정 이후의 상태는 불량상태를 의미할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 로봇은 x축 기준으로 1~14까지의 상태에서는 위치조절이 가능하고 그 이후의 상태에서는 로봇을 정지하도록 제어될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라 타점 p1, p2, p3, p4의 평균값이 0.5mm 이내라면 로봇의 엔드 이펙터가 수평을 유지한다고 판단하고 단순히 높이 값 만을 소정 범위 내에서 이동하여 로봇이 정상 동작하도록 보정할 수 있다.
물론 상술한 정상 범위나 타점의 평균값은 이러한 수치에 한정되는 것은 아니며, CNN(Convolution Nural Network)등을 활용한 기계학습을 이용하여 더욱 적절한 값이 산출되도록 학습하고 판단할 수도 있다. 또한, 이상 상태 확인을 위해서 적어도 20회 이상의 대량의 점검을 통해서 변위의 틀어짐이 있는지 검증하고, 로봇 및 센서의 점검을 통해 검출 값의 정확도를 높이도록 할 수 있다.
특히, 일 실시예에 따른 로봇조정 장치는 로봇의 위치가 조정가능한 상태인지 여부에 대한 변위 값의 기준 값 및 허용 값을 두어 조정 범위를 결정하고, 이를 위한 조정 값을 기초로 엔드 이펙터의 위치를 조정할 수 있다. 이하 도 8 및 도 9를 참조하여 후술한다.
도 8은 일 실시예에 따른 비접촉 변위 센서를 이용한 로봇조정 장치의 보정 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 로봇조정장치는 단계 S800에서 적어도 하나 이상의 변위센서로부터 취득한 변위 값 데이터를 취합하여 버퍼에 저장한다.
단계 S810에서, 취합된 버퍼 데이터가 기준 값 이내인지 판단한다. 여기서 기준 값은 로봇이 이동가능한 한계선을 의미할 수 있다. 만약 기준 값을 초과한다면, 단계 S811로 진행하여 경고신호를 발생시키고 종료한다.
만약, 기준 값을 초과하지 않는다면, 단계 S820으로 진행하여 변위센서에서 획득한 타점 평균이 0.5mm 이내인지 확인한다. 여기서 타점 평균은 적어도 하나의 변위센서에서 획득한 샘플 값을 의미할 수 있으며, 타점 평균의 경우 엔드 이펙터가 변위센서와 수평을 이루고 있는지 확인하기 위한 것으로 반드시 이러한 값으로 한정되는 것은 아니다.
만약, 타점 평균이 0.5mm 이내가 아니라면 로봇을 조정할 수 없으므로 바로 경고신호를 발생시키고 종료하며, 타점 평균이 0.5mm 이내라면 단계 S830으로 진행하여 버퍼 데이터가 허용 값 이내인지 판단한다. 여기서 허용 값은 로봇이 y축으로 이동 가능한 범위 값을 의미할 수 있다. 만약 버퍼데이터가 허용 값 이내라면 단계 S840으로 이동하여, 상방(Upper) 또는 하방(Lower) 조정 값만큼 Z축의 오프셋(Offset) 조정 값을 로봇으로 전달한다. 그리고 단계 S850에서 로봇으로부터 Z축 조정 값 적용 응답을 확인하고 단계 S860에서 조정된 값과 실제 측정값을 데이터로 저장한다. 한편, 일 실시예에 따른 측정값, 기준 값, 허용 값 및 조정 값은 레벨 데이터 형태로 저장되어, 로봇의 레벨 확인이 필요하거나 엔드 이펙터(End Effector)의 재설치 혹은 장비의 셋업, 이설 시에 변위센서를 활용하여 레벨을 조정할 수 있어 이로 인한 추가적인 레벨 센서 없이도 효율적인 레벨 관리를 할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 비접촉 변위센서의 변위를 조절 가능한 범위를 설명하기 위한 도이다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따라 변위센서(900)는 측정된 로봇(910)의 z축 위치를 기준으로 기준 값(901)을 설정할 수 있다. 기준 값(901)이 설정되면, 로봇(910)은 기준 값(901)으로 부터 로봇의 현재위치 까지의 조정 가능한 값을 허용 값(902)으로 판단할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 비접촉식 변위센서를 이용한 로봇 조정장치는 로봇(910)의 변위 틀어짐이 검출되었을 때, 조정이 필요한 조정 값(903)이 허용 값(902) 이내라면, 조정 값(903)을 로봇(910)으로 전달하여 로봇(910)이 조정 값에 따른 변위 조정을 하도록 제어할 수 있다. 또한, 조정 값(903)이 허용 값(902)을 초과한다면, 별도의 조정 동작 없이 경고 신호를 발생시켜 사용자에게 알람을 제공할 수 있다.
상기 본 발명에 의하면, 비접촉식 변위센서를 이용하여 제품의 각 위치 별 높이 값을 구할 수 있기 때문에 제품에 전혀 손상을 주지 않을 뿐 아니라 로봇의 각 부위별 높이차가 발생하는 경우에도 실시간으로 높이차를 서버 측에 데이터 전송이 바로 가능한 장점으로 인하여 설비 다운의 횟수와 시간을 줄여줄 수 있다.
특히, 진동센서와 변위센서의 데이터를 융합하여 변위와 진동의 상관관계를 분석하고 진동으로 인한 변위 틀어짐을 파악할 수 있어 문제의 원인 분석에 대한 시간과 인력 등 자원의 물질적 경제효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 변위센서
110 : 제어부
120 : 관리시스템
130 : 진동센서
140 : 이미지센서
300 : 변위센서
310 : 이송장치
320 : 엔드 이펙터
330 : 웨이퍼
400 : 변위센서
401 : 브라켓
410 : 로봇
420 : 엔드 이펙터
440 : 얼라이너
500 : 변위센서
510 : 로봇
511 : 진동센서
520 : 엔드 이펙터
110 : 제어부
120 : 관리시스템
130 : 진동센서
140 : 이미지센서
300 : 변위센서
310 : 이송장치
320 : 엔드 이펙터
330 : 웨이퍼
400 : 변위센서
401 : 브라켓
410 : 로봇
420 : 엔드 이펙터
440 : 얼라이너
500 : 변위센서
510 : 로봇
511 : 진동센서
520 : 엔드 이펙터
Claims (16)
- 비접촉식 변위센서를 이용한 로봇 조정방법에 있어서,
로봇의 엔드 이펙터와 수평하게 설치된 비접촉식 변위센서를 통해 로봇의 동작 범위에 따른 정상 위치를 확인하는 단계;
상기 로봇이 제품을 이송시킬 때, 상기 엔드 이펙터에 대한 변위를 측정하여 변위 데이터를 획득하는 단계;
상기 로봇에 결합된 진동 센서를 통해 진동 데이터를 획득하는 단계;
상기 획득된 변위 데이터 및 진동 데이터를 이용하여 이상 상태인지 여부를 확인하는 단계; 및
상기 로봇이 이상 상태로 확인되는 경우, 조정 값을 전송하여 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 단계는,
상기 변위 틀어짐이 소정 범위 이내인 경우에는 상기 조정 값을 상기 로봇으로 전송하여 변위 틀어짐을 보정하고,
상기 변위 틀어짐이 소정 범위 이상인 경우 상기 로봇을 정지하고 경고 알림을 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 이상 상태인지 여부를 확인하는 단계는,
상기 변위 데이터와 상기 진동 데이터를 융합하여 상기 이상 상태가 진동으로 인한 것인지 확인하는 단계; 및
상기 이상 상태가 진동으로 인한 것이라면, 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 단계를 생략하고, 로봇을 정지시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 비접촉식 변위센서를 이용한 로봇 조정방법은,
상기 변위 틀어짐을 조정한 이후에, 상기 변위 틀어짐을 재측정하는 단계를 포함하고, 상기 재측정 단계에서 이상 상태로 판단되는 경우, 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 단계를 생략하고, 상기 로봇을 정지시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 정상 위치를 확인하는 단계는,
고정된 상기 변위 센서 위치로 영점을 조정하는 단계;
상기 영점이 조정된 변위 센서와 상기 로봇을 서로 매칭 시키는 단계; 및
상기 로봇의 동작 범위를 기초로 로봇 별 상기 변위센서의 정상 위치를 확인하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 변위 데이터는 적어도 4개의 샘플 위치에 대한 변위를 포함하고, 상기 4개의 샘플 위치에 대한 평균이 소정 범위 내일 때에만, 상기 조정 값을 전송하여 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 것인, 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 변위 데이터는 엔드 이펙터와 상기 변위 센서사이의 거리에 따른 레벨링 데이터를 포함하고,
상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 단계에 있어서, 레벨센서 없이 상기 레벨링 된 데이터를 기반으로 상기 로봇의 보정 위치를 결정 가능한 것인, 방법.
- 삭제
- 로봇 조정장치로서,
로봇의 엔드 이펙터와 수평하게 설치되며, 상기 로봇의 동작 범위에 따른 정상 위치를 확인하고, 상기 로봇이 제품을 이송시킬 때, 상기 엔드 이펙터에 대한 변위를 측정하여 변위 데이터를 획득하는 비접촉식 변위센서;
상기 로봇에 결합되어 진동 데이터를 획득하는 진동센서; 및
상기 변위센서 및 상기 진동센서로부터 상기 획득된 변위 데이터 및 진동 데이터를 수신하고 상기 로봇을 제어하는 신호를 송신하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 획득된 변위 데이터 및 진동 데이터를 이용하여 이상 상태인지 여부를 확인하고, 상기 로봇이 이상 상태로 확인되는 경우, 조정 값을 전송하여 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 것인, 장치.
- 제 9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 변위 틀어짐이 소정 범위 이내인 경우에는 상기 조정 값을 상기 로봇으로 전송하여 변위 틀어짐을 보정하고, 상기 변위 틀어짐이 소정 범위 이상인 경우 상기 로봇을 정지하고 경고 알림을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 변위 데이터와 상기 진동 데이터를 융합하여 상기 이상 상태가 진동으로 인한 것인지 확인하여, 상기 이상 상태가 진동으로 인한 것이라면 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 동작을 생략하고, 로봇을 정지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 9항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 변위 틀어짐을 조정한 이후에는, 상기 변위 틀어짐을 재측정하는 동작을 수행하도록 제어하며, 상기 재측정 동작에서 이상 상태라고 판단되는 경우, 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하는 동작을 생략하고, 로봇을 정지시키는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 9항에 있어서, 상기 제어부는 상기 비접촉식 변위센서에서 정상위치를 판단하기 위해, 고정된 상기 변위 센서 위치로 영점을 조정하는 동작, 상기 영점이 조정된 변위 센서와 상기 로봇을 서로 매칭 시키는 동작 및 상기 로봇의 동작 범위를 기초로 로봇 별 상기 변위센서의 정상 위치를 확인하는 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 9항에 있어서,
상기 변위 데이터는 적어도 4개의 샘플 위치에 대한 변위를 포함하고, 상기 제어부는 상기 4개의 샘플 위치에 대한 평균이 소정 범위 내일 때에만, 상기 조정 값을 전송하여 상기 로봇의 변위 틀어짐을 보정하도록 제어하는 것인, 장치.
- 제 9항에 있어서,
상기 변위 데이터는 엔드 이펙터와 상기 변위 센서사이의 거리에 따른 레벨링 데이터를 포함하고,
상기 제어부는 레벨 센서 없이 상기 레벨링 된 데이터를 기반으로 상기 로봇의 보정 위치를 결정 가능한 것인 장치 - 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된, 비접촉식 변위센서를 이용한 로봇조정 프로그램.
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