TWI802253B

TWI802253B - 機械手臂之承載裝置與承載物之平行感測系統及感測方法

Info

Publication number: TWI802253B
Application number: TW111103817A
Authority: TW
Inventors: 吳騰彥; 劉家維
Original assignee: 微程式資訊股份有限公司; 長智貿易股份有限公司; 盛詮科技股份有限公司
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2023-05-11
Also published as: TW202330213A

Abstract

一種機械手臂之承載裝置與承載物之平行感測系統及感測方法，包含有：一承載裝置，具有一承載面；其中該承載面具有一第一位置及一第二位置，且該第一位置與該第二位置間距一預定距離；一第一感測單元及一第二感測單元，設於該承載裝置，用以感測該承載面之振動，據以產生一第一訊號與一第二訊號；一處理裝置，用以接收並分析該第一訊號及該第二訊號；以及一警示裝置，通訊連接該處理裝置；藉此，當該處理裝置判斷該第一訊號與該第二訊號不同時，即控制該警示裝置發出一警示訊號。

Description

機械手臂之承載裝置與承載物之平行感測系統及感測方法

本發明係與機械手臂有關，特別是指一種可即時監控機械手臂與承載物之間的平行狀態是否異常的機械手臂之承載裝置與承載物之平行感測系統及感測方法。

按，在半導體的領域中，由於涉及晶圓的作業需要精確無誤差的操作，因此業界普遍在製程中使用由電腦控制的機械手臂來執行搬運晶圓的作業。雖然機械手臂是利用電腦控制，但有時候還是會因突發狀況而導致機械手臂產生不正常的動作如振動或偏擺，這些不正常的動作都會影響搬運晶圓時的精度，輕則影響搬運的那片晶圓，嚴重的話甚至會影響到整個製程中的晶圓。因此為了確保機械手臂的準確度，業者會在機械手臂上安裝可以感測振動或位移的感測器，隨時感應機械手臂是否保持正常的位置。一旦不正常的振動或位移產生偏差時，感測器會產生一訊號傳輸至主機中，進而提醒工程師或控制軟體機械手臂的問題，將晶圓製程中的不確定因素降低。

過去在機械手臂上設置感測器的技術已有相關研發，如台灣M618590號新型專利揭示一種裝置穩定性監控系統，係為一偵測裝置安裝於一機械手臂之表面，用以即時監控機械手臂的振動狀況，然後透過一告警模組在超過範圍時發出告警訊息；台灣M613754號新型專利則揭示一種感測裝置及感測系統，包含一感測裝置安裝在機械手臂的機身、底座或靠近馬達的表面，利用該感測裝置的振動訊號來判斷機械或機台是否有異常；台灣M571297號新型專利另揭示一種可預先偵測機械手臂及幫浦異常之裝置，包含有複數個感測器設置在機械手臂的連動機構之表面，透過收集機械手臂的位移或振動資訊與資料庫比對是否有異常訊號，並在異常訊號發出時回傳給主機預先警示。

上述習用的機械手臂感測系統，主要是用來偵測機械手臂本身的振動狀態。然，一個問題是機械手臂或晶圓可能在前一製程中因為某些原因(如在前一製程進行傾斜或旋轉)而未保持水平狀態，習用的機械手臂感測系統僅能判斷機械手臂是否產生振動，而無法察覺機械手臂或晶圓未處於水平狀態，容易導致機械手臂在下一製程中在承載晶圓時無法維持穩定而影響到製程進行。因此，如何在機械手臂承載或運送晶圓時亦能即時感測機械手臂與晶圓之間是否處在平行狀態是相關業界亟待解決之問題。

本發明的主要發明目的在於提供一種機械手臂之承載裝置與承載物之平行感測系統及感測方法，其可以即時監控機械手臂之承載裝置與承載物之間的平行狀態是否有異常。

為達成上述之發明目的，本發明所提供之一種機械手臂之承載裝置與承載物之平行感測系統，包含有：一承載裝置，具有一承載面；其中該承載面具有一第一位置及一第二位置，且該第一位置與該第二位置間距一預定距離；一第一感測單元，設於該承載裝置之該第一位置，用以感測該承載面之振動，據以產生一第一訊號；一第二感測單元，設於該承載裝置之該第二位置，用以感測該承載面之振動，據以產生一第二訊號；一處理裝置，通訊連接於該第一感測單元及該第二感測單元，用以接收並分析該第一訊號及該第二訊號；以及一警示裝置，通訊連接該處理裝置；藉此，當該處理裝置判斷該第一訊號與該第二訊號不同時，即控制該警示裝置發出一警示訊號。

在一實施例中，該處理裝置分析該第一訊號以產生一第一訊號產生時間，該處理裝置分析該第二訊號以產生一第二訊號產生時間；若該第一訊號產生時間與該第二訊號產生時間之一時間差大於一預定時間，該處理裝置即判斷該第一訊號與該第二訊號不同。

在一實施例中，該承載裝置內部具有一第一感測容置空間及一第二感測容置空間；該第一感測容置空間位於該第一位置，該第二感測容置空間位於該第二位置，且該第一感測單元容置於該承載裝置之該第一感測容置空間內，該第二感測單元容置於該承載裝置之該第二感測容置空間內。

在一實施例中，該承載裝置內部具有一傳輸線容置空間，分別連通至該第一感測容置空間與該第二感測容置空間；其中一第一傳輸線設於該傳輸線容置空間，一端電性連接於該第一感測單元，另一端電性連接於該處理裝置；一第二傳輸線設於該傳輸線容置空間，一端電性連接於該第二感測單元，另一端電性連接於該處理裝置。

在一實施例中，該處理裝置更具有一控制單元，一端電性連接於該第一傳輸線及該第二傳輸線，另一端訊號連接於該處理裝置；該控制單元用以對該第一訊號與該第二訊號進行訊號轉換與處理。

在一實施例中，更包含有一封蓋，設於該承載裝置之該第一感測容置空間與該第二感測容置空間之頂面，用以防止異物進出該第一感測容置空間與該第二感測容置空間。

在一實施例中，更包含有一封蓋，設於該承載裝置之該第一感測容置空間、該第二感測容置空間與該傳輸線容置空間之頂面，用以防止異物進出該第一感測容置空間、該第二感測容置空間與該傳輸線容置空間。

在一實施例中，該承載裝置為叉狀，具有一柄部及二叉部；該二叉部自該柄部一端之相對兩側延伸；該第一位置位於該二叉部其中一者遠離該柄部之一端，該第二位置位於該叉部另一者遠離該柄部之一端。

在一實施例中，一種機械手臂之承載裝置與承載物之平行感測方法，包含有以下步驟：a)驅動一承載裝置承載一物件，使該物件接觸該承載裝置之一承載面；其中該承載面具有一第一位置與一第二位置；且該第一位置與該第二位置間距一預定距離；b)偵測該承載裝置之該承載面之該第一位置之振動，據以產生一第一訊號；偵測該承載裝置之該承載面之該第二位置之振動，據以產生一第二訊號；以及c)分析該第一訊號與該第二訊號；如該第一訊號與該第二訊號不同，則發出一警示訊號。

在一實施例中，在步驟c)中，分析該第一訊號以產生一第一訊號產生時間，分析該第二訊號以產生一第二訊號產生時間；若該第一訊號產生時間與該第二訊號產生時間之一時間差大於一預定時間，即判斷該第一訊號與該第二訊號不同。

本發明之功效在於該承載裝置接觸該物件時產生的複數訊號之間的時間差判斷該承載裝置與該物件之間是否為平行狀態。如此一來，當該承載裝置或該物件為非平行狀態時，使用者可即時發現並處理，防止該承載裝置以不穩定的狀態承載或運送不穩定的物件，進而提升整體製程的穩定性與可靠度。

以下即依本發明所揭示的目的、功效及結構組態，舉出較佳實施例，並配合圖式詳細說明。

10:承載裝置

11:承載面

13:柄部

14:叉部

15:封蓋容置空間

16:第一感測容置空間

17:第二感測容置空間

18:傳輸線容置空間

19:穿孔

20:第一感測單元

22:第一傳輸線

30:第二感測單元

32:第二傳輸線

40:處理裝置

42:控制單元

50:警示裝置

60:封蓋

62:鎖孔

64:鎖固件

70:物件

t:預定時間

△t:時間差

第1圖係為本發明一較佳實施例的分解圖。

第2圖係為本發明一較佳實施例的立體圖。

第3圖係為本發明一較佳實施例的第一狀態示意圖，顯示該承載裝置朝一側傾斜時接觸物件的感測情況。

第4圖係為本發明一較佳實施例的第二狀態示意圖，顯示該承載裝置朝另一側傾斜時接觸物件的感測情況。

請參閱第1圖及第2圖所示，本發明第一較佳實施例所提供之機械手臂之承載裝置與承載物之平行感測系統其主要包含有：一承載裝置10、一第一感測單元20、一第二感測單元30、一處理裝置40、一警示裝置50及一封蓋60。

該承載裝置10係設置於一機械手臂，具有一承載面11用以承載並搬運一物件。該承載面11具有一第一位置及一第二位置，該第一位置及該第二位置間隔一預定距離，分別為該第一感測單元20與該第二感測單元30裝設之位置。在本實施例中，該承載裝置10為一機械手臂之牙叉，具有一體成形之一柄部13及二叉部14。其中該柄部13之寬度從中央朝一端逐漸變寬，該二叉部14從該柄部13較寬的一端之相對兩側朝遠離該柄部13的方向延伸。該承載裝置10內部具有一封蓋容置空間15、一第一感測容置空間16、一第二感測容置空間17及一傳輸線容置空間18。該封蓋容置空間15概呈Y形，貫穿該承載裝置10之頂面。該第一感測容置空間16、該第二感測容置空間17與該傳輸線容置空間18連通於該封蓋容置空間15之底面。其中，該第一感測容置空間16與該第二感測容置空間17概呈圓形，且分別設置於該二叉部14之一端。具體而言該第一位置即為該第一感測容置空間16所在之位置，該第二位置即為該第二感測容置空間17所在之位置。該傳輸線容置空間18概呈Y形，其中兩端分別連通於該第一感測容置空間16與該第二感測容置空間17，另一端設置於該柄部13遠離該二叉部14之一端，概呈開放狀。該承載裝置10更設有複數個穿孔19貫穿該封蓋容置空間15。

該第一感測單元20係為一極薄的電子元件，設於該承載裝置10之該第一位置。具體而言，在本實施例中，該第一感測單元20容置於該第一感測容置空間16內，其厚度小於等於該第一感測容置空間16的深度，因此當該第一感測單元20容置於該第一感測容置空間16時，該第一感測單元20的高度不超過該承載裝置10的高度，使該承載裝置10之厚度可維持原本的厚度。在本實施例中，該第一感測單元20係為一微機電型加速度規(Microelectromechanical Systems，MEMS)，用以感測物件何時接觸該承載裝置10之該承載面11之該第一位置，並藉由接觸時的振動產生一第一訊號。該第一感測單元20係透過有線或無線的方式傳輸該第一訊號。在本實施例中，該第一感測單元20係以有線的方式進行傳輸，其中，一第一傳輸線22容置於該傳輸線容置空間18內，其厚度不超過該傳輸線容置空間18之深度。該第一傳輸線22一端電性連接於該第一感測單元20，用以傳輸該第一感測單元20產生之該第一訊號。在其他實施例中，該第一感測單元20亦可搭配一無線傳輸裝置如藍芽或遠紅外線等方式傳輸該第一訊號。

該第二感測單元30亦為一極薄的電子元件，容置於該第二感測容置空間17內，用以感測物件何時接觸該承載面11之該第二位置，並藉由接觸時的振動產生一第二訊號。在本實施例中，該第二感測單元30係以有線的方式進行傳輸。其中，一第二傳輸線32容置於該傳輸線容置空間18內，一端電性連接於該第二感測單元30，用以傳輸該第二感測單元30產生之該第二訊號。該第二感測單元30之其他結構與該第一感測單元20相同，在此容不贅述其詳細內容。

該處理裝置40通訊連接於該第一感測單元20及該第二感測單元30，用以接收該第一訊號與該第二訊號之後對二者進行比對分析，以判斷該第一訊號與該第二訊號是否相同。該處理裝置40可為一電腦、一平板、一智慧型手機或其他等效之電子裝置。在本實施例中，該處理裝置40更具有一控制單元42，一端電性連接於該承載裝置10之該第一傳輸線22與該第二傳輸線32，另一端係透過有線或無線的方式訊號連接於該處理裝置40。該控制單元42用以對傳輸進來的該第一訊號與該第二訊號進行訊號的轉換處理再傳輸至該處理裝置40。在本實施例中，該控制單元42為一微控制器(microcontroller,MCU)。在其他實施例中，該處理裝置40可直接訊號連接於該第一感測單元20與該第二感測單元30，以接收來自該第一訊號與該第二訊號進行比對分析。

該警示裝置50通訊連接於該處理裝置40，用以當該處理裝置40判斷該第一訊號與該第二訊號不同時，該處理裝置40可控制該警示裝置50發出一警示訊號，提醒使用者該承載裝置10或該物件此時處於非平行狀態。在本實施例中，該警示裝置50為顯示於該處理裝置40之一警示圖案(如第3圖所示)；在其他實施例中，該警示裝置可為一警示燈號、一警示語音或其他具警示效果之裝置。

該封蓋60係為設於該承載裝置10之表面對應於該封蓋容置空間15之一薄片。在本實施例中，該封蓋60的材質為鋁片。其外型對應於該封蓋容置空間15之外型，使其以可拆離的方式固定於該封蓋容置空間15，藉以完整封閉該第一感測容置空間16、該第二感測容置空間17及該傳輸線容置空間18，使該第一感測單元20、該第二感測單元30、該第一傳輸線22及該第二傳輸線32與外界隔絕。針對該封蓋60與該承載裝置10之固定方式，在本實施中該封蓋60具有複數個鎖孔62對應於該承載裝置10之該等穿孔19，使該封蓋60可透過複數個鎖固件64貫穿該等鎖孔62與該等穿孔19並鎖固於該承載裝置10之該封蓋容置空間15。在其他實施例中，該封蓋60可利用焊接、卡榫或其他等效的固定方式固定於該承載裝置10；亦或該承載裝置10與該封蓋60以一體成形之方式結合。

根據以上的結構組態，本實施例提供一種偵測機械手臂之承載裝置與承載物是否產生平行振動的方法，包含有以下步驟：

a)驅動該承載裝置10承載一物件70，使該物件70接觸該承載裝置10之承載面11。此時，該承載裝置10之該第一位置或該第二位置會先後接觸該物件70，或同時接觸該物件70。

b)當該物件70接觸該第一位置時，該第一感測單元20即可偵測一振動，並據以產生一第一訊號；當該物件70接觸該第二位置，該第二感測單元30可偵測一振動，並據以產生一第二訊號。

c)接著，該第一訊號及該第二訊號藉由該第一傳輸線22與該第二傳輸線32傳輸至該控制單元42進行訊號處理後，再傳輸至該處理裝置40。在本實施例中，該第一訊號及第二訊號在該處理裝置40顯示時係以波形圖的方式呈現，其X軸為時間，其Y軸為振幅，或稱加速度的變化量。該處理裝置40分析該第一訊號以取得一第一訊號產生時間，以及分析該第二訊號以取得一第二訊號產生時間。該第一訊號產生時間即該第一訊號之振幅發生顯著變化的時間點，即代表該物件70接觸該第一位置瞬間的時間點；該第二訊號產生時間即該第二訊號之振幅發生顯著變化的時間點，即代表該物件70接觸該第二位置瞬間的時間點。該第一訊號產生時間與該第二訊號產生時間之差值稱為一時間差△t。該處理裝置40分析該時間差△t是否大於該預定時間t，若該時間差△t小於等於該預定時間t，則判斷該第一訊號與該第二訊號相同，即代表該承載裝置10與該物件70之間處於平行狀態；然而若該時間差△t大於該預定時間t，則判斷該第一訊號與該第二訊號不同，即代表該承載裝置10與該物件70之間處於非平行狀態。在本實施例中，該預定時間t設為0.1秒。

接著，若判斷該第一訊號與該第二訊號不同，則該處理裝置40控制該警示裝置50發出該警示訊號，用以提醒使用者此時該承載裝置10與該物件70之間為非平行狀態。在本實施例中該警示裝置50為顯示於該處理裝置40中的一警示圖案。藉此，使用者可馬上發現該承載裝置10與該物件70之間處於非平行狀態而即時進行處理，防止該承載裝置10與該物件70之間因非平行狀態而導致該承載裝置10之後在承載或運送時因處於非平行的狀態而影響製程進行。

第3圖顯示該承載裝置10朝一側呈傾斜之狀態，因此當該承載裝置10接觸該物件70時，該物件70會先接觸該承載面11的該第一位置，然後才接觸該第二位置。因此，該第一感測單元20所偵測到的該第一訊號之第一訊號發生時間會不同於該第二感測單元所偵測到的該第二訊號之第二訊號發生時間。如果該第一訊號發生時間與該第二訊號發生時間的該時間差△t之0.2秒大於該預定時間t之0.1秒，則該處理裝置40判斷該第一訊號不同於該第二訊號，並控制該警示裝置50發出警示訊號。同樣的，第4圖顯示該承載裝置10朝另一側呈傾斜之狀態，因此當該承載裝置10接觸該物件70時，該物件70會先接觸該承載面11的該第二位置，然後才接觸該第一位置。其餘判斷之流程與第3圖相同，在此容不贅述其詳細內容。

從前述例子可得知無論該承載裝置10向左傾斜或向右傾斜，都能藉由該時間差△t與該預定時間t的比對，判斷該承載裝置10與該物件70之間是否為平行狀態。反之，若該承載裝置10為水平狀態，而該物件70為傾斜狀態，由於該承載裝置10之該第一位置與該第二位置接觸該物件70的時間不同，本發明還是可以藉由該時間差△t與該預定時間t的比對，判斷該承載裝置10與該物件70之間為非平行狀態。

要補充說明的是，當感測單元的位置改變時，可偵測不同方向的傾斜。或是增加感測單元的數量，藉以偵測多個方向的傾斜。

在另一較佳實施例中，該預定時間係為複數個承載裝置接觸物件所產生之訊號之時間差資料，所歸納出來的平均接觸時間。因此該預定時間會隨著使用者的資料量與累積時間而形成一浮動的數值，藉此使用者可長期監控承載裝置接觸物件所產生之訊號之時間差是否維持在該預定時間內，以判斷是否需要對機械手臂之承載裝置進行維護。

綜上所述，本發明所提供之機械手臂之承載裝置與承載物之平行感測系統及感測方法藉由設於承載裝置之複數感測單元，使承載裝置接觸物件時產生該複數感應訊號；並利用每一訊號產生時間之間的差值與預定時間之比對，藉以判斷承載裝置與物件之間是否為平行狀態。如此一來，當承載裝置與物件之間為非平行狀態時，使用者可即時發現並處理，防止該承載裝置以不穩定的狀態承載或運送不穩定的物件，進而提升整體製程的穩定性與可靠度。

上述實施例僅為例示性說明本發明之技術及其功效，而非用於限制本發明。任何熟於此項技術人士均可在不違背本發明之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化，因此本發明之權利保護範圍應如後所述之申請專利範圍。