CN109304681B - 吸附装置及贴合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种吸附装置，包括：施力结构，用于提供压力；以及吸附结构，连接于所述施力结构，其包括接触层，所述接触层包括基底及由所述基底的一表面凸伸出的多个间隔排列的弹性接触部；其中，所述弹性接触部用于配合所述施力结构所提供的压力，吸附待贴合物件。本发明提供的吸附装置，提高了对表面不平整的第一贴合物件的吸附效果，有利于解决现有技术中在待贴合物件表面不平整的情况下，吸附不良的问题。本发明还提供一种贴合系统。

Description

吸附装置及贴合系统
技术领域
本发明涉及一种吸附装置及具有该吸附装置的贴合系统。
背景技术
贴合系统一般包括用于固定待贴合物的吸附装置。一般的吸附原理是利用真空吸附、静电吸附或者范德华力涂层以固定待贴合物。由于在使用真空吸附时，会考虑到装置可能存在的漏气问题，因此，一般吸附装置会使用刚性材料作为基材，常用的为金属与陶瓷。若使用静电吸附时，则吸附装置需搭配绕线线圈进行吸附，基材也多使用刚性材料。在利用范德华力的情况下，则是将涂层涂于刚性介质表面，达到吸附效果。
上述的贴合治具，在吸附装置吸附待贴合物时，若待贴合物的表面为不平整材料时，比如表面有毛刺、针尖状凸起等表面凸起，这些不平整的表面会成为受力点发生应力集中，导致贴合失败。
发明内容
本发明一方面提供一种吸附装置，包括：
施力结构，用于提供压力；以及
吸附结构，连接于所述施力结构，其包括接触层，所述接触层包括基底及由所述基底的一表面凸伸出的多个间隔排列的弹性接触部；
其中，所述弹性接触部用于配合所述施力结构所提供的压力，吸附待贴合物件。
本发明另一方面提供一种贴合系统，包括：
上平台，用于固定第一待贴合物件，所述上平台包括如上述任意一项所述的吸附装置；
下平台，用于固定第二待贴合物件；及
位移控制器，所述位移控制器与所述施力结构连接，用于带动所述施力结构和所述吸附结构在三维方向产生位移。
本发明提供的吸附装置，缓冲层和所有弹性接触部都采用高弹性的材料制成(例如PDMS)。当施力结构施加压力时，缓冲层起到缓冲作用，对压力进行均衡分配再施加至弹性接触部，弹性接触部受到压力，可对待贴合物件进行紧贴，并且由于缓冲层和所有弹性接触部都具有弹性其具备较好的弹性，可对待贴合物件的接触面进行仿形，即使待贴合物件与弹性接触部的接触面不平整，对待贴合物件与弹性接触部接触的表面各处都可良好接触，弹性接触部再利用分子间的作用力，将待贴合物件吸附起来，从而提高对表面不平整的贴合物件的吸附效果。有利于解决现有技术中在待贴合物件表面不平整的情况下，吸附不良的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的吸附装置的结构示意图。
图2是图1中吸附结构的结构示意图。
图3是图2所示的吸附结构与图1中的连接板在一起的剖面结构示意图。
图4是本发明实施例提供的PDMS的杨氏模数与其厚度之间关系的示意图。
图5是本发明实施例提供的弹性接触部的制作方法的流程示意图。
图6A～6E为本实施例提供的吸附装置的工作过程示意图。
图7是本发明实施例提供的贴合系统的模块示意图。
图8为图7中位移控制器和吸附装置的结构示意图。
主要元件符号说明
吸附装置 100
施力结构 110
施力单元 111
吸附结构 120
接触层 121
基底 1210
弹性接触部 1211
缓冲层 122
第一端 1221
第二端 1222
腔体 1223
连接板 130
第一待贴合物件 200
第二待贴合物件 300
贴合系统 400
上平台 410
位移控制器 411
基板 4111
悬臂 4112
下平台 420
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
图1所示为一实施例提供的吸附装置100的结构示意图，吸附装置100包括施力结构110和吸附结构120。施力结构110用于为吸附结构120在吸附待贴合物件时提供所需的压力。施力结构110包括多个施力单元111，呈阵列式排列，每一个施力单元111都可以独立提供压力。于一实施例中，施力单元111可以为气压柱或液压柱。施力单元111于工作时，可以选择开启一个或者多个，为吸附结构120提供压力。吸附结构120包括接触层121及与接触层121连接的缓冲层122，缓冲层122设置于施力结构110和接触层121之间。
如图2所示，接触层121包括基底1210及由基底1210的一表面凸伸出的多个间隔排列的弹性接触部1211，在本实施例中，弹性接触部1211为圆柱状，于其他实施例中，弹性接触部1211也可以为其他的形状。于一实施例中，圆柱状的弹性接触部1211的直径为30μm～100μm之间，直径与高度之比介于1-4之间，且各个弹性接触部1211的直径相等，各个弹性接触部1211的高度也设置为相等，在上述尺寸下，弹性接触部1211可以利用分子间作用力与待贴合物件(图未示)产生粘附力，以将其吸附。
请一并参考图2及图3，缓冲层122包括靠近施力结构110的第一端1221、与第一端1221相对的第二端1222以及贯通第一端1221和第二端1222的多个腔体1223。接触层121的基底1210连接于第二端1222并封闭多个腔体1223的开口，弹性接触部1211则形成于基底1210远离第二端1222的一面上。腔体1223用于对施力结构110提供压力，并且均衡的施加压力至弹性接触部1211。
本实施例中，腔体1223为中空的正六棱柱型。于一实施例中，正六棱柱的边长和高度设置为相等，例如边长和高度均为500μm。
缓冲层122通过将腔体1223设置为多个，使得吸附装置100在使用过程中，即使某一腔体1223发生破损，其他未破损的腔体1223也可以正常工作，不会导致缓冲层122整个损坏，提高了吸附装置100的整体稳定性。
吸附装置100还可包括连接板130，其与缓冲层122的第一端1221连接并封闭腔体1223位于第一端1221的开口。缓冲层122通过连接板130与施力结构110连接。
参考图1～图3，每一个施力单元111可对应为一个或多个特定的腔体1223提供压力。操作时，可选择性的将所有施力单元111中的某一个或某几个施力单元111开启，其余施力单元111关闭，以实现对缓冲层122的全部或部分腔体1223施加压力。
于一实施例中，当待贴合物件与吸附装置100接触的面积小于弹性接触部1211所能吸附的面积时，只需在与待贴合物件接触的弹性接触部1211对应的腔体1223施加压力，其余的部分不需要施加压力。
于一实施例中，待贴合物件与弹性接触部1211的接触面各处施加的压力也可能不同。例如在接触面为不平整表面时，需要相对较大的压力；在平整的表面时，则需要相对较小的压力等。
于一实施例中，接触层121及缓冲层122均为聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)，该材料的弹性接触部1211杨氏模数一般在1～10MPa之间，低于传统橡胶，其模厚与杨氏模数之间的关系如图4所示，图4中横坐标表示PDMS的厚度，而纵坐标则表示杨氏模数。当待贴合物件与弹性接触部1211的接触面不平整时，弹性接触部1211因为杨氏模数一般在1～10MPa之间，低于传统橡胶，因此相对具有较高的弹性，可以对待贴合物件不平整接触面的形状进行仿形，通过施力结构110提供的压力，可以与待贴合物件的接触面良好地紧密接触，弹性接触部1211利用分子间的作用力，将待贴合物件吸附起来。
本实施例中，连接板130也为PDMS，厚度大于500μm，则施力结构110对缓冲层122施加压力时，缓冲层122为弹性材料，会发生形变，则连接板130也会产生形变。
于一实施例中，接触层121由软成型(Soft–Molding)方式使用PDMS制备而成。参见图5，由软成型(Soft–Molding)方式制作接触层121的流程则如下：
步骤S1，将聚二甲基硅氧烷与树脂以10:1的质量比混合，形成混合液；
步骤S2，对混合液进行真空脱泡；
步骤S3，将利于脱模的涂层均匀涂布于硅胶模具上并等待干燥；
步骤S4，将混合液涂于硅胶模具内；
步骤S5，在70℃下加热涂覆有混合液的硅胶模具1.5小时后退火，使硅胶模具内的混合液固化得到接触层；
步骤S6，使用脱模刀将硅胶模具与接触层分开。
上述的硅胶模具的型腔具有与接触层121相应的结构，上述形成的接触层121包括基底1210及由基底1210的一表面凸伸出的多个间隔排列的弹性接触部1211。于一实施例中，还可在步骤S6之前，涂覆防刮或防脏的涂层以提高接触层121的制作质量。
缓冲层122的制作方式与接触层121的制作方式相同，于一实施例中，缓冲层122的高度可设置为500μm。在分别形成缓冲层122和接触层121之后将接触层121与缓冲层122使用热固化粘胶剂或紫外线固化粘胶剂进行贴合，并进行热或紫外线处理。
本实施例中，基底1210和弹性接触部1211一起制作成型，再将基底1210未形成弹性接触部1211的一面与缓冲层122的第二端1222贴合，然后将连接板130与缓冲层122在空气下贴合，使得缓冲层122形成气密结构。
于一实施例中，连接板130与缓冲层122也可一起制作成型，然后再将基底1210未形成弹性接触部1211的一面与缓冲层122的第二端1222贴合。
于一实施例中，接触层121、缓冲层122亦可通过3D打印的方式分别成型再进行贴合。
于一实施例中，基底1210和缓冲层122的第二端1222之间通过粘胶贴合，连接板130和缓冲层122的第一端1221之间也可通过粘胶贴合，例如，粘胶可为PU或SU8胶。
本实施例中的吸附装置100，缓冲层122和所有弹性接触部1211都采用高弹性的材料制成(例如PDMS，杨氏模数一般在1～10MPa之间，低于传统橡胶)。当施力结构110施加压力时，缓冲层122起到缓冲作用，对压力进行均衡分配再施加至弹性接触部1211，弹性接触部1211受到压力，可对待贴合物件进行紧贴，并且由于缓冲层122和所有弹性接触部1211都具有弹性其具备较好的弹性，可对待贴合物件的接触面进行仿形，即使待贴合物件与弹性接触部1211的接触面不平整，对待贴合物件与弹性接触部1211接触的表面各处都可良好接触，弹性接触部1211再利用分子间的作用力，将待贴合物件吸附起来，从而提高对表面不平整的贴合物件的吸附效果。
如图6A～6E所示，为吸附装置100的工作过程的示意：
如图6A所示，吸附装置100在马达的驱动下位移至第一待贴合物件200所在的位置；
如图6B所示，吸附装置100与第一待贴合物件200接触；
如图6C所示，贴合吸附装置100吸附住第一待贴合物件200，在马达的驱动下带动第一待贴合物件200移动至第二待贴合物件300所在的位置；
如图6D所示，吸附装置100将第一待贴合物件200放置于第二待贴合物件300上，以使得第一待贴合物件200和第二待贴合物件300完成贴合；
如图6E所示，第一待贴合物件200和第二待贴合物件300贴合完成，贴合吸附装置100与第一待贴合物件200脱离。
请参见图7，本实施例还提供一种贴合系统400，贴合系统400还包括上平台410及下平台420；其中，上平台410包括上述的吸附装置100，吸附装置100用于固定(吸附)第一待贴合物件200，下平台420则用于固定第二待贴合物件300。上平台410还包括位移控制器411，用于带动施力结构110、缓冲层122及多个弹性接触部1211在三维方向位移。
请参见图8，图8为图7中位移控制器411和吸附装置100的结构图，位移控制器411包括基板4111及悬臂4112，用于带动施力结构110、缓冲层122及多个弹性接触部1211在三维方向位移。其中，基板4111与施力结构110连接，悬臂4112则与基板4111连接。于一实施例中，位移控制器411通过马达进行驱动。贴合系统400通过上平台410和下平台420即可将第一待贴合物件200和第二待贴合物件300进行贴合。本实施例提供的贴合系统400，可以实现如上述的吸附装置100的所有有益效果。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种吸附装置，其特征在于，包括：
施力结构，用于提供压力；以及
吸附结构，连接于所述施力结构，其包括接触层，所述接触层包括基底及由所述基底的一表面凸伸出的多个间隔排列的弹性接触部；
其中，所述弹性接触部用于配合所述施力结构所提供的压力，吸附待贴合物件；所述弹性接触部的杨氏模数介于1～10MPa之间，所述弹性接触部受到压力时对所述待贴合物件进行紧贴，以吸附所述待贴合物件；所述吸附结构还包括缓冲层，设置于所述施力结构与所述弹性接触部之间，其形成有多个腔体；每一个所述腔体具有第一端、与所述第一端相对的第二端，所述基底连接于该缓冲层的第二端并封闭所述多个腔体的开口，所述弹性接触部形成于所述基底远离所述第二端的一面上；所述吸附装置还包括连接板，所述连接板与所述缓冲层的所述第一端连接并封闭所述腔体位于所述第一端的开口。
2.如权利要求1所述的吸附装置，其特征在于，每一所述弹性接触部为圆柱体。
3.如权利要求1所述的吸附装置，其特征在于，所述缓冲层的多个腔体由多个相互邻接的中空的正六棱柱形成，每个正六棱柱形成一个所述腔体。
4.如权利要求1所述的吸附装置，其特征在于，所述施力结构包括多个施力单元，每一个所述施力单元用于对一个或多个所述腔体施加压力。
5.如权利要求1所述的吸附装置，其特征在于，所述接触层采用如下方式制作：
将聚二甲基硅氧烷与树脂以10:1的质量比混合，形成混合液；
对所述混合液进行真空脱泡；
将利于脱模的涂层均匀涂布于硅胶模具上并等待干燥；
将所述混合液涂于所述硅胶模具内；
在70℃下加热涂覆有所述混合液的硅胶模具1.5小时后退火，使硅胶模具内的所述混合液固化得到所述接触层；
使用脱模刀将所述硅胶模具与所述接触层分开。
6.如权利要求5所述的吸附装置，其特征在于，在使用脱模刀将所述硅胶模具与所述接触层分开步骤之前，还包括：
在所述接触层上涂覆防刮或防脏的涂层。
7.一种贴合系统，其特征在于，包括：
上平台，用于固定第一待贴合物件，所述上平台包括如权利要求1-6任意一项所述的吸附装置；
下平台，用于固定第二待贴合物件；及
所述上平台还包括位移控制器，所述位移控制器与所述施力结构连接，用于带动所述施力结构和所述吸附结构在三维方向产生位移。
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