(57)【要約】  ロボットの教示方法は、センサビームによりターゲットを水平方向に走査するようにセンサビームの光軸に直交する軸上にある所定の旋回軸の周りにハンドを揺動させる揺動ステップと、ハンドを揺動させることにより変化したマッピングセンサ（１２）の検出信号に基づいて、ハンドの長手方向の中心軸に沿った位置にターゲットが一致したか否かを判定する判定ステップと、一致しないと判定した場合に、ハンドを揺動させることにより変化したマッピングセンサの検出信号に基づいて、ハンドのオフセット量を算出し、算出したオフセット量に応じてセンサビームの光軸に沿って左右いずれかの方向にハンドをシフトさせるシフトステップとを含む。
2016178300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＸ軸、Ｙ軸の２軸方向に自由度を有するロボットアームと、前記アームの先端に取り付けられ、二股状に分岐した第１先端部及び第２先端部を有するハンドと、前記第１及び第２先端部の間の空間をセンサビームが直進するように構成され、ターゲットが前記センサビームを遮ったか否かを検出するマッピングセンサと、前記ロボットアームの動作を制御する制御装置とを備えるロボットの教示方法であって、
教示位置にターゲットを配置する配置ステップと、
前記ハンドを所定位置から直進させて、前記ターゲットが前記センサビームを遮ったときの前記ロボットから見た前記ターゲットの前後方向の位置を特定する第１特定ステップと、
前記センサビームにより前記ターゲットを水平方向に走査するように前記センサビームの光軸に直交する軸上にある所定の旋回軸の周りに前記ハンドを揺動させる揺動ステップと、
前記ハンドを揺動させることにより変化した前記マッピングセンサの検出信号に基づいて、前記ハンドの長手方向の中心軸に沿った位置に前記ターゲットが一致したか否かを判定する判定ステップと、
前記一致しないと判定した場合に、前記ハンドを揺動させることにより変化した前記マッピングセンサの検出信号に基づいて、前記ハンドのオフセット量を算出し、前記算出したオフセット量に応じて前記センサビームの光軸に沿って左右いずれかの方向に前記ハンドをシフトさせるシフトステップと、
前記一致したと判定した場合に、前記ロボットから見た前記ターゲットの左右方向の位置を特定する第２特定ステップと、
前記特定された前記ターゲットの前後方向及び左右方向の位置に基づいて前記教示位置に対応する前記ハンドの位置をロボットに教示する教示ステップと、
を含む、ロボットの教示方法。
【請求項２】
前記揺動ステップでは、前記センサビームの光軸に直交する軸上にある所定の旋回軸の周りに左右同じ角度だけ前記ハンドを揺動させる、請求項１に記載のロボットの教示方法。
【請求項３】
前記判定ステップでは、前記マッピングセンサの検出信号値が０度を中心とした所定の揺動角の範囲において対称性を有するか否かにより、前記ハンドの長手方向の中心軸に沿った位置に前記ターゲットが一致したか否かを判定する、請求項１又は２に記載のロボットの教示方法。
【請求項４】
ロボットの基準座標系の軸に対する前記センサビームの光軸の傾きを算出するステップを更に含み、
前記シフトステップでは、前記算出した傾きを維持するように前記センサビームの光軸に沿って前記ハンドをシフトさせる、請求項１乃至３のいずれかに記載のロボットの教示方法。
【請求項５】
前記配置ステップでは２つのターゲットを２つの教示位置に各々配置し、前記第１特定ステップ、前記揺動ステップ、前記判定ステップ、前記シフトステップ、前記第２特定ステップ及び前記教示ステップを前記２つのターゲット各々について行い、
前記特定した前記ターゲットの各々の位置の相対位置と前記ターゲットの間の設計距離に基づいて、前記教示されたハンドの位置から前記ハンドを所定距離だけ直進させる場合のずれを調整する調整ステップを更に含む、請求項１乃至４のいずれかに記載のロボットの教示方法。
【請求項６】
少なくともＸ軸、Ｙ軸の２軸方向に自由度を有するロボットアームと、前記アームの先端に取り付けられ、二股状に分岐した第１先端部及び第２先端部を有するハンドと、前記第１及び第２先端部の間の空間をセンサビームが直進するように構成され、ターゲットが前記センサビームを遮ったか否かを検出するマッピングセンサと、前記ロボットアームの動作を制御する制御装置とを備えるロボットであって、
前記制御装置は、前記ハンドを所定位置から直進させて、教示位置に配置された前記ターゲットが前記センサビームを遮ったときの前記ロボットから見た前記ターゲットの前後方向の位置を特定し、
前記センサビームにより前記ターゲットを水平方向に走査するように前記センサビームの光軸に直交する軸上にある所定の旋回軸の周りに前記ハンドを揺動させ、
前記ハンドを揺動させることにより変化した前記マッピングセンサの検出信号に基づいて、前記ハンドの長手方向の中心軸に沿った位置に前記ターゲットが一致したか否かを判定し、
前記一致しないと判定した場合に、前記ハンドを揺動させることにより変化した前記マッピングセンサの検出信号に基づいて、前記ハンドのオフセット量を算出し、前記算出したオフセット量に応じて前記センサビームの光軸に沿って左右いずれかの方向に前記ハンドをシフトさせ、前記一致したと判定した場合に、前記ロボットから見た前記ターゲットの左右方向の位置を特定し、前記特定された前記ターゲットの前後方向及び左右方向の位置に基づいて前記教示位置に対応する前記ハンドの位置をロボットに教示する、ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの教示方法及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体処理設備において半導体ウェハ、表示パネル用のガラス基板等を搬送する際にはリンク系の水平多関節型の搬送ロボットが使用される。搬送ロボットのハンド先端にはマッピングセンサが設けられる場合がある。マッピングセンサによりカセット内に収納された基板の有無を検出する。マッピングセンサは例えば二股状に分岐したハンドの第１及び第２先端部の間の空間をセンサビームが直進するように構成される。一般的には、マッピングセンサにより対象物を検出する際には、対象物がセンサビームを遮った位置がその検出位置となる。このためマッピングセンサのビーム方向での位置は特定できない。従来技術として、米国特許第７５２２６７号明細書には、対象物に対して２つの異なる姿勢におけるマッピングセンサの検出位置から対象物のＸＹ平面位置を算出する技術が開示されている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７５２２２６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の方法では、マッピングセンサの実際の位置とロボットによって認識される位置とが異なる場合、算出された位置には誤差が含まれる。またロボットのゼロイング誤差、機械的な寸法の誤差などが累積することで、角度だけでなく、ＸＹ平面位置での誤差も生じる。その結果、対象物の位置を精度良く教示できないという課題がある。【０００５】
そこで、本発明では、対象物の位置を正確に特定し、ロボットの教示精度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係るロボットの教示方法は、少なくともＸ軸、Ｙ軸の２軸方向に自由度を有するロボットアームと、前記アームの先端に取り付けられ、二股状に分岐した第１先端部及び第２先端部を有するハンドと、前記第１及び第２先端部の間の空間をセンサビームが直進するように構成され、ターゲットが前記センサビームを遮ったか否かを検出するマッピングセンサと、前記ロボットアームの動作を制御する制御装置とを備えるロボットの教示方法であって、  教示位置にターゲットを配置する配置ステップと、前記ハンドを所定位置から直進させて、前記ターゲットが前記センサビームを遮ったときの前記ロボットから見た前記ターゲットの前後方向の位置を特定する第１特定ステップと、前記センサビームにより前記ターゲットを水平方向に走査するように前記センサビームの光軸に直交する軸上にある所定の旋回軸の周りに前記ハンドを揺動させる揺動ステップと、前記ハンドを揺動させることにより変化した前記マッピングセンサの検出信号に基づいて、前記ハンドの長手方向の中心軸に沿った位置に前記ターゲットが一致したか否かを判定する判定ステップと、前記一致しないと判定した場合に、前記ハンドを揺動させることにより変化した前記マッピングセンサの検出信号に基づいて、前記ハンドのオフセット量を算出し、前記算出したオフセット量に応じて前記センサビームの光軸に沿って左右いずれかの方向に前記ハンドをシフトさせるシフトステップと、前記一致したと判定した場合に、前記ロボットから見た前記ターゲットの左右方向の位置を特定する第２特定ステップと、前記特定された前記ターゲットの前後方向及び左右方向の位置に基づいて前記教示位置に対応する前記ハンドの位置をロボットに教示する教示ステップと、を含む。【０００７】
マッピングセンサはハンド先端の空間を通過するセンサビームをターゲットが遮るか否かによって検出する構成である。このため、ロボットから見たターゲットの一方向の位置を特定することしかできない。【０００８】
上記構成によれば、ハンドを所定の旋回軸の周りに揺動させてセンサビームによりターゲットを水平方向に走査する。マッピングセンサの検出信号の波形が変化する。変化する検出信号に基づいてオフセット量を算出する。算出したオフセット量に基づいてハンドをシフトさせる。これにより、ロボットのゼロイング、寸法上の誤差があっても、ハンドの長手方向の中心軸に沿った位置、つまりマッピングセンサのライン中央にターゲットを一致させる。これにより、ロボットから見たターゲットの平面位置を特定でき、特定されたターゲットの位置に基づいて教示位置に対応するハンドの位置をロボットに教示することができる。【０００９】
前記揺動ステップでは、前記センサビームの光軸に直交する軸上にある所定の旋回軸の周りに左右同じ角度だけ前記ハンドを揺動させてもよい。【００１０】
上記構成によれば、ハンドの長手方向の中心軸に対して左右同じ角度だけ前記ロボットアームを揺動させることにより、マッピングセンサの検出信号からオフセット量を好適に算出することができる。【００１１】
前記判定ステップでは、前記マッピングセンサの検出信号値が０度を中心とした所定の揺動角の範囲において対称性を有するか否かにより、前記ハンドの長手方向の中心軸に沿った位置に前記ターゲットが一致したか否かを判定してもよい。【００１２】
上記構成によれば、ターゲットの位置を正確に特定することができる。【００１３】
ロボットの基準座標系の軸に対する前記センサビームの光軸の傾きを算出するステップを更に含み、前記シフトステップでは、前記算出した傾きを維持するように前記センサビームの光軸に沿って前記ハンドをシフトさせてもよい。【００１４】
ハンドのシフト方向と、ロボットの基準座標系の各軸は平行であるとは限らない。そこで、予めロボットの基準座標系の軸に対するセンサビームの光軸の傾きを算出しておくことにより、ハンドを正確にシフトさせることができる。【００１５】
前記配置ステップでは２つのターゲットを２つの教示位置に各々配置し、前記第１特定ステップ、前記揺動ステップ、前記判定ステップ、前記シフトステップ、前記第２特定ステップ及び前記教示ステップを前記２つのターゲット各々について行い、前記特定した前記ターゲットの各々の位置の相対位置と前記ターゲットの間の設計距離に基づいて、前記教示されたハンドの位置から前記ハンドを所定距離だけ直進させる場合のずれを調整する調整ステップを更に含んでもよい。【００１６】
上記構成によれば、例えば基板の縁）からハンドを所定距離（例えば基板の中心）だけ直進させる場合のずれを好適に調整することができる。【００１７】
本発明のその他の態様に係るロボットは、少なくともＸ軸、Ｙ軸の２軸方向に自由度を有するロボットアームと、前記アームの先端に取り付けられ、二股状に分岐した第１先端部及び第２先端部を有するハンドと、前記第１及び第２先端部の間の空間をセンサビームが直進するように構成され、ターゲットが前記センサビームを遮ったか否かを検出するマッピングセンサと、前記ロボットアームの動作を制御する制御装置とを備えるロボットであって、前記制御装置は、前記ハンドを所定位置から直進させて、教示位置に配置された前記ターゲットが前記センサビームを遮ったときの前記ロボットから見た前記ターゲットの前後方向の位置を特定し、前記センサビームにより前記ターゲットを水平方向に走査するように前記センサビームの光軸に直交する軸上にある所定の旋回軸の周りに前記ハンドを揺動させ、  前記ハンドを揺動させることにより変化した前記マッピングセンサの検出信号に基づいて、前記ハンドの長手方向の中心軸に沿った位置に前記ターゲットが一致したか否かを判定し、前記一致しないと判定した場合に、前記ハンドを揺動させることにより変化した前記マッピングセンサの検出信号に基づいて、前記ロボットアームのオフセット量を算出し、前記算出したオフセット量に応じて前記センサビームの光軸に沿って左右いずれかの方向に前記ハンドをシフトさせ、前記一致したと判定した場合に、前記ロボットから見た前記ターゲットの左右方向の位置を特定し、前記特定された前記ターゲットの前後方向及び左右方向の位置に基づいて前記教示位置に対応する前記ハンドの位置をロボットに教示する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、対象物の位置を正確に特定し、ロボットの教示精度を向上することができる。【００１９】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、第１実施形態のロボットの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、図１のハンドの平面図である。
【図３】図３は、図１のロボットの制御系を示すブロック図である。
【図４】図４は、図１のロボットの教示方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、ＸＹ平面内のターゲットの位置を特定するロボットの動作を説明するための図である。
【図６】図６は、図５のハンドを揺動させた場合の概略的な平面図である。
【図７】図７は、ハンドの中心がターゲットに一致した場合のマッピングセンサの検出信号の波形を示している。
【図８】図８は、ハンドの中心がターゲットに一致しない場合のマッピングセンサの検出信号の波形を示している。
【図９】図９は、ハンドをシフトさせた場合の概略的な平面図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態におけるハンドとターゲットの概略的な平面図である。
【図１１】図１１は、ハンドのシフト方向に対して、ロボット基準座標系に座標軸が傾斜している場合の概略的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
【００２２】
図１は、第１実施形態のロボット１の構成を示す概略図である。図１に示すように、ロボット１は、例えば半導体素子を製造する半導体処理設備において、半導体素子の材料であるウェハ等の基板Ｗを搬送するために利用される。ウェハには、半導体ウェハとガラスウェハが含まれる。半導体ウェハには、例えばシリコンウェハ、その他の半導体単体のウェハ、及び化合物半導体のウェハが含まれる。ガラスウェハには、例えばＦＰＤ用ガラス基板、ＭＥＭＳ用ガラス基板、及びサファイア（単結晶アルミナ）ウェハが含まれる。半導体処理設備には、例えば熱処理、不純物導入処理、薄膜形成処理、リソグラフィー処理、洗浄処理、及び平坦化処理といった処理をウェハに施す複数の処理装置が設置されている。ロボット１は、これらの処理装置が配置されている領域（処理室）に基板Ｗを搬送する。本実施の形態では、カセット台７上に設置されたカセット６内部の棚に基板Ｗが収納される。
［ロボット］
ロボット１は、例えば、アーム２と、昇降軸３と、基台４と、制御装置５と、ハンド１０とを備える。本実施の形態では、いわゆる水平多関節型の４軸ロボットのハンド１０に基板Ｗが載置される。ロボット１は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に自由度を有するアーム２の先端部に、水平方向の自由度を有する手首が設けられ、この手首にハンド１０が設けられる。
【００２３】
ロボット１は、半導体処理設備の適所（例えば床）に固定される基台４を有し、基台４には昇降軸３が設けられている。基台４においては、昇降軸３の軸線が例えば鉛直に向けられる。基台４には、例えばエアシリンダからなる図示しないアクチュエータが内蔵されている。このアクチュエータの動作により昇降軸３は基台４の上面側にて上下方向に昇降する。
【００２４】
アーム２は、第１アーム２ａ及び第２アーム２ｂを含む。第１アーム２ａは昇降軸３の上端部に設けられる。第１アーム２ａは昇降軸３の上端部から水平に延びている。第１アーム２ａの一端部は昇降軸３に対して鉛直軸線Ｌ１周りに揺動可能に連結され、昇降軸３には、例えば電気モータからなる図示しないアクチュエータが内蔵されている。このアクチュエータの動作により第１アーム２ａは昇降軸３に対して水平面内を揺動する。
【００２５】
第２アーム２ｂは第１アーム２ａの他端部の上面側に設けられる。第２アーム２ｂは、第１アーム２ａの他端部から水平に延びている。第２アーム２ｂの一端部は、第１アーム２ａに対して鉛直軸線Ｌ２周りに揺動可能に連結されている。第１アーム２ａの他端部には、例えば電気モータからなる図示しないアクチュエータが内蔵されている。このアクチュエータの動作により、第２アーム２ｂは第１アーム２ａの他端部に対して水平面内を揺動する。
【００２６】
第２アーム２ｂの他端部の上面側には、基板Ｗが載置され且つこれを保持するハンド１０が設けられている。ハンド１０は、第２アーム２ｂの他端部に対して鉛直軸線Ｌ３周りに揺動可能に連結されている。第２アーム２ｂの他端部には、例えば電気モータからなる図示しないアクチュエータが内蔵されている。このアクチュエータの動作により、ハンド１０は第２アーム２ｂの他端部に対して水平面内を揺動する。
【００２７】
制御装置５は、例えば図示しない操作装置からの入力によりあるいは自動的に、昇降軸３、第１アーム２ａ、第２アーム２ｂ及びハンド１０を駆動する各アクチュエータの動作を制御し、ハンド１０は、上下及び水平に移動する。そして、アクチュエータの動作速度を適宜制御することにより、ハンド１０は、水平面内で任意の経路に沿って、移動可能となる。
［ハンド］
図２は、図１のハンド１０を上から見た平面図である。図２に示すように、ハンド１０は、平面視でＵ状に形成された板材から成る。本実施の形態では、板材はＵ型の中心軸Ｃに対して左右対称である。Ｕ状の本体は、単一の基端部１０ａと、該基端部から二股に分かれて延びる一対の第１先端部１０ｂ及び第２先端部１０ｃとを有する。第１先端部１０ｂ及び第２先端部１０ｃの間には空間が形成されている。ハンドの基端部１０ａは、取付板２０の一端に固定され、ハンド１０の本体は、取付板２０から水平に延びている。取付板２０の他端は、第２アーム２ｂの他端部に対して鉛直軸線Ｌ３周りに揺動可能に連結されている。
【００２８】
ハンド１０は、円盤状の基板Ｗが載置され且つこれを保持すべく構成される。本実施形態では、ハンド１０は、基板保持部１１としての押圧面１１ａ及び２つのエッジグリップ１１ｂ及び１１ｃを備える。押圧面１１ａはハンド１０の基端部１０ａの上面に設けられる。２つのエッジグリップ１１ｂ及び１１ｃはハンド１０の第１先端部１０ｂ及び第２先端部１０ｃの上面に設けられる。押圧面１１ａによりエッジグリップ１１ｂ及び１１ｃに向かって基板Ｗのエッジが押され、エッジグリップ１１ｂ及び１１ｃと共に基板Ｗが把持される。
【００２９】
ハンド１０の第１先端部１０ｂ、第２先端部１０ｃ及び空間に渡る領域にマッピングセンサ１２が形成され、基板Ｗに対向させ当該基板Ｗの有無を検出する。マッピングセンサ１２は、第１先端部１０ｂ及び第２先端部１０ｃの間の空間をセンサビームＢが直進するように構成される。マッピングセンサ１２は基板ＷがセンサビームＢを遮ったか否かを検出する。本実施形態ではハンド１０の長手方向の中心軸ＣとセンサビームＢの中心は一致している。
【００３０】
ハンド１０の取付板２０には発光部１３が内蔵される。発光部１３は、制御装置５からの電気的入力を変換して検出光を発生する。発光部１３には光ファイバ１５ａの一端が接続され、光ファイバ１５ａはハンドの基端部１０ａの裏側から先端部１０ｂの裏側まで敷設されている。光ファイバ１５ａは発光部１３から出射された検出光をハンドの先端部１０ｂの裏側まで導く。ハンド１０の取付板２０には受光部１４が内蔵される。受光部１４は検出光を受光して当該検出光を制御装置５への電気的出力に変換する。ハンドの先端部１０ｃの裏側には光ファイバ１５ｂの一端が接続され、ハンド１０の取付板２０に内蔵された受光部１４まで敷設されている。光ファイバ１５ｂはハンドの先端部１０ｃの裏側に入射した検出光を受光部１４まで導く。なお、光ファイバ１５ａおよび１５ｂのそれぞれの両端に、図示されない光収束素子（例えば凸レンズ）及び光発散素子（例えば凹レンズ）を必要に応じて、適宜、配置してもよい。
［制御系］
図３は、ロボット１における制御系を示すブロック図である。図３に示すように、制御装置５は、ハンド１０の発光部１３及び受光部１４及び基板保持部１１、ロボット１の駆動装置３０と制御線を介して接続され、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。制御装置５は単一の装置とは限らず、複数の装置で構成されてもよい。制御装置５は、演算部５１と、記憶部５２と、サーボ制御部５３とを備える。
【００３１】
記憶部５２は、制御装置５の基本プログラム、ロボットの動作プログラム等の情報を記憶する。演算部５１は、ロボット制御のための演算処理を行い、ロボット１の制御指令を生成する。サーボ制御部５３は、演算部５１により生成された制御指令に基づいて、ロボット１の駆動装置３０を制御するように構成されている。
【００３２】
発光部１３は、発光素子１６と、ドライブ回路１７とを備える。発光素子１６は、検出光を生成して出射する。発光素子１６として、例えば発光ダイオード又はレーザーダイオードが用いられる。ドライブ回路１７は、発光素子１６に電圧を印加して該発光素子を駆動する。ドライブ回路１７は、制御装置５からの制御信号（電気的入力）に応じて電圧を生成して、発光素子１６を駆動する。
【００３３】
受光部１４は、受光素子１８と、出力回路１９とを備える。受光素子１８は受光した検出光の受光量に応じて電圧を発生するようにして、光信号を電気信号に変換する。受光素子１８として、例えばフォトダイオードが使用される。出力回路１９は電気信号を増幅してこれをマッピングセンサ１２の検出信号（電気的出力）として出力する。
【００３４】
発光素子１６又は受光素子１８と光ファイバ１５ａ、１５ｂとは、図示されないコネクタにより接続されている。このように、本実施の形態では、発光部１３及び受光部１４は、発光素子１６及び受光素子１８を含み、発光素子１６及び受光素子１８が透過型の光センサを構成している。
【００３５】
基板保持部１１では、制御装置５の制御指令に従って、基板Ｗと接触する押圧面１１ａの圧力が制御される。押圧面１１ａによりエッジグリップ１１ｂ及び１１ｃに向かって基板Ｗのエッジが押され、エッジグリップ１１ｂ及び１１ｃと共に基板Ｗが把持される。
【００３６】
駆動装置３０は、図１で示した昇降軸３、第１アーム２ａ、第２アーム２ｂを駆動するアクチュエータにより構成されている。駆動装置３０は、制御装置５の制御指令に従って、昇降軸３、第１アーム２ａ及び第２アーム２ｂを駆動するアクチュエータを動作させて、ハンド１０を上下及び水平に移動する。
［マッピング動作］
次に、ハンド１０によるマッピング動作について図１及び図２を用いて説明する。マッピング検出動作では、ロボット１は、アーム２の動作を制御して、例えばカセット６の最下段の棚から最上段の棚まで順次ハンド１０の先端を、各棚に収納された基板Ｗに対向するようにして走査させる（図１参照）。
【００３７】
基板Ｗが棚に収納されていない場合、センサビームＢは第１先端部１０ｂ及び第２先端部１０ｃの間の空間を直進する（図２参照）。これにより、検出光はハンド１０の先端部１０ｃの裏側の光ファイバ１５ｂの端部で受光される。受光部１４は、制御装置５にハイレベルの検出信号（ＯＮ信号）を出力する。つまり、基板Ｗが棚に収納されていないときの検出信号はハイレベルになる。
【００３８】
一方、基板Ｗが棚に収納されている場合、マッピングセンサ１２により、基板Ｗの外周部によってハンドの先端部１０ｂと先端部１０ｃの間の空間を進行するセンサビームＢが遮光される。この場合は、検出光はハンド１０の先端部１０ｃの裏側の光ファイバ１５ｂの端部で受光されないため、受光部１４は制御装置５にローレベルの検出信号（ＯＦＦ信号）を出力する。つまり、基板Ｗが棚に収納されているときセンサの検出信号はローレベルになる。このようにして制御装置５はカセット６内の各棚に基板が収納されているか否かを順次判定することができる。
［ターゲット位置特定］
上述したように、マッピングセンサ１２はセンサビームＢをターゲットが遮るか否かによって検出する。このため、制御装置５は、ロボット１から見たターゲットの一方向（例えばハンド１０の直進方向）の位置を特定することしかできない。ここでロボット１から見たターゲットの位置とは、例えばロボット１の基準座標系におけるターゲットの座標位置である。本実施形態では、ロボット１は、マッピングセンサ１２を用いて、ターゲットの平面位置を特定し、それを自身に教示する。
【００３９】
以下では、ロボット１の教示方法について説明する。図４は、ロボット１の教示方法の一例を示すフローチャートである。図５はＸＹ平面内のターゲットの位置を特定するロボットの動作を説明するための図である。図５に示すように、制御装置５ではロボット１の基準座標系が設定される。この座標系は、例えば、基台４の設置面と第１アーム２ａの旋回軸Ｌ１の回転軸線との交点が原点であり、旋回軸Ｌ１の回転軸線がＺ軸であり、Ｚ軸に直交する任意の軸がＸ軸であり、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸がＹ軸である。
【００４０】
まず、教示に先立って、作業者はターゲット４０を教示位置に配置する（図４のステップＳ１）。ターゲット４０の形状は任意である。図５に示すように、ターゲット４０は、Ｚ軸方向に延び、円柱状に形成される。Ｚ軸方向は、鉛直方向である。ターゲット４０は、例えばカセット６などに予め定める教示位置に配置される。このときロボット１を所定の開始位置まで移動させる。ロボット１は予め設定されたプログラムに従って、開始位置まで移動させてもよいし、作業者がロボット１を操作して手動により開始位置まで移動させてもよい。
【００４１】
次に、制御装置５は、ハンド１０の前後方向におけるターゲット４０の位置を特定する（図４のステップＳ２）。具体的には、制御装置５は、アーム２を動作させてハンド１０を所定位置から直進させる。そして、制御装置５は、ターゲット４０がセンサビームＢを遮ったときのロボット１から見たターゲット４０の前後方向の位置を特定する。ここでターゲット４０の前後方向とは、ロボットの基準座標系のＹ軸に平行な方向である。制御装置５は、検出信号がハイレベルからローレベルに転じた時の第１アーム２ａ及び第２アーム２ｂを構成するリンクの寸法及び関節軸の角度等に基づいて、基準座標系におけるハンド１０の位置を算出し、算出した位置を記憶部５２に記録する。これにより、マッピングセンサ１２のセンサビームＢがターゲット４０の前にくるようにロボット１のハンド１０がセットされる。
【００４２】
次に、制御装置５は、ターゲット４０を走査するようにハンド１０を水平方向に揺動（左右）させる（図４のステップＳ３）。図６は、図５のハンド１０を揺動させた場合の概略的な平面図である。尚、これ以後、図面で示すハンド１０は便宜上簡略化されている。図６に示すように、センサビームＢによりターゲット４０を水平方向に走査するようにセンサビームＢの光軸に直交する軸上にある旋回軸Ｌ３の周りにハンド１０を揺動させる。ここでは制御装置５は、検出信号がローレベルの状態からハンド１０の長手方向の中心軸Ｃ上にある旋回軸Ｌ３の周りに左右同じ角度（例えば左右10度ずつ）だけハンド１０を揺動させる。尚、ハンド１０の旋回軸はハンドの長手方向の中心軸Ｃ上にあればよい。例えば図１の旋回軸Ｌ１又は旋回軸Ｌ２回りに揺動させてもよい。
【００４３】
次に、制御装置５は、ハンド１０を揺動させることにより変化したマッピングセンサ１２の検出信号に基づいて、ハンド１０の長手方向の中心軸Ｃに沿った位置にターゲット４０が一致したか否かを判定する（ステップＳ４）。図７及び図８は、ハンド１０の中心軸Ｃがターゲット４０に一致した場合及び一致しない場合のマッピングセンサ１２の検出信号の波形をそれぞれ示している。縦軸は検出信号、横軸は揺動角度を示している。図７に示すように、一致した場合の検出信号の値が０度を中心とした所定の揺動角の範囲において対称性を有する。これに対し、図８に示すように、一致しない場合の検出信号の値が０度を中心とした所定の揺動角の範囲において対称性を有しない。そこで、制御装置５は、マッピングセンサ１２の検出信号値が０度を中心とした所定の揺動角の範囲において対称性を有するか否かにより、ハンド１０の長手方向の中心軸Ｃに沿った位置にターゲット４０が一致したか否かを判定する。
【００４４】
次に、制御装置５は、一致しない場合（ステップＳ４でＮＯ）はハンド１０を揺動させることにより変化したマッピングセンサ１２の検出信号に基づいて、ハンド１０のオフセット量を算出する（ステップＳ５）。制御装置５は、例えば図８に示すように、プラス（右）方向にハンド１０をスイングさせた場合の検出信号（絶対値）の積分値とマイナス（左）方向にハンド１０をスイングさせた場合の検出信号（絶対値）の積分値の大小を比較することによりオフセット量を算出する。
【００４５】
次に、制御装置５は、ハンド１０をシフトさせる（ステップＳ６）。図９は、ハンド１０をシフトさせた場合を示している。図９に示すように、制御装置５は、算出したオフセット量に応じてセンサビームＢの光軸に沿って右方向にハンド１０をシフトさせる。ここではハンド１０をロボット基準座標系のＸ軸方向にシフトさせる。尚、ハンド１０のシフト量は、例えば図８に示すようにプラス（右）方向にハンド１０をスイングさせた場合の検出信号（絶対値）の積分値と、マイナス（左）方向にハンド１０をスイングさせた場合の検出信号（絶対値）の積分値が等しくなるような値に定まる。そして、制御装置５は、シフト後はステップＳ３へ戻りハンド１０の中心軸Ｃがターゲット４０に一致するまで、上記ステップを繰り返す。つまり、制御装置５は検出信号の値が、図７に示すように、０度を中心とした所定の揺動角の範囲において対称性を有するようになるまで、上記ステップを繰り返す。これにより、ロボット１のゼロイング、寸法上の誤差があっても、ハンド１０の長手方向の中心軸Ｃに沿った位置、つまりセンサビームＢのライン中央にターゲット４０を一致させて、ロボット１から見たターゲット４０の平面位置を特定できる。
【００４６】
次に、制御装置５は、一致したと判定した場合（ステップＳ４でＹＥＳ）は、ロボットから見たターゲットの左右方向の位置を特定する（ステップＳ７）。ここでターゲット４０の左右方向とは、ロボット１の基準座標系のＸ軸に平行な方向である。このとき、制御装置５は第１アーム２ａ及び第２アーム２ｂを構成するリンクの寸法及び関節軸の角度に基づいて、基準座標系におけるハンド１０の位置を算出し、算出した位置を記憶部５２に記録する。
【００４７】
最後に、制御装置５は、特定されたターゲット４０の前後方向及び左右方向の位置に基づいて教示位置に対応するハンド１０の位置をロボット１に教示する（ステップＳ８）。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、ターゲット４０の位置を正確に特定できるので、ロボット１の教示精度を向上することができる。ところで、ターゲット４０に対して実際のハンド１０が垂直に向いていたとしても、ロボット１が認識しているハンド１０の位置（姿勢）は実際には異なっている。このため教示されたハンド１０の位置から直進させた場合、ターゲット４０はハンド１０の中心軸Ｃから外れてしまう。つまり、ターゲット４０に対してハンド１０の中心軸Ｃが垂直であったとしても、センサビームＢを遮った位置とハンド１０が基板Ｗの中心で基板を保持するまでの位置の距離に対してハンド１０は横方向にずれることになる。直進距離が直径３００ｍｍウェハの端から中心までの距離とした場合、ハンド１０の中心がターゲット４０に対して０．３度ずれている場合の横方向のずれ量は以下の式で算出できる。
１５０ｍｍ  ×  ｓｉｎ（０．３）＝０．７９ｍｍ
【００４９】
これに対し、発明者等は、本実施形態による効果を確認するため、米国特許第７５２２２６７号明細書に記載された方法により、ターゲット４０の位置のずれを概算した。その結果、ハンド１０の中心がターゲット４０に対して０．３度ずれている場合にはターゲット４０の位置のずれは１．６ｍｍであった。このように、本実施形態によれば、従来例と比較しても十分な精度を確保できる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図１０を用いて説明する。以下では、第１実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。
【００５０】
図１０は、第２実施形態におけるハンド１０とターゲット４０とを概略的に示した平面図である。図１０に示すように、本実施形態では、第1実施形態と比較すると、２つのターゲット４０ａ及び４０ｂを２つの教示位置に各々配置する点が異なる。そして、ステップＳ２〜Ｓ８を２つのターゲット各々について行う。特定したターゲット４０ａ及び４０ｂの各々の位置の相対位置とターゲット４０ａ及び４０ｂの間の設計距離に基づいて、教示されたハンド１０の位置からハンド１０を所定距離だけ直進させる場合のずれを調整する。例えばロボット１が基板Ｗを保持する際に、カセット内の基板の縁から基板の中心までハンド１０を直進させる場合のずれを好適に調整することができる。
【００５１】
尚、上記実施形態では、ロボット１の基準座標系のＸ軸とハンド１０のシフト方向は一致しており、ハンドをセンサビームＢの光軸に沿ってシフトさせる際にはハンド１０をロボット座標系のＸ軸方向に沿ってシフトさせた（図９参照）。しかし、センサビームＢの光軸方向と、ロボットの基準座標系の各軸は必ずしも平行であるとは限らない。
【００５２】
図１１は、ハンドのシフト方向に対して、ロボット基準座標系の座標軸が傾斜している場合の概略的な平面図である。図１１に示すように、ハンド１０のシフト方向（光軸方向）とロボット基準座標系Ｘ軸は角度θだけ傾斜している。この場合には、予めロボットのベース座標系のＸ軸に対するセンサビームＢの光軸の傾きθ（基準座標系のＹ軸に対するハンド１０の中心軸Ｃの傾き）を算出しておく。例えばセンサがターゲット４０に反応する２箇所の位置を求め、Ｘ軸に沿った移動量ｂ及びＹ軸に沿った移動量ａから傾きθを求める。
【００５３】
θ＝ｔａｎ-1（ａ／ｂ）・・・（１）
制御装置５は算出した傾きθを維持するようにして、センサビームＢの光軸に沿ってハンド１０をシフトさせる。これにより、ハンドを正確にシフトさせることができる。
【００５４】
尚、本実施形態のマッピングセンサ１２は透過型（図２参照）としたが、第１先端部１０ｂ及び第２先端部１０ｃの間の空間をセンサビームＢが直進するような構成であれば反射型でもよい。つまり、マッピングセンサ１２は第１先端部１０ｂ又は第２先端部１０ｃのいずれか一方の先端に発光部１３及び受光部１４が設けられ、他方に反射部材が設けられてもよい。例えば第１先端部１０ｂの発光部１３から出射したセンサビームＢは第２先端部１０ｃの反射部材で反射され、第１先端部１０ｂの受光部１４で受光される。このような構成でもターゲット４０がレーザビームＢを遮ると受光量が減少するので、ターゲット４０がセンサビームＢを遮ったか否かを検出することができる。このように反射型のマッピングセンサ１２を用いた場合でも上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
尚、本実施形態では、ロボット１は、水平多関節型の搬送用ロボットとしたが、ハンド先端に上記マッピングセンサが設けられたロボット全般であればこれに限定されない。
【００５６】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び機能の一方又は双方の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、先端にマッピングセンサを備えたロボット全般に有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１  ロボット
２  アーム
３  昇降軸
４  基台
５  制御装置
６  カセット
７  カセット台
１０  ハンド
１１  基板保持部
１２  マッピングセンサ
１３  発光部
１４  受光部
１５ａ，１５ｂ  光ファイバ
１６  発光素子
１７  ドライブ回路
１８  受光素子
１９  出力回路
２０  取付板
３０  駆動装置
４０  ターゲット
５１  演算部
５２  記憶部
５３  サーボ制御部
【図１】
2016178300.tif 000003
【図２】
2016178300.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年9月27日(2017.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＸ軸、Ｙ軸の２軸方向に自由度を有するロボットアームと、前記アームの先端に取り付けられ、二股状に分岐した第１先端部及び第２先端部を有するハンドと、前記第１及び第２先端部の間の空間をセンサビームが直進するように構成され、ターゲットが前記センサビームを遮ったか否かを検出するマッピングセンサと、前記ロボットアームの動作を制御する制御装置とを備えるロボットの教示方法であって、
教示位置にターゲットを配置する配置ステップと、
前記ハンドを所定位置から直進させて、前記ターゲットが前記センサビームを遮ったときの前記ロボットの基準座標系における前記ターゲットの前後方向の位置を特定する第１特定ステップと、
前記センサビームにより前記ターゲットを水平方向に走査するように前記センサビームの光軸に直交する軸上にある所定の旋回軸の周りに前記ハンドを揺動させる揺動ステップと、
前記ハンドを揺動させることにより変化した前記マッピングセンサの検出信号に基づいて、前記ハンドの長手方向の中心軸に沿った位置に前記ターゲットが一致したか否かを判定する判定ステップと、
前記一致しないと判定した場合に、前記ハンドを揺動させることにより変化した前記マッピングセンサの検出信号に基づいて、前記ハンドのオフセット量を算出し、前記算出したオフセット量に応じて前記センサビームの光軸に沿って左右いずれかの方向に前記ハンドをシフトさせるシフトステップと、
前記一致したと判定した場合に、前記ロボットの基準座標系における前記ターゲットの左右方向の位置を特定する第２特定ステップと、
前記特定された前記ターゲットの前後方向及び左右方向の位置に基づいて前記教示位置に対応する前記ハンドの位置をロボットに教示する教示ステップと、
を含む、ロボットの教示方法。
【請求項２】
前記揺動ステップでは、前記センサビームの光軸に直交する軸上にある所定の旋回軸の周りに左右同じ角度だけ前記ハンドを揺動させる、請求項１に記載のロボットの教示方法。
【請求項３】
前記判定ステップでは、前記マッピングセンサの検出信号値が０度を中心とした所定の揺動角の範囲において対称性を有するか否かにより、前記ハンドの長手方向の中心軸に沿った位置に前記ターゲットが一致したか否かを判定する、請求項１又は２に記載のロボットの教示方法。
【請求項４】
ロボットの基準座標系の軸に対する前記センサビームの光軸の傾きを算出するステップを更に含み、
前記シフトステップでは、前記算出した傾きを維持するように前記センサビームの光軸に沿って前記ハンドをシフトさせる、請求項１乃至３のいずれかに記載のロボットの教示方法。
【請求項５】
前記配置ステップでは２つのターゲットを２つの教示位置に各々配置し、前記第１特定ステップ、前記揺動ステップ、前記判定ステップ、前記シフトステップ、前記第２特定ステップ及び前記教示ステップを前記２つのターゲット各々について行い、
前記特定した前記ターゲットの各々の位置の相対位置と前記ターゲットの間の設計距離に基づいて、前記教示されたハンドの位置から前記ハンドを所定距離だけ直進させる場合のずれを調整する調整ステップを更に含む、請求項１乃至４のいずれかに記載のロボットの教示方法。
【請求項６】
少なくともＸ軸、Ｙ軸の２軸方向に自由度を有するロボットアームと、前記アームの先端に取り付けられ、二股状に分岐した第１先端部及び第２先端部を有するハンドと、前記第１及び第２先端部の間の空間をセンサビームが直進するように構成され、ターゲットが前記センサビームを遮ったか否かを検出するマッピングセンサと、前記ロボットアームの動作を制御する制御装置とを備えるロボットであって、
前記制御装置は、前記ハンドを所定位置から直進させて、教示位置に配置された前記ターゲットが前記センサビームを遮ったときの前記ロボットの基準座標系における前記ターゲットの前後方向の位置を特定し、
前記センサビームにより前記ターゲットを水平方向に走査するように前記センサビームの光軸に直交する軸上にある所定の旋回軸の周りに前記ハンドを揺動させ、
前記ハンドを揺動させることにより変化した前記マッピングセンサの検出信号に基づいて、前記ハンドの長手方向の中心軸に沿った位置に前記ターゲットが一致したか否かを判定し、
前記一致しないと判定した場合に、前記ハンドを揺動させることにより変化した前記マッピングセンサの検出信号に基づいて、前記ハンドのオフセット量を算出し、前記算出したオフセット量に応じて前記センサビームの光軸に沿って左右いずれかの方向に前記ハンドをシフトさせ、前記一致したと判定した場合に、前記ロボットの基準座標系における前記ターゲットの左右方向の位置を特定し、前記特定された前記ターゲットの前後方向及び左右方向の位置に基づいて前記教示位置に対応する前記ハンドの位置をロボットに教示する、ロボット。
【国際調査報告】
2016178300.tif 000014
2016178300.tif 000015