Вакуумный манипулятор Советский патент 1992 года по МПК B25J21/00 B25J11/00 

Предлагаемое изобретение относится к вакуумной технике и предназначено для передачи изделий в вакуумных установках, например, установках электронной и ионной спектроскопии, молекуляр- но-лучевой элитаксии и других вакуумных технологических установках для производства изделий микроэлектроники.

Известен вакуумный передающий манипулятор, содержащий герметичный корпус, ползун с захватом и механизмы перемещения ползуна и зажима захвата, а также стыковочный узел, расположенный между корпусом и фланцем вакуумной камеры, на которую устанавливается манипулятор (О о

Стыковочный узел обеспечивает регулирование положения захвата отИосиг тельно внутрикамерных устройств, с которыми взаимодействует передающий

анипулятор.

Основными недостатками манипулятора со стыковочными узлами, расположенными между рабочей вакуумной камерой и корпусом манипулятора, являются: низкая жесткость конструкции, увеличение габаритов манипулятора (по длине) особенно при больших размерах перемешаемых изделий и сложность регулировки. Кроме того, известная конструкция не обеспечивает регулирование положения захвата по углу вокруг оси манипулятора без разгерметизации флан- цевого соединения.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является манипулятор (2) „

Стыковочный узел в указанном манипуляторе выполнен в вире сильфона, герметично соединенного с лвумя фланцами, которые могут бьп% перемещены относительно друг друга благодаря деформации сильфона за счет винтов, ус&

XI

ся

.

Ёь

и

10

J175M

тановленных на коаксиально распольжен- ных выступах одного фланца и упирающихся в выступы другого Фланца, а также за счет шпилек, вворачиваемых в , один фланец и упирающихся в другой

Такая конструкция имеет низкую жесткость, так как весь манипулятор закреплен на шпильках и выступах, расположенных на диаметре, который в 5-10 раз меньше длины манипулятора Низкая жесткость стыковочного узла приводит к возможности появления вибраций ползуна при работе механизмов и к потере точности расположения захвата.

Конструкций затрудняет воспроизведение положения захвата после разрегулировки без выверки относительно внут- рикамерного устройства.

Помимо этого наличие стыковочного узла приводит к увеличению габаритов манипулятора по Длине, что особенно ощутимо при необходимости перемещать изделия больших размеров (подложки 0 150 мм и более)„

Регулирование положения захвата манипулятора относительно внутрикамер- ных устройств с помощью указанного стыковочного узла требует одновременного манипулирования (ослабления и затягивания) шестью элементами (три шпильки и три винта) при их взаимном влиянии друг на друга„ Конструкция - стыковочного узла не обеспечивает воз15

20

25

30

дольного перемещения ползуна и зажима захвата снабжены сильфонными вводами вращения, причем входные валы сильфон- ных вводов выполнены шарнирными и размещены в корпусе, а выходные валы установлены на каркасео

Шарнирная опора выполнена в виде штока, на одном конце которого имеет

ся сферическая пята, входящая в гнездо, расположенное на каркасе, а другой конец размещен во втулке, установленной на осях во Фланце, герметично соединенном с корпусом, причем втулка снабжена регулировочными винтами и упорной гайкой9 размещенной на ее конце, а шток с помощью сильфона герме- i тично соединен с фланцем

Ползун выполнен состоящим из рей

ки, установленной в роликовых опорах.

размещенных на каркасе, и каретки, установленной в роликовых опорах, размещенных на рейке, причем рейка и каретка кинематически связаны между ссг

бой с помощью гибкой ленты„

Вакуумный манипулятор снабжен системой автоматического управления, содержащей датчики исходного и текущего положения ползуна, датчики крайних положений механизма зажима захвата и расположенный на корпусе манипулятора датчик наличия изделия в захвате

Расположение корпуса на -фоликах в каркасе, установленном в корпусе на

Применение: вакуумная техника, в частности для передачи изделий в вакуумном оборудовании,, Сущность: мани пулятор снабжен каркасом 2, установленным на герметичных шарнирных опорах в корпусе 1„ На каркасе размещены ролики 1В, на которых установлен ползун 3 с захватом Механизм 5 продольного перемещения ползуна 3 и -механизм 7 зажима захвата снабжены сильфонными вводами вращения 12, у которых входные валы выполнены из шарнирно связанных элементов, размещенных в корпусе 1, а их выходные валы установлены на каркасе ., 3 з.п. й-лн„ 5 илв

можности регулирования по углу вокруг 35 шарнирных опорах, введение сильфонных оси манипулятора о Такая регулировка вводов вращения, допускающих чвозможность перемещения каркаса относительно корпуса без нарушения кинематической

связи и герметичности, применение теосуществляется за счет поворота фланца манипулятора относительно фланца камеры при наличии зазоров в соединении, обеспечивающем вакуумное уплотне-40 лескопического ползуна и датчиков, ние, т«е„ при разгерметизации вакуум- обеспечивают: ного соединения возможность точной юстировки поКр оме того, при регулировке необходи- ложения ползуна, включая и поворот мо перемещать весь манипулятор, имею- вокруг продольной оси, относительно щий достаточно большую массу; 45 вакуумной камеры без разгерметизации Целью предполагаемого изобретения соединения вакуумного манипулятора и

камеры;

- жесткую Фиксацию каркаса в корпусе после окончания юстировки за счет 50 закрепления в опорах, размещенных на корпусе;

являютс я расширение технологических возможностей, изменение габаритов и улучшение условий обслуживания

Указанная цель достигается тем, что в вакуумном манипуляторе, содержащем герметичный корпус и размещенный - облегчение процесса юстировки за в нем на роликах ползун, кинематичес- счет применения шарнирных опор; ки связанный с механизмом его продоль- - сокращение габаритов манипулято- ного перемещения, захват, установлен- 55 ра по Ллине за счет применения телескопического ползуна и исключение силь- фонного котировочного узла, используемого в известных конструкциях;

- возможность работы вакуумного маный на одном конце ползуна и механизм 5ззжйма захвата, ролики расположены на каркасе, установленном на корпусе на шарнирных опорах, а механизмы про

связи и герметичности, применение телескопического ползуна и датчиков, обеспечивают: возможность точной юстировки понипулятора в автоматизированном или автоматическом режиме благодаря наличию датчиков исходного и текущего положения ползуна, крайних положений меха- 5 на Фиг. Ь

разрез А-А на Фиг, 1; на фиг, 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг 4 - разрез В-В на фиг, 2; на фиг„ 5 - разрез Г-Г

низма зажима захвата и наличия изделия в захвате.

Повышение жесткости конструкции манипулятора, точности юстировки полоВакуумный манипулятор состоит из герметичного корпуса 1, каркаса 2, установленного в корпусе 1, ползуна 3, шарнирных опор , механизма пролольножения, сокращение габаритов позволяет ю го перемещения 5, захвата 6 и механизма зажима захвата 7„

Герметичный корпус 1 снабжен фяан- удем 8 для жесткого герметичного соел нения с вакуумной рабочей камерой, IS фланцем 9 для герметичного соединения с цилиндрическим колпаком 10, двумя фланцами 11 для пристыковки сильйонных вводов вращения 12 и о,л . г- цоми 13 лля размещения шарнирных опор

расширить его технологические возможности в части увеличения размеров транспортируемых изделий, длины хода и точности воспроизводимости положения, т0е„ может использоваться в сверхвысоковакуумном оборудовании для перемещения подложек диаметром до 200 мм в вакуумных камерах диаметром до 10ОП мм

Улучшение условий обслуживания npo- it, а также двумя окнами И, необходи

исходит благодаря упрощению юстировки положения за счет регулировки )-х шарнирных опор, возможности их фиксации по углу и длине, регулировке угла поворота ползуна манипулятора относительно его оси без разгерметизации вакуумного объема и возможности полной автоматизации операций, выполняемых манипулятором.

Сравнение заявляемого решения с прототипом свидетельствует о том, что заявляемый манипулятор отличается расположением роликов на каркасе, установленном в корпусе на шарнирных опорах, снабжением механизма продоль- ного перемещения ползуна и зажима захвата сильфонными вводами вращения, выполнением входных валов с льйонных вводов и размещением входных и выходных валов сильЛонных вводов,,

Таким образом, заявляемый манипулятор удовлетворяет критерию изобре

тения новизна.

Сравнение заявленного решения не только с прототипом, но и с другими решениями в данной и смежных областях техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое реше45

Механизм продольного перемещения 5 состоит из двигателя 23, редуктора и сильсЬонного ввода вращения 12„ Кроме того, на валу 25 двигателя 23 закреплен диск 26 с отверстиями 27, необходимый для срабатывания датчика

текущего положения 28 ползуна 3„ i

ГильЛонный ввод, вращения 12 имеет

ние от прототипа Совокупность сущест 50 ВХ°ДНОЙ шарнирный вал 29, расположенный внутри сильйонного узла, состоящего из Лланца 30 и колпачка 31, герметично соединенных сильфоном 32. Один конец входного вала 29 муфтой 33 соединен с валом 3 редуктора , а яругой конец вала 29 установлен в сферическом подшипнике 35, расположенном в колпачке 31 На цилиндрической части колпачка 31 установлены подшипвенных признаков заявляемого решения является новой, неочевидной, обеспечивает достижение положительного эффекта, следовательно, предлагаемый вакуумный манипулятор удовлетворяет критерию изобретения существенные отличия Ч

На фиг„ 1 изображен общий вид вакуумного манипулятора; на фиг. 2 на Фиг. Ь

разрез А-А на Фиг, 1; на фиг, 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг 4 - разрез В-В на фиг, 2; на фиг„ 5 - разрез Г-Г

на Фиг. Ь

Вакуумный манипулятор состоит из герметичного корпуса 1, каркаса 2, установленного в корпусе 1, ползуна 3, шарнирных опор , механизма пролольно5

0

5

0

5

мыми для установки датчика 15 исхс(1 ного положения ползуна 3 и датчика б наличия изделия в захвате 6. .Патчики 15 и 16 крепятся на герметичном корпусе 1. Кроме того, в корпусе. 1 предусмотрены фланцы для подсоединения средств получения и контроля вакуума (на рис. не показаны)„

Ползун 3 состоит из рейки 17, vc- тановленной в роликовых опорах 18 размещенных на каркасе 2, и каре и

19,установленной в роликовых опт ах

20,размещенных на рейке 17. Р 17 и каретка 19 кинематически связаны между собой с помощью гибкой ленты

21,натянутой на вращающиеся шкивы 22, закрепленные на концах рейки 17. Концы ленты 21 закреплены на передней части каркаса 2, а середина ленты прикреплена к каретке 19.

Механизм продольного перемещения 5 состоит из двигателя 23, редуктора и сильсЬонного ввода вращения 12„ Кроме того, на валу 25 двигателя 23 закреплен диск 26 с отверстиями 27, необходимый для срабатывания датчика

текущего положения 28 ползуна 3„ i

ГильЛонный ввод, вращения 12 имеет

ники 36, входящие в расточку водила 37, расположенную- на некотором радиусе и под углом к оси вращения. Водило

37посредством шлицевого соединения

38связано с выходным валом 39, находящимся в зацеплении с рейкой 17 Выходной вал 39 установлен в подшипниках 40,закрепленных на каркасе 2„ Такая конструкция сильфонного ввода spa-to щения обеспечивает возможность перемещения оси выходного вала 39 относительно оси редуктора 24 за счет поворота в шарнире И, наличия сферического подшипника 35 и деформации сильфо- 15 на 32 „

Шарнирная опора 4 включает шток 42 со сферической пятой 43 на одном конце, втулку 44, установленную на осях 45 во фланце 46, и сильйон 47, герметично соединяющий шток 2 и йша- нец 46.

Втулка 44 снабжена двумя регулировочными винтами hi, обеспечивающими ее поворот в осях 45 и фиксацию, и упорной гайкой 4fi, позволяющей благодаря деформации сильфона 47 производить перемещение штока 42 вдоль оси втулки 44 Сферическая пята 43 входит в гнездо 49, закрепленное на каркасе 20

ахват б состоит из двух Г-образ- ных рычагов 50, установленных на осях 51, одни из плеч которых прижаты пруных на рейке 17 и роликов 66, расположенных на каркасе 2„ Троейк 61 защемлен и образует петлю на эксцентрике 53, а тросик 62 защемлен и образует петлю на барабане 64. Расположение роликов 65, 66 обеспечивает управление захватом 6 при любом вылете ползуна 3 манипулятора.

Предлагаемый манипулятор работает следующим образом. Регулировка пространственного положения вакуумного манипулятора относительно устройств, расположенных внутри рабочей камеры, осуществляется с помощью шарнирных опор 4, при этом происходит смещение каркаса 2 относительно герметичного корпуса 1 в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также - поворот вокруг продольной оси„ Регулировка в горизонтальной плоскости осуществляется перемещением штока 42 (лиг 4, 5 с помощью упорной гайки 4й, расположенной в резьбовом конце втулки 440 Путем вращения гаек 40 противоположных опор 4 в одну сторону усилие передается одному из штоков, далее через каркас 2 - противоположному штоку, при этом силь- йюны 47 огтор 4 деформируются и проис- 30 ходит смещение каркаса 2 в горизонталь- . ной плоскости. Регулировка положения в вертикальной плоскости производится качанием втулок 44 в осях 45 с помощью винтов 47: зворачивая один из них и

20

25

жиной 52 к эксцентрику 53 таким обра- 35 выворачивая другой. Изменение угла

наклона втулок 44 противоположных опор в разные стороны от оси приводит к повороту каркаса 2 вокруг своей продольной оси. 40

зом, что при повороте эксцентрика 53 на разжим рычаги 50 расходятся, а при повороте на зажмм - сходятся под действием пружины 52, при этом обеспечивается самоцентрирование захватываемого изделия. Поворот эксцентрика 53 осуществляется с помощью тросиковой системы 5 механизма зажима захвата 7. Кроме того, имеется паз 55 для срабатывания датчика 15 исходного положения ползуна 3

Механизм зажима захвата 7 состоит из двигателя 5б, редуктора 57, сильфонного ввода вращения 12 и тросиковой системы 54, кроме того, на валу редуктора 57 закреплен диск 59 с отверстием, обеспечивающий срабатывание двух оптических датчиков 5ft крайних положений механизма зажима захва45

Комбинированием регулировочных пе ремещений шарнирных опор 4 производится ориентация манипулятора в прост ранстве, в определенных пределах, от- носительно внутрикамерных устройств. После регулировки производится фиксация положения втулки 44 относительно фланца 46 и упорной гайки 4Я относительно втулки 44о

i

50

Перед установкой изделия в захват б производится поворот блрабана 64 на 1РО°, при этом тросики 61, 62, связанные устройствами натяжения 63, передают вращение эксцентрику 53. Эксцентрик 53, поворачиваясь, передает усилие

та 7. Тросиковая система 5 i состоит иё5Г-образным рычагам 50 и они, растяги2-х тросиков 61, 62, связанных устрой-вяя пружину 52, раскрываются (разжиствами натяжения 63, барабана 64, экс-маются), при этом один из датчиков 60

центрика 53, роликов 65, расположен-срабатывает, давая сигнал в систему

o 5

ных на рейке 17 и роликов 66, расположенных на каркасе 2„ Троейк 61 защемлен и образует петлю на эксцентрике 53, а тросик 62 защемлен и образует петлю на барабане 64. Расположение роликов 65, 66 обеспечивает управление захватом 6 при любом вылете ползуна 3 манипулятора.

Предлагаемый манипулятор работает следующим образом. Регулировка пространственного положения вакуумного манипулятора относительно устройств, расположенных внутри рабочей камеры, осуществляется с помощью шарнирных опор 4, при этом происходит смещение каркаса 2 относительно герметичного корпуса 1 в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также - поворот вокруг продольной оси„ Регулировка в горизонтальной плоскости осуществляется перемещением штока 42 (лиг 4, 5 с помощью упорной гайки 4й, расположенной в резьбовом конце втулки 440 Путем вращения гаек 40 противоположных опор 4 в одну сторону усилие передается одному из штоков, далее через каркас 2 - противоположному штоку, при этом силь- йюны 47 огтор 4 деформируются и проис- 0 ходит смещение каркаса 2 в горизонталь- . ной плоскости. Регулировка положения в вертикальной плоскости производится качанием втулок 44 в осях 45 с помощью винтов 47: зворачивая один из них и

0

5

наклона втулок 44 противоположных опор в разные стороны от оси приводит к повороту каркаса 2 вокруг своей продольной оси. 0

5

Комбинированием регулировочных пе ремещений шарнирных опор 4 производится ориентация манипулятора в прост ранстве, в определенных пределах, от- носительно внутрикамерных устройств. После регулировки производится фиксация положения втулки 44 относительно фланца 46 и упорной гайки 4Я относительно втулки 44о

i

50

Перед установкой изделия в захват б производится поворот блрабана 64 на 1РО°, при этом тросики 61, 62, связанные устройствами натяжения 63, передают вращение эксцентрику 53. Эксцентрик 53, поворачиваясь, передает усилие

5Г-образным рычагам 50 и они, растягиуправления о том, что захват разжат. После установки изделия механизм зажима захвата 7 поворачивает барабан 6 | и связанный с ним тросиками 61, 62 эксцентрик 53 в исходное положение, рычаги 50 под действием пружины 52 прижимаются к эксцентрику 53, поворачиваясь на осях 51, и зажимают изделие, при этом срабатывает другой дат-J чик 60, давая сигнал о том, что захват зажат.

Перемещение изделия в рабочую камеру и обратно осуществляется с помощью механизма продольного перемеще-{5 юстировки, улучшить условия обслужи НИР 5- Вращение от двигателя 7-3 через редуктор 2 | и муЛту 3 передается входному шарнирному валу 29 сильйонно- го ввода вращения 1, палее черея вования, обеспечить возможность работ г в автоматизированном режиме, что, с конечном итоге, позволит поьша-п ь про изводительность вакуумного оборудотдило 37 - выходному валу 39, закреп- 20 ния. ленному в подшипниках (0 на каркасе и кинематически связанному с рейкой 17о Рейкя 17 перемещается в роликовых опорах 1Я, при этом происходит перемещение натянутой на шкивы 22 гибкой5 ф о D ленты 21, концы которой закреплены на каркасе 2, а середина прикреплена к заднему концу каретки 19, что заставляет последнюю перемещаться в роликовых опорах 20 „tO Таким образом, величина перемещения, рейки 17 относительно кэокаса 2 равна величине перемещения каретки 19 относительно рейки 17, при этом общая

вания, обеспечить возможность работ в автоматизированном режиме, что, с конечном итоге, позволит поьша-п ь пр изводительность вакуумного оборудот

В этом и заключается технико-экон мическая эфйективность предлагаемого изобретения о

мула изобрет ения

1, Вакуумный манипулятор, содержа щий герметичный корпус с Лланцем для крепления к рабочей камере, р-зм щенный в корпусе ползун, кинемати зе ки связанный с механизмом его пр л ного перемещения, захват, устан ЭЛРН ный на одном конце ползуна, механизм

зажима захвата и систему управления, длина тросиков 61, 62 остается постсян-,. 0 т

- «СГ- 5

нои благодаря роликам Ь5, расположенным нэ каретке 19, что позроляет производить управление захватом Ь при любом положении рейки 17 и каретки 19

При работе механизма продольного Q перемещения 5 происходит вращение закрепленного на валу 25 двигателя 23 диска 26 с отверстиями 27, при этом датчик 28 текущего положения постоянно выдает сигналы в систему управления что позволяет определять текущее положение каретки 19.

отличающийся тем, что, с целью расширения технологических воз можностей, уменьшения габаритов и ул шения условий обслуживания, он снабж установленным в корпусе на шарнирных опорах каркасом с роликами, в которы установлен ползун, а механизмы продо ного перемещения ползуна и зажима за вата снабжены сильЛонными вводами вр щения, причем входные валы сильйонных

вводов выполнены из шарнирно связанных элементов и размещены в корпусе, а выходные валы установлены на каркасе.

После установки пространственного положения манипулятора возможно возникновение перекоса и несоосности осей выходного вала 39 и барабана относительно осей редукторов 2k и 57 механизма продольного перемещения 5 и механизма зажима захвата 7, соответст50

вводов выполнены из шарнирно связанных элементов и размещены в корпусе а выходные валы установлены на карка се.

2, Манипулятор по п. отличающийся тем, что на корпусе выполнены дополнительные фланцы, а каждая шарнирная опора каркаса выпол нена в виде втулки со штоком, на одном конце которого имеется сферичесеенно. Перекос и несоосность компен- 55 кая пята, входящая е гнездо, дополсируотся изменением угла оЈ между звеньями шарнирного вала 29 сильфон- ного ввода вращения 12, что позволяет

осуществлять передачу вращения„ Изменение угла ей происходит за счет перекоса колец сферического подшипника 35, расположенного в колпачке 31, а также за счет перемещения шарнирного вала 29 относительно внутреннего кольца подшипника 36 и деформации сильфо- на 32.

Использование предлагаемого манипулятора для передачи изделий в вакуумных установках позволит по сравнению с прототипом увеличить размеры передаваемых изделий, повысить точность их

ния. ф о D

вания, обеспечить возможность работ г в автоматизированном режиме, что, с конечном итоге, позволит поьша-п ь производительность вакуумного оборудотния. ф о D

В этом и заключается технико-экономическая эфйективность предлагаемого изобретения о

мула изобрет ения

ния. ф о D

1, Вакуумный манипулятор, содержащий герметичный корпус с Лланцем для крепления к рабочей камере, р-зме- щенный в корпусе ползун, кинемати зеки связанный с механизмом его пр ль- ного перемещения, захват, устан ЭЛРН- ный на одном конце ползуна, механизм

зажима захвата и систему управления, 0 т

отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, уменьшения габаритов и улучшения условий обслуживания, он снабжен установленным в корпусе на шарнирных опорах каркасом с роликами, в которых установлен ползун, а механизмы продольного перемещения ползуна и зажима захвата снабжены сильЛонными вводами вра щения, причем входные валы сильйонных

вводов выполнены из шарнирно связанных элементов и размещены в корпусе, а выходные валы установлены на каркасе.

2, Манипулятор по п. отличающийся тем, что на корпусе выполнены дополнительные фланцы, а каждая шарнирная опора каркаса выпол- нена в виде втулки со штоком, на одном конце которого имеется сферичес кая пята, входящая е гнездо, дополнительно выполненное на каркасе,4 причем втулка шарнирно установлена на до полнительном Аланце, снабжена регули11

ровочными винтами и упорной гайкой, размещенной на ее конце, а шток с по175W.2 / ... 12 .

собой с помощью дополнительно введенной гибкой ленты0 . .

.мощ ью дополнительного сйльфбна герметично соединен с дополнительным флан- 5 цем„ - .

3 Манипулятор по п„ 1, о т л и - чающийся тем, что пЬлзун выполнен в виде рейки, имеющей ролико- вые опоры, и каретки, установленной в ш роликовых опорах рейки, причем рейка vt каретка кинематически связана мееду

0 Манипулятор по п„ 1

, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что система управления содержит датчики исходного и текущего положений ползуна, датчики крайних положений механизма зажима захвата, а также и расположенный на корпусе датчик наличия изделия в захвате. .-, . . ..

26

0 Манипулятор по п„ 1

, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что система управления содержит датчики исходного и текущего положений ползуна, датчики крайних положений механизма зажима захвата, а также и расположенный на корпусе датчик наличия изделия в захвате. .-, . . ..

20

А V: }0 2 SZ

S3 &

Pt/2. /

wtftt

Фщ,3

гз

1-8

У f f- v

J-JL

-r-r

43 47 42 46 fS &

4$

(pui.f

Составитель i едактор (И.Шмакова Техред М. Моргентал Кррректор Н.Гунько

Г3аказ 2937 -Тираж - Подписное

ВНИИПИ Государственного 1сомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

w