特許 6984711 ロボット位置校正システム、ロボット位置校正方法およびロボット位置校正プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6984711

(24)【登録日】2021年11月29日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】ロボット位置校正システム、ロボット位置校正方法およびロボット位置校正プログラム

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/10 20060101AFI20211213BHJP

   H01L 21/68 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   B25J9/10 A

   H01L21/68 F

【請求項の数】7

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2020-177294(P2020-177294)

(22)【出願日】2020年10月22日

【審査請求日】2021年4月9日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129012

【弁理士】

【氏名又は名称】元山 雅史

(72)【発明者】

【氏名】清田 勇祐

(72)【発明者】

【氏名】森 祐一郎

(72)【発明者】

【氏名】西堀 成紀

【審査官】 岩▲崎▼ 優

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１５３８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０８０００５２２（ＣＮ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１４５０８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２６０１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０２０／０２５４６２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−１２４５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１２５２０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第５１７７５６３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００−２１／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットのアームと前記ロボットが設置された作業空間とのいずれか一方に設けられ、基準面内で互いに離れた２つの計測対象物と、
前記アームと前記作業空間との他方に設けられ、前記２つの計測対象物を計測するセンサと、
前記ロボットの前記アームを駆動制御する制御器と、
を備え、
前記制御器は、
前記アームを駆動することで、前記センサを前記２つの計測対象物に対して前記基準面内で一方向に相対的に直線的に移動させ、
前記センサが前記２つの計測対象物をそれぞれ計測したときの前記一方向における前記アームの２つの位置を取得し、
取得された前記２つの位置から得られる前記２つの計測対象物間の前記基準面内での前記一方向における計測距離と、前記２つの計測対象物間の前記基準面内での実距離とに基づいて、前記ロボットの前記基準面内での角度ズレ量を計測する、
ロボット位置校正システム。

【請求項2】

前記センサは、超音波または光の計測媒体を射出し、前記計測媒体の前記計測対象物での反射に基づいて前記計測対象物を計測し、
前記制御器は、前記センサを前記計測対象物に対して相対的に移動させる際に、前記計測媒体の射出方向が前記アームの移動方向と前記基準面内で直交するように前記アームを移動させる、
請求項１に記載のロボット位置校正システム。

【請求項3】

前記制御器は、
計測された前記角度ズレ量が相殺されるようにロボット座標系を補正し、
補正後の前記ロボット座標系における前記アームの位置を制御しながら前記アームを駆動することで、前記センサを前記２つの計測対象物に対して相対的に移動させ、
前記センサが前記２つの計測対象物のいずれかを計測したときの前記アームの位置を取得し、
取得された前記位置と、当該計測対象物の実位置とに基づいて、前記ロボットの前記基準面内における位置ズレ量を計測する、
請求項１または２に記載のロボット位置校正システム。

【請求項4】

前記制御器は、
前記アームを駆動することで、前記センサを前記２つの計測対象物に対して前記基準面の法線方向に相対的に移動させ、
前記センサが前記計測対象物のいずれかを計測したときの前記アームの位置を取得し、
取得された前記位置と、当該計測対象物の実位置とに基づいて、前記ロボットの前記法線方向における位置ズレ量を計測する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のロボット位置校正システム。

【請求項5】

前記センサが前記アームに取り付けられ、前記２つの計測対象物が前記作業空間内に設けられており、
前記２つの計測対象物が前記作業空間内に設置されている装置の構成部品である、
請求項１から４のいずれか１項に記載のロボット位置校正システム。

【請求項6】

ロボットのアームと、前記ロボットが設置された作業空間とのいずれか一方に設けられ、基準面内で互いに離れた２つの計測対象物と、
前記アームと前記作業空間との他方に設けられ、前記２つの計測対象物を計測するセンサと、を備えるロボット位置校正システムにおいて用いられるロボット位置校正方法であって、
前記アームを駆動することで、前記センサを前記２つの計測対象物に対して前記基準面内で一方向に相対的に直線的に移動させることと、
前記センサが前記２つの計測対象物をそれぞれ計測したときの前記一方向における前記アームの２つの位置を取得することと、
取得された前記２つの位置から得られる前記２つの計測対象物間の前記基準面内での前記一方向における計測距離と、前記２つの計測対象物間の前記基準面内での実距離とに基づいて、前記ロボットの前記基準面内での角度ズレ量を計測することと、
を備えるロボット位置校正方法。

【請求項7】

請求項６に記載のロボット位置校正方法をコンピュータに実行させる、
ロボット位置校正プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ティーチング時に好適に適用されるロボット位置校正システム、ロボット位置校正方法およびロボット位置校正プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットが作業空間内に設置された後、ロボットを実稼働させる前に、教示点を設定する教示作業が行われる。実稼働では、エンドエフェクタがロボット座標系内に設定された複数の教示点に順次位置付けられるようにロボットの制御器がアームの動作を制御し、ロボットに作業空間内で所要の作業を行わせる。
ここで、ロボットの組立て誤差あるいは据付け誤差に起因して、ロボット座標系が設計値からズレた状態で、ロボットが作業空間内に設置されることがある。よって、教示作業には、ロボット座標系ひいては教示点を校正する校正作業が付帯する。校正作業は、ロボットの作業空間への新規納入時だけでなく、ロボットのメンテナンス作業後にも生じ得る。従来、校正作業を自動化し、教示作業の省力化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

特許文献１では、３以上のエッジを有する教示専用の治具が作業空間内に設置されている。他方、ロボットは、その先端部にて、非接触変位センサを有した検出用治具を把持している。非接触変位センサを教示用治具と上下方向に対向させた状態で、非接触変位センサを回転させることで、３以上のエッジが非接触変位センサで計測される。この計測結果に基づいて、ロボット座標系の水平面内における位置ズレ量と角度ズレ量とが計測される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６２３２４０９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記手法では、３点以上の計測を必要とし、計測のためのロボットの操作が煩雑である。
そこで本発明は、簡単なロボットの操作で簡単なシステム構成で、ロボットの位置を校正可能なシステム、方法およびプログラムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態に係るロボット位置校正システムは、２つの計測対象物と、センサと、制御器とを備えている。２つの計測対象物は、ロボットのアームと、ロボットが設置された作業空間とのいずれか一方に設けられ、基準面内で互いに離れている。センサは、アームと作業空間との他方に設けられ、２つの計測対象物を計測する。制御器は、ロボットのアームを駆動制御する。制御器は、アームを駆動することで、センサを２つの計測対象物に対して相対的に移動させ、センサが２つの計測対象物をそれぞれ計測したときのアームの２つの位置を取得し、取得された２つの位置から得られる２つの計測対象物間の基準面内での計測距離と、２つの計測対象物間の基準面内での実距離とに基づいて、ロボットの基準面内での角度ズレ量を計測する。

【0007】

ここで、ロボット座標系は、三次元直交座標系（ＸｒＹｒＺｒ座標系）を含み、そのうちの２軸（Ｘｒ軸、Ｙｒ軸）が基準面を形成する。ロボットが設置される作業空間の装置座標系は、三次元直交座標系（ＸＹＺ座標系）を含み、そのうち２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）が基準面を形成する。つまり、ロボット座標系の３軸のうち基準面法線に沿って延びる軸（Ｚｒ軸）が装置座標系において対応する軸（Ｚ軸）と平行または同軸状となるように、ロボットが作業空間内に設置される。

【0008】

ロボットが据付け誤差等により設計値に対してズレた状態で作業空間内に設置されると、ロボット座標系が、装置座標系に対し、あるいは想定されているロボット座標系の配置に対し、基準面内での角度ズレ（Ｚｒ軸周りの角度ズレ）、基準面内での位置ズレ（Ｘｒ方向およびＹｒ方向の位置ズレ）あるいは基準面法線方向の位置ズレ（Ｚｒ方向の位置ズレ）を生じる。なお、基準面は、典型的には水平面である。その場合、基準面内での角度ズレ量は、水平面内での角度ズレ量（鉛直軸周りの角度ズレ量）である。

【0009】

上記構成によれば、このような角度ズレ量を計測することができ、ロボット座標系の校正作業を自動化することができる。
すなわち、制御器によるアームの駆動制御により、センサが２つの計測対象物に対して相対的に移動すると、その過程で計測対象物がセンサで計測される。計測されたときのアームの２つの位置から、基準面内での計測対象物間の距離が計測される。この計測距離は、同じ基準面内での実距離と比較される。上記のとおり、Ｚｒ軸がＺ軸と一致するようにロボットが設置されていれば、制御器が基準面内での距離を計測することも、基準面内での実距離を予め把握しておくことも、どちらも容易である。

【0010】

この計測距離と実距離との違いは、基準面内での角度ズレ量に起因する。距離の相違は、角度ズレ量と幾何学的に相関する（図１１を参照）。よって、２つの計測対象物を計測するという単純なロボットの操作で、基準面内の角度ズレ量を計測することができる。
制御器は、センサを計測対象物に対して相対的に移動させる際に、アームを基準面内で一方向に直線的に移動させてもよい。

【0011】

アームが一方向に直線的に移動すれば、当該一方向における位置座標の差分がそのまま計測距離となる。上記構成によれば、演算負荷を減らして、計測する回数を減らして、角度ズレ量を計測することができる。
センサは、超音波または光の計測媒体を射出し、計測媒体の計測対象物での反射に基づいて計測対象物を計測してもよい。制御器は、センサを計測対象物に対して相対的に移動させる際に、計測媒体の射出方向がアームの移動方向と基準面内で直交するようにアームを移動させてもよい。

【0012】

計測媒体の射出方向がアームの移動方向に直交していれば、計測媒体の射出方向のアームの移動方向に対するズレを考慮する必要がない。計測する計測対象物の数を減らして、計測する回数を減らして、ズレ量を計測することができる。
制御器は、計測された角度ズレ量が相殺されるようにロボット座標系を補正し、補正後のロボット座標系におけるアームの位置を制御しながらアームを駆動することで、センサを２つの計測対象物に対して相対的に移動させ、センサが２つの計測対象物のいずれかを計測したときのアームの位置を取得し、取得された位置と当該計測対象物の実位置とに基づいてロボットの基準面内における位置ズレ量を計測してもよい。

【0013】

基準面内での角度ズレが相殺された状況下では、基準面内での計測位置と実位置との違いは、基準面内での位置ズレ量に起因する。上記構成によれば、１つの計測対象物を計測する単純なロボットの操作で位置ズレ量も計測することができる。
制御器は、アームを駆動することで、センサを２つの計測対象物に対して基準面の法線方向に相対的に移動させ、センサが計測対象物のいずれかを計測したときのアームの位置を取得し、取得された位置と当該計測対象物の実位置とに基づいて、ロボットの法線方向における位置ズレ量を計測してもよい。

【0014】

上記構成によれば、簡単なロボットの操作で、基準面の法線方向における位置ズレ量も計測することができる。
センサがアームに取り付けられ、２つの計測対象物が作業空間内に設けられており、２つの計測対象物が作業空間内に設置されている装置の構成部品であってもよい。
上記構成によれば、別途専用の計測治具を設けなくても、ロボットの位置を校正することができる。システム構成を簡素化することができる。

【0015】

本発明の一形態に係るロボット位置校正方法は、ロボットのアームと、ロボットが設置された作業空間とのいずれか一方に設けられ、基準面内で互いに離れた２つの計測対象物と、アームと作業空間との他方に設けられ、２つの計測対象物を計測するセンサとを備えるロボット位置校正システムにおいて用いられる。ロボット位置校正方法は、アームを駆動することで、センサを２つの計測対象物に対して相対的に移動させることと、センサが２つの計測対象物をそれぞれ計測したときのアームの２つの位置を取得することと、取得された２つの位置から得られる２つの計測対象物間の基準面内での計測距離と、２つの計測対象物間の基準面内での実距離とに基づいて、ロボットの基準面内での角度ズレ量を計測することと、を備える。

【0016】

本発明の一形態に係るロボット位置校正プログラムは、上記ロボット位置校正方法をコンピュータに実行させる。
上記方法およびプログラムは、前述したロボット位置校正システムと対応する技術的特徴を具備しており、前述したロボット位置校正システムと同様の作用効果を奏する。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、簡単なロボットの操作で簡単なシステム構成で、ロボットの位置を校正することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係るロボット校正システムが適用される半導体処理設備の平面図である。

【図2】図１に示される状態におけるロボットの正面図である。

【図3】本発明の実施形態に係るロボット位置校正システムの平面図であって、基準面校正処理の実行中の状態を示す平面図である。

【図4】図３に示される状態におけるロボット位置校正システムの正面図である。

【図5】本発明の実施形態に係るロボット位置校正システムを示すブロック図である。

【図6】本発明の実施形態に係るロボット位置校正方法を示すフローチャートである。

【図7】ロボット座標系の装置座標系に対する基準面内におけるズレの説明図である。

【図8】図６に示される基準面校正処理を示すフローチャートである。

【図9】角度校正処理の作用図である。（Ａ）がセンサの計測対象物に対する相対移動範囲の一例を示し、（Ｂ）が第１計測対象物を計測した時点を示し、（Ｃ）が第２計測対象物を計測した時点を示す。

【図10】アームのＸｒ方向位置に対するセンサの入力の関係を示すグラフである。

【図11】角度校正処理の説明図である。

【図12】角度校正処理後のロボット座標系の補正処理の説明図である。

【図13】位置校正処理の説明図である。

【図14】図６に示される法線校正処理を示すフローチャートである。

【図15】本発明の実施形態に係るロボット位置校正システムの平面図であって、法線校正処理の実行中の状態を示す平面図である。

【図16】図１３に示される状態におけるロボット位置校正システムの正面図である。

【図17】法線校正処理の説明図である。

【図18】変形例に係るロボット座標系の装置座標系に対する基準面内におけるズレの説明図である。

【図19】変形例に係るロボット位置校正システムの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
（ロボット）
図１および図２は、本発明の実施形態に係るロボット位置校正システム１００が適用される半導体製造設備１を示す。半導体製造設備１では、クリーン環境に保たれた作業空間２が形成され、円盤状の半導体ウェハＷが作業空間２内で搬送および製造される。半導体製造設備１は、１以上のロボット３および複数の載置部４（図は１つのみ示す）を備えており、これらが作業空間２内に配置されている。

【0020】

載置部４は、半導体ウェハＷを載置する機能を有していれば、どのようなものであってもよい。載置部４は、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）等の半導体ウェハＷを収容する容器によって実現されてもよい。載置部４は、半導体ウェハＷを位置決めするアライナによって実現されてもよい。載置部４は、半導体製造プロセスの各種工程（洗浄、成膜、露光など）を実施する処理装置によって実現されてもよい。載置部４は、容器と処理装置との間のインタフェースであるロードポートによって実現されてもよい。

【0021】

図示例では、載置部４が、作業空間２の床面に設置された基台５と、基台５の上面に設けられた複数のピン６とによって構成されている。複数のピン６は、基台５の上面から互いに同じ距離だけ上方に突出している。複数のピン６は、載置部４の中心軸Ｃ４を中心として周方向に互いに等間隔をおいて配置されている。半導体ウェハＷは、複数のピン６に載置され、この載置部４によって水平姿勢で支持される。

【0022】

ロボット３は、作業空間２内で、ある載置部４から別の載置部４へと半導体ウェハＷを搬送する。ロボット３は、基台１０およびアーム１１を備えている。基台１０は、作業空間２の床面にスペーサ１５を介して設置されている。
アーム１１は、基台１０に対して伸縮する昇降軸１２、昇降軸１２から順次に連結された複数のリンク１３ａ，１３ｂ、および、これらリンク１３ａ，１３ｂの先端部に取り付けられたハンド１４を有する。ハンド１４は、半導体ウェハＷを解放可能に保持する。

【0023】

本書では、複数のリンク１３ａ，１３ｂのみではなく、エンドエフェクタであるハンド１４も、「アーム１１」の一部を構成する。複数のリンク１３ａ，１３ｂは狭義のアームであり、昇降軸１２および複数のリンク１３ａ，１３ｂは、エンドエフェクタであるハンド１４を変位させるエフェクタ移動機構である。
ロボット３は、一例として、２リンク式の水平多関節ロボットである。アーム１１は、第１リンク１３ａおよび第２リンク１３ｂを有している。第１リンク１３ａの基端部は、昇降軸１２の上端部に対して第１回転軸Ａ１周りに回転可能に連結されている。第２リンク１３ｂの基端部は、第１リンク１３ａの先端部に対して第２回転軸Ａ２周りに回転可能に連結されている。ハンド１４は、第２リンク１３ｂの先端部（リンク群の全体としての先端部）に対して第３回転軸Ａ３周りに回転可能に連結されている。

【0024】

昇降軸１２、第１リンク１３ａ、第２リンク１３ｂおよびハンド１４は、基台１０からこの順で重ねられており、回転軸Ａ１〜Ａ３が互いに平行である。ロボット据付け時のスペーサ１５における傾き調整の結果として、昇降軸１２および回転軸Ａ１〜Ａ３は、鉛直に向けられる。
ロボット３は、昇降軸１２を伸縮させる昇降アクチュエータ２０、第１リンク１３ａを第１回転軸Ａ１周りに回転させる第１回転アクチュエータ２１、第２リンク１３ｂを第２回転軸Ａ２周りに回転させる第２回転アクチュエータ２２、および、ハンド１４を第３回転軸Ａ３周りに回転させる第３回転アクチュエータ２３を備えている。昇降アクチュエータ２０が動作すると、昇降軸１２の伸縮動作に応じてハンド１４が鉛直方向に変位する。回転アクチュエータ２１〜２３が動作すると、リンク１３ａ，１３ｂおよびハンド１４の回転動作に応じてハンド１４が水平面内で変位する。

【0025】

各アクチュエータ２０〜２３は、一例として、電気モータによって構成される。昇降アクチュエータ２０により発生される回転を昇降軸１２の並進に変換するため、ロボット３は、ボールねじ機構のような運動変換機構を備えていてもよい。
ハンド１４の形状も保持の形式も、特に限定されない。図１および図２に例示されるように、ハンド１４は、薄板材で構成され、平面視でＵ字状あるいはＹ字状に形成される。ハンド１４は、基端部１６と、基端部１６から延びる一対の先端部１７とを有する。ハンド１４は、平面視でハンド中心線Ｃ１４を基準に線対称に形成されている。基端部１６は、リンク群の先端部に回転可能に連結される。

【0026】

ハンド１４は、半導体ウェハＷを吸着機構で吸着し、あるいは、チャック機構で機械的に把持するように構成されている。本実施形態では、保持のための機構の一例として、吸着部１８が、一対の先端部１７それぞれの下面に設けられている。この他、半導体ウェハＷを把持する複数のチャック部が、ハンド１４の上面に設けられていてもよい。ロボット３は、チャック部や吸着部１８のような保持機構を動作させる保持アクチュエータ２４（図５を参照）を備える。

【0027】

ロボット３の実稼働時における、載置部４からハンド１４への半導体ウェハＷの移載について説明する。半導体ウェハＷは、その中心が載置部４の中心軸Ｃ４上に位置する状態で、載置部４に載置されている。まず、空状態のハンド１４が、載置部４の上方に位置づけられる。このとき、ハンド中心線Ｃ１４上の基準点が、平面視で載置部４の中心軸Ｃ４と重ねられる。次に、ハンド１４と半導体ウェハＷとの間のクリアランスが所定値になるまで、ハンド１４を下降させる。次に、保持アクチュエータ２４（図５を参照）を動作させる。これにより、半導体ウェハＷがピン６から離れ、ハンド１４が半導体ウェハＷを保持する（図２はこのタイミングを示す）。保持状態では、半導体ウェハＷの中心がハンド１４の基準点と平面視で重なる。ハンド１４を移動させることで、半導体ウェハＷが作業空間２内で搬送される。

【0028】

ハンド１４から載置部４への半導体ウェハＷの移載も上記同様である。まず、保持状態のハンド１４が、載置部４の上方に位置づけられる。このとき、ハンド中心線Ｃ１４上の基準点ひいては半導体ウェハＷの中心が、平面視で載置部４の中心軸Ｃ４と重ねられる。次に、半導体ウェハＷとピン６との間のクリアランスが所定値になるまで、ハンド１４を下降させる（図２はこのタイミングを示す）。次に、保持アクチュエータ２４（図５を参照）を停止させる。これにより、半導体ウェハＷは、ハンド１４から解放され、その中心が載置部４の中心軸Ｃ４上に位置する状態で載置部４に載置される。なお、ハンド１４は半導体ウェハＷを下から掬い上げて保持してもよい。

【0029】

ハンド１４は、ロボット座標系ＣＳｒ内に予め設定された複数の教示点に順次位置付けられるようアクチュエータ２０〜２３の動作を制御することにより、上記のように作業空間２内で移動する。
ロボット座標系ＣＳｒは、ロボット３に原点が置かれた座標系である。ロボット座標系ＣＳｒは、三次元直交座標系および三次元極座標系の両方を含むが、本書では特段断らない限り、三次元直交座標系として説明する。原点は、アーム１１の動作に関わらず不動の基台１０に設定されている。ロボット座標系ＣＳｒは、互いに直交するＸｒ軸、Ｙｒ軸およびＺｒ軸で構成されている。

【0030】

一方、半導体製造設備１には、装置座標系ＣＳ１が設定されている。装置座標系ＣＳ１は、作業空間２の任意の位置（例えば、床面）に原点が置かれた三次元直交座標系であり、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸で構成されている。Ｘ軸およびＹ軸は水平面を形成し、Ｚ軸は鉛直に延びる。
ロボット座標系ＣＳｒのＸｒ軸およびＹｒ軸は基準面ＲＳを形成し、Ｚｒ軸は基準面ＲＳの法線に沿って延びる。回転軸Ａ１〜Ａ３は、Ｚｒ軸に平行である。前述したとおり、スペーサ１５を利用した据付けにより、基準面ＲＳが水平面を成してＺｒ軸が鉛直に延びる姿勢で、ロボット３は設置される。本実施形態では、Ｚｒ軸がＺ軸と平行である。

【0031】

しかし、ロボット３が、設計値に対し、基準面ＲＳ内で位置ズレした状態（Ｘｒ方向またはＹｒ方向に位置ズレした状態）で、基準面ＲＳの法線周りに角度ズレした状態（Ｚｒ軸周りに角度ズレした状態）で、あるいは法線方向に位置ズレした状態（Ｚｒ方向に位置ズレした状態）で、作業空間２に設置されることがある。これにより、ロボット座標系ＣＳｒと装置座標系ＣＳ１との間の位置関係も設計値からズレる。このようなロボット座標系ＣＳｒ内に設定された教示点が参照されると、ハンド１４の位置を半導体製造設備１の構成装置（載置部４等）に対して精密に制御できず、半導体ウェハＷの位置を精密に制御できない。

【0032】

以下では、ロボット座標系ＣＳｒの装置座標系ＣＳ１に対するＸｒ方向の距離の設計値を「ａｘ０」とし、Ｙｒ方向の距離の設計値を「ａｙ０」とし、Ｘｒ方向における設計値ａｘ０に対するズレ量を「Δｘ」とし、Ｙｒ方向における設計値ａｙ０に対するズレ量を「Δｙ」とし、Ｚｒ軸周りの角度の設計値を「Θ０」とし、Ｚｒ軸周りの角度の設計値Θ０に対するズレ量を「ΔΘ」とする（図７、図１８を参照）。本実施形態では、角度の設計値Θ０が０度であり、理想状態において、Ｘｒ軸がＸ軸と平行であり、Ｙｒ軸がＹ軸と平行である。そのため、角度ズレ量ΔΘは、Ｘｒ軸とＸ軸とが成す角、あるいは、Ｙｒ軸とＹ軸とが成す角である。また、Ｚｒ方向の距離の設計値を「ａｚ０」とし、Ｚｒ方向における設計値ａｚ０に対するズレ量を「Δｚ」とする（図１６を参照）。

【0033】

（ロボット位置校正システム）
図３〜図５は、本実施形態に係るロボット位置校正システム１００を示す。ロボット位置校正システム１００は、上記のような半導体製造設備１に好適に適用され、ロボット座標系ＣＳｒの装置座標系ＣＳ１に対する（あるいは設計値に対する）ズレ量Δｘ，Δｙ，ΔΘ，Δｚ（図７、図１６を参照）を計測する。この計測は、ロボット３の作業空間２への新規納入時やロボット３のメンテナンス作業後など、ロボット３の実稼働の前にロボット座標系ＣＳｒを校正するために実行される。

【0034】

図３〜図５に示すように、ロボット位置校正システム１００は、２つの計測対象物５１，５２、センサ４５、制御器３０およびエンコーダ４０〜４３を備えている。制御器３０およびエンコーダ４０〜４３は、ロボット３の実稼働時にも利用される。ロボット位置校正システム１００は、ハンド１４が空の状態で動作し、保持アクチュエータ２４および吸着部１８は当該システム１００では利用されない。

【0035】

図３および図４を参照して、２つの計測対象物５１，５２は、ロボット３のアーム１１と作業空間２とのいずれか一方に設けられる。センサ４５は、その他方に設けられる。前述したとおり、「アーム１１」は、リンク１３ａ，１３ｂのほかハンド１４を含む。「作業空間２に設けられる」とは、作業空間２内におけるアーム１１以外の任意の位置に設けられることをいう。

【0036】

本実施形態では、２つの計測対象物５１，５２は、作業空間２内に設置されたロボット３以外の装置の構成部品であり、一例として、載置部４のピン６である。本実施形態では、載置部４がピン６を３つ備えるが、そのうちの２つがロボット位置校正システム１００において計測対象物５１，５２として兼用される。
センサ４５は、ロボット３のアーム１１、より詳しくはハンド１４に設けられている。本実施形態では、ハンド１４が半導体ウェハＷをその下面で保持する。センサ４５は、その反対側である上面に着脱可能に取り付けられている。センサ４５は、実稼働時にも利用されてもよいし、本実施形態のように実稼働時には取り外されてもよい（図１を参照）。

【0037】

センサ４５は、超音波あるいは光を計測媒体Ｌとして射出する出力部（不図示）と、計測対象物５１，５２で反射された計測媒体Ｌを入力する入力部（不図示）とを有する。センサ４５は、計測対象物５１，５２での計測媒体Ｌの反射に基づき計測対象物５１，５２を計測する。計測内容に関し、センサ４５は、計測媒体Ｌの射出方向に計測対象物５１，５２が存在することのみを検出してもよく、センサ４５から計測対象物５１，５２までの射出方向における距離を検出してもよい。このように、センサ４５は、超音波センサあるいは光電センサによって実現され、存否検知の機能だけでなく測距あるいは変位検知の機能を有していてもよい。

【0038】

本実施形態では、一例として、センサ４５は、計測媒体Ｌをハンド中心線Ｃ１４と平行に射出する。この「平行」は、本実施形態のように、平面視で計測媒体Ｌがハンド中心線Ｃ１４と重なる場合も含む。ただし、これは一例であり、計測媒体Ｌは、ハンド中心線Ｃ１と平面視でズレた位置でハンド中心線Ｃ１４と平行に射出されてもよく、また、計測媒体Ｌは、ハンド中心線Ｃ１に対して傾斜する方向に射出されてもよい。

【0039】

計測対象物５１，５２は、センサ４５によって計測されやすいことを求められる。載置部４のピン６は、平坦な基台５の上面から突出し、その周囲は、半導体ウェハＷの載置のために広く開放されている。そのため、センサ４５がピン６の周囲に計測媒体Ｌを射出したときに、ピン６以外のものを計測対象物５１，５２として誤検出するのを抑制することができる。よって、ピン６は、計測対象物５１，５２として好適に兼用される。

【0040】

図５を参照して、制御器３０は、ＣＰＵ３１、メモリ３２および入出力インタフェース３３を有しており、これらは通信バスを介して相互接続されている。
入出力インタフェース３３は、アクチュエータ２０〜２４、エンコーダ４０〜４３およびセンサ４５と接続されている。エンコーダ４０〜４３は、アクチュエータ２０〜２３に対応して設けられており、対応するアクチュエータ２０〜２３の動作位置（例えば、電気モータの回転位置）を検出する。

【0041】

ＣＰＵ３１は、メモリ３２に記憶される作業プログラム３４に従ってアクチュエータ２０〜２４の動作を制御する。これにより、ロボット３が作業空間２内で所要の作業を行うことができ、半導体製造設備１を実稼働させることができる。作業プログラム３４には、実稼働前に設定された教示点が含まれている。ＣＰＵ３１は、エンコーダ４０〜４３で検出されるアクチュエータ２０〜２３の動作位置からアーム１１の位置および姿勢を逆変換処理によって導出し、導出された位置および姿勢をフィードバックしてアーム１１を移動させる。このように、エンコーダ４０〜４３は、アーム１１の位置を検出するアーム位置検出器の一例である。

【0042】

ＣＰＵ３１は、メモリ３２に記憶されるロボット位置校正プログラム３５に従ってアクチュエータ２０〜２３の動作を制御し、アーム１１を駆動制御する。アーム１１の駆動制御に際しては、上記と同様にして、エンコーダ４０〜４３で検出されるアクチュエータ２０〜２３の動作位置からアーム１１の位置および姿勢が導出され、導出された位置および姿勢がフィードバックされる。ロボット位置校正プログラム３５では、センサ４５の計測結果が参照され、また、エンコーダ４０〜４３の検出結果に基づき導出されたアーム１１の位置が参照される。

【0043】

メモリ３２は、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置で構成されている。作業プログラム３４およびロボット位置校正プログラム３５のほか、これらプログラム３４，３５に従って実行される処理に必要な情報あるいはデータを一時的に記憶する。
メモリ３２は、少なくともロボット位置校正プログラム３５での参照のため、装置設計データ３６を記憶している。装置設計データ３６は、作業空間２内に設置された様々な装置の位置あるいは寸法を示す。

【0044】

本実施形態では、２つの計測対象物５１，５２が作業空間２内に設けられている。装置設計データ３６は、装置座標系ＣＳ１で定義された２つの計測対象物５１，５２の位置を示す座標値（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を、２つの計測対象物５１，５２の実位置を示す情報として含む。装置設計データ３６は、２つの計測対象物５１，５２の間の実距離を示す情報を含んでいてもよい。実距離には、２つの計測対象物５１，５２の間の直線距離のほか、Ｘ成分の距離（ｘ２−ｘ１）およびＹ成分の距離（ｙ２−ｙ１）も含まれる。更に、装置設計データ３６は、ロボット座標系ＣＳｒの原点と装置座標系ＣＳ１の原点との間のＸｒ方向、Ｙｒ方向およびＺｒ方向それぞれにおける距離の設計値ａｘ０，ａｙ０，ａｚ０を示すデータを含む。装置設計データ３６は、ロボット座標系ＣＳｒの装置座標系ＣＳ１に対するＺｒ軸周りの角度の設計値Θ０を示すデータを含む。

【0045】

ロボット位置校正プログラム３５は、ロボット位置校正システム１００において用いられるロボット位置校正方法をコンピュータに実行させる。ＣＰＵ３１あるいはこれを備える制御器３０は、このようなコンピュータの一例である。本実施形態では、ロボット位置校正プログラム３５が、実稼働時にロボット３の動作を制御する制御器３０に記憶されているが、このような制御器３０と通信可能に接続された別のコンピュータに記憶されていてもよい。

【0046】

（ロボット位置校正方法）
図６は、本発明の実施形態に係るロボット位置校正方法を示す。ロボット位置校正方法は、基準面校正処理Ｓ１０および法線校正処理Ｓ４０を備えている。基準面校正処理Ｓ１０は、角度校正処理Ｓ２０および位置校正処理Ｓ３０を備えている。基準面校正処理Ｓ１０および法線校正処理Ｓ４０は、どちらが先に実行されてもよい。角度校正処理Ｓ２０は、位置校正処理Ｓ３０より先に実行される。

【0047】

基準面校正処理Ｓ１０では、基準面ＲＳ内（ＸｒＹｒ平面内あるいは水平面内）におけるズレ量Δｘ，Δｙ，ΔΘが計測され、計測されたズレ量Δｘ，Δｙ，ΔΘに基づいてロボット座標系ＣＳｒが校正される（図７〜図１３を参照）。角度校正処理Ｓ２０で角度ズレ量ΔΘが計測され、位置校正処理Ｓ３０で位置ズレ量Δｘ，Δｙが計測される。法線校正処理Ｓ４０では、基準面ＲＳの法線方向（Ｚｒ軸方向あるいは鉛直方向）におけるズレ量Δｚが計測され、計測されたズレ量Δｚに基づいてロボット座標系ＣＳｒが校正される（図１４〜図１７を参照）。

【0048】

（基準面校正処理）
図７は、ロボット座標系ＣＳｒの基準面ＲＳ内における装置座標系ＣＳ１に対するズレを示す。ここで、点Ｐの装置座標系ＣＳ１での座標を（ｘ，ｙ）とし、ロボット座標系ＣＳｒでの座標を（ｘｒ，ｙｒ）とする。
ロボット座標系ＣＳｒが設計どおりに配置された場合（二点鎖線を参照）、本実施形態では設計値Θ０が０度であり、Ｘｒ軸およびＹｒ軸がＸ軸およびＹ軸とそれぞれ平行であり、ロボット座標系ＣＳｒの原点が、装置座標系ＣＳ１の原点から、Ｘｒ方向に設計値ａｘ０だけ離れ、Ｙｒ方向に設計値ａｙ０だけ離れる。ロボット座標系ＣＳｒと装置座標系ＣＳ１との間の位置関係は、ｘｒ＝ｘ＋ａｘ０、ｙｒ＝ｙ＋ａｙ０の理想状態を満たす。

【0049】

一方、ロボット座標系ＣＳｒが、基準面ＲＳ内で位置ズレおよび角度ズレを生じた状態で配置された場合（実線を参照）、ロボット座標系ＣＳｒと装置座標系ＣＳ１との間の位置関係は、ｘｒ＝ａｘ０＋Δｘ＋ｘｃｏｓΔΘ＋ｙｓｉｎΔΘ、ｙｒ＝ａｙ０＋Δｙ−ｘｃｏｓΔΘ＋ｙｓｉｎΔΘで表される。制御器３０が基準面ＲＳ内のズレ量Δｘ，Δｙ，ΔΘを認識していなければ、制御器３０は、実稼働時に座標系ＣＳｒ，ＣＳ１間の位置関係がｘｒ＝ｘ＋ａｘ０、ｙｒ＝ｙ＋ａｙ０で表される理想状態にあるとの認識の下で、点Ｐが点Ｐｅｒｒの位置にあると誤認する。例えば点Ｐに載置部４が存在する場合、半導体ウェハＷの移載を正確に行えない。
図８は、基準面校正処理Ｓ１０の手順を示す。図９〜図１３は、基準面校正処理Ｓ１０の説明図である。基準面校正処理Ｓ１０は、角度校正処理Ｓ２０および位置校正処理Ｓ３０の順で進む。なお、以降に説明するアクチュエータ２０〜２３の動作、ハンド１４の位置は、制御器３０によって制御される。

【0050】

（角度校正処理）
角度校正処理Ｓ２０では、まず、ハンド１４が初期位置に移動する（Ｓ２１）。具体的には、図４を参照して、計測媒体Ｌが計測対象物５１，５２で反射できるように、昇降アクチュエータ２０の動作を通じてハンド１４の高さが調整される。図９（Ａ）を参照して、ハンド１４が２つの計測対象物５１，５２に対してＸｒ方向の一側（図９（Ａ）の紙面左側）に若干離れるように、回転アクチュエータ２１〜２３の動作を通じてハンド１４のＸｒ方向の位置が調整される。ハンド１４が計測対象物５１，５２（あるいは載置部４）からＹｒ方向に若干離れるように、回転アクチュエータ２１〜２３の動作を通じてハンド１４のＹｒ方向の位置が調整される。ハンド中心線Ｃ１４および計測媒体Ｌの射出方向がＹｒ方向となるように、回転アクチュエータ２１〜２３の動作を通じてハンド１４の基準面ＲＳ内での姿勢が調整される。なお、制御器３０はこの時点でＹｒ軸のＹ軸に対する角度ズレを認識していないから、Ｙｒ方向はＹ方向に対して傾斜している。

【0051】

次に、センサ４５を動作させながら、ハンド１４をＸｒ方向へ移動させる（Ｓ２２）。これにより、センサ４５が２つの計測対象物５１，５２に対してＸｒ方向へ直線的に相対的に移動する。なお、制御器３０はこの時点でＸｒ軸のＸ軸に対する角度ズレを認識していないから、Ｘｒ方向はＸ方向に対して傾斜している。ただし、ハンド１４の移動方向はＸｒ方向に限定されない。

【0052】

図９（Ａ）を参照して、ハンド１４は、２つの計測対象物５１，５２に対してＸｒ方向の他側（図９（Ａ）の紙面右側）に離れた位置まで移動する。その過程で、計測媒体Ｌが、まず第１計測対象物５１で反射し（図９（Ｂ）を参照）、次いで第２計測対象物５２で反射する（図９（Ｃ）を参照）。
制御器３０は、第１計測対象物５１がセンサ４５で計測されたときのハンド１４のＸｒ方向の位置ｘｒ１を取得する（Ｓ２３）。また、制御器３０は、第２計測対象物５２がセンサ４５で計測されたときのハンド１４のＸｒ方向の位置ｘｒ２を取得する（Ｓ２４）。以下、ここで取得された２つの位置を「第１計測位置ｘｒ１」および「第２計測位置ｘｒ２」と称する。２つの計測位置ｘｒ１，ｘｒ２は、エンコーダ４１〜４３の検出結果から導出される。

【0053】

図１０は、センサ４５に入力される計測媒体Ｌの強度を示す。計測対象物５１，５２は、Ｘ方向（Ｘｒ方向）に幅（例えば、５ｍｍ）を有する。他方、ハンド１４の移動速度は、センサ４５の計測周期の間に計測対象物５１，５２の幅を超える距離を移動しないような低い値に設定されている。そのため、ハンド１４の移動中に、センサ４５は２つの計測対象物での反射を入力することができる。

【0054】

第１計測位置ｘｒ１は、計測媒体Ｌが第１計測対象物５１を通過し始めて計測媒体Ｌの強度が立ち上がる位置から、計測媒体Ｌが第１計測対象物５１を通過し終えて計測媒体Ｌの強度が収束する位置との間に設定される。例えば、第１計測位置ｘｒ１は、これら２位置の中間位置に設定される。第２計測位置ｘｒ２についても、これと同様である。
３つのピン６のうちの２つが計測対象物５１，５２として兼用されており、ハンド１４の移動中には、計測対象物５１，５２として用いられないピン６がセンサ４５によって検出される（二点鎖線を参照）。この場合において、計測対象物５１，５２は、Ｘｒ方向に離れた２つのピン６が選択される。できるだけＸｒ方向に離れた２つを用いることで、ズレ量の計測精度が向上する。

【0055】

次に、制御器３０が、２つの計測対象物５１，５２間の基準面ＲＳ内での計測距離と、２つの計測対象物５１，５２間の基準面ＲＳ内での実距離とに基づいて、角度ズレ量ΔΘを計測する（Ｓ２５）。図１１を参照して、「計測距離」とは、第１計測位置ｘｒ１と第２計測位置ｘｒ２との差分（ｘｒ２−ｘｒ１）であり、ロボット座標系ＣＳｒにおいて計測された２つの計測対象物５１，５２間のＸｒ方向における距離である。

【0056】

「実距離」とは、２つの計測対象物５１，５２の間の実際の距離である。ここでは、ロボット３以外の装置は設計値どおりに設置されているものとしている。Ｘ方向の実距離は、２つの計測対象物５１，５２の間のＸ方向における距離であり、装置座標系ＣＳ１でのＸ座標の差分値（ｘ２−ｘ１）である。Ｙ方向の実距離は、２つの計測対象物５１，５２の間のＹ方向における距離であり、装置座標系ＣＳ１でのＹ座標の差分値（ｙ２−ｙ１）である。前述したとおり、制御器３０は、装置設計データ３６の一部として、２つの計測対象物５１，５２の装置座標系ＣＳ１における座標値（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）、Ｘ方向の実距離およびＹ方向の実距離を予め記憶している。

【0057】

角度ズレがなければ、計測距離はＸ方向の実距離と等しい。角度ズレ量ΔΘを考慮すると、計測距離と実距離とは、式：ｘｒ２−ｘｒ１＝（ｘ２−ｘ１）ｃｏｓΔΘ＋（ｙ２−ｙ１）ｓｉｎΔΘを満たす。この式は、図７で示された座標系ＣＳｒ，ＣＳ１間の位置関係を表す式から導出される。角度ズレ量ΔΘは、この式に対して三角関数の合成等の数学処理を行うことで、導出される。

【0058】

図７に示したように、位置同士の比較では、２位置間の関係性に、角度ズレ量ΔΘの他にＸ方向の位置ズレ量ΔｘまたはＹ方向の位置ズレ量Δｙも介在する。これに対し、角度校正処理Ｓ２０では、Ｘｒ方向という一方向の距離が比較対象である。
２つの計測位置ｘｒ１，ｘｒ２の差分をとると、Ｘ方向の位置ズレ量Δｘが相殺される。また、Ｙｒ方向の位置ズレ量Δｙは考慮しなくてもよい。実距離は、既知の値である。よって、Ｘ方向の位置ズレ量ΔｘおよびＹ方向の位置ズレ量Δｙを認識していない状況でも、角度ズレ量ΔΘを上記の式に従って導出することができる。

【0059】

また、計測媒体Ｌの射出方向は、ハンド１４の移動方向に直交するＹｒ方向である。このため、センサ４５が第１計測対象物５１を計測したとき、ハンド１４のＸｒ方向の位置ｘｒ１は、第１計測対象物５１のＸｒ方向の位置と同じである。第２計測対象物５２についてもこれと同様である。センサ４５と計測対象物５１，５２との間のＸｒ方向のズレも考慮する必要がなく、角度ズレ量ΔΘを上記の式に従って導出することができる。
このように、本実施形態によれば、簡単なロボット３の操作で簡単なシステム構成で、角度ズレ量ΔΘを計測することができる。

【0060】

（位置校正処理）
これにより、角度校正処理Ｓ２０が終了し、位置校正処理Ｓ３０が開始する。制御器３０は、計測された角度ズレ量ΔΘが相殺されるようにロボット座標系ＣＳｒを補正する（Ｓ２９）。図１２を参照して、ロボット座標系ＣＳｒは、角度ズレ量ΔΘを相殺する補正量（−ΔΘ）だけＺｒ軸周りに回転するように補正される。参照符号「ＣＳｒｃ」は、この補正後のロボット座標系であり、「Ｘｒｃ軸」および「Ｙｒｃ軸」は、補正後のロボット座標系ＣＳｒｃにおいて基準面ＲＣを形成する２軸である。Ｘｒｃ軸は、Ｘｒ軸を−ΔΘの補正量だけ回転させることで得られ、Ｙｒｃ軸は、Ｙｒ軸を−ΔΘの補正量だけ回転させることで得られる。これにより、ロボット座標系ＣＳｒｃの装置座標系ＣＳ１に対するＺｒ軸周りの角度が設計値Θ０となる（本実施形態では０度）。

【0061】

次に、ステップＳ２１と同様にして、ハンド１４が初期位置へ移動する（Ｓ３１）。図３を参照して、ハンド１４は計測対象物５１に対してＸｒｃ方向の一側に若干離れるように、回転アクチュエータ２１〜２３の動作を通じてハンド１４のＸｒｃ方向の位置が調整される。ハンド１４が計測対象物５１（あるいは載置部４）からＹｒｃ方向に若干離れるように、回転アクチュエータ２１〜２３の動作を通じてハンド１４のＹｒｃ方向の位置が調整される。ハンド中心線Ｃ１４および計測媒体Ｌの射出方向がＹｒｃ方向となるように、回転アクチュエータ２１〜２３の動作を通じてハンド１４の基準面ＲＳ内での姿勢が調整される。角度ズレ量ΔΘが相殺されているので、Ｙｒｃ方向はＹ方向と平行であり、計測媒体ＬはＹ方向に射出される。

【0062】

次に、ステップＳ２２と同様にして、センサ４５を動作させながら、ハンド１４をＸｒｃ方向へ移動させる（Ｓ３２）。これにより、センサ４５が計測対象物５１に対してＸｒｃ方向へ直線的に相対的に移動する。角度ズレ量ΔΘが相殺されているので、Ｘｒｃ方向はＸ方向と平行であり、ハンド１４はＸ方向に移動する。
次に、ステップＳ２３と同様にして、制御器３０は、第１計測対象物５１がセンサ４５で計測されたときのハンド１４のＸｒｃ方向の位置ｘｒｃ１を取得する（Ｓ３３）。この計測位置ｘｒｃ１も、エンコーダ４１〜４３の検出結果から導出される。角度校正処理Ｓ２０では、２つの計測対象物５１，５２が計測されたが、位置校正処理Ｓ３０では、１つの計測対象物が計測されればよい。本実施形態では、第１計測対象物５１が計測されるとしたが、第２計測対象物５２が計測されてもよい。

【0063】

次に、制御器３０は、第１計測対象物５１のＹｒｃ方向の位置ｙｒｃ１を取得する（Ｓ３４）。この計測位置ｙｒｃ１の取得には、センサ４５の測距機能が用いられる。本実施形態では、ステップＳ３２におけるハンド１４の移動中、ハンド１４ひいてはセンサ４５のＹｒｃ方向の位置は不変である。移動中のセンサ４５のＹｒｃ方向の位置に、センサ４５によって計測されたセンサ４５から第１計測対象物５１までの距離を加味することで、補正後のロボット座標系ＣＳｒｃにおいて第１計測対象物５１のＹｒｃ方向の計測位置ｙｒｃ１が定義される。センサ４５は移動方向に直交するＹｒｃ方向に計測媒体Ｌを射出しているため、計測された距離にＸｒｃ成分は含まれない。よって、簡易な演算で計測位置ｙｒｃ１を取得することができる。

【0064】

次に、制御器３０は、計測位置ｘｒｃ１と第１計測対象物５１のＸ方向の実位置ｘ１とに基づいて、Ｘｒｃ方向の位置ズレ量Δｘを計測する（Ｓ３６）。制御器３０は、計測位置ｙｒｃ１と第１計測対象物５１のＹ方向の実位置ｙ１とに基づいて、Ｙｒｃ方向の位置ズレ量Δｙを計測する（Ｓ３７）。「実位置」は、計測対象物５１の実際の位置である。Ｘ方向の実位置ｘ１は、第１計測対象物５１の装置座標系ＣＳ１でのＸ座標である。Ｙ方向の実位置ｙ１は、第１計測対象物５１の装置座標系ＣＳ１でのＹ座標である。

【0065】

図１３を参照して、ステップＳ３６では、計測位置ｘｒｃ１と第１計測対象物５１のＸ方向の実位置ｘ１とに基づいて、位置ズレ量Δｘが計測される。２つの位置ｘｒｃ１，ｘ１の差分は、現在のロボット座標系ＣＳｒｃの原点から装置座標系ＣＳ１の原点までのＸ方向（これと平行なＸｒｃ方向）の距離ａｘである。この距離ａｘは、設計値ａｘ０と位置ズレ量Δｘとの和であるから、制御器３０は、距離ａｘから設計値ａｘ０を減算することで、位置ズレ量Δｘを計測することができる。前述したとおり、設計値ａｘ０は、メモリ３２に装置設計データ３６の一部として予め記憶されている。

【0066】

ステップＳ３７もこれと同様である。２つの位置ｙｒｃ１，ｙ１の差分が、現在のロボット座標系ＣＳｒｃの原点から装置座標系ＣＳ１の原点までのＹ方向（これと平行なＹｒｃ方向）の距離ａｙである。制御器３０は、距離ａｙから、メモリ３２に装置設計データ３６の一部として予め記憶されている設計値ａｙ０を減算することで、位置ズレ量Δｙを計測することができる。

【0067】

これにより、位置校正処理Ｓ３０ひいては基準面校正処理Ｓ１０が終了する。図７を参照して、ズレ量Δｘ，Δｙ，ΔΘが計測されたため、制御器３０は、組付け誤差あるいは据付け誤差があっても、ロボット座標系ＣＳｒを設計どおりのロボット座標系ＣＳｒ０に補正することができる。よって、ロボット座標系ＣＳｒ０と装置座標系ＣＳ１との間の位置関係が理想状態となる。制御器３０は、点Ｐを示すロボット座標系ＣＳｒでの座標値（ｘｒ，ｙｒ）をズレ量Δｘ，Δｙ，ΔΘを認識したうえで設定することができ（図７の紙面左上部の関係式を参照）、実稼働時にアーム１１の位置を精密に制御することができる。

【0068】

（法線校正処理）
図１４は、法線校正処理Ｓ４０の手順を示す。図１５〜図１７は、法線校正処理Ｓ４０の説明図である。法線校正処理Ｓ４０では、まず、ハンド１４が初期位置に移動する（Ｓ４１）。具体的には、図１５および図１６を参照して、計測媒体Ｌが基台５の側面で反射するように（基台５の上面よりも下方で射出されるように）、昇降アクチュエータ２０の動作を通じてハンド１４の高さが調整され、かつ、回転アクチュエータ２１〜２３の動作を通じてハンド１４のＸｒ方向およびＹｒ方向の位置が調整される。図では計測媒体ＬがＸｒ方向に射出されているが、これは図示の便宜のためであり、ハンド１４の基準面ＲＳ内での姿勢は特に限定されない。

【0069】

次に、センサ４５を動作させながら、ハンド１４をＺｒ方向へ移動させる（Ｓ４２）。これにより、センサ４５がＺｒ方向へ移動する。図１６を参照して、計測媒体Ｌが載置部４よりも上方を通るようになるまで、ハンド１４およびセンサ４５が上方へ移動する。この過程で、センサ４５の計測媒体Ｌが基台５の側面で反射する第１状態から（場合により、センサ４５の計測媒体Ｌがピン６で反射する状態を経て）、センサ４５の計測媒体Ｌが載置部４の構成部品によって反射できない第２状態へと遷移する。ピン６での反射は特に必要ではない。計測媒体Ｌが基台５の上面に達したときに、この第１状態から第２状態への遷移が生じる。この例では、基台５の上面が計測対象物である。

【0070】

次に、制御器３０が、計測対象物がセンサ４５で計測されたときのハンド１４のＺｒ方向の位置ｚｒ１を取得する（Ｓ４３）。この計測位置ｘｒ１は、エンコーダ４０の検出結果から導出される。図１７を参照して、第１状態と第２状態とでは、センサ４５から計測媒体Ｌが反射する部位までの距離、あるいは、計測媒体Ｌが反射する部分の材料の相違により、センサ４５の入力部に入力される計測媒体Ｌの性質（強度など）が異なる。制御器３０は、この入力結果が特異に変化する点を特定し、この変化点において計測対象物（本例では、基台５の上面）が計測されたと判定する。そして、このときのハンド１４のＺｒ方向の位置が計測位置ｚｒ１として取得される。

【0071】

次に、制御器３０が、この計測位置ｚｒ１とＺ方向の実位置ｚ１とに基づいてＺｒ方向の位置ズレ量Δｚを計測する（Ｓ４４）。「実位置」は、計測対象物の実際の位置である。Ｚ方向の実位置ｚ１は、計測対象物の装置座標系ＣＳ１でのＺ座標である。
図１６および図１７を参照して、ステップＳ４４では、計測位置ｚｒ１と計測対象物のＺ方向の実位置ｚ１とに基づいて、位置ズレ量Δｚが計測される。２つの位置ｚｒ１，ｚ１の差分は、現在のロボット座標系ＣＳｒの原点から装置座標系ＣＳ１の原点までのＺ方向（これと平行なＺｒ方向）の距離ａｚである。この距離ａｚは、設計値ａｚ０と位置ズレ量Δｚとの和である。制御器３０は、距離ａｚから、メモリ３２に装置設計データ３６の一部として予め記憶されている設計値ａｚ０を減算することで、位置ズレ量Δｚを計測する。

【0072】

これにより、法線校正処理Ｓ４０が終了する。ズレ量Δｚが計測されたため、制御器３０は、組付け誤差あるいは据付け誤差があっても、ロボット座標系ＣＳｒを設計どおりに補正することができる。よって、ロボット座標系ＣＳｒの装置座標系ＣＳ１に対する位置関係が想定どおりとなる。
以上に説明したとおり、本実施形態によれば、簡易なロボット３の操作で簡易なシステム１００の構成で、ロボット座標系ＣＳｒの装置座標系ＣＳ１に対するズレ量Δｘ，Δｙ，ΔΘ，Δｚを計測することができ、ロボット座標系ＣＳｒを校正することができる。したがって、実稼働時のロボット３の精密な位置制御を支援することができる。

【0073】

（変形例）
これまで本発明の実施形態について説明したが、上記構成は本発明の範囲内で適宜変更、追加および／または削除することができる。
図１８は、変形例に係るロボット座標系の装置座標系に対するズレを示す。上記実施形態では、ロボット座標系ＣＳｒ０の装置座標系ＣＳ１に対するＺｒ軸周りの角度の設計値Θ０が０度であったが、設計値Θ０は０度以外の角度でもよい。この場合、角度校正処理を実行することで、現在のロボット座標系ＣＳｒの装置座標系ＣＳ１に対する角度が測定される。この角度は、設計値Θ０と角度ズレ量ΔΘとの和である。よって、この変形例においても、角度ズレ量ΔΘを導出することができる。

【0074】

上記実施形態では、ステップＳ２２においてアーム１１がＸｒ方向の一方向へ移動し、センサ４５がこの移動方向に直交するＹｒ方向に計測媒体Ｌを射出する。この移動方向および射出方向は、一例であり、変更可能である。アーム１１は、基準面ＲＳ内の任意の一方向に移動してもよく、センサ４５は、基準面ＲＳ内の任意の一方向に移動してもよい。この場合、図１１に示した式が、移動方向のＸｒ方向に対する傾斜角、および、射出方向の移動方向に対する傾斜角を考慮に入れた式に変換される。これら傾斜角が既知であれば、変換後の式に従って、上記実施形態と同様にして角度校正処理を実行することができる。

【0075】

図１９は、変形例に係るロボット位置校正システム１００Ａを示す。上記実施形態では、センサ４５がロボット３のアーム１１（ハンド１４）に設けられ、計測対象物５１，５２が作業空間２内に設置された載置部４の構成部品であったが、この配置は逆でもよい。変形例では、計測対象物５１Ａ，５２Ａがロボット３のアーム１１（ハンド１４）に設けられている。センサ４５Ａは、作業空間２内においてロボット３のアーム１１以外の装置（一例として、載置部４の基台５の上面）に設けられている。この場合においても、アーム１１を移動させることで、センサ４５Ａが計測対象物５１Ａ，５２Ａに対して相対的に移動する。よって、上記の実施形態と同様にして、ズレ量を計測することができる。

【0076】

上記の実施形態では、２つの計測対象物５１，５２を用いてズレ量が計測されたが、これは上記のズレ量の計測原理に必要な最低限の計測対象物の個数である。３以上の計測対象物の計測結果に基づいてズレ量を計測し、複数の計測結果を統計処理（平均等）することで最終的なズレ量を決定してもよく、それにより計測精度は向上する。
センサ４５は、ハンド１４の他、ロボット３のアーム１１を構成する他の部位に設けられていてもよい。ただし、ハンド１４に設けていればセンサ４５の姿勢の制御が簡易であるため、計測媒体Ｌの射出方向の制御が簡易となる。

【0077】

ロボット３は、３リンク以上の水平多関節ロボットでもよい。ロボット３は、垂直多関節ロボットのように、その他の形式のロボットでもよい。ロボット３によって取り扱われるワークは、半導体ウェハＷに限られず、ロボット３のエンドエフェクタは、ワークを把持するハンドに限られない。すなわち、ロボット位置校正システム１００は、半導体ウェハＷの搬送以外の作業を行うロボット３にも好適に適用される。

【符号の説明】

【0078】

１ 半導体製造設備
２ 作業空間
３ ロボット
４ 載置部
６ ピン
１１ アーム
１４ ハンド
３０ 制御器
４５ センサ
５１，５２ 計測対象物
１００ ロボット位置校正システム

【要約】

【課題】簡単なロボットの操作で簡単なシステム構成で、ロボットの位置を校正する。
【解決手段】２つの計測対象物５１，５２がロボット３のアーム１１と作業空間２との一方に設けられ、センサ４５がその他方に設けられる。制御器３０は、アーム１１を駆動することで、センサ４５を２つの計測対象物５１，５２に対して相対的に移動させ、センサ４５が２つの計測対象物５１，５２をそれぞれ計測したときのアーム１１の２つの位置ｘｒ１，ｘｒ２を取得する。制御器３０は、取得された２つの位置ｘｒ１，ｘｒ２から得られる２つの計測対象物５１，５２間の計測距離と、２つの計測対象物５１，５２間の実距離とに基づいて、ロボット３の基準面ＲＳ内での角度ズレ量ΔΘを計測する。
【選択図】図５

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

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【図19】