-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verfahrbare Vorrichtung für die Manipulation von Gegenständen, bei der ein mehrachsiger Industrieroboter auf einer Verfahreinheit angeordnet ist, und der Industrieroboter und die Verfahreinheit über eine Energiespeichereinheit mit elektrischer Energie versorgbar sind.
-
Aus dem Stand der Technik ist bereits eine schienengebundene Vorrichtung zum Transportieren von Halbleitersubstraten bekannt, die auch in der Druckschrift
DE 10 2012 009 465 A1 beschrieben ist. Das hierein beschriebene Gerät ist allerdings begrenzt auf lineare Anlagenanordnungen, die in Fabriken nur begrenzt gegeben ist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der schnell, sicher und automatisiert Gegenstände transportiert werden können ohne Begrenzung eines Verfahrbereichs.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Eine Vorrichtung für die Manipulation von Gegenständen, bei der ein mehrachsiger Industrieroboter auf einer Verfahreinheit angeordnet ist, weist eine Energiespeichereinheit auf, über die der Industrieroboter und die Verfahreinheit mit elektrischer Energie versorgbar sind. Die Verfahreinheit verfügt außerdem über eine Steuereinheit und mindestens drei Räder mit mindestens einer Antriebseinheit. Die Steuereinheit ist eingerichtet, mindestens eines der Räder durch die Antriebseinheit um eine auf einer Rotationssymmetrieachse des Rads senkrecht stehende Drehachse zu drehen und um die Rotationssymmetrieachse durch die jeweilige Antriebseinheit zu drehen. Hierdurch ist die Vorrichtung durch die Verfahreinheit kabellos in beliebige Richtungen verfahrbar. Außerdem ist an mindestens zwei Seiten der Verfahreinheit jeweils ein Flächenüberwachungssensor angeordnet. Jeder der Flächenüberwachungssensoren ist dazu eingerichtet, eine neben der Verfahreinheit in einem vorgegebenen Abstand befindliche Fläche hinsichtlich eines Eindringens von Personen oder Gegenständen zu überwachen.
-
Dadurch, dass die drei Räder um ihre Rotationssymmetrieachse drehbar gelagert an der Verfahreinheit angeordnet sind, kann bei einer Drehung der Räder um ihre mittig angeordnete Rotationssymmetrieachse die gesamte Vorrichtung einfach auf einem Boden bewegt werden. Indem nur eine einzelne Antriebseinheit eines der mindestens drei Räder antreibt, wird ein Gewicht der Vorrichtung gering gehalten und die Vorrichtung kann dennoch beliebig auf dem Boden bewegt werden. Da die Energiespeichereinheit und die Steuereinheit in der Vorrichtung selbst angeordnet sind, müssen keine eine Bewegungsfreiheit einschränkenden Kabel zur Energieversorgung oder zur Übertragung von Steuerbefehlen mitbewegt werden. Durch die Flächenüberwachungssensoren wird eine typischerweise ebene virtuelle Fläche überwacht, um ein Eingreifen von Personen in einen Arbeitsbereich des Industrieroboters zu detektieren und die Vorrichtung durch Abschalten vor Beschädigungen zu schützen. Ebenso kann durch den Abstand der virtuellen Fläche von der Verfahreinheit und ihre Anordnung neben der Verfahreinheit, d. h. ohne dass die virtuelle Fläche die Verfahreinheit schneidet, auch ein Boden, auf dem die Verfahreinheit bewegt wird, hinsichtlich Unebenheiten oder Löchern überwacht werden. Die virtuelle Fläche ist für einen Menschen unsichtbar.
-
Typischerweise sind sämtliche Räder um ihre Drehachse drehbar. Durch die Drehung der Räder um die Drehachse kann die Richtung frei gewählt werden und die Vorrichtung beliebig in einer translatorischen Bewegung in zwei Dimensionen verfahren werden. Durch die Drehung um die Drehachse ist zusätzlich eine Rotationsbewegung möglich, durch die die Richtung einfach geändert werden kann, so dass ein omnidirektionales Fahrwerk vorliegt.
-
Vorzugsweise weist die Verfahreinheit vier Räder auf, da hierdurch die Bewegung der Vorrichtung genauer gesteuert werden kann und ein omnidirektionales Fahrwerk vorliegt, bei dem die Vorrichtung auch auf der Stelle wenden kann.
-
Es kann auch vorgesehen sein, dass jedes der Räder über eine Antriebseinheit angetrieben wird, um die Bewegung zuverlässiger zu steuern und schneller zu vollziehen. Typischerweise sind somit vier Räder mit jeweils einer Antriebseinheit an der Verfahreinheit angebracht.
-
Die Räder können aus abriebfestem Polyurethan, vorzugsweise einem Polyester-Urethan-Kautschuk, und bzw. oder einem rostfreien Metall bzw. einer rostfreien metallischen Legierung ausgebildet sind, um möglichst wenige Partikel bei einer Bewegung freizusetzen und somit auch in Reinräumen einsetzbar zu sein.
-
Typischerweise weist die Antriebseinheit bzw. weisen die Antriebseinheiten einen ersten Motor zum Drehen des (jeweiligen) Rads um die Rotationssymmetrieachse des Rads sowie einen zweiten Motor zum Drehen des (jeweiligen) Rads um die Drehachse auf. Der erste Motor dient somit einem Antreiben des Rads, während der zweite Motor einem Lenken des Rads dient, Durch zwei Motoren können beide Funktionen genauer vollzogen werden.
-
Vorzugsweise ist bzw. sind der erste Motor und bzw. oder der zweite Motor ein Elektromotor, da hierdurch eine einfache Ansteuerung des einen Rads bzw. der Räder gegeben ist.
-
Die Flächenüberwachungssensoren sind typischerweise als Laserscanner ausgebildet, um zuverlässig den Überwachungsbereich zu scannen. Laserscanner bestehen aus einem Scankopf und einer Ansteuerelektronik. Im Scankopf wird ein Laserstrahl erzeugt und durch einen von der Ansteuerelektronik bewegten rotierenden Spiegel oder ein Spiegelprisma abgelenkt, so dass der Laser eine ebene (virtuelle) Fläche im Raum überstreicht, die hierdurch überwacht wird. Wird in der überstrichenen Fläche ein Gegenstand registriert, der eine freie Ausbreitung des Laserstrahls behindert, wird dies an die Steuereinheit weitergegeben, die dazu eingerichtet ist, die Vorrichtung abzuschalten, um eine Beschädigung zu vermeiden. Vorzugsweise ist an jeder Seite der Verfahreinheit jeweils ein Flächenüberwachungssensor angeordnet, so dass der Industrieroboter von überwachten Flächen umschlossen ist und ein Eingreifen in einen Arbeitsbereich des Industrieroboters detektiert werden kann. Soll der Industrieroboter aus dem Arbeitsbereich herausgreifen, ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, den entsprechenden der Flächenüberwachungssensoren zeitweise zu deaktivieren.
-
Die von den Flächenüberwachungssensoren überwachte Fläche endet typischerweise am Boden und kann um bis zu 10° gegenüber der Drehachse geneigt sein. Vorzugsweise sind die Flächen jedoch parallel zu der Drehachse des Rads ausgerichtet. Verlaufen also vertikal. Hierdurch kann eine Konturerkennung des Bodens auf Unebenheiten oder Löcher erfolgen.
-
Die Flächenüberwachungssensoren sind vorzugsweise an entgegengesetzten Seiten der Verfahreinheit angeordnet, um in verschiedenen Fahrtrichtrungen eine Überwachung durchzuführen.
-
An der Verfahreinheit kann eine Identifikationseinheit vorgesehen sein zur Identifikation der Vorrichtung und bzw. oder weiterer im Umfeld der Vorrichtung vorhandener Gegenstände. Hierdurch wird eine Wechselwirkung zwischen der Vorrichtung und weiteren Gegenständen, beispielsweise Substrathaltern oder Ladestationen, gesichert. Die Identifikationseinheit ist vorzugsweise als elektromagnetischer Sensor, typischerweise als optischer Sensor, ausgebildet und somit ebenfalls in Reinräumen einsetzbar. Besonders vorzugsweise ist die Identifikationseinheit dazu eingerichtet, Referenzmarken berührungslos zu erkennen und somit eine Orientierung über die Referenzmarken zu erleichtern.
-
Als optischer Sensor kann eine Videokamera mit einer Bildverarbeitungseinheit verwendet werden. Als Referenzmarken können ”Quick Response-Codes” (QR-Codes) oder Strichcodes verwendet werden. ES ist aber auch möglich, Identifikationscodes mittels elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise auf optischem Weg oder mittels ”Wireless Local Area Networks” (WLAN) zu übertragen.
-
An der Verfahreinheit können mindestens zwei Raumüberwachungssensoren angeordnet sein, die eine parallel zu dem Boden liegende virtuelle Fläche, auf dem sich die Verfahreinheit bewegt, hinsichtlich eines Auftauchens von Personen, Gegenständen oder Hindernissen allgemein überwachen. Dies dient einem Kollisionsschutz der Vorrichtung und einer Navigation, indem die Vorrichtung bzw. die Verfahreinheit mit Hilfe der Raumüberwachunnssensoren eine ”Karte” um sich selbst herum erzeugt, die bei einem festgestellten Eindringen durch die Steuereinheit vorzugsweise sofort alle Bewegungen unterbricht. Typischerweise sind diese Raumüberwachungssensoren in einer Höhe zwischen 17,5 cm und 18 cm oberhalb des Bodens angeordnet, um in jedem Fall einen auf dem Boden liegenden Menschen zu detektieren.
-
Alternativ oder zusätzlich können mindestens zwei Bodenüberwachungssensoren an der Verfahreinheit angeordnet sein, die einen Boden, auf dem sich die Verfahreinheit bewegt, durch Überwachen einer Bodenkontur hinsichtlich Hindernissen oder Löchern überwachen. Durch die freie Bewegung der Vorrichtung ist es möglich, dass die Vorrichtung mit Bodenunebenheiten Probleme bekommt. Durch die Überwachung der Bodenkontur ist es möglich, diese Bodenunebenheiten zu detektieren und durch die Steuereinheit diesen Bodenunebenheiten auszuweichen. Beispielsweise wird somit auch verhindert, dass die Vorrichtung in ein Loch im Boden fällt.
-
Vorzugsweise sind die Bodenüberwachungseinheiten derart an der Verfahreinheit angeordnet, dass ein Bereich von 120° vor jedem der Räder überwacht wird, um eine möglichst vollständige Überwachung des umgebenden Bodens zu erreichen.
-
Typischerweise sind die Bodenüberwachungssensoren Laserdistanzsensoren, die zuverlässig über eine Abstandsmessung Erhebungen oder Vertiefungen im Boden erfassen können.
-
An mindestens zwei Seiten der Verfahreinheit können Schutzleisten mit einem Berührungssensor vorgesehen sein. Diese Schutzleisten dienen einem Kollisionsschutz. Die Berührungssensoren sind mit der Steuereinheit verbunden. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, bei einer von einem der Berührungssensoren registrierten Berührung die Vorrichtung abzuschalten. Die Schutzleisten sind typischerweise aus einem Elastomer. Vorzugsweise sind an allen Seiten der Verfahreinheit Schutzleisten angeordnet. Die Schutzleisten können sich hierbei mit ihrer Unterseite auf gleicher Höhe mit einem unteren Rand der Räder befinden, um auch flache, auf dem Boden liegende Gegenstände zu erfassen und eine Kollision der Vorrichtung mit diesen zu vermeiden.
-
Es kann vorgesehen sein, dass die Energiespeichereinheit zum induktiven Laden ausgebildet ist. Dies erlaubt einen Einsatz der Vorrichtung in Reinräumen. Vorzugsweise sind hierfür Induktionsschleifen in dem Boden, auf dem sich die Vorrichtung bewegt, vorgesehen, und die Vorrichtung selbst verfügt ebenfalls über eine an der Verfahreinheit angeordnete Induktionsschleife.
-
Der Industrieroboter weist typischerweise an einem der Verfahreinheit entgegengesetzten Ende eine Greifvorrichtung zum Greifen und Halten von Gegenständen auf. Der Industrieroboter ist hierzu vorzugsweise ebenfalls durch die Steuereinheit ansteuerbar und kann Gegenstände ergreifen und nach dem Bewegen der Vorrichtung wieder ablegen.
-
Die Steuereinheit kann dazu ausgebildet sein, zu ermitteln, ob die Vorrichtung eine exakte, über die Referenzmarken und die Identifikationseinheit ermittelte Position vor einer gewünschten Anlage innehat und außerdem über eine Messung zurückgelegter Weglängen eine angestrebte Position erreicht hat. Erst wenn durch diese Informationen verifiziert ist, dass die Vorrichtung korrekt steht, kann die Steuereinheit weitere Schritte, wie ein Durchführen der Aufladung oder ein Aufnehmen von Wafern, Kassetten, Masken oder Ähnlichem veranlassen.
-
Typischerweise ist die Energiespeichereinheit durch ein hermetisch geschlossenes, also insbesondere luftdichtes und gasdichtes Gehäuse vor mechanischer Beschädigung geschützt. Das hermetisch geschlossene Gehäuse, das zumindest auf einer der Energiespeichereinheit abgewandten Außenseite aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff sein kann, dient hierbei auch dazu, die Energiespeichereinheit gegenüber einem Außenraum abzudichten und ein Austreten von Substanzen in diesen Außenraum zu verhindern. Lediglich Durchgänge für elektrische Leitungen können in dem Gehäuse vorgesehen sein.
-
Vorzugsweise weist die Energiespeichereinheit einen Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator (LFP-Akkumulator) oder einen Lithium-Titanat-Akkumulator auf, die in Reinräumen einsetzbar sind.
-
Alternativ oder zusätzlich ist an der Energiespeichereinheit ein Temperatursensor, ein Drucksensor und bzw. oder ein Aerosolüberwachungssensor angeordnet, die die Energiespeichereinheit überwachen und mit der Steuereinheit in Verbindung stehen. Erreicht eine Temperatur, ein Druck oder eine Aerosolmenge in der Energiespeichereinheit einen vorgegebenen Grenzwert, ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, ein Warnsignal auszugeben und die Vorrichtung abzuschalten oder selbstständig gefährdete Bereiche zu verlassen und die Vorrichtung anschließend sicher zu deaktivieren, um schadhafte Auswirkungen der Energiespeichereinheit auf den Außenraum zu vermeiden.
-
Um eine erhöhte Sicherheit zu gewährleisten, können an einem Rahmen der Verfahreinheit ein oder mehrere Berührungssensoren vorhanden sein, mit denen ein Anstoßen der sich bewegenden Vorrichtung an einem Gegenstand oder eine Person erfasst wird.
-
Die Steuereinheit kann direkt programmiert sein oder eine Kommunikationseinheit aufweisen, über die extern Steuerbefehle kabellos zu der Steuereinheit übermittelt werden. Dies erlaubt eine einfache und schnelle Steuerung. Zur direkten Programmierung kann auch eine Eingabeeinrichtung für Steuerbefehle, eine elektronische Schnittstelle zur Dateneingabe und eine Ausgabeeinheit mit akustischen und bzw. oder optischen Anzeigeelementen vorhanden sein.
-
Auf der Vorrichtung kann ein System zur Zwischenlagerung von Gegenständen, typischerweise Halbleitersubstraten, vorgesehen sein. Das System ist an der Verfahreinheit und bzw. oder an dem Industrieroboter angeordnet.
-
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher beschrieben werden.
-
Dabei zeigen:
-
1 eine schematische seitliche Ansicht einer Vorrichtung mit Industrieroboter und Verfahreinheit;
-
2 eine perspektivische Ansicht der Verfahreinheit mit eingezeichneten Überwachungsbereichen und
-
3 eine seitliche Ansicht der Vorrichtung bei einer Substrataufnahme aus einem Gerät mit eingezeichneter Steuereinheit.
-
In 1 ist in einer schematischen seitlichen Ansicht eine Vorrichtung gezeigt, bei der ein Industrieroboter 1 mit sechs Drehachsen und somit sechs Freiheitsgraden auf einer Verfahreinheit 2 angeordnet ist. Der Industrieroboter 1 ist auf einem Rahmen 3 bzw. einem Gehäuse montiert. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Industrieroboter 1 auch verschiebbar auf dem Rahmen 3 angeordnet sein.
-
Die Verfahreinheit 2 ist in Draufsicht rechteckig und hat vier Räder 5, die Reifen aus einem abriebfesten Polyurethan aufweisen, um auch in Reinräumen einsetzbar zu sein. An der Verfahreinheit 2 ist zwischen den Rädern 5 oder auf der Verfahreinheit 2 aufsitzend eine in einem hermetisch geschlossenen Gehäuse 27 eingefasste Energiespeichereinheit 4 in Form eines LFP-Akkumulators angebracht. Das Gehäuse 27 der Energiespeichereinheit 4 ist aus einem elektrisch isolierenden Material, um Kurzschlüsse zu vermeiden, und weist lediglich einen Durchgang zur elektrischen Kontaktierung der Energiespeichereinheit mit den weiteren elektrischen und elektronischen Teilen der Vorrichtung auf. Ansonsten ist das Gehäuse 27 der Energiespeichereinheit 4 sowohl luftdicht als auch gasdicht. Zusätzlich sind in dem Gehäuse 27 ein Temperatursensor, der die Temperatur des Akkumulators überwacht, ein Drucksensor, der einen Druck des Akkumulators überwacht, sowie ein Aerosolsensor angeordnet, der eine Aerosolkonzentration im Hinblick auf aus dem Akkumulator austretende Aerosole überwacht. Wird ein vorgegebener Schwellwert der Temperatur, des Drucks oder der Aerosolkonzentration erreicht, wird ein Signal an die Steuereinheit 23 ausgegeben und die Vorrichtung gestoppt sowie ein Warnsignal ausgegeben.
-
In der Verfahreinheit 2 oder, wie in 1 dargestellt, auf der Verfahreinheit 2 ist eine Steuereinheit 23 in Form eines Computers vorgesehen, die zumindest eines der Räder 5, im dargestellten Ausführungsbeispiel aber alle vier Räder 5 ansteuert. Hierzu ist an zumindest einem der Räder 5 ein Fahr-Dreh-Modul 6, im dargestellten Ausführungsbeispiel an allen vier Rädern 5 ein Fahr-Dreh-Modul 6 angeordnet, durch das die Räder 5 frei um eine auf einer Rotationssymmetrieachse 7 senkrecht stehende Drehachse gedreht werden können, um die Verfahreinheit 2 zu lenken sowie angetrieben werden können, damit sie die Verfahreinheit 2 bewegen. Hierzu werden die Räder 5 um die mittig gelagerte Rotationssymmetrieachse 7, auf der die Räder 5 drehbar gelagert sind, gedreht.
-
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Steuereinheit 23 auch eine zusätzliche Robotersteuereinheit, die ebenfalls auf der Verfahreinheit 2 angeordnet ist und den Industrieroboter 1 steuert, ansteuern.
-
Die Steuereinheit 23 ist auch dazu ausgebildet, den Industrieroboter 1 anzusteuern, Mit dem Industrieroboter 1 können Gegenstände in allen sechs Freiheitsgraden manipuliert und bewegt werden. Das Fahr-Dreh-Modul 6 bzw. die Fahr-Dreh-Modul 6 verfügen über einen ersten Motor 24 zum Drehen um eine Drehachse und somit zum Lenken sowie einen zweiten Motor 25 zum Antreiben der Räder 5. Beide Motoren 24, 25 sind als Elektromotoren ausgebildet, die von der Energiespeichereinheit 4 mit elektrischer Energie versorgt werden.
-
Durch die Verfahreinheit 2 kann die in 1 gezeigte Vorrichtung auf einem Boden in beliebige Richtungen translatorisch bewegt werden und gleichzeitig durch Drehen der Räder 5 um die senkrecht auf der Rotationssymmetrieachse 7 stehende Drehachse auch rotiert werden. Die Verfahreinheit 2 kann somit gerade Strecken in alle Richtungen mit verschiedenen Geschwindigkeiten zurücklegen und auch auf der Stelle drehen. Durch die freie Beweglichkeit kann die Vorrichtung verschiedene Prozessanlagen in dem Reinraum anfahren, dort Halbleitersubstrate, die auch als Wafer bezeichnet werden, oder Waferkassetten 15, Boxen, einzelne Masken o. ä. aufnehmen, und zu einer weiteren Prozessanlage transportieren. Die Steuereinheit 23 ist hierfür direkt programmiert, allerdings kann über eine Schnittstelle ein Benutzer die Steuereinheit 23 auch umprogrammieren. Hierzu ist eine Tastatur und ein Display 18 an dem Rahmen 3 angeordnet und bzw. oder eine Schnittstelle zum Anschluss dieser Geräte vorgesehen In weiteren Ausführungsbeispielen verfügt die Steuereinheit 23 über eine Sende-Empfangseinheit, durch die die Steuereinheit 23 und somit die gesamte Vorrichtung kabellos von einem externen Gerät beispielsweise über Funk gesteuert werden kann.
-
Die Räder 5 sind in vier Ecken der Verfahreinheit 2 angeordnet, so dass in einer Längsrichtung und in einer Querrichtung jeweils zwei der Räder fluchtend hintereinanderliegend angeordnet sind. Die Fahr-Dreh-Module 6 sind jeweils mittig oberhalb der Räder 5 montiert. Durch einen aktiven Antrieb und Lenkung der Räder 5 durch die Fahr-Dreh-Module 6 ist ein von der Steuereinheit 23 zu bewältigender Steueraufwand zwar hoch, da Richtung und Geschwindigkeit für jeden Fahrzustand ermittelt werden müssen, aber die Verfahreinheit 2 besitzt ein Höchstmaß an Wendigkeit, kann auf der Stelle drehen und in jede Richtung manövrieren. Unabhängig von einer vorangegangenen Fahrstrecke ist somit eine Positionier- und Wiederholgenauigkeit von Δx, Δy < ±5 mm, Δz < ±0,5 mm, ΔRx, ΔRy, ΔRz < ±0,5° und eine Handlinggenauigkeit durch die im Folgenden noch beschriebene Sensorik von Δx, Δy < ±0,5 mm, Δz < ±0,5 mm und ΔRx, ΔRy, ΔRz < ±0,5° erreichbar. Unter einem Handling soll hierbei eine Fähigkeit, Objekte im festen Stand zu behandeln sowie ein Beladen und Entladen von Prozessanlagen verstanden werden.
-
Über vier Bodenüberwachungssensoren 8, die an Ecken der Verfahreinheit 2 angeordnet sind, kann ein vor der Vorrichtung befindlicher Boden überwacht werden, indem eine Bodenkontur durch eine Abstandsmessung mittels eines Lasers überprüft wird. Durch die Bodenüberwachungseinheit 8, die als Laserdistanzsensoren den Boden in den Überwachungsbereichen 10 in einem Scanbereich von mindestens 2 m scannen, können Unebenheiten oder Hindernisse auf dem Boden erkannt werden. Hierzu geht von den Bodenüberachwungssensoren 8 ein Laserstrahl schräg nach unten auf den Boden. Die Steuereinheit 23 kann im Fall detektierter Hindernisse die Verfahreinheit 2 anhalten oder den Hindernissen ausweichen.
-
Die Bodenüberwachungseinheiten 8 sind in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel oberhalb der Räder 5 in einer Höhe von 180 mm über dem Boden angeordnet und so angeordnet, dass ein schräg unmittelbar vor den Rädern 5 befindlicher Bodenteil überwacht wird. Hierdurch können beispielsweise Löcher im Boden, im Reinraum z. B. aufgrund einer entnommenen und noch nicht wieder eingesetzten Bodenplatte, erkannt werden und ein Hineinfallen der Vorrichtung in ein derartiges Loch wird verhindert.
-
Zusätzlich sind auf einem Gehäuse, unter dem die Steuereinheit 23 und die Verfahreinheit 2 angeordnet sind, an jeder Ecke des Gehäuses Flächenüberwachungssensoren 11 angeordnet, die als Laserscanner einen die Vorrichtung umgebenden Raum überwachen. Jede der Raumüberwachungseinheiten 11 kann auch oberhalb eines der Räder 5 und einer der Bodenüberwachungseinheiten 8 angebracht sein oder sich mittig auf einer der vier Seiten des Gehäuses befinden. Die vier Flächenüberwachungssensoren 11 können auch jeweils paarweise fluchtend gegenüberliegend an den vier Seiten der Verfahreinheit 2 angeordnet sein. Die Flächenüberwachungssensoren 11 erzeugen einen vertikalen ”Lichtvorhang” 12 als virtuelle Fläche, die von einem Laserstrahl periodisch überstrichen wird. Der Lichtvorhang ist hierbei durch Verwenden eines Lasers im Infraroten oder ultraviolleten Wellenlängenbereich nicht sichtbar, der Laser kann aber auch im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 700 nm, also im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, emittieren.
-
Jede der virtuellen Flächen 12 ist hierbei vertikal ausgerichtet und verläuft neben der Verfahreinheit 2, so dass der Boden mitgescannt wird und Löcher im Boden auch von den Flächenüberwachungssensoren detektiert werden können. In weiteren Ausführungsbeispielen können diese virtuellen Flächen 12 auch um bis zu 10° gegenüber der Vertikalen bzw. einer Normalen des Bodens geneigt sein, schneiden jedoch nie die Verfahreinheit 2, sondern sind immer von dieser beabstandet. Durch die virtuellen Flächen 12 wird ein geschlossener Lichtvorhang um einen Arbeitsbereich des Industrieroboters 1 gebildet.
-
Wird eine Unterbrechung des Lichtvorhangs 12, beispielsweise durch ein Eingreifen einer Person in einen Arbeitsbereich des Industrieroboters 1 registriert, ist die Steuereinheit 23 dazu ausgebildet, sofort den Industrieroboter 1 und die Verfahreinheit 2 zu stoppen und keine weiteren Bewegungen mehr durchzuführen oder Bewegungen nur mit verminderter, sicherer Geschwindigkeit auszuführen. Zusätzlich verfügt die Vorrichtung über einen an der Verfahreinheit 2 angeordneten Warnmechanismus, der im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Leuchte und einen Lautsprecher umfasst, durch die optische und akustische Warnsignale ausgegeben werden, wenn eine der Überwachungseinheiten 8 und 11 eine Unregelmäßigkeit detektiert. in weiteren Ausführungsformen können jedoch auch nur eine optische Warneinrichtung oder nur eine akustische Warneinrichtung vorgesehen sein.
-
Soll der Industrieroboter aus dem Lichtvorhang greifen, kann die Steuereinheit 23 die entsprechende Flächenüberwachungssensor 11 für eine bestimmte Zeit deaktivieren.
-
An der Verfahreinheit 2 sind außerdem auf Höhe der Räder und mindestens 2 cm oberhalb des Bodens an allen vier Seiten Schutzleisten 14 aus Kunststoff, beispielsweise aus einem Elastomer, angebracht, um die Verfahreinheit 2 bei Kollisionen vor mechanischer Beeinträchtigung zu schützen. Die Schutzleisten 14 können in weiteren Ausführungsbeispielen auch bis zu 10 cm oberhalb des Bodens angeordnet sein, um ohne aufzusetzen Steigungen hinauffahren zu können. In diese Leisten 14 sind jeweils ein oder mehrere Berührungssensoren eingesetzt, die bei Berührung ein Signal an die Steuereinheit übermitteln, so dass die Vorrichtung bei diesem registrierten Signal gestoppt wird. Hierdurch können auch sehr flache auf dem Boden liegende Gegenstände detektiert werden und die Vorrichtung überfährt diese nicht. Die ebenfalls eingezeichnete Steuereinheit 23 liegt mittig auf der Verfahreinheit 2 auf.
-
Der Industrieroboter 1 hat in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Waferkassette 15 über einen Greifer 22 ergriffen und kann hierbei den durch den Lichtvorhang 12 definierten Arbeitsraum verlassen, wozu die Steuereinheit 23 den entsprechenden Flächenüberwachungssensor 11 zeitweise ausgeschaltet sein kann.
-
An der Verfahreinheit 2 sind nun außerdem an den Ecken oberhalb der Räder 5 sowie oberhalb der Bodenüberwachungssensoren Raumüberwachungssensoren 17 angeordnet, die eine parallel zu dem Boden verlaufende virtuelle Fläche 28 auf Hindernisse überwachen. Diese Sensoren 17 sind in 18 cm Höhe über dem Boden angeordnet und sollen auf jeden Fall einen auf dem Boden liegenden Menschen detektieren.
-
Auf der Vorrichtung sind zwei Aufnahmeeinheiten 21 angeordnet, die jeweils zwei der Waferkassetten 15 aufnehmen können, so dass insgesamt vier Waferkassetten 15 transportiert werden. Durch eine Anordnung neben dem Industrieroboter 1 sind die Waferkassetten 15 aufgrund ihrer Schräglage nur minimalen Beschleunigungswerten während einer Fahrt der Vorrichtung ausgesetzt, zudem liegen sie optimal im Luftfluss einer Raumklimatisierung des Reinraums.
-
In 2 ist in einer perspektivischen Ansicht der Industrieroboter mit überwachten virtuellen Flächen 12 dargestellt. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser wie auch in den folgenden Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. In dieser Figur sind seitliche Überwachungsbereiche der Vorrichtung als virtuelle Flächen 12 eingezeichnet, durch die eine Sicherheit für Benutzer, Maschinen und transportierende Gegenstände gewährleistet wird. Der durch diese virtuellen Flächen 12 gebildete Lichtvorhang umschließt einen Arbeitsbereich des Industrieroboters 1 komplett und wird durch die vier Flächenüberwachungssensoren 11 erzeugt. Der Lichtvorhang kann hierbei bis zu dem Boden reichen, auch wenn im dargestellten Ausführungsbeispiel dies nur bei den beiden an der Längsachse der Vorrichtung montierten Flächenüberwachungssensoren 11 der Fall ist.
-
In 3 ist die Vorrichtung in einer seitlichen Ansicht vor einer Prozessanlage 13 gezeigt. Die Vorrichtung bewegt sich in einem Reinraum auf einem durch Bodenplatten gekennzeichneten Boden.
-
Der Industrieroboter 1 entnimmt über den Greifer 22, der an einem der Verfahreinheit 2 entgegengesetzten Ende des Industrieroboters 1 angeordnet ist, eine Waferkassette 15 aus der Prozessanlage 13, um sie zu einer weiteren Prozessanlage zu transportieren. Die Steuereinheit 23 hat dazu die Vorrichtung über die Verfahreinheit 2 neben der Prozessanlage 13 in einem Abstand von 60 mm positioniert.
-
An der Verfahreinheit ist eine Videokamera 9 angeordnet, durch die Referenzmarken auf dem Boden, beispielsweise QR-Codes, erkannt werden können, so dass über diese Referenzmarken und eine Auswertung der erkannten Referenzmarken durch die Steuereinheit 23 eine genauere Positionierung der Vorrichtung möglich ist. Somit kann entlang von festen Wegpunkten wie den QR-Codes oder frei im Raum zwischen zwei Punkten bei eigener Streckenwahl navigiert werden.
-
Über einen auf dem Boden neben der Prozessanlage 13 angebrachten QR-Code 16 überprüft eine seitlich an der Vorrichtung angeordnete Videokamera 9 sowie die Steuereinheit 23, ob die Vorrichtung an der korrekten Prozessanlage 13 im richtigen Abstand steht. Der QR-Code 16 ist hierzu 80 mm von der Prozessanlage 13 beabstandet, damit ein Sicherheitsabstand zwischen der Vorrichtung und der Prozessanlage 13 eingehalten wird. Gleichzeitig ist der QR-Code 16 raumfest zur Prozessanlage 13 angeordnet.
-
Außerdem ist eine ladungsfreie Kontaktierung der Energiespeichereinheit 4 vorgesehen, bei der ein elektrischer Stromfluss und bzw. oder ein Anliegen einer elektrischen Spannung nur dann stattfinden kann, wenn eine Position der Verfahreinheit 2 zuverlässig bestimmt wurde. Zum Laden sind im Boden Induktionsspulen angeordnet und in dem hermetisch geschlossenen Gehäuse, in dem die Energiespeichereinheit 4 angeordnet ist, befindet sich ebenfalls eine Induktionsspule.
-
Um eine Aufnahme von Waferkassetten 15 nur bei sicherem Stand zu gewährleisten, ist die Steuereinheit 23 dazu ausgebildet, zu überprüfen, ob über die Bilderkennung der Videokamera 9 die korrekte Position angefahren wurde. Zusätzlich wird über eine optische Schnittstelle 19 an der Verfahreinheit 2 und deren Gegenstück 20 an der Prozessanlage 13 über ein Infrarotsignal, dass wirklich die richtige Position vor der gewünschten Prozessanlage 13 eingenommen wurde. Aufgrund einer begrenzten Reichweite der optischen Schnittstelle 19 und 20 und einer daraus resultierenden räumlichen Begrenzung kann es nicht zu Verwechslungen der Anlagen kommen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann statt einer optischen Schnittstelle auch eine andere Schnittstelle mit räumlich begrenzter Reichweite, typischerweise weniger als 15 cm eingesetzt werden, beispielsweise kann hierfür auch ein elektromagnetischer Sensor, insbesondere ein radio frequency identification(RFID)-Sensor eingesetzt werden.
-
Zusätzlich wird über an den Rädern 5 bzw. den Fahr-Dreh-Modulen 6 angeordnete Wegsensoren eine odometrische Messung zur Raumpositionsbestimmung durchgeführt. Aus einer Kombination dieser drei Signale durch die Steuereinheit 23 wird ein sicheres Signal erzeugt, das sich durch mindestens zwei unabhängige Kanäle nach verschiedenen physikalischen Prinzipien definiert.
-
Zudem sind ausfallsichere, mehrkanalige Geber an jeweils zwei gegenüberliegenden Rädern 5 angeordnet, die Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit erfassen und somit eine Bestimmung eines sicheren Stands der gesamten Vorrichtung ermöglichen.
-
Lediglich in den Ausführungsformen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012009465 A1 [0002]
