联轴器监测系统及其使用方法与流程

1.本公开涉及联轴器监测系统及其使用方法。


背景技术：

2.联轴器(coupling)是一种用于将两个轴(shaft)端对端地连接在同一条线上的机械设备。两个轴通过联轴器锁定在一起，并以相同的速度转动，将扭矩从驱动侧传递到从动侧。一些联轴器允许两个轴之间的一定程度的平行、轴向或角度的未对准。联轴器被用在直接机械驱动系统中，用于驱动机械驱动系统中的设备。


技术实现要素：

3.根据本公开的一个实施例，提供了一种联轴器，包括：主体；第一轮毂，位于所述主体的第一端处，其中，所述第一轮毂包括被配置为容纳第一轴的第一内孔，以及延伸穿过所述第一轮毂的相对的壁的一对对准的第一通孔和第二通孔，其中，所述第一通孔和所述第二通孔与所述第一内孔光学连通。
4.根据本公开的另一实施例，提供了一种联轴器监测系统，包括：联轴器，所述联轴器包括：主体，第一轮毂，位于所述主体的第一端处，其中，所述第一轮毂包括被配置为容纳第一轴的第一内孔，以及延伸穿过所述第一轮毂的相对的壁的一对对准的第一通孔和第二通孔，其中，所述第一通孔和所述第二通孔与所述第一内孔光学连通以限定第一光通路；传感器系统，被配置为在所述联轴器的操作开始之前，监测所述第一轴在所述第一轮毂中的位置；以及故障检测和分类(fdc)系统，被配置为基于来自所述传感器系统的信息，在所述联轴器的操作开始之前识别所述联轴器的异常。
5.根据本公开的又一实施例，提供了一种用于监测轴在联轴器中的轴向移位的方法，包括：把光发射到联轴器的第一轮毂中的第一通孔中，其中，所述第一轮毂被配置为容纳第一轴；检测离开所述第一轮毂中的第二通孔的光的强度，其中，所述第二通孔与所述第一通孔对准；确定所检测到的强度是否超过强度阈值；以及响应于所检测到的强度超过所述强度阈值，输出警报信号。
附图说明
6.当结合附图阅读时，可以从下面详细的描述中最佳地理解本公开的各方面。应当注意，根据行业的标准做法，各种特征不是按比例绘制的。事实上，为了讨论的清楚起见，各种特征的尺寸可能被任意增大或减小。
7.图1是根据一个或多个实施例的联轴器监测系统的图。
8.图2是根据一个或多个实施例的联轴器监测系统的图。
9.图3是根据一个或多个实施例的使用联轴器监测系统的方法的流程图。
10.图4是根据一个或多个实施例的用于控制联轴器监测系统的计算设备的框图。
具体实施方式
11.下面的公开内容提供了用于实现所提供主题的不同特征的许多不同的实施例或示例。下文描述了组件、值、操作、材料、布置等的具体示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例而不旨在限制本公开。其他组件、值、操作、材料、布置等是可能的。例如，在下面的描述中，在第二特征上方或之上形成第一特征可以包括以直接接触的方式形成第一特征和第二特征的实施例，并且还可以包括可以在第一特征和第二特征之间形成附加特征以使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。另外，本公开可以在各种示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且本身并不表示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。
12.此外，在本文中可能使用空间相关术语(例如“下方”、“之下”、“低于”、“以上”、“上部”等)，以易于描述图中所示的一个元件或特征相对于另一个(一些)元件或特征的关系。这些空间相关术语旨在涵盖器件在使用或操作中除了图中所示朝向之外的不同朝向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他朝向)，并且本文使用的空间相对描述符同样可以被相应地解释。
13.通常，联轴器包括一对轴向间隔开的轮毂(hub)，轮毂安装在相应轴的端部。轮毂通过诸如键或螺钉之类的锁定元件锁定到相应轴，以减少或防止轮毂在联轴器的操作期间相对于轴的轴向运动和旋转运动。轴在轮毂内的适当定位(确保轴和轮毂之间的正确锁定)有助于实现最大输出和机器寿命。然而，轮毂具有中空的圆柱形形状，使得一旦轴被封闭在轮毂中，在安装之后自动确定轴是否被正确地定位在轮毂中是困难的。当联轴器在操作中时，由于轴在轮毂中的不适当定位而导致的轴与轮毂之间的不正确锁定增加了轴与轮毂之间的锁定变松的风险。在一些实例中，即使轴最初被正确地锁定，机器的振动仍然导致轴和轮毂之间的锁定在长时间使用之后变得松动。因此，轴趋向于“偏移”离开初始位置，导致轴在联轴器的轴向方向上移位。轴向方向上的轴移位将导致联轴器的扭矩承载能力降低，并且如果足够严重，将导致轴和轮毂之间的接合失效。
14.轴和轮毂之间的接合失效导致产品可重复性和产量较差。例如，一些半导体器件制造工艺在不同阶段使用等离子体，包括蚀刻衬底上的材料、将材料沉积到衬底上、清洁衬底表面、以及修改衬底表面。一种等离子体处理工艺涉及通过将射频(rf)能量引入气体混合物中，而将能量赋予气体分子来激励气体混合物。为了有效地生成等离子体，rf电源向气体混合物提供最大rf电源，并且rf电源的阻抗与等离子体源匹配。通过调整匹配网络中的可变电容器的电容来实现阻抗匹配。在一些实例中，通过使用联轴器连接到可变电容器的驱动电机的旋转，来调节可变电容器的电容。在一些实例中，联轴器中的轴和轮毂的脱离降低了等离子体生成效率，并且导致产品一致性和产量较差。
15.根据当前描述的一些实施例，一对对准的通孔被设置在联轴器中的每个轮毂的相反侧。每对通孔被配置为允许在联轴器和轴被组装之后以及在联轴器的操作间歇期间，使用传感器系统来自动地监测轴在相应轮毂中的位置。在联轴器的连续使用期间，在原位监测轴在相应轮毂内的位置有助于获得关于轮毂中的相应轴随时间的轴向移位程度的信息。与轴的轴向移位相关的信息有助于更好地管理联轴器和与联轴器相关联的半导加工工具的操作，从而有助于确保和保持集成电路制造工艺中的稳定性、可重复性和产量。
16.图1和图2是根据一个或多个实施例的联轴器监测系统100的图。图1是处于第一轴
位置设置的联轴器监测系统100的图。第一轴位置设置对应于其中轴被正确地锁定或者轴的轴向移位达到相应移位阈值之前的轴的位置。图2是处于第二轴位置设置的联轴器监测系统100的图。第二轴位置设置对应于其中轴被不正确地锁定或者轴的轴向移位已经达到相应移位阈值之后的轴的位置。
17.参考图1和图2，联轴器监测系统100包括联轴器110，用于在两个轴向间隔开的轴(即第一轴102和第二轴104)之间传递扭矩。在一些实施例中，第一轴102用作驱动轴并且被耦合到驱动设备106。第二轴104用作从动轴并且被耦合到负载设备108。在一些实施例中，第一轴102和第二轴104被布置为围绕联轴器110的纵向轴线a-a’旋转。联轴器监测系统100还包括传感器系统130，该传感器系统130用于在连续使用联轴器110之前或期间监测第一轴102和第二轴104在联轴器110中的位置。数据采集(daq)系统140被耦合到传感器系统130的各种组件，并且被配置为将从传感器系统130接收的信号转换为故障检测和分类(fdc)系统150可读和可解释的信号。fdc系统150被耦合到daq系统140，并且被配置为确定从daq系统140接收到的光强度是否超过强度阈值，该强度阈值指示将要发生轴102或104从联轴器110的脱离，并且一旦光强度超过强度阈值，则生成输出信号以触发警报和/或停止与联轴器相关联的半导体加工工具的操作。
18.驱动设备106被配置为经由第一轴102、联轴器110和第二轴104来驱动负载设备108。在一些实施例中，驱动设备106是例如电机，例如步进电机或连续驱动电机。在一些实施例中，负载设备108是可变电容器，并且可变电容器的电容响应于由驱动设备106引起的旋转而变化。
19.联轴器110被配置为耦合第一轴102和第二轴104。在一些实施例中，联轴器110包括主体112、第一轮毂114和第二轮毂116。第一轮毂114和第二轮毂116位于主体112的相对端部上，并且通过主体112连接。在一些实施例中，第一轮毂114和第二轮毂116具有相同的尺寸和形状。在一些实施例中，第一轮毂114和第二轮毂116具有不同的尺寸和形状。
20.在一些实施例中，主体112被配置为允许第一轴102和第二轴104之间的一定程度的未对准，例如轴角度未对准或轴偏移未对准，同时仍然允许扭矩从第一轴102有效地传递到第二轴104。在一些实施例中，主体112是由不锈钢制成的金属波纹管。在一些实施例中，金属波纹管具有螺旋或盘绕形状。在一些实施例中，主体112由例如弹性材料(例如，橡胶、聚氨酯或聚醚醚酮(peek))形成。在一些实施例中，主体112具有圆柱形形状。在一些实施例中，主体112具有多边形形状。
21.第一轮毂114被配置为可拆卸地安装在第一轴102上，并且第二轮毂116被配置为可拆卸地安装在第二轴104上。在一些实施例中，第一轮毂114包括延伸穿过其中的纵向居中的内孔118。在一些实施例中，第二轮毂116包括延伸穿过其中的纵向居中的内孔120。内孔118用于容纳第一轴102的端部，并且内孔120用于容纳第二轴104的端部。在一些实施例中，内孔118和120独立地为圆形或d形。在一些实施例中，内孔118具有与内孔120相同的尺寸。在一些实施例中，内孔118具有与内孔120不同的尺寸。在一些实施例中，内孔118和120中的至少一个具有锥形形状，其尺寸小于相应的第一轴102和第二轴104的端部的尺寸。在内孔118具有锥形形状的实例中，一旦第一轴102被容纳在内孔118中，第一轮毂114就与第一轴102形成过盈配合(interference fit)。在内孔120具有锥形形状的实例中，一旦第二轴104被容纳在内孔120中，第二轮毂116就与第二轴104形成过盈配合。在第一轴102和第二
轴104被插入到相应的内孔118和120中之后，第一轴102和第二轴104通过紧固元件(未示出)固定到相应的轮毂114、116。紧固元件的示例包括但不限于螺钉、销、键和夹紧环。在一些实施例中，第一轮毂114和第二轮毂116独立地由例如工程材料(例如，铸铁、不锈钢、铝、合金、弹性体材料等)制成。
22.在一些实施例中，第一轮毂114和第二轮毂116中的每一个被形成为单个部件。例如，第一轮毂114和第二轮毂116中的每一个具有包围相应内孔118或120的中空圆柱形形状。在一些实施例中，第一轮毂114和第二轮毂116中的每一个具有拼合轮毂设计，使得第一轮毂114和第二轮毂116中的每一个被轴向地拼合成一对半弓形半部。当组装时，将拼合轮毂的第一半部放置在轴上，并且然后将拼合轮毂的第二半部安装到该第一半部，从而限定内孔118或120。
23.第一轮毂114包括至少一对对准的通孔，例如通孔122和124，其径向延伸穿过第一轮毂114的相对的壁。通孔122和124各自在横贯联轴器110的纵向轴线a-a’的径向方向上延伸。在一些实施例中，通孔122和124各自在垂直于联轴器110的纵向轴线a-a’的方向上延伸。通孔122在内孔118的第一侧与内孔118相交，并且通孔124在内孔118的与第一侧相对的第二侧与内孔118相交。通孔122和124与内孔118光学连通，并且通孔122、124和内孔118一起限定第一光通路p1。在联轴器110和轴102、104组装之后或在联轴器110的操作间歇期间，第一光通路p1可用于原位监测第一轴102在第一轮毂114中的位置。例如，在一个实例中，在联轴器110与轴102、104组装之后并且联轴器110的操作开始之前，如果第一轴102被正确地锁定在第一轮毂114中，则第一轴102大部分或全部地延伸穿过第一光通路p1，如图1所示。因此，第一轴102将第一光通路p1阻挡到没有足够量的光能够穿过第一光通路p1的程度，并且将不会触发指示第一轴102没有被安装在正确位置中的警报。相反，如果第一轴102被不正确地锁定在第一轮毂114中，则第一轴102略微延伸到第一光通路p1中，或者在一些实施例中，第一轴102完全在第一光通路p1的外部，如图2所示。因此，第一光通路p1基本上或完全被清除以允许足够量的光通过，从而触发警报。在另一实例中，在联轴器100开始操作之后和在联轴器110的操作间歇期间，传感器130检测在一段持续时间内的光传输的数量。fdc系统150确定在该持续时间内的传输次数是否在联轴器110的正常操作范围内。在一些实施例中，持续时间是一秒。在一些实施例中，持续时间是几秒。如果第一轴102和第一轮毂114之间的锁定松动，但是第一轴102的最终轴向移位还没有达到移位阈值(在该移位阈值之上，第一轴102和第一轮毂114之间的接合失效将要发生)，则第一轴102大部分或全部地延伸穿过第一光通路p1，如图1所示。因此，第一轴102将第一光通路p1阻挡到没有足够量的光能够穿过第一光通路p1的程度，并且将不会触发指示第一轴102处于异常操作位置中的警报。相反，如果第一轴102和第一轮毂114之间的锁定松动，并且第一轴102的最终轴向移位已经达到移位阈值，则第一轴102基本上或完全地在第一光通路p1的外部，如图2所示。因此，第一光通路p1被清除到足够量的光能够穿过第一光通路p1以触发警报的程度。
24.在一些实施例中，通孔122和124位于第一轮毂114的远离联轴器110的主体112的远端处。通孔122和124的形状和尺寸被选择为有助于确保足够量的光能够经由通孔122和124透射，并被传感器系统130检测到。在一些实施例中，通孔122和124独立地具有线性形状、矩形形状、正方形、圆形、椭圆形、或其他合适的形状。在一些实施例中，通孔122具有与通孔124相同的形状。在一些实施例中，通孔122具有与通孔124不同的形状。在一些实施例
中，通孔122具有与通孔124相同的尺寸。在一些实施例中，通孔122具有与通孔124不同的尺寸。在一些实施例中，通孔124被形成为具有比通孔122的尺寸更大的尺寸。在一些实施例中，通孔122和124独立地具有在从2mm至10mm的范围内的尺寸，例如直径、长度、宽度等。如果通孔122或124的尺寸过小，则能够进入并穿过第一光通路p1的光量过少而不能被传感器系统130检测到。如果通孔122或124的尺寸过大，则联轴器110的机械性能会被不必要地恶化。
25.第二轮毂116包括至少一对对准的通孔，例如通孔126和128，其径向延伸穿过第二轮毂116的相对的壁。通孔126和128各自在横贯联轴器110的纵向轴线a-a’的径向方向上延伸。在一些实施例中，通孔126和128各自在垂直于联轴器110的纵向轴线a-a’的方向上延伸。通孔126在内孔120的第一侧与内孔120相交，并且通孔128在内孔120的与第一侧相对的第二侧与内孔120相交。通孔126和128与内孔120光学连通，并且通孔126、128和内孔120一起限定第二光通路p2。在联轴器110和轴102、104组装之后或在联轴器110的操作间歇期间，第二光通路p2可用于原位监测第二轴104在第二轮毂116中的位置。例如，在一个实例中，在联轴器110与轴102、104组装之后并且联轴器110的操作开始之前，如果第二轴104被正确地锁定在第二轮毂116中，则第二轴104大部分或全部地延伸穿过第二光通路p2，如图1所示。因此，第二轴104将第二光通路p2阻挡到没有足够量的光能够穿过第二光通路p2的程度，并且将不会触发指示第二轴104没有被安装在正确位置中的警报。相反，如果第二轴104被不正确地锁定在第二轮毂116中，则第二轴104略微延伸到第二光通路p2中，或者在一些实施例中，第二轴104完全在第二光通路p2的外部，如图2所示。因此，第二光通路p2基本上或完全被清除以允许足够量的光通过，从而触发警报。在另一实例中，在联轴器100开始操作之后和在联轴器110的操作间歇期间，如果第二轴104和第二轮毂116之间的锁定松动，但是第二轴104的最终轴向移位还没有达到移位阈值(在该移位阈值之上，第二轴104和第二轮毂116之间的接合失效将要发生)，则第二轴104大部分或全部地延伸穿过第二光通路p2，如图1所示。因此，第二轴104将第二光通路p2阻挡到没有足够量的光能够穿过第二光通路p2的程度，并且将不会触发指示第二轴104处于异常操作位置中的警报。相反，如果第二轴104和第二轮毂116之间的锁定松动，并且第二轴104的最终轴向移位已经达到移位阈值，则第二轴104基本上或完全地在第二光通路p2的外部，如图2所示。因此，第二光通路p2被清除到足够量的光能够穿过第二光通路p2以触发警报的程度。取决于第一轮毂114和第二轮毂116的纵向长度，在第二轮毂116具有与第一轮毂114的纵向长度相同的纵向长度的实例中，第二轴104的移位阈值与第一轴102的移位阈值相同；而在第二轮毂116具有与第一轮毂114的纵向长度不同的纵向长度的实例中，第二轴104的移位阈值与第一轴102的移位阈值不同。
26.在一些实施例中，通孔126和128位于第二轮毂116的远离联轴器110的主体112的远端处。通孔126和128的形状和尺寸被选择为有助于确保足够量的光能够经由通孔126和128透射，并被传感器系统130检测到。在一些实施例中，第二轮毂116中的通孔126和128中的每一个被形成为具有与第一轮毂114中的相应通孔122和124相同的尺寸和形状。在一些实施例中，第二轮毂116中的通孔126和128中的每一个被形成为具有与第一轮毂114中的相应通孔122和124不同的尺寸和形状。在一些实施例中，通孔126和128独立地具有线性形状、矩形形状、正方形、圆形、椭圆形、或其他合适的形状。在一些实施例中，通孔126具有与通孔128相同的形状。在一些实施例中，通孔126具有与通孔128不同的形状。在一些实施例中，通
孔126具有与通孔128相同的尺寸。在一些实施例中，通孔126具有与通孔128不同的尺寸。在一些实施例中，通孔128被形成为具有比通孔126的尺寸更大的尺寸。在一些实施例中，通孔126和128独立地具有在从2mm至10mm的范围内的尺寸，例如直径、长度、宽度等。如果通孔126或128的尺寸过小，则能够进入并穿过第二光通路p2的光量过少而不能被传感器系统130检测到。如果通孔122或128的尺寸过大，则联轴器110的机械性能会被不必要地恶化。
27.通孔122、124、126和128通过本领域中任何已知的方法形成。在一些实施例中，通孔122和124通过沿着第一轮毂114的径向方向对第一轮毂114的相对的壁进行钻孔而形成。类似地，在一些实施例中，通孔126和128通过沿着第二轮毂116的径向方向钻穿第二轮毂116的相对的壁进行钻孔而形成。在一些实施例中，使用激光束、机械钻头或其他合适的工具来执行钻孔。在第一轮毂114被形成为分离部件的一些实施例中，通孔122和124被分别限定在分离部件的弯曲外围件中。在第二轮毂116被形成为分离部件的一些实施例中，通孔126和128被分别限定在分离部件的弯曲外围件中。在联轴器的相应轮毂上形成通孔以允许在连续使用联轴器期间监测每个轴的位置的概念适用于任何形状和配置的联轴器。
28.传感器系统130被配置为监测第一轴102和第二轴104在相应的第一轮毂114和第二轮毂116中的位置。在一些实施例中，传感器系统130是光学传感器系统。在一些实施例中，传感器系统130包括被配置为与第一光通路p1对准的第一光源132和第一光检测器134。例如，在图1和图2中，第一光源132被设置在第一轮毂114的第一侧上，并且与一对通孔122、124中的一个通孔(例如，通孔122)对准，并且第一光检测器134被设置在第一轮毂114的与第一侧相对的第二侧上，并且与一对通孔122、124中的另一通孔(例如，通孔124)对准。传感器系统130还包括被配置为与第二光通路p2对准的第二光源136和第二光检测器138。例如，在图1和图2中，第二光源136被设置在第二轮毂116的第一侧上，并且与一对通孔126、128中的一个通孔(例如，通孔126)对准，并且第二光检测器138被设置在第二轮毂116的与第一侧相对的第二侧上，并且与一对通孔126、128中的另一通孔(例如，通孔128)对准。
29.第一光源132被配置为把光发射到一对通孔122、124中的一个通孔(例如，通孔122)中，使得从第一光源132发射的光能够进入并通过第一光通路p1，并且由第一光检测器134检测到。第二光源136被配置为把光发射到一对通孔126、128中的一个通孔(例如，通孔126)中，使得从第二光源136发射的光能够进入并通过第二光通路p2，并且由第二光检测器138检测到。在一些实施例中，第一光源132和第二光源136独立地是可见光源，或不可见光源。在一些实施例中，第一光源132和第二光源136是相同类型的光源，例如可见光源。在一些实施例中，第一光源132和第二光源136是不同类型的光源，例如，第一光源132是可见光源，而第二光源136是红外(ir)光源。在一些实施例中，光源132和136独立地包括氙气(xe)灯、激光二极管、发光二极管、ir发射器、x射线发射器、或其他合适的光源。在一些实施例中，第一光源132和第二光源136独立地包括整体透镜，或者与外部透镜组合，该外部透镜被配置为将发射的光聚焦到相应通孔(即，通孔122或通孔126)中。尽管两个独立的光源132、136在传感器系统130中，但是本领域普通技术人员应当理解，单个光源可应用于传感器系统130中。在使用单个光源的一些实例中，提供分束器以分离从单个光源发射的光束，并且将分离的光束引向相应的光通路p1、p2。
30.第一光检测器134和第二光检测器138中的每一个被配置为检测从相应的光源(即，第一光源132或第二光源136)发射并且通过相应的光通路p1或p2的光。第一光检测器
134和第二光检测器138中的每一个还被配置为将检测到的光转换为指示检测到的光的特性(例如，检测到的光的强度)的电信号。在一些实施例中，第一光检测器134和第二光检测器138中的每一个能够基于光的波长来检测光。在一些实施例中，第一光检测器134和第二光检测器138独立地对可见光敏感。在一些实施例中，第一光检测器134和第二光检测器138独立地对ir光敏感。在一些实施例中，第一光检测器134和第二光检测器138是相同类型的光检测器，例如可见光检测器。在一些实施例中，第一光检测器134和第二光检测器138是不同类型的光检测器，例如，第一光检测器134对可见光敏感，而第二光检测器138对ir光敏感。
31.传感器系统130提供关于第一轴102在第一轮毂114中的位置以及第二轴104在第二轮毂116中的位置的信息。第一轴102在第一轮毂114中的位置或者第二轴104在第二轮毂116中的位置可用于确定在联轴器110与轴102和104组装之后并且联轴器110的操作开始之前，第一轴102或第二轴104是否被正确地锁定在相应的轮毂(即，第一轮毂114或第二轮毂116)内。在如图1的实例中，当第一轴102被正确地锁定在第一轮毂114中时，第一轴102将第一光通路p1阻挡到由第一光源132发射并透射通过第一光通路p1的光量过低而不能被第一光检测器134检测到的程度。相反地并如图2所示，当第一轴102没有被正确地锁定在第一轮毂114中时，第一光通路p1被清除到由第一光源132发射并透射通过第一光通路p1的光量足以使第一光检测器134来生成指示第一轴102和第一轮毂114之间的不正确锁定的输出信号的程度。类似地，在如图1的实例中，当第二轴104被正确地锁定在第二轮毂116中时，第二轴104将第二光通路p2阻挡到由第二光源136发射并透射通过第二光通路p2的光量过低而不能被第二光检测器138检测到的程度。相反地并如图2所示，当第二轴104没有被正确地锁定在第二轮毂116中时，第二光通路p2被清除到由第二光源136发射并透射通过第二光通路p2的光量足以使第二光检测器138来生成指示第二轴104和第二轮毂116之间的不正确锁定的输出信号的程度。
32.在联轴器110的连续使用期间，第一轴102在第一轮毂114中的位置或第二轴104在第二轮毂116中的位置还可用于确定第一轴102的移位或第二轴104的移位是否已经达到移位阈值，在该移位阈值之上，轴102、104和相应轮毂114、116之间的接合失效将要发生。在如图1的实例中，当第一轴102在第一轮毂114中的轴向移位小于移位阈值(在该移位阈值之上，第一轴102与第一轮毂114之间的接合失效将要发生)时，第一轴102将第一光通路p1阻挡到由第一光源132发射并透射通过第一光通路p1的光量不足以使第一光检测器134来生成高于预定信号阈值的、指示第一轴102和第一轮毂114将发生脱离的输出信号的程度。相反地并如图2所示，在第一轴102在第一轮毂114中的轴向移位已经达到移位阈值的实例中，第一光通路p1被清除到由第一光源132发射并透射通过第一光通路p1的光量足以使第一光检测器134来生成高于预定信号阈值的输出信号的程度。类似地，在图1所示的实例中，当第二轴104在第二轮毂116中的轴向移位小于移位阈值(在该移位阈值之上，第二轴104与第二轮毂116之间的接合失效将要发生)时，第二轴104将第二光通路p2阻挡到由第二光源136发射并透射通过第二光通路p2的光量不足以使第二光检测器138来生成高于预定信号阈值的、指示第二轴104和第二轮毂116将发生脱离的输出信号的程度。相反地并如图2所示，在第二轴10在第二轮毂116中的轴向移位已经达到移位阈值的实例中，第二光通路p2被清除到由第二光源136发射并透射通过第二光通路p2的光量足以使第二光检测器138来生成高
于预定信号阈值的输出信号的程度。
33.daq系统140被耦合到传感器系统130。在一些实施例中，daq系统140经由相应的线142和144与传感器系统130(包括光源132、136和光检测器134、138)通信。daq系统140从第一光检测器134和第二光检测器138接收/获取电信号，该电信号指示透射通过相应的第一光通路p1和第二光通路p2并入射在相应的第一光检测器134和第二光检测器138上的光的强度，并以能够被fdc系统150读取和解释的形式来输出电信号。例如，第一光检测器134向daq系统140提供指示透射通过第一光通路p1并入射在第一光检测器134上的光的强度的电信号(例如，模拟信号)，而第二光检测器138向daq系统140提供指示透射通过第二光通路p2并入射在第二光检测器138上的光的强度的电信号(例如，模拟信号)。daq系统140然后将该模拟信号转换为fdc系统150可读和可解释的数字信号，并且将该数字信号提供给fdc系统150。在一些实施例中，在光检测器134和138能够生成fdc系统150可读和可解释的电信号的情况下，可以省略daq系统140。在一些实施例中，daq系统140包括电流-电压转换器、增益放大器和模数转换器。
34.fdc系统150被配置为评估例如由daq系统140实现的参数，或者在一些实施例中，直接由传感器系统130实现的参数，并且在联轴器110和轴被组装之后并且在联轴器开始操作之前和/或在联轴器110的操作间歇期间，识别异常或故障。在联轴器110和轴102、104被组装之后并且在联轴器110开始操作之前，当第一轴102没有完全延伸穿过第一光通路p1和/或第二轴104没有完全延伸穿过第二光通路p2时，检测到异常。这种异常指示第一轴102没有被正确地安装在第一轮毂114内和/或第二轴104没有被正确地安装在第二轮毂116内。如果fdc系统150在联轴器110的操作开始之前检测到异常，则fdc系统150输出警报信号以通知工厂人员以调节第一轴102在第一轮毂114内的位置和/或第二轴104在第二轮毂116内的位置。在连续使用联轴器110期间，当第一轴102在第一轮毂114内的轴向移位已经达到由第一轮毂114的纵向长度确定的移位阈值时，和/或第二轴104在第二轮毂116内的轴向移位已经达到由第二轮毂116的纵向长度确定的移位阈值时，检测到异常。这种异常指示第一轴102与第一轮毂114之间的接合即将失效和/或第二轴104与第二轮毂116之间的接合即将失效。如果fdc系统150在连续使用联轴器110期间检测到异常，则fdc系统150输出警报信号以通知工厂人员联轴器110的异常操作状态。在一些实施例中，fdc系统150还发送控制信号以停止与联轴器110相关联的半导体加工工具的操作。在一些实施例中，使用处理器来实现fdc系统150。在一些实施例中，用于实现fdc系统150的技术包括统计过程控制(spc)、主成分分析(pca)、偏最小二乘(pls)、其他合适的技术及其组合。
35.在一些实施例中，fdc系统150被配置为接收关于分别由第一光检测器134和第二光检测器138检测到的透射光的强度的信息。在一些实施例中，fdc系统150经由线152被耦合到daq系统140，并且因此从daq系统140接收与检测到的光的强度有关的参数。在一些实施例中，fdc系统150直接地耦合到传感器系统130，并且因此直接从第一光检测器134和第二光检测器138接收与检测到的光的强度有关的参数。fdc系统150还被配置为监测由相应的光检测器(即，第一光检测器134或第二光检测器138)检测到的透射光的强度是否已经上升到强度阈值以上。如果由第一光检测器134检测到的透射光的强度高于指示第一轴102的移位已经达到移位阈值并且第一轴102与第一轮毂114之间的接合将失效的强度阈值，则fdc系统150生成输出信号以例如致动警报和/或使得联轴器110停止操作。类似地，如果由
第二光检测器138检测到的透射光的强度高于指示第二轴104的移位已经达到移位阈值并且第二轴104与第二轮毂116之间的接合将失效的强度阈值，则fdc系统150生成输出信号以例如致动警报和/或使得联轴器110停止操作。
36.通过在联轴器的每个轮毂上提供通孔，本公开的联轴器监测系统有助于在联轴器和轴被组装之后并且在联轴器的操作开始之前确定轴是否被正确地锁定在相应轮毂内，并且因此有助于延长联轴器的操作时间。另外，本公开的联轴器监测系统能够在连续使用联轴器期间原位监测轴在相应轮毂内的位置，并且在轴与相应轮毂之间发生接合失效之前通知工厂人员和/或停止半导体加工工具的操作。因此，本公开的联轴器监测系统有助于更好地管理联轴器的操作以及与联轴器相关联的半导加工工具的操作，从而有助于确保并维持半导体器件制造中的稳定性、可重复性和产量。
37.图3是根据一个或多个实施例的使用联轴器监测系统的方法300的流程图。
38.在操作302中，联轴器110分别经由第一轴102和第二轴104耦合至驱动设备106和负载设备108(图1和图2)。联轴器110包括主体112以及由主体112连接的第一轮毂114和第二轮毂116。在安装之后，第一轴102的端部被容纳在轴向延伸穿过联轴器110的第一轮毂114的内孔118中，而第二轴104的端部被容纳在轴向延伸穿过联轴器110的第二轮毂116的内孔120中。第一轮毂114包括延伸穿过第一轮毂114的相对的壁并且与内孔118光学连通的第一对对准的通孔122和124。通孔122和124以及内孔118一起限定了在第一轮毂114中的第一光通路p1。第二轮毂116包括延伸穿过第二轮毂116的相对的壁并且与内孔120光学连通的第二对对准的通孔126和128。通孔126和128以及内孔120一起限定了在第二轮毂116中的第二光通路p2。
39.在操作304中，使用传感器系统130(图1和图2)来检查第一轴102和第一轮毂114之间的锁定以及第二轴104和第二轮毂116之间的锁定，以确定第一轴102是否被正确地锁定在第一轮毂114中以及第二轴104是否被正确地锁定在第二轮毂116中。在一些实施例中，通过将来自光源(例如，第一光源132)的第一光束引导到第一光通路p1中，来评估第一轴102和第一轮毂114之间的锁定。如果通过第一光通路p1之后的第一光束的量足以被第一光检测器134检测到，则指示第一轴102没有被正确地定位在第一轮毂114内，并且方法300进行到操作306。另一方面，如果没有光被允许通过第一光通路p1，或者如果通过第一光通路p1之后的第一光束的量不足以被第一光检测器134检测到，则指示第一轴102被正确地定位在第一轮毂114内，操作306被省略，并且方法300进行到操作308。类似地，在一些实施例中，通过将来自光源(例如，第二光源136)的第二光束引导到第二光通路p2中，来评估第二轴104和第二轮毂116之间的锁定。如果通过第二光通路p2之后的第二光束的量足以被第二光检测器138检测到，则指示第二轴104没有被正确地定位在第二轮毂116内，并且方法300进行到操作306。另一方面，如果没有光被允许通过第二光通路p2，或者如果通过第二光通路p2之后的第二光束的量不足以被第二光检测器138检测到，则指示第二轴104被正确地定位在第二轮毂116内，操作306被省略，并且方法300进行到操作308。
40.在操作306中，调节第一轴102在第一轮毂114中的位置和/或第二轴104在第二轮毂116中的位置。重复操作304和306，直到实现第一轴102和第一轮毂114之间的正确锁定以及第二轴104和第二轮毂116之间的正确锁定。方法300然后进行到操作308。
41.在操作308中，联轴器110的操作开始。驱动设备106使第一轴102旋转，这进而经由
联轴器110使第二轴104旋转，以驱动负载设备108。
42.在操作310中，在联轴器110的操作间歇期间，来自第一光发射器132的光束被引导到第一光通路p1中，并且来自第二光发射器136的光束被引导到第二光通路p2中。
43.在操作312中，第一光检测器134监测是否由于第一轴102和第一轮毂114之间的锁定松动而存在任何透射通过第一光通路p1的光，并且第二光检测器138监测是否由于第二轴104和第二轮毂116之间的锁定松动而存在任何透射通过第二光通路p2的光。一旦被第一光检测器134和/或第二光检测器136检测到光，则指示第一轴102的轴向移位和/或第二轴104的轴向移位已经发生。
44.在操作314中，fdc系统150确定由第一光检测器134检测到的透射光束的强度是否超过强度阈值，该强度阈值指示联轴器110的进一步操作将导致第一轴102和第一轮毂114之间的接合失效，和/或由第二光检测器138检测到的透射光束的强度是否超过强度阈值，该强度阈值指示联轴器110的进一步操作将导致第二轴104和第二轮毂116之间的接合失效。如果由第一光检测器134检测到的透射光束的强度和由第二光检测器138检测到的透射光束的强度都没有超过相应的强度阈值，则方法300进行到操作308，以再次开始联轴器110的操作。如果由第一光检测器134检测到的透射光束的强度超过强度阈值和/或由第二光检测器138检测到的透射光束的强度超过强度阈值，则该方法进行到操作316。
45.在操作316中，如果由第一光检测器134检测到的透射光束的强度超过强度阈值和/或由第二光检测器138检测到的透射光束的强度超过强度阈值，则触发警报以通知工厂人员。在一些实施例中，发送控制信号以停止与联轴器110相关联的半导体加工工具的操作。
46.在一些实施例中，至少一个操作在所描述的操作之前被包括在方法300中。例如，在一些实施例中，在操作302之前，提供包括在每个轮毂114或116上的通孔122和124或126和128的联轴器100。在一些实施例中，在所描述的操作之后执行至少一个操作。例如，在一些实施例中，在操作316之后，执行联轴器110的维护。在一些实施例中，省略了方法300的至少一个操作。例如，在一些实施例中，如上所述省略操作306。
47.图4是根据一个或多个实施例的用于控制用于监测轴的移位的联轴器监测系统的计算设备400的框图。计算设备400包括硬件处理器402和编码有(即，存储)计算机程序代码406(即，一组可执行指令)的非暂态计算机可读存储介质404。计算机可读存储介质404还编码有用于与联轴器监测系统100的元件相接口的指令407。处理器402经由总线408电耦合到计算机可读存储介质404。处理器402还通过总线408电耦合到i/o接口410。网络接口412也经由总线408电连接到处理器402。网络接口412连接到网络414，使得处理器402和计算机可读存储介质404能够经由网络414连接到外部元件。处理器402被配置为执行编码在计算机可读存储介质404中的计算机程序代码406，以便使得计算设备400可用于执行如关于联轴器监测系统100所述的操作的一部分或全部。
48.在一些实施例中，处理器402是中央处理单元(cpu)、多处理器、分布式处理系统、专用集成电路(asic)和/或合适的处理单元。
49.在一些实施例中，计算机可读存储介质404是电、磁、光、电磁、红外和/或半导体系统(或装置或设备)。例如，计算机可读存储介质404包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、硬磁盘和/或光盘。在使用光盘的一
些实施例中，计算机可读存储介质404包括光盘只读存储器(cd-rom)、光盘读/写(cd-r/w)和/或数字视频盘(dvd)。
50.在一些实施例中，存储介质404存储计算机程序代码406，其被配置为使计算设备400执行如关于联轴器监测系统100所述的操作。在一些实施例中，存储介质404还存储执行如关于联轴器监测系统100所述的操作所需的信息(例如，传感器参数416和/或一组可执行指令)，以执行如关于联轴器监测系统100所述的操作。
51.在一些实施例中，存储介质404存储用于与联轴器监测系统100相接口的指令407。指令407使得处理器402能够生成可由联轴器监测系统100的元件读取的操作指令，以有效地实施如关于联轴器监测系统100所述的操作。
52.计算机设备400包括i/o接口410。i/o接口410耦合到外部电路。在一些实施例中，i/o接口410包括键盘、小键盘、鼠标、轨迹球、轨迹板和/或光标方向键，用于向处理器402传送信息和命令。
53.计算设备400还包括耦合到处理器402的网络接口412。网络接口412允许计算设备400与网络414通信，该网络414与一个或多个其他计算机系统连接。网络接口412包括无线网络接口，例如蓝牙、wifi、wimax、gprs或wcdma；或有线网络接口，例如以太网、usb或ieee-1394。在一些实施例中，如关于联轴器监测系统100所述的操作在两个或更多个计算设备400中实现，并且例如传感器信息之类的信息经由网络414在不同的计算设备400之间交换。
54.计算设备400被配置为通过i/o接口来接收与传感器系统130相关的信息，该传感器系统130包括一个或多个光源(例如，第一光源132和第二光源136)，以及光检测器(例如，第一光检测器134和第二光检测器138(图1和图2))。信息经由总线408被传送到处理器402，以确定由光检测器134和138接收的光强度。然后，将透射的光强度/分布作为传感器参数416存储在计算机可读介质404中。
55.在操作期间，在一些实施例中，处理器402执行一组指令，以基于传感器参数416来确定轴102和/或104是否被正确地锁定在相应轮毂114和116内。在连续使用联轴器期间，处理器402执行一组指令，以基于传感器参数416来确定第一轴102的移位是否已经达到指示第一轴102和第一轮毂114将发生脱离的移位阈值和/或第二轴104的移位是否已经达到指示第二轴104和第二轮毂116将发生脱离的移位阈值。基于上述确定，处理器402生成警报以通知工厂人员，并且在一些实施例中，生成控制信号以停止与联轴器110相关联的半导体加工工具的操作。在一些实施例中，使用i/o接口410来发送控制信号。在一些实施例中，使用网络接口412来发送控制信号。
56.本说明书的一方面涉及一种联轴器。联轴器包括主体、在主体的第一端处的第一轮毂、以及在主体的与第一端相对的第二端处的第二轮毂。第一轮毂包括被配置为容纳第一轴的第一内孔、以及延伸穿过第一轮毂的相对的壁的一对对准的第一通孔和第二通孔。第一通孔和第二通孔与第一内孔光学连通。在一些实施例中，联轴器包括第二轮毂，该第二轮毂包括被配置为容纳第二轴的第二内孔、以及延伸穿过第二轮毂的相对的壁的一对对准的第三通孔和第四通孔。第三通孔和第四通孔与第二内孔光学连通。在一些实施例中，第一通孔具有与第二通孔相同的形状，并且第三通孔具有与第四通孔相同的形状。在一些实施例中，第一通孔具有与第二通孔不同的形状，并且第三通孔具有与第四通孔不同的形状。在一些实施例中，第一通孔具有与第二通孔相同的尺寸，并且第三通孔具有与第四通孔相同
的尺寸。在一些实施例中，第一通孔具有与第二通孔不同的尺寸，并且第三通孔具有与第四通孔不同的尺寸。在一些实施例中，第一内孔和第二内孔沿着联轴器的轴向方向延伸，并且第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔各自沿着联轴器的横贯轴向方向的径向方向延伸。
57.本说明书的一方面涉及一种联轴器监测系统。联轴器感测系统包括联轴器。联轴器包括主体、在主体的第一端处的第一轮毂、以及在主体的与第一端相对的第二端处的第二轮毂。第一轮毂包括被配置为容纳第一轴的第一内孔、以及延伸穿过第一轮毂的相对的壁的一对对准的第一通孔和第二通孔。第一通孔和第二通孔与第一内孔光学连通以限定第一光通路。联轴器监测系统还包括传感器系统，该传感器系统被配置为在联轴器的操作开始之前，监测第一轴在第一轮毂中的位置和第二轴在第二轮毂中的位置。联轴器监测系统还包括故障检测和分类(fdc)系统，该fdc系统被配置为基于来自传感器系统的信息，在联轴器的操作开始之前识别联轴器的异常。在一些实施例中，联轴器还包括在主体的与第一端相对的第二端处的第二轮毂，其中第二轮毂包括被配置为容纳第二轴的第二内孔、以及延伸穿过第二轮毂的相对的壁的一对对准的第三通孔和第四通孔，其中第三通孔和第四通孔与第二内孔光学连通以限定第二光通路。在一些实施例中，传感器系统包括至少一个光源，被配置为把光发射到第一光通路和第二光通路中；第一光检测器，被配置为接收通过第一光通路的光；以及第二光检测器，被配置为接收通过第二光通路的光。在一些实施例中，至少一个光源包括被配置为把光发射到第一光通路中的第一光源和被配置为把光发射到第二光通路中的第二光源。在一些实施例中，第一光源和第二光源是相同类型的光源。在一些实施例中，第一光源和第二光源是不同类型的光源。在一些实施例中，第一光源是可见光源，并且第二光源是红外光源。在一些实施例中，第一光源和第二光源独立地选自由下列项组成的组：氙气灯、激光二极管、发光二极管、红外发射器和x射线发射器。在一些实施例中，第一光检测器和第二光检测器独立地对可见光或红外光敏感。在一些实施例中，联轴器监测系统还包括被配置为将从传感器系统接收到的信号转换为fdc系统可解释的信号的数据获取系统。
58.本说明书的一方面涉及一种用于监测轴在联轴器中的轴向移位的方法。该方法包括把光发射到联轴器的第一轮毂中的第一通孔中。第一轮毂被配置为容纳第一轴。该方法还包括检测离开第一轮毂中的第二通孔的光的强度。第二通孔与第一通孔对准。该方法还包括确定检测到的强度是否超过强度阈值。该方法还包括响应于检测到的强度超过强度阈值而输出警报信号。在一些实施例中，该方法还包括响应于检测到的强度超过强度阈值，发送控制信号以停止耦合至第一轴的设备的操作。在一些实施例中，该方法还包括把光发射到联轴器的、与第一轮毂相对的第二轮毂中的第三通孔中，其中第二轮毂被配置为容纳第二轴，检测通过第二轮毂中的第四通孔的光的强度，其中第四通孔与第三通孔对准，确定检测到的强度是否超过另一强度阈值以及响应于检测到的强度超过另一强度阈值，输出警报信号。
59.前述内容概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本公开的各方面。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改其他工艺和结构的基础，以实现相同的目的和/或实现本文介绍的实施例的相同优点。本领域技术人员还应该认识到，这样的等同构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的
精神和范围的情况下，他们可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
60.示例1.一种联轴器，包括：主体；第一轮毂，位于所述主体的第一端处，其中，所述第一轮毂包括被配置为容纳第一轴的第一内孔，以及延伸穿过所述第一轮毂的相对的壁的一对对准的第一通孔和第二通孔，其中，所述第一通孔和所述第二通孔与所述第一内孔光学连通。
61.示例2.根据示例1所述的联轴器，还包括：第二轮毂，位于所述主体的与所述第一端相对的第二端处，其中，所述第二轮毂包括被配置为容纳第二轴的第二内孔，以及延伸穿过所述第二轮毂的相对的壁的一对对准的第三通孔和第四通孔，其中，所述第三通孔和所述第四通孔与所述第二内孔光学连通。
62.示例3.根据示例1所述的联轴器，其中，所述第一通孔具有与所述第二通孔相同的形状，并且第三通孔具有与第四通孔相同的形状。
63.示例4.根据示例1所述的联轴器，其中，所述第一通孔具有与所述第二通孔不同的形状，并且第三通孔具有与第四通孔不同的形状。
64.示例5.根据示例1所述的联轴器，其中，所述第一通孔具有与所述第二通孔相同的尺寸，并且第三通孔具有与第四通孔相同的尺寸。
65.示例6.根据示例1所述的联轴器，其中，所述第一通孔具有与所述第二通孔不同的尺寸，并且第三通孔具有与第四通孔不同的尺寸。
66.示例7.根据示例1所述的联轴器，其中，所述第一内孔和第二内孔沿着所述联轴器的轴向方向延伸，并且所述第一通孔、所述第二通孔、所述第三通孔和所述第四通孔各自沿着所述联轴器的横贯所述轴向方向的径向方向延伸。
67.示例8.一种联轴器监测系统，包括：联轴器，所述联轴器包括：主体，第一轮毂，位于所述主体的第一端处，其中，所述第一轮毂包括被配置为容纳第一轴的第一内孔，以及延伸穿过所述第一轮毂的相对的壁的一对对准的第一通孔和第二通孔，其中，所述第一通孔和所述第二通孔与所述第一内孔光学连通以限定第一光通路；传感器系统，被配置为在所述联轴器的操作开始之前，监测所述第一轴在所述第一轮毂中的位置；以及故障检测和分类(fdc)系统，被配置为基于来自所述传感器系统的信息，在所述联轴器的操作开始之前识别所述联轴器的异常。
68.示例9.根据示例8所述的联轴器监测系统，其中，所述联轴器还包括：第二轮毂，位于所述主体的与所述第一端相对的第二端处，其中，所述第二轮毂包括被配置为容纳第二轴的第二内孔，以及延伸穿过所述第二轮毂的相对的壁的一对对准的第三通孔和第四通孔，其中，所述第三通孔和所述第四通孔与所述第二内孔光学连通以限定第二光通路。
69.示例10.根据示例8所述的联轴器监测系统，其中，所述传感器系统包括：至少一个光源，被配置为把光发射到所述第一光通路和第二光通路中；第一光检测器，被配置为接收通过所述第一光通路的光；以及第二光检测器，被配置为接收通过所述第二光通路的光。
70.示例11.根据示例10所述的联轴器监测系统，其中，所述至少一个光源包括：第一光源，被配置为把光发射到所述第一光通路中；以及第二光源，被配置为把光发射到所述第二光通路中。
71.示例12.根据示例10所述的联轴器监测系统，其中，所述第一光源和所述第二光源独立地是可见光源或红外光源。
72.示例13.根据示例10所述的联轴器监测系统，其中，所述第一光源和所述第二光源是不同类型的光源。
73.示例14.根据示例10所述的联轴器监测系统，其中，所述第一光源是可见光源，并且所述第二光源是红外光源。
74.示例15.根据示例10所述的联轴器监测系统，其中，所述第一光源和所述第二光源独立地选自由下列项组成的组：氙气灯、激光二极管、发光二极管、红外发射器和x射线发射器。
75.示例16.根据示例9所述的联轴器监测系统，其中，所述第一光检测器和所述第二光检测器独立地对可见光或红外光敏感。
76.示例17.根据示例8所述的联轴器监测系统，还包括：数据获取系统，被配置为将从所述传感器系统接收到的信号转换为所述fdc系统能够解释的信号。
77.示例18.一种用于监测轴在联轴器中的轴向移位的方法，包括：把光发射到联轴器的第一轮毂中的第一通孔中，其中，所述第一轮毂被配置为容纳第一轴；检测离开所述第一轮毂中的第二通孔的光的强度，其中，所述第二通孔与所述第一通孔对准；确定所检测到的强度是否超过强度阈值；以及响应于所检测到的强度超过所述强度阈值，输出警报信号。
78.示例19.根据示例18所述的方法，还包括：响应于所检测到的强度超过所述强度阈值，发送控制信号以停止耦合至所述联轴器的设备的操作。
79.示例20.根据示例18所述的方法，还包括：把光发射到所述联轴器的、与所述第一轮毂相对的第二轮毂中的第三通孔中，其中，所述第二轮毂被配置为容纳第二轴；检测通过所述第二轮毂中的第四通孔的光的强度，其中，所述第四通孔与所述第三通孔对准，确定所检测到的强度是否超过另一强度阈值，以及响应于所检测到的强度超过所述另一强度阈值，输出警报信号。