Les constructeurs d’équipements pour la fabrication de semi-conducteurs et d’autres produits construisent souvent des machines comprenant une station d’inspection automatique avec isolation et un système de manutention des pièces (robot) non isolé. Le robot est chargé cycliquement de placer et de reprendre les pièces sur la station d’inspection . En général, les robots sont programmés pour placer les pièces en un endroit déterminé. Le plus souvent, la précision de placement de la pièce doit être inférieure à ±0,13 mm sur les trois axes. Les exigences de débit (rapidité des cycles d’inspection) amènent à exiger du système d’isolation qu’il se remette à niveau et en position très rapidement.
Précision de repositionnement des isolateurs pneumatiques
La précision de remise à niveau des vannes IPV Newport est de ±0,26 mm — ce qui constitue probablement la meilleure performance en standard de l’industrie. Nous fabriquons également des vannes de plus haute précision pour les clients ayant des exigences de positionnement plus sévères, mais les temps de mise à niveau et de repositionnement sont trop longs pour des applications à débit élevé.
Nos systèmes d’isolation horizontale à pendule Newport sont commandés par la seule gravité et peuvent repositionner une plate-forme isolée « libre » avec une précision d’environ 0,03 mm. Cependant, lorsque des câblages sont posés entre la plate-forme isolée et le bâti, une hystérésis a pour effet de rendre non répétable la précision de repositionnement horizontale et de la faire sortir de la plage admissible.
Systèmes d’arrimage pour OEM
Pour répondre aux besoins de repositionnement rapide des plates-formes isolées, Newport propose des « systèmes d’arrimage » pour un certain nombre de produits OEM. Les systèmes d’arrimage abaissent la plate-forme isolée sur trois supports semi-cinématiques. Cette interface de positionnement de précision est généralement composée de trois billes solidaires du bâti qui entrent en contact avec trois points correspondants de la plate-forme isolée. Ces points sont les suivants : 1) rainure en V(trait), 2) logement de forme conique (point), et 3) plaque plate (plan).
Systèmes d’arrimage par gravité, sans régulation
Le système d’arrimage le plus simple comprend une vanne solénoïde trois voies montée entre les vannes de mise à niveau et les isolateurs qu’elles contrôlent. Lorsque l’instruction d’arrimage est donnée par le contrôleur du client, la vanne pneumatique coupe la sortie de la vanne de mise à niveau et laisse échapper l’air des isolateurs. La plate-forme n’est plus supportée, si bien que la pesanteur la fait descendre et que les trois billes entrent en contact avec leurs points de conjugaison. Lorsque l’instruction de désarrimage est donnée, le port d’échappement est fermé, la vanne de mise à niveau est réouverte, et le système se remet à flotter normalement.
Malheureusement, les systèmes d’arrimage par gravité sans régulation sont lents et limités par les débits autorisés des vannes de mise à niveau (qui doivent remplir les isolateurs). Les temps de mise à niveau sont généralement de 3 à 5 secondes — ce qui n’est plus acceptable pour de nombreuses applications d’inspection à débit élevé. Lorsque le débit maximal d’air est dépassé, les isolateurs oscillent quand ils sont remis sous pression. De ce fait, le simple remplacement par des vannes à débit élevé ne permet pas de réduire le temps de remise sous pression et de mise à niveau du système.
Supports cinématiques
Toutes les positions possibles d’une plate-forme peuvent être décrites par six coordonnées indépendantes dans un système de coordonnées fixes quelconques: trois translations et trois rotations. Un support est cinématique lorsque le nombre de degrés de liberté (axes de libre mouvement) et le nombre des contraintes physiques appliquées au support atteignent un total de six. Cela revient à dire que toutes les contraintes physiques appliquées sont indépendantes (non redondantes). Un support cinématique, de ce fait, a six contraintes indépendantes.
Le modèle le plus courant de support cinématique est le support à rainure (trait), cône (point) et plaque (plan) qui est schématiquement illustré à la figure 1. Considérons qu’une optique soit montée sur le système de coordonnées des trois sphères de la figure et que le support se compose du cône, de la rainure en V et de la plaque plate. Si la plate-forme se positionne d’abord sur le cône, trois degrés de liberté (translations sur les axes x, y et z) sont éliminés sans aucune redondance.
A ce stade, la plate-forme est toujours libre de tourner sur ses trois axes. Ensuite, la seconde sphère s’engage dans la rainure qui est orientée vers le cône. Cette opération élimine deux nouveaux degrés de liberté — le tangage et le lacet — comme le montre la figure. L’orientation de la rainure dans la direction du cône est importante pour ne pas sur-contraindre un ou plusieurs degrés de liberté. Le roulis sur l’axe x est le dernier degré de liberté à éliminer. Cela s’opère en faisant reposer la troisième sphère sur une plaque. Six contraintes non redondantes forment un support cinématique.
Systèmes d’arrimage par gravité avec régulation
L’une des méthodes envisageables pour accélérer la remise sous pression est de réguler la pression de purge des isolateurs lorsque la charge est abaissée. Par exemple, s’il faut une pression de 5 kg/cm² pour que la charge flotte, l’abaisser à 3,5 kg/cm² peut suffire pour amener la charge sur ses appuis. Il est clair qu’il faut moins de temps pour remettre les isolateurs sous pression à partir de 3,5 kg/cm² que de 0 kg/cm². Les diagrammes du bas de la page illustrent les différentes méthodes d’arrimage.
Le temps et la précision de repositionnement du système peuvent être améliorés en intégrant une fonction d’amortissement. Les amortisseurs exploitent des vannes de repositionnement à gain élevé, afin que le système réponde plus vite, et des orifices d’étranglement de faible section pour restreindre le débit d’air dans la chambre hybride.
Arrimage sous pression normale
Les systèmes d’arrimage sous pression normale ne mettent pas l’isolateur à la pression atmosphèrique, mais utilisent un dispositif mécanique pour tirer la plate-forme contre les points d’appui (en surmontant la pression de l’isolateur). Le système ajoute une vanne solénoïde deux voies entre la vanne de mise à niveau et le (ou les) isolateurs. Lorsque l’instruction d’arrimage est donnée, la vanne se ferme et maintient l’isolateur à la pression nécessaire pour faire flotter la plate-forme isolée. Lorsque les vannes des isolateurs sont fermées, le dispositif mécanique tire la plate-forme vers le bas jusqu’à ce qu’elle soit bien en appui. Généralement, on installe un jeu de trois (ou quatre) vérins pneumatiques pour assurer la traction de la plate-forme. Certains systèmes utilisent des moteurs connectés à un système de bobinages pour appliquer la plate-forme sur son support.
Lorsque l’instruction de désarrimage est donnée, la plate-forme est libérée et les vannes solénoïdes des isolateurs sont ouvertes. Comme les isolateurs étaient restés à la pression nécessaire pour faire flotter la plate-forme pendant l’opération d’arrimage, il n’est pas utile qu’ils soient remis sous pression par la vanne de mise à niveau. De ce fait, les temps de repositionnement et de mise à niveau sont très brefs. Avec un système d’amortissement, les temps peuvent encore être réduits en augmentant l’effet d’amortissement des isolateurs.
Résumé
Le système d’arrimage à choisir dépend en premier lieu des débits attendus des machines. L’arrimage par gravité et sans régulation est une solution simple, destinée aux applications comportant des opérations longues, pour lesquelles le temps d’arrimage ne représente qu’une fraction de la durée totale du cycle. L’arrimage par gravité avec régulation assure une amélioration importante pour un accroissement très faible du coût et de la complexité du système. Les systèmes à pression normale offrent les temps de repositionnement les plus brefs, surtout dans le cas d’isolateurs avec amortissement, mais au prix d’une nette augmentation aussi bien du coût que du nombre de pièces.
En général, les configurations des systèmes d’arrimage et des isolateur avec amortissement sont spécifiques à chaque application. Dans certains cas, il est nécessaire de choisir des diaphragmes plus rigides, ou des vannes spécifiques, afin d’optimiser le système. Chaque machine possède ses propres conditions de charge et de cycle, de centre de gravité, ainsi que bien d’autres aspects à prendre en compte. Notre service commercial est à votre disposition pour vous aider à concevoir le système le plus adéquat pour vos machines.
Les deux grands types d’arrimage sont tous deux d’usage répandu. Les deux versions de l’arrimage avec purge conviennent pour les opérations où les cycles sont longs et où le temps d’arrimage est une petite fraction de la durée totale du cycle. Dans les applications à cycles plus courts, le système d’arrimage avec traction est nettement supérieur. Contactez nous pour vous aider à choisir le meilleur système Newport en fonction de vos besoins.
