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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Abheben von scheibenförmigen,
ein Innenloch aufweisenden Substraten, insbesondere Substraten für optische
Datenträger,
von einem Stapel durch einen Substratgreifer.
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Es
ist beispielsweise bei der Herstellung von optischen Datenträgern, wie
CDs und DVDs bekannt, scheibenförmige
Substrate, beispielsweise aus Polykarbonat (PC) herzustellen und
diese scheibenförmigen
Substrate zunächst
zur Zwischenspeicherung auf einer Spindel als Stapel aufzunehmen.
Die scheibenförmigen
Substrate werden dann anschließend einzeln
von der Spindel entnommen, um einer weiteren Bearbeitung, wie beispielsweise
einer Metallisierung zugeführt
zu werden. Dabei ist es wichtig, dass die Substrate einzeln abgenommen
und den nachfolgenden Prozessen zugeführt werden. Aufgrund unterschiedlicher
Effekte können
die Substrate jedoch bis zu einem gewissen Grade aneinander anhaften, so
dass die Gefahr besteht, wenn das oberste Substrat in dem Stapel
abgehoben wird, dass das darunterliegende Substrat ebenfalls mit
abgehoben wird.
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Um
dieses Problem zu vermeiden, wurde in der Vergangenheit versucht,
von außen
ein Luftpolster zwischen die beiden oberen Substrate einzublasen.
Bei immer dünner,
leichter und flexibler werdenden Substraten führt dies jedoch nicht immer
zu dem gewünschten
Ergebnis, insbesondere wenn der Substratgreifer im Wesentlichen
im Bereich des Innenlochs an das Substrat angreift.
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Ausgehend
von dem oben genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden
Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, auf einfache und kostengünstige Art
und Weise ein sicheres Abheben eines einzelnen Substrats von einem
Stapel durch einen Substratgreifer zu ermöglichen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist ein Verfahren zum Abheben von scheibenförmigen,
ein Innenloch aufweisenden Substraten, insbesondere Substraten für optische
Datenträger,
von einem Stapel durch einen Substratgreifer vorgesehen, bei dem
vor und/oder während
des Abhebens des obersten Substrats durch den Substratgreifer vom
Innenloch der Substrate her ein Gasstrom zwischen die beiden obersten
Substraten des Stapels geleitet wird. Durch das Einleiten eines
Gasstroms zwischen die beiden obersten Substrate des Stapels vom
Innenloch her, ist die Wirkung des Gases viel konzentrierter als
am Außenumfang
und kann weniger leicht in nicht effektiver Weise, z.B. tangential
zum Außenumfang,
abgelenkt werden. Darüber
hinaus baut sich zwischen den beiden oberen Substraten ein sich
radial nach außen erweiterndes
Luftkissen auf, was ein sicheres Lösen der beiden Substrate fördert.
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Vorzugsweise
wird der Gasstrom von oben über
das Innenloch des ersten Substrats zwischen die beiden obersten
Substrate des Stapels geleitet, da der oberhalb der Substrate liegende
Bereich im Wesentlichen frei zugänglich
ist, und somit ein leichtes Einleiten des Gasstroms zwischen die
beiden Substrate gewährleistet.
Dabei wird der Gasstrom vorzugsweise in einen Spalt zwischen einer
in den Innenlöchern
der Substrate aufgenommenen Spindel und dem Innenloch des ersten
Substrats geleitet. Zwischen der Spindel und dem Innenloch der obersten
Substrate wird ein eng begrenzter Ringraum gebildet, der einen sehr
konzentrierten Einsatz des Gasstroms ermöglicht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Gasstrom vom Substratgreifer aus zwischen
die beiden obersten Substrate des Stapels geleitet, wodurch sich
eine gute Ausrichtung des Gasstroms hinsichtlich der beiden obersten
Substrate des Stapels durch eine Bewegung des Substratgreifers erreichen
lässt.
Vorzugsweise saugt der Substratgreifer das oberste Substrat zum
Abheben vom Stapel im Bereich des Innenlochs mittels Unterdruck
an und hält
es fest. Hierdurch lässt
sich insbesondere bei optischen Datenträgern das Ergreifen des Substrats
in einem Bereich ermöglichen,
in dem in der Regel keine optischen Daten vorgesehen werden. Darüber hinaus
unterstützt
das Ansaugen und Festhalten im Bereich des Innenlochs beim Anheben des obersten
Substrats die Ausbildung eines sich radial erweiternden Luftkissens
zwischen den beiden obersten Substraten im Stapel.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird der Gasstrom über
eine in den Innenlöchern
der Substrate aufgenommene Spindel zwischen die beiden obersten
Substrate des Stapels geleitet, wodurch sich auf besonders einfache
Art und Weise eine gezielte Gasströmung in den Bereich zwischen
den beiden obersten Substraten erreichen lässt, insbesondere wenn die
Substrate jeweils nach Abheben des obersten Substrats derart getaktet
bzw. bezüglich
der Spindel bewegt werden, dass das oberste Substrat vor dem Abheben
im Wesentlichen immer in derselben Position ist.
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Um
die Ausbildung eines Gaskissens zwischen den beiden obersten Substraten
im Stapel noch weiter zu fördern,
wird bei einer Ausführungsform
der Erfindung zusätzlich
vom Außenumfang
der Substrate her ein weiterer Gasstrom zwischen die beiden obersten
Substrate des Stapels geleitet. Für eine besonders einfache Ausführungsform
der Erfindung ist das Gas vorzugsweise Umgebungsluft, die ggf. vor
dem Leiten zwischen die Substrate gefiltert und/oder ionisiert wird.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Vorrichtung
zum Abheben von scheibenförmigen,
ein Innenloch aufweisenden Substraten von einem Stapel mit einem
Substratgreifer, wenigstens einer Gasquelle und wenigstens einer
mit der Gasquelle in Verbindung stehenden Gasdüse dadurch gelöst, dass
Mittel zum Bewegen der wenigstens einen Gasdüse und/oder des Substratstapels derart
vorgesehen sind, dass ein von der wenigstens einen Gasdüse ausgehender
Gasstrom vom Innenloch der Substrate her im Wesentlichen auf den
Innenlochbereich der beiden obersten Substrate des Stapels geleitet
wird. Durch eine derartige Vorrichtung lässt sich wiederum ein konzentrierter
Gaseinsatz am Innenloch der Substrate erreichen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist wenigstens eine Gasdüse fest am Substratgreifer
befestigt, und die Mittel zum Ausrichten der wenigs tens einen Gasdüse werden
durch die Bewegungseinheit des Substratgreifers gebildet. Hierdurch
lässt sich
durch die Bewegung des Substratgreifers eine automatische Ausrichtung
der wenigstens einen Gasdüse
bezüglich
der obersten Substrate erreichen. Vorzugsweise weist der Substratgreifer wenigstens
einen Unterdruckfinger auf, der das Substrat beim Abheben im Bereich
des Innenlochs kontaktiert. Durch die Kontaktierung im Bereich des
Innenlochs lässt
sich wiederum die Ausbildung eines sich radial erweiternden Gaskissens
zwischen den beiden obersten Substraten fördern.
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Für eine einfache
und effektive Ausgestaltung der Erfindung ist bei einer Ausführungsform
wenigstens eine Gasdüse
fest an bzw. in einer Spindel vorgesehen, die sich durch das Innenloch
der Substrate des Stapels erstreckt. Das Vorsehen der Gasdüse in bzw.
an der Spindel ermöglicht
einen besonders einfachen, stationären Aufbau der Gaszuleitung.
Um eine gleichmäßige Entnahme
des obersten Substrats vom Stapel zu ermöglichen, ist vorzugsweise eine Hubeinrichtung
zum Anheben des Stapels der Substrate derart vorgesehen, dass das
oberste Substrat des Stapels vor dem Abheben jeweils in im Wesentlichen
derselben Position ist. Hierdurch lässt sich beispielsweise einerseits
eine Ausrichtung hinsichtlich einer an der Spindel vorgesehenen
Gasdüse
erreichen, und andererseits die Bewegungseinheit eines Substratgreifers
erleichtern, da dieser immer auf dieselbe Position zugreift.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist ein von der wenigstens einen Gasdüse ausgehender
Gasstrom bezüglich
der Horizontalen schräg
nach unten geneigt, um ein gutes Einführen eines Gasstroms von oben
zwischen die beiden obersten Substrate eines Stapels zu ermöglichen.
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Für ein gutes
Lösen der
beiden obersten Substrate im Stapel kann bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wenigstens eine weitere Düse vorgesehen sein, die auf
den Außenumfang
der Substrate gerichtet ist. Dabei sind ferner Mittel zum Bewegen
der wenigstens einen weiteren Gasdüse und/oder des Substratsstapels
derart vorgesehen, dass ein von der wenigstens einen weiteren Düse ausgehender
Gasstrom auf den Außenumfang
der beiden obersten Substrate des Stapels gerichtet ist. Dies ermöglichst
zusätzlich
das Einleiten eines Gasstroms vom Außenumfang her zwischen die
beiden obersten Substrate des Stapels. Dies kann insbesondere bei
sehr flexiblen Substraten zweckmäßig sein kann,
um ein im Wesentlichen gleichzeitiges Lösen der beiden obersten Substrate
sowohl vom Innenumfang als auch vom Außenumfang her zu gewährleisten.
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Bei
einer besonders einfachen Ausführungsform
der Erfindung weist die Gasquelle Mittel zum Ansaugen von Umgebungsluft
auf. Dabei ist vorzugsweise ein Filter zum Filtern der angesaugten
Umgebungsluft vorgesehen, um zu verhindern, dass Verunreinigungen
auf die Substrate aufgebracht werden.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besitzt eine in das Innenloch der Substrate eingeführte Spindel
vorzugsweise eine Kontur, welche eine auf die Spindel gerichtete
Gasströmung
gezielt in Richtung des Innenumfangs der obersten Substrate im Substratstapel
umlenkt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Abheben von Substraten
von einem Substratstapel gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Ansicht ähnlich
zur 1, wobei ein Substratgreifer in einer Greifposition
dargestellt ist;
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3 eine
vergrößerte Schnittdarstellung
einer Spindel gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
vergrößerte Schnittdarstellung
einer Spindel gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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1 zeigt
eine Vorrichtung 1 zum Abheben von Substraten 2 von
einem Substratstapel 4.
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Die
Substrate 2 des Substratstapels 4 sind auf einer
Spindel 6 einer Substratnahme 5 aufgenommen. Die
Substrataufnahme 5 besitzt ferner eine in Vertikalrichtung
bewegbare Auflage 8, auf der das unterste Substrat 2 des
Stapels 4 ruht. Die Auflage 8 ist derart steuerbar,
dass sie nach der Entnahme eines obersten Substrats 2 von
dem Stapel 4 den gesamten Stapel um die Höhe eines
Substrats 2 anhebt. Hierdurch wird erreicht, dass das oberste
Substrat 2 des Stapels 4 jeweils in einer vorbestimmten Position
ist.
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Oberhalb
der Aufnahme 5 ist ein Substratgreifer 10 vorgesehen,
der über
einen nicht dargestellten Antrieb in X, Y und Z-Richtung bewegbar
ist. Der Substratgreifer 10 weist eine Vielzahl von Vakuumfingern 12 auf,
von denen in 1 drei dargestellt sind. Die
Vakuumfinger 12 sind gleichmäßig beabstandet auf einer Kreislinie
angeordnet. Die Vakuumfinger 12 sind derart angeordnet,
dass sie das oberste Substrat 2 des Stapels 4 im
Bereich von dessen Innenloch ansaugen und halten können. Die
Vakuumfinger 12 sind in bekannter Art und Weise mit einer Unterdruckquelle
verbunden und ebenfalls in geeigneter Weise ansteuerbar.
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An
dem Substratgreifer 10 sind ferner Gasdüsen 15 vorgesehen,
die sich zwischen den Vakuumfingern 12 erstrecken. In der
Zeichnung sind zwei Gasdüsen 15 dargestellt.
Die Gasdüsen
stehen mit einer Gasquelle in Verbindung, und können mit Gas beaufschlagt werden.
Die Gasdüsen
sind bezüglich einer
Vertikalen geneigt, um eine in Richtung einer Mittelachse des Substratgreifers 10 gerichtete
Gasströmung
zu erzeugen.
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1 zeigt
den Substratgreifer, wie er oberhalb und beabstandet zu dem Stapel 4 aus
Substraten 2 angeordnet ist.
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In 2 ist
der Substratgreifer 10 in einer Position dargestellt, in
der die Vakuumfinger 12 mit dem obersten Substrat 2 des
Stapels 4 in Kontakt stehen.
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Die
Gasdüsen 15 sind
auf einen Bereich zwischen der Spindel 6, der Aufnahme 5 und
das oberste Substrat gerichtet, wenn sich der Substratgreifer 10 in
der in 2 dargestellten Position befindet.
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In 1 sind
ferner weitere Gasdüsen 17 vorgesehen,
die auf den Außenumfang
der obersten beiden Substrate 2 des Substratstapels 4 gerichtet sind.
In 1 sind zwei derartige Düsen 17 dargestellt,
es kann jedoch eine beliebige Anzahl von Düsen 17 um den Außenumfang
des Stapels 4 herum vorgesehen sein, um einen Gasstrom
auf den Außenumfang
der beiden obersten Substrate 2 des Substratstapels 4 zu
richten. Hierdurch wird der Aufbau eines radial nach innen gerichteten
Gaskissens zwischen den beiden obersten Substraten 2 des
Stapels 4 erreicht. Statt einer Vielzahl von einzelnen
Düsen 17,
kann beispielsweise auch eine umlaufende Schlitzdüse vorgesehen
sein. Die Düsen 17 sind
mit einer entsprechenden Gasquelle verbunden, welche dieselbe sein
kann, wie die Gasquelle für
die Düsen 15.
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Nachfolgend
wird nunmehr der Betrieb der Vorrichtung 1 anhand der 1 und 2 näher erläutert.
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Zunächst wird
der Stapel 4 aus Substraten 2 über die Auflage 8 in
eine Entnahmeposition gebracht, in der das oberste Substrat des
Stapels 4 in einer vorbestimmten Position ist. Anschließend wird der
Substratgreifer 10 über
den Stapel bewegt, wie in 1 dargestellt
ist und anschließend
auf das oberste Substrat 2 des Stapels 4 abgesenkt,
wie in 2 dargestellt ist. In der in 2 dargestellten
Position wird nunmehr über
die Gasdüsen 15 eine
Gasströmung
zwischen die Spindel 6 der Aufnahme 5 und das
oberste Substrat 2 eingeleitet. Die Gasströmung ist
dabei derart gerichtet, dass sie primär zwischen die beiden obersten
Substraten 2 des Stapels 4 geleitet wird, um dazwischen
ein sich in Radialrichtung ausbreitendes Gaskissen zu bilden. Gleichzeitig
oder nachfolgend werden die Vakuumsauger 12 mit Unterdruck
beaufschlagt, um das oberste Substrat 2 des Stapels 4 anzusaugen,
und daran festzuhalten. Dadurch dass das oberste Substrat nunmehr
fest durch die Vakuumsauger 12 gehalten wird, und zwischen den
beiden obersten Substra ten 2 des Stapels 4 ein sich
radial ausbreitendes Gaskissen gebildet wird, lässt sich das oberste Substrat
des Stapels 2 entnehmen, ohne dass das darunter liegende
Substrat 2 daran anhaftet.
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Das
oberste Substrat 2 des Stapels wird angehoben und einer
weiteren Verarbeitung zugeführt.
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Anschließend wird
die Auflage 8 der Aufnahme 5 angehoben, um das
nunmehr oberste Substrat 2 wiederum in eine Entnahmeposition
zu bewegen und der Abhebvorgang kann wiederholt werden.
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3 zeigt
eine vergrößerte Schnittdarstellung
eines Ausführungsbeispiels
einer Spindel 6 der Aufnahme 5, wobei in 3 dieselben
Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren verwendet werden,
sofern dieselben oder äquivalente
Bauteile bezeichnet werden. Wie in 3 zu erkennen
ist, weist die Spindel 6 an ihrem oberen Ende eine Rundung 14 auf,
an die sich eine Zentrierschräge 16 anschließt. Am Ende
der Zentrierschräge 16 ist
am Übergang
zu einem zylindrischen Führungsteil 18 der
Spindel 6 eine Ausnehmung 20 vorgesehen. Die Ausnehmung 20 ist
umlaufend ausgebildet und derart ausgeformt, dass sie eine auf die
Spindel gerichtete Gasströmung
im Bereich der Ausnehmung 20 in eine im Wesentlichen radial
nach außen
gerichtete Gasströmung
umlenkt, wie durch den Pfeil A in 3 dargestellt
ist. Die Ausnehmung 20 befindet sich in einer Position,
in der die von ihr umgelenkte Gasströmung im Wesentlichen zwischen
die beiden obersten Substrate 2 eines Substratstapels umgelenkt
wird, wenn sich der Substratstapel in seiner Entnahmeposition befindet.
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Die
speziell ausgebildete Ausnehmung 20 ermöglicht eine gute und effiziente
Umlenkung der von den Gasdüsen 15 stammenden
Gasströmung, um
diese konzentriert auf den Innenumfang der beiden obersten Substrate
und insbesondere zwischen die beiden obersten Substrate zu lenken.
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4 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wobei in 4 dieselben
Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren verwendet werden,
um dieselbe oder äquivalente
Bauteile zu bezeichnen.
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Gemäß 6 weist die Spindel 6 eine interne
Gaszuleitung 25 auf, die mit einer nicht dargestellten
Gasquelle in Verbindung steht. Die Gaszuleitung 25 ist
zentriert in der Spindel 6 ausgebildet. Von der Gaszuleitung 25 erstrecken
sich eine Vielzahl von Stichleitungen 27 radial nach außen zum
Außenumfang
der Spindel 6, wo sie in einen Düsenausgang 29 münden. Der
Düsenausgang 29 ist
auf den Innenumfang der beiden obersten Substrate 2 eines
Substratstapels 4 gerichtet, der sich in einer Entnahmeposition
befindet. Insbesondere ist der Düsenausgang 29 auf
einen Bereich zwischen den beiden obersten Substraten 2 des
Stapels gerichtet, wie in 4 zu erkennen
ist. Bei der Entnahme eines Substrats 2 von dem Substratstapel
kann vor und/oder während der
Entnahme über
die Zuleitung 25, die Stichleitung 27 und den
Düsenausgang 29 eine
Gasströmung zwischen
die beiden obersten Substrate 2 eines Substratstapels geleitet
werden, um eine einzelne Entnahme des obersten Substrats zu gewährleisten.
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Die
Gaszuleitung über
die Spindel 6 gemäß 4 kann
alternativ zu einer Gaszuleitung über den Substratgreifer oder
auch zusätzlich
hierzu eingesetzt werden.
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5 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der zusätzliche Gasdüsen vorgesehen
sind, die auf den Außenumfang
der beiden obersten Substrate 2 eines Substratstapels 4 gerichtet
sind, um zusätzlich
Gas auch vom Außenumfang
her zwischen die beiden obersten Substrate eines Stapels zu leiten.
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Die
Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung beschrieben, ohne jedoch auf die speziell dargestellte Ausführungsform
beschränkt
zu sein. Insbesondere kann statt einer Gasquelle, die Umgebungsluft
ansaugt, auch jede beliebige andere Gasquelle, wie bei spielsweise
eine Inertgasquelle, die ein unter Druck stehendes Inertgas verwendet,
eingesetzt werden. Ferner können
die zuvor genannten unterschiedlichen Ausführungsformen in beliebiger
Weise miteinander kombiniert werden, sofern sie kompatibel sind.