KR101254730B1

KR101254730B1 - 글라스 이송용 로봇 핸드 및 이를 이용한 글라스 이송방법

Info

Publication number: KR101254730B1
Application number: KR1020120107118A
Authority: KR
Inventors: 장대환
Original assignee: 장대환
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-04-17

Abstract

본 발명은 글라스 이송용 로봇 핸드 및 이를 이용한 글라스 이송방법으로서, 글라스 이송 또는 적재를 위한 다관절 로봇에 연결되며, 다수개의 흡착수단이 구비된 로봇 핸드를 구성함에 있어서, 일정한 간격으로 적층 되는 형태를 가지는 다수개의 가로프레임과; 상기 다수개 가로프레임의 후면을 수직방향으로 가로지르면서 결합되며, 다관절 로봇과 연결되는 연결부가 형성된 세로프레임과; 상기 다수개의 가로프레임의 전면에 일정한 등 간격으로 설치되면서 글라스를 흡착하여 고정시키기 위하여 접촉식 흡착부재와 비접촉식 흡착부재를 포함하는 흡착수단;으로서 로봇 핸드를 구성함으로써, 제조공정상 변형된 글라스를 상기 접촉식 흡착부재와 비접촉식 흡착부재를 이용하여 정확하면서 안정적으로 파지하여 이송할 수 있어 글라스의 이송 및 적재 등의 작업효율성과 생산성의 향상효과를 기대할 수 있는 것이다.

Description

글라스 이송용 로봇 핸드 및 이를 이용한 글라스 이송방법{Robot hand for glass transfer and by using a glass transfer method}

본 발명은 글라스 이송용 로봇 핸드 및 이를 이용한 글라스 이송방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 로봇 핸드를 이용하여 글라스를 이송함에 있어서, 글라스의 열팽창에 따른 변형에 효과적으로 대응하면서 안전하게 글라스를 이동시킬 수 있도록 한 글라스 이송용 로봇 핸드 및 이를 이용한 글라스 이송방법에 관한 것이다.

일반적으로 TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)는 표시용량, 휘도, 콘트라스트, 잔상 및 시야각 등의 각종 표시능력이 우수하고, 박형이며, 대화면 표시가 가능함에 따라 최근에는 LCD 패널을 이용한 모니터, 노트북, 네비게이션 등 다양한 디지털 제품에 적용되고 있으며, 이에 따라 LCD 패널을 구성하는 글라스의 생산 또한 확대되고 있는 실정이다.

이와 같은 TFT LCD 액정은 미세한 크리스탈 알갱이들로 구성되어 있으며, 그 원리는 액정의 배열 상태를 얇은 막의 트랜지스터(Transistor)로 조절하여 빛의 투과와 회전특성을 이용함으로써 사용자가 시각적으로 보게 되는 것이다.

따라서 상기 액정을 일정하게 배열하고 자리를 잡게 해주는 것이 바로 글라스(Glass)의 역할이며, 이러한 글라스의 내부에 미세한 골을 만들고 그 안에 액정을 주입해야 하는 정밀한 공정이 필요하게 된다.

즉, 글라스에 입자(Particle) 및 유기성 물질의 제거와 증착될 게이트(Gate) 배선 금속박막과 글라스의 접착을 좋게 하기 위하여 세정을 실시한 후, 스퍼터(Sputter) 공정에 의하여 게이트 금속막을 증착한다.

그리고 포토(Photo) 공정에 의하여 게이트선과 축적용량전극(Storage Capacitance Electrode)을 동시에 형성하며, 게이트선 오픈을 방지하기 위하여 구조적으로 안정적인 듀얼 게이트선(Dual Gate Line)이나 멀티 게이트층(Multi Gate Layer)을 사용하기도 한다.

또한 액정 셀(Cell)의 동작을 위한 픽셀전극(Pixel Electrode) 형성은 투명 전극 재료인 ITO(Indium Tin Oxide)를 이용하며, ITO 박막의 증착은 스퍼터 기술을 사용하고, 증착 후에는 어닐링(Annealing)하여 비저항을 낮추고, 투과율도 향상시킨다.

또한 ITO 패턴 형성은 주로 습식 에칭(Wet Etching) 방식을 사용하며, 액정 셀에 인가된 신호 전압을 유지시키기 위한 축적용량은 게이트 절연막을 사이에 두고 픽셀전극을 게이트 전극의 일부인 축적용량전극과 중첩시킴으로써 형성된다.

이때 형성된 픽셀전극과 컬러 필터 기판에 설치된 공동 전극 사이에 신호 전압을 인가하여 두 전극 사이의 액정 분자 배열 방향을 제어함으로써 액정 셀의 동작이 이루어진다.

한편, 이와 같은 TFT LCD 액정에 사용되는 글라스가 박막 제조장치인 스퍼터 장비를 거친 후 글라스 이송용 다관절 로봇에 의해 이송 및 적재되는 과정을 거치게 되는 것이며, 이와 같이 다관절 로봇에 의해 글라스가 이송 및 적재되는 선행기술로서 특허공개 10-2006-0027983호 "기판이송로봇 및 이를 이용한 기판이송방법" 을 통해 이미 제안된바 있다.

한편, 종래에 일반적으로 사용되고 있는 글라스 이송용 로봇 핸드는 제어부를 통해 제어되는 다관절 로봇과 연결되어 다관절 로봇의 움직임에 따라 회전 및 이동을 하는 구조로 되어 있다.

그리고 그 구성은 도 1 및 도 2 에 도시한 바와 같이 글라스(50)를 파지하기 위한 다수개의 가로프레임(10)과 상기 다수개의 가로프레임(10)을 중앙부위에서 수직방향으로 연결해주는 세로프레임(20)으로 구성되어 있으며, 상기 세로프레임(20)의 중앙에는 다관절 로봇(40)과의 연결을 위한 연결부(21)가 구성되어 있다.

또한 상기 세로프레임(20)에는 등 간격으로 다수개의 접촉식 흡착패드(30)가 설치되어 있는데, 상기 접촉식 흡착패드(30)는 공압에 의해 일정한 폭으로 전후이동을 하는 공압 실린더(31)와 상기 공압 실린더(31) 끝단에 설치된 벨로우즈(32)로 구성되어 있다.

따라서 흡착의 대상이 되는 글라스(50)에 다관절 로봇(40)에 의해 작동되는 로봇 핸드가 수평상태로 근접된 후 도 3a 와 같이 공압 실린더(31)가 일정한 범위 안에서 전진하게 되면 상기 공압 실린더(31)에 설치된 벨로우즈(32)가 글라스(50)의 표면에 흡착 고정되는 것이다.

여기서 상기 벨로우즈(32)가 글라스(50)에 흡착되어 고정되는 원리는 통상의 진공을 이용한 흡착방식이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같이 로봇 핸드의 가로프레임(10)에 설치되어 있는 접촉식 흡착패드(30)에 의해 글라스(50)가 흡착되어 고정된 후에는 제어부(도면중 미도시)에 설정된 프로그램에 따라 다관절 로봇(40)이 작동되면서 글라스(50)를 다음 공정으로 이동 또는 적재하게 되는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 구성에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 로봇 핸드는 서로 일정한 간격을 가지며 적층구조를 가지는 다수개의 가로프레임(10)과 상기 다수개의 가로프레임(10)을 세로방향으로 함께 연결하는 하나의 세로프레임(20)으로 구성되며, 상기 각각의 가로프레임(10) 전면에는 등 간격으로 다수개의 접촉식 흡착패드(30)가 구비되어 있고, 상기 세로프레임(20)의 중앙에는 다관절 로봇(40)에 연결되기 위한 연결부(21)가 구성되어 있다.

여기서 상기 세로프레임(20)이 가로프레임(10)의 중앙에 위치한 이유는 세로프레임(20)에 구비된 접촉식 흡착패드(30)에 흡착되어 고정되는 글라스(50)의 무게로 인하여 가로프레임(10)이 유동 및 변형될 경우 접촉식 흡착패드(30)와 글라스(50)간의 결합력이 약해지게 되고, 이에 따라 불필요한 상황에서 글라스(50)가 로봇 핸드로부터 분리되는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.

따라서 다관절 로봇(40)에 로봇 핸드를 연결시키기 위한 연결부(21) 또한 세로프레임(20)의 중앙에 위치하게 됨에 따라 상기 연결부(21)에 의해 다관절 로봇(40)과 로봇 핸드가 연결된 후 작동될 때 로봇 핸드의 회전각도 및 방향이 제한되면서 로봇 핸드를 다양한 각도 및 방향을 정밀하게 제어하기 어려운 문제점이 있었다.

또한 반도체 제조 공정중 글라스(50)가 스퍼터(Sputter) 공정을 거칠 경우 스퍼터 공정에서 가해지는 열에 의해 글라스(50)가 웨이브형상으로 변형되어 나오게 되는데, 이와 같이 변형된 글라스(50)를 종래 로봇 핸드의 접촉식 흡착패드(30)를 이용하여 파지할 경우 글라스(50)의 평면으로부터 미세한 편차를 가지는 변형부위는 접촉식 흡착패드(30)의 흡착범위에 포함되어 흡착 고정될 수 있지만 평면으로부터 큰 편차를 가지는 변형부위는 접촉식 흡착패드(30)의 흡착범위를 벗어나게 되는 것이다.

즉, 도 3b 에 도시된 바와 같이 접촉식 흡착패드(30)의 흡착범위는 공압 실린더(31)가 전후방향으로 이동되면서 가변 되는 길이에 따라 정해지는 것인데, 종래의 공압 실린더(31)는 10mm 이동거리를 가진다.

따라서 변형된 글라스(50)가 평면으로부터 10mm 미만의 편차를 가지는 부위는 접촉식 흡착패드(30)의 흡착범위에 포함되어 흡착 고정될 수 있는 것이다.

그러나 스퍼터 공정을 통과하는 글라스(50)의 경우 그 편차가 최대 20mmm까지 형성됨에 따라 글라스(50)의 편차가 작은 부위는 접촉식 흡착패드(30)에 흡착 고정되지만 편차가 큰 부위는 접촉식 흡착패드(30)의 흡착범위를 벗어나게 되면서 글라스(50)가 로봇 핸드에 설치된 다수개의 접촉식 흡착패드(30) 중 일부의 접촉식 흡착패드(30)에만 고정되어 글라스(50)의 이동과정에서 로봇 핸드로부터 글라스(50)가 분리되거나 기울어져 이동되는 문제점이 발생하게 되는 것이다.

따라서 종래에는 열에 의해 변형된 글라스(50)를 다시 냉각시켜 원상태가 되도록 한 후 로봇 핸드로 파지시켜 이송함에 따라 공정의 속도 및 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출 된 것으로, 다관절 로봇과 로봇 핸드와 연결구조를 개선하여 로봇 핸드의 움직임을 다양하면서 정밀하게 제어할 수 있도록 함으로써 글라스를 효과적으로 이송시킬 수 있도록 하고, 스퍼터 공정을 거치면서 변형된 글라스를 냉각시키지 않고 글라스의 변형에 적절하게 대응하여 신속하면서 정확하고 안정되게 파지하여 이송시킬 수 있도록 한 글라스 이송용 로봇 핸드 및 이를 이용한 글라스 이송방법과 관련된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면,

일정한 간격으로 적층 되는 형태를 가지는 다수개의 가로프레임;과 상기 다수개 가로프레임의 후면을 수직방향으로 가로지르면서 결합되며, 다관절 로봇과 연결되는 연결부가 형성된 세로프레임;과 상기 다수개의 가로프레임의 전면에 일정한 등 간격으로 설치되면서 글라스를 흡착하여 고정시키는 흡착수단;과 관련된다.

바람직하게는, 상기 세로프레임은 다수개 가로프레임의 후면 중앙부를 수직방향으로 가로지르면서 결합되고, 연결부는 세로프레임의 하단부에 형성된 것과 관련된다.

더 바람직하게는, 상기 세로프레임은 다수개 가로프레임의 후면 어느 한쪽 끝부분을 수직방향으로 가로지르면서 결합되고, 연결부는 세로프레임의 중앙부에 형성된 것과 관련된다.

더욱 바람직하게는, 상기 가로프레임과 세로프레임의 재질은 탄소섬유강화플라스틱으로 구성한 것과 관련된다.

더욱 바람직하게는, 상기 흡착수단으로서 접촉식 흡착부재와 비접촉식 흡착부재를 교대로 반복 설치하되, 비접촉식 흡착부재의 사이에 적어도 두개의 접촉식 흡착부재가 설치되도록 한 것과 관련된다.

더욱 바람직하게는, 상기 접촉식 흡착부재는 일정한 공압에 의해 전후방향으로 이동되는 공압 실린더와, 상기 공압 실린더의 끝단에 설치되어 글라스를 진공압으로 흡착 고정시키는 진공흡착판이 포함된 것과 관련된다.

더욱 바람직하게는, 상기 비접촉식 흡착부재는 상면에 내부로 함몰된 장착홈이 형성되고, 저면에는 상기 장착홈과 연결되어 통하는 연결공이 형성된 하우징;과

하부의 돌출된 공기유입구가 상기 하우징의 연결공에 끼워지면서 상부는 상기 하우징의 장착홈에 끼워져 고정되고, 상면 테두리부의 안쪽에는 함몰된 형태의 챔버와 상기 챔버의 측면에 형성되며 공기유입구와 연결되면서 공기유입구로부터 공급되는 공기를 챔버내에 분사하는 노즐공이 구비된 노즐부재;를 포함하는 것과 관련된다.

더욱 바람직하게는, 상기 노즐부재의 노즐공은 챔버의 중심부를 중심으로 사방에 균등 배열되게 하고, 각각의 노즐공 방향은 챔버의 중심부를 잇는 중심선으로부터 동일한 방향으로 기울어지게 구성하여 노즐공으로부터 분사되는 공기가 챔버에서 와류형태로 분사되도록 한 것과 관련된다.

더욱 바람작하게는, 상기 노즐부재의 상측 테두리부 표면에는 연질의 다수개의 돌기부가 형성된 것과 관련된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방법에 의하면,

반도체 제조공정중 스퍼터 공정을 통해 열변형이 일어나면서 일측은 평면으로부터 미세한 편차가 형성되고, 타측은 상대적으로 큰 편차가 형성되며, 상기 미세한 편차와 큰 편차 사이에는 중간 편차가 형성되도록 변형된 글라스에 다관절 로봇에 의해 제어되는 로봇 핸드를 근접시켜 상기 글라스중 미세한 편차가 형성된 면을 로봇 핸드의 가로프레임에 설치된 일측 접촉식 흡착부재의 흡착범위에 위치되도록 하는 준비과정;과

상기 일측 접촉식 흡착부재의 공압실린더가 전진하면서 진공압이 작용되는 진공흡착판이 글라스의 미세한 편차가 형성된 면을 흡착하여 고정하는 1차 고정과정;과

상기 가로프레임에 설치된 타측 비접촉식 흡착부재의 작동에 따라 노즐공을 통해 고압의 공기가 챔버내에서 와류형태로 분출되어 챔버의 안쪽에서 공기의 압력이 낮아지면서 글라스의 큰 편차가 형성된 면을 끌어당겨 비접촉상태로 고정하는 2차 고정과정;과

상기 2차 고정과정을 통해 글라스의 큰 편차가 형성된 면이 당겨지면서 글라스의 큰 편차가 형성된 면과 미세 편차가 형성된 면의 중간인 중간편차가 형성된 면이 함께 당겨지게 되어 상기 중간 편차가 형성된 면이 상기 일측 접촉식 흡착부재와 비접촉식 흡착부재의 중간에 위치한 중앙 접촉식 흡착부재 흡착범위에 위치하게 되고 이후 상기 중앙 접촉식 흡착부재의 공압실린더가 전진하여 진공압이 작용되는 진공흡착판이 상기 중간 편차가 형성된 면을 흡착 고정하는 3차 고정과정;과

상기 1차 고정과정과, 2차 고정과정과 3차 고정과정을 통해 로봇 핸드에 고정된 글라스를 다음 고정으로 이송시키는 이송과정;을 포함하는 방법과 관련된다.

본 발명에 따른 글라스 이송용 로봇 핸드는 로봇 핸드과 다관절 로봇의 연결구조를 개선하여 로봇 핸드의 자유롭고 정밀한 움직임을 통해 글라스의 이송 및 적재의 효율성을 배가시키고, 로봇 핸드에 접촉식 흡착부재와 비접촉식 흡착부재를 병행 설치함으로써, 스퍼터 공정을 통해 변형된 글라스를 파지함에 있어 파지의 정확성과 안정성을 향상시킴에 따라 글라스의 이송 및 적재 등의 작업효율성과 생산성의 향상효과를 기대할 수 있는 것이다.

도 1 은 종래의 구성에 따른 로봇 핸드를 도시한 도면이다.
도 2 는 종래의 구성에 따라 로봇 핸드가 일반적인 글라스를 파지한 상태를 도시한 측면도이다.
도 3a 는 종래의 구성에 따라 로봇 핸드가 일반적인 글라스를 파지한 상태를 예시한 요부 평면도이다.
도 3b 는 종래의 구성에 따라 로봇 핸드가 변형된 글라스를 파지하는 상태를 도시한 요부 평면도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 핸드의 구성을 예시한 정면도이다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 로봇 핸드의 구성을 예시한 정면도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 핸드의 구성을 예시한 평면도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 따라 로봇 핸드의 가로프레임에 설치된 접촉식 흡착부재를 예시한 평면도이다.
도 8a 는 본 발명의 일 실시 예에 따라 로봇 핸드의 가로프레임에 설치된 비접촉식 흡착부재의 분리상태를 예시한 내부 구성도이다.
도 8b 는 본 발명의 일 실시 예에 따라 로봇 핸드의 가로프레임에 설치된 비접촉식 흡착부재의 결합상태를 예시한 내부 구성도이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉식 흡착부재를 구성하는 노즐부재의 저면도이다.
도 10 은 도 9 의 A-A 선 단면도이다.
도 11 은 도 9 의 B-B 선 단면도이다.
도 12 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접식 흡착부재의 공기압력에 대해 발생되는 상승력에 대한 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 13a, 13b, 13c 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 핸드에 의해 글라스가 파지되는 과정을 순차적으로 예시한 요부 평면도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

우선, 본 발명에 따른 로봇 핸드는 제어부(도면중 미도시)의 제어를 받아 움직이는 다관절 로봇(40)에 연결된 상태에서 글라스(500)를 파지한 후 다음 공정으로 이송하는 역할을 수행하는 장치로서, 그 구성은 크게 다수개의 가로프레임(100)과, 상기 다수개의 가로프레임(100)을 수직방향으로 연결시켜 주는 세로프레임(200)과, 상기 가로프레임(100)에 구비된 다수개의 흡착수단(300)으로 구분할 수 있으며, 이하 각 구성에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

가로프레임(100)은, 이송의 대상이 되는 글라스(500)의 형상과 상응하도록 일정한 길이를 가지며, 서로 일정한 간격을 유지하면서 상하방향으로 적층 되는 형태로 구성되는데, 여기서 가로프레임(100)의 개수나 각 가로프레임(100)의 길이 및 간격은 어느 하나의 형태로 정해질 필요는 없으며, 이송의 대상이 되는 글라스(500)에 따라 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

세로프레임(200)은 상기 다수개의 가로프레임(100)을 고정시킴과 동시에 다관절 로봇(40)과의 연결을 위한 매개체 역할을 하게 되는 것이며, 다수개의 가로프레임(100)의 후면에 수직방향으로 고정됨으로써, 다수개의 가로프레임(100)이 일정한 간격을 가지면서 상기 세로프레임(200)에 의해 서로 고정될 수 있는 것이다. 또한 세로프레임(200)에는 연결부(210)가 설치됨에 따라 상기 연결부(210)를 통해 다관절 로봇(40)이 연결되는 것이다.

한편, 종래의 경우 세로프레임(20)이 가로프레임(10)의 중앙부위에 수직방향으로 연결되고, 세로프레임(20)의 중앙에 연결부(21)가 구성됨에 따라 상기 연결부(21)에 다관절 로봇(40)이 연결될 경우 로봇 핸드의 회전 및 이동반경이 구조상 제약되면서 로봇 핸드를 다양한 각도 및 방향으로 정밀하게 제어하기 어려운 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 도 4 에 예시한 바와 같이 세로프레임(200)을 가로프레임(100)의 중앙부위에 수직방향으로 연결하는 경우 세로프레임(200)에 형성되는 연결부(210)의 위치를 세로프레임(200)의 하부 또는 상부에 치우치게 설치함으로써, 상기 연결부(210)에 다관절 로봇(40)이 연결된 상태에서 로봇 핸드가 다양한 각도 및 방향으로 정밀하게 제어될 수 있도록 한 것이다.

또한 본 발명의 다른 실시 예로서, 도 5 에 예시한 바와 같이 세로프레임(200)을 가로프레임(100)의 중앙부위가 아닌 어느 한쪽 끝 부분에 수직방향으로 연결하는 경우에는 연결부(210)의 위치를 세로프레임(200)의 중앙에 설치함으로써, 상기 연결부(210)에 다관절 로봇(40)이 연결된 상태에서 로봇 핸드가 다양한 각도 및 방향으로 정밀하게 제어될 수 있는 것이다.

아울러 다관절 로봇(40)과 로봇 핸드의 연결점이 로봇 핸드의 중심점이 아닌 중심의 아래쪽이나 양측 중 어느 한쪽의 중심으로 이동됨에 따라 로봇 핸드가 글라스(500)를 파지할 때 상기 글라스(500)의 무게로 인하여 흔들리거나 변형될 수도 있으므로, 이러한 우려를 방지하기 위한 수단으로 재질을 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)을 사용한 것이며, 여기서 로봇 핸드의 재질을 탄소섬유강화플라스틱으로 사용한 것은 로봇 핸드의 강도를 보강하기 위한 하나의 실시 예로서, 이러한 로봇 핸드의 재질은 탄소섬유강화플라스틱으로 한정될 필요는 없으며, 로봇 핸드의 흔들림 및 변형을 방지하는 목적을 해결할 수 있다면 다양한 재질로 변경 가능한 것이다.

또한 로봇핸드의 재질을 탄소섬유강화플라스틱으로 사용하는 이유로서, 재질의 특성상 로봇 핸드의 처짐이나 비틀림을 최대한 방지할 수도 있지만, 강성과 복원력이 우수하여 관성모멘트를 줄일 수 있어 글라스(500)의 흔들림에 의한 에러를 최소화시킬 수 있기 때문이기도 하다.

흡착수단(300)은, 도 6 에서와 같이 상기 가로프레임(100)의 전면에 일정한 간격을 이루며 설치되어 이송의 대상이 되는 글라스(500)를 흡착 고정시키는 수단으로서, 접촉식 흡착부재(310)와 비접촉식 흡착부재(320)로 구분할 수 있다.

우선 접촉식 흡착부재(310)는 도 7 에서와 같이 외부로부터 공급받는 일정한 공압에 의해 전후방향으로 동작 되는 공압실린더(311)와, 상기 공압실린더(311)에 끝단에 구비되어 글라스(500)의 표면에 흡착 고정되는 진공흡착판(312)으로 구성된다.

따라서 로봇 핸드가 이송의 대상이 되는 글라스(500) 표면에 근접된 상태에서 공압실린더(311)가 작동하여 전진하게 되면 상기 공압실린더(311)의 끝단에 구비된 진공흡착판(312)이 글라스(500)의 표면에 흡착되면서 상기 진공흡착판(312)의 진공압에 의해 글라스(500)가 고정되는 것이며, 이때 상기 진공흡착판(312)의 형상은 밸로우즈형태나, 나팔관형태 등 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 것이다.

여기서 로봇 핸드를 글라스(500)에 접근시킬 때 로봇 핸드의 접촉식 흡착부재(310)와 글라스(500)의 표면 사이의 근접거리를 정확히 유지시켜줄 필요가 있는 것인데, 그 거리는 접촉식 흡착부재(310)의 공압실린더(311)가 전진하는 거리와 상기 공압실린더(311)의 끝단에 설치된 진공흡착판(312)의 앞부분이 글라스(500)의 표면과 접면되면서 가변될 수 있는 가변길이를 감안하여 설정할 필요가 있는 것이며, 이러한 정확한 설정을 보조하기 위한 수단으로서 근접센서(도면중 미도시) 등을 부가하므로서, 접촉식 흡착부재(310)는 물론 후술되는 비접촉식 흡착부재(320)와 글라스(500)간의 근접거리를 정확히 조절할 수 있도록 하는 것도 바람직한 것이다.

그리고 비접촉식 흡착부재(320)는 고압의 공기를 분사하여 그 공기압력변화에 의해 글라스(500)를 비접촉 상태로 흡착 고정하도록 구성된 것으로서, 유체의 속도가 빠르면 압력이 낮아지고, 유체의 속도가 느리면 압력이 높아진다는 베르누이 원리를 이용한 것이다.

이러한 비접촉식 흡착부재(320)의 구조를 보면, 도 8a 및 도 8b 와 같이 상면에 내부로 함몰된 상태의 장착홈(322)이 형성되고, 그 저면에는 상기 장착홈(322)과 관통되는 연결공(323)이 형성된 하우징(321)과, 하부는 돌출된 형태의 공기유입구(325)가 형성되고, 상부의 테두리부(328) 안쪽에는 함몰된 형태의 챔버(326)와, 상기 챔버(326)의 측면에 형성되며 상기 공기유입구(325)와 연결된 다수개의 노즐공(327)이 구비되는 노즐부재(324)가 서로 결합되어 구성된 것임을 알 수 있다.

즉, 하우징(321)의 장착홈(322)으로 노즐부재(324)의 상부가 끼워지게 되면서 노즐부재(324) 하부의 공기유입구(325)는 하우징(321)의 연결공(323)에 끼워져 고정되며, 노즐부재(324)의 테두리부(328)는 하우징(321)의 장착홈(322) 상면에 안착되어 고정되고, 공기유입구(325)로 유입되는 고압의 공기는 노즐부재(324)의 노즐공(327)을 통해 챔버(326)내에 분사되도록 한 것이다.

이때 상기 노즐공(327)은 도 9 와 같이 챔버(326)의 중심점을 중심으로 0°, 90°180°, 270°가 되도록 사방으로 균등하게 환형으로 배열하고, 이때 각각의 노즐공(327) 방향은 챔버(326)의 중심점을 연결하는 중심선에서 어느 한 방향으로 동일하게 기울어져 경사지게 형성한 것이다.

바람직하게는 상기 노즐공(327)의 기울어진 경사각(θ)은 약 2°~ 3°이며, 이러한 경사각(θ)을 통해 노즐공(327)으로부터 공기가 분사되면 챔버(326)의 바닥면과 내벽에 공기가 부딪치면서 와류를 형성하게 되고, 이때 상기 와류의 내측 공기압력이 낮아지게 되므로 인접하고 있는 글라스(500)를 당기게 되는 것이다.

다음은 본 발명의 일시예에 따른 비접촉식 흡착부재(320)의 실험을 예시한 것으로서, 비접촉식 흡착부재(320)는 4개 노즐공(327)이 챔버(326)의 중심점에서 중심으로 사방으로 배열되고, 각 노즐공(327)은 챔버(326)의 중심점을 연결하는 연결선상으로부터 반시계 방향으로 경사지게 배열된 것이다.

따라서 공기유입구(325)로부터 고압의 공기가 공급되어 노즐공(327)을 통해 챔버(326)내에 분사되면 챔버(326)내에서 공기가 회전되어 와류현상을 일으키게 되며, 이때 공급되는 공기의 압력에 따라 상승력(lifting force)이 변동되는데, 여기서 상기 상승력은 글라스(500)를 끌어당기되 비접촉식 흡착부재(320)와 적당한 간격을 유지하기 위한 힘을 의미하는 것이며, 이와 같은 상승력에 관한 실험결과는 도 12 의 그래프를 통해 자세히 알 수 있다.

즉, 공기 공급압력(Supply Pressure)(X 축)은 0.1~0.4 MPa 가 가장 바람직하며, 이때 발생되는 상승력(Y 축)은 2.2~10.9 뉴튼(N)이었다.

이를 공기 공급압력과 상승력의 관계를 아래의 표 1을 통해 살펴보면 다음과 같다.

공기 공급압력(MPa)	상승력(N)
0.1	2.2
0.2	5.2
0.3	8.1
0.4	10.9

상기와 같은 표 1 에서와 같이 공기 공급압력이 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 MPa 일때 이에 대응되어 발생되는 상승력은 2.2, 5.2, 8.1, 10.9 뉴튼(N)이므로 공기 공급압력이 증가 될수록 이에 비례하여 상승력도 증가 됨을 알 수 있다.

따라서 이송의 대상이 되는 글라스(500)의 하중을 감안 후 공기 공급압력을 조절하여 상승력을 조절함으로써 고 하중의 글라스를 운반하는 경우에는 공기 공급압력을 증가시키고, 저 하중의 글라스를 운반하는 경우에는 공기 공급압력을 감소시키는 것이 바람직한 것이다.

그리고 여기서 상승력은 비접촉식 흡착부재(320)의 상단과 글라스(500)가 미세하게 이격될 정도의 힘이며, 챔버(326)내에서 공기가 와류현상으로 회전될 때 그 와류 내부에서 낮아진 압력에 의해 흡인력이 생성되어 글라스(500)가 비접촉식 흡착부재(320)에 접촉되지 않은 상태로 당겨지면서 부양된 상태로 이송될 수 있는 것이다.

그러나 비접촉식 흡착부재(320)로 공급되는 공기의 조절 및 외부적인 요인에 따라 글라스(500)를 비접촉식 흡착부재(320)가 부양시켜 이송시키는 과정에서 글라스(500)가 비접촉식 흡착부재(320)에 직접 접면되면 글라스(500)에 손상을 입히게 될 수 있으므로 상기 비접촉식 흡착부재(320)의 테두리부(328) 상면에 실리콘이나 고무와 같은 연질의 돌기부(도면중 미도시)가 형성되도록 하여 글라스(500)의 손상을 방지토록 하는 것도 바람직한 것이다.

아울러 본 발명에서 상기 노즐공(327)의 개수를 4개로 구성한 것은 한 실시 예로서, 그 개수는 4개로 한정될 필요없이 4개 이하 또는 4개 이상으로 구성하여 필요로 하는 흡입력에 따라 설계를 달리하여 변형실시가 가능한 것이며,, 노즐공의 경사각(θ) 또한 2°~ 3°로 한정될 필요없이 설계에 따라 얼마든지 변형가능한 것이다.

한편, 이와 같은 접촉식 흡착부재(310)와 비접촉식 흡착부재(320)를 로봇핸드의 가로프레임(100)에 배열함에 있어서, 글라스(500)를 효과적으로 흡착 고정하기 위한 적절한 설치위치를 감안하여 배열하는 것이 바람직한 것인데, 본 발명에서는 스퍼터 공정을 거쳐면서 변형된 글라스(500)를 보다 안정적으로 파지하기 위한 목적이 있으므로 그에 따른 적절히 배치가 필요한 것이다.

즉, 글라스(500)가 스퍼터 공정을 거치게 되면 스퍼터 공정에서 발생되는 열에 의해 글라스(500)가 평면형태를 유지하지 못하고 웨이브 형태로 변형되면서 글라스(500)를 구간별로 보면 일측은 평면으로부터 미세한 편차를 가지게 되며, 그 반대쪽 타측은 평면으로부터 큰 편차를 가지게 되고, 중간부분은 상기 미세한 편차와 큰 편차의 중간 편차를 가지는 형태가 되는 것이다.

따라서 로봇 핸드의 가로프레임(100)에 흡착수단(300)을 배치할 때, 비접촉식 흡착부재(320)와 접촉식 흡착부재(310)를 교대로 반복하여 설치하되, 비접촉식 흡착부재(320)의 사이에 두개의 접촉식 흡착부재(310)가 배치되는 패턴을 연속하여 구성하므로서, 변형된 글라스(500)에서 타측의 큰 편차가 형성된 면은 비접촉식 흡착부재(320)가 흡착 고정하고, 일측의 미세한 편차가 형성된 면은 상기 2개의 접촉식 흡착부재(310)중 바깥쪽에 위치한 접촉식 흡착부재(310)가 흡착 고정하며, 큰 편차가 형성된 면과 미세한 편차가 형성된 면 사이의 중간 편차가 형성된 면은 상기 2개의 접촉식 흡착부재(310)중 안쪽에 위치한 접촉식 흡착부재(310)가 흡착 고정하는 패턴을 가지도록 한 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 로봇 핸드에 의한 글라스의 이송방법을 과정별로 살펴보면 다음과 같다.

즉, 도 13a 와 같이 스퍼터 공정을 통해 열변형이 일어나면서 일측은 평면으로부터 미세한 편차가 형성되고, 타측은 상대적으로 큰 편차가 형성되며, 상기 미세한 편차와 큰 편차 사이에는 중간 편차가 형성되도록 변형된 글라스(500)에 다관절 로봇(40)에 의해 제어되는 로봇 핸드를 근접시켜 상기 글라스(500)중 미세한 편차가 형성된 면을 로봇 핸드의 가로프레임(100)에 설치된 일측 접촉식 흡착부재(310)의 흡착범위에 위치되도록 하는 준비과정과;

도 13b 와 같이 일측 접촉식 흡착부재(310)의 공압실린더(311)가 전진하면서 진공압이 작용되는 진공흡착판(312)이 글라스(500)의 미세한 편차가 형성된 면을 흡착하여 고정하는 1차 고정과정과;

도 13c 와 같이 가로프레임(100)에 설치된 타측 비접촉식 흡착부재(320)의 작동에 따라 노즐공(327)을 통해 고압의 공기가 챔버(326)내에서 와류형태로 분출되어 챔버(326)의 안쪽에서 공기의 압력이 낮아지면서 글라스(500)의 큰 편차가 형성된 면을 끌어당겨 비접촉상태로 고정하는 2차 고정과정과;

상기 2차 고정과정을 통해 글라스(500)의 큰 편차가 형성된 면이 당겨지면서 글라스(500)의 큰 편차가 형성된 면과 미세 편차가 형성된 면의 중간인 중간편차가 형성된 면이 함께 당겨지게 되어 상기 중간 편차가 형성된 면이 상기 일측 접촉식 흡착부재(310)와 비접촉식 흡착부재(320)의 중간에 위치한 중앙의 접촉식 흡착부재(310) 흡착범위에 위치하게 되고, 이후 상기 중앙의 접촉식 흡착부재(310)의 공압실린더(311)가 전진하여 진공압이 작용되는 진공흡착판(312)이 상기 중간 편차가 형성된 면을 흡착 고정하는 3차 고정과정과;

상기 1차 고정과정과, 2차 고정과정과 3차 고정과정을 통해 로봇 핸드에 고정된 글라스(500)를 다음 공정으로 이송시키는 이송과정;

을 순차적으로 수행함으로써 형상이 변형된 글라스(500)의 이송을 정확하면서 간단하고 신속하게 할 수 있는 것이다.

따라서 로봇 핸드에 접촉식 흡착부재(310)와 비접촉식 흡착부재(320)를 효과적으로 배열하여 변형된 글라스(500)의 파지를 정확하면서 안정되게 할 수 있어 이송이나 적재의 안정성 및 효율성을 향상시킴으로써, 공정시간의 단축과 장비의 가동율 향상 및 불량률 저감으로 인한 수율의 향상효과를 기대할 수 있는 것이다.

이와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관한 설명을 하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 가로프레임 200 : 세로프레임
210 : 연결부 300 : 흡착수단
310 : 접촉식 흡착부재 311 : 공압실린더
312 : 진공흡착판 320 : 비접촉식 흡착패드
321 : 하우징 322 : 장착홈
323 : 연결공 324 : 노즐부재
325 : 공기유입구 326 : 챔버
327 : 노즐공 328 : 테두리부
500 : 글라스

Claims

일정한 간격으로 적층 되는 형태를 가지는 다수개의 가로프레임;
상기 다수개 가로프레임의 후면을 수직방향으로 가로지르면서 결합되며, 다관절 로봇과 연결되는 연결부가 형성된 세로프레임; 및
상기 다수개의 가로프레임의 전면에 설치되어 글라스를 흡착 고정시킬 수 있도록 상면에 내부로 함몰된 장착홈이 형성되고 저면에는 상기 장착홈과 연결되어 통하는 연결공이 형성된 하우징과, 하부에 돌출된 공기유입구가 상기 하우징의 연결공에 끼워지면서 상부는 상기 하우징의 장착홈에 끼워져 고정되고 상면 테두리의 안쪽에는 함몰된 형태의 챔버와, 상기 챔버의 측면에 형성되어 공기유입구와 연결되면서 공기유입구로부터 공급되는 공기를 챔버내에 분사하는 노즐공이 구비된 노즐부재로 이루어진 비접촉식 흡착부재와,
일정한 공압에 의해 전후방향으로 이동되는 공압 실린더와, 상기 공압 실린더의 끝단에 설치되어 글라스를 진공압으로 흡착시키는 진공흡착판으로 이루어진 접촉식 흡착부재를 교대로 반복 설치하되, 비접촉식 흡착부재의 사이에 두개의 접촉식 흡착부재가 설치되도록 구성되는 흡착수단;을 포함하는 글라스 이송용 로봇 핸드에 있어서,
상기 세로프레임은 다수개 가로프레임의 후면 중 중앙부를 수직방향으로 가로지르면서 결합되고, 연결부는 그러한 세로프레임의 하단부에 형성되며,
상기 비접촉식 흡착부재의 노즐부재 상측 테두리부 표면에는 연질의 다수개 돌기부가 형성된 것을 특징으로 하는 글라스 이송용 로봇 핸드.
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제 1 항에 있어서,
상기 가로프레임과 세로프레임의 재질은 탄소섬유강화플라스틱으로 구성한 것을 특징으로 하는 글라스 이송용 로봇 핸드.
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제 1 항에 있어서,
상기 노즐부재의 노즐공은 챔버의 중심부를 중심으로 사방에 균등 배열되게 하고, 각각의 노즐공 방향은 챔버의 중심부를 잇는 중심선으로부터 동일한 방향으로 기울어지게 구성하여 노즐공으로부터 분사되는 공기가 챔버에서 와류형태로 분사되도록 한 것을 특징으로 하는 글라스 이송용 로봇 핸드.
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글라스 이송 또는 적재를 위한 다관절 로봇에 연결되며, 수직방향의 세로프레임에 의해 고정되는 다수개의 가로 프레임 전면에 하나의 비접촉식 흡착부재와 두개의 접촉식 흡착부재가 일정한 간격을 가지면서 순차적으로 배열되는 패턴을 반복하도록 구성된 로봇 핸드의 상부로 반도체 제조공정중 스퍼터 공정을 통해 열변형을 일으켜 평면으로부터 미세한 편차와 큰 편차가 반복적으로 연속 형성된 웨이브 형태의 글라스를 올려놓으면 비접촉식 흡착부재보다 길게 돌출되어 있는 접촉식 흡착부재가 글라스중 미세한 편차가 형성된 부위와 먼저 만나게 되고, 글라스중 큰 편차자 형성된 부위는 자연적으로 비접촉식 흡착부재의 흡착범위에 위치하게 되는 준비과정;을 포함하는 글라스 이송방법에 있어서,
상기 일측 접촉식 흡착부재의 공압실린더가 전진하면서 진공압이 작용되는 진공흡착판이 글라스의 미세한 편차가 형성된 면을 흡착하여 고정하는 1차 고정과정과;
상기 가로프레임에 설치된 타측 비접촉식 흡착부재의 작동에 따라 노즐공을 통해 고압의 공기가 챔버내에서 와류형태로 분출되어 챔버의 안쪽에서 공기의 압력이 낮아지면서 글라스의 큰 편차가 형성된 면을 끌어당겨 비접촉상태로 고정하는 2차 고정과정과;
상기 2차 고정과정을 통해 글라스의 큰 편차가 형성된 면이 당겨지면서 글라스의 큰 편차가 형성된 면과 미세 편차가 형성된 면의 중간인 중간편차가 형성된 면이 함께 당겨지게 되어 상기 중간 편차가 형성된 면이 상기 일측 접촉식 흡착부재와 비접촉식 흡착부재의 중간에 위치한 중앙 접촉식 흡착부재 흡착범위에 위치하게 되고, 이후 상기 중앙 접촉식 흡착부재의 공압실린더가 전진하여 진공압이 작용되는 진공흡착판이 상기 중간 편차가 형성된 면을 흡착 고정하는 3차 고정과정과;
상기 1차 고정과정과, 2차 고정과정과 3차 고정과정을 통해 로봇 핸드에 고정된 글라스를 다음 공정으로 이송시키는 이송과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 글라스 이송용 로봇 핸드를 이용한 글라스 이송방법.