TW201623123A - 搬送裝置之控制裝置 - Google Patents

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Hiroyuki Okada
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Abstract

控制裝置(3)具備控制器(33)，該控制器(33)，若劣化指標參數之值超過預設之閾值，則使搬送機構(5)停止，且根據劣化指標參數之值之時間序列之變化圖案，判定劣化指標參數值超過閾值是否為搬送機構(5)之經年劣化所造成，在判定劣化指標參數值超過閾值為搬送機構(5)之經年劣化所造成的情況，使搬送機構(5)之動作速度降低後進行動作。

Description

搬送裝置之控制裝置
本發明係關於一種搬送裝置之控制裝置。
以往，用來判斷搬送裝置劣化的技術如下。例如專利文獻1中，已揭示了驅動機構的劣化檢測裝置，該驅動機構的劣化檢測裝置，檢測馬達的可動件位置及流至驅動源的電流的至少一者，再以檢測出的位置相對於可動件的目標位置的變化與檢測出的電流的至少一者作為根據，判斷驅動機構的劣化狀況。
又，專利文獻2中，已揭示了一種基板搬送系統的監視裝置，該基板搬送系統的監視裝置，比較對應目標位置的資料與對應檢測手段所檢測出的可動構件的實際位置的資料以求出偏差，在此偏差超過既定的容許範圍時，即判斷搬送系統的動作有異常。
【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2005-311259號公報
【專利文獻2】日本特開平10-313037號公報
但是，過去當在搬送裝置檢測出異常的情況，不單是裝置，在使包含周邊設備的系統全體一律停止後，再由人力作業弄清楚錯誤原因後進行修理。因此，即使因經年劣化在搬送機構產生機械及電性上故障的情況，若 不經人力便無法修復，有裝置的停機時間長的課題。
因此，本發明之目的在縮短於搬送機構產生故障時搬送裝置的停機時間。
本發明一形態之搬送裝置之控制裝置，係一邊控置伺服馬達之位置一邊藉由該伺服馬達驅動搬送機構，其特徵在於，具備：取得器，取得在上述位置控制中馬達之位置偏移及流至馬達之電流之至少一者之劣化指標參數之值之時間序列；記憶器，儲存已取得之上述劣化指標參數之值之時間序列；以及控制器，若上述劣化指標參數之值超過預設之閾值，則使上述搬送機構停止，且根據上述劣化指標參數之值之時間序列之變化圖案，判定上述劣化指標參數值超過上述閾值是否為上述搬送機構之經年劣化所造成，在判定上述劣化指標參數值超過上述閾值為上述搬送機構之經年劣化所造成的情況，使上述搬送機構之動作速度降低後進行動作。在此，馬達之位置偏移包含位置控制中目標值與實際值間的差分(偏差)、偏位(殘留偏差)、從基準位置的遠離量、偏離。
一般而言，伺服馬達的位置偏移或電流的值隨時間經過緩慢上昇的情形，因經年劣化導致與搬送機構的伺服馬達連動的齒輪咬合不順或黃油的枯竭為原因的可能性較高。另一方面，位置偏移或電流值急遽變化的情形，與障礙物碰撞、齒輪受損等驅動系的故障為原因的可能性較高。
根據上述構成，取得位置控制中馬達之位置偏移及電流之至少一者之劣化指標參數的值的時間序列資料並儲存。藉此，能監視搬送裝置的自我狀態。接著，若劣化指標參數之值超過預設的閾值，則使搬送機構停止。藉此，若產生機械及電性的故障的狀況也能確保安全。接著，根據時間序 列資料的變化圖案，來判定劣化指標參數值超過閾值是否為搬送機構的經年劣化所造成，在判定劣化指標參數值超過閾值為搬送機構的經年劣化所造成的情況，使搬送機構的動作速度降低後進行動作。藉此，即使產生因經年劣化導致機械及電性故障的情形，不需透過人力就可修復。又，關於可藉由減低速度來迴避的錯誤，藉由使搬送裝置自動減低速度而動作，可縮短裝置的停機時間。
上述控制器，若上述劣化指標參數之值超過上述閾值，則發出警告訊號，在判定上述劣化指標參數值超過上述閾值並非上述搬送機構之經年劣化所造成的情況，發出錯誤訊號。
根據上述構成，因能確切地將搬送裝置的動作情況傳達給周圍，作業員可採取適當的措施。具體而言，警告訊號時，因搬送裝置有自動恢復的可能性，作業員沒有必要立刻執行修復作業。例如半導體設備般，禁止進入設備的環境或是惡劣的環境下，因不希望人員進入設備內，因此可在維護之前多爭取一些時間。另一方面，錯誤信號時，使包含搬送裝置及生產線等周邊設備的系統全體停止，從所觀測到的偏差或電流值等來早期發現故障處，可以縮短修理所花費的時間。
表示上述搬送機構之經年劣化之上述劣化指標參數之值之時間序列之變化圖案，亦可根據上述劣化指標參數值在既定時間之變化量辨識。
根據上述構成，可適當辨識參數值時間序列資料的變化圖案是否表示搬送機構的經年劣化辨識。
上述控制器，在使上述搬送裝置恢復時，亦可使其動作速度階段性地降低。
根據上述構成，更容易使搬送裝置的動作恢復。
上述搬送裝置亦可為在真空環境下使用之多軸機器人。
根據本發明，可縮短在搬送機構產生故障時搬送裝置的停機時間。
本發明的上述目的、其他目的、特徵、及優點，在參考附加圖式後，可從以下較佳實施形態的詳細說明中明瞭。
1‧‧‧搬送系統
2‧‧‧搬送裝置
3‧‧‧控制裝置
4‧‧‧警報裝置
5‧‧‧搬送機構
6‧‧‧基台
7‧‧‧昇降軸
8‧‧‧第1連桿
9‧‧‧第2連桿
10‧‧‧第3連桿
11‧‧‧末端效應器
21‧‧‧交流電源
22‧‧‧AC/DC轉換電路
23‧‧‧平滑電路
24‧‧‧反相器電路
25‧‧‧伺服馬達
26‧‧‧電流檢測器
27‧‧‧位置檢測器
31‧‧‧取得器
32‧‧‧記憶器
33‧‧‧控制器
圖1係顯示本實施形態的搬送系統的構成的概略圖。
圖2係顯示圖1的搬送機構的驅動系及其控制系的方塊圖。
圖3係以示意方式顯示儲存在圖2的控制裝置的劣化指標參數的經年變化的圖表。
圖4係以示意方式表示圖3的狀態中產生故障的情況下的劣化指標參數的變化的圖表。
圖5係用以說明圖2的控制裝置進行的自我狀態監視動作及自動恢復動作的流程圖。
以下，參照圖式說明有關本發明之實施形態。以下，所有圖式中相同或相當之要素以相同符號標示，省略其重複說明。
[構成]
圖1係顯示本實施形態之搬送系統的構成之概略圖。如圖1所示，搬送系統1具備：搬送裝置2；控制裝置3，連接於搬送裝置2並可與其通訊；警報裝置4，連接於控制裝置3。
搬送裝置2，無特別限定，只要能搬送物品即可。搬送裝置2，係例如在半導體處理設備中搬送半導體晶圓、顯示面板用玻璃基板等的水平多關節型多軸機器人。搬送裝置2的搬送機構5，係由設置在基台6之昇降軸7、設置在升降軸7之第1連桿8、設置在第1連桿8之前端部之第2連桿9、設置在第2連桿9之前端部之第3連桿10、設置在第3連桿10之前端之末端效應器11所構成。在搬送機構5的各構成構件分別內設有驅動用的伺服馬達(請參照圖2)。
控制裝置3，係構成為一邊對內設在搬送機構5的複數個伺服馬達進行位置控制一邊藉由伺服馬達驅動搬送機構5。控制裝置3例如具備微控制器等電腦，進行後述搬送機構5的狀態的監視動作及自動恢復動作。控制裝置3不限於單一的裝置，亦可用複數個裝置構成。
警報裝置4向周圍的現場作業員通知搬送裝置2處於警告狀態或錯誤狀態。警報裝置4係藉由來自控制裝置3的警告訊號或錯誤訊號控制，雖藉由PATLITE(註冊商標)的燈光及旋律喇叭(melody horn)的警報來報知，但亦可使用其他報知手段來報知。
圖2係顯示搬送機構5的驅動系及其控制系的構成的方塊圖。如圖2所示，搬送機構5的驅動系具有：AC/DC轉換電路22，連接在交流電源21；平滑電路23；反相器電路24；伺服馬達25；電流檢測器26；位置檢測器27。在此雖僅顯示內設在搬送機構5的一個伺服馬達25的驅動系，但其他的伺服馬達25的驅動系亦相同。
交流電源21係例如三相交流電源。AC/DC轉換電路22係連接在交流電源21的輸出端子，將從交流電源21輸出的三相交流電力轉換成直流電力 後輸出至平滑電路23。AC/DC轉換電路22係例如三相全波整流電路。
平滑電路23係連接在AC/DC轉換電路22的輸出端子，使AC/DC轉換電路22的直流輸出電壓平滑化，再輸出至反相器電路24。平滑電路例如為電容器。
反相器電路24係連接在平滑電路23及控制裝置3的輸出端子，根據從控制裝置3輸入的控制指令，將從平滑電路23輸出的直流電力轉換為交流電力，再將驅動電流輸出到伺服馬達25。反相器電路24係例如由具有6個半導體切換元件的三相橋式反相器電路與遵循控制訊號將驅動訊號供應至各切換元件的控制端子的驅動電路所構成。
伺服馬達25係藉由反相器電路24的驅動電流驅動搬送機構5(參照圖1)。伺服馬達25例如為DC伺服馬達。
電流檢測器26係連接在反相器電路24之輸出端子，檢測伺服馬達25的驅動電流，再將檢測結果輸出至控制裝置3。這裡的驅動電流係馬達的「負荷電流」或「電樞電流」。
位置檢測器27係安裝在伺服馬達25，檢測伺服馬達25的位置(轉子之相對於基準旋轉角度位置的旋轉角度位置)，再輸出至控制裝置3。位置檢測器27係例如安裝在馬達旋轉軸的編碼器或分析器。
控制裝置3具備：取得器31，接受各檢測器26、27的輸出；記憶器32，用以儲存資訊；控制器33，控制搬送裝置22的動作且進行搬送機構的狀態監視動作及自動恢復動作；輸出入介面(未圖示)。在記憶器32儲存本實施形態的控制程式，控制器33藉由遵循該控制程式進行各種運算，進行搬送裝置2的搬送動作與搬送機構5的狀態的監視動作及自動恢復動作。
取得器31取得位置控制中馬達25的位置偏移及流至馬達25的電流(驅動電流)、亦即劣化指標參數的值。在此，馬達之位置偏移包含位置控制中目標值與實際值間的差分(偏差)、偏位(殘留偏差)、從基準位置的遠離量、偏離。取得器31從位置檢測器17所檢測出的位置資訊(馬達25的位置)及位置資訊的理論值來算出位置偏移。取得器31取得從電流檢測器16所檢測出的流至馬達25的電流值。
記憶器32，除了控制程式外，亦儲存取得的劣化指標參數值的時間序列資料及閾值等資訊。記憶器32將取得器31算出的位置偏移及取得的電流作為劣化指標參數值的時間序列(依經過時間順序排列的一串參數值)加以儲存(參照圖3、圖4)。
控制器33，當劣化指標參數的值超過預設的閾值時，即使搬送機構5停止，並且根據時間序列資料的變化圖案，判定劣化指標參數值的超過閾值是否為搬送機構5的經年劣化所造成，在判定劣化指標參數值超過閾值為搬送機構5的經年劣化所造成時，使搬送機構5的動作速度降低後進行動作。
[動作]
首先，說明以上的構成的搬送裝置2的基本的搬送動作。控制裝置3係根據相對於搬送裝置2的動作路徑的位置指令值之位置檢測器27所檢測的實測值的位置偏差，來決定驅動馬達所需的電流，並產生控制命令以使該電流流動，輸出至反相器電路14。如此一來，控制裝置3，一邊以藉由回饋控制使內設在搬送機構5(圖1)的複數個伺服馬達25(圖2)成為位置指令值之方式進行位置控制、一邊藉由伺服馬達25來驅動搬送機構5，藉此將 基板往既定的位置搬送。
接著，利用圖3來說明本發明特徵的自我狀態監視動作及自動恢復動作的原理。圖3係以示意方式顯示儲存在控制裝置3的記憶器32的劣化指標參數的經年變化的圖表。圖3(a)顯示流至伺服馬達25的電流值I的經年變化。此處的電流值，係伺服馬達25例如在以既定旋轉數旋轉時的電流值儲存為時間序列。例如視伺服馬達25的特性而設定電流限制值Ith。
圖3(b)係分別表示伺服馬達25的位置偏移P的經年變化。在此的位置偏移P，係伺服馬達25的指令位置例如為既定的基準位置的情況下位置檢測器27所檢測的馬達25的位置從基準位置的遠離量儲存在時間序列。例如視位置控制的精度設定位置偏移閾值Pth。另外，不論何者，皆儲存從裝置出貨時起例如五年間的時間序列資料。
如圖3(a)及圖3(b)所示，作為劣化指標參數的伺服馬達25的位置偏移P或電流的值I會隨時間經過緩慢地上昇。在維持這種傾向的情況下，即使電流值I或位置偏移P皆超越電流限制值Ith或位置偏移閾值Pth的情況，因經年劣化導致與搬送機構5的伺服馬達25連動的齒輪咬合不順或黃油的枯竭為原因的可能性較高。降低動作速度，亦能使電流值降低，而且位置偏移也可因修正而不會造成妨礙，因此能以軟體的判斷來減低速度，持續搬送裝置2的動作。
相對於此，圖4係以示意方式顯示圖3的狀態中產生故障的情況下的劣化指標參數的變化的圖表。圖4(a)及圖4(b)與圖3(a)及圖3(b)相對應。如圖4所示，在時刻t0，作為劣化指標參數的位置偏移P或電流值I急遽地上昇。此時，與障礙物碰撞、齒輪破損等驅動系的故障為原因的可能性較高。 即，因有可能馬達等物品本身破損，因此不易依軟體之判斷使動作持續。因此，從所觀測到的偏差或電流值等來早期發現故障處，可以縮短修理所花費的時間。
接著，使用圖5的流程圖來說明有關控制裝置3進行的自我狀態監視及自動恢復動作。
首先，如圖5所示，控制裝置3監視劣化指標參數(步驟S1)。取得器31取得位置控制中作為劣化參數指標值之馬達的位置偏移及流至馬達電流的時間序列資料。所取得的劣化指標參數值作為時間序列資料被儲存在記憶器32。藉此，可監視搬送裝置2本身的狀態。
接著，控制器33判斷劣化指標參數值是否超過預定的閾值(步驟S2)。控制器33會持續監視劣化指標參數值直到超過閾值，在劣化指標參數值超過閾值的情況就停止搬送機構(步驟S3)。如此一來，在產生機械及電性上的故障的狀況也能確保安全。此處，控制器33，在劣化指標參數值超過閾值即會對警報裝置4發出警告訊號。接收警告訊號的警報裝置4對周圍的現場作業員報知搬送裝置2為警告狀態。如此，針對此警告訊號，因搬送裝置2有可能自動恢復，作業員沒有必要馬上進行修復作業。特別是在半導體設備內的真空環境下，因不希望有人員進入設備內，因此例如可在定期維護之前多爭取一些時間。
接著，控制器33，在使搬送機構5停止後，根據時間序列資料的變化圖案判定劣化指標參數值超過閾值是否是因搬送機構5的經年劣化所造成(步驟S4)。本實施形態中，表示搬送機構5的經年劣化的時間序列資料的變化圖案係根據劣化指標參數值的既定時間的變化量來辨識。如此一來，可 適當的辨識時間序列資料的變化圖案是否表示搬送機構的經年劣化。
在步驟S4，當判定劣化指標參數值超過閾值為搬送機構5的經年劣化所造成時，使搬送機構5之動作速度降低至既定的速度以使動作恢復(步驟S5)。如此一來，即使產生因經年劣化造成的機械及電性的故障的情形，不需透過人力就可修復。又，關於可藉由減低速度來迴避的錯誤，藉由使搬送裝置2自動減低速度而動作，可縮短裝置的停機時間。
在步驟S5，在判定劣化指標參數值超過閾值不是搬送機構5的經年劣化所造成的情況，對警報裝置4發出錯誤訊號且使全體系統停機(步驟S6)。接收到錯誤訊號的警報裝置4，對周圍通知為錯誤狀態。作業員讓包含搬送裝置2及生產線等周邊設備的系統全體停止，而能從所觀測到的偏差或電流值等提早發現故障處，縮短修理所花費的時間。
因此，根據本實施形態，即使在產生機械及電性上的故障的情形，藉由監視搬送裝置本身的狀態，可以掌握動作的鈍化或電流及電壓的增減。因此，可視狀態而設定成錯誤或在錯誤產生之前發出警告。又，關於可藉由減低速度來迴避的錯誤，藉由使搬送裝置自動減低速度而動作，可使裝置的停機時間降到最低。
此外，本實施形態中，雖劣化指標參數為位置控制中馬達的位置偏移及流至馬達的電流雙方，但亦可為其中任一者。又，劣化指標參數亦可為伺服馬達的速度偏移。
此外，本實施形態中，控制裝置3，在使搬送裝置2恢復時，雖使動作速度降低至既定的速度，但亦可階段性地降低。例如動作速度為100%、50%、25%、12.5%(停止)般，在參數的值沒有回復的情況下就階段性地降低。 如此一來，搬送裝置2的動作較容易恢復。
對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，從上述說明中可明確瞭解本發明眾多的改良或其他實施形態。因此，上述說明應只能做為例示來解釋，其目的在於對本發明所屬技術領域中具有通常知識者教示實施本發明的最佳形態。在不脫離本發明精神下，可對其構造及功能之一方或雙方的詳細內容進行實質變更。
【產業上的可利用性】
本發明係用於半導體基板等的搬送裝置。
1‧‧‧搬送系統
3‧‧‧控制裝置
4‧‧‧警報裝置
21‧‧‧交流電源
22‧‧‧AC/DC轉換電路
23‧‧‧平滑電路
24‧‧‧反相器電路
25‧‧‧伺服馬達
26‧‧‧電流檢測器
27‧‧‧位置檢測器
31‧‧‧取得器
32‧‧‧記憶器
33‧‧‧控制器

Claims (5)

  1. 一種搬送裝置之控制裝置，係一邊控制伺服馬達之位置一邊藉由該伺服馬達驅動搬送機構，其特徵在於，具備：取得器，取得在上述位置控制中馬達之位置偏移及流至馬達之電流之至少一者、亦即劣化指標參數值之時間序列；記憶器，儲存取得之上述劣化指標參數值之時間序列；以及控制器，當上述劣化指標參數之值超過預設之閾值時，使上述搬送機構停止、且根據上述劣化指標參數值之時間序列之變化圖案，判定上述劣化指標參數值超過上述閾值是否為上述搬送機構之經年劣化所造成，在判定上述劣化指標參數值超過上述閾值為上述搬送機構之經年劣化所造成的情況時，使上述搬送機構之動作速度降低後進行動作。
  2. 如申請專利範圍第1項之搬送裝置之控制裝置，其中，上述控制器，當上述劣化指標參數值超過上述閾值時，即發出警告訊號，在判定上述劣化指標參數值超過上述閾值並非上述搬送機構之經年劣化所造成的情況時，發出錯誤訊號。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之搬送裝置之控制裝置，其中，表示上述搬送機構之經年劣化之上述劣化指標參數值之時間序列之變化圖案，係根據上述劣化指標參數值在既定時間之變化量辨識。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之搬送裝置之控制裝置，其中，上述控制器，在使上述搬送裝置恢復時，使其動作速度階段性地降低。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之搬送裝置之控制裝置，其中，上述搬送裝置係在真空環境下使用之多軸機器人。
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