CN102897538B - 自动化物料传输系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化物料传输系统及其方法，属于物料传输领域。该系统包括：存储设备、导轨、物料输送单元、位置传感器和传动单元。存储设备的存储单元中分层存储有物料；物料输送单元存取物料并沿着导轨行驶；位置传感器确定物料输送单元在导轨上的第一位置；传动单元将存取的物料在存放位置与第二位置之间推送传递，所述第二位置与所述第一位置在竖直方向对应。本发明中将物料分为多层存储在存储单元中，当需要存取时通过位置传感器控制物料输送单元在导轨上的位置，并由传动单元将存取的物料推送到第二位置，使物料输送单元进行存取操作，降低了物料的生产成本，提高了硅片的搬送效率。

Description

自动化物料传输系统及其方法

技术领域

本发明属于物料传输领域，具体地说，涉及一种自动化物料传输系统及其方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，300mm的硅片已经取代200mm的硅片成为主流，每个装载了硅片的容器重量由原来的约4公斤变成了约9公斤。因此，如果借助于人力来在各个制造模块之间来进行传输的话，会导致效率比较低，同时还可能导致人员被伤害的危险。而由于可以有效提高厂房利用率、缩短产品的生产周期，自动化物料传输系统(Automated Material Handling Systems，以下简称：AMHS)相对于人力化的物料传输来说，成为在300mm硅片制造过程中各个制造模块之间来进行输送硅片的主要纽带。

图8为现有技术中自动化物料传输系统的结构示意图。如图8所示，该自动化物料传输系统主要包括：存储单元STOCKER 801和升降机子系统802。其中，存储单元STOCKER 801设有至少一个输入口811、至少一个输出口821，存储单元STOCKER 801中放置有盒式容器803，在盒式容器803存放有物料(Work In Product，以下简称WIP)如硅片。升降机子系统802包括设置在存储单元STOCKER 801外围的悬空轨道812，以及可在悬空轨道812上行驶的输送车822。每个输送车822还连接有一机械手832，通过该机械手832来拾取或者卸载盒式容器803，再控制输送车822沿着悬空轨道812行驶，从而使得硅片在制造区域的各个制造模块之间自动传输。比如拾取了一盒式容器803的输送车822在悬空轨道812上行驶，并停在可以把其拾取的盒式容器803卸载到其停靠位置处输入口811的位置，或者可以从输出口821拾取一盒式容器803的位置，并最终完成盒式容器803到存储单元STOCKER 801的卸载或者装入。当该输送车822完成卸载或者装入后，另一停靠在悬空轨道812输送车822再通过其停靠位置处输入口811或者输出口821卸载或者装入其他的盒式容器803。

卸载或者装入盒式容器803是通过与输送车822连接的、设置在存储单元801中的机械臂832完成的，为此，该机械臂832通常需要设置3个或更多的运动轴线，从而将存储单元STOCKER 801中的物料WIP推送到输出口811或将输送车822中的物料WIP推送到输入口821。然而，3个或更多的运动轴线使得机械手832的运动过程较为复杂，增加了从存储单元STOCKER 801拾取即装入或者卸载盒式容器803的最小时间量，从而导致传输效率较低。如果采用增加输入口811和输出口821来提高搬送效率的话，由于受到机械臂832数量的限制，以及悬空轨道排布的限制，在每次只能允许有一个输送车822进行卸载或者装入的情况下，由于存在装入、卸载过程中的滞时，搬送效率并不会有效地得到提高。另外，增加输入口811和输出口821也会增加存储单元STOCKER 801的成本，从而也进一步增加了硅片的生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自动化物料传输系统、自动化物料传输台及其方法，以降低生产成本，提高物料在不同制造模块之间传输的搬送效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自动化物料传输系统，该系统包括：

存储设备，包括至少一个存储单元，所述存储单元中分层存储有物料，所述存储单元中设置有存储位，用于存放装载物料的容纳单元；

导轨，与所述物料的生产区域的主导轨一体，并设置在所述存储设备外围侧；

物料输送单元，用于存取所述物料并沿着所述导轨行驶以传输所述物料；

位置传感器，用于确定所述物料输送单元在所述导轨上的第一位置；

传动单元，用于将存取的所述物料在存放位置与第二位置之间推送传递，所述第二位置与所述第一位置在竖直方向对应；

其中，同一层的所有所述存储位共享设置有一存取门，同一层的所有所述存储位共享设置一所述传动单元或同一层的每个所述存储位单独设置一所述传动单元，或者，同一层的每个所述存储位单独设置有一存取门，同一层的每个所述存储位单独设置一所述传动单元。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种自动化物料传输台，该传输台包括：

导轨，与物料的生产区域的主导轨一体；

物料输送单元，用于存取存储设备中的所述物料并沿着所述导轨行驶以传输所述物料；

位置传感器，用于确定所述物料输送单元在所述导轨上的第一位置；

传动单元，用于将存取的所述物料在存放位置与第二位置之间推送传递，所述第二位置与所述第一位置在竖直方向对应。

为了解决上述技术问题，本发明又提供了一种自动化物料传输方法，该传输方法包括：

步骤1、物料分层存储在存储设备的存储单元中；

步骤2、位置传感器确定物料输送单元在导轨上的第一位置，导轨与所述物料的生产区域的主导轨一体，并设置在每个所述存储设备外围侧；

步骤3、传动单元用于将存取的所述物料在存放位置与第二位置之间推送传递，所述第二位置与所述第一位置在竖直方向对应；

步骤4、物料输送单元存取所述物料并沿着所述导轨行驶以传输存取的所述物料。

与现有的方案相比，本发明中，将物料分为多层存储在存储单元中，当需要存取时通过位置传感器控制物料输送单元在导轨上的位置，并由传动单元将存取的物料推送到第二位置，使物料输送单元进行存取操作，省去了输入口和输出口，从而节省了存储单元的成本，降低了物料的生产成本。同时，还允许多个物料输送单元并行进行操作，从而提高了硅片的搬送效率。

附图说明

图1为本发明实施例一的自动化物料输送系统俯视结构示意图；

图2为本发明实施例一的自动化物料传输系统工作过程俯视示意图；

图3为本发明实施例一的自动化物料传输系统工作过程侧视示意图；

图4为本发明实施例二的自动化物料输送系统俯视结构示意图；

图5为本发明实施例二的自动化物料传输系统工作过程俯视示意图；

图6为本发明实施例二的自动化物料传输系统工作过程侧视示意图；

图7为本发明实施例自动化物料传输方法的流程示意图；

图8为现有技术中自动化物料传输系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明的下述实施例中，以硅片制造过程中，在不同的制作模块之间自动输送硅片为例进行说明，硅片从上到下分层存储在存储设备的存储单元中，在存取硅片的过程中，通过位置传感器控制将物料输送单元在导轨上的具体停靠位置，再通过传动单元将存取硅片推送到物料输送单元的正下方，此时物料输送单元对硅片完成存取动作并沿着导轨行驶，以使硅片在不同的制造模块之间传输。对于本领域的普通技术来说，根据其理解，也可以将本发明运用到其他产品的加工制造过程中，从而实现在不同的制作模块之间物料的输送。

系统实施例一

图1为本发明实施例一的自动化物料输送系统俯视结构示意图。图2为本发明实施例一的自动化物料传输系统工作过程俯视示意图。图3为本发明实施例一的自动化物料传输系统工作过程侧视示意图。如图1、图2、图3所示，本实施例中，自动化物料输送系统包括：存储设备100、存储单元STOCKER101、导轨102、物料输送单元103、位置传感器104、传动单元105。

存储设备100包括至少一个存储单元STOCKER 101，存储设备100的存储单元STOCKER 101设置有多层，用来分层存储硅片。在本实施例中，可以使用一容纳单元111来装载硅片，而将该容纳单元111分层放置在存储单元STOCKER 101的存储位中。具体的，本实施例中的容纳单元111可以为前端开口片盒(Front OpeningUnified Pod，以下简称FOUP)或者标准机械界面盒(Stand Mechanical Interface，以下简称SMIF)。为了便于存取，在存储单元STOCKER 101上为同一层所有存储位共享设置了一个存取门(图中未示出)，当需要存取该层中某特定的容纳单元111时，该存取门打开，否则，则该存取门关闭，以保持存储单元101中的加工区域的隔绝，从而保证存储单元STOCKER 101内部的洁净度。

导轨102设置在存储设备100的外围侧。本实施例中，如图1所示，该导轨102可以采用悬空的方式设置在存储设备100外围侧。该导轨102与生产区域的主轨道106位于同一竖直高度上从而形成了一个整体，从而使容纳单元111从存储单元STOCKER 101中完成存取，通过该导轨106送到不同的制造模块，或者通过驶入主轨道106进入物料的其他生产区域。在具体设置时，可以将该导轨102固定在地面上的一导轨架107上。另外，如图1所示，为了提高传输的效率，将该导轨102环绕设置在存储设备100直接相对的左右两侧。可理解地，也可将该导轨102设置在存储设备100的单侧。

物料输送单元103用于存取物料并沿着导轨102行驶以传输存取的物料。本实施例中，物料输送单元103可以包括传输车113和拾取单元123，拾取单元123设置在传输车113前端。传输车113用于带动拾取单元123沿着导轨102行驶以输送硅片，该传输车113具体可以为在竖直方向行进的高架提升传输车OHT；拾取单元123用于通过升降存取容纳单元111，该拾取单元具体可以为机械手133。另外，本实施例中，为了有效确定机械手133是否完成容纳单元111的抓放，可以在机械手133前端设置有拾取传感器143，通过该拾取传感器143确定机械手133是否完成抓放容纳单元111，从而最终完成容纳单元111中硅片的存取。拾取传感器143可以选自电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器、电涡流传感器、光电传感器中之一，或者其中至少两种的任意组合。

参见图3，位置传感器104用于确定物料输送单元103中传输车113在导轨上的停靠位置A，该停靠位置作为第一位置。本实施例中，如图1所示，不同层且位于同一竖直方向的若干个存储位共享设置一位置传感器103，即将位置传感器103设置在不同层且在同一竖直方向上的存储位的上方。该位置传感器为104可以具体为一维条码传感器，或光栅尺位置传感器。如图1所示，本实施例中，可以为同层的每一个容纳单元111配置一个存储位的话，从俯视图上看，如果每层有两排存储位，即左侧的一排存储位共计6个，右侧的一排存储位共计6个，则就需要在导轨102左右两侧的位置上各设置6个位置传感器。在另外一实施例中，也可以给同层的所有容纳单元111共享配置一存储位，此时，同层的所有容纳单元111共享设置一存取门和传动单元105，详细过程在此不再赘述。

传动单元105用于将存取的物料在存放位置与第二位置之间推送传递，第二位置与上述第一位置在竖直方向对应。该传动单元105可以具体包括传送带(图中未示出)和用于驱动传送带动作的驱动单元(图中未示出)，传送带上放置有容纳单元111。具体地，如图2、图3所示，传动单元105将存取的容纳单元111向左或者向右推送到导轨上停靠位置处传输车113前端机械手133的正下方位置B，该正下方位置作为第二位置。机械手133根据第一位置和第二位置抓放容纳单元111。为了减少传动单元105数量，降低系统成本，可以为同一层的所有存储位共享设置有一传动单元105。如图1所示，如果导轨设置存储单元STOCKER 101两侧，每一层容纳单元共享设置一存取门的话，同一层中被左推的所有容纳单元111共享设置一传动单元105，同一层中被右推的所有容纳单元111共享设置一传动单元105。本实施例中，也可以为同层的每个容纳单元111单独设置一传动单元105。

如图1和图2所示，本实施例中，以存储单元STOCKER 101中放置容纳单元111的层数为6层，每层放置的容纳单元111为6个，由此，按照不同层但位于同一竖直方向上的容纳单元111共享配置一位置传感器104，从俯视图上按左右两排共计12个位置传感器104。另外，在环绕存储设备100左右两侧的导轨102上各设置一传输车113和一拾取单元123。以左侧从上到下的第4层从后往前第4个容纳单元111和右侧从上到下的第3层从后往前第3个容纳单元111为存取对象。参见图2和图3所示，则在将容纳硅片的容纳单元111按照从上到下、分层放置的方式置于存储单元STOCKER 101之后，本实施例中的自动化物料传输系统的后续工作过程可如下：

左侧的位置传感器104确定出左侧的传输车113在导轨102左侧的水平停靠位置，右侧的位置传感器104确定出右侧的传输车113在导轨102右侧的水平停靠位置；

左侧的传动单元105将水平停靠位置处存取门打开并将整层的容纳单元111推送到传输车113前端机械手133的正下方位置，根据水平停靠位置和正下方位置，使机械手133抓放容纳单元111；右侧的传动单元105将水平停靠位置处存取门打开并将整层的容纳单元111推送到传输车113前端机械手133的正下方位置，根据水平停靠位置A和正下方位置B，使机械手133抓放容纳单元111。

左右两侧的机械手133下降并通过各自前端的拾取传感器143确定完成抓放容纳单元111，在抓放完毕后关闭存储单元STOCKER 101左右两侧存取的容纳单元111的存储门；

左右两侧的机械手133各自回升到顶部，传输车113带动机械手133沿着导轨102离开存储单元STOCKER 101，以完成不同制作模块之间硅片的传输，或者驶入主轨道106。

在上述实施例一中，由于为处于同一层的所有容纳单元111共享设置了一传动单元105，所以，当需要对某层中任意一个容纳单元111存取时，如图3所示，传送单元105会将存储单元STOCKER 101上该层的存取门打开，使整层容纳单元111被推送到机械手133的正下方位置，使该层所有的容纳单元111处于存取位置，从而暂时将该层中所有的存储位未被占用。当存储单元STOCKER 101所在层的存取门关闭时，传送单元105将整层剩余的的容纳单元111推送回存储单元STOCKER 101内部，以与外界隔离，从而使该层剩余的容纳单元111处于空闲位置。

在另外一实施例中，也可以对存储单元STOCKER 101左侧或右侧某一单侧的容纳单元111进行操作，此时，依然可以对同层的所有容纳单元111在存储单元STOCKER 101共享配置一个存取门，其他存取过程在此不再赘述。

上述实施例中，如果导轨102设置在存储设备100的单侧或者双侧，每一层容纳单元111共享设置存取门时，也可以给该层的每个容纳单元111单独设置一传动单元105，在存取容纳单元的过程中，需要打开存取的容纳单元111所在层的存取门，并由单独设置的传动单元105将存取的容纳单元推送到拾取单元123正下方位置。

系统实施例二

图4为本发明实施例二的自动化物料输送系统俯视结构示意图。图5为本发明实施例二的自动化物料传输系统工作过程俯视示意图。图6为本发明实施例二的自动化物料传输系统工作过程侧视示意图。如图4、图5、图6所示，与上述实施例一相同之处在于，自动化物料输送系统包括：存储单元200、存储单元STOCKER 201、导轨202、物料输送单元203、位置传感器204、传动单元205。可以使用一容纳单元211来装载硅片，而将该容纳单元211分层放置在存储单元STOCKER 101的存储位中。

导轨202设置在存储设备200外围侧。该导轨202可以采用悬空的方式设置在存储设备200外围侧。该导轨202与生产区域的主轨道206位于同一竖直高度上从而形成了一个整体。在具体设置时，可以将该导轨202固定在地面上的一导轨架207上。另外，如图4所示，该导轨202环绕设置在存储设备200直接相对的左右两侧。在另外一实施例中，也可将该导轨102设置在存储设备200的单侧。

物料输送单元203可以包括传输车213和拾取单元223。该拾取单元具体可以为机械手233。另外，可以在机械手133前端设置有拾取传感器243。拾取传感器243可以选自电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器、电涡流传感器、光电传感器中之一，或者其中至少两种的任意组合。

位置传感器204用于确定物料输送单元203中传输车213在导轨上的停靠位置A，该停靠位置作为第一位置。如图4所示，不同层且位于同一竖直方向的若干个容纳单元211共享设置一位置传感器203。该位置传感器为104可以具体为一维条码传感器，或光栅尺位置传感器。

传动单元205用于将存取的容纳单元211向左或者向右推送到导轨上停靠位置处传输车213前端机械手233的正下方位置B，该正下方位置作为第二位置。根据第一位置和第二位置B使机械手233存取容纳单元211。该传动单元205可以具体包括传送带(图中未示出)和用于驱动传送带动作的驱动单元(图中未示出)，传送带上放置有容纳单元211。

与上述实施例一不同之处在于，为同一层的每一个容纳单元211单独设置一传动单元205和一存取门(图中未示出)。

因此，参见图4和图5所示，本实施例二与上述实施例一自动化物料传输系统的工作过程不同之处在于，传动单元205在存取容纳单元211时，由于每一个容纳单元211单独配置有传动单元205和存取门，因此，在推送存取的容纳单元211时，仅是打开该存取的容纳单元211对应的存取门，并将其推送到机械手233的正下方位置，该存取的容纳单元211所在层的其余容纳单元211对应的存取门关闭且这些容纳单元211仍保留在原存储位不动。其他与实施例一相同的过程在此不再赘述。

在本发明的另外一实施例中，如果导轨202仅设置在存储设备200一侧的话，如图4和5所示，可以给同层的左右相邻每两个容纳单元211共享设置一个存取门以及一个传动单元205，存取时，只打开这两个容纳单元211的存取门并通过其单独配置的传动单元205将两个容纳单元211之一推送到机械手233的正下方位置。

本发明的上述实施例中，传动单元也可以采用现有技术中的机械臂，该机械臂可以在竖直方向上的滑轨上下滑动，该导轨可以设置在图4或者图6两排容纳单元之间。通过机械臂在该导轨上上下滑动，到达要存取的容纳单元所在的层，并打开对应共享存取门或者单独设置的存取门，再通过机械臂的伸缩完成将所在层中容纳单元从存取门中推送出去到物料传送单元中机械手的正下方位置。

上述每个实施例中，由导轨、物料输送单元、位置传感器、传动单元可以组成一自动化物料传输台。

方法实施例

图7为本发明实施例自动化物料传输方法的流程示意图。如图1所示，本实施例自动化物料传输方法的流程可以包括：

步骤1、物料分层存储在存储设备的存储单元中；

步骤2、位置传感器确定物料输送单元在导轨上的第一位置，导轨与物料的生产区域的主导轨一体，并设置在存储设备外围侧；

步骤3、传动单元将存取的物料在存放位置与第二位置之间推送传递，第二位置与所述第一位置在竖直方向对应；

步骤4、物料输送单元存取物料并沿着导轨行驶以传输存取的物料。

本实施例中，步骤1可以包括：

步骤101、将物料装载到容纳单元中；

步骤102、将容纳单元分层放置在存储单元中。

本实施例中，所述步骤4包括：

所述物料输送单元的拾取单元根据所述第一位置和第二位置存取所述物料；

所述物料输送单元的传输车带动所述拾取单元沿着所述导轨行驶以传输存取的所述物料。

本发明的上述实施例中，将硅片分层存储在存储单元STOCKER中，当需要在不同的制造模块之间传输硅片时，通过位置传感器确定物料输送单元在导轨上的停靠位置，同时，通过传动单元将存取的物料推送到物料输送单元正下方位置，从而完成物料的存取，之后使物料输送单元沿着导轨行驶，并最终完成物硅片的传输。本发明中，由于将硅片分为多层存储在存储单元STOCKER中，当需要存取时，可以通过位置传感器控制物料输送单元、传动单元将物料推送到物料输送单元的正下方位置，从而使物料输送单元存取物料，与现有技术相比，省去了输入口和输出口，从而节省了存储单元的成本，降低了硅片的生产成本。同时，还允许物料输送单元并行进行操作，从而提高了硅片的搬送效率。

上述实施例虽然介绍了如何通过物料输送单元的升降来进行硅片在不同制造模块之间的输送，但是，对于本领域的普通技术人员来说，其也可以完全将上述实施例应用于通过物料输送单元的水平移动来进行物料的输送。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种自动化物料传输系统，其特征在于，包括：

存储设备，包括至少一个存储单元，所述存储单元中分层存储有物料，所述存储单元中设置有存储位，用于存放装载物料的容纳单元；

导轨，与所述物料的生产区域的主导轨一体，并设置在所述存储设备外围侧；

物料输送单元，用于存取所述物料并沿着所述导轨行驶以传输存取的所述物料；

位置传感器，用于确定所述物料输送单元在所述导轨上的第一位置；

传动单元，用于将存取的所述物料在存放位置与第二位置之间推送传递，所述第二位置与所述第一位置在竖直方向对应；

其中，同一层的所有所述存储位共享设置有一存取门，同一层的所有所述存储位共享设置一所述传动单元或同一层的每个所述存储位单独设置一所述传动单元，或者，同一层的每个所述存储位单独设置有一存取门，同一层的每个所述存储位单独设置一所述传动单元。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，同层的所有所述容纳单元共享设置一所述存储位，或者，同层的每个所述容纳单元单独设置一所述存储位。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述容纳单元为前端开口片盒和/或标准机械界面盒。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导轨设置在所述存储设备的单侧或者两侧。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传动单元包括传送带和用于驱动所述传送带动作的驱动单元，所述传送带上放置有所述容纳单元。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传动单元包括机械臂。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述物料输送单元包括传输车和拾取单元，其中，所述传输车用于带动所述拾取单元沿着所述导轨行驶以传输所述物料；所述拾取单元设置在所述传输车前端，用于存取所述物料。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述拾取单元为机械手。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述机械手前端设置有拾取传感器，用于确定所述机械手是否抓放所述物料。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述拾取传感器为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器、电涡流传感器、光电传感器中之一，或者其中至少两种的任意组合。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，不同层且位于同一竖直方向的若干个所述物料共享设置一所述位置传感器。

12.根据权利要求11所述系统，其特征在于，所述位置传感器为一维条码传感器，或光栅尺位置传感器。

13.根据权利要求1至12任一所述的系统，其特征在于，所述物料为硅片。