CN102530548B - 复合型气动非接触式气爪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了复合型气动非接触式气爪，包括具有下开口圆柱空腔的气爪壳体和中心制有工件抓取通孔的分流环，气爪壳体由三段可拆卸密封连接的气爪顶盖、气爪中部和底部吸盘构成；气爪顶盖制有与圆柱空腔相切连通的进气孔，气爪中部制有构成圆柱空腔主体段的旋回流腔，底部吸盘制有连通圆柱空腔的圆形吸盘凹腔；分流环间隙套装在圆形吸盘凹腔中，分流环背面与圆形吸盘凹腔底壁的弧形曲面间构成有环形间隙喷气通道，分流环上等弧度均布制有三组环绕抓取通孔的增压小孔；被抓取的工件在高压气体旋回流中心产生的负压和环形间隙喷气通道溢出的正压以及自身重力三者的共同作用下悬浮在抓取通孔前方达到动态平衡，实现非接触式的抓取搬运功能。

Description

复合型气动非接触式气爪

技术领域

本发明涉及高精密薄片的搬运抓取技术领域,尤其是非接触式搬运气爪技术，具体地说是旋回流和伯努力原理的复合型气动非接触式气爪。

背景技术

随着信息产业制造技术的发展，液晶玻璃基板和多晶硅晶片的尺寸变的越来越大。传统搬运技术中,由于玻璃基板与滚轮、晶片与吸盘进行接触,玻璃基板和晶片表面不可避免地会受到损伤而影响产品的品质质量，造成次品率高。为克服传统搬运技术的缺点，目前的主流技术是非接触式搬运。但现有技术中的非接触式搬运机构仍然普遍存在耗气量大、吸附力小、吸附不稳定以及剪切力过大、可调节性差等缺陷，因而技术上还不够理想，不能更好地满足产品生产的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供利用高压气体旋回流产生的负压和排出气体产生的伯努利效应实现非接触式搬运的一种复合型气动非接触式气爪，该气爪具有耗气量小、吸力大、对工件表面损伤小以及吸附更加稳定等特点。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：复合型气动非接触式气爪，包括具有下开口圆柱空腔的气爪壳体和中心制有工件抓取通孔的分流环，气爪壳体由三段可拆卸密封连接的气爪顶盖、气爪中部和底部吸盘构成；气爪顶盖制有与圆柱空腔相切连通的进气孔，气爪中部制有构成圆柱空腔主体段用于使高压气体高速旋转的旋回流腔，底部吸盘制有连通圆柱空腔的圆形吸盘凹腔；分流环间隙固定套装在圆形吸盘凹腔中，并且分流环背面与圆形吸盘凹腔底壁的弧形曲面间构成有环形间隙喷气通道，分流环上等弧度均布制有三组环绕抓取通孔的增压小孔；被抓取的工件在高压气体旋回流中心产生的负压和环形间隙喷气通道溢出的正压以及自身重力三者的共同作用下悬浮在抓取通孔前方达到动态平衡，实现非接触式的抓取搬运功能。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

上述的底部吸盘包括底部的圆盘体和一体连接在圆盘体顶部的圆柱体，圆盘体的上表面为锥度圆环面，圆盘体的周边制有与圆盘体底面的帽檐环形底面相垂直的帽檐直角圆环边，圆形吸盘凹腔位于圆盘体中。

上述的圆柱体中心制有构成圆柱空腔未段下开口端的柱腔段，柱腔段与圆形吸盘凹腔的连接间制有起平顺导向过渡作用的弧形过渡腔，分流环与圆形吸盘凹腔间均布垫有三个空心柱形垫片，并且分流环与圆形吸盘凹腔间能通过更换不同高度的柱形垫片调节环形间隙喷气通道的间隙尺寸。

上述的气爪顶盖、气爪中部和底部吸盘同轴心环圆柱空腔均布制有三个轴向贯通的安装通孔，并且位于底部吸盘上的安装通孔段为带有内螺纹的内螺纹孔，气爪顶盖、气爪中部和底部吸盘经连接螺钉与底部吸盘上的内螺纹孔螺旋紧固相连接。

上述的气爪中部的外形为圆柱形，气爪中部的上下两压合面上分别制有上凹槽和下凹槽，上凹槽和下凹槽内分别安装有与气爪顶盖和底部吸盘起密封压合作用的第一密封圈和第二密封圈。

上述的气爪顶盖制有构成圆柱空腔顶段的柱形凹腔，进气孔设置在气爪顶盖的长方形前端面上,进气孔与柱形凹腔垂直并相切连通，进气孔由纵向长方形孔和上下两端的外凸圆弧形孔组成的类椭圆孔，进气孔的进气端口扩制有同轴心方便管路安装的圆形沉台孔，气爪顶盖下面制有与气爪中部上压合面配合密封的凸台压装面，气爪顶盖制有与外部设备配装的配装孔。

上述的分流环为周底面带有帽檐底部平面的凹形盘体，增压小孔和抓取通孔均位于分流环的分流凹腔中，分流环的背面和分流凹腔内表面具有与底部吸盘圆形吸盘凹腔的弧形曲面相平行的外表面。

上述的分流环分流凹腔中制有三个分流安装孔，两相邻的分流安装孔间相距120度，每个分流安装孔均扩制有同轴的定位沉孔，分流环经沉头螺栓穿过分流安装孔和柱形垫片与底部吸盘的安装通孔段内螺纹孔螺旋定位相连接，增压小孔每组制有两个并和分流安装孔位于同一圆周线上。

上述的气爪壳体能通过拆卸更换不同高度的气爪中部，调整相同气压下的不同高度旋回流腔产生负压的能力。

上述进气孔位于气爪顶盖长方形前端面的右端与柱形凹腔右侧周壁垂直相切连通，高压气体在圆柱空腔中俯视为逆时针方向向下旋转运动，或进气孔位于气爪顶盖长方形前端面的左端与柱形凹腔左侧周壁垂直相切连通，高压气体在圆柱空腔中俯视为顺时针方向向下旋转运动。

与现有技术相比，本发明的气爪壳体由三段可拆卸密封连接的气爪顶盖、气爪中部和底部吸盘构成，三段式的设计能根据不同的需求更换气爪中部改变旋回流腔的高度，使气爪各部分具有良好的更换性。进气孔与圆柱空腔相切连通采用旋回流进气方式，让高速旋转的压缩气体在旋回流腔中由于离心力形成真空，产生更大的吸附力，从而减小了耗气量。本发明的分流环制有均布的分流增压小孔，能利用分流环环形间隙喷气通道中的低压增加中心产生的负压，增压小孔分流作用大大减小了压缩气体对工件表面的环向剪切力，同时分流环分流后的气体仍能形成伯努利效应，能保证具有更稳的吸附力，使工件在吸附抓取过程不会旋转。本发明具有的有益效果是：

1、通过分流环的分流作用和垫片调节作用，减小剪切力，分流环与圆形吸盘凹腔间能通过更换不同高度的柱形垫片调节环形间隙喷气通道的间隙尺寸。

2、通过调节气爪中部的高度，使不同旋回流的真空效果达到最佳；

3、通过分流环上多气爪分流增压小孔的均布，使工件吸附力均匀，不发生旋转，吸附平稳。

4、具有较强的可拆卸可更换性。

附图说明

图1是本发明实施例的立体分解结构示意图；

图2是本发明的正视结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是图3的C-C向剖面结构示意图；

图5是图2的A-A向剖面结构示意图；

图6是图2中分流环的仰视图；

图7是图2中B处的局部放大示意图；

图8是图2的右视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

图1至8为本发明的结构示意图。

其中的附图标记为：气爪壳体1、安装通孔1b、气爪顶盖2、柱形凹腔2a、进气孔2b、纵向长方形孔2c、外凸圆弧形孔2d、圆形沉台孔2e、配装孔2f、长方形前端面21、凸台压装面22、气爪中部3、旋回流腔3a、上凹槽31、下凹槽32、底部吸盘4、内螺纹孔4a、圆盘体41、圆形吸盘凹腔41a、弧形过渡腔41b、锥度圆环面411、帽檐直角圆环边412、帽檐环形底面413、圆柱体42、柱腔段42a、分流环5、抓取通孔5a、增压小孔5b、定位沉孔5c、分流凹腔51、帽檐底部平面52、空心柱形垫片6、连接螺钉7、第一密封圈81、第二密封圈82、沉头螺栓9、环形间隙喷气通道D。

如图1至图8所示，本发明的气动旋回流非接触式气爪，包括具有下开口圆柱空腔的气爪壳体1和中心制有工件抓取通孔5a的分流环5，气爪壳体1由三段可拆卸密封连接的气爪顶盖2、气爪中部3和底部吸盘4构成；气爪顶盖2制有与圆柱空腔相切连通的进气孔2b，气爪中部3制有构成圆柱空腔主体段用于使高压气体高速旋转的旋回流腔3a，底部吸盘4制有连通圆柱空腔的圆形吸盘凹腔41a；分流环5间隙固定套装在圆形吸盘凹腔41a中，并且分流环5背面与圆形吸盘凹腔41a底壁的弧形曲面间构成有环形间隙喷气通道D，分流环5上等弧度均布制有三组环绕抓取通孔5a的增压小孔5b；被抓取的工件在高压气体旋回流中心产生的负压和环形间隙喷气通道D溢出的正压以及自身重力三者的共同作用下悬浮在抓取通孔5a前方达到动态平衡，实现非接触式的抓取搬运功能。与现有技术相比，本发明的气爪壳体1由三部分构成，因而具有良好的可调性和更换性，进气孔2b与圆柱空腔相切连通，更有利于压缩气体的旋转形成旋回流，分流环5上制有均布的增压小孔5b能起到增压的作用，并减小压缩气体对工件表面的剪切力，圆形吸盘凹腔41a底壁的弧形曲面为光滑的圆弧面，因而也更利于旋回流的分流，减少气体流动的阻力。本发明采用旋回流进气方式，让高速旋转的压缩气体在旋回流腔中由于离心力形成真空，产生更大的吸附力，从而减小了耗气量。本发明的最大优点是：耗气量少，吸附力强，对工件表面损伤小、可调节、可拆卸更换并且吸附更稳定。

实施例中，如图1、图2和图4所示，底部吸盘4包括底部的圆盘体41和一体连接在圆盘体41顶部的圆柱体42，圆盘体41的上表面为锥度圆环面411，圆盘体41的周边制有与圆盘体41底面的帽檐环形底面413相垂直的帽檐直角圆环边412，圆形吸盘凹腔41a位于圆盘体41中。底部吸盘4制有圆柱体42可更方便地与气爪中部3装配连接。

本发明的圆柱体42中心制有构成圆柱空腔未段下开口端的柱腔段42a，柱腔段42a与圆形吸盘凹腔41a的连接间制有起平顺导向过渡作用的弧形过渡腔41b，分流环5与圆形吸盘凹腔41a间均布垫有三个空心柱形垫片6，并且分流环5与圆形吸盘凹腔41a间能通过更换不同高度的柱形垫片6调节环形间隙喷气通道D的间隙尺寸。本发明的柱形垫片6具有不同的高度规格，能通过调换不同厚度的柱形垫片6改变环形间隙喷气通道D的间隙大小，从而能把喷射的高压气体对工件表面的剪切力调整到最低限度，减少或消除对工件造成的损伤，保证产品的质量。

从图1中可以清楚的看到，气爪顶盖2、气爪中部3和底部吸盘4同轴心环圆柱空腔均布制有三个轴向贯通的安装通孔1b，并且位于底部吸盘4上的安装通孔段为带有内螺纹的内螺纹孔4a，气爪顶盖2、气爪中部3和底部吸盘4经连接螺钉7与底部吸盘4上的内螺纹孔4a螺旋紧固相连接。连接螺钉7为带有沉头的螺钉，本发明的气爪顶盖2顶部上安装通孔1b的开口端扩制有沉孔，连接螺钉7的沉头没入在沉孔中与沉孔的限位台面相顶接。

实施例中，气爪中部3的外形为圆柱形，气爪中部3的上下两压合面上分别制有上凹槽31和下凹槽32，上凹槽31和下凹槽32内分别安装有与气爪顶盖2和底部吸盘4起密封压合作用的第一密封圈81和第二密封圈82。本发明在三个安装通孔1b的内侧和环旋回流腔3a之间的压合面上制有上凹槽31和下凹槽32，通过安装在凹槽中的密封圈提高装配连接的密封性。

如图2、图4所示，本发明的气爪顶盖2制有构成圆柱空腔顶段的柱形凹腔2a，进气孔2b设置在气爪顶盖2的长方形前端面21上。从图5和图7中可以清楚的看到进气孔2b与柱形凹腔2a垂直并相切连通，进气孔2b为由纵向长方形孔2c和上下两端的外凸圆弧形孔2d组成的类椭圆孔式的特殊进气孔。进气孔2b的进气端口扩制有同轴心方便管路安装的圆形沉台孔2e，气爪顶盖2下面制有与气爪中部3上压合面配合密封的凸台压装面22，气爪顶盖2制有与外部设备配装的配装孔2f。本发明的进气孔2b内部为类椭圆，在通入高压气体时相切连通的进气孔2b更易产生旋回流。气爪顶盖2的配装孔2f可与外界构件用螺钉相连组成单元气爪结构，也能通过配装孔2f连接构成多气爪组合的组合结构，以增加吸附强度。

如图1、图6所示，分流环5为周底面带有帽檐底部平面52的凹形盘体，增压小孔5b和抓取通孔5a均位于分流环5的分流凹腔51中，分流环5的背面和分流凹腔51内表面具有与底部吸盘4圆形吸盘凹腔41a的弧形曲面相平行的外表面。分流环5的分流凹腔51的底壁和背面的弧形面与底部吸盘4圆形吸盘凹腔41a的底壁有相同弧度的曲面，分流环5的分流凹腔51的底壁和背面的弧形面也均为光滑的弧形面，光滑的弧形面能有效地减少流动气体的阻力。本发明采用底部吸盘4和分流环5进行有效地配合，在压缩气体进入到底部吸盘4和分流环5形成的环形间隙喷气通道D后，会在分流环5外边缘吹出并能形成伯努利效应，充分利用了压缩气体喷出时的能量，因而耗气量更少，更加节约资源。

从图6中可以看出，本发明的分流环5分流凹腔51中制有三个分流安装孔，两相邻的分流安装孔间相距120度，每个分流安装孔均扩制有同轴的定位沉孔5c，分流环5经沉头螺栓9穿过分流安装孔和柱形垫片6与底部吸盘4的安装通孔段内螺纹孔4a螺旋定位相连接，图中显示增压小孔5b每组制有两个并和分流安装孔位于同一圆周线上，两相邻的分流安装孔间设有一组增压小孔5b，每组增压小孔5b相距也是120度。增压小孔5b分布于分流凹腔51中能起到分流的作用，减小压缩气体对工件表面的剪切力。

实施例中，气爪壳体1能通过拆卸更换不同高度的气爪中部3，调整相同气压下的不同高度旋回流腔3a产生负压的能力。本发明的气爪壳体1采用三部分密封连接设计，能根据不同的需求更换气爪中部3改变旋回流腔的高度，使不同旋回流的真空效果达到最佳。

本发明的进气孔2b位于气爪顶盖2长方形前端面21的右端与柱形凹腔2a右侧周壁垂直相切连通，此时高压气体在圆柱空腔中俯视为逆时针方向向下旋转运动，当然也可以把进气孔2b设置于气爪顶盖2长方形前端面21的左端与柱形凹腔2a左侧周壁垂直相切连通，此时高压气体在圆柱空腔中俯视为顺时针方向向下旋转运动。

本发明的工作原理是：气爪在抓取工件时，压缩空气通过进气口到达中心圆柱空腔，由于受中心圆柱空腔内腔壁的束缚，产生旋回流向下运动，旋回流中心在离心力的作用下产生负压。工件在旋回流中心的负压、空气溢出的正压和自身重力三者之间的动态作用下实现平衡。

本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (9)

1.复合型气动非接触式气爪，包括具有下开口圆柱空腔的气爪壳体(1)和中心制有工件抓取通孔(5a)的分流环(5)，其特征是：所述的气爪壳体(1)由三段可拆卸密封连接的气爪顶盖(2)、气爪中部(3)和底部吸盘(4)构成；所述气爪顶盖(2)制有与圆柱空腔相切连通的进气孔(2b)，气爪中部(3)制有构成圆柱空腔主体段用于使高压气体高速旋转的旋回流腔(3a)，底部吸盘(4)制有连通圆柱空腔的圆形吸盘凹腔(41a)；所述分流环(5)间隙固定套装在圆形吸盘凹腔(41a)中，并且分流环(5)背面与圆形吸盘凹腔(41a)底壁的弧形曲面间构成有环形间隙喷气通道(D)，所述分流环(5)上等弧度均布制有三组环绕抓取通孔(5a)的增压小孔(5b)；被抓取的工件在高压气体旋回流中心产生的负压和环形间隙喷气通道(D)空气溢出的正压以及自身重力三者的共同作用下悬浮在抓取通孔(5a)前方达到动态平衡，实现非接触式的抓取搬运功能；所述的气爪顶盖(2)制有构成圆柱空腔顶段的柱形凹腔(2a)，所述进气孔(2b)设置在气爪顶盖(2)的长方形前端面(21)上,进气孔(2b)与柱形凹腔(2a)垂直并相切连通，进气孔(2b)由纵向长方形孔(2c)和上下两端的外凸圆弧形孔(2d)组成的类椭圆孔，进气孔(2b)的进气端口扩制有同轴心方便管路安装的圆形沉台孔(2e)，气爪顶盖(2)下面制有与气爪中部(3)上压合面配合密封的凸台压装面(22)，气爪顶盖(2)制有与外部设备配装的配装孔(2f)。

2.根据权利要求1所述的复合型气动非接触式气爪，其特征是：所述的底部吸盘(4)包括底部的圆盘体(41)和一体连接在圆盘体(41)顶部的圆柱体(42)，圆盘体(41)的上表面为锥度圆环面(411)，圆盘体(41)的周边制有与圆盘体(41)底面的帽檐环形底面(413)相垂直的帽檐直角圆环边(412)，所述的圆形吸盘凹腔(41a)位于圆盘体(41)中。

3.根据权利要求2所述的复合型气动非接触式气爪，其特征是：所述的圆柱体(42)中心制有构成圆柱空腔未段下开口端的柱腔段(42a)，柱腔段(42a)与圆形吸盘凹腔(41a)的连接间制有起平顺导向过渡作用的弧形过渡腔(41b)，所述分流环(5)与圆形吸盘凹腔(41a)间均布垫有三个空心柱形垫片(6)，并且分流环(5)与圆形吸盘凹腔(41a)间能通过更换不同高度的柱形垫片(6)调节环形间隙喷气通道(D)的间隙尺寸。

4.根据权利要求3所述的复合型气动非接触式气爪，其特征是：所述的气爪顶盖(2)、气爪中部(3)和底部吸盘(4)同轴心环圆柱空腔均布制有三个轴向贯通的安装通孔(1b)，并且位于底部吸盘(4)上的安装通孔段为带有内螺纹的内螺纹孔(4a)，所述气爪顶盖(2)、气爪中部(3)和底部吸盘(4)经连接螺钉(7)与底部吸盘(4)上的内螺纹孔(4a)螺旋紧固相连接。

5.根据权利要求4所述的复合型气动非接触式气爪，其特征是：所述的气爪中部(3)的外形为圆柱形，气爪中部(3)的上下两压合面上分别制有上凹槽(31)和下凹槽(32)，所述上凹槽(31)和下凹槽(32)内分别安装有与气爪顶盖(2)和底部吸盘(4)起密封压合作用的第一密封圈(81)和第二密封圈(82)。

6.根据权利要求5所述的复合型气动非接触式气爪，其特征是：所述的分流环(5)为周底面带有帽檐底部平面(52)的凹形盘体，所述增压小孔(5b)和抓取通孔(5a)均位于分流环(5)的分流凹腔(51)中，分流环(5)的背面和分流凹腔(51)内表面具有与底部吸盘(4)圆形吸盘凹腔(41a)的弧形曲面相平行的外表面。

7.根据权利要求6所述的复合型气动非接触式气爪，其特征是：所述的分流环(5)分流凹腔(51)中制有三个分流安装孔，两相邻的分流安装孔间相距120度，所述每个分流安装孔均扩制有同轴的定位沉孔(5c)，所述分流环(5)经沉头螺栓(9)穿过分流安装孔和柱形垫片(6)与底部吸盘(4)的安装通孔段内螺纹孔(4a)螺旋定位相连接，所述增压小孔(5b)每组制有两个并和分流安装孔位于同一圆周线上。

8.根据权利要求7所述的复合型气动非接触式气爪，其特征是：所述的气爪壳体(1)能通过拆卸更换不同高度的气爪中部(3)，调整相同气压下的不同高度旋回流腔(3a)产生负压的能力。

9.根据权利要求8所述的复合型气动非接触式气爪，其特征是：所述进气孔(2b)位于气爪顶盖(2)长方形前端面(21)的右端与柱形凹腔(2a)右侧周壁垂直相切连通，所述高压气体在圆柱空腔中俯视为逆时针方向向下旋转运动，或进气孔(2b)位于气爪顶盖(2)长方形前端面(21)的左端与柱形凹腔(2a)左侧周壁垂直相切连通，所述高压气体在圆柱空腔中俯视为顺时针方向向下旋转运动。

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