KR20190058498A - 로봇, 로봇의 제어장치 및 로봇의 위치 교시 방법 - Google Patents

로봇, 로봇의 제어장치 및 로봇의 위치 교시 방법 Download PDF

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KR20190058498A
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카츠히로 야마시타
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

로봇의 제어장치는, 카메라에 의해 촬영된, 교시대상이 되는 기판의 목표위치에 배치된 교시용 기판 및 핸드의 기판 재치부의 이미지 데이터를 취득하는 이미지 데이터 취득부와, 이미지 데이터에서 기판 재치부에 가상적으로 배치된 가상기판의 정보를 생성하는 가상기판 정보 생성부와, 이미지 데이터에 기초해서 기판 재치부로부터 교시용 기판까지의 거리정보를 산출하는 거리정보 산출부와, 기판 재치부로부터 교시용 기판까지의 거리정보에 기초해서 가상기판이 교시용 기판과 일치하도록 로봇 암의 동작을 제어하는 동작 제어부와, 일치한 때의 핸드의 위치를 교시 데이터로서 기억하는 기억부를 구비한다.

Description

로봇, 로봇의 제어장치 및 로봇의 위치 교시 방법
본 발명은, 로봇, 로봇의 제어장치 및 로봇의 위치 교시 방법에 관한 것이다.
반도체장치 및 액정장치의 분야에서는, 장치의 복잡화 및 반송물의 거대화에 기인하여 로봇의 교시가 점점 더 어려워지고 있다. 정확한 위치를 로봇에게 교시하는 일은, 로봇의 신뢰성의 측면에서 보면, 극히 중요한 것이다. 이와 같은 상황 속에서, 오퍼레이터(operator)의 기량 부족에 기인하는 교시 미스는 심각한 문제이다. 그래서, 오퍼레이터의 기량이 부족한 경우에 있어서도, 정확한 위치를 로봇에게 교시하기 위한 기술이 요구되고 있다.
특허문헌 1에는, 로봇의 손목에 설치된 엔드 이펙터(end effector)를 타겟에 접촉시키고, 엔드 이펙터가 타겟에 접촉한 상태에서의 위치를 걷어 들여서 타겟의 위치를 검출하는 기술이 개시되어 있다.
일본 특개2012-152898호 공보
그러나, 특허문헌 1의 방법에서는, 위치를 로봇에게 교시할 때에는, 엔드 이펙터를 타겟에 접촉시켜야 하기 때문에 오차 등의 문제가 생길 수 있다. 이 때문에, 교시 정밀도의 향상에는 더 한층 개선의 여지가 있었다.
그래서, 본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 오퍼레이터의 기량이 부족한 경우에 있어서도, 로봇에게 정확한 위치를 간단하고도 정확하게 교시하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 어떤 태양(態樣)에 관계되는 로봇은, 기판을 재치(載置: 물체를 장치나 대에 올려 놓는 것)해야 할 기판의 목표위치로 기판을 반송하는 로봇으로서, 로봇 암과, 상기 로봇 암의 선단에 부착된 핸드(hand)와, 상기 핸드의 기판이 재치되는 기판 재치부를 촬영하도록 기판 재치부 이외의 부분에 고정하여 장착된 카메라와, 상기 카메라에 의해 촬영된, 교시 대상이 되는 기판의 목표위치에 배치된 교시용 기판 및 상기 핸드의 기판 재치부의 이미지 데이터를 취득하는 이미지 데이터 취득부와, 상기 카메라의 이미지 데이터에서 상기 핸드의 기판 재치부에 가상적으로 배치된 가상기판의 정보를 생성하는 가상기판 정보 생성부와, 상기 카메라의 이미지 데이터에 기초해서 상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보를 산출하는 거리정보 산출부와, 상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보에 기초해서, 상기 가상기판이 상기 교시용 기판과 일치하도록 상기 로봇 암의 동작을 제어하는 동작 제어부와, 상기 가상기판이 상기 교시용 기판과 일치한 때의 핸드의 위치를 교시 데이터로서 기억하는 기억부를 구비한다.
상기 구성에 의하면, 교시 대상이 되는 기판의 목표위치에 배치된 교시용 기판 및 핸드의 기판 재치부를 포함하는 공간을 촬영하는 것만으로, 카메라 이미지에 기초해서 기판 재치부로부터 교시용 기판까지의 거리정보가 산출되고, 이 거리정보에 기초해서, 핸드의 기판 재치부에 가상적으로 배치된 가상기판이 교시용 기판과 일치하도록 로봇의 동작을 제어할 수 있다. 이때의 핸드의 위치를 교시점으로서 기억함으로써, 로봇에게 기판의 목표위치에 따른 핸드의 위치를 교시할 수 있다. 이에 따라, 오퍼레이터의 기량에 의지하는 일 없이, 로봇에게 정확한 위치를 정밀도 높게 교시할 수 있다. 여기서 "교시로서 기억한다"란, 예를 들어 로봇 컨트롤러에서, 동작 프로그램 등의 재생 가능한 정보로서 핸드의 위치를 기억(등록)하는 것을 의미한다. 또한, 교시용 기판은, 실제의 기판을 본뜬 형상을 가지는 모의(模擬)기판이라도 좋다. 카메라는, 핸드의 기단부(基端部)에 고정해서 장착되어도 좋다.
상기 거리정보 산출부는, 상기 가상기판의 이미지와 상기 교시용 기판의 이미지를 패턴 매칭함으로써, 상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보를 산출하여도 좋다.
본 발명의 기타 태양에 관한 로봇의 제어장치는, 로봇 암과, 상기 로봇 암의 선단에 부착된 핸드와, 상기 핸드의 기판이 재치되는 기판 재치부를 촬영하도록 기판 재치부 이외의 부분에 고정해서 장착된 카메라를 구비하고, 기판을 재치해야 할 기판의 목표위치로 기판을 반송하는 로봇의 제어장치로서, 상기 카메라에 의해 촬영된, 교시대상이 되는 기판의 목표위치에 배치된 교시용 기판 및 상기 핸드의 기판 재치부의 이미지 데이터를 취득하는 이미지 데이터 취득부와, 상기 카메라의 이미지 데이터에서 상기 핸드의 기판 재치부에 가상적으로 배치된 가상기판의 정보를 생성하는 가상기판 정보 생성부와, 상기 카메라의 이미지 데이터에 기초해서 상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보를 산출하는 거리정보 산출부와, 상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보에 기초해서 상기 가상기판이 상기 교시용 기판과 일치하도록 상기 로봇 암의 동작을 제어하는 로봇 동작 제어부와, 상기 기판이 상기 교시용 기판과 일치한 때의 핸드의 위치를 교시 데이터로서 기억하는 기억부를 구비한다.
본 발명의 기타 태양에 관계되는 로봇의 위치 교시방법은, 기판을 재치해야 할 기판의 목표위치로 기판을 반송하는 로봇의 핸드의 위치를 교시하는 로봇의 위치 교시방법으로서, 교시대상이 되는 기판의 목표위치로 교시용 기판을 배치하는 단계와, 상기 핸드의 기판이 재치되는 기판 재치부를 촬영하도록 기판 재치부 이외의 부분에 카메라를 고정해서 장착하는 단계와, 상기 교시용 기판 및 상기 핸드의 기판 재치부를 포함하는 공간을, 상기 카메라에 의해 촬영 가능한 소정의 위치로 상기 로봇을 이동시키는 단계와, 상기 카메라에 의해 촬영된, 교시대상이 되는 기판의 목표위치로 배치된 교시용 기판, 및 상기 핸드의 기판 재치부의 이미지 데이터를 취득하는 단계와, 상기 카메라의 이미지 데이터에서 상기 핸드의 기판 재치부에 가상적으로 배치된 가상기판의 정보를 생성하는 단계와, 상기 카메라의 이미지 데이터에 기초해서 상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보를 산출하는 단계와, 상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보에 기초해서, 상기 가상기판이 상기 교시용 기판과 일치하도록 상기 로봇의 동작을 제어하는 단계와, 상기 가상기판이 상기 교시용 기판과 일치한 때의 핸드의 위치를, 기억부에 교시 데이터로서 기억하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 오퍼레이터의 기량에 의지하지 않고 로봇에게 정확한 위치를 정밀도 높게 교시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관계되는 로봇을 구비하는 반도체 처리설비의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 2는 로봇 및 FOUP의 구성을 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 3은 로봇의 내부기구의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 로봇의 제어장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 5는 로봇의 동작의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 초기위치에 있어서 카메라로 촬영된 이미지의 제1의 예이다.
도 7은 초기위치에 있어서 카메라로 촬영된 이미지의 제2의 예이다.
도 8은 로봇 동작시의 카메라로 촬영된 이미지의 제3의 예이다.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는, 모든 도면을 통해서 동일 또는 상당한 요소에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.
(실시형태)
[반도체 처리설비]
도 1은 본 발명의 실시형태에 관계되는 로봇을 구비하는 반도체 처리설비를 나타내는 사시도이다. 반도체 처리설비(100)는 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 설비이다. 반도체 웨이퍼로서, 실리콘 웨이퍼, 사파이어(단결정 알루미나)웨이퍼, 기타 각종의 웨이퍼가 예시된다. 또한, 유리 웨이퍼로서는 예를 들어, FPD(Flat Panel Display)용 유리기판, MEMS(Micro Electro Mechanical System)용 유리기판이 예시된다. 반도체 처리설비(100)는, 예를 들어 SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)규격에 따라 미리 규정된다. 이 경우, 후술하는 FOUP(101)은 SEMI 규격의 사용에 따른다. 반도체 처리설비(100)의 구성은 SEMI 규격 외의 구성이어도 좋다.
처리 전 및 처리 후의 반도체 웨이퍼(W)(이하, 간단히 기판이라고도 함)는 Front Opening Unified Pod (FOUP)(101)라고 불리는 용기에 수용된다. FOUP(101)는 국소 클린화 기술에 관한 것이고, 클린 환경에 있어서의 미니 인바이런먼트(mini environment)용 기판 용기이다. 3개의 FOUP(101)에는 복수의 기판(W)이 수용된다. FOUP(101)에 수용되는 각 기판(W)은 수평 상태에서 상하 방향 Z에 같은 등간격을 두고 배치된다. FOUP(101)은 기대(基臺)(102) 위에 대략 상자 모양으로 형성되고, 한쪽으로 개방된다. 반도체 처리설비(100)는 기판(W)을 처리하는 기판 처리장치(10)를 포함하고 있다. 기판(W)에 대한 처리로서는, 열처리, 불순물 도입처리, 박막 형성처리, 리소그래피 처리, 세정 처리 및 평탄화 처리 등의 프로세스 처리가 예시된다. 기판(W)은 FOUP(101)와 기판 처리장치(110)와의 사이를 로봇(1)에 의해 반송된다.
[로봇]
도 2는 본 발명의 실시형태에 관게되는 로봇 및 기판이 수납되는 FOUP의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다. FOUP(100)에는 XY 단면도가 나타나 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, FOUP(100)는, 서로 대향되는 한 쌍의 측벽(101a)과, 측벽(101a)에 설치된 복수 쌍의 기판 지지부(101d)를 구비하고 있다. 기판 지지부(101d)는, 복수의 기판(W)이 수평 자세로 동시에 상하 방향으로 간격을 두고 나란히 정렬하도록 복수의 기판(W)의 단부를 지지한다. 그리고 FOUP(101)의 전면(前面)은 개방된 전면개구(前面開口)(101e)를 구성하고 있다.
로봇(1)은 이 전면개구(101e)를 통해서 기판(W)을 FOUP(101)에서부터 반출하고 또는 기판(W)을 FOUP(101)로 반입한다. 즉, 로봇(1)은 기판(W)을 재치해야 할 기판의 목표 위치(T)로 기판(W)을 반송하는 로봇으로서, 로봇 암(4)과 로봇 암(4)의 선단에 부착된 핸드(2)를 구비한다. 로봇(1)은 핸드(2)에 의해 FOUP(101)에서부터의 기판의 꺼내기 및 FOUP(101)로의 기판(W)의 수납을 행한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 연직 방향에서 바라보아서 기판 지지부(101d)에 지지되는 교시 대상이 되는 기판(W)의 중심이 기판(W)의 목표 위치(T)를 구성하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이 "목표 위치(T)"란 로봇(1)의 후술하는 제어부가 교시용의 기판(W)과 후술하는 가상기판이 일치한 때의 핸드의 위치를 교시 데이터로서 기억함으로써, 로봇(1)에 의한 기판(W)의 FOUP(101)에서의 반출 또는 기판(W)의 FOUP(101)에의 반입을 가능하게 하는 위치이다. 로봇(1)의 핸드(2)의 기단측(基端側)의 리스트(基端部)(2a)에는 카메라(3)가 고정되서 장착되어 있다. 본 실시형태에서는 카메라(3)는 블레이드(2b)를 촬영할 수 있도록 리스트(2a)에 고정하여 장착되지만, 핸드(2)의 블레이드(2b) 이외의 부분에 고정하여 장착되어도 좋다. 카메라(3)는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 카메라 등으로 구성된다. 블레이드(2b)는 핸드(2)의 "기판 재치부"에 해당하며, 기판(W)이 재치되는 부분이다.
이하에서는 로봇(1)의 후술하는 회동 축선 L1의 연장 방향을 Z 방향 또는 상하 방향이라고 한다. Z 방향에 직교하는 방향을 X 방향 또는 좌우 방향이라고 한다. Z 방향 및 X 방향에 직교하는 방향을 Y 방향 또는 전후 방향이라고 한다. 본 실시형태에서, X 방향은 로봇(1)에서 FOUP(101)로 향하는 방향 및 이와 반대 방향으로 설정되어 있다.
도 3은 로봇(1)의 내부기구의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 로봇(1)은 기대(10)와, 로봇 암(4)과, 핸드(2)와, 핸드(2)에 장착된 카메라(3)와, 로봇(1)의 동작을 제어하는 제어장치(7)를 구비하고 있다. 로봇 암(4)은 아래팔(20) 및 위팔(30)로 구성된다.
기대(10)는, 예를 들어, 중공(中空)의 원통형 부재이다. 기대(10)의 내부에는 서보 모터를 포함하는 아래팔 구동부(15) 및 제어장치(7)가 배치되어 있다. 아래팔 구동부(15)는, 아래팔 회동용의 주동(主動) 기어(16)를 구비하고 있다.
또한, 로봇(1)은 승강기구(미도시)를 구비하고 있다. 승강기구는, 예를 들어, 주지의 볼 나사기구(미도시) 및 이를 구동하는 인코더 장착의 서보 모터 (미도시)를 구비하고, 그 볼 나사기구에 의해 아래팔 회동축(21) 및 아래팔 구동부(15)가 설치된 가동체(미도시)를 Z 방향으로 승강시킴으로써, 아래팔(20), 위팔(30) 및 핸드(2)를 일체적으로 Z 방향으로 승강시킨다. 이에 따라, 핸드(2)를 상승 위치와 하강 위치 사이에서 승강시킬 수 있다. 하강 위치의 높이 위치는 FOUP(101)의 기대(102)의 높이 위치보다도 아래쪽으로 설정되어 있다. 또한, 상승 위치의 높이 위치는 최상단(最上段)의 기판 지지부(101d)의 높이 위치보다도 위쪽으로 설정되어 있다.
아래팔(20)은, 예를 들어, 중공의 판 모양의 부재이며, 평면시(平面視)에서 대략 단책(短冊) 모양으로 형성되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 아래팔(20)은 그 기단부의 저면(底面)으로부터 아래쪽으로 돌출되도록 아래팔 회동축(21)이 형성되어 있다. 그리고 아래팔 회동축(21)은 Z 방향으로 연장되는 회동 축선 L1을 중심으로 회동 가능하게 기대(10)에 부착되어 있다. 따라서, 아래팔(20)은 XY 평면에서 회동하도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서, 회동 축선 L1이 XY 평면에 있어서의 기준점(O)을 구성한다.
아래팔 회동축(21)의 하단부(下端部)에는 아래팔 회동용 종동(縱動) 기어(22)가 고정되어 있다. 이 아래팔 회동용 종동 기어(22)는 기대(10)의 아래팔 회동용 주동 기어(16)와 동일한 높이의 위치에 위치하도록 설치되고, 이 아래팔 회동용주동 기어(16)와 치합(齒合: 톱니바퀴끼리의 톱니를 서로 맞춘 상태)하고 있다. 아래팔(20)은 그 내부에 서보 모터를 포함하는 위팔 구동부(25)가 배치되어 있다. 위팔 구동부(25)는 위팔 회동용 주동기어(26)를 구비하고 있다.
그리고 아래팔(20)의 기대(10)에 대한 회동 축선 L1 주위의 상대적인 각도 위치는 아래팔 구동부(15)의 서보 모터의 인코더에 의해 검출된다.
위팔(30)은, 예를 들어 중공의 판 모양 부재이고, 평면시에서 대략 단책 모양으로 형성되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 위팔(30)은, 그 기단부의 저면으로부터 아래쪽으로 돌출되도록 위팔 회동축(31)이 설치되어 있다. 그리고, 위팔 회동축(31)은, 회동 축선 L1과 평행하게 연장되는 회동 축선 L2을 중심으로 회동 가능하게 아래팔(20)에 부착되어 있다. 따라서, 위팔(30)은, XY 평면상을 회동하도록 구성되어 있다.
위팔 회동축(31)의 하단부에는, 위팔 회동용 종동 기어(32)가 고정되어 있다. 이 위팔 회동용 종동 기어(32)는, 아래팔(20)의 위팔 회동용 주동 기어(26)와 같은 높이 위치에 위치하도록 설치되고, 이 위팔 회동용 주동 기어(26)와 치합하고 있다. 위팔(30)은, 그 내부에 서보 모터를 포함하는 핸드 구동부(35)가 배치되어 있다. 핸드 구동부(35)는, 핸드 회동용 주동 기어(36)를 구비하고 있다.
그리고 위팔(30)의 아래팔(20)에 대한 회동 축선 L2 주위의 상대적인 각도 위치는, 위팔 구동부(25)의 서보 모터의 인코더에 의해 검출된다.
핸드(2)는, 핸드(2)의 기단측에 형성된 리스트(2a)와, 핸드(2)의 선단측에 형성된 블레이드(2b)를 포함한다. 리스트(2a)와 블레이드(2b)는 연속해서 형성되어 있다.
리스트(2a)는, 그 기단부의 저면으로부터 아래쪽으로 돌출되도록 형성된 핸드부 회동축(41)을 가지고 있다. 그리고, 핸드 회동축(41)은, 회동 축선 L1, L2와 평행하게 연장되는 회동 축선 L3을 중심으로 회동 가능하게 핸드(2)에 부착되어 있다. 따라서, 핸드(2)는, XY 평면에서 회동하도록 구성되어 있다.
핸드 회동축(41)의 하단부에는, 핸드 회동용 종동 기어(42)가 고정되어 있다. 이 핸드 회동용 종동 기어(42)는, 핸드 회동용 주동 기어(36)와 같은 높이 위치에 위치하도록 설치되고, 이 핸드 구동용 주동 기어(36)와 치합(齒合)하고 있다.
그리고, 핸드(2)의 위팔(30)에 대한 회동 축선 L3 주위의 상대적인 각도 위치는, 핸드 구동부(35)의 서보 모터의 인코더에 의해 검출된다.
그리고, 상기 아래팔 구동부(15) 및 위팔 구동부(25)가 암 구동부를 구성한다. 암 구동부는, 그 구동에 의해 아래팔(20) 및 위팔(30)을 구동하고 핸드(2)를 XY 평면에서 이동시킨다.
리스트(2a)는, 그 기단부의 상면(上面)에 장착된 카메라(3)를 가지고 있다. 카메라(3)는, 기판(W)을 재치하는 블레이드(2b)를 촬상 가능한 방향으로 장착된다. 블레이드(2b)는, 예를 들어 박판(薄板) 모양으로 형성되어 있다. 이 블레이드(2b)의 상면이 핸드(2)의 "기판 재치부"에 상당하고, 기판(W)은 블레이드(2b)에 의해 보지(保持)된다. 카메라(3)는, 핸드(2)의 블레이드(2b)의 회동 축선 L3 상에 장착된다.
[제어장치]
도 4는, 로봇(1)의 제어장치(7)의 구성을 나타내는 블록도이다. 제어장치(7)는, 예를 들어 CPU 등의 연산기를 가지는 제어부(70)와, 서보 제어부(71)와, ROM 및 RAM 등의 메모리를 가지는 기억부(72)와, 인터페이스부(미도시)를 구비하고 있다. 제어장치(7)는, 집중 제어하는 단독의 제어장치로 구성되어 있어도 좋고, 서로 협동하여 분산 제어하는 복수의 제어장치로 구성되어도 좋다. 또한, 제어장치(7)는 교시 조작반(미도시)을 가지고, 입력부를 통해서 제어장치(7)에 각종 지령을 입력하는 구성이나, 표시부를 통해서 각종 지령값이나 연산결과 외, 카메라(3)의 영상 등을 표시하는 구성을 구비하고 있어도 좋다.
제어부(70)는, 카메라 컨트롤러(73)와, 거리정보 산출부(74), 가상기판 정보 생성부(75), 제어지령 생성부(76) 및 교시 데이터 기록부(77)를 포함한다. 이들의 기능부(73~77)는, 기억부(72)에 저장된 소정의 제어 프로그램을 제어부(70)가 실행함으로써 실현되는 기능블록이다.
카메라 컨트롤러(73)는, 인터페이스부(미도시)를 통해서 카메라(3)를 제어한다. 즉, 카메라(3)로 촬영지령을 출력한다. 촬영 타이밍의 조정, 또는 카메라(3)의 위치 및 자세를 변경하여도 좋다. 본 실시형태에서는, 카메라(3)는, 핸드(2)의 블레이드(2b)를 고정적으로 촬영 가능한 위치 및 자세로 장착되어 있다. 카메라 컨트롤러(73)는, 카메라(3)에 의해 촬영된 카메라 이미지를 기억부(72)에 기억한다.
거리정보 산출부(74)는, 카메라(3)에 의해 촬영된 카메라 이미지에 기초해서 핸드(2)의 블레이드(2b)(기판 재치부)로부터 교시 대상이 되는 기판(W)까지의 거리정보를 산출한다. 거리정보 산출부(74)는, 즉, 기억부(72)에 기억된 카메라 이미지에 기초하여 거리정보를 산출한다.
가상기판 정보 생성부(75)는, 이미지 데이터에서 핸드(2)의 블레이드(2b)에 가상적으로 배치된 가상기판(VW)의 정보를 생성한다. 가상기판(VW)을 생성하기 위한 정보는 미리 기억부(72)에 기억되어 있다.
제어지령 생성부(76)는, 로봇의 동작 프로그램에 기초해서 각 구동부(15, 25, 35, 19)의 서보 모터의 위치 지령값을 생성한다. 본 실시형태에서는, 제어지령 생성부(76)는, 핸드(2)의 블레이드(2b)로부터 교시용 기판(W)까지의 거리정보에 기초해서 가상기판(VW)이 교시용 기판(W)과 일치하는 것 같은 각 구동부(15, 25, 35, 19)의 서보 모터의 위치 지령값을 생성한다. 제어지령 생성부(76)는, 생성한 위치 지령값과 인코더의 검출값(실제값)의 편차에 기초해서 속도 지령값을 생성한다. 그리고, 생성한 속도 지령값과 속도 현재값의 편차에 기초해서 토크 지령값(전류 지령값)을 생성하고, 생성한 전류 지령값과 전류 센서와의 편차의 검출값(실제값)에 기초해서 제어지령을 생성하여 서보 제어부(71)로 출력한다.
서보 제어부(71)는, 주어진 제어지령에 기초해서 전류를 발생하고, 발생한 전류를, 각 구동부(15, 25, 35, 19)의 서보 모터로 흐르게 하여 로봇(1)을 동작시킨다. 서보 제어부(71)는, 아래팔 구동부(15)를 제어하여 XY 평면에서 아래팔(20)을 회동시키고, 위팔 구동부(25)를 제어하여 XY 평면에서 위팔(30)을 회동시킨다. 또, 핸드 구동부(35)를 제어하여 XY 평면에서 핸드(2)를 회동시킨다. 서보 제어부(71)는, 승강기구 구동부(19)를 제어하여 아래팔(20), 위팔(30) 및 핸드(2)를 일체적으로 Z 방향으로 승강시킨다.
교시 데이터 기록부(77)는, 교시 대상이 되는 교시용의 기판(W)의 표면의 좌표와 가상기판(VW)의 표면의 좌표가 일치한 때의 핸드(2)의 위치를 교시 데이터로서 기억부(72)에 기억한다. 본 실시형태에서는, 교시 데이터 기록부(77)는, 각 구동부(15, 25, 35, 19)의 서보 모터의 위치 지령값으로서 기억부(72)에 기억한다.
기억부(72)에는 소정의 동작 프로그램이 기억되어 있어, 제어부(70)가 이들의 동작 프로그램을 읽어 내어 실행함으로써, 로봇(1)의 동작이 제어된다. "소정의 동작 프로그램"이란, 로봇(1)의 핸드(2)를 소정의 위치로 이동시키는 명령이다. 그리고, 기억부(72)에는, 상술한 대로 가상기판(VW)을 생성하기 위한 정보로서 기판(W)의 형상, 직경, 재료, 중량 등의 각종 정보가 기억되어 있다.
[동작 예]
다음으로, 로봇(1)에게 교시 대상이 되는 기판(W)의 목표 위치(T)를 교시할 때의 로봇(1)의 동작 예를 설명한다. 도 5는 로봇(1)의 동작의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 도 6~도 8은, 카메라(3)로 촬영된 이미지를 나타내고 있다.
본 실시형태의 교시 대상은, 로봇(1)에서부터 바라보아 우단(右端)에 위치하는 FOUP(101)의 위에서 13단 째에 재치된 기판(W)에 대응하는 핸드(2)의 위치이다. 이 기판(W)의 중심이 목표위치(T)에 일치하고 있다. 이하에서는, 교시 대상이 되는 기판을 교시용 기판(W)이라 부른다.
먼저, 제어부(70)는, 로봇(1)을 초기 위치로 이동시킨다(도 5의 스텝 S1). 도 6은, 초기 위치에서의 카메라(3)로 촬영된 이미지의 제1의 예이다. 도 6에 나타내는 바와 같이 "초기 위치"란, 카메라(3)에 의해, 교시용 기판(W) 및 핸드(2)의 블레이드(2b)를 포함하는 공간(S)을 촬영 가능한 위치이다. 또한, 초기 위치까지의 경로는 미리 기억부(72)에 기억되어 있다. 구체적으로는, 제어지령 생성부(76)는, 로봇의 동작 프로그램에 따라 각 구동부(15, 25, 35, 19)의 서보 모터의 위치 지령값을 생성하고 제어지령을 출력한다. 서보 제어부(71)는, 주어지는 제어지령에 기초해서 각 구동부(15, 25, 35, 19)를 제어해서 초기 위치로 로봇(1)을 동작시킨다.
다음으로, 카메라(3)에 의해 기판(W) 및 핸드(2)의 블레이드(2b)를 포함하는 공간(S)을 촬영한다(도 5의 스텝 S2). 카메라 컨트롤러(73)는, 카메라(3)에 의해 촬영된 카메라 이미지를 기억부(72)에 기억한다.
다음으로, 가상기판 정보 생성부(75)는 기억부(72)에 미리 기억된 기판(W)의 형상 등의 정보에 기초해서, 이미지 데이터에서 핸드(2)의 블레이드(2b)에 가상적으로 배치된 가상기판(VW)의 정보를 생성한다(도 5의 스텝 S3). 도 7은 초기 위치에서의 카메라(3)로 촬영된 이미지의 제2의 예이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 초기 위치에서 블레이드(2b)에 가상기판(VW)이 가상적으로 배치되어 있다. 이때 거리정보 산출부(74)는, 카메라(3)에 의해 촬영된 카메라 이미지에 기초해서 핸드(2)의 블레이드(2b)(기판 재치부)로부터 교시용 기판(W)까지의 거리정보를 산출한다. 본 실시형태에서는, 거리정보 산출부(74)는 가상기판(VW)의 이미지와 교시용 기판(W)의 이미지를 패턴 매칭함으로써 블레이드(2b)로부터 교시용 기판(W)까지의 거리정보를 산출한다.
다음으로, 제어부(70)는, 블레이드(2b)로부터 교시용 기판(W)까지의 거리정보에 기초해서 가상기판(VW)이 교시용 기판(W)과 일치하도록 로봇 암(4)의 동작을 제어한다(도 5의 스텝 S4). 또한, 기억부(72)에는 미리 FOUP(101)의 13단 째까지의 대략적인 경로가 동작 프로그램으로서 기억되어 있다. 제어지령 생성부(76)는, 동작 프로그램에 따라 각 구동부(15, 25, 35, 19)의 서보 모터의 위치 지령값을 생성한다. 즉, 제어부(70)는 로봇 좌표계에서 블레이드(2b)로부터 교시용 기판(W)까지의 거리정보를 인식할 수 있기 때문에, 이들의 기판 표면의 좌표가 일치하도록 각 구동부(15, 25, 35, 19)의 서보 모터의 위치 지령값을 보정한다. 도 8은 카메라(3)로 촬영된 이미지의 제3의 예이다. 서보 제어부(71)는, 주어지는 제어지령에 기초해서 각 구동부(15, 25, 35, 19)를 제어하고 로봇 암(4)을 동작시킴으로써, 도 8에 나타내는 바와 같이 교시용 기판(W13)과 가상기판(VW)을 일치시킬 수 있다.
마지막으로, 교시 데이터 기록부(77)는, 교시용 기판(W)의 표면의 좌표와 가상기판(VW)의 좌표가 일치한 때의 핸드(2)의 위치를, 기억부(72)에 교시 데이터로서 기억한다(도 5의 스텝 S5). 여기서 교시 데이터로서 기억하는 것은, 제어장치(7)에서 동작 프로그램 등의 재생 가능한 정보로서 핸드(2)의 위치를 기억(등록)하는 것을 의미한다. 본 실시형태에서는, 교시 데이터 기록부(77)는 각 구동부(15, 25, 35, 19)의 서보 데이터의 위치 지령값으로서 기억부(72)에 기억한다.
따라서, 본 실시형태에 의하면, 카메라(3)에 의해 목표 위치(T)에 배치된 교시용 기판(W), 및 핸드(2)의 블레이드(2b)를 포함하는 공간(S)을 촬영하는 것만으로, 카메라 이미지에 기초해서 블레이드(2b)로부터 교시용 기판(W)까지의 거리정보가 산출되고, 이 거리정보에 기초해서 블레이드(2b)에 가상적으로 배치된 가상기판(VW)이 교시용 기판(W)이 일치하도록 로봇(1)의 동작을 제어할 수 있다. 이때의 핸드(2)의 위치를 교시 데이터로서 기억함으로써, 로봇(1)에게 기판(W)의 목표 위치(T)에 따른 핸드(2)의 위치를 교시할 수 있다. 이에 따라, 오퍼레이터의 기량에 의지하는 일 없이, 로봇(1)에게 정확한 위치를 정밀도 높게 교시할 수 있다.
그리고 거리정보 산출부(74)는, 가상기판(VW)의 이미지와 교시용 기판(W)의 이미지를 패턴 매칭함으로써, 핸드(2)의 블레이드(2b)로부터 교시용 기판(W)까지의 거리정보를 산출하였지만 이에 한정되지 않는다. 기타 공지된 방법에 따라, 대상물(교시용 기판(W))까지의 거리정보를 산출하여도 좋다. 예를 들어 카메라(3)의 렌즈에 카메라 필터를 부착해서 촬영 이미지에서 물체까지의 거리에 따라 발생하는　흐릿함과 색 차이를 이미지 해석함으로써, 물체까지의 거리정보를 취득하여도 좋다.
(기타 실시형태)
또한, 본 실시형태에서는, 기억부(72)에는, 미리 목표 위치(T)에 있는 교시용 기판(W13)이 재치된 FOUP(101)의 13단째까지의 대략적인 경로를 동작 프로그램으로서 기억되어 있고, 제어지령 생성부(76)는, 각 구동부(15, 25, 25, 19)의 서보 모터의 위치 지령값을 보정하였으나, 핸드(2)의 블레이드(2b)로부터 교시용 기판(W)까지의 거리정보에 기초해서 가상기판(VW)이 교시용 기판(W)과 일치하도록 각 구동부(15, 25, 35, 19)의 서보 모터의 위치 지령값을 생성하는 것 같은 구성이라도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 교시용 기판(W)은 실제의 반도체 웨이퍼를 사용하였으나, 실제의 기판을 본뜬 형상을 가지는 모의 기판을 사용하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 카메라(3)는 핸드(2)의 리스트(2a)에 고정해서 장착되었으나, 착탈이 자유자재로 구성되어도 좋다. 이 경우는, 교시할 때에만 카메라(3)를 장착하고, 로봇(1)을 반복 모드로 동작시킬 때에는 떼어내도 좋다.
또한, 본 실시형태의 카메라(3)는 복수 배치하여도 좋으며, 3차원 카메라이라도 좋다. 3차원 카메라란, 대상물을 다른 방향으로부터 동시에 촬영하고 시차를 생기게 함으로써 대상물까지의 거리정보를 취득하는 것이다. 소정의 좌표계에서의 대상물의 표면의 좌표 데이터를 생성할 수 있다. 3차원 카메라는 스테레오 카메라의 일종이다. 3차원 카메라는 소정 거리만큼 떨어져 배치된 한 쌍의 카메라를 가지며, 한 쌍의 카메라는 각각 촬영 소자를 가진다. 3차원 카메라는 거리정보뿐만 아니라 대상물의 색 정보(RGB 등)를 취득하여도 좋다. 또한, 3차원 카메라는 레이저를 발사해서 반사 위치 및 반사 시간으로부터 반사점의 거리정보를 취득하는 것이어도 좋다.
상기 설명으로부터 당업자의 입장에서 보면, 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시형태가 명확하다. 따라서, 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 태양을 당업자(통상의 지식을 가진 자)에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 일탈하지 않고 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경 가능하다.
본 발명은 기판을 반송하는 로봇의 핸드의 위치를 교시할 때에 유용하다.
1: 로봇
2: 핸드
2a: 리스트
2b: 블레이드 (기판 재치부)
3: 카메라
4: 로봇 암
7: 제어장치 (로봇 컨트롤러)
10: 기대
20: 아래팔
30: 위팔
70: 제어부
71: 서보 제어부
72: 기억부
73: 카메라 컨트롤러 (이미지 데이터 취득부)
74: 거리정보 산출부
75: 가상기판 정보 생성부
76: 제어지령 생성부
77: 교시 데이터 기록부
100: 반도체 처리설비
101: FOUP
102: 기대 (FOUP)
110: 기판 처리장치
S: 촬영 공간
VW: 가상기판
W: 기판(교시용 기판)

Claims (5)

  1. 기판을 재치해야 할 기판의 목표위치로 기판을 반송하는 로봇에 있어서,
    로봇 암;
    상기 로봇 암의 선단에 부착된 핸드(hand);
    상기 핸드의 기판이 재치되는 기판 재치부를 촬영하도록 기판 재치부 이외의 부분에 고정하여 장착된 카메라;
    상기 카메라에 의해 촬영된, 교시 대상이 되는 기판의 목표위치에 배치된 교시용 기판 및 상기 핸드의 기판 재치부의 이미지 데이터를 취득하는 이미지 데이터 취득부;
    상기 카메라의 이미지 데이터에서 상기 핸드의 기판 재치부에 가상적으로 배치된 가상기판의 정보를 생성하는 가상기판 정보 생성부;
    상기 카메라의 이미지 데이터에 기초해서 상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보를 산출하는 거리정보 산출부;
    상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보에 기초해서, 상기 가상기판이 상기 교시용 기판과 일치하도록 상기 로봇 암의 동작을 제어하는 동작 제어부; 및
    상기 가상기판이 상기 교시용 기판과 일치한 때의 핸드의 위치를 교시 데이터로서 기억하는 기억부를 구비하는 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카메라는 상기 핸드의 기단부(基端部)에 고정해서 장착되는 로봇.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 거리정보 산출부는, 상기 가상기판의 이미지와 상기 교시용 기판의 이미지를 패턴 매칭함으로써, 상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보를 산출하는 로봇.
  4. 로봇 암과, 상기 로봇 암의 선단에 부착된 핸드와, 상기 핸드의 기판이 재치되는 기판 재치부를 촬영하도록 기판 재치부 이외의 부분에 고정해서 장착된 카메라를 구비하고, 기판을 재치해야 할 기판의 목표위치로 기판을 반송하는 로봇의 제어장치에 있어서,
    상기 카메라에 의해 촬영된, 교시대상이 되는 기판의 목표위치에 배치된 교시용 기판 및 상기 핸드의 기판 재치부의 이미지 데이터를 취득하는 이미지 데이터 취득부;
    상기 카메라의 이미지 데이터에서 상기 핸드의 기판 재치부에 가상적으로 배치된 가상기판의 정보를 생성하는 가상기판 정보 생성부;
    상기 카메라의 이미지 데이터에 기초해서 상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보를 산출하는 거리정보 산출부;
    상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보에 기초해서 상기 가상기판이 상기 교시용 기판과 일치하도록 상기 로봇 암의 동작을 제어하는 로봇 동작 제어부; 및
    상기 기판이 상기 교시용 기판과 일치한 때의 핸드의 위치를 교시 데이터로서 기억하는 기억부를 구비하는 로봇의 제어장치.
  5. 기판을 재치해야 할 기판의 목표위치로 기판을 반송하는 로봇의 핸드의 위치를 교시하는 로봇의 위치 교시방법에 있어서,
    교시대상이 되는 기판의 목표위치로 교시용 기판을 배치하는 단계;
    상기 핸드의 기판이 재치되는 기판 재치부를 촬영하도록 기판 재치부 이외의 부분에 카메라를 고정해서 장착하는 단계;
    상기 교시용 기판 및 상기 핸드의 기판 재치부를 포함하는 공간을, 상기 카메라에 의해 촬영 가능한 소정의 위치로 상기 로봇을 이동시키는 단계;
    상기 카메라에 의해 촬영된, 교시대상이 되는 기판의 목표위치로 배치된 교시용 기판, 및 상기 핸드의 기판 재치부의 이미지 데이터를 취득하는 단계;
    상기 카메라의 이미지 데이터에서 상기 핸드의 기판 재치부에 가상적으로 배치된 가상기판의 정보를 생성하는 단계;
    상기 카메라의 이미지 데이터에 기초해서 상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보를 산출하는 단계;
    상기 기판 재치부로부터 상기 교시용 기판까지의 거리정보에 기초해서, 상기 가상기판이 상기 교시용 기판과 일치하도록 상기 로봇의 동작을 제어하는 단계; 및
    상기 가상기판이 상기 교시용 기판과 일치한 때의 핸드의 위치를, 기억부에 교시 데이터로서 기억하는 단계를 포함하는 로봇의 위치 교시 방법.
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