WO2022033792A1 - Verfahren zum wechseln einer werkstückträgervorrichtung, werkstückträgervorrichtung und produktionsanlage zum beschichten von substraten - Google Patents

Verfahren zum wechseln einer werkstückträgervorrichtung, werkstückträgervorrichtung und produktionsanlage zum beschichten von substraten Download PDF

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WO2022033792A1
WO2022033792A1 PCT/EP2021/069596 EP2021069596W WO2022033792A1 WO 2022033792 A1 WO2022033792 A1 WO 2022033792A1 EP 2021069596 W EP2021069596 W EP 2021069596W WO 2022033792 A1 WO2022033792 A1 WO 2022033792A1
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WO
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workpiece carrier
carrier device
drive shaft
bore
production plant
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Application number
PCT/EP2021/069596
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Jörg WITTICH
Simon Oberle
Jürgen HOTZ
Stefan Kunkel
Wolfgang Rieth
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Ald Vacuum Technologies Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C13/00—Means for manipulating or holding work, e.g. for separate articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50—Substrate holders
    • C23C14/505—Substrate holders for rotation of the substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/0075—Manipulators for painting or coating

Definitions

  • the present invention relates to a method for the automated or fully automated changing of a workpiece carrier device in a production plant for coating substrates, in particular for coating turbine blades, vanes, air baffles, etc. using an EB PVD method (EB PVD: Electron-Beam Physical Vapor Deposition). Furthermore, the present invention relates to a corresponding workpiece carrier device and a corresponding production system that enable fully automated changing of the workpiece carrier device.
  • a workpiece carrier device for a production plant for coating substrates can also be referred to as a rake, rake, TBC rake or the like (TBC: Turbine Blade Coating).
  • the workpiece carriers (so-called rakes or rakes) are loaded and unloaded manually by the system operator in a loading chamber of a coating chamber.
  • the coated substrates in the loading chamber are removed individually from the workpiece carrier.
  • the substrates to be newly coated are also placed individually on the workpiece carrier in the loading chamber.
  • the manual loading and unloading of the individual substrates makes these substrate changing processes time-consuming.
  • the substrates reach temperatures of up to 1000°C during the coating process, a certain cooling time must also be allowed to pass before they are removed. At a temperature of around 600 °C, the individual substrates are then removed manually by the operator using heat gloves.
  • One object of the invention is therefore to provide a method, a workpiece carrier device and a production system which have the disadvantages of the prior art overcome.
  • the object of the invention is to provide a solution that enables a quick and reproducible substrate change in a coating system.
  • One aspect of the invention relates to a method for changing a workpiece carrier device in a production plant for coating substrates, preferably for coating substrates such as turbine blades, blades, air baffles, etc., preferably using an EB PVD method (EB PVD: Electron-Beam Physical Vapor Deposition ).
  • the method can include an automated or fully automated changing of the workpiece carrier device.
  • a workpiece carrier device for a production plant for coating substrates can also be referred to as a workpiece carrier, rake, rake, TBC rake or the like (TBC: Turbine Blade Coating).
  • the method includes moving the workpiece carrier device by means of a robot from a staging area on the production facility to a processing zone in the production facility.
  • the displacement can include gripping the workpiece carrier device by means of a robot gripper of the robot, lifting the workpiece carrier device and pivoting the workpiece carrier device.
  • the robot can be, for example, an articulated arm robot, a portal robot, a handling system (a handling device) with several axes or the like.
  • the robot gripper can be designed to grip at least one, at least two or more than two workpiece carrier devices.
  • the method includes a detachable coupling of the workpiece carrier device to the production system via a coupling interface of the workpiece carrier device and a connection section of the production system in the processing zone.
  • the detachable coupling is realized by further moving the workpiece carrier device by means of the robot.
  • the further displacement can be a vertical displacement, more precisely a lowering, of the workpiece carrier device.
  • the further relocation usually takes place after the workpiece carrier device has been relocated to a designated position in the processing zone, in particular into a loading chamber.
  • a connecting arm of the workpiece carrier device is mechanically coupled to a connection section of the production system, as a result of which the connection arm is fixed or held in a fixed position relative to the connection section.
  • the entire frame structure of the workpiece carrier device is fixed or held in a fixed position relative to the connection section, since the connecting arm is preferably formed in one piece with the frame structure or can be part of the frame structure or can at least be firmly connected to the frame structure.
  • This fixed mechanical coupling can be released, in particular by a vertical displacement in the form of a lifting movement of the workpiece carrier device using the robot.
  • a drive shaft of the workpiece carrier device is mechanically coupled to a driving shaft of the production plant, as a result of which the drive shaft is rotatably connected to the driving shaft.
  • This mechanical coupling can also be released, in particular by the vertical displacement in the form of the lifting movement of the workpiece carrier device by means of the robot.
  • the method according to the invention thus enables the entire workpiece carrier device, which comprises a large number of individual holders or substrate holders with substrates arranged on them, to be changed in a simple manner.
  • the entire workpiece carrier device, including a large number of substrates can thus be automatically decoupled as a unit from the other components of the production system and relocated to the staging area or a removal zone by means of the robot and thanks to the mechanical coupling interface provided on the workpiece carrier device. From there, the workpiece carrier device can be transported further and loaded and unloaded in a loading and unloading zone. Meanwhile, the robot can be used to move a newly prepared workpiece carrier device with substrates to be coated from a staging area to the processing area and couple it to the production system.
  • Loading and unloading within the system is therefore no longer carried out individually and manually, as is the case with conventional production systems. Rather, a large number of substrates are automatically changed at the same time. Due to the robot-actuated mechanical coupling and relocation, the change can be implemented reproducibly, faster and safely. This relieves the plant operator.
  • the robot can include a displaceable locking bolt.
  • the displaceable locking bolt can be locked in a first position formed in the connecting arm prior to displacing the workpiece carrier device to the machining zone Through hole and simultaneously introduced into a first drive shaft hole formed in the drive shaft.
  • a relative rotation between the drive shaft and the connecting arm can be blocked, in particular during the displacement and the coupling of the workpiece carrier device.
  • the displaceable locking bolt can be removed or pulled out of the first through hole and the first drive shaft hole after the workpiece carrier device has been detachably coupled to the production system.
  • a relative rotation between the drive shaft and the connection arm can be allowed, which for example may be necessary during the subsequent coating of the substrates in order to move them according to an intended program.
  • the displaceable locking bolt can be displaced automatically into and out of the first bores.
  • the robot's displaceable locking bolt may be pneumatically, hydraulically, and/or electromechanically displaceable. By inserting and pulling out the displaceable locking bolt in associated first bores, the reproducibility of the coupling and thus the change can be further improved and thus safety can be further increased.
  • the locking bolt can be linearly displaceable, in particular vertically displaceable.
  • the workpiece carrier device can be arranged in the staging area on a centering tray or a centering platform with a centering bolt formed thereon in such a way that the centering bolt engages in a second through bore formed in the connecting arm and in a second drive shaft bore formed in the drive shaft.
  • the centering bolt can in particular be a stationary centering bolt.
  • the second bores can be spaced apart from the first bores in the circumferential direction of the connecting arm or the drive shaft, for example offset by 180°.
  • the second bores can preferably be arranged coaxially to the first bores.
  • the centering pin can be introduced into the associated first bores in that the workpiece carrier device is positioned precisely in a predetermined position on the centering tray by means of the robot.
  • the centering pin can be introduced into the associated second bores by lowering the workpiece carrier device by means of the robot.
  • the centering bolt can be fully inserted into the second bores before the displaceable locking bolt is pulled out of the associated first bores and preferably before the robot releases the workpiece carrier device.
  • the centering tray can be displaceable or mobile, so that it, together with the workpiece carrier device positioned thereon, including substrates, can be moved from the staging zone to a loading and unloading zone remote from the production plant.
  • the driving shaft of the production plant can be brought into a predetermined rotational position relative to the drive shaft by means of a controller.
  • the controller can, for example, be a programmable logic controller or include a PLC program.
  • the alignment of the driving shaft in the predetermined rotational position relative to the drive shaft can already be realized by an alignment for the previous decoupling of a workpiece carrier device, with the driving shaft remaining in the aligned rotational position during the change in this case.
  • the alignment of the driving shaft for the previous decoupling includes a simultaneous alignment of the drive shaft, which is still mechanically coupled thereto. This also places the drive shaft in a predetermined rotational position of the drive shaft relative to the link arm, thereby bringing the first drive shaft bore into alignment with the first through bore of the link arm and bringing the second drive shaft bore into alignment with the second through bore of the link arm.
  • automated tracking of the substrates to be coated and/or the coated substrates can also be carried out, for example in order to determine their position, coating status, quality, etc.
  • the method can include status monitoring of the substrates.
  • the status monitoring can be implemented by image processing processes and/or by measuring properties of the substrates. Measuring the properties of the substrates can include, for example, measuring and comparing the weight of the workpiece carrier device including the substrates before and after coating.
  • the method can be carried out in particular by means of a workpiece carrier device of the type described below and/or a production plant of the type described below.
  • the method can include changing more than one workpiece carrier device, for example two, three or more than three workpiece carrier devices, at the same time.
  • the features, functions and aspects described above in relation to the workpiece carrier device apply correspondingly to the additional workpiece carrier device(s).
  • a workpiece carrier device for a production plant for coating substrates, preferably for coating turbine blades, vanes, air baffles, etc., preferably using an EB PVD method (EB PVD: Electron Beam Physical Vapor Deposition).
  • the workpiece carrier device can also be referred to here as a workpiece carrier, rake, rake, TBC rake or the like.
  • the workpiece carrier device comprises a frame structure with a plurality of individual holders or substrate holders formed thereon for holding a plurality of substrates. Each individual holder can be designed to hold a substrate.
  • the workpiece carrier device comprises an elongate connection arm which connects the frame structure and thus the plurality of individual holders to a connection section of the production plant.
  • the link arm has a longitudinal axis along which the link arm extends.
  • the connecting arm can in particular be tubular.
  • the link arm preferably has a circular cross-sectional area.
  • the connecting arm and the frame structure can in particular be designed in one piece.
  • the linkage arm may be a part, portion, or section of the frame structure.
  • the connecting arm can be an end section of the frame structure or the workpiece carrier device.
  • the workpiece carrier device comprises a drive shaft which is rotatably mounted in the connecting arm and is mechanically coupled to the plurality of individual holders in order to drive or move the plurality of substrates.
  • the drive shaft is therefore in the connecting arranged arm and extends at least in sections through the connecting arm along the longitudinal axis of the connecting arm or has a common longitudinal axis with the connecting arm.
  • the workpiece carrier device comprises a coupling interface via which the workpiece carrier device can be detachably coupled to the production system by means of a robot.
  • the coupling interface can be formed in particular on an end of the connecting arm that faces away from the plurality of individual holders.
  • the connection arm can be mechanically coupled to the connection section of the production system by means of the coupling interface in order to hold the connection arm and the frame structure (i.e. the workpiece carrier device) that is firmly connected to it or formed in one piece with it (i.e. the workpiece carrier device) in a fixed position relative to the connection section.
  • the drive shaft can be mechanically coupled to a driving shaft of the production plant by means of the coupling interface in order to connect the drive shaft to the driving shaft in a rotationally drivable manner.
  • the coupling interface thus implements both a fixed static connection for holding and fixing the workpiece carrier device and a mechanical connection for transmitting dynamic movements (in particular rotational movements). It goes without saying that the mechanical couplings described are detachable connections.
  • the mechanical couplings can be released or established in particular by a lifting/lowering movement of the workpiece carrier device, i.e. by a vertical displacement of the workpiece carrier device transversely to the longitudinal axis of the connecting arm.
  • the lifting/lowering movement of the workpiece carrier device can be carried out by moving the workpiece carrier device using the robot.
  • the workpiece carrier device enables automated and/or fully automated changing of the entire workpiece carrier device including the frame structure with the plurality of individual holders and the plurality of substrates arranged thereon due to the mechanical coupling interface formed thereon.
  • a mechanical coupling interface can also be used at high temperatures and allows reliable and safe coupling and decoupling even under the ambient conditions in a processing zone of a coating system.
  • the coupling interface comprises two gripping surfaces, formed on a peripheral surface of the connecting arm, for a robot gripper of the robot.
  • the two attack surfaces can be arranged essentially opposite one another.
  • two contact surfaces can be recesses milled into the peripheral surface of the connecting arm, each of which has a substantially flat, non-rounded base surface, so that a complementary robot gripper can optimally grip these base surfaces.
  • the coupling interface can comprise a first through hole formed in the connecting arm for a locking bolt of the robot.
  • the docking interface may include a first drive shaft bore formed in the drive shaft for the robot locking bolt, the first through bore and the first drive shaft bore being aligned at a predetermined rotational position of the drive shaft relative to the link arm. Aligned with one another means here that these two bores are arranged essentially coaxially with one another and are spaced apart from one another along their axis of rotation, so that the locking bolt can be introduced through the first through bore into the first drive shaft bore, as a result of which the locking bolt can simultaneously engage with the first through bore and the first drive shaft bore in intervention.
  • the locking bolt can thus block or prevent a relative movement, in particular a rotary movement, between the drive shaft and the connecting arm during the engagement.
  • the locking bolt can also be referred to as a locking pin, locking mandrel or the like.
  • the coupling interface can comprise a second through-bore formed in the connecting arm for a centering pin of a centering tray.
  • the docking interface may include a second drive shaft bore formed in the drive shaft for a centering pin of a centering tray, the second through bore and the second drive shaft bore being aligned in a predetermined rotational position of the drive shaft relative to the link arm.
  • the predetermined rotational position can in particular correspond to the predetermined rotational position described above in relation to the first bores.
  • the centering bolt can be introduced through the second through bore into the second drive shaft bore, as a result of which the centering bolt simultaneously with the second through bore and the second drive shaft bore in intervention.
  • the centering bolt can thus block or prevent a relative movement, in particular a rotary movement, between the drive shaft and the connecting arm during the engagement.
  • the centering pin can also be referred to as a centering pin, centering mandrel or the like.
  • the docking interface may include a sword-shaped section formed on an end of the drive shaft.
  • the docking interface may include a key or protrusion formed on an end of the drive shaft.
  • the sword-shaped section or the projection/key can be formed on an end face of the end of the drive shaft.
  • the end of the drive shaft described here can be a free end of the drive shaft when the workpiece carrier device is in a non-assembled state.
  • the sword-shaped section or the projection/key is designed to engage with a complementary recess (e.g. groove or slot) of the driving shaft, so that a positive connection between the driving shaft and the drive shaft can be realized, which at least one transmission of rotary movements from the driving shaft to the drive shaft.
  • the drive shaft and the driving shaft can each be brought into a predetermined rotational position and thus aligned with one another in order to enable the sword-shaped section or the projection/key to engage in the complementary recess.
  • the predetermined rotational position of the drive shaft described here can in particular correspond to the predetermined rotational position described above in relation to the first and/or second bores.
  • the coupling interface can comprise a collar formed on one end of the connecting arm, in particular on a free end of the connecting arm when the workpiece carrier device is in a non-assembled state.
  • the collar may be in the form of a segment of an annulus which extends axially beyond the end of the connecting arm.
  • the ring segment can have the same outer diameter as the adjoining peripheral surface of the connecting arm.
  • the annulus segment may extend the peripheral surface beyond the end of the connecting arm and be integral with the peripheral surface.
  • the collar may include a retaining projection formed on its inner peripheral surface and extending from the inner peripheral surface of the collar in the direction of the longitudinal axis.
  • the holding projection thus represents a type of flange section.
  • the holding projection can be designed to engage behind a section or a component of the connection section, in particular a flange of the connection section, when the workpiece carrier device is coupled.
  • a further aspect of the invention relates to a production plant for coating substrates, in particular for coating turbine blades, vanes, air baffles, etc., preferably by means of an EB PVD process.
  • the production plant comprises at least one workpiece carrier device of the type described above, which is detachably connected or can be connected to a connection section of a rake arm of the production plant.
  • the production plant includes a driving shaft, which is rotatably mounted in the connection section and can be driven in rotation by a motor.
  • the motor can be integrated into the production plant or arranged externally.
  • the production system can include a robot which is designed to connect the workpiece carrier device to the connection section, to decouple the workpiece carrier device from the connection section and to relocate the workpiece carrier device.
  • the robot can be, for example, an articulated arm robot, a portal robot, a handling system (a handling device) with several axes or the like.
  • the robot can be designed to connect or couple the workpiece carrier device to the connection section of the rake arm by positioning and lowering it.
  • the robot can be designed to decouple or release the workpiece carrier device by lifting it from the connection section of the rake arm.
  • the robot may include a translatable locking bolt insertable into and removable from the first through bore and the first drive shaft bore.
  • the locking bolt can be displaced pneumatically, hydraulically and/or electromechanically, it being possible for the displacement of the locking bolt to be activated automatically via a control program.
  • the locking bolt can be linearly displaceable, in particular vertically displaceable.
  • the connection section can comprise an annular ring which extends in the axial direction from an end face of the rake arm and has a flange formed thereon.
  • the rake arm describes a frame section of the production system for carrying or supporting a workpiece carrier device that can be attached thereto.
  • the flange extends in a direction away from a longitudinal axis of the circular ring, more precisely in an assembled operating state of the production plant, generally upwards.
  • the annulus and flange may include a common axial recess formed in the annulus and flange.
  • the axial recess can be formed in an assembled operating state of the production plant in an upper area of the circular ring and the flange.
  • a section of the drive shaft can be introduced into the connection section (into the annular ring and the flange) via the axial recess in order to connect the drive shaft to the driving shaft.
  • the sword-shaped section or the projection/key of the drive shaft can be inserted through the axial recess into the complementary recess (e.g. groove or slot) of the driving shaft if the driving shaft and the drive shaft are in a predetermined rotational position relative to one another and towards each other aligned with the axial recess.
  • the driving shaft can have the complementary recess (e.g. groove or slot) formed in the end face, into which the sword-shaped section or the projection/key of the drive shaft can be introduced.
  • the end face can be an end face of the driving shaft facing the drive shaft.
  • the production plant can include a centering tray with a centering pin formed thereon.
  • the centering tray can be or can be arranged at a predetermined position on the production plant, in particular in a staging zone.
  • the workpiece carrier device can be positioned on the centering tray.
  • the centering tray provides a platform for temporarily receiving the workholding fixture.
  • the centering pin may be a fixed bolt, pin or the like which is insertable into the second bores of the link arm and the drive shaft to prevent relative rotation between the drive shaft and the link arm.
  • the workpiece carrier device can be placed on the centering tray by means of the robot.
  • the production plant can include more than one workpiece carrier device, for example two, three or more than three workpiece carrier devices.
  • workpiece carrier device for example two, three or more than three workpiece carrier devices.
  • the method and the workpiece carrier device are also suitable for other applications and production systems in which high temperatures prevail and mechanical movement interfaces are required.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a production plant according to an embodiment of the invention in a first state.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the production plant from FIG. 1 in a second state.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of a production plant according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic side view of a robot of the production plant from FIG. 3.
  • FIG. 5 shows a schematic detailed view of the production plant from FIG. 1 in the area of the coupling interface in a non-coupled state.
  • FIG. 6 shows a further schematic detailed view of the production plant from FIG. 1 in the area of the coupling interface in a non-coupled state.
  • FIG. 7 shows a schematic detailed view of the production plant from FIG. 1 in the area of the coupling section in a coupled state.
  • FIG. 8 shows a schematic detailed view of the production plant from FIG. 1 , which shows a section of a workpiece carrier device positioned on a centering tray.
  • FIG. 9 is a sectional view showing the detailed view shown in FIG. 9.
  • FIG. 9 is a sectional view showing the detailed view shown in FIG. 9.
  • FIG. 10 shows a gripper of the robot with a displaceable locking bolt.
  • FIGS. 1 and 2 show a production system 10 for coating a multiplicity of substrates 12, of which only one is provided with a reference symbol for reasons of clarity.
  • the production plant 10 in the embodiment shown is a coating plant for coating substrates 12 in the form of turbine blades.
  • the coating system can also be used to coat blades, air baffles or other components using an EB PVD process.
  • the substrates 12 are attached to a workpiece carrier device 50 of the production system 10 or are carried by it.
  • a workpiece carrier device 50 of the production system 10 In the embodiment of Figures 1 and 2, four workpiece carrier devices 50 are shown. Two workpiece carrier devices 50 together form a double rake arrangement. For the sake of clarity, only the subcomponents of one of the workpiece carrier devices are individually provided with reference numbers. The features described in relation to this workpiece carrier device 50, etc. apply accordingly to the other workpiece carrier devices 50.
  • Each of the workpiece carrier devices 50 comprises a frame structure 52 with a large number of individual holders 54 or substrate receptacles 54 formed thereon.
  • One substrate 12 is held by an associated individual holder 54, the individual holders 54 being connected via a drive shaft 56 (see Fig. 6 and 7 to 9 ) of the workpiece carrier device 50 are movable in order to move the substrates 12 during the coating according to a predetermined movement sequence.
  • the workpiece carrier device 50 includes an elongate connecting arm 58.
  • This elongate connecting arm 58 connects to the frame structure 52 or is here formed in one piece with the frame structure 52 and is thus part of the frame structure 52.
  • the connecting arm 58 is designed to connect the frame structure 52 with a here to connect L-shaped rake arm 24 of the production plant 10.
  • the connecting arm 58 is provided with a special coupling interface 60 at one end.
  • the rake arm 24 itself is in turn coupled to a manipulator 25 of the production plant 10 and can be moved by means of the manipulator 25 .
  • the processing zone is a loading chamber of the production plant 10, from which the workpiece carrier devices 50 can be introduced into a coating chamber by linear displacement of the manipulator 25.
  • the substrates 12 in the production system 10 according to the invention are not introduced individually into the processing zone 14, but a large number of substrates 12 are introduced into the processing zone 14 at the same time by moving the entire workpiece carrier device 50. More precisely, in the production plant 10 shown, two workpiece carrier devices 50 are moved into the processing zone 14 at the same time.
  • the production plant 10 includes a robot 16.
  • the robot 16 is shown in FIG Embodiment an articulated arm robot.
  • the robot 16 comprises two robot grippers 18, by means of which two separate workpiece carrier devices 50 can be gripped simultaneously in order to subsequently displace them, ie lift, pivot and lower them.
  • the robot 16 may include only one robotic gripper 18 for gripping one workholding device 50 or more than two robotic grippers for gripping more than two separate workholding devices.
  • the gripping, lifting, pivoting and lowering can be automated and specified by a control program.
  • the robot 16 is designed and set up to move the workpiece carrier devices 50 from a staging area 20 into the processing area 14 .
  • Workpiece carrier devices 50 preloaded with substrates 12 to be coated can thus be provided in the staging zone 20 .
  • the workpiece carrier devices 50 can be placed on a centering tray 80 in the staging zone 20 in order to ensure a predetermined position, rotational position and orientation of the workpiece carrier devices 50 in the staging zone 20 .
  • the robot 16 is designed and set up to move the workpiece carrier devices 50 after processing from the processing zone 14 to a removal zone 22 .
  • the workpiece carrier devices 50 equipped with the now coated substrates 12 can be transported away from the removal zone 20 .
  • the workpiece carrier devices 50 can also be placed on a centering tray 82 in the removal zone 22 in order to again ensure a predetermined position, rotational position and orientation of the workpiece carrier devices 50 .
  • the centering trays 80, 82 to ensure the predetermined position, rotational position and orientation of the workpiece carrier devices 50 each comprise at least one seat 84 and one centering pin 86 (in the embodiment shown two seats 84 and two centering pins 86).
  • the workpiece carrier devices 50 can be positioned in the respectively associated receptacle 84 by means of the robot 16 so that the associated centering pin 86 engages in a bore (see FIGS. 8 and 9) of the workpiece carrier device 50 .
  • the function of the centering bolts 86 is described in more detail in connection with FIGS.
  • work steps can be carried out in parallel, so that, for example, one or more new workpiece carrier devices 50 with uncoated substrates 12 can already be available in the staging zone 20, while one or more workpiece carrier devices 50 with just coated substrates 12 is/are shifted from the processing zone 14 to the removal zone 22.
  • the loading of the workpiece carrier devices 50 with substrates 12 to be coated can take place either in the staging zone 20 or in a loading zone (not shown) that is at a distance from the staging zone 20 .
  • the coated substrates 12 can be removed either in the removal zone 22 or in a removal zone (not shown) spaced apart from the removal zone 22 .
  • the associated centering trays can be displaceable, e.g. mobile, slidable or the like.
  • FIG. Two further workpiece carrier devices 50 with substrates intended for coating are positioned in the staging zone 20 .
  • the robot 16 does not hold or carry any workpiece carrier devices.
  • Fig. 2 shows a state of the production plant 10 shortly after the removal of two workpiece carrier devices 50 with coated substrates 12 from the processing zone 14.
  • the robot 16 holds or carries the two workpiece carrier devices 50 by means of the two robot grippers 18 in order to move them to the removal zone 22 move and position it there on the centering tray 82.
  • the robot 16 then uses the two robot grippers 18 to grip the workpiece carrier devices 50 with substrates to be coated that have been prepared in the staging zone 20 and positioned on the centering tray 80 in order to bring them into the processing zone 14 .
  • FIGS. 3 and 4 show a production plant 100 according to a further exemplary embodiment.
  • the production plant 100 essentially corresponds to the production plant 10 of FIGS. 1 and 2, only has a slightly modified arrangement of the components.
  • the components of the production system 100 are therefore provided with the same reference numbers as in FIGS.
  • the explanations for production plant 10 apply accordingly to production plant 100.
  • Figs. 5 and 6 show the coupling interface 60 in a non-coupled state, ie shortly before or shortly after a coupling with the rake arm 24 of the Production plant 10.
  • Fig. 7 shows the coupling interface 60 in a coupled state.
  • the coupling interface 60 is designed in such a way that the workpiece carrier device 50 can be detachably coupled to the production system 10 by means of the robot 16, in particular to a rake arm 24 of the production system 10.
  • Detachable means that by coupling the workpiece carrier device 50 to the production system 10 by means of the coupling interface 60 a fixed connection between the workpiece carrier device 50 and the production system 10 can be produced temporarily. This fixed connection can be released again to change the workpiece carrier device 50 without having to damage components for this purpose.
  • the structural design of the workpiece carrier device 50 in the area of its coupling interface 60 allows simple coupling and uncoupling to and from the rake arm 24 of the production system 10 and thus enables automated changing of the entire workpiece carrier device 50 together with a large number of substrates 12 for the first time.
  • the connecting arm 58 can be statically coupled to a connecting section 26 of the rake arm 24 of the production system 10 by means of the coupling interface 60 in order to position the connecting arm 58 in a fixed manner relative to the connecting section 26 and thus to the rake arm 24 to hold position.
  • the frame structure 52 or the entire workpiece carrier device 50 is held in a fixed position relative to the rake arm 24 .
  • the drive shaft 56 can be mechanically coupled to a driving shaft 28 of the production system 10 by means of the coupling interface 60 in order to connect the drive shaft 56 to the driving shaft 28 in a rotationally drivable manner.
  • the driving shaft 28 is rotatably mounted in the connection section 26 or the rake arm 24 and can in turn be driven in rotation by means of a motor (not shown) of the production plant 10 .
  • the drive shaft 56 is rotatably mounted in the link arm 58 and mechanically coupled to the plurality of individual brackets 54 .
  • the plurality of substrates 12 can be driven in the desired manner by means of the motor.
  • the coupling interface 60 comprises a collar 62 for releasably coupling the connecting arm 58 to the connecting section 26 of the rake arm 24 , which collar protrudes beyond a free end of the connecting arm 58 in the direction of the rake arm 24 .
  • the collar 62 extends a part of the outer peripheral surface of the connecting arm 58 in the axial direction.
  • the connecting arm 58 is tubular, so that the collar 62 itself has the shape of a circular ring segment.
  • the collar 62 is provided with a retaining projection 64 (see FIGS. 6 and 7) which protrudes from the inner peripheral surface in the direction of the longitudinal axis, ie protrudes downwards in FIGS. 5 to 7.
  • the holding projection 64 is designed to engage behind a flange 30 of the connection section 26 when the workpiece carrier device 60 is coupled to the rake arm 24 .
  • the flange 30 is formed on a circular ring 32 of the connection section 26 , the circular ring 32 extending from an end face 34 of the rake arm 24 in the axial direction toward the connecting arm 58 .
  • the flange 30 extends upwards from an outer peripheral surface of the annulus 32 in the illustration shown in FIGS.
  • the annulus 32 and the flange 30 formed thereon are provided with a common axial recess 36 . As can be seen by looking at FIGS.
  • the detachable coupling can be implemented in a simple manner by lowering the workpiece carrier device 50 in the direction of the longitudinal axis of the rake arm 24 . It goes without saying that the decoupling can be implemented in a similar manner by lifting the workpiece carrier device 50 .
  • the drive shaft 56 is provided with a sword-shaped end portion 66 for releasably coupling to the driving shaft 28 . That is, at one end of the drive shaft 56, the end face has an elongated projection 66 or a feather key 66 (sword-shaped end portion 66), which protrudes in the direction of the driving shaft 28.
  • the length of the projection 66/key 66 here corresponds to the diameter of the drive shaft 56.
  • the projection 66 or the key 66 is designed to engage with a complementary recess 38 (or groove or slot) of the driving shaft 28, so that a form-fitting connection between the driving shaft 28 and the drive shaft 56 can be realized, which enables rotary movements to be transmitted from the driving shaft 28 to the drive shaft 56 .
  • the projection 66/the feather key 66 can be introduced through the axial recess 36 into the groove 38/slot 38 of the driving shaft.
  • this intervention can be implemented by lowering the workpiece carrier device 50 in the direction of the longitudinal axis of the rake arm 24 .
  • the decoupling of the shafts 28, 56 can be realized in a similar manner by lifting the workpiece carrier device 50.
  • the drive shaft 56 and the driving shaft 28 are previously brought into a predetermined rotational position with respect to each other. This mutual alignment is shown in Figures 5-7.
  • the driving shaft 28 is brought into the rotational position shown before the coupling and/or the decoupling by means of the motor and a PLC program.
  • the rotational position of the drive shaft 56 is realized with the aid of centering/locking bolts and associated bores.
  • the connecting arm 58 comprises a first through bore 68 which extends through the wall of the connecting arm 58 .
  • the drive shaft 56 includes an associated first drive shaft bore 70 (FIG. 7).
  • the first through hole 68 and the first drive shaft hole 70 are spaced the same distance from the end face of the drive shaft 56 in the axial direction. Since the drive shaft 56 is rotatable relative to the link arm 58, the first through bore 68 and the first drive shaft bore 70 are coaxial with each other only in a predetermined relative rotational position of the drive shaft 56 and the link arm 58 of the frame structure 52.
  • the link arm 58 further includes a second through bore 72 which extends through the wall of the link arm 58 (indicated in Figure 5 and shown in Figure 9).
  • the drive shaft 56 includes an associated second drive shaft bore 74 (see Figure 9).
  • the second through hole 72 and the second drive shaft hole 74 are equidistant from the end face of the drive shaft 56 in the axial direction.
  • the second through bore 72 and the second drive shaft bore 74 are coaxial only in the predetermined relative rotational position of the drive shaft 56 and the link arm 58.
  • the predetermined relative rotational position is shown in Figures 5-9.
  • the second through bore 72 and the second drive shaft bore 74 are both spaced the same distance from the end face of the drive shaft 56 in the axial direction as are the first through bore 68 and the first drive shaft bore 70.
  • the second through bore 72 and the second drive shaft bore 74 are on one of the first through bores 68 and the first drive shaft bore 70 in opposite positions of the peripheral surface of the connecting arm 58 and the peripheral surface of the drive shaft 56, respectively. More specifically, the second through bore 72 is circumferentially offset from the first through bore 68 by 180° and the second drive shaft bore 74 is circumferentially offset from the first drive shaft bore 70 by 180°.
  • the drive shaft 56 can be rotated in a coupled state by means of the driving shaft 28 by the motor and the PLC program in the rotational position shown.
  • the drive shaft 56 is then fixed in this rotational position with the aid of a locking bolt 88 (see Fig. 10) of the robot 16, which is inserted through the first through bore 68 in engages the first drive shaft bore 70 to fix the drive shaft 56 relative to the link arm 28 and block relative rotation.
  • the locking bolt 88 can be displaced automatically into and out of the first bores, for example effected pneumatically, hydraulically and/or electromechanically.
  • the locking bolt 88 is introduced into the first bores 68, 70 before the workpiece carrier device 50 is lifted and thus decoupled from the rake arm 24.
  • the drive shaft 56 is therefore briefly fixed in its rotational position by the locking bolt 88 and by the coupling of the drive shaft 56 to the driving shaft 28 .
  • centering bolt 86 can be introduced into second bores 72, 74 by lowering or depositing workpiece carrier device 50 on centering tray 80, 82, with centering bolt 86 being able to be fixed on centering tray 80, 82 in one embodiment (such as shown in Figures 1, 2, 8 and 9).
  • the workpiece carrier device 50 is positioned in a targeted manner on the centering tray 80, 82 by means of the robot 16.
  • the connecting arm 58 has two lateral engagement surfaces 76 in the area of the coupling interface 60 .
  • the engaging surfaces 76 are machined into the peripheral surface of the connecting arm 58 and are formed opposite one another (only one engaging surface is visible in Figures 5 to 7 and 8).
  • the displaceable locking bolt 88 of the robot 16 can be formed in particular in the area of the robot gripper 18, as shown in FIG. 10 by way of example.
  • the locking bolt 88 is arranged between the gripping arms or gripping jaws 90 on a base body 96 of the robot gripper 18 and can be linearly displaced relative to the base body 96, which is indicated by the double arrow 92 (here a vertical displaceability).
  • the gripping arms or gripping jaws 90 in the exemplary embodiment shown can also be displaced toward and away from one another, which is indicated by the double arrow 94 .
  • the gripping arms or gripping jaws 90 can be guided in a linearly displaceable manner in the base body 96 of the robot gripper 18 or can be pivotably connected thereto.
  • staging zone 70 first driveshaft bore

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wechseln einer Werkstückträgervorrichtung (50) in einer Produktionsanlage (10) zur Beschichtung von Substraten (12). Das Verfahren umfasst die Schritte: Verlagern einer Werkstückträgervorrichtung (50) mittels eines Roboters (16) von einer Bereitstellungszone (20) zu einer Bearbeitungszone (14); lösbares Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10) über eine Ankopplungsschnittstelle (60) der Werkstückträgervorrichtung (50) durch weiteres Verlagern der Werkstückträgervorrichtung (50) mittels des Roboters (16); wobei zum lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10) ein Verbindungsarm (58) der Werkstückträgervorrichtung (50) an einen Anschlussabschnitt (26) der Produktionsanlage (10) gekoppelt wird, wodurch der Verbindungsarm (58) relativ zu dem Anschlussabschnitt (26) in einer festen Stellung fixiert wird, und wobei zum lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10) eine Antriebswelle (56) der Werkstückträgervorrichtung (50) an eine antreibende Welle (28) der Produktionsanlage (10) gekoppelt wird, wodurch die Antriebswelle (56) drehantreibbar mit der antreibende Welle (28) verbunden wird.

Description

Verfahren zum Wechseln einer Werkstückträgervorrichtung, Werkstückträgervorrichtung und Produktionsanlage zum Beschichten von Substraten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten oder vollautomatisierten Wechseln einer Werkstückträgervorrichtung in einer Produktionsanlage zur Beschichtung von Substraten, insbesondere zur Beschichtung von Turbinenschaufeln, Schaufeln, Luftleitblechen, etc. mittels eines EB PVD Verfahrens (EB PVD: Electron-Beam Physical Vapor Deposition). Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Werkstückträgervorrichtung und eine entsprechende Produktionsanlage, die ein vollautomatisiertes Wechseln der Werkstückträgervorrichtung ermöglichen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine Werkstückträgervorrichtung für eine Produktionsanlage zur Beschichtung von Substraten auch als Rechen, Rake, TBC-Rechen oder Ähnliches bezeichnet werden (TBC: Turbine Blade Coating).
Hintergrund der Erfindung
In aus der Praxis bekannten Produktionsanlagen zur Beschichtung von Substraten, wie Turbinenschaufeln, Luftleitblechen, etc., werden die Werkstückträger (sogenannte Rechen oder Rakes) in einer Ladekammer einer Beschichtungskammer durch den Anlagenbediener manuell bestückt und entstückt. Dabei werden die beschichteten Substrate in der Ladekammer einzeln von dem Werkstückträger entnommen. Auch die neu zu beschichtenden Substrate werden in der Ladekammer einzeln auf den Werkstückträger aufgesteckt. Das manuelle Be- und Entstü- cken der einzelnen Substrate macht diese Substratwechselvorgänge zeitintensiv.
Da die Substrate während der Beschichtung Temperaturen von bis zu 1000° C erreichen, muss vor deren Entnahme zudem eine gewisse Abkühlungszeit abgewartet werden. Bei einer Temperatur von etwa 600 °C werden die einzelnen Substrate dann von dem Bediener manuell mit Hilfe von Hitzehandschuhen entnommen.
Der auf diese Weise getätigte manuelle Wechsel der Substrate ist zeitintensiv, unergonomisch und häufig sicherheitskritisch. Während der Be- und Entstückung kann die jeweilige Lade- und Beschichtungskammer der Produktionsanlage nicht zur Beschichtung verwendet werden. Zudem kann es bei der manuellen Be- und Entstückung unter den genannten Randbedingungen zu Fehlern bei der Handhabung kommen, was zu Störzeiten der Anlage führt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren, eine Werkstückträgervorrichtung und eine Produktionsanlage bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden. Insbesondere besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Lösung bereitzustellen, die einen schnellen und reproduzierbaren Substratwechsel in einer Beschichtungsanlage ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen und Ausführungsformen des Verfahrens, der Werkstückträgervorrichtung und der Produktionsanlage sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der nachstehenden Beschreibung.
Beschreibung der Erfindung
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wechseln einer Werkstückträgervorrichtung in einer Produktionsanlage zur Beschichtung von Substraten, vorzugsweise zur Beschichtung von Substraten wie Turbinenschaufeln, Schaufeln, Luftleitblechen, etc., bevorzugt mittels eines EB PVD Verfahrens (EB PVD: Electron-Beam Physical Vapor Deposition). Insbesondere kann das Verfahren ein automatisiertes oder vollautomatisiertes Wechseln der Werkstückträgervorrichtung umfassen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine Werkstückträgervorrichtung für eine Produktionsanlage zur Beschichtung von Substraten auch als Werkstückträger, Rechen, Rake, TBC-Rechen oder Ähnliches bezeichnet werden (TBC: Turbine Blade Coating).
Das Verfahren umfasst ein Verlagern der Werkstückträgervorrichtung mittels eines Roboters von einer Bereitstellungszone an der Produktionsanlage zu einer Bearbeitungszone in der Produktionsanlage. Das Verlagern kann ein Greifen der Werkstückträgervorrichtung mittels eines Robotergreifers des Roboters, ein Anheben der Werkstückträgervorrichtung und ein Schwenken der Werkstückträgervorrichtung umfassen. Der Roboter kann beispielsweise ein Gelenkarmroboter, ein Portalroboter, ein Handlingsystem (eine Handhabungseinrichtung) mit mehreren Achsen oder Ähnliches sein. Der Robotergreifer kann dazu ausgebildet sein, wenigstens eine, wenigstens zwei oder mehr als zwei Werkstückträgervorrichtung/en zu greifen.
Das Verfahren umfasst ein lösbares Koppeln der Werkstückträgervorrichtung mit der Produktionsanlage über eine Ankopplungsschnittstelle der Werkstückträgervorrichtung und einen Anschlussabschnitt der Produktionsanlage in der Bearbeitungszone. Das lösbare Koppeln wird durch weiteres Verlagern der Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters realisiert. Insbesondere kann das weitere Verlagern ein vertikales Verlagern, genauer gesagt ein Absenken, der Werkstückträgervorrichtung sein. Das weitere Verlagern erfolgt in der Regel im Anschluss an das Verlagern der Werkstückträgervorrichtung an eine vorgesehene Position in der Bearbeitungszone, insbesondere in eine Ladekammer. Zum lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung mit der Produktionsanlage wird ein Verbindungsarm der Werkstückträgervorrichtung mechanisch an einen Anschlussabschnitt der Produktionsanlage gekoppelt, wodurch der Verbindungsarm relativ zu dem Anschlussabschnitt in einer festen Stellung fixiert bzw. gehalten wird. Hierdurch wird die gesamte Rahmenstruktur der Werkstückträgervorrichtung relativ zu dem Anschlussabschnitt in einer festen Stellung fixiert bzw. gehalten, da der Verbindungsarm vorzugsweise einstückig mit der Rahmenstruktur ausgebildet bzw. ein Teil der Rahmenstruktur sein kann oder zumindest fest mit der Rahmenstruktur verbunden sein kann. Diese feste mechanische Kopplung ist lösbar, insbesondere durch eine vertikale Verlagerung in Form einer Hubbewegung der Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters.
Ferner wird zum lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung mit der Produktionsanlage eine Antriebswelle der Werkstückträgervorrichtung mechanisch an eine antreibende Welle der Produktionsanlage gekoppelt, wodurch die Antriebswelle drehantreibbar mit der antreibenden Welle verbunden wird. Diese mechanische Kopplung ist ebenfalls lösbar, insbesondere durch die vertikale Verlagerung in Form der Hubbewegung der Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit auf einfache Weise einen Wechsel der gesamten Werkstückträgervorrichtung, welche eine Vielzahl an Einzelhaltern bzw. Substrataufnahmen mit daran angeordneten Substraten umfasst. Die gesamte Werkstückträgervorrichtung inklusive einer Vielzahl von Substraten kann somit mittels des Roboters und dank der an der Werkstückträgervorrichtung vorgesehenen mechanischen Ankopplungsschnittstelle automatisiert als Einheit von den weiteren Komponenten der Produktionsanlage entkoppelt und in die Bereitstellungszone oder eine Entnahmezone verlagert werden. Von dort kann die Werkstückträgervorrichtung weitertransportiert und in einer Be- und Entstückungszone be- und entstückt werden. Währenddessen kann mittels des Roboters bereits eine neue vorbereitete Werkstückträgervorrichtung mit zu beschichtenden Substraten von einer Bereitstellungszone in die Bearbeitungszone verlagert und mit der Produktionsanlage gekoppelt werden. Die Be- und Entstü- ckung innerhalb der Anlage erfolgt somit anders als bei herkömmlichen Produktionsanlagen nicht mehr einzeln und manuell. Vielmehr wird gleichzeitig eine Vielzahl an Substraten automatisiert gewechselt. Durch die robotergetätigte mechanische Kopplung und Verlagerung kann der Wechsel reproduzierbar, schneller und sicher realisiert werden. Dabei wird der Anlagenbediener entlastet.
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann der Roboter einen verlagerbaren Verriegelungsbolzen umfassen. Der verlagerbare Verriegelungsbolzen kann vor dem Verlagern der Werkstückträgervorrichtung zu der Bearbeitungszone in eine in dem Verbindungsarm ausgebildete erste Durchgangsbohrung und gleichzeitig in eine in der Antriebswelle ausgebildete erste Antriebswellenbohrung eingebracht werden. Hierdurch kann eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle und dem Verbindungarm blockiert werden, insbesondere während der Verlagerung und der Kopplung der Werkstückträgervorrichtung. Der verlagerbare Verriegelungsbolzen kann nach dem lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung mit der Produktionsanlage aus der ersten Durchgangsbohrung und der ersten Antriebswellenbohrung entfernt bzw. herausgezogen werden. Hierdurch kann eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle und dem Verbindungarm zugelassen werden, was beispielsweise während der nachfolgenden Beschichtung der Substrate erforderlich sein kann, um diese gemäß einem vorgesehenen Programm zu bewegen.
Es versteht sich, dass der verlagerbare Verriegelungsbolzen automatisiert in die ersten Bohrungen hinein und aus diesen heraus verlagerbar ist. Der verlagerbare Verriegelungsbolzen des Roboters kann pneumatisch, hydraulisch und/oder elektromechanisch verlagerbar sein. Durch das Einbringen und Herausziehen des verlagerbaren Verriegelungsbolzens in zugehörige erste Bohrungen kann die Reproduzierbarkeit der Kopplung und somit der Wechsel weiter verbessert und somit die Sicherheit weiter erhöht werden. Der Verriegelungsbolzen kann linear verlagerbar sein, insbesondere vertikal verlagerbar.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Werkstückträgervorrichtung in der Bereitstellungszone auf einem Zentriertablett bzw. einer Zentrierplattform mit einem daran ausgebildeten Zentrierbolzen derart angeordnet sein, dass der Zentrierbolzen in eine in dem Verbindungsarm ausgebildete zweite Durchgangsbohrung und in eine in der Antriebswelle ausgebildete zweite Antriebswellenbohrung eingreift. Hierdurch kann eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle und dem Verbindungarm blockiert werden. Der Zentrierbolzen kann insbesondere ein feststehender Zentrierbolzen sein. Die zweiten Bohrungen können von den ersten Bohrungen in Umfangsrichtung des Verbindungsarms bzw. der Antriebswelle beanstandet sein, beispielsweise um 180° versetzt. Die zweiten Bohrungen können vorzugsweise koaxial zu den ersten Bohrungen angeordnet sein. Der Zentrierbolzen kann dadurch in die zugehörigen ersten Bohrungen eingebracht werden, dass die Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters präzise in einer vorbestimmten Position auf dem Zentriertablett positioniert wird. Insbesondere kann der Zentrierbolzen durch Absenken der Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters in die zugehörigen zweiten Bohrungen eingebracht werden.
Der Zentrierbolzen kann vollständig in die zweiten Bohrungen eingebracht werden, bevor der verlagerbare Verriegelungsbolzen aus den zugehörigen ersten Bohrungen herausgezogen wird und vorzugsweise bevor der Roboter die Werkstückträgervorrichtung loslässt. Somit kann sichergestellt werden, dass die Antriebswelle relativ zu dem Verbindungsarm fixiert ist, solange die Antriebswelle nicht mit der antreibenden Welle mechanisch gekoppelt ist.
Das Zentriertablett kann verlagerbar bzw. fahrbar sein, sodass dieses samt der darauf positionierten Werkstückträgervorrichtung samt Substraten von der Bereitstellungszone in eine von der Produktionsanlage entfernte Be- und Entstückungszone gefahren werden kann.
Vor dem Koppeln der Antriebswelle mit der antreibenden Welle kann in einer Weiterbildung des Verfahrens die antreibende Welle der Produktionsanlage mittels einer Steuerung in eine vorbestimmte Rotationsstellung relativ zu der Antriebswelle gebracht werden. Hierdurch kann das nachfolgende Koppeln bzw. ein Eingreifen eines Abschnitts der Antriebswelle in einen Abschnitt der antreibenden Welle vereinfacht werden. Die Steuerung kann beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung sein bzw. ein PLC-Programm umfassen.
Das Ausrichten der antreibenden Welle in die vorbestimmte Rotationsstellung relativ zu der Antriebswelle kann bereits durch ein Ausrichten zum vorherigen Entkoppeln einer Werkstückträgervorrichtung realisiert werden, wobei die antreibende Welle in diesem Fall während des Wechsels in der ausgerichteten Rotationsstellung verbleibt.
Das Ausrichten der antreibenden Welle zum vorherigen Entkoppeln umfasst ein gleichzeitiges Ausrichten der damit mechanisch noch gekoppelten Antriebswelle. Hierdurch wird die Antriebswelle ebenfalls in eine vorbestimmte Rotationsstellung der Antriebswelle relativ zum Verbindungsarm gebracht, wodurch die erste Antriebswellenbohrung in gemeinsame Ausrichtung mit der ersten Durchgangsbohrung des Verbindungsarms gebracht wird und wodurch die zweite Antriebswellenbohrung in gemeinsame Ausrichtung mit der zweiten Durchgangsbohrung des Verbindungsarms gebracht wird.
In Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner eine automatisierte Verfolgung der zu beschichtenden und/oder der beschichteten Substrate durchgeführt werden, z.B. um deren Position, Beschichtungszustand, Qualität, etc. zu ermitteln. So kann das Verfahren beispielsweise eine Zustandsüberwachung der Substrate umfassen. Die Zustandsüberwachung kann durch Bildverarbeitungsprozesse und/oder ein Messen von Eigenschaften der Substrate realisiert sein. Das Messen von Eigenschaften der Substrate kann z.B. ein Messen und einen Vergleich des Gewichts der Werkstückträgervorrichtung samt Substraten vor und nach dem Beschichten umfassen. Diese weiteren Verfahrensschritte können die Produktionsanlage und den Produktionsprozess noch sicherer und effektiver machen, da die ungeplante Störungen durch die Verfolgung und Überwachung reduziert werden können, was zu geringeren Ausfallzeiten der Anlage führen kann.
Das Verfahren kann insbesondere mittels einer Werkstückträgervorrichtung der nachstehend beschriebenen Art und/oder einer Produktionsanlage der nachstehend beschriebenen Art durchgeführt werden. Diesbezüglich beschriebene Merkmale, Vorteile, Funktionen, Wirkweisen, Ausführungsformen und Weiterbildungen können entsprechend für Weiterbildungen des Verfahrens gelten und andersherum.
Das Verfahren kann ein Wechseln von mehr als einer Werkstückträgervorrichtung, beispielsweise von zwei, drei oder mehr als drei Werkstückträgervorrichtungen, gleichzeitig umfassen. Die vorstehend in Bezug auf die Werkstückträgervorrichtung beschriebenen Merkmale, Funktionen und Aspekte gelten in diesem Fall entsprechend für die weitere/n Werkstückträgervorrich- tung/en.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Werkstückträgervorrichtung für eine Produktionsanlage zum Beschichten von Substraten, vorzugsweise zur Beschichtung von Turbinenschaufeln, Schaufeln, Luftleitblechen, etc., bevorzugt mittels eines EB PVD Verfahrens (EB PVD: Electron-Beam Physical Vapor Deposition). Die Werkstückträgervorrichtung kann hier auch als Werkstückträger, Rechen, Rake, TBC-Rechen oder Ähnliches bezeichnet werden.
Die Werkstückträgervorrichtung umfasst eine Rahmenstruktur mit einer Mehrzahl von daran ausgebildeten Einzelhaltern bzw. Substrataufnahmen zum Halten einer Mehrzahl von Substraten. Jeweils ein Einzelhalter kann zum Halten eines Substrats ausgebildet sein.
Die Werkstückträgervorrichtung umfasst einen länglichen Verbindungsarm, der die Rahmenstruktur und somit der Mehrzahl von Einzelhaltern mit einem Anschlussabschnitt der Produktionsanlage verbindet. Der Verbindungsarm hat eine Längsachse entlang welcher sich der Verbindungsarm erstreckt. Der Verbindungsarm kann insbesondere rohrförmig sein. Der Verbindungsarm weist vorzugsweise eine kreisförmige Querschnittsfläche auf. Der Verbindungsarm und die Rahmenstruktur können insbesondere einstückig ausgebildet sein. So kann der Verbindungsarm beispielsweise ein Teil, Bereich oder Abschnitt der Rahmenstruktur sein. Zum Beispiel kann der Verbindungsarm ein Endabschnitt der Rahmenstruktur bzw. der Werkstückträgervorrichtung sein.
Die Werkstückträgervorrichtung umfasst eine in dem Verbindungsarm drehbar gelagerte Antriebswelle, die mechanisch mit der Mehrzahl von Einzelhaltern gekoppelt ist, um die Mehrzahl von Substraten anzutreiben bzw. zu bewegen. Die Antriebswelle ist also in dem Verbindungs- arm angeordnet und erstreckt sich zumindest abschnittsweise durch den Verbindungsarm hindurch entlang der Längsachse des Verbindungsarms bzw. hat eine gemeinsame Längsachse mit dem Verbindungsarm. Durch Bewegen der Antriebswelle können die mechanisch damit verbundenen Einzelhalter und somit die von diesen gehaltenen Substrate einzeln bewegt werden, was insbesondere während des Beschichtens von Relevanz ist.
Die Werkstückträgervorrichtung umfasst eine Ankopplungsschnittstelle über die die Werkstückträgervorrichtung mittels eines Roboters lösbar mit der Produktionsanlage koppelbar ist. Die Ankopplungsschnittstelle kann insbesondere an einem von der Mehrzahl von Einzelhaltern abgewandten Ende des Verbindungsarms ausgebildet sein. Mittels der Ankopplungsschnittstelle ist der Verbindungsarm mechanisch an den Anschlussabschnitt der Produktionsanlage koppelbar, um den Verbindungsarm und die fest mit diesem verbundene oder einstückig damit ausgebildete Rahmenstruktur (also die Werkstückträgervorrichtung) relativ zu dem Anschlussabschnitt in einer festen Stellung zu halten. Zudem ist mittels der Ankopplungsschnittstelle die Antriebswelle mechanisch an eine antreibende Welle der Produktionsanlage koppelbar, um die Antriebswelle drehantreibbar mit der antreibenden Welle zu verbinden. Die Ankopplungsschnittstelle realisiert somit sowohl eine feste statische Verbindung zum Halten und Fixieren der Werkstückträgervorrichtung als auch eine mechanische Verbindung zum Übertragen dynamischer Bewegungen (insbesondere Rotationsbewegungen). Es versteht sich, dass die beschriebenen mechanischen Kopplungen lösbare Verbindungen sind.
Die mechanischen Kopplungen können insbesondere durch ein Hub-/Senkbewegung der Werkstückträgervorrichtung gelöst bzw. hergestellt werden, d.h. durch eine vertikale Verlagerung der Werkstückträgervorrichtung quer zur Längsachse des Verbindungsarms. Die Hub-/Senkbewe- gung der Werkstückträgervorrichtung kann durch Verlagerung der Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters erfolgen.
Die erfindungsgemäße Werkstückträgervorrichtung ermöglicht durch die daran ausgebildete mechanische Ankopplungsschnittstelle ein automatisiertes und/oder vollautomatisiertes Wechseln der gesamten Werkstückträgervorrichtung samt Rahmenstruktur mit der Mehrzahl von Einzelhaltern und der daran angeordneten Mehrzahl von Substraten. Eine solche mechanische Ankopplungsschnittstelle ist auch unter hohen Temperaturen verwendbar und erlaubt selbst unter den Umgebungsbedingungen in einer Bearbeitungszone einer Beschichtungsanlage eine verlässliche und sichere Kopplung und Entkopplung.
In einer Ausführungsform umfasst die Ankopplungsschnittstelle zwei an einer Umfangsfläche des Verbindungsarms ausgebildete Angriffsflächen für einen Robotergreifer des Roboters. Die zwei Angriffsflächen können einander im Wesentlichen entgegengesetzt angeordnet sein. Die zwei Angriffsflächen können beispielsweise in die Umfangsfläche des Verbindungsarms gefräste Ausnehmungen sein, die jeweils eine im Wesentlichen ebene, nicht gerundete Grundfläche haben, sodass ein komplementärer Robotergreifer optimal an diesen Grundflächen angreifen kann.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Ankopplungsschnittstelle eine in dem Verbindungsarm ausgebildete erste Durchgangsbohrung für einen Verriegelungsbolzen des Roboters umfassen. Die Ankopplungsschnittstelle kann eine in der Antriebswelle ausgebildete erste Antriebswellenbohrung für den Verriegelungsbolzen des Roboters umfassen, wobei die erste Durchgangsbohrung und die erste Antriebswellenbohrung in einer vorbestimmten Rotationsstellung der Antriebswelle relativ zu dem Verbindungsarm miteinander ausgerichtet sind. Miteinander ausgerichtet bedeutet hier, dass diese beiden Bohrungen im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet und entlang ihrer Rotationsachse voneinander beabstandet sind, sodass der Verriegelungsbolzen durch die erste Durchgangsbohrung in die erste Antriebswellenbohrung eingebracht werden kann, wodurch der Verriegelungsbolzen gleichzeitig mit der ersten Durchgangsbohrung und der ersten Antriebswellenbohrung in Eingriff steht. Somit kann der Verriegelungsbolzen während des Eingriffs eine Relativbewegung, insbesondere eine Drehbewegung, zwischen der Antriebswelle und dem Verbindungsarm blockieren bzw. verhindern. Der Verriegelungsbolzen kann auch als Verriegelungsstift, Verriegelungsdorn oder Ähnliches bezeichnet werden.
In einer Weiterbildung der Werkstückträgervorrichtung kann die Ankopplungsschnittstelle eine in dem Verbindungsarm ausgebildete zweite Durchgangsbohrung für einen Zentrierbolzen eines Zentriertabletts umfassen. Die Ankopplungsschnittstelle kann eine in der Antriebswelle ausgebildete zweite Antriebswellenbohrung für einen Zentrierbolzen eines Zentriertabletts umfassen, wobei die zweite Durchgangsbohrung und die zweite Antriebswellenbohrung in einer vorbestimmten Rotationsstellung der Antriebswelle relativ zu dem Verbindungsarm miteinander ausgerichtet sind. Die vorbestimmte Rotationsstellung kann insbesondere der vorstehend in Bezug auf die ersten Bohrungen beschriebenen vorbestimmten Rotationsstellung entsprechen. Miteinander ausgerichtet bedeutet hier, dass diese beiden Bohrungen im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet und entlang ihrer Rotationsachse voneinander beabstandet sind, sodass der Zentrierbolzen durch die zweite Durchgangsbohrung in die zweite Antriebswellenbohrung eingebracht werden kann, wodurch der Zentrierbolzen gleichzeitig mit der zweiten Durchgangsbohrung und der zweiten Antriebswellenbohrung in Eingriff steht. Somit kann der Zentrierbolzen während des Eingriffs eine Relativbewegung, insbesondere eine Drehbewegung, zwischen der Antriebswelle und dem Verbindungsarm blockiert bzw. verhindert. Der Zentrierbolzen kann auch als Zentrierstift, Zentrierdorn oder Ähnliches bezeichnet werden. In einer Ausführungsform kann die Ankopplungsschnittstelle einen an einem Ende der Antriebswelle ausgebildeten schwertförmigen Abschnitt umfassen. Mit anderen Worten kann die Ankopplungsschnittstelle eine/ an einem Ende der Antriebswelle ausgebildete/n Passfeder oder Vorsprung umfassen. Der schwertförmige Abschnitt bzw. der Vorsprung/die Passfeder kann an einer Stirnfläche des Endes der Antriebswelle ausgebildet sein. Das hier beschriebene Ende der Antriebswelle kann ein in einem nicht montierten Zustand der Werkstückträgervorrichtung ein freies Ende der Antriebswelle sein. Der schwertförmige Abschnitt bzw. der Vorsprung/die Passfeder ist dazu ausgebildet, mit einer komplementären Ausnehmung (z.B. Nut oder Schlitz) der antreibenden Welle in Eingriff zu gelangen, sodass eine formschlüssige Verbindung zwischen der antreibenden Welle und der Antriebswelle realisierbar ist, die zumindest eine Übertragung von Drehbewegungen von der antreibenden Welle auf die Antriebswelle ermöglicht. Für einen Eingriff des schwertförmigen Abschnitts bzw. des Vorsprungs/der Passfeder in die komplementäre Ausnehmung zu ermöglichen, können die Antriebswelle und die antreibende Welle jeweils in eine vorbestimmte Rotationsstellung gebracht und so zueinander ausgerichtet werden. Die hier beschriebene vorbestimmte Rotationsstellung der Antriebswelle kann insbesondere der vorstehend in Bezug auf die ersten und/oder zweiten Bohrungen beschriebenen vorbestimmten Rotationsstellung entsprechen.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Ankopplungsschnittstelle einen an einem Ende des Verbindungsarms ausgebildeten Kragen umfassen, insbesondere an einem in einem nicht montierten Zustand der Werkstückträgervorrichtung freien Ende des Verbindungsarms. Der Kragen kann in Form eines Kreisringsegments ausgebildet sein, welches sich in axialer Richtung über das Ende des Verbindungsarms hinaus erstreckt. Das Kreisringsegment kann denselben Außendurchmesser aufweisen wie die sich daran anschließende Umfangsfläche des Verbindungsarms. Das Kreisringsegment kann die Umfangsfläche über das Ende des Verbindungsarms hinaus verlängern und einstückig mit der Umfangsfläche ausgebildet sein. Der Kragen kann einen an seiner Innenumfangsfläche ausgebildeten Haltevorsprung umfassen, der sich ausgehend von der Innenumfangsfläche des Kragens in Richtung der Längsachse erstreckt. Der Haltevorsprung stellt somit eine Art Flanschabschnitt dar. Der Haltevorsprung kann dazu ausgebildet sein, bei einem Koppeln der Werkstückträgervorrichtung einen Abschnitt oder eine Komponente des Anschlussabschnitts zu hintergreifen, insbesondere einen Flansch des Anschlussabschnitts.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Produktionsanlage zum Beschichten von Substraten, insbesondere zum Beschichten von Turbinenschaufeln, Schaufeln, Luftleitblechen, etc., bevorzugt mittels eines EB PVD Verfahrens. Die Produktionsanlage umfasst wenigstens eine Werkstückträgervorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, die mit einem Anschlussabschnitt eines Rakearms der Produktionsanlage lösbar verbunden oder verbindbar ist. Die Produktionsanlage umfasst eine antreibende Welle, die drehbar in dem Anschlussabschnitt gelagert und mittels eines Motors drehantreibbar ist. Der Motor kann in die Produktionsanlage integriert oder extern angeordnet sein.
In einer Ausführungsform kann die Produktionsanlage einen Roboter umfassen, der dazu ausgebildet ist, die Werkstückträgervorrichtung mit dem Anschlussabschnitt zu verbinden, die Werkstückträgervorrichtung von dem Anschlussabschnitt zu entkoppeln und die Werkstückträgervorrichtung zu verlagern. Der Roboter kann beispielsweise ein Gelenkarmroboter, ein Portalroboter, ein Handlingsystem (eine Handhabungseinrichtung) mit mehreren Achsen oder Ähnliches sein. Insbesondere kann der Roboter dazu ausgebildet sein, die Werkstückträgervorrichtung durch Positionieren und Absenken mit dem Anschlussabschnitt des Rakearms zu verbinden bzw. zu koppeln. Insbesondere kann der Roboter dazu ausgebildet sein, die Werkstückträgervorrichtung durch Anheben von dem Anschlussabschnitt des Rakearms zu entkoppeln bzw. zu lösen. Somit ist ein sehr einfaches Koppeln und Entkoppeln unter Verwendung der Werkstückträgervorrichtung und einem Roboter möglich.
Der Roboter kann einen verlagerbaren Verriegelungsbolzen umfassen, der in die erste Durchgangsbohrung und die erste Antriebswellenbohrung einbringbar und aus diesen entfernbar ist. Der Verriegelungsbolzen kann pneumatisch, hydraulisch und/oder elektromechanisch verlagerbar sein, wobei die Verlagerung des Verriegelungsbolzens automatisch über ein Steuerprogramm aktivierbar sein kann. Der Verriegelungsbolzen kann linear verlagerbar sein, insbesondere vertikal verlagerbar.
Der Anschlussabschnitt kann einen sich von einer Stirnfläche des Rakearms aus in axialer Richtung erstreckenden Kreisring mit einem daran ausgebildeten Flansch umfassen. Der Rake- arm beschreibt einen Rahmenabschnitt der Produktionsanlage zum Tragen oder Stützen eines daran anbringbaren Werkstückträgervorrichtung. Der Flansch erstreckt sich ausgehend von einer Außenumfangsfläche des Kreisrings in einer von einer Längsachse des Kreisrings abgewandten Richtung, genauer gesagt in einem montierten Betriebszustand der Produktionsanlage in der Regel nach oben. Der Kreisring und der Flansch können eine gemeinsame axiale Ausnehmung umfassen, die in dem Kreisring und dem Flansch ausgebildet ist. Insbesondere kann die axiale Ausnehmung in einem montierten Betriebszustand der Produktionsanlage in einem oberen Bereich des Kreisrings und des Flanschs ausgebildet sein. Über die axiale Ausnehmung kann ein Abschnitt der Antriebswelle in den Anschlussabschnitt (in den Kreisring und den Flansch) einbringbar sein, um die Antriebswelle mit der antreibenden Welle zu verbinden. Ge- nauer gesagt kann der schwertförmige Abschnitt bzw. der Vorsprung/die Passfeder der Antriebswelle durch die axiale Ausnehmung hindurch in die komplementäre Ausnehmung (z.B. Nut oder Schlitz) der antreibenden Welle eingebringbar sein, wenn die antreibende Welle und die Antriebswelle entsprechend einer vorbestimmten Rotationsstellung zueinander und zu der axialen Ausnehmung ausgerichtet sind.
Die antreibende Welle kann hierzu die in der Stirnfläche ausgebildete komplementäre Ausnehmung (z.B. Nut oder Schlitz) aufweisen, in die der schwertförmige Abschnitt bzw. der Vorsprung/die Passfeder der Antriebswelle einbringbar ist. Die Stirnfläche kann eine der Antriebswelle zugewandte Stirnfläche der antreibenden Welle sein.
In einer Weiterbildung kann die Produktionsanlage ein Zentriertablett mit einem daran ausgebildeten Zentrierbolzen umfassen. Das Zentriertablett kann an einer vorbestimmten Position an der Produktionsanlage anordenbar bzw. angeordnet sein, insbesondere in einer Bereitstellungszone. Die Werkstückträgervorrichtung kann auf dem Zentriertablett positionierbar sein. Das Zentriertablett stellt eine Plattform zum vorübergehenden Aufnehmen der Werkstückträgervorrichtung dar. Der Zentrierbolzen kann ein feststehender Bolzen, Stift oder Ähnliches sein, der in die zweiten Bohrungen des Verbindungsarms und der Antriebswelle einbringbar ist, um eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle und dem Verbindungarms zu verhindern. Zum Aufnehmen und Halten der Werkstückträgervorrichtung auf dem Zentriertablett kann die Werkstückträgervorrichtung mittels des Roboters auf dem Zentriertablett abgelegt werden.
Die Produktionsanlage kann mehr als eine Werkstückträgervorrichtung umfassen, beispielsweise zwei, drei oder mehr als drei Werkstückträgervorrichtungen. Die vorstehend in Bezug auf die Werkstückträgervorrichtung beschriebenen Merkmale, Funktionen und Aspekte gelten in diesem Fall entsprechend für die weitere/n Werkstückträgervorrichtung/en.
Es versteht sich, dass das Verfahren und die Werkstückträgervorrichtung auch für weitere Anwendungen und Produktionsanlagen geeignet sind, bei denen hohe Temperaturen vorherrschen und mechanische Bewegungsschnittstellen erforderlich sind.
Obgleich einige Merkmale, Vorteile, Funktionen, Wirkweisen, Ausführungsformen und Weiterbildungen vorstehend nur in Bezug auf das Verfahren, die Werkstückträgervorrichtung oder die Produktionsanlage beschrieben wurden, können diese entsprechend auch für die jeweils Anderen des Verfahrens, der Werkstückträgervorrichtung oder der Produktionsanlage gelten. Kurzbeschreibunq der Figuren
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Bezug auf die beiliegenden schematischen Figuren näher erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Produktionsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Zustand.
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Produktionsanlage aus Fig. 1 in einem zweiten Zustand.
Fig. 3 eine schematische Draufsicht einer Produktionsanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines Roboters der Produktionsanlage aus Fig. 3.
Fig. 5 eine schematische Detailansicht der Produktionsanlage aus Fig. 1 im Bereich der Ankopplungsschnittstelle in einem nicht gekoppelten Zustand.
Fig. 6 eine weitere schematische Detailansicht der Produktionsanlage aus Fig. 1 im Bereich der Ankopplungsschnittstelle in einem nicht gekoppelten Zustand.
Fig. 7 eine schematische Detailansicht der Produktionsanlage aus Fig. 1 im Bereich der Ankopplungsschnitt in einem gekoppelten Zustand.
Fig. 8 eine schematische Detailansicht der Produktionsanlage aus Fig. 1 , die einen Ausschnitt einer auf einem Zentriertablett positionierten Werkstückträgervorrichtung zeigt.
Fig. 9 eine Schnittansicht zur Darstellung der in Fig. 9 gezeigten Detailansicht.
Fig. 10 einen Greifer des Roboters mit verlagerbarem Verriegelungsbolzen.
Fiqurenbeschreibunq
Figuren 1 und 2 zeigen eine Produktionsanlage 10 zum Beschichten einer Vielzahl von Substraten 12, von denen aus Übersichtsgründen nur eines mit einem Bezugszeichen versehen ist.
Genauer gesagt ist die Produktionsanlage 10 in der gezeigten Ausführungsform eine Beschichtungsanlage zum Beschichtung von Substraten 12 in Form von Turbinenschaufeln. Alternativ kann die Beschichtungsanlage auch zum Beschichten von Schaufeln, Luftleitblechen oder sonstigen Bauteilen mittels eines EB PVD Verfahrens verwendet werden.
Die Substrate 12 sind an einer Werkstückträgervorrichtung 50 der Produktionsanlage 10 angebracht bzw. werden von dieser getragen. In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 sind vier Werkstückträgervorrichtungen 50 gezeigt. Jeweils zwei Werkstückträgervorrichtungen 50 bilden zusammen eine Doppelrechenanordnung. Der Übersicht halber sind lediglich die Unterkomponenten von einer der Werkstückträgervorrichtungen einzeln mit Bezugszeichen versehen. Die in Bezug auf diese Werkstückträgervorrichtung 50 beschriebenen Merkmale, etc. gelten entsprechend für die anderen Werkstückträgervorrichtungen 50.
Jede der Werkstückträgervorrichtungen 50 umfasst eine Rahmenstruktur 52 mit einer Vielzahl daran ausgebildeter Einzelhalter 54 bzw. Substrataufnahmen 54. Jeweils ein Substrat 12 wird von einem zugehörigen Einzelhalter 54 gehalten, wobei die Einzelhalter 54 über eine Antriebswelle 56 (siehe Fig. 6, und 7 bis 9) der Werkstückträgervorrichtung 50 bewegbar sind, um die Substrate 12 während der Beschichtung gemäß eines vorbestimmten Bewegungsablaufs zu bewegen.
Die Werkstückträgervorrichtung 50 umfasst einen länglichen Verbindungsarm 58. Dieser längliche Verbindungsarm 58 schließt sich an die Rahmenstruktur 52 an bzw. ist hier einstückig mit der Rahmenstruktur 52 ausgebildet und somit ein Teil der Rahmenstruktur 52. Der Verbindungsarm 58 ist dazu eingerichtet, die Rahmenstruktur 52 mit einem hier L-förmigen Rakearm 24 der Produktionsanlage 10 zu verbinden. Hierzu ist der Verbindungsarm 58 an einem Ende mit einer speziellen Ankopplungsschnittstelle 60 versehen. Der Rakearm 24 selbst ist wieder- rum an einen Manipulator 25 der Produktionsanlage 10 angekoppelt und mittels des Manipulators 25 bewegbar.
Um die Substrate 12 zu beschichten, wird wenigstens eine (hier zwei) der Werkstückträgervorrichtungen 50 in einer Bearbeitungszone 14 der Produktionsanlage 10 positioniert. Die Bearbeitungszone ist in dem gezeigten Beispiel eine Ladekammer der Produktionsanlage 10, von welcher aus die Werkstückträgervorrichtungen 50 durch lineares Verlagern des Manipulators 25 in eine Beschichtungskammer einbringbar sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Beschichtungsanlagen werden die Substrate 12 in der erfindungsgemäßen Produktionsanlage 10 nicht einzeln in die Bearbeitungszone 14 eingebracht, sondern es wird gleichzeitig eine Vielzahl an Substraten 12 durch Verlagern der gesamten Werkstückträgervorrichtung 50 in die Bearbeitungszone 14 eingebracht. Genauer gesagt werden in der gezeigten Produktionsanlage 10 gleichzeitig zwei Werkstückträgervorrichtungen 50 in die Bearbeitungszone 14 verlagert.
Hierzu umfasst die Produktionsanlage 10 einen Roboter 16. Der Roboter 16 ist in der gezeigten Ausführungsform ein Gelenkarmroboter. Der Roboter 16 umfasst an dem Ende des Roboterarms zwei Robotergreifer 18, mittels welchen zwei separate Werkstückträgervorrichtungen 50 gleichzeitig gegriffen werden können, um diese anschließend zu verlagern, d.h. anzuheben, zu schwenken und abzusenken. Es versteht sich, dass der Roboter 16 in alternativen Ausführungsbeispielen nur einen Robotergreifer 18 zum Greifen einer Werkstückträgervorrichtung 50 oder mehr als zwei Robotergreifer zum Greifen von mehr als zwei separaten Werkstückträgervorrichtungen umfassen kann. Das Greifen, Anheben, Schwenken und Absenken kann automatisiert erfolgen und durch ein Steuerungsprogramm vorgegeben sein.
Der Roboter 16 ist dazu ausgebildet und eingerichtet, die Werkstückträgervorrichtungen 50 von einer Bereitstellungszone 20 in die Bearbeitungszone 14 zu verlagern. Somit können mit zu beschichtenden Substraten 12 vorbestückte Werkstückträgervorrichtungen 50 in der Bereitstellungszone 20 bereitgestellt werden. Insbesondere können die Werkstückträgervorrichtungen 50 hierzu in der Bereitstellungszone 20 auf einem Zentriertablett 80 platziert sein, um eine vorbestimmte Position, Rotationsstellung und Orientierung der Werkstückträgervorrichtungen 50 in der Bereitstellungszone 20 sicherzustellen.
Ferner ist der Roboter 16 dazu ausgebildet und eingerichtet, die Werkstückträgervorrichtungen 50 nach der Bearbeitung von der Bearbeitungszone 14 eine Entnahmezone 22 zu verlagern. Somit können die mit den nun beschichteten Substraten 12 bestückten Werkstückträgervorrichtungen 50 aus der Entnahmezone 20 abtransportiert werden. Auch in der Entnahmezone 22 können die Werkstückträgervorrichtungen 50 wiederrum auf einem Zentriertablett 82 platziert werden, um erneut eine vorbestimmte Position, Rotationsstellung und Orientierung der Werkstückträgervorrichtungen 50 sicherzustellen.
Genauer gesagt umfassen die Zentriertabletts 80, 82 zum Sicherstellen der vorbestimmten Position, Rotationsstellung und Orientierung der Werkstückträgervorrichtungen 50 jeweils wenigstens eine Aufnahme 84 und einen Zentrierbolzen 86 (in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils zwei Aufnahmen 84 und zwei Zentrierbolzen 86). Die Werkstückträgervorrichtungen 50 können mittels des Roboters 16 in der jeweils zugehörigen Aufnahme 84 positioniert werden, sodass der zugehörige Zentrierbolzen 86 in eine Bohrung (siehe Figuren 8 und 9) der Werkstückträgervorrichtung 50 eingreift. Die Funktion der Zentrierbolzen 86 ist im Zusammenhang mit den Figuren 8 und 9 näher beschrieben.
Durch Vorsehen unterschiedlicher Bereitstellungs- und Entnahmezonen 20, 22 können Arbeitsschritte parallel ausgeführt werden, sodass beispielsweise bereits eine oder mehrere neue Werkstückträgervorrichtung/en 50 mit unbeschichteten Substraten 12 in der Bereitstellungszone 20 bereitstehen kann/können, während eine oder mehrere Werkstückträgervorrichtung/en 50 mit gerade beschichteten Substraten 12 von der Bearbeitungszone 14 in die Entnahmezone 22 verlagert wird/werden.
Das Bestücken der Werkstückträgervorrichtungen 50 mit zu beschichtenden Substraten 12 kann entweder in der Bereitstellungszone 20 erfolgen oder in einer von der Bereitstellungszone 20 beabstandeten Bestückungszone (nicht gezeigt). Das Entnehmen der beschichteten Substrate 12 kann entweder in der Entnahmezone 22 erfolgen oder in einer von der Entnahmezone 22 beabstandeten Entstückungszone (nicht gezeigt). Um die jeweilige Werkstückträgervorrichtung 50 von der Bestückungszone in die Bereitstellungszone 20 zu transportieren und/oder von der Entnahmezone 22 in die Entstückungszone zu transportieren, können die zugehörigen Zentriertabletts verlagerbar sein, z.B. fahr-, schiebbar oder Ähnliches.
Wie in den Darstellungen der Figuren 1 und 2 zu erkennen ist, zeigt Fig. 1 die Produktionsanlage 10 in einem Zustand, in dem sich zwei Werkstückträgervorrichtungen 50 in der Bearbeitungszone 14 befinden. Zwei weitere Werkstückträgervorrichtungen 50 mit zur Beschichtung vorgesehenen Substraten sind in der Bereitstellungszone 20 positioniert. Der Roboter 16 hält bzw. trägt in dem Zustand der Fig. 1 keine Werkstückträgervorrichtungen. Fig. 2 zeigt demgegenüber einen Zustand der Produktionsanlage 10 kurz nach der Entnahme zweier Werkstückträgervorrichtungen 50 mit beschichteten Substraten 12 aus der Bearbeitungszone 14. Der Roboter 16 hält bzw. trägt die beiden Werkstückträgervorrichtungen 50 mittels der beiden Robotergreifers 18, um diese in die Entnahmezone 22 zu verlagern und dort auf dem Zentriertablett 82 zu positionieren. Anschließend greift der Roboter 16 mittels der beiden Robotergreifer 18 die in der Bereitstellungszone 20 vorbereiteten und auf dem Zentriertablett 80 positionierten Werkstückträgervorrichtungen 50 mit zu beschichtenden Substraten, um diese in die Bearbeitungszone 14 einzubringen.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Produktionsanlage 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Produktionsanlage 100 entspricht im Wesentlichen der Produktionsanlage 10 der Figuren 1 und 2, weist lediglich eine geringfügig abgewandelte Anordnung der Bauteile auf. Die Bauteile der Produktionsanlage 100 sind daher mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 versehen. Die Erläuterungen zur Produktionsanlage 10 gelten entsprechend für die Produktionsanlage 100.
Ein Ausschnitt der Werkstückträgervorrichtung 50 im Bereich der Ankopplungsschnittstelle 60 und eines Endabschnitts eines Rakearms 24 der Produktionsanlage 10 ist in den Fig. 5, 6 und 7 näher gezeigt. Hierbei zeigen die Fig. 5 und 6 die Ankopplungsschnittstelle 60 in einem nicht gekoppelten Zustand, also kurz vor oder kurz nach einer Kopplung mit dem Rakearm 24 der Produktionsanlage 10. Fig. 7 zeigt die Ankopplungsschnittstelle 60 in einem gekoppelten Zustand.
Die Ankopplungsschnittstelle 60 ist derart ausgebildet, dass die Werkstückträgervorrichtung 50 mittels des Roboters 16 lösbar mit der Produktionsanlage 10 koppelbar ist, insbesondere mit einem Rakearm 24 der Produktionsanlage 10. Lösbar bedeutet, dass durch Koppeln der Werkstückträgervorrichtung 50 mit der Produktionsanlage 10 mittels der der Ankopplungsschnittstelle 60 vorübergehend eine feste Verbindung zwischen der Werkstückträgervorrichtung 50 und der Produktionsanlage 10 herstellbar ist. Diese feste Verbindung kann zum Wechseln der Werkstückträgervorrichtung 50 wieder gelöst werden, ohne hierzu Komponenten beschädigen zu müssen.
Die strukturelle Ausbildung der Werkstückträgervorrichtung 50 im Bereich ihrer Ankopplungsschnittstelle 60 erlaubt ein einfaches An- und Abkoppeln an den Rakearm 24 der Produktionsanlage 10 und ermöglicht somit erstmals ein automatisiertes Wechseln der gesamten Werkstückträgervorrichtung 50 samt einer Vielzahl von Substraten 12.
Wie in den Fig. 5 bis 7 erkennbar ist, ist der Verbindungsarm 58 mittels der Ankopplungsschnittstelle 60 statisch an einen Anschlussabschnitt 26 des Rakearms 24 der Produktionsanlage 10 koppelbar, um den Verbindungsarm 58 relativ zu dem Anschlussabschnitt 26 und somit zu dem Rakearm 24 in einer festen Stellung zu halten. Dadurch wird die Rahmenstruktur 52 bzw. die gesamte Werkstückträgervorrichtung 50 relativ zu dem Rakearm 24 in einer festen Stellung gehalten.
Ferner ist zu erkennen, dass mittels der Ankopplungsschnittstelle 60 die Antriebswelle 56 mechanisch an eine antreibende Welle 28 der Produktionsanlage 10 koppelbar ist, um die Antriebswelle 56 drehantreibbar mit der antreibenden Welle 28 zu verbinden. Die antreibende Welle 28 ist drehbar in dem Anschlussabschnitt 26 bzw. dem Rakearm 24 gelagert und wieder- rum mittels eines Motors (nicht gezeigt) der Produktionsanlage 10 drehantreibbar. Die Antriebswelle 56 ist in dem Verbindungsarm 58 drehbar gelagerte Antriebswelle und mechanisch mit der Mehrzahl von Einzelhaltern 54 gekoppelt ist. Somit ist bei einer Kopplung der Antriebswelle 56 und der antreibenden Welle 28 die Mehrzahl von Substraten 12 mittels des Motors in gewünschter Weise antreibbar.
Zum lösbaren Koppeln des Verbindungsarms 58 mit dem Anschlussabschnitt 26 des Rakearms 24 umfasst die Ankopplungsschnittstelle 60 in der gezeigten Ausführungsform einen Kragen 62, der über ein freies Ende des Verbindungsarms 58 in Richtung des Rakearms 24 hervorsteht. Der Kragen 62 erweitert bzw. verlängert einen Teil der Außenumfangsfläche des Verbindungsarms 58 in axialer Richtung. Der Verbindungsarm 58 ist in der gezeigten Ausführungsform rohrförmig ausgebildet, sodass der Kragen 62 für sich die Form eines Kreisringsegments hat. An seiner Innenumfangsfläche ist der Kragen 62 mit einem Haltevorsprung 64 (siehe Fig. 6 und 7) versehen, der in Richtung der Längsachse von der Innenumfangsfläche hervorsteht, d.h. in den Fig. 5 bis 7 nach unten hervorsteht. Der Haltevorsprung 64 ist dazu ausgebildet, bei einem Koppeln der Werkstückträgervorrichtung 60 mit dem Rakearm 24 einen Flansch 30 des Anschlussabschnitts 26 zu hintergreifen. Der Flansch 30 ist an einem Kreisring 32 des Anschlussabschnitts 26 ausgebildet, wobei sich der Kreisring 32 von einer Stirnfläche 34 des Rakearms 24 aus in axialer Richtung auf den Verbindungsarm 58 zu erstreckt. Der Flansch 30 erstreckt sich ausgehend von einer Außenumfangsfläche des Kreisrings 32 in der in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Darstellung nach oben. Der Kreisring 32 und der daran ausgebildete Flansch 30 sind mit einer gemeinsamen axialen Ausnehmung 36 versehen. Wie in der Zusammenschau der Fig. 5 bis 7 zu erkennen ist, kann das lösbare Koppeln auf einfache Weise durch Absenken der Werkstückträgervorrichtung 50 in Richtung der Längsachse des Rakearms 24 realisiert werden. Es versteht sich, dass das Entkoppeln in ähnlicher Weise durch Abheben der Werkstückträgervorrichtung 50 realisiert werden kann.
Ferner ist die Antriebswelle 56 zum lösbaren Koppeln mit der antreibenden Welle 28 mit einem schwertförmigen Endabschnitt 66 versehen. Das heißt an einem Ende der Antriebswelle 56 weist die Stirnfläche einen länglichen Vorsprung 66 bzw. eine Passfeder 66 (schwertförmigen Endabschnitt 66) auf, die in Richtung der antreibenden Welle 28 vorsteht. Die Länge des Vorsprungs 66/der Passfeder 66 entspricht hier dem Durchmesser der Antriebswelle 56. Der Vorsprung 66 bzw. die Passfeder 66 ist dazu ausgebildet, mit einer komplementären Ausnehmung 38 (bzw. Nut oder Schlitz) der antreibenden Welle 28 in Eingriff zu gelangen, sodass eine formschlüssige Verbindung zwischen der antreibenden Welle 28 und der Antriebswelle 56 realisierbar ist, die eine Übertragung von Drehbewegungen von der antreibenden Welle 28 auf die Antriebswelle 56 ermöglicht. Hierzu ist der Vorsprung 66/die Passfeder 66 durch die axiale Ausnehmung 36 hindurch in die Nut 38/den Schlitz 38 der antreibenden Welle eingebringbar. Wie in der Zusammenschau der Fig. 5 bis 7 zu erkennen ist, kann dieser Eingriff durch Absenken der Werkstückträgervorrichtung 50 in Richtung der Längsachse des Rakearms 24 realisiert werden. Es versteht sich, dass das Entkoppeln der Wellen 28, 56 in ähnlicher Weise durch Abheben der Werkstückträgervorrichtung 50 realisiert werden kann.
Um den Vorsprung 66/die Passfeder 66 in die Nut 38/den Schlitz 38 einzubringen, sind die Antriebswelle 56 und die antreibende Welle 28 zuvor in eine vorbestimmte Rotationsstellung zueinander zu bringen. Diese Ausrichtung zueinander ist in den Fig. 5 bis 7 gezeigt. Die antreibende Welle 28 wird hierzu vor dem Koppeln und/oder dem Entkoppeln mittels des Motors und einem PLC-Programm in die gezeigte Rotationsstellung gebracht.
Die Rotationsstellung der Antriebswelle 56 wird in der gezeigten Ausführungsform mit Hilfe von Zentrier-/Verriegelungsbolzen und zugehörigen Bohrungen realisiert. Der Verbindungsarm 58 umfasst hierfür eine erste Durchgangsbohrung 68, die sich durch die Wand des Verbindungsarms 58 hindurch erstreckt. Zudem umfasst die Antriebswelle 56 eine zugehörige erste Antriebswellenbohrung 70 (Fig. 7). Die erste Durchgangsbohrung 68 und die erste Antriebswellenbohrung 70 sind in axialer Richtung gleich weit von der Stirnfläche der Antriebswelle 56 beab- standet. Da die Antriebswelle 56 relativ zu dem Verbindungsarm 58 drehbar ist, sind die erste Durchgangsbohrung 68 und die erste Antriebswellenbohrung 70 nur in einer vorbestimmten relativen Rotationsstellung der Antriebswelle 56 und des Verbindungsarms 58 der Rahmenstruktur 52 koaxial zueinander angeordnet.
Der Verbindungsarm 58 umfasst ferner eine zweite Durchgangsbohrung 72, die sich durch die Wand des Verbindungsarms 58 hindurch erstreckt (angedeutet in Fig.5 und gezeigt in Fig. 9). Zudem umfasst die Antriebswelle 56 eine zugehörige zweite Antriebswellenbohrung 74 (siehe Fig. 9). Die zweite Durchgangsbohrung 72 und die zweite Antriebswellenbohrung 74 sind in axialer Richtung gleich weit von der Stirnfläche der Antriebswelle 56 beabstandet. Da die Antriebswelle 56 relativ zu dem Verbindungsarm 58 drehbar ist, sind die zweite Durchgangsbohrung 72 und die zweite Antriebswellenbohrung 74 ebenfalls nur in der vorbestimmten relativen Rotationsstellung der Antriebswelle 56 und des Verbindungsarms 58 koaxial zueinander angeordnet. Die vorbestimmte relative Rotationsstellung ist in den Fig. 5 bis 9 gezeigt.
Die zweite Durchgangsbohrung 72 und die zweite Antriebswellenbohrung 74 sind in axialer Richtung beide gleich weit von der Stirnfläche der Antriebswelle 56 beabstandet wie die erste Durchgangsbohrung 68 und die erste Antriebswellenbohrung 70. Die zweite Durchgangsbohrung 72 und die zweite Antriebswellenbohrung 74 sind an einer der ersten Durchgangsbohrung 68 und der ersten Antriebswellenbohrung 70 entgegengesetzten Position der Umfangsfläche des Verbindungsarms 58 bzw. der Umfangsfläche der Antriebswelle 56 angeordnet. Genauer gesagt ist die zweite Durchgangsbohrung 72 in Umfangsrichtung um 180° versetzt zu der ersten Durchgangsbohrung 68 angeordnet und die zweite Antriebswellenbohrung 74 ist in Umfangsrichtung um 180° versetzt zu der ersten Antriebswellenbohrung 70 angeordnet.
Die Antriebswelle 56 kann in einem gekoppelten Zustand mittels der antreibenden Welle 28 durch den Motor und das PLC-Programm in die gezeigte Rotationsstellung gebracht werden. In dieser Rotationsstellung wird die Antriebswelle 56 dann mithilfe eines Verriegelungsbolzens 88 (siehe Fig. 10) des Roboters 16 fixiert, der durch die erste Durchgangsbohrung 68 hindurch in die erste Antriebswellenbohrung 70 eingreift und so die Antriebswelle 56 relativ zu dem Verbindungsarm 28 fixiert und eine Relativdrehung blockiert. Der Verriegelungsbolzen 88 kann automatisiert in die ersten Bohrungen hinein und aus diesen heraus verlagert werden, beispielsweise pneumatisch, hydraulisch und/oder elektromechanisch bewirkt.
Um stets ein Fixieren der Antriebwelle 56 in der vorbestimmten Rotationsstellung sicherzustellen, wird der Verriegelungsbolzen 88 in die ersten Bohrungen 68, 70 eingebracht, bevor die Werkstückträgervorrichtung 50 angehoben und somit von dem Rakearm 24 entkoppelt wird. Die Antriebswelle 56 ist daher kurzzeitig durch den Verriegelungsbolzen 88 und durch die Kopplung der Antriebswelle 56 mit der antreibenden Welle 28 in ihrer Rotationsstellung fixiert.
Gleichermaßen wird der Verriegelungsbolzen 88 erst dann aus den ersten Bohrungen 68, 70 herausgezogen, wenn ein Zentrierbolzen 86 in die zweite Durchgangsbohrung 72 und die zweite Antriebswellenbohrung 74 eingreift und die Antriebswelle 56 relativ zu dem Verbindungsarm 58 fixiert. Das Einbringen des Zentrierbolzens 86 in die zweiten Bohrungen 72, 74 kann durch Absenken bzw. Ablegen der Werkstückträgervorrichtung 50 auf dem Zentriertablett 80, 82 realisiert werden, wobei der Zentrierbolzen 86 in einer Ausführungsform feststehend auf dem Zentriertablett 80, 82 ausgebildet sein kann (so wie in den Figuren 1, 2, 8 und 9 gezeigt). Zum Einbringen des Zentrierbolzens 86 in die zweiten Bohrungen 72, 74 wird die Werkstückträgervorrichtung 50 mittels des Roboters 16 gezielt auf dem Zentriertablett 80, 82 positioniert.
Zum bestmöglichen Greifen, Halten und Verlagern der Werkstückträgervorrichtung 50 mittels des Roboters 16 weist der Verbindungsarms 58 im Bereich der Ankopplungsschnittstelle 60 zwei seitliche Angriffsflächen 76 auf. Die Angriffsflächen 76 sind in die Umfangsfläche des Verbindungsarms 58 eingefräst und einander gegenüberliegend ausgebildet (nur eine Angriffsfläche ist in den Fig. 5 bis 7 und 8 zu sehen).
Der verlagerbare Verriegelungsbolzen 88 des Roboters 16 kann insbesondere im Bereich des Robotergreifers 18 ausgebildet sein, wie in Fig. 10 beispielhaft gezeigt ist. Der Verriegelungsbolzen 88 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen den Greifarmen bzw. Greifbacken 90 an einem Grundkörper 96 des Robotergreifers 18 angeordnet und relativ zu dem Grundkörper 96 linear verlagerbar, was durch den Doppelpfeil 92 angedeutet ist (hier eine vertikale Ver- lagerbarkeit). Ferner sind auch die Greifarme bzw. Greifbacken 90 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aufeinander zu und voneinander weg verlagerbar, was durch den Doppelpfeil 94 angedeutet ist. Die Greifarme bzw. Greifbacken 90 können in dem Grundkörper 96 des Robotergreifers 18 linear verlagerbar geführt oder schwenkbar mit diesem verbunden sein. Bezuqszeichenliste
10 Produktionsanlage 60 Ankopplungsschnittstelle
12 Substrat 62 Kragen
14 Bearbeitungszone 64 Haltevorsprung
16 Roboter 66 schwertförmiger Endabschnitt
18 Robotergreifer 68 erste Durchgangsbohrung
20 Bereitstellungszone 70 erste Antriebswellenbohrung
22 Entnahmezone 72 zweite Durchgangsbohrung
24 Rakearm 74 zweite Antriebswellenbohrung
25 Manipulator 76 Angriffsfläche
26 Anschlussabschnitt 80 Zentriertablett
28 antreibende Welle 82 Zentriertablett
30 Flansch 84 Aufnahme
32 Kreisring 86 Zentrierbolzen
34 Stirnfläche 88 Verriegelungsbolzen
36 axiale Ausnehmung 90 Greifarme bzw. Greifbacken
38 komplementäre Ausnehmung 92 Pfeil (Bewegungsrichtung)
50 Werkstückträgervorrichtung 94 Pfeil (Bewegungsrichtung)
52 Rahmenstruktur 96 Grundkörper
54 Einzelhalter/Substrataufnahme 100 Produktionsanlage
56 Antriebswelle
58 Verbindungsarm

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Wechseln einer Werkstückträgervorrichtung (50) in einer Produktionsanlage (10, 100) zur Beschichtung von Substraten (12), wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Verlagern einer Werkstückträgervorrichtung (50) mittels eines Roboters (16) von einer Bereitstellungszone (20) an der Produktionsanlage (10, 100) zu einer Bearbeitungszone (14) in der Produktionsanlage (10, 100); lösbares Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10, 100) über eine Ankopplungsschnittstelle (60) der Werkstückträgervorrichtung (50) durch weiteres Verlagern der Werkstückträgervorrichtung (50) mittels des Roboters (16); wobei zum lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10, 100) ein Verbindungsarm (58) der Werkstückträgervorrichtung (50) an einen Anschlussabschnitt (26) der Produktionsanlage (10, 100) gekoppelt wird, wodurch der Verbindungsarm (58) relativ zu dem Anschlussabschnitt (26) in einer festen Stellung fixiert wird, und wobei zum lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10, 100) eine Antriebswelle (56) der Werkstückträgervorrichtung (50) an eine antreibende Welle (28) der Produktionsanlage (10, 100) gekoppelt wird, wodurch die Antriebswelle (56) drehantreibbar mit der antreibende Welle (28) verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Roboter (16) einen verlagerbaren Verriegelungsbolzen (88) umfasst, der vor dem Verlagern der Werkstückträgervorrichtung (50) zu der Bearbeitungszone (14) in eine in dem Verbindungsarm (58) ausgebildete erste Durchgangsbohrung (68) und gleichzeitig in eine in der Antriebswelle (56) ausgebildete erste Antriebswellenbohrung (70) eingebracht wird, um eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle (56) und dem Verbindungarm (58) zu blockieren, und der nach dem lösbaren Koppeln der Werkstückträgervorrichtung (50) mit der Produktionsanlage (10, 100) aus der ersten Durchgangsbohrung (68) und der ersten Antriebswellenbohrung (70) entfernt wird, um eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle (56) und dem Verbindungarm (58) zuzulassen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Werkstückträgervorrichtung (50) in der Bereitstellungszone (20) auf einem ein Zentriertablett (80) mit einem daran ausgebildeten Zentrierbolzen (86) derart angeordnet wird, dass der Zentrierbolzen (86) in eine in dem Verbindungsarm (58) ausgebildete zweite Durchgangsbohrung (72) und in eine in der Antriebswelle (56) ausgebildete zweite Antriebswellenbohrung (74) eingreift, um eine relative Drehung zwischen der Antriebswelle (56) und dem Verbindungarm (58) zu blockieren.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei vor dem Koppeln der Antriebswelle (56) mit der antreibenden Welle (28) die antreibende Welle (28) der Produktionsanlage (10, 100) mittels einer Steuerung in eine vorbestimmte Rotationsstellung relativ zu der Antriebswelle (56) gebracht wird.
5. Werkstückträgervorrichtung (50) für eine Produktionsanlage (10, 100) zum Beschichten von Substraten (12), wobei die Werkstückträgervorrichtung (50) umfasst: eine Rahmenstruktur (52) mit einer Mehrzahl von Einzelhaltern (54) zum Halten einer Mehrzahl von Substraten (12); einen länglichen Verbindungsarm (58) zum Verbinden der Rahmenstruktur (52) mit einem Anschlussabschnitt (26) der Produktionsanlage (10, 100), wobei der Verbindungsarm (58) eine Längsachse hat; eine in dem Verbindungsarm (58) drehbar gelagerte Antriebswelle (56), die mechanisch mit der Mehrzahl von Einzelhaltern (54) gekoppelt ist, um die Mehrzahl von Substraten (12) anzutreiben; und eine Ankopplungsschnittstelle (60) über die die Werkstückträgervorrichtung (50) mittels eines Roboters (16) lösbar mit der Produktionsanlage (10, 100) koppelbar ist, wobei mittels der Ankopplungsschnittstelle (60) der Verbindungsarm (58) an den Anschlussabschnitt (26) der Produktionsanlage (10, 100) koppelbar ist, um den Verbindungsarm (58) relativ zu dem Anschlussabschnitt (26) in einer festen Stellung zu halten, und wobei mittels der Ankopplungsschnittstelle (60) die Antriebswelle (56) an eine antreibende Welle (28) der Produktionsanlage (10, 100) koppelbar ist, um die Antriebswelle (56) drehantreibbar mit der antreibenden Welle (28) zu verbinden.
6. Werkstückträgervorrichtung (50) nach Anspruch 5, wobei die Ankopplungsschnittstelle (60) zwei an einer Umfangsfläche des Verbindungsarms (58) ausgebildete Angriffsflächen (76) für einen Robotergreifer (18) umfasst.
7. Werkstückträgervorrichtung (50) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Ankopplungsschnittstelle (60) eine in dem Verbindungsarm (58) ausgebildete erste Durchgangsbohrung (68) für einen Verriegelungsbolzen (88) des Roboters (16) umfasst und eine in der Antriebswelle (56) ausgebildete erste Antriebswellenbohrung (70) umfasst, wobei die erste Durchgangsbohrung (68) und die erste Antriebswellenbohrung (70) in einer vorbestimmten Rotationsstellung der Antriebswelle (56) miteinander ausgerichtet sind.
8. Werkstückträgervorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Ankopplungsschnittstelle (60) eine in dem Verbindungsarm (58) ausgebildete zweite Durchgangsbohrung (72) für einen Zentrierbolzen (86) eines Zentriertabletts (80, 82) umfasst und eine in der Antriebswelle (56) ausgebildete zweite Antriebswellenbohrung (74) umfasst, wobei die zweite Durchgangsbohrung (72) und die zweite Antriebswellenbohrung (74) in einer vorbestimmten Rotationsstellung der Antriebswelle (56) miteinander ausgerichtet sind.
9. Werkstückträgervorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Ankopplungsschnittstelle (60) einen an einem Ende der Antriebswelle (56) ausgebildeten schwertförmigen Abschnitt (66) umfasst.
10. Werkstückträgervorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Ankopplungsschnittstelle (60) einen an einem Ende des Verbindungsarms (58) ausgebildeten Kragen (62) umfasst, der sich in Form eines Kreisringsegments in axialer Richtung über das Ende des Verbindungsarms (58) hinaus erstreckt, wobei der Kragen (62) einen an seiner Innenumfangsfläche ausgebildeten Haltevorsprung (64) umfasst, der sich ausgehend von der Innenumfangsfläche in Richtung der Längsachse erstreckt.
11. Produktionsanlage (10, 100) zum Beschichten von Substraten (12), mit wenigstens einer Werkstückträgervorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, die mit einem Anschlussabschnitt (26) der Produktionsanlage (10, 100) lösbar verbunden oder verbindbar ist, wobei eine antreibende Welle (28) drehbar in dem Anschlussabschnitt (26) gelagert und mittels eines Motors drehantreibbar ist.
12. Produktionsanlage (10, 100) nach Anspruch 11 , umfassend einen Roboter (16), der dazu ausgebildet ist, die Werkstückträgervorrichtung (50) mit dem Anschlussabschnitt (26) zu verbinden, die Werkstückträgervorrichtung (50) von dem Anschlussabschnitt (26) zu entkoppeln und die Werkstückträgervorrichtung (50) zu verlagern.
13. Produktionsanlage (10, 100) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der Roboter (26) einen verlagerbaren Verriegelungsbolzen (88) umfasst, der in die erste Durchgangsbohrung (68) und die erste Antriebswellenbohrung (70) einbringbar ist.
14. Produktionsanlage (10, 100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Anschlussabschnitt (26) einen sich von einer Stirnfläche (34) eines Rahmenabschnitts aus in axialer Richtung erstreckenden Kreisring (32) mit einem daran ausgebildeten Flansch (30) umfasst, wobei der Kreisring (32) und der Flansch (30) eine axiale Ausnehmung (36) umfassen, über die ein Abschnitt der Antriebswelle (56) in den Anschlussabschnitt (26) einbringbar ist, um die Antriebswelle (56) mit der antreibenden Welle (28) zu verbinden.
15. Produktionsanlage (10, 100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Produktionsanlage (10, 100) ein Zentriertablett (80, 82) mit einem daran ausgebildeten Zentrierbolzen (86) umfasst, das an einer vorbestimmten Position an der Produktionsanlage (10, 100) anordenbar ist, und wobei die Werkstückträgervorrichtung (50) auf dem Zentriertablett (80, 82) positionierbar ist.
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