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DE102024111816A1 - Method for operating a pneumatic system and pneumatic system for industrial automation - Google Patents

Method for operating a pneumatic system and pneumatic system for industrial automation

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Publication number
DE102024111816A1
DE102024111816A1 DE102024111816.4A DE102024111816A DE102024111816A1 DE 102024111816 A1 DE102024111816 A1 DE 102024111816A1 DE 102024111816 A DE102024111816 A DE 102024111816A DE 102024111816 A1 DE102024111816 A1 DE 102024111816A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
actuator element
stroke
actuator
pneumatic
partial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024111816.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Daniel Klassen
Marco Schmidt
Michael Bidmon
Werner Alber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Festo SE and Co KG
Original Assignee
Festo SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Festo SE and Co KG filed Critical Festo SE and Co KG
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Priority to PCT/EP2025/061014 priority patent/WO2025224145A1/en
Publication of DE102024111816A1 publication Critical patent/DE102024111816A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines pneumatischen Systems 11 für die Industrieautomation, das wenigstens einen pneumatischen Aktor (14) und eine Regelungseinrichtung (13) zur Regelung einer Bewegung eines Aktorglieds (27) des wenigstens einen pneumatischen Aktors 14 über einen Verfahrhub von einer Endlage (30) in eine zweite Endlage (31) und/oder von der zweiten Endlage (31) in die erste Endlage (30) aufweist, umfasst das Verfahren folgende Schritte:
- kontinuierliches Messen einer Position des Aktorglieds (27) mittels einer Positionsmesseinrichtung (37), die eine einem ersten Teilhub (h1) des Verfahrhubs (H) des Aktorglieds (27) zugeordnete erste Positionsmesseinheit (38a) und eine einem zweiten Teilhub (h2) des Verfahrhubs (H) zugeordnete zweite Positionsmesseinheit (38b) umfasst, wobei je nach Position des Aktorglieds (27) entweder mit der ersten oder der zweiten Positionsmesseinheit (38a, 38b) gemessen und zwischen den Teilhüben (h1, h2) nicht gemessen wird,
- Bereitstellen der gemessenen Position als Ist-Positionssignal an die Regelungseinrichtung (13),
- Durchführung einer Positionsregelung auf Basis des mit der Positionsmesseinrichtung (37) erfassten Ist-Positionssignals.
In a method for operating a pneumatic system 11 for industrial automation, which has at least one pneumatic actuator (14) and a control device (13) for controlling a movement of an actuator element (27) of the at least one pneumatic actuator 14 over a travel stroke from one end position (30) to a second end position (31) and/or from the second end position (31) to the first end position (30), the method comprises the following steps:
- continuous measurement of the position of the actuator element (27) by means of a position measuring device (37) comprising a first position measuring unit (38a) assigned to a first partial stroke ( h1 ) of the travel stroke (H) of the actuator element (27) and a second position measuring unit (38b) assigned to a second partial stroke ( h2 ) of the travel stroke (H), wherein, depending on the position of the actuator element (27), either the first or the second position measuring unit (38a, 38b) is used and no measurement is taken between the partial strokes ( h1 , h2 ).
- Providing the measured position as an actual position signal to the control device (13),
- Implementation of position control based on the actual position signal recorded by the position measuring device (37).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines pneumatischen Systems für die Industrieautomation und ein pneumatisches System für die Industrieautomation.The invention relates to a method for operating a pneumatic system for industrial automation and a pneumatic system for industrial automation.

Verfahren zum Betrieb eines pneumatischen Systems zur Industrieautomation sowie pneumatische Systeme für die Industrieautomation finden in vielen Bereichen Anwendung.Methods for operating a pneumatic system for industrial automation, as well as pneumatic systems for industrial automation, are used in many areas.

So ist beispielsweise der Anwendungsbereich Wafer-Herstellung zu nennen, wo in der Regel eine Vielzahl pneumatischer Aktoren zum Einsatz kommt, um damit unterschiedliche Arten von Stellgliedern zu bewegen, beispielsweise sogenannte Schieberventile, die zum Öffnen oder Schließen eines Durchgangs (Gate) zu eine Bearbeitungskammer für die Wafer-Bearbeitung dienen. Insgesamt werden bei der Wafer-Herstellung hohe Anforderungen an den Betrieb der pneumatischen Systeme gestellt, wobei hier beispielsweise die Minimierung von Erschütterungen beim Betrieb der Schieberventile zu nennen ist. Darüber hinaus soll die Sensorik zum Betrieb des pneumatischen Systems einfach und zuverlässig aufgebaut sein.One example of an application area is wafer manufacturing, where a large number of pneumatic actuators are typically used to move various types of control elements, such as spool valves that open or close a gate to a processing chamber for wafer processing. Overall, wafer manufacturing places high demands on the operation of pneumatic systems, including minimizing vibrations during the operation of the spool valves. Furthermore, the sensors used to operate the pneumatic system must be simple and reliable.

Jedoch sind derartige pneumatische Systeme nicht nur für die Wafer-Produktion geeignet sondern allgemein für das Gebiet der Industrieautomation. Je nach Anwendungsbereich ergeben sich für das pneumatische System unterschiedliche Anforderungen.However, such pneumatic systems are not only suitable for wafer production but also for industrial automation in general. Depending on the application, different requirements arise for the pneumatic system.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines pneumatischen Systems und ein pneumatisches System bereit zu stellen, das gegenüber herkömmlichen Verfahren beziehungsweise Systemen verbessert ist, um damit insbesondere den Anforderungen bei der Halbleiter-, insbesondere Wafer-Produktion gerecht zu werden.The object of the invention is to provide a method for operating a pneumatic system and a pneumatic system that is improved compared to conventional methods or systems, in order to meet the requirements in particular for semiconductor, especially wafer, production.

Die vorstehende Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines pneumatischen Systems für die Industrieautomation mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und durch ein pneumatisches System für die Industrieautomation mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 9 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.The foregoing problem is solved by a method for operating a pneumatic system for industrial automation with the features of independent claim 1 and by a pneumatic system for industrial automation with the features of independent claim 9. Further developments of the invention are described in the dependent claims.

Bei dem Verfahren zum Betrieb eines pneumatischen Systems für die Industrieautomation sind wenigstens ein pneumatischer Aktor und eine Regelungseinrichtung zur Regelung einer Bewegung eines Aktorglieds des wenigstens einen pneumatischen Aktors über einen Verfahrhub von einer ersten Endlage in eine zweite Endlage und/oder von der zweiten Endlage in die erste Endlage vorgesehen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

  • - Messen einer Position des Aktorglieds mittels einer Positionsmesseinrichtung, die eine einem ersten Teilhub des Verfahrhubs des Aktorglieds zugeordnete ersten Positionsmesseinheit und eine einem zweiten Teilhub des Verfahrhubs zugeordnete zweite Positionsmesseinheit umfasst, wobei je nach Position des Aktorglieds entweder mit der ersten oder der zweiten Positionsmesseinheit gemessen und zwischen den Teilhüben keine Positionsmessung stattfindet,
  • - Bereitstellen der gemessenen Position als Ist-Positionssignale an die Regelungseinrichtung,
  • - Durchführung einer Positionsregelung auf Basis des mit der Positionsmesseinrichtung erfassen Ist-Positionssignals.
The method for operating a pneumatic system for industrial automation includes at least one pneumatic actuator and a control device for controlling a movement of an actuator element of the at least one pneumatic actuator over a travel stroke from a first end position to a second end position and/or from the second end position to the first end position, wherein the method comprises the following steps:
  • - Measuring the position of the actuator element by means of a position measuring device comprising a first position measuring unit assigned to a first partial stroke of the actuator element's travel stroke and a second position measuring unit assigned to a second partial stroke of the travel stroke, wherein, depending on the position of the actuator element, either the first or the second position measuring unit is used for measurement and no position measurement takes place between the partial strokes,
  • - Providing the measured position as actual position signals to the control device,
  • - Implementation of position control based on the actual position signal recorded by the position measuring device.

Das Erfindungsgemäße pneumatische System, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1, umfasst wenigstens einen pneumatischen Aktor, mit einem Aktorglied, eine Regelungseinrichtung zur Regelung einer Bewegung des Aktorglieds über einen Verfahrhub von einer ersten Endlage in eine zweite Endlage und/oder von der zweiten Endlage in die erste Endlage und mit einer Positionsmesseinrichtung, die eine einem ersten Teilhub des Verfahrhub des Aktorglied zugeordnete erste Positionsmesseinheit und eine einem zweiten Teilhub des Verfahrhubs zugeordnete zweite Positionsmesseinheit umfasst, wobei je nach Position des Aktorglieds eine Positionsmessung entweder mit der ersten oder der zweiten Positionsmesseinheit durchführbar ist und zwischen den Teilhüben eine bezüglich einer Positionsmessung messfreie Hubstrecke liegt.The pneumatic system according to the invention, in particular for carrying out the method with the features of claim 1, comprises at least one pneumatic actuator, with an actuator element, a control device for controlling a movement of the actuator element over a travel stroke from a first end position to a second end position and/or from the second end position to the first end position, and with a position measuring device, which comprises a first position measuring unit assigned to a first partial stroke of the travel stroke of the actuator element and a second position measuring unit assigned to a second partial stroke of the travel stroke, wherein, depending on the position of the actuator element, a position measurement can be carried out with either the first or the second position measuring unit, and a measurement-free stroke section lies between the partial strokes with respect to a position measurement.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, dass die Positionsmessung mittels der Positionsmesseinheiten der Positionsmesseinrichtung nicht kontinuierlich über den kompletten Verfahrhub des Aktorglieds erfolgt, sondern diskontinuierlich an ausgewählten Stellen entlang des Verfahrhubs, und zwar innerhalb bestimmter Teilhübe. Zwischen den Teilhüben liegt demnach eine bezüglich einer Positionsmessung messfreie Hubstrecke. Im Vergleich zu herkömmlichen pneumatischen Systemen, bei denen insbesondere kontinuierlich über den gesamten Verfahrhub gemessen wird und es damit einer Messanordnung bedarf, die den gesamten Verfahrhub abdeckt, beispielsweise ein sich über den gesamten Verfahrhub erstreckender beispielsweise optisch abzutastender Maßstab, sind die erfindungsgemäßen Positionsmesseinheiten einfacher, beispielsweise kürzer ausgestaltet und sind damit kostengünstiger.A key aspect of the invention is that the position measurement by means of the position measuring units of the position measuring device is not performed continuously over the entire travel stroke of the actuator element, but discontinuously at selected points along the travel stroke, specifically within certain partial strokes. Between the partial strokes, there is therefore a stroke section free of position measurement. Compared to conventional pneumatic systems, in which measurement is performed continuously over the entire travel stroke and thus requires a measuring arrangement that covers the entire travel stroke (for example, a scale extending over the entire travel stroke, which can be optically scanned), the position measuring units according to the invention are simpler, for example, shorter, and therefore more cost-effective.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind die Positionsmesseinheiten jeweils als kontinuierliche Positionsmesseinheiten ausgebildet zur kontinuierlichen Positionsmessung über die jeweils zugeordneten Teilhübe. Die Positionsmesseinheiten sind also nicht als Positionsschalter ausgestaltet, die jeweils nur eine diskrete Position, beispielsweise Endposition, detektieren können, sondern es kann eine Positionsmessung kontinuierlich über die Teilhübe erfolgen.In a further development of the invention, the position measuring units are each configured as continuous These position measuring units are designed for continuous position measurement across their respective partial strokes. Therefore, the position measuring units are not designed as position switches that can only detect a single discrete position, such as the end position, but rather allow for continuous position measurement across the partial strokes.

Besonders bevorzugt wird bei der Bewegung des Aktorglieds von der ersten Endlage in die zweite Endlage zunächst über den ersten Teilhub mit der ersten Positionsmesseinheit kontinuierlich die Position des Aktorglieds gemessen, anschließend erfolgt über eine bestimmte Hubstrecke keine Positionsmessung und dann wird über den zweiten Teilhub mit der zweiten Positionsmesseinheit kontinuierlich die Position des Aktorglieds gemessen. Bei der Rückbewegung des Aktorglieds von der zweiten Endlage in die erste Endlage können die Positionsmessungen in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.It is particularly preferred that, during the movement of the actuator element from the first end position to the second end position, the position of the actuator element is first continuously measured over the first partial stroke using the first position measuring unit. Subsequently, no position measurement is performed over a certain stroke distance, and then the position of the actuator element is continuously measured over the second partial stroke using the second position measuring unit. During the return movement of the actuator element from the second end position to the first end position, the position measurements can be performed in reverse order.

Die Positionsmesseinheiten können beispielsweise als kontinuierliche Positionsmesssensoren ausgebildet sein.The position measuring units can, for example, be designed as continuous position measuring sensors.

In besonders bevorzugter Weise weist die erste Positionsmesseinheit ein erstes Außengehäuse auf, während die zweite Positionsmesseinheit ein separat von dem ersten Außengehäuse ausgebildetes zweites Außengehäuse aufweist. Zweckmäßigerweise sind die Positionsmesseinheiten also separat voneinander ausgebildete Bauteile der Positionsmesseinrichtung.In a particularly preferred embodiment, the first position measuring unit has a first outer housing, while the second position measuring unit has a second outer housing formed separately from the first outer housing. Advantageously, the position measuring units are thus separately formed components of the position measuring device.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Druckmesseinheit, insbesondere in Form eines Drucksensors vorgesehen, über die der Ist-Druck in wenigstens einer Druckkammer des pneumatischen Aktors gemessen und an die Regelungseinrichtung in Form eines Ist-Drucksignals übermittelt werden kann.In a further development of the invention, a pressure measuring unit, in particular in the form of a pressure sensor, is provided, via which the actual pressure in at least one pressure chamber of the pneumatic actuator can be measured and transmitted to the control device in the form of an actual pressure signal.

Es ist möglich, dass der Regelungseinrichtung Soll-Positionswerte des Aktorglieds innerhalb der Teilhübe vorgegeben werden oder die Regelungseinrichtung Soll-Positionswerte aus Referenzwerten berechnet. Die Soll-Positionswerte können beispielsweise in Form einer Trajektorie oder Bahnkurve vorliegen. Die Soll-Positionen des Aktorglieds können dann mit tatsächlich über die Positionsmesseinheiten gemessenen Ist-Positionen innerhalb der Teilhübe verglichen werden. Es ist möglich der Positionsregelung innerhalb der Teilhübe eine Druckregelung unterzuordnen, die zweckmäßigerweise über den gesamten Verfahrhub aktiv ist. Alternativ wäre jedoch auch eine Positionsregelung ohne untergeordnete Druckregelung möglich, beispielsweise könnten Druckwerte abgeschätzt werden.It is possible for the control system to be given target position values of the actuator within the partial strokes, or for the control system to calculate target position values from reference values. The target position values can be in the form of a trajectory or path curve, for example. The target positions of the actuator can then be compared with the actual positions measured by the position measuring units within the partial strokes. It is possible to subordinate pressure control to the position control within the partial strokes, which is expediently active over the entire travel stroke. Alternatively, position control without subordinate pressure control would also be possible; for example, pressure values could be estimated.

In besonders bevorzugter Weise wird daher in den Teilhüben eine Positionsregelung durchgeführt, während zwischen den Teilhüben, wo keine Positionsmessung stattfindet von der Positionsregelung auf einen Positionssteuerung gewechselt wird.In a particularly preferred manner, position control is therefore carried out in the partial strokes, while between the partial strokes, where no position measurement takes place, the position control is switched to position monitoring.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind der erste und/oder der zweite Teilhub einer der Endlagen des Aktorglieds zugeordnet. Es ist also beispielsweise möglich, dass der erste Teilhub der ersten Endlage und der zweite Teilhub der zweiten Endlage des Aktorglieds zugeordnet sind. In diesem Fall können also die Positionsmesseinheiten die Position im Bereich der Endlagen messen. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass die Teilhübe, in denen gemessen wird, nicht den Endlagen entsprechen oder als naheliegende Alternative einer der Teilhübe einer der Endlagen zugeordnet ist, während der andere Teilhub keiner der beiden Endlagen zugeordnet ist, beispielsweise ungefähr in der Mitte des Verfahrhubs liegt.In a further development of the invention, the first and/or the second partial stroke are assigned to one of the end positions of the actuator element. For example, it is possible that the first partial stroke is assigned to the first end position and the second partial stroke to the second end position of the actuator element. In this case, the position measuring units can measure the position in the region of the end positions. Alternatively, however, it is also conceivable that the partial strokes in which measurements are taken do not correspond to the end positions, or, as a logical alternative, that one of the partial strokes is assigned to one of the end positions, while the other partial stroke is not assigned to either end position, for example, lying approximately in the middle of the travel stroke.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist das pneumatische System ein Schieberventil auf, wobei der Schieberventil ein Ventilglied aufweist, das mit dem Aktorglied des pneumatischen Aktors verbunden ist und durch die Bewegung des Aktorglieds mitbewegt wird, und wobei das Schieberventil eine Öffnung zum Durchlass eines Wafers aufweist, die durch das Ventilglied geöffnet oder geschlossen werden kann.In a further development of the invention, the pneumatic system has a slide valve, wherein the slide valve has a valve element that is connected to the actuator element of the pneumatic actuator and is moved along with the movement of the actuator element, and wherein the slide valve has an opening for the passage of a wafer, which can be opened or closed by the valve element.

In besonders bevorzugter Weise handelt es sich bei dem pneumatischen Aktor um einen einfach- oder doppeltwirkenden Pneumatikzylinder.In a particularly preferred manner, the pneumatic actuator is a single- or double-acting pneumatic cylinder.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen pneumatischen Systems mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist,
  • 2 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines pneumatischen Systems für die Industrieautomation,
  • 3 eine schematische Darstellung einer Wafer-Bearbeitungsanlage, die mehrere pneumatische Systeme gemäß 1 aufweist und
  • 4 eine schematische Darstellung eines Teils des pneumatischen Systems von 1, wobei eine Ausführungsform eines Schieberventils gezeigt ist, das sich in einer deaktivierten Stellung (links) und in einer aktivierten Stellung (rechts) befindet.
A preferred embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below. The drawing shows:
  • 1 a schematic representation of a preferred embodiment of the pneumatic system according to the invention with which the method according to the invention can be carried out,
  • 2 a block diagram of the inventive method for operating a pneumatic system for industrial automation,
  • 3 a schematic representation of a wafer processing plant which incorporates several pneumatic systems according to 1 exhibits and
  • 4 a schematic representation of part of the pneumatic system of 1 , wherein an embodiment of a slide valve is shown which is in a deactivated position (left) and in an activated position (right).

Die 1 zeigt einen bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen pneumatischen Systems 11, das hier beispielhaft für die Anwendung in einer Wafer-Bearbeitungsanlage 12 gezeigt und geschrieben ist. Selbstverständlich ist es möglich, das pneumatische System 11 auch in anderen Bereichen der Industrieautomation einzusetzen. Der Einsatz in einer Wafer-Bearbeitungsanlage 12 ist also rein beispielhaft.The 1 Figure 1 shows a preferred embodiment of the pneumatic system 11 according to the invention, which is shown and described here as an example for use in a wafer processing system 12. Of course, it is also possible to use the pneumatic system 11 in other areas of industrial automation. Its use in a wafer processing system 12 is therefore purely exemplary.

Wie insbesondere in 1 gezeigt, besitzt das pneumatische System eine Regelungseinrichtung 13, der wenigstens ein pneumatischer Aktor 14 zugeordnet ist.As particularly in 1 As shown, the pneumatic system has a control device 13 to which at least one pneumatic actuator 14 is assigned.

Wie insbesondere in 3 gezeigt, kann das pneumatische System 11 in einer Wafer-Bearbeitungsanlage 12 eingesetzt werden. In diesem Fall sind der Regelungseinrichtung 13 mehrere pneumatische Aktoren 14 zugeordnet.As particularly in 3 As shown, the pneumatic system 11 can be used in a wafer processing system 12. In this case, several pneumatic actuators 14 are assigned to the control unit 13.

Der Aufbau einer derartigen Wafer-Bearbeitungsanlage 12 ist in der 3 rein schematisch und beispielhaft gezeigt.The construction of such a wafer processing system 12 is described in the 3 Shown purely schematically and as an example.

Die Wafer-Bearbeitungsanlage 12 besitzt einen Verteilerraum 15 und mehrere um den Verteilerraum herum gruppierte Bearbeitungsräume 16, in denen jeweils verschiedene Bearbeitungsprozesse an den dort zu bearbeitenden Wafern stattfinden.The wafer processing plant 12 has a distribution room 15 and several processing rooms 16 grouped around the distribution room, in each of which different processing processes take place on the wafers to be processed there.

Im Verteilerraum 15, der in der 3 in Draufsicht gezeigt ist und eine Horizontalebene aufweist, die durch die x-Achsrichtung 17 und die y-Achsrichtung 18 eines durch drei Koordinaten x, y, z aufgespannten kartesischen Koordinatensystems gebildet ist, befindet sich in der Regel eine Handling-Einheit, beispielsweise in Form eines Roboters, der zu bearbeitende Wafer in die angrenzenden zugeordneten Bearbeitungsräume 16 einbringt und bearbeitete Wafer nach der Bearbeitung aus den Bearbeitungsräumen 16 ausbringt.In distribution room 15, which is located in the 3 In a top view shown and having a horizontal plane formed by the x-axis direction 17 and the y-axis direction 18 of a Cartesian coordinate system spanned by three coordinates x, y, z, there is usually a handling unit, for example in the form of a robot, which places wafers to be processed into the adjacent associated processing rooms 16 and ejects processed wafers from the processing rooms 16 after processing.

Zwischen dem Verteilerraum 15 und den angrenzenden Bearbeitungsräumen 16 befinden sich Durchgänge, denen jeweils Schieberventile 20, wie sie beispielsweise in den 1 und 4 gezeigt sind, zugeordnet sind.Between the distribution room 15 and the adjacent processing rooms 16 are passageways, each equipped with slide valves 20, such as those found, for example, in the 1 and 4 are shown, are assigned.

Wie insbesondere in 1 gezeigt, besitzt der Bearbeitungsraum 16 exemplarisch eine rechteckige Grundform und erstreckt sich in einer Höhenrichtung, die auch als z-Achsrichtung 19 bezeichnet werden kann, in einer zur Höhenrichtung senkrechten Querrichtung, die auch als x-Achsrichtung 17 bezeichnet werden kann, und in einer Breitenrichtung, die auch als y-Achsrichtung 18 bezeichenbar ist. Der Bearbeitungsraum 16 beziehungsweise die Bearbeitungskammer besitzt eine Bearbeitungsraumöffnung 21, die mittels des Schieberventils 20 verschlossen werden kann, um den Bearbeitungsraum 16 gegenüber der Umgebung zu verschließen. In der Regel herrscht im Bearbeitungsraum 16 ein Druck unterhalb des Atmosphärendrucks.As particularly in 1 As shown, the machining chamber 16 has an exemplary rectangular shape and extends in a vertical direction, which can also be referred to as the z-axis direction 19, in a transverse direction perpendicular to the vertical direction, which can also be referred to as the x-axis direction 17, and in a horizontal direction, which can also be referred to as the y-axis direction 18. The machining chamber 16 has a machining chamber opening 21, which can be closed by means of the slide valve 20 to seal the machining chamber 16 from the environment. The pressure in the machining chamber 16 is typically below atmospheric pressure.

Wie ferner in 1 gezeigt, besitzt das Schieberventil 20 ein Ventilgehäuse 22, in dem wenigstens eine Öffnung 23 zum Durchlass des Wafers ausgebildet ist. Gegebenenfalls kann das Ventilgehäuse 22 auch mit dem Gehäuse des Bearbeitungsraumes 16 einstückig verbunden sein, sodass die Bearbeitungsraumöffnung 21 der Öffnung 23 entspricht. Im gezeigten Beispielsfall ist das Ventilgehäuse 22 jedoch ein Anbauteil und die Öffnung 23 des Ventilgehäuses 22 des Schieberventils 20 fluchtet mit der Bearbeitungsraumöffnung 21.As further in 1 As shown, the slide valve 20 has a valve housing 22 in which at least one opening 23 is formed for the passage of the wafer. Optionally, the valve housing 22 can also be integrally connected to the housing of the processing chamber 16, so that the processing chamber opening 21 corresponds to the opening 23. In the example shown, however, the valve housing 22 is an add-on component, and the opening 23 of the valve housing 22 of the slide valve 20 is aligned with the processing chamber opening 21.

Gegebenenfalls kann das Ventilgehäuse 22 eine weitere, insbesondere dem Verteilerraum 15 zugeordnete Öffnung 24 aufweisen, die mit der ersten Öffnung 23 fluchtet.If necessary, the valve housing 22 may have a further opening 24, in particular assigned to the distribution chamber 15, which is aligned with the first opening 23.

Ein wesentliches Element des Schieberventils 20 ist ein pneumatischer Aktor 25, der demnach auch als Ventilantrieb bezeichnet werden könnte.An essential element of the slide valve 20 is a pneumatic actuator 25, which could therefore also be referred to as a valve drive.

Der pneumatische Aktor 25 ist in den Figuren, insbesondere in den 1 und 4 beispielhaft in Form eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders dargestellt.The pneumatic actuator 25 is shown in the figures, especially in the 1 and 4 Illustrated by example in the form of a double-acting pneumatic cylinder.

Im gezeigten Beispielsfall besitzt der pneumatische Aktor 25 also ein Zylindergehäuse 26, in dem ein Aktorglied 27 in Form eines Kolbens beweglich geführt ist.In the example shown, the pneumatic actuator 25 has a cylinder housing 26 in which an actuator element 27 in the form of a piston is movably guided.

Das Aktorglied 27 unterteilt den Innenraum 28 des Zylindergehäuses in zwei Druckkammern 29a, 29b, die alternativ auch als Arbeitskammern bezeichnet werden können. In die Druckkammern 29a, 29b ist wahlweise Druckfluid in Form von Druckluft zu- oder abführbar, um das Aktorglied 27 von einer ersten Endlage 30 in eine zweite Endlage 31 und umgekehrt von der zweiten Endlage 31 in die erste Endlage 30 zu bewegen. Das Aktorglied 27 in Form des Kolbens ist mit einer aus dem Zylindergehäuse 26 herausgeführten Kolbenstange 32 verbunden, an deren freien Ende ein Ventilglied 33 in Form eines Schieberelements befestigt ist.The actuator element 27 divides the interior 28 of the cylinder housing into two pressure chambers 29a, 29b, which can alternatively also be referred to as working chambers. Pressure fluid in the form of compressed air can be selectively supplied to or discharged from the pressure chambers 29a, 29b in order to move the actuator element 27 from a first end position 30 to a second end position 31 and vice versa, from the second end position 31 to the first end position 30. The actuator element 27, in the form of a piston, is connected to a piston rod 32 extending from the cylinder housing 26, at the free end of which a valve element 33, in the form of a sliding element, is attached.

Das Ventilglied 33, also im gezeigten Beispielsfall das Schieberelement, ist der ersten Öffnung 23 zugeordnet, die sich mit dem Ventilglied wahlweise öffnen oder schließen lässt, wobei die Öffnungs- und Schließbewegung durch die Bewegung des Aktorglied in Folge der Druckbeaufschlagung der einen oder anderen Druckkammer 29a, 29b erfolgt.The valve element 33, i.e. the slide element in the example shown, is assigned to the first opening 23, which can be selectively opened or closed by the valve element, the opening and closing movement being effected by the movement of the actuator element as a result of the pressurization of one or the other pressure chamber 29a, 29b.

Für ein möglichst dichtes Verschließen der ersten Öffnung 23 verfügt das Ventilglied 33 an seiner der Öffnung 23 zugewandten Seite über ein umlaufendes, insbesondere gummielastisches, Dichtelement 34.To ensure the tightest possible closure of the first opening 23, the valve element 33 has a circumferential, in particular rubber-elastic, sealing element 34 on its side facing the opening 23.

Wie insbesondere die Zusammenschau der 4 zeigt, ist das Schieberventil 20 zwischen einem deaktivierten Zustand, in der sich das Ventilglied 33 in einer Bereitschaftsposition 35 befindet, in der die Öffnung 23 geöffnet ist und einem aktivierten Zustand, in der das Ventilglied 33 in einer Schließposition 36 ist, in der die Öffnung 23 fluiddicht verschlossen ist, betreibbar.How in particular the synthesis of 4 As shown, the slide valve 20 can be operated between a deactivated state, in which the valve element 33 is in a ready position 35, in which the opening 23 is open, and an activated state, in which the valve element 33 is in a closed position 36, in which the opening 23 is fluid-tightly closed.

Das pneumatische System 11 besitzt ferner eine Positionsmesseinrichtung 37 zur Messung der Position des Aktorglieds 27 bei seiner Bewegung, also beispielsweise der Position des Kolbens im Zylindergehäuse.The pneumatic system 11 also has a position measuring device 37 for measuring the position of the actuator element 27 during its movement, i.e., for example, the position of the piston in the cylinder housing.

Wie bereits erwähnt ist das Aktorglied 27 zwischen der ersten und der zweiten Endlage 30, 31 bewegbar und legt somit einen Verfahrhub H zurück. Die Besonderheit hier ist, dass die Position des Aktorglieds 27 nicht über den gesamten Verfahrhub kontinuierlich gemessen wird, sondern lediglich über zwei Teilhübe h1, h2. Hierzu besitzt die Positionsmesseinrichtung 37 eine erste Positionsmesseinheit 38a, die die Position des Aktorglieds 27 innerhalb des ersten Teilhubs h1 misst und eine zweite Positionsmesseinheit 38b, die die Position des Aktorglieds 27 innerhalb des zweiten Teilhubs h2 misst. Die Positionsmesseinheiten 38a, 38b sind jeweils zweckmäßigerweise als Positionssensoren ausgestaltet und sind in der Lage Ist-Positionssignale an die Regelungseinrichtung 13 zu übermitteln.As already mentioned, the actuator 27 is movable between the first and second end positions 30, 31, thus covering a travel stroke H. The special feature here is that the position of the actuator 27 is not measured continuously over the entire travel stroke, but only over two partial strokes h1 , h2 . For this purpose, the position measuring device 37 has a first position measuring unit 38a, which measures the position of the actuator 27 within the first partial stroke h1, and a second position measuring unit 38b, which measures the position of the actuator 27 within the second partial stroke h2 . The position measuring units 38a, 38b are each expediently designed as position sensors and are capable of transmitting actual position signals to the control device 13.

Im gezeigten Beispielsfall befinden sich die Teilhübe h1, h2, innerhalb der eine Positionsmessung stattfindet, im Bereich der Endlagen 30, 31 des Aktorglieds 27. Demnach sind die beiden Positionsmesseinheiten 38a, 38b im Bereich der Endlagen 30, 31 des Aktorglieds 27 angeordnet, beispielsweise dort an der Außenwand des Zylindergehäuses 26 befestigt. Es ist noch einmal darauf hinzuweisen, dass die Teilhübe h1, h2, innerhalb der eine Positionsmessung stattfindet, nicht zwangsläufig im Bereich der Endlagen 30, 31 liegen sondern es ist durchaus auch möglich, dass einer der Teilhübe im Bereich der Endlagen 30, 31 und ein anderer Teilhub beispielsweise im mittleren Bereich des Verfahrhubs liegt.In the example shown, the partial strokes h1 , h2 , within which a position measurement takes place, are located in the region of the end positions 30, 31 of the actuator element 27. Accordingly, the two position measuring units 38a, 38b are arranged in the region of the end positions 30, 31 of the actuator element 27, for example, attached there to the outer wall of the cylinder housing 26. It should be noted again that the partial strokes h1 , h2 , within which a position measurement takes place, are not necessarily located in the region of the end positions 30, 31; it is quite possible that one of the partial strokes is located in the region of the end positions 30, 31 and another partial stroke is located, for example, in the middle of the travel stroke.

Die Festlegung der Teilhübe h1, h2, innerhalb der gemessen wird, hängt maßgeblich von der Art und Ausgestaltung des Schieberventils 20 ab. Die hier beispielhaft dargestellte Funktionsweise des Schieberventils 20 basiert auf einer rein linearen Bewegung des Ventilglieds 33 zwischen der Bereitschaftsposition 35 und der Schließposition 36, womit das Schieberventil 20 in diesem Fall auch als „I-Motion-Schieberventil“ bezeichnet werden kann.The determination of the partial strokes h1 , h2 , within which measurements are taken, depends significantly on the type and design of the slide valve 20. The operating principle of the slide valve 20 shown here as an example is based on a purely linear movement of the valve element 33 between the ready position 35 and the closed position 36, which means that the slide valve 20 can also be referred to as an "I-Motion slide valve" in this case.

Alternativ kann das Schieberventil in nicht dargestellten Ausführungsformen auch derart ausgestaltet sein, dass das Ventilglied 33 sowohl eine Vertikal- als auch eine Horizontalbewegung zwischen der Bereitschaftsposition und der Schließposition durchführt. Bei diesen Arten von Schieberventilen können die Teilhübe auch anders als den Endlagen 30, 31 zugehörig angeordnet sein.Alternatively, in embodiments not shown, the slide valve can also be configured such that the valve element 33 performs both a vertical and a horizontal movement between the ready position and the closed position. In these types of slide valves, the partial strokes can also be arranged differently from the end positions 30, 31.

Das pneumatische System 11 umfasst ferner eine Druckmesseinrichtung 39 zum Messen eine Ist-Drucks in wenigstens einer Druckkammer 29a, 29b des pneumatischen Aktors und Übermittlung des Ist-Drucks in Form eines Ist-Drucksignals an die Regelsungseinrichtung 13. Im gezeigten Beispielsfall umfasst die Druckmesseinrichtung 39 zwei Druckmesseinheiten 40a, 40b, die vorzugsweise als Drucksensoren ausgebildet sind.The pneumatic system 11 further comprises a pressure measuring device 39 for measuring an actual pressure in at least one pressure chamber 29a, 29b of the pneumatic actuator and transmitting the actual pressure in the form of an actual pressure signal to the control device 13. In the example shown, the pressure measuring device 39 comprises two pressure measuring units 40a, 40b, which are preferably designed as pressure sensors.

Es ist möglich, dass die Drucksensoren jeweils den Druckkammern 29a, 29b zugeordnet sind, beispielsweise in den jeweiligen Druckkammern 29a, 29b verbaut sind. Bevorzugt ist es jedoch, dass die Druckmesseinrichtung 37 an Bord einer Steuerventileinrichtung (nicht dargestellt) ist, die ihrerseits mehrere Steuerventile zur fluidischen Ansteuerung der zugeordneten pneumatischen Aktoren 25 umfassen.It is possible that the pressure sensors are each assigned to pressure chambers 29a and 29b, for example, installed in the respective pressure chambers 29a and 29b. However, it is preferred that the pressure measuring device 37 is on board a control valve assembly (not shown), which in turn comprises several control valves for the fluidic control of the associated pneumatic actuators 25.

Zweckmäßigerweise sind die Steuerventile jeweils als Proportionalventile ausgebildet, die die erforderliche Regelgüte aufweisen. Insbesondere Piezoventile eignen sich besonders als Proportionalventile. Dabei wird in der Regel wenigstens ein Piezobieger als Ventilglied verwendet.Advantageously, the control valves are each designed as proportional valves that exhibit the required control accuracy. Piezoelectric valves, in particular, are especially suitable as proportional valves. Typically, at least one piezoelectric element is used as the valve element.

Besonders bevorzugt ist die Steuerventileinrichtung als Ventilinsel oder Ventilbatterie ausgebildet, mit einer einstückigen oder mehrteiligen Grundplatte, die als Fluidverteiler fungiert und an ihrer Oberseite eine Mehrzahl an Bestückungsplätzen für insbesondere scheibenartig ausgebildete Steuerventile oder andere Funktionseinheiten, beispielsweise Sicherheitsmodule, Schalldämpfer o.dgl. aufweist.Particularly preferably, the control valve assembly is designed as a valve manifold or valve battery, with a one-piece or multi-piece base plate that acts as a fluid distributor and has on its upper side a plurality of mounting positions for control valves, in particular disc-shaped ones, or other functional units, for example safety modules, silencers or the like.

Die Steuerventileinrichtung, insbesondere in Form der Ventilinsel oder Ventilbatterie, kann einen Teil der Regelungseinrichtung 13 in Form eines Druckregelgeräts 13b umfassen. Das Druckregelgerät 13b kann beispielsweise mehrere in zugeordneten Kanälen beispielsweise auf einer Leiterplatte angeordnete Drucksensoren aufweisen.The control valve assembly, in particular in the form of a valve manifold or valve bank, can include a part of the control device 13 in the form of a pressure regulator 13b. The pressure regulator 13b can, for example, have several pressure sensors arranged in associated channels, for example on a printed circuit board.

Eine der Hauptaufgaben der Regelungseinrichtung 13, dessen Regelschema in 2 beispielhaft gezeigt ist, besteht darin, einen harten Anschlag beim Einfahren des Ventilglieds in die Schließposition 36 zu verhindern. Dadurch wird verhindert, dass es beim Einfahren in die Schließposition zu Erschütterungen kommt, die sich nachteilig auf die Wafer-Produktion auswirken können, beispielsweise in dem Partikel aufgewirbelt werden und auf die Wafer-Oberfläche gelangen können.Die Regelungseinrichtung 13 kann eine Positions-Regelgerät 13a und ein Druckregel-Gerät 13b umfassen.One of the main tasks of the control unit 13, whose control scheme is in 2 example The purpose of this device, as shown in the diagram, is to prevent a hard stop when the valve element moves into the closed position 36. This prevents vibrations from occurring during movement into the closed position, which could adversely affect wafer production, for example by stirring up particles and allowing them to reach the wafer surface. The control device 13 can comprise a position control device 13a and a pressure control device 13b.

Die Steuerventileinrichtung, insbesondere Ventilinsel oder Ventilbatterie, kann einen gemeinsamen Controller für das Positions-Regelgerät und das Druckregelgerät aufweisen. Jedoch kann der Controller auch separat von der Steuerventileinrichtung ausgeführt sein und über eine Schnittstelle signaltechnisch mit der Steuerventileinrichtung verbunden sein.The control valve assembly, in particular a valve manifold or valve bank, can have a common controller for the position control device and the pressure control device. However, the controller can also be separate from the control valve assembly and connected to it via a signal interface.

Bei dem der signaltechnischen Verbindung zugrundeliegenden Kommunikationssystem kann es sich bevorzugt um ein Kommunikationssystem aus der Gruppe OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture), OPC UA over TSN (Time-sensitive Networking), Buskommunikationssystem, IO Link handeln, wobei über die signaltechnische Verbindung auch eine Spannungsversorgung ermöglicht werden kann.The communication system underlying the signal connection can preferably be a communication system from the group OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture), OPC UA over TSN (Time-sensitive Networking), bus communication system, IO Link, whereby a power supply can also be enabled via the signal connection.

Das Verfahren zum Betrieb des pneumatischen Systems 11 könnte folgendermaßen ablaufen:

  • Zunächst befindet sich der pneumatische Aktor 14, also der doppelt wirkende Pneumatikzylinder in seinem deaktivierten Zustand. Das Ventilglied 33 befindet sich in der Bereitschaftsposition 35, das heißt die Öffnung 23 in die Bearbeitungskammer 16 ist offen. Das Aktorglied 27, also der Kolben befindet sich in seiner ersten Endlage 30, bei der es sich im gezeigten Beispielsfall um die untere Endlage 30 handelt.
The procedure for operating the pneumatic system 11 could proceed as follows:
  • Initially, the pneumatic actuator 14, i.e., the double-acting pneumatic cylinder, is in its deactivated state. The valve element 33 is in the ready position 35, meaning the opening 23 into the machining chamber 16 is open. The actuator element 27, i.e., the piston, is in its first end position 30, which in the example shown is the lower end position 30.

Nach dem Beschicken der Bearbeitungskammer 16 besteht der Bedarf, die Öffnung 23 mit dem Ventilglied zu fluiddicht verschließen.After loading the processing chamber 16, it is necessary to seal the opening 23 with the valve element in a fluid-tight manner.

Zweckmäßigerweise wird der Regelungseinrichtung 13 eine Trajektorie oder Bahnkurve vorgegeben oder es wird in der Regelungseinrichtung 13 auf Basis von Positions-Referenzwerten (xref, 2) eine Trajektorie berechnet, die vorgibt wie sich das Aktorglied 27 zwischen der ersten Endlage 30 und der zweiten Endlage 31 bewegen soll.Advantageously, a trajectory or path curve is specified for the control device 13, or the control device 13 is used based on position reference values (x ref , 2 ) calculates a trajectory that specifies how the actuator element 27 should move between the first end position 30 and the second end position 31.

Die vorgegebenen Soll-Positionen des Aktorglieds 27 werden in Drucksignale umgesetzt und entsprechend werden die beiden Druckkammern 29a, 29b mit Druckluft beaufschlagt, wobei natürlich für die Bewegung von der ersten Endlage 30 in die zweite Endlage in der ersten Druckkammer 29 ein größerer Druck als in der zweiten Kammer 29b vorherrschen muss.The specified target positions of the actuator element 27 are converted into pressure signals and accordingly the two pressure chambers 29a, 29b are pressurized with compressed air, whereby of course for the movement from the first end position 30 to the second end position a higher pressure must prevail in the first pressure chamber 29 than in the second chamber 29b.

Nach dem Losfahren des Aktorglieds 27 werden im Bereich des ersten Teilhubs h1 mittels der ersten Positionsmesseinheit 38a kontinuierlich Ist-Positionswerte gemessen, die in Form von Ist-Positionssignalen an die Regelungseinrichtung 13 übermittelt werden. Gleichzeitig findet eine untergeordnete Druckregelung statt, das heißt es werden die Ist-Drücke in den Druckkammern 29a, 29b gemessen und in Form von Ist-Drucksignalen ebenfalls an die Regelungseinrichtung 13 übermittelt.After the actuator 27 starts moving, actual position values are continuously measured in the area of the first partial stroke h1 by means of the first position measuring unit 38a and transmitted to the control unit 13 in the form of actual position signals. Simultaneously, a subordinate pressure control takes place; that is, the actual pressures in the pressure chambers 29a and 29b are measured and also transmitted to the control unit 13 in the form of actual pressure signals.

Bei Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position wird nachgeregelt, um die Abweichung in der Position zu minimieren. Das heißt, der Druck in den Druckkammern 29a, 29b wird geändert. Gleichzeitig wird auch mit der untergeordneten Druckregelung die Abweichung des Ist-Drucks vom Soll-Druck ermittelt und entsprechend ausgeregelt.If the actual position deviates from the target position, adjustments are made to minimize the deviation. This means the pressure in pressure chambers 29a and 29b is changed. Simultaneously, the subordinate pressure control system also determines the deviation of the actual pressure from the target pressure and compensates accordingly.

Im gezeigten Beispielsfall erfolgt der Vergleich der Ist-Position mit der Soll-Position zunächst lediglich innerhalb des ersten Teilhubs h1, also im Bereich der ersten Endlage, wobei hier kontinuierlich gemessen wird und die Ist-Soll-Vergleiche innerhalb sehr kleiner Zeitabstände durchgeführt werden.In the example shown, the comparison of the actual position with the target position is initially only carried out within the first partial stroke h 1 , i.e. in the area of the first end position, whereby measurements are taken continuously and the actual-target comparisons are carried out within very small time intervals.

Die Positionsregelung innerhalb des ersten Teilhubs h1 sorgt dafür, dass sich das Aktorglied 27 aus der ersten Endlage 30 herausbewegt und sich auf Basis der vorgegebenen Trajektorie in Richtung zweite Endlage 31 bewegt. Dabei ist es zweckmäßig, das Aktorglied 27 relativ schnell in Richtung zweite Endlage 31 zu bewegen, wobei rechtzeitig vor Erreichen der zweiten Endlage abgebremst werden muss, um ein hartes Anschlagen zu verhindern.The position control within the first partial stroke h1 ensures that the actuator 27 moves out of the first end position 30 and moves towards the second end position 31 based on the predefined trajectory. It is advantageous to move the actuator 27 relatively quickly towards the second end position 31, while braking in good time before reaching the second end position to prevent a hard stop.

Charakteristisch ist bei der beschriebenen Regelung, dass zwischen den beiden Teilhüben h1, h2 keine Positionsregelung stattfindet, das heißt nach Verlassen des ersten Teilhubs h1 findet zunächst einmal keine Positionsregelung statt, jedoch erfolgt eine Positionssteuerung mit der nach wie vor aktiven Druckregelung.A characteristic feature of the described control system is that no position control takes place between the two partial strokes h1 , h2 ; that is, after leaving the first partial stroke h1 , no position control takes place initially, but position control is carried out with the still active pressure control.

Erreicht das Aktorglied 27 beziehungsweise der Kolben den zweiten Teilhub h2 im Bereich der zweiten Endlage 31 wird wiederrum kontinuierlich die Ist-Position mit Hilfe der zweiten Positionsmesseinheit 38b gemessen. Innerhalb des zweiten Teilhubs h2 findet dann wiederum eine Positionsregelung mit untergeordneter Druckregelung statt. Wie erwähnt, besteht beim Einfahren des Aktorglieds 27 in die zweite Endlage 31 der Bedarf, die Geschwindigkeit zu verringern, damit ein hartes Anschlagen des Ventilglieds 33 in die Schließposition 36 vermieden wird.When the actuator 27, or rather the piston, reaches the second partial stroke h2 in the region of the second end position 31, the actual position is again continuously measured using the second position measuring unit 38b. Within the second partial stroke h2, position control with subordinate pressure control then takes place. As mentioned, when the actuator 27 moves into the second end position 31, it is necessary to reduce the speed to prevent the valve element 33 from impacting the closed position 36 abruptly.

Bei der Rückbewegung des Aktorglieds 27 aus der zweiten Endlage 31 in die erste Endlage 30 können die Positions- und Druckregelung in umgekehrter Reihenfolge stattfinden, das heißt es wird erst der zweite Teilhub h2 durchfahren, danach die Strecke, bei der keine Positionsregelung stattfindet und danach erfolgt das Einfahren in der ersten Teilhub h1 im Bereich der ersten Endlage 30. Auch hier kann eine Regelung derart erfolgen, dass das Einfahren in die erste Endlage 30 mit geringerer Geschwindigkeit erfolgt, um dadurch einen harten Anschlag auch in der ersten Endlage 30, also beim Einfahren des Ventilglieds 33 in die Bereitschaftsposition 35 zu verhindern.During the return movement of the actuator element 27 from the second end position 31 to the first end position 30, the position and pressure control can take place in reverse order; that is, first the second partial stroke h2 is traversed, then the distance during which no position control takes place, and then the movement into the first partial stroke h1 in the region of the first end position 30 occurs. Here, too, control can be implemented such that the movement into the first end position 30 occurs at a lower speed in order to prevent a hard stop even in the first end position 30, i.e., when the valve element 33 moves into the ready position 35.

Alternative, hier nicht dargestellte Varianten von pneumatischen Systemen könnten folgendermaßen ausgestaltet sein.Alternative variants of pneumatic systems, not shown here, could be designed as follows.

Es ist möglich, dass das Ventilglied einen kombinierten vertikalen- und horizontalen Bewegungshub durchführt. Die kann beispielsweise durch eine al L-Motion bezeichnete Bewegungsführung erfolgen, bei der zunächst der vertikale Bewegungshub, beispielsweise mit dem in 1 dargestellten doppeltwirkenden Pneumatikzylinder durchgeführt wird und anschließend der horizontale Bewegungshub mit einem weitere pneumatischen Aktor, beispielsweise ebenfalls in Gestalt eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders. Zweckmäßigerweise sitzt der weitere pneumatische Aktor an der Kolbenstange des ersten pneumatischen Aktors, wird also durch die Bewegung der Kolbenstange mitbewegt. Das Ventilglied ist zweckmäßigerweise an der Kolbenstange des weiteren pneumatischen Aktors befestigt und wird durch das Ausfahren der Kolbenstange horizontal auf die Öffnung gedrückt.It is possible for the valve element to perform a combined vertical and horizontal stroke. This can be achieved, for example, by a motion control system known as L-Motion, in which the vertical stroke is initially performed, for example, with the [missing information]. 1 The movement is carried out by the double-acting pneumatic cylinder shown, and subsequently the horizontal stroke is achieved with another pneumatic actuator, for example, also in the form of a double-acting pneumatic cylinder. Advantageously, the second pneumatic actuator is mounted on the piston rod of the first pneumatic actuator and is thus moved along with the piston rod. The valve element is advantageously attached to the piston rod of the second pneumatic actuator and is pressed horizontally against the opening by the extension of the piston rod.

Eine weitere Alternative ist eine als J-Motion bezeichnete Bewegungsführung. Bei diesem alternativen pneumatischen System sind wieder zwei pneumatische Aktoren vorgesehen, wobei hier der zweite pneumatische Aktor zweckmäßigerweise ortsfest neben dem ersten pneumatischen Aktor angeordnet ist, der seinerseits um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert ist. Die Schwenkbewegung des ersten pneumatischen Aktors wird durch das Ausfahren der Kolbenstange des zweiten pneumatischen Aktors bewirkt.Another alternative is a motion control system known as J-Motion. This alternative pneumatic system again uses two pneumatic actuators, with the second pneumatic actuator advantageously positioned stationary next to the first, which is itself pivotally mounted about a pivot axis. The pivoting movement of the first pneumatic actuator is effected by extending the piston rod of the second pneumatic actuator.

Schließlich ist als weitere Alternative eine als Cam-Motion bezeichnete Bewegungsführung umsetzbar. Bei dieser Variante ist nur ein einzelner pneumatischer Aktor vorgesehen, der über eine Kulissenführung zwangsgeführt ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, das zunächst der vertikale Bewegungshub durchgeführt wird und anschließend der horizontale Bewegungsbub über die Kulissenführung ausgelöst wird und der pneumatische Aktor mitsamt dem Ventilglied in Richtung Öffnung verschwenkt wird und die Öffnung verschließt.Finally, another alternative is a motion control system known as cam-motion. This variant uses only a single pneumatic actuator, which is positively guided by a cam guide. This can be achieved, for example, by first performing the vertical stroke and then triggering the horizontal stroke via the cam guide, pivoting the pneumatic actuator, along with the valve element, towards the opening and closing it.

Bei allen drei nicht dargestellten Varianten ist es möglich, mittels geeigneter Wegmesssensoren Teilhubmessungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen, beim L- und J-Motion System sogar jeweils bei beiden pneumatischen Aktoren.In all three variants not shown, it is possible to perform partial stroke measurements according to the inventive method using suitable displacement measuring sensors; in the L- and J-Motion systems, this is even possible for both pneumatic actuators.

Claims (13)

Verfahren zum Betrieb eines pneumatischen Systems (11) für die Industrieautomation, das wenigstens einen pneumatischen Aktor (14) und eine Regelungseinrichtung (13) zur Regelung einer Bewegung eines Aktorglieds (27) des wenigstens einen pneumatischen Aktors (14) über einen Verfahrhub von einer ersten Endlage (30) in eine zweite Endlage (31) und/oder von der zweiten Endlage (31) in die erste Endlage (30) aufweist, umfassend die Schritte: - Messen einer Position des Aktorglieds (27) mittels einer Positionsmesseinrichtung (37), die eine einem ersten Teilhub (h1) des Verfahrhubs (H) des Aktorglieds (27) zugeordnete erste Positionsmesseinheit (38a) und eine einem zweiten Teilhub (h2) des Verfahrhubs (H) zugeordnete zweite Positionsmesseinheit (38b) umfasst, wobei je nach Position des Aktorglieds (27) entweder mit der ersten oder der zweiten Positionsmesseinheit (38a, 38b) gemessen wird und zwischen den Teilhüben (h1, h2) keine Positionsmessung stattfindet, - Bereitstellen der gemessenen Position als Ist-Positionssignal an die Regelungseinrichtung (13), - Durchführung einer Positionsregelung auf Basis des mit der Positionsmesseinrichtung (37) erfassten Ist-Positionssignals.Method for operating a pneumatic system (11) for industrial automation, comprising at least one pneumatic actuator (14) and a control device (13) for controlling a movement of an actuator element (27) of the at least one pneumatic actuator (14) over a travel stroke from a first end position (30) to a second end position (31) and/or from the second end position (31) to the first end position (30), comprising the steps of: - measuring a position of the actuator element (27) by means of a position measuring device (37), which includes a first position measuring unit (38a) assigned to a first partial stroke ( h1 ) of the travel stroke (H) of the actuator element (27) and a second position measuring unit (38b) assigned to a second partial stroke ( h2 ) of the travel stroke (H), wherein, depending on the position of the actuator element (27), either the first or the second position measuring unit is used. (38a, 38b) is measured and no position measurement takes place between the partial strokes (h 1 , h 2 ), - providing the measured position as an actual position signal to the control device (13), - carrying out a position control based on the actual position signal recorded by the position measuring device (37). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bewegung des Aktorglieds (27) von der ersten Endlage (30) in die zweite Endlage (31) zunächst über den ersten Teilhub (h1) mit der ersten Positionsmesseinheit (38a) kontinuierlich die Position des Aktorglieds (27) gemessen wird, anschließend über eine bestimmte Hubstrecke keine Messung erfolgt und dann über den zweiten Teilhub (h2) mit der zweiten Positionsmesseinheit (38b) kontinuierlich die Position des Aktorglieds (27) gemessen wird, wobei bei der Rückbewegung des Aktorglieds (27) von der zweiten Endlage (31) in die erste Endlage (30) die Positionsmessungen in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.Procedure according to Claim 1 , characterized in that , during the movement of the actuator element (27) from the first end position (30) to the second end position (31), the position of the actuator element (27) is first continuously measured over the first partial stroke (h 1 ) with the first position measuring unit (38a), then no measurement is taken over a certain stroke distance and then the position of the actuator element (27) is continuously measured over the second partial stroke (h 2 ) with the second position measuring unit (38b), wherein, during the return movement of the actuator element (27) from the second end position (31) to the first end position (30), the position measurements are carried out in reverse order. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Druck in einer Druckkammer (29a, 29b) des Aktorglieds (27) gemessen wird und der Ist-Druck als Ist-Drucksignal der Regelungseinrichtung (13) bereitgestellt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the actual pressure is measured in a pressure chamber (29a, 29b) of the actuator element (27) and the actual pressure is provided as an actual pressure signal to the control device (13). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Teilhub (h1, h2) einer der Endlagen (30, 31) des Aktorglieds (27) zugeordnet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first and/or the second partial stroke (h 1 , h 2 ) are assigned to one of the end positions (30, 31) of the actuator element (27). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Teilhüben (h1, h2) eine Positionsregelung durchgeführt wird und zwischen den Teilhüben, wo keine Positionsmessung stattfindet, von der Positionsregelung auf einen Positionssteuerung gewechselt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that position control is carried out in the partial strokes (h 1 , h 2 ) and between the partial strokes, where no position measurement takes place, the position control is switched to position monitoring. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von den Teilhüben (h1, h2) einer einer der Endlagen (30, 31) zugeordnet ist und sich der andere Teilhub (h1, h2) nicht an einer der Endlagen befindet, beispielsweise sich in der Mitte zwischen den Endlagen (30, 31) befindet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that one of the partial strokes (h 1 , h 2 ) is assigned to one of the end positions (30, 31) and the other partial stroke (h 1 , h 2 ) is not located at one of the end positions, for example, is located in the middle between the end positions (30, 31). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das pneumatische System (11) ein Schieberventil (20) aufweist, wobei das Schieberventil (20) ein Ventilglied (33) aufweist, das mit dem Aktorglied (27) des pneumatischen Aktors (14) verbunden ist und durch die Bewegung des Aktorglieds (27) mitbewegt wird, und wobei das Schieberventil (20) eine Öffnung (23) zum Durchlass eines Wafers aufweist, die durch das Ventilglied (33) geöffnet oder geschlossen werden kann.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pneumatic system (11) has a slide valve (20), wherein the slide valve (20) has a valve element (33) which is connected to the actuator element (27) of the pneumatic actuator (14) and is moved along with the movement of the actuator element (27), and wherein the slide valve (20) has an opening (23) for the passage of a wafer which can be opened or closed by the valve element (33). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem pneumatischen Aktor (25) um einen einfach- oder doppeltwirkenden Pneumatikzylinder handelt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pneumatic actuator (25) is a single- or double-acting pneumatic cylinder. Pneumatisches System für die Industrieautomation, umfassend: wenigstens einen pneumatischen Aktor (14) mit einem Aktorglied (27), eine Regelungseinrichtung (13) zur Regelung einer Bewegung des Aktorglieds (27) über einen Verfahrhub (H) von einer ersten Endlage (30) in eine zweite Endlage (31) und/oder von der zweiten Endlage (31) in die erste Endlage (30) und mit einer Positionsmesseinrichtung (37), die eine einem ersten Teilhub (h1) des Verfahrhubs (H) des Aktorglieds (27) zugeordnete erste Positionsmesseinheit (38a) und eine einem zweiten Teilhub (h2) des Verfahrhubs (H) zugeordnete zweite Positionsmesseinheit (38b) umfasst, wobei je nach Position des Aktorglieds (27) eine Positionsmessung entweder mit der ersten oder der zweiten Positionsmesseinheit (38a, 38b) durchführbar ist und zwischen den Teilhüben (h1, h2) eine bezüglich einer Positionsmessung messfreie Hubstrecke liegt.Pneumatic system for industrial automation, comprising: at least one pneumatic actuator (14) with an actuator element (27), a control device (13) for controlling a movement of the actuator element (27) over a travel stroke (H) from a first end position (30) to a second end position (31) and/or from the second end position (31) to the first end position (30), and with a position measuring device (37) comprising a first position measuring unit (38a) assigned to a first partial stroke ( h1 ) of the travel stroke (H) of the actuator element (27) and a second position measuring unit (38b) assigned to a second partial stroke ( h2 ) of the travel stroke (H), wherein, depending on the position of the actuator element (27), a position measurement can be carried out with either the first or the second position measuring unit (38a, 38b) and between the partial strokes (h2) 1 , h 2 ) a lifting distance that is free of measurement with respect to a position measurement. Pneumatisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmesseinheiten (38a, 38b) jeweils als kontinuierliche Positionsmesseinheiten (38a, 38b) ausgebildet sind zur kontinuierlichen Positionsmessung über die jeweils zugeordneten Teilhübe (h1, h2).Pneumatic system according to Claim 9 , characterized in that the position measuring units (38a, 38b) are each designed as continuous position measuring units (38a, 38b) for continuous position measurement over the respective assigned partial strokes (h 1 , h 2 ). Pneumatisches System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmesseinheiten (38a, 38b) jeweils als kontinuierliche Positionsmesssensoren ausgebildet sind.Pneumatic system according to Claim 10 , characterized in that the position measuring units (38a, 38b) are each designed as continuous position measuring sensors. Pneumatisches System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Positionsmesseinheit (38a) ein erstes Außengehäuse aufweist und die zweite Positionsmesseinheit (38b) ein separat von dem ersten Außengehäuse ausgebildetes zweites Außengehäuse aufweist.Pneumatic system according to one of the Claims 9 until 11 , characterized in that the first position measuring unit (38a) has a first outer housing and the second position measuring unit (38b) has a second outer housing formed separately from the first outer housing. Pneumatisches System, gekennzeichnet durch eine Druckmesseinrichtung (39), zum Messen eines Ist-Drucks in wenigstens einer Druckkammer (29a, 29b) des pneumatischen Aktors (25) und Übermittlung des Ist-Drucks in Form eines Ist-Drucksignals an die Regeleinrichtung (13).Pneumatic system characterized by a pressure measuring device (39) for measuring an actual pressure in at least one pressure chamber (29a, 29b) of the pneumatic actuator (25) and transmitting the actual pressure in the form of an actual pressure signal to the control device (13).
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