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1、IVT-REJX-50 xxx 学院 毕业项目 届 项目类别：工业案例 项目名称：wafer 的上料机构 专业名称：机电一体化 姓 名：学 号：班 级：指导教师：年月日 目录 一系统简介5(一)装置的整体结构及其组成部分5(二)wafer 上料机构中各个模块5 1.检测 wafer 模块6 2.分辨 wafer 模块6 3.运送 wafer 模块7 4.其他组件8 二.wafer 上料机构的流程图8 1.整个装置的各部分组成明细表10 2.运动过程的整体描述10 O 地址11 4.整个运动过程的程序12 三.分辨 sensor 的工作原理13 1 分辨 wafer的 sensor的工作原理 1
2、3 2.sensor 分辨的灵敏度检测14 四电气控制系统15 1电气控制系统的基本理论15 2电气动控制系统的优缺点及组成15 3电气系统部分示意图16 五.光纤传感器17 1传感器的介绍17 2光纤传感器的工作原理17 3光纤传感技术的运用17 六.总结20 七.谢辞21 八.附图22 的 结 构 图 2 2 a r m 的 结 构 示 意 图 2 3 3分辨sensor的结构示意图23 4光纤式传感器24 九.参考文献资料24 摘 要 这个工业案例中对 wafer 上料机构的系统和其基本原理的介绍，还对其检测wafer 模块，分辨 wafer 模块、运送 wafer 模块和一些其他组件组
3、成进行详细介绍。在此分析过程中，主要通过对 wafer 上料机构的介绍及其光纤传感器的介绍，还对其工作中的优缺点进行了介绍。运用所学知识对系统工作过程进行介绍分析，最后机电一体化产品逐步取代传统机电产品的趋势已日益明显。机电一体化之所以具有强大的生命力，完全取决于其卓越的性能。通过这个设计，反映出自动化的高科技设备逐步取代，同时整个设计进一步加深对所学知识的综合运用和巩固。Abstract The industry cases of the wafer material on the system and the introduction of its basic tenets,but als
4、o its wafer detection module,identify wafer modules,wafer transport module and some other components of a detailed briefing.In the design process,mainly through the material on the wafer on the move and its electrical system,also in the design of its work in the analysis of the advantages and disadv
5、antages.Use of the knowledge of the system work on the process of final integration of mechanical and electrical products gradually replace the traditional mechanical and electrical products has become increasingly obvious trend.Electromechanical integration is a strong vitality,depends entirely on
6、its outstanding performance.Through this design,reflecting the high-tech automation equipment gradually replacing,and the whole design to further deepen the knowledge of the comprehensive use and consolidation.Wafer 的上料机构 第一章 系统简介 一、装置的整体结构及其组成部分 本系统的组成由检测wafer 模块，分辨 wafer 模块、运送 wafer 模块和一些其他组件组成。ca
7、ssette1中的wafer是一片隔一片放的，中间用油纸隔开，robot将 wafer 从 cassette1 中吸住，经过 sensor 检测到吸住 wafer 或者 paper,再经过 sensor 分辨模块分辨,如果检测到是 paper 则 robot 将 paper 放入到cassette2 里面，如果是 wafer,则 robot 运送到下一站。二、wafer 上料机构中各个模块 1检测 wafer 模块 robot 运送 wafer 模Sensor 分辨waferSensor检测wafer模块CassettCassett 如图 1 如图 2 检测 wafer 模块利用 A、B、C
8、三个 sensor 感应 Wafer 或者 paper 是否已被robot 完全吸住。A、B、C 三个 sensor 分别对应着 robot 下面如图所示的位置，为了确保 robot 上面有 wafer,如果只有两个 sensor 感应的到不能确保 wafer 被完全吸到 robot 上面，所以用三个方向上的三个 sensor 来确定辨别，保证安全性，可靠性。注：ABCsensor model 是 NAVI,Brown 线表示+V，Blue 线表示 0V，Black 线表示 Out。Sensor A:FX-300series,sensor B：FX-301series,sensor C：FX-
9、300series 2.分辨 wafer 模块 分辨 wafer 模块就是利用 sensor对 paper 以及对 wafer 的灵敏度的不同，经过 robot 的动作带动 wafer 或者 paper,检测它们三个不同的位置来B A C RoboRobot 将带动其吸住的 wafer 或者 paper 在sensor 的上方动作三个不同的位置进行检确定是 paper 还是 wafer。如果是 paper 则 robot 将 paper 送入 cassette2 里面，如果是 wafer 则 robot 将送入下一站。注：sensor model是Keyence,FS-V33,Brown表示的
10、是 12-24V,Blue 线表示的是 0V，Black 线表示的是 OUT1（40V，100mA）,White线表示的是 OUT2（40V，100mA）,Pink 线表示的是 external input。3.运送 wafer 模块 运送 wafer 模块就是用 Motor1 通过皮带带动 robot 的伸出与缩进;Motor2 也同样是通过皮带带动丝杆，然后丝杆带动 robot，使Sensor 检测 wafer 模块发出的光线 Robot Motor1 Motor3 Robot arm robot 在吸取和放下 wafer 或者 paper 的时候可以在一定高度内上下动作;Motor3 也
11、是通过皮带 让 robot 旋转，旋转 45 度到达分辨的位置，接着旋转 135 度运送到下一站。注：Motor model 均是 VEXTA 生产的，Motor1 model 是 PK245-01AA,DC 1.2 A 欧姆的，Motor2 model 是PK245-01AA,DC 2A 欧姆，Motor3 model 是 PK566-NA，DC 1.4A 欧姆的。4.其他组件 Cassette1 以及 cassette2 的基座 第二章.wafer 上料机构的流程图.Motor2 Wafer 的上料机构主要是通过对 wafer 的检测、分辨及运送将 wafer 安全可靠地运送到下一站。主要
12、运用到了检测模块、分辨模块和运送模块三个模块。检测模块中，通过三个 sensor 来确定 wafer 的存在，具有安全性，分辨模块中通过光纤 sensor 来分辨 wafer 和 paper,具有可靠性。按下 start 按钮 Motor1 旋转到位 Motor2 旋转,sensor 检测到wafer Motor2 旋转，robot 上升到位 sensor 分辨 wafer 模块进行分辨 分辨是 paper 分辨是 wafer Motor1 旋转到位 Motor3 旋转 135 度，Motor1 旋转，robot 伸出 Motor1、2 回转到位，robot 回缩下降到位 Motor3 回转
13、180 度，回到初始位置 启动 先 initial,各部分复位 Robot 伸出 Robot 慢慢下降检测 Wafer Robot 吸住 wafer,上升到Robot 旋转 45 度 Robot 伸出，释放真空 Robot 伸出，将 wafer 传 1.整个装置的各部分组成明细表：名称 数量 型号 马达控制板 1(for PC 488)*)激光感应器 3 FX-300series(2个)FX-301series 激光接受感应器 1 Keyence,FS-V33 皮带 3 4mm*(motor1)6mm*(motor2)3mm*(motor3)robot 1 丝杠 1 马达 3 PK245-01
14、AA（motor1）PK566-NA(motor2)VEXTA PK245-01AA(motor3)上料机构的详细工作过程：先接通电源，让各个部分做一下 Initial，完成以后，按下 start 按钮，工作站便开始工作，robot 从初始位置开始经过 Motor1 及皮带作用下伸出，然后在 Motor2 及皮带的带动下，慢慢向下运动检测，直到 robot 上的三个 sensor都检测到有物体的时候，Motor2 再通过皮带使 robot 上升，上升到位以后，Motor3开始旋转 45 度，使 robot 到分辨位置去分辨，如果是 paper 则，Motor1 旋转使robot 完全伸出，释放
15、真空，paper 便被放入 cassette2 里面，然后 robot 再回工作站停止 缩到位，回到初始状态；如果是 wafer，Motor3 接着旋转 135 度，旋转到位以后，Motor1 旋转，robot 伸出到位，释放真空，将 wafer 传送到下一站。O 地址 输入地址 说明 X0 Robot 回缩初始位置 X1 Robot 伸出到位位置 X2(A)Robot 感应到 wafer 的位置 X3(B)Robot 感应到 wafer 的位置 X4(C)Robot 感应到 wafer 的位置 X5(亮)吸住 wafer X5(灭)放开 wafer X6 Robot 上升到位 X7 Robo
16、t 下降到位 X12 Motor3 初始位置 X13 Motor3 旋转 180 度位置 X14 Motor3 旋转 45 度位置 X16 检测为 wafer X17 检测为 paper X10 Start button X11 Stop button 输出地址 说明 Y0 Robot 伸出 Y1 Robot 回缩 Y2 Robot 下降 Y3 Robot 上升 Y4 吸住 Wafer Y5 放下 wafer Y6 Motor3 正旋转 Y7 Motor3 反旋转 4.整个运动过程的程序：第三章.分辨 wafer 的工作原理：1.分辨 wafer 的 sensor 的工作原理 对于镜子表面，垂
17、直反射光纤是很好的，但角度光纤几乎无法得到任何反映射线。对于粗糙表面，如纸张表面，垂直反射减弱，但漫反射了更多的反射信号给传感器。机器分辨 robot 所吸住的是 paper 还是 wafer，就是这样做的。2.对于不同 wafer，sensor 将其与 paper 分辨的灵敏度检测：目的是为了提高工作的安全性，可靠性。Wafer sensor 分辨感应器包括光的发射器还有接受器，它既要发射光还有测量反射光线的强度。为了方便用两个设定值来比较反射光的测量，它应该有两个输出（OP1 和 OP2）。Case OP1 OP2(a)RLL1,RL=L1,RLL2 ON OFF(c)RL=L2 OFF
18、ON(d)RL=L1,RL=L2 ON ON.(If L2L1)Intensity RL （case d）OP1=ON,OP2=ON L2 （case d）OP1=ON,OP2=OFF L1 （case d）OP1=OFF,OP2=OFF (If L1L2)Intensity RL （case d）OP1=ON,OP2=ON L2 （case d）OP1=OFF,OP2=ON L1 （case d）OP1=OFF,OP2=OFF 测试反射条件 wafer（装置：98m16b，厚度：120um）及纸张。在测试的 50 件，每个记录的光纤感应量从光纤传感器的感应所有数据是在以下范围内。同时，也测试
19、了 98u02wafer 的数据,98u02wafer 是非常特殊的模式，因为其表面非常黑暗，非常粗糙。Material Vertical Sensor(Setting:500)Angular Sensor(Setting:250)98U02 Wafer 250550 200350 Paper(Reference)200400 300600 Figure 1:The testing result for 98M16b 反射条件 98u02wafer 和 paper 几乎是一样的数据。这就是机器有时候会判定错误的根本原因：sensor 对它们感应的灵敏度差不多。所有的区别 wafer 和 pap
20、er，就只有 98u02wafer 和正常的 wafer 不一样，从 wafer 模式本身的角度，将其和正常的 wafer 比较，所有 wafer 的背面几乎总是在相同的条件下被磨碎，所以让机器检查 wafer 背面，便可以了。最终sensor 对 wafer 和 paper 的灵敏度为，如下表所示：第四章 电气系统 1.电气动控制系统的基本理论 在此设计中，运用到了电气动控制系统，接下来先来了解一下电气动控制系统。首先它是由三部份組成。1、能量供给部分：其作用类似人的心脏。它提供气动执行元件和电气控制作用所需要的能量。如提供压缩气体的气源系統，提供电气控制元件的电源(交流电或直流电)。对于M
21、aterial Vertical Sensor(Setting:500)Angular Sensor(Setting:250)All wafers 8001200 1540 Paper 200400 350600 Material Vertical Sensor(Setting:500)Angular Sensor(Setting:250)All wafers 8001200 1540 Paper 200400 350600 Figure2:The testing result for 98U02 wafer 正在检测 paper 较大型工厂，各电气动系统往往安裝在不同的车间使用，一般都采取建
22、立一个压缩空气源(站)集中供气，并通过管道分別输送至各用气车间。2、电气控制部份：作用相当于人的大脑。对于不同的应用环境，需要按照指定的逻辑控制气动元件的动作。比如升降平台的控制，升降平台的动作可由气缸来控制，而气缸活塞何时动作以及向哪个方向运动，这都是由电气控制部份控制的。对电气控制系統的更細的划分可以包括输入元件和处理元件。输入元件作为控制系统部份的初始触发和反馈信号，如限程开关，按钮和接近感应器。处理元件将电信号转化为气动信号或进行逻辑控制，典型的元件如继电器，计数器，电磁阀。3、气动执行部份：相当于人的手和腿。它是整个系統的终端输出，将压缩空气的压力能转化为机械能，直接驱动应用对象，如
23、传送带，导轨，夾具等。它受控于电气控制系统的作用，在适当的时机按适当的动作方式执行。典型的气动执行元件有气缸，气马达等。2.电气动控制系统的优缺点及组成“电气动系統”是指用电子/电气设备作为控制裝置，以气动设备控制提供机械能量的综合系統。它综合了电动和气动兩者的优势，优点为：系统传动效率高信号传输速度快信号传输距离长使用寿命长系统尺寸小控制逻辑弹性高无污染。但其缺点在于执行元件运动速度的调节范围和运动精度要低于液压系統和电液系統，而且噪音较大。3.电气系统部分示意图：(注：对应着电路图，进一步把检测 sensor 电路图放大后如下：)当检测黑白纸和 wafer 时，各 sensor 的状态：（
24、S1、S2 代表直光的两个设定值，T1，T2 代表斜光的两个设定值）S1 S2 T1 T2 Black Paper OFF OFF OFF OFF White Paper ON ON ON ON Wafer ON ON OFF ON S1 S2 T1 T2 第五章 光纤传感器（一）传感器的介绍 在 wafer 的上料机构中，主要运用了传感器对robot 位置的检测及对 wafer位置的检测，传感器就相当于人的眼睛，监视着产品的一举一动。传感器在现代的设备中运用很广泛，（二）光纤传感器的工作原理：光纤传感器是利用光纤的特性研制而成的传感器。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能
25、，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。（三）光纤传感技术的运用 光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展而形成的一门崭新的传感技术。光纤传感器的传感灵敏度要比传统传感器高许多倍，而且它可以在高电压、大噪声、高温、强腐蚀性等很多特殊环境下正常工作，还可以与光纤遥感、遥测技术配合，形成光纤遥感系统和光纤遥测系统。光纤传感技术是许多经济、军事强国争相研究的高新技术，它可广泛应用于国民经济的各个领
26、域和国防军事领域。在航天（飞机及航天器各部位压力测量、温度测量、陀螺等）、航海（声纳等）、石油开采（液面高度、流量测量、二相流中空隙度的测量）、电力传输（高压输电网的电流测量、电压测量）、核工业（放射剂量测量、原子能发电站泄漏剂量监测）医疗（血液流速测量、血压及心音测量）、科学研究（地球自转，敏感蒙皮）等众多领域都得到了广泛的应用。军用光纤传感器主要分为四大类，一是光纤陀螺，用于飞机、舰船、导弹等惯导系统，已被美国国防部列为美国SDI 计划动能武器中的一项重要内容；二是光纤水听器，用于侦察潜艇、舰船的行踪，是海军应用最有发展前途的一种水听器，它非常灵敏，对监视水下潜艇活动极为重要；三是光纤加速
27、度传感器，用以推导加速度和相位变化的敏感器件；四是光纤压力传感器，它既可以采用光纤水听器的结构，也可以采用微弯调幅传感器的结构。由于光纤传感器具有高灵敏度、耐腐蚀、抗干扰、体积小等优点，使用范围广泛，可以检测温度、压力、角位移、电压、电流、声音和磁场等多种物理量。因而深受各方面欢迎，军民兼用，效果很好，发展速度快。人类已进入信息时代，信息的获取技术是信息技术的关键，传感器技术是信息技术的重要基础，传感器技术是获取信息的主要技术途径，获取信息是利用信息的先决条件，获取信息离不开传感器。传感器是一种能按一定规律将各种被检测的物理量转换成便于处理的量（如：电、磁量等）的器件。根据所使用敏感材料的不同
28、，传感器大致可分为半导体传感器、陶瓷传感器、光纤传感器等。世界各国对传感器技术的研究和开发都极为重视，日本将传感器列为 80 年代大力发展的五项重要技术之首，又将传感器研发确定为 90 年代发展的重点，美、英等国也投入巨资进行传感器技术的研发。光纤传感器是利用光波调制技术即利用光波参量调制的方式来实现待测信息的提取，因此它与其它传感器相比具有如下突出的优点：在转换功能上工作范围宽，线性度好、信噪比高、重复性好、长时间变化小等优点；检测信号易于处理，易于传输，而且抗干扰性能极好，可达到不受电磁干扰及核干扰；与被测对象所处环境相容，对待测量扰动小；体积小、重量轻、价廉、可靠性高等。光纤传感器是以光
29、学技术为基础，所以不但能构成纯电子技术不能实现的传感器，还能结合光、电技术各自的特长，构成新的传感器，扩大传感器的应用范围。1.信息技术是高新技术发展的先导，它涉及信息的获取、处理、存储、传输及其相关技术。我们越来越清楚地看到，一些发达国家正是依靠先进的信息科学技术的推动，把自己的国家从后工业时代逐步推向信息时代。2.光纤技术是伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅猛发展的崭新的高科技，光纤技术已成为人类第三次信息技术革命的典型代表，由于光纤传感系统具有许多优点，所以它的发展对微电子技术领域、通信技术领域和武器装备控制领域的技术发展产生着深远的影响。3.光纤传感技术在军事、制造业、能源、消费领
30、域、原子和化工领域都已得到广泛的应用。以光纤传感器在军工领域为例：光纤传感器普遍应用于各种军事装备之中。军事领域要求信息传输必须是灵敏、精确、可靠的，光纤传感器完全满足要求。光纤陀螺是航空/航天以及各种导弹惯导系统中广泛使用的光纤传感器，美国从 1976 年就开始研制光纤陀螺，目前已取得了漂移率为每小时仅为度的优异成果，并已投放市场销售。光纤水听器是海军鱼雷和声纳系统中最常用的侦察潜艇、舰船的光纤传感器。它与传统的陶瓷、晶体水听器相比具有灵敏度高、无需复杂阻抗匹配技术，不易受环境影响、抗潮湿、抗干扰能力强等优点，因而广泛应用于声纳和反潜系统中。4光纤传感器产业基地建成投产后将系列开发各种门类、
31、各种精度、适应军事和民用等不同需求的光纤传感器。本项目与国内有名的单位和科学家进行了长期合作，已开发研制出了系列产品，并获得了多项国家专利，产品已进入市场并在许多领域中得到了应用，收到了良好的经济效益和社会效益。5.光纤传感器属于光纤技术在非通信应用领域中的器件与装备，它是光纤信息传输的重要器件，目前国际上已研制出多种类型的光纤传感器。我们已研制出液位遥测系统、油站实时监测系统、光纤倾角仪、光纤流量计、罐群综合管理系统、光纤浓度计、光纤温度计等。生产这些工业领域工艺流程中急需的产品，可以替代国外进口，节省外汇，发展民族产业，提高我国企业的竞争力。第六章 总结 此工业案例与所学的机电一体化专业紧
32、密联系，可以将所学习到的知识很好地分析现代高技术的设备。全自动化代替了大量的劳动力，在当今，机电一体化产品逐步取代传统机电产品的趋势已日益明显。机电一体化之所以具有强大的生命力，完全取决于其卓越的性能。首先，机电一体化产品可以用最简单的机械结构来实现高精度的复杂运动，传统的机电产品或者必须十分复杂和昂贵才能实现这样的运动，或者根本无法实现这样的运动。例如，借助于通用的控制装置和位置传感器就可以使电机驱动的简单链条装置取代复杂昂贵的丝杠机构和伺服电机来完成高精度的移动和定位。其二，机电一体化产品具有“柔性”，而传统的机电产品往往是“刚性”的。也就是说，机电一体化产品可以通过软件的方法来改变工作方
33、式，传统的机电产品则不具备这种能力。它们在使用时的工作方式是固定的，除非在硬件结构上做不可逆的改变。其三，机电一体化产品更便于实现生产过程的自动化。机电一体化产品借助于其通信功能可以与上位计算机传递信息，也可以互相之间通信构成网络。这样的自动化与传统的“刚性”自动化是不同的，它可以方便的组态以改变生产过程，又能够各自独立地工作，使系统具有很高的可靠性和容错性。此外机电一体化产品还有其他一些特点，如节约人力、物力和原材料等。在现代高科技和市场激烈竞争的环境下，只有那些成功地实现了机电一体化的产品和系统才能立于不败之地。因此，机电一体化的潮流不仅仅是一种时尚，还是产品生存和发展的保障。第七章 谢辞
34、 在毕业设计论文撰写过程中，xx 师傅，xx 同事，还有 xx 老师给了我很大的帮助，在这里要感谢他们对我的帮助和指导。本论文的选题和具体工作是在陆伟老师的悉心指导下完成的。老师以其丰富的经验、严谨的态度、和对科学实事求是和精益求精的作风自始至终指导着我的毕业设计工作。我从他那里不仅学到了很多专业知识、实践技能和分析、设计方法，其严谨的治学态度，踏实的工作作风更使我受益匪浅。另外，在平时的学习、生活中也给予了我很大的帮助，尤其是耐心指导我完成了论文的撰写，在此谨向他表示最诚挚的敬意和感谢！感谢 xx 对我三年的培养，在 xx 的三年，是我人生中最重要的三年，是学校的培养让我学到了专业的科学文化
35、知识，同时也提升了我的多方面的能力，塑造了我的人格，使我在未来的人生道路上能够更加信心百倍的走下去。百年同济，春风化雨，教我育我，永不能忘。感谢我的父母，我的家人。焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报。你们始终如一的支持和关爱是我人生道路不断前进的强大动力，教我学会坚强、勇敢，使我在磨砺中得到成长。祝你们永远健康快乐，这是我最大的心愿和牵挂。最后，我要再次向所有评阅此论文的老师以及所有关心我的人和我所关心的人表示最诚挚的谢意！感谢你们！祝你们身体健康，工作顺利，心情愉快，幸福平安！第八章 附图 Robot 的结构示意图 Robot arm 的结构示意图 分辨sensor的结构示意图 光纤传感器 第九章 参考文献资料：1、Laminator technical manual 2光纤传感器