CN104205318B - 真空操纵装置和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空操纵装置，其包括：(a)壁，其限定被环绕的开口并具有限定唇缘平面的边缘；(b)负压源；(c)罩，其覆盖该边缘；和(d)任选地跨越该被环绕的开口的可渗透的支撑构件，该支撑构件为基本上平面的并从该唇缘平面凹进所选择的深度。另外，公开了一种使用此类真空操纵装置操纵工件的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于操纵制品的真空操纵装置，如端部操纵装置及使用方法。
背景技术
采用负压的真空操纵装置，有时也称为端部操纵装置或真空端部操纵装置，被广泛用于操纵工件。有时它们是手持式工具的形式，在其他情况下它们被构造为操作机械肢体和类似设备的端部。它们经常与手持工具或与用其他压缩设备一起用于消除用手夹持零件的需要，以减少有害错误的可能性，使重复的任务自动化，并使精密任务自动化。
一些真空操纵装置采用真空形式的负压，而一些真空操纵装置则采用由Bernoulli效应生成的负压。一些已知的真空操纵装置的示例性实例公开于美国专利号5,344,202(Ramler等人)、6,168,220(Schmalz等人)、6,341,769(Lin等人)、6,382,692(Schmalz等人)、6,425,565(Montague)、6,601,888(McIlwraith等人)、7,086,675(Jacobs)、7,100,954(Klein等人)、7,216,821(Reece等人)、7,240,935(Schmierer等人)、7,309,089(Perlman等人)和7,775,490(Kawabata)、以及美国专利申请公开号2007/0023594(Choi等人)和2007/0246621(Akai等人)中。
期望操纵，如移动到其他位置和/或取向的一些材料和制品包括精密制品，诸如光学膜、硅芯片晶片(silicon chip wafer)等，在操纵时它们很容易受到刮伤和变形，从而显著降低它们的价值或甚至使它们失效。当前可用的真空操纵装置的问题是，此类工件极易受刮伤和变形影响，导致不能接受的浪费率或减缓生产。
需要改进的真空操纵装置。
发明内容
本发明提供改进的真空操纵装置以及用于操纵工件的方法。本发明所提供的真空操纵装置非常适合于与精密的、易被刮伤的制品或工件诸如光学膜、硅芯片晶片等一起使用。
在简要总结中，本发明的真空操纵装置包括：(a)壁，其限定被环绕的开口并具有限定唇缘平面的边缘；(b)负压源；和(c)罩，其如本文所述的覆盖该边缘。在一些实施例中，真空操纵装置还包括可渗透的支撑构件，该支撑构件跨越该被环绕的开口并从该唇缘平面凹进所选择的深度。
简言之，本发明的方法包括：(a)提供如本文所述的真空操纵装置，(b)提供工件，(c)将所述真空操纵装置与所述工件接合，和(d)将所述真空操纵装置从所述工件脱离。
附图说明
结合附图对本发明进行进一步说明，其中：
图1是本发明真空操纵装置的一个示例性实施例的一部分的前视图；
图2是图1所示的真空操纵装置的一部分的横截面；
图3是图1和2所示的真空操纵装置的示例性实施例的横截面；并且
图4是图1和2所示的真空操纵装置的另一个示例性实施例的横截面。
这些图未按比例绘制，它们仅是用于展示，并不限制本发明。
具体实施方式
图1-4示出了本发明的示例性真空操纵装置10，其包括：(a)壁12，其限定被环绕的开口14并具有优选地限定唇缘平面的连续边缘16；(b)被构造成施加负压(由“V”指示)的负压源(未示出)，该负压迫使工件(未示出)与边缘16接触；(c)罩20；和(d)可选的跨越该被环绕的开口的可渗透的支撑构件18，该支撑构件具有从该唇缘平面凹进所选择的深度的基本上平的面17，且该面基本上平行于该唇缘平面的布置方式。
如图3所示，在一些实施例中，罩20覆盖具有由壁12限定的被环绕的开口14的边缘16。如图4所示，在一些其他实施例中，可渗透罩22覆盖边缘16并跨越被环绕的开口14。
本发明的真空操纵装置可以多种尺寸和构形制造。它们可单个地使用，如，作为机械肢体端部处的独立单元操作，如手持工具等，或如果需要的话，它们以同时使用的两个或更多真空操纵装置的阵列进行构造。
在多个实施例中，如图1-4所示，被环绕的开口为圆形。应理解的是，如果需要的话，也可使用其他形状的被环绕的开口，如椭圆形、矩形、三角形、其他规则的几何形状，甚至是不规则的几何形状等。
相似地，壁的周边轮廓以及相应的边缘轮廓，可为圆形或根据需要的其他形状。
被环绕的开口的尺寸和构形不会大于并且通常会小于被操纵的(多个)工件上的预期接合位置，即，“升降位置”。在许多情况下，工件为基本上平面的，如光学膜的片和芯片。在一些其他情况下，工件将是更加复杂的几何形状，但将优选具有可与本发明的真空操纵装置接合的升降位置。
升降位置被构造用于以真空操纵装置等有效密封，与优选地被构造用于与真空操纵装置接合的其他部分相比，其可以是，但不必是，较不易被损坏的工件的一部分，例如，为基本上平面的。
本发明的真空操纵装置将根据预期应用成型和设定尺寸。例如，具有约2至约20厘米直径的圆形被环绕的开口的操纵装置可以是典型的。通常，将使用具有约2厘米2至约1500厘米2范围内面积的被环绕的开口。然而，应当理解，如果需要的话，可使用具有超出该范围的被环绕的开口的真空操纵装置。
在优选实施例中，边缘包含弹性的可压缩材料，以利于牢固接合到工件的发生。
该组件的壁和其他部件应该充分坚固和耐用，以承受使用过程中遇到的机械负荷和应力。例如，当反复使用真空操纵装置时，该组件将被暴露于循环压应力和承重负荷下。
可选的支撑构件从唇缘平面凹进所选择的深度，并具有面17，优选平面，即在基本上平行于唇缘平面的取向上。通常，支撑构件的面将凹进约1密耳至约5密耳(25至127微米)，优选约3密耳(75微米)的深度。在使用过程中，当真空操纵装置与工件接合时，支撑构件限制了该真空效应器被致动时柔性工件可变形或弯曲进入该真空操纵装置的被环绕的开口的程度。该支撑构件被构造成使得它保持在基本上平行于唇缘平面的平面取向上。
通常，支撑构件18是尺寸上稳定的，即充分刚性，该充分刚性使当致动该操纵装置时其在压力下不会不利地从工件挠曲。支撑构件18的示例性实例包括打孔的金属或塑料板、金属网片等。合适材料的示例性实例包括铝、不锈钢、聚氯乙烯和苯乙烯等。
本发明的真空操纵装置利用负压源穿过被环绕的开口吸入空气，并且因此牵引或迫使工件朝向被环绕的开口，使得其与操纵装置接合，通常是跨越该开口并接合该边缘。响应于负压源的气流方向由图2-4中的箭头V示出。
在一些实施例中，负压源包括真空泵。在一些实施例中，负压源包括Bernoulli设备。本领域技术人员将可易于选择能够期望的操作参数的合适负压源。
在使用时，使真空操纵装置和工件的升降位置极为贴近并接触。依据负压效应，真空操纵装置和工件接合，即，达到牢固接触，由此该真空操纵装置可用于操纵工件处于期望位置或穿过期望位置和/或空间取向。就通过真空使用负压源的真空操纵装置而言，经常将真空操纵装置设置成与工件直接接触，然后致动负压。就通过Bernoulli设备使用负压源的真空操纵装置而言，当使真空操纵装置紧靠工件时负压通常已被致动；当达到充分接近时，工件在负压的影响下将移动至与真空操纵装置接触。
一旦工件已根据需要被操纵，负压就减少或甚至停止，这将被用于将工件从真空操纵装置释放或脱离。例如，在将光学膜的大型薄片转换为较小的块，诸如通过激光切割的操作中，可有利地使用本发明的真空操纵装置来定位供激光切割的大块光学片材，以从切割工位移动切割块到后续工位，诸如封装以便运输或安装在装置，诸如手持式电子设备、电视机、计算机等上。
在本发明的真空操纵装置的益处之中的是，它们可用于操纵精密的工件。例如，具有电子显示器的多种产品包含依赖于多个聚合物层的精确布置尺寸和构形的光学膜，以提供期望的光学益处。此类光学膜很容易通过刮、刨、弯曲等而被损坏。
本发明的真空操纵装置有一个和典型的若干结构，使它们非常适合于与此类精密的工件一起使用。
通常，壁的边缘或唇缘将包含弹性的软材料，诸如橡胶。壁的边缘或唇缘具有尺寸上稳定的平面构形，使得具有平面升降位置的工件可被稳定支撑从而不会被不利地扭曲或施加应力。在使用中，优选使真空操纵装置在基本上平行的平面取向上与工件的升降位置接触，即，升降位置的唇缘平面和平表面基本平行于彼此，而不是成一角度，通常优选伴随着很少或没有导致真空操纵装置和工件之间滑移的相对横向运动。这使向工件施加刮痕或机械应力的可能性减到最小。
根据本发明，真空操纵装置包括罩，该罩覆盖壁的边缘或使用过程中至少与工件接触的边缘和壁的部分。此类罩保护在使用真空操纵装置期间被边缘接触的工件部分。
在一些优选实施例中，真空操纵装置将包括覆盖壁的边缘并跨越被环绕的开口的可渗透罩。此类罩将提供对接触的工件部分，此外包括可与支撑构件的凹进面接触的工件部分的类似保护。此类接触可通过壁的边缘部分的压缩和，如果有的话，当使用真空操纵装置时工件弯曲进入被环绕的开口的程度的组合出现。通过选择支撑构件从唇缘平面凹进的深度来控制和最小化工件能够如此弯曲的最大程度。
优选地，当罩在壁的唇缘和工件之间滑动的任何趋势可毁损或换句话说损坏工件或破坏必要负压时，它们在轻微的径向张力下被牢固地安装在真空操纵装置上。
可用作本发明的真空操纵装置中的罩的材料通常包含纤维材料并可基本上由纤维材料组成。示例性的实例包括具有基底层的织物，例如，织造、针织、非织造或它们的组合的织物，该织物具有从其突出的弹性毛圈。
可在本发明中使用的材料的示例性实例已被公开于，如，PCT专利公开号WO2011/038279，名称为WEB CONVEYANCE METHOD AND APPARATUS USING SAME(幅材传输方法和使用其的装置)；WO2011/038248，名称为METHOD FOR MAKING ENGAGMENT COVER FOR ROLLERSFOR WEB CONVEYANCE APPARATUS(制备幅材传输装置的滚筒的接合覆盖物的方法)；以及于共同未决的美国专利申请序列号61/694,300，名称为ADAPTABLE WEB SPREADING DEVICE(可适应的幅材扩展设备)(代理人案卷号70032US002，2012年8月29日提交)，和67/709430，名称为LOOPED PILE FILM ROLL CORE(毛圈膜辊芯)(代理人案卷号69594US002，2012年10月4日提交)。
在典型实施例中，用每一针处具有毛圈的针织织物制备罩。在示例性实施例中，每英寸有25针(1针/毫米)。制备织物所用的一种或多种纤维材料可以是单丝股线、复丝股线(如缠绕在一起形成单根线的两根或更多根股线)，或者它们的组合。
在许多实施例中，毛圈具有约0.4至约0.8mm，优选地约0.5至约0.7mm的毛圈高度(即，从基底层顶部所限定平面到毛圈顶点的尺寸)。应当理解，在某些实施例中，可以使用毛圈高度超出该范围的罩。如果毛圈高度不够，覆盖物可不能对工件提供有效的缓冲作用以实现本发明的全部益处，从而导致工件损坏。如果毛圈高度太高，绒可趋于变得松软并不利地影响工件接合到真空操纵装置的稳定性或损坏工件。
绒在接合、操纵和脱离期间应充分致密以支持工件，以便可靠地实现本发明的益处。例如，毛圈的纤维应选择为具有适合所述应用的纤度，较厚的纤维可提供相对较大的抗压缩性。示例性的例子包括纤度为约100至约500的纤维。应当理解，在根据本发明的某些实施例中，也可以使用纤度超出该范围的纤维。
在示例性实施例中，纤维可选自聚(四氟乙烯)(PTFE诸如，如纤维)、芳族聚酰胺(如)、聚酯、聚丙烯、尼龙、羊毛、竹子、棉或它们的组合。然而，本领域的技术人员能够很容易地选择可有效针织并可用于本发明覆盖物的其他纤维。
通常将底部针织为使其可提供所需的性质，以允许将其放置在真空操纵装置上并根据本发明使用，例如，易于在边缘上充分拉伸和滑动，以允许对其进行安装，同时在操作期间又不会不利地拉伸。
通常，因为用于制造它们的针织方法的要求，针织织物使用已用润滑剂处理以有利于针织方法的纤维材料制成。当所得的针织织物用于本发明时，此类润滑剂往往会被磨损掉，使其与制品的摩擦性能产生变化并产生潜在的污染问题。因此，通常优选地洗涤或擦洗本文的织物。
所选的(多种)材料应与其他真空操纵装置部件和预期的工件材料以及操作条件相容，例如，在如温度、湿度、材料存在等的环境操作条件下稳定和耐用。
优选的罩材料，特别是与Bernoulli型真空操纵装置一起使用的材料的示例性实例包括具有弹性毛圈的针织材料，该弹性毛圈将提供与工件的期望高摩擦系数。在典型实施例中，用每一针处具有毛圈的针织织物制备覆盖物。在示例性实施例中，每英寸有25针(1针/毫米)。制备织物所用的一种或多种纤维材料可以是单丝股线、复丝股线(如缠绕在一起形成单根线的两根或更多根股线)，或者它们的组合。在一些实施例中，毛圈具有约0.4至约0.8mm，优选地约0.5至约0.7mm的毛圈高度(即，从基底层顶部所限定平面到毛圈顶点的尺寸)。应当理解，在某些实施例中，可以使用毛圈高度超出该范围的罩。在示例性实施例中，一种或多种纤维材料选自聚(四氟乙烯)(PTFE，如纤维)、芳族聚酰胺(如)、聚酯、聚丙烯、尼龙，或者它们的组合。本领域的技术人员能够很容易地选择可以有效针织并可用于本发明覆盖物的其他纤维。
可在多个位置使用本发明的真空操纵装置，特别是在处理精密工件而不需要用手接触它们的方法的情况下是期望的。本发明的真空操纵装置可用作手持工具，如带有手动激活负压的手持式棒，并可用作自动设备，如用于激光转换、处理和安装光学膜的工业机器人上的部件装置。
本发明的真空操纵装置使用的光学膜的示例性实例包括美国专利号5,175,030(Lu等人)、5,183,597(Lu)、5,161,041(Abileah)、5,828,488(Ouderkirk等人)、5,919,551(Cobb等人)、6,277,471(Tang)、6,280,063(Fong)、6,759,113(Tang)、6,581,286(Campbell等人)、6,991,695(Tait等人)、7,269,327(Tang)和7,269,328(Tang)中所公开的此类膜。
本发明的方法包括：(a)提供如本文所述的真空操纵装置，(b)提供工件，(c)将所述真空操纵装置与所述工件接合，和(d)将所述真空操纵装置和所述工件脱离。
在大部分实施例中，该方法还包括在真空操纵装置接合的瞬间和真空操纵装置脱离的瞬间之间操纵工件。根据实施例，操作工件将包括以下中的一者或多者：固定工件的位置、固定工件的取向、改变工件的位置、以及改变工件的取向。在一些应用中，当工件与真空操纵装置接合时，将根据需要在工件上进行其他操作。例如，根据应用，工件可经受激光切割、抛光、与其他制品组装、从其他制品上拆卸、包装等。
根据本发明，此类操纵可伴随着令人惊讶的功效和最小限度的或没有对工件的损坏在精密工件上进行。
尽管对本发明结合其优选实施例并参照附图进行了全面描述，应注意各种变化和修改对于本领域技术人员而言是显而易见的。这种变化和修改应理解为包含于由所附权利要求书所定义的本发明的范围内，除非它们脱离本发明的范围。本文引用的所有专利、专利文档和专利公开的完整公开内容均以引用方式并入。
Claims (3)
1.一种操纵工件的方法，所述方法包括：
(a)提供真空操纵装置，所述真空操纵装置包括：(1)壁，其限定被环绕的开口并具有限定唇缘平面的边缘；(2)负压源；和(3)在所述边缘之上的罩，所述罩包含在每一针处具有毛圈的针织织物，所述毛圈形成从所述针织织物突出的弹性毛圈；
(b)提供工件，所述工件选自光学膜和硅芯片晶片，所述工件具有能够与所述真空操纵装置接合的升降位置，所述升降位置为平面的；
(c)将所述真空操纵装置与所述工件的所述升降位置接合；然后
(d)操纵所述工件；以及然后
(e)将所述真空操纵装置从所述工件脱离，
其中所述真空操纵装置与所述工件的接合和脱离不会使所述工件受到刮伤和变形的影响，
其中，其中所述操纵所述工件的步骤包括下列中的一者或多者：固定所述工件的位置、固定所述工件的取向、改变所述工件的位置、以及改变所述工件的取向。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述罩是可渗透的并跨越所述被环绕的开口。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述罩是具有基底层的织物，所述基底层具有从其突出的弹性毛圈。
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