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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Pufferspeicheranordnung
zum Speichern von Trägern
für das
Halten von Wafern vor und nach dem Eingeben und dem Ausgeben aus
einem Verarbeitungsbereich für
Wafer, und insbesondere bezieht sie sich auf einen Pufferspeicher,
der ein selbstlernendes robotisches System zum Bewegen der Träger der
Wafer in den Pufferspeicher einschließt.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Die
WO 01/83171 offenbart eine
Handhabungseinrichtung für
Wafer mit robotischen Systemen für
das Eingeben und Ausgeben, die durch eine programmierte Kontrolleinheit
gesteuert wird. Die Kontrolleinheit ist mit näherungsweisen physikalischen
Abmessungen der Systemkomponenten und ihren relativen Positionen
vorprogrammiert, und ist zusätzlich
programmiert, um automatisch eine Präzisionskalibrierungs-/Lernroutine
durchzuführen,
um noch präzisere
Positionsdaten aufzunehmen.
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Die
US-A-5 980 183 stellt
eine integrierte Anordnung mit Pufferspeicherzustellung und Stapelung innerhalb
eines Gestells (intrabay) zur Verfügung, die ein Paar von Wagen
einschließt,
die selbst in der Lage sind, eine Schale in einer X-Z-Ebene zwischen dem
Transportsystem zwischen mehreren Gestellen (interbay), den Eingangs-/Ausgangs-Anschlüssen verschiedener
Verarbeitungswerkzeuge und mehreren Lagerregalen zu transportieren,
die längs
einer Wand des Werkzeuggestells zur Verfügung gestellt werden.
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Beim
Herstellen von Halbleitern müssen
Siliziumwafer in Pufferspeicherbereitstellungen in verschiedenen
Stufen untergebracht werden, beispielsweise vor und nach den Verfahrensschritten.
Aufgrund des Erfordernisses für
Reinraumstandards in der Pufferspeicherbereitstellung werden die
Träger für die Wafer,
die Kisten, die Schalen oder die Boote – insgesamt als Träger bezeichnet – vorzugsweise mit
Robotern bewegt, um eine mögliche
Verunreinigung zu vermeiden und die Wirtschaftlichkeit der Automation
zu nutzen. Jeder Träger
muss aus einer Eingabeposition aufgenommen werden, auf einem Regal
in einer Speicherposition platziert werden, und dann später zu einer
Plattform zum Transportieren der Wafer in einem Verarbeitungsbereich
bewegt werden. Die Koordinaten des Regals oder der Plattform müssen präzise bekannt
sein, um die dabei tätigen
robotischen Elemente zum sicheren Bewegen der Träger bequem programmiert zu
haben. Aufgrund der großen
Abmessungen eines Pufferspeicher-/Speicherbereichs ist es nicht
praktikabel, entweder die absoluten oder auch die relativen Trägerpositionen
bei den Toleranzen zu halten, die von dem Roboter benötigt werden.
Noch ist es üblicherweise praktikabel,
die Robotertoleranzen, die zum akkuraten Aufnehmen und Platzieren
benötigt
werden, einzuhalten.
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Um
die engen benötigten
Toleranzen sicherzustellen, muss die Kontrolle oder Steuerung für das robotische
Element mit neuen Positionsdaten reprogrammiert oder „erneut
gelehrt" werden,
jeweils wenn eine Komponente geändert
wird, oder nach dem ursprünglichen
Setup oder bei einem Neustart. Der Begriff „Lehre" oder „Lehren" wird verwendet werden, um den Vorgang
des Einsammelns und Eingebens von Positionsdaten von Komponenten
und Strukturen in die Systemsteuerung zu beschreiben. Aufgrund des
Bedürfnisses
zum Minimieren der Verunreinigungen in der Umgebung der Halbleiterverarbeitung
werden die meisten robotischen Systeme in umschlossenen Räumen zum
Steuern der Atmosphäre
installiert. In Anordnungen aus dem Stand der Technik ist es im
Allgemeinen für
einen Techniker erforderlich, den umschlossenen Raum zu betreten, um
den Roboter zu positionieren, während
die Lehr-/Kalibrierungsvorgänge durchgeführt werden. Diese
Zutritte können
die Reinräume
verunreinigen. Zusätzlich
können
die beengten, abgegrenzten umschlossenen Räume mit sich bewegenden Roboterteilen
ein wesentliches Sicherheitsproblem für den Techniker darstellen.
Diese manuellen und umständlichen
Vorgänge
sind auch zeitraubend und kostspielig und ein grundsätzlich subjektiver
Vorgang, der auf dem Urteilsvermögen
und dem Können
des Technikers beruht. Beispielsweise wird bei der Verwendung herkömmlicher
Steuerungen ein Roboter installiert und gelehrt werden, indem der
Roboter herumgeführt wird
und bei jeder Verarbeitungsstation die Position der Waferplatzierung
mit einem Lehrelement aufgenommen werden. Neben dem Verbrauchen
zahlreicher Stunden führt
dieses manuelle Vorgehen Subjektivität und damit eine wesentliche
Möglichkeit
für Fehler
ein. Dieses erzeugt ein Problem bei der Reproduzierbarkeit. Jedes
Mal, wenn ein Träger
für einen
Wafer nicht perfekt innerhalb der Spezifikation positioniert ist
oder wenn eine Maschinenkomponente verschleißt, stehen bleibt oder Fehlfunktionen zeigt
und Ersatz benötigt,
muss der Roboter erneut gelehrt werden, da er nicht automatisch
derartige Veränderungen
aufnehmen kann. Falls der Roboter nicht ordnungsgemäß erneut
innerhalb enger Toleranzen gelehrt wird, können ernsthafte Beschädigungen
oder Verluste von kostspieligen Wafern das Ergebnis sein.
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Es
ist aus der vorstehenden Beschreibung des Standes der Technik klar,
dass ein verbessertes System für
die Handhabung von Trägern
von Wafern benötigt
wird, um das Erfordernis eines Bedienungsfachmannes zu eliminieren,
der die Umgebung der Pufferspeichergehäuse für Kalibrierungs-Lehrvorgänge betreten
muss.
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Kurzfassung
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine robotische
Pufferspeicheranordnung für
die Träger
von Wafern vorzuschlagen, die das Bedürfnis für einen Bedienungsfachmann
vermeidet, den umschlossenen Raum für die Pufferspeicher zum Lehren
oder Kalibrieren der Anordnung zu betreten.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine robotische
Pufferspeicheranordnung für
die Träger
von Wafern vorzuschlagen, der in der Lage ist, sich selbst zu kalibrieren.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine robotische
Pufferspeicheranordnung für
die Träger
von Wafern vorzuschlagen, die eine Verunreinigung des umschlossenen
Raumes vermeidet, die von dem Eingreifen eines Bedienungsfachmannes
während
der Systemlehrvorgänge
herrührt.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine robotische
Pufferspeicheranordnung für
die Träger
von Wafern vorzuschlagen, die die Zeit minimiert, die für die Systemvorgänge benötigt wird.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist in den Ansprüchen 1 und
10 offenbart.
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Kurz
gesagt, schließt
eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen Pufferspeicher für die Träger von
Wafern ein, zum Speichern von mehreren Trägern, die Wafer enthalten und
darauf warten, entweder für
das Verarbeiten in einem benachbarten Verarbeitungssystem für Wafer aufgenommen
zu werden, oder die darauf warten, im Anschluss an die Verarbeitung
aus dem Pufferspeicher genommen zu werden. Der Pufferspeicher besitzt
zwei Ladestellen für
das Aufnehmen eines Trägers
von außerhalb
des Pufferspeichers durch eine Pufferspeichereingangstür und in
das Pufferspeicherinnere hinein. Eine Pufferspeichersteuerung ist enthalten,
um die robotische Einrichtung beim Aufnehmen des Trägers aus
dem Eingangsladeanschluss und zum Platzieren in einer ausgewählten von
mehreren Trägerspeicherpositionen,
und von einer Trägerspeicherposition
zu einer Werkzeugzugangstür
zum Zustellen der Wafer zur Verarbeitung zu steuern. Die robotische
Einrichtung liefert auch einen leeren Träger zu einer zweiten Werkzeugzugangstür zum Aufnehmen
von Wafern aus dem Verarbeitungsbereich und zum Abliefern eines
Trägers mit
verarbeiteten Wafern zu einem zweiten Pufferspeicherladeanschluss
zum Entnehmen aus dem Pufferspeicher durch eine Pufferspeichertür. Die Steuerung
ist zum Steuern einer automatischen Kalibrierung von allen Trägerspeicherpositionen,
von den Werkzeugzugangsanschlüssen
und von den zwei Ladeanschlusspositionen programmiert. Die robotische Einrichtung
schließt
einen Sensor zum Feststellen der Position eines Flansches auf einer
Halterung für die
Kalibrierung ein, die durch den Roboter auf einer Trägerspeicherposition
platziert ist. Der Flansch ist genau auf der Halterung positioniert,
um einem ähnlichen
Flansch auf jedem Träger
zu entsprechen, der verwendet wird, um ein Werkzeug auf der robotischen
Einrichtung zum Bewegen des Trägers
zu ergreifen. Die Kalibrierung wird vorzugsweise durch das Steuern
der robotischen Einrichtung zum Platzieren der Halterung für die Kalibrierung
an einer Position durchgeführt,
an der ein Bedürfnis
für eine
Kalibrierung besteht, und dann wird die präzise Position des Halterungsflansches
mit der Sensoreinrichtung gemessen. Die Steuerung berechnet dann
die Koordinaten, die benötigt
werden, um den Träger
akkurat in dieser Position zu platzieren. Dieser Vorgang wird wiederholt
für jede
Trägerspeicherposition,
für die Werkzeugzugangsanschlüsse und
die beiden Ladeanschlusspositionen.
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In der Zeichnung
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1a ist
eine bildhafte Ansicht eines robotisch betriebenen Pufferspeichers;
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1b veranschaulicht
einen Träger
eines Wafers;
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1c veranschaulicht
eine Halterung für eine
Kalibrierung;
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2 ist
ein Flussschema in einer Beschreibung eines automatischen Kalibrierungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3a ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Roboters und einer Halterung für die Kalibrierung;
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3b veranschaulicht
die Anbringung eines Trägers/einer
Halterung an einer Speicherposition;
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4a ist
eine detaillierte perspektivische Ansicht eines Armes und eines
optischen Detektors;
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4b ist
eine Draufsicht zum Veranschaulichen der Detektion der Höhe einer
Halterung während
einer Abnahme; und
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4c ist
eine detaillierte Ansicht, die eine anfängliche Z-Kalibrierung veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der selbstlernenden Pufferspeichereinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1a aus
den Zeichnungen beschrieben werden. Eine Pufferspeichereinrichtung 10 ist
symbolisch veranschaulicht und besitzt einen umschlossenen Raum 12 mit
vier abdichtbaren Türen
einschließlich
einer ersten Ladezugangstür 14,
einer ersten Werkzeugzugangstür 16,
einer zweiten Werkzeugzugangstür 18 und
einer zweiten Ladezugangstür 20.
Die Vorderseite 22 und die linke Seitenwand 24 sind
weggeschnitten, um die inneren Komponenten noch klarer zu veranschaulichen.
Die erste Ladezugangstür 14 und
die zweite Ladezugangstür 20 sind
symbolisch mit gepunkteten Linien angedeutet, da sie in der weggeschnittenen
Fläche
der Vorderseite 22 liegen. Die erste Ladezugangstür 14 und
die zweite Werkzeugzugangstür 18 in
der Rückwand 26 sind
in durchgezogenen Linien angemerkt.
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Der
Zweck des Pufferspeichers 10 ist es, die Träger von
Wafern zu speichern, wie beispielsweise durch den Träger 28 in
der 1b veranschaulicht ist. Der Pufferspeicher 10 ist
in der 1a dargestellt und besitzt dreizehn
Speicherpositionen einschließlich
von zwölf
angehobenen Regalen 30, die an der Rückwand 26 angebracht
sind, und eine Position 32 auf dem Niveau des Werkzeugladeanschlusses.
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden zwölf der Positionen zum Speichern
von Trägern
von Wafern verwendet und eine der Positionen ist reserviert für das Speichern
einer Halterung 34 für
eine Kalibrierung, die in der 1c veranschaulicht
ist. Beispielsweise kann die Position 32 für die Speicherung
der Halterung 34 vorgesehen werden. Zwei Plattformen 36 und 38 werden für die Zufuhr
und die Abgabe von Wafern zu und aus dem Verarbeitungsbereich (nicht
dargestellt) der Wafer durch die Türen 16 und 18)
verwendet. Zwei gleitfähige
Ladeanschlussplattformen (Schlitten) 40, 42 sind
für die
Eingabe und die Ausgabe von Trägern von
Wafern zu und aus dem Inneren des Pufferspeichers enthalten.
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Ein
Roboter
44 ist für
die Bewegung der Träger
von einem Ladeanschluss beziehungsweise Schlitten
40 in
der Position
46 zu einer ausgewählten Speicherposition enthalten,
und zum Bewegen von einer Speicherposition zu einer Werkzeugzugangsplattform
36.
Der Roboter platziert außerdem
einen leeren Träger
auf der Werkzeugzugangsplattform
38 so, dass die Wafer
aus dem Bearbeitungsbereich der Wafer in den Träger geladen werden können, und dann
bewegt der Träger
sich von der Plattform
38 zu einer Speicherposition oder
zu einem Ladeanschluss beziehungsweise Schlitten
42 in
der Position
48. Gemäß der vorliegenden
Erfindung bewegt der Roboter
44 außerdem die Halterung
34 für die Kalibrierung aus
einer Position in eine andere Position während eines neuartigen automatischen
Kalibrierungsvorgangs, der in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die Figuren der Zeichnung vollständig erläutert wird. Alle diese Vorgänge werden
von einer programmierten Steuerung
50 gesteuert. Die
1a zeigt
außerdem
einen Computerbildschirm
51 und eine Tastatur
53,
die optional in der Einrichtung für die Zustandsüberwachung
und die Eingabe von Daten und Befehlen enthalten sein können. Eine
Kommunikation mit der Steuerung
50 kann auch über eine Fernsteuerung
durchgeführt
werden. Der Roboter
44 enthält ein X-Y-Gerüst
52,
welches zwei vertikale Schienen
54 und
56 und
eine horizontale Schiene
58 einschließt. Das Gerüst
52 stellten einen
motorisierten Transport der horizontalen Schiene
58 in
der vertikalen (y) Richtung längs
der vertikalen Schienen
54 und
56 zur Verfügung. Das
Gerüst
52 schließt außerdem ein
motorisiertes Modul
60 mit der Fähigkeit zum Bewegen längs der
horizontalen Schiene
58 in der x-Richtung ein. Die erwähnten Richtungen
x, y und z werden durch ein bei
62 veranschaulichtes Koordinatensystem
definiert. Ein horizontaler Arm
64 ist gleitfähig an dem
Modul
60 angebracht, das Modul oder der Arm
64 besitzen
eine motorisierte Einrichtung zum Bewegen des Armes
64 in
der z-Richtung.
Der Arm
64 besitzt ein längliches C-förmiges Werkzeug
66 zum
Eingreifen in einen entsprechenden passenden Flansch
68 auf
der Halterung
34 für
die Kalibrierung, und auf einem ähnlichen
Flansch
70 auf jedem Träger.
Jede Position
30 und
32, die Schlitten
40 und
42 und
die Plattformen
36 und
38 besitzen mehrere Zylinderstifte
72.
Die Stifte einer jeden Position sind relativ zueinander akkurat
positioniert. Die zueinander passenden Kennzeichen
74 der
Zylinderstifte werden in jedem Träger
28 und in der
Halterung
34 ausgebildet. Die Flansche
70 und
68 sind
ebenfalls akkurat hergestellt, wie auch die Trägerstruktur und die Halterungsstruktur
die relative Position der Flansche
70 und
68 zu
den Kennzeichen
74 der Zylinderstifte festlegen. Wie bereits
in der Erörterung
des Standes der Technik bemerkt wurde, sind die Toleranzen in den
Positionen der Regale nicht hinreichend akkurat für eine Präzisionshandhabung
der Träger,
und daher muss eine Kalibrierungsroutine durchgeführt werden,
um die Position vor dem Betrieb des Pufferspeichersystem festzulegen.
Die Kalibrierungsroutine wird automatisch gemäß der vorliegenden Erfindung
dadurch durchgeführt,
dass eine Sensoranordnung in der Pufferspeichereinrichtung
10 aufgenommen
ist, um ein strukturelles Kennzeichen einer jeden Position festzustellen
und ein entsprechendes Signal abzugeben. Die Struktur in der bevorzugten
Ausführungsform
ist der Flansch
70 mit der Halterung, die an der Position
angebracht wird, die kalibriert wird. Die Signale werden durch die
Steuerung verwendet, um die Koordinaten zu berechnen und festzustellen,
wo ein Werkzeug platziert werden soll, um ordnungsgemäß einen
Flansch
68 oder
70 zu berühren, wenn die Träger/Halterung
in einer Position an einem Ort
30,
32, usw. sind.
1a zeigt zwei
optische Emitter-Detektoren
76 und
78, die als Sensoren
verwendet werden. Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung schließt eine
Einrichtung mit einem Berührungssensor
ein, die erfasst, wenn der Arm
64 einen Gegenstand berührt. Details
des Betriebes eines Laser-Emitter-Detektors sind in der
US-PS 6075334 , angemeldet
am 15. März
1999, und der
US-PS 6323616 ,
angemeldet am 3. Mai 2000, enthalten, und Details eines Berührungssensors
sind in der
US-PS 6242879 ,
angemeldet am 13. März
2000, enthalten.
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Unter
Bezugnahme auf die 2 ist eine Steuerung 50 (Block 80)
mit den ungefähren
Koordinaten des Ortes programmiert, an dem ein Trägerflansch 70 oder
ein Halterungsflansch 68 an jeder Position 30, 32,
etc. sein würde.
Diese Koordinaten werden aus den Konstruktionszeichnungen des Pufferspeichers,
des Trägers
und der Halterung berechnet. Alternativ kann die Steuerung so programmiert werden,
dass sie die Flanschkoordinaten aus den Pufferspeicher- und Trägerabmessungen
berechnet. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Halterung 34 für die Kalibrierung
mit einem Flansch 68 aufgebaut, der genau abgemessen relativ
zu den Kennzeichen 74 des Zylinderstiftes passt, um zu
den entsprechenden Abmessungen des Trägers 28 zu passen.
Die Halterung 34 wird in Kalibrierungsvorgängen verwendet.
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Obwohl
der automatische Kalibrierungsvorgang bevorzugt eine Halterung 34 für die Kalibrierung verwendet,
kann jede akkurat relativ zu dem Zylinderstift hergestellte von
verschiedenen Strukturen oder der Zylinderstift selbst verwendet
werden, und die bei dem Feststellen der Position der Struktur erhaltenen Abmessungen
können
zum Berechnen der Position des Flansches verwendet werden. Der die
Halterung verwendende Kalibrierungsvorgang benötigt als erstes, dass die Halterung
in einer Position 32 angeordnet ist (Block 82).
Die Steuerung befiehlt dann dem Roboter, dass er das Werkzeug 66 in
einer sicheren Nähe
des Halterungsflansches 68 platziert (Block 84),
unter Verwendung der näherungsweisen
Koordinaten und der bekannten Toleranzen als Unterstützung. Diese
sichere Nähe
wird noch deutlicher und unter Bezug auf die 3a veranschaulicht.
Die Halterung 34 ist an diesem Punkt der Beschreibung gezeigt,
wie sie auf einer Grundlage 86 angebracht ist, die repräsentativ
für den
Ort 32 ist, ist jedoch für jedes Regal, jede Plattform
oder jeden Schlitten in der folgenden detaillierten Beschreibung
repräsentativ. Die
Position des Werkzeuges 66 wird durch die Steuerung so
gesetzt, dass sie anfänglich
den Emitter-Detektor 78 oberhalb der oberen Oberfläche 88 des
Flansches platziert. Wie oben bemerkt, wird an diesem Punkt in der
Beschreibung die Kalibrierung der Anfangsposition der Halterung
beschrieben. Der Block 85 beschreibt das System, das von
diesem Ereignis eine Aufzeichnung erstellt und weil es zum ersten
Mal ist, dass die Halterung aufgenommen wird (87), bewegt
die Steuerung dann den Arm 64 nach unten in die negative
y-Richtung, bis der optische Strahl 90 an der Kante der
oberen Oberfläche 88 des Flansches 68 reflektiert
und detektiert wird (Block 89). Die Steuerung zeichnet
diese y-Koordinate auf, wie im Abschnitt („a") des Blockes 92 bemerkt wird. Die
Steuerung bewegt dann den Arm in der x-Richtung (unter Bezugnahme
auf. das Koordinatensystem 94 in der 3a),
bis der Strahl 96 des optischen Emitter-Detektors 76 (gerichtet
in die negative y-Richtung) von der vertikalen Kante/Oberfläche 98 des
Flansches 68 reflektiert wird. Diese x-Koordinate wird dann aufgezeichnet,
wie in dem Block 92 Abschnitt „b" angedeutet ist. Die Steuerung berechnet dann
eine Position eines Werkzeuges 66 aus den Abmessungen der
Teile „a" und „b" zum optimalen Eingriff
mit dem Flansch 68, wie dies in dem Block 92 Abschnitt „d" angedeutet ist.
Die Steuerung besitzt an diesem Punkt y- und x-Koordinaten zum entweder Aufnehmen
der Halterung oder eines Trägers
von der Plattform 86 oder der Zufuhr zu einer Plattform 86.
Es wird in diesem Fall angenommen, dass die z-Koordinate nicht kritisch ist, was bedeutet,
dass die Breite w1 der Öffnung des Werkzeuges 66 so
abgemessen ist, dass sie einen passenden Freiraum für die Breite w2 des Flansches 68 ermöglicht,
und dass Rippen 100 und 102 passend erstreckt
werden können,
um die Breite w2 zu erfassen und so ungefähre Koordinaten 24 ermöglichen.
In diesem Falle kann der Arm 64 eine permanente, befestigte
Positionsanbringung an dem Modul 60 sein. Unter Bezugnahme
erneut auf die Ausführungsform
mit dem Arm 64, der in die z-Richtung beweglich ist, kann
der Arm 64 in eine Position zum Detektor 76 bewegt
werden, um eine z-Koordinate
durch das Positionieren des erstreckten Sensors 76 nach
rechts (bei 104) des Flansches 68 wie in 3a gezeigt
erfassen zu können,
und dann den Detektor 76 zu bewegen, bis der Strahl 96 die vertikale
Seitenoberfläche 106 schneidet.
Dies ist angedeutet im Block 92 Teil c der 2.
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Unter
Bezugnahme zurück
zum Block 85 wird dann, wenn die Halterung in ihrer Originalposition
wie zuvor beschrieben kalibriert ist, die Antwort zum Block 82 „nein" sein (91).
In diesem Fall wird die Halterung auf eine der anderen Positionen
absenkt. Die Kalibrierung der y-Position des Flansches der Halterung
wird erreicht, wenn die Halterung vollständig am Platz ist. Die Position
wird durch einen anderen optischen Sensor (vergl. die Sensoren 140 und 142 in
der 4a) durch das Feststellen der unteren Kante (Block 93)
des Flansches festgestellt. Ein Verfahren zum Durchführen dieser
Feststellung wird unter Bezugnahme auf 4b beschrieben.
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Nach
dem vollständigen
Durchführen
der Kalibrierung einer Position bezieht sich die Steuerung dann
auf eine Aufzeichnung, die in einem Speicher der Steuerung gehalten
wird, um festzustellen, ob alle Positionen kalibriert worden sind
(Block 108). Falls noch eine weitere Position kalibriert
werden muss, steuert die Steuerung den Roboter so, dass er die Halterung 34 aufnimmt
und sie zu der nächsten Position
bewegt, die eine Kalibrierung benötigt (Block 110).
Die ungefähren
Koordinaten (Block 80) müssen hinreichend akkurat sein,
um es der Steuerung zu ermöglichen,
die Halterung in eine Position gerade oberhalb der Zylinderstifte
dieser Position zu bewegen. Eine passende Toleranz wird dadurch
ermöglicht,
dass die Oberseiten der Zylinderstifte angeschrägt werden, um die passenden
Kennzeichen der Zylinderstifte einer leicht fehlplatzierten Halterung nach
unten auf die Stifte der Position zu führen. Dies ist in der 3b veranschaulicht,
die zwei der Löcher (112 und 114)
der Halterung 34 oberhalb von zwei der drei angeschrägten Zylinderstifte
(116, 118) der Basisplattform 86 zeigt.
Nach dem Absenken der Halterung auf die Zylinderstifte der nächsten Position zieht
die Steuerung das Werkzeug aus dem Flansch zurück (Block 120), platziert
es wieder in der in der 3a veranschaulichten
Position und der Vorgang aus Block 92 wird wiederholt.
Die Schritte der Blöcke 92, 108, 110 und 120 werden
wiederholt, bis sämtliche
Positionen einschließlich
der Regale 30, der Position 32, der Plattformen 36 und 38 und
der Schlitten 40 und 42 in den Positionen 46 und 48 alle
kalibriert worden sind (Block 122).
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Obwohl
die optischen Emitter-Detektoren
76 und
78 in
der vorstehenden Beschreibung verwendet worden sind, um das Messen
der Position des Flansches
68 zu veranschaulichen, kann
die robotische Einrichtung und die Steuerung alternativ auch so
aufgebaut sein, dass sie berührungsempfindliche
Messungen benutzen, um die Position eines Flansches festzustellen.
Die Details eines Berührungssensors werden
in der
US-PS 6242879 ,
angemeldet am 13. März
2000, beschrieben. Die Steuerung kann bei einer Verwendung eines
Berührungssensors
beispielsweise den Arm
64 so antreiben, dass er sich selbst in der
y-Richtung absenkt, bis eine Kante
124 die Flanschoberfläche
88 berührt und
dann diese Koordinaten aufzeichnen. Die Steuerung kann dann das Werkzeug
66 so
bewegen, dass es, wenn es den Flansch
68 berührt, dann
das Werkzeug in der z-Richtung bewegt, bis beispielsweise die Kante
106 die
Innenseite
126 des Werkzeugs berührt. Die Steuerung kann die
x-Richtung kalibrieren, indem sie eine Rippe
100 in einer
Höhe platziert,
die sicher ist, mit dem Flansch
68 zu schneiden, außer in einer
sicheren Distanz wie in der
3a gezeigt.
Die Steuerung bewegt dann den Arm
64 in Richtung zum Flansch, bis
die Rippe
100 die Oberfläche
98 berührt und
der Berührungssensor
einen Kontakt anzeigt. Die Steuerung verwendet dann diese Sensoranzeige
zum Berechnen der x-Position des Flansches
68. Aus diesen Koordinaten
kann die Steuerung die optimale Position des Werkzeuges für eine Berührung mit
dem Flansch
68 berechnen und demzufolge einen korrespondierenden
Flansch
70 eines Trägers.
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Die
vorstehende Beschreibung schließt
eine Kalibrierung von allen drei Koordinaten oder auch alternativ
von zwei Koordinaten ein, wenn dies die Toleranzen erlauben. Falls
die Toleranz der „Näherung" von verschiedenen
Positionen von Trägern
hinreichend akkurat ist, ist es auch möglich eine Kalibrierung in
der vertikalen y-Richtung zu vermeiden. Der Geist der vorliegenden
Erfindung schließt
eine automatische Kalibrierung von entweder einer, zwei oder drei
Koordinaten ein, wenn sie benötigt
werden, um die benötigte
Genauigkeit für
eine sichere Positionierung eines Trägers zu erreichen.
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3a zeigt
auch das x-y-Gerüst 52 des
Roboters deutlicher. Die vertikalen Schienen 54 und 56 sind
mit symbolischen Antriebseinrichtungen 128 und 130 zum
Bewegen der horizontalen Schiene 58 dargestellt. Das Modul 60 ist
ebenfalls mit einer Einrichtung 132 gezeigt, die für die Fortbewegung
längs der
horizontalen Schiene 58 in der x-Richtung angebracht ist.
Die Details einer mechanischen Konstruktion der vertikalen und horizontalen
Schienen 54, 56 und 58, des Moduls 60 und
des Arms 64 sind nicht im Detail beschrieben, da die Konstruktion
von ähnlichen
Einrichtungen für
Fachleute leicht verständlich sein
dürfte.
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Die 4a, 4b und 4c sind
vergrößerte Ansichten,
die den Arm 64 und einen Flansch 68 oder 70 zur
Veranschaulichung der Einrichtung und der Funktion der optischen
Emitter-Detektoren 76, 140 und 78 und
weiterer Emitter-Detektoren,
wie beschrieben, zeigen.
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Die 4a zeigt
einen Arm 64 und einen Flansch, der entweder 68 oder 70 sein
kann. Das Werkzeug 66 besitzt daran angebrachte Detektoren 76 und 78.
Der Detektor 78 ist zum Detektieren der y-Koordinate einer
Oberfläche 88 und
der Detektor 76 ist für
das Detektieren der x-Koordinate der vertikalen Oberfläche 98,
die in der y-z-Ebene liegt, und der z-Koordinate der Oberfläche 106,
die in der x-y-Ebene liegt.
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4a zeigt
eine alternative Ausführungsform,
in der Emitter-Detektoren 134 und 136 vorgesehen
sind, zur Verwendung beim Detektieren/Kalibrieren eines Flansches 68, 70 in
einer Position bei 138 nahe einer Seite gegenüber der
Seite des Werkzeugs 66, auf welcher die ähnlichen
Emitter-Detektoren 76 und 78 angebracht sind.
Ein Emitter-Detektor 134 ist ähnlich einem Emitter-Detektor 76 und
ein Emitter-Detektor 136 ist ähnlich einem Emitter-Detektor 78.
Zusätzliche
Emitter-Detektoren 140 und 142 sind vorgesehen,
die Strahlen 144 und 146 in der z-Richtung zur
Feststellung der Bodenkante/Oberfläche 148 oder 150 der
Flansche 68, 70 hinzufügen.
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Die 4b zeigt
eine ebene Draufsicht auf den Arm 64 und einen Flansch 68 oder 70.
Drei optische Emitter-Detektoren sind gezeigt und die Veranschaulichung
vernachlässigt
die Symmetrie, die im Grundsatz zu den Detektoren auf jeder Seite
des Armes 64 zutrifft, die entsprechend gekennzeichnet sind.
Die Detektoren 76, 134 und 78, 136 sind
ebenso wie zu den 3a und 4a beschrieben.
Die 4b veranschaulicht deutlicher die Funktion der Detektoren 140 und 142 beim
Detektieren der Bodenoberfläche 148, 150 der
Flansche 68 oder 70, zur Verwendung durch die
Steuerung beim Feststellen der Höhe
(y-Richtung) des Flansches 68, 70. Das Verfahren
schließt
das Einführen
eines Werkzeuges 66 über
den Flansch 68, 70 mit dem Flansch in der Position
ein, die durch die gepunkteten Linien 151 angedeutet ist.
Man bemerke, dass der Boden des Flansches bei 152 oberhalb
der Ebene des Strahles 144, 146 liegt. Die Steuerung
bewegt dann das Werkzeug 66 nach oben (y-Richtung), bis
der Strahl (144, 146) von der Kante der Bodenfläche (148, 150)
bei 152 reflektiert wird. Die Steuerung zeichnet dann die Höhe (H) auf
und ist in der Lage, die y-Koordinate (Position) des Flansches für jede andere
y-Position des Werkzeuges 66 zu berechnen, wenn es in seine neue
Position bewegt wird. Beispielsweise ist die Steuerung vorprogrammiert
mit der Abmessung „h" von der inneren
Kante der Rippe 102 zum Strahl. Die Steuerung „weiß" dann, dass der Flansch
sich nach oben zu einer Höhe
Y = (Höhe
des optischen Strahles) – h
bewegen wird, für
einen optischen Strahl mit einer Höhe größer H + h. Diese Daten werden
durch die Steuerung verwendet, um die Halterung und die Träger innerhalb
des Pufferspeichers zu führen.
Beispielsweise kann die Steuerung unter Verwendung dieser Daten
berechnen, wann die Halterung frei von den Zylinderstiften ist.
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Die 4c ist
eine perspektivische Ansicht, die den Vorgang einer z-Kalibrierung deutlicher
veranschaulicht. Der Arm 64 ist in unmittelbarer Nachbarschaft
zu dem Flansch 68, 70 angeordnet, mit dem Detektor 76 in
dem Bereich der Position 104 zur rechten des Flansches 68, 70.
Der Arm 64 wird dann in eine negative z-Richtung bewegt,
bis der Strahl 96 die Kante/Oberfläche 106 schneidet.
Die Steuerung zeichnet dann die z-Koordinate auf.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung im Vorstehenden in Begriffen einer spezifischen
Ausführungsform
beschrieben wurde, wird angenommen, dass Änderungen und Modifizierungen
derselben zweifellos für
die Fachwelt deutlich werden. Es ist daher beabsichtigt, dass die
folgenden Ansprüche
so interpretiert werden, dass sie sämtliche derartigen Änderungen
und Modifizierungen einschließen,
die in den Schutzbereich der Erfindung fallen.