AT640U1 - GRIPPERS FOR SEMICONDUCTOR WAFERS AND OTHER DISC-SHAPED ITEMS - Google Patents
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Description
AT 000 640 UlAT 000 640 Ul
Die Erfindung betrifft einen Greifer für Halbleiterwafer und andere scheibenförmige Gegenstände mit wenigstens annähernd kreisrundem Außenumfang.The invention relates to a gripper for semiconductor wafers and other disk-shaped objects with an at least approximately circular outer circumference.
In der Praxis stellt sich häufig das Problem, scheibenförmige Gegenstände so zu erfassen, daß weder die Oberseite noch die Unterseite des scheibenförmigen Gegenstandes berührt wird, daß also der scheibenförmige Gegenstand lediglich an seinem Außenumfang (Außenrand) erfaßt und gehalten wird. Dieses Problem stellt sich beispielsweise bei der Handhabung von Siliziumscheiben (Wafer), deren Flächen nicht berührt werden dürfen, wenn der Wafer von einem Greifer gehalten wird.In practice, the problem often arises of grasping disc-shaped objects in such a way that neither the top nor the bottom of the disc-shaped object is touched, so that the disc-shaped object is only grasped and held on its outer circumference (outer edge). This problem arises, for example, when handling silicon wafers, the surfaces of which must not be touched when the wafer is held by a gripper.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Greifer der eingangs genannten Gattung anzugeben, bei dem die oben geschilderten Probleme gelöst sind und der einen einfachen und funktionssicheren Aufbau aufweist.The invention has for its object to provide a gripper of the type mentioned, in which the problems described above are solved and which has a simple and reliable construction.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung mit einem Greifer, der durch einen Grundkörper, durch mehrere im Grundkörper relativ zu diesem radial nach innen und nach außen verschiebbar geführte Greifklauen, durch wenigstens eine Feder, welche die Greifklauen im Sinne einer Verschiebung radial nach innen belastet, und durch eine an den Greif klauen angreifende Spreizeinrichtung zum Bewegen der Greif klauen entgegen der Wirkung der Feder radial nach außen gekennzeichnet ist.This object is achieved according to the invention with a gripper which by means of a base body, by a plurality of gripping claws which are displaceable radially inwards and outwards relative to the base body, by at least one spring which loads the gripping claws in the sense of a displacement radially inwards, and is characterized by a claw gripping the gripping device for moving the gripping claws against the action of the spring radially outwards.
Bei dem erfindungsgemäßen Greifer können die Greifklauen durch Betätigen der Spreizeinrichtung nach außen bewegt werden, so daß die Klauen in einer Bereitschaftsstellung neben dem Außenumfang des zu erfassenden, scheibenförmigen Gegenstandes angeordnet sind. Hierauf wird die Wirkung der Spreizeinrichtung aufgehoben, so daß sich die Klauen radial nach innen bewegen und in Anlage an den Außenumfang des scheibenförmigen Gegenstandes gelangen, da sie von der wenigstens einen Feder radial nach innen bewegt werden. Wenn es sich bei dem scheibenförmigen Gegenstand um einen solchen mit nicht genau kreisrundem Außenumfang handelt, wie dies beispielsweise bei den erwähnten Silizium-Wafer der Fall ist, dann legen sich beim weiteren Aufheben der Wirkung der Spreizeinrichtung die noch nicht am Außenrand anliegenden Klauen unter der Wirkung der Feder(n) ebenfalls an den Außenumfang des Wafer an, so daß dieser ringsherum sicher gehalten wird.In the gripper according to the invention, the gripping claws can be moved outwards by actuating the spreading device, so that the claws are arranged in a standby position next to the outer circumference of the disk-shaped object to be gripped. Thereupon the effect of the spreading device is canceled, so that the claws move radially inwards and come into contact with the outer periphery of the disk-shaped object, since they are moved radially inwards by the at least one spring. If the disk-shaped object is one with an outer circumference that is not exactly circular, as is the case, for example, with the silicon wafers mentioned, the claws that are not yet in contact with the outer edge lie under the effect when the spreading device is further removed the spring (s) also on the outer circumference of the wafer so that it is held securely all around.
In einer einfachen Konstruktion des erfindungsgemäßen Greifers ist vorgesehen, daß die Greifklauen an Halterungen befestigt 2 AT 000 640 Ul sind, die über Führungsstäbe in Führungsbuchsen, die im Grundkörper eingesetzt sind, verschiebbar geführt sind. So ergibt sich eine exakte Führung der Klauen. Die Bestandteile des Greifers und seines Grundkörpers können im Hinblick auf die von ihnen zu erfüllenden Funktionen optimiert werden.In a simple construction of the gripper according to the invention it is provided that the gripping claws are fastened to brackets 2 AT 000 640 Ul, which are guided displaceably via guide rods in guide bushes which are inserted in the base body. This results in an exact guidance of the claws. The components of the gripper and its base body can be optimized with regard to the functions to be performed by them.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Greifklauen Stifte aufweisen, die an ihren freien Enden einen radial vorspringenden Flansch aufweisen und daß der Flansch eine sich nach oben verjüngende Begrenzungsfläche hat. Der radial vorspringende Flansch mit seiner keilförmigen Querschnittsform bewirkt, daß sich die Klauen mit ihrem Flansch unter den Außenumfang des Gegenstandes schieben und so auch einen flach auf einer Unterlage liegenden scheibenförmigen Gegenstand erfassen können.In a preferred embodiment it is provided that the gripping claws have pins which have a radially projecting flange at their free ends and that the flange has a limiting surface which tapers upwards. The radially projecting flange with its wedge-shaped cross-sectional shape causes the claws to slide with their flange under the outer circumference of the object and can thus also grip a disc-shaped object lying flat on a base.
Die genaue Führung der Greifklauen des erfindungsgemäßen Greifers wird verbessert, wenn vorgesehen ist, daß an den inneren Enden der Führungsstäbe in Führungsnuten, die im Grundkörper vorgesehen sind, geführte Führungskörper befestigt sind, an welchen die Spreizeinrichtung angreift.The precise guidance of the gripping claws of the gripper according to the invention is improved if it is provided that guided guide bodies are fastened to the inner ends of the guide rods in guide grooves which are provided in the base body and on which the spreading device engages.
Eine einfache und für das gleichzeitige Bewegen der Greifklauen bezüglich des Grundkörpers radial nach außen vorteilhafte Konstruktion ergibt sich, wenn die Spreizeinrichtung einen im Grundkörper senkrecht zur Bewegungsrichtung der Greifklauen verschiebbaren Spreizkörper mit einer konischen Mantelfläche aufweist, die an den radial inneren Enden der Führungsstäbe oder an den Führungskörpern angreift.A simple construction, which is advantageous for the simultaneous movement of the gripping claws with respect to the base body radially outward, is obtained if the spreading device has an expansion body which can be displaced in the base body perpendicularly to the direction of movement of the gripping claws and which has a conical lateral surface which is on the radially inner ends of the guide rods or on the Attacking guide bodies.
Um die Reibungskräfte des erfindungsgemäßen Greifers auf ein Minimum zu reduzieren, kann vorgesehen sein, daß die konische Mantelfläche des Spreizkörpers an Rollen, die frei drehbar an den radial inneren Enden der Führungsstäbe oder den Führungskörpem gelagert sind, anliegt.In order to reduce the frictional forces of the gripper according to the invention to a minimum, it can be provided that the conical outer surface of the expansion body rests on rollers which are freely rotatably supported on the radially inner ends of the guide rods or the guide bodies.
Die maximale Spreizstellung entsprechend der Auslegung des erfindungsgemäßen Greifers kann in einfacher Weise so definiert werden, daß die den maximal nach außen verstellten Greifklauen entsprechende Endstellung des Spreizkörpers durch Anlage seines vorderen, verjüngten Endes am Grundkörper bestimmt ist.The maximum spreading position according to the design of the gripper according to the invention can be defined in a simple manner so that the end position of the expanding body corresponding to the maximum outwardly adjusted gripping claws is determined by contact of its front, tapered end on the base body.
Zum Betätigen des Spreizkörpers der Spreizeinrichtung können verschiedene Antriebe, wie auch Stellmagnete u.dgl. vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist aber vorgesehen, daß der Spreizkörper durch einen in dem Grundkörper integrierten Druckmittelzylinder betätigt wird. Der Druckmittel- 3 AT 000 640 UlVarious actuators, as well as actuating magnets and the like, can be used to actuate the expansion body of the expansion device. be provided. In a preferred embodiment of the invention, however, it is provided that the expansion body is actuated by a pressure medium cylinder integrated in the base body. The pressure medium- 3 AT 000 640 Ul
Zylinder ist vorzugsweise ein Pneumatikzylinder.The cylinder is preferably a pneumatic cylinder.
Die Erfindung erstreckt sich auch darauf, daß an den an den äußeren Enden der Führungsstäbe vorgesehenen Halterungen für die Stifte der Greifklauen nach innen weisende zungenartige Vorsprünge, die im Abstand über den Flanschen der Stifte vorgesehen sind, angeordnet sind. Die zungenartigen Vorsprünge dienen als Auflage für den von den Greif klauen gehaltenen, scheibenförmigen Gegenstand, wenn der erfindungsgemäße Greifer so ausgerichtet ist, daß die Greif klauen vom Grundkörper nach oben weisen.The invention also extends to the fact that tongue-like projections, which are inwardly spaced above the flanges of the pins, are arranged on the holders for the pins of the gripping claws provided on the outer ends of the guide rods. The tongue-like projections serve as a support for the disc-shaped object held by the gripping claws if the gripper according to the invention is oriented such that the gripping claws point upward from the base body.
In einer einfachen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifers ist vorgesehen, daß die die Greifklauen belastenden Federn Schraubendruckfedern sind, die über die Führungsstäbe gesteckt sind und die mit ihrem einen Ende am inneren Ende einer Führungsbuchse und mit ihrem anderen Ende an der nach radial außen weisenden Fläche eines Führungskörpers anliegen. Auf diese Art und Weise werden die Klauen weitestgehend unabhängig voneinander radial nach innen belastet. Anstelle mehrerer Schraubendruckfedem kann ein beispielsweise an den Führungskörpern an den inneren Enden der Führungsstäbe angreifendes, ringförmiges, elastisches Element, wie ein Gummiband oder eine Ringschraubenfeder vorgesehen sein, von dem die Klauen radial nach innen belastet werden.In a simple embodiment of the gripper according to the invention it is provided that the springs loading the gripping claws are helical compression springs which are placed over the guide rods and which have one end at the inner end of a guide bush and the other end at the radially outward-facing surface of a guide body issue. In this way, the claws are largely independently loaded radially inwards. Instead of a plurality of helical compression springs, an annular, elastic element, such as a rubber band or an annular helical spring, which engages, for example, the guide bodies at the inner ends of the guide rods, can be provided, from which the claws are loaded radially inwards.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, in der auf die angeschlossene Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigt Fig. 1 einen Greifer im Achsialschnitt, wobei in der linken Hälfte von Fig. 1 die Klaue radial nach innen verschoben ist, wogegen die in Fig. 1 rechts gezeigte Klaue von der Spreizeinrichtung radial nach außen verschoben ist, und Fig. 2 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Greifer mit abgenommenem Oberteil.Further details of the invention result from the following description of an embodiment of the invention, in which reference is made to the attached drawing. 1 shows a gripper in axial section, the claw being displaced radially inwards in the left half of FIG. 1, whereas the claw shown on the right in FIG. 1 is displaced radially outwards by the spreader device, and FIG. 2 is a Top view of the gripper according to the invention with the upper part removed.
Der erfindungsgemäße, in der Zeichnung gezeigte Greifer besteht aus einem Grundkörper 1, der im gezeigten Ausführungsbeispiel eine kreisrunde Umrißform hat, und aus im gezeigten Ausführungsbeispiel sechs relativ zum Grundkörper 1 radial nach innen und nach außen verschiebbaren Greif klauen 2.The gripper according to the invention, shown in the drawing, consists of a base body 1 which, in the exemplary embodiment shown, has a circular outline shape, and in the exemplary embodiment shown six claws 2 which can be displaced radially inwards and outwards relative to the base body 1.
Der Grundkörper 1 besteht aus einer im wesentlichen zylinderförmigen Wand 3, einem Deckelteil 4 und einer Basisplatte 5. Die genannten Bauteile des Grundkörpers 1 sind durch Schrauben 6 miteinander verbunden. Die Basisplatte 5 kann mit der Wand 3 auch einstückig ausgeführt sein.The base body 1 consists of an essentially cylindrical wall 3, a cover part 4 and a base plate 5. The components of the base body 1 mentioned are connected to one another by screws 6. The base plate 5 can also be made in one piece with the wall 3.
In der Wand 3 des Grundkörpers 1 sind Führungsbuchsen 7 ein- 4 AT 000 640 Ul gesetzt, in welchen radial ausgerichtete Führungsstäbe 8 verschiebbar geführt sind. In den äußeren Enden der Führungsstäbe 8 sind Halterungen 9 vorgesehen, an welchen Stifte 10 mit jeweils einem radial vorspringenden Flansch 11 vorgesehen sind. Die Stifte 10 sind die zum Ergreifen eines scheibenförmigen Gegenstandes wirksamen Teile der Greifklauen 2.In the wall 3 of the base body 1 guide bushings 7 are inserted 4 AT 000 640 Ul, in which radially aligned guide rods 8 are slidably guided. In the outer ends of the guide rods 8, brackets 9 are provided, on which pins 10, each with a radially projecting flange 11, are provided. The pins 10 are the parts of the gripping claws 2 which are effective for gripping a disk-shaped object.
An den radial inneren Enden der Führungsstäbe 8 sind Führungskörper 12 befestigt, die in Führungsnuten 13 bezüglich der Achse 14 radial verschiebbar sind. Die Führungsnuten 13 für die Führungskörper 12 werden von je zwei Wänden 15, 16 gebildet, die an der Basisplatte 5 des Grundkörpers 1 nach innen vorstehend angeformt sind.Guide bodies 12 are fastened to the radially inner ends of the guide rods 8 and are radially displaceable with respect to the axis 14 in guide grooves 13. The guide grooves 13 for the guide body 12 are each formed by two walls 15, 16, which are integrally formed on the base plate 5 of the base body 1 above.
Um die Greif klauen 2 aus der in Fig. 1 links gezeigten Bereitschafttsstellung, in die sie durch nicht gezeigte Federn (z.B. über die Führungsstifte 8 gesetzte Schraubendruckfedem oder eine ringförmige Schraubenfeder oder ein gummielastisches Band, das um die Außenflächen 17 der Führungskörper 12 gelegt ist) verschoben werden, radial nach außen zu drücken, ist eine Spreizeinrichtung 20 vorgesehen.Around the gripping claws 2 from the standby position shown on the left in FIG. 1, into which they are held by springs (not shown) (for example helical compression springs set over the guide pins 8 or an annular helical spring or a rubber-elastic band which is placed around the outer surfaces 17 of the guide bodies 12). to be pushed radially outwards, a spreading device 20 is provided.
Die Spreizeinrichtung 20 besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Spreizkörper 21 mit konischer Mantelfläche 22, die über an den Führungskörpern 12 frei drehbar gelagerte Rollen 18 auf die Führungskörper 12 und damit auf die Greifklauen 2 einwirkt. Zum Betätigen des Spreizkörpers 21 ist in einem schaftartigen Ansatz des Deckelteils 4 des Grundkörpers 1 ein Pneumatikzylinder 24 aufgenommen, dessen Kolbenstange 25 mit dem Spreizkörper 21 verbunden ist.In the exemplary embodiment shown, the spreading device 20 consists of an expansion body 21 with a conical lateral surface 22, which acts on the guide bodies 12 and thus on the gripping claws 2 via rollers 18 which are freely rotatably mounted on the guide bodies 12. To actuate the expansion body 21, a pneumatic cylinder 24 is accommodated in a shaft-like extension of the cover part 4 of the base body 1, the piston rod 25 of which is connected to the expansion body 21.
An den Halterungen 9 für die Stifte 10 sind radial nach innen weisende, zungenartige Ansätze 30 vorgesehen. Diese Ansätze 30 dienen als Auflage für einen scheibenförmigen Gegenstand, wenn der Grundkörper 1 eine Lage einnimmt, in der die Basisplatte 5 nach oben weist.On the holders 9 for the pins 10 radially inwardly facing, tongue-like lugs 30 are provided. These approaches 30 serve as a support for a disc-shaped object when the base body 1 assumes a position in which the base plate 5 faces upwards.
Wenn mit dem erfindungsgemäßen Greifer ein auf einer horizontalen Fläche liegender, flacher Gegenstand, z.B. ein Silizium-Wafer aufgenommen werden soll, wird zunächst der Pneumatikzylinder 24 betätigt, um den Spreizkörper 21 nach unten bis in Anlage an die Innenseite der Basisplatte 5 zu drücken, wodurch sich die Greifklauen 2 in ihrer radial äußersten Stellung befinden. Nun wird der Greifer von Hand aus oder über einen Bewegungsautomaten (Roboter) in eine Stellung bewegt, in der sich die Stifte 10 der 5 AT 000 640 UlIf with the gripper according to the invention a flat object lying on a horizontal surface, e.g. If a silicon wafer is to be accommodated, the pneumatic cylinder 24 is first actuated in order to press the expansion body 21 downward into contact with the inside of the base plate 5, as a result of which the gripping claws 2 are in their radially outermost position. Now the gripper is moved by hand or via an automatic machine (robot) into a position in which the pins 10 of the 5 AT 000 640 Ul
Greifklauen 2 neben den Außenumfang des zu erfassenden Gegenstandes befinden. Sobald dies geschehen ist, wird der Spreizkörper 21 nach oben bewegt, so daß die Stifte 10 in Anlage an den Außenum-fang des scheibenförmigen Gegenstandes gelangen. Das Ergreifen erfolgt auch dann zuverlässig, wenn der Gegenstand auf einer Unterlage flächig aufliegt, da die Flansche 11 an den freien Enden der Stifte 10 sich nach oben verjüngende (konusmantelförmige) äußere Begrenzungsflächen 11’ aufweisen, so daß der scheibenförmige Gegenstand etwas angehoben wird, wenn sich die Greifklauen 2 nach innen bewegen, da er entlang der die Begrenzungsfläche 11' nach oben gleitet, bis die Stifte 10 am Außenumfang des Gegenstandes anliegen.Gripping claws 2 are located next to the outer circumference of the object to be detected. As soon as this has happened, the expansion body 21 is moved upward, so that the pins 10 come into contact with the outer circumference of the disk-shaped object. The gripping takes place reliably even when the object lies flat on a base, since the flanges 11 at the free ends of the pins 10 have upwardly tapering (cone-shaped) outer boundary surfaces 11 ', so that the disk-shaped object is raised somewhat when the gripping claws 2 move inwards since it slides along the boundary surface 11 'until the pins 10 rest on the outer circumference of the object.
Wenn es sich bei dem scheibenförmigen Gegenstand, wie dies bei einem Silizium-Wafer der Fall ist, um einen nicht exakt kreisrunden Gegenstand handelt, dann werden einige der Greif klauen 2 nicht gleich am Außenumfang des Gegenstandes anliegen. Wird aber der Spreizkörper 21 weiter angehoben, dann bewegen sich auch die noch nicht anliegenden Greifklauen 2 unter der Wirkung der ihnen zugeordneten Feder radial weiter nach innen, bis sie ebenfalls am Außenumfang des Gegenstandes anliegen. Durch dieses schrittweise Anlegen der Greifklauen 2 wird ein genau zentriertes Halten des scheibenförmigen Gegenstandes gewährleistet.If the disk-shaped object, as is the case with a silicon wafer, is an object which is not exactly circular, then some of the gripping claws 2 will not immediately rest on the outer circumference of the object. If, however, the expansion body 21 is raised further, the gripping claws 2 which are not yet in contact also move radially inward under the action of the spring assigned to them until they also abut the outer circumference of the object. This step-by-step application of the gripping claws 2 ensures that the disc-shaped object is held precisely in the center.
Zusammenfassend kann die Erfindung beispielsweise wie folgt dargestellt werden:In summary, the invention can be represented as follows, for example:
Um scheibenförmige Gegenstände (Silizium-Wafer) zu erfassen, ist ein Greifer vorgesehen, der relativ zu einem Grundkörper 1 radial nach innen und nach außen verschiebbar geführte Greifklauen 2 auf weist. Die Greif klauen 2 werden durch Federn radial nach innen belastet. Im Grundkörper 1 ist eine Spreizeinrichtung 20 mit einem konischen Spreizkörper 21 vorgesehen, durch die alle Greifklauen 2 gemeinsam entgegen der Wirkung der Federn radial nach außen bewegt werden können. Beim Zurückbewegen der Spreizeinrichtung 20 legt sich zunächst wenigstens ein Teil der Greifklauen 2 an den Außenumfang des scheibenförmigen Gegenstandes an. Beim weiteren Zurückbewegen der Spreizeinrichtung 20 legen sich auch die restlichen Greifklauen 2 unter der Wirkung der ihnen zugeordneten Federn an den Außenumfang des scheibenförmigen Gegenstandes an. Der Spreizkörper 21 der Spreizeinrichtung 20 wirkt über im Inneren des Grundkörpers 1 vorgesehene Führungskörper 12, die mit den Greif klauen 2 über Führungsstäbe 8 verbunden sind, auf die 6In order to grasp disk-shaped objects (silicon wafers), a gripper is provided which has gripping claws 2 which are guided radially inwards and outwards relative to a base body 1. The gripping claws 2 are loaded radially inwards by springs. In the base body 1, a spreading device 20 is provided with a conical expanding body 21, by means of which all gripping claws 2 can be moved radially outwards together against the action of the springs. When the spreading device 20 moves back, at least a part of the gripping claws 2 initially lies against the outer circumference of the disk-shaped object. When the spreading device 20 is moved back further, the remaining gripping claws 2 also rest against the outer circumference of the disk-shaped object under the action of the springs assigned to them. The expansion body 21 of the expansion device 20 acts on the inside of the base body 1 provided guide bodies 12, which are connected to the gripping claws 2 via guide rods 8, on the 6th
Greifklauen 2 ein.Claws 2.
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