粒子計數器的製作方法
2023-05-20 05:57:11
專利名稱：粒子計數器的製作方法
技術領域：
本發明涉及可適用於產業用機器人、利用光散射特性對氣體中的粒子數進行測定的粒子計數器，尤其是涉及對試料流體照射的雷射束形狀的改進。
背景技術：
此類機器人，有一種在絕對清潔室中比如將半導體晶片或液晶面板放在手上從盒子移動至其他裝置的機器人。處理這些半導體晶片和液晶面板時，清潔室內的粒子數量對合格率有很大的影響，故有幾種方法進行檢查。
比如，有時工作人員在清潔室內的規定位置設置粒子計數器進行定期檢查。另外，也有時在濺射或蝕刻等的製造裝置上安裝粒子計數器進行定期檢查。或利用檢查裝置對半導體晶片和液晶面板的表面進行粒子檢查。
另外，作為已有的此類粒子計數器100如圖10所示，包括發射雷射101的光源102、將雷射101聚光至試料流體104的聚光透鏡103、使試料流體104流動的流道裝置105、將試料流體104中的粒子(塵粒)所產生的散射光106予以聚光的受光透鏡107、將聚光後的散射光106進行光電轉換的光敏元件108。而且，從光敏元件108得到的電輸出功率的脈衝大小與懸浮粒子的粒徑具有相關關係，故從電輸出功率的脈衝大小可求得粒徑。另外，粒子通過時產生脈衝，故可從脈衝的次數求出粒子數。
由於為了高精度地檢測散射光106而使雷射101的能量密度越高越好，故聚光透鏡103設置成將雷射101聚光成很小的點狀。而且，試料流體104通過點狀的檢查區域109。試料流體104的流動是利用下遊側的吸引泵進行的。
另一方面，當將本裝置100來監視清潔室內的汙濁度而預測汙濁的場合、並用作為進行報警的裝置的場合，希望能在短時間內監視大量的試料流體104，實現正確度高的汙濁度的預測，以早期發出警報。
(專利文獻1)日本專利文獻特開平9-178645號(2003-287784)而且，將多個臂部相互可旋轉地進行連接的同時，將旋轉驅動源的旋轉力進行傳遞以進行伸縮等動作的機器人手，裝載在比如使大型液晶玻璃等的工件在盒子和塗膜裝置等的流程裝置之間進行移動的搬運用機器人上。
此類搬運用機器人501如圖15所示，包括以基座509上的關節部502為中心可旋轉的第1臂部505、可旋轉地與該第1臂部505的前端側的關節部503連接的第2臂部506、可旋轉地與該第2臂部506的前端部的關節部504連接的手510。在各關節部502～504中內置有皮帶輪，且關節部502、503之間及關節部503、504之間分別由同步皮帶連接，設置成手510始終面對一定的方向並在直線上進行移動。手510通常具有2～3根手叉510a。
但是，隨著近年來液晶玻璃的大型化，對手也有了剛性的要求。若手510剛性不足，或即使剛性夠了但重量過重，則搬運用機器人501的共振頻率下降而無法高速動作。
另外，據說，使用搬運用機器人501時的動作時間的2/3就是工件508的出入時間。因此，為了縮短作業的節拍，需要使工件508的出入高速化。另外，即使考慮到出入的行程還與工件508的大型化成正比地擴大，出入部分的高速化也是非常重要的。
為了實現工件508的出入高速化，需要抑制手510的重量和提高剛性。因此，已進行了手叉3根化、在碳纖維中含浸樹脂以形成手叉等嘗試。另外，手叉以往是由截面為方形的無鏽材料形成的，但現在是以能得到高剛性的中空形狀為主流。即，手叉如圖14所示，是從基端至前端用相同粗細的截面為四角形的管材。
(專利文獻2)日本專利特開平10-335420號公報(2002-319387)但是，在將粒子計數器設置在上述規定位置進行檢查的方法中，粒子計數器的安裝位置受到限制，故大多無法測量晶片和液晶面板附近的粒子。因此，即使是實際上晶片和液晶面板附近存在大量粒子而存在問題的場合也被判斷為無問題，同樣也會存在相反的問題，故難以正確地進行判斷和確定原因。另外，檢查是定期進行的，具有檢查間隔。因此，從發生問題到將其檢測出來有時需要花費很長時間，存在產生大量次品零件的危險。
另外，在將粒子計數器安裝在製造裝置上的方法中，因粒子計數器的安裝位置受到限制，故大多無法測量晶片和液晶面板附近的粒子。
而且，在利用檢查裝置對半導體晶片和液晶面板進行檢查的方法中，非常高價。而且，僅在1處設置檢查裝置將難以確定原因。
但是，在上述粒子計數器100中，由於雷射101被聚光成點狀，故試料流體104必須通過非常狹窄的檢測區域109。因此，為了在短時間內監視大量的試料流體而需要使氣體高速流動。因此，必須使用大容量的吸引泵，從而導致裝置100的大型化和高成本化。另外，需要檢測迴路的高速化，因此檢測迴路複雜化。
但是，上述手叉從基端至前端是相同粗細的截面為四角形的管狀，故有時隨著工件的大型化，手叉變長後剛性不足，或使剛性足夠了但太重了。不管是哪種情況都使共振頻率下降，導致難以使工件的出入部分高速化。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種不需要試料流體高速流動就能檢測粒子的粒子計數器。
為了達到上述目的，技術方案1的發明，在將雷射照射到測定區域、根據該測定區域內存在的粒子所產生的散射光而對粒子進行計數的粒子計數器中，雷射形成帶狀的雷射束。
因此，雷射為帶狀，故與傳統的聚光成點狀的雷射相比，能擴大檢測區域。因此，單位時間內能流過更多的試料流體，能實現吸引泵的小型化和檢測迴路的簡易化。
另外，技術方案2的發明，是在技術方案3所述的粒子計數器的基礎上，具有使含有粒子的試料流體朝一定方向流動的流道裝置，雷射的寬度大於利用流道裝置而流動的試料流體的大小，同時，在與所述雷射的前進方向成直角的方向上，雷射橫穿試料流體的整個寬度。因此，由於雷射橫貫試料流體的整個寬度，故能正確地進行計數。
如上所述，技術方案1所述的粒子計數器，由於雷射為帶狀，故與傳統的聚光成點狀的雷射相比，能擴大檢測區域。因此，單位時間內能流過更多的試料流體，能實現吸引泵的小型化和檢測迴路的簡易化。而且，可避免吸引泵的大型化和檢測迴路的複雜化，能進行正確的高汙濁度的預測和早期的報警。
另外，技術方案2所述的粒子計數器，與所述雷射的前進方向成直角的方向上，雷射穿過試料流體的整個寬度，故能正確地對粒子進行計數。
圖1是表示應用了本發明的產業用機器人的生產線一部分的俯視圖。
圖2是表示應用了產業用機器人的生產線一部分的主視圖。
圖3是表示產業用機器人的主要部分的立體圖。
圖4是將機器人的手部分擴大表示的俯視圖。
圖5是表示手部分的側視圖。
圖6是表示本發明的粒子計數器的原理概要的立體圖。
圖7是表示粒子計數器的概要圖，(A)是俯視圖，(B)是側視圖。
圖8是表示粒子計數器的其他例子的概要的俯視圖。
圖9是表示粒子計數器的其他例子的俯視圖。
圖10是表示傳統的粒子計數器的主要部分的概要圖。
圖11是表示本發明的搬運用機器人的手的側視圖。
圖12是表示搬運用機器人的俯視圖。
圖13是表示搬運用機器人的側視圖。
圖14是表示手的其他實施例的俯視圖。
圖15是表示傳統的搬運用機器人的立體圖。
圖16是表示其他實施例的粒子計數器的概要圖，(A)是表示其原理的概要的立體圖，(B)是概要圖的側視圖。
具體實施例方式
以下參照附圖所示的最佳實施例對本發明的組成進行詳細說明。
圖1～圖5表示本發明的產業用機器人1的實施例1。該產業用機器人1，是在清潔空間11內進行組裝、加工、搬運等作業的。而且在產業用機器人1的手部10設有對清潔空間11內的清潔度進行測量的粒子計數器。因此，由粒子計數器能測量放置在手部10上的半導體晶片和液晶面板等工件8附近的粒子量，因而能進行正確的檢查。
該產業用機器人1，比如是作為將工件8從盒子13搬運至製造裝置14的臂部驅動裝置。這些產業用機器人1、盒子13及製造裝置14全部設置在清潔空間11即清潔室內。
產業用機器人1包括以基座9上的關節部2為中心可旋轉的第1臂部5；可旋轉地與該第1臂部5的前端側的關節部3連接的第2臂部6；可旋轉地與該第2臂部6的前端部的關節部4連接的手部10。在各關節部2、3、4內置有皮帶輪，同時關節部2、3之間及關節部3、4之間分別由同步皮帶連接，設置成手部10始終面對一定方向的狀態並在直線上進行移動。
粒子計數器的吸入口12如圖4、5所示，設置在手部10的前端。吸入口12為圓形的孔。手部10的前端是手部10中自由度最高的，因此能在清潔空間11內的非常多的位置進行測定。這裡，在工件8是半導體晶片的場合，最好使用陶瓷製的手部10。因此，通過構成手部10的陶瓷本身形成從吸入口12連通粒子計數器本體的吸引管。另外，在工件8是液晶面板的場合，最好使用碳混合物的手部10。在此場合，在手部10的內部穿通作為從吸入口12連通粒子計數器本體的吸引管的軟管。另外，粒子計數器本體也可設置在臂部內等產業用機器人1的內部或外部。
另外，該產業用機器人1，通過將基座9可升降且可旋轉地設置在機器人本體25上而得到支承。在此場合，通過基座9本身的升降或旋轉，能對手部10進行直線運動時的高度和方向進行改變。
以下對上述產業用機器人1的動作進行說明。
驅動內置於機器人本體25內的電機，使關節部2的皮帶輪旋轉，使臂部10的位置前後移動，或對基座9進行升降，使臂部10進行升降，或使整個機器人本體25水平移動，以調節臂部10的位置。而且，當臂部10到達規定位置後，使粒子計數器工作，從臂部10的前端的吸入口12吸入空氣。通過對該空氣中的粒子的量進行測定就可求出清潔空間11內的粒子量。
另外，測定也可是連續進行，或設定定期測定動作時間。這裡，產業用機器人1在搬運工件中進行測定的場合，能以吸引足夠的量比如1立方的空氣。在此場合，1次吸入量比如設為0.1立方米，以此測定粒子量。然後，對其重複10次，對各粒子的量進行累計，或將1次吸入的粒子量放大10倍等，即使1次不能吸入1立方米的空氣，也能通過統計的手法算出1立方米的空氣的粒子量。在此場合，至少能檢測出相對於正常狀態是否發生變化。
由此，不必急劇吸入大量空氣，可防止因吸入而產生氣流，從而造成沉澱的粒子被吸起或捲起的事態發生。另外，不必吸入大量空氣，可縮短作業時間。
另外，上述實施例僅是本發明的1個最佳實施例，但並不局限於此，只要在本發明的宗旨範圍內，可進行各種變形。比如，本實施例中，粒子計數器的吸入口12設置在手部10的前端，但並不局限於此，也可是手部10的根部等別的位置。在此場合，手部10的自由度高，因此能在清潔空間11內的許多位置進行測量。
另外，本實施例中，將產業用機器人1當作了臂部驅動裝置，但並不局限於此，也可是其他裝置。
以下，參照附圖所示的最佳實施例對粒子計數器進行具體、詳細的說明。
圖6及圖7表示本發明的粒子計數器51的一個實施例。該粒子計數器51，將雷射52照射測定區域53，根據存在於該測定區域53內的粒子(灰塵)54所產生的散射光55，而對粒子54進行計數。而且，雷射52形成為帶狀的雷射束。另外，具有使含有粒子54的試料流體56朝一定的方向流動的流道裝置57。雷射52的寬度大於利用流道裝置57流動的試料流體56的大小，同時，在與上述雷射的前進方向垂直的方向上，雷射穿過試料流體56的整個寬度。
該粒子計數器51包括發射雷射52的光源58、將雷射52聚光至試料流體56的聚光透鏡59、流道裝置57、將試料流體56中的粒子54所產生的散射光55予以聚光的受光透鏡60、將聚光後的散射光55進行光電轉換的光敏元件61。
光源58是雷射二極體。聚光透鏡59具有視準透鏡62和柱面透鏡63。視準透鏡62中將雷射52作成平行光。柱面透鏡63是2片1組，將橢圓形的雷射52變成更扁平的帶狀的光線。該雷射52比如寬度為4mm、厚度為50μm左右。由視準透鏡63提高雷射52的能量密度。
光束袋64配置在聚光透鏡59的下遊側。光束袋64用於捕捉聚光後的雷射52。由此，可減少雷射52在粒子計數器51內部處反射引起的雜亂光，可減少射入受光元件61的背景噪聲。因而可提高SN比，可提高信號的增幅度。
流道裝置57具有配置在聚光透鏡59的下遊側的氣密部65、向該氣密部65供給試料流體56的供給管66、使氣密部65成為負壓的吸引泵67。另外，雷射52與試料流體56相交的部分為測定區域53。
受光透鏡60與測定區域53面對，同時，光軸與雷射52的光軸正交。作為受光元件61，使用帶前置放大器SiPIN光電二極體。由此，可提高感度和SN比。
以下對上述粒子計數器51的作用進行說明。
從光源58發出的雷射52透過聚光透鏡59而成為帶狀。該帶狀雷射52聚光至氣密部65。另一方面，在吸引泵67的工作下，氣密部65中試料流體56流動。而且，雷射52通過試料流體56。
一旦試料流體56含有灰塵，則從測定區域53產生散射光55。該散射光55藉助受光透鏡60射入受光元件61。而且，從受光元件61得到的電輸出功率的脈衝的大小與粒子54的粒徑存在相關關係，故從電輸出功率的脈衝大小可求得粒徑。另外，粒子54通過時產生脈衝，從脈衝的次數可求出粒子數。
上述實施例僅是本發明的1個最佳實施例，但並不局限於此，只要在本發明的宗旨範圍內，可進行各種變形。比如，本實施例中，離開聚光透鏡59後的雷射52直接通過試料流體56，但並不局限於此，也可如圖8所示，在聚光透鏡59的後面設置反射透鏡68，雷射52反射後通過試料流體56。由此，可將光路曲折，可實現粒子計數器51的小型化。
另外，本實施例中，試料流體56的流動相對於雷射52的寬幅的面成45度，但並不局限於此，如圖9所示，也可成90度。圖9所示的粒子計數器51中，從光源(未圖示)發出的雷射52透過2片柱面透鏡63，在與圖垂直的方向被壓縮而成帶狀。而且，設置供給管66及吸引泵，以使試料流體56在與圖紙垂直的方向流動。
而且，上述各實施例中，利用柱面透鏡63將橢圓形的雷射52進一步變為扁平形狀，但並不局限於此，也可使橢圓形的雷射52直接照射試料流體56。在此場合，雷射52仍是寬幅的帶狀，故能對試料流體56寬幅地進行照射。
另外，上述各實施例中，將雷射52直接照射供給管66與吸引泵67之間流動的試料流體56，但並不局限於此，也可將試料流體56在由能透過雷射52的透明體構成的管路內流動，將雷射52從其外部進行照射。
而且，本實施例中，從光源(未圖示)發出的雷射52透過2片柱面透鏡63，在與圖垂直的方向被壓縮而成帶狀，但並不局限於此，如圖16所示的粒子計數器510那樣，也可僅由1片柱面透鏡63(作為聚光透鏡59)構成，雷射52通過試料流體56。這樣，通過柱面透鏡63的雷射52並不是完全的平行光，當測定區域53狹窄，故可看作平行光，可與上述實施例相同地求得粒子的量。
另外，圖16所示的粒子計數器510中，在受光元件61和受光透鏡60的相反側設有反射透鏡70。由此，向受光元件61相反側散射的散射光55由反射透鏡70進行反射，可聚光至受光元件61，能更高效地求得粒子數。
以下，利用附圖所示的最佳實施例對本發明的搬運用機器人的手的結構進行詳細說明。
圖11～圖13是表示本發明的搬運用機器人81的手82的一個實施例。該手82是設置在從存放有搬運物83的存放裝置將搬運物83取出、或將搬運物83存放進存放裝置內的搬運用機器人81的臂部前端。而且，構成手82的手叉84由中空形狀構成，同時手叉84的厚度朝著手叉84的前端而變薄。因此，可提高力矩最大的基端部分的剛性。另外，前端側比基端側輕，故手叉84的重心靠近基端側，同時，手叉84整體得到輕量化。由此，搬運用機器人81的共振頻率提高，從而能提高動作速度。
本實施例中，如圖12及圖13所示，手82具有上下方向雙層平行的3根手叉84。因此，1次的手82的動作可以搬運2片搬運物83。各手叉84的上面即搬運物83的承接面84a為水平面，同時，手叉84的下面84b為朝手叉84的前端傾斜的傾斜面。因此，可將搬運物83水平地放置在手82上。另外，手叉84的左右的側面互相平行。
而且，手叉84的管壁厚度為一定。不過，並不局限於此，管壁的厚度也可前端側變薄。搬運物83比如是大型的液晶玻璃。
手叉84由碳纖維與樹脂的複合材料構成。因而在得到高的剛性的同時可實現輕量化。這裡，碳纖維及樹脂的複合材料形成手叉84的方法是將樹脂含浸在筒狀的碳纖維中，但也可是以往的或新的方法。
另外，具有該手82的搬運用機器人81，具有2組以下的構件，即以基座85上的關節部86為中心可旋轉的第1臂部87；可旋轉地與該第1臂部87的前端側的關節部88連接的第2臂部89；可旋轉地與該第2臂部89的前端部的關節部90連接的手82。在各關節部86、88、90內置有皮帶輪，同時關節部86、88之間及關節部88、90之間分別由同步皮帶連接，設置成手82始終面對一定的方向的狀態並在直線上進行移動。
而且，搬運用機器人81具有升降機構。即，臂部87、89及手82可在升降機構的最低高度(圖13中的實線所示)與升降機構的最高高度(圖13中的雙點劃線所示)之間升降。另外，搬運用機器人81可沿軌道91移動。
以下說明上述搬運用機器人81的手82的動作。
利用臂部87、89移動手82，從存放大量搬運物83的存放裝置中取出搬運物83。由於搬運用機器人81的共振頻率提高，故可使手82的動作速度足夠快。由此可縮短節拍。
放置後使臂部87、89動作，將搬運物83移動至處理裝置或其他存放裝置等規定的位置。這裡，手叉84的承接面84a為水平面，可將搬運物83維持在水平狀態。而且，手叉84的基端較厚、前端較薄，故即使因搬運物83的重量使前端側朝下方彎曲，也能防止上側的手叉84的下面84b與下面的手叉84上放置的搬運物83幹涉。
另外，上述實施例僅是本發明的1個最佳實施例，但並不局限於此，只要在本發明的宗旨範圍內，可進行各種變形。比如，本實施例中，手叉84的上面是水平面，同時手叉84的下面是傾斜面，但並不局限於此，也可是上面為往前的下傾面、下面84b為水平面或往前上的傾斜面。或比如如圖14所示，手叉84的左右的側面84c、84d為前端側變細的傾斜面。在此場合，也可是左右的側面雙方或僅一方為傾斜面。此時手叉84的上下面既可是水平面也可是收斂的傾斜面。
另外，本實施例中手叉84的材料是碳纖維與樹脂的複合材料，但並不局限於此，也可是其他金屬等。
權利要求
1.一種對測定區域照射雷射、並根據該測定區域內存在的粒子所產生的散射光對粒子進行計數的粒子計數器，其特徵在於，所述雷射形成帶狀的雷射束。
2.如權利要求1所述的粒子計數器，其特徵在於，具有使含有所述粒子的試料流體朝一定的方向流動的流道裝置，並且所述雷射的寬度大於利用所述流道裝置而流動的試料流體的大小，且在與所述雷射的前進方向成直角的方向上，雷射穿過試料流體的整個寬度。
全文摘要
本發明揭示了一種對測定區域照射雷射、並根據該測定區域內存在的粒子所產生的散射光對粒子進行計數的粒子計數器，其中雷射形成帶狀的雷射束。由此，能擴大檢測區域。這樣，單位時間內能流過更多的試料流體，能實現吸引泵的小型化和檢測迴路的簡易化。而且，可避免吸引泵的大型化和檢測迴路的複雜化，能進行正確的高汙濁度的預測和早期的報警。
文檔編號G01N21/47GK1862246SQ200610004488
公開日2006年11月15日 申請日期2003年10月30日 優先權日2002年10月30日
發明者矢澤隆之, 常田晴弘, 安川員仁, 吉澤豐, 近藤秀幸, 中島弘登, 永澤芳水 申請人:日本電產三協株式會社