DE102024111836A1

DE102024111836A1 - Pneumatic system for industrial automation and methods for operating a pneumatic system

Info

Publication number: DE102024111836A1
Application number: DE102024111836.9A
Authority: DE
Inventors: Daniel Klassen; Marco Schmidt; Werner Alber
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2024-04-26
Filing date: 2024-04-26
Publication date: 2025-10-30
Also published as: WO2025223921A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein pneumatisches System (1) für die Industrieautomation, umfassend: ein Positionsregler-Gerät (2), wenigstens ein Druckregler-Gerät (3) und wenigstens einen pneumatischen Aktor (4), wobei das Positionsregler-Gerät (2) ausgebildet ist, eine Positionsregelung des pneumatischen Aktors (4) durchzuführen und im Rahmen der Positionsregelung ein Solldruck-Signal an das Druckregler-Gerät (3) auszugeben und wobei das Druckregler-Gerät (3) ausgebildet ist, eine Druckregelung auf Basis des Solldruck-Signals durchzuführen und im Rahmen der Druckregelung den pneumatischen Aktor (4) zu betätigen, eine Wafer-Auflage (21) zur Auflage eines Wafers (11) und eine Positionierstruktur (22), die durch den pneumatischen Aktor (4) relativ zur Wafer-Auflage in Bewegung versetzbar ist, um den Wafer (11) relativ zu der Wafer-Auflage (21) zu positionieren, insbesondere den auf der Wafer-Auflage (21) aufliegenden Wafer (11) von der Wafer-Auflage (21) abzuheben und/oder den Wafer (11) auf die Wafer-Auflage (21) abzusenken. Weiter betritt die Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb eines pneumatischen Systems. The invention relates to a pneumatic system (1) for industrial automation, comprising: a position controller (2), at least one pressure controller (3), and at least one pneumatic actuator (4), wherein the position controller (2) is configured to perform position control of the pneumatic actuator (4) and, within the scope of position control, to output a target pressure signal to the pressure controller (3), and wherein the pressure controller (3) is configured to perform pressure control based on the target pressure signal and, within the scope of pressure control, to actuate the pneumatic actuator (4), a wafer support (21) for supporting a wafer (11), and a positioning structure (22) which can be moved by the pneumatic actuator (4) relative to the wafer support in order to position the wafer (11) relative to the wafer support (21), in particular the wafer resting on the wafer support (21). (11) to lift the wafer (11) from the wafer support (21) and/or to lower the wafer (11) onto the wafer support (21). The invention further also includes a method for operating a pneumatic system.

Description

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

Pneumatische Systeme zur Industrieautomation finden mittlerweile in vielen Bereichen Anwendung. Pneumatischen Aktoren des pneumatischen Systems können auch beispielhaft zum Antrieb einer Positionierungsstruktur für die Positionierung eines Wafers innerhalb eines Bearbeitungsraums zum Einsatz kommen.Pneumatic systems for industrial automation are now used in many areas. Pneumatic actuators within a pneumatic system can also be used, for example, to drive a positioning structure for positioning a wafer within a processing area.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes pneumatisches System bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an improved pneumatic system.

Die vorstehende Aufgabe wird durch ein pneumatisches System für die Industrieautomation gelöst, umfassend: ein Positionsregler-Gerät, wenigstens ein Druckregler-Gerät und wenigstens einen pneumatischen Aktor, wobei das Positionsregler-Gerät ausgebildet ist, eine Positionsregelung des pneumatischen Aktors durchzuführen und im Rahmen der Positionsregelung ein Solldruck-Signal an das Druckregler-Gerät auszugeben und wobei das Druckregler-Gerät ausgebildet ist, eine Druckregelung auf Basis des Solldruck-Signals durchzuführen und im Rahmen der Druckregelung den pneumatischen Aktor zu betätigen, eine Wafer-Auflage zur Auflage eines Wafers, eine Positionierstruktur, die durch den pneumatischen Aktor relativ zur Wafer-Auflage in Bewegung versetzbar ist, um einen Wafer relativ zu der Wafer-Auflage zu positionieren, insbesondere einen auf der Wafer-Auflage aufliegenden Wafer von der Wafer-Auflage abzuheben und/oder einen Wafer auf die Wafer-Auflage abzusenken.The above problem is solved by a pneumatic system for industrial automation, comprising: a position controller device, at least one pressure controller device, and at least one pneumatic actuator, wherein the position controller device is configured to perform position control of the pneumatic actuator and, within the scope of position control, to output a setpoint pressure signal to the pressure controller device, and wherein the pressure controller device is configured to perform pressure control based on the setpoint pressure signal and, within the scope of pressure control, to actuate the pneumatic actuator; a wafer support for supporting a wafer; a positioning structure that can be moved by the pneumatic actuator relative to the wafer support in order to position a wafer relative to the wafer support, in particular to lift a wafer resting on the wafer support from the wafer support and/or to lower a wafer onto the wafer support.

Zweckmäßigerweise ist die Druckregelung der Positionsregelung unterlagert. Die Positionsregelung kann beispielsweise wie folgt ablaufen: Das Positionsregler-Gerät erhält ein Positions-Sollsignal, ermittelt daraufhin das dem Positions-Sollsignal zugehörige Solldruck-Signal und gibt dieses an das Druckregler-Gerät aus. Das zu dem Positions-Sollsignal gehörende Solldruck-Signal wird beispielsweise aus einer in einem Speicher des Positionsregler-Geräts hinterlegten Wertetabelle ermittelt. Das Druckregler-Gerät nimmt daraufhin eine Regelung auf den dem Solldruck-Signal entsprechenden Solldruck vor und stellt diesen dem pneumatischen Aktor bereit. Der für die Regelung verwendete aktuelle, d.h. der sich durch die Betätigung des pneumatischen Aktors ergebende Druck, wird mittels Drucksensoren erfasst und dem Druckregler-Gerät als Ist-Drucksignal bereitgestellt. Das der Position des pneumatischen Aktors korrespondierende Positionssignal wird dem Positionsregler-Gerät als Positions-Istwert zur Verfügung gestellt.The pressure control is expediently subordinate to the position control. The position control can, for example, proceed as follows: The position controller receives a target position signal, then determines the corresponding target pressure signal and outputs it to the pressure controller. The target pressure signal corresponding to the target position signal is determined, for example, from a table of values stored in the position controller's memory. The pressure controller then regulates the pressure to the target pressure corresponding to the target pressure signal and provides this pressure to the pneumatic actuator. The actual pressure used for control, i.e., the pressure resulting from the actuation of the pneumatic actuator, is measured by pressure sensors and provided to the pressure controller as the actual pressure signal. The position signal corresponding to the position of the pneumatic actuator is provided to the position controller as the actual position value.

Dadurch, dass für die Regelung zwei verschiedene Geräte - nämlich das Positionsregler-Gerät und das Druckregler-Gerät - verwendet wird, kann eine flexiblere Anordnung im System ermöglicht werden. Ferner kann das System flexibler zusammengestellt, aufgerüstet und/oder instandgehalten werden. Insbesondere können das Positionsregler-Gerät und das Druckregler-Gerät jeweils einzeln ausgetauscht werden, ohne auch das jeweils andere Gerät austauschen zu müssen. In dem Druckregler-Gerät kommt bevorzugt ein Proportionalventil, insbesondere ein Piezoproportionalventil, zum Einsatz, welches die erforderliche Regelgüte ermöglicht.By using two separate devices for control – namely the position controller and the pressure controller – a more flexible system configuration is possible. Furthermore, the system can be configured, upgraded, and/or maintained more easily. In particular, the position controller and the pressure controller can each be replaced individually without having to replace the other device. The pressure controller preferably uses a proportional valve, especially a piezoelectric proportional valve, which provides the required control accuracy.

Die Wafer-Auflage ist innerhalb des Bearbeitungsraums angeordnet und dient der Ausrichtung des Wafers während der Bearbeitung. So kann beispielhaft vorgesehen sein, dass der Wafer während der Bearbeitung auf der Wafer-Auflage aufliegt und diese den Wafer mittels eines elektromagnetischen Felds arretiert. So wird verhindert, dass der Wafer während der Bearbeitung auf der Wafer-Auflage bewegt werden kann, was zu einer fehlerhaften Bearbeitung des Wafers, insbesondere während einer Fotolithografie, führen würde. Die Positionierung des Wafers relativ zu der Wafer-Auflage erfolgt mittels der Positionierstruktur, die beispielhaft durch mindestens eine Kolbenstange, die auch als Positionierungskolbenstange bezeichnet werden kann, des pneumatischen Aktors, der in diesem Zusammenhang als Positionierungsaktor bezeichnet werden kann, gebildet wird. Denkbar ist auch, dass mehrere pneumatische Aktoren, insbesondere mindesten drei pneumatische Aktoren, als Positionierungsaktoren eingesetzt werden und die Positionierungsstruktur durch die mehreren Positionierungskolbenstangen der Positionierungsaktoren gebildet wird. Auch kann vorgesehen sein, dass die Positionierungsstruktur separat ausgeführt ist und nur durch mindestens einen pneumatischen Aktor in Bewegung versetzbar ist.The wafer support is located within the processing area and serves to align the wafer during processing. For example, the wafer may rest on the wafer support during processing, and the support may lock the wafer in place using an electromagnetic field. This prevents the wafer from moving on the support during processing, which would lead to defective processing, particularly during photolithography. The wafer is positioned relative to the wafer support by means of the positioning structure, which is formed, for example, by at least one piston rod (also called a positioning piston rod) of the pneumatic actuator, which in this context can be referred to as the positioning actuator. It is also conceivable that several pneumatic actuators, in particular at least three, are used as positioning actuators, with the positioning structure formed by the multiple positioning piston rods of the positioning actuators. It is also possible that the positioning structure is designed separately and can only be moved by at least one pneumatic actuator.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bevorzugt handelt es sich bei dem mindestens einen pneumatischen Aktor um einen einfach-/oder doppeltwirkenden Pneumatikzylinder. Vorzugsweise umfasst das pneumatische System ferner ein Schieberventil, wobei das Schieberventil ein Ventilglied und eine durch das Ventilglied verschließbare Öffnung zum Durchlass eines Wafers aufweist und wobei der pneumatische Aktor zur Betätigung des Schieberventils dient.Preferably, the at least one pneumatic actuator is a single- or double-acting pneumatic cylinder. Preferably, the pneumatic system further comprises a slide valve, wherein the slide valve has a valve element and an opening for the passage of a wafer that can be closed by the valve element, and wherein the pneumatic actuator serves to actuate the slide valve.

Ist das pneumatische System beispielhaft als Wafer-Bearbeitungszelle mit einem Bearbeitungsraum ausgebildet, kann das Schieberventil zum Verschließen einer Bearbeitungsraumöffnung eines Bearbeitungsraums eingesetzt werden. Der Bearbeitungsraum, in dem ein Druck unterhalb des Atmosphärendrucks, insbesondere ein Vakuum, vorherrscht, kann eine im Wesentlichen reckeckige Grundform aufweisen und sich in einer Höhenrichtung, die auch als y-Richtung bezeichnet werden kann, in einer zur Höhenrichtung senkrechten Querrichtung, die auch als x-Richtung bezeichnet werden kann, und in einer Breitenrichtung, die auch als z-Richtung bezeichnet werden kann und senkrecht zur Höhenrichtung sowie senkrecht zur Querrichtung orientiert ist, erstrecken. Eine Gesamtheit aus der Höhenrichtung, der Querrichtung und der Breitenrichtung kann auch als Raumrichtungen bezeichnet werden. Auch kann der Bearbeitungsraum andere Grundformen aufweisen.If the pneumatic system is designed, for example, as a wafer processing cell with a processing chamber, the slide valve can be used to close a processing chamber opening of a The machining space is used. This space, in which a pressure below atmospheric pressure, particularly a vacuum, prevails, can have a substantially rectangular shape and extend in a vertical direction (also known as the y-direction), a transverse direction perpendicular to the vertical direction (also known as the x-direction), and a lateral direction (also known as the z-direction), which is perpendicular to both the vertical and transverse directions. The vertical, transverse, and lateral directions can also be referred to as spatial directions. The machining space can also have other basic shapes.

Als Schieberventil soll eine Vorrichtung bezeichnet werden, die über ein Verschlusselement (im Folgenden auch Ventilglied genannt) und eine mit dem Verschlusselement verschließbare Öffnung verfügt.A slide valve is defined as a device that has a closing element (hereinafter also called valve member) and an opening that can be closed with the closing element.

Das Schieberventil kann ein Ventilgehäuse aufweisen, in dem eine Öffnung in einer ersten Ventilgehäusewand und eine weitere Öffnung in einer zweiten Ventilgehäusewand zum Durchlass eines Wafers ausgebildet sind. Die Öffnung in der ersten Ventilgehäusewand ist durch ein relativ zu dem Ventilgehäuse bewegbares Ventilglied verschließbar. Die Öffnung und die weitere Öffnung sind bevorzugt korrespondierend ausgestaltet, sodass die Erstreckung der weiteren Öffnung jeweils in der Höhenrichtung und in der Querrichtung der Erstreckung der Öffnung in Höhenrichtung und in Querrichtung entspricht. Die jeweilige Erstreckung ist dabei derart gewählt, dass der Wafer durch die Öffnung und die weitere Öffnung durchgelassen werden kann. Zusätzlich ist die weitere Öffnung fluchtend zu der Öffnung angeordnet, sodass ein Wafer aus dem Bearbeitungsraum und/oder in den Bearbeitungsraum transportiert werden kann. In einer deaktivierten Stellung ist die Öffnung in der ersten Ventilgehäusewand des Schieberventils nicht durch das Ventilglied verschlossen, während in einer aktivierten Stellung die Öffnung in der ersten Ventilgehäusewand des Schieberventils durch das Ventilglied verschlossen ist. Entsprechend kann in diesem Zusammenhang die deaktivierte Stellung auch als Schließstellung des Ventilglieds und die aktivierte Stellung auch als Offenstellung des Ventilglieds bezeichnet werden.The slide valve can have a valve housing in which an opening in a first valve housing wall and a further opening in a second valve housing wall are formed for the passage of a wafer. The opening in the first valve housing wall can be closed by a valve element movable relative to the valve housing. The opening and the further opening are preferably configured to correspond, such that the extent of the further opening corresponds to the extent of the opening in both the vertical and transverse directions. The respective extent is selected such that the wafer can pass through both the opening and the further opening. Additionally, the further opening is aligned with the opening so that a wafer can be transported from and/or into the processing area. In a deactivated position, the opening in the first valve housing wall of the slide valve is not closed by the valve element, while in an activated position, the opening in the first valve housing wall of the slide valve is closed by the valve element. Accordingly, in this context the deactivated position can also be referred to as the closed position of the valve element and the activated position as the open position of the valve element.

Auch kann das Ventilgehäuse des Schieberventils nur die erste Ventilgehäusewand mit darin ausgebildeter Öffnung aufweisen, die durch das relativ zum Ventilgehäuse bewegbare Ventilglied verschließbar ist. Das Ventilglied kann bevorzugt mittels einer an dem Ventilgehäuse ausgebildeten Führungseinheit beweglich geführt sein.The valve housing of the slide valve can also consist of only the first valve housing wall with an opening formed therein, which can be closed by the valve element movable relative to the valve housing. The valve element can preferably be movably guided by means of a guide unit formed on the valve housing.

Für ein möglichst dichtes Verschließen der Öffnung kann das Ventilglied an seiner der Öffnung zugewandten Seite über ein umlaufendes, insbesondere gummielastisches, Dichtelement verfügen.In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Druckregler-Gerät separat von dem Positionsregler-Gerät angeordnet. Durch die separate Anordnung kann die Flexibilität des pneumatischen Systems verbessert werden. So kann vorgesehen sein, dass das Druckregler-Gerät innerhalb eines Bereichs angeordnet ist, in dem der Einsatz von Elektronik auf ein Minimum zu reduzieren ist, und das Positionsregler-Gerät in einem von diesem Bereich verschiedenen Bereich angeordnet ist, indem keine besonderen Anforderungen an den Einsatz von Elektronik gestellt werden. Eine derartige Ausführung ist besonders im Bereich der Waferbearbeitung vorteilhaft, da innerhalb eines Bearbeitungsraums und insbesondere in der Nähe des zu bearbeitenden Wafers möglichst keine Elektronik, deren elektrischen und/oder elektromagnetischen Felder die Bearbeitung negativ beeinflussen können.To ensure the tightest possible closure of the opening, the valve element can have a circumferential, particularly rubber-elastic, sealing element on its side facing the opening. In an advantageous embodiment of the invention, the pressure regulator device is arranged separately from the position regulator device. This separate arrangement improves the flexibility of the pneumatic system. For example, the pressure regulator device can be arranged within an area where the use of electronics is to be minimized, and the position regulator device can be arranged in a different area where no special requirements are placed on the use of electronics. Such a design is particularly advantageous in wafer processing, since, within a processing area and especially near the wafer being processed, there should be as little electronics as possible whose electrical and/or electromagnetic fields could negatively affect the processing.

Vorzugsweise weist das Druckregler-Gerät ein Druckregler-Gerät-Außengehäuse auf und das Positionsregler-Gerät weist ein von Druckregler-Gerät-Außengehäuse separates Positionsregler-Gerät-Außengehäuse auf. Dies hat den Vorteil, dass das Positionsregler-Gerät und das Druckregler-Gerät als separate Module ausgeführt sein können, wobei in dem Positionsregler-Gerät-Außengehäuse sowie in dem Druckregler-Gerät-Außengehäuse jeweils vorzugsweise sämtliche Komponenten angeordnet sind, die für den Betrieb des Positionsregler-Geräts und des Druckregler-Geräts erforderlich sind.Preferably, the pressure regulator device has a pressure regulator device outer housing, and the position regulator device has a position regulator device outer housing separate from the pressure regulator device outer housing. This has the advantage that the position regulator device and the pressure regulator device can be designed as separate modules, with each of the position regulator device outer housings preferably containing all the components required for the operation of the position regulator device and the pressure regulator device.

Bevorzugt wird ein Ist-Drucksignal, das sich durch die pneumatische Betätigung des Aktors ergibt, dem Druckregler-Gerät zugeführt und wird nicht dem Positionsregler-Gerät zugeführt. Entsprechend findet die Druckregelung vorzugsweise ausschließlich in dem Druckregler-Gerät statt. So kann die Druckregelung auf die im Druckregler-Gerät verwendete Hardware abgestimmt werden und es muss keine Druckregelung auf dem Positionsregler-Gerät implementiert sein, die auf verschiedene Druckregler-Geräte abgestimmt sein müsste. Folglich kann das Druckregler-Gerät einfach ausgetauscht oder durch ein weiteres Druckregler-Gerät mit einer anderen Hardware ausgetauscht werden, ohne dass eine Anpassung des Positionsregler-Gerätes vorgenommen werden muss.Preferably, a pressure signal generated by the pneumatic actuation of the actuator is fed to the pressure regulator and not to the position controller. Accordingly, pressure control preferably takes place exclusively within the pressure regulator. This allows the pressure control to be tailored to the hardware used in the pressure regulator, eliminating the need for pressure control to be implemented on the position controller that would have to be adapted to different pressure regulators. Consequently, the pressure regulator can be easily replaced or substituted with another pressure regulator using different hardware without requiring any modifications to the position controller.

Weiter bevorzugt umfasst das pneumatische System eine Mehrzahl an Druckregler-Geräten und eine Mehrzahl an pneumatischen Aktoren, wobei das Positionsregler-Gerät ausgebildet ist, für jeden pneumatischen Aktor eine jeweilige Positionsregelung durchzuführen und im Rahmen der jeweiligen Positionsregelung ein jeweiliges Solldruck-Signal an ein jeweiliges Druckregler-Gerät auszugeben und wobei jedes Druckregler-Gerät ausgebildet ist, eine jeweilige Druckregelung auf Basis des jeweiligen Solldruck-Signals durchzuführen und im Rahmen der jeweiligen Druckregelung einen jeweiligen pneumatischen Aktor zu betätigen. Dabei kann es sich jeweils um eine Mehrzahl von identischen Aktoren oder um eine Kombination voneinander verschiedenen Aktoren handeln. Auch kann es sich bei der Mehrzahl von Druckregler-Geräten um eine Mehrzahl von identischen Druckregler-Geräten oder um eine Kombination voneinander verschiedener Druckregler-Geräte handeln. Hierfür ist insbesondere zu Tatsache vorteilhaft, dass die Druckregelung ausschließlich in dem jeweiligen Druckregler-Gerät durchgeführt wird und das Positionsregler-Gerät ausschließlich die Positionsregelung durchführt. Unter identisch wird dabei verstanden, dass es sich um den gleichen Typ des Aktors und/oder des Druckregler-Geräts handeln kann, die fertigungsbedingte Abweichungen aufweisen können. Bei einer Kombination voneinander verschiedeneren Aktoren und/oder Druckregler-Geräten können beispielhaft unterschiedliche Typen von Aktoren und/oder Druckregler-Geräte oder eine beliebige Kombination von identischen und verschiedenen Typen von Aktoren und/oder Druckregler-Geräten sein.Preferably, the pneumatic system comprises a plurality of pressure regulator devices and a plurality of pneumatic actuators, wherein the position regulator device is configured to perform a respective position control for each pneumatic actuator and within the framework of the respective The position control system outputs a setpoint pressure signal to a respective pressure regulator, with each pressure regulator being configured to perform pressure control based on the setpoint signal and, within the scope of this pressure control, to actuate a respective pneumatic actuator. This can involve multiple identical actuators or a combination of different actuators. Similarly, the multiple pressure regulators can be identical or a combination of different pressure regulators. It is particularly advantageous that the pressure control is performed exclusively within the respective pressure regulator, and the position control device performs only position control. "Identical" in this context means that the actuator and/or pressure regulator can be of the same type, although they may exhibit manufacturing-related variations. In the case of a combination of different actuators and/or pressure regulator devices, examples include different types of actuators and/or pressure regulator devices or any combination of identical and different types of actuators and/or pressure regulator devices.

Vorteilhafterweise weist das Positionsregler-Gerät ein Positionsregler-Gerät-Außengehäuse auf und jedes Druckregler-Gerät ein von dem Positionsregler-Gerät-Außengehäuse separates jeweiliges Druckregler-Gerät-Außengehäuse auf. Beim Einsatz mehrerer Druckregler-Geräte können diese entsprechend jeweils in einem separaten Druckregler-Gerät-Außengehäuse angeordnet sein, das separat von dem Positionsregler-Gerät-Außengehäuse und separat von den weiteren Druckregler-Gerät-Außengehäusen angeordnet werden kann. So ist es beispielsweise möglich, dass einem pneumatischen Aktor zugehörige Druckregler-Gerät möglichst nah zu diesem zu positionieren, um die Länge einer Druckleitung, die das Druckregler-Gerät mit dem zugehörigen pneumatischen Aktor pneumatisch verbindet, möglichst kurz zu halten.Advantageously, the position controller has a position controller housing, and each pressure controller has its own separate pressure controller housing. When using multiple pressure controllers, each can be housed in a separate pressure controller housing, which can be positioned separately from the position controller housing and from the other pressure controller housings. This allows, for example, the pressure controller associated with a pneumatic actuator to be positioned as close as possible to the actuator, minimizing the length of the pressure line connecting the pressure controller to the actuator.

Bevorzugt ist jedes Druckregler-Gerät als plattenförmiges Ventilmodul ausgeführt. Das Ventilmodul umfasst dabei sämtliche Komponenten, die für den Betrieb des Druckregler-Geräts notwendig sind, insbesondere eine oder mehrere Ventileinrichtungen, vorzugsweise eine Spannungsversorgung oder einen Anschluss für eine Spannungsversorgung und/oder einen Controller. Bei einer derartige Ausführungsform ist entsprechend das Druckregler-Geräte-Außengehäuse plattenförmig ausgestaltet, was die Anordnung der Druckregler-Geräte innerhalb des pneumatischen Systems erleichtern kann. So kann beispielhaft das Ventilmodul auf einer Außenseite des zugehörigen pneumatischen Aktors angeordnet werden. Unter plattenförmig im Sinne der Anmeldung wird dabei eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt verstanden, deren Erstreckung entlang einer der Raumrichtungen, d.h. entlang der Höhenrichtung, der Querrichtung oder der Breitenrichtung, größer als die Erstreckung entlang der verbliebenen Raumrichtungen ist.Preferably, each pressure regulator device is designed as a plate-shaped valve module. The valve module comprises all components necessary for the operation of the pressure regulator device, in particular one or more valve assemblies, preferably a power supply or a connection for a power supply, and/or a controller. In such an embodiment, the outer housing of the pressure regulator device is accordingly plate-shaped, which can facilitate the arrangement of the pressure regulator devices within the pneumatic system. For example, the valve module can be arranged on the outer surface of the associated pneumatic actuator. "Plate-shaped" in the context of the application refers to a substantially cuboid shape whose extent along one of the spatial directions—i.e., along the vertical, transverse, or horizontal directions—is greater than the extent along the remaining spatial directions.

Bevorzugt weist das Druckregler-Gerät einen Eingang zur Verbindung mit einer Druckfluidquelle zur Versorgung des Druckregler-Geräts mit Druckfluid sowie einen Ausgang auf, der mit einem Verbraucher, insbesondere mit einem pneumatischen Aktor, verbunden werden kann. Zur signaltechnischen Verbindung, insbesondere zu dem Positionsregler-Gerät, verfügt das Druckregler-Gerät über eine Schnittstelle, an der beispielhaft eine Signalleitung anschließbar ist. Hierbei kann es sich bevorzugt um eine Punkt-zu-Punkt Verbindung handeln. 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.Preferably, the pressure regulator device has an input for connection to a pressure fluid source to supply the pressure regulator device with pressure fluid, and an output that can be connected to a consumer, in particular a pneumatic actuator. For signal communication, especially to the position controller device, the pressure regulator device has an interface to which, for example, a signal line can be connected. This can preferably be a point-to-point connection. The communication system underlying the signal connection can preferably be a communication system from the OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture), OPC UA over TSN (Time-sensitive Networking), bus communication system, or IO-Link group, whereby a power supply can also be provided via the signal connection.

Weiter bevorzugt sind die Ventilmodul in einer Aufreihungsrichtung aneinandergereiht und/oder sind Teil einer Ventilinsel. Beispielhaft können die plattenförmigen Ventilmodule derart angeordnet werden, dass sie jeweils mit derjenigen Außenseite aneinander angrenzen, die die größte Erstreckung entlang einer Raumrichtung aufweist, wobei die Aufreihungsrichtung dann eine zu dieser Raumrichtung senkrecht orientierte Richtung ist.Preferably, the valve modules are arranged in a row in a single direction and/or are part of a valve manifold. For example, the plate-shaped valve modules can be arranged such that they each abut each other with the outer surface that has the greatest extent along a spatial direction, the row direction then being a direction perpendicular to that spatial direction.

Vorteilhaft ist das Positionsregler-Gerät als übergeordnete Steuerung, insbesondere SPS, ausgeführt, auf der zweckmäßigerweise ein Positionsregler-Programm zur Bereitstellung des Soll-Drucksignals ausgeführt wird. Derartige übergeordnete Steuerung werden bereits in pneumatischen Systemen eingesetzt und sind entsprechend etabliert, sodass für die Verwendung als Positionsregler-Gerät entsprechend nur das Positionsregler-Programm implementiert werden muss. Bevorzugt weist das Positionsregler-Gerät keine für eine Druckregler erforderliche Komponenten, insbesondere keine Ventileinrichtung, auf. Das Positionsregler-Gerät kann einen oder mehrere Signaleingänge, über die ein Positions-Sollsignal und/oder Positions-Istwert empfangen werden kann, sowie einen oder mehrere Signalausgänge auf, um mit einem oder mehreren Druckregler-Geräten signaltechnisch verbunden zu werden, insbesondere um ein Solldruck-Signal zu übermitteln. Die jeweilige signaltechnische Verbindung kann über eine Signalleitung oder drahtlos hergestellt werden.Advantageously, the position controller device is designed as a higher-level controller, particularly a PLC, on which a position controller program is expediently executed to provide the target pressure signal. Such higher-level controllers are already used in pneumatic systems and are thus well-established, so that for use as a position controller device, only the position controller program needs to be implemented. Preferably, the position controller device does not have any components required for a pressure regulator, in particular no valve assembly. The position controller device can have one or more signal inputs, via which a target position signal and/or actual position value can be received, as well as one or more signal outputs for signal connection to one or more pressure regulator devices, in particular for transmitting a target pressure signal. The respective signal connection The connection can be established via a signal cable or wirelessly.

Bevorzugt umfasst das pneumatische System den Wafer.Preferably, the pneumatic system includes the wafer.

Die zuvor definierte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betrieb eines pneumatischen Systems gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte: Durchführen, mittels dem Positionsregler-Gerät, der Positionsregelung des pneumatischen Aktors, Ausgeben, im Rahmen der Positionsregelung, eines Solldruck-Signals an das Druckregler-Gerät, Durchführen, mit dem Druckregler-Gerät, der Druckregelung auf Basis des Solldruck-Signals und Betätigen, im Rahmen der Druckregelung, des pneumatischen Aktors.The previously defined task is also solved by a procedure for operating a pneumatic system. The procedure comprises the following steps: Performing, using the position controller, the position control of the pneumatic actuator; outputting, within the framework of position control, a target pressure signal to the pressure controller; performing, with the pressure controller, pressure control based on the target pressure signal; and actuating, within the framework of pressure control, the pneumatic actuator.

Bevorzugt umfasst das Verfahren ferner die Schritte: Versetzen des Ventilglieds in eine Offenstellung, in der die Öffnung geöffnet ist, Hindurchbewegen des Wafers durch die Öffnung.Preferably, the method further comprises the steps of: moving the valve element into an open position in which the opening is open, and moving the wafer through the opening.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert und in dieser zeigen

1 eine schematische Darstellung eines pneumatischen Systems mit einer Wafer-Auflage,
2 eine schematische Darstellung eines als Wafer-Bearbeitungszelle ausgeführten pneumatischen Systems und
3 ein Blockdiagramm eines pneumatischen Systems für die Industrieautomation.

The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawing and shown therein

1 a schematic representation of a pneumatic system with a wafer support,
2 a schematic representation of a pneumatic system designed as a wafer processing cell and
3 A block diagram of a pneumatic system for industrial automation.

In der 1 ist ein pneumatisches System 1 gezeigt, dass rein exemplarisch ein Positionsregler-Gerät 2 in einem Positionsregler-Gerät-Außengehäuse, eine Mehrzahl von jeweils exemplarisch als plattenförmiges Ventilmodul ausgeführten Druckregler-Geräten 3 in jeweils separaten Druckregler-Gerät-Außengehäusen, einer Mehrzahl an pneumatischen Aktoren 4 und einer Wafer-Auflage 21 zur Auflage eines Wafers 11 aufweist.In the 1 A pneumatic system 1 is shown, comprising, by way of example, a position controller device 2 in a position controller device outer housing, a plurality of pressure controller devices 3, each designed as a plate-shaped valve module, in separate pressure controller device outer housings, a plurality of pneumatic actuators 4, and a wafer support 21 for supporting a wafer 11.

Die Positionierung des Wafers 11 relativ zu der Wafer-Auflage 21 erfolgt mittels einer Positionierstruktur 22, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch drei Positionierungskolbenstangen 23 der Mehrzahl an pneumatischen Aktoren 4, welche auch als Positionierungsaktoren 24 bezeichnet werden können, gebildet ist. Exemplarisch wird der Wafer 11 durch die Positionierstruktur 22 auf die Wafer-Auflage 21 abgesenkt oder von der Wafer-Auflage 21 abgehoben.The wafer 11 is positioned relative to the wafer support 21 by means of a positioning structure 22, which in the illustrated embodiment is formed by three positioning piston rods 23 of a plurality of pneumatic actuators 4, which can also be referred to as positioning actuators 24. By way of example, the wafer 11 is lowered onto or lifted from the wafer support 21 by the positioning structure 22.

Exemplarisch sind die Mehrzahl an Druckregler-Geräten 3 vorliegend Teil einer Ventilinsel 27, die signaltechnisch über eine Signalleitung 26 mit dem Positionsregler-Gerät 2 verbunden ist. In den Druckregler-Geräten 3 kommen bevorzugt nicht dargestellte Proportionalventile, insbesondere Piezoproportionalventile, zum Einsatz, die die erforderliche Regelgüte aufweisen. Jeweils ein Druckregler-Gerät 3 ist mit einem der Mehrzahl an pneumatischen Aktoren 4 pneumatisch über eine Druckleitung 28 verbunden. Die Ventilinsel 27 weist einen nicht gezeigten Eingang auf, über den die Ventilinsel 27 mit einer Druckfluidquelle (nicht dargestellt) verbunden werden kann, um die Ventilinsel 27 und somit die Mehrzahl von Druckregler-Geräten 3 mit Druckfluid zu versorgen. Die jeweilige Druckleitung 28 ist jeweils an einen Ausgang des jeweiligen Druckregler-Geräts 3 angeschlossen. Für die Spannungsversorgung verfügt die Ventilinsel 27 über einen Spannungsanschluss, über den die Mehrzahl von Druckregler-Geräten 3 mit Spannung versorgt werden kann. In der Ventilinsel 27 kann ein gemeinsamer Controller für die einzelnen Druckregler-Geräte 3 vorhanden sein.By way of example, the majority of pressure regulator devices 3 are shown here as part of a valve manifold 27, which is connected to the position controller device 2 via a signal line 26. Proportional valves, in particular piezoelectric proportional valves (not shown), which exhibit the required control accuracy, are preferably used in the pressure regulator devices 3. Each pressure regulator device 3 is pneumatically connected to one of the majority of pneumatic actuators 4 via a pressure line 28. The valve manifold 27 has an inlet (not shown) through which the valve manifold 27 can be connected to a pressure fluid source (not shown) to supply the valve manifold 27, and thus the majority of pressure regulator devices 3, with pressure fluid. The respective pressure line 28 is connected to an output of the respective pressure regulator device 3. For power supply, the valve manifold 27 has a voltage connection through which the majority of pressure regulator devices 3 can be powered. A common controller for the individual pressure regulator devices 3 can be located in the valve manifold 27.

Auch kann der Controller separat von der Ventilinsel 27 ausgeführt sein und über eine Schnittstelle (nicht dargestellt) mit der Ventilinsel 27 signaltechnisch verbunden sein. 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 controller can also be implemented separately from the valve manifold 27 and connected to it via a signal interface (not shown). The communication system underlying this signal connection can preferably be a communication system from the OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture), OPC UA over TSN (Time-sensitive Networking), bus communication system, or IO-Link group, whereby a power supply can also be provided via this signal connection.

Die Position des jeweiligen Positionierungsaktor 24 wird zweckmäßigerweise jeweils mittels eines Positionssensors 25 erfasst und das korrespondierende Positionssignal dem Positionsregler-Gerät 2 als Positions-Istwert zur Verfügung gestellt, wofür die Positionssensoren 25 jeweils über eine Signalleitung 26 signaltechnisch mit dem Positionsregler-Gerät 2 verbunden sind.The position of each positioning actuator 24 is expediently detected by means of a position sensor 25 and the corresponding position signal is provided to the position controller device 2 as the actual position value, for which purpose the position sensors 25 are each connected to the position controller device 2 via a signal line 26.

2 zeigt ein als Wafer-Bearbeitungszelle ausgeführtes pneumatisches System 1 mit einem Positionsregler-Gerät 2 in einem Positionsregler-Gerät-Außengehäuse, einer Mehrzahl von jeweils exemplarisch als plattenförmiges Ventilmodul ausgeführten Druckregler-Geräten 3 in jeweils separaten Druckregler-Gerät-Außengehäusen, einer Mehrzahl an pneumatischen Aktoren 4, einem Schieberventil 5 und einem Bearbeitungsraum 6. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl an Druckregler-Geräten 3 separat von dem Positionsregler-Gerät 2 angeordnet. Das in der 1 gezeigte pneumatische System 1 ist in dem als Wafer-Bearbeitungszelle ausgeführten pneumatischen System 1 der 2 integriert. 2 Figure 1 shows a pneumatic system 1 designed as a wafer processing cell, comprising a position controller 2 in a position controller 2 outer housing, a plurality of pressure controller 3 (each exemplified as a plate-shaped valve module) in separate pressure controller 2 outer housings, a plurality of pneumatic actuators 4, a slide valve 5, and a processing chamber 6. In the illustrated embodiment, the plurality of pressure controller 3 are arranged separately from the position controller 2. The [unclear text] 1 The pneumatic system 1 shown is in the pneumatic system 1 designed as a wafer processing cell of the 2 integrated.

Rein exemplarisch sind eine Mehrzahl von Druckregler-Geräten 3 und eine Mehrzahl von pneumatischen Aktoren 4 vorhanden. Es ist auch möglich, dass nur ein Druckregler-Gerät 3 und/oder nur ein pneumatischer Aktor 4 vorhanden ist. Rein exemplarisch dient die Mehrzahl von Druckregler-Geräten 3 und die Mehrzahl von pneumatischen Aktoren 4 zur Betätigung des Schieberventils 5 und zur Betätigung einer Positionierstruktur 22. Es ist auch möglich, dass die Druckregler-Geräte 3 (oder ein Druckregler-Gerät 3) und/oder die pneumatischen Aktoren 4 (oder ein pneumatischer Aktor 4) nur der Betätigung des Schieberventils 5 oder nur der Betätigung der Positionierstruktur 22 dienen. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass sowohl das Schieberventil 5 als auch die Positionierstruktur 22 sowie die jeweils zugehörigen Druckregler-Geräte 3 und/oder pneumatische Aktoren 4 vorhanden sind.For illustrative purposes, multiple pressure regulator devices 3 and multiple pneumatic actuators 4 are present. It is also possible that only one pressure regulator device 3 and/or only one pneumatic actuator 4 is present. For illustrative purposes, multiple pressure regulator devices 3 and multiple pneumatic actuators 4 serve to actuate the slide valve 5 and a positioning structure 22. It is also possible that the pressure regulator devices 3 (or a single pressure regulator device 3) and/or the pneumatic actuators 4 (or a single pneumatic actuator 4) serve only to actuate the slide valve 5 or only to actuate the positioning structure 22. In particular, it is not necessary for both the slide valve 5 and the positioning structure 22, as well as their respective associated pressure regulator devices 3 and/or pneumatic actuators 4, to be present.

Der Bearbeitungsraum 6, in dem exemplarisch ein Druck unterhalb des Atmosphärendrucks vorherrscht, weist exemplarisch eine im Wesentlichen rechteckige Grundform auf und erstreckt sich in einer Höhenrichtung, die auch als y-Richtung bezeichnet werden kann, in einer zur Höhenrichtung senkrechten Querrichtung, die auch als x-Richtung bezeichnet werden kann, und in einer Breitenrichtung, die auch als z-Richtung bezeichnet werden kann und senkrecht zur Höhenrichtung sowie senkrecht zur Querrichtung orientiert ist. Der Bearbeitungsraum 6 verfügt über eine Bearbeitungsraumöffnung 7, die mittels des Schieberventils 5 verschlossen werden kann, um den Bearbeitungsraum 6 gegenüber der Umgebung zu verschließen. Das Schieberventil 5 weist ein Ventilgehäuse 8, in dem eine Öffnung 9 und eine weitere Öffnung 10 zum Durchlass des Wafers 11 ausgebildet sind, und ein relativ zum Ventilgehäuse 8 bewegbares Ventilglied 12 auf. Die Öffnung 9 ist in einer ersten Ventilgehäusewand 13 und die weitere Öffnung 10 ist in einer zweiten Ventilgehäusewand 14 ausgebildet, wobei die erste Ventilgehäusewand 13 und die zweite Ventilgehäusewand 14 voneinander in Querrichtung beabstandet sind. Die Öffnung 9 weist exemplarisch einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, wobei die Erstreckung in Höhenrichtung und in Querrichtung derart gewählt ist, um einen Durchlass des Wafers 11 zu ermöglichen. Die weitere Öffnung 10 ist derart mit der Öffnung 9 korrespondierend ausgestaltet, dass die Erstreckung der weiteren Öffnung 10 jeweils in Höhenrichtung, in Querrichtung und in Breitenrichtung der Erstreckung der Öffnung 9 in Höhenrichtung, in Querrichtung und in Breitenrichtung entspricht. Zusätzlich ist die weitere Öffnung 10 fluchtend zur Öffnung 9 angeordnet, sodass der Wafer 11 die weitere Öffnung 10 und die Öffnung 9 passieren kann, auch wenn eine Erstreckung des Wafers größer als ein Abstand zwischen erster Ventilgehäusewand 13 und zweiter Ventilgehäusewand 14 in Querrichtung ist. Das Schieberventil 5 grenzt mit der ersten Ventilgehäusewand 13 an den Bearbeitungsraum 6 derart an, dass die Öffnung 9 zumindest abschnittsweise für den Durchlass des Wafers 11 die Bearbeitungsraumöffnung 7 überlappt.The processing chamber 6, in which, for example, a pressure below atmospheric pressure prevails, has an essentially rectangular shape and extends in a vertical direction (which can also be called the y-direction), in a transverse direction perpendicular to the vertical direction (which can also be called the x-direction), and in a lateral direction (which can also be called the z-direction) and is oriented perpendicular to both the vertical and transverse directions. The processing chamber 6 has a processing chamber opening 7, which can be closed by means of the slide valve 5 to seal the processing chamber 6 from the environment. The slide valve 5 has a valve body 8 in which an opening 9 and a further opening 10 for the passage of the wafer 11 are formed, and a valve element 12 that is movable relative to the valve body 8. The opening 9 is formed in a first valve housing wall 13, and the further opening 10 is formed in a second valve housing wall 14, wherein the first valve housing wall 13 and the second valve housing wall 14 are spaced apart from each other in the transverse direction. The opening 9 has, by way of example, a substantially rectangular cross-section, its extent in the vertical and transverse directions being selected to allow passage of the wafer 11. The further opening 10 is designed to correspond with the opening 9 such that its extent in the vertical, transverse, and width directions corresponds to the extent of the opening 9 in these directions. Additionally, the further opening 10 is aligned with the opening 9, so that the wafer 11 can pass through the further opening 10 and the opening 9, even if the wafer's extent is greater than the transverse distance between the first valve housing wall 13 and the second valve housing wall 14. The slide valve 5 abuts the processing chamber 6 with the first valve housing wall 13 in such a way that the opening 9 overlaps the processing chamber opening 7, at least partially, to allow the wafer 11 to pass through.

Die Öffnung 9 und/oder die weitere Öffnung 10 können auch einen von einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt abweichenden Querschnitt aufweisen. Ferner ist es möglich, dass das Ventilgehäuse 8 nur die erste Ventilgehäusewand 13 aufweist, in der die Öffnung 9 ausgebildet ist und die durch das Ventilglied 12 verschließbar ist.The opening 9 and/or the further opening 10 may also have a cross-section that deviates from a substantially rectangular cross-section. Furthermore, it is possible that the valve housing 8 only has the first valve housing wall 13 in which the opening 9 is formed and which can be closed by the valve element 12.

Das Ventilglied 12 ist exemplarisch zwischen der ersten Ventilgehäusewand 13 und der zweiten Ventilgehäusewand 14 des Ventilgehäuses 8 angeordnet. Die Öffnung 9 ist durch das Ventilglied 12 verschließbar. Für ein möglichst dichtes Verschließen der Öffnung 9 verfügt das Ventilglied 12 an seiner der Öffnung 9 zugewandten Seite über ein umlaufendes, insbesondere gummielastisches, Dichtelement 15.The valve element 12 is arranged, by way of example, between the first valve housing wall 13 and the second valve housing wall 14 of the valve housing 8. The opening 9 can be closed by the valve element 12. To ensure the tightest possible closure of the opening 9, the valve element 12 has a circumferential, in particular rubber-elastic, sealing element 15 on its side facing the opening 9.

In der dargestellten aktivierten Stellung des Schieberventils 5 ist die Öffnung 9 zum Durchlass des Wafers 11 durch das Ventilglied 12 verschlossen. Unter einer deaktivierten Stellung wird in diesem Zusammenhang eine Stellung des Schieberventils 5 verstanden, in der die Öffnung 9 nicht durch das Ventilglied 12 verschlossen ist, um einen Durchlass des Wafers 11 zu ermöglichen. Zur Betätigung des Schieberventils 5 dienen in der dargestellten Ausführungsform zwei der mehreren pneumatischen Aktoren 4, die auch als erster Ventilaktor 16 und zweiter Ventilaktor 17 bezeichnet werden können. Um eine erste Verschiebung des Ventilglieds 12 entlang der Höhenrichtung zu ermöglichen, ist das Ventilglied 12 mit einer ersten Kolbenstange 18 des ersten, als pneumatischer Zylinder ausgeführten Ventilaktors 16 bewegungsgekoppelt. Eine zweite Verschiebung des Ventilglieds 12 entlang der Querrichtung wird ermöglicht mittels des zweiten Ventilaktors 17, welcher über eine zweite Kolbenstange 19, die eine Bewegung entlang der Querrichtung ausführt, eine Kippbewegung des ersten Ventilaktors 16 um ein Lager 20, an dem der erste Ventilaktor 16 drehbar gelagert ist, bewirken kann. Der zweite Ventilaktor 17 stellt zusätzlich die für den Verschluss der Öffnung 9 erforderliche, auf das Dichtelement 15 wirkende Druckkraft bereit.In the illustrated activated position of the slide valve 5, the opening 9 for the passage of the wafer 11 through the valve element 12 is closed. In this context, a deactivated position is understood to be a position of the slide valve 5 in which the opening 9 is not closed by the valve element 12, thus allowing the passage of the wafer 11. In the illustrated embodiment, two of the several pneumatic actuators 4, which can also be referred to as the first valve actuator 16 and the second valve actuator 17, are used to actuate the slide valve 5. To enable a first displacement of the valve element 12 along the vertical direction, the valve element 12 is coupled to a first piston rod 18 of the first valve actuator 16, which is designed as a pneumatic cylinder. A second displacement of the valve element 12 along the transverse direction is enabled by the second valve actuator 17, which, via a second piston rod 19 that moves along the transverse direction, can cause a tilting movement of the first valve actuator 16 about a bearing 20 on which the first valve actuator 16 is rotatably mounted. The second valve actuator 17 additionally provides the pressure force required to close the opening 9, acting on the sealing element 15.

In dem Bearbeitungsraum 6 ist die Wafer-Auflage 21 angeordnet, auf der der Wafer 11 zur Bearbeitung aufgelegt werden kann. Die Positionierung des Wafers 11 relativ zu der Wafer-Auflage 21 erfolgt mittels der Positionierstruktur 22, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch drei Positionierungskolbenstangen 23 der drei Positionierungsaktoren 24 gebildet ist. Exemplarisch wird der Wafer 11 durch die Positionierstruktur 22 auf die Wafer-Auflage 21 abgesenkt oder von der Wafer-Auflage 21 abgehoben.The wafer support 21 is arranged in the processing chamber 6, onto which the wafer 11 can be placed for processing. The positioning of the wafer 11 relative to the wafer support 21 is effected by means of the positioning structure 22, which in the illustrated embodiment is formed by three positioning piston rods 23 of the three positioning actuators 24. By way of example, the wafer 11 is placed onto the wafer support by the positioning structure 22. Position 21 lowered or lifted from wafer support 21.

Das Positionsregler-Gerät 2 ist exemplarisch als übergeordnete Steuerung ausgeführt, auf dem ein Positionsregler-Programm zur Bereitstellung eines Solldruck-Signals ausgeführt wird. Das Positionsregler-Gerät 2 ist ausgebildet, eine Positionsregelung der mehreren pneumatischen Aktoren 4 durchzuführen. Das Positionsregler-Gerät 2 erhält oder erzeugt für jeden der mehreren pneumatischen Aktoren 4 eine Positionsanforderung in Form eines Positions-Sollsignals, ermittelt daraufhin das dem Positions-Sollsignal zugehörige Solldruck-Signal und gibt dieses an das jeweilige Druckregler-Gerät 3 aus. Hierfür sind das Positionsregler-Gerät 2 und das jeweilige Druckregler-Gerät 3 signaltechnisch verbunden. 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.Position controller 2 is implemented as an example of a higher-level controller on which a position controller program is executed to provide a target pressure signal. Position controller 2 is configured to control the position of several pneumatic actuators 4. For each of the several pneumatic actuators 4, position controller 2 receives or generates a position request in the form of a target position signal, then determines the corresponding target pressure signal and outputs it to the respective pressure controller 3. For this purpose, position controller 2 and the respective pressure controller 3 are interconnected. The communication system underlying this connection is preferably a communication system from the OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture), OPC UA over TSN (Time-sensitive Networking), bus communication system, or IO-Link groups.

Das zu dem Positions-Sollsignal gehörende Solldruck-Signal wird beispielsweise aus einer in einem Speicher des Positionsregler-Geräts 2 hinterlegten Wertetabelle ermittelt. Das jeweilige Druckregler-Gerät 3 nimmt daraufhin eine Regelung auf den dem Solldruck-Signal entsprechenden Solldruck vor und stellt diesen dem jeweiligen pneumatischen Aktor 4 bereit, insbesondere durch pneumatische Betätigung des jeweiligen pneumatischen Aktors 4, also zweckmäßigerweise durch Belüften und/oder Entlüften einer jeweiligen Druckkammer des jeweiligen pneumatischen Aktors 4. Der für die Regelung verwendete aktuelle, d.h. der sich durch die Betätigung des jeweiligen pneumatischen Aktor 4 ergebende Druck, wird mittels in 1 nicht dargestellten Drucksensoren erfasst und dem jeweiligen Druckregler-Gerät 3 als Ist-Drucksignal bereitgestellt.The target pressure signal corresponding to the position setpoint signal is determined, for example, from a table of values stored in a memory of the position controller device 2. The respective pressure controller device 3 then regulates to the target pressure corresponding to the target pressure signal and provides this pressure to the respective pneumatic actuator 4, in particular by pneumatically actuating the respective pneumatic actuator 4, i.e., expediently by pressurizing and/or venting a respective pressure chamber of the respective pneumatic actuator 4. The current pressure used for the control, i.e., the pressure resulting from the actuation of the respective pneumatic actuator 4, is determined by means of a 1 The pressure sensors (not shown) detect the pressure and provide it to the respective pressure regulator device 3 as an actual pressure signal.

Die Positionsanforderung dient beispielhaft dazu, den jeweiligen pneumatischen Aktor 4 aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung zu bewegen. Beispielhaft soll der jeweilige pneumatische Aktor 4 aus einer ersten Endlage, die auch als deaktivierte Stellung bezeichnet werden kann, in eine zweite Endlage, die als aktivierte Stellung bezeichnet werden kann, oder umgekehrt bewegt werden. Am Beispiel des Schieberventils 5 entspricht die Bewegung einer Bewegung von der Stellung, in der die Öffnung 9 des Schieberventils 5 nicht durch das Ventilglied 12 verschlossen ist, in die Stellung, in der die Öffnung 9 des Schieberventils 5 durch das Ventilglied 12 verschlossen ist oder umgekehrt. Bei den Positionierungsaktoren 24 entspricht die deaktivierte Stellung derjenigen Stellung, in der die Positionierungskolbenstangen 23 so weit eingefahren sind, dass der Wafer 11 auf der Wafer-Auflage 21 abgelegt ist und die Positionierungskolbenstangen 23 in Höhenrichtung nicht gegenüber der Wafer-Auflage 21 vorragen. In der aktivierten Stellung der Positionierungsaktoren 24 ragen die Positionierungskolbenstangen 23 gegenüber der Wafer-Auflage 21 vor, um den Wafer 11 von der Wafer-Auflage 21 abzuheben. Für ein gleichmäßiges Absenken und für ein gleichmäßiges Abheben des Wafers 11 auf die Wafer-Auflage 21 oder von der Wafer-Auflage 21 ist es erforderlich, dass alle Positionierungskolbenstangen 23 synchron zueinander bewegt werden.The position request serves as an example to move the respective pneumatic actuator 4 from a first position to a second position. For example, the respective pneumatic actuator 4 is to be moved from a first end position, which can also be referred to as the deactivated position, to a second end position, which can be referred to as the activated position, or vice versa. Using the slide valve 5 as an example, the movement corresponds to a movement from the position in which the opening 9 of the slide valve 5 is not closed by the valve element 12, to the position in which the opening 9 of the slide valve 5 is closed by the valve element 12, or vice versa. For the positioning actuators 24, the deactivated position corresponds to the position in which the positioning piston rods 23 are retracted to such an extent that the wafer 11 is placed on the wafer support 21 and the positioning piston rods 23 do not protrude vertically beyond the wafer support 21. In the activated position of the positioning actuators 24, the positioning piston rods 23 project towards the wafer support 21 to lift the wafer 11 from the wafer support 21. For a uniform lowering and lifting of the wafer 11 onto or from the wafer support 21, it is necessary that all positioning piston rods 23 move synchronously with each other.

Die Position des jeweiligen pneumatischen Aktors 4 wird zweckmäßigerweise jeweils mittels eines Positionssensors 25 erfasst und das korrespondierende Positionssignal dem Positionsregler-Gerät 2 als Positions-Istwert zur Verfügung gestellt, wofür die Positionssensoren 25 jeweils über eine Signalleitung 26 signaltechnisch mit dem Positionsregler-Gerät 2 verbunden sind. Entsprechend erfolgt im Positionsregler-Gerät 2 ausschließlich eine Positionsregelung und/oder in dem jeweiligen Druckregler-Gerät 3 ausschließlich eine Druckregelung. Das Ist-Drucksignal wird nur dem Druckregler-Gerät 3 zugeführt und nicht dem Positionsregler-Gerät 2.The position of each pneumatic actuator 4 is conveniently detected by means of a position sensor 25, and the corresponding position signal is provided to the position controller 2 as the actual position value. For this purpose, the position sensors 25 are each connected to the position controller 2 via a signal line 26. Accordingly, only position control takes place in the position controller 2 and/or only pressure control takes place in the respective pressure controller 3. The actual pressure signal is only supplied to the pressure controller 3 and not to the position controller 2.

Exemplarisch sind die Mehrzahl an Druckregler-Geräten 3 vorliegend Teil einer Ventilinsel 27, die signaltechnisch über eine Signalleitung 26 mit dem Positionsregler-Gerät 2 verbunden ist. Jeweils ein Druckregler-Gerät 3 ist mit einem der Mehrzahl an pneumatischen Aktoren 4 pneumatisch über eine Druckleitung 28 verbunden.For example, the majority of pressure regulator devices 3 are shown here as part of a valve manifold 27, which is connected to the position regulator device 2 via a signal line 26. Each pressure regulator device 3 is pneumatically connected to one of the majority of pneumatic actuators 4 via a pressure line 28.

In der 3 ist ein Blockdiagramm eines pneumatischen Systems 1 zur Industrieautomation dargestellt. Das dargestellte pneumatische System 1 umfasst exemplarisch ein Positionsregler-Gerät 2, ein Druckregler-Gerät 3 und einen pneumatischen Aktor 4. Das Positionsregler-Gerät 2 erhält ein Positions-Sollsignal XSoll, ermittelt daraufhin das dem Positions-Sollsignal XSoll zugehörige Solldruck-Signal pSoll und gibt dieses an das Druckregler-Gerät 3 aus. Das zu dem Positions-Sollsignal XSoll gehörende Solldruck-Signal pSoll wird beispielsweise aus einer in einem Speicher des Positionsregler-Geräts 2 hinterlegten Wertetabelle ermittelt. Das Druckregler-Gerät 3 nimmt daraufhin eine Regelung auf den dem Solldruck-Signal pSoll entsprechenden Solldruck p vor und stellt diesen dem pneumatischen Aktor 4 bereit. Der für die Regelung verwendete aktuelle, d.h. der sich durch die Betätigung des pneumatischen Aktors 4 ergebende Druck, wird mittels nicht dargestellter Drucksensoren erfasst und dem Druckregler-Gerät 3 als Ist-Drucksignal bereitgestellt. Das der Position des pneumatischen Aktors 4 korrespondierende Positionssignal wird dem Positionsregler-Gerät 2 als Positions-Istwert x zur Verfügung gestellt.In the 3 Figure 1 is a block diagram of a pneumatic system 1 for industrial automation. The depicted pneumatic system 1 comprises, for example, a position controller 2, a pressure controller 3, and a pneumatic actuator 4. The position controller 2 receives a target position signal XSoll, then determines the corresponding target pressure signal pSoll, and outputs this to the pressure controller 3. The target pressure signal pSoll, corresponding to the target position signal XSoll, is determined, for example, from a table of values stored in a memory of the position controller 2. The pressure controller 3 then regulates the pressure to the target pressure p corresponding to the target pressure signal pSoll and supplies this pressure to the pneumatic actuator 4. The current pressure used for control, i.e., the pressure resulting from the actuation of the pneumatic actuator 4, is detected by means of pressure sensors (not shown) and provided to the pressure regulator 3 as a current pressure signal. The position signal corresponding to the position of the pneumatic actuator 4 is provided to the position controller 2 as the current position value x.

Claims

Pneumatic system (1) for industrial automation, comprising: a position controller (2), at least one pressure controller (3), at least one pneumatic actuator (4), wherein the position controller (2) is configured to perform position control of the pneumatic actuator (4) and, within the scope of position control, to output a setpoint pressure signal to the pressure controller (3), wherein the pressure controller (3) is configured to perform pressure control based on the setpoint pressure signal and, within the scope of pressure control, to actuate the pneumatic actuator (4), a wafer support (21) for supporting a wafer (11), and a positioning structure (22) which can be moved by the pneumatic actuator (4) relative to the wafer support in order to position the wafer (11) relative to the wafer support (21), in particular to move the wafer (11) resting on the wafer support (21) from the to lift the wafer support (21) and/or to lower the wafer (11) onto the wafer support (21).

Pneumatic system according to a preceding claim, wherein the pressure regulator device (3) is arranged separately from the position regulator device (2).

Pneumatic system according to a preceding claim, wherein the pressure regulator device (3) has a pressure regulator device outer housing and the position regulator device (2) has a position regulator device outer housing separate from the pressure regulator device outer housing.

Pneumatic system according to one of the preceding claims, wherein an actual pressure signal resulting from the pneumatic actuation of the actuator (4) is supplied to the pressure regulator device (3) and is not supplied to the position regulator device (2).

Pneumatic system according to a preceding claim, comprising a plurality of pressure regulator devices (3) and a plurality of pneumatic actuators (4, 16, 17, 24), wherein the position regulator device (2) is configured to perform a respective position control for each pneumatic actuator (4, 16, 17, 24) and, within the scope of the respective position control, to output a respective setpoint pressure signal to a respective pressure regulator device (3), and wherein each pressure regulator device (3) is configured to perform a respective pressure control based on the respective setpoint pressure signal and, within the scope of the respective pressure control, to actuate a respective pneumatic actuator (4, 16, 17, 24).

Pneumatic system according to Claim 5 , wherein the position controller device (2) has a position controller device outer housing and each pressure controller device (3) has a respective pressure controller device outer housing separate from the position controller device outer housing.

Pneumatic system according to a preceding claim, wherein each pressure regulator device (3) is designed as a plate-shaped valve module.

Pneumatic system according to Claim 5 in combination with Claim 7 , wherein the valve modules are arranged in a row in one direction and/or are part of a valve manifold (27).

Pneumatic system according to a preceding claim, wherein the position controller device (2) is designed as a higher-level control system, in particular a PLC, on which a position controller program is expediently executed to provide the target pressure signal.

Method for operating a pneumatic system according to one of the preceding claims, comprising the steps: performing, by means of the position control device (2), the position control of the pneumatic actuator (4), output, within the framework of the position control, a set pressure signal to the pressure control device (3), performing, with the pressure control device (3), the pressure control based on the set pressure signal and actuating, within the framework of the pressure control, the pneumatic actuator (4).

Procedure according to Claim 10 , further comprising the steps: moving the valve element (12) into an open position in which the opening (9) is open, moving the wafer (11) through the opening (9).