工件承载装置的更换方法、工件承载装置及用于涂覆基板的生产车间与流程

本揭露是有关于一种在生产车间中自动或全自动更换工件承载装置的方法，特别是有关于通过电子束物理气相沉积制程(ebpvd：electron-beam physicalvapordeposit)对涡轮叶片、轮叶、导流板等进行涂覆。此外，本揭露是有关于一种对应的工件承载装置和一种对应的生产车间，其能够全自动地更换工件承载装置。在本揭露的意义上，用于涂覆基板的生产车间的工件承载装置也可以称为耙(rake)、涡轮叶片涂覆耙(tbc：turbinebladecoating)等。

背景技术：

1、在从实务中已知的用于涂覆基板(例如涡轮叶片、空气挡板等)的生产车间中，工件载体(所谓的耙)由车间操作员在涂覆室的装载室中手动组装和拆卸。在这种情况下，被涂覆的基板在装载室中从工件载体上单独移除。待新涂覆的基板也被单独放置在装载室中的工件载体上。手动组装和拆卸单一基板使得这些基板更换过程非常耗时。

2、由于基板在涂覆期间达到高达1000℃的温度，因此在移除基板之前还必须允许一定的冷却时间。在大约600℃的温度下，随后操作员使用耐热手套手动移除单一基板。

3、以这种方式手动更换基板非常耗时、不符合人体工程学并且通常对安全至关重要。在组装和拆卸期间，生产车间各自的装载和涂覆室不能用于涂覆。此外，在上述边界条件下进行手动组装和拆卸时，可能会出现处理错误，从而导致车间停伡。

4、因此，本揭露的一个目的是提供一种克服先前技术的缺点的方法、工件承载装置、以及生产车间。具体而言，本揭露的目的是提供一种解决方案，此解决方案能够在涂覆车间中实现快速且可再现的基板更换。

5、此目的通过独立权利要求的标的实现。此方法、工件承载装置、及生产车间的进一步发展和实施例是从属权利要求和以下描述的标的。

技术实现思路

1、本揭露的一个态样是有关于一种用于在生产车间中更换工件承载装置的方法，此车间用于涂覆基板，较佳地用于涂覆例如涡轮机叶片、轮叶、空气隔板等的基板，较佳地通过电子束物理气相沉积制程(ebpvd：electron-beam physicalvapordeposit)。特别地，此方法可以包括工件承载装置的自动或全自动更换。在本揭露的意义上，用于涂覆基板的生产车间的工件承载装置也可以称为工件承载器、耙、涡轮叶片涂覆耙(tbc：turbinebladecoating)等。

2、此方法包括通过机器人将工件承载装置从生产车间的供应区移动到生产车间的处理区。移动可以包括通过机器人的机器人夹持器夹持工件承载装置、举升工件承载装置、及枢转工件承载装置。机器人例如可以是关节臂机器人(articulated-armrobot)、龙门机器人(gantryrobot)、多轴搬运系统(搬运装置)等。机器人夹持器可设计成夹持至少一、至少二、或多于两个的工件承载装置。

3、此方法包括通过处理区中的工件承载装置的耦接接口和生产车间的连接部分将工件承载装置可释放地耦接到生产车间。可释放的耦接通过机器人进一步移动工件承载装置来实现。特别地，进一步的移动可以是工件承载装置的竖直移动、或者更准确地说是降低。进一步的移动通常发生在工件承载装置移动到处理区中的指定位置(特别是移动到装载室中)之后。

4、为了将工件承载装置可释放地耦接到生产车间，工件承载装置的连接臂机械耦接到生产车间的连接部分，由此连接臂相对于连接部分固定或固持在固定位置。由此，工件承载装置的整个框架结构被固定或固持在相对于连接部分的固定位置，因为连接臂可以较佳地与框架结构一体地形成或者成为框架结构的一部分或者至少是固定连接到框架结构。这种固定的机械耦接是可释放的，特别是通过机器人以工件承载装置的举升运动的形式的竖直移动来释放。

5、此外，为了将工件承载装置可释放地耦接到生产车间，工件承载装置的驱动轴机械地耦接到生产车间的驱动轴，从而驱动轴以可旋转驱动的方式连接到驱动轴。此机械耦接也是可释放的，特别是通过机器人以工件承载装置的举升运动的形式的竖直移动来释放。

6、因此，根据本揭露的方法可以用简单的方式更换整个工件承载装置，此工件承载装置包括大量的单独固持器或其上布置有基板的基板容器。因此，整个工件承载装置(包括多个基板)可以以一个单元形式通过机器人并借助于设置在工件承载装置上的机械耦接接口自动地与生产车间的其他部件去耦接，并且移动到供应区或移除区。从那里，工件承载装置可以进一步运输并在组装和拆卸区组装和拆卸。同时，可以通过机器人将具有待涂覆的基板的新准备好的工件承载装置从供应区移动到处理区并耦接到生产车间。因此，与传统的生产车间不同，车间内的组装和拆卸不再是单独和手动进行的。替代地，同时自动更换大量的基板。得益于机器人致动的机械耦接和移动，可以用可重复、快速和安全的方式进行更换。同时，减少车间操作员的工作量。

7、在此过程的进一步发展中，机器人可以包括可移动的锁栓。在工件承载装置移动到处理区之前，可移动的锁栓可以插入形成在连接臂中的第一通孔中并且同时插入形成在驱动轴中的第一驱动轴孔中。这可以阻止驱动轴和连接臂之间的相对旋转，特别是在工件承载装置的移动和耦接期间。在工件承载装置已经可释放地耦接到生产车间之后，可移动的锁栓可以从第一通孔和第一驱动轴孔移除或取出。这可以允许驱动轴和连接臂之间的相对旋转，这可能是需要的，例如在随后的基板涂覆期间根据预期的程序移动它们。

8、应当理解，可移动的锁栓可以自动移入和移出第一孔。机器人的可移动的锁栓可以用气动、液压、及/或机电方式移动。通过将可移动的锁栓插入到相关联的第一孔中和从中取出，可以进一步提高耦接的可重复性并因此进一步提高转换，从而进一步提高安全性。锁栓可以是线性可移动的，特别是可竖直移动的。

9、根据进一步的发展，工件承载装置可以布置在供应区中的定心托盘或定心平台上，其上形成有定心螺栓，使得定心螺栓接合在连接臂中形成的第二通孔中和在驱动轴上形成的第二驱动轴孔中。这可以阻止驱动轴和连接臂之间的相对旋转。定心螺栓尤其可以是固定的定心螺栓。第二孔可以在连接臂或驱动轴的圆周方向上与第一孔间隔开，例如偏移180°。第二孔可较佳地与第一孔同轴布置。通过机器人将工件承载装置精确定位在定心托盘上的预定位置，定心螺栓可以插入相关联的第一孔中。特别地，通过机器人降低工件承载装置，可以将定心螺栓插入相关联的第二孔中。

10、在可移动的锁栓从相关联的第一孔中取出之前并且较佳地在机器人释放工件承载装置之前，定心螺栓可以完全插入第二孔中。这样，只要驱动轴不与驱动轴机械耦接，就可以保证驱动轴相对于连接臂是固定的。

11、定心托盘可以是可移动的或可动的，使得它与工件承载装置和定位在其上的基板可以一起从供应区移动到远离生产车间的组装和拆卸区。

12、在将驱动轴与驱动轴耦接之前，在此方法的进一步发展中，生产车间的驱动轴可以通过控制器被带到相对于驱动轴的预定旋转位置。这可以简化驱动轴的一部分与驱动轴的一部分的后续耦接或接合。控制器可以例如是记忆体可编程逻辑控制器或包括可程序化逻辑控制器(plc)程序。

13、驱动轴到相对于驱动轴的预定旋转位置的对准已经可以通过工件承载装置的先前去耦接的对准来实现，在这种情况下，驱动轴在更换期间保持在对准的旋转位置中。

14、先前去耦接的驱动轴的对准包括仍与其机械耦接的驱动轴的同时对准。这也使驱动轴进入驱动轴相对于连接臂的预定旋转位置，从而使第一驱动轴孔与连接臂的第一通孔共同对准，从而使第二驱动轴孔进入与连接臂的第二通孔共同对准。

15、在根据本揭露的方法的进一步发展中，可以进一步执行待涂覆基板及/或已涂覆基板的自动追踪，例如以确定其位置、涂覆条件、品质等。例如，此方法可能包括基板的状态监测。状态监测可以通过图像处理及/或基板特性的测量来实现。基板特性的测量可以包括例如测量和比较包括基板的工件承载装置在涂覆之前和之后的重量。这些进一步的方法步骤可以使生产车间和生产过程更加安全和有效率，因为通过追踪和监测可以减少意外故障，从而缩短车间的停伡时间。

16、此方法尤其可以借助下述类型的工件承载装置及/或下述类型的生产车间来执行。在此态样描述的特征、优点、功能、操作模式、实施例和进一步发展可以对应地应用于此方法的进一步发展，且反之亦然。

17、此方法可以包括同时更换一个以上的工件承载装置，例如两个、三个、或三个以上的工件承载装置。在这种情况下，上述关于工件承载装置的特征、功能和态样对应地适用于另外的工件承载装置。

18、本揭露的另一个态样是有关于一种用于生产车间的工件承载装置，此生产车间用于涂覆基板，较佳地用于涂覆涡轮机叶片、轮叶、空气隔板等，较佳地通过电子束物理气相沉积制程(ebpvd：electron-beamphysicalvapor deposition)。工件承载装置在本文中也可称为工件承载器、耙、涡轮叶片涂覆耙等。

19、工件承载装置包括框架结构，框架结构具有形成在其上的多个单独固持器或基板容器以用于固持多个基板。每个对应的单独固持器可以形成为固持基板。

20、工件承载装置包括细长的连接臂，连接臂将框架结构连接到生产车间的连接部分，并因此将多个单独固持器连接到生产车间的连接部分。连接臂具有纵轴，连接臂沿着此纵轴延伸。特别地，连接臂可以是管状的。较佳地，连接臂具有圆形剖面。连接臂和框架结构尤其可以一体形成。例如，连接臂可以是框架结构的一部分、区域、或区段。例如，连接臂可以是框架结构或工件承载装置的端部。

21、工件承载装置包括可旋转支撑在连接臂中的驱动轴，此驱动轴机械地耦接到多个单独固持器以驱动或移动多个基板。因此，驱动轴设置在连接臂中并且沿着连接臂的纵轴至少部分地延伸穿过连接臂或者与连接臂具有共同的纵轴。通过移动驱动轴，机械地连接到其上的各个固持器及因此由其固持的基板可以单独移动，这在涂覆期间特别相关。

22、工件承载装置包括耦接接口，工件承载装置经由此耦接接口可以通过机器人可拆卸地耦接到生产车间。耦接接口尤其可以形成在连接臂的背对多个单独固持器的端部处。通过耦接接口，连接臂可以机械地耦接到生产车间的连接部分，以在相对于连接部分的固定位置固持连接臂和与其固定连接或与其一体形成的框架结构(即工件承载装置)。此外，通过耦接接口，驱动轴可以机械地耦接到生产车间的驱动轴，以将驱动轴可旋转地连接到驱动轴。因此，耦接接口既实现用于固持和固定工件承载装置的固定静态连接，又实现用于传递动态运动(尤其是旋转运动)的机械连接。应当理解，所描述的机械耦接是可释放的连接。

23、特别地，可以通过工件承载装置的举升/降低运动(即通过工件承载装置横向于连接臂的纵轴的竖直移动)来释放或建立机械耦接。工件承载装置的举升/降低运动可以通过机器人使工件承载装置移动来进行。

24、根据本揭露的工件承载装置能够通过形成在其上的机械耦接接口自动及/或完全自动地更换包括框架结构的整个工件承载装置，此框架结构具有多个单一固持器和布置在其上的多个基板。这种机械耦接接口也可以在高温下使用并且即使在涂覆车间的处理区中的环境条件下也允许可靠和安全的耦接和去耦接。

25、在一实施例中，耦接接口包括形成在用于机器人的机器人夹持器的连接臂的周边表面上的两个接合表面。两个接合表面可布置成彼此基本相对。两个接合表面例如可以是铣入连接臂的周边表面中的凹槽，每个凹槽都具有基本平坦的非圆形底面，使得互补的机器人夹持器可以最佳地接合在这些底面上。

26、根据进一步的发展，耦接接口可以包括形成在连接臂中用于机器人的锁栓的第一通孔。耦接接口可以包括形成在驱动轴中用于机器人的锁栓的第一驱动轴孔，其中第一通孔和第一驱动轴孔在驱动轴相对于连接臂的预定旋转位置中彼此对准。彼此对准在此意味着这两个孔基本上彼此同轴布置，并且沿着其旋转轴间隔开，使得锁栓可以通过第一通孔插入到第一驱动轴孔中，由此锁栓同时与第一通孔和第一传动轴孔啮合。因此，锁栓可以在接合期间阻挡或防止驱动轴和连接臂之间的相对运动，特别是旋转运动。锁栓也可称为锁定销、锁定心轴(lockingmandrel)等。

27、在工件承载装置的进一步发展中，耦接接口可以包括形成在连接臂中的用于定心托盘的定心螺栓的第二通孔。耦接接口可以包括形成在驱动轴中的用于定心托盘的定心螺栓的第二驱动轴孔，其中第二通孔和第二驱动轴孔在驱动轴相对于连接臂的预定的旋转位置中彼此对准。特别地，预定旋转位置可以对应于上述关于第一孔的预定旋转位置。彼此对准在这里意味着这两个孔基本上彼此同轴布置并且沿着其旋转轴彼此间隔开，使得定心螺栓可以通过第二通孔插入到第二驱动轴孔中，由此定心螺栓同时与第二通孔和第二传动轴孔接合。因此，定心螺栓可以在接合期间阻止或防止驱动轴和连接臂之间的相对运动，特别是旋转运动。定心螺栓也可称为定心销、定心心轴等。

28、在一实施例中，耦接接口可以包括形成在驱动轴的一端处的剑形部分。换言之，耦接接口可以包括形成在驱动轴的一端处的键(key)或突起。剑形部分或突起/键可以形成在驱动轴的端点的端面上。此处所述的驱动轴的端点可以是工件承载装置未组装状态下驱动轴的自由端。剑形部分或突起/键配置以与驱动轴的互补凹槽(例如，沟槽或狭槽)接合，从而可以实现驱动轴和驱动轴之间的正向连接，允许至少从驱动轴到驱动轴的旋转运动的传输。为了使剑形部分或突起/键能够接合到互补凹槽中，驱动轴和驱动轴可各自进入预定的旋转位置并因此彼此对准。特别地，本文所述的驱动轴的预定旋转位置可以对应于上述关于第一孔及/或第二孔的预定旋转位置。

29、根据进一步的发展，耦接接口可以包括形成在连接臂的一端处的套环(collar)，特别是在工件承载装置的未组装状态下形成在连接臂的自由端处。套环可以是环形段的形式，其在轴向方向上延伸超过连接臂的端点。环形段可以具有与连接臂的邻接圆周表面相同的外径。环形段可以将圆周表面延伸超过连接臂的端部，并且可以与圆周表面一体地形成。套环可以包括形成在其内周表面上的保持突起，其在纵轴方向上从套环的内周表面延伸。因此，保持突起代表一种凸缘部分。当工件承载装置被耦接时，保持突起可以配置以在连接部分的一部分或部件后面接合，特别是连接部分的凸缘。

30、本揭露的另一个态样是有关于一种用于涂覆基板的生产车间，特别是用于涂覆涡轮机叶片、轮叶、空气隔板等，较佳地通过电子束物理气相沉积制程。

31、生产车间包括至少一上述类型的工件承载装置，其可释放地连接或可连接至生产车间的耙臂的连接部分。生产车间包括驱动轴，此驱动轴可旋转地安装在连接部分中并且可以通过马达可旋转地驱动。马达可以整合到生产车间中或布置在外部。

32、在一实施例中，生产车间可以包括机器人，此机器人配置以将工件承载装置连接到连接部分、将工件承载装置与连接部分去耦接、以及移动工件承载装置。例如，机器人可以是关节臂机器人、龙门机器人、多轴搬运系统(搬运装置)等。特别地，机器人可以配置以通过定位和降低将工件承载装置连接或耦接到耙臂的连接部分。特别地，机器人可以配置以通过举升工件承载装置将其与耙臂的连接部分去耦接或断开。因此，通过使用工件承载装置和机器人可以实现非常简单的耦接和去耦接。

33、机器人可以包括可移动的锁栓，其可插入第一通孔和第一驱动轴孔中和从中移除。锁栓可以用气动、液压及/或机电方式移动，其中锁栓的移动可以通过控制程序自动启动。锁栓可以是线性可移动的，特别是可竖直移动的。

34、连接部分可以包括从耙臂的端面轴向延伸的环形圈，其上形成有凸缘。耙臂描述(describes)生产车间的框架部分，以承载或支撑可附接到其的工件承载装置。凸缘在远离环形圈的纵轴的方向上从环形圈的外周表面延伸，更具体地，在生产车间的组装操作条件下通常向上延伸。环形圈和凸缘可以包括形成在环形圈和凸缘中的公共轴向凹槽。特别地，在生产车间的组装操作条件下，轴向凹槽可以形成在环形圈和凸缘的上部区域中。经由轴向凹槽，驱动轴的一部分可插入连接部分(进入环形圈和凸缘)以将驱动轴连接到驱动轴。更具体地，当驱动轴和驱动轴根据预定旋转位置彼此对准并与轴向凹槽对准时，驱动轴的剑形部分或突起/键可以通过轴向凹槽插入到驱动轴的互补凹槽(例如，沟槽或狭槽)中。

35、为此，驱动轴可以具有形成在端面中的互补凹槽(例如沟槽或狭槽)，驱动轴的剑形部分或突起/键可以插入到此凹槽中。端面可以是驱动轴的面向驱动轴的端面。

36、在进一步的发展中，生产车间可以包括其上形成有定心螺栓的定心托盘。定心托盘可以布置或设置在生产车间的预定位置，特别是在供应区。工件承载装置可以定位在定心托盘上。定心托盘提供用于临时接收工件承载装置的平台。定心螺栓可以是固定螺栓、销等，可插入连接臂和驱动轴的两个孔中，以防止驱动轴和连接臂之间的相对旋转。为了将工件承载装置拾取并固持在定心托盘上，可以通过机器人将工件承载装置放置在定心托盘上。

37、生产车间可以包括一个以上的工件承载装置，例如两个、三个、或三个以上的工件承载装置。在这种情况下，上述关于工件承载装置的特征、功能和态样对应地适用于额外的工件承载装置。

38、可以理解，此方法和工件承载装置也适用于高温普遍存在且需要机械运动接口的其他应用和生产车间。

39、尽管一些特征、优点、功能、操作模式、实施例和进一步的发展在上文中仅针对方法、工件承载装置或生产车间进行描述，但是其可以对应地应用于方法、工件承载装置或生产车间的其他者。