CN102709212B - 一种用于pecvd设备的自动上下料装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于PECVD设备的自动上下料装置，包括控制模块和支座；支座上设置有用于放置石墨舟的储舟位、小车和桨位，以及设置有用于完成石墨舟在储舟位、小车和桨位上存取的机械手；支座上还设置有用于控制机械手在水平方向运动的水平运动单元，和用于控制机械手在垂直方向上下运动的垂直运动单元；控制模块与PECVD设备的上位机连接，用于根据储舟位、小车和桨位上有无石墨舟的状态信号、以及上位机的取石墨舟、装石墨舟信号来控制水平运动单元和垂直运动单元驱动机械手动作。本发明可以做到定位准确，装卸石墨舟效率高，降低了操作员的工作强度，不会损坏石墨舟，且镀膜均匀性好，同时还能大大延长石墨舟的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及真空镀膜技术领域，更具体地说，涉及一种用于PECVD设备的自动上下料装置。
背景技术
在硅太阳电池的制造工艺过程中，通常需要采用薄膜沉积工艺进行硅片的镀膜，例如可采用等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition，PECVD)工艺对硅片进行氮化硅的真空镀膜，使在硅片表面形成防反射层。PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)是等离子体增强化学气相沉积技术的简称，其原理是利用低温等离子体作能量源，样品之余低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。
在硅太阳能电池制造过程中，在进行硅片表面镀膜时，首先将未镀膜的硅片插入石墨舟中，将载有硅片的石墨舟放置在PECVD真空镀膜设备(以下简称PECVD设备)腔体中，采用合适的PECVD工艺对硅片进行镀膜。镀膜结束后，从真空镀膜设备腔体中取出石墨舟然后再将经过镀膜的硅片从石墨舟上取下来。
目前PECVD真空镀膜设备中一般是依靠人工采用钩子进行装卸石墨舟操作，由于PECVD真空镀膜设备较高，因此劳动强度大，工作效率低下。而且采用钩子装卸石墨舟容易损坏石墨舟，使其寿命缩短，且装卸过程中硅片容易从石墨舟中掉落，同时也无法完成石墨舟的精确定位，易造成石墨舟损坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种石墨舟装载定位准确、效率高、且不易损坏石墨舟的用于PECVD设备的自动上下料装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种用于PECVD设备的自动上下料装置，其中，包括控制模块和支座；所述支座上设置有用于放置石墨舟的储舟位、小车和桨位，以及设置有用于完成石墨舟在所述储舟位、所述小车和所述桨位上存取的机械手；
所述支座上还设置有用于控制所述机械手在水平方向运动的水平运动单元，和用于控制所述机械手在垂直方向上下运动的垂直运动单元；
所述控制模块与所述PECVD设备的上位机连接，用于根据所述储舟位、所述小车和所述桨位上有无石墨舟的状态信号、以及所述上位机的取石墨舟、装石墨舟信号来控制所述水平运动单元和所述垂直运动单元驱动所述机械手动作。
本发明所述的自动上下料装置，其中，所述控制模块包括：小车状态检测单元、储舟位状态检测单元、桨位状态检测单元和机械手控制单元；其中，
所述小车状态检测单元，用于检测所述小车上是否有石墨舟；
所述储舟位状态检测单元，用于检测所述储舟位上是否有石墨舟；
所述桨位状态检测单元，用于检测所述桨位上是否有石墨舟；
所述机械手控制单元，用于在所述小车上有石墨舟、且所述储舟位和所述桨位上无石墨舟时，控制所述水平运动单元和所述垂直运动单元驱动所述机械手从所述小车上取石墨舟后放到所述储舟位上。
本发明所述的自动上下料装置，其中，所述控制模块还包括：
上位机信号检测单元，用于检测所述上位机发送来的信号；
所述机械手控制单元，还用于在所述上位机信号检测单元检测到所述上位机发送取石墨舟信号时，控制所述水平运动单元和所述垂直运动单元驱动所述机械手将石墨舟放置在小车上并松开小车，以及用于在所述上位机信号检测单元检测到所述上位机发送装石墨舟信号时，控制所述水平运动单元和所述垂直运动单元驱动所述机械手从所述小车或从所述储舟位上取石墨舟放置在所述桨位上。
本发明所述的自动上下料装置，其中，所述控制模块还包括：
优先选择单元，用于接收外界输入的优先控制信号，并发送给所述机械手控制单元；
所述机械手控制单元，还用于在所述优先控制信号有效、所述小车上有石墨舟、且所述储舟位和所述桨位上无石墨舟时，直接判断是否接收到所述上位机发送来的装石墨舟信号，并在接收到所述装石墨舟信号时，控制所述水平运动单元和所述垂直运动单元驱动所述机械手从所述小车上取石墨舟后放置到所述桨位上。
本发明所述的自动上下料装置，其中，所述控制模块还包括：
报警单元，用于在所述小车上有石墨舟、且所述储舟位和所述桨位上无石墨舟时，进行舟满报警提示，以及用于在所述小车被松开后进行报警提示。
本发明所述的自动上下料装置，其中，所述控制模块还包括：
显示单元，用于显示所述储舟位有无石墨舟状态、所述小车有无石墨舟状态、所述桨位有无石墨舟状态和所述机械手位置状态中的一个或多个。
本发明所述的自动上下料装置，其中，所述支座为框架结构，所述垂直运动单元沿上下方向设置在所述支座上，所述水平运动单元与所述垂直运动单元相连接，所述机械手安装在所述水平运动单元上。
本发明所述的自动上下料装置，其中，所述水平运动单元和所述垂直运动单元均采用伺服电机驱动。
本发明所述的自动上下料装置，其中，所述储舟位和所述小车设置在所述支座的一侧，所述桨位设置在所述支座上另一侧，所述支座中间为便于所述机械手上下运动的通道。
本发明所述的自动上下料装置，其中，所述机械手与所述石墨舟相接触的面采用弹性材料制成。
本发明的有益效果在于：通过在支座上设置用于放置石墨舟的储舟位、小车和桨位，并通过控制模块控制水平运动单元和垂直运动单元运动，以驱动机械手完成石墨舟在储舟位、小车和桨位上的存取，从而实现石墨舟的装卸。由于是通过控制模块对机械手的控制来完成石墨舟的装卸，可以做到定位准确，装卸石墨舟效率高，降低了操作员的工作强度，同时可采用机械手与石墨舟软接触，不会损坏石墨舟，且振动极小，使得硅片与石墨舟紧贴，不产生移动，因此镀膜均匀性好，同时还能大大延长石墨舟的使用寿命。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明较佳实施例的自动上下料装置整体结构示意图；
图2是本发明较佳实施例的自动上下料装置局部结构示意图；
图3是本发明较佳实施例的自动上下料装置中控制模块原理框图；
图4是本发明较佳实施例的自动上下料装置装卸控制流程图。
具体实施方式
本发明较佳实施例的用于PECVD设备的自动上下料装置整体结构示意图如图1所示，同时参阅图2和图3，该装置包括控制模块100和支座10；在支座10上设置有用于放置石墨舟20的储舟位30、小车50和桨位40，以及设置有用于完成石墨舟20在储舟位30、小车50和桨位40上存取的机械手80。在支座10上还设置有用于控制机械手80在水平方向A运动的水平运动单元60，和用于控制机械手80在垂直方向B上下运动的垂直运动单元70。其中，控制模块100与PECVD设备的上位机(未图示)连接，用于根据储舟位30、小车50和桨位40上有无石墨舟20的状态信号、以及上位机的取石墨舟信号、装石墨舟信号来控制水平运动单元60和垂直运动单元70驱动机械手80动作。由于本实施例是通过控制模块100对机械手80的控制来完成石墨舟20的装卸，可以做到定位准确，装卸石墨舟20效率高，降低了操作员的工作强度，同时可采用机械手80与石墨舟20软接触，不会损坏石墨舟，且振动极小，使得硅片与石墨舟紧贴，不产生移动，因此镀膜均匀性好，同时还能大大延长石墨舟的使用寿命。
上述实施例中，如图1和图2所示，自动上下料装置的支座10优选采用框架结构，垂直运动单元70沿上下方向设置在支座10上，水平运动单元60与垂直运动单元70相连接，机械手80安装在水平运动单元60上。其中优选地，水平运动单元60和垂直运动单元70均采用伺服电机90驱动。通过伺服电机90驱动垂直运动单元70带动机械手80在上下方向上运动，并通过伺服电机90驱动水平运动单元60带动机械手80在水平方向上运动，以实现石墨舟20在储舟位30、小车50和桨位40上存取。
其中，储舟位30、桨位40和小车50的具体结构在此不作限制，桨位40便于设置用于载石墨舟20的桨。优选地，如图1所示，将储舟位30和小车50设置在支座10的一侧，例如设置在支座10的左侧；将桨位40设置在支座10上另一侧，例如设置在支座10的右侧，支座10中间为便于机械手80上下运动的通道。其中，可将储舟位30设置在支座10左侧靠上的位置，将小车50设置在支座10左侧靠下的位置，以便于小车50的更换操作。可在支座10左侧设置多个储舟位30，以便于放置多个经镀膜后的热石墨舟20。同时，可在支座10右侧设置多个桨位40，以便于放置多个装载好硅片的冷石墨舟20。
优选地，将机械手80与石墨舟20相接触的面采用弹性材料制成，实现机械手80与石墨舟20的软接触，以避免损坏石墨舟20，减小振动，使得硅片与石墨舟20紧贴，不产生移动，以保证镀膜均匀性，同时大大延长石墨舟20的使用寿命。
在进一步的实施例中，如图3所示，同时参与图1和图2，上述自动上下料装置的控制模块100包括：小车状态检测单元101、储舟位状态检测单元102、桨位状态检测单元103和机械手控制单元104。其中，小车状态检测单元101用于检测小车50上是否有石墨舟20；储舟位状态检测单元102用于检测储舟位30上是否有石墨舟20；桨位状态检测单元103用于检测桨位40上是否有石墨舟20；机械手控制单元104用于在小车50上有石墨舟20、且储舟位30和桨位40上无石墨舟20时，控制水平运动单元60和垂直运动单元70驱动机械手80从小车50上取石墨舟20后放到储舟位30上备用。为保证各位置点状态检测的准确性，可在各位置点设置状态传感器，通过检测传感器的状态来检测各位置点是否装舟有石墨舟20。
进一步地，如图3所示，上述控制模块100还包括：上位机信号检测单元105，用于检测上位机发送来的信号，其中包括表示需要取热石墨舟20的取石墨舟信号和表示需要装载冷石墨舟20的装石墨舟信号；机械手控制单元104，还用于在上位机信号检测单元105检测到上位机发送的取石墨舟信号时，控制水平运动单元60和垂直运动单元70驱动机械手80将石墨舟20放置在小车50上并松开小车50，以及用于在上位机信号检测单元105检测到上位机发送的装石墨舟信号时，控制水平运动单元60和垂直运动单元70驱动机械手80从小车50或从储舟位30上取石墨舟20后放置在桨位40上，以便于放入PECVD设备的工艺腔中进行镀膜。当机械手控制单元104没有接收到上位机的取石墨舟信号时，则控制水平运动单元60和垂直运动单元70驱动机械手80悬在支座10中部暂停工作。
进一步地，如图3所示，上述控制模块100还包括：优先选择单元106，用于接收外界输入的优先控制信号，并发送给机械手控制单元104，其中通过该优先控制信号可实现桨位40的快速装舟。机械手控制单元104，还用于在优先控制信号有效、小车50上有石墨舟20、且储舟位30和桨位40上无石墨舟20时，直接判断是否接收到上位机发送来的装石墨舟信号，并在接收到装石墨舟信号时，控制水平运动单元60和垂直运动单元70驱动机械手80从小车50上取石墨舟20后放置到桨位40上。即，在上述优先控制信号有效时，跳过将小车50上的石墨舟20放置在储舟位30上、等待上位机的取石墨舟信号、将石墨舟20放置在小车50上以及松开小车50等步骤，只需要此时上位机发来装石墨舟信号，即可进行装舟，以此完成快速装舟。
更进一步地，如图3所示，上述控制模块100还包括：报警单元107，用于在小车50上有石墨舟20、且储舟位30和桨位40上无石墨舟20时，进行舟满报警提示，以及用于在小车50被松开后进行报警提示。其中，报警单元107的报警提示方式包括但不限于声音提示、光提示、文字提示等方式。
更进一步地，如图3所示，上述控制模块100还包括：显示单元108，用于显示储舟位30有无石墨舟20状态、小车50有无石墨舟20状态、桨位40有无石墨舟20状态和机械手80位置状态中的一个或多个。可以在HMI界面中显示上述各状态，以便于操作人员了解自动上下料装置的工作状态。
上述各实施例中，控制模块100的各个单元可以采用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)及软件来实现，并可通过带独立操作界面的HMI来实现人机互动。具体实现方式有多种，在此不一一详述。
在一个具体的实施例中，如图3所示，自动上下料装置的控制模块100同时包括上述各实施例中所述的小车状态检测单元101、储舟位状态检测单元102、桨位状态检测单元103、机械手控制单元104、上位机信号检测单元105、优先选择单元106、报警单元107和显示单元108。各单元的具体功能参见前述各实施例，在此不再赘述。本实施例中，自动上下料装置的具体工作流程参见步骤如图4所示，现详述如下：
步骤S1、开总电源；步骤S2、电机归零并进行报警检测；步骤S3、上位机信号检测单元105检测各位置点信号，即检测小车50、储舟位30及桨位40的传感器信号；步骤S4、上位机信号检测单元105检测小车50是否有石墨舟20，如果小车50有石墨舟20，则执行步骤S5，上位机信号检测单元105再检测储舟位30和桨位40是否有石墨舟20，如果储舟位30和桨位40上无石墨舟20，则执行步骤S6，机械手控制单元104控制水平运动单元60和垂直运动单元70驱动机械手80从小车50上取石墨舟20后放到储舟位30上备用；如果储舟位30和桨位40上有石墨舟20，则执行步骤S7，机械手控制单元104启动报警单元107进行舟满报警提示；
在步骤S8中，上位机信号检测单元105判断是否接收到上位机发来的取石墨舟信号，如果上位机信号检测单元105检测到上位机发送的取石墨舟信号，则执行步骤S9，机械手控制单元104控制水平运动单元60和垂直运动单元70驱动机械手80将石墨舟20放置在小车50上，以及执行步骤S10，松开小车50并启动报警单元107进行报警提示，并接着更换小车50、锁紧小车50，再执行步骤S4；
在步骤S11中，上位机信号检测单元105判断是否接收到上位机发来的装石墨舟信号，如果上位机信号检测单元105检测到上位机发送的装石墨舟信号，则执行步骤S12，控制水平运动单元60和垂直运动单元70驱动机械手80从小车50上取石墨舟20后放置在桨位40上，以及执行步骤S13，控制水平运动单元60和垂直运动单元70驱动机械手80从储舟位30上取石墨舟20后放置在桨位40上，以便于放入PECVD设备的工艺腔中进行镀膜；接着执行步骤S14，控制水平运动单元60和垂直运动单元70驱动机械手80悬在支座10中部暂停工作；当机械手控制单元104没有接收到上位机的取石墨舟信号时，同样执行步骤S14。
上述步骤S6之前还包括步骤S15，判断优先控制信号是否有效，在优先控制信号有效、小车50上有石墨舟20、且储舟位30和桨位40上无石墨舟20时，直接判断是否接收到上位机发送来的装石墨舟信号，并在接收到装石墨舟信号时，控制水平运动单元60和垂直运动单元70驱动机械手80从小车50上取石墨舟20后放置到桨位40上，以此完成快速装舟。
综上所述，本发明通过在支座10上设置用于放置石墨舟20的储舟位30、小车50和桨位40，并通过控制模块100控制水平运动单元60和垂直运动单元70运动，以驱动机械手80完成石墨舟20在储舟位30、小车50和桨位40上的存取，从而实现石墨舟20的装卸。由于本发明是通过控制模块100对机械手80的控制来完成石墨舟20的装卸，可以做到定位准确，装卸石墨舟20效率高，降低了操作员的工作强度，同时可采用机械手80与石墨舟20软接触，不会损坏石墨舟20，且振动极小，使得硅片与石墨舟20紧贴，不产生移动，因此镀膜均匀性好，同时还能大大延长石墨舟20的使用寿命。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于PECVD设备的自动上下料装置，其特征在于，包括控制模块和支座；所述支座上设置有用于放置石墨舟的储舟位、小车和桨位，以及设置有用于完成石墨舟在所述储舟位、所述小车和所述桨位上存取的机械手；
所述支座上还设置有用于控制所述机械手在水平方向上运动的水平运动单元，和用于控制所述机械手在垂直方向上运动的垂直运动单元；
所述控制模块与所述PECVD设备的上位机连接，用于根据所述储舟位、所述小车和所述桨位上有无石墨舟的状态信号、以及所述上位机的取石墨舟、装石墨舟信号来控制所述水平运动单元和所述垂直运动单元驱动所述机械手动作；
所述控制模块包括：小车状态检测单元、储舟位状态检测单元、桨位状态检测单元、机械手控制单元、上位机信号检测单元和优先选择单元；其中，
所述小车状态检测单元，用于检测所述小车上是否有石墨舟；
所述储舟位状态检测单元，用于检测所述储舟位上是否有石墨舟；
所述桨位状态检测单元，用于检测所述桨位上是否有石墨舟；
上位机信号检测单元，用于检测所述上位机发送来的信号；
优先选择单元，用于接收外界输入的优先控制信号，并发送给所述机械手控制单元；
所述机械手控制单元，用于在所述小车上有石墨舟、且所述储舟位和所述桨位上无石墨舟时，控制所述水平运动单元和所述垂直运动单元驱动所述机械手从所述小车上取石墨舟后放到所述储舟位上。
2.根据权利要求1所述的自动上下料装置，其特征在于，所述机械手控制单元还用于在所述上位机信号检测单元检测到所述上位机发送取石墨舟信号时，控制所述水平运动单元和所述垂直运动单元驱动所述机械手将石墨舟放置在小车上并松开小车，以及用于在所述上位机信号检测单元检测到所述上位机发送装石墨舟信号时，控制所述水平运动单元和所述垂直运动单元驱动所述机械手从所述小车或从所述储舟位上取石墨舟放置在所述桨位上。
3.根据权利要求2所述的自动上下料装置，其特征在于，所述机械手控制单元还用于在所述优先控制信号有效、所述小车上有石墨舟、且所述储舟位和所述桨位上无石墨舟时，直接判断是否接收到所述上位机发送来的装石墨舟信号，并在接收到所述装石墨舟信号时，控制所述水平运动单元和所述垂直运动单元驱动所述机械手从所述小车上取石墨舟后放置到所述桨位上。
4.根据权利要求3所述的自动上下料装置，其特征在于，所述控制模块还包括：
报警单元，用于在所述小车上有石墨舟、且所述储舟位和所述桨位上无石墨舟时，进行舟满报警提示，以及用于在所述小车被松开后进行报警提示。
5.根据权利要求4所述的自动上下料装置，其特征在于，所述控制模块还包括：
显示单元，用于显示所述储舟位有无石墨舟状态、所述小车有无石墨舟状态、所述桨位有无石墨舟状态和所述机械手位置状态中的一个或多个。
6.根据权利要求1所述的自动上下料装置，其特征在于，所述支座为框架结构，所述垂直运动单元沿上下方向设置在所述支座上，所述水平运动单元与所述垂直运动单元相连接，所述机械手安装在所述水平运动单元上。
7.根据权利要求1所述的自动上下料装置，其特征在于，所述水平运动单元和所述垂直运动单元均采用伺服电机驱动。
8.根据权利要求1所述的自动上下料装置，其特征在于，所述储舟位和所述小车设置在所述支座的一侧，所述桨位设置在所述支座上另一侧，所述支座中间为便于所述机械手上下运动的通道。
9.根据权利要求1所述的自动上下料装置，其特征在于，所述机械手与所述石墨舟相接触的面采用弹性材料制成。
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