CN207873421U - 自动上下料系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自动上下料系统，用于承载产品的钢环载体、用于放置钢环载体的钢环料盒、用于运载钢环料盒上下运动的Z轴升降运动单元、用于夹取钢环载体的取料单元、用于驱动取料单元直线运动的Y轴运动单元、用于对钢环载体定位定心的归正工位单元、用于旋转运载钢环载体的旋转运料单元以及载台单元，钢环料盒和归正工位单元位于Y轴运动单元的一侧且沿取料单元的运动方向呈前后布置，钢环料盒由下而上设有多层用于放置钢环载体的承载槽，钢环料盒的进出料口正对于取料单元的运行方向，载台单元位于Y轴运动单元的另一侧，旋转运料单元位于归正工位单元与载台单元之间。自动化实现对晶圆产品搬运上下料，同时提升晶圆搬运时点对点的精度。

Description

自动上下料系统

技术领域

本实用新型涉及一种自动上下料系统，属于自动化设备技术领域。

背景技术

目前，晶圆激光切割设备的自动上下料系统主要采用三自由度晶圆搬运机械手进行晶圆搬运，现有三自由度晶圆搬运机械手属于标准外购件，设备布局会受到机械手搬运空间的影响，设备整体布局需要根据机械手的搬运空间来进行，导致设备空间利用率不高，同时机械手本身价格较为昂贵，不利于批量设备成本控制，也不利于批量化生产。在搬运精度方面，三自由度晶圆搬运机械手的结构特性，点对点搬运精度一般都在200um左右，属于较低精度等级。在运动控制方面，设备软件控制需要与机械手控制单元进行通讯及控制，这样会增加设备软件整体的控制难度。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种自动上下料系统。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

自动上下料系统，特点是：用于承载产品的钢环载体、用于放置钢环载体的钢环料盒、用于运载钢环料盒上下运动的Z轴升降运动单元、用于夹取钢环载体的取料单元、用于驱动取料单元直线运动的Y轴运动单元、用于对钢环载体定位定心的归正工位单元、用于旋转运载钢环载体的旋转运料单元以及载台单元，所述钢环料盒和归正工位单元位于Y轴运动单元的一侧且沿取料单元的运动方向呈前后布置，钢环料盒由下而上设有多层用于放置钢环载体的承载槽，钢环料盒的进出料口正对于取料单元的运行方向，载台单元位于Y轴运动单元的另一侧，旋转运料单元位于归正工位单元与载台单元之间。

进一步地，上述的自动上下料系统，其中，所述钢环载体包含用于固定产品的透明UV膜以及钢环，透明UV膜置于钢环上。

进一步地，上述的自动上下料系统，其中，所述钢环料盒由下而上设有数层供钢环载体单独进出的插槽，层间距离为5mm。

进一步地，上述的自动上下料系统，其中，所述钢环的厚度为1mm。

进一步地，上述的自动上下料系统，其中，所述归正工位单元包含主动轮、从动轮、同步带、第一夹块、第二夹块、左滑板、右滑板、归正左挡条、归正右挡条以及基板，主动轮和从动轮旋转自如地支撑于基板上，同步带套置于主动轮和从动轮上，同步带的一侧安装第一夹块，同步带的另一侧安装第二夹块，第一夹块和第二夹块上对应安装右滑板与左滑板，左滑板与右滑板上对应设有归正左挡条与归正右挡条，归正左挡条与归正右挡条呈平行布置，同步带带动第一夹块与第二夹块做运动方向相反的直线运动，使左滑板与右滑板做运动方向相反的直线运动，带动归正左挡条与归正右挡条同时相向或背向运动，产生闭合或张开动作对钢环载体定位定心。

进一步地，上述的自动上下料系统，其中，所述归正左挡条和归正右挡条置于两平行布置的直线导轨上，可沿其直线滑动。

进一步地，上述的自动上下料系统，其中，伺服电机与减速机的输入轴传动连接，减速机的输出轴与主动轮驱动连接。

进一步地，上述的自动上下料系统，其中，所述旋转运料单元包含吸盘、吸盘升降机构以及吸盘旋转机构，吸盘置于吸盘升降机构上，吸盘升降机构安装于吸盘旋转机构上。

进一步地，上述的自动上下料系统，其中，所述吸盘上沿周向均匀间隔分布有四只吸嘴。

进一步地，上述的自动上下料系统，其中，所述载台单元上分布有真空吸附孔。

本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：

本实用新型设计独特、结构新颖，自动化实现对晶圆产品搬运上下料，同时提升晶圆搬运时点对点的精度，将搬运精度提升至20um；另外，解决晶圆搬运与整机设备空间有效结合的问题，提高空间利用率，在保证较高搬运效率的情况下，有效利用设备整体空间，使得整体布局更为紧凑；其制造成本约为现有搬运设备的1/3，大大降低了成本；智能化进行上下料控制及异常报警处理，工作更为稳定。

附图说明

图1：本实用新型系统的结构示意图；

图2：钢环载体的结构示意图；

图3：钢环料盒的结构示意图；

图4：钢环料盒与Z轴升降运动单元的连接示意图；

图5：取料单元与Y轴运动单元的连接示意图；

图6：归正工位单元的背面结构示意图；

图7：归正工位单元的正面结构示意图；

图8：旋转运料单元的结构示意图；

图9：载台单元的结构示意图；

图10：本实用新型系统的一工作状态的示意图；

图11：本实用新型系统的另一工作状态的示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明具体实施方案。

如图1所示，自动上下料系统，用于承载产品的钢环载体1、用于放置钢环载体的钢环料盒2、用于运载钢环料盒上下运动的Z轴升降运动单元3、用于夹取钢环载体的取料单元4、用于驱动取料单元直线运动的Y轴运动单元5、用于对钢环载体定位定心的归正工位单元6、用于旋转运载钢环载体的旋转运料单元7以及载台单元8，钢环料盒2和归正工位单元6位于Y轴运动单元5的一侧且沿取料单元4的运动方向呈前后布置，Y轴运动单元5与取料单元4驱动连接，驱动其直线运动，钢环料盒2由下而上设有多层用于放置钢环载体的承载槽，钢环料盒2的进出料口正对于取料单元4的运行方向，载台单元8位于Y轴运动单元5的另一侧，旋转运料单元7位于归正工位单元6与载台单元8之间。

如图2所示，钢环载体1包含用于固定产品101的透明UV膜102以及钢环103，透明UV膜102置于钢环103上；钢环103的厚度为1mm。待加工产品通过透明UV膜102与钢环103固定，作为产品搬运和加工时的载体。

如图3所示，钢环料盒2由下而上设有数层供钢环载体1单独进出的插槽201，钢环载体置于25层的钢环料盒中，每一片钢环载体可以单独进出，每一层层间距离为5mm。待加工钢环载体从钢环料盒2中自上而下逐一被取出，然后之上而下逐一被送回。25片钢环载体加工完后，操作员只需更换另一个钢环料盒，再次进入全自动作业。

如图4所示，钢环料盒2安装于Z轴升降运动单元3上，Z轴升降运动单元3带动钢环料盒2上下运动。Z轴升降运动单元3的主要作用是带动钢环料盒2做升降运动，而且是按照料盒5mm的层间距进行升降动作，配合取料单元4搬运钢环载体。

如图5所示，取料单元4置于Y轴运动单元5上，取料单元4从钢环料盒2中夹取钢环载体1，Y轴运动单元5带动取料单元4直线运动，将钢环载体1搬运到归正工位单元6上，或者将归正工位单元6上已经完成加工的钢环载体送回至钢环料盒2。取料单元4首先做直线运动，进入钢环料盒2，然后进行夹紧动作，将钢环载体从钢环料盒2中取出，然后再运送到指定的归正工位单元6上；相反，退料时，是将归正工位单元6上的钢环载体再送回钢环料盒2中。

如图6、图7所示，归正工位单元6包含主动轮603、从动轮604、同步带606、第一夹块607、第二夹块608、左滑板610、右滑板609、归正左挡条612、归正右挡条611以及基板605，主动轮603和从动轮604旋转自如地支撑于基板605上，同步带606套置于主动轮603和从动轮604上，同步带606的一侧安装第一夹块607，同步带606的另一侧安装第二夹块608，第一夹块607和第二夹块608上对应安装右滑板609与左滑板610，左滑板610与右滑板609上对应设有归正左挡条612与归正右挡条611，归正左挡条612与归正右挡条611呈平行布置，归正左挡条612和归正右挡条611置于两平行布置的直线导轨613上，可沿其直线滑动；伺服电机601与减速机602的输入轴传动连接，减速机602的输出轴与主动轮603驱动连接，伺服电机601工作使同步带606运转，同步带606带动第一夹块607与第二夹块608做运动方向相反的直线运动，使左滑板610与右滑板609做运动方向相反的直线运动，带动归正左挡条612与归正右挡条611同时相向或背向运动，产生闭合或张开动作对钢环载体1定位定心。

伺服电机601与减速机602直连，主动轮603与减速机602直连，伺服电机601的旋转运动传递给主动轮603，再通过同步带606带动被动轮604旋转。同步带606上安装有第一夹块607和第二夹块608，第一夹块607和第二夹块608紧紧与同步带606抱紧，与同步带一起做直线往复运动。第一夹块607和第二夹块608安装在同步带606的两侧，同步带两侧则是做直线运动，正好使第一夹块607和第二夹块608做直线运动。由于第一夹块607和第二夹块608分别安装在同步带606两侧，而不是同侧，因此，第一夹块607与第二夹块608的运动方向正好相反，时而靠近，时而远离。第一夹块607和第二夹块608又分别与安装在直线导轨上的右滑板609与左滑板610连接，左右滑板又分别与归正左右挡条连接，这样就使得归正左挡条612与归正右挡条611同时相向或背向运动，最终产生闭合或张开的效果，实现对钢环载体1的定心动作。

采用减速机602的目的是增大伺服电机601的扭矩，也就是增大皮带主动轮的驱动力，从而最终增大归正左挡条612与归正右挡条611的推力，使得钢环载体运动更加顺畅。

归正工位单元6将取料单元4搬运过来的钢环载体1进行归正，对钢环载体进行自动定位和定心动作。因为，当取料单元4从钢环料盒2将钢环载体1搬运出来一直到归正工位时，整个过程钢环载体被平移，是没有任何辅助的导向机构来约束，则对于之后的动作流程，旋转运料单元7的吸盘701垂直向下去吸附钢环载体四周，将钢环载体提升是有一定风险的。如果钢环载体的位置度有误差，就很有可能导致吸盘701垂直向下后吸附到钢环载体边缘，甚至没有吸附到钢环载体上，都会导致破真空现象，从而使得产品不能被牢牢吸住而提升。因此，通过归正工位单元6，从工位的变化，即归正左挡条612与归正右挡条611的闭合，就很轻易地将钢环载体进行定位和定心，为下一步动作做好铺垫。

如图8所示，旋转运料单元7包含吸盘701、吸盘升降机构702以及吸盘旋转机构703，吸盘701置于吸盘升降机构702上，吸盘升降机构702安装于吸盘旋转机构703上，吸盘701上沿周向均匀间隔分布有四只吸嘴，用于吸附钢环载体1。

旋转运料单元7的作用是将归正工位单元6已完成定位定心的钢环载体，通过吸盘701的吸附动作、吸盘升降机构702的提升动作以及吸盘旋转机构703的180度旋转动作，将钢环载体上产品放置在载台单元8上进行加工；相反，已经加工好的钢环载体从载台单元8上通过吸附动作、提升动作以及旋转180度后，把钢环载体放置在归正工位单元6处，实现一次物料交换。吸盘701上均布有4只吸嘴，吸盘的真空吸力来源于真空电磁阀，通过真空电磁阀的控制保持真空的通断，从而来吸附和放置产品。吸盘升降机构702为升降气缸，将已经吸附好的钢环载体做一提升或下降动作，离开原有的工位，为下一步旋转做准备；吸盘旋转机构703，通过伺服电机的旋转运动，实现物料的搬运和交换。

如图9所示，载台单元8上分布有真空吸附孔801，用于吸附钢环载体1。载台单元8作为产品加工时的工作台面以及产品搬运时的一个固定工位。当钢环载体的产品由旋转运料单元7搬运到载台单元8的工位后，整个自动上下料流程结束，紧接着进入加工切割流程。相反，也是回料搬运的起始点，通过上下料系统将钢环载体送回到钢环料盒中。

所搬运的是钢环载体以及其上的晶圆产品，Z轴升降运动单元3、Y轴运动单元5及归正工位单元6采用伺服电机驱动，旋转运料单元7采用伺服电机以及真空吸盘，整个系统的精度可以控制在20um以内。

具体工作流程为：Z轴升降运动单元3将钢环料盒2上下移动至合适位置，便于取料单元4的夹嘴进行夹取，Y轴运动单元5带动取料单元4将钢环料盒2的钢环载体从料盒里面拉出，如图1所示。此时，归正工位单元6的归正左挡条612与归正右挡条611呈打开状态，由于旋转运料单元7与取料单元4共用上下料搬运空间，所以处于图示0度工位。

紧接着，取料单元4将钢环载体送到归正工位单元6进行定位，如图10所示，使得钢环载体位置定位和定心准确。此时，旋转运料单元7依然处于图示0度工位位置。

然后，旋转运料单元7的吸盘701和吸盘升降机构702的共同作用下降到钢环载体位置，进行真空吸附，之后吸盘701上升，通过吸盘升降机构702完成吸盘上升与下降动作，使得钢环载体脱离原有工位，如图11所示，此时，吸盘旋转机构703首先旋转90度，吸附好钢环载体后，先上升，再旋转180度，然后再下降，最后将钢环载体放置在载台单元8上，完成整个上下料流程。

同时，如果载台单元8上有加工好的产品，通过旋转运料单元7进行180度旋转，1秒钟的时间将钢环载体旋转后放置在归正工位单元6上，然后再通过取料单元4退回料盒，完成退料动作。整个上下料系统执行非常稳定，且效率非常高。经过实际检测单次进料的时间在5秒左右，退料时间在4秒左右，完成一次物料交换不到10秒。

综上所述，本实用新型设计独特、结构新颖，自动化实现对晶圆产品搬运上下料，同时提升晶圆搬运时点对点的精度问题，将搬运精度提升至20um。另外，解决晶圆搬运与整机设备空间有效结合的问题，提高空间利用率，在保证较高搬运效率的情况下，有效利用设备整体空间，使得整体布局更为紧凑。同时，其制造成本约为现有搬运设备的1/3，有效降低了成本。智能化进行上下料控制及异常报警处理，工作更加稳定。

需要说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非用以限定本实用新型的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本实用新型所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (10)

1.自动上下料系统，其特征在于：用于承载产品的钢环载体、用于放置钢环载体的钢环料盒、用于运载钢环料盒上下运动的Z轴升降运动单元、用于夹取钢环载体的取料单元、用于驱动取料单元直线运动的Y轴运动单元、用于对钢环载体定位定心的归正工位单元、用于旋转运载钢环载体的旋转运料单元以及载台单元，所述钢环料盒和归正工位单元位于Y轴运动单元的一侧且沿取料单元的运动方向呈前后布置，钢环料盒由下而上设有多层用于放置钢环载体的承载槽，钢环料盒的进出料口正对于取料单元的运行方向，载台单元位于Y轴运动单元的另一侧，旋转运料单元位于归正工位单元与载台单元之间。

2.根据权利要求1所述的自动上下料系统，其特征在于：所述钢环载体包含用于固定产品的透明UV膜以及钢环，透明UV膜置于钢环上。

3.根据权利要求2所述的自动上下料系统，其特征在于：所述钢环料盒由下而上设有数层供钢环载体单独进出的插槽，层间距离为5mm。

4.根据权利要求2所述的自动上下料系统，其特征在于：所述钢环的厚度为1mm。

5.根据权利要求1所述的自动上下料系统，其特征在于：所述归正工位单元包含主动轮、从动轮、同步带、第一夹块、第二夹块、左滑板、右滑板、归正左挡条、归正右挡条以及基板，主动轮和从动轮旋转自如地支撑于基板上，同步带套置于主动轮和从动轮上，同步带的一侧安装第一夹块，同步带的另一侧安装第二夹块，第一夹块和第二夹块上对应安装右滑板与左滑板，左滑板与右滑板上对应设有归正左挡条与归正右挡条，归正左挡条与归正右挡条呈平行布置，同步带带动第一夹块与第二夹块做运动方向相反的直线运动，使左滑板与右滑板做运动方向相反的直线运动，带动归正左挡条与归正右挡条同时相向或背向运动，产生闭合或张开动作对钢环载体定位定心。

6.根据权利要求5所述的自动上下料系统，其特征在于：所述归正左挡条和归正右挡条置于两平行布置的直线导轨上，可沿其直线滑动。

7.根据权利要求5所述的自动上下料系统，其特征在于：伺服电机与减速机的输入轴传动连接，减速机的输出轴与主动轮驱动连接。

8.根据权利要求1所述的自动上下料系统，其特征在于：所述旋转运料单元包含吸盘、吸盘升降机构以及吸盘旋转机构，吸盘置于吸盘升降机构上，吸盘升降机构安装于吸盘旋转机构上。

9.根据权利要求8所述的自动上下料系统，其特征在于：所述吸盘上沿周向均匀间隔分布有四只吸嘴。

10.根据权利要求1所述的自动上下料系统，其特征在于：所述载台单元上分布有真空吸附孔。