CN104418097A - 用于机器的处理站以及控制装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于机器（1）的处理站（3、4）以及控制装置（5）和控制方法。处理站（3、4）包括用于操作负载（72）的机器人（100、110），负载（72）被载体（70、80、90）传送，载体（70、80、90）能够通过磁力在传送系统（2）的特定传送方向上运动，其中，机器人（100、110）能够由控制单元（6）控制，以在与传送系统的特定传送方向不同的运动方向上运动，以操作负载（72），并且其中，用于传送负载（72）的特定传送方向和机器人（100、110）的运动方向被叠加，以在处理站（3、4）中操作负载（72），以消除机器人（100、110）在传送系统（2）的传送方向上运动的需要。

Description

用于机器的处理站以及控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及用于机器的处理站，以及用于控制机器的处理中的运动的控制装置和控制方法，其中，尤其有可能消除抓放机器人在传送系统的传送方向上运动的需要。

背景技术

在用于生产物件的机器中，传送系统用于传送部件、工具等到机器的不同站点，所述部件、工具等可用于物件的生产。例如，这样的机器在US4,096,821中被描述，其公开了用于在基片上制造薄膜电子器件的系统。

在这种机器中，通常传送系统包括传送带，以相同速度一个一个地传送基片到处理站。在处理站中，基片被从带上取下，这由在X、Y、Z和Θ方向运动的机器人处理，并且基片随后被放回到传送带上。于是，基片在处理站中静止不动，使得机器人可以在基片上拿取和放置物品。在那之后，所有基片随着传送带以相同速度被传送至下一个处理站。

基片的这种操作需要许多操作步骤，因此是耗时的。结果，处理成本增加。此外，由于能够在X、Y、Z和Θ方向运动的机器人是昂贵的，导致了机器本身的高成本。这也带来了机器的处理成本的增加。

发明内容

因此本发明的目标是提供用于机器的处理站，以及用于控制机器的处理中的运动的控制装置和控制方法，所述处理站、装置和方法的每一项都解决了上述问题。具体地，用于机器的处理站以及用于控制机器的处理中的运动的控制装置和控制方法应该被设置为，由此机器的处理时间可以减少，从而机器的工作成本以及也有可能的机器的购置成本可以减少。

这个目标通过根据权利要求1的用于机器的处理站而实现。该处理站包括用于操作负载的机器人，该负载被载体传送，该载体能够通过磁力在传送系统的特定传送方向上运动，其中，该机器人能够由控制单元控制，以在与传送系统的特定传送方向不同的运动方向上运动，以便操作负载，并且其中，用于传送负载的特定传送方向和机器人的运动方向被叠加，以在处理站中操作负载，以消除机器人在传送系统的传送方向上运动的需要。

由于在前述的处理站中所执行的控制，相比于机器的常规控制，用于在机器的处理站和由此在机器中执行处理的时间被缩短。结果，处理成本被减少。

该处理站在处理时间本身不能减少的情况下是尤其有利的。由于在处理站中执行的控制可以减少在机器的处理站中的操作时间，所以可以减少在处理站中所需的全部时间。

此外，处理站可以使用简单的更廉价的机器人，因为在操作作为负载的物件时的至少一个运动方向被传送系统接管实现。结果，机器成本并且从而机器自身的处理成本被减少。

在上述处理站的情况下，传送系统的载体可以以相同速度或者（一个或多个）不同的速度在传送系统中运动，结果，机器在适应将要由机器执行的处理时更加灵活。

进一步，由于机器人不在特定传送方向上运动，处理站在特定传送方向上需要更少的空间。结果，机器可以被建造得更加紧凑，这也有助于降低机器的成本。

此外，传送系统在特定传送方向上的运动可以以非常高的精度执行。具体地，可以实现高达约0.1 mm甚至高达约1 μm的范围内的定位精度。由此，在需要如此高的定位精度的处理中，可以用传送系统在特定传送方向上的运动来代替机器人在特定传送方向上的运动。

处理站的进一步有利改进在从属权利要求中阐明。

在特定的实施方式中，在操作负载时，用于在特定传送方向上传送负载的控制和用于在运动方向上移动机器人的控制是同步的。

处理站可以包括多于一个机器人。

处理站也可以被用在对于操作负载而言需要高达约1 μm的定位精度的处理中。

处理站可以是用于生产半导体元件的处理站。

上述处理站可以是机器的一部分，该机器可进一步包括其他处理站和传送系统，传送系统用于通过磁力在特定传送方向上传送至少一个载体，该载体被用于传送将要在机器中被处理的负载，其中，传送系统被布置为传送负载到和/或离开至少一个处理站。

机器还可以包括第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元用于控制载体，以通过磁力在特定传送方向上运动，第二控制单元用于控制机器人，以在与传送系统的特定传送方向不同的运动方向上运动以操作负载。

传送系统可被配置成传送作为负载的基片，并且一个或多个机器人被配置成添加物品到基片。

上述目标进一步由根据权利要求9的用于控制机器的处理中的运动的控制装置而实现。该控制装置包括第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元用于控制载体，该载体将会通过磁力在传送系统的特定传送方向上被传送，载体被用于传送将要在机器中被操作的负载，第二控制单元用于控制机器人，以在与特定传送方向不同的运动方向上移动以操作负载，其中，第一和第二控制单元被配置成执行控制，在该控制中，在机器的处理站中操作负载时，用于传送负载的特定传送方向和机器人的运动方向被叠加，以消除机器人在传送系统的传送方向上运动的需要。

控制装置实现了上面针对处理站所提到的相同的优点。控制装置的进一步有利改进在从属权利要求中阐明。

在操作负载时，用于在特定传送方向上传送负载的控制和用于在运动方向上移动机器人的控制可以是同步的。

有可能的是，第一控制单元被配置成控制载体，使得负载在特定传送方向上被移动，使得机器人不必在特定传送方向上运动。

特定传送方向可以是X方向，机器人的运动方向可以是Y方向和/或Z方向和/或Θ方向中的至少一个方，并且X方向、Y方向和Z方向可以彼此不同，并被布置为相互垂直。当载体在拿取和放置期间可独立地在X方向上运动时，该布置是尤其有利的，其中，机器人在Y和/或Z和/或Θ方向上运动。

上述目标进一步由根据权利要求13的用于控制机器的处理中的运动的控制方法而实现。该控制方法包括控制步骤：通过第一控制单元控制载体，该载体将要通过磁力在传送系统的特定传送方向上被传送，该载体被用于传送将要在机器中被操作的负载；以及第二控制单元控制，用于控制机器人在与特定传送方向不同的运动方向上运动以操作负载，其中，第一和第二控制单元执行控制，在该控制中，在机器的处理站中操作负载时，用于传送负载的特定传送方向和机器人的运动方向被叠加，以消除机器人在传送系统的传送方向上运动的需要。

控制方法实现了上面针对控制装置所提到的相同的优点。控制方法的进一步有利改进在从属权利要求中阐明。

在操作负载时，用于在特定传送方向上传送负载的控制和用于在运动方向上移动机器人的控制可以是同步的。

特定传送方向可以是X方向，机器人的运动方向可以是Y方向和/或Z方向和/或Θ方向中的至少一个方向，并且X方向、Y方向和Z方向可以彼此不同，并被布置为相互垂直。

本发明的进一步可能的实施方式还包括上述的或以下作为实施例的特定特征的组合，即使特定特征的组合没有明确地提及。因此，，本领域技术人员也将会添加一些单独方面作为本发明的基本形式的改进或补充。

附图说明

基于参考附图的实施例，本发明在下文中被更加详细地描述。其附图示出：

图1是根据一个实施例的机器的顶部示意图，该机器包括带有控制装置的传送系统；

图2是图1的机器的侧面示意图；并且

图3是流程图，示意性地示出了根据第一实施例的控制方法。

在图中，除非被另外指定，用相同的参考标记标出相似的元件或具有相似功能的元件。

具体实施方式

图1示出了用于生产物件的机器1，该物件例如是在基片（如晶片）上的半导体元件等。机器1包括传送系统2，传送系统2连接第一处理站3和第二处理站4。机器1还包括控制装置5，控制装置5具有第一控制单元6、第二控制单元7和第三控制单元8。机器1可以是生产线。

图1中的传送系统2包括第一驱动装置10、第二驱动装置20、第三驱动装置30、第四驱动装置40、第五驱动装置50、第六驱动装置60、第一载体70、第二载体80和第三载体90，第一载体70携载负载72（如将要由机器1生产的物件等）。第一至第三载体70、80、90能够通过磁力在传送系统2中运动，该磁力由第一至第六驱动装置10、20、30、40、50、60产生并由控制装置5控制。第一至第六驱动装置10、20、30、40、50、60建立传送系统2的路径。载体70、80、90能够在传送系统2的路径上从第一位置运动到与第一位置不同的第二位置。例如，第一位置是图1中的传送系统2左侧上的位置，在图1中，第一驱动装置10被布置在那里。然后，第二位置可以是第六驱动装置60的位置，即图1中的右侧上的位置。

在图1中，第一机器人100被布置在传送系统2处的第一处理站3中，使得第一机器人100可以将在生产物件时所需的物品拿取并放置到第一至第三载体70、80、90中的一个和/或负载72上。此外，第二机器人110被布置在传送系统2处的第二处理站4中，使得第二机器人110可以将在生产物件时所需的物品拿取并放置到第一至第三载体70、80、90中的一个和/或负载72上。

图2在侧视图中更加详细地示出了图1的机器人110。机器人110包括支架111，支架111支撑臂112，臂112携载由机器人110拿取的物品113。如果负载72存在于载体90上，则机器人110可以将物品113放置到载体90或负载72上。机器人100被以与机器人110相同的方式配置，尽管机器人100未被详细示出。

在本实施例中，第一至第三载体70、80、90设置有磁性元件（未示出），用于与第一至第六驱动装置10、20、30、40、50、60协作。磁性元件可以产生磁力，该磁力由控制装置3执行的控制而引起。通过这样，第一至第三载体70、80、90可在传送系统2中单独地或共同地在处理站3、4之间被移动，和/或被移动到或离开处理站3、4。特别地，第一至第三载体70、80、90可在传送系统2中被移动，使得它们中的至少一个具有独特的速度。替代地，第一至第三载体70、80、90可在传送系统2中被移动，使得每一个都具有相同的速度。

第一至第三载体70、80、90的运动的控制是由第一控制单元6执行的。本文中，第一至第三载体70、80、90在特定传送方向上被传送并由此被移动。这个特定传送方向在图1和2中是X方向，该方向通过图1和2中的右侧上的坐标系统的箭头X示出。本文中，第一至第三载体70、80、90可在需要时在X方向上来回运动。在第一至第三载体70、80、90中的一个载体处于第一和第二机器人100、110中的一个机器人的可达范围内的情况下，在载体所布置的地方，载体的运动与相应的机器人100、110的运动耦合，特别地同步。这在下文中被更加详细的描述。

在图1中，机器人100被布置成使得当载体70、80、90被布置在机器人100下面时，载体70、80、90被布置在驱动装置20上面。在这样的情况下，载体70、80、90由驱动装置20驱动，驱动装置20由第一控制单元6控制，如上所述。在图1中，载体70部分地被布置在驱动装置20上面，并且部分地被布置在机器人100下面。

进一步地，在图1中，机器人110被布置使得当载体70、80、90被布置在机器人110下面时，载体70、80、90被布置在驱动装置50上面。在图1中，载体90被布置在驱动装置50上面且在机器人110下面。在这样的情况下，载体70、80、90由驱动装置50驱动，驱动装置50也由第一控制单元6控制，如上所述。

与其相比，第一机器人100的运动的控制是由第二控制单元7执行的。并且，第二机器人110的运动的控制是由第三控制单元8执行的。本文中，第一和第二机器人100、110和/或其臂112可在需要时在Y方向上来回运动。Y方向通过图1和2中的右侧上坐标系统的箭头Y示出。替代地或另外，第一和第二机器人100、110和/或其臂112可在需要时在Z方向上来回运动。Z方向通过图1和2中的右侧上的坐标系统的箭头Z示出。替代地或另外，第一和第二机器人100、110和/或其臂112可在需要时在Θ方向上来回运动。然而，第一和第二机器人100、110和/或其臂112不需要在X方向上运动，这是因为由于第一控制单元6所执行的控制，X方向的运动是由第一至第三载体70、80、90执行的。换句话说，传送系统2接管实现了一个方向上的运动，使得机器人100、110不必在由传送系统2接管实现的方向上运动。为了实现在机器1中所执行的生产流程中所需的所有方向的运动，第一和第二机器人100、110接管实现未由传送系统2处置的其它运动方向。

如上述，通过由第一控制单元6控制载体70、80、90在X方向的运动并且从而控制负载72在X方向的运动，同时载体70、80、90并且从而负载72处于机器人100、110中的一个的可达范围内，可以适应于或耦合于载体70、80、90以及从而负载72在X方向的运动，而仅仅在Y方向和/或Z和/或Θ方向移动机器人100、110。特别地，载体70、80、90在X方向的运动并且因此负载72在X方向的运动与特定的机器人100、110在Y方向和/或Z方向和/或Θ方向的运动是同步执行的。

因此，对于机器人100、110而言，不再需要在特定传送方向上运动，该特定传送方向是图1中的X方向。传送系统2与被常规地控制的外部设备（如机器人100、110）的耦合或同步是可能的。

图3示出了用于控制机器1的传送系统2和机器人100、110的控制方法，该控制方法可由控制装置5执行。

在控制方法开始之后，在步骤S1中，确定载体70、80、90中的一个是位于驱动装置20上面还是位于驱动装置50上面，以及从而确定是在第一机器人100还是第二机器人110的可达范围内。在载体70、80、90中没有一个位于驱动装置20或者驱动装置50上面的情况下，流程前进到步骤S2。否则，流程前进到步骤S3。

在步骤S2中，驱动装置10、30、40、60（载体70、80、90中的载体位于其上面）根据需要被驱动，使得载体70、80、90在第一和第二处理站3、4之间运动，或者运动到或离开第一和第二处理站3、4，并且从而在机器人100、110之间运动，或者运动到或离开机器人100、110。此后，流程返回到步骤S1。

在步骤S3中，检查自从载体70、80、90中的载体位于驱动装置20或驱动装置50上面以来，在相应的处理站3、4中的处理时间是否已经结束。另外或替代地，可以检查是否所有需要的处理步骤都已经在当前的处理站中被执行。因此，该检查可以是基于时间的，或者基于关于在每一个站要执行的所需步骤的知识，或者基于两者。在检查是肯定的情况下，例如处理时间已经结束，流程前进到步骤S2。在检查是否定的情况下，例如处理时间还未结束，流程前进到步骤S4。

在步骤S4中，驱动装置20或驱动装置50通过第一控制单元6的控制正在驱动载体，载体70、80、90中的载体位于驱动装置20或驱动装置50上面。第一控制单元6的控制被适应或耦合到由第二或第三控制单元7、8控制的运动。具体地，控制被如此执行，使得负载72在X方向上的运动与相应的机器人100、110在Y方向和/或Z和/或Θ方向的运动同步地执行。其后，流程返回到步骤S1。

结果，根据步骤S4的控制只在相应的处理站3、4中的处理时间期间被执行。

当机器1和/或传送系统2和/或控制装置3和/或机器人100、110被关掉时，控制方法结束。

当存在多个处理站3、4时，根据第一个实施例的机器1是尤其有利的，因为所节省的费用随着处理站3、4的数量而增加。

根据第二个实施例，传送系统2被配置成使得载体70、80、90不仅可以在X方向还可以在Y方向上运动。也就是说，传送系统2被配置成使得载体70、80、90可以在两个方向上运动。在这样的情况下，机器人100、110仅仅需要在Z方向和Θ方向上运动。

这样的配置将降低机器人100、110的成本，但是增加传送系统2的成本。因此，第二个实施例对于使用了短的传送系统2但使用了许多机器人100、110的机器1更加有利。

机器1、传送系统2、处理站3、4、控制装置5和控制方法的所有前述的实施方式可单独地使用或者以其所有可能的组合来使用。具体地，第一和第二实施例的特征可以任意地组合。此外，如下的修改是可以想到的。

图中所示的元件被示意性地示出，当上述功能得到保证时，其可以在实际的实施方式中与附图所示的方式有差异。

驱动装置10、20、30、40、50、60可以每一个都是线圈或者马达，它们产生磁场，致使载体70、80、90根据其磁性元件与驱动装置10、20、30、40、50、60所产生磁场的协作而运动。驱动装置10、20、30、40、50、60的数量可根据期望选择。此外，线圈和/或马达可存在于一个传送系统2中或其路径中。

驱动单元10、20、30、40、50、60可设置有一体的磁传感器100，特别是霍尔传感器，用于探测载体70、80、90中的一个或多个是否被布置在驱动装置10、20、30、40、50、60处。

可以任意选择由驱动装置10、20、30、40、50、60形成的路径的数量。此外，路径也可以形成环，特别是椭圆的形状。

可以任意选择处理站3、4的数量。此外，可以任意选择在处理站3、4之一中使用的机器人的数量。机器人也可被放置在传送系统2的不同侧。

在上述功能得到实现的情况下，控制方法可以以各种其他方式执行。例如步骤S3可与步骤S4一起执行。本文中，计时器可被启动以触发根据步骤S4的控制的开始和结束。

图中示出的尺寸用于说明本发明的原理，并且不是限制性的。可以适当地选择机器1及其部件的真实尺寸。

Claims (14)

1.用于机器（1）的处理站（3、4），包括机器人（100、110），所述机器人（100、110）用于拿取和放置或操作负载（72），所述负载（72）被载体（70、80、90）传送，所述载体（70、80、90）能够通过磁力在传送系统（2）的特定传送方向上运动并被驱动装置（50）驱动，所述驱动装置（50）由第一控制单元（6）控制，其中，所述机器人（100、110）能够由第二控制单元（7）控制，以在与所述传送系统的所述特定传送方向不同的运动方向上运动，以便拿取和放置或操作所述负载（72），并且其中，用于传送所述负载（72）的所述特定传送方向和所述机器人（100、110）的所述运动方向被叠加，以在所述处理站（3、4）中操作或拿取和放置所述负载（72），以消除所述机器人（100、110）在所述传送系统（2）的所述传送方向上运动的需要，由此，通过将所述第一控制单元（6）的控制适应或耦合到由所述第二控制单元（7）控制的运动，用于在所述特定传送方向上传送所述负载（72）的控制和用于在所述运动方向上移动所述机器人（100、110）的控制是同步的，以便操作或拿取和放置所述负载（72）。

2.根据权利要求1所述的处理站（3、4），其中，所述处理站（3、4）包括多于一个机器人（100、110）。

3.根据权利要求1至2中任何一个所述的处理站（3、4），其中，所述处理站（3、4）被用在对于操作所述负载（72）而言需要高达约1 μm的定位精度的处理中。

4.根据权利要求1至3中任何一个所述的处理站（3、4），其中，所述处理站（3、4）是用于生产半导体元件的处理站。

5.机器（1），包括根据前述任何一个权利要求所述的至少一个处理站（3、4）并包括传送系统（2），所述传送系统（2）用于通过磁力在特定传送方向上传送至少一个载体（70、80、90），所述载体（70、80、90）被用作在所述机器（1）中传送将要被操作的负载（72），其中，所述传送系统（2）被布置为传送所述负载（72）到和/或离开所述至少一个处理站（3、4）。

6.根据权利要求5所述的机器（1），还包括第一控制单元（6）和第二控制单元（7），所述第一控制单元（6）用于控制所述载体（70、80、90）以通过磁力在特定传送方向上运动，所述第二控制单元（7）用于控制所述机器人（100）以在与所述传送系统（2）的所述特定传送方向不同的运动方向上运动以操作所述负载（72）。

7.根据权利要求5或6所述的机器（1），其中，所述传送系统（2）被配置为传送作为所述负载（72）的基片，并且所述一个或多个机器人（100、110）被配置为添加物品（113）到所述基片。

8.控制装置（5），用于控制机器（1）的处理中的运动，包括第一控制单元（6）和第二控制单元（7），所述第一控制单元（6）用于控制载体（70、80、90），所述载体（70、80、90）将会通过磁力在传送系统（2）的特定传送方向上被传送，所述载体（70、80、90）被用于传送所述机器（1）中的将要被操作的负载（72），所述第二控制单元（7）用于控制机器人（100）以在与所述特定传送方向不同的运动方向上运动以操作所述负载（72），其中，所述第一和第二控制单元（6、7）被配置为执行控制，在所述控制中，在所述机器（1）的处理站（3）中操作所述负载（72）时，用于传送所述负载（72）的所述特定传送方向和所述机器人（100）的所述运动方向被叠加，以消除所述机器人（100）在所述传送系统（2）的所述传送方向上运动的需要。

9.根据权利要求8所述的控制装置（5），其中，在操作所述负载（72）时，用于在所述特定传送方向上传送所述负载（72）的控制和用于在所述运动方向上移动所述机器人（100、110）的控制是同步的。

10.根据权利要求8或9所述的控制装置，其中，所述第一控制单元（6）被配置成控制所述载体（70、80、90），使得所述负载（72）在所述特定传送方向上被移动，使得所述机器人（100）不必在所述特定传送方向上运动。

11.根据权利要求8至10中的任何一个所述的控制装置（5），其中，所述特定传送方向是X方向，其中，所述机器人（100）的所述运动方向是Y方向和/或Z方向和/或Θ方向中的至少一个方向，并且其中，所述X方向、所述Y方向和所述Z方向彼此不同并被布置为相互垂直。

12.控制方法，用于控制机器（1）的处理中的运动，包括步骤：通过第一控制单元（6）控制载体（70、80、90），所述载体（70、80、90）将会通过磁力在所述传送系统（2）的特定传送方向上被传送，所述载体（70、80、90）被用作在所述机器中传送将要被操作的负载（72）；以及通过第二控制单元（7）控制，用于控制机器人（100）以在与所述特定传送方向不同的运动方向上运动以操作所述负载（72），其中，所述第一和第二控制单元（6、7）执行控制，在所述控制中，在所述机器（1）的所述处理站（3）中操作所述负载（72）时，用于传送所述负载（72）的所述特定传送方向和所述机器人（100）的所述运动方向被叠加，以消除所述机器人（100）在所述传送系统（2）的所述传送方向上运动的需要。

13.根据权利要求12所述的控制方法，其中，在操作所述负载（72）时，用于在所述特定传送方向上传送所述负载（72）的控制和用于在所述运动方向上移动所述机器人（100）的控制是同步的。

14.根据权利要求12或13所述的控制方法，其中，所述特定传送方向是X方向，其中，所述机器人（100）的所述运动方向是Y方向和/或Z方向和/或Θ方向中的至少一个方向，并且其中，所述X方向、所述Y方向和所述Z方向彼此不同并被布置为相互垂直。