CN103192402A - 一种压电超声振动吸附拾取器 - Google Patents

一种压电超声振动吸附拾取器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压电超声振动吸附拾取器，包括拾取吸盘(8)、振动板、拾取器壳体(7)和通过螺栓(4)连接在拾取器壳体(7)上的上盖板(3)，振动板和拾取器壳体(7)之间构成振动腔，振动板由振动膜片(1)和环形压电陶瓷片(2)同轴粘接构成，振动膜片(1)中未与环形压电陶瓷片(2)、上盖板(3)及拾取器壳体(7)接触的中部圆形区域和外围环形区域均布有锥形孔，锥形孔的大端朝向振动腔，小端朝向外部大气，拾取吸盘(8)设置在拾取器壳体(7)的下方，在拾取器壳体(7)内设有拾取吸盘(8)与振动腔连通的通道，拾取器壳体(7)下端伸入到拾取吸盘(8)内，并占据拾取吸盘(8)内部60-90%的体积。

Description

一种压电超声振动吸附拾取器
技术领域
本发明涉及一种利用压电陶瓷材料逆压电效应的超声振动吸附拾取装置，具体来说，涉及一种压电超声振动吸附拾取器。 
背景技术
随着科学技术的不断发展，太阳能硅晶片等薄脆晶片材料的应用范围不断扩大，由于晶片材料较脆，厚度很薄，在切割、边缘打磨、研磨、蚀刻、抛光、清洗等生产制造过程中的上下料非常困难。如果拾取方法不当，晶片很容易破损，加工后的纳米级表面容易被破坏，因此，设计新型、安全、高效、可靠的晶片拾取装置具有重要的意义。 
目前工业现场多采用真空吸盘拾取脆薄晶片的拾取方式，但是这种拾取方式存在着下列一些问题： 
1、真空吸盘拾取装置的气源压力不恒定，导致真空吸盘的吸附拾取力不稳定；
2、真空吸盘拾取装置的吸附拾取力峰值过大，偶尔会导致晶片破碎；
3、真空吸盘拾取装置的吸附拾取力不均匀，容易损伤晶片表面质量；
4、真空吸盘拾取装置的体积大、功耗大、成本高、噪音大、能效低；
5、真空吸盘拾取装置吸气、放气反应时间久，效率低。
为了克服上述真空吸盘晶片拾取技术的不足，公开号为CN102490132A的专利文献公开了一种压电超声振动吸附拾取器，该压电超声振动吸附拾取器采用振动腔体、振动盘、拾取吸盘、吸气阀和排气阀组合的方式来实现，具有吸附力变化平稳、环境污染小等优点，但是该压电超声振动吸附拾取器也存在着一些不足，吸气阀和排气阀为环形结构，吸排气阀口有效面积比例较小，吸排气速度较慢，工作效率低，且该压电超声振动吸附拾取器的环形吸排气阀制造精度要求较高，加工难度大，装配困难，生产成本较高。 
发明内容
为了克服现有吸附拾取技术的不足，本发明的目的在于提出一种新型的压电超声振动吸附拾取器。 
本发明公开了一种压电超声振动吸附拾取器，包括拾取吸盘8、振动板、拾取器壳体7和通过螺栓4连接在拾取器壳体7上的上盖板3，振动板和拾取器壳体7之间构成振动腔，振动板由振动膜片1和环形压电陶瓷片2同轴粘接构成，振动膜片1中未与环形压电陶瓷片2、上盖板3及拾取器壳体7接触的中部圆形区域和外围环形区域均布有锥形孔，每平方毫米上分布有25-100个锥形孔，锥形孔的大端直径在30-80μm之间，小端直径在3-10μm之间，锥形孔的大端朝向振动腔，小端朝向外部大气，拾取吸盘8设置在拾取器壳体7的下方，在拾取器壳体7内设有拾取吸盘8与振动腔连通的通道，拾取器壳体7下端伸入到拾取吸盘8内，并占据拾取吸盘8内部60-90%的体积。 
更进一步，所述的压电陶瓷片2与一压电陶瓷驱动电源9相连。 
更进一步，所述密封圈A5设置在上盖板3和振动膜片1之间，密封圈B6设置在拾取器壳体7和振动膜片1之间，对振动腔起密封的作用。 
该压电超声振动吸附拾取器具有结构简单、体质轻便、功率容量大、抓取速度快、吸附力变化平稳、生产成本低、对环境无污染，整机制造装配容易，成本较低等优点。 
本发明还具有以下优点： 
1.本发明所述振动板采用压电陶瓷驱动，控制容易，结构简单等优点;
2.在保证吸附抓取力均匀的基础上，可最大限度的减少能源的消耗; 
3.拾取效率高，响应速度快，可是实现快速拾取;
4.应用广泛，本发明不但可以使用于硅晶片等薄脆晶片的的抓取，还可以应用于能源动力、化学化工、信息电子、航空航天以及生物工程等较多领域物体的抓取。
附图说明
图1是本发明的一种压电超声振动吸附拾取器的结构示意图。 
图2是本发明的一种压电超声振动吸附拾取器应用范例的系统结构示意图。 
图3是本发明的一种压电超声振动吸附拾取器的振动板的前视图。 
图4是本发明的一种压电超声振动吸附拾取器的振动板的俯视图。 
图5是本发明的一种压电超声振动吸附拾取器输入电压和吸附力大小的关系曲线。 
图中标号说明：1.振动膜片，2.压电陶瓷片，3.上盖板，4.螺栓，5.密封圈A，6.密封圈B，7.拾取器壳体，8.拾取吸盘，9.压电陶瓷驱动电源 
具体实施方式
结合图1所示，一种压电超声振动吸附拾取器，包括拾取吸盘8、振动板、拾取器壳体7和通过螺栓4连接在拾取器壳体7上的上盖板3，振动板和拾取器壳体7之间构成振动腔，振动板由振动膜片1和环形压电陶瓷片2同轴粘接构成，压电陶瓷片2材料为PZT-8，外径为16mm，内孔径为8mm，厚度为0.6mm，振动膜片1材料为316L不锈钢，厚度为0.1mm，直径为25mm，拾取吸盘8设置在拾取器壳体7的下方，在拾取器壳体7内设有拾取吸盘8与振动腔连通的通道，直径6mm，拾取器壳体7下端伸入到拾取吸盘8内，并占据拾取吸盘8内部85%的体积，目的是减少需要排除空气的体积，能够快速产生负压，提高工作效率，密封圈A5设置在上盖板3和振动膜片1之间，密封圈B6设置在拾取器壳体7和振动膜片1之间，对振动腔起密封的作用。 
结合图2所示，压电陶瓷片2与一压电陶瓷驱动电源9相连，压电陶瓷驱动电源9输出电压为0-36V，输出频率为106±0.05KHz。 
结合图3和图4所示，振动膜片1中未与环形压电陶瓷片2、上盖板3及拾取器壳体7接触的中部圆形区域和外围环形区域均布有锥形孔，每平方毫米上分布有64个锥形孔，锥形孔的大端直径在40-60μm之间，小端直径在5-9μm之间，锥形孔的大端朝向振动腔，小端朝向外部大气。 
系统工作时，拾取吸盘8的下唇口与被吸附物表面接触，在被吸附物、吸盘及振动腔之间构成一个密封腔体，在压电陶瓷驱动电源9的驱动下，振动板产生圆板弯曲振动，在一个振动周期内，振动腔的体积发生减小和增大各一次。 
当振动板向下振动时，振动腔体积减小，振动腔内压力增大，振动腔内的气体经振动膜片1上的锥形孔排出。当振动板向上振动时，振动腔体积增大，形成负压，同时外界微量的气体经振动膜片1上的锥形孔吸入，由于锥形孔特殊的空气动力学效应，空气由锥形孔小端流入锥形孔大端的阻力大于其由锥形孔大端流入锥形孔小端的阻力，因此在振动板的每个振动周期内，经锥形孔由振动腔排出的气体多于由锥形孔吸入的气体，经振动板的高频连续振动和锥形孔的空气动力学作用，密封腔体中的空气被从被不断排出，在被吸附物、吸盘及振动腔之间构成的密封腔体内形成一定负压，吸盘产生吸附力，进而拾取物体，完成拾取工作。 
当需要放下被拾取物时，压电陶瓷驱动电源9对压电超声振动吸附拾取器停止供电即可，振动板不再振动，振动腔体积不再变化，振动板上的锥形孔与大气连通，由于振动膜片1上的锥形孔比较密集，振动腔内负压很快消失，吸盘与被拾取物之间自然分离，拾取物被放下。 
结合图5所示，根据实验曲线可知，随着压电陶瓷驱动电源9输出电压的增大，压电超声振动吸附拾取器的吸附能力呈近似直线趋势上升，并在输入电压为36V时吸附力达到最大，吸附力大小为0.56N。 

Claims (3)

1.一种压电超声振动吸附拾取器，包括拾取吸盘(8)、振动板、拾取器壳体(7)和通过螺栓(4)连接在拾取器壳体(7)上的上盖板(3)，振动板和拾取器壳体(7)之间构成振动腔，振动板由振动膜片(1)和环形压电陶瓷片(2)同轴粘接构成，其特征在于：振动膜片(1)中未与环形压电陶瓷片(2)、上盖板(3)及拾取器壳体(7)接触的中部圆形区域和外围环形区域均布有锥形孔，锥形孔的大端朝向振动腔，小端朝向外部大气，拾取吸盘(8)设置在拾取器壳体(7)的下方，在拾取器壳体(7)内设有拾取吸盘(8)与振动腔连通的通道，在上盖板(3)和振动膜片(1)之间以及拾取器壳体(7)和振动膜片(1)之间设置有密封圈，对振动腔起密封的作用。
2.根据权利要求1所述的压电超声振动吸附拾取器，其特征在于，所述拾取器壳体(7)下端伸入到拾取吸盘(8)内，并占据拾取吸盘(8)内部60-90%的体积。
3.根据权利要求1所述的压电超声振动吸附拾取器，其特征在于，所述的压电陶瓷片（2）连接有压电陶瓷驱动电源（9）。
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