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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Handhabung von Substraten.
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Vorrichtungen
der in Rede stehenden Art bilden Handlingsysteme, die zum Transport
von plattenförmigen
Substraten, insbesondere im Bereich der Dünnfilm-Photovoltaik, eingesetzt
werden.
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Derartige
Handlingsysteme kommen in Fertigungsanlagen zum Einsatz, um die
dort zu bearbeitenden Substrate unterschiedlichen Stationen zuzuführen. Die
Stationen derartiger Fertigungsanlagen können generell von Speichern
wie Puffern oder Kassetten oder von Ablagen wie Zentrierstationen
oder Conveyor-Bändern gebildet
sein, in welchen Substrate zwischengelagert werden um sie von dort
Prozessanlagen als weiteren Stationen zuzuführen. In den Prozessanlagen
werden unterschiedliche Bearbeitungsschritte an den Substraten durchgeführt. In Fertigungsanlagen
im Bereich der Dünnfilm-Photovoltaik
werden insbesondere Glassubstrate mehreren Prozessanlagen zugeführt, um
aus diesen Glassubstraten Photovoltaik-Produkte, insbesondere Solarzellen
herzustellen. Derartige Glassubstrate können in Größe und Form variieren.
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Ein
Handlingssystem zum Transport dieser Substrate ist in Form eines
Roboters mit einem Roboterarm, an welchem ein Endeffektor angeordnet ist,
ausgebildet. Mit einem solchen Handlingsystem werden die Substrate
einzeln von einer Station zu einer nächsten Station transportiert.
Der Roboterarm wird hierzu an einer Station so positioniert, dass
mit dem Endeffektor ein Substrat aus dieser Station aufgenommen
werden kann, um es dann der nächsten Station
zuzuführen
und dort in einer Sollposition ablegen zu können.
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Mit
derartigen Handlingsystemen wird ein automatisierter, prozesssicherer
Transfer der Substrate zwischen den einzelnen Stationen erzielt.
Da jedoch in den einzelnen Stationen jeweils eine Vielzahl von Substraten
angeordnet ist, gestaltet sich der Transfer der Substrate mit den
bekannten Handlingsystemen unerwünscht
zeitaufwendig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Handlingsystem der eingangs
genannten Art bereitzustellen, mittels dessen ein erhöhter Durchsatz von
Substraten erzielt werden kann.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
dient zur Handhabung von plattenförmigen Substraten und ist durch
einen Mehrfachendeffektor gekennzeichnet. Der Mehrfachendeffektor
umfasst eine Anzahl von Endeffektoren mittels derer mehrere Substrate
simultan aufnehmbar und transportierbar sind.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
bildet ein Handlingsystem, mittels dessen in einem Arbeitsschritt
aus einer Station einer Fertigungsanlage, in welcher eine Vielzahl
von plattenförmigen
Substraten gelagert ist, gleichzeitig mehrere Substrate entnommen
werden und dann zu einer weiteren Station transportiert und in dieser
in einem einzigen weiteren Arbeitsschritt eingelagert werden. Diese
simultane Handhabung von Substraten wird durch den erfindungsgemäßen Mehrfachendeffektor
erreicht, welcher eine vorgegebene Anzahl einzelner Endeffektoren
aufweist, wobei jeder dieser Endeffektoren zur Aufnahme eines Substrats
ausgebildet ist.
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Im
Vergleich zu bekannten, mit einem einzelnen Endeffektor arbeitenden
Handlingsystem, wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine signifikante
Durchsatzerhöhung
beim Transport der Substrate erzielt, da in einem Trans portvorgang
nicht mehr nur ein Substrat, sondern mehrere Substrate transportiert
werden können.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
bildet dabei generell ein robotergesteuertes Handlingsystem, bei
welchem vorteilhaft der Mehrfachendeffektor an einem Roboterarm
angeordnet ist.
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Die
Anzahl der Endeffektoren eines Mehrfachendeffektors sowie deren
Relativpositionen am Mehrfachendeffektor können applikationsspezifisch vorgegeben
werden. So kann im einfachsten Fall der Mehrfachendeffektor als
Doppelendeffektor ausgebildet sein. Generell kann der Mehrfachendeffektor auch
mehr als zwei Endeffektoren aufweisen.
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Da
die plattenförmigen
Substrate, die insbesondere von Glassubstraten für die Dünnfilm-Photovoltaik gebildet
sind, in den einzelnen Stationen wie Puffer, Kassetten oder Prozessanlagen
zur Durchführung
von Bearbeitungsvorgängen,
an den Substraten in horizontalen oder vertikalen Ebenen orientiert
und in vorgegebenen Abständen übereinander liegend
angeordnet sind, sind die Endeffektoren des Mehrfachendeffektors
an diese Geometrien angepasst. Demzufolge sind auch die Endeffektoren
des Mehrfachendeffektors in vorgegebenen Abständen übereinander angeordnet, wobei
die einzelnen Endeffektoren so ausgebildet sind, dass diese in horizontalen
Ebenen orientiert an den Endeffektoren des Mehrfachendeffektors
gelagert werden können. Durch
diese Adaption der Endeffektoren an die Anordnung der Substrate
in den einzelnen Stationen wird eine simultane Aufnahme mehrerer
Substrate in einer Station und ein Transport der Substrate zur nächsten Station
möglich.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist
der Mehrfachendeffektor Betätigungsmittel
auf, mittels derer die Abstände
zwischen den Endeffektoren einstellbar sind. Damit wird ermöglicht,
mit dem Mehrfachendeffektor mehrere Substrate aus einer ersten Station
zu entnehmen, in welcher die Substrate in ersten Abständen übereinander
liegend angeordnet sind, und diese Substrate dann einer zweiten
Station zuzuführen,
in welcher die Substrate in zweiten, von den ersten Abständen verschiedenen
Abständen übereinander
gelagert werden müssen.
Durch die Verstellmöglichkeit
des Abstands zwischen zwei Endeffektoren, dem sogenannten Pitch,
wird somit eine Adaption an unterschiedliche Substratanordnungen
in den einzelnen Stationen ermöglicht,
was bedeutet, dass mit dem erfindungsgemäßen Mehrfachendeffektor ein
Transfer von Substraten zwischen Stationen, in welchen die Substrate in
unterschiedlichen Anordnungen gelagert werden, möglich wird.
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Die
Betätigungsmittel
zur Verstellung der Abstände
zwischen den Endeffektoren können
vorteilhaft in einer Aufnahme für
die Endeffektoren integriert sein, an welcher auch Mittel zur Ankopplung des
Mehrfachendeffektors an den Roboterarm eines Roboters vorgesehen
sind. Der so ausgebildete Mehrfachendeffektor weist eine besonders
kompakte Bauform auf.
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Die
Betätigungsmittel
weisen bevorzugt pneumatische oder elektromechanische Antriebe auf,
mittels derer eine genaue und reproduzierbare Einstellung der Abstände der
Endeffektoren des Mehrfachendeffektors ermöglicht wird.
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Im
einfachsten Fall ist das Betätigungsmittel von
einem Antrieb gebildet, mittels dessen die Abstände der Endeffektoren eingestellt
werden können.
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Alternativ
kann ein Endeffektor stationär
angeordnet sein und jedem der weiteren Endeffektoren ein separater
Antrieb zugeordnet sein, um dessen Position zum stationären Endeffektor
einzustellen.
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Die
Einstellung der Abstände
zwischen den Endeffektoren erfolgt vorzugsweise mittels einer Steuereinheit.
Diese Einstellung kann insbesondere auch während des Transports der Substrate
mit dem Mehrfachendeffektor erfolgen, so dass für die Einstellung keine zusätzliche
Stand- oder Wartezeiten erforderlich sind.
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Die
vorzugsweise identisch ausgebildeten Endeffektoren können in
unterschiedlichen Variationen ausgebildet sein. Beispielsweise kann
jeder Endeffektor als Riemen-Conveyor ausgebildet sein. Alternativ
können
plattenförmige,
insbesondere gabelförmige
Endeffektoren eingesetzt werden.
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Um
eine sichere Fixierung der Substrate auf den Endeffektoren zu gewährleisten,
sind die Endeffektoren mit Fixiermitteln ausgestattet, die beispielsweise
als Vakuumsauger, mechanische oder pneumatische Greifer oder als
Bernoulli-Systeme
ausgebildet sein können.
Weiterhin können
die Endeffektoren mit Lufttransportsystemen versehen sein. Mit derartigen
Systemen ist es generell möglich
die Substrate auf den Endeffektoren zu zentrieren. Dies erfolgt
dadurch, dass die von dem Fixiermittel oder den Lufttransportsystemen
ausgeübten
Fixierkräfte
gezielt reduziert werden, so dass durch kontrolliertes Kippen der
Endeffektoren die darauf aufliegenden Substrate ausgerichtet werden
können.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1:
Darstellung einer Vorrichtung zur Handhabung von Substraten mit
einem Doppelendeffektor bei der Entnahme von Substraten aus einem Puffer.
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2:
Einzeldarstellung des Doppelendeffektors der Vorrichtung gemäß 1.
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3:
Schematische Darstellung von Betätigungsmittel
zur Einstellung des Abstands der Endeffektoren des Doppelendeffektors
gemäß den 1 und 2.
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4:
Schematische Darstellung von Betätigungsmittel
zur Einstellung der Abstände
der Endeffektoren eines Dreifachendeffektors.
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1 zeigt
Komponenten einer Vorrichtung 1 zur Handhabung von plattenförmigen Substraten 2. Die
Vorrichtung 1 bildet ein Handlingsystem mit einem Roboter,
wobei in 1 ein Roboterarm 3 eines solchen
Roboters dargestellt ist. Am vorderen Ende des Roboterarms 3,
der Roboterhand, ist ein Mehrfachendeffektor 4 angekoppelt,
welcher eine Einheit bildet, mittels derer simultan mehrere Substrate 2 aufgenommen
und transportiert werden können.
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Die
Substrate 2 sind im vorliegenden Fall von plattenförmigen Glassubstraten
für die
Dünnfilm-Photovoltaik
gebildet. Generell können
die Substrate 2 auch aus anderen Stoffen, wie Kunststoffen, Metall
und dergleichen bestehen. Die Substrate 2 weisen einen
rechteckigen Querschnitt auf, wobei die Kantenlängen der Substrate 2 in
der Größenordnung von
einem Meter liegen. Generell können
die Substrate unterschiedliche Formen und Größen aufweisen. 1 zeigt
eine Anordnung von Substraten 2, die in einem Puffer 5,
das heißt
einer Station zur Speicherung der Substrate 2, abgelegt
sind.
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Der
Puffer 5 weist an gegenüberliegenden Seitenflächen Wandsegmente
auf, an deren Innenseiten Ausnehmungen 6 vorgesehen sind,
die Einschubfächer
für die
Substrate 2 bilden. In diesen Einschubfächern sind die Substrate 2 in
horizontalen Ebenen orientiert gelagert, wobei die einzelnen Substrate 2 in
konstanten Abständen übereinander
angeordnet sind.
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Mit
dem Handlingsystem können
einerseits Substrate 2 im Puffer 5 eingelagert
werden. Andererseits können
mit dem Handlingsystem Substrate 2 aus dem Puffer 5 entnommen
und weiteren Stationen einer Fertigungsanlage zugeführt werden.
Derartige Stationen können
insbesondere von Prozessanlagen gebildet sein, in welchen die Substrate 2 bearbeitet werden.
Beispielswiese können
auf die Substrate 2 Schichten, insbesondere Halbleiterschichten,
durch Bedampfen oder dergleichen aufgebracht werden. Weiterhin können Prozessanlagen
vorgesehen sein, in welchen eine Bearbeitung von auf die Substrate 2 aufgebrachten
Schichten, beispielsweise eine Laserbearbeitung, erfolgt. Auch in
diesen weiteren Stationen werden die Substrate 2 übereinander
liegend gelagert, wobei je doch in den einzelnen Stationen die Abstände benachbarter
Substrate 2 unterschiedlich sein können.
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Die
Vorrichtung 1 gemäß 1 weist
einen Mehrfachendeffektor 4 auf, der als Doppelendeffektor
ausgebildet ist. 2 zeigt diesen Doppelendeffektor
in einer Einzeldarstellung. Der Doppelendeffektor weist eine Aufnahme
in Form eines Rahmens 7 auf, an welchen zwei Endeffektoren 8a, 8b gelagert sind.
Zudem ist an dem Rahmen 7 ein Flansch 9 als Mittel
zur Ankopplung an die Roboterhand vorgesehen.
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Der
Flansch 9 zur Ankopplung an die Roboterhand befindet sich
an der Rückseite
des Rahmens 7. An der Vorderseite des Rahmens 7 befinden
sich zwei übereinander
angeordnete Aussparungen 10a, 10b, wobei in jeweils
einer Aussparung 10a, 10b ein Endeffektor 8a, 8b gelagert
ist.
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Wie
aus den 1 und 2 ersichtlich, sind
die Endeffektoren 8a, 8b des Doppelendeffektors
identisch ausgebildet. Jeder Endeffektor 8a, 8b ist
gabelförmig
ausgebildet, wobei die Oberseiten der Gabeln der Endeffektoren 8a, 8b ebene
Auflageflächen
bilden, auf welchen Substrate 2 aufgelegt werden können. Zur
Fixierung der Substrate 2 am jeweiligen Endeffektor 8a, 8b sind
an den Oberseiten der Gabeln Vakuumsauger 11 vorgesehen.
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Zur
Entnahme von Substraten 2 aus dem Puffer 5 werden
die Endeffektoren 8a, 8b des Doppelendeffektors
wie in 1 dargestellt in den Puffer 5 eingefahren,
so dass diese unter den zu entnehmenden Substraten 2 lagern.
Dann werden die Endeffektoren 8a, 8b an die zu
entnehmenden Substrate 2 angefahren, so dass die Unterseiten
der Substrate 2 mit den Vakuumsaugern 11 auf den
Oberseiten der Endeffektoren 8a, 8b lagefixiert
werden. Dann können mit
dem Doppelendeffektor zwei Substrate 2 simultan aus dem
Puffer 5 entnommen und einer weiteren Station zugeführt werden.
Da mit dem Doppelendeffektor, oder allgemein mit einem Mehrfachendeffektor 4, simultan
mehrere Substrate 2 zwischen unterschiedlichen Stationen
einer Fertigungsanlage transportiert werden können, wird der Durchsatz an
Substraten 2 im Vergleich zu Anlagen, bei welchen die Substrate 2 mit
Einzel-Endeffektoren 8a, 8b einzeln nacheinander
transportiert werden, erheblich erhöht.
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Damit,
wie in 1 dargestellt, mit dem Doppelendeffektor, allgemein
mit einem Mehrfachendeffektor 4, mehrere Substrate 2 gleichzeitig
aus einer Station entnommen werden können, ist es notwendig, dass
die Abstände
zwischen den Endeffektoren 8a, 8b des Mehrfachendeffektors 4 an
die Abstände der
Substrate 2 in der Station angepasst sind.
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Für den Fall,
dass in einer Fertigungsanlage in sämtlichen Stationen die Substrate 2 in
denselben Abständen
zueinander angeordnet sind, ist es ausreichend, dass die Endeffektoren 8a, 8b des
Mehrfachendeffektors 4 jeweils in einem festen, entsprechenden
Abstand zueinander angeordnet sind.
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Allgemein
jedoch werden die Stationen einer Fertigungsanlage so ausgebildet
sein, dass je nach Funktion der Stationen die Substrate 2 in
unterschiedlichen Abständen
in diesen gelagert werden. Um in diesen Fällen einen simultanen Transport
von Substraten 2 mittels des Mehrfachendeffektors 4 durchführen zu
können,
ist dieser so ausgebildet, dass der Abstand, das heißt der Pitch
zwischen zwei benachbarten Endeffektoren 8a, 8b eingestellt
und so an die Gegebenheiten der einzelnen Stationen adaptiert werden
kann.
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Zur
Einstellung der Abstände
zwischen den Endeffektoren 8a, 8b des Mehrfachendeffektors 4 sind
in dessen Aufnahme Betätigungsmittel
in Form von Antriebseinheiten integriert, die mittels einer Steuereinheit
gesteuert werden.
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3 zeigt
die Betätigungsmittel
für den Doppelendeffektor
gemäß den 1 und 2.
Die beiden in 3 schematisch dargestellten
Endeffektoren 8a, 8b sind in horizontalen Ebenen
in Abstand zueinander an der Aufnahme des Doppelendeffektors angeordnet.
Der untere Endeffektor 8b ist stationär an der Aufnahme, das heißt gestellfest
angeordnet. Die Höhenlage
des zweiten Endef fektors 8a kann zur Einstellung des Pitch,
das heißt
des Abstands zwischen den Endeffektoren 8a, 8b,
verstellt werden. Als Betätigungsmittel
zur Positionsverstellung des Endeffektors 8a sind ein Antrieb 12 sowie eine
Führung 13 für den Endeffektor 8a,
der mit dem Antrieb 12 betätigt wird, vorgesehen. Der
Antrieb 12 kann als pneumatischer Antrieb 12 ausgebildet
sein. Alternativ kann ein elektromechanischer Antrieb 12, wie
zum Beispiel ein Spindelantrieb oder Zahnstangenantrieb, vorgesehen
sein. Vom Antrieb 12 sind nicht dargestellte Anschlussleitungen über den Flansch 9 zum
Roboterarm 3 geführt.
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Mittels
des Antriebs 12 kann der obere Endeffektor 8a zwischen
den gestrichelt dargestellten Endlagen 14a, b bewegt werden.
Durch Einfahren des Endeffektors 8a in die obere Endlage 14a wird ein
erster Abstand (Pitch I) zwischen den Endeffektoren 8a, 8b eingestellt.
Durch Einfahren des Endeffektors 8a in die untere Endlage 14b wird
ein zweiter Abstand (Pitch II) eingestellt. Durch die Führung 13 ist gewährleistet,
dass die Auflageflächen
der Endeffektoren 8a, 8b bei Verfahren des oberen
Endeffektors 8a parallel zueinander ausgebildet bleiben.
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Die Änderung
des Abstands der Endeffektoren 8a, 8b kann während des
Verfahrens des Mehrfachendeffektors 4, das heißt während des
Transports von Substraten 2 erfolgen, so dass bereits während der
Anfahrt des Mehrfachendeffektors 4 auf eine Station eine
Adaption der Abstände
der Endeffektoren 8a, 8b des Mehrfachendeffektors 4 an
die Teilungen, das heißt
Abstände
der Substrate 2 in der jeweiligen Station, möglich ist.
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4 zeigt
die Betätigungsmittel
zur Abstandseinstellung der Endeffektoren 8a, 8b, 8c eines Dreifachendeffektors.
Von den drei Endeffektoren 8a, 8b, 8c ist
im vorliegenden Fall der mittlere Endeffektor 8b stationär an der
Aufnahme, das heißt
gestellfest angeordnet. Die Positionen der beiden anderen Endeffektoren 8a, 8c können relativ
zum zentralen Endeffektor 8b geändert werden, wobei zur Positionsverstellung
jedes beweglichen Endeffektors 8a, 8c ein Antrieb 12 vorgesehen
ist. Die Antriebe 12 können
wieder als elektromechanische oder pneumatische Antriebe 12 ausgebildet
sein. Weiterhin ist für
die Positionsverstellung jedes beweglichen Endeffektors 8a, 8c eine
Führung 13 vorgesehen.
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Die
Antriebe 12 sind über
die Steuereinheit so gesteuert, dass die Positionsverstellungen
der beweglichen Endeffektoren 8a, 8c symmetrisch
zur Lage des zentralen, stationären
Endeffektors 8b durchgeführt werden. Dies bedeutet,
dass die Endeffektoren 8a, 8c entweder simultan
auf den Endeffektor 8b zubewegt oder von diesem wegbewegt
werden, so dass die Abstände
zwischen den Endeffektoren 8a, 8b einerseits und
den Endeffektoren 8b, 8c immer gleich groß sind.
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4 zeigt
die beweglichen Endeffektoren 8a, 8c in Grenzpositionen
in welchen diese maximal an den stationären Endeffektor 8b herangefahren sind,
so dass zwischen den Endeffektoren 8a, 8b und den
Endeffektoren 8b, 8c jeweils der Abstand Pitch
II erhalten wird. Ausgehend von diesen Grenzpositionen können die
beweglichen Endeffektoren 8a, 8c in die Endlagen 14a, 14c verfahren
werden, so dass zwischen den Endeffektoren 8a, 8b und
den Endeffektoren 8b, 8c jeweils der Abstand Pitch
I erhalten wird.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Substrat
- 3
- Roboterarm
- 4
- Mehrfachendeffektor
- 5
- Puffer
- 6
- Ausnehmung
- 7
- Rahmen
- 8a
- Endeffektor
- 8b
- Endeffektor
- 8c
- Endeffektor
- 9
- Flansch
- 10a
- Aussparung
- 10b
- Aussparung
- 11
- Vakuumsauger
- 12
- Antrieb
- 13
- Führung
- 14a
- Endlage
- 14b
- Endlage
- 14c
- Endlage