本發(fā)明涉及半導體生產(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械手及其防撞方法。

背景技術(shù)：

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

在申請?zhí)枮?01110094429.8的中國發(fā)明專利中公開了一種機械手，利用比較器將光纖測距傳感器輸出的模擬電壓與設(shè)定的基準電壓進行比較，判斷機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動控制系統(tǒng)電源，同時接通制動系統(tǒng)電源，使機械手的運動迅速停止。由于其機械手是安裝在Z軸方向上的，因此僅可對Z軸方向上的防撞有效。但半導體行業(yè)中的機械手與Wafer的碰撞多發(fā)生在R軸方向(即機械手取放硅片時手臂向前伸出階段)，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械手，通過在機械手上加裝擺動件及磁性開關(guān)，利用碰撞沖擊使磁性開關(guān)斷開的方式從而觸發(fā)機械手的急停信號，阻止機械手運動。然而，加裝擺動件的方式相對于半導體行業(yè)機械手傳取硅片所發(fā)生的碰撞力而言，其靈敏度明顯不足。

也有通過對機械手電機進行扭矩檢測來偵側(cè)碰撞的方式，當電機扭矩超出正常運行時的范圍時，即認為發(fā)生碰撞，從而啟動急停裝置。由于從機械手Fork(抓手)到電機之間需經(jīng)過減速器等傳動裝置，因而其難以將與硅片發(fā)生碰撞時產(chǎn)生的碰撞力及時有效地傳遞到電機端。

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

技術(shù)實現(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械手及其防撞方法，能夠有效地采集到傳片機械手抓手與硅片碰撞產(chǎn)生的微小沖擊力，并能及時傳遞碰撞信號，產(chǎn)生相應(yīng)的急?？刂疲箓髌瑱C械手停止運動。

為實現(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械手，所述傳片機械手設(shè)有：

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

機械手控制器，用于對振動頻率數(shù)據(jù)進行記錄與分析，并在振動頻率超過設(shè)定的碰撞報警閾值時，將報警信號傳遞給急?？刂苹芈?；

急?？刂苹芈?，用于在接收到報警信號時產(chǎn)生急?？刂疲⒂|發(fā)傳片機械手各軸電機驅(qū)動器的緊急制動，實現(xiàn)傳片機械手的急停控制。

優(yōu)選地，所述機械手控制器設(shè)有CPU、模擬量輸入接口、數(shù)字量輸出接口，所述振動傳感器芯片將采集到的振動頻率信號轉(zhuǎn)化為模擬量信號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行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并對振動頻率數(shù)據(jù)進行記錄與分析，當檢測到的振動頻率超過設(shè)定的碰撞報警閾值時，通過數(shù)字量輸出接口將報警信號輸出到傳片機械手的急?？刂苹芈?。

優(yōu)選地，所述機械手控制器連接傳片機械手各軸電機驅(qū)動器，用于控制傳片機械手在各軸向的運行。

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

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

一種基于上述的具有防撞功能的傳片機械手的防撞方法，包括以下步驟：

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

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

步驟S03：當檢測到的振動頻率超過設(shè)定的碰撞報警閾值時，通過機械手控制器的數(shù)字量輸出接口，將報警信號輸出到傳片機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警信號時產(chǎn)生急?？刂?，并觸發(fā)傳片機械手各軸電機驅(qū)動器的緊急制動，實現(xiàn)傳片機械手的急停控制。

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

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

優(yōu)選地，在傳片機械手工作時，通過所述機械手控制器控制傳片機械手在各軸向的運行，并在急?？刂苹芈方邮盏綀缶盘柈a(chǎn)生急停控制時，直接觸發(fā)傳片機械手各軸電機驅(qū)動器的緊急制動，實現(xiàn)碰撞報警與緊急制動之間的互鎖。

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

本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點：

1)采用高精度和高靈敏度的振動傳感器芯片，并通過模擬量輸入模塊實現(xiàn)傳片機械手運行過程中振動頻率信號的采集。

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

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

4)通過將碰撞報警信號引入到傳片機械手的急?？刂苹芈?，提高傳片機械手碰撞發(fā)生時緊急制動的可靠性。

附圖說明

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

圖2是本發(fā)明一較佳實施例的傳片機械手控制信號傳遞原理示意圖；

圖3是本發(fā)明一較佳實施例的碰撞報警閾值設(shè)定方式示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

需要說明的是，在下述的具體實施方式中，在詳述本發(fā)明的實施方式時，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械手，設(shè)有振動傳感器芯片、機械手控制器、急?？刂苹芈贰?/p>

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

振動傳感器芯片將采集到的振動頻率信號傳遞給機械手控制器。采用高精度與靈敏度的微型振動傳感器芯片，可利用比較振動傳感器的頻率，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)明一較佳實施例的傳片機械手控制信號傳遞原理示意圖。如圖2所示，機械手控制器用于對振動傳感器芯片傳遞的振動頻率數(shù)據(jù)進行記錄與分析，并在振動頻率超過設(shè)定的碰撞報警閾值時，將報警信號傳遞給急停控制回路。

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

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

當所述CPU檢測到的振動頻率超過設(shè)定的碰撞報警閾值時，可通過數(shù)字量輸出接口將報警信號輸出到機械手急?？刂苹芈?。急?？刂苹芈酚糜谠诮邮盏綑C械手控制器傳遞的報警信號時產(chǎn)生急停控制，并觸發(fā)傳片機械手各軸電機驅(qū)動器的緊急制動，實現(xiàn)傳片機械手的急?？刂?。

所述機械手控制器連接傳片機械手各軸電機驅(qū)動器，用于控制傳片機械手在各軸向的運行。在急?？刂苹芈方邮盏綀缶盘柈a(chǎn)生急?？刂茣r，可直接觸發(fā)傳片機械手各軸電機驅(qū)動器的緊急制動，實現(xiàn)碰撞報警與緊急制動之間的硬互鎖。

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

下面通過具體實施方式并結(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械手的防撞方法進行詳細地說明。

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

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

步驟S03：當檢測到的振動頻率超過設(shè)定的碰撞報警閾值時，可通過機械手控制器的數(shù)字量輸出接口輸出該報警，將數(shù)字量輸出的IO報警信號引入到傳片機械手的急停控制回路。

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

如圖3所示，進一步還可利用機械手控制器對傳片機械手運行過程中各階段的正常運行頻率(曲線A)進行檢測和細分，并根據(jù)各階段正常運行頻率的范圍B設(shè)定各階段的碰撞報警閾值。通過機械手控制器對振動頻率Log細分傳片機械手運行過程中不同階段的碰撞報警閾值C，可避免一刀切的閾值設(shè)定方式帶來的誤報與漏報碰撞的矛盾。

步驟S04：通過急?？刂苹芈吩诮邮盏綀缶盘枙r產(chǎn)生急?？刂?，并觸發(fā)傳片機械手各軸電機驅(qū)動器的緊急制動，實現(xiàn)傳片機械手的急?？刂?。

在傳片機械手工作時，可通過所述機械手控制器控制傳片機械手在各軸向的運行；而當急停控制回路接收到報警信號產(chǎn)生急?？刂茣r，可直接觸發(fā)傳片機械手各軸電機驅(qū)動器的緊急制動，實現(xiàn)碰撞報警與緊急制動之間的硬互鎖，可有效提高傳片機械手碰撞發(fā)生時緊急制動的可靠性。

綜上所述，本發(fā)明通過在傳片機械手上設(shè)置振動傳感器芯片采集傳片機械手的抓手與硅片碰撞時產(chǎn)生的振動頻率，能夠有效地采集到傳片機械手抓手與硅片碰撞產(chǎn)生的微小沖擊力，并能及時傳遞碰撞信號，通過機械手控制器對振動頻率數(shù)據(jù)進行記錄與分析，當振動頻率超過設(shè)定的碰撞報警閾值時，可通過急?？刂苹芈樊a(chǎn)生急?？刂疲⒂|發(fā)傳片機械手各軸電機驅(qū)動器的緊急制動，使傳片機械手停止運動，實現(xiàn)碰撞報警與緊急制動之間的硬互鎖，從而實現(xiàn)傳片機械手的急?？刂啤?/p>

以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，因此凡是運用本發(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)明的保護范圍內(nèi)。