CN102639415A - 无接触式真空夹持器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种真空夹持器并且尤其涉及一种用于小心地夹持表面敏感的工件(例如太阳能电池、晶片或纯平屏幕用的面板)、同样用于夹持重的玻璃板或由其它材料构成的带有非常光滑的表面的板(其互相堆叠并且应从上被取下)的真空夹持器，其中真空夹持器具有以下特征：直的或拱曲的夹持器板(2)；至少一个抽吸口(3；3a)，其设置在夹持器板(2)中，其中围绕抽吸口(3)构造有工件-节流-面(6)；至少一个凹口(4)，其在夹持器板(2)的面向工件的侧面中关于抽吸口(3)设置在工件-节流-面(6)之外；和至少一个排气孔(5)，其设置在每个凹口(4)之内。

Description

无接触式真空夹持器
技术领域
本发明涉及一种真空夹持器(Vakuum-Greifer)并且尤其涉及一种用于小心地夹持表面敏感的工件(例如太阳能电池、晶片或纯平屏幕用的面板)、同样用于夹持重的玻璃板或由其它材料构成的带有非常光滑的表面的板(其互相堆叠并且应从上被取下)的真空夹持器。
背景技术
真空夹持器通常是已知的并且对于使用情况、即在结构上被匹配于待夹持的工件。当目的在于夹持表面敏感的工件时，必须采取特别的措施，以便在夹持时不损坏工件表面。
在原理上可区分真空夹持器的两种类型：
存在真空夹持器，其被放置到工件上并且在夹持过程开始时被带到机械地与工件表面相接触，即夹持器设有密封唇，其引起在工件表面与夹持器之间的密封，使得在夹持器之内产生真空时外部的空气压力把工件挤压到密封唇处。通过高的面压力，可导致工件表面的不希望的改变。
此外存在真空夹持器，其相应地构造以便将工件从一距离抽吸到夹持器头并且无接触地保持在夹持面附近。该效果例如由此实现，即夹持表面构造为空气轴承(Luftlager)。空气轴承可通过喷嘴场(Duesenfeld)来产生，压缩空气从喷嘴场中流出或借助于振荡的板，因此如在文件EP 1387808 B1所描述的那样，其以此完全被容纳在说明书中。
当工件悬挂在真空夹持器的表面处时，它通过外部的空气压力被压向夹持器表面。然而夹持器表面的接触由空气轴承阻止。因此工件以在夹持器表面之下预定间距悬浮，使得工件表面不被接触。然而该功能描述仅适用于静止的状态。然而在夹持过程期间存在以下问题：为了抽吸，需要提高的抽吸功率，以便抬起工件。在工件到达其最终位置前，所希望的是减小抽吸功率，因为否则存在加速的工件由于惯性力而克服空气轴承的反力并且撞向夹持器表面的危险。
在实践中常常需要选择比本来必需的保持力(其仅须略大于由工件的质量所确定的重力)大10倍的最大抽吸力。
还存在夹持操作，在其中最大抽吸力还必须被选择得更高。例如当玻璃板处于带有非常光滑的表面的桌子或堆垛(Stapel)上时，情况就是如此。在该情况中在玻璃板与桌面之间几乎没有空气。当玻璃板被抬起时，开头必须克服周围的空气压力，以便在抬起时能产生小的间隙，由此空气可流入该间隙中。只有当间隙填充以空气并且因此在间隙空间中的压力对应于外部的空气压力时，开头作用的压紧力才为零，使得仅需克服重力。用于使光滑的板分开所需要的附加力接下来被称为分离力(Abreisskraft)。
一种真空抽吸式夹持器，其在没有机械接触的情况下抽吸工件，因此必须这样设计，使得夹持器的抽吸力首先克服分离力，然后逆着地心引力在夹持器面的方向上加速工件。当工件与夹持器面具有预定距离时，希望制动工件，由此它不由于惯性力而撞向夹持器面。
因为在自动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，所以理论上可能在抽吸喷嘴后面布置有反应迅速的阀控制部(Ventilsteuerung)，其在克服分离力后第一次节流抽吸流，使得抽吸力协调于板的技术上最佳的加速。当板已被抬起预定的行程时，可实现第二次节流，以便这样制动其速度，使得板因此到达它的在夹持器面处的最终位置。
专业人士清楚，这样的高动态的程序的控制是极其复杂的并且因此昂贵的，这是因为气态介质由于其可压缩性而很难来控制。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种可靠的且成本有利的装置，利用其尤其也可以无接触地取下光滑的板(其要求高的分离力)。
该目的利用根据权利要求1的真空夹持器来实现，其中真空夹持器具有以下特征：直的或拱曲的夹持器板。夹持器板可以是平的，以便容纳平的板，它可以是一维地弯曲的，以便容纳管，而它也可以是二维地拱曲的，以便容纳例如球形的工件。夹持器板可具有与工件表面形状相匹配的形状，只要以下所描述的技术教导在流体力学上可转化。
在夹持器板中设置有至少一个、以预定的负压加载的抽吸口。围绕抽吸口构造有工件-节流-面。面截段被称为工件-节流-面，其在抽吸工件时利用工件表面构造限定的间隙。当工件到达其最终位置时，它主要在该间隙处悬挂在夹持器板处。因此该工件-节流-面这样设计尺寸，使得在该工件-节流-面处产生的抽吸力大于工件的反向的重力(其取决于工件的质量)。
此外在夹持器板的面向工件的侧面中设置有至少一个凹口。该凹口根据本发明的技术教导这样布置，使得它总是处于工件-节流-面之外。换言之，所抽吸的空气从夹持器板的边缘出来沿着夹持器板朝向抽吸口流动并且在此经过与该抽吸口相关联的、即前置的凹口。在凹口中存在至少一个排气孔。
以下描述真空夹持器的功能：
当夹持器下侧接近工件表面直到大约2mm至0.5mm时，该真空夹持器如传统的真空夹持器那样起作用，即空气被从夹持器边缘抽吸出来并且朝向抽吸口流动。在共同的夹持器面上构造有负压，其压头朝向夹持器边缘下降。在凹口的区域中负压是恒定的。预定的空气体积流量也通过排气孔来抽吸。然而该体积流量相较在夹持器面处在2mm至0.5mm宽的间隙之内被抽吸的体积流量来说相对较小。
夹持器在该形势下具有在规定的恒定抽吸压力和夹持器板的规定面积的情况下它的最大承载力。
工件越靠近夹持器表面，间隙就越窄且流动横截面(通过其，空气可从外面、即从夹持器板的边缘来伴流(nachstroemen))因此就越小。然而排气孔的横截面保持恒定。这导致在凹口中不再可建立负压，因为外部空气总是伴流通过排气孔。流动横截面(通过其，空气可从边缘来伴流)变得越小，该效果就越强。因此凹口的面积不再有助于抽吸力。换言之：因为抽吸力是有效的抽吸面积和抽吸压力的乘积(并且有效的抽吸面积主要仅还限制于工件-节流-面的区域)，因此有效的抽吸面积比夹持器表面与工件表面距离更大的情况小多倍。因此抽吸力也比夹持器表面与工件表面距离更大的情况小多倍。
由此产生所希望的效果，即真空夹持器在与待夹持的工件的表面距离较大时具有非常高的抽吸力，其在工件表面继续靠近真空夹持器时急剧下降，使得在合适的尺寸设计中可避免工件撞击夹持器。
因此抽吸力的降低自动地实现。在相应专业设计真空夹持器的尺寸时，根据工件重量和抽吸压力的高度可实现工件的悬浮，即工件表面不接触真空夹持器。在该情况中建立在抬起工件的抽吸力与将工件向下拉的重力之间的力平衡。当抽吸力变化时，例如变得稍弱，工件将略微下降。但是由此有效的抽吸面积变大，使得抽吸力提高并且工件又被向上拉。
该悬浮状态一直建立并且不依赖于工件的表面性质。因此利用该夹持器不仅可抓住带有非常光滑的表面的玻璃板，而且可抓住带有粗糙表面的木板。
在根据权利要求2的真空夹持器的一个有利的改进方案中，排气孔的开口横截面可变地构造。由此能够简单地调整抽吸力到在工件表面与夹持器之间的预定距离。
在根据权利要求3的真空夹持器的一个有利的改进方案中，每个凹口设置有多个排气孔，其能够有选择性地闭合。由此能够简单地调整抽吸力到在工件表面与夹持器之间的预定距离。
在根据权利要求4的真空夹持器的一个有利的改进方案中，排气孔以多孔的材料填充，其作为节流阀起作用。由此排气孔的横截面可选择得更大，这对于小的夹持器可导致制造时的优点。
在根据权利要求5的真空夹持器的一个有利的改进方案中，多孔的材料是由开孔的泡沫塑料构成的塞子(Stoepsel)。该塞子可容易地制造且可容易地更换。
在根据权利要求6的真空夹持器的一个有利的改进方案中，替代于多孔材料，排气孔设有空气过滤器，其作为节流阀起作用并且同样可容易地更换。
在根据权利要求7的真空夹持器的一个有利的改进方案中，排气孔实施为螺纹孔，带有不同的几何结构、即带有预定的流动轮廓的喷嘴可被旋入其中。
在根据权利要求8的真空夹持器的一个有利的改进方案中，排气孔具有可控制的流量阀。由此在抽吸工件时可主动控制空气流量，这在确定的条件下导致真空夹持器的抽吸性能和保持性能的改善。
在根据权利要求9的真空夹持器的一个有利的改进方案中，凹口的容积是可改变的，由此可实现夹持器与其它工件的快速匹配。容积改变可通过放入材料来引起。当夹持器例如由钢构成时，可将磁体插入凹口中，那么磁体在没有其它固定的情况下保持住。也可旋入螺栓，其头部有助于在凹口之内的容积减小。
在根据权利要求10的真空夹持器的一个有利的改进方案中，在夹持器板之内设置有多个工件-节流-面。当待取下的板应在多个点处被承载时，选择该布置。
对于专业人士清楚的是，工件-节流-面不一定必须构造成环形，而也可直线地延伸，这在实施例中还将详细阐述。
在根据权利要求11的真空夹持器的一个有利的改进方案中，夹持器板构造成带有空气排出喷嘴(Luftaustrittsduese)的空气轴承。因此提供夹持器不通过工件接触的附加保证。
替代于根据权利要求11的改进方案，根据权利要求12夹持器板与至少一个超声波-振荡器机械地连结，其中夹持器板这样设计尺寸，使得它形成超声波-空气支承，如其例如在文件EP 1387808 B1中所描述的那样。
在根据权利要求13的真空夹持器的一个有利的改进方案中，设置有多个抽吸口，其中围绕每个该抽吸口构造有工件-节流-面。当工件例如具有直的表面(夹持器放置到其处)，但是工件不一样厚时，有利地可使用该布置。抽吸口可利用不同的抽吸压力来操作，其使能够稳定地且水平地抬起工件。
附图说明
接下来根据实施例结合附图详细说明本发明。其中：
图1a、b显示真空夹持器的第一实施形式，
图2a、b显示真空夹持器的第二实施形式，
图3a、b显示真空夹持器的第三实施形式，
图4a、b显示真空夹持器的第四实施形式。
具体实施方式
图1a、b显示用于容纳工件1的圆形的真空夹持器的横截面，其中夹持器具有以下特征：圆盘形的夹持器板2在其中心点具有抽吸口3。围绕抽吸口3构造有圆环形的工件-节流-面6，其作用方式在接下来的段落中阐述。在夹持器板边缘的方向上设置有环形的凹口4，其在当前情况中具有两个错开180度的排气孔，即整个凹口4与外部的大气相连接。
图1示出还在初始位置中的工件1。借助于抽吸孔3抽吸空气，其在侧面伴流经过通常是在大约2mm至0.5mm之间的间隙7。在该位置中真空夹持器具有其最大的抽吸力，其大于工件1的重力。
由此工件1被抬起。换言之：当夹持器下侧靠近工件表面时，该真空夹持器如传统的真空夹持器那样起作用，即空气被从夹持器边缘抽吸出并且朝向抽吸口流动。在整个夹持器面上构造有负压，其压头朝向夹持器边缘降低。然而在凹口4的区域中负压P是恒定的，这在处于下面的图表A中作为高原线8可辨识。预定的空气体积流量也通过排气孔来抽吸。然而该体积流量相对于在夹持器面处在2mm至0.5mm宽的间隙之内被抽吸的体积流量来说相对较小。
在图表B中，除了图表A的压力曲线，附加地绘出压力曲线9，如它在无凹口4的情况下将建立的那样。
工件越靠近夹持器表面(如在图1中所示)，间隙7就越窄，通过其，空气可从外面、即从夹持器板的边缘来伴流。流动横截面(通过其，空气可从边缘来伴流)急剧减小。然而排气孔的横截面保持恒定。这导致，在凹口4中不再建立负压，因为外部空气通过排气孔总是可以以足够的量伴流。间隙7的流动横截面(通过其，空气可从边缘来伴流)越小，该效果就越强。因此凹口4的面积现在不再有助于抽吸力。换言之：因为抽吸力是有效的抽吸面积和抽吸压力的乘积(并且有效的抽吸面积主要仅还限制于工件-节流-面6的区域)，因此有效的抽吸面积比夹持器表面与工件表面距离更大的情况小多倍。因此抽吸力也比夹持器表面与工件表面距离更大的情况小多倍。。
由此产生所希望的效果，即真空夹持器在与待夹持的工件的表面距离较大时具有非常高的抽吸力，其在工件表面继续靠近真空夹持器时急剧下降，使得在合适的尺寸设计中可避免工件撞击夹持器。
在附图下面的图表A和图表B显示带有或者不带有凹口4的压力曲线。
因此抽吸力的降低自动地实现。在相应专业设计真空夹持器的尺寸时，根据工件重量和抽吸压力的高度可实现工件的悬浮，即工件表面不接触真空夹持器。在该情况中建立在抬起工件的抽吸力与将工件向下拉的重力之间的力平衡。当抽吸力变化时，例如变得稍弱，工件1将略微下降。但是由此有效的抽吸面积变大，使得抽吸力提高并且工件1又被向上拉。
喷嘴几何结构和所需要的压力及负压由待夹持的工件的性质决定。在许多技术程序中工件是相同的，使得喷嘴参数和压力参数也可保持恒定。因为喷嘴参数和压力参数取决于工件的大小、重量、表面和一系列另外的特征，所以说明特别的喷嘴形状和其它参数是没有意义的。
接下来的附图显示真空夹持器的另外的实施形式，其全部根据在图1中所描述的相同的技术教导工作。因此接下来放弃重复描述普遍的技术教导而仅仅描述相应的实施形式的新的特征。
图2a、b显示带有两个抽吸口3、3a的圆形的夹持器板。第二抽吸口3a是带有4个孔的环形槽，真空被置于其处。因为在当前的实施形式中4个孔的横截面的总和明显小于抽吸口3的横截面，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的抽吸横截面也可选择得更大，使得抽吸作用至少与抽吸口3的一样大。
图3a、b显示用于最佳地夹持优选地矩形的工件的矩形的夹持器板。在该实施形式中抽吸口3构造成矩形并且槽形的凹口4平行相对。
图4a、b显示用于抬起管的根据图3的夹持器板。对此夹持器板匹配于管直径的曲率。

Claims (13)

1.一种用于容纳工件(1)的真空夹持器，其中所述真空夹持器具有以下特征：
-直的或拱曲的夹持器板(2)，
-至少一个抽吸口(3；3a)，其设置在所述夹持器板(2)中，其中围绕所述抽吸口(3)构造有工件-节流-面(6)，
-至少一个凹口(4)，其在所述夹持器板(2)的面向所述工件的侧面中关于所述抽吸口(3)设置在所述工件-节流-面(6)之外和
-至少一个排气孔(5)，其设置在每个凹口(4)之内。
2.根据权利要求1所述的真空夹持器，其特征在于，所述排气孔(5)的开口横截面是可变的。
3.根据权利要求1所述的真空夹持器，其特征在于，每个凹口设置有多个排气孔(5)，其能够有选择性地闭合。
4.根据权利要求1所述的真空夹持器，其特征在于，所述排气孔(5)以多孔材料填充。
5.根据权利要求4所述的真空夹持器，其特征在于，所述多孔材料是由开孔的泡沫塑料构成的塞子。
6.根据权利要求1所述的真空夹持器，其特征在于，所述排气孔(5)具有可更换的空气过滤器。
7.根据权利要求1所述的真空夹持器，其特征在于，所述排气孔(5)具有用于旋入带有不同几何结构的喷嘴的螺纹孔。
8.根据权利要求1所述的真空夹持器，其特征在于，所述排气孔(5)具有可控制的流量阀。
9.根据权利要求1所述的真空夹持器，其特征在于，所述凹口(4)的容积是可改变的。
10.根据权利要求1所述的真空夹持器，其特征在于，多个工件-节流-面(6)设置在夹持器板(2)之内。
11.根据权利要求1所述的真空夹持器，其特征在于，所述夹持器板(2)构造为带有空气排出喷嘴的空气轴承。
12.根据权利要求1所述的真空夹持器，其特征在于，所述夹持器板(2)与至少一个超声波-振荡器机械地连结，其中所述夹持器板(2)这样确定尺寸，使得它形成超声波-空气轴承。
13.根据权利要求1所述的真空夹持器，其特征在于，设置有多个抽吸口(3)，其中围绕每个所述抽吸口(3)各构造有工件-节流-面(6)。
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