(57)【要約】【課題】簡単な構造で且つ小型化が可能な静電容量センサ，検出システム及びロボットシステムを提供する。【解決手段】検出システム１−１は、静電容量センサ２と回転角度演算部３と位置ズレ量演算部４とを備える。静電容量センサ２は基材２０とガード電極２１と吸着電極２２と４つの第１電極２３と２対の第２電極対２４，２５とを有する。回転角度演算部３は第１電極２３とワークＷとの重なり部分の静電容量の和に基づいて、ワークＷの初期位置からの回転角度θを演算する。位置ズレ量演算部４は、第２電極対２４，２５とワークＷとの重なり部分の静電容量の変化と、回転角度演算部３からの回転角度θとに基づいて、ワークＷの初期位置からのｘ軸方向，ｙ軸方向への位置ズレ量δｘ，δｙを求める。
2015029827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に第１誘電体層を介して積層され且つ接地されたガード電極と、このガード電極上に第２誘電体層を介して配設された複数の第１電極と、多角形のワークを吸着して、上記第１電極とワークとの対向距離を一定に保持するための吸着部とを備え、上記ワークの初期位置からの回転角度を検出するための静電容量センサであって、
上記複数の第１電極を、上記吸着部の周囲に配設すると共に、当該吸着部で吸着された上記ワークが上記初期位置に位置するときに、各第１電極の中心がワークの中心から各頂点を通る直線上にあり且つワークの各頂点が各第１電極の形状内に位置するように、上記複数の第１電極を配置した、
ことを特徴とする静電容量センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の静電容量センサにおいて、
上記第１電極の数は、４つで、且つ各第１電極は、円形、正四角形又は菱形のいずれかであり、
上記ワークは、正方形又は長方形のいずれかの形状をなす、
ことを特徴とする静電容量センサ。
【請求項３】
基材上に第１誘電体層を介して積層され且つ接地されたガード電極と、このガード電極上に第２誘電体層を介して配設された２対の第２電極対と、ワークを吸着して、上記第２電極とワークとの対向距離を一定に保持するための吸着部とを備え、上記ワークの初期位置からの位置ズレ量を検出するための静電容量センサであって、
上記２対の第２電極対を、上記初期位置内で互いに直交するｘ軸及びｙ軸の上にそれぞれ配設し、
上記２対の第２電極対のうちの一方の上記第２電極対を構成する２つの第２電極を、上記ｘ軸の両側にそれぞれ並設すると共に、上記吸着部で吸着された上記ワークが上記初期位置に位置するときに、ワークの一辺が重なる位置に配置し、
他方の上記第２電極対を構成する２つの第２電極を、上記ｙ軸の両側にそれぞれ並設すると共に、上記ワークが上記初期位置に位置するときに、ワークの他の一辺が重なる位置に配置した、
ことを特徴とする静電容量センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の静電容量センサにおいて、
上記各第２電極は、長方形又は正四角形のいずれかであり、
上記ワークは、正方形又は長方形のいずれかの形状をなす、
ことを特徴とする静電容量センサ。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の静電容量センサにおいて、
請求項３又は請求項４に記載の静電容量センサが備える２対の第２電極対を適用した、
ことを特徴とする静電容量センサ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の静電容量センサにおいて、
上記吸着部を、電源に接続され静電気力によりワークを吸着する吸着電極と、この吸着電極，上記第１及び第２電極とを覆う表面平坦な第３誘電体層とで形成した、
ことを特徴とする静電容量センサ。
【請求項７】
請求項１，請求項２又は請求項６のいずれかに記載の静電容量センサと、
上記静電容量センサの複数の第１電極と上記ワークとの重なり部分で生じる静電容量の和に基づいて、上記ワークの上記初期位置からの回転角度を演算する回転角度演算部であって、予め求めた上記静電容量の和と上記回転角度との関係式に基づいて、現時点の静電容量の和から現時点での回転角度を求める回転角度演算部と、
を備えることを特徴とする検出システム。
【請求項８】
請求項３，請求項４又は請求項６のいずれかに記載の静電容量センサと、
上記静電容量センサの一方の第２電極対と上記ワークとの重なり部分で生じる静電容量の変化に基づいて、上記ワークの上記初期位置からのｘ軸方向への位置ズレ量を演算すると共に、上記他方の第２電極対と上記ワークとの重なり部分で生じる静電容量の変化に基づいて、上記ワークの上記初期位置からのｙ軸方向への位置ズレ量を演算する位置ズレ量演算部であって、上記第２電極対と上記初期位置に位置するワークとの重なり部分で生じる静電容量と第２電極対と現時点位置のワークとの重なり部分で生じる静電容量との差によって、ワークの位置ズレ量を求める位置ズレ量演算部と、
を備えることを特徴とする検出システム。
【請求項９】
請求項７に記載の検出システムにおいて、
請求項８に記載の検出システムが備える上記２つの第２電極対と位置ズレ量演算部とを適用し、
上記位置ズレ量演算部が、上記回転角度演算部が求めた回転角度分だけ、ワークを逆回転させた状態を演算し、上記第２電極対と上記初期位置に位置するワークとの重なり部分で生じる静電容量と、第２電極対と上記逆回転させた状態でのワークとの重なり部分で生じる静電容量との差によって、ワークの位置ズレ量を求める機能を有する、
ことを特徴とする検出システム。
【請求項１０】
請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の検出システムを備えるロボットシステムであって、
上記静電容量センサが先端部に接続されたロボットアームと、
上記回転角度演算部及び位置ズレ量演算部が求めた回転角度及び位置ズレ量に基づいて、ロボットアームの動作を制御するコントローラと、
を備えることを特徴とするロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、初期位置からのワークの傾き角度や位置ズレを検出するための静電容量センサ，検出システム及びロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の静電容量センサとしては、特許文献１に記載の位置センサがある。
このセンサは、固定部に対して平面内を相対的に移動する移動ステージの位置を計測する位置センサである。具体的には、所定の間隔で相互に対向している第１〜第３の固定対向電極対を有する固定電極部が、固定部に接続されている。そして、第１〜第３の固定対向電極対の間にそれぞれ部分的に挿入されている第１〜第３の可動電極を有する可動電極部が、移動ステージに接続されている。また、第１の固定対向電極対は、第１の方向に延びている第１の対向電極を有し、第２の固定対向電極対は、第１の方向と平行に延びている第２の対向電極を有し、第３の固定対向電極対は、第１の方向と交差する第２の方向に延びている第３の対向電極を有している。さらに、第１〜第３の対向電極は、第１〜第３の可動電極の各挿入状態に応じて変化する第１〜第３の静電容量をそれぞれ有している。また、第１，第３の対向電極は、第２，第１の対向電極に対して第１，第２の方向にシフトした位置にそれぞれ配置されている。【０００３】
これにより、相互に逆方向の静電容量の変化が、移動ステージの回転によって生じるので、移動ステージの回転角度を、このような逆方向の静電容量の変化を利用することにより、第１の対向電極と第２の対向電極の静電容量の差として検出することができる。一方、移動ステージの第２の方向への並進移動は、第１の対向電極と第２の対向電極の和として回転移動の影響を相殺することによって検出することができる。そして、移動ステージの第１の方向への並進移動は、第３の対向電極の静電容量の変化に対して回転移動の影響を補正することによって検出することができるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０２４７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した従来のセンサでは、静電容量の変化を検出するための電極の枚数が多く、しかも、電極間の組み付け構造が複雑である。このため、センサ自体が複雑で且つ大型化してしまい、その結果、製造工程数と製造コストの増加を招くという問題があった。【０００６】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、簡単な構造で且つ小型化が可能な静電容量センサ，検出システム及びロボットシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、基材上に第１誘電体層を介して積層され且つ接地されたガード電極と、このガード電極上に第２誘電体層を介して配設された複数の第１電極と、多角形のワークを吸着して、第１電極とワークとの対向距離を一定に保持するための吸着部とを備え、ワークの初期位置からの回転角度を検出するための静電容量センサであって、複数の第１電極を、吸着部の周囲に配設すると共に、当該吸着部で吸着されたワークが初期位置に位置するときに、各第１電極の中心がワークの中心から各頂点を通る直線上にあり且つワークの各頂点が各第１電極の形状内に位置するように、複数の第１電極を配置した構成とする。
かかる構成により、ワークを吸着部で吸着すると、ワークと第１電極との対向距離が一定に保持される。このとき、吸着されたワークが初期位置から回転している場合には、ワークの各頂点が、初期位置からずれる。このため、複数の第１電極とワークとの重なり部分で生じる静電容量の和が、ワークが初期位置に位置する場合と初期位置から回転した場合とで、異なることとなる。したがって、各状態における複数の第１電極とワークとの重なり部分で生じる静電容量の和を考慮することで、ワークの初期位置からの回転角度を検出することができる。【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の静電容量センサにおいて、第１電極の数は、４つで、且つ各第１電極は、円形、正四角形又は菱形のいずれかであり、ワークは、正方形又は長方形のいずれかの形状をなす構成とした。【０００９】
請求項３の発明は、基材上に第１誘電体層を介して積層され且つ接地されたガード電極と、このガード電極上に第２誘電体層を介して配設された２対の第２電極対と、ワークを吸着して、第２電極とワークとの対向距離を一定に保持するための吸着部とを備え、ワークの初期位置からの位置ズレ量を検出するための静電容量センサであって、２対の第２電極対を、初期位置内で互いに直交するｘ軸及びｙ軸の上にそれぞれ配設し、２対の第２電極対のうちの一方の第２電極対を構成する２つの第２電極を、ｘ軸の両側にそれぞれ並設すると共に、吸着部で吸着されたワークが初期位置に位置するときに、ワークの一辺が重なる位置に配置し、他方の第２電極対を構成する２つの第２電極を、ｙ軸の両側にそれぞれ並設すると共に、ワークが初期位置に位置するときに、ワークの他の一辺が重なる位置に配置した構成とする。
かかる構成により、ワークを吸着部で吸着すると、ワークと第２電極との対向距離が一定に保持される。このとき、吸着されたワークが初期位置からｘ軸方向にずれている場合には、一方の第２電極対とワークとの重なり部分で生じる静電容量が、ワークが初期位置に位置する場合とは異なることとなる。したがって、各状態における一方の第２電極対とワークとの重なり部分で生じる静電容量を考慮することで、ワークの初期位置からｘ軸方向への位置ズレ量を検出することができる。また、ワークが初期位置からｙ軸方向にずれている場合には、他方の第２電極対とワークとの重なり部分で生じる静電容量が、ワークが初期位置に位置する場合とは異なることとなる。したがって、各状態における他方の第２電極対とワークとの重なり部分で生じる静電容量を考慮することで、ワークの初期位置からｙ軸方向への位置ズレ量を検出することができる。【００１０】
請求項４の発明は、請求項３に記載の静電容量センサにおいて、各第２電極は、長方形又は正四角形のいずれかであり、ワークは、正方形又は長方形のいずれかの形状をなす構成とした。【００１１】
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２に記載の静電容量センサにおいて、請求項３又は請求項４に記載の静電容量センサが備える２対の第２電極対を適用した構成とする。
かかる構成により、ワークの初期位置からの回転角度とｘ軸上の位置ズレ量とｙ軸上の位置ズレ量とを１つの静電容量センサによって検出することができる。【００１２】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の静電容量センサにおいて、吸着部を、電源に接続され静電気力によりワークを吸着する吸着電極と、この吸着電極，第１及び第２電極とを覆う表面平坦な第３誘電体層とで形成した構成とする。【００１３】
請求項７の発明に係る検出システムは、請求項１，請求項２又は請求項６のいずれかに記載の静電容量センサと、静電容量センサの複数の第１電極とワークとの重なり部分で生じる静電容量の和に基づいて、ワークの初期位置からの回転角度を演算する回転角度演算部であって、予め求めた静電容量の和と回転角度との関係式に基づいて、現時点の静電容量の和から現時点での回転角度を求める回転角度演算部とを備える構成とする。
かかる構成により、静電容量センサの吸着部で吸着したワークが初期位置から回転している場合には、回転角度演算部が、予め求めた静電容量の和と回転角度との関係式に基づいて、現時点の静電容量の和から現時点での回転角度を求める。【００１４】
請求項８の発明に係る検出システムは、請求項３，請求項４又は請求項６のいずれかに記載の静電容量センサと、静電容量センサの一方の第２電極対とワークとの重なり部分で生じる静電容量の変化に基づいて、ワークの初期位置からのｘ軸方向への位置ズレ量を演算すると共に、他方の第２電極対とワークとの重なり部分で生じる静電容量の変化に基づいて、ワークの初期位置からのｙ軸方向への位置ズレ量を演算する位置ズレ量演算部であって、第２電極対と初期位置に位置するワークとの重なり部分で生じる静電容量と第２電極対と現時点位置のワークとの重なり部分で生じる静電容量との差によって、ワークの位置ズレ量を求める位置ズレ量演算部とを備える構成とした。
かかる構成により、静電容量センサの吸着部で吸着したワークが初期位置からｘ軸方向にずれている場合には、位置ズレ量演算部が、一方の第２電極対と初期位置に位置するワークとの重なり部分で生じる静電容量と第２電極対と現時点位置のワークとの重なり部分で生じる静電容量との差によって、ワークのｘ軸方向の位置ズレ量を求める。また、ワークが初期位置からｙ軸方向にずれている場合には、位置ズレ量演算部が、他方の第２電極対と初期位置に位置するワークとの重なり部分で生じる静電容量と第２電極対と現時点位置のワークとの重なり部分で生じる静電容量との差によって、ワークのｙ軸方向の位置ズレ量を求める。【００１５】
請求項９の発明は、請求項７に記載の検出システムにおいて、請求項８に記載の検出システムが備える２つの第２電極対と位置ズレ量演算部とを適用し、位置ズレ量演算部が、回転角度演算部が求めた回転角度分だけ、ワークを逆回転させた状態を演算し、第２電極対と初期位置に位置するワークとの重なり部分で生じる静電容量と、第２電極対と逆回転させた状態でのワークとの重なり部分で生じる静電容量との差によって、ワークの位置ズレ量を求める機能を有する構成とした。
かかる構成により、回転角度演算部によって、静電容量センサの吸着部に吸着されたワークの回転角度が演算され、位置ズレ量演算部によって、ワークのｘ軸方向及びｙ軸方向への位置ズレ量が演算される。この位置ズレ量の検出の際には、位置ズレ量演算部が、回転角度演算部が求めた回転角度分だけ、ワークを逆回転させた状態を求め、第２電極対と初期位置に位置するワークとの重なり部分で生じる静電容量と、第２電極対と逆回転させた状態でのワークとの重なり部分で生じる静電容量との差によって、ワークの位置ズレ量を求める。【００１６】
請求項１０の発明は、 請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の検出システムを備えるロボットシステムであって、静電容量センサが先端部に接続されたロボットアームと、回転角度演算部及び位置ズレ量演算部が求めた回転角度及び位置ズレ量に基づいて、ロボットアームの動作を制御するコントローラとを備える構成とした。
かかる構成により、ロボットアームが、先端部に接続された静電容量センサによって、ワークを吸着すると、検出システムの回転角度演算部がワークの初期位置からの回転角度を演算すると共に、位置ズレ量演算部がワークのｘ軸上の位置ズレ量とｙ軸上の位置ズレ量とを演算する。すると、コントローラが、これら回転角度演算部及び位置ズレ量演算部が求めた回転角度及び位置ズレ量に基づいて、ロボットアームの動作を制御し、ワークを所望の角度及び位置に修正して、所定の箇所に配置する。
【発明の効果】
【００１７】
以上詳しく説明したように、この発明の静電容量センサによれば、基材と、その上に第１誘電体層を介して積層されたガード電極と、その上に第２誘電体層を介して積層された複数の第１電極及び吸着部という少ない部材で構成することができるので、簡単な構造で且つ小型化が可能な静電容量センサを製造することができる。この結果、当該静電容量センサの製造工程数や製造コストを低く抑えることができるだけでなく、これを備えた検出システム及びロボットシステムの製造工程数や製造コストをも低く抑えることができるという、優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の第１実施例に係る検出システムを示す斜視図である。
【図２】検出システムの平面図である。
【図３】静電容量センサの分解斜視図である。
【図４】図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図５】円形の第１電極とワークとの重なり部分の状態を示す概略平面図である。
【図６】円形の第１電極とワークとの重なり部分の面積とワークの回転角度との関係を示す線図である。
【図７】正方形の第１電極とワークとの重なり部分の状態を示す概略平面図である。
【図８】正方形の第１電極とワークとの重なり部分の面積とワークの回転角度との関係を示す線図である。
【図９】菱形の第１電極とワークとの重なり部分の状態を示す概略平面図である。
【図１０】菱形の第１電極とワークとの重なり部分の面積とワークの回転角度との関係を示す線図である。
【図１１】ワークのｘ軸方向への位置ズレ量δｘを説明するための概略平面図である。
【図１２】位置ズレ量δｘの演算方法を説明するための部分拡大平面図である。
【図１３】第１実施例の検出システムが適用されたロボットシステムを示す概略図である。
【図１４】ロボットシステム全体を示す概略図である。
【図１５】ワークを持ち上げた状態を示す概略図である。
【図１６】ワークを吸着した状態を示す断面図である。
【図１７】ワークのズレを修正している状態を示す概略図である。
【図１８】ワークを所望位置に配置した状態を示す概略図である。
【図１９】この発明の第２実施例に係る検出システムの平面図である。
【図２０】この発明の第３実施例に係る検出システムの平面図である。
【図２１】第１電極の配置の変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は、この発明の第１実施例に係る検出システムを示す斜視図であり、図２は、検出システムの平面図である。なお、静電容量センサについては、各種電極を透過して表示した。
図１及び図２に示すように、この実施例の検出システム１−１は、静電容量センサ２と回転角度演算部３と位置ズレ量演算部４とを備えている。
【００２１】
静電容量センサ２は、ワークの初期位置からの回転角度と位置ズレ量とを演算するためのセンサである。
図３は、静電容量センサ２の分解斜視図であり、図４は、図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。
図３及び図４に示すように、静電容量センサ２は、基材２０上のガード電極２１と、ガード電極２１上の吸着電極２２，４つの第１電極２３及び２対の第２電極対２４，２５とを有している。
具体的には、ベタ状のガード電極２１が、第１誘電体層である極薄の樹脂シート２６上に形成され、この樹脂シート２６が、接着材２６ａによって、基材２０上に貼り付けられている。そして、吸着電極２２，４つの第１電極２３及び２対の第２電極対２４，２５が、第２誘電体層である樹脂シート２７上に形成され、この樹脂シート２７が、ガード電極２１を覆うように、接着材２７ａによって樹脂シート２６上に貼り付けられている。さらに、第３誘電体層である表面平坦な樹脂シート２８が、吸着電極２２，４つの第１電極２３及び２対の第２電極対２４，２５を覆うように、接着材２８ａによって樹脂シート２７上に貼り付けられている。
【００２２】
ガード電極２１は、基材２０側の容量変化をキャンセルするための電極であり、基材２０側から第１電極２３や第２電極対２４，２５への干渉を阻止する機能を有する。
【００２３】
図２に示すように、吸着電極２２は、二点鎖線で示す正方形のワークＷを吸着するための電極である。
具体的には、吸着電極２２は、２つの電極２２ａ，２２ｂで成る双極タイプの吸着電極であり、この吸着電極２２と樹脂シート２８とで、吸着部を構成している。
詳しくは、電源２９が、電極２２ａ，２２ｂ間に接続されており、電源電圧を電源２９から電極２２ａ，２２ｂに供給すると、電極２２ａ，２２ｂが、樹脂シート２８（図３及び図４参照）上に載置されたワークＷを静電気力によって樹脂シート２８表面に吸着する。つまり、吸着電極２２は、ワークＷ全体を樹脂シート２８表面に吸着して、ワークＷと第１電極２３との対向距離やワークＷと第２電極対２４，２５との対向距離を一定に保持する機能を有する。
【００２４】
４つの第１電極２３は、ワークＷの初期位置からの回転角度を検出するために用いられる電極であり、吸着電極２２の周囲に配設されている。
具体的には、４つの第１電極２３は、ガード電極２１の四隅の真上にそれぞれ配置されている。各第１電極２３は、円形に設定され、端子２３ａが、各第１電極２３から外側に向かって延出されている。
また、この実施例では、ワークＷが初期位置に位置するときに、各第１電極２３の中心がワークＷの各頂点Ｐに一致するように、４つの第１電極２３が設定配置されている。
【００２５】
第２電極対２４は、ワークＷの初期位置からのｘ軸方向への位置ズレ量を検出するために用いられる電極であり、横並び状態の長方形の電極２４ａ，２４ｂで構成されている。
具体的には、電極２４ａ，２４ｂは、ｘ軸上に配設され、それぞれの電極２４ａ，２４ｂが、ｘ軸の両側に位置する。そして、ワークＷが初期位置に位置するときには、ワークＷの一辺（右辺）が電極２４ａ，２４ｂの中央部で重なるように、電極２４ａ，２４ｂが配置されている。
一方、第２電極対２５は、ワークＷの初期位置からのｙ軸方向への位置ズレ量を検出するために用いられる電極であり、横並び状態の長方形の電極２５ａ，２５ｂで構成されている。
具体的には、電極２５ａ，２５ｂは、初期位置内でｘ軸と直交するｙ軸上に配設され、それぞれの電極２５ａ，２５ｂが、ｙ軸の両側に位置する。そして、ワークＷが初期位置に位置するときには、ワークＷの一辺（下辺）が電極２５ａ，２５ｂの中央部で重なるように、電極２５ａ，２５ｂが配置されている。
【００２６】
回転角度演算部３は、４つの第１電極２３とワークＷとの重なり部分で生じる静電容量の和に基づいて、ワークＷの初期位置からの回転角度θを演算する部分である。
具体的には、図１に示すように、各第１電極２３の端子２３ａ，ガード電極２１の端子２１ａに接続された配線３１，３２が回転角度演算部３に引き込まれ、端子２３ａ，２１ａ間の電圧が回転角度演算部３内で検出される。
各端子２３ａ，２１ａ間の電圧は、ワークＷと各第１電極２３との重なり部分で生じる静電容量に対応する。したがって、ワークＷが初期位置（図２参照）から回転すると、ワークＷと第１電極２３との重なり部分が変化して、当該部分の静電容量がワークＷの回転角度に対応して変化する。
この実施例では、ワークＷが初期位置から回転角度θだけ回転したときの、４つの第１電極２３とワークＷとの重なり部分で生じる静電容量の和（即ち４組の端子２３ａ，２１ａ間の電圧の和Ｖ）と、回転角度θとの関係式（１）を予め求めておく。
θ＝ｆ（Ｖ）                          …（１）
回転角度演算部３は、上記式（１）に基づいて、端子２３ａ，２１ａから入力した電圧和Ｖから現時点での回転角度θを演算し、求めた回転角度θを出力端３ａから所定の装置へ、出力端３ｂから位置ズレ量演算部４へそれぞれ出力する機能を有している。
【００２７】
図５は、円形の第１電極２３とワークＷとの重なり部分の状態を示す概略平面図であり、図６は、円形の第１電極２３とワークＷとの重なり部分の面積とワークＷの回転角度との関係を示す線図である。
発明者等は、この実施例において、上記の如く、円形の第１電極２３を採用した。これは図５及び図６に示すシミュレーションの結果に基づくものである。
すなわち、図５に示すように、先ず、直径２０ｍｍの円形の第１電極２３を正方形状に配置し、１５０ｍｍ角の正方形のワークＷを、図の実線で示すように、第１電極２３上に配置した。そして、図の二点鎖線で示すように、ワークＷを当初の位置から角度θだけ回転していき、回転角度θと４つの第１電極２３とワークＷとの重なり部分の面積Ｓ（＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）との関係をシミュレーションした。すると、図６に示す結果を得た。
図６の実線で示す曲線Ｍ１は、ワークＷの各頂点が各第１電極２３の中心に位置する初期状態から回転させた場合における、面積Ｓと回転角度θとの関係を示す。そして、破線で示す曲線Ｍ２は、ワークＷの各頂点が各第１電極２３の中心から図５の上方２ｍｍずれた位置にある状態から回転させた場合における、面積Ｓと回転角度θとの関係を示す。さらに、二点鎖線で示す曲線Ｍ３は、ワークＷの各頂点が各第１電極２３の中心から図５の上方２ｍｍで右方５ｍｍだけずれた位置にある状態から回転させた場合における、面積Ｓと回転角度θとの関係を示す。
図６に示すように、これらの曲線Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の各面積Ｓは、回転角度θが±５°という広い範囲内で一致し、この範囲を超えると、曲線Ｍ１の面積Ｓと曲線Ｍ２の面積Ｓと曲線Ｍ３の面積Ｓとが、回転角度θによって異なってくる。
【００２８】
図７は、正方形の第１電極２３とワークＷとの重なり部分の状態を示す概略平面図であり、図８は、正方形の第１電極２３とワークＷとの重なり部分の面積とワークＷの回転角度との関係を示す線図であり、図９は、菱形の第１電極２３とワークＷとの重なり部分の状態を示す概略平面図であり、図１０は、菱形の第１電極２３とワークＷとの重なり部分の面積とワークＷの回転角度との関係を示す線図である。
さらに、発明者等は、２０ｍｍ角の正方形や菱形の第１電極２３についても、上記と同様のシミュレーションを行った。
すると、図７や図９に示すように、正方形や菱形の第１電極２３を用いた場合には、図８や図１０に示すように、曲線Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３が示す各面積Ｓは、回転角度θが±２°という狭い範囲内でのみ一致し、この範囲を超えると、曲線Ｍ１の面積Ｓと曲線Ｍ２の面積Ｓと曲線Ｍ３の面積Ｓとが、回転角度θによって異なってくる。
【００２９】
以上のシミュレーション結果から明らかなように、円形の第１電極２３を採用した場合には、図５及び図６に示したように、初期位置において、ワークＷの各頂点と第１電極２３の中心点とが多少位置ズレしていても、回転角度θが±５°という広い範囲内で、重なり面積Ｓと回転角度θとの間に正確な関係式を得ることができる。つまり、円形の第１電極２３を用いることで、広い回転角度範囲で、上記（１）式を用いて、回転角度θを検出電圧Ｖから正確に演算することができる。
これに対して、正方形や菱形の第１電極２３を採用した場合には、図７〜図１０に示したように、初期位置において、ワークＷの各頂点と第１電極２３の中心点とが多少でも位置ズレしていると、回転角度θが±２°という狭い範囲内でしか、重なり面積Ｓと回転角度θとの間に正確な関係を得ることができない。
かかる観点から、この実施例では、円形の第１電極２３を採用し、位置ズレ状態のワークＷの回転角度θを電圧Ｖから正確に求めることができるようにした。そして、位置ズレ量については、後述する第２電極対２４，２５と位置ズレ量演算部４とによって求めることができるようにした。
なお、この実施例では、静電容量センサに、円形の第１電極２３を採用したが、正方形や菱形の第１電極２３を採用した静電容量センサも、この発明の範囲から除外するものではないことは勿論である。
【００３０】
図１において、位置ズレ量演算部４は、  第２電極対２４とワークＷとの重なり部分で生じる静電容量の変化と、上記回転角度演算部３から入力した回転角度θとに基づいて、ワークＷの初期位置からのｘ軸方向への位置ズレ量δｘを求めると共に、第２電極対２５とワークＷとの重なり部分で生じる静電容量の変化に基づいて、ワークＷの初期位置からのｙ軸方向への位置ズレ量δｙを演算する部分である。
【００３１】
第２電極対２４においては、図２に示すように、第２電極２４ａ，２４ｂの端子２４ｃ，２４ｄに接続された配線４１，４２が位置ズレ量演算部４に引き込まれ、端子２４ｃ，２４ｄ間の電圧が位置ズレ量演算部４内で検出される。端子２４ｃ，２４ｄ間の電圧は、ワークＷと第２電極２４ａ，２４ｂとの重なり部分で生じる静電容量に対応する。
つまり、ワークＷが初期位置からｘ軸方向に位置ズレしたり回転したりすると、ワークＷと第２電極２４ａ，２４ｂの重なり部分が変化して、当該部分の静電容量がワークＷの位置ズレや回転角度に対応して変化する。そこで、上記回転角度演算部３で求めた回転角度θや、ワークＷと第２電極２４ａ，２４ｂの重なり部分の静電容量（即ち第２電極２４ａ，２４ｂ間電圧）に基づいて、位置ズレ量演算部４が位置ズレ量δｘを求めることができるようにした。以下、詳細に説明する。
【００３２】
図１１は、ワークＷのｘ軸方向への位置ズレ量δｘを説明するための概略平面図であり、図１２は、位置ズレ量δｘの演算方法を説明するための部分拡大平面図である。
図１１に示すように、ワークＷが、破線で示す初期位置から二点鎖線で示す位置まで、位置ズレ量δｘだけずれた後、初期位置の中心Ｏから位置ズレ量δｘだけずれた中心Ｏ’を中心に角度θだけ回転して、実線で示す位置に至った場合を想定する。
ここでは、理解を容易にするため、図１２に示すように、幅がＬの第２電極２４ａにのみ着目して、説明する。
図１２の（ａ）に示すように、ワークＷが初期位置にあり、その際の検出電圧がＶ０であったとすると、ワークＷと第２電極２４ａとの重なり部分の静電容量即ち面積は、「Ｖ０／β」と表すことができる。但し、βは係数（Ｖ／ｍ２）である。
しかる後、図１２の（ｂ）示すように、ワークＷが位置ズレ量δｘだけｘ軸方向にずれ、その際の検出電圧がＶ１であったとすると、ワークＷと第２電極２４ａとの重なり部分の面積は、「Ｖ１／β」と表すことができる。
したがって、次式（２）が成立する。
Ｖ１／β−Ｖ０／β＝（Ｖ１−Ｖ０）／β＝Ｌ・δｘ
故に、ΔＶ／β＝Ｌ・δｘ    …（２）
但し、ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ０
つまり、ワークＷがｘ軸方向にずれ、回転していない場合には、位置ズレ量演算部４は、当該式（２）に基づいて、ワークＷの位置ズレ量δｘを演算して、位置ズレ量δｘを出力端４ａ（図２参照）より出力する。
そして、図１２の（ｃ）に示すように、ワークＷが、図１２の（ｂ）の状態から微小回転角度θだけ回転し、その際の検出電圧がＶ２であったとすると、ワークＷの重なり部分の面積は、回転した分だけ減少する。具体的には、回転角度θが微小角であるので、図１２の（ｃ）における三角形ＡＢＣの面積「Ｌ２・θ／２」だけ減少する。
したがって、上式（２）より、次式（３）が成立する。
Ｖ２／β＋Ｌ２・θ／２＝Ｖ１／β＝Ｌ・δｘ＋Ｖ０／β
整理して、（Ｖ２−Ｖ０）／β＋（Ｌ２・θ）／２＝Ｌ・δｘ
故に、ΔＶ／β＋（Ｌ２・θ）／２＝Ｌ・δｘ  …（３）
但し、ΔＶ＝Ｖ２−Ｖ０
つまり、ワークＷがｘ軸方向にずれ、しかも回転している場合には、位置ズレ量演算部４は、当該式（３）に基づいて、ワークＷの位置ズレ量δｘを演算して、位置ズレ量δｘを出力端４ａより出力する。
なお、当該式（３）の意味するところは、次の通りである。
ワークＷを、図１２の（ｃ）の状態から、回転角度θだけ逆回転させることで、ワークＷは、図１２の（ｂ）に示す状態に戻り、上式（２）に示すように、初期位置の静電容量（Ｖ０／β）と、逆回転させた状態での静電容量（Ｖ１／β）との差によって、位置ズレ量δｘを求めることができる。
【００３３】
第２電極対２５においては、図２に示すように、第２電極２５ａ，２５ｂの端子２５ｃ，２５ｄに接続された配線４３，４４が回転角度演算部３に引き込まれ、端子２５ｃ，２５ｄ間の電圧が位置ズレ量演算部４内で検出される。
第２電極対２５においても、第２電極対２４と同様に、上記回転角度演算部３で求めた回転角度θや、ワークＷと第２電極２５の重なり部分の静電容量（即ち第２電極２５ａ，２５ｂ間電圧）に基づいて、位置ズレ量演算部４が、ワークＷのｙ軸方向への位置ズレ量δｙを求める。このときの位置ズレ量δｙの演算方法も、位置ズレ量δｘの場合と同様であるので、その重複記載は省略する。
【００３４】
次に、この実施例の検出システムの適用例について説明する。
図１３は、第１実施例の検出システム１−１が適用されたロボットシステムを示す概略図である。
図１３に示すように、ロボットシステムは、ロボットアーム１００とコントローラ１１０とを備えており、この実施例の検出システム１−１がこのロボットシステムに組み付けられている。
【００３５】
具体的には、静電容量センサ２の基材２０の裏面が、ロボットアーム１００の先端に接続されている。吸着電極２２，第１電極２３及び第２電極対２４，２５から延出した配線配線３１，３２，４１〜４４等は、ロボットアーム１００の内部に通され、コントローラ１１０側に配設された電源２９，回転角度演算部３及び位置ズレ量演算部４にそれぞれ接続されている。
コントローラ１１０は、ロボットアーム１００の動作を制御するための機器である。このコントローラ１１０は、ロボットアーム１００全体の回転及び移動を制御することができるだけでなく、静電容量センサ２の電源２９のオン／オフ、回転角度演算部３で求めた回転角度θ及び位置ズレ量演算部４で求めた位置ズレ量δｘ，δｙに基づいて、ロボットアーム１００先端の静電容量センサ２を回転及び移動させることもできる。
【００３６】
図１４は、ロボットシステム全体を示す概略図であり、図１５は、ワークＷを持ち上げた状態を示す概略図であり、図１６は、ワークＷを吸着した状態を示す断面図である。
このロボットシステムを用いることにより、例えば、図１４に示すように、ワークカセット等のような台座１２０の上に載置されたワークＷを、アライナ等のような機器１３０上の所望位置に所望角度で配置することができる。
すなわち、コントローラ１１０によって、静電容量センサ２の吸着電極２２の電源２９（図１３参照）をオンにした状態で、ロボットアーム１００を下降させ、静電容量センサ２の樹脂シート２８表面（図１３参照）をワークＷに接触させる。すると、ワークＷが、吸着電極２２によって樹脂シート２８表面に吸着されるので、図１５に示すように、ロボットアーム１００を上昇させることで、ワークＷを静電容量センサ２と共に持ち上げることができる。
このとき、ワークＷが、吸着電極２２によって吸着されているので、図１６に示すように、ワークＷが破線で示すようにめくれることなく、ワークＷ全体が、実線で示すように樹脂シート２８表面に吸着される。この結果、ワークＷと第１電極２３との対向距離やワークＷと第２電極対２４（２５）との対向距離が一定距離ｄに保持される。
【００３７】
そして、静電容量センサ２に吸着されたワークＷが、図５で示したように、初期位置よりも、回転角度θだけ回転し、図１１で示したように、位置ズレ量δｘ，δｙだけｘ軸方向，ｙ軸方向にずれている場合には、先ず、回転角度θが、回転角度演算部３により、上記式（１）に基づいて、演算され、その回転角度θが、出力端３ａ，３ｂから位置ズレ量演算部４，コントローラ１１０にそれぞれ出力される。次に、位置ズレ量演算部４において、位置ズレ量δｘ，δｙが、回転角度演算部３からの回転角度θ及び上記式（３）に基づいて、演算され、出力端４ａからコントローラ１１０に出力される。
【００３８】
図１７は、ワークＷのズレを修正している状態を示す概略図であり、図１８は、ワークＷを所望位置に配置した状態を示す概略図である。
上記の如く、ワークＷの回転角度θや位置ズレ量δｘ，δｙが、回転角度演算部３，位置ズレ量演算部４からコントローラ１１０に出力されると、図１７に示すように、コントローラ１１０が、ロボットアーム１００全体を機器１３０側に回転させる。そして、コントローラ１１０は、ロボットアーム１００を通じて、静電容量センサ２全体を回転及び移動させ、ワークＷ２を回転角度θだけ逆回転させると共に、位置ズレ量δｘ，δｙだけｘ軸方向，ｙ軸方向に逆移動させて、ワークＷを初期位置の状態に修正する。
かかる状態で、図１８に示すように、コントローラ１１０が、ロボットアーム１００を機器１３０まで下降させて、ワークＷを機器１３０上に載せると共に、静電容量センサ２の電源２９をオフの状態にして、ロボットアーム１００を上昇させる。すると、ワークＷが、吸着電極２２の吸着力から解放され、機器１３０上の所望位置に所望角度で配置され、ワークＷの搬送作業が終了する。
【００３９】
以上詳しく説明したように、この実施例の検出システム１−１に適用された静電容量センサ２によれば、図３及び図４に示したように、基材２０上に、樹脂シート２６〜２８を積層すると共に、ガード電極２１、吸着電極２２、第１電極２３、第２電極対２４，２５を各樹脂シート２６，２７上に形成した簡単な構造であるので、静電容量センサ２の小型化と薄型化とが可能となり、この結果、静電容量センサ２，検出システム１−１及びロボットシステムの製造工程数や製造コストを低く抑えることができる。特に、プレアライナとメインアライナとを用いて、ワークの高精度な位置決めを行う必要がある半導体製造システムに、上記ロボットシステムを使用することで、プレアライナ等の機器が不必要となり、その分システムのコストダウンを図ることができる。
【００４０】
（実施例２）
次に、この発明の第２実施例について説明する。
図１９は、この発明の第２実施例に係る検出システムの平面図である。
図１９に示すように、この実施例の検出システム１−２は、回転角度検出専用のシステムである。
具体的には、この検出システム１−２は、第２電極対２４，２５を有しない静電容量センサ２と回転角度演算部３とを備えている。
かかる構成により、静電容量センサ２で吸着したワークＷ（図示省略）が、初期位置より回転角度θだけ回転している場合には、回転角度演算部３が、上記式（１）に基づいて、回転角度θを演算し、その回転角度θを出力端３ａから出力する。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、それらの記載は省略する。
【００４１】
（実施例３）
次に、この発明の第３実施例について説明する。
図２０は、この発明の第３実施例に係る検出システムの平面図である。
図２０に示すように、この実施例の検出システム１−３は、位置ズレ量検出専用のシステムである。
具体的には、この検出システム１−３は、第１電極２３を有しない静電容量センサ２と位置ズレ量演算部４とを備えている。
かかる構成により、静電容量センサ２で吸着したワークＷ（図示省略）が、初期位置よりｘ軸方向，ｙ軸方向に位置ズレ量δｘ，δｙだけ位置ズレしている場合には、位置ズレ量演算部４が、上記式（２）に基づいて、位置ズレ量δｘ，δｙを演算し、出力端４ａから出力する。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、それらの記載は省略する。
【００４２】
なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施例では、吸着部として、吸着電極２２を用いたが、吸着電極２２の代わりに、粘着パッド等を用いても良いことは勿論である。粘着パッドの表面が樹脂シート２８の表面から露出するように設定することで、粘着パッドが吸着電極２２と同様の機能を発揮する。
【００４３】
また、上記実施例では、４つの第１電極２３を用いた静電容量センサ２について例示したが、第１電極２３の数は、４つに限定されるものではなく、複数であれば任意である。  また、ワークＷの形状を、正方形に設定した例を説明したが、ワークＷの形状は多角形であれば良く、長方形でも良い。
さらに、第２電極対２４，２５の形状も、任意であり、長方形だけでなく、正四角形等の第２電極対も適用することができる。
【００４４】
上記実施例では、図２１の実線で示すように、初期位置において、第１電極２３の中心がワークＷの頂点Ｐに一致するように、４つの第１電極２３を配置した。
しかし、第１電極２３の配置はこれに限定されるものではない。図２１の一点鎖線や二点鎖線で示すように、初期位置において、第１電極２３の中心がワークＷの中心Ｏから頂点Ｐを通る直線ｍ上にあり且つワークＷの頂点Ｐが第１電極２３の円形内に位置するように、第１電極２３を配置することもできる。
【符号の説明】
【００４５】
１−１〜１−３…検出システム、  ２…静電容量センサ、  ３…回転角度演算部、  ３ａ，３ｂ，４ａ…出力端、  ４…位置ズレ量演算部、  ２０…基材、  ２１…ガード電極、  ２１ａ，２３ａ，２４ｃ，２４ｄ，２５ｃ，２５ｄ…端子、  ２２…吸着電極、  ２２ａ，２２ｂ…電極、  ２３…第１電極、  ２４，２５…第２電極対、  ２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ…第２電極、  ２６〜２８…樹脂シート、  ２６ａ〜２８ａ…接着材、  ２９…電源、  ３１，３２，４１〜４４…配線、  δｘ，δｙ…位置ズレ量、  θ…回転角度、  １００…ロボットアーム、  １１０…コントローラ、  １２０…台座、  １３０…機器。
【図１】
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【図２】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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