KR20210062435A - 케미컬 샘플링 로봇 및 이를 이용한 케미컬 자동 샘플링 시스템 - Google Patents

Abstract

케미컬 샘플링 로봇 및 이를 이용한 케미컬 자동 샘플링 시스템이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 샘플링 로봇은, 개폐 가능한 캡이 결합된 샘플 용기를 이용하여 케미컬을 샘플링하는 로봇으로서, 샘플 용기를 파지하도록 구성된 그리퍼를 가지며, 미리 정해진 안착 지점에 안착된 샘플 용기를 상기 그리퍼로 파지하여 미리 정해진 개폐 지점으로 운반하는 로봇 암; 및 샘플 용기의 캡을 파지하도록 구성되어 상기 개폐 지점의 상공에 승강 가능하게 배치되는 캡 그리퍼를 가지며, 상기 로봇 암에 의해 상기 개폐 지점으로 운반된 샘플 용기의 캡을 상기 캡 그리퍼로 파지하여 개방하거나 폐쇄하는 개폐 유닛을 포함하고, 상기 로봇 암은, 상기 개폐 지점에서 상기 개폐 유닛에 의해 캡이 개방된 샘플 용기를 케미컬이 공급되는 샘플링 지점으로 운반하도록 구성된다.

Description

케미컬 샘플링 로봇 및 이를 이용한 케미컬 자동 샘플링 시스템{Chemical sampling robot and system for automatically sampling chemicals using same}

본 발명은 케미컬 샘플링 로봇 및 이를 이용한 케미컬 자동 샘플링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 개폐 가능한 캡이 결합된 샘플 용기를 이용하여 케미컬을 자동으로 샘플링하는 케미컬 샘플링 로봇 및 이를 이용한 케미컬 자동 샘플링 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 공장이나 화학약품 공장 등과 같이 다양한 케미컬(chemical)을 사용하는 케미컬 사용처에는 케미컬을 이송하는 배관, 케미컬을 저장하는 저장탱크 등과 같이 케미컬의 이송, 저장, 관리, 처리를 위한 다양한 시설들이 마련되어 있다. 이러한 케미컬 사용처에서는 케미컬을 사용 가능한 상태로 관리하기 위해, 케미컬을 수용하고 있는 각각의 시설이나 배관으로부터 주기적으로 케미컬을 샘플링하는 작업과 샘플링된 케미컬을 검사하는 작업이 이루어지고 있다.

그러나, 한국 공개특허공보 제10-2004-0071853호, 한국 등록특허공보 제10-0544056호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술은 케미컬 샘플링 작업시 작업자가 직접 밀폐 가능한 부스(또는, 케이스)를 개방하여 해당 부스의 내부에 위치한 케미컬 라인과 샘플 용기를 연결하거나 분리해야 하기 때문에, 작업자가 케미컬에 노출될 위험이 상존하고, 케미컬 샘플링을 위해 작업자의 많은 노력과 시간이 요구되는 문제점이 있다.

1. 한국 공개특허공보 제10-2004-0071853호 2. 한국 등록특허공보 제10-0544056호

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 케미컬 샘플링 작업을 간편화하고 케미컬 샘플링 작업에 요구되는 인력과 시간을 절감하며, 케미컬 샘플링 작업 시 발생하는 케미컬의 누출과 케미컬 샘플의 오염을 방지하는 케미컬 샘플링 로봇 및 이를 이용한 케미컬 자동 샘플링 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 샘플링 로봇은, 개폐 가능한 캡이 결합된 샘플 용기를 이용하여 케미컬을 샘플링하는 로봇으로서, 샘플 용기를 파지하도록 구성된 그리퍼를 가지며, 미리 정해진 안착 지점에 안착된 샘플 용기를 상기 그리퍼로 파지하여 미리 정해진 개폐 지점으로 운반하는 로봇 암; 및 샘플 용기의 캡을 파지하도록 구성되어 상기 개폐 지점의 상공에 승강 가능하게 배치되는 캡 그리퍼를 가지며, 상기 로봇 암에 의해 상기 개폐 지점으로 운반된 샘플 용기의 캡을 상기 캡 그리퍼로 파지하여 개방하거나 폐쇄하는 개폐 유닛을 포함하고, 상기 로봇 암은, 상기 개폐 지점에서 상기 개폐 유닛에 의해 캡이 개방된 샘플 용기를 케미컬이 공급되는 샘플링 지점으로 운반하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 로봇 암은, 상기 샘플링 지점으로 운반된 샘플 용기에 케미컬이 공급되어 충전되면 케미컬이 충전된 샘플 용기를 다시 상기 개폐 지점으로 운반하고, 상기 개폐 지점에서 상기 개폐 유닛에 의해 상기 케미컬이 충전된 샘플 용기의 캡이 폐쇄되면 상기 캡이 폐쇄된 샘플 용기를 상기 안착 지점으로 운반하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 로봇 암은, 일 단부가 상기 안착 지점과 상기 샘플링 지점 사이의 일정 위치에 고정된 프레임에 회동 가능하게 결합되고, 타 단부가 일 방향으로 연장된 상완부; 및 일 단부가 상기 상완부의 타 단부에 회동 가능하게 결합되고, 타 단부가 상기 그리퍼와 결합되어 상기 그리퍼를 지지하는 하완부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 그리퍼는, 상호 간의 간격이 좁아지면서 상기 샘플 용기의 양 측면을 파지하는 한 쌍의 핑거를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 개폐 유닛은, 상기 캡 그리퍼를 승강시키는 승강 구동부; 및 상기 캡 그리퍼가 상기 개폐 지점으로 운반된 샘플 용기의 캡을 파지한 상태에서 상기 캡 그리퍼를 일방향 또는 타방향으로 회전시켜 상기 캡을 개방하거나 폐쇄하는 회전 구동부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 캡 그리퍼는, 상기 캡을 중심으로 방사 방향으로 이동하여 상호 간의 간격이 좁아지면서 상기 캡의 측면 둘레를 파지하는 복수의 핑거를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템은, 상기 케미컬 샘플링 로봇을 이용하여 케미컬을 샘플링하는 시스템으로서, 외부와 차단되는 내부 공간 및 상기 내부 공간을 제1 구역과 제2 구역으로 분리하는 내부 격벽을 가지며, 외부면에 상기 제1 구역과 연통되는 제1 윈도가 형성되고, 상기 내부 격벽에 상기 제1 구역과 상기 제2 구역 간의 통로를 제공하는 제2 윈도가 형성된 챔버; 상기 제1 구역에 배치되며 상기 안착 지점을 제공하여 상기 샘플 용기가 안착되는 샘플 용기 홀더; 및 상기 챔버의 외부에서 상기 제2 구역으로 케미컬을 공급하는 케미컬 라인을 포함하고, 상기 케미컬 샘플링 로봇의 상기 로봇 암과 상기 개폐 유닛이 상기 제2 구역에 배치된다.

일 실시예에 있어서, 상기 챔버는, 상기 제1 윈도를 개폐하는 개폐 도어; 및 상기 제2 윈도를 슬라이딩 방식으로 개폐하는 자동 셔터를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 자동 셔터는, 상기 샘플 용기가 상기 제1 윈도를 통해 상기 샘플 용기 홀더의 상기 안착 지점에 안착되면 상기 제2 윈도를 개방하고, 상기 제2 윈도의 개방 후 상기 샘플 용기가 상기 로봇 암에 의해 파지되어 상기 제2 구역으로 운반되면 상기 제2 윈도를 폐쇄하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 샘플 용기 홀더는, 상기 샘플 용기의 하단부가 안착되는 안착 홈; 및 상기 안착 홈에 안착된 샘플 용기를 감지하는 근접 센서를 포함하고, 상기 자동 셔터는, 상기 근접 센서에 의해 상기 안착 홈에 안착된 샘플 용기가 감지되면 상기 제2 윈도를 개방하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 시스템은, 상기 제1 구역에 배치되어 상기 샘플 용기 홀더를 상승 또는 하강시켜 상기 로봇 암으로 하여금 상기 샘플 용기 홀더에 안착된 샘플 용기를 파지하도록 하는 승강 유닛을 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 승강 유닛은, 상기 샘플 용기 홀더에 안착된 샘플 용기가 상기 로봇 암에 의해 파지되면 상기 샘플 용기 홀더를 하강시켜 상기 샘플 용기 홀더를 상기 샘플 용기와 분리시키고, 상기 케미컬이 충전된 샘플 용기가 상기 로봇 암에 의해 상기 제2 구역에서 상기 제1 구역으로 운반되면 상기 샘플 용기 홀더를 상승시켜 상기 케미컬이 충전된 샘플 용기를 상기 샘플 용기 홀더에 안착시키도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 승강 유닛은, 상기 샘플 용기 홀더를 지지하는 지지 플레이트; 및 상기 지지 플레이트를 승강시키는 플레이트 구동부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 케미컬 라인은, 상기 챔버의 외부에서 상기 제2 구역으로 케미컬 공급 통로를 형성하는 공급관; 및 상기 제2 구역 내에 위치하는 상기 공급관의 말단에 마련되어 상기 공급관을 통해 공급되는 케미컬을 토출하는 노즐을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 시스템은, 상기 제2 구역에 배치되어 상기 노즐을 승강시키는 노즐 승강 유닛을 더 포함하고, 상기 노즐 승강 유닛은, 상기 샘플 용기가 상기 로봇 암에 의해 운반되어 상기 노즐의 하방에 위치하면 상기 노즐을 하강시켜 상기 노즐을 상기 샘플 용기의 상단부에 형성된 개구를 통해 상기 샘플 용기의 내부 수용 공간에 위치시키고, 상기 샘플 용기의 내부에서 상기 노즐의 케미컬 토출이 완료되면 상기 노즐을 상승시켜 상기 노즐을 상기 샘플 용기의 외부로 인출하도록 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 노즐 승강 유닛은, 상기 케미컬 라인의 상기 공급관 또는 상기 노즐과 결합하는 브라켓; 상기 브라켓이 고정되는 고정 프레임; 및 상기 고정 프레임를 승강시키는 프레임 구동부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 케미컬 샘플링 로봇이 자동으로 샘플 용기를 운반하며 케미컬을 샘플링함으로써, 케미컬 샘플링 작업을 간편화하고 케미컬 샘플링 작업에 요구되는 인력과 시간을 절감할 수 있다.

또한, 챔버의 내부 공간 중 작업자에 의해 샘플 용기가 거치되거나 수거되는 제1 구역과 케미컬 샘플링 로봇에 의해 자동 샘플링이 수행되는 제2 구역이 내부 격벽으로 분리되고, 샘플 용기를 제1 구역에서 제2 구역으로 운반해야 하거나 제2 구역에서 제1 구역으로 운반해야 하는 순간에만 상기 내부 격벽에 형성된 윈도가 자동 셔터에 의해 개방됨으로써, 케미컬 샘플링 작업 시 발생하는 케미컬의 누출과 케미컬 샘플의 오염을 방지하면서도, 작업자가 케미컬에 노출될 가능성을 최소화하고 케미컬 샘플링 작업의 안전성을 보장할 수 있다.

나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 케미컬 자동 샘플링 시스템의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 샘플 용기 홀더를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 샘플링 로봇을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 케미컬 샘플링 로봇의 캡 그리퍼를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 10은 도 2에 도시된 케미컬 자동 샘플링 시스템의 케미컬 샘플링 동작을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 케미컬 공급 장치의 케미컬 라인을 나타낸 수직 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템의 케미컬 감지 장치를 나타낸 블록도이다.
도 13은 도 10에 도시된 케미컬 공급 장치의 드레인 포트를 나타낸 수직 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템의 챔버를 나타낸 수평 단면도이다.
도 15는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템을 나타낸 사시도이다.

이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이들은 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 후술되는 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템(10)이 사시도로 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템(10)은 외부와 차단된 내부 공간을 가진 챔버(100)와, 상기 챔버(100)의 외부에서 상기 챔버(100)의 내부 공간으로 케미컬을 공급하는 케미컬 라인(310)을 포함하며, 내부 수용 공간을 가진 샘플 용기(S)를 이용하여 챔버(100)의 내부 공간에서 케미컬을 자동으로 샘플링하도록 구성된다.

이를 위해, 챔버(100)의 외부면에는 챔버(100)의 내부 공간과 연통되는 제1 윈도(110)가 형성된다. 또한, 챔버(100)는 상기 제1 윈도(110)를 개폐하는 개폐 도어(112)를 포함한다. 이 경우, 개폐 도어(112)는 미닫이 또는 여닫이 방식으로 제1 윈도(110)를 개폐하도록 구성될 수 있다. 실시예에 따라, 개폐 도어(112)는 자동 또는 수동으로 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 챔버(100)는 챔버(100)의 내부 공기를 환기시키는 환기 유닛(130)을 더 포함할 수 있다.

아래에서 다시 설명하겠지만, 본 발명에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템(10)을 사용하여 케미컬 샘플링 작업을 수행하는 작업자는, 단지 챔버(100)의 개폐 도어(112)를 개방하여 챔버(100) 내의 미리 정해진 안착 지점에 샘플 용기(S)를 안착시키기만 하면 된다. 그러면, 케미컬 자동 샘플링 시스템(10)은 챔버(100)의 내부 공간에서 샘플 용기(S)를 자동으로 운반하며, 케미컬 라인(310)을 통해 공급되는 케미컬을 샘플 용기(S)의 내부 수용 공간에 충전한 후, 샘플 용기(S)를 다시 상기 안착 지점에 안착시킨다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템(10)은 도 1과 같이 케미컬 라인(310)을 복수 개 포함하여, 서로 다른 지점에 위치한 케미컬들 또는 서로 다른 종류의 케미컬들을 각각 샘플링하도록 구성될 수 있다.

도 2에는 도 1에 도시된 케미컬 자동 샘플링 시스템(10)의 내부 구성이 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 케미컬 자동 샘플링 시스템(10)의 챔버(100)는 그 내부 공간을 제1 구역(102a)과 제2 구역(102b)으로 분리하는 내부 격벽(104)을 가지며, 상기 내부 격벽(104)에 상기 제1 구역(102a)과 제2 구역(102b) 간의 통로를 제공하는 제2 윈도(120)가 형성된다. 또한, 챔버(100)는 상기 제2 윈도(120)를 슬라이딩 방식으로 개폐하는 자동 셔터(122)를 포함한다.

이러한 챔버(100)는, 제2 구역(102b)의 바닥에 지면을 기준으로 일정 각도(θ)만큼 일 측으로 기울어진 슬로프(slope)(106), 및 슬로프(106)의 저부와 연결되는 거터(gutter)(108)가 형성될 수 있다. 이와 같은 챔버(100)의 바닥 구조는 챔버(100)의 바닥에 떨어진 케미컬이나 세정수 등이 슬로프(106)를 따라 흘러내려 거터(108)에 모이도록 함으로써, 그 처리를 용이하게 하기 위한 것이다.

한편, 케미컬 자동 샘플링 시스템(10)은 이러한 챔버(100)의 내부 공간에 배치되는 샘플 용기 거치 장치(200), 케미컬 공급 장치(300), 및 본 발명에 따른 케미컬 샘플링 로봇(400)을 더 포함한다.

샘플 용기 거치 장치(200)는, 상기 챔버(100)의 내부 공간 중 제1 구역(102a)에 배치되어, 샘플 용기(S)가 안착되는 안착 지점을 제공하도록 구성된다. 이를 위해, 샘플 용기 거치 장치(200)는 샘플 용기(S)가 안착되는 샘플 용기 홀더(210)와, 이러한 샘플 용기 홀더(210)를 승강시키는 승강 유닛(220)을 포함할 수 있다.

참고로, 본 발명에서 사용되는 샘플 용기(S)는 케미컬을 수용하는 내부 수용 공간을 가지며, 그 상단부에 상기 내부 수용 공간과 연통되는 개구가 형성된다. 또한, 샘플 용기(S)의 개구에는 개폐 가능한 캡(C)이 결합된다. 이러한 샘플 용기(S)의 캡(C)은 트위스트 방식으로 개폐되도록 구성될 수 있다.

도 3에는 도 2에 도시된 샘플 용기 홀더(210)가 사시도로 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 샘플 용기 홀더(210)는 샘플 용기(S)가 안착될 수 있도록 구성된다. 이를 위해, 샘플 용기 홀더(210)는 샘플 용기(S)의 하단부가 안착되는 안착 홈(212)을 포함할 수 있다. 또한, 샘플 용기 홀더(210)는 상기 안착 홈(212)에 안착된 샘플 용기를 감지하는 근접 센서(214)를 더 포함할 수 있다.

샘플 용기 거치 장치(200)는, 복수 개의 샘플 용기가 거치되도록 상술한 샘플 용기 홀더를 복수 개 포함할 수 있다.

한편, 챔버(100)의 제2 윈도(120)를 개폐하는 자동 셔터(122)는, 샘플 용기(S)가 제1 윈도(110)를 통해 샘플 용기 홀더(210)에 안착되면 제2 윈도(120)를 개방하도록 구성될 수 있다. 즉, 자동 셔터(122)는, 샘플 용기 홀더(210)의 근접 센서(214)에 의해 안착 홈(212)에 안착된 샘플 용기가 감지되면 상기 제2 윈도(120)를 개방하도록 구성될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 샘플 용기 거치 장치(200)의 승강 유닛(220)은 상기 샘플 용기 홀더(210)를 지지하며 상승 또는 하강시키도록 구성된다. 이를 위해, 승강 유닛(220)은 상기 샘플 용기 홀더(210)를 지지하는 지지 플레이트(222)와, 지지 플레이트(222)를 상승 또는 하강시키는 플레이트 구동부(224)를 포함할 수 있다. 이 경우, 지지 플레이트(222)는 플랫한 상부면을 가지며, 이러한 지지 플레이트(222)의 상부면에 복수 개의 샘플 용기 홀더(210)가 결합되어 지지될 수 있다. 플레이트 구동부(224)는 지지 플레이트(222)와 결합되어 후술되는 케미컬 샘플링 로봇(400)의 동작에 따라 지지 플레이트(222)를 상승 또는 하강시킨다. 이를 위해, 플레이트 구동부(224)는 공압식 또는 유압식 실린더와 같은 액추에이터를 포함할 수 있다.

한편, 케미컬 공급 장치(300)는, 상기 케미컬 라인(310)을 이용하여 챔버(100)의 외부에서 챔버(100) 내부의 제2 구역(102b)으로 케미컬을 공급하도록 구성된다. 이를 위해, 케미컬 공급 장치(300)는 상기 케미컬 라인(310)과 함께 노즐 승강 유닛(320) 및 드레인 포트(330)를 포함하며, 실시예에 따라 배출관(340)을 더 포함할 수 있다.

케미컬 라인(310)은, 챔버(100)의 외부에서 챔버(100) 내부의 제2 구역(102b)으로 케미컬 공급 통로를 형성하는 공급관과, 이러한 공급관의 말단에 마련되어 공급관을 통해 공급되는 케미컬을 토출하는 노즐을 가지며, 샘플링 대상 케미컬을 공급하도록 구성된다.

노즐 승강 유닛(320)은, 케미컬 라인(310)과 결합하여 케미컬 라인(310)의 노즐을 상승 또는 하강시키되, 샘플 용기(S)가 케미컬 라인(310)의 하방에 위치하면 상기 케미컬 라인(310)의 노즐을 하강시켜 해당 노즐을 샘플 용기(S)의 상단부에 형성된 개구를 통해 샘플 용기(S)의 내부 수용 공간에 위치시키고, 샘플 용기(S)의 내부 수용 공간에서 상기 노즐의 케미컬 토출이 완료되면 상기 노즐을 상승시켜 상기 노즐을 샘플 용기(S)의 외부로 인출하도록 구성된다. 이를 위해, 노즐 승강 유닛(320)은 브라켓(322), 고정 프레임(324) 및 프레임 구동부(326)를 포함한다.

브라켓(322)은 그 일단부가 상기 케미컬 라인(310)의 공급관 또는 노즐과 결합하고, 그 타단부가 상기 고정 프레임(324)에 고정되도록 구성된다. 이러한 브라켓(322)은 케미컬 라인(310)의 개수와 대응하는 개수로 마련될 수 있다.

프레임 구동부(326)는 상기 고정 프레임(324)과 결합되어 상기 고정 프레임(324)을 상승 또는 하강시키도록 구성된다. 이러한 프레임 구동부(326)는 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 예컨대, 프레임 구동부(326)는 챔버(100)의 상하 방향으로 연장되어 고정 프레임(324)의 상하 방향 이동을 가이드하는 가이드 레일과, 이러한 가이드 레일을 따라 고정 프레임(324)을 이동시키는 구동 모터와, 구동 모터의 동력을 고정 프레임(324)에 전달하는 체인, 와이어 또는 기어 등과 같은 동력 전달 수단 등을 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 프레임 구동부(326)는 고정 프레임(324)과 결합되어 고정 프레임(324)을 상하 방향으로 이동시키는 공압식 또는 유압식 실린더를 포함할 수도 있다.

드레인 포트(330)는, 노즐 승강 유닛(320)에 의해 케미컬 라인(310)의 노즐이 삽입되도록 형성된 삽입구 및 상기 삽입구와 연통되는 내부 수집 공간을 가지며 상기 케미컬 라인(310)의 하방에 배치되고, 상기 케미컬 라인(310)의 노즐이 상기 노즐 승강 유닛(320)에 의해 하강되어 대응 삽입구에 삽입되면 상기 케미컬 라인(310)의 노즐에서 유출되는 유출물을 내부 수집 공간에 수집하도록 구성된다.

또한, 케미컬 샘플링 로봇(400)은, 챔버(100)의 제2 구역(102b)에 배치되어 챔버(100)의 내부 공간에서 자동으로 샘플 용기(S)를 운반하며 케미컬을 샘플링하도록 구성된다.

도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 샘플링 로봇(400)이 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 샘플링 로봇(400)은 로봇 암(410)과 개폐 유닛(420)을 포함한다.

로봇 암(410)은, 샘플 용기(S)가 챔버(100)의 제1 구역(102a)에 위치한 샘플 용기 홀더(210)에 안착되면, 제2 윈도(120)를 통해 샘플 용기(S)를 파지하여 제2 구역(102b)으로 운반하고, 케미컬 라인(310)을 통해 제2 구역(102b)으로 공급되는 케미컬이 샘플 용기(S)에 충전되면, 케미컬이 충전된 샘플 용기(S)를 다시 제2 윈도(120)를 통해 제1 구역(102a)으로 운반하도록 구성된다.

이 경우, 로봇 암(410)은 샘플 용기 홀더(210)에 안착된 샘플 용기(S)를 파지하여 미리 정해진 개폐 지점으로 우선 운반한 다음, 상기 개폐 지점에서 개폐 유닛(420)에 샘플 용기(S)의 캡이 개방되면 해당 샘플 용기(S)를 케미컬 라인(310)으로부터 케미컬을 공급받을 수 있는 샘플링 지점으로 운반하도록 구성될 수 있다.

또한, 로봇 암(410)은 상기 샘플링 지점으로 운반된 샘플 용기(S)에 케미컬이 공급되어 충전되면, 케미컬이 충전된 샘플 용기(S)를 다시 상기 개폐 지점으로 운반하고, 상기 개폐 지점에서 상기 개폐 유닛(420)에 의해 상기 샘플 용기(S)의 캡이 폐쇄되면, 캡이 폐쇄된 샘플 용기(S)를 샘플 용기 홀더(210)에 안착되는 안착 지점으로 운반하도록 구성될 수 있다. 또한, 로봇 암(410)은 위와 같은 동작들을 샘플 용기 거치 장치(200)에 거치된 복수의 샘플 용기들에 대해 순차적으로 수행하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 로봇 암(410)은 그리퍼(412), 상완부(416) 및 하완부(418)를 포함하며, 회전 모터들(415, 417)을 더 포함할 수 있다.

그리퍼(412)는, 샘플 용기(S)를 파지하도록 구성된다. 이를 위해, 그리퍼(412)는 상호 간의 간격이 좁아지면서 샘플 용기(S)의 양 측면을 파지하는 한 쌍의 핑거(412a, 412b)를 포함할 수 있다.

상완부(414)는, 그 일 단부가 제2 구역(102b) 내의 일정 위치에 고정된 프레임(402)에 회동 가능하게 결합되고, 그 타 단부가 일 방향으로 연장되도록 구성된다. 이 경우, 프레임(402)에 회동 가능하게 결합되는 상완부(414)의 일 단부는 프레임(402)에 고정된 제1 회전 모터(415)의 회전축과 결합하여 일정 회전 각도 범위에서 좌우 방향으로 회전할 수 있다.

하완부(416)는, 그 일 단부가 상기 상완부(414)의 타 단부에 회동 가능하게 결합되고, 그 타 단부가 그리퍼(412)와 결합되어 그리퍼(412)를 지지하도록 구성된다. 이 경우, 상기 상완부(414)의 타 단부에 회동 가능하게 결합되는 상기 하완부(416)에 일 단부는 상기 상완부(414)의 타 단부에 고정된 제2 회전 모터(417)의 회전축과 결합하여 일정 회전 각도 범위에서 좌우 방향으로 회전할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 회전 모터들(415, 417)은 회전 각도의 정밀 제어가 가능한 서보 모터로 구성될 수 있다.

한편, 개폐 유닛(420)은 미리 정해진 개폐 지점의 상부에 배치되어, 샘플 용기(S)의 캡을 개폐하도록 구성된다. 즉, 개폐 유닛(420)은 샘플 용기(S)가 로봇 암(410)에 의해 제1 구역(102a) 구역에서 제2 구역(102b)으로 운반되어 제2 구역(102b) 내의 미리 정해진 개폐 지점에 위치하면 샘플 용기(S)의 캡을 개방하고, 캡이 개방된 상태에서 로봇 암(410)에 의해 상기 샘플링 지점으로 운반되어 케미컬이 충전된 샘플 용기(S)가, 상기 로봇 암(410)에 의해 다시 운반되어 상기 개폐 지점에 위치하면, 개방하였던 캡을 폐쇄하도록 구성된다. 이를 위해, 개폐 유닛(420)은 캡 그리퍼(422), 회전 구동부(424) 및 승강 구동부(426)를 포함한다.

도 5에는 도 4에 도시된 케미컬 샘플링 로봇의 캡 그리퍼(422)가 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 캡 그리퍼(422)는 샘플 용기(S)의 캡을 파지하도록 구성된다. 이를 위해, 캡 그리퍼(422)는 샘플 용기(S)의 캡을 중심으로 해당 캡의 측면 둘레를 따라 배치되며, 방사 방향으로 이동하여 상호 간의 간격이 좁아지면서 캡의 측면 둘레를 파지하는 복수의 핑거(422a 내지 422d)를 포함할 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 승강 구동부(426)는 상기 캡 그리퍼(422)를 승강시키도록 구성된다. 즉, 샘플 용기(S)가 로봇 암(410)에 의해 캡 그리퍼(422)의 하방에 위치한 개폐 지점으로 운반되면, 승강 구동부(426)는 상기 캡 그리퍼(422)를 하강시켜 샘플 용기(S)의 캡을 개폐할 수 있는 높이에 위치시킨다. 그리고 샘플 용기(S)의 캡이 개방되거나 폐쇄되면 상기 캡 그리퍼(422)를 상승시켜 샘플 용기(S)가 샘플링 지점이나 안착 지점을 향해 수평 방향으로 이동될 수 있도록 한다. 이러한 승강 구동부(426)는 캡 그리퍼(422)와 결합되어 캡 그리퍼(422)를 상하 방향으로 이동시키는 액추에이터를 포함할 수 있다.

회전 구동부(424)는 캡 그리퍼(422)가 샘플 용기(S)의 캡을 파지한 상태에서, 캡 그리퍼(422)를 일방향 또는 타방향으로 회전시켜 해당 캡을 개방하거나 폐쇄하도록 구성된다. 이 경우, 회전 구동부(424)는 샘플 용기(S)의 캡을 회전시키면서 캡 내부면에 형성된 나사산 또는 나사홈을 따라 상승 또는 하강되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 회전 구동부(424)는 로터리 실린더나 서보 모터 등과 같은 로터리 액추에이터를 포함할 수 있다.

도 6 내지 도 10에는 도 2에 도시된 케미컬 자동 샘플링 시스템(10)의 케미컬 샘플링 동작이 도시되어 있다.

우선, 도 6에 도시된 바와 같이, 샘플 용기들이 챔버(100)의 제1 윈도(110)를 통해 제1 구역(102a)에 위치한 샘플 용기 거치 장치(200)의 각 샘플 용기 홀더(210)에 안착되면, 제2 윈도(120)를 개폐하는 자동 셔터(122)는 제2 윈도(120)를 개방하고, 케미컬 샘플링 로봇(400)의 로봇 암(410)은 제2 윈도(120)를 통해 제1 구역(102a)에 진입하여 샘플 용기 홀더(210)에 안착된 샘플 용기(S)를 파지한다.

그 다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 샘플 용기 홀더(210)에 안착된 샘플 용기(S)가 로봇 암(410)에 의해 파지되면, 승강 유닛(220)은 샘플 용기 홀더(210)를 하강시켜 샘플 용기 홀더(210)를 샘플 용기(S)와 분리시킨다.

참고로, 케미컬이 충전된 샘플 용기(S)가 상기 로봇 암(410)에 의해 챔버(100)의 제2 구역(102b)에서 제2 윈도(120)를 통해 다시 제1 구역(102a)으로 운반되면, 상기 승강 유닛(220)은 샘플 용기 홀더(210)를 상승시켜 상기 케미컬이 충전된 샘플 용기(S)를 샘플 용기 홀더(210)에 안착시킬 수 있다.

그 다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 로봇 암(410)은 파지한 샘플 용기(S)를 미리 정해진 개폐 지점으로 운반한다. 이와 같이 제2 윈도(120)의 개방 후 해당 샘플 용기(S)가 로봇 암(410)에 의해 제2 구역(102b)의 개폐 지점으로 운반되면, 자동 셔터(122)는 제2 윈도(120)를 폐쇄하도록 구성될 수 있다.

샘플 용기(S)가 로봇 암(410)에 의해 개폐 지점으로 운반되면, 케미컬 샘플링 로봇(400)의 개폐 유닛(420)은 캡 그리퍼(422)로 샘플 용기(S)의 캡을 파지하여 해당 캡을 개방한다. 즉, 샘플 용기(S)가 개폐 유닛(420)의 캡 그리퍼(422) 하방에 위치한 개폐 지점으로 운반되면, 개폐 유닛(420)의 승강 구동부(426)는 상기 캡 그리퍼(422)를 하강시켜 샘플 용기(S)의 캡을 파지할 수 있는 높이에 위치시킨다. 그리고 캡 그리퍼(422)가 샘플 용기(S)의 캡을 파지하면 개폐 유닛(420)의 회전 구동부(424)는 캡 그리퍼(422)를 일방향으로 회전시켜 샘플 용기(S)의 캡을 개방한다.

그 다음, 도 9에 도시된 바와 같이, 샘플 용기(S)의 캡이 개방되면 개폐 유닛(420)의 승강 구동부(426)는 캡 그리퍼(422)를 상승시켜 샘플 용기(S)가 샘플링 지점을 향해 이동될 수 있도록 한다.

또한, 케미컬 공급 장치(300)의 노즐 승강 유닛(320)은, 드레인 포트(330)의 삽입구(332)에 노즐을 삽입한 상태로 대기 중이던 케미컬 라인(310)을 상승시켜, 케미컬 라인(310)의 노즐 하방에 샘플 용기(S)가 위치될 수 있도록 한다.

그 다음, 도 10에 도시된 바와 같이, 샘플 용기(S)가 로봇 암(410)에 의해 운반되어 케미컬 라인(310)의 노즐 하방의 샘플링 지점에 위치하면, 케미컬 공급 장치(300)의 노즐 승강 유닛(320)은 케미컬 라인(310)의 노즐을 하강시켜 상기 노즐을 샘플 용기(S)의 상단부에 형성된 개구를 통해 샘플 용기(S)의 내부 수용 공간에 위치시킨다. 그러면, 케미컬 라인(310)은 노즐을 통해 케미컬을 토출하여 샘플 용기(S)의 내부 수용 공간에 케미컬을 충전시킨다.

도 11에 도 10에 도시된 케미컬 공급 장치(300)의 케미컬 라인(310)이 수직 단면도로 도시되어 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 케미컬 라인(310)은 케미컬 공급 통로를 형성하는 공급관(312)과, 이러한 공급관(312)의 말단에 마련되어 공급관(312)을 통해 공급되는 케미컬을 토출하는 노즐(314)을 가진다.

노즐 승강 유닛(320)이 케미컬 라인(310)의 노즐(314)을 하강시켜 샘플 용기(S)의 상단부에 형성된 개구를 통해 샘플 용기(S)의 내부 수용 공간에 위치시키면, 케미컬 라인(310)은 노즐(314)을 통해 케미컬을 토출한다.

케미컬 라인(310)의 노즐(314)은 공급관(312)을 통해 공급되는 케미컬을 샘플 용기(S)의 내부 수용 공간에서 샘플 용기(S)의 측벽으로 비스듬하게 토출하도록 형성된 토출구(316)를 가진다. 이는 노즐(314)에서 토출된 케미컬이 샘플 용기(S)의 내부면과 충돌한 후 다시 노즐(314)의 외부면에 묻게되는 현상을 방지하기 위함이다. 또한, 이러한 노즐(314)은 내화학성, 내열성, 비점착성 및 낮은 마찰 계수를 가진 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 등의 합성 수지로 형성될 수 있다.

이와 같이, 케미컬 라인(310)은 노즐(314)을 통해 케미컬을 토출하여 샘플 용기(S)의 내부 수용 공간에 케미컬을 적정 레벨인 제1 레벨(L1) 이상 충전하되, 위험 레벨인 제2 레벨(L2)을 넘지 않게 충전하도록 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템(10) 또는 상기 시스템(10)의 케미컬 공급 장치(300)는 케미컬을 감지하는 케미컬 감지 장치를 더 포함할 수 있다.

도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템의 케미컬 감지 장치(500)가 블록도로 도시되어 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 케미컬 감지 장치(500)는 레벨 센서(level sensor)(510), 누설 센서(leak sensor)(520), 제어부(530) 및 출력부(540)를 포함할 수 있다.

레벨 센서(510)는, 케미컬 라인(310)을 통해 샘플 용기(S)에 충전되는 케미컬의 충전 레벨을 감지하도록 구성된다. 이 경우, 레벨 센서(510)는 케미컬의 충전 레벨이 적정 레벨에 해당하는 제1 기준 레벨에 도달했는지를 감지하는 제1 레벨 센서(514)와, 케미컬의 충전 레벨이 제1 기준 레벨보다 높은 위험 레벨에 해당하는 제2 기준 레벨에 도달했는지를 감지하는 제2 레벨 센서(512)를 포함할 수 있다. 이러한 레벨 센서들(512, 514)은 정전용량 레벨 센서(capacitive level sensor)나 초음파 레벨 센서(ultrasonic level sensor) 등을 포함할 수 있다. 또한, 레벨 센서들(512, 514)은 케미컬 샘플링 로봇(400)의 로봇 암(410) 또는 로봇 암(410)의 그리퍼(412)에 배치되거나, 케미컬 공급 장치(300)의 케미컬 라인별 샘플링 지점마다 배치될 수 있다.

누설 센서(520)는, 챔버(100)의 내부 공간에서 케미컬의 누설을 감지하도록 구성된다. 이 경우, 기체 또는 액체 상태의 케미컬을 감지하는 반도체 센서(semiconductor sensor), 적외선 센서(infrared sensor), 정전용량 센서(capacitive sensor) 및 초음파 센서(ultrasonic sensor) 중 1 또는 2 이상을 포함할 수 있다. 이러한 누설 센서(520)는 챔버(100)의 바닥 측에 배치될 수 있다.

제어부(530)는, 레벨 센서(510)와 누설 센서(520)에 의해 센싱되는 센싱 결과에 대응하여 케미컬 자동 샘플링 시스템(10)의 동작을 제어하도록 구성된다.

예컨대, 제어부(530)는 레벨 센서(510)에 의해 감지된 충전 레벨이 일정 기준 레벨에 도달하면 케미컬 라인(310)을 개폐하는 개폐 밸브를 제어하여 케미컬 라인(310)을 폐쇄하도록 구성될 수 있다.

또한, 제어부(530)는 누설 센서(520)에 의해 챔버(100)의 내부에서 케미컬의 누설이 감지되면, 케미컬 라인(310)을 개폐하는 개폐 밸브를 제어하여 케미컬 라인(310)을 폐쇄하거나, 챔버(100)의 내부 공기를 환기시키는 환기 유닛(130)을 구동하거나, 시각적, 청각적 또는 시청각적 알람 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다.

나아가, 제어부(530)는 그 밖에 챔버(100)의 자동 셔터(122), 샘플 용기 거치 장치(200), 케미컬 공급 장치(300), 케미컬 샘플링 로봇(400) 등의 전반적인 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.

이러한 제어부(530)는 메모리, 프로세스 등과 같은 컴퓨터 하드웨어와, 메모리에 저장되고 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 프로그램의 결합으로 구현될 수 있다.

출력부(540)는, 제어부(530)의 제어에 따라 시각적 정보, 청각적 정보 또는 시청각적 정보를 출력하도록 구성된다. 이를 위해, 출력부(540)는 LED(light emitting diode), 램프, 디스플레이 패널 등과 같은 시각적 출력 수단과, 스피커와 같은 청각적 출력 수단을 포함할 수 있다.

도 13에는 도 10에 도시된 케미컬 공급 장치의 드레인 포트(330)가 수직 단면도로 도시되어 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 케미컬 공급 장치(300)의 드레인 포트(330)는 케미컬 라인(310)의 노즐(314)이 삽입되도록 형성된 삽입구(332), 및 상기 삽입구(332)와 연통되는 내부 수집 공간(334)을 가지며 케미컬 라인(310)의 하방에 배치된다.

예컨대, 케미컬 공급 장치(300)의 노즐 승강 유닛(320)은, 케미컬 라인(310)의 노즐(314)이 샘플 용기(S)의 내부 수용 공간에서 케미컬 토출을 완료하면, 케미컬 라인(310)의 노즐(314)을 상승시켜 상기 노즐(314)을 샘플 용기(S)의 외부로 인출하고, 케미컬이 충전된 샘플 용기(S)가 로봇 암(410)에 의해 개폐 지점으로 이동되면, 상기 노즐(314)을 다시 하강시켜 드레인 포트(330)의 삽입구(332)에 삽입하도록 구성될 수 있다.

이 경우, 드레인 포트(330)는 상기 케미컬 라인(310)의 노즐(314)이 상기 노즐 승강 유닛(320)에 의해 하강되어 드레인 포트(330)의 대응 삽입구(332)에 삽입되면 케미컬 라인(310)의 노즐에서 유출되는 유출물을 내부 수집 공간(334)에 수집하도록 구성된다.

또한, 케미컬 공급 장치(300)는, 상기 케미컬 라인(310)을 복수 개 포함하여 서로 다른 지점에 위치한 샘플링 대상 케미컬들을 공급하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 드레인 포트(330)는 상기 복수 개의 케미컬 라인의 노즐들이 상호 독립적으로 삽입되도록 형성되어 각각 상기 내부 수집 공간과 연통되는 복수의 삽입구를 가질 수 있다.

또한, 드레인 포트(330)는 삽입구(332)의 둘레에 마련되어 삽입구(332)와 해당 삽입구(332)에 삽입된 노즐(314) 사이를 실링하는 환형의 실링 부재(336)를 포함할 수 있다. 이 경우, 실링 부재(336)는 내화학성, 내열성, 비점착성 및 낮은 마찰 계수를 가진 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 등의 합성 수지로 구성되되, 탄성이 있는 합성 수지로 구성될 수 있다.

또한, 케미컬 공급 장치(300)는, 상기 드레인 포트(330)와 연결되어 드레인 포트(330)의 내부 수집 공간(334)에 수집된 유출물을 챔버(100)의 외부로 배출하는 배출관(도 2의 340)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 케미컬 공급 장치(300)는, 배출관(340)에 설치되어 유출물의 역류를 방지하는 스톱 밸브(stop valve)를 더 포함할 수 있다.

도 14에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템의 챔버(100a)가 수평 단면도로 도시되어 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, 케미컬 자동 샘플링 시스템의 챔버(100a)는, 상술한 바와 같이 개폐 도어(112)에 의해 개폐되는 제1 윈도(110)를 통해 외부와 연통되는 제1 구역(102a)과, 자동 셔터(122)에 개폐되는 제2 윈도(120)를 통해 제1 구역(102a)과 연통되는 제2 구역(102b)을 포함함은 물론, 외부와 차단되며 제1 및 제2 구역들(102a, 102b)과 분리된 제3 구역(102c)을 더 포함할 수 있다. 또한, 챔버(100a)의 외부면에는 제3 구역(102c)과 연통되는 비상용 윈도(140)가 형성될 수 있다. 이 경우, 챔버(100a)는 상기 비상용 윈도(140)를 수동으로 개폐하는 비상용 도어(142)를 포함할 수 있다.

한편, 케미컬 공급 장치(300)는 챔버(100a)의 외부에서 챔버(100a) 내부의 제2 구역(102b)으로 케미컬을 공급하는 케미컬 라인(310)과 함께, 세정수 라인(360) 및 건조 가스 라인(370)을 더 포함할 수 있다.

이 경우, 세정수 라인(360)은 상기 케미컬 라인(310)과 연통되어 케미컬 라인(310)에 세정수를 제공하도록 구성된다. 예컨대, 세정수 라인(360)은 세정수로서 탈이온수(DIW)를 케미컬 라인(310)에 제공하도록 구성될 수 있다.

건조 가스 라인(370)은 상기 케미컬 라인(310)과 연통되어 케미컬 라인(310)에 건조 가스를 제공하도록 구성된다. 이 경우, 건조 가스 라인(370)은 건조 가스로서 질소(N₂) 가스를 제공하도록 구성될 수 있다.

이러한 케미컬 라인(310), 세정수 라인(360) 및 건조 가스 라인(370)은 각각 전기적으로 동작하는 개폐 밸브들(318, 362, 372)에 의해 개폐될 수 있다. 또한, 개폐 밸브들(318, 362, 372)은 도 12를 참조하여 설명한 케미컬 감지 장치(500)의 제어부(530) 또는 별도로 구성된 제어 장치에 의해 제어되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 개폐 밸브들(318, 362, 372) 중 적어도 케미컬 라인(310)을 개폐하는 개폐 밸브(318)는 해당 케미컬 라인(310)의 폐쇄 시 케미컬 라인(310) 내에 잔존하는 케미컬을 흡입하는 석백 밸브(suck back valve)를 이용하여 구성될 수 있다.

또한, 일 실시예에 있어서, 상기 케미컬 공급 장치(300)는 상기 케미컬 라인(310)에서 분기되어 상기 챔버(100a)의 제3 구역(102c)으로 케미컬을 공급하는 비상용 케미컬 라인(350)과, 상기 챔버(100a)의 제3 구역(102c)에 배치되어 비상용 케미컬 라인(350)을 수동으로 개폐하는 수동 밸브(352)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 비상용 도어(142)에 의해 개폐되는 챔버(100a)의 제3 구역(102c)에, 수동으로 조작되는 비상용 케미컬 라인(350)이 마련됨으로써, 시스템 장애의 발생시에도 케미컬 샘플링 작업을 수행할 수 있도록 한다.

도 15에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템(10a)이 사시도로 도시되어 있다.

도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 케미컬 자동 샘플링 시스템(10a)은, 챔버(100)에 결합되어 상기 챔버(100)를 이동 가능하게 하는 캐스터(caster)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 챔버(100)가 이동 가능하게 구성됨으로써 케미컬 자동 샘플링 시스템(10a)의 설치와 철거를 용이하게 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 케미컬 자동 샘플링 시스템의 챔버 내부에서 로봇 암이 자동으로 샘플 용기를 운반하며 케미컬을 샘플링함으로써, 케미컬 샘플링 작업 시 발생하는 케미컬의 누출과 케미컬 샘플의 오염을 방지하면서도, 케미컬 샘플링 작업을 간편화하고 케미컬 샘플링 작업에 요구되는 인력과 시간을 절감할 수 있다.

또한, 챔버의 내부 공간 중 작업자에 의해 샘플 용기가 거치되거나 수거되는 제1 구역과 로봇 암에 의해 자동 샘플링이 수행되는 제2 구역이 내부 격벽으로 분리되고, 샘플 용기를 제1 구역에서 제2 구역으로 운반해야 하거나 제2 구역에서 제1 구역으로 운반해야 하는 순간에만 상기 내부 격벽에 형성된 윈도가 자동 셔터에 의해 개방됨으로써, 작업자가 케미컬에 노출될 가능성을 최소화하고 케미컬 샘플링 작업의 안전성을 보장할 수 있다.

또한, 챔버 내부로 케미컬을 공급하는 케미컬 라인의 노즐이 샘플링의 개시 전 또는 샘플링의 완료 후 챔버 내부에 배치된 드레인 포트의 삽입구에 삽입되어 보관되도록 함으로써, 케미컬 라인에서 누출되는 잔량의 케미컬을 안전하게 수집하여 배출할 수 있으며, 케미컬 라인을 통한 세정수 등의 배출을 용이하게 할 수 있다.

또한, 챔버에 배치된 센서들이 샘플 용기의 존재 여부, 샘플 용기에 충전되는 케미컬의 충전 레벨, 케미컬의 누설 여부 등을 감지하고 해당 감지 결과에 따라 샘플링 시스템이 적응적으로 동작함으로써, 샘플링 시스템의 안전성과 신뢰성을 개선할 수 있다.

또한, 샘플링 시스템이 수동으로 조작되는 비상용 케미컬 라인을 별도로 구비함으로써, 샘플링 시스템의 장애 발생시에도 케미컬 샘플링 작업을 수행할 수 있도록 한다.

또한, 샘플링 시스템이 챔버의 이동을 가능하게 하는 캐스터를 구비함으로써, 샘플링 시스템의 설치와 철거를 용이하게 할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.

지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 챔버 110 : 제1 윈도
112 : 개폐 도어 120 : 제2 윈도
122 : 자동 셔터 200 : 샘플 용기 거치 장치
210 : 샘플 용기 홀더 220 : 승강 유닛
300 : 케미컬 공급 장치 310 : 케미컬 라인
312 : 공급관 314 : 노즐
316 : 토출구 320 : 노즐 승강 유닛
322 : 브라켓 324 : 고정 프레임
326 : 프레임 구동부 330 : 드레인 포트
332 : 삽입구 334 : 내부 수집 공간
340 : 배출관 400 : 케미컬 샘플링 로봇
410 : 로봇 암 412 : 그리퍼
414 : 상완부 415 : 제1 회전 모터
416 : 하완부 417 : 제2 회전 모터
420 : 개폐 유닛 422 : 캡 그리퍼
424 : 회전 구동부 426 : 승강 구동부

Claims (16)

1. 개폐 가능한 캡이 결합된 샘플 용기를 이용하여 케미컬을 샘플링하는 케미컬 샘플링 로봇으로서,
   샘플 용기를 파지하도록 구성된 그리퍼를 가지며, 미리 정해진 안착 지점에 안착된 샘플 용기를 상기 그리퍼로 파지하여 미리 정해진 개폐 지점으로 운반하는 로봇 암; 및
   샘플 용기의 캡을 파지하도록 구성되어 상기 개폐 지점의 상공에 승강 가능하게 배치되는 캡 그리퍼를 가지며, 상기 로봇 암에 의해 상기 개폐 지점으로 운반된 샘플 용기의 캡을 상기 캡 그리퍼로 파지하여 개방하거나 폐쇄하는 개폐 유닛을 포함하고,
   상기 로봇 암은, 상기 개폐 지점에서 상기 개폐 유닛에 의해 캡이 개방된 샘플 용기를 케미컬이 공급되는 샘플링 지점으로 운반하도록 구성된 케미컬 샘플링 로봇.
2. 제1항에 있어서,
   상기 로봇 암은, 상기 샘플링 지점으로 운반된 샘플 용기에 케미컬이 공급되어 충전되면 케미컬이 충전된 샘플 용기를 다시 상기 개폐 지점으로 운반하고, 상기 개폐 지점에서 상기 개폐 유닛에 의해 상기 케미컬이 충전된 샘플 용기의 캡이 폐쇄되면 상기 캡이 폐쇄된 샘플 용기를 상기 안착 지점으로 운반하도록 구성된 것을 특징으로 하는 케미컬 샘플링 로봇.
3. 제1항에 있어서,
   상기 로봇 암은,
   일 단부가 상기 안착 지점과 상기 샘플링 지점 사이의 일정 위치에 고정된 프레임에 회동 가능하게 결합되고, 타 단부가 일 방향으로 연장된 상완부; 및
   일 단부가 상기 상완부의 타 단부에 회동 가능하게 결합되고, 타 단부가 상기 그리퍼와 결합되어 상기 그리퍼를 지지하는 하완부를 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 샘플링 로봇.
4. 제1항에 있어서,
   상기 그리퍼는, 상호 간의 간격이 좁아지면서 상기 샘플 용기의 양 측면을 파지하는 한 쌍의 핑거를 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 샘플링 로봇.
5. 제1항에 있어서,
   상기 개폐 유닛은,
   상기 캡 그리퍼를 승강시키는 승강 구동부; 및
   상기 캡 그리퍼가 상기 개폐 지점으로 운반된 샘플 용기의 캡을 파지한 상태에서 상기 캡 그리퍼를 일방향 또는 타방향으로 회전시켜 상기 캡을 개방하거나 폐쇄하는 회전 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 자동 샘플링 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 캡 그리퍼는, 상기 캡을 중심으로 방사 방향으로 이동하여 상호 간의 간격이 좁아지면서 상기 캡의 측면 둘레를 파지하는 복수의 핑거를 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 샘플링 로봇.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 케미컬 샘플링 로봇을 이용한 케미컬 자동 샘플링 시스템으로서,
   외부와 차단되는 내부 공간 및 상기 내부 공간을 제1 구역과 제2 구역으로 분리하는 내부 격벽을 가지며, 외부면에 상기 제1 구역과 연통되는 제1 윈도가 형성되고, 상기 내부 격벽에 상기 제1 구역과 상기 제2 구역 간의 통로를 제공하는 제2 윈도가 형성된 챔버;
   상기 제1 구역에 배치되며 상기 안착 지점을 제공하여 상기 샘플 용기가 안착되는 샘플 용기 홀더; 및
   상기 챔버의 외부에서 상기 제2 구역으로 케미컬을 공급하는 케미컬 라인을 포함하고,
   상기 케미컬 샘플링 로봇의 상기 로봇 암과 상기 개폐 유닛이 상기 제2 구역에 배치되는 케미컬 자동 샘플링 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 챔버는,
   상기 제1 윈도를 개폐하는 개폐 도어; 및
   상기 제2 윈도를 슬라이딩 방식으로 개폐하는 자동 셔터를 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 자동 샘플링 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 자동 셔터는, 상기 샘플 용기가 상기 제1 윈도를 통해 상기 샘플 용기 홀더의 상기 안착 지점에 안착되면 상기 제2 윈도를 개방하고, 상기 제2 윈도의 개방 후 상기 샘플 용기가 상기 로봇 암에 의해 파지되어 상기 제2 구역으로 운반되면 상기 제2 윈도를 폐쇄하도록 구성된 것을 특징으로 하는 케미컬 자동 샘플링 시스템.
10. 제8항에 있어서,
    상기 샘플 용기 홀더는,
    상기 샘플 용기의 하단부가 안착되는 안착 홈; 및
    상기 안착 홈에 안착된 샘플 용기를 감지하는 근접 센서를 포함하고,
    상기 자동 셔터는, 상기 근접 센서에 의해 상기 안착 홈에 안착된 샘플 용기가 감지되면 상기 제2 윈도를 개방하도록 구성된 것을 특징으로 하는 케미컬 자동 샘플링 시스템.
11. 제7항에 있어서,
    상기 시스템은, 상기 제1 구역에 배치되어 상기 샘플 용기 홀더를 상승 또는 하강시켜 상기 로봇 암으로 하여금 상기 샘플 용기 홀더에 안착된 샘플 용기를 파지하도록 하는 승강 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 자동 샘플링 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 승강 유닛은, 상기 샘플 용기 홀더에 안착된 샘플 용기가 상기 로봇 암에 의해 파지되면 상기 샘플 용기 홀더를 하강시켜 상기 샘플 용기 홀더를 상기 샘플 용기와 분리시키고, 상기 케미컬이 충전된 샘플 용기가 상기 로봇 암에 의해 상기 제2 구역에서 상기 제1 구역으로 운반되면 상기 샘플 용기 홀더를 상승시켜 상기 케미컬이 충전된 샘플 용기를 상기 샘플 용기 홀더에 안착시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 케미컬 자동 샘플링 시스템.
13. 제11항에 있어서,
    상기 승강 유닛은,
    상기 샘플 용기 홀더를 지지하는 지지 플레이트; 및
    상기 지지 플레이트를 승강시키는 플레이트 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 자동 샘플링 시스템.
14. 제1항에 있어서,
    상기 케미컬 라인은,
    상기 챔버의 외부에서 상기 제2 구역으로 케미컬 공급 통로를 형성하는 공급관; 및
    상기 제2 구역 내에 위치하는 상기 공급관의 말단에 마련되어 상기 공급관을 통해 공급되는 케미컬을 토출하는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 자동 샘플링 시스템.
15. 제14항에 있어서,
    상기 시스템은, 상기 제2 구역에 배치되어 상기 노즐을 승강시키는 노즐 승강 유닛을 더 포함하고,
    상기 노즐 승강 유닛은, 상기 샘플 용기가 상기 로봇 암에 의해 운반되어 상기 노즐의 하방에 위치하면 상기 노즐을 하강시켜 상기 노즐을 상기 샘플 용기의 상단부에 형성된 개구를 통해 상기 샘플 용기의 내부 수용 공간에 위치시키고, 상기 샘플 용기의 내부에서 상기 노즐의 케미컬 토출이 완료되면 상기 노즐을 상승시켜 상기 노즐을 상기 샘플 용기의 외부로 인출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 케미컬 자동 샘플링 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 노즐 승강 유닛은,
    상기 케미컬 라인의 상기 공급관 또는 상기 노즐과 결합하는 브라켓;
    상기 브라켓이 고정되는 고정 프레임; 및
    상기 고정 프레임를 승강시키는 프레임 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 케미컬 자동 샘플링 시스템.

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