專利名稱：無接觸式真空夾持器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空夾持器(Vakuum-Greifer)并且尤其涉及一種用于小心地夾持表面敏感的工件(例如太陽能電池、晶片或純平屏幕用的面板)、同樣用于夾持重的玻璃板或由其它材料構(gòu)成的帶有非常光滑的表面的板(其互相堆疊并且應(yīng)從上被取下)的真空夾持器。
背景技術(shù)：
真空夾持器通常是已知的并且對(duì)于使用情況、即在結(jié)構(gòu)上被匹配于待夾持的工件。當(dāng)目的在于夾持表面敏感的工件時(shí)，必須采取特別的措施，以便在夾持時(shí)不損壞工件表面。
在原理上可區(qū)分真空夾持器的兩種類型存在真空夾持器，其被放置到工件上并且在夾持過程開始時(shí)被帶到機(jī)械地與工件表面相接觸，即夾持器設(shè)有密封唇，其引起在工件表面與夾持器之間的密封，使得在夾持器之內(nèi)產(chǎn)生真空時(shí)外部的空氣壓力把工件擠壓到密封唇處。通過高的面壓力，可導(dǎo)致工件表面的不希望的改變。此外存在真空夾持器，其相應(yīng)地構(gòu)造以便將工件從一距離抽吸到夾持器頭并且無接觸地保持在夾持面附近。該效果例如由此實(shí)現(xiàn)，即夾持表面構(gòu)造為空氣軸承(Luftlager)?？諝廨S承可通過噴嘴場(chǎng)(Duesenfeld)來產(chǎn)生,壓縮空氣從噴嘴場(chǎng)中流出或借助于振蕩的板，因此如在文件EP 1387808 BI所描述的那樣，其以此完全被容納在說明書中。當(dāng)工件懸掛在真空夾持器的表面處時(shí)，它通過外部的空氣壓力被壓向夾持器表面。然而夾持器表面的接觸由空氣軸承阻止。因此工件以在夾持器表面之下預(yù)定間距懸浮，使得工件表面不被接觸。然而該功能描述僅適用于靜止的狀態(tài)。然而在夾持過程期間存在以下問題為了抽吸，需要提高的抽吸功率，以便抬起工件。在工件到達(dá)其最終位置前，所希望的是減小抽吸功率，因?yàn)榉駝t存在加速的工件由于慣性力而克服空氣軸承的反力并且撞向夾持器表面的危險(xiǎn)。在實(shí)踐中常常需要選擇比本來必需的保持力(其僅須略大于由工件的質(zhì)量所確定的重力)大10倍的最大抽吸力。還存在夾持操作，在其中最大抽吸力還必須被選擇得更高。例如當(dāng)玻璃板處于帶有非常光滑的表面的桌子或堆垛(Stapel)上時(shí)，情況就是如此。在該情況中在玻璃板與桌面之間幾乎沒有空氣。當(dāng)玻璃板被抬起時(shí)，開頭必須克服周圍的空氣壓力，以便在抬起時(shí)能產(chǎn)生小的間隙，由此空氣可流入該間隙中。只有當(dāng)間隙填充以空氣并且因此在間隙空間中的壓力對(duì)應(yīng)于外部的空氣壓力時(shí)，開頭作用的壓緊力才為零，使得僅需克服重力。用于使光滑的板分開所需要的附加力接下來被稱為分離力(Abreisskraft)。一種真空抽吸式夾持器，其在沒有機(jī)械接觸的情況下抽吸工件，因此必須這樣設(shè)計(jì)，使得夾持器的抽吸力首先克服分離力，然后逆著地心引力在夾持器面的方向上加速工件。當(dāng)工件與夾持器面具有預(yù)定距離時(shí)，希望制動(dòng)工件，由此它不由于慣性力而撞向夾持器面。
因?yàn)樵谧詣?dòng)程序中待抬起的工件是相同的并且因此也具有相同的重量，所以理論上可能在抽吸噴嘴后面布置有反應(yīng)迅速的閥控制部(Ventilsteuerung)，其在克服分離力后第一次節(jié)流抽吸流，使得抽吸力協(xié)調(diào)于板的技術(shù)上最佳的加速。當(dāng)板已被抬起預(yù)定的行程時(shí)，可實(shí)現(xiàn)第二次節(jié)流，以便這樣制動(dòng)其速度，使得板因此到達(dá)它的在夾持器面處的最終位置。專業(yè)人士清楚，這樣的高動(dòng)態(tài)的程序的控制是極其復(fù)雜的并且因此昂貴的，這是因?yàn)闅鈶B(tài)介質(zhì)由于其可壓縮性而很難來控制。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種可靠的且成本有利的裝置，利用其尤其也可以無接觸地取下光滑的板(其要求高的分離力)。該目的利用根據(jù)權(quán)利要求I的真空夾持器來實(shí)現(xiàn)，其中真空夾持器具有以下特征直的或拱曲的夾持器板。夾持器板可以是平的，以便容納平的板，它可以是一維地彎曲的，以便容納管，而它也可以是二維地拱曲的，以便容納例如球形的工件。夾持器板可具有與工件表面形狀相匹配的形狀，只要以下所描述的技術(shù)教導(dǎo)在流體力學(xué)上可轉(zhuǎn)化。在夾持器板中設(shè)置有至少一個(gè)、以預(yù)定的負(fù)壓加載的抽吸口。圍繞抽吸口構(gòu)造有工件-節(jié)流-面。面截段被稱為工件-節(jié)流-面，其在抽吸工件時(shí)利用工件表面構(gòu)造限定的間隙。當(dāng)工件到達(dá)其最終位置時(shí)，它主要在該間隙處懸掛在夾持器板處。因此該工件-節(jié)流-面這樣設(shè)計(jì)尺寸，使得在該工件-節(jié)流-面處產(chǎn)生的抽吸力大于工件的反向的重力(其取決于工件的質(zhì)量)。此外在夾持器板的面向工件的側(cè)面中設(shè)置有至少一個(gè)凹口。該凹口根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)教導(dǎo)這樣布置，使得它總是處于工件-節(jié)流-面之外。換言之，所抽吸的空氣從夾持器板的邊緣出來沿著夾持器板朝向抽吸口流動(dòng)并且在此經(jīng)過與該抽吸口相關(guān)聯(lián)的、即前置的凹口。在凹口中存在至少一個(gè)排氣孔。以下描述真空夾持器的功能當(dāng)夾持器下側(cè)接近工件表面直到大約2_至0. 5mm時(shí)，該真空夾持器如傳統(tǒng)的真空夾持器那樣起作用，即空氣被從夾持器邊緣抽吸出來并且朝向抽吸口流動(dòng)。在共同的夾持器面上構(gòu)造有負(fù)壓，其壓頭朝向夾持器邊緣下降。在凹口的區(qū)域中負(fù)壓是恒定的。預(yù)定的空氣體積流量也通過排氣孔來抽吸。然而該體積流量相較在夾持器面處在2_至0. 5mm寬的間隙之內(nèi)被抽吸的體積流量來說相對(duì)較小。夾持器在該形勢(shì)下具有在規(guī)定的恒定抽吸壓力和夾持器板的規(guī)定面積的情況下它的最大承載力。工件越靠近夾持器表面，間隙就越窄且流動(dòng)橫截面(通過其，空氣可從外面、即從夾持器板的邊緣來伴流(nachstroemen))因此就越小。然而排氣孔的橫截面保持恒定。這導(dǎo)致在凹口中不再可建立負(fù)壓，因?yàn)橥獠靠諝饪偸前榱魍ㄟ^排氣孔。流動(dòng)橫截面(通過其，空氣可從邊緣來伴流)變得越小，該效果就越強(qiáng)。因此凹口的面積不再有助于抽吸力。換言之因?yàn)槌槲κ怯行У某槲娣e和抽吸壓力的乘積(并且有效的抽吸面積主要僅還限制于工件-節(jié)流-面的區(qū)域)，因此有效的抽吸面積比夾持器表面與工件表面距離更大的情況小多倍。因此抽吸力也比夾持器表面與工件表面距離更大的情況小多倍。由此產(chǎn)生所希望的效果，即真空夾持器在與待夾持的工件的表面距離較大時(shí)具有非常高的抽吸力，其在工件表面繼續(xù)靠近真空夾持器時(shí)急劇下降，使得在合適的尺寸設(shè)計(jì)中可避免工件撞擊夾持器。 因此抽吸力的降低自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)。在相應(yīng)專業(yè)設(shè)計(jì)真空夾持器的尺寸時(shí)，根據(jù)工件重量和抽吸壓力的高度可實(shí)現(xiàn)工件的懸浮，即工件表面不接觸真空夾持器。在該情況中建立在抬起工件的抽吸力與將工件向下拉的重力之間的力平衡。當(dāng)抽吸力變化時(shí)，例如變得稍弱，工件將略微下降。但是由此有效的抽吸面積變大，使得抽吸力提高并且工件又被向上拉。該懸浮狀態(tài)一直建立并且不依賴于工件的表面性質(zhì)。因此利用該夾持器不僅可抓住帶有非常光滑的表面的玻璃板，而且可抓住帶有粗糙表面的木板。在根據(jù)權(quán)利要求2的真空夾持器的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，排氣孔的開口橫截面可變地構(gòu)造。由此能夠簡(jiǎn)單地調(diào)整抽吸力到在工件表面與夾持器之間的預(yù)定距離。在根據(jù)權(quán)利要求3的真空夾持器的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，每個(gè)凹口設(shè)置有多個(gè)排氣孔，其能夠有選擇性地閉合。由此能夠簡(jiǎn)單地調(diào)整抽吸力到在工件表面與夾持器之間的預(yù)定距離。在根據(jù)權(quán)利要求4的真空夾持器的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，排氣孔以多孔的材料填充，其作為節(jié)流閥起作用。由此排氣孔的橫截面可選擇得更大，這對(duì)于小的夾持器可導(dǎo)致制造時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。在根據(jù)權(quán)利要求5的真空夾持器的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，多孔的材料是由開孔的泡沫塑料構(gòu)成的塞子(Stoepsel)。該塞子可容易地制造且可容易地更換。在根據(jù)權(quán)利要求6的真空夾持器的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，替代于多孔材料,排氣孔設(shè)有空氣過濾器，其作為節(jié)流閥起作用并且同樣可容易地更換。在根據(jù)權(quán)利要求7的真空夾持器的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，排氣孔實(shí)施為螺紋孔，帶有不同的幾何結(jié)構(gòu)、即帶有預(yù)定的流動(dòng)輪廓的噴嘴可被旋入其中。在根據(jù)權(quán)利要求8的真空夾持器的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，排氣孔具有可控制的流量閥。由此在抽吸工件時(shí)可主動(dòng)控制空氣流量，這在確定的條件下導(dǎo)致真空夾持器的抽吸性能和保持性能的改善。在根據(jù)權(quán)利要求9的真空夾持器的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，凹口的容積是可改變的，由此可實(shí)現(xiàn)夾持器與其它工件的快速匹配。容積改變可通過放入材料來引起。當(dāng)夾持器例如由鋼構(gòu)成時(shí)，可將磁體插入凹口中，那么磁體在沒有其它固定的情況下保持住。也可旋入螺栓，其頭部有助于在凹口之內(nèi)的容積減小。在根據(jù)權(quán)利要求10的真空夾持器的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，在夾持器板之內(nèi)設(shè)置有多個(gè)工件-節(jié)流-面。當(dāng)待取下的板應(yīng)在多個(gè)點(diǎn)處被承載時(shí)，選擇該布置。對(duì)于專業(yè)人士清楚的是，工件-節(jié)流-面不一定必須構(gòu)造成環(huán)形，而也可直線地延伸，這在實(shí)施例中還將詳細(xì)闡述。在根據(jù)權(quán)利要求11的真空夾持器的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，夾持器板構(gòu)造成帶有空氣排出噴嘴(Luftaustrittsduese)的空氣軸承。因此提供夾持器不通過工件接觸的附加保證。替代于根據(jù)權(quán)利要求11的改進(jìn)方案，根據(jù)權(quán)利要求12夾持器板與至少一個(gè)超聲波-振蕩器機(jī)械地連結(jié)，其中夾持器板這樣設(shè)計(jì)尺寸，使得它形成超聲波-空氣支承，如其例如在文件EP 1387808 BI中所描述的那樣。在根據(jù)權(quán)利要求13的真空夾持器的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，設(shè)置有多個(gè)抽吸口，其中圍繞每個(gè)該抽吸口構(gòu)造有工件-節(jié)流-面。當(dāng)工件例如具有直的表面(夾持器放置到其處)，但是工件不一樣厚時(shí)，有利地可使用該布置。抽吸口可利用不同的抽吸壓力來操作，其使能夠穩(wěn)定地且水平地抬起工件。


接下來根據(jù)實(shí)施例結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。其中圖la、b顯示真空夾持器的第一實(shí)施形式，圖2a、b顯示真空夾持器的第二實(shí)施形式，圖3a、b顯示真空夾持器的第三實(shí)施形式，圖4a、b顯示真空夾持器的第四實(shí)施形式。
具體實(shí)施例方式圖la、b顯示用于容納工件I的圓形的真空夾持器的橫截面，其中夾持器具有以下特征圓盤形的夾持器板2在其中心點(diǎn)具有抽吸口 3。圍繞抽吸口 3構(gòu)造有圓環(huán)形的工件-節(jié)流-面6，其作用方式在接下來的段落中闡述。在夾持器板邊緣的方向上設(shè)置有環(huán)形的凹口 4，其在當(dāng)前情況中具有兩個(gè)錯(cuò)開180度的排氣孔，即整個(gè)凹口 4與外部的大氣相連接。圖I示出還在初始位置中的工件I。借助于抽吸孔3抽吸空氣，其在側(cè)面伴流經(jīng)過通常是在大約2_至0. 5_之間的間隙7。在該位置中真空夾持器具有其最大的抽吸力，其大于工件I的重力。由此工件I被抬起。換言之當(dāng)夾持器下側(cè)靠近工件表面時(shí)，該真空夾持器如傳統(tǒng)的真空夾持器那樣起作用，即空氣被從夾持器邊緣抽吸出并且朝向抽吸口流動(dòng)。在整個(gè)夾持器面上構(gòu)造有負(fù)壓，其壓頭朝向夾持器邊緣降低。然而在凹口 4的區(qū)域中負(fù)壓P是恒定的，這在處于下面的圖表A中作為高原線8可辨識(shí)。預(yù)定的空氣體積流量也通過排氣孔來抽吸。然而該體積流量相對(duì)于在夾持器面處在2_至0. 5mm寬的間隙之內(nèi)被抽吸的體積流量來說相對(duì)較小。在圖表B中，除了圖表A的壓力曲線，附加地繪出壓力曲線9，如它在無凹口 4的情況下將建立的那樣。工件越靠近夾持器表面(如在圖I中所示)，間隙7就越窄，通過其，空氣可從外面、即從夾持器板的邊緣來伴流。流動(dòng)橫截面(通過其，空氣可從邊緣來伴流)急劇減小。然而排氣孔的橫截面保持恒定。這導(dǎo)致，在凹口 4中不再建立負(fù)壓，因?yàn)橥獠靠諝馔ㄟ^排氣孔總是可以以足夠的量伴流。間隙7的流動(dòng)橫截面(通過其，空氣可從邊緣來伴流)越小，該效果就越強(qiáng)。因此凹口4的面積現(xiàn)在不再有助于抽吸力。換言之因?yàn)槌槲κ怯行У某槲娣e和抽吸壓力的乘積(并且有效的抽吸面積主要僅還限制于工件-節(jié)流-面6的區(qū)域)，因此有效的抽吸面積比夾持器表面與工件表面距離更大的情況小多倍。因此抽吸力也比夾持器表面與工件表面距離更大的情況小多倍。。由此產(chǎn)生所希望的效果，即真空夾持器在與待夾持的工件的表面距離較大時(shí)具有非常高的抽吸力，其在工件表面繼續(xù)靠近真空夾持器時(shí)急劇下降，使得在合適的尺寸設(shè)計(jì)中可避免工件撞擊夾持器。在附圖下面的圖表A和圖表B顯示帶有或者不帶有凹口 4的壓力曲線。因此抽吸力的降低自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)。在相應(yīng)專業(yè)設(shè)計(jì)真空夾持器的尺寸時(shí)，根據(jù)工件重量和抽吸壓力的高度可實(shí)現(xiàn)工件的懸浮，即工件表面不接觸真空夾持器。在該情況中建立在抬起工件的抽吸力與將工件向下拉的重力之間的力平衡。當(dāng)抽吸力變化時(shí)，例如變得稍弱，工件I將略微下降。但是由此有效的抽吸面積變大，使得抽吸力提高并且工件I又被向上拉。噴嘴幾何結(jié)構(gòu)和所需要的壓力及負(fù)壓由待夾持的工件的性質(zhì)決定。在許多技術(shù)程序中工件是相同的，使得噴嘴參數(shù)和壓力參數(shù)也可保持恒定。因?yàn)閲娮靺?shù)和壓力參數(shù)取決于工件的大小、重量、表面和一系列另外的特征，所以說明特別的噴嘴形狀和其它參數(shù)是沒有意義的。接下來的附圖顯示真空夾持器的另外的實(shí)施形式，其全部根據(jù)在圖I中所描述的相同的技術(shù)教導(dǎo)工作。因此接下來放棄重復(fù)描述普遍的技術(shù)教導(dǎo)而僅僅描述相應(yīng)的實(shí)施形式的新的特征。圖2a、b顯示帶有兩個(gè)抽吸口 3、3a的圓形的夾持器板。第二抽吸口 3a是帶有4個(gè)孔的環(huán)形槽，真空被置于其處。因?yàn)樵诋?dāng)前的實(shí)施形式中4個(gè)孔的橫截面的總和明顯小于抽吸口 3的橫截面，所以抽吸槽3a的抽吸作用也小于抽吸口 3的抽吸作用。如果需要，抽吸槽3a的抽吸橫截面也可選擇得更大，使得抽吸作用至少與抽吸口 3的一樣大。圖3a、b顯示用于最佳地夾持優(yōu)選地矩形的工件的矩形的夾持器板。在該實(shí)施形式中抽吸口 3構(gòu)造成矩形并且槽形的凹口 4平行相對(duì)。 圖4a、b顯示用于抬起管的根據(jù)圖3的夾持器板。對(duì)此夾持器板匹配于管直徑的曲率。
權(quán)利要求
1.一種用于容納エ件(I)的真空夾持器，其中所述真空夾持器具有以下特征-直的或拱曲的夾持器板(2)，-至少ー個(gè)抽吸口(3 ;3a)，其設(shè)置在所述夾持器板(2)中，其中圍繞所述抽吸口(3)構(gòu)造有エ件-節(jié)流-面(6)，-至少ー個(gè)凹ロ(4)，其在所述夾持器板(2)的面向所述エ件的側(cè)面中關(guān)于所述抽吸口 (3)設(shè)置在所述エ件-節(jié)流-面(6)之外和-至少ー個(gè)排氣孔(5)，其設(shè)置在每個(gè)凹ロ(4)之內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空夾持器，其特征在于，所述排氣孔(5)的開ロ橫截面是可變的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空夾持器，其特征在于，每個(gè)凹ロ設(shè)置有多個(gè)排氣孔(5)， 其能夠有選擇性地閉合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空夾持器，其特征在于，所述排氣孔(5)以多孔材料填充。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的真空夾持器，其特征在于，所述多孔材料是由開孔的泡沫塑料構(gòu)成的塞子。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空夾持器，其特征在于，所述排氣孔(5)具有可更換的空氣過濾器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空夾持器，其特征在于，所述排氣孔(5)具有用于旋入帶有不同幾何結(jié)構(gòu)的噴嘴的螺紋孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空夾持器，其特征在于，所述排氣孔(5)具有可控制的流量閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空夾持器，其特征在于，所述凹ロ(4)的容積是可改變的。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空夾持器，其特征在于，多個(gè)エ件-節(jié)流-面(6)設(shè)置在夾持器板(2)之內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空夾持器，其特征在于，所述夾持器板(2)構(gòu)造為帶有空氣排出噴嘴的空氣軸承。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空夾持器，其特征在于，所述夾持器板(2)與至少ー個(gè)超聲波-振蕩器機(jī)械地連結(jié)，其中所述夾持器板(2)這樣確定尺寸，使得它形成超聲波-空氣軸承。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空夾持器，其特征在于，設(shè)置有多個(gè)抽吸口(3)，其中圍繞每個(gè)所述抽吸ロ(3)各構(gòu)造有エ件-節(jié)流-面(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種真空夾持器并且尤其涉及一種用于小心地夾持表面敏感的工件(例如太陽能電池、晶片或純平屏幕用的面板)、同樣用于夾持重的玻璃板或由其它材料構(gòu)成的帶有非常光滑的表面的板(其互相堆疊并且應(yīng)從上被取下)的真空夾持器，其中真空夾持器具有以下特征直的或拱曲的夾持器板(2)；至少一個(gè)抽吸口(3；3a)，其設(shè)置在夾持器板(2)中，其中圍繞抽吸口(3)構(gòu)造有工件-節(jié)流-面(6)；至少一個(gè)凹口(4)，其在夾持器板(2)的面向工件的側(cè)面中關(guān)于抽吸口(3)設(shè)置在工件-節(jié)流-面(6)之外；和至少一個(gè)排氣孔(5)，其設(shè)置在每個(gè)凹口(4)之內(nèi)。
文檔編號(hào)B65G47/91GK102639415SQ201080042938
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者A·齊茨曼, J·齊默曼, M·席爾普 申請(qǐng)人:齊默爾曼和席爾普搬運(yùn)技術(shù)有限責(zé)任公司