Вакуумный манипулятор

 

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

СОКИ СОВЕТСКИХ

СО)1ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg)g В 25 Л 21/00, 11/110

Я ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ хне.

Основными недостатками манипулятора со стыковочными узлами, расположенными между рабочей .вакуумной камерой и корпусом манипулятора, являются: низкая жесткость конструкции, увели" чение габаритов манипулятора (по дли- не) особенно при больших размерах пе- (Я ремешаемых изделий и сложность регули- ф, ровки. Кроме того, известная конструк- ф ция не обеспечивает регулирование: по:ложения захвата по углу вокруг оси манипулятора без разгерметизации флан- .

4евого соединения. т

Меиеопее епиеким- техническим ре- м » шением к заявляемому является манипулятор (2) .

Стыковочный узел в указайном мани-; пуляторе выполнен в .вире сильвиа, герметично соединенного с двумя Фланцами, которые могут бытъ перемещены относительно друг друга благодаря де" формации сильвиа за счет винтов, усГОСУДАРСТ6ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbtTHAM

ПРИ ГНИТ СССР

1 (21) 4893741/08 .

«(22) 25.12.90 (46) 15.08„92. Бюл. V 30 (71) Научно-исследовательский технологический институт Министерства электронной промышленности ГССР (72) В.Ф„. Варакин, Н.Д. Кузнецов и С.j1, Овчинников (56) Авторское свидетельство СССР

М 1404331, кл. В 25 J 11/00, 1986 г. (54) ВЛКууИН а ИИВ ПудятОР (57) Применение: вакуумная техника, в частности для передачи изделий в ваПредлагаемое изобретение относится к вакуумной технике и предназначено .. для передачи изделий в вакуумных .установках, например, установках электронной и ионной спектроскопии, молекуляр" но-лучевой зпитаксии и других вакуумных техн6логических установках для производства изделий микроэлектроники.

Известен вакуумный передающий ма" нипулятор, содержащий герметичный корпус,.ползун с захватом и механизмы.;пе-. ремещения- ползуна и зажима захвата, а также стыковочный узел, расположенный между корпусом и сланцем вакуумной камеры, на которую устанавливается ма" нипулятор (1).. Гтыковочный узел обеспечивает ре: гулирование положения захвата отйоси . тельно внутрикамерных устройств, с. которыми взаимодействует передающий. анипулятор.

>5U;» 1754442 А1

2 куумном оборудовании. Сущность: мани" пулятор снабжен каркасом 2, установленным на герметичных шарнирных опорах в корпусе 1. На каркасе 2 размещены ролики 10, на которых уста ювлен ползун 3 с захватом. 11еханизм 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 l, а их выходные валы установлены на каркасе 2, 3 з.п. й-лы. э ил.

175 lÌ тановленных на коаксиально распольженных 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 10 раз меньше длины манипулятора. Низкая жесткость стыковочного узла приводит к возможности появления вибраций ползуна при работе механизмов и к потере точности расположения захвата. 15

Конструкция затрудняет восйроизве. дение положения захвата после разрегупировки без выверки относительно внутрикамерного устройства, Помймо этого наличие стыковочного узла приводит к увеличению габаритов манипулятора йо длине, что особенно о1цутимо при необходимости йеремещать изделия больших размеров {подложки .9 150 мм и более).

Регулирование положения захвата майипулятора относительно внутрикамер-: ных устройств с помощью указанного стыковочного узла требует одновременного манипулирования (ослабления и 30 . затягивания) шестью элементами (три шпильки и три винта) при их взаимном влиянии друг на друга. Конструкциястыковочного. узла не обеспечивает возможности регулирования по углу вокруг оси манипулятора. Такая регулировка осуществляется за счет поворота фланца манипулятора относительно фланца камеры при наличии зазоров" в соедине нии, обеспечивающем вакуумное уплотне- 40 ние, т .е. при разгерметизации вакуумного соединения„

Кроме того, при регулировке необходи мо перемещать вес ь манипулятор, имеющий достаточно большую массу. 4$

Целью предполагаемого изобретения являются расширение технологических возможностей, изменение габаритов и улучшение условий обслуживания.

Указанная цель. достигается тем, 50 что в вакуумном Манипуляторе, содержащем герметйчный корпус и размещенный

s нем на роликах ползун, кинематически связанный с механизмом его продольного перемещения, захват,-ус гановлен- у ный на орном конце ползуна и механизм ажйма 38xBBTR ролйки расположены на каркасе, установленном на корпусе на шарнирных опорах, а механизмы про:

Д дольного перемещения ползуна и зажима захвата снабжены сильфонными вводами вращения, причем входные валы сильфонных вводов выполнены шарнирными и размещены в.:корпусе, а выходные валы установлены на каркасе.

Шарнирная опора выполнена в виде штока, на одном конце которого имеется сферическая пята, входящая в: гнездо, расположенное на каркасе а другой конец размещен во втулке, установленной на осях во Фланце, герметично соединенном с корпусом, йричем втулка снабжена регулировочными винтами и упорной гайкой,.размещенной на ее конце, а шток с помощью сильфона герме- тично соединен с Фланцем.

Ползун выполнен состоящим из рейки, установленной в роликовых опорах, размещенных на каркасе, и каретки, установленной в роликовых опорах, размещенных на рейке, причем рейка и каретка кинематически связаны между cd.бой с помощью гибкой ленты„

Вакуумный манипулятор снабжен системой автоматического управлейия, 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 кроликах в каркасе, установленном в корпусе на шарнирных Опорах, введение сильфонных вводов вращения, допускающих;возможность перемещения каркаса относительно корпуса без нарушения кинематической связи и герметичности, применение телескопического ползуна и датчиков, обеспечивают: возможность точной юстировки положения ползуна, включая и поворот вокруг продольной,оси, относительно вакуумной камеры без разгерметизации соединения вакуумного манипулятора и камеры;

- жеСткую Фиксацию каркаса в корпусе после окончания юстировки за счет закрепления в ойорах, размещенных на корпусе;

- облегчение процесса юстировки за счет применения шарнирных опор;

- сокращение габаритов манипулятора по длине за счет применения телескопического ползуна и исключение силь" фонного юстировочного узла, используемого в известных конструкциях;

- возможность работы вакуумного ма- .

1754<« нипулятора в автоматиз»рованном или автоматическом режиме благодаря наличию датчиков исходного и текущего полон<ения ползуна, крайних положений меха- 5 низма зажима захвата и наличия изделия в захвате.

Повышение жесткости конструкции манипулятора, точности юстировки полон<ения, сокращение габаритов позволяет 10 расширить его технологические возмож" .ности в части увеличения размеров тра«лспортируемь«х иэделий, длины хода и точности воспроизводимости положения, т.е. может использоваться в 15 сверхвысоковакуумном оборудовании для перемещения подложек диаметром до

200 л«м в вакуумных камерах диал«етром до 1000 мм.

Улучшение условий обслуживания про- исходит благодаря упрощению юстиров«<и поло>«<е««и««за счет ре<-улиров«<«л 4-х шарнирных опор, возможности их фиксации по углу и длине, регулировке угла поворота ползуна ма««ипулятора

25 относитель««о 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 продольного перемещения ползу»а и зажима . захвата сильфонными вводами вращения, выполнением входнь«х валов сильфонных вводов и размещением входных и выходных валов сильфонных вводов. . 40

Таким образом, заявляемый манипулятор удовлетворяет критерию изобре-. .тения "новизна".

Сравнение заявленного решения не . 4 только с прототипом, но и в другими решениями в данной и смежных областях техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа. Совокупность сущест-50 венных признаков заявляемого решенйя является новой, неочевидной, обеспе- . чивает достижение положительного эффекта, следовательно, предлагаемый вакуумный манипулятор удовлетворяет . критерию изобретения. "«существейнь«е отличия".

На фиг. 1 изображен общий вид ва куумного манипулятора; на фиг. 242 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. 4.

Вакуумный манипулятор состоит из герметичного корйуса I, каркаса 2, установленного в корпусе 1, ползуна 3, шарнирных опор 4, механизма продольного перемещ«ения 5, захвата 6 и меха»из" ма зажима захвата 7.

Герметичный корпус 1 снабжен флан<

1цем 8 для жесткого герметичного coer, . нения с вакуумной рабочей камерой, фланцем 9 для герметичного соединения с цилиндрическим колпаком 10, двумя фланцами 11 для пристыковки с««>«ь«>о««««ь«х вводов вращен»л 12»;л;. «цами 13 лля размещения шарнир««ых опор

4, а также двумя окнами 14, ««еобх<>>«««мыми лля установки датчика 15 искг,,ного поло>кения ползуна 3 и датчика «<>

««аличия изделия в захвате <>.,Пат<««л«<««

15 и 16 «<репятся ««а гермет«лчном 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, v<тановленной в роликовых опорах 1<>, размещенных на каркасе 2, и каре ;»

19, установленной в роликовых оп ах

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

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

Механизм продольного перемещения

5 состоит из двигателя 23, редуктора

24 и сильфонного ввода вращения 12.

Кроме. того, на валу 25 двигателя 23 закреплен диск 26 с отверстиями 27, необходимый для срабатывания датчика текущеro положения 28 ползуна 3.

«

Силь<«>онный ввод вращения 12 имеет входной шарнирный вал 29, расположенный внутри сильфонного узла, -состоящего из фланца 30 и колйачка 31, герметично соединенных сильфоном 32.

0дин конец входного вала.29 муфтой 33 соеринен с валом 34 редуктора 24, а другой конец вала 29 установлен в сферическом подшипнике 35, расположенном в колпачке 31. На цилиндрической части колпачка 31 установлены подшип 7 1754442 8 ники 36, ъходящие в расточку водила ных на рейке 17 и роликов 66, располо37, расположенную- на некотором радиу- женных на каркасе 2. Тросик 61 эащемсе и под углом к оси вращения. Водило лен и образует петлю на эксцентрике

37 посредством шлицевого соединения 5 53, а тросик 62 эащемлен и образует

38 связано с выходным валом 39, нахо- петлю на барабане 64. Расположение дящимся в зацеплении с рейкой 17. Вы- роликов 65, 66 обеспечивает управлеходной вал 39 установлен в подшипни- ние захватом 6 при любом вылете ползуках 40,закрепленных на каркасе 2. Та- на 3 манипулятора. кая конструкция сильфонного ввода вра-10 ПРедлагаемый манипулятор работает щения обеспечивает воэможность пере- следующим образом. Регулировка прост- мещения оси выходного вала 39 относи- Ранственного положения вакуумного метельно оси редуктора 24 эа счет пово- нипулятора относительно устройств,: рота в шарнире 41, наличия сферическо- Расположенных внутри рабочей камеры, го подшипника 35 и деформации сильфо- 15 осуществляется с помощью шарнирных на 32. опор 4, при этом происходит смещение йарнирная опора 4 включает шток 42 каркаса 2 относительно герметичного .. co сферической пятой.43 на одном кон- корпуса 1 в горизонтальной и веръикальце, втулку 44, установленную на осях ной плоскостях, а также - поворот вок45 во фланце 46, и сильфон 47, герме- 20 pvr продольной оси. Регулировка в готочно соединяющий шток "42 и @ла- ризонтальной плоскости осуществляется „ец 46 перемещением штока 42 (фиг 4, 5) с

Втулка 44 снабжена двумя регулиро помощью УпоРной гайки 48, Расположен- вочными винтами 47 обеспечивающи ной в Резьбовом конце втУлки 44. ПУтем ее поворот в осях 45 и фи„сацию вращения гаек 48 противоположных опор и . иксацию и упорной гайкой 4ц, позволяющей благо" в одну сторону. усилие передается од даря реформации сильфЬна 47 про в . ному из штоков, далее чеРез каркас 2противоположному штоку, при этом сильдить перемещение штока 1 вдоль оси втулки 44 Сферическая пята 43 входит

49 30 4одит смещение каркаса 2 в гор закрепленное на карка" се 2. . ной плоскости. Регулировка положения

".àõâàò 6 состоит из лвух --„б„а в вертикальной плоскости производитсЯ ных рычагов 50, установленных на осях качанием втулок s осях z с помоцью

44 4r

51, одни иэ плеч которых прижаты пру» винтов 47: сворачивая один из них и ° жиной 52 к эксцентрику 53 таким обра» 35 выворачивая другой. Изменение угла . зом, что при повороте эксцентрика 53 наклона втулок 44 противоположных опор на раэжим рычаги 50 расходятся а пр„ в разные стороны от оси приводит к

У

» повороте на зажим " сходятся под дей» повоРоту каркаса 2 вокруг своеи проМ ствием пружины 52, при этом обеспечивается самоцентрирование захватываемо.40 . Комбинированием регулировочных пе го изделия. Поворот эксцентрика 53 ремещений шарнирных опоР > проиэвоосуцествляется с помощью тросиковой . дится ориентация маннпулятора в прост" системы 54 механизма зажима захвата 7, Ранстве, в определенйых пределах, от- .

Кроме того, имеется паэ 95 для сраба- носительно внУтРикамеРных УстРойств. тывания датчика 15 исходного положе- 4» "осле РегУлиРовки пРоизводитсЯ фйксаHHR tloJl3YHB 3 ция положения втулки 44 относительно фланца 46 и упорной гайки 4Р относи-.

Механизм зажима захвата 7 состоит ... „ .,л „ 44 из двигателя 56, редуктора 57, сильфонного ввода вращения 12 и тросико-:50 Перед установкой изделия в захват вой системы 54, кроме .того, на валу 6 производится поворот барабана 64 на редуктора 57 закреплен диск 59 с от- 1РО, при этом тросики 61, 62, связанверстием, обеспечивающий срабатыва- ные устройствами натяжения 63, переда- . ние двух оптических датчиков 50 край- ют вращение эксцентрику 53. Эксцентрик них положений механизма зажима захва- 53, поворачйваясь, передает усилие -. та 7. Тросиковая система 54 состоит иь Г-образным Рычагам 50 и они, растяги- " ,55

2-х тросиков 61, 62, связанных устрой- .вйя пружину 52, раскрываются (разжи ствами натяжения 63, барабана 64, экс" . маются), при этом один из датчиков 60;;-... центрика 53, роликов 65, расположен- срабатывает, давая сигнал в систему .. .

17544i 2 10

П управления о том, что захват Разжат; осуществлять передачу вращения И еосле установки изделия механизм за- нение угла a(происходит за счет пережима захвата 7 поворачивает барабан коса колец сферического подшипник U о подшипника

6 и связанныи с ним тросиками 61, . 35 расположенного в колпачке 31

5 колпачке, а

62 эксцентрик 53 в исходное положение, также за счет перемещения шарнирного рычаги 50 под действием пружины 52 вала 29 относительно внутреннего кольприжимаются к экгцентрику 53, повара- ца подшипника 36 и деформации сильфочиваясь на осях 51, и зажимают изде- на 32. лие, при этом срабатывает другой-,дат-;10 Использование предлагаемого манипучик 60, давая сигнал о том, что захват лятора для передачи изделий в вакуумных установках позволит по сравнению с

Перемещение изделия в Рабочую ка . .прототипом увеличить размеры передамеру и обратно осуществляется с по- ваемых изделий, повысить точность их мощью механизма продольного пеРемеще )5 юстировки, улучшить условия обслух<и. 5. Раще ие от двигателя ?3 через вания, обеспечить возможность рабо1.t редуктор 2 и муфту 33 передаетсл в автоматизированном Режиме, что, в входному шарнирному валу 29 сильфонно" конечном итоге, позволит повыси1ь прого ввода вращения 12, далее через во ... изводительность вакуумного оборудов дило 37 " выходному валу 39, закреп- 2г, ния, ленному в подшипниках t0 на каркасе В этом и заключается технико-эконо? и кинематически связанному с рейкой мическая эффективность предлагаемого

17. Рейка 17 перемег(ается в ролико изобретения. вых опорах 18, при этом происходит перемещение натянутой на шкивы 22 гибкой.5 Формула и з о б р е т е и и я ленты 21, концы которой закреплены на каркасе 2, а середина прикреплена 1. Вакуумный манипулятор, содержак заднему концу каретки 19, что зас- щий герметичный корпус с фланцем тавляет последнюю перемещаться в роли ковых опорах 20. для крепления к рабочей камере, p= ме10 щенный в корпусе ползун, кинемати сТаким образом, величина перемещенйя, ки связанный с механизмом его пр" >льрейки 17 относительно каркаса 2 равна ного перемещения, захват, устан< зленвеличине перемещения каретки 19 отно- ный HG одном конце ползуна, механизм сительно рейки 17, при этом общая зажима захвата и систему управления, длина тросиков 61, 62 остается постоян- отличающийся тем, что, с ной благодаря роликам 65 расположенцелью расширения техн логических воз" ным на каретке t9 что позволяет и оp - 9 o .-" Т про можностей, уменьшения габаритов и улуч" изводить управление захватом 6 при шения слов " )с шения условий обслуживания, он снабжен любом положении рейки 17 и каретки 19. установленным установленным в корпусе на шарнирных

При работе меха изма продольного 40 опорах каркасом с роли опорах каркасом с роликами, в которых перемещения 5 происходит вращение "становлен и лз н установлен ползун, а механизмы продользакреплен ого а валу 25 дви а ля 23 ного перемещения ползуна и зажима захдиска ?Г с о верс иска ?б с отверстиями ?7, при этом вата снабжены сильфонными вводами врадатчик . У !атчик 28 текущего положения постоян- . щения, причем входные валы сильоонных но выдает сигналы в систему управления„. что позволяет определять текущее поло- eaOPOV ВЫПОЛНЕНЫ ИЗ ШарНИРНО СВЯЗаНжение каретки 19. ных элементов и размещены в корпусе

l а выходные валы установлены йа карка"

После установки пространственного положения манипулятора возможно:воз- ::: :- 2. Манипулятор по и. l, о т л иникновение перекоса и несоосности- осей, ч а ю шийся тем, что на корпусе

50 выходного вала 39 и барабана 64 отно- выполнены дополнительные фланцы, а сительно осей редукторов 24 и 57 меха каждая шарнирная опора каркаса выпол низма продольного перемещения 5 и ме- нена в виде втулки со штоком-," на од- ханизма зажима захвата 7, соответст- ном конце которого имеется сферичес- - венно. Перекос и несоосность компен= 55 кая пята, входящая в гнездо, poriopсируются изменением угла Q между нительно выполненное на каркасе, при-, звеньями шарнирного вала 29 сильфой- чем втулка шарнирно установлена на до- ного ввода вращения 12, что позволяет волнительном фланце, снабжена регули7 7Яs>,1>2 ровочными винтами и упорной гайкой, собой с помощью дополнительно введен- размещенной на ее конце, а шток с по- ной гибкой ленты. мсж>ью дополнительного сйльфона герметично соединен с дополнительным Флан- 5 4. Манипулятор по и. 1, о т л и цем, 7SO44:

175ММ

1754442

Puz.

Составитель

1 елактор (И Шмакова Техреду М. ИОРгентал КРРРектоР Н.Гунько

««« ° ««ай«а «««««««««м м

4«« ° «%«« Заказ 2937, -- ТиРаж - " ... Подписиое

В11ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыт р к ытиям п и ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 «««Ф««

Производственно- издательский комбинат Патент, r.Óæãîð д,. у р " " " Уж о о . л. Гагарина,101