一种震动检测装置和方法及其形成的晶圆搬运机器人与流程

1.本发明涉及机器人震动检测领域，尤其涉及一种震动检测装置和方法及其形成的晶圆搬运机器人。


背景技术：

2.在半导体领域晶圆搬运时，晶圆搬运机器人在点位示教时，因为点位示教错误或者人为误操作等，造成晶圆或末端手指和机台发生碰撞。轻微时造成晶圆片滑落损坏，严重时会撞坏末端手指甚至损坏机器人本体及工艺机台，造成严重的生产事故。
3.为此各大机器人厂商往往在晶圆搬运机器人的末端手臂中设置加速度传感器，通过加速度传感器的实时监测结果来判断末端手臂是否发生碰撞等异常移动。通过加速度传感器的检测方式对于垂直方向的碰撞比较灵敏，相反，对于经常发生的水平方向的存在碰撞检出滞后的缺陷，起不到实际的保护作用。同时，加速度传感器能够监测到较为激烈的碰撞和震动，对于程度较轻的碰撞和震动无法及时检出，检测精度低，不利于广泛推广。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的问题之一。为此，本发明的目的在于提供一种震动检测装置和方法及其形成的晶圆搬运机器人，其中震动检测装置结构简单，体积较小，安装调试方便，灵敏度高，可以检测任意方向的碰撞和震动，能够实现对晶圆搬运机器人的有效保护。
5.为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种震动检测装置，包括检测传感器；所述检测传感器包括传感器底板和传感器外壳，所述传感器底板包括压电陶瓷板以及固定在压电陶瓷板外周侧的基板；所述传感器外壳中设置有采集通孔；所述传感器外壳和所述基板固定连接，且所述传感器外壳和传感器底板围成震动放大腔室。
6.进一步的，所述基板的材质为金属。
7.进一步的，所述传感器外壳为圆柱状结构，所述传感器底板为圆形，所述基板为环状；所述采集通孔正对所述传感器底板的圆心。
8.进一步的，所述检测传感器的外侧设置有连接器，所述传感器底板通过连接器连接至控制组件。
9.进一步的，所述压电陶瓷板和基板分别设置有焊接柱，所述焊接柱位于所述震动放大腔室的内部，所述传感器外壳的侧壁设置有供导线穿过的缺口，所述焊接柱通过导线连接至连接器。
10.进一步的，所述检测传感器的外侧还设置有电源模块，所述电源模块同时连接所述检测传感器和控制组件。
11.进一步的，所述检测传感器的外侧还设置有输出延迟模块，所述输出延迟模块连接所述控制组件。
12.进一步的，所述检测传感器的外侧还设置有灵敏度调节模块，所述灵敏度调节模
块连接所述控制组件。
13.一种晶圆搬运机器人，包括如上所述的一种震动检测装置，还包括末端手臂和末端手指，所述末端手指固定在所述末端手臂中，所述震动检测装置固定在所述末端手指和末端手臂的轴心线之间。
14.一种震动检测方法，基于如上所述的一种震动检测装置来实现，包括如下步骤：
15.s1：将检测传感器固定在机器人中；
16.s2：计算初始状态下压电陶瓷板和基板之间的电压差n0；
17.s3：在机器人运行过程中，实时监测压电陶瓷板和基板之间的电压差n1；
18.s4：若n1和n0的差值大于预设值，则判断机器人震动异常。
19.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本技术震动检测装置包括检测传感器；所述检测传感器包括传感器底板和传感器外壳，所述传感器底板包括压电陶瓷板以及固定在压电陶瓷板外周侧的基板；所述传感器外壳中设置有采集通孔所述传感器外壳和所述基板固定连接，且所述传感器外壳和传感器底板围成震动放大腔室。本技术中震动检测装置安装在机器人手臂中，当机器人手臂发生震动的时候，震动波自采集通孔进入震动放大腔室中，震动波在震动放大腔室内部经过反复反射和共振之后被放大，被放大之后的震动波会引起压电陶瓷板的形变，由于基板固定在传感器外壳上，不会发生形变，因此，压电陶瓷板的形变量即可反映出震动的大小；同时，压电陶瓷板的形变量可以通过其对应的电压值反馈出来，进而确定震动的大小，当压电陶瓷板的电压值变化超过预设值的时候，说明震动较大，机器人可能发生碰撞、卡死等异常震动，需要停机检修；本技术装置结构简单，体积较小，安装调试方便，灵敏度高，可以检测任意方向的碰撞和震动，能够实现对晶圆搬运机器人的有效保护。
附图说明
20.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.附图中：
23.附图1为本技术中传感器底板的结构示意图；
24.附图2为本技术中传感器外壳的结构示意图；
25.附图3为本技术震动检测装置的结构示意图；
26.附图4为本技术中包含震动检测装置的末端手臂的结构示意图；
27.图中：11、压电陶瓷板；12、基板；13、焊接柱；21、传感器外壳；22、采集通孔；23、缺口；31、连接线缆；32、第一连接器；33、第二连接器；34、光耦电路；35、电源模块；36、输出延迟模块；38、灵敏度调节模块；41、晶圆在位传感器；42、末端手指；43、末端手臂；44、放大器。
具体实施方式
28.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明
本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的机构或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
29.还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、机构、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
31.实施例1
32.请参阅图1-图4，本技术提供的震动检测装置包括检测传感器；所述检测传感器包括传感器底板和传感器外壳21，所述传感器底板包括压电陶瓷板11以及固定在压电陶瓷板11外周侧的基板12；所述传感器外壳21中设置有采集通孔22所述传感器外壳21和所述基板12固定连接，且所述传感器外壳21和传感器底板围成震动放大腔室。
33.本技术中压电陶瓷板11的表面涂覆有pzt镀层，pzt镀层的主要材质为锆钛酸铅，压电陶瓷板11表面所受到的压力不同时，其电压值会对应变化，且压力值与电压值呈一定的比例关系。
34.本技术中基板12为金属导体材质，基板12和压电陶瓷板11分别通过导线引出，二者通过导线连通为一个通路，基板12作为压电陶瓷板11电压值的参照基准。本技术中可以将压电陶瓷板11与基板12之间的电压差作为压电陶瓷板11的电压值。
35.本技术中震动检测装置安装在机器人手臂中，当机器人手臂发生震动的时候，震动波自采集通孔22进入震动放大腔室中，震动波在震动放大腔室内部经过反复反射和共振之后被放大，被放大之后的震动波会引起压电陶瓷板11的形变，由于基板12固定在传感器外壳21上，不会发生形变，因此，压电陶瓷板11的形变量即可反映出震动的大小；同时，压电陶瓷板11的形变量可以通过其对应的电压值反馈出来，进而确定震动的大小，当压电陶瓷板11的电压值变化超过预设值的时候，说明震动较大，机器人可能发生碰撞、卡死等异常震动，需要停机检修；本技术装置结构简单，体积较小，安装调试方便，灵敏度高，可以检测任意方向的碰撞和震动，能够实现对晶圆搬运机器人的有效保护。
36.实施例2
37.请参阅图1-图4，本技术提供的震动检测装置包括检测传感器；所述检测传感器包括传感器底板和传感器外壳21，所述传感器底板包括压电陶瓷板11以及固定在压电陶瓷板
11外周侧的基板12；所述传感器外壳21中设置有采集通孔22所述传感器外壳21和所述基板12固定连接，且所述传感器外壳21和传感器底板围成震动放大腔室。
38.进一步地，本技术中压电陶瓷板11和基板12中分别设置有焊接柱13，所述基板12的材质为金属。例如基板12可以为铜箔等。
39.本技术中压电陶瓷板11为圆形结构，基板12为环状结构，基板12嵌套在压电陶瓷板11的外侧，同时，基板12和压电陶瓷板11的厚度较薄，便于压电陶瓷板11在震动波作用下发生形变。本技术中压电陶瓷板11和基板12之间固定连接。
40.压电陶瓷板11和基板12的表面可以分别设置一个焊接柱13，焊接柱13用于将压电陶瓷板11和基板12上的电压引出；并列的焊接柱13指的是两个焊接柱13位于圆形传感器底板的同一条直径中，且位于圆形传感器底板的同一侧，这样便于导线从一个方向进行引出。
41.进一步地，本技术中传感器外壳21为圆柱状结构，所述传感器底板为圆形，所述采集通孔22正对所述传感器底板的圆心。也就是说，采集通孔22位于传感器外壳21中相对传感器底板一侧的圆心位置处。
42.采集通孔22用于将震动波传入至震动放大腔室中，当机器人发生震动的时候，该震动可以是竖直震动或者水平震动或者其他方向上的震动，震动波会从采集通孔22中进入震动放大腔室内部，经过震动放大腔室内侧壁的多次反射，震动波发生共振，实现震动波放大的效果，放大的震动波引起压电陶瓷板11的电压变化。
43.进一步地，所述检测传感器的外侧设置有连接器，所述传感器底板通过连接器连接至控制组件。控制组件指的是用于接收压电陶瓷板11和基板12电压值的控制模块，同时控制中心对接收到的信号进行分析判断，若判断震动异常，则会触发停机命令。
44.本技术中连接器具体可以包括第一连接器32和第二连接器33，第一连接器32和第二连接器33连通，之所以设置两个连接器，是为了便于布线，第一连接器32通过导线连接至传感器底板中的压电陶瓷板11和基板12，第一连接器32可以通过第二连接器33将信号传输至控制组件，也可以直接将信号传输至控制组件。
45.当第一连接器32直接连接控制组件的时候，第二连接器33也连接至控制组件，同时，第二连接器33连接制动器等控制装置，用于接收并传递控制组件的指令。
46.当第一连接器32通过第二连接器33连接至控制组件的时候，第一连接器32设置在靠近检测传感器的一侧，第二连接器33设置在远离检测传感器的一侧，使得检测传感器和控制组件之间的布线美观。
47.进一步地，所述压电陶瓷板11和基板12分别设置有焊接柱13，所述焊接柱13位于所述震动放大腔室的内部，所述传感器外壳21的侧壁设置有供导线穿过的缺口23，所述焊接柱13通过导线连接至第一连接器32。
48.本技术将焊接柱13设置在传感器外壳21的内部，并通过传感器外壳21中的缺口23将焊接柱13通过连接线缆31引出至第一连接器32，传感器外壳21能够对焊接柱13起到保护作用，避免焊接柱13将压电陶瓷板11中信号引出时收到外界干扰等。
49.作为另外一种实施例，压电陶瓷板11和基板12的两侧面结构和材质相同，也可以将焊接柱13设置在传感器底板的外侧，即远离传感器外壳21的一侧，这样就需要在焊接柱13的外侧额外设置一个屏蔽组件，用于保护焊接柱13。
50.本技术检测传感器的外侧还设置有电源模块35，所述电源模块35同时连接所述检
测传感器和控制组件。电源模块35为控制组件和检测传感器提供电能，确保二者正常工作。
51.本技术所述检测传感器的外侧还设置有输出延迟模块36，所述输出延迟模块36连接所述控制组件。初始状态下压电陶瓷板11和基板12之间的电压差n0；机器人开始运行过程中，控制组件实时监测压电陶瓷板11和基板12之间的电压差n1，若n1和n0的差值大于预设值，则判断机器人震动异常。输出延迟模块36可以调整控制组件对制动器发送指令的时间间隙，若该时间间隙较小，则制动器可以立即控制机器人停机。
52.所述检测传感器的外侧还设置有灵敏度调节模块38，所述灵敏度调节模块38连接所述控制组件。灵敏度调节模块38用于选择预设值的具体大小。作为一种具体的实施例，灵敏度调节模块38中存储有m个预设值，控制组件根据机器人的运行精度要求选择其中一个预设值作为判断依据。选择的预设值越小，震动判断结果就越精准。
53.本技术中震动检测装置还包括光耦电路34，光耦电路34作为隔离电路或负载接口，使得震动检测装置形成完整电路结构。
54.实施例3
55.如图1-4所示，本技术还提供了一种晶圆搬运机器人，包括实施例2中所述的震动检测装置，还包括末端手臂43和末端手指42，所述末端手指42固定在所述末端手臂43中，所述震动检测装置固定在所述末端手指42和末端手臂43的轴心线之间。末端手指42靠近末端手臂43轴心线的位置处还可以设置晶圆在位传感器41，用于检测末端手指42上是否有晶圆。
56.同时，末端手指42和末端手臂43之间还设置有放大器44，放大器44可以将晶圆在位传感器41和/或检测传感器的信号进行放大，再传输至控制组件，这样可以提高传感器监测的精准度。
57.本技术中震动检测装置可以检测末端手指42是否发生碰撞，以及碰撞的激烈程度，控制组件先在初始状态下压电陶瓷板11和基板12之间的电压差n0；再在运行过程中实时监测压电陶瓷板11和基板12之间的电压差n1，当控制组件监测n1和n0的差值大于预设值，则判断震动幅度较大，此时可以暂停搬运动作，防止对晶圆造成损坏等。
58.本技术装置结构简单，体积较小，安装调试方便，灵敏度高，可以检测任意方向的碰撞和震动，能够实现对晶圆搬运机器人的有效保护。
59.本技术中震动监测装置还可以应用在半导体机器人领域，工业机器人，和协作机器人领域，用于判断机器人的震动幅度；同时，当机器人在运动过程中，当传动机构发生故障，如卡死、同步轮松弛时，也会发生震动，此时震动检测装置也能检测出异常的震动，并把信号发送给控制组件进行紧急制动，起到保护传动机构的作用。
60.实施例4
61.本技术还提供了一种震动检测方法，基于实施例2中的振动检测装置45来实现，包括如下步骤：
62.s1：将检测传感器固定在机器人中；
63.s2：计算初始状态下压电陶瓷板11和基板12之间的电压差n0；
64.s3：在机器人运行过程中，实时监测压电陶瓷板11和基板12之间的电压差n1。
65.当机器人发生碰撞产生震动时，震动波自采集通孔22进入震动放大腔室中，震动波在震动放大腔室内部经过反复反射和共振之后被放大，被放大之后的震动波会引起压电
陶瓷板11的形变，由于基板12固定在传感器外壳21上，不会发生形变，因此，压电陶瓷板11的形变量即可反映出震动的大小；同时，压电陶瓷板11的形变量可以通过其对应的电压值反馈出来，进而确定震动的大小。
66.s4：若n1和n0的差值大于预设值，则判断机器人震动异常。当振动异常的时候，控制组件可以控制机器人暂时停机或者紧急制动，防止机器人在异常情况下作业造成产品报废，机器损伤等。
67.可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

技术特征：
1.一种震动检测装置，其特征在于，包括检测传感器；所述检测传感器包括传感器底板和传感器外壳(21)，所述传感器底板包括压电陶瓷板(11)以及固定在压电陶瓷板(11)外周侧的基板(12)；所述传感器外壳(21)中设置有采集通孔(22)；所述传感器外壳(21)和所述基板(12)固定连接，且所述传感器外壳(21)和传感器底板围成震动放大腔室。2.根据权利要求1所述的一种震动检测装置，其特征在于，所述基板(12)的材质为金属。3.根据权利要求1所述的一种震动检测装置，其特征在于，所述传感器外壳(21)为圆柱状结构，所述传感器底板为圆形，所述基板(12)为环状；所述采集通孔(22)正对所述传感器底板的圆心。4.根据权利要求1所述的一种震动检测装置，其特征在于，所述检测传感器的外侧设置有连接器，所述传感器底板通过连接器连接至控制组件。5.根据权利要求4所述的一种震动检测装置，其特征在于，所述压电陶瓷板(11)和基板(12)分别设置有焊接柱(13)，所述焊接柱(13)位于所述震动放大腔室的内部，所述传感器外壳(21)的侧壁设置有供导线穿过的缺口(23)，所述焊接柱(13)通过导线连接至连接器。6.根据权利要求4所述的一种震动检测装置，其特征在于，所述检测传感器的外侧还设置有电源模块(35)，所述电源模块(35)同时连接所述检测传感器和控制组件。7.根据权利要求4所述的一种震动检测装置，其特征在于，所述检测传感器的外侧还设置有输出延迟模块(36)，所述输出延迟模块(36)连接所述控制组件。8.根据权利要求4所述的一种震动检测装置，其特征在于，所述检测传感器的外侧还设置有灵敏度调节模块(38)，所述灵敏度调节模块(38)连接所述控制组件。9.一种晶圆搬运机器人，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的一种震动检测装置，还包括末端手臂(43)和末端手指(42)，所述末端手指(42)固定在所述末端手臂(43)中，所述震动检测装置固定在所述末端手指(42)和末端手臂(43)的轴心线之间。10.一种震动检测方法，其特征在于，基于权利要求1-8任意一项所述的一种震动检测装置来实现，包括如下步骤：s1：将检测传感器固定在机器人中；s2：计算初始状态下压电陶瓷板(11)和基板(12)之间的电压差n0；s3：在机器人运行过程中，实时监测压电陶瓷板(11)和基板(12)之间的电压差n1；s4：若n1和n0的差值大于预设值，则判断机器人震动异常。

技术总结
本发明公开了一种震动检测装置和方法及其形成的晶圆搬运机器人，其中，震动检测装置包括检测传感器；所述检测传感器包括传感器底板和传感器外壳，所述传感器底板包括压电陶瓷板以及固定在压电陶瓷板外周侧的基板；所述传感器外壳中设置有采集通孔；所述传感器外壳和所述基板固定连接，且所述传感器外壳和传感器底板围成震动放大腔室。本发明提供的一种震动检测装置和方法及其形成的晶圆搬运机器人，其中震动检测装置结构简单，体积较小，安装调试方便，灵敏度高，可以检测任意方向的碰撞和震动，能够实现对晶圆搬运机器人的有效保护。能够实现对晶圆搬运机器人的有效保护。能够实现对晶圆搬运机器人的有效保护。


技术研发人员：苗义 王晨旭 朱骏驰 张文磊 刘恩龙 武一鸣 曲泉铀 张平 王贺明 周伟强 李佳璇
受保护的技术使用者：上海广川科技有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/5