发明创造名称：一种硅芯炉籽晶卸放、抓取自动控制装置
外观设计名称：
决定号：19039
决定日：2012-07-10
委内编号：5W102259
优先权日：
申请（专利）号：200920031771.1
申请日：2009-01-20
复审请求人：
无效请求人：洛阳金诺机械工程有限公司
授权公告日：2009-11-04
审定公告日：
专利权人：西安理工晶体科技有限公司
主审员：张家祥
合议组组长：侯曜
参审员：周子文
国际分类号：C30B15/00
外观设计分类号：
法律依据：专利法第26条第3款，第22条第3款
决定要点：如果权利要求的技术方案与最接近的现有技术相比存在区别技术特征，并且，其他现有技术中也没有给出将该区别技术特征运用到该最接近的现有技术中以解决权利要求的技术方案所实际解决的技术问题的启示，则该权利要求具有创造性。
全文：
本无效宣告请求案涉及国家知识产权局于2009年11月4日授权公告的、名称为“一种硅芯炉籽晶卸放、抓取自动控制装置”的第200920031771.1号实用新型专利（下称本专利），其申请日为2009年1月20日，专利权人为西安理工晶体科技有限公司。本专利授权公告的权利要求书如下：
“1、一种硅芯炉籽晶卸放、抓取自动控制装置，包括籽晶托盘（1）及用于籽晶头抓取的提拉抓取机构（2），其特点在于：
在籽晶托盘（1）的转轴处安装有一个增量编码器（3），籽晶托盘（1）还通过减速机构（4）与步进电机（5）连接；在提拉抓取机构（2）上设置有一个高度传感器（6），提拉抓取机构（2）还与直流伺服电机（7）连接，增量编码器（3）、步进电机（5）、高度传感器（6）和直流伺服电机（7）分别与逻辑控制器PLC（8）连接，在逻辑控制器PLC（8）中设置有软启动及软停止功能。
2、根据权利要求1所述的硅芯炉籽晶卸放、抓取自动控制装置，其特点在于：所述增量编码器（3）的分辨率为2000线、其角度可细分且最小步距角为1.8°。
3、根据权利要求1所述的硅芯炉籽晶卸放、抓取自动控制装置，其特点在于：所述减速机构（4）采用涡轮蜗杆结构，减速比为1∶10。
4、根据权利要求1所述的硅芯炉籽晶卸放、抓取自动控制装置，其特点在于：所述高度传感器（6）的分辨率为1mm。”
针对上述专利权，洛阳金诺机械工程有限公司（下称请求人）于2011年8月1日向专利复审委员会提出无效宣告请求，并提交了本专利的授权公告文本和下述证据：
证据1：“硅芯炉控制系统的研制”，王建春，西安理工大学专业学位论文，学位授予年份2006年，中国知网2006年3月收录，网站地址：http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10700-2006046253.htm，复印件共72页；
证据2：“用PLC实现三工位旋转工作台的定位控制”，王欣、柳滨，《电子工业专用设备》，2007年第36卷第6期（总第149期），2007年6月，封面页、目次页、征稿启示页、第44-48页，复印件共8页；
证据3：“现代数控机床的测量系统”，王桂芳，《现代制造》，2002年第19期（总第259期），封面页、第66-68页，复印件共4页；
证据4：中华人民共和国北京市国信公证处出具的（2011）京国信内经证字第0545号公证书，复印件共30页；
证据5：中华人民共和国北京市国信公证处出具的（2011）京国信内经证字第0546号公证书，复印件共27页；
证据6：中华人民共和国北京市国信公证处出具的（2011）京国信内经证字第0547号公证书，复印件共4页；
请求人认为：
1、权利要求1-4不符合专利法第22条第3款的规定。
①对于权利要求1中的“包括籽晶托盘（1）及用于籽晶头抓取的提拉抓取机构（2）”，证据1公开了“上提拉部分、籽晶托盘”（参见第6页的第2、3段）；对于“在籽晶托盘（1）的转轴处安装有一个增量编码器（3）”，证据1公开了“卷轮联有光电编码器”、“籽晶托盘运动控制具有如下要点：A．为保护已成形的硅芯应缓起缓停，且平稳转动；B．为保证籽晶托盘停位准确，低速缓行”、“籽晶托盘控制系统功能2．显示状态：一方面指示当前运动状态，另一方面显示旋转角度数据”（参见第10、28、30页）；对于“籽晶托盘（1）还通过减速机构（4）与步进电机（5）连接”，证据1第30页第3段公开了“步进电机通过一蜗轮蜗杆减速器带动籽晶托盘旋转运动。由于电机端转角θl通过一i＝10：1的衰减，故籽晶托盘的转角：θ2＝θ1／l0，这相当于把步进电机的输出步距角再次细分10倍”；对于“在提拉抓取机构（2）上设置有一个高度传感器（6）”，证据1公开了“该设备上传动和下传动部分都要求必须在各自有效行程范围内工作，也为了运行安全，故需有上、下限位”（参见第6页附图2-3、倒数第1段）；对于“提拉抓取机构（2）还与直流伺服电机（7）连接”，证据1公开了“上轴慢速、下轴慢速、下轴转速的调速精度都要求较高，因此采用直流伺服电动机”、“电机轴端速度N经过机械减速后，传输到运行机构上的速度即为表2-1所列速度”（参见第11页2.5第2-3段）；对于“增量编码器（3）、步进电机（5）、高度传感器（6）和直流伺服电机（7）分别与逻辑控制器PLC（8）连接”，逻辑控制器PLC（8）的主要目的就是控制增量编码器、步进电机、高度传感器和直流伺服电机，因而必然与之相连；对于“逻辑控制器PLC（8）”，证据1公开了“利用角度编码器直接检测籽晶托盘的转轴位置，来精确、自动进行籽晶托盘旋转定位控制”（参见第54页第2段），同时使用了证据2；对于“在逻辑控制器PLC（8）中设置有软启动及软停止功能”，证据1公开了“快速速度系统，速度分两档且有一定的软启动软停止作用”（参见第12页）。由此可知，权利要求1中的技术特征己基本被证据1公开。本专利在转轴处安装有一个增量编码器的目的在于更好的满足监控要求，用来监视和测量物体的运动轨迹，以便实现对其运动方式的控制，证据1的“卷轮联有光电编码器”同样用于监控物体的运动方式，籽晶托盘控制系统可以显示物体当前运动的状态，主控芯片可以对籽晶托盘旋转运动的转角和方向进行控制（参见第31页第5.3.1控制系统的操作要求）；本专利在提拉抓取机构（2）上设置有一个高度传感器（6）的作用是为了便于对提拉抓取机构的动作行程进行有效控制，与证据1所起的作用相同，本领域技术人员为了达到限位的目的，能够想到运用高度传感类装置来实现对提拉抓取机构的动作行程进行有效控制。因此，权利要求1不具备创造性。
②权利要求2中的附加技术特征已被证据1第30页“由于所选步进电机的最小步距角为1.8°，可以看出步进电机不经步距细分就能满足要求”所揭示，通过符合“2000线”的“增量编码器（3）”来实现“角度可细分且最小步距角为1.8°”是一种常规的技术手段，因此，权利要求2不具备创造性。
③权利要求3中的“所述减速机构（4）采用蜗轮蜗杆结构，减速比为1：10”已被证据1第30页第3段的内容所揭示，在权利要求1不具备创造性的前提下，权利要求3也不具备创造性。
④权利要求4中的“高度传感器（6）”已被证据1第6页附图2-3中给出的“限位”和倒数第1段所公开，对于“高度传感器的分辨率为1mm”，证据3中公开了一种光栅尺的测量原理和选择标准，“光栅尺”实质上就是一种“高度传感器”，两者的用途和效果相同，另外，证据3中提到现有光栅尺的分辨率已经能够达到纳米级，本领域技术人员可以根据实际需要，进行常规选择得到分辨率为1mm的高度传感器，因此，权利要求4不具备创造性。
2、本专利的说明书不符合专利法26条第3款的规定。本专利说明书“具体实施方式”的第2段第8行中公开了“在提拉抓取机构2上设置有一个分辨率为1mm的高度传感器6”，而“多晶硅炉”在生产硅芯时温度极高，如果将高度传感器设置在炉外，高温会对传感器的精度造成严重的影响，如果将高度传感器设置在炉内，耐高温又成为技术瓶颈；并且，“提拉抓取机构（2）还与直流伺服电机（7）连接”也进一步证明了直流伺服电机（7）通过收线的方式使提拉抓取机构（2）上升，如高度传感器设置在提拉抓取机构（2）下部（炉内），过高的温度普通的传感器显然承受不了，如设置在直流伺服电机（7）处（炉外），受到钢丝绳自身伸缩限制，实现不了1mm的分辨率；另外，传感器的种类很多，不同种类的传感器用途也不尽相同。因此，说明书中没有对“高度传感器”的类型及其设置位置进行充分的公开，导致说明书没有对本实用新型进行清楚、完整的说明，不符合专利法第26条第3款的规定。
经形式审查合格后，专利复审委员会受理了上述请求，于2011年10月26日向双方当事人发出无效宣告请求受理通知书，并将专利权无效宣告请求书及其附件的副本转送给专利权人，要求其在指定的期限内答复，同时成立合议组对本无效请求案进行审理。
专利权人于2011年12月8日针对上述无效宣告请求受理通知书提交了意见陈述书，专利权人认为：
1、本专利权利要求1-4符合专利法第22条第3款的规定。
①权利要求1与证据1的区别技术特征为：（a）在籽晶托盘（1）的转轴处安装有一个增量编码器（3），（b）在提拉抓取杠构（2）上设置有一个高度传感器（6），（c）增量编码器（3）、步进电机（5）、高度传感器（6）和直流伺服电机（7）分别与逻辑控制器PLC（8）连接，（d）在逻辑控制器PLC（8）中设置有软启动及软停止功能。针对区别技术特征（a），权利要求1的增量编码器用于测量籽晶托盘的转动角度，而证据1是光电编码器，用于精确显示硅芯生长长度，由本专利说明书的图7-8以及第6页第2段的内容可以看出，增量编码器3是为了实现转盘控制系统的闭环控制，使定位准确可靠，而证据1则是一个开环系统；针对区别技术特征（b），高度传感器6并不是上、下限位，作用也不同，由图1、5可知，高度传感器是为了将籽晶抓取及硅芯卸放动作提供高度数值给PLC，从而通过PLC控制，实现多工位的籽晶抓取及硅芯卸放动作；针对区别技术特征（c），本专利采用逻辑控制器PLC的控制来实现技术功能要求，而证据1采用单片机实现对籽晶托盘的旋转定位控制，两者的设计思路和作用不同，并且，证据1也没有公开相关的连接特征；针对区别技术特征（d），证据1第11页2.5中公开了“控制系统是由5套速度控制系统和籽晶托盘控制系统组成”，由表2-1中可以看出，在快速速度系统中速度有软启动软停止功能，而本专利是在逻辑控制器PLC（8）中设置有软启动及软停止功能。因此，权利要求1具备创造性。另外，请求人并没有明确如何使用证据2。
②证据1没有公开增量编码器角度可细分且最小步距角为1.8°，也没有公开增量编码器3的分辫率为2000线，上述特征也不属于本领域技术人员的常规选择，因此，权利要求2具备创造性。
③在权利要求1具备创造性的基础上，权利要求3也具备创造性。
④证据3与本专利属于不同的技术领域，证据3用于测量机床，本专利的高度传感器用于检测上轴高度，是为实现该控制系统动作要求设计的，本领域技术人员不会将光栅尺运用到本专利的技术方案当中，因此，权利要求4具备创造性。
2、说明书符合专利法第26条第3款的规定。
首先，设置“分辨率为lmm的高度传感器6”不是必须在工作过程中其分辨率达到1mm；其次，高度传感器6设置在炉内炉外都可以实现分辨率1mm的要求；再次，设置高度传感器的目的是为了检测上轴的高度，采用分辨率1mm的高度传感器目的是为了检测更加精确；另外，没有必要限制高度传感器为哪一种传感器。本专利的说明书符合专利法第26条第3款的规定。
2012年1月10日，本案合议组向双方当事人发出《无效宣告请求口头审理通知书》，定于2012年2月28日对本专利权的无效宣告请求案进行口头审理，同时向请求人发出《转送文件通知书》，将专利权人于2011年12月8日提交的意见陈述书及其所附附件转送给请求人。
2012年2月28日，口头审理如期进行，双方当事人均委托代理人出席了口头审理。庭审过程中，合议组就本案的无效宣告理由及证据逐一进行了调查，双方充分陈述了各自的意见。合议组记录了以下事项：
（1）请求人使用证据4-6证明证据1的真实性和公开性；专利权人对证据1-6的真实性和证据1-3的公开性没有异议。
（2）请求人明确其无效宣告理由为：权利要求1-3相对于证据1、证据2和公知常识的结合不具有创造性，权利要求4相对于证据1、证据2、证据3和公知常识的结合不具有创造性，不符合专利法第22条第3款的规定，其中，证据1是最接近的现有技术；说明书针对权利要求4的技术方案的描述不符合专利法第26条第3款的规定；请求人主张权利要求1中的“增量编码器（3）、步进电机（5）、高度传感器（6）和直流伺服电机（7）分别与逻辑控制器PLC（8）连接”是公知常识，放弃用证据1的光电编码器评价权利要求1的增量编码器以及高度传感器是公知常识的主张。
至此，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
1、关于审查文本
本无效宣告请求审查决定所针对的文本是本专利的授权公告文本。
2、关于证据
专利权人对证据1-6的真实性没有异议，经核实，合议组对证据1-6的真实性也予以确认。由于证据1-3的公开日均早于本专利的申请日，故可以作为现有技术来评价本专利的创造性。
3、关于专利法第26条第3款
专利法第26条第3款规定：说明书应当对发明或者实用新型作出清楚、完整的说明，以所属技术领域的技术人员能够实现为准。
请求人认为，对于权利要求4中的“高度传感器（6）的分辨率为1mm”，说明书中没有公开高度传感器的位置，而硅芯炉在生产硅芯时温度极高，如果设置在炉外，会对传感器的精度造成影响，实现不了1mm的分辨率，如果设置在炉内，耐高温又成为技术瓶颈，普通的传感器承受不了；另外，传感器的种类很多，不同种类的传感器用途也不尽相同。因此，说明书没有充分公开权利要求4技术方案中高度传感器的位置和类型，不符合专利法第26条第3款的规定。
专利权人认为，首先，设置“分辨率为lmm的高度传感器6”不是必须在工作过程中分辨率达到1mm；其次，高度传感器6设置在炉内炉外都可以实现分辨率1mm的要求；再次，设置高度传感器的目的是为了检测上轴的高度，采用1mm的分辨率是为了检测更加精确；另外，没有必要限制高度传感器为哪一种传感器。
合议组认为，权利要求4中的“高度传感器（6）的分辨率为1mm”其本身是清楚的，说明书也公开了在提拉抓取机构（2）上设置高度传感器（6），至于设置在炉内还是炉外，是本领域技术人员根据需要，通过所述提拉抓取机构的位置能够确定的；如专利权人所述，没有必要限定高度传感器的类型，只要其分辨率能够达到1mm并可以用于其操作环境即可，本领域技术人员完全可以依据实际需要选择适合的传感器。因此，在无相反证据的情况下，本专利的说明书满足了充分公开的要求，请求人指出的“本专利权利要求4的技术方案在说明书中公开不充分，不符合专利法第26条第3款规定”的无效宣告理由不成立。
4、关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定，创造性，是指同申请日以前已有的技术相比，该发明有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型有实质性特点和进步。
如果权利要求的技术方案与最接近的现有技术相比存在区别技术特征，并且，其他现有技术中也没有给出将该区别技术特征运用到该最接近的现有技术中以解决权利要求的技术方案所实际解决的技术问题的启示，则该权利要求具有创造性。
（i）在本案中，权利要求1保护一种硅芯炉籽晶卸放、抓取自动控制装置，包括籽晶托盘（1）及用于籽晶头抓取的提拉抓取机构（2），其特点在于：在籽晶托盘（1）的转轴处安装有一个增量编码器（3），籽晶托盘（1）还通过减速机构（4）与步进电机（5）连接；在提拉抓取机构（2）上设置有一个高度传感器（6），提拉抓取机构（2）还与直流伺服电机（7）连接，增量编码器（3）、步进电机（5）、高度传感器（6）和直流伺服电机（7）分别与逻辑控制器PLC（8）连接，在逻辑控制器PLC（8）中设置有软启动及软停止功能。
证据1公开了一种硅芯炉，包括上提拉部分、籽晶托盘系统、电器控制柜等，电气控制柜分别与上提拉部分、籽晶托盘系统相连，上提拉部分主要用于牵引钢丝绳来带动硅芯的上下运动，并能满足工作时的慢速和快速需要（参见第6页第1-3段）；在籽晶托盘控制系统中，步进电机通过一蜗轮蜗杆减速器带动籽晶托盘旋转运动（参见第30页第3段），控制系统的显示状态一方面指示当前运动状态，另一方面显示旋转角度数据（参见第31页第10行）；硅芯炉控制系统的上轴慢速、下轴慢速、下轴转速的调速精度都要求较高，因此采用直流伺服电动机（参见第11页2.5部分第2段）；在控制系统的快速速度系统中，速度分两档且有一定的软启动软停止作用（参见第12页）。
将本专利权利要求1的技术方案与证据1公开的内容进行对比，权利要求1中的“籽晶托盘（1）及用于籽晶头抓取的提拉抓取机构（2）”相当于证据1中的籽晶托盘和上提拉部分，“籽晶托盘（1）还通过减速机构（4）与步进电机（5）连接”相当于证据1中的步进电机通过一蜗轮蜗杆减速器带动籽晶托盘旋转运动，“提拉抓取机构（2）还与直流伺服电机（7）连接”相当于证据1中的上轴调速采用直流伺服电动机，“在逻辑控制器PLC（8）中设置有软启动及软停止功能”对应于证据1控制系统的快速速度系统中，速度分两档且有一定的软启动软停止作用。请求人认为，证据1公开了“该设备上传动和下传动部分都要求必须在各自有效行程范围内工作，也为了运行安全，故需有上、下限位”（第6页附图2-3、倒数第1段），限位的目的是为了对提拉抓取机构的动作行程进行控制，与高度传感器的作用相同，对此，合议组认为，如证据1所述，上、下限位的目的是保证上传动和下传动部分在各自有效行程范围内工作，也为了运行安全，而高度传感器的目的则是检测上轴的高度，并将其反馈到逻辑控制器PLC，由其统一协调，二者实质上是不同的。
因此，权利要求1与证据1的区别技术特征在于：（1）权利要求1在籽晶托盘的转轴处安装有一个增量编码器，而证据1的籽晶托盘控制系统可以显示旋转角度数据；（2）权利要求1在提拉抓取机构上设置有一个高度传感器，而证据1对此没有进行限定；（3）权利要求1采用了逻辑控制器PLC，且分别与增量编码器、步进电机、高度传感器和直流伺服电机连接，而证据1没有公开逻辑控制器PLC。
根据本专利说明书的记载，籽晶托盘的水平旋转及提拉抓取机构的上轴升降运行由可编程的逻辑控制器PLC统一协调（参见说明书第3页第16-17行），首先以数据表的方式在数据存储区按一定顺序存储各工位数据，然后对籽晶托盘的旋转角度增量及提拉抓取机构的高度增量进行采集，转换成绝对值，再将目标位置与之进行比较，采用闭环控制原理进行高精度定位控制，设置了软启动、软停止功能，根据离目标的距离进行适当的调速控制，保证了成品硅芯的安全移动，大大地提高了硅芯炉设备的生产效率并降低了能耗，提高了籽晶卸放、抓取的可靠性，避免了重复运动产生的累积误差（参见说明书第13页最后1段）。
基于上述区别技术特征和本专利说明书记载的内容可知，本专利权利要求1的技术方案相对于证据1实际解决的技术问题是如何提高硅芯炉籽晶卸放、抓取的精度、可靠性和自动化程度。
对于区别技术特征（1），证据1在“关于设备改进的设想”部分中还记载了“籽晶托盘控制系统是采用开环控制的，每用一次后，必须在装籽晶的同时进行位置校正，没有达到完全的自动化，今后考虑采用角度编码器直接检测籽晶托盘的转轴位置，来精确、自动进行籽晶托盘旋转定位控制”（参见第54页第3段），其中的角度编码器与权利要求1中增量编码器的用途是相同的，因此，证据1给出了在籽晶托盘上设置增量编码器的启示。
对于区别技术特征（2）和（3），证据2公开了用PLC实现三工位旋转工作台的定位控制，其中记载了“PLC的处理器速度和功能在不断增加，已发展成具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等的多功能控制器，加上它的价格低廉、操作方便、改变功能灵活易用、维护工作量小等优势，使PLC在工业生产过程自动化中获得广泛应用（参见第44页最后1段）。
由上述内容可知，证据2仅公开了PLC已广泛应用，并没有公开将PLC用于硅芯炉的控制系统，更没有公开高度传感器及其与逻辑控制器PLC的连接，也没有证据显示在硅芯炉的控制系统中使用区别技术特征（2）和（3）以解决上述实际解决的技术问题为本领域的公知常识，因此，相对于证据1、证据2和公知常识，权利要求1的技术方案对于本领域技术人员而言是非显而易见的，该权利要求具有创造性，符合专利法第22条第3款的规定。
（ii）权利要求2-3是权利要求1的从属权利要求，分别对权利要求1中的增量编码器、减速机构作了进一步限定，在权利要求1具有创造性的基础上，权利要求2-3也具有创造性。
（iii）权利要求4引用权利要求1，其附加技术特征为：“所述高度传感器（6）的分辨率为1mm”。
证据3公开了一种现代数控机床的测量系统－光栅尺的测量原理和选择标准，近年来光栅测量系统在数控机床上的使用占据主要的地位，光栅测量系统的分辨率高达纳米级（参见第66页右栏第2段）。
请求人认为，“光栅尺”实质上就是一种“高度传感器”，两者的用途和效果是完全相同的，现有光栅尺的分辨率已经能够达到纳米级，本领域技术人员可以根据实际需要，进行常规选择得到分辨率为1mm的高度传感器。
对此，合议组认为，如上文所述，设置高度传感器的目的是为了检测上轴的高度，并将其反馈到逻辑控制器PLC，然后由PLC统一协调，可见，高度传感器与光栅尺的用途和效果完全不同，请求人的主张不成立。
在权利要求1具有创造性的基础上，权利要求4相对于证据1、证据2、证据3和公知常识也具有创造性，符合专利法第22条第3款的规定。
基于以上事实和理由，本案合议组作出如下审查决定。
三、决定
维持200920031771.1号实用新型专利权有效。
当事人对本决定不服的，可以根据专利法第46条第2款的规定，自收到本决定之日起三个月内向北京市第一中级人民法院起诉。根据该款的规定，一方当事人起诉后，另一方当事人作为第三人参加诉讼。
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