Brevet FR2774975A1 — publié le 19990820

l Dispositif de transfert d'un objet entre au moins deux e/RacemenLts L'invention concerne un dispositif de transfert d'un objet entre au moins deux emplacements, comportant une pince qui, au moyen d'éléments de pince, saisit l'objet par un élément de préhension, après avoir approché l'objet. Un dispositif de ce type est connu par exemple par la DE 195 42 646 A1. Lors de la fabrication de circuits intégrés, les supports à usiner sont le plus souvent logés dans des conteneurs de transport, en raison d'exigences de salles blanches. Pour le transfert mécanique des conteneurs de transport, on utilise généralement des pinces de conformation particulière, pour lesquelles des éléments de préhension correspondants sont prévus dans la zone de couverture des conteneurs. C'est ainsi que par la DE 195 42 646 A1 on sait équiper un poste de chargement et de déchargement d'une machine d'usinage de semiconducteurs, à partir d'un stockeur. Pour le transfert des conteneurs de transport, qui sont pourvus dans la zone de couverture d'un élément de préhension, il est prévu une pince déplagable verticalement et horizontalement, qui est fixée par un bras en porte-à- faux sur un dispositif d'entraînement horizontal. Le dispositif d'entraînement horizontal est A son tour en liaison avec un ascenseur pour le mouvement vertical. Après qu'un conteneur de transport a été saisi, il est transporté horizontalement, depuis la case du stockeur, dans un espace laissé libre et il est ensuite transporté verticalement jusqu'à un plan dans lequel doit s'effectuer un transfert. Au cours d'un transfert de ce type il faut veiller tout particulièrement à ce que la fixation fixe, nécessaire à un transport rapide, n'entraîne pas une production accrue de particules, par friction. Etant donné que les conteneurs de transport diffèrent dans leur taille, en particulier leur hauteur, dans des tolérances déterminées, il faut garantir qu'il ne se produise pas une déformation ou même une destruction, lorsque la pince s'approche du conteneur de transport. L'invention se propose de trouver une solution à ceci. Suivant l'invention ce but est atteint avec un dispositif de transfert d'un objet entre au moins deux emplacements en ce que la pince comporte un capteur destiné à détecter l'objet et sa distance lors de l'approche, l'instant de la détection de l'objet définissant la détermination de la courbe d'approche restante pour une approche commandée et le début de l'opération de préhension. D'une manière avantageuse le capteur est conformé en barrière lumineuse, qui présente une distance définie par rapport à un plan de référence de la pince et dans laquelle l'objet pénètre lors de l'approche. La pince contient deux paires réglables l'une par rapport à l'autre de plaques superposées, reliées par des bielles, dont les plaques inférieures sont guidées forcées dans des organes de guidage sur une plaque de base. Les plaques supérieures portent des éléments de pince, qui entourent latéralement la plaque de base. Les plaques supérieures s'appliquent contre des butées sur la plaque de base, lors d'un déplacement en direction l'une de l'autre, ce qui fait qu'il se produit un changement de sens du déplacement et que les éléments de pinces sont tires contre la plaque de base. L'opération de préhension avec les éléments de pince est composée de déplacements dirigés perpendiculairement l'un à l'autre, des éléments de pince passant sous l'élément de préhension au cours d'un premier déplacement et s'appliquant contre l'élément de préhension, au cours d'un deuxième déplacement dirigé vers la pince, jusqu'à ce qu'il s'établisse une liaison à force et par complémentarité de forme entre l'élément de préhension et une surface d'application de la pince, se trouvant dans le plan de référence. Grâce à la conformation des éléments de pince en tant que tôles élastiques, il est possible de compenser des tolérances d'épaisseur de l'élément de préhension. Il est avantageux de prévoir comme dispositif d'entraînement pour le déplacement des paires, un mécanisme d'entraînement à manivelle avec des capteurs, qui détecte ses positions de fin de course respectives pour un fonctionnement parfait de la pince. Des tiges d'orientation montées sur les plaques inférieures s'engagent dans des évidements de l'élément de préhension, en tant que contrôle d'orientation. En cas de fausse orientation, le déplacement des plaques inférieures et donc l'arrivée à la position de fin de course du mécanisme d'entraînement A manivelle sont empêchés, ce qui fait que les capteurs du mécanisme d'entraînement à manivelle signalent une erreur. Les tiges d'orientation présentent à leurs extrémités des élargissements en forme de plateau, avec lesquels il est possible d'assurer une fixation par complémentarité de forme de l'élément de préhension, en cas de rupture des éléments de pince. Les butées destinées à faciliter le déplacement avec changement de sens des plaques supérieures, sont pourvues de roulements à billes pour rouler. La pince convient tout particulièrement au transfert de conteneurs de transport dans un rayonnage de stockage; à cet effet elle est fixée sur un dispositif d'entraînement horizontal et un dispositif d'entraînement vertical. Le transfert s'effectue entre un logement de conteneurs de transport pour le chargement manuel du rayonnage de stockage avec des conteneurs de transport, et des emplacements de rayonnage à l'intérieur du rayonnage de stockage. Il peut être prévu un transfert direct vers un emplacement de chargement et déchargement d'une installation d'usinage de semi-conducteurs. L'invention est décrite ci-après plus en détail en référence à des dessins schématiques. La fig. 1 est une vue de dessus de la construction de la pince, la fig. 2 est une vue de côté de la pince avec éléments de pince ouverts, la fig. 3 est une vue de côté de la pince avec éléments de pince qui sont déplacés sous un élément de préhension, la fig. 4 est une vue de côté de la pince avec objet saisi, la fig. 5 représente des moyens d'orientation de l'élément de préhension vers la pince, les fig. 6a à 6d sont une vue de principe de l'opération de préhension, la fig. 7 représente un dispositif de transfert d'objets sous la forme de conteneurs de transport, la fig. 8 est un schéma-bloc des éléments fonctionnels du transfert, la fig. 9 est un diagramme du transfert d'un objet entre deux emplacements, la fig. 10 représente la commande de vitesse lors du transfert. Sur les fig. 1 à 4, qui représentent une pince, les logements d'accouplement 1, 2 inférieurs en forme de plaques sont guidés forces par des organes de guidage 3, 4, qui sont portés par une plaque de base 5. Pour l'entraînement il est prévu un dispositif d'entraînement A manivelle 6, sur lequel s'effectue une transmission des forces par un moteur 6.1, par l'intermédiaire d'un premier engrenage 6.2, et un accouplement 6.3, par un mécanisme A vis sans fin 6.4, destiné à produire le couple de rotation nécessaire et à réaliser un auto-blocage. De ce fait la pince ne peut s'ouvrir automatiquement sous l'effet de la force de gravité, en cas de coupure de courant. Le couple de rotation du dispositif d'entraînement à manivelle 6, qui augmente, se répercute positivement à la fin de la zone de déplacement, o la vitesse du changement de parcours diminuant alors que la vitesse de rotation du dispositif d'entraînement reste la même. Les logements d'accouplement inférieurs 1, 2 sont reliés par des bielles, dont les bielles intérieures sont désignées par 7, 8 et les bielles extérieures par 9, 10, avec des logements d'accouplement 11, 12 supérieurs en forme de plaques, qui servent de supports aux éléments de pince 13, 14. Grâce A la conformation des éléments de pince 13, 14 en tant que tôles élastiques, il est possible de compenser des tolérances d'épaisseur d'un élément de préhension 15 des objets à saisir. Au dispositif d'entraînement à manivelle 6 sont associés des capteurs 16, 17, qui détectent ses positions de fin de course respectives pour un fonctionnement parfait de la pince. Si dans un sens de rotation sélectionné, la position de fin de course correspondante n'est pas atteinte, il est signalé une erreur. Pour limiter la zone de déplacement horizontale des logements d'accouplement supérieurs 11, 12, sont fixées des butées 19 pourvues de roulements à billes 18, avec lesquelles est garantie la poursuite du déplacement vertical sans friction des logements d'accouplement supérieurs 11, 12. En outre sur les logements d'accouplement inférieurs 1, 2 sont montées des tiges d'orientation 20, qui s'engagent dans des évidements 21 de l'élément de préhension 11, pour le contrôle de l'orientation (fig. 5). En cas de mauvaise orientation, les doigts d'orientation 20 empêchent d'atteindre la position de fin de course du mécanisme d'entraînement à manivelle 6, ce qui a pour conséquence la signalisation d'une erreur. Avec des plateaux 22 à l'extrémité des tiges d'orientation , il est possible d'assurer une fixation par complémentarité de forme de l'élément de préhension 15 avec la pince, en cas de rupture des tôles élastiques. Au-dessous de la plaque de base 5, c'est-à-dire devant la pince dans le sens de déplacement vers un objet à saisir, il est prévu un premier capteur sous la forme d'une barrière lumineuse 23, de préférence une barrière optoélectronique A lumière unidirectionnelle. L'axe O-O, formé par un émetteur et un récepteur, se trouve dans une relation spatiale fixe (distance définie) par rapport à la plaque de base 5. Tandis que la pince du présent exemple de réalisation est conçue pour une position d'utilisation horizontale, le principe de la pince peut s'appliquer aussi en position verticale. Ceci exige seulement de recourir à des éléments A ressort pour produire une force, qui en cas d'utilisation10 horizontale agit sous la forme de la force de gravité sur les logements d'accouplement supérieurs 11, 12. La saisie de l'objet s'effectue en principe suivant une séquence selon les figures 6a A 6d. A partir d'une position initiale, dans laquelle la pince est positionnée au-dessus de l'élément de préhension , dans le plan x- y, celle-ci est déplacée, par abaissement, vers l'élément de préhension 15, jusqu'A ce que son bord supérieur parvienne dans la lumière lumineuse 23. L'interruption du faisceau de rayon caractérise aussi bien la présence de l'élément de préhension 15 que l'espace libre encore restant entre la plaque de base 5 et l'élément de préhension 15, par suite de la distance définie connue par rapport à la plaque de base 5. La position de préhension, dans laquelle une fente définie doit être laissée libre entre la plaque de base 5 et l'élément de préhension 15, pour éviter des déformations de l'objet, peut maintendnt être approchée de façon commandée. A la détection de l'élément de préhension 15 est en outre lié un déclenchement d'un signal en vue de la commande du dispositif d'entraînement à manivelle 6, dont la rotation (fig. 6c) déplace les logements d'accouplement 1, 2; 11, 12 avec les bielles 7, 8, 9, 10, horizontalement, vers le centre de la pince. Au cours de cette étape de l'opération de préhension, les éléments de pince 13, 14 se déplacent horizontalement sous l'élément de préhension 15. Si les bielles 7, 8 intérieures touchent, avec un roulement à billes des logements d'accouplement supérieurs 11, 12, les butées 19, leur déplacement horizontal est stoppé. Etant donné que les logements d'accouplement inférieurs 1, 2 continuent d'être déplacés horizontalement, les bielles 7, 8, 9, 10 se rabattent par force vers le haut, du fait du roulement sur les roulements à billes 18. Le déplacement horizontal des logements d'accouplement supérieurs 11, 12 et donc celui des éléments de pince 13, 14, est converti en un mouvement vertical. Si après une rotation de 180 , le dispositif d'entraînement à manivelle 6 atteint le 2' point mort (fig. 6d), le mouvement horizontal des logements d'accouplement inférieurs 1, 2 ainsi que le mouvement vertical des logements d'accouplement supérieurs 11, 12 avec les éléments de pince 13, 14, cessent. Les éléments de pince 13, 14 touchent l'élément de préhension 15, avant que ne soit atteint le point le plus haut du mouvement vertical, de sorte que sous l'effet de la déformation il se produit un assemblage à force et par concordance de forme. L'objet est légèrement relevé et est pressé avec la surface de l'élément de préhension 15 contre la plaque de base 5 de la pince. La séparation s'effectue dans l'ordre inverse. Des avantages essentiels de l'invention résident dans le fait que l'objet ne peut être endommagé par la pince lors de son transfert. Malgré un serrage ferme par la saisie à force et par concordance de forme, la production de particules est minimisée, car les éléments de pince 13, 14 agissent sur l'élément de préhension 15 sans déplacement relatif des surfaces en contact. Le serrage ferme garantit de manière particulièrement avantageuse une grande vitesse lors du transport de l'objet, pendant son transfert. En même temps, du fait de l'assemblage à force, il est garanti un excellent comportement en accélération. L'utilisation de la pince décrite est particulièrement avantageuse lorsqu'il s'agit de transporter des objets sous la forme de conteneurs de transport 24 dans un rayonnage de stockage 25 et de les déposer en des emplacements déterminés. Le rayonnage de stockage 25 selon la fig. 7 est construit de manière que plusieurs emplacements de rayonnage 26 sont juxtaposés et superposés. Pour un libre accès aux conteneurs de transport 24 aux emplacements de rayonnage 26, il est essentiel de prévoir un espace libre 27, correspondant à la taille des conteneurs de transport 24. A hauteur ergonomique se trouve une ouverture de chargement 28, qui à côté d'un logement de conteneurs de transport 30, extractibles sur des organes de guidage 29, sert au chargement manuel du rayonnage de stockage 25 avec les conteneurs de transport 24. Pour le transfert des conteneurs de transport 24 il est prévu une pince 31, déplaçable verticalement et horizontalement, suivant l'invention, qui est fixée par un bras en porte-à-faux 32 sur un dispositif d'entraînement horizontal 33. Le dispositif d'entraînement horizontal 33 est à son tour en liaison avec un ascenseur 34. Les deux systèmes d'entraînement 33, 34 sont équipés chacun d'un système de mesure de distance, pour lesquels des capteurs de référence, prévus pour les deux coordonnées, servent de points de référence. Dans la zone de couverture, les conteneurs de transport 24 présentent un élément de préhension 35 pour la saisie automatique par la pince 31. Au-dessus de chaque conteneur de transport 24 est laissé suffisamment de place pour que le bras en porte-A-faux 32 avec la pince 31 puisse devenir opérant en vue du transfert. Après qu'un conteneur de transport 24 a été saisi de la manière décrite en référence aux figures 1 à 6, il est transporté horizontalement, depuis l'espace des emplacements de rayonnage 26 dans l'espace 27 laissé libre, puis verticalement (et horizontalement) vers un autre emplacement de rangement, comme par exemple le logement de conteneurs de transport 30 ou vers une plate-forme non représentée pour desservir un dispositif de chargement et de déchargement d'une installation d'usinage de semi- conducteurs. Si l'emplacement de rangement est atteint, le conteneur de transport est transféré. Le transport en sens inverse a lieu de manière similaire. Pour le dispositif d'entraînement vertical, les éléments fonctionnels d'un dispositif de transfert pour la réalisation de la fonction de préhension et de dépose sont représentés séparément sur la fig. 8. Une pince 37, déplaçable le long d'un organe de guidage z 36, possède un10 dispositif d'entraînement 38 avec un système de mesure de distance 39, qui détermine la position z atteinte dans chaque cas. Le système de mesure de distance 39 est conformé de préférence en transmetteur de rotation, qui détermine la position locale A l'aide des pas exécutés par le dispositif d'entraînement 38. Un émetteur 40 et un récepteur 41 sur la pince 37 forment la barrière lumineuse, avec laquelle a lieu la reconnaissance d'un objet à saisir. Si l'objet pénètre dans la zone de la barrière lumineuse, un signal de commutation est produit par l'intermédiaire d'un interrupteur de valeur seuil 42 et envoyé à un contrôleur 43, qui est en liaison bidirectionnelle avec un contrôleur d'entraînement 44 pour le dispositif d'entraînement 38. Le contrôleur d'entraînement 44, dans lequel arrivent des signaux du système de mesure de distance 39, est en outre relié de manière bidirectionnelle avec un servo amplificateur 45, se trouvant sur le dispositif d'entraînement 38. Le signal de commutation fait que le contrôleur 43 interroge la position z, déterminée A l'instant de la pénétration de l'objet dans la barrière lumineuse, par le système de mesure de distance 39. Cette position z sert de base à la détermination de la course restante jusqu'à l'arrêt et en vue de la détermination du début de la préhension. Etant donné qu'après chaque coupure, le système de mesure de distance 39 du dispositif d'entraînement 38 perd les positions z déterminées, il est avantageux de prévoir une autre détermination de position 46, conçue en tant que système de mesure absolue. Ceci permet le positionnement certain de la pince dans les coordonnées z, après un état sans courant, sans course de référence nécessaire. Dans le cas d'une course de référence, il est possible de procéder à une égalisation entre les deux systèmes de mesure 39, 46 et le capteur de référence solidaire du bâti. La figure 9 illustre le fonctionnement lors de la saisie et de la dépose d'un objet. La pince est d'abord positionnée au-dessus d'un emplacement de rayonnage et est initialisé le déplacement en direction d'une position de consigne z,.... dont la détermination est décrite ci- après à l'aide d'un apprentissage. Si un objet est détecté, la position réelle Z, des coordonnées z est lue sur le système de mesure de distance et une nouvelle position de consigne est ensuite déterminée. La nouvelle position de consigne se compose de la position réelle déterminée et d'une valeur de z A, qui résulte de la valeur de la distance du faisceau de rayon lumineux de la barrière lumineuse par rapport à la plaque de base de la pince, réduite de l'espace intermédiaire à laisser libre entre la plaque de base et l'élément de préhension, au début de l'opération de saisie. Lorsque la nouvelle position de consigne est atteinte, le positionnement est terminé et la pince peut être fermée. Pour déposer l'objet en une autre position connue (emplacement de rayonnage), la hauteur effective de l'objet, déjà déterminée lors du positionnement pendant l'opération de saisie, est prise en compte, en ce que celle-ci est déterminée par formation de la différence A partir des coordonnées de la position d'étage dans le rayonnage et de la position de la pince, à l'instant de la reconnaissance de l'objet, lors de l'opération de préhension. La position de la pince pour la dépose suivante est calculée par formation de la somme de la position de l'étage et de la hauteur de l'objet. L'affectation des positions d'étage constatées s'effectue à l'aide d'une matrice bidimensionnelle dans les coordonnées x et z. Avec un mode de travail de ce type il est possible d'éviter des Il déformations ou une chute de l'objet. A l'achèvement du positionnement, la pince est ouverte. Dans la plupart des cas, les objets A saisir présentent une hauteur définie, qui peut toutefois comporter des tolérances technologiques. Pour optimiser dans le temps l'opération de reprise, il est défini une zone d'attente (fig. 10) des objets. En dehors de cette zone, la pince peut être déplacée à grande vitesse; à l'intérieur de cette zone, la vitesse est réduite en vue d'une plus grande précision de la détection de position, d'abord sur une vitesse moyenne, sur zéro, après détection de l'objet (instant de commutation) et parcours de la distance restante. Une autre possibilité d'optimisation dans le temps de l'opération de reprise, avec en même temps amélioration du comportement dynamique, consiste dans le choix de l'accélération de freinage (ligne en pointillés), de sorte que dans la zone d'attente la vitesse exigée est atteinte. Pour mesurer la disposition dans l'espace des différents emplacements de rayonnage, à l'intérieur de l'opération d'apprentissage, on utilise un objet de taille connue, par exemple un conteneur de transport 26. A l'aide des systèmes de mesure de distance des dispositifs d'entraînement, il est procédé à la détermination de la position réelle des emplacements de rayonnage, en se fondant sur les positions de consigne issues des caractéristiques de construction. L'objet est d'abord déposé sur un emplacement de rayonnage, A l'aide de la pince. Puis lors d'un déplacement z de la pince, sa position est déterminée à l'instant de commutation de la barrière lumineuse et est mémorisée dans une matrice. La position des objets dans le plan x-y est généralement déterminée par des tiges de centrage sur les emplacements de rayonnage et des contre-pièces correspondantes (creux coniques) dans les surfaces d'appui des objets. Pour déterminer la position x de l'emplacement de rangement respectif, il est prévu sur la pince un deuxième capteur 47, dont la direction d'action se situe dans la direction x. En liaison avec le système de mesure de distance pour la direction x, il est possible de déterminer la position de l'objet. Le deuxième capteur est conformé de préférence en palpeur réflexe, ce qui fait que le déplacement x de la pince peut être exécuté à une distance suffisamment grande de l'objet, pour éviter des collisions. Pour accroître la précision, l'objet peut être mesuré dans deux directions et le milieu peut ainsi être déterminé. Si l'emplacement de rayonnage est mesuré, la pince transporte l'objet connu vers l'emplacement de rayonnage suivant et les positions z et x sont déterminées et mémorisées dans la matrice citée. La mesure du rayonnage de stockage peut s'effectuer automatiquement de cette manière. L'élargissement du principe à une troisième coordonnée est possible, en cas de nécessité, lors de l'installation d'un système d'entraînement y avec un système de mesure de distance correspondant. RENECATION 1. Dispositif de transfert d'un objet entre au moins deux emplacements, comportant une pince qui, au moyen d'éléments de pince (13, 14), saisit l'objet par un élément de préhension (15), après avoir approché l'objet, caractérisé en ce que la pince comporte un capteur (23) destiné à détecter l'objet et sa distance lors de l'approche, l'instant de la détection de l'objet définissant la détermination de la courbe d'approche restante pour une approche commandée et le début de l'opération de préhension. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (23) est conformé en barrière lumineuse, qui présente une distance définie par rapport à un plan de référence de la pince et dans laquelle l'objet pénètre lors de l'approche. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pince contient deux paires réglables l'une par rapport à l'autre de plaques superposées, reliées par des bielles, dont les plaques inférieures (1,2) sont guidées forcées dans des organes de guidage sur une plaque de base et les plaques supérieures (11,12) portent des éléments de pince, qui entourent latéralement la plaque de base (5), et en ce que les plaques supérieures s'appliquent contre des butées sur la plaque de base, lors d'un déplacement en direction l'une de l'autre, ce qui fait qu'il se produit un changement de sens du déplacement et que les éléments de pinces sont tires contre la plaque de base. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'opération de préhension avec les éléments de pince est composée de déplacements dirigés perpendiculairement l'un à l'autre, des éléments de pince passant sous l'élément de préhension au cours d'un premier déplacement et s'appliquant contre l'élément de préhension, au cours d'un deuxième déplacement dirigé vers la pince, jusqu'à ce qu'il s'établisse une liaison à force et par complémentarité de forme entre l'élément de préhension et une surface d'application de la pince, se trouvant dans le plan de référence. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments de pince sont conformés en tôles élastiques. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est prévu comme dispositif d'entraînement pour le déplacement des paires, un mécanisme d'entraînement à manivelle avec des capteurs, qui détecte ses positions de fin de course respectives pour un fonctionnement parfait de la pince. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que sur les plaques inférieures sont montées des tiges d'orientation, qui s'engagent dans des évidements de l'élément de préhension, en tant que contrôle d'orientation, et qui en cas de fausse orientation empêchent que]a position de fin de course du mécanisme d'entraînement à manivelle ne soit atteinte, ce qui fait que les capteurs du mécanisme d'entraînement à manivelle signalent une erreur. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tiges d'orientation présentent à leurs extrémités des élargissements en forme de plateau, avec lesquels il est possible d'assurer une fixation par complémentarité de forme de l'élément de préhension, en cas de rupture des éléments de pince. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisée en ce que les buttes destinées A faciliter le déplacement avec changement de sens des plaques supérieures, sont pourvues de roulements à billes pour rouler. 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le transfert de conteneurs de transport dans un rayonnage de stockage, la pince est fixée sur un dispositif d'entraînement horizontal et un dispositif d'entraînement vertical et le transfert s'effectue entre un logement de conteneurs de transport pour le chargement 1.5 manuel du rayonnage de stockage avec des conteneurs de transport, et des emplacements de rayonnage A l'intérieur du rayonnage de stockage. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est prévu un transfert direct vers un emplacement de chargement et déchargement d'une installation d'usinage de semi-conducteurs.