CN1862246A - 粒子计数器 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种对测定区域照射激光、并根据该测定区域内存在的粒子所产生的散射光对粒子进行计数的粒子计数器，其中激光形成带状的激光束。由此，能扩大检测区域。这样，单位时间内能流过更多的试料流体，能实现吸引泵的小型化和检测回路的简易化。而且，可避免吸引泵的大型化和检测回路的复杂化，能进行正确的高污浊度的预测和早期的报警。

Description

粒子计数器

本申请是申请号为200310104662.5的、题为“产业用机器人”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及可适用于产业用机器人、利用光散射特性对气体中的粒子数进行测定的粒子计数器，尤其是涉及对试料流体照射的激光束形状的改进。

背景技术

此类机器人，有一种在绝对清洁室中比如将半导体晶片或液晶面板放在手上从盒子移动至其他装置的机器人。处理这些半导体晶片和液晶面板时，清洁室内的粒子数量对合格率有很大的影响，故有几种方法进行检查。

比如，有时工作人员在清洁室内的规定位置设置粒子计数器进行定期检查。另外，也有时在溅射或蚀刻等的制造装置上安装粒子计数器进行定期检查。或利用检查装置对半导体晶片和液晶面板的表面进行粒子检查。

另外，作为已有的此类粒子计数器100如图10所示，包括发射激光101的光源102、将激光101聚光至试料流体104的聚光透镜103、使试料流体104流动的流道装置105、将试料流体104中的粒子(尘粒)所产生的散射光106予以聚光的受光透镜107、将聚光后的散射光106进行光电转换的光敏元件108。而且，从光敏元件108得到的电输出功率的脉冲大小与悬浮粒子的粒径具有相关关系，故从电输出功率的脉冲大小可求得粒径。另外，粒子通过时产生脉冲，故可从脉冲的次数求出粒子数。

由于为了高精度地检测散射光106而使激光101的能量密度越高越好，故聚光透镜103设置成将激光101聚光成很小的点状。而且，试料流体104通过点状的检查区域109。试料流体104的流动是利用下游侧的吸引泵进行的。

另一方面，当将本装置100来监视清洁室内的污浊度而预测污浊的场合、并用作为进行报警的装置的场合，希望能在短时间内监视大量的试料流体104，实现正确度高的污浊度的预测，以早期发出警报。

(专利文献1)日本专利文献特开平9-178645号(2003-287784)

而且，将多个臂部相互可旋转地进行连接的同时，将旋转驱动源的旋转力进行传递以进行伸缩等动作的机器人手，装载在比如使大型液晶玻璃等的工件在盒子和涂膜装置等的流程装置之间进行移动的搬运用机器人上。

此类搬运用机器人501如图15所示，包括：以基座509上的关节部502为中心可旋转的第1臂部505、可旋转地与该第1臂部505的前端侧的关节部503连接的第2臂部506、可旋转地与该第2臂部506的前端部的关节部504连接的手510。在各关节部502～504中内置有皮带轮，且关节部502、503之间及关节部503、504之间分别由同步皮带连接，设置成手510始终面对一定的方向并在直线上进行移动。手510通常具有2～3根手叉510a。

但是，随着近年来液晶玻璃的大型化，对手也有了刚性的要求。若手510刚性不足，或即使刚性够了但重量过重，则搬运用机器人501的共振频率下降而无法高速动作。

另外，据说，使用搬运用机器人501时的动作时间的2/3就是工件508的出入时间。因此，为了缩短作业的节拍，需要使工件508的出入高速化。另外，即使考虑到出入的行程还与工件508的大型化成正比地扩大，出入部分的高速化也是非常重要的。

为了实现工件508的出入高速化，需要抑制手510的重量和提高刚性。因此，已进行了手叉3根化、在碳纤维中含浸树脂以形成手叉等尝试。另外，手叉以往是由截面为方形的无锈材料形成的，但现在是以能得到高刚性的中空形状为主流。即，手叉如图14所示，是从基端至前端用相同粗细的截面为四角形的管材。

(专利文献2)日本专利特开平10-335420号公报(2002-319387)

但是，在将粒子计数器设置在上述规定位置进行检查的方法中，粒子计数器的安装位置受到限制，故大多无法测量晶片和液晶面板附近的粒子。因此，即使是实际上晶片和液晶面板附近存在大量粒子而存在问题的场合也被判断为无问题，同样也会存在相反的问题，故难以正确地进行判断和确定原因。另外，检查是定期进行的，具有检查间隔。因此，从发生问题到将其检测出来有时需要花费很长时间，存在产生大量次品零件的危险。

另外，在将粒子计数器安装在制造装置上的方法中，因粒子计数器的安装位置受到限制，故大多无法测量晶片和液晶面板附近的粒子。

而且，在利用检查装置对半导体晶片和液晶面板进行检查的方法中，非常高价。而且，仅在1处设置检查装置将难以确定原因。

但是，在上述粒子计数器100中，由于激光101被聚光成点状，故试料流体104必须通过非常狭窄的检测区域109。因此，为了在短时间内监视大量的试料流体而需要使气体高速流动。因此，必须使用大容量的吸引泵，从而导致装置100的大型化和高成本化。另外，需要检测回路的高速化，因此检测回路复杂化。

但是，上述手叉从基端至前端是相同粗细的截面为四角形的管状，故有时随着工件的大型化，手叉变长后刚性不足，或使刚性足够了但太重了。不管是哪种情况都使共振频率下降，导致难以使工件的出入部分高速化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种不需要试料流体高速流动就能检测粒子的粒子计数器。

为了达到上述目的，技术方案1的发明，在将激光照射到测定区域、根据该测定区域内存在的粒子所产生的散射光而对粒子进行计数的粒子计数器中，激光形成带状的激光束。

因此，激光为带状，故与传统的聚光成点状的激光相比，能扩大检测区域。因此，单位时间内能流过更多的试料流体，能实现吸引泵的小型化和检测回路的简易化。

另外，技术方案2的发明，是在技术方案3所述的粒子计数器的基础上，具有使含有粒子的试料流体朝一定方向流动的流道装置，激光的宽度大于利用流道装置而流动的试料流体的大小，同时，在与所述激光的前进方向成直角的方向上，激光横穿试料流体的整个宽度。因此，由于激光横贯试料流体的整个宽度，故能正确地进行计数。

如上所述，技术方案1所述的粒子计数器，由于激光为带状，故与传统的聚光成点状的激光相比，能扩大检测区域。因此，单位时间内能流过更多的试料流体，能实现吸引泵的小型化和检测回路的简易化。而且，可避免吸引泵的大型化和检测回路的复杂化，能进行正确的高污浊度的预测和早期的报警。

另外，技术方案2所述的粒子计数器，与所述激光的前进方向成直角的方向上，激光穿过试料流体的整个宽度，故能正确地对粒子进行计数。

附图说明

图1是表示应用了本发明的产业用机器人的生产线一部分的俯视图。

图2是表示应用了产业用机器人的生产线一部分的主视图。

图3是表示产业用机器人的主要部分的立体图。

图4是将机器人的手部分扩大表示的俯视图。

图5是表示手部分的侧视图。

图6是表示本发明的粒子计数器的原理概要的立体图。

图7是表示粒子计数器的概要图，(A)是俯视图，(B)是侧视图。

图8是表示粒子计数器的其他例子的概要的俯视图。

图9是表示粒子计数器的其他例子的俯视图。

图10是表示传统的粒子计数器的主要部分的概要图。

图11是表示本发明的搬运用机器人的手的侧视图。

图12是表示搬运用机器人的俯视图。

图13是表示搬运用机器人的侧视图。

图14是表示手的其他实施例的俯视图。

图15是表示传统的搬运用机器人的立体图。

图16是表示其他实施例的粒子计数器的概要图，(A)是表示其原理的概要的立体图，(B)是概要图的侧视图。

具体实施方式

以下参照附图所示的最佳实施例对本发明的组成进行详细说明。

图1～图5表示本发明的产业用机器人1的实施例1。该产业用机器人1，是在清洁空间11内进行组装、加工、搬运等作业的。而且在产业用机器人1的手部10设有对清洁空间11内的清洁度进行测量的粒子计数器。因此，由粒子计数器能测量放置在手部10上的半导体晶片和液晶面板等工件8附近的粒子量，因而能进行正确的检查。

该产业用机器人1，比如是作为将工件8从盒子13搬运至制造装置14的臂部驱动装置。这些产业用机器人1、盒子13及制造装置14全部设置在清洁空间11即清洁室内。

产业用机器人1包括：以基座9上的关节部2为中心可旋转的第1臂部5；可旋转地与该第1臂部5的前端侧的关节部3连接的第2臂部6；可旋转地与该第2臂部6的前端部的关节部4连接的手部10。在各关节部2、3、4内置有皮带轮，同时关节部2、3之间及关节部3、4之间分别由同步皮带连接，设置成手部10始终面对一定方向的状态并在直线上进行移动。

粒子计数器的吸入口12如图4、5所示，设置在手部10的前端。吸入口12为圆形的孔。手部10的前端是手部10中自由度最高的，因此能在清洁空间11内的非常多的位置进行测定。这里，在工件8是半导体晶片的场合，最好使用陶瓷制的手部10。因此，通过构成手部10的陶瓷本身形成从吸入口12连通粒子计数器本体的吸引管。另外，在工件8是液晶面板的场合，最好使用碳混合物的手部10。在此场合，在手部10的内部穿通作为从吸入口12连通粒子计数器本体的吸引管的软管。另外，粒子计数器本体也可设置在臂部内等产业用机器人1的内部或外部。

另外，该产业用机器人1，通过将基座9可升降且可旋转地设置在机器人本体25上而得到支承。在此场合，通过基座9本身的升降或旋转，能对手部10进行直线运动时的高度和方向进行改变。

以下对上述产业用机器人1的动作进行说明。

驱动内置于机器人本体25内的电机，使关节部2的皮带轮旋转，使臂部10的位置前后移动，或对基座9进行升降，使臂部10进行升降，或使整个机器人本体25水平移动，以调节臂部10的位置。而且，当臂部10到达规定位置后，使粒子计数器工作，从臂部10的前端的吸入口12吸入空气。通过对该空气中的粒子的量进行测定就可求出清洁空间11内的粒子量。

另外，测定也可是连续进行，或设定定期测定动作时间。这里，产业用机器人1在搬运工件中进行测定的场合，能以吸引足够的量比如1立方的空气。在此场合，1次吸入量比如设为0.1立方米，以此测定粒子量。然后，对其重复10次，对各粒子的量进行累计，或将1次吸入的粒子量放大10倍等，即使1次不能吸入1立方米的空气，也能通过统计的手法算出1立方米的空气的粒子量。在此场合，至少能检测出相对于正常状态是否发生变化。

由此，不必急剧吸入大量空气，可防止因吸入而产生气流，从而造成沉淀的粒子被吸起或卷起的事态发生。另外，不必吸入大量空气，可缩短作业时间。

另外，上述实施例仅是本发明的1个最佳实施例，但并不局限于此，只要在本发明的宗旨范围内，可进行各种变形。比如，本实施例中，粒子计数器的吸入口12设置在手部10的前端，但并不局限于此，也可是手部10的根部等别的位置。在此场合，手部10的自由度高，因此能在清洁空间11内的许多位置进行测量。

另外，本实施例中，将产业用机器人1当作了臂部驱动装置，但并不局限于此，也可是其他装置。

以下，参照附图所示的最佳实施例对粒子计数器进行具体、详细的说明。

图6及图7表示本发明的粒子计数器51的一个实施例。该粒子计数器51，将激光52照射测定区域53，根据存在于该测定区域53内的粒子(灰尘)54所产生的散射光55，而对粒子54进行计数。而且，激光52形成为带状的激光束。另外，具有使含有粒子54的试料流体56朝一定的方向流动的流道装置57。激光52的宽度大于利用流道装置57流动的试料流体56的大小，同时，在与上述激光的前进方向垂直的方向上，激光穿过试料流体56的整个宽度。

该粒子计数器51包括发射激光52的光源58、将激光52聚光至试料流体56的聚光透镜59、流道装置57、将试料流体56中的粒子54所产生的散射光55予以聚光的受光透镜60、将聚光后的散射光55进行光电转换的光敏元件61。

光源58是激光二极管。聚光透镜59具有视准透镜62和柱面透镜63。视准透镜62中将激光52作成平行光。柱面透镜63是2片1组，将椭圆形的激光52变成更扁平的带状的光线。该激光52比如宽度为4mm、厚度为50μm左右。由视准透镜63提高激光52的能量密度。

光束袋64配置在聚光透镜59的下游侧。光束袋64用于捕捉聚光后的激光52。由此，可减少激光52在粒子计数器51内部处反射引起的杂乱光，可减少射入受光元件61的背景噪声。因而可提高SN比，可提高信号的增幅度。

流道装置57具有配置在聚光透镜59的下游侧的气密部65、向该气密部65供给试料流体56的供给管66、使气密部65成为负压的吸引泵67。另外，激光52与试料流体56相交的部分为测定区域53。

受光透镜60与测定区域53面对，同时，光轴与激光52的光轴正交。作为受光元件61，使用带前置放大器SiPIN光电二极管。由此，可提高感度和SN比。

以下对上述粒子计数器51的作用进行说明。

从光源58发出的激光52透过聚光透镜59而成为带状。该带状激光52聚光至气密部65。另一方面，在吸引泵67的工作下，气密部65中试料流体56流动。而且，激光52通过试料流体56。

一旦试料流体56含有灰尘，则从测定区域53产生散射光55。该散射光55借助受光透镜60射入受光元件61。而且，从受光元件61得到的电输出功率的脉冲的大小与粒子54的粒径存在相关关系，故从电输出功率的脉冲大小可求得粒径。另外，粒子54通过时产生脉冲，从脉冲的次数可求出粒子数。

上述实施例仅是本发明的1个最佳实施例，但并不局限于此，只要在本发明的宗旨范围内，可进行各种变形。比如，本实施例中，离开聚光透镜59后的激光52直接通过试料流体56，但并不局限于此，也可如图8所示，在聚光透镜59的后面设置反射透镜68，激光52反射后通过试料流体56。由此，可将光路曲折，可实现粒子计数器51的小型化。

另外，本实施例中，试料流体56的流动相对于激光52的宽幅的面成45度，但并不局限于此，如图9所示，也可成90度。图9所示的粒子计数器51中，从光源(未图示)发出的激光52透过2片柱面透镜63，在与图垂直的方向被压缩而成带状。而且，设置供给管66及吸引泵，以使试料流体56在与图纸垂直的方向流动。

而且，上述各实施例中，利用柱面透镜63将椭圆形的激光52进一步变为扁平形状，但并不局限于此，也可使椭圆形的激光52直接照射试料流体56。在此场合，激光52仍是宽幅的带状，故能对试料流体56宽幅地进行照射。

另外，上述各实施例中，将激光52直接照射供给管66与吸引泵67之间流动的试料流体56，但并不局限于此，也可将试料流体56在由能透过激光52的透明体构成的管路内流动，将激光52从其外部进行照射。

而且，本实施例中，从光源(未图示)发出的激光52透过2片柱面透镜63，在与图垂直的方向被压缩而成带状，但并不局限于此，如图16所示的粒子计数器510那样，也可仅由1片柱面透镜63(作为聚光透镜59)构成，激光52通过试料流体56。这样，通过柱面透镜63的激光52并不是完全的平行光，当测定区域53狭窄，故可看作平行光，可与上述实施例相同地求得粒子的量。

另外，图16所示的粒子计数器510中，在受光元件61和受光透镜60的相反侧设有反射透镜70。由此，向受光元件61相反侧散射的散射光55由反射透镜70进行反射，可聚光至受光元件61，能更高效地求得粒子数。

以下，利用附图所示的最佳实施例对本发明的搬运用机器人的手的结构进行详细说明。

图11～图13是表示本发明的搬运用机器人81的手82的一个实施例。该手82是设置在从存放有搬运物83的存放装置将搬运物83取出、或将搬运物83存放进存放装置内的搬运用机器人81的臂部前端。而且，构成手82的手叉84由中空形状构成，同时手叉84的厚度朝着手叉84的前端而变薄。因此，可提高力矩最大的基端部分的刚性。另外，前端侧比基端侧轻，故手叉84的重心靠近基端侧，同时，手叉84整体得到轻量化。由此，搬运用机器人81的共振频率提高，从而能提高动作速度。

本实施例中，如图12及图13所示，手82具有上下方向双层平行的3根手叉84。因此，1次的手82的动作可以搬运2片搬运物83。各手叉84的上面即搬运物83的承接面84a为水平面，同时，手叉84的下面84b为朝手叉84的前端倾斜的倾斜面。因此，可将搬运物83水平地放置在手82上。另外，手叉84的左右的侧面互相平行。

而且，手叉84的管壁厚度为一定。不过，并不局限于此，管壁的厚度也可前端侧变薄。搬运物83比如是大型的液晶玻璃。

手叉84由碳纤维与树脂的复合材料构成。因而在得到高的刚性的同时可实现轻量化。这里，碳纤维及树脂的复合材料形成手叉84的方法是将树脂含浸在筒状的碳纤维中，但也可是以往的或新的方法。

另外，具有该手82的搬运用机器人81，具有2组以下的构件，即：以基座85上的关节部86为中心可旋转的第1臂部87；可旋转地与该第1臂部87的前端侧的关节部88连接的第2臂部89；可旋转地与该第2臂部89的前端部的关节部90连接的手82。在各关节部86、88、90内置有皮带轮，同时关节部86、88之间及关节部88、90之间分别由同步皮带连接，设置成手82始终面对一定的方向的状态并在直线上进行移动。

而且，搬运用机器人81具有升降机构。即，臂部87、89及手82可在升降机构的最低高度(图13中的实线所示)与升降机构的最高高度(图13中的双点划线所示)之间升降。另外，搬运用机器人81可沿轨道91移动。

以下说明上述搬运用机器人81的手82的动作。

利用臂部87、89移动手82，从存放大量搬运物83的存放装置中取出搬运物83。由于搬运用机器人81的共振频率提高，故可使手82的动作速度足够快。由此可缩短节拍。

放置后使臂部87、89动作，将搬运物83移动至处理装置或其他存放装置等规定的位置。这里，手叉84的承接面84a为水平面，可将搬运物83维持在水平状态。而且，手叉84的基端较厚、前端较薄，故即使因搬运物83的重量使前端侧朝下方弯曲，也能防止上侧的手叉84的下面84b与下面的手叉84上放置的搬运物83干涉。

另外，上述实施例仅是本发明的1个最佳实施例，但并不局限于此，只要在本发明的宗旨范围内，可进行各种变形。比如，本实施例中，手叉84的上面是水平面，同时手叉84的下面是倾斜面，但并不局限于此，也可是上面为往前的下倾面、下面84b为水平面或往前上的倾斜面。或比如如图14所示，手叉84的左右的侧面84c、84d为前端侧变细的倾斜面。在此场合，也可是左右的侧面双方或仅一方为倾斜面。此时手叉84的上下面既可是水平面也可是收敛的倾斜面。

另外，本实施例中手叉84的材料是碳纤维与树脂的复合材料，但并不局限于此，也可是其他金属等。

Claims (2)

1.一种对测定区域照射激光、并根据该测定区域内存在的粒子所产生的散射光对粒子进行计数的粒子计数器，其特征在于，所述激光形成带状的激光束。

2.如权利要求1所述的粒子计数器，其特征在于，具有使含有所述粒子的试料流体朝一定的方向流动的流道装置，并且所述激光的宽度大于利用所述流道装置而流动的试料流体的大小，且在与所述激光的前进方向成直角的方向上，激光穿过试料流体的整个宽度。

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