CN111747039A - 工件搬运装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工件搬运装置,其能有效地降低工件的跳跃而能够稳定地搬运工件。工件搬运装置包含包括在载置了工件的状态下进行搬运的搬运面(331)的振动体(3A)、通过在振动体(3A)上以至少两个模式产生包括沿上述工件的搬运方向的方向的压缩位移以及拉伸位移的疏密波而使上述搬运面(331)在法线方向上弯曲而产生该搬运面(331)上的一点在侧视中描绘椭圆轨道的振动的振动产生部。

Description

工件搬运装置
技术领域
本发明涉及通过在搬运面上产生前进波而搬运工件的工件搬运装置。
背景技术
作为现有的工件搬运装置,例如是专利文献1(日本特开2017-43431号公报)中记载的内容。专利文献1中记载的工件搬运装置包含为环带状且载置工件的搬运面、在该搬运面上产生旋转的前进波的前进波产生机构,以通过前进波产生机构产生的前进波搬运搬运面上的工件的方式构成。
在这样的工件搬运装置中,通过在搬运面上产生弯曲,前进波成为弯曲前进波。若产生弯曲前进波,则在搬运面的各位置上产生搬运方向基准的侧视中的椭圆运动,载置于搬运面的工件通过该椭圆运动中的水平方向速度成分而向与前进波的进行方向相反方向进行搬运。
在专利文献1中,也提出在搬运面上沿圆周方向形成多个在宽度方向上延伸的切口(专利文献1的图11、图12)。如此,通过在搬运面上形成切口,能够增大因弯曲前进波而产生于搬运面的椭圆运动的水平方向速度成分。
如此,在利用现有的弯曲前进波的工件搬运装置中,由于搬运面中的椭圆运动的垂直方向振动而引起工件的跳跃。为了抑制工件的跳跃,期望相对于椭圆运动中的垂直方向的振幅而增大水平方向的振幅(即,产生横长椭圆运动)。如上述,在搬运面上形成切口的结构也是用于产生横长椭圆运动的一种方法。可是,即使是形成这样的切口的结构,也无法充分地抑制跳跃。并且,在该结构中,如图10所示,若相对于切口102工件103并不大,则由于在切口102即设置于搬运面101上的凹部中卡住工件103,工件103不能沿搬运面101顺利地移动,在该状态下,也会存在接受椭圆运动的垂直方向的振动而工件跳跃的情况。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种通过有效地降低工件的跳跃而能够稳定地搬运工件的工件搬运装置。
本发明是工件搬运装置,其特征为,包含包括在载置了工件的状态下进行搬运的搬运面的振动体、通过在上述振动体上以至少两个模式产生包括沿上述工件的搬运方向的方向的压缩位移以及拉伸位移的疏密波而使上述搬运面在法线方向上弯曲,从而产生该搬运面上的一点在侧视中描绘椭圆轨道的振动的振动产生部。
根据该结构,在产生了疏密波的振动体中,产生搬运面上的一点在侧视中描绘椭圆轨道的振动。因此,椭圆轴比(相对于垂直振幅的水平振幅的比)大,能够在搬运面上产生运动轨迹的形状(侧视的形状)极为横长的椭圆运动。
并且,上述振动产生部包括向上述振动体施加上述压缩位移以及上述拉伸位移的多个位移产生部,上述多个位移产生部分属于与上述模式的数量对应的数个组,包含控制部,该控制部以在各上述组中不同的相位对上述多个位移产生部施加与产生上述疏密波的固有模式对应的频率的正弦波。
根据该结构,通过由控制部进行的对位移产生部的正弦波施加,能够在搬运面上产生振动。
本发明的效果如下。
根据本发明,能够在搬运面上产生椭圆轴比大、运动轨迹的形状极其横长的椭圆运动。因此,由于能够有效地降低工件的跳跃,从而能稳定地搬运工件。
附图说明
图1是概略性地表示本发明的一实施方式的工件搬运装置的结构的立体图。
图2是概略性地表示上述工件搬运装置中的振动体的立体图。
图3是表示用于对上述工件搬运装置中的振动体进行加振的结构的概要图。
图4是对在上述振动体中产生的0°模式的驻波夸张表示的立体的说明图。
图5是将在上述振动体中产生的90°模式的驻波夸张表示的立体的说明图。
图6是表示与纵波的驻波相关的时间变化的说明图(是局部引用新兴出版社公司启林馆的互联网主页(URL:http://www.keirinkan.com/kori/kori_physics/kori_physics_kaitei/contents/ph-1/4-bu/t4-3.htm)中记载的图表、并进行必要的加工的内容)。
图7中用1波长的长度对在上述振动体的上产生横长椭圆运动的情况夸张表示的侧视的说明图。
图8是表示上述振动体的搬运面上的工件的移动的说明图。
图9是概略性地表示本发明的其他实施方式的工件搬运装置的结构的立体图。
图10是表示在现有的工件搬运装置中工件卡在设置在搬运面的切口中的状态的概要图。
图中:1—工件搬运装置、零件供给器,2—底座部,3—料斗供给器,3A—振动体,31—料斗供给器侧搬运部,32—料斗供给器的固定部,33—螺旋环带,331—搬运面,332—螺旋环带的外周端部,34—振动产生部,341—位移产生部、压电元件,341A—第一组(第一压电元件组),341B—第二组(第二压电元件组),4—直线供给器,41—直线供给器侧搬运部,42—直线供给器的固定部,43—主环带,431—主环带的搬运面,44—返回环带,441—返回环带的搬运面,5—前进波产生机构,6—控制部。
具体实施方式
关于本发明采用一实施方式与附图一起进行以下说明。并且,以下说明中的上下方向指图1所示的状态下的上下方向。
如作为概略图的图1所示,本实施方式的工件搬运装置(零件供给器)1在底座部2上包含圆盘状的料斗供给器3、以在料斗供给器3的切线方向上延伸的方式连接的直线供给器4。料斗供给器3与直线供给器4在预定的方向上搬运多个工件(未图示)。
料斗供给器3包含作为圆盘状的部件的料斗供给器侧搬运部31。该料斗供给器侧搬运部31在位于中央的固定部32上被固定于底座部2。如图所示,料斗供给器侧搬运部31的上面暂时从中央侧下降后便向周缘侧上升。应搬运的多个工件被投入在料斗供给器侧搬运部31中凹陷的部分,暂时性地贮存。并且,从该贮存的部分中依次一个一个搬运。工件作为一例为微小的IC芯片,但可以是多种物体。在料斗供给器3中作为用于搬运工件的搬运环带,在料斗供给器侧搬运部31的上面形成从料斗供给器侧搬运部31的内周位置向外周位置螺旋状的槽(搬运槽)即螺旋环带33。螺旋环带33是通过装载工件而接触的底面,包括作为沿螺旋环带33的延伸方向的面的搬运面331。该搬运面331通过以由前进波产生机构5(参照图3)进行起伏的方式变形,搬运工件。多个工件也能够在搬运面331上相邻地排列的状态下进行搬运,也能够隔着间隔进行搬运。螺旋环带33的外周端部332形成于能够向直线供给器4的主切口43供给工件的位置。在料斗供给器3的运转中,工件以在螺旋环带33中爬升的方式进行移动而向主切口43供给。
直线供给器4包含在俯视中为椭圆形状的直线供给器侧搬运部41。该直线供给器侧搬运部41在位于轴向中央的固定部42上被固定于底座部2。直线供给器4中的搬运环带由主环带43和返回环带44构成。主环带43包含在直线供给器侧搬运部41的上面向长边方向延伸的直线状的槽。返回环带44在直线供给器侧搬运部41的上面包含位于主环带43的宽度方向内侧的椭圆形的槽。主环带43以及返回环带44包括工件接触的底面即搬运面431、441。这些搬运面431、441通过以利用前进波产生机构5进行起伏的方式变形,搬运工件。
在本实施方式中,主环带43与返回环带44的一部分平行而形成,从主环带43中排除的工件通过未图示的移动机构(空气喷嘴等)从主环带43向返回环带44移动。
在料斗供给器3与直线供给器4中,由于用于搬运工件的机构共通,因此以下关于料斗供给器3进行说明。
料斗供给器3主要包含振动体3A和振动产生部34。振动体3A是上述料斗供给器侧搬运部31的一部分,包含图2所示的圆环状的振动体3A。并且,在图2中,以简单地进行说明的目的,用环状的正圆状表示螺旋环带33。本实施方式的振动体3A为金属制且实心。即,振动体3A是弹性体,由为传递波动的介质的材质形成。振动体3A包括在载置了工件的状态下进行搬运的搬运面331。搬运面331是平面,不包括现有那样的切口等的在搬运中会卡住工件的凹部。
振动产生部34在振动体3A中产生疏密波。该疏密波是在振动体3A中包括沿工件的搬运方向的方向(圆周方向)的压缩位移以及拉伸位移的波动,若说波动的振幅方向与介质的移动方向的关系,则不是横波而相当于纵波。振动产生部34能以至少两个模式产生上述疏密波。由此,通过使搬运面331向法线方向(本实施方式中为垂直方向或上下方向)弯曲而产生振动。由于疏密波是纵波,因此该搬运面331的弯曲并不是如横波那样直接地产生,而是通过后述的泊松效果产生。所产生的振动是在搬运面331上的一点相对于搬运方向的侧视中描绘椭圆轨道(参照图7以及图8)的振动。
如图4以及图5所示,振动体3A具有多个作为如在圆周方向上交互产生拉伸位移与压缩位移的疏密波的纵波的驻波模式(固有模式)。在本实施方式中,通过合成0°模式的驻波与90°模式的驻波而成为向恒定方向(具体的说,图4以及图5所示的状态的顺时针方向)行进的前进波。并且,所谓“驻波”是指在振动体3A的圆周方向中的恒定位置上产生的波(纵波)。多个驻波模式中存在固有频率大致相等、空间性的相位偏离90°的两个驻波模式。是图4所示的0°模式、图5所示的90°模式。
在此,关于纵波的驻波用概略性地表示介质的动作的图6(a)~(d)表示进行说明。图6(a)是未产生驻波的状态,构成振动体3A的材料(波动的介质)的圆周方向(图示横方向)位置恒定。图6(b)表示在振动一周期基准中经过1/4时间(t/4)的状态。在该时刻中,在振动体3A中的位置A中产生圆周方向的拉伸位移,在位置B中产生圆周方向的压缩位移。
位置A以及位置B是纵波的“节”的位置,在该位置上,介质未向圆周方向移动。如能够从图示的并排圆形的间隔中理解,通过在位置A周围的介质中产生拉伸位于,介质为“疏”,通过在位置B周围的介质中产生压缩位移,介质为“密”。在“节”的位置中以半波长(λ/2)的间隔在圆周方向上交互出现拉伸位置(位置A)与收缩位置(位置B)。即,在位置A与位置B中,振幅的相位相反。另一方面,位置C以及位置D是纵波的“腹”的位置,在该位置上介质最大限度地移动。
振动体3A伴随在圆周方向上伸缩,也以与泊松比相应的变化量在上下方向伸缩。从泊松比的定义,上下方向的位移与圆周方向的位移为相反关系。即,振动体3A在作为伸出位置的位置A中向上下方向压缩,在作为收缩位置的位置B中向上下方向膨胀。根据该内容,搬运面331在位置A向下方凹陷、在位置B上向上方突出(参照图7以及图8)。
图6(c)表示在振动一周期基准中经过1/2时间(t/2)的状态。在该时刻,振动体3A中的位置A以及位置B为与图6(a)相同的状态。图6(d)表示在振动一周期基准中经过3/4时间(3t/4)的状态。在该时刻,与图6(b)的状态相反,在振动体3A中的位置A上产生圆周方向的压缩位移,在位置B上产生圆周方向的拉伸位移。
如图3所示,振动产生部34包括向振动体3A给予上述压缩位移以及上述拉伸位移的多个位移产生部341···341。在本实施方式中,在振动体3A的下面(或内面)粘贴构成振动产生部34的多个位移产生部(压电元件)341。各压电元件341如图3概略性地表示而配置。各压电元件341以纵波的驻波设置于图6(a)~(d)所示的上述“节”的位置。如图3所示,多个压电元件341由分极方向以驻波模式的波长的1/2(λ/2)的间隔(图示“+”“-”)交替的方式配置的第一组(第一压电元件组)341A、配置于与该第一组341A以1/4波长(λ/4)量在圆周方向上偏离的位置并与第一组341A相同地以驻波模式的波长1/2的间距分极方向交替的方式而配置的第二组(第二压电元件组)341B构成。即,多个位移产生部341···341分属于与上述模式的数量(本实施方式中为两个)对应的数量的组341A、341B。
本实施方式的零件供给器1包含相对于位移产生部341施加与产生疏密波的固有模式对应的频率的正弦波的控制部6。控制部6连接于振动产生部34。控制部6相对于位移产生部341输入在多个组的各个341A、341B不同的相位的正弦波。具体的说,如图3所示,将涉及交流电压的正弦波分为两系统,关于一个系统通过移相器使时间性的相位偏离。未图示,在控制部6中能够进行增减正弦波的频率的调整。在分别用放大器对原有的正弦波与移相了的正弦波进行了增幅的基础上,向属于各组341A、341B的压电元件341施加。在本实施方式中,相对于属于各组341A、341B的压电元件341,以与0°模式、90°模式中的固有频率中几乎一致的频率、且0°模式和90°模式的驻波以时间性的相位偏移90°而产生的方式,施加具有时间性的相位差的正弦波。
通过从控制部6利用振动产生部34所施加的正弦波,属于第一组341A的压电元件341对0°模式的节位置(构成振动体3A的材料(波动的介质)在圆周方向上不动的位置)进行加振。并且,属于第二组341B的压电元件341对90°模式的节位置进行加振。
在此,压电元件341的配置本身在现有的工件搬运装置中与用于产生弯曲前进波的压电元件的配置相同。可是,在本实施方式中,通过与纵波的驻波模式对应地驱动压电元件341,能在振动体3A上不产生横波(弯曲前进波的情况)而是产生纵波的驻波。并且,如图4以及图5所示,通过在空间性的相位偏移的多个(本实施方式中为两个)驻波模式中产生驻波,能够在振动体3A上产生圆周方向(在图4以及图5中为顺时针方向)的前进波。
通过在圆周方向上产生的纵波,能以与构成振动体3A的材料固有的泊松比对应的位移量,在上下方向上压缩振动体3A以及使振动体3A膨胀。伴随此,在搬运面331上产生与上述膨胀以及压缩相应的波纹,如图8所示,通过作用于载置在搬运面331上的工件W与搬运面331之间的摩擦力F,相对于工件W产生向圆周方向的力而搬运工件W(详细后述)。如此,本实施方式的工件搬运装置(零件供给器)1将相对于向振动体3A输入的纵波与泊松比对应地输出的搬运面331的波纹用于工件的搬运。
即,本实施方式的工件搬运装置(零件供给器)1相对于本申请人在之前提出多种提案的、利用横波(弯曲前进波的情况)的工件搬运装置,本实施方式的工件搬运装置1具有上述那样本质不同的结构。通过该结构的不同,在本实施方式的工件搬运装置1中,能够紧张且容易地改善在现有的工件搬运装置中存在改善临界的问题点(具体的说,工件的跳跃)。
在如上述构成的振动体3A中,通过由压电元件341进行驱动而产生的加振,作为纵波的驻波的0°模式的驻波(参照图4)与90°模式的驻波(参照图5)以时间性的相位偏离90°,并产生于振动体3A的内部。由此,产生在振动体3A的圆周方向上行进的纵波的前进波(纵波前进波)。即,该前进波是指作为疏密波的纵波向搬运面331的长边方向中的一方向进行的状态。根据构成振动体3A的材料中所固有的泊松比,通过各模式中疏密波包含的振动体3A的压缩位移以及拉伸位移,在搬运面331上作为弯曲而产生波纹,成为两个模式的波纹向搬运面331的长边方向中的一方向前进的前进波。
通过纵波前进波的产生,在振动体3A的圆周方向上产生进行伸缩的水平方向的振动。通过若产生纵向变形而附带此也会产生横向变形的泊松效果,在振动体3A上产生扩张与缩小即使在厚度方向(上下方向)上也反复的振动。该振动由于是由前进波产生,因此与驻波不同,没有节,在振动体3A的整周上产生。
产生前进波的搬运面331中的一点如图7所示的旋转轨迹R,在从振动体3A的径外方向观察的情况下以逆时针方向进行椭圆运动。图示范围的中央侧会产生圆周方向的拉伸位移,振动体3A在上下方向上变小,该范围的左右两侧产生圆周方向的压缩位移,振动体3A在上下方向上变大。
在图8中对振动体3A与圆周方向的压缩位移相应地在上下方向上膨胀的瞬间的搬运面331的状态进行夸张表示。搬运面331中的相对于工件W的接触点331p如上述以扫描逆时针方向的旋转轨迹R的方式进行移动。通过该接触点331p的移动,在载置在搬运面331上的工件W上产生向图示左的摩擦力F。其结果,工件W与前进波的行进方向M(以及旋转轨迹R中的上半段的移动方向)相同,向图示左向的方向Wm搬运。若产生前进波,则会具有在与前进波相同的方向产生空气流的情况。在现有的工件搬运装置中,由于空气流与工件的搬运方向相反而成为妨碍搬运的力。另一方面,在本实施方式中,由于空气流与工件W的搬运方向是同一方向,因此不会由于空气流而妨碍工件W的搬运。
在此,纵波前进波中的振动状态通过以下的计算式表示。
在式1中表示显示前进波的位移状态的式子。式中,x表示振动体3A的圆周方向的位置,t表示时间,u(x、t)表示位于振动体3A中的位置x上的质点的时间t中的圆周方向的位移。另外,A表示圆周方向振幅(水平振幅),f表示频率,λ表示波长。
【数1】
Figure BDA0002217040710000081
另外,此时中的振动体3A的圆周方向的形变ε(x,t)用以下的式2表示。
【数2】
Figure BDA0002217040710000091
若使振动体3A的泊松比为ν、使厚度(上下方向尺寸)为th,则通过泊松效果,位置x中的搬运面331的垂直方向位移w(x,t)用以下的式3表示。
【数3】
Figure BDA0002217040710000092
从以上式中清楚,搬运面331的圆周方向振幅是A,搬运面331的垂直振幅为πthA/λ。因此,在纵波前进波中,作为相对于垂直振幅的圆周方向振幅(水平振幅)的比的椭圆轴比用以下的式4表示。
【数4】
Figure BDA0002217040710000093
一般来说,由于波长λ相比较于板厚th是非常大的值,因此式4中表示的椭圆轴比也为较大的值。如此,本实施方式的工件搬运装置1相比较于现有的产生弯曲前进波的工件搬运装置,椭圆轴比大,能够在搬运面331上产生运动轨迹的形状(径向观察的形状)极其横长的椭圆运动。如从在式4的分母中具有λ的情况所清楚,波长长,则椭圆轴比变大。
附带,在现有的工件搬运装置中,运动轨迹的形状是纵长的椭圆运动(参照专利文献1中的图5),即使是在搬运面上形成切口的情况,也只是相比于正圆稍微横长的椭圆运动(参照专利文献1的图12)。因此,本实施方式的工件搬运装置1由于垂直方向的振幅相对于水平方向振幅非常小,因此相比较于现在能够大幅度地降低对工件施加的跳跃力。而且,通过不需要形成如现有的切口,从而搬运面331能成为在圆周方向上至少不包括比工件大的凹凸的面,能够物理性地除去工件卡住的原因,因此也不会成为搬运面331的形状跳跃的原因。并且,本实施方式的工件搬运装置1根据相对于垂直方向的振幅能够使水平方向的振幅非常大,能高速地搬运工件。
以上,关于本发明采取一实施方式进行说明,但本发明并未限定于上述实施方式,能在不脱离本发明的宗旨的范围内进行多种变更。
例如,振动体3A的材料如果是产生泊松效果的材质,能够为多种材料。另外,振动体3A的形状并未限于如上述实施方式的圆环状,可以是在中央一体地包括固定部32的圆盘状。而且,振动体3A的外形并未限于如上述实施方式的正圆形状(料斗供给器3)、长圆形状(直线供给器4)。例如,也能够使振动体3A为直线状、包括端部的弯曲形状。在该情况下,前进波并不旋转,向长边方向的一方向移动。
另外,如图9所示,在料斗供给器3中可以在料斗供给器侧搬运部3(振动体3A)的侧面安装压电元件341。如此,振动体3A中的压电元件341的安装位置并未限定。相同地,在直线供给器4中,可以在料斗供给器侧搬运部31(振动体3A)的侧面上安装压电元件442。另外,未图示,但也可以在振动体3A的内部埋入压电元件341。
另外,在上述实施方式中,在圆周方向上一个个交替地配置属于第一组(第一压电元件组)341A的压电元件341与属于第二组(第二压电元件组)341B的压电元件341,但配置方案并未限于此。例如,可以在径向的一侧聚集地配置属于第一组的压电元件341,在另一侧(所谓另一侧是在圆周方向上180°的相反侧)上聚集地配置属于第二组的压电元件341。
另外,位移产生部341在处于时间性的相位不同的关系中的各组中只要包含一个以上即可。
另外,在上述实施方式中,位移产生部341是压电元件。但是,并未限于此,能够使用多种机构(驱动器)。例如,也能够使用磁偏元件、通过电磁力加振、通过静电加振。
另外,在本实施方式中,着眼于纵波进行说明。可是,在振动状态的振动体3A中可以不单单是纵波,也可以混有横波。

Claims (2)

1.一种工件搬运装置,其特征在于,包含:
包括在载置了工件的状态下进行搬运的搬运面的振动体;以及
振动产生部,其通过在上述振动体上以至少两个模式产生包括沿上述工件的搬运方向的方向的压缩位移以及拉伸位移的疏密波而使上述搬运面在法线方向上弯曲,产生该搬运面上的一点在侧视中描绘椭圆轨道的振动。
2.根据权利要求1所述的工件搬运装置,其特征在于,
上述振动产生部包括对上述振动体施加上述压缩位移以及上述拉伸位移的多个位移产生部,
上述多个位移产生部分属为与上述模式的数量对应的数个组,
该工件搬运装置包含控制部,该控制部以在各个上述组中不同的相位对上述多个位移产生部施加与产生上述疏密波的固有模式对应的频率的正弦波。
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