本發(fā)明涉及半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備，更具體地，涉及一種用于傳輸Wafer(硅片)的具有防撞功能的傳片機(jī)械手及其防撞方法。

背景技術(shù)：

本發(fā)明所述的傳片機(jī)械手是指半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備所用的機(jī)械手。

在申請?zhí)枮?01110094429.8的中國發(fā)明專利中公開了一種機(jī)械手，利用比較器將光纖測距傳感器輸出的模擬電壓與設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，判斷機(jī)械手是否低于障礙物的安全高度，如果是則通過繼電器切斷運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)電源，同時(shí)接通制動(dòng)系統(tǒng)電源，使機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)迅速停止。由于其機(jī)械手是安裝在Z軸方向上的，因此僅可對Z軸方向上的防撞有效。但半導(dǎo)體行業(yè)中的機(jī)械手與Wafer的碰撞多發(fā)生在R軸方向(即機(jī)械手取放硅片時(shí)手臂向前伸出階段)，因而該專利具有很大的局限性。

在申請?zhí)枮?01410152240.3的中國發(fā)明專利中公開了一種機(jī)械手，通過在機(jī)械手上加裝擺動(dòng)件及磁性開關(guān)，利用碰撞沖擊使磁性開關(guān)斷開的方式從而觸發(fā)機(jī)械手的急停信號(hào)，阻止機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。然而，加裝擺動(dòng)件的方式相對于半導(dǎo)體行業(yè)機(jī)械手傳取硅片所發(fā)生的碰撞力而言，其靈敏度明顯不足。

也有通過對機(jī)械手電機(jī)進(jìn)行扭矩檢測來偵側(cè)碰撞的方式，當(dāng)電機(jī)扭矩超出正常運(yùn)行時(shí)的范圍時(shí)，即認(rèn)為發(fā)生碰撞，從而啟動(dòng)急停裝置。由于從機(jī)械手Fork(抓手)到電機(jī)之間需經(jīng)過減速器等傳動(dòng)裝置，因而其難以將與硅片發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生的碰撞力及時(shí)有效地傳遞到電機(jī)端。

以上方式雖然都可以對機(jī)械手的工作狀態(tài)進(jìn)行簡單地監(jiān)測，但是均不能完全滿足半導(dǎo)體行業(yè)對用于傳取Wafer的機(jī)械手的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種具有防撞功能的傳片機(jī)械手及其防撞方法，能夠有效地采集到傳片機(jī)械手抓手與硅片碰撞產(chǎn)生的微小沖擊力，并能及時(shí)傳遞碰撞信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的急?？刂?，使傳片機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種具有防撞功能的傳片機(jī)械手，所述傳片機(jī)械手設(shè)有：

振動(dòng)傳感器芯片，用于采集傳片機(jī)械手的抓手與硅片碰撞時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率，并將采集到的振動(dòng)頻率信號(hào)傳遞給機(jī)械手控制器；

機(jī)械手控制器，用于對振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與分析，并在振動(dòng)頻率超過設(shè)定的碰撞報(bào)警閾值時(shí)，將報(bào)警信號(hào)傳遞給急?？刂苹芈?；

急?？刂苹芈?，用于在接收到報(bào)警信號(hào)時(shí)產(chǎn)生急?？刂?，并觸發(fā)傳片機(jī)械手各軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的緊急制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)傳片機(jī)械手的急?？刂啤?/p>

優(yōu)選地，所述機(jī)械手控制器設(shè)有CPU、模擬量輸入接口、數(shù)字量輸出接口，所述振動(dòng)傳感器芯片將采集到的振動(dòng)頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬量信號(hào)傳遞給模擬量輸入接口，所述CPU將模擬量輸入接口采集的模擬量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并對振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與分析，當(dāng)檢測到的振動(dòng)頻率超過設(shè)定的碰撞報(bào)警閾值時(shí)，通過數(shù)字量輸出接口將報(bào)警信號(hào)輸出到傳片機(jī)械手的急?？刂苹芈?。

優(yōu)選地，所述機(jī)械手控制器連接傳片機(jī)械手各軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，用于控制傳片機(jī)械手在各軸向的運(yùn)行。

優(yōu)選地，所述振動(dòng)傳感器芯片設(shè)于抓手與傳片機(jī)械手手臂的連接部位。

優(yōu)選地，通過所述機(jī)械手控制器對傳片機(jī)械手運(yùn)行過程中各階段的正常運(yùn)行頻率進(jìn)行檢測和細(xì)分，并根據(jù)各階段的正常運(yùn)行頻率的范圍設(shè)定各階段的碰撞報(bào)警閾值。

一種基于上述的具有防撞功能的傳片機(jī)械手的防撞方法，包括以下步驟：

步驟S01：在傳片機(jī)械手工作時(shí)，通過振動(dòng)傳感器芯片將采集到的傳片機(jī)械手抓手的振動(dòng)頻率信號(hào)傳遞給機(jī)械手控制器的模擬量輸入接口；

步驟S02：通過機(jī)械手控制器的CPU將模擬量輸入接口采集的模擬量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并對振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與分析；

步驟S03：當(dāng)檢測到的振動(dòng)頻率超過設(shè)定的碰撞報(bào)警閾值時(shí)，通過機(jī)械手控制器的數(shù)字量輸出接口，將報(bào)警信號(hào)輸出到傳片機(jī)械手的急停控制回路；

步驟S04：通過急停控制回路在接收到報(bào)警信號(hào)時(shí)產(chǎn)生急?？刂?，并觸發(fā)傳片機(jī)械手各軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的緊急制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)傳片機(jī)械手的急?？刂?。

優(yōu)選地，利用機(jī)械手控制器對傳片機(jī)械手運(yùn)行過程中的正常運(yùn)行頻率進(jìn)行檢測和細(xì)分，并根據(jù)正常運(yùn)行頻率的范圍設(shè)定碰撞報(bào)警閾值。

優(yōu)選地，利用機(jī)械手控制器對傳片機(jī)械手運(yùn)行過程中各階段的正常運(yùn)行頻率進(jìn)行檢測和細(xì)分，并根據(jù)各階段正常運(yùn)行頻率的范圍設(shè)定各階段的碰撞報(bào)警閾值。

優(yōu)選地，在傳片機(jī)械手工作時(shí)，通過所述機(jī)械手控制器控制傳片機(jī)械手在各軸向的運(yùn)行，并在急停控制回路接收到報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生急?？刂茣r(shí)，直接觸發(fā)傳片機(jī)械手各軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的緊急制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)碰撞報(bào)警與緊急制動(dòng)之間的互鎖。

優(yōu)選地，通過所述機(jī)械手控制器的CPU對振動(dòng)傳感器芯片傳遞的振動(dòng)頻率模擬信號(hào)進(jìn)行采集并形成日志(Log)格式的記錄。

本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

1)采用高精度和高靈敏度的振動(dòng)傳感器芯片，并通過模擬量輸入模塊實(shí)現(xiàn)傳片機(jī)械手運(yùn)行過程中振動(dòng)頻率信號(hào)的采集。

2)振動(dòng)傳感器芯片安裝于Fork根部與傳片機(jī)械手手臂的固定處，能夠更直接地反映Fork碰撞的事故發(fā)生。

3)通過機(jī)械手控制器對振動(dòng)頻率Log細(xì)分傳片機(jī)械手運(yùn)行過程中不同階段的碰撞報(bào)警閾值，避免一刀切的閾值設(shè)定方式帶來的誤報(bào)與漏報(bào)碰撞的矛盾。

4)通過將碰撞報(bào)警信號(hào)引入到傳片機(jī)械手的急?？刂苹芈?，提高傳片機(jī)械手碰撞發(fā)生時(shí)緊急制動(dòng)的可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的振動(dòng)傳感器芯片在傳片機(jī)械手上的一種安裝位置示意圖；

圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的傳片機(jī)械手控制信號(hào)傳遞原理示意圖；

圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的碰撞報(bào)警閾值設(shè)定方式示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

需要說明的是，在下述的具體實(shí)施方式中，在詳述本發(fā)明的實(shí)施方式時(shí)，為了清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以便于說明，特對附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進(jìn)行了局部放大、變形及簡化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對本發(fā)明的限定來加以理解。

本發(fā)明的一種具有防撞功能的傳片機(jī)械手，設(shè)有振動(dòng)傳感器芯片、機(jī)械手控制器、急?？刂苹芈贰?/p>

請參閱圖1，圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的振動(dòng)傳感器芯片在傳片機(jī)械手上的一種安裝位置示意圖。如圖1所示，其顯示傳片機(jī)械手10、11的抓手10與局部的手臂11結(jié)構(gòu)，振動(dòng)傳感器芯片12安裝在傳片機(jī)械手上，用于采集傳片機(jī)械手的抓手10與硅片碰撞時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率。為保證真實(shí)有效且及時(shí)地采集碰撞信號(hào)，可將上述振動(dòng)傳感器芯片12安裝在傳片機(jī)械手的抓手10(Fork)根部與傳片機(jī)械手手臂11的連接處，這樣就可以在Fork與硅片碰撞的瞬間及時(shí)采集到碰撞信號(hào)。

振動(dòng)傳感器芯片將采集到的振動(dòng)頻率信號(hào)傳遞給機(jī)械手控制器。采用高精度與靈敏度的微型振動(dòng)傳感器芯片，可利用比較振動(dòng)傳感器的頻率，完成對Fork與硅片碰撞產(chǎn)生的微小沖擊力的采集。

請參閱圖2，圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的傳片機(jī)械手控制信號(hào)傳遞原理示意圖。如圖2所示，機(jī)械手控制器用于對振動(dòng)傳感器芯片傳遞的振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與分析，并在振動(dòng)頻率超過設(shè)定的碰撞報(bào)警閾值時(shí)，將報(bào)警信號(hào)傳遞給急停控制回路。

所述機(jī)械手控制器可設(shè)有機(jī)械手控制器CPU、模擬量輸入接口(模塊)、數(shù)字量輸出接口(模塊)。所述振動(dòng)傳感器芯片將采集到的振動(dòng)頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬量信號(hào)傳遞給模擬量輸入接口，這樣就可以采集傳片機(jī)械手正常傳取片運(yùn)行整個(gè)過程及碰撞時(shí)的振動(dòng)頻率信號(hào)。

所述CPU將模擬量輸入接口采集的模擬量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并對振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與分析，并可形成日志(Log)格式的記錄，從而可將上述振動(dòng)頻率信號(hào)的Log記錄中正常運(yùn)行與碰撞時(shí)的不同頻率進(jìn)行對比分析。

當(dāng)所述CPU檢測到的振動(dòng)頻率超過設(shè)定的碰撞報(bào)警閾值時(shí)，可通過數(shù)字量輸出接口將報(bào)警信號(hào)輸出到機(jī)械手急?？刂苹芈?。急?？刂苹芈酚糜谠诮邮盏綑C(jī)械手控制器傳遞的報(bào)警信號(hào)時(shí)產(chǎn)生急?？刂疲⒂|發(fā)傳片機(jī)械手各軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的緊急制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)傳片機(jī)械手的急停控制。

所述機(jī)械手控制器連接傳片機(jī)械手各軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，用于控制傳片機(jī)械手在各軸向的運(yùn)行。在急?？刂苹芈方邮盏綀?bào)警信號(hào)產(chǎn)生急停控制時(shí)，可直接觸發(fā)傳片機(jī)械手各軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的緊急制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)碰撞報(bào)警與緊急制動(dòng)之間的硬互鎖。

請參閱圖3，圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的碰撞報(bào)警閾值設(shè)定方式示意圖。如圖3所示，當(dāng)將振動(dòng)傳感器芯片安裝在傳片機(jī)械手的適當(dāng)位置后，即可通過所述機(jī)械手控制器對傳片機(jī)械手運(yùn)行過程中各階段1-N的正常運(yùn)行頻率(曲線A)進(jìn)行檢測和細(xì)分，并將上述振動(dòng)頻率信號(hào)的Log記錄中正常運(yùn)行與碰撞時(shí)的不同頻率進(jìn)行對比分析，據(jù)此確定各階段的正常運(yùn)行頻率的范圍B以及碰撞時(shí)的頻率范圍；并可根據(jù)各階段的正常運(yùn)行頻率的范圍及碰撞時(shí)的頻率范圍設(shè)定各階段的碰撞報(bào)警閾值C。

下面通過具體實(shí)施方式并結(jié)合圖1-圖3，對本發(fā)明的一種基于上述的具有防撞功能的傳片機(jī)械手的防撞方法進(jìn)行詳細(xì)地說明。

本發(fā)明的一種基于上述的具有防撞功能的傳片機(jī)械手的防撞方法，可包括以下步驟：

步驟S01：如圖1所示，首先將振動(dòng)傳感器芯片12安裝在機(jī)械手的Fork10根部與手臂11連接處，當(dāng)Fork與硅片發(fā)生碰撞時(shí)，振動(dòng)信號(hào)就可最先經(jīng)由Fork傳遞到振動(dòng)傳感器芯片；之后，如圖2所示，在傳片機(jī)械手工作時(shí)，可通過機(jī)械手控制器控制各軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，以控制傳片機(jī)械手在各軸向的運(yùn)行；并通過振動(dòng)傳感器芯片將采集到的傳片機(jī)械手抓手的振動(dòng)頻率信號(hào)傳遞給機(jī)械手控制器的模擬量輸入接口。

步驟S02：通過機(jī)械手控制器的CPU將模擬量輸入接口采集的模擬量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并對振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與分析，并可形成日志(Log)格式的記錄。

步驟S03：當(dāng)檢測到的振動(dòng)頻率超過設(shè)定的碰撞報(bào)警閾值時(shí)，可通過機(jī)械手控制器的數(shù)字量輸出接口輸出該報(bào)警，將數(shù)字量輸出的IO報(bào)警信號(hào)引入到傳片機(jī)械手的急?？刂苹芈贰?/p>

可利用機(jī)械手控制器對傳片機(jī)械手運(yùn)行過程中的正常運(yùn)行頻率進(jìn)行檢測和Log記錄細(xì)分，并根據(jù)正常運(yùn)行頻率的范圍設(shè)定碰撞報(bào)警閾值。

如圖3所示，進(jìn)一步還可利用機(jī)械手控制器對傳片機(jī)械手運(yùn)行過程中各階段的正常運(yùn)行頻率(曲線A)進(jìn)行檢測和細(xì)分，并根據(jù)各階段正常運(yùn)行頻率的范圍B設(shè)定各階段的碰撞報(bào)警閾值。通過機(jī)械手控制器對振動(dòng)頻率Log細(xì)分傳片機(jī)械手運(yùn)行過程中不同階段的碰撞報(bào)警閾值C，可避免一刀切的閾值設(shè)定方式帶來的誤報(bào)與漏報(bào)碰撞的矛盾。

步驟S04：通過急停控制回路在接收到報(bào)警信號(hào)時(shí)產(chǎn)生急?？刂疲⒂|發(fā)傳片機(jī)械手各軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的緊急制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)傳片機(jī)械手的急停控制。

在傳片機(jī)械手工作時(shí)，可通過所述機(jī)械手控制器控制傳片機(jī)械手在各軸向的運(yùn)行；而當(dāng)急?？刂苹芈方邮盏綀?bào)警信號(hào)產(chǎn)生急?？刂茣r(shí)，可直接觸發(fā)傳片機(jī)械手各軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的緊急制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)碰撞報(bào)警與緊急制動(dòng)之間的硬互鎖，可有效提高傳片機(jī)械手碰撞發(fā)生時(shí)緊急制動(dòng)的可靠性。

綜上所述，本發(fā)明通過在傳片機(jī)械手上設(shè)置振動(dòng)傳感器芯片采集傳片機(jī)械手的抓手與硅片碰撞時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率，能夠有效地采集到傳片機(jī)械手抓手與硅片碰撞產(chǎn)生的微小沖擊力，并能及時(shí)傳遞碰撞信號(hào)，通過機(jī)械手控制器對振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與分析，當(dāng)振動(dòng)頻率超過設(shè)定的碰撞報(bào)警閾值時(shí)，可通過急停控制回路產(chǎn)生急?？刂?，并觸發(fā)傳片機(jī)械手各軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的緊急制動(dòng)，使傳片機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)碰撞報(bào)警與緊急制動(dòng)之間的硬互鎖，從而實(shí)現(xiàn)傳片機(jī)械手的急停控制。

以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。