CN110238152A - 一种半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置及夹持方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置及夹持方法，包括调姿部件、连接部件、限位保护罩和软囊；调姿部件与连接部件连接用来控制所述夹持装置的位置，连接部件上设有一对相对且对称的限位保护罩，限位保护罩相对的表面分别设有软囊。该夹持装置在棒料预清洗过程中可实现对硬脆性半导体材料棒料的柔性夹持，不会对棒料表面造成划伤或者导致不必要的尺寸变形，能够保持棒料表面的完整和尺寸的精度。

Description

一种半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置及夹持方法

技术领域

本发明涉及柔性夹持辅助工装技术领域，特别是涉及一种半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置及夹持方法。

背景技术

在光纤、玻璃纤维、晶圆等硬脆性半导体材料棒料的加工过程中，需要对棒料的表面进行深度清洁。在送入超声波清洗机进行深度清洁之前，需要进行初步清洁(即预清洗)，以去除棒料表面残留的有机污渍、浮尘、碎屑、无机污染物等各种外来固体污染物，以避免深度清洁时超声波清洗机中堆积过多的固体污染物，从而削弱深度清洁效果，同时也增大超声波深度清洁的负荷。在半导体材料棒料，尤其是硬脆性半导体材料棒料的清洗过程中，为了保证光纤棒料的几何形状，控制其尺寸精度，在清洗过程中都应尽量避免各光纤棒料之间过多的互相接触及与外界硬度较高材质的接触，减少由接触所导致的光纤棒料外轮廓尺寸的变形。

公开号为CN105200445A的中国发明专利申请公开了一种棒料清洗机，包括上仓盖、下仓体、支架、底座、第一清洗头、第二清洗头、第三清洗头、负压吸引孔和清洗头固定孔，所述上仓盖与下仓体通过铰链连接，下仓体通过支架与底座，下仓体内依次设有第一清洗头、第二清洗头和第三清洗头，下仓体底部设有三个交错设置的负压吸引孔和清洗头固定孔，所述第一清洗头、第二清洗头和第三清洗头底部分别与各自对应的清洗头固定孔相连，三个负压吸引孔分别与负压系统相连。该清洗机对棒料进行蒸汽药液清洗、蒸汽烘干、负压冷却三个清洗工序，可以一次完成预清洗的全部操作。但在操作过程中，棒料之间、棒料与清洗机之间难免会有过多的接触，易对棒料表面造成划伤或者导致不必要的尺寸变形，不适用于光纤等高档半导体材料的初步清洁。

公开号为CN108527409A的中国发明专利申请公开了一种自适应被夹持物形状的气动软体机械手及其使用方法。该气动软体机械手通过对长条状柔性腔体内部气压和颗粒软体的控制，实现对形状不规则或者不确定形状的目标物体的抓取，但该机械手适用于对单个目标物的抓取，而不适用对大规模棒料的夹持和抓取，特别是对细长型棒料，其抓取能力非常有限。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，第一方面，提供一种能够保持棒料表面完整和尺寸精度的半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置，所述半导体材料棒料为硬脆性半导体材料棒料，优选光纤棒料、玻璃纤维棒料、晶圆棒料等，包括调姿部件、连接部件、限位保护罩和软囊；调姿部件用来控制所述夹持装置的位置，与连接部件连接，连接部件上固定设有一对相对且对称的限位保护罩，两个限位保护罩相对的表面上分别设有软囊。

两个所述软囊相对的表面分别固定设有弹性垫，通过弹性垫上设置的压力传感器来实时监测软囊内的压力。

所述限位保护罩为一侧向内凹陷的敞口凹槽，每一软囊设有三个连接块，三个连接块分别嵌入限位保护罩凹槽内壁的三个表面。

每一所述软囊通过一管路接口与一内容物供应装置相连，所述内容物供应装置用于为软囊内提供压力。

所述内容物为液体或气体，液体可选自轻质矿物油类液体，如轻质石蜡油、硅油等，气体可选自空气、氮气、氦气、氧气等。

所述软囊由高弹柔性材料制成，高弹柔性材料优选硅胶、橡胶、树脂等。

所述弹性垫为柔性垫，由硅胶制成，优选耐高温绝缘防滑类的硅胶垫。

第二方面，本发明提供一种半导体材料棒料预清洗柔性夹持方法，使用上述半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置，包括夹紧和预清洗等步骤；

优选的，所述夹紧步骤具体为：通过调姿部件的运动带动所述夹持装置至待预清洗的棒料的位置，人工将待预清洗的棒料放置于两个软囊之间；控制管路接口使内容物供应装置向软囊内输入内容物，直至两个软囊的间距等于待预清洗的棒料的当量直径；继续向软囊内输入内容物，直至软囊表面的弹性垫监测到夹持力度已满足可靠夹持。

所述预清洗步骤具体为：

通过控制调姿部件，带动所述夹持装置夹持着待预清洗的棒料进入预清洗机的清洗槽进行预清洗，清洗过程中，根据需要通过控制调姿部件调整棒料的位置，在不同的位置和姿态下对棒料表面的污渍进行预清洗。

在预清洗步骤之后还包括码放，具体为：预清洗完毕后，通过控制调姿部件带动所述夹持装置夹持着棒料移动至下一工序需要的位置，控制管路接口将软囊内输入的内容物排至内容物供应装置内，使软囊收缩内陷并释放棒料。

本发明提供了一种半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置，更加适合于对细长型棒料的抓取和搬运，既可以在清洗槽中摆动、移动、旋转、震荡实现对棒料的漂洗，也可以由清洗槽中的全方位喷淋头进行喷淋清洗。清洗完成后，通过调姿部件的带动，夹持装置将棒料搬运到临时码垛工作台或者直接送至超声波清洗机中进行深度清洁。所有的清洁工作完成后，只需将软囊中的压力卸掉，便可以将清洁后的棒料按照需要进行堆放或码垛。所采用的软囊不仅可用于夹持细长型的棒料，还可用于夹持形状不规则的物体。软囊的内容填充物可以为气体或液体，若清洗工序为漂洗，则在软囊内填充液体，选用液压控制模式，以匹配清洗槽中喷淋头喷出液体的压力；若清洗工序为淋洗(即喷淋清洗)，则在软囊内填充气体，选用气压控制模式，以减轻夹持装置的整体重量，降低能耗。本发明的夹持装置在棒料预清洗过程中可实现对硬脆性半导体材料棒料的柔性夹持，不会对棒料表面造成划伤或者导致不必要的尺寸变形，能够保持棒料表面的完整和尺寸的精度。

用本发明的夹持方法，可直接将棒料送入清洗池，无需蒸汽等相关的操作，便于产品生产线的布局。

附图说明

图1所示为本发明半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置的结构示意图；

图2所示为本发明半导体材料棒料预清洗柔性夹持方法的工作示意图。

具体实施方式

本发明通过考量半导体材料棒料预清洗过程中对夹持力度、稳定性等参数的要求，提出一种具有可靠夹持力的柔性夹持装置，如图1所示，包括调姿部件1、连接部件2、限位保护罩3(包括第一限位保护罩31和第二限位保护罩32)、和软囊4(包括第一软囊41和第二软囊42)。

其中，调姿部件1主要为该夹持装置提供水平方向、竖直方向、里外方向这三个维度的平移驱动力，便于实现目标棒料在预清洗槽中的摆动式洗涤；还可为夹持装置提供旋转的驱动力，便于棒料在清洗过程中清洗角度的调整。调姿部件1的一端与控制装置电连接，按照输入的指令控制调姿部件1运动。调姿部件1的另一端与连接部件2连接。

调姿部件1与连接部件2一侧面的中心处固定连接，随着调姿部件1的运动，带动连接部件2随之做相同的运动。连接部件2另一侧面(与设有调姿部件1的侧面相对的面)固定设有限位保护罩3，具体为在连接部件2同一侧面的上部和下部分别固定设有第一限位保护罩31和第二限位保护罩32，连接部件2用于连接保护罩3和调姿部件1。

第一限位保护罩31和第二限位保护罩32相对且对称设置，使用时相互配合成对使用。第一限位保护罩31和第二限位保护罩32相对的侧面固定设有软囊4，具体为在第一限位保护罩31的内侧(以对着第二限位保护罩32的一侧为内侧)固定设有第一软囊41，在第二限位保护罩32的内侧(以对着第一限位保护罩31的一侧为内侧)固定设有第二软囊42。如图1和图2所示，限位保护罩3为一敞口的凹槽，第一限位保护罩31和第二限位保护罩32的槽口相对，软囊4设置在凹槽内。软囊4相邻的三个侧面分别设有连接块，连接块嵌入限位保护罩3凹槽内壁的表面，以将软囊固定在限位保护罩的凹槽内部；具体为：第一软囊41分别通过第一连接块411、第三连接块421和第五连接块431与第一限位保护罩31凹槽内壁的两个侧面、一个顶面连接并将第一软囊41固定在第一限位保护罩31的凹槽内；第二软囊42分别通过第二连接块412、第四连接块422和第六连接块432与第二限位保护罩32凹槽内壁的两个侧面、一个顶面连接并将第二软囊42固定在第二限位保护罩32的凹槽内。

第一软囊41和第二软囊42也相对且对称设置，使用时相互配合成对使用。第一软囊41和第二软囊42分别通过第一管路接口311和第二管路接口312与内容物供应装置(即盛装有液体或气体的装置)连通，为软囊4内提供气体或液体，使软囊4膨胀鼓起夹紧棒料5(图2中的虚线为软囊4膨胀鼓起时的状态)，或将软囊4内的气体或液体排出，使软囊4收缩下陷释放棒料5(图2中的实线为软囊4收缩下陷时的状态)。为了保护棒料5表面不被划伤或者避免棒料5不必要的尺寸变形，在第一软囊41和第二软囊42的内侧分别粘接第一弹性垫441和第二弹性垫442。软囊由高弹柔性材料制成，可选用硅胶、橡胶、树脂等材料；其中的内容物为液体时，可选用轻质矿物油类液体，内容物为气体时，可选用空气、氮气、氦气、氧气等。弹性垫为柔性垫，由硅胶制成，可选用耐高温绝缘防滑类的硅胶垫；弹性垫的表面具有压力感知功能，用于提高软囊对棒料的夹持力，并实时监测软囊对棒料的夹持力，当夹持力度满足既可以夹紧又不会夹断棒料，即可靠夹持时则不再提高内容物供应装置的输入压力，以免棒料碎断。

由上可知，本发明的柔性夹持装置具体为：连接部件2的一侧上部、下部分别固定有两个限位保护罩3，另一侧与调姿部件1相连，限位保护罩3内固定有软囊4，软囊4的表面固定有弹性垫，连接部件2、调姿部件1、限位保护罩3、软囊4和弹性垫组成一个柔性夹持装置，并在调姿部件1的带动下作为整体运动。

使用时，用上述半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置夹持住一根或多根棒料的末端(如棒料较长，还可夹住中部保持棒料的稳定；夹持多根棒料时棒料与棒料之间留有一定缝隙，从而避免棒料之间摩擦损坏棒料表面完整性)，因此至少需要两个或多个本发明的夹持装置进行同步工作；通过控制第一软囊41和第二软囊42内的压力，实现柔性夹紧功能；然后通过调姿部件1对夹持装置的工作位置和姿态进行调整，完成预清洗。限位保护罩3可限制软囊膨胀之后延伸的方向，使得第一软囊41和第二软囊42向限位保护罩3的内侧膨胀，使得第一软囊41和第二软囊42之间的间距变小，当其间距小于目标棒料5的当量直径时，实现对棒料的夹紧。

在此基础上，本发明还提供了一种半导体材料棒料预清洗柔性夹持方法，使用上述夹持装置，在初始工作状态下，第一软囊41和第二软囊42的距离较大，如图2中的实线所示，通过调姿部件1的运动带动连接部件2、限位保护罩3和软囊4至待预清洗的棒料5的位置，人工将待预清洗的棒料5放置于软囊4上，控制内容物供应装置通过第一管路接口311和第二管路接口312向软囊4内输入内容物至第一软囊41和第二软囊42的间距适当，其间距的具体数值取决于待预清洗的棒料5的当量直径。继续向软囊4内输入内容物，直至表面的弹性垫监测到夹持力度以满足可靠夹持，如图2中的虚线所示，为夹紧棒料5的状态下第一软囊41和第二软囊42膨胀鼓起的状态。通过控制调姿部件1的运动，带动连接部件2、限位保护罩3和软囊4夹持着棒料5进入预清洗机的清洗槽进行预清洗。清洗过程中，通过调姿部件1调整棒料5的位置，以便在不同的位置和姿态下对棒料5表面的污渍进行彻底无死角的预清洗；还可通过调姿部件1挪动柔性夹持装置，以露出被夹持部分的棒料，进行完整地预清洗。预清洗完毕后，仍然通过控制调姿部件1的运动，带动连接部件2、限位保护罩3和软囊4夹持着棒料5移动至下一工序需要的位置。控制第一管路接口311和第二管路接口312将软囊4内输入的内容物排至内容物供应装置内，使软囊4收缩下陷释放棒料5至适当位置，预清洗完成。

以下结合具体实施例，更具体地说明本发明的内容，并对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明进行限制。

实施例1：在喷淋式清洗槽中对直径10mm，长度100mm的数十根光纤棒料进行预清洗。

(1)对齐：通过调姿部件调整两个柔性夹持装置位于一条直线上且相对间距略小于光纤棒料的长度，即80mm左右；将光纤棒料水平平行摆放，两端对齐且每根棒料之间具有一定间隙；然后控制调姿部件调整两个柔性夹持装置的相对位置不变，并移送至放置光纤棒料的工作台，两个夹持装置分别在光纤棒料的两端，做好夹持准备。

(2)夹紧：内容物供应装置将压力为P的高压气体分别通过第一管路接口311和第二管路接口312通入第一软囊41和第二软囊42中，至第一软囊41和第二软囊42之间的间距略小于棒料的直径；继续通入高压气体，第一软囊41上的第一弹性垫441和第二软囊42上的第二弹性垫442将接触压力信号传送到控制装置，控制装置实时监测第一软囊41和第二软囊42对棒料的压力，至其对棒料的压力可将棒料夹紧，停止高压气体的通入。

(3)喷淋式预清洗：通过调姿部件将夹有光纤棒料的夹持装置移送到喷淋清洗池，通过调整调姿部件1使得夹持装置变换位置，不停变换光纤棒料与喷淋水流的接触面，直至棒料清洗干净。

(4)码放：通过调姿部件将夹有清洗干净的棒料的夹持装置移送至下一工序的超声波深度清洗池或者临时码垛工作台；若需将棒料取下放置在临时码垛工作台上，则分别通过第一管路接口311和第二管路接口312将第一软囊41和第二软囊42中的气体排出，第一软囊41和第二软囊42收缩，释放棒料，将棒料取下放置在临时码垛工作台上。

实施例2：在漂洗式清洗槽中对直径6mm，长度50mm的数十根光纤棒料进行预清洗。

(1)对齐：通过调姿部件调整两个柔性夹持装置位于一条直线上且相对间距略小于光纤棒料的长度，即40mm左右；将光纤棒料水平平行摆放，两端对齐且每根棒料之间具有一定间隙；然后控制调姿部件调整两个柔性夹持装置的相对位置不变，并移送至放置光纤棒料的工作台，两个夹持装置分别在光纤棒料的两端，做好夹持准备。

(2)夹紧：内容物供应装置将压力为P的高压油分别通过第一管路接口311和第二管路接口312通入第一软囊41和第二软囊42中，至第一软囊41和第二软囊42之间的间距略小于棒料的直径；继续通入高压油，第一软囊41上的第一弹性垫441和第二软囊42上的第二弹性垫442将接触压力信号传送到控制装置，控制装置实时监测第一软囊41和第二软囊42对棒料的压力，至其对棒料的压力可将棒料夹紧，停止高压油的通入。

(3)漂洗式预清洗：通过调姿部件将夹有光纤棒料的夹持装置移送到装有水的漂洗清洗池中，将光纤棒料浸没于水中，通过调整调姿部件1使得夹持装置旋转和平移，使得光纤棒料在漂洗清洗池内的水中移动，利用水对光纤棒料表面的冲刷力将棒料清洗干净。

(4)码放：通过调姿部件将夹有清洗干净的棒料的夹持装置移送至下一工序的超声波深度清洗池或者临时码垛工作台；若需将棒料取下放置在临时码垛工作台上，则分别通过第一管路接口311和第二管路接口312将第一软囊41和第二软囊42中的气体排出，第一软囊41和第二软囊42收缩，释放棒料，将棒料取下放置在临时码垛工作台上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的内容。

Claims (10)

1.一种半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置，其特征在于，包括调姿部件、连接部件、限位保护罩和软囊；调姿部件用来控制所述夹持装置的位置，与连接部件连接，连接部件上固定设有一对相对且对称的限位保护罩，两个限位保护罩相对的表面上分别设有软囊。

2.根据权利要求1所述半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置，其特征在于，两个所述软囊相对的表面分别固定设有弹性垫，通过弹性垫上设置的压力传感器来实时监测软囊内的压力。

3.根据权利要求1或2所述半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置，其特征在于，所述限位保护罩为一侧向内凹陷的敞口凹槽，每一软囊设有三个连接块，三个连接块分别嵌入限位保护罩凹槽内壁的三个表面。

4.根据权利要求1-3任一所述半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置，其特征在于，每一所述软囊通过一管路接口与一内容物供应装置相连，所述内容物供应装置用于为软囊内提供压力。

5.根据权利要求4所述半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置，其特征在于，所述内容物为液体或气体，液体可选自轻质矿物油类液体，如轻质石蜡油、硅油等，气体可选自空气、氮气、氦气、氧气等。

6.根据权利要求1-5任一所述半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置，其特征在于，所述软囊由高弹柔性材料制成，高弹柔性材料优选硅胶、橡胶、树脂等。

7.根据权利要求2-6任一所述半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置，其特征在于，所述弹性垫为柔性垫，由硅胶制成，优选耐高温绝缘防滑类的硅胶垫。

8.一种半导体材料棒料预清洗柔性夹持方法，其特征在于，使用权利要求1-7任一所述半导体材料棒料预清洗柔性夹持装置，包括夹紧和预清洗等步骤；

优选的，所述夹紧步骤具体为：通过调姿部件的运动带动所述夹持装置至待预清洗的棒料的位置，人工将待预清洗的棒料放置于两个软囊之间；控制管路接口使内容物供应装置向软囊内输入内容物，直至两个软囊的间距等于待预清洗的棒料的当量直径；继续向软囊内输入内容物，直至软囊表面的弹性垫监测到夹持力度已满足可靠夹持。

9.根据权利要求8所述半导体材料棒料预清洗柔性夹持方法，其特征在于，所述预清洗步骤具体为：

通过控制调姿部件，带动所述夹持装置夹持着待预清洗的棒料进入预清洗机的清洗槽进行预清洗，清洗过程中，根据需要通过控制调姿部件调整棒料的位置，在不同的位置和姿态下对棒料表面的污渍进行预清洗。

10.根据权利要求8或9所述半导体材料棒料预清洗柔性夹持方法，其特征在于，在预清洗步骤之后还包括码放，具体为：预清洗完毕后，通过控制调姿部件带动所述夹持装置夹持着棒料移动至下一工序需要的位置，控制管路接口将软囊内输入的内容物排至内容物供应装置内，使软囊收缩内陷并释放棒料。