直到现在，半导体生产还缺乏一个完整自动化概念的核心部分。库卡现在将康耐视提供的带有图像处理功能的机器人抓取系统安装在运输载体上，从而实现了晶圆运输的自动化，包括搬运。

半导体的性能决定了产业创新的步伐。这适用于工业自动化，也适用于智能建筑技术和汽车行业。市场继续增长，具体体现在以下数据：2018年，国际半导体行业实现营业额4810亿美元，根据普华永道的统计，2022年达到5250亿美元。

特别是机器人行业也从这一发展中受益，其中一个原因是最新一代的控制装置和控制器提供了额外的功能。同时，机器人制造商的创新能力也加速了微处理器制造商的效率和生产力。这种动态的互动也反映在自动化概念中。

比如，库卡提供了非常灵活的系列机器人，可以快速适应各种处理要求。但因半导体的生命周期很短，市场也相应地产生较大波动。

图1 环境检测为平台创造了前提条件，使其可以在没有保护性围栏的情况下助力协作机器人，集成的图像处理指导抓取过程

用于洁净室的灵活处理系统

通过这种方式，单个生产步骤可很好地实现自动化，并达到高质量水平。到目前为止的一个例子是，从一个工作站到下一个工作站的半导体基片（晶圆）的运输。此处对完全自动化生产产生了需求，因为在无员工的生产过程中更易保证洁净室条件。然而，直到现在，由于移动机器人的行进和抓取精确度不够，阻碍了半导体自动化生产的发展。

据制造商称，库卡为这项任务开发了世界上第一个一站式解决方案，不仅可以自动运输半导体盒，还可以应用半移动解决方案（Semi Mobility Solution）对其进行处理。在这里，LBR Iiwa系列的轻型机器人被安装在KMR 200 CR型自主无人驾驶运输车（FTF）上。FTF可以在最狭小的空间内操纵，库卡工程师还开发了一个复杂的夹持系统，用于自动搬运。

图2 加工和抓取，直到现在还缺乏精确性：带有康耐视图像处理的库卡机器人，首次使半导体盒得以自动化地运输和处理

完整的自动化：运输车+机械臂+抓手

自动化解决方案工作原理如下：首先，半移动解决方案行进到一个转移点，在那里有晶圆的运输箱；当FTF到达目的地时，机械臂能在集成图像处理传感器的帮助下精确确定其位置，并进行精细校准。

这使机器人能够高精度地抓取运输箱，并将敏感的晶片放在FTF平台上的一个托盘中而不产生振动。可以处理和运输直径为200～300mm两种尺寸的晶圆盒子。到达目的地时，机器人将运输箱存放在相应的处理单元。

在空间上，半移动解决方案根据存储的目的地行进，但会自己选择行进路线。LBR-Iiwa平台的导航能力使其在自主行进过程中保证了敏感与安全性。环境追踪得到了激光扫描仪的支持。它们实时感知环境，从而避免碰撞。

在协作机器人的使用中，若操作人员的附近没有安全围栏，以安全为导向的环境检测也为该平台创造了先决条件。抓取过程本身由集成的图像处理来指导。这里需要极高的精度和可靠性，因为晶圆很敏感，故必须避免振动。

图3 康耐视In-Sight 2000图像处理传感器负责对比和定位机械手，精度达到毫米级

图像处理：集成到系统中的逻辑

在选择视觉处理系统时，库卡的开发人员选择了康耐视In-Sight 2000传感器，它结合了视觉系统的性能和工业传感器的简单性和低成本。此外，它们提供了高度的灵活性，可以安装在极小的空间中。这是一个很受欢迎的功能，因为BV传感器要和机器人手臂一起移动。因此，In-Sight 2000极低的布线负担也是做出这一决定的原因。该传感器可通过以太网和PoE进行整合。另外，In-Sight 2000的逻辑被集成到设备中，图像处理可以很容易被 “教”。库卡公司电子业务开发经理Ralf Ziegler表示：“传感器提供的全面的通信选项，其‘内置’的智能和良好的可编程性也是优势所在。”

In-Sight 2000的集成式LED环形灯（正在申请专利）也确保了整个图像的均匀照明，不受限于当前的照明情况。这对移动应用尤其重要，因为各地的照明不尽相同，图像质量也受一天中的时间和不同季节的影响。

视觉引导下的最后几厘米定位

在半移动解决方案的实际操作中，机器人抓手首先接近运输箱，然后，开始图像处理的工作。它检测存储在控制器中的目标点的偏移量，并在此基础上参考机械手的位置，然后机械手可以在毫米范围内以要求的精度抓取各自的运输箱。一个集成的校准功能确保了持久的精确定位。

库卡已经向国际上的半导体制造商提供了第一批半移动解决方案。移动机器人在洁净室条件下运行，并在此通过了ISO 3级（IPA）、UL 1740和UL 1998认证。它们也可以在车队中使用，并且可以像精确地抓取装有高敏感晶片的盒子一样可靠，这主要归功于康耐视的图像处理。这意味着微处理器生产链中的一个重要自动化步骤现在已经完成。