JP2024085664A - Automatic robot teaching method and robot control device - Google Patents

Abstract

【課題】ステージ間でワークを搬送するロボットに対し、より正確にステージ中心を自動教示できるようにする。
【解決手段】ロボット１が設置されている作業領域５の内部からステージ中心に向かう方向をＹ方向として、ステージ中心Ｃに対して既知の位置に円柱状の位置決定用治具６１が配置されているときに、ロボット１のハンド１４を異なる３方向から位置決定用治具６１に接近させ、ロボット座標系での位置決定用治具６１の位置座標（Ｘ１，Ｙ１）を決定する工程（ステップ１０１）と、ハンド１４をＹ方向に沿って位置決定用治具６１に接近させ、ロボット座標系での位置決定用治具のＹ座標値Ｙ２を決定する工程（ステップ１０２）とを実行する。ロボット１の教示に用いる位置決定用治具６１の座標として、（Ｘ１，Ｙ２）を用いる。
【選択図】図５

To automatically teach a stage center more accurately to a robot that transports a workpiece between stages.
[Solution] With a cylindrical positioning jig 61 placed at a known position relative to a stage center C, with the direction from inside a working area 5 in which a robot 1 is installed toward the stage center being the Y direction, a step (step 101) is executed in which a hand 14 of the robot 1 approaches the positioning jig 61 from three different directions to determine the position coordinates (X1, Y1) of the positioning jig 61 in the robot coordinate system, and a step (step 102) is executed in which the hand 14 approaches the positioning jig 61 along the Y direction to determine a Y coordinate value Y2 of the positioning jig in the robot coordinate system. (X1, Y2) are used as the coordinates of the positioning jig 61 used to teach the robot 1.
[Selected figure] Figure 5

Description

本発明は、ロボットの自動教示方法と、そのような自動教示方法を実行するロボット制御装置とに関する。 The present invention relates to an automatic teaching method for a robot and a robot control device that executes such an automatic teaching method.

半導体装置の製造工程においては、ワークである半導体ウエハをステージ間で搬送する搬送用のロボットが使用される。以下の説明において、ロボットによるワークの取り出し（すなわちロード）と荷降ろし（すなわちアンロード）の対象となるものをステージと総称する。半導体製造工程においてウエハの格納に用いられるカセットや、ウエハに対して何らかの処理を行うワーク処理装置は、それぞれステージである。ステージには、ロボットによって搬送されるときにワークが配置されるべき領域（ワーク配置領域と呼ぶ）が厳密に定められており、ワーク配置位置の中心をステージ中心と呼ぶ。ロボットを用いてステージ間でワークを搬送するためには、ステージごとにロボットの座標系におけるステージ中心の座標をロボットに教示（ティーチング）する必要がある。水平多関節ロボットにより半導体ウエハなどの板状のワークを搬送する場合であれば、ワークはその水平姿勢を保ったまま搬送され、ステージ内でワークのロードやアンロードのためにワークはわずかに垂直方向に動かされるので、水平面内におけるステージ中心を正確に教示すればよい。 In the manufacturing process of semiconductor devices, a transport robot is used to transport the workpiece, a semiconductor wafer, between stages. In the following description, the objects on which the robot takes out (i.e., loads) and unloads (i.e., unloads) the workpiece are collectively referred to as a stage. In the semiconductor manufacturing process, a cassette used to store wafers and a workpiece processing device that performs some processing on the wafer are each a stage. The stage has a strictly defined area (called the workpiece placement area) in which the workpiece should be placed when transported by the robot, and the center of the workpiece placement position is called the stage center. In order to transport the workpiece between stages using a robot, it is necessary to teach the robot the coordinates of the stage center in the robot's coordinate system for each stage. When a horizontal articulated robot is used to transport a plate-shaped workpiece such as a semiconductor wafer, the workpiece is transported while maintaining its horizontal posture, and the workpiece is moved slightly vertically to load and unload the workpiece within the stage, so it is sufficient to accurately teach the stage center in the horizontal plane.

従来は、ロボットを制御するロボット制御装置にペンダントを接続し、ペンダントを介して手動でロボットを動作させることにより、ステージの正確な位置をロボットに教示していた。しかしながら手動による教示は、教示を行う作業員によるばらつきが生じたり、教示に長い時間を要するなどの課題を有する。ロボットとステージとの大まかな位置関係は、ロボットやステージの設計データや、ロボットやステージを現場に据え付けるときの据え付けデータなどから既知である。そこで特許文献１，２は、ステージ中心との位置関係が既知である円柱状の治具（ピンとも呼ばれる）をステージ内に配置し、ロボット先端のハンド（エンドエフェクタともいう）を異なる３つの方向で動かしながらハンドに取り付けられたセンサによってこの治具を非接触で検出することによって、ステージ中心を正確に求めることを開示している。この手法によれば、ロボットの座標系においてステージ中心の位置を正確に決定でき、ステージ中心の自動教示を行うことができる。センサとしては、発光部と受光部とを備え、治具によって光路が遮られたことを検出するスルービームセンサが使用される。特許文献３は、スルービームセンサを用いて治具を検出するときに、多数回の検出動作を行って回帰分析を行なったり、あるいは、最小二乗近似と数値探索とを実行したりして検出精度を向上させることを開示している。 Conventionally, the robot was taught the exact position of the stage by connecting a pendant to a robot control device that controls the robot and manually operating the robot via the pendant. However, manual teaching has problems such as variation depending on the worker who performs teaching and the need for a long time for teaching. The rough positional relationship between the robot and the stage is known from the design data of the robot and the stage, and the installation data when the robot and the stage are installed at the site. Therefore, Patent Documents 1 and 2 disclose a method of accurately determining the stage center by placing a cylindrical jig (also called a pin) whose positional relationship with the stage center is known in the stage, and detecting the jig in a non-contact manner using a sensor attached to the hand while moving the hand (also called an end effector) at the tip of the robot in three different directions. According to this method, the position of the stage center can be accurately determined in the coordinate system of the robot, and automatic teaching of the stage center can be performed. As the sensor, a through beam sensor is used that has a light emitting unit and a light receiving unit and detects when the light path is blocked by the jig. Patent Document 3 discloses that when detecting a jig using a through beam sensor, the detection accuracy can be improved by performing multiple detection operations to perform regression analysis, or by performing least-squares approximation and numerical search.

特開２０１０－２８４７２８号公報JP 2010-284728 A 特開２０１３－１５３１８７号公報JP 2013-153187 A 特表２０２２－５２００５２号公報JP 2022-520052 A

ハンドに設けられたスルービームセンサを用いて円柱状の治具を非接触に検出することによってステージ中心の座標値を求める場合において、座標値の決定誤差が必ずしも小さくならないことがあり、それにより、十分な精度でロボットの自動教示を行うことができないことがある。 When determining the coordinate value of the stage center by non-contact detection of a cylindrical jig using a through beam sensor attached to the hand, the error in determining the coordinate value may not necessarily be small, which may prevent automatic teaching of the robot with sufficient accuracy.

本発明の目的は、ステージ中心をより正確に自動教示することができる自動教示方法と、そのような自動教示方法を実行するロボット制御装置とを提供することにある。 The object of the present invention is to provide an automatic teaching method that can automatically teach the stage center more accurately, and a robot control device that executes such an automatic teaching method.

本発明の一態様の自動教示方法は、ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットに対し、開口である接続部を介して作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を自動的に教示する自動教示方法であって、作業領域の内部から接続部を介してステージ中心に向かう方向をＹ方向としＹ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系を定め、ＸＹ座標系をロボット座標系とし、ステージの内部においてステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具を配置する工程と、ハンドをステージの内部に進入させて異なる３つの方向からハンドを位置決定用治具に接近させ、ハンドに設けられたセンサによって位置決定用治具を非接触で検出し、第１のＸ座標値及び第１のＹ座標値からなるロボット座標系における位置決定用治具の座標を算出する第１の位置決定工程と、Ｙ方向に沿ってハンドを移動させて位置決定用治具に接近させ、センサによって位置決定用治具を非接触で検出して第２のＹ座標値としてロボット座標系における位置決定用治具のＹ座標値を求める第２の位置決定工程と、を有し、ロボットの教示において第１のＸ座標値と第２のＹ座標値とを位置決定用治具の座標として用いる。 The automatic teaching method according to one aspect of the present invention is an automatic teaching method for automatically teaching a robot equipped with a hand and placed inside a working area the position of the stage center of a stage connected to the working area via a connection part that is an opening, and includes the steps of: defining an XY coordinate system with the direction from inside the working area toward the stage center via the connection part as the Y direction and the direction perpendicular to the Y direction as the X direction; setting the XY coordinate system as the robot coordinate system; and placing a cylindrical positioning jig in a position inside the stage whose relative positional relationship with the stage center is known; and entering the hand into the inside of the stage and measuring the position from three different directions. The method includes a first positioning step of moving the hand toward the positioning jig, detecting the positioning jig in a non-contact manner using a sensor provided on the hand, and calculating the coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system consisting of a first X coordinate value and a first Y coordinate value, and a second positioning step of moving the hand along the Y direction to approach the positioning jig, detecting the positioning jig in a non-contact manner using the sensor, and determining the Y coordinate value of the positioning jig in the robot coordinate system as a second Y coordinate value, and the first X coordinate value and the second Y coordinate value are used as the coordinates of the positioning jig in teaching the robot.

非接触で位置決定用治具を検出するハンドを異なる３方向から位置決定用治具に近接させて位置決定用治具の位置を求める場合、Ｙ方向での位置決定誤差が大きくなりがちであるが、一態様の自動教示方法ではＹ方向に沿ってハンドを移動させてロボット座標系における位置決定用治具のＹ座標値を求める第２の位置決定工程を別途実施するので、位置決定用治具の位置決定の精度が向上し、これにより、自動教示の精度も向上する。 When a hand that detects the positioning jig non-contact is brought close to the positioning jig from three different directions to determine the position of the positioning jig, the positioning error in the Y direction tends to be large. However, in one embodiment of the automatic teaching method, a second positioning step is separately performed in which the hand is moved along the Y direction to determine the Y coordinate value of the positioning jig in the robot coordinate system, improving the accuracy of the positioning of the positioning jig and thereby improving the accuracy of automatic teaching.

一態様の自動教示方法では、ロボットは水平多関節ロボットであって、Ｘ方向とＹ方向はいずれも水平面内での方向である。この場合、水平多関節ロボットがワークを搬送する搬送用ロボットであれば、ワークの取り置き失敗の頻度を低減させることができる。その場合、第１の位置決定工程において水平面内でハンドを移動させることが好ましい。水平面内でハンドを移動させることによって、垂直方向にハンドを動かすことによるロボットの機械的な誤差の影響を排することができる。また一態様では、Ｙ方向は、例えば、接続部の位置において作業領域の壁面に垂直な方向である。このように構成することにより、Ｘ方向に沿って作業領域の壁面にステージが並ぶときに、各ステージのステージ中心の自動教示を容易に行うことができるようになる。 In one embodiment of the automatic teaching method, the robot is a horizontal articulated robot, and the X and Y directions are both directions within a horizontal plane. In this case, if the horizontal articulated robot is a transport robot that transports workpieces, the frequency of workpiece placement failures can be reduced. In this case, it is preferable to move the hand within a horizontal plane in the first position determination step. By moving the hand within a horizontal plane, the effects of mechanical errors of the robot caused by moving the hand in a vertical direction can be eliminated. In one embodiment, the Y direction is, for example, a direction perpendicular to the wall surface of the working area at the position of the connection part. By configuring in this way, it becomes possible to easily perform automatic teaching of the stage center of each stage when the stages are lined up on the wall surface of the working area along the X direction.

一態様の自動教示方法では、第２の位置決定工程を繰り返して実行して第２のＹ座標値の平均値を求め、この平均値を第２のＹ座標値としてロボットの教示に用いることが好ましい。第２のＹ座標値の平均を求めることによって、位置決定用治具の位置決定精度が向上する。この場合、ハンドをＹ方向に沿って動かすときのハンドのＸ方向での位置を変えながら、第２の位置決定工程を繰り返し実行することが好ましい。第２の位置決定工程で得られる第２のＹ座標値がＸ方向でのハンドの位置によってばらつくことがあるが、Ｘ方向でのハンドの位置を変えながら第２の位置決定工程を繰り返すことにより、位置決定用治具の位置決定精度がさらに向上する。 In one embodiment of the automatic teaching method, it is preferable to repeatedly execute the second positioning step to obtain an average value of the second Y coordinate values, and to use this average value as the second Y coordinate value for teaching the robot. By obtaining the average value of the second Y coordinate values, the positioning accuracy of the positioning jig is improved. In this case, it is preferable to repeatedly execute the second positioning step while changing the position of the hand in the X direction when the hand is moved along the Y direction. Although the second Y coordinate value obtained in the second positioning step may vary depending on the position of the hand in the X direction, by repeating the second positioning step while changing the position of the hand in the X direction, the positioning accuracy of the positioning jig is further improved.

一態様の自動教示方法では、第１の位置決定工程で使用する異なる３つの方向にＹ方向が含まれるときに、第１の位置決定工程においてハンドをＹ方向に沿って動かしたときに得られたロボット座標系における位置決定用治具のＹ座標値を第２のＹ座標値としてロボットの教示に用いてもよい。このように構成することにより、第１の位置決定工程と第２の位置決定工程とを同時に実行できて自動教示に要する時間を短縮できる。 In one embodiment of the automatic teaching method, when the three different directions used in the first positioning step include the Y direction, the Y coordinate value of the positioning jig in the robot coordinate system obtained when the hand is moved along the Y direction in the first positioning step may be used as the second Y coordinate value to teach the robot. By configuring in this way, the first positioning step and the second positioning step can be performed simultaneously, thereby shortening the time required for automatic teaching.

一態様の自動教示方法では、センサは、例えば、スルービームセンサである。ロボットが半導体ウエハの搬送用のものであるときは、ウエハの在荷状況の確認のためにこのようなスルービームセンサが設けられていることが多く、そのような場合には既存のスルービームセンサを用いて自動教示の精度を向上させることができる。 In one embodiment of the automatic teaching method, the sensor is, for example, a through beam sensor. When the robot is used to transport semiconductor wafers, such a through beam sensor is often provided to check the wafer inventory status, and in such cases, the accuracy of automatic teaching can be improved by using an existing through beam sensor.

一態様のロボット制御装置は、ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットを制御し、開口である接続部を介して作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置をロボットに対して自動的に教示するロボット制御装置であって、作業領域の内部から接続部を介してステージ中心に向かう方向をＹ方向としＹ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系が定められ、ＸＹ座標系がロボット座標系であり、ステージの内部においてステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具が配置されているときに、ハンドをステージの内部に進入させて異なる３つの方向からハンドを位置決定用治具に接近させ、ハンドに設けられたセンサによって位置決定用治具を非接触で検出し、第１のＸ座標値及び第１のＹ座標値からなるロボット座標系における位置決定用治具の座標を算出し、Ｙ方向に沿ってハンドを移動させて位置決定用治具に接近させ、センサによって位置決定用治具を非接触で検出して第２のＹ座標値としてロボット座標系における位置決定用治具のＹ座標値を求め、第１のＸ座標値と第２のＹ座標値とによってロボット座標系における位置決定用治具の座標が表されるとしてロボットの教示を行う。 One embodiment of the robot control device is a robot control device that controls a robot equipped with a hand and placed inside a working area, and automatically teaches the robot the position of the stage center of a stage connected to the working area via a connection part that is an opening, and an XY coordinate system is defined with the direction from inside the working area toward the stage center via the connection part as the Y direction and the direction perpendicular to the Y direction as the X direction, the XY coordinate system is the robot coordinate system, and when a cylindrical positioning jig is placed at a position inside the stage whose relative positional relationship with the stage center is known, the hand is advanced into the stage. The hand is brought close to the positioning jig from three different directions by inserting the hand into the robot, the positioning jig is detected non-contact by a sensor attached to the hand, the coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system consisting of a first X coordinate value and a first Y coordinate value are calculated, the hand is moved along the Y direction to approach the positioning jig, the positioning jig is detected non-contact by the sensor, and the Y coordinate value of the positioning jig in the robot coordinate system is calculated as a second Y coordinate value, and the robot is taught based on the coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system being represented by the first X coordinate value and the second Y coordinate value.

非接触で位置決定用治具を検出するハンドを異なる３方向から位置決定用治具に近接させて位置決定用治具の位置を求める場合、Ｙ方向での位置決定誤差が大きくなりがちであるが、一態様のロボット制御装置を用いることにより、Ｙ方向に沿ってハンドを移動させてロボット座標系における位置決定用治具のＹ座標値を求める第２の位置決定処理も実行されるので、位置決定用治具の位置決定の精度が向上し、これにより、自動教示の精度も向上する。 When a hand that detects the positioning jig non-contact is brought close to the positioning jig from three different directions to determine the position of the positioning jig, the positioning error in the Y direction tends to be large. However, by using one type of robot control device, a second positioning process is also performed in which the hand is moved along the Y direction to determine the Y coordinate value of the positioning jig in the robot coordinate system, improving the accuracy of positioning of the positioning jig and thereby improving the accuracy of automatic teaching.

本発明によれば、ロボットに対してステージ中心をより正確に自動教示することができるようになる。 The present invention makes it possible to automatically teach a robot the stage center more accurately.

（ａ）はロボットを示す平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った概略断面図であり、（ｃ）はハンドを示す拡大平面図である。1A is a plan view showing the robot, FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1A, and FIG. 1C is an enlarged plan view showing the hand. （ａ）～（ｄ）はステージ中心の自動教示を説明する図である。5A to 5D are diagrams for explaining automatic teaching of the stage center. 治具中心Ｏの座標決定における誤差を説明する図である。11A and 11B are diagrams for explaining an error in determining the coordinates of the jig center O. 本発明の実施の一形態の自動教示方法を説明する図である。1 is a diagram illustrating an automatic teaching method according to an embodiment of the present invention; 自動教示方法を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an automatic teaching method. Ｘ方向での位置によるＹ方向誤差のばらつきの例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of variation in Y-direction error depending on the position in the X-direction.

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の一形態の自動教示方法が適用されるロボットを示している。図示されるロボット１は、水平多関節ロボットであって、例えば長方形状の空間である作業領域５内に設置され、作業領域５を囲む壁面に設けられたステージ５１の相互間で板状のワーク５０を搬送するために用いられる。作業領域５は、ワーク５０をステージ５１間で搬送する際にロボット１が壁面などと干渉することなくそのアーム１１～１３やハンド１４を動かすことができる空間である。また各ステージ５１は、ロボット１によるワーク５０のロード及びアンロードが行われる場所であり、その接続部５２を介して作業領域５に対して接続している。接続部５２は、ワーク５０を搭載したロボット１のハンド１４がステージ５１の内部にアクセスできるように作業領域５の壁面に設けられた開口として構成されている。したがって、ロボット１によりステージ５１に対してワーク５０のロードやアンロードを行う場合、接続部５２を通過するときのハンド１４の移動方向は、一般に、作業領域５の壁面に垂直な方向である。また、ステージ５１には、ロボット１によりワーク５０のロードやアンロードを行うときに、そのステージ５１においてワーク５０が配置される位置であるワーク配置位置５３が規定されている。ワーク配置位置５３の中心をステージ中心Ｃとする。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a robot to which an automatic teaching method according to an embodiment of the present invention is applied. The illustrated robot 1 is a horizontal articulated robot, which is installed in a work area 5, which is, for example, a rectangular space, and is used to transport a plate-shaped workpiece 50 between stages 51 provided on the wall surface surrounding the work area 5. The work area 5 is a space in which the robot 1 can move its arms 11 to 13 and hands 14 without interfering with the wall surface when transporting the workpiece 50 between the stages 51. Each stage 51 is a place where the robot 1 loads and unloads the workpiece 50, and is connected to the work area 5 via its connection part 52. The connection part 52 is configured as an opening provided on the wall surface of the work area 5 so that the hand 14 of the robot 1 carrying the workpiece 50 can access the inside of the stage 51. Therefore, when the robot 1 loads and unloads the workpiece 50 on the stage 51, the movement direction of the hand 14 when passing through the connection part 52 is generally perpendicular to the wall surface of the work area 5. In addition, a work placement position 53 is defined on the stage 51, which is a position on the stage 51 where the work 50 is placed when the robot 1 loads or unloads the work 50. The center of the work placement position 53 is defined as the stage center C.

次に、ロボット１の詳細な構成について説明する。ロボット１は、作業領域５の床面上に配置されて固定される基台１０と、基台１０に対して直列に連結された３本のアームすなわち第１アーム１１、第２アーム１２及び第３アーム１３と、第３アーム１３に取り付けられたハンド１４とを備えている。基台１０は、昇降モータ（図示せず）によって駆動されて上下方向に昇降する昇降筒１５を備えている。各アーム１１～１３及びハンド１４はいずれも基端部と先端部とを有し、第１アーム１１の基端部が昇降筒１５に対して回転可能に連結することにより第１アーム１１は基台１０によって保持される。第１アーム１１は、昇降筒１５の昇降に伴って基台１０に対して昇降可能である。昇降筒１５の昇降によりアーム１１～１３及びハンド１４が一体的に昇降するが、本実施形態は水平多関節ロボット１の水平面内での教示に関するものであり、昇降筒１５による高さ方向の動きは水平面内でのアーム１１～１３やハンド１４の動きに比べて小さいので、以下では、昇降筒１５による高さ方向でのロボット１の移動についての詳細は説明しない。 Next, the detailed configuration of the robot 1 will be described. The robot 1 comprises a base 10 that is placed and fixed on the floor surface of the working area 5, three arms, namely a first arm 11, a second arm 12, and a third arm 13, that are connected in series to the base 10, and a hand 14 attached to the third arm 13. The base 10 comprises a lifting cylinder 15 that is driven by a lifting motor (not shown) to move up and down. Each of the arms 11 to 13 and the hand 14 has a base end and a tip end, and the base end of the first arm 11 is rotatably connected to the lifting cylinder 15, so that the first arm 11 is held by the base 10. The first arm 11 can move up and down relative to the base 10 as the lifting cylinder 15 moves up and down. The arms 11-13 and hand 14 rise and fall together as a unit as the lifting cylinder 15 rises and falls, but since this embodiment is concerned with teaching the horizontal articulated robot 1 in the horizontal plane, and the movement in the height direction by the lifting cylinder 15 is smaller than the movement of the arms 11-13 and hand 14 in the horizontal plane, the following will not provide a detailed explanation of the movement of the robot 1 in the height direction by the lifting cylinder 15.

第１アーム１１は、昇降筒１５に内蔵されたモータ２１によって駆動されて回転軸Ｊ０の周りで水平面内を回転する。第２アーム１２の基端部が第１アーム１１の先端部に回転可能に連結されており、第２アーム１２は、第１アーム１１によって保持されるとともに第１アーム１１に内蔵されたモータ２２によって駆動されて回転軸Ｊ１の周りで水平面内を回転する。同様に第３アーム１３は、その基端部が第２アーム１２の先端部に回転可能に保持されており、第２アーム１２に内蔵されたモータ２３によって駆動されて回転軸Ｊ２の周りで水平面内を回転する。ハンド１４は、その基端部が第３アーム１３の先端部に回転可能に保持されており、第３アーム１３に内蔵されたモータ２４によって駆動されて回転軸Ｊ３の周りで水平面内を回転する。 The first arm 11 is driven by a motor 21 built into the lift cylinder 15 to rotate around a rotation axis J0 in a horizontal plane. The base end of the second arm 12 is rotatably connected to the tip of the first arm 11, and the second arm 12 is held by the first arm 11 and driven by a motor 22 built into the first arm 11 to rotate around a rotation axis J1 in a horizontal plane. Similarly, the third arm 13 is rotatably held at its base end at the tip of the second arm 12 and driven by a motor 23 built into the second arm 12 to rotate around a rotation axis J2 in a horizontal plane. The hand 14 is rotatably held at its base end at the tip of the third arm 13 and driven by a motor 24 built into the third arm 13 to rotate around a rotation axis J3 in a horizontal plane.

図１（ｃ）はハンド１４の構成を示す拡大平面図である。ハンド１４では、その先端部側がフォーク状に２つに分岐してフォーク部２０を構成している。ワーク５０は、搬送時にはハンド１４においてフォーク部２０の表面において水平に載置される。フォーク部２０における一方の分岐の先端にはレーザー光を発する発光部２６が設けられ、他方の分岐の先端には発光部２６からのレーザー光が入射する受光部２７が設けられており、発光部２６と受光部２７とによってスルービームセンサ２５が構成されている。図において発光部２６から受光部２７に向かう矢印は、発光部２６から受光部２７に向かう光の光路２８を示している。スルービームセンサ２５によれば、受光部２７において発光部２６からの光を検出できたかどうかによって、発光部２６と受光部２７との間の光路２８を遮る物体の有無を非接触で検知できる。このようなスルービームセンサ２５は、ステージ５１が半導体ウエハなどのワーク５０をスロットごとに格納するカセットであるときに、そのカセットでのスロットごとの在荷状況を調べるマッピングを行うために、半導体ウエハの搬送に用いられるロボット１には一般的に設けられているものである。 1(c) is an enlarged plan view showing the configuration of the hand 14. The tip of the hand 14 is forked into two to form the fork section 20. The workpiece 50 is placed horizontally on the surface of the fork section 20 in the hand 14 during transportation. A light emitting section 26 that emits laser light is provided at the tip of one of the forks in the fork section 20, and a light receiving section 27 into which the laser light from the light emitting section 26 is incident is provided at the tip of the other fork, and the light emitting section 26 and the light receiving section 27 form a through beam sensor 25. In the figure, the arrow from the light emitting section 26 to the light receiving section 27 indicates the light path 28 of light from the light emitting section 26 to the light receiving section 27. The through beam sensor 25 can detect the presence or absence of an object blocking the light path 28 between the light emitting section 26 and the light receiving section 27 in a non-contact manner depending on whether the light from the light emitting section 26 can be detected at the light receiving section 27. Such a through beam sensor 25 is generally provided on a robot 1 used to transport semiconductor wafers in order to perform mapping to check the inventory status of each slot in a cassette when the stage 51 is a cassette that stores workpieces 50 such as semiconductor wafers in slots.

水平多関節ロボットであるロボット１の動作を説明するために、水平面内にＸＹ座標を設定する。ここでは図示するように作業領域５が長方形の空間であってその長辺に沿って複数のステージ５１が配置しているときに、長辺の延びる方向をＸ方向とし、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向とする。ロボット１がそのハンド１４を用いてステージ５１にアクセスするときは、ハンド１４は、Ｙ方向に移動して接続部５２を通過し、ステージ５１の内部に進入する。水平面内におけるロボット１の座標系（以下、ロボット座標系と呼ぶ）は、回転軸Ｊ０の位置を原点とする上述したようなＸＹ座標系で表される。以下、このようにしてＸＹ座標系が設定された水平面をＸＹ平面と呼ぶ。また、ステージ５１に対してワーク５０をロードまたはアンロードするときには、ロボット座標系でのステージ中心Ｃの座標を用いてロボット１を動作させる必要があり、したがって、ロボット１の教示を行うときは、ＸＹ平面におけるステージ中心Ｃの正確な位置を教示する必要がある。なお、図１（ｂ）に示すように、ロボット１にはロボット１の制御を行なうロボット制御装置３０が接続しており、ロボット制御装置３０は、外部から入力する指令に基づいて、モータ２１～２４及び昇降用モータ（不図示）を駆動し制御することができる。またロボット制御装置３０は、ロボット１を制御して以下に説明する自動教示を実行することができる。 In order to explain the operation of the robot 1, which is a horizontal articulated robot, XY coordinates are set in a horizontal plane. Here, when the working area 5 is a rectangular space and multiple stages 51 are arranged along its long side as shown in the figure, the direction in which the long side extends is the X direction, and the direction perpendicular to the X direction is the Y direction. When the robot 1 uses its hand 14 to access the stage 51, the hand 14 moves in the Y direction, passes through the connection part 52, and enters the inside of the stage 51. The coordinate system of the robot 1 in the horizontal plane (hereinafter referred to as the robot coordinate system) is expressed as the above-mentioned XY coordinate system with the position of the rotation axis J0 as the origin. Hereinafter, the horizontal plane in which the XY coordinate system is set in this way is referred to as the XY plane. In addition, when loading or unloading the workpiece 50 to or from the stage 51, it is necessary to operate the robot 1 using the coordinates of the stage center C in the robot coordinate system, and therefore, when teaching the robot 1, it is necessary to teach the exact position of the stage center C in the XY plane. As shown in FIG. 1(b), the robot 1 is connected to a robot control device 30 that controls the robot 1, and the robot control device 30 can drive and control the motors 21-24 and the lifting motor (not shown) based on commands input from the outside. The robot control device 30 can also control the robot 1 to execute the automatic teaching described below.

次に、ロボット座標系におけるステージ中心Ｃの位置を正確に求める自動教示について説明する。自動教示では、水平面内でのロボット座標系でのステージ中心Ｃの座標、すなわち上述したＸＹ平面でのステージ中心Ｃの座標を求める。そのために、ステージ５１において、ステージ中心Ｃから離れておりかつステージ中心Ｃとの相対的な位置関係が既知である２か所に、それぞれ円柱状の位置決定用治具６１，６２を配置する。図ではワーク配置位置５３の外周に位置決定用治具６１，６２が配置されているように描かれているが、位置決定用治具６１，６２の配置される位置はこれに限定されるものではない。位置決定用治具６１，６２はＸＹ平面すなわち水平面に対して直立するように設けられるので、位置決定用治具６１，６２の円柱としての軸は垂直方向に延びており、ＸＹ平面におけるこの軸の位置を治具中心Ｏとする。ロボット座標系における２つの位置決定用治具６１，６２の各々の治具中心Ｏの座標が分かれば、各治具中心Ｏとステージ中心Ｃとの位置関係も既知であることから、ロボット座標系でのステージ中心Ｃの位置、すなわちそのＸＹ座標値が算出できることになる。 Next, automatic teaching for accurately determining the position of the stage center C in the robot coordinate system will be described. In automatic teaching, the coordinates of the stage center C in the robot coordinate system in the horizontal plane, that is, the coordinates of the stage center C in the above-mentioned XY plane, are determined. For this purpose, cylindrical positioning jigs 61 and 62 are placed on the stage 51 at two locations that are away from the stage center C and whose relative positional relationship with the stage center C is known. In the figure, the positioning jigs 61 and 62 are drawn to be placed on the outer periphery of the work placement position 53, but the positions of the positioning jigs 61 and 62 are not limited to this. The positioning jigs 61 and 62 are provided so as to stand upright in the XY plane, i.e., the horizontal plane, so that the cylindrical axis of the positioning jigs 61 and 62 extends vertically, and the position of this axis in the XY plane is the jig center O. If the coordinates of the jig center O of each of the two positioning jigs 61, 62 in the robot coordinate system are known, the positional relationship between each jig center O and the stage center C is also known, so the position of the stage center C in the robot coordinate system, i.e., its XY coordinate values, can be calculated.

図２は、自動教示を説明する図である。本実施形態では、位置決定用治具６１，６２の各々の治具中心Ｏのロボット座標系でのＸＹ座標値をロボット１のハンドに設けられているスルービームセンサ２５を用いて非接触で決定する。位置決定用治具６１，６２は円柱状であり、その水平面による断面形状は真円であり、その真円の中心は治具中心Ｏである。そこでロボット１を動作させて位置決定用治具６１，６２の各々ごとに作業領域５の側から異なる３つの方向でハンド１４をその位置決定用治具６１，６２に向けて接近させる。この場合、接続部５２の開口を介してハンド１４をステージ５１内に進入させるので、位置決定用治具６１，６２ごとにハンド１４が取り得る角度範囲には接続部５２の開口の大きさによって制約が生じる。作業領域５やステージ５１の設計データ、作業領域５内のどこにロボット１を設置したかの設置データに基づいて、ロボット座標系で表したステージ中心Ｃや各位置決定用治具６１，６２の大まかな位置は分かっているので、作業領域５の壁面やステージ５１の壁面にロボット１を衝突させることなく、各位置決定用治具６１，６２に向けてハンド１４を接近させることができる。 Figure 2 is a diagram explaining automatic teaching. In this embodiment, the XY coordinate values in the robot coordinate system of the jig center O of each of the positioning jigs 61, 62 are determined in a non-contact manner using a through beam sensor 25 provided on the hand of the robot 1. The positioning jigs 61, 62 are cylindrical, and their horizontal cross-sectional shape is a perfect circle, with the center of the perfect circle being the jig center O. The robot 1 is then operated to move the hand 14 toward each of the positioning jigs 61, 62 in three different directions from the working area 5 side. In this case, the hand 14 is caused to enter the stage 51 through the opening of the connection part 52, so that the angle range that the hand 14 can take for each of the positioning jigs 61, 62 is restricted by the size of the opening of the connection part 52. Based on the design data for the working area 5 and stage 51, and the installation data for where the robot 1 is installed within the working area 5, the rough positions of the stage center C and each of the positioning jigs 61, 62 expressed in the robot coordinate system are known, so the hand 14 can be brought close to each of the positioning jigs 61, 62 without causing the robot 1 to collide with the wall of the working area 5 or the wall of the stage 51.

図２（ａ）は、一方の位置決定用治具６１に対して異なる３つの方向からハンド１４を接近させることを示している。ハンド１４を位置決定用治具６１に接近させると、スルービームセンサ２５の光路２８が位置決定用治具６１によって遮られる。ハンド１４の移動中に光路２８が遮られる瞬間において、その光路２８は、ＸＹ平面において位置決定用治具６１の外周を表す円の接線と一致することになる。光路２８が遮られた瞬間のロボット１の各軸の角度はモータ２１～２４に接続されたエンコーダの出力から知ることができ、また、ロボット１のアーム１１～１３やハンドの長さは既知であるから、位置決定用治具６１によって光路２８が遮られたことに基づいて、ＸＹ平面において位置決定用治具６１が表す円の接線の方程式を得ることができる。異なる３つの方向からハンド１４を位置決定用治具６１に接近させると、図２（ｂ）に示すように、ＸＹ平面における３本の接線Ｌ１～Ｌ３が得られ、これらの接線Ｌ１～Ｌ３のそれぞれの方程式を得ることができる。これらの接線間の２等分線の交点、例えば接線Ｌ１，Ｌ２の２等分線を直線Ｍ１とし、接線Ｌ２，Ｌ３の二等分線を直線Ｍ２とすれば、直線Ｍ１，Ｍ２の交点が治具中心Ｏとなる。したがって、接線Ｌ１～Ｌ３の方程式から位置決定用治具６１の治具中心Ｏの正確なＸＹ座標値を求めることができる。同様の手順をもう一方の位置決定用治具６２にも適用することによって、位置決定用治具６２の治具中心Ｏの正確なＸＹ座標値も求めることができ、ロボット座標系における位置決定用治具６１，６２な正確な位置が求められたことになる。ステージ中心Ｃと位置決定用治具６１，６２との正確な相対的な位置関係は分かっているので、図２（ｃ）に示すように、正確に決定された位置決定用治具６１，６２を使用して、ロボット座標系におけるステージ中心Ｃの正確な位置を決定することができる。すなわち、ステージ中心Ｃの位置を自動的に教示できたことになる。 2(a) shows that the hand 14 approaches one of the positioning jigs 61 from three different directions. When the hand 14 approaches the positioning jig 61, the optical path 28 of the through beam sensor 25 is blocked by the positioning jig 61. At the moment when the optical path 28 is blocked during the movement of the hand 14, the optical path 28 coincides with the tangent of the circle representing the outer circumference of the positioning jig 61 in the XY plane. The angle of each axis of the robot 1 at the moment when the optical path 28 is blocked can be known from the output of the encoder connected to the motors 21 to 24, and the length of the arms 11 to 13 and the hand of the robot 1 are known, so that the equation of the tangent of the circle represented by the positioning jig 61 in the XY plane can be obtained based on the blocking of the optical path 28 by the positioning jig 61. When the hand 14 is brought close to the positioning jig 61 from three different directions, three tangents L1 to L3 in the XY plane can be obtained as shown in FIG. 2B, and the equations of the tangents L1 to L3 can be obtained. If the bisector of these tangents, for example the bisector of the tangents L1 and L2 is a straight line M1 and the bisector of the tangents L2 and L3 is a straight line M2, then the intersection of the straight lines M1 and M2 is the jig center O. Therefore, the accurate XY coordinate values of the jig center O of the positioning jig 61 can be obtained from the equations of the tangents L1 to L3. By applying the same procedure to the other positioning jig 62, the accurate XY coordinate values of the jig center O of the positioning jig 62 can also be obtained, and the accurate positions of the positioning jigs 61 and 62 in the robot coordinate system can be obtained. Since the exact relative positional relationship between the stage center C and the positioning jigs 61 and 62 is known, the exact position of the stage center C in the robot coordinate system can be determined using the accurately determined positioning jigs 61 and 62, as shown in FIG. 2(c). In other words, the position of the stage center C can be automatically taught.

以上の説明は、２本の位置決定用治具６１，６２をステージ中心Ｃから離れて配置する場合のものであるが、図２（ｄ）に示すようにステージ中心Ｃに位置決定用治具６１を配置できるのであれば、上述と同様にロボット座標系における位置決定用治具６１の座標を決定することにより、ステージ中心Ｃの座標を求めることができる。言い換えればこの場合にはステージ中心Ｃに配置した１本の位置決定用治具６１のみを用いてステージ中心Ｃの自動教示を行うことができる。 The above explanation is for the case where the two positioning jigs 61, 62 are placed away from the stage center C, but if the positioning jig 61 can be placed at the stage center C as shown in FIG. 2(d), the coordinates of the stage center C can be found by determining the coordinates of the positioning jig 61 in the robot coordinate system in the same manner as described above. In other words, in this case, automatic teaching of the stage center C can be performed using only one positioning jig 61 placed at the stage center C.

しかしながら、ロボット１における各種の機械的な誤差、スルービームセンサ２５の光路２８のビーム径が有限であること、環境光の影響などから、上記のようにしてロボット座標系における位置決定用治具６１，６２の位置すなわち治具中心Ｏの座標を求めた場合に誤差が生じ、その誤差は、ステージ中心Ｃの教示誤差をもたらす。上述したように位置決定用治具６１，６２に接近するときのハンド１４が取り得る角度範囲には制約があり、例えば、位置決定用治具６１，６２の各々の治具中心Ｏを中心として作業領域５を向いた例えば数十度程度の角度範囲からしかハンド１４は位置決定用治具６１，６２に接近することができない。その結果、ロボット座標系における治具中心Ｏの座標を求めるときに、Ｘ座標値における誤差よりもＹ座標値における誤差が大きくなる。 However, due to various mechanical errors in the robot 1, the finite beam diameter of the optical path 28 of the through beam sensor 25, the effects of ambient light, and the like, when the position of the positioning jigs 61, 62 in the robot coordinate system, i.e., the coordinate of the jig center O, is obtained as described above, an error occurs, and this error results in a teaching error of the stage center C. As described above, there is a restriction on the angle range that the hand 14 can take when approaching the positioning jigs 61, 62. For example, the hand 14 can only approach the positioning jigs 61, 62 from an angle range of, for example, several tens of degrees facing the working area 5 with the jig center O of each of the positioning jigs 61, 62 as the center. As a result, when the coordinate of the jig center O in the robot coordinate system is obtained, the error in the Y coordinate value is larger than the error in the X coordinate value.

図３は、治具中心Ｏを決定するときの誤差を説明する図であり、ステージ５１に設けられた同じ位置決定用治具６１の位置を決定する動作を繰り返し実行したときに、各回の位置決定による結果がどのようにばらついたかを示している。ばらつきが大きければ誤差も大きいと言える。１回の位置決定において、３方向からハンド１４を位置決定用治具６１に近づけて治具中心Ｏの座標を決定しており、このとき同時にＸＹ平面による断面での位置決定用治具６１の半径Ｒも計算することができる。図において実線の小円は、位置決定時においてスルービームセンサ２５の光路２８が位置決定用治具６１の接線と一致したときの接点の位置を示している。また破線で示す円は、位置決定の結果から逆算されたＸＹ平面における位置決定用治具６１の外周を示している。図示されるように、治具中心Ｏの位置決定を複数回行った場合にＸ方向でのばらつきは小さく、Ｙ方向でのばらつきは大きい。このことは、１回の位置決定によって治具中心Ｏの座標を求めたとして、Ｘ方向における誤差よりもＹ方向における誤差が大きくなることを示している。 3 is a diagram for explaining the error when determining the jig center O, and shows how the results of each position determination vary when the operation of determining the position of the same position determination jig 61 provided on the stage 51 is repeatedly performed. If the variation is large, the error is also large. In one position determination, the hand 14 is brought close to the position determination jig 61 from three directions to determine the coordinates of the jig center O, and at the same time, the radius R of the position determination jig 61 in the cross section of the XY plane can also be calculated. In the figure, the small circle drawn with a solid line indicates the position of the contact point when the optical path 28 of the through beam sensor 25 coincides with the tangent of the position determination jig 61 at the time of position determination. The circle drawn with a dashed line indicates the outer circumference of the position determination jig 61 in the XY plane calculated backward from the result of the position determination. As shown in the figure, when the position determination of the jig center O is performed multiple times, the variation in the X direction is small and the variation in the Y direction is large. This shows that if the coordinates of the jig center O are found by determining the position once, the error in the Y direction will be greater than the error in the X direction.

本実施形態では、ロボット座標系における治具中心Ｏの座標をより正確に決定するために、第１の位置決定工程及び第２の位置決定工程を実行する。一方の位置決定用治具６１を例に挙げて説明すると、第１の位置決定工程では、上述したように異なる３つの方向からハンド１４を位置決定用治具６１に接近させて治具中心Ｏの座標を求める。このとき、位置決定用治具６１の半径Ｒを求めてもよい。このとき求められた治具中心Ｏの座標を（Ｘ１，Ｙ１）とする。これとは別に第２の位置決定工程では、図４（ａ）に示すように、ハンド１４を位置決定用治具６１に向かってＹ方向に沿って動かし、スルービームセンサ２５の光路２８が位置決定用治具６１によって遮られることを検出して、ロボット座標系における治具中心ＯのＹ座標Ｙ２を求める。このとき、スルービームセンサ２５の光路２８が遮られたときのハンド１４の位置に基づいて光路２８が遮られた位置のＹ座標Ｙａを求め、それに先に求めた半径Ｒを加算して座標値Ｙ２としてもよいし、光路２８が遮られてからなおもハンド１４をＹ方向に移動させて光路２８が再び遮られなくなる位置のＹ座標Ｙｂを求め、Ｙ２＝（Ｙａ＋Ｙｂ）／２により座標値Ｙ２を決定してもよい。そして本実施形態では、第１の位置決定工程で求められたＸ座標値Ｘ１と第２の位置決定工程で求められたＹ座標値Ｙ２とを組み合わせて、（Ｘ１，Ｙ２）を位置決定用治具６１の治具中心Ｏの座標とする。 In this embodiment, a first position determination process and a second position determination process are performed to more accurately determine the coordinates of the jig center O in the robot coordinate system. Taking one of the position determination jig 61 as an example, in the first position determination process, the hand 14 is moved toward the position determination jig 61 from three different directions as described above to determine the coordinates of the jig center O. At this time, the radius R of the position determination jig 61 may be obtained. The coordinates of the jig center O obtained at this time are (X1, Y1). Separately from this, in the second position determination process, as shown in FIG. 4(a), the hand 14 is moved along the Y direction toward the position determination jig 61, and it is detected that the optical path 28 of the through beam sensor 25 is blocked by the position determination jig 61, and the Y coordinate Y2 of the jig center O in the robot coordinate system is obtained. At this time, the Y coordinate Ya of the position where the optical path 28 of the through beam sensor 25 is interrupted may be calculated based on the position of the hand 14 when the optical path 28 is interrupted, and the previously calculated radius R may be added to this to determine the coordinate value Y2. Alternatively, the hand 14 may be moved further in the Y direction after the optical path 28 is interrupted to calculate the Y coordinate Yb of the position where the optical path 28 is no longer interrupted, and the coordinate value Y2 may be determined by Y2 = (Ya + Yb) / 2. In this embodiment, the X coordinate value X1 calculated in the first positioning process and the Y coordinate value Y2 calculated in the second positioning process are combined to determine (X1, Y2) as the coordinate of the jig center O of the positioning jig 61.

図５は、本実施形態の自動教示方法を説明するフローチャートであって、位置決定用治具６１の治具中心Ｏを求める処理を示している。まず、ステップ１０１において、第１の位置決定工程を実施し、ハンド１４を異なる３つの方向から位置決定用治具６１に接近させ、ロボット座標系での位置決定用治具６１の位置の座標（Ｘ１，Ｙ１）を決定する。次に、ステップ１０２において、第２の位置決定工程を実施し、ハンド１４をＹ方向に沿って位置決定用治具６１に接近させ、ロボット座標系での位置決定用治具６１のＹ座標値Ｙ２を決定する。最後にステップ１０３において、（Ｘ１，Ｙ２）をロボット座標系での位置決定用治具６１の位置、すなわち治具中心Ｏの座標とする。図５に示す処理を実行するためにロボット制御装置３０は、ロボット１を制御するとともにスルービームセンサ２５の受光部２７の出力を監視し、ロボと座標系における治具中心Ｏの座標を決定するための演算を実行する。 Figure 5 is a flow chart explaining the automatic teaching method of this embodiment, showing the process of determining the jig center O of the positioning jig 61. First, in step 101, a first position determination process is performed, the hand 14 is brought close to the positioning jig 61 from three different directions, and the coordinates (X1, Y1) of the position of the positioning jig 61 in the robot coordinate system are determined. Next, in step 102, a second position determination process is performed, the hand 14 is brought close to the positioning jig 61 along the Y direction, and the Y coordinate value Y2 of the positioning jig 61 in the robot coordinate system is determined. Finally, in step 103, (X1, Y2) is set as the position of the positioning jig 61 in the robot coordinate system, that is, the coordinates of the jig center O. In order to execute the process shown in Figure 5, the robot control device 30 controls the robot 1 and monitors the output of the light receiving unit 27 of the through beam sensor 25, and executes a calculation to determine the coordinates of the jig center O in the robot coordinate system.

もう一方の位置決定用治具６２についても同様に第１の位置決定工程と第２の位置決定工程を実施し、治具中心Ｏの座標を求める。そして、２つの位置決定用治具６１，６２のロボット座標系での正確な位置が決定されたら、位置決定用治具６１，６２とステージ中心Ｃとの相対的な位置関係に基づいて、ロボット座標系におけるステージ中心Ｃの座標が計算される。ステージ中心Ｃ自体に位置決定用治具６１を配置した場合（図２（ｄ）に示す場合）にも、図４（ｂ）に示すように、第２の位置決定工程として、ハンド１４をＹ方向に沿って位置決定用治具６１に接近させ、ロボット座標系での位置決定用治具６１のＹ座標値Ｙ２を決定する。 Similarly, the first and second positioning steps are performed for the other positioning jig 62 to determine the coordinates of the jig center O. Then, once the exact positions of the two positioning jigs 61, 62 in the robot coordinate system have been determined, the coordinates of the stage center C in the robot coordinate system are calculated based on the relative positional relationship between the positioning jigs 61, 62 and the stage center C. Even when the positioning jig 61 is placed at the stage center C itself (as shown in FIG. 2(d)), as shown in FIG. 4(b), in the second positioning step, the hand 14 is moved close to the positioning jig 61 in the Y direction to determine the Y coordinate value Y2 of the positioning jig 61 in the robot coordinate system.

本実施形態では、異なる３つの方向からハンド１４を動かして治具中心ＯのＸＹ座標値を求める第１の位置決定工程のほかに、Ｙ方向に沿ってハンド１４を動かして治具中心ＯのＹ座標を求める第２の位置決定工程を行うので、治具中心Ｏの座標におけるＹ方向での誤差を小さくすることができ、治具中心Ｏの座標の誤差を小さくできて、自動教示におけるステージ中心Ｃの教示誤差を小さくすることができる。治具中心Ｏの座標の誤差を小さくして教示誤差をさらに小さくするためには、第１の位置決定工程と第２の位置決定工程の各々を繰り返し行って平均値を算出することが有効である。すなわち第１の位置決定工程を複数回実施してそれらの結果の平均から治具中心Ｏの座標（Ｘ１，Ｙ１）を求め、第２の位置決定工程も複数回実施してそれらの結果の平均から治具中心ＯのＹ座標値Ｙ２を決定することが好ましい。特に第２の位置決定工程では、第１の位置決定工程によって得られる座標値において相対的に誤差が大きいとされるＹ座標値を求めるので、繰り返し回数をより多くすることが好ましい。また、第１の位置決定工程においてハンド１４を位置決定用治具６１，６２に接近させるときに用いる異なる３つの方向の中にＹ方向が含まれる場合には、第１の位置決定工程を実施して治具中心Ｏの座標（Ｘ１，Ｙ１）を求めるとともに、第１の位置決定工程で得られたデータのうちのＹ方向にハンド１４を動かしたときのデータを第２の位置決定工程において用いるデータとして扱って、Ｙ座標値Ｙ２を求めてもよい。 In this embodiment, in addition to the first position determination process in which the hand 14 is moved from three different directions to obtain the XY coordinate value of the jig center O, a second position determination process is performed in which the hand 14 is moved along the Y direction to obtain the Y coordinate value of the jig center O, so that the error in the Y direction in the coordinate of the jig center O can be reduced, and the error in the coordinate of the jig center O can be reduced, and the teaching error of the stage center C in automatic teaching can be reduced. In order to reduce the error in the coordinate of the jig center O and further reduce the teaching error, it is effective to repeatedly perform each of the first position determination process and the second position determination process to calculate the average value. That is, it is preferable to perform the first position determination process multiple times and obtain the coordinate (X1, Y1) of the jig center O from the average of the results, and to perform the second position determination process multiple times and determine the Y coordinate value Y2 of the jig center O from the average of the results. In particular, in the second position determination process, a Y coordinate value that is considered to have a relatively large error in the coordinate value obtained by the first position determination process is obtained, so it is preferable to repeat the process multiple times. Furthermore, if the Y direction is included among the three different directions used when approaching the hand 14 to the positioning jigs 61 and 62 in the first positioning process, the first positioning process is performed to determine the coordinates (X1, Y1) of the jig center O, and the data obtained in the first positioning process when the hand 14 is moved in the Y direction may be treated as data to be used in the second positioning process to determine the Y coordinate value Y2.

第２の位置決定工程ではＹ方向に沿ってハンド１４を動かして、スルービームセンサ２５の光路２８が位置決定用治具６１，６２によって遮られることを検出する。このとき、光路２８が延びる方向はＸ方向である。光路２８の長さ、すなわちスルービームセンサ２５の発光部２６と受光部２７との細田の距離は、ロボット１が想定しているワーク５０の大きさにもよるが、例えば数ｃｍから数十ｃｍである。これに対し、円柱状の位置決定用治具６１，６２の半径は数ｍｍから数ｃｍ程度である。光路２８の長さに比べて位置決定用治具６１，６２の半径は十分に小さい。ロボット座標系での位置決定用治具６１，６２の位置のＹ座標値Ｙ２は、Ｙ方向にハンド１４を動かすときに光路３８がＸ方向のどのあたりで位置決定用治具６１，６２を遮るかによっては変化しないはずである。しかしながら実際には、ロボット１の機械的な誤差、特に、ロボット１に設けられる減速機の角度伝達誤差のために、Ｙ座標値Ｙ２は、ハンド１４のＸ方向の位置によって周期的に変化する。図６は、ハンド１４をＹ方向に動かして位置決定用治具６１を検出するときに、ハンド１４のＸ方向の位置によってＹ座標値がどのように異なるかを実測した例を示している。ここではＸ方向の位置ごとに３回の測定を行っている。ハンド１４のＸ方向の位置が同じであれば得られたＹ座標値のばらつきは極めて小さい（例えば０．１ｍｍ程度）が、Ｘ方向の位置が異なるとＹ座標値も大きく変化する。このようなＹ座標値のばらつきが教示誤差に与える影響が無視できない場合には、第２の位置測定工程を繰り返し実行するときに、位置決定用治具６１，６２によって光路２８が遮られるという条件を満たす範囲内で第２の位置測定工程を実行するごとにハンド１４のＸ方向の位置を変化させ、得られたＹ座標値Ｙ２を平均することが好ましい。 In the second positioning step, the hand 14 is moved along the Y direction to detect that the optical path 28 of the through beam sensor 25 is blocked by the positioning jigs 61 and 62. At this time, the direction in which the optical path 28 extends is the X direction. The length of the optical path 28, i.e., the distance between the light emitting unit 26 and the light receiving unit 27 of the through beam sensor 25, is, for example, several centimeters to several tens of centimeters, depending on the size of the workpiece 50 assumed by the robot 1. In contrast, the radius of the cylindrical positioning jigs 61 and 62 is several millimeters to several centimeters. The radius of the positioning jigs 61 and 62 is sufficiently small compared to the length of the optical path 28. The Y coordinate value Y2 of the position of the positioning jigs 61 and 62 in the robot coordinate system should not change depending on where in the X direction the optical path 38 blocks the positioning jigs 61 and 62 when the hand 14 is moved in the Y direction. However, in reality, due to mechanical errors of the robot 1, particularly due to angular transmission errors of the reducer provided in the robot 1, the Y coordinate value Y2 changes periodically depending on the position of the hand 14 in the X direction. FIG. 6 shows an example of actual measurements of how the Y coordinate value varies depending on the position of the hand 14 in the X direction when the hand 14 is moved in the Y direction to detect the positioning jig 61. Here, three measurements are performed for each position in the X direction. If the position of the hand 14 in the X direction is the same, the variation in the obtained Y coordinate value is extremely small (for example, about 0.1 mm), but if the position in the X direction is different, the Y coordinate value also changes significantly. If the effect of such variation in the Y coordinate value on the teaching error cannot be ignored, when the second position measurement process is repeatedly performed, it is preferable to change the position of the hand 14 in the X direction each time the second position measurement process is performed within a range that satisfies the condition that the optical path 28 is blocked by the positioning jigs 61 and 62, and average the obtained Y coordinate value Y2.

異なる３つの方向からハンドを位置決定用治具に接近させて治具中心Ｏのロボット座標系での位置（Ｘ１，Ｙ１）を求めたときはＹ方向での誤差が大きくなりがちであるが、以上説明した本実施形態によれば、治具中心ＯのＹ座標値Ｙ２を求める第２の位置決定工程を別途実行することにより、Ｙ方向での治具中心Ｏの位置の誤差を小さくすることができ、それにより、ステージ中心Ｃについての教示誤差も小さくすることができる。自動教示の精度が向上することにより、搬送物であるワーク５０の取り置き失敗や自動教示のやり直しの頻度を減少させることができ、ロボット１を含むシステム全体の生産性を向上させることができる。 When the position (X1, Y1) of the jig center O in the robot coordinate system is determined by approaching the hand to the positioning jig from three different directions, the error in the Y direction tends to be large; however, according to the present embodiment described above, by separately executing a second position determination process to determine the Y coordinate value Y2 of the jig center O, the error in the position of the jig center O in the Y direction can be reduced, and the teaching error for the stage center C can also be reduced. By improving the accuracy of automatic teaching, the frequency of failure to place the workpiece 50, which is the transported item, and the need to redo automatic teaching can be reduced, improving the productivity of the entire system including the robot 1.

なお、本技術は以下のような構成をとることが可能である。 This technology can be configured as follows:

（１） ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットに対し、開口である接続部を介して前記作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を自動的に教示する自動教示方法であって、
前記作業領域の内部から前記接続部を介して前記ステージ中心に向かう方向をＹ方向とし前記Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系を定め、前記ＸＹ座標系をロボット座標系とし、
前記ステージの内部において前記ステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具を配置する工程と、
前記ハンドを前記ステージの内部に進入させて異なる３つの方向から前記ハンドを前記位置決定用治具に接近させ、前記ハンドに設けられたセンサによって前記位置決定用治具を非接触で検出し、第１のＸ座標値及び第１のＹ座標値からなる前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標を算出する第１の位置決定工程と、
前記Ｙ方向に沿って前記ハンドを移動させて前記位置決定用治具に接近させ、前記センサによって前記位置決定用治具を非接触で検出して第２のＹ座標値として前記ロボット座標系における前記位置決定用治具のＹ座標値を求める第２の位置決定工程と、
を有し、
前記ロボットの教示において前記第１のＸ座標値と前記第２のＹ座標値とを前記位置決定用治具の座標として用いる、自動教示方法。 (1) An automatic teaching method for automatically teaching a position of a stage center of a stage connected to a working area via a connection part that is an opening to a robot having a hand and disposed inside the working area, the method comprising the steps of:
An XY coordinate system is defined with a direction from inside the working area toward the center of the stage via the connection part as a Y direction and a direction perpendicular to the Y direction as an X direction, and the XY coordinate system is defined as a robot coordinate system;
placing a cylindrical positioning jig at a position inside the stage whose relative positional relationship with a center of the stage is known;
a first position determination step of: causing the hand to enter inside the stage and approach the position determination jig from three different directions; detecting the position determination jig in a non-contact manner using a sensor provided on the hand; and calculating coordinates of the position determination jig in the robot coordinate system, which are composed of a first X coordinate value and a first Y coordinate value;
a second positioning step of moving the hand along the Y direction to approach the positioning jig, detecting the positioning jig in a non-contact manner using the sensor, and determining a Y coordinate value of the positioning jig in the robot coordinate system as a second Y coordinate value;
having
the first X coordinate value and the second Y coordinate value are used as coordinates of the positioning jig in teaching the robot.

（２） 前記ロボットは水平多関節ロボットであって、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向はいずれも水平面内での方向である、（１）に記載の自動教示方法。 (2) The automatic teaching method described in (1), in which the robot is a horizontal articulated robot, and the X direction and the Y direction are both directions within a horizontal plane.

（３） 前記第１の位置決定工程において、前記水平面内で前記ハンドを移動させる、（２）に記載の自動教示方法。 (3) The automatic teaching method described in (2), in which the hand is moved within the horizontal plane in the first position determination step.

（４） 前記Ｙ方向は、前記接続部の位置において前記作業領域の壁面に垂直な方向である、（１）から（３）のいずれかに記載の自動教示方法。 (4) The automatic teaching method according to any one of (1) to (3), wherein the Y direction is a direction perpendicular to the wall surface of the working area at the position of the connection part.

（５） 前記第２の位置決定工程を繰り返して実行して前記第２のＹ座標値の平均値を求め、前記平均値を前記第２のＹ座標値として前記ロボットの教示に用いる、請求項（１）から（４）のいずれかに記載の自動教示方法。 (5) The automatic teaching method according to any one of claims (1) to (4), in which the second position determination step is repeatedly performed to obtain an average value of the second Y coordinate value, and the average value is used as the second Y coordinate value for teaching the robot.

（６） 前記ハンドを前記Ｙ方向に沿って動かすときの前記ハンドの前記Ｘ方向での位置を変えながら、前記第２の位置決定工程を繰り返し実行する、（５）に記載の自動教示方法。 (6) The automatic teaching method described in (5), in which the second position determination step is repeatedly performed while changing the position of the hand in the X direction when the hand is moved along the Y direction.

（７） 前記第１の位置決定工程で使用する前記異なる３つの方向に前記Ｙ方向が含まれ、前記第１の位置決定工程において前記ハンドを前記Ｙ方向に沿って動かしたときに得られた前記ロボット座標系における前記位置決定用治具のＹ座標値を前記第２のＹ座標値として前記ロボットの教示に用いる、（１）から（６）のいずれかに記載の自動教示方法。 (7) An automatic teaching method according to any one of (1) to (6), in which the three different directions used in the first positioning step include the Y direction, and the Y coordinate value of the positioning jig in the robot coordinate system obtained when the hand is moved along the Y direction in the first positioning step is used as the second Y coordinate value for teaching the robot.

（８） 前記センサはスルービームセンサである、（１）から（７）３のいずれかに記載の自動教示方法。 (8) An automatic teaching method according to any one of (1) to (7) 3, wherein the sensor is a through beam sensor.

（９） ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットを制御し、開口である接続部を介して前記作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を前記ロボットに対して自動的に教示するロボット制御装置であって、
前記作業領域の内部から前記接続部を介して前記ステージ中心に向かう方向をＹ方向とし前記Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系が定められ、前記ＸＹ座標系がロボット座標系であり、前記ステージの内部において前記ステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具が配置されているときに、
前記ハンドを前記ステージの内部に進入させて異なる３つの方向から前記ハンドを前記位置決定用治具に接近させ、前記ハンドに設けられたセンサによって前記位置決定用治具を非接触で検出し、第１のＸ座標値及び第１のＹ座標値からなる前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標を算出し、
前記Ｙ方向に沿って前記ハンドを移動させて前記位置決定用治具に接近させ、前記センサによって前記位置決定用治具を非接触で検出して第２のＹ座標値として前記ロボット座標系における前記位置決定用治具のＹ座標値を求め、
前記第１のＸ座標値と前記第２のＹ座標値とによって前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標が表されるとして前記ロボットの教示を行うロボット制御装置。 (9) A robot control device that controls a robot having a hand and disposed inside a working area, and automatically teaches the robot a position of a stage center of a stage connected to the working area via a connection part that is an opening, the robot control device comprising:
an XY coordinate system is defined with a direction from inside the working area toward the center of the stage via the connection part as a Y direction and a direction perpendicular to the Y direction as an X direction, the XY coordinate system is a robot coordinate system, and a cylindrical positioning jig is disposed inside the stage at a position whose relative positional relationship with the center of the stage is known;
the hand is caused to enter the stage and approach the positioning jig from three different directions, the hand is caused to contactlessly detect the positioning jig using a sensor provided on the hand, and coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system, which are composed of a first X coordinate value and a first Y coordinate value, are calculated;
moving the hand along the Y direction to approach the positioning jig, detecting the positioning jig in a non-contact manner with the sensor, and determining a Y coordinate value of the positioning jig in the robot coordinate system as a second Y coordinate value;
A robot control device that teaches the robot by assuming that the coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system are represented by the first X coordinate value and the second Y coordinate value.

１…ロボット；５…作業領域；１０…基台；１１…第１アーム；１２…第２アーム；１３…第３アーム；１４…ハンド；１５…昇降筒；２０…フォーク部；２１～２４…モータ；２５…スルービームセンサ；２６…発光部；２７…受光部；２８…光路；３０…ロボット制御装置；５０…ワーク；５１…カセット；５２…ステージ；５３…ワーク配置位置；６１，６２…位置決定用治具；Ｃ…ステージ中心；Ｏ…治具中心。 1...Robot; 5...Working area; 10...Base; 11...First arm; 12...Second arm; 13...Third arm; 14...Hand; 15...Lifting cylinder; 20...Fork section; 21-24...Motor; 25...Through beam sensor; 26...Light emitter; 27...Light receiver; 28...Optical path; 30...Robot control device; 50...Work; 51...Cassette; 52...Stage; 53...Work placement position; 61, 62...Positioning jig; C...Stage center; O...Jig center.

Claims (9)

ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットに対し、開口である接続部を介して前記作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を自動的に教示する自動教示方法であって、
前記作業領域の内部から前記接続部を介して前記ステージ中心に向かう方向をＹ方向とし前記Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系を定め、前記ＸＹ座標系をロボット座標系とし、
前記ステージの内部において前記ステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具を配置する工程と、
前記ハンドを前記ステージの内部に進入させて異なる３つの方向から前記ハンドを前記位置決定用治具に接近させ、前記ハンドに設けられたセンサによって前記位置決定用治具を非接触で検出し、第１のＸ座標値及び第１のＹ座標値からなる前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標を算出する第１の位置決定工程と、
前記Ｙ方向に沿って前記ハンドを移動させて前記位置決定用治具に接近させ、前記センサによって前記位置決定用治具を非接触で検出して第２のＹ座標値として前記ロボット座標系における前記位置決定用治具のＹ座標値を求める第２の位置決定工程と、
を有し、
前記ロボットの教示において前記第１のＸ座標値と前記第２のＹ座標値とを前記位置決定用治具の座標として用いる、自動教示方法。 1. An automatic teaching method for automatically teaching a position of a stage center of a stage connected to a working area via a connection part that is an opening to a robot having a hand and disposed inside the working area, comprising:
An XY coordinate system is defined with a direction from inside the working area toward the center of the stage via the connection part as a Y direction and a direction perpendicular to the Y direction as an X direction, and the XY coordinate system is defined as a robot coordinate system;
placing a cylindrical positioning jig at a position inside the stage whose relative positional relationship with a center of the stage is known;
a first position determination step of: causing the hand to enter inside the stage and approach the position determination jig from three different directions; detecting the position determination jig in a non-contact manner using a sensor provided on the hand; and calculating coordinates of the position determination jig in the robot coordinate system, which are composed of a first X coordinate value and a first Y coordinate value;
a second positioning step of moving the hand along the Y direction to approach the positioning jig, detecting the positioning jig in a non-contact manner using the sensor, and determining a Y coordinate value of the positioning jig in the robot coordinate system as a second Y coordinate value;
having
the first X coordinate value and the second Y coordinate value are used as coordinates of the positioning jig in teaching the robot. 前記ロボットは水平多関節ロボットであって、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向はいずれも水平面内での方向である、請求項１に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to claim 1, wherein the robot is a horizontal articulated robot, and the X direction and the Y direction are both directions within a horizontal plane. 前記第１の位置決定工程において、前記水平面内で前記ハンドを移動させる、請求項２に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to claim 2, wherein the hand is moved within the horizontal plane in the first position determination step. 前記Ｙ方向は、前記接続部の位置において前記作業領域の壁面に垂直な方向である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to any one of claims 1 to 3, wherein the Y direction is a direction perpendicular to the wall surface of the working area at the position of the connection part. 前記第２の位置決定工程を繰り返して実行して前記第２のＹ座標値の平均値を求め、前記平均値を前記第２のＹ座標値として前記ロボットの教示に用いる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to any one of claims 1 to 3, wherein the second position determination step is repeatedly performed to obtain an average value of the second Y coordinate value, and the average value is used as the second Y coordinate value for teaching the robot. 前記ハンドを前記Ｙ方向に沿って動かすときの前記ハンドの前記Ｘ方向での位置を変えながら、前記第２の位置決定工程を繰り返し実行する、請求項５に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to claim 5, wherein the second position determination step is repeatedly performed while changing the position of the hand in the X direction when the hand is moved along the Y direction. 前記第１の位置決定工程で使用する前記異なる３つの方向に前記Ｙ方向が含まれ、前記第１の位置決定工程において前記ハンドを前記Ｙ方向に沿って動かしたときに得られた前記ロボット座標系における前記位置決定用治具のＹ座標値を前記第２のＹ座標値として前記ロボットの教示に用いる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to any one of claims 1 to 3, wherein the three different directions used in the first positioning step include the Y direction, and the Y coordinate value of the positioning jig in the robot coordinate system obtained when the hand is moved along the Y direction in the first positioning step is used as the second Y coordinate value for teaching the robot. 前記センサはスルービームセンサである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor is a through beam sensor. ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットを制御し、開口である接続部を介して前記作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を前記ロボットに対して自動的に教示するロボット制御装置であって、
前記作業領域の内部から前記接続部を介して前記ステージ中心に向かう方向をＹ方向とし前記Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系が定められ、前記ＸＹ座標系がロボット座標系であり、前記ステージの内部において前記ステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具が配置されているときに、
前記ハンドを前記ステージの内部に進入させて異なる３つの方向から前記ハンドを前記位置決定用治具に接近させ、前記ハンドに設けられたセンサによって前記位置決定用治具を非接触で検出し、第１のＸ座標値及び第１のＹ座標値からなる前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標を算出し、
前記Ｙ方向に沿って前記ハンドを移動させて前記位置決定用治具に接近させ、前記センサによって前記位置決定用治具を非接触で検出して第２のＹ座標値として前記ロボット座標系における前記位置決定用治具のＹ座標値を求め、
前記第１のＸ座標値と前記第２のＹ座標値とによって前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標が表されるとして前記ロボットの教示を行うロボット制御装置。 A robot control device that controls a robot having a hand and disposed inside a working area, and automatically teaches the robot a position of a stage center of a stage connected to the working area via a connection part that is an opening,
an XY coordinate system is defined with a direction from inside the working area toward the center of the stage via the connection part as a Y direction and a direction perpendicular to the Y direction as an X direction, the XY coordinate system is a robot coordinate system, and a cylindrical positioning jig is disposed inside the stage at a position whose relative positional relationship with the center of the stage is known;
the hand is caused to enter the stage and approach the positioning jig from three different directions, the hand is caused to contactlessly detect the positioning jig using a sensor provided on the hand, and coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system, which are composed of a first X coordinate value and a first Y coordinate value, are calculated;
moving the hand along the Y direction to approach the positioning jig, detecting the positioning jig in a non-contact manner with the sensor, and determining a Y coordinate value of the positioning jig in the robot coordinate system as a second Y coordinate value;
A robot control device that teaches the robot by assuming that the coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system are represented by the first X coordinate value and the second Y coordinate value.

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