CN102273062B - 用于控制直线运动系统的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制具有直线同步电动机的直线运动系统的方法，所述直线同步电动机包括定子和能够相对于所述定子移动的至少两个运载器单元（10a、10b），所述定子包括多个线圈单元（30a、30b），所述至少两个运载器单元（10a、10b）中的每一个都包括磁性单元，其包括具有规则磁体极距的交替极性的磁体阵列，其中为了形成行列，所述至少两个运载器单元（10a、10b）被相对于彼此布置以使得两个不同磁性单元的两个极性相同的磁体之间的相互距离是磁体极距的整数倍。

Description

用于控制直线运动系统的方法和设备

发明领域

本发明涉及用于控制具有直线同步电动机的直线运动系统的方法和设备，涉及相应的计算机程序，并且涉及相应的计算机程序产品。

现有技术

直线同步电动机包括纵向定子，至少一个传送器可以在所述纵向定子上自由移动。生成磁性行波场以用于移动（多个）传送器。定子包括单独的线圈单元，每一个线圈单元都包括至少一个线圈。通常，通过将三相电流施加给所述线圈单元来生成磁性行波场。在DE 39 00 511 A1中公开了公知的直线电动机的一个实例。根据传送器的实际位置将具有可变频率和振幅的电流施加给纵向定子的线圈单元，以便相对于定子移动传送器。

NL 1024992公开了一种现有技术直线运动系统，其包括用于使用磁性移动装置来在循环输送电路中移动运载器的设备，所述磁性移动装置包括一起工作的磁性单元和可控的线圈单元。这样的设备通常被用在自动化并且特定的产品设施中，其中产品被放置在产品运载器上。在穿过输送电路的循环期间，产品必须经历若干个相似的处理步骤。这种设备的应用涉及放置在产品运载器上的半导体衬底，在那里要沉积（例如化学或物理气相沉积CVD/PVD）各种的超薄层。

在这种应用领域中，对于被放置在产品运载器上的产品的各种处理动作的适当执行来说，精确控制各种产品运载器穿过循环输送电路的移动是必要的。磁性移动装置被用来移动产品运载器穿过输送电路，尤其是为各种处理动作的精确性设置了非常高的要求的地方，所述处理动作例如为电子部件的放置或半导体层在衬底上的沉积。

致动发生在定子和传送器之间没有接触、并且没有可能干扰产品运载器穿过输送电路的移动的不利影响的情况下，且具有来彼此独立地操纵不同产品运载器的可能性。相应于现有技术的设备包括传感器装置，其被提供来检测一个产品运载器的磁体并且在其基础上来生成该产品运载器的位置信号。为了输送电路中的产品运载器的精确定位，该检测信号被用来激发移动装置。这与独立可控的线圈单元相结合允许单独地激发每一个产品运载器并且允许每一个产品运载器的独立于其它产品运载器的移动/定位。

鉴于该现有技术，本发明的目的是提供一种用于控制这种直线运动系统的方法和设备以便可以形成包括至少两个运载器的行列。

根据本发明，提供了一种根据独立权利要求的用于控制直线运动系统的方法和设备，还提供了一种根据独立权利要求的相应的计算机程序和计算机程序产品。在从属权利要求中限定有利的实施例。

本发明的优点

本发明提供了一种用于形成包括至少两个运载器单元的行列，其中所述运载器单元可以作为单个单元移动。因此，例如在CVD处理期间，可以减少处理腔所需的空间。特别地，根据本发明形成运载器单元的行列可以被有利地用于移动运载器穿过处理站，所述处理站在高温下沉积材料。该炉越小，生产就越便宜并且机器足迹就越小。此外，需要较少的化学制品，因为运载器单元覆盖了较大的区域。在其中可以有利地实施本发明的另一示例性应用是用于生产硬盘的溅射处理。以行列形式运行运载器允许对于下一代硬盘来说所需要的“喷漆”类型的工艺。当前技术现状是运载器移动到处理腔中、停止、被处理以及离开。“喷漆”方式的工艺较快，因为运载器以连续速度移动穿过该腔并且在移动期间得以处理。当行列形式可用时，这可以在不需要任何缓冲器的情况下完成。此外，本发明可以有利地被用于物流或输送系统。特别地，有可能使用由运载器形成的行列来在轨道上提供局部缓冲。

根据本发明，公开了一种控制具有直线同步电动机的直线运动系统的方法，所述直线同步电动机包括定子和能够相对于所述定子移动的至少两个运载器单元。所述定子包括多个线圈单元，所述至少两个能够移动的运载器单元中的每一个都包括磁性单元，其包括具有规则磁体极距的交替极性磁体阵列或一系列具有规则磁体极距的交替极性磁体，即所述交替极性磁体被布置成使得两个相邻的极性相同的磁体之间的距离是恒定的。该距离被限定为磁性极距。在所述一系列交替极性磁体（alternate-pole）或交替地取极性（alternatingly poled）的磁体内，磁体被布置成使得第一磁体的北极邻近于第二磁体的南极，所述第二磁体的南极接着又邻近于第三磁体的北极，等等。

为了形成行列，所述至少两个运载器单元被彼此相对布置以使得两个不同磁性单元的两个极性相同的磁体之间的相互距离是磁体极距的整数倍。

根据优选实施例，通过将电流施加于定子线圈单元来沿着所述定子移动所述行列，所述电流相应于被施加于定子线圈单元的电流以便移动单个运载器单元。因为形成行列的运载器单元被布置成使得极性相同的磁体的距离等于磁性极距，所以形成行列的运载器单元有利地呈现为一个运载器单元并且因此可以作为一个运载器单元（即行列）而被控制。

根据优选实施例，定子线圈单元包括用于确定运载器单元的位置的至少一个传感器以及用于移动所述运载器单元的至少一个线圈。所述传感器可以是磁性传感器（例如霍尔传感器）用于检测运载器磁性单元的磁场。该实施例允许运载器单元的当前位置的精确确定。对于其他细节，参考NL 1024992的全部内容。

有利地，通过定位在第一线圈单元上面的第一运载器单元和定位在第二线圈单元上面的第二运载器单元来形成行列，以使得所述第一和第二运载器单元各自的磁性单元的两个极性相同的磁体之间的相互距离是磁体极距的整数倍，其中所述第二线圈单元邻近于所述第一线圈单元。因此，可以容易地形成行列，而且由两个单独的线圈单元来控制两个运载器单元。如果以第一运载器单元以适当的速度和相互的距离进入控制第二运载器的第二线圈单元的这种方式来确定该第一运载器单元的设定点，则形成平滑的行列。

适当地，通过施加于所述行列下方的线圈单元的电流来沿着所述定子移动所述运载器，仅仅为形成所述行列的所述运载器的其中一个计算所述电流换向。因此，一旦如上所述的那样形成了所述行列，则所述行列就可以像单个运载器单元那样被移动，这归因于相邻运载器单元的磁体的适当距离。

根据优选实施例，当所述行列从第一线圈单元经过至第二线圈单元时，为被定位在所述第一线圈单元上面的第一运载器单元计算电流换向，然后为被定位在所述第一线圈单元上面的所述第一和所述第二线圈单元运载器单元、以及然后为被定位在所述第二线圈单元上面的所述第一运载器单元计算电流换向。因此，通过将行进电流施加于相邻线圈单元，行列可以容易地沿着定子被移动。

有利地，形成行列并且使该行列移动穿过晶片涂覆处理（尤其诸如CVD或PVD之类的半导体沉积处理）的处理腔。本发明可以有利地在晶片涂覆处理中被实施，因为存在对缓慢地、连续地以及利用相同速度移动运载器单元穿过处理腔的需要。通过形成行列，可以实现这些目的。此外，（多个）处理腔所需的空间可以被减小并且腔内部的轨道可以被形成行列的运载器单元覆盖并且因此可以防止被涂覆。

发明的设备执行本发明方法的所有步骤。

包括程序代码装置的发明的计算机程序被配置成当在计算机或相应处理单元上（特别地在发明的设备上）实行计算机程序时执行本发明方法的所有步骤。

提供包括存储在计算机可读数据载体上的程序代码装置的发明的计算机程序产品，当在计算机或相应处理单元上（特别地在发明的设备上）实行计算机程序时，所述计算机程序产品用于执行本发明的方法。

从说明书和所附附图，本发明的其他优点和实施例将变得显而易见。

应该指出，在不偏离本发明范围的情况下，先前所述的特征以及在下文中要阐述的特征不仅可以在各个指示的组合中使用而且还可以在其他组合中使用或者单独使用。

在图中：

图1示出适合于以本发明的方式使用的直线运动系统的示意性平面图；

图2示出图1的直线运动系统的示意性侧视图；

图3示出根据本发明实施例的具有形成行列的两个运载器的直线运动系统的示意性侧视图；以及

图4示出图3的放大的细节。

为了更好地理解本发明，在下面的描述中相似的元件用相同的参考标号指示。

图1示出适合于以本发明的方式使用的直线运动系统（LMS）的示意性平面图。LMS 1包括形成输送电路2的框架，所述输送电路2包括被形成为输送分段2a、2b、2c和2d的不同定子。各个产品运载器单元10a-10k被移动地放置在循环输送电路2a-2d的上面。

各种产品（未示出）可以被放置在产品运载器10a-10k上，所述产品运载器10a-10k可以在循环移动穿过输送电路2期间经历各种处理步骤。例如，放置在产品运载器10a-10k上的产品可以包括电子印刷板，在其上必须放置各个电子部件。在另一应用中，产品可以是半导体衬底，在各种工艺步骤（例如太阳能电池、芯片或LED等的制造）期间可以在所述半导体衬底上沉积各种薄的金属或半导体层。

图2示出包括基于磁性的输送装置的、图1的直线运动系统的细节的示意性侧视图。为了此目的，在输送电路2中并且在产品运载器10a-10k的输送方向上安装多个线圈单元30a、30b、30c等等，它们分别包括线圈5a、5b、5c等和传感器单元7a、7b、7c等。线圈单元30a、30b、30c等与磁性单元6a、6b等相互作用，所述磁性单元6a、6b已被装在每个产品运载器10a、10b等上。磁性单元6a、6b等包括交替取极性的磁体的阵列或一系列交替取极性的磁体。在每个产品运载器上的每个磁性单元6a、6b等的交替取极性的磁体被指定为6a’、6a”（对于产品运载器10a）；6b’、6b”（对于产品运载器10b）等。

通过以特定方式顺序激活线圈单元30a、30b、30c，通过各种交替取极性的磁体的磁性动作（吸引和排斥）和换向将产品运载器10a、10b等移动穿过输送电路2。因此可以在没有接触的情况下发生致动，这改进了对被放置在产品运载器10a、10b等上的产品必须执行的处理动作的精确性。

为了提供改进的并且更通用的LMS（其能够彼此独立地操纵各个产品运载器10a、10b等，并且更具体而言，更精确地为它们定位以用于要被执行的处理动作），提供传感器装置7a、7b、7c等，它们被装配来检测产品运载器10a、10b等的存在和位置。传感器装置7a、7b、7c等包括各个传感器单元7a’、 7a”、 7b’等，在该实例中它们被布置成从产品运载器的输送方向上观看在线圈5a、5b、5c等之前和之后。如在图2中所示，传感器装置7a、7b、7c的每个传感器单元7a’、 7a”、 7b’等包括两个霍尔传感器C和S。

当产品运载器10a、10b等在一系列顺序的交替地取极性的磁极对产品运载器的移动/定位的影响下通过时，传感器单元7a’、 7a”、 7b’等生成检测信号。该检测信号例如是电压信号并且由于所使用的两个霍尔传感器C和S，二者都生成具有相互的相位差的正弦导出的电压信号。该相位差取决于霍尔传感器C和S之间的相互的距离。特别地，该距离等于距离P（极距）的四分之一 + 连续的极性相同的磁体之间的距离P的一半的整数倍。

分别由交替地取极性的磁体引起的电压信号（其由霍尔传感器C和S中的每一个生成），一方面提供关于移动的产品运载器的方向的信息并且另一方面是产品运载器相对于这些霍尔传感器（并且因此相对于相应的线圈单元）的位置的度量。该信息可以有利地被用来形成如下所述的行列。

图3示出一个流程图，其中在时间t上两个运载器10a、10b形成行列并且所述行列作为单个单元移动。在图中，根据它们的时间点来沿着时间轴t垂直地布置顺序视图。

首先，单个运载器单元10b被布置在线圈单元30a上。如上所述，该线圈单元30a包括多个线圈5和多个传感器7。三相行进电流被施加给线圈5以便移动产品运载器单元。

然后，第二运载器单元10a从左边接近第一运载器单元10b。如在区域40（参考图4）中所示，运载器单元10a被相对于运载器单元10b布置以使得两个极性相同的磁体的相互的距离是磁体极距的整数倍。由此，形成行列。一旦运载器单元10a已达到其行列形成位置，结果产生的行列20被作为单个单元由线圈单元30a、30b移动。

为了将行列移动到右边，运载器单元10b被线圈单元30a移动到右边直到它到达线圈单元30b的线圈区域为止。同时地，运载器单元10a被线圈单元30a左边的线圈单元（未示出）向右边移动，直到它到达线圈单元30a的线圈区域为止。在该时间点处，运载器单元10b由两个磁体单元30a和30b控制，而运载器单元10a由线圈单元30a左边的线圈单元（未示出）控制，并且因为相同的换向而仅由线圈单元30a间接控制。可以这么说，因为限定的相互距离D，运载器单元10a被联结到线圈单元30a上面的运载器单元10b，由此为运载器单元10b计算的被施加给线圈单元30a的电流也适合于移动运载器单元10a。

随后，行列移动到右边并且运载器单元10a、10b离开它们各自下方的线圈单元的线圈区域。在该时间点处，运载器单元10a、10b的控制被改变以使得运载器单元10b由线圈单元30b控制并且运载器单元10a由线圈单元30a控制。要理解，分别施加给线圈单元30a和30b的电流适合于维持行列形式。

随着时间的推移，行列被进一步移动到右边直到运载器单元10a到达线圈单元30b的线圈区域并且运载器单元10b到达线圈单元30b的右边的线圈单元（未示出）的线圈区域。然后，如果需要的话，重复上述过程。

图4示出图3的细节40的放大视图，其中两个运载器10a、10b形成行列20。每个运载器分别包括交替地取极性的磁体6a’、6a”和6b’、6b”。为了形成行列20，运载器单元10a和10b被相对于彼此布置以使得两个极性相同的磁体6a’和6b’之间的相互距离D是磁体极距P的整数倍，在所示的实施例中D=P。

可以结合、以不同的顺序或者单独地执行根据本发明的方法的所述的步骤。该方法的使用不限于半导体涂覆领域并且本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.控制具有直线同步电动机的直线运动系统的方法，所述直线同步电动机包括定子（2a、2b、2c、2d）和能够相对于所述定子（2a、2b、2c、2d）移动的至少两个运载器单元（10a、…、10k），

所述定子（2a、2b、2c、2d）包括多个线圈单元（30a、30b、30c），

所述至少两个运载器单元（10a、…、10k）中的每个都包括磁性单元（6a、6b），其包括具有规则磁体极距（P）的交替极性的磁体（6a’、6a”； 6b’、6b”）的阵列，

其中为了形成行列（20），所述至少两个运载器单元（10a、…、10k）被相对于彼此布置以使得两个不同磁性单元（6a、6b）的两个极性相同的磁体（6a’、6b’；6a”、6b”）之间的相互距离（D）是磁体极距（P）的整数倍，

其中形成行列的运载器单元呈现为一个运载器单元并且能够作为一个运载器单元被控制，

其中通过施加给在所述行列（20）下方的线圈单元（30a）的电流来沿着所述定子（2a、2b、2c、2d）移动所述行列（20），其中为形成所述行列（20）的所述运载器单元（10a，10b）中的仅一个运载器单元（10b）计算电流换向。

2.根据权利要求1所述的方法，其中通过对所述定子线圈单元（30a、30b、30c）施加电流来沿着定子（2a、2b、2c、2d）移动所述行列（20），所述电流相应于被施加给所述定子线圈单元（30a、30b、30c）的电流以便移动单个运载器单元（10a、…、10k）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述定子线圈单元（30a、30b、30c）包括用于确定所述运载器单元（10a、…、10k）中的至少一个的位置的至少一个传感器（7a’、7a”，7b’、7b”，7c’、7c”；7）和用于移动所述运载器单元（10a、…、10k）中的至少一个的至少一个线圈（5a、5b、5c；5）。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中由定位于第一线圈单元（30a）上面的第一运载器单元（10b）以及定位于邻近于所述第一线圈单元（30a）的第二线圈单元上面的第二运载器单元（10a）形成行列（20），以使得所述第一运载器单元（10b）和第二运载器单元（10a）各自的磁体单元的两个极性相同的磁体（6b’、6a’；6b”、6a”）之间的相互距离（D）是磁体极距（D）的整数倍。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中当所述行列（20）从所述第一线圈单元（30a）经过至所述第二线圈单元（30b)时，为被定位在所述第一线圈单元（30a）上面的所述第一运载器单元（10b）计算所述电流换向，然后为被定位在所述第一线圈单元（30a）和所述第二线圈单元（30b）上面的所述第一运载器单元（10b）计算所述电流换向，以及然后为被定位在所述第二线圈单元（30b）上面的所述第一运载器单元（10b）计算所述电流换向。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中形成行列并且使所述行列移动穿过晶片涂覆处理的处理腔。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述晶片涂覆处理是溅射处理、半导体沉积处理。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述半导体沉积处理是化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其中CVD处理是等离子体增强的CVD。

10.用于执行根据前述权利要求之一所述的方法的所有步骤的设备。