KR20190037199A - 비접촉 운반 장치 - Google Patents
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Abstract
비접촉 운반 장치(10)는, 비접촉 운반 장치 내에서 음압 공기 흐름을 발생시키는 음압 어셈블리(100); 및 상기 음압 어셈블리(100)에 연결된 초음파 어셈블리(200)를 포함한다. 상기 초음파 어셈블리(200)는, 고주파 초음파 전기 신호를 고주파 기계적 진동으로 변환하는 초음파 트랜스듀서(210)로서, 상기 초음파 트랜스듀서(210)의 일 단은 상기 음압 어셈블리(100)에 연결된 초음파 트랜스듀서(210); 상기 고주파 기계적 진동을 증폭하는 초음파 혼(230)으로서, 상기 초음파 혼(230)의 일 단이 상기 음압 어셈블리(100)로부터 멀어지는 상기 초음파 트랜스듀서(210)의 일단에 연결된 초음파 혼(230); 및 고주파의 기계적 진동을 증폭 및 변환하는 초음파 척(250)으로서, 상기 초음파 트랜스듀서(210)로부터 멀어지는 상기 초음파 혼(230)의 일 단에 연결되는 초음파 척(250)을 포함한다.
Description
본 발명은 운반 장치 기술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비접촉 운반 장치에 관한 것이다.
현재 일반적으로 사용되는 비접촉 운반 방법은 주로 자기부상(maglev) 운반, 기류 양압(positive pressure) 운반, 기류 음압(negative pressure) 운반, 초음파 정상파 서스펜션(suspension) 운반 및 초음파 근거리 음장 서스펜션 운반을 포함한다.
자기부상 운반은 자기 효과를 갖는 물질을 필요로 하기 때문에, 적용 범위가 비교적 좁다. 기류 음압 운반 및 기류 양압 운반은 모두 큰 공기 흐름을 필요로 하며, 장치의 구성은 복잡하고, 공간 요구량이 크며, 공기 흐름의 영향은 일반적으로 비교적 크며, 공기 흐름은 매우 깨끗해야 하고 공기 흐름의 압력은 엄격하게 제어되어야 하며, 그렇지 않으면 공기 흐름이 손상되어 물질 표면을 오염시킨다. 초음파 정상파 서스펜션 운반은 물질의 주요 크기가 반-파장보다 훨씬 작아야 하므로, 작은 크기의 물질만 운반할 수 있다. 초음파 근거리 음파 서스펜션의 부상력은 비교적 크고 진폭 전달 성능이 더 좋지만, 물질 크기는 엄격하게 요구되지 않는다.
현재 산업에서, 주로 사용되는 비접촉 운반 장치는 2가지이다: 1. 양압 또는 음압을 가스 소스로 사용하는 기류 직접 흡입; 2. 와류장(vortex flow field)을 생성하는 흡수 타입이다. 두 장치 모두 정밀한 제어가 필요하고 와류 장 형식도 복잡한 기계 가공이 필요하지만, 두 장치는 사용 중에 장치의 표면에 물질이 충돌하지 않도록 보장하기 어렵다. 물질이 흡입될 때, 흡착 장치에 가까워지도록 점차적으로 가속될 수 있도록, 물질의 하부 표면과 다른 물체 사이의 접착으로 인해 상대적으로 큰 흡인력을 가질 필요가 있다. 그러나, 물질이 장치의 표면으로부터 일정 거리까지 흡착될 때, 장치의 표면과의 충돌을 피하기 위해, 흡착 속도를 점진적으로 감소시킬 수 있도록 가스 흡입을 감소시킬 필요가 있다. 그러나, 일반적으로 장치가 물질로부터 약 5mm에 있는 경우에만 가스 흡입이 물질을 흡착할 수 있으므로, 전체 스트로크 거리가 매우 짧다. 한편, 가스 압축성으로 인해 가공 공정에서 공기압 변화가 명확하지 않기 때문에, 공기압을 정확하게 감지하고 적시에 조정하기가 어려우므로, 전체 제어 공정이 매우 어려워 비접촉 효과를 얻을 수 없다.
따라서, 현재의 비접촉 운반 장치가 물질을 흡인할 때 물질의 표면에 닿는 경향이 있다는 문제를 고려하여, 비접촉 운반 장치를 제공할 필요가 있다.
비접촉 운반 장치는,
상기 비접촉 운반 장치 내에서 음압(negative pressure) 공기 흐름을 발생시키는 음압 어셈블리; 및
상기 음압 어셈블리에 연결된 초음파 어셈블리를 포함하고, 상기 초음파 어셈블리는,
고주파의 초음파 전기 신호를 고주파의 기계적 진동으로 변환하는 초음파 트랜스듀서(transducer)로서, 상기 초음파 트랜스듀서의 일 단이 상기 음압 어셈블리에 연결되는 초음파 트랜스듀서;
고주파의 기계적 진동을 증폭하는 초음파 혼(horn)으로서, 상기 초음파 혼의 일 단이 상기 음압 어셈블리로부터 멀어지는 상기 초음파 트랜스듀서의 일 단에 연결되는 초음파 혼; 및
상기 고주파의 기계적 진동을 증폭 및 변환하는 초음파 척(chuck)으로서, 상기 초음파 트랜스듀서로부터 멀어지는 초음파 혼의 일 단에 연결되는 초음파 척을 포함한다.
전술한 비접촉 운반 장치에 있어서, 음압 어셈블리는 음압의 공기 흐름을 발생시킴으로써 물질 상에 수직 상방 흡입을 발생시키고, 음압 공기 흐름은 물질을 위로 흡인하고 물질 낙하 동안 물질의 낙하 속도를 줄이기 위해 음압 어셈블리에 의해 제어된다. 한편, 초음파 어셈블리의 초음파 트랜스듀서는 고주파의 기계적 진동을 발생시키고, 초음파 혼 및 초음파 척은 고주파의 기계적 진동을 증폭 및 변환시켜 안정되고 연속적인 근거리 음장 부상력을 형성한다. 물질이 위로 흡인되고 물질이 하강하는 과정에서, 물질이 비접촉 운반 기기와 접촉하는 것을 방지하기 위해 하향 부상력이 발생된다. 전술한 비접촉 운반 기기는 음압 어셈블리와 초음파 어셈블리의 협동 작용에 의해 물질의 상승 및 하강 과정의 다단계 완충을 달성함으로써, 비접촉 운반 기기와 물질의 접촉 및 충돌을 안정적으로 피할 수 있다.
본 발명의 실시 예들 또는 종래 기술에 따른 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시 예들 또는 종래 기술을 설명하기 위한 첨부 도면을 이하에서 간략히 소개한다. 명백하게, 다음의 설명에서 첨부 도면은 본 발명의 일부 실시 예일 뿐이며, 당해 분야의 통상의 기술자는 창조적인 노력 없이 첨부된 도면으로부터 다른 도면을 도출할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 비접촉 운반 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 비접촉 운반 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 비접촉 운반 장치의 척(chuck) 몸체의 개략도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 취한 비접촉 운반 장치의 척 몸체의 단면도이다.
도 5는 도 3의 V-V 선을 따라 취한 비접촉 운반 장치의 척 몸체의 단면도이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 비접촉 운반 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 비접촉 운반 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 비접촉 운반 장치의 척(chuck) 몸체의 개략도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 취한 비접촉 운반 장치의 척 몸체의 단면도이다.
도 5는 도 3의 V-V 선을 따라 취한 비접촉 운반 장치의 척 몸체의 단면도이다.
비접촉 운반 장치는 특정 실시 예들 및 첨부 도면을 참조하여 이하에서 더 상세하게 설명된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 비접촉 운반 장치(10)는 음압 어셈블리(100)와, 음압 어셈블리(100)에 연결된 초음파 어셈블리(200)를 포함한다.
도시된 실시 예에서, 음압 어셈블리(100)는 음압의 공기 흐름을 발생시킬 수 있는 팬(fan)이며, 이에 따라 물질에 소정의 흡인력을 발생시킨다. 물론, 대안적인 실시 예에서, 음압 어셈블리(100)는 또한 진공 발생기일 수 있다.
도시된 실시 예에서, 초음파 어셈블리(200)는 초음파 트랜스듀서(210), 초음파 혼(230) 및 초음파 척(250)을 포함한다.
일 실시 예에서, 초음파 트랜스듀서(210), 초음파 혼(230) 및 초음파 척(250)은 모두 중공(hollow) 구조이다. 초음파 트랜스듀서(210), 초음파 혼(230) 및 초음파 척(250)은 서로 연통되어있다. 공기 흐름 통로로서 중공 구조를 사용함으로써, 한편으로는 초음파 어셈블리의 이용 효율은 감소하지 않을 것이고, 반면에 찬 공기 흐름은 내부 음압을 형성하는데 사용될 수 있고, 찬 공기 흐름은 차가운 기류가 초음파 어셈블리를 통과할 때 냉각 및 열 소산의 역할을 수행함으로써, 초음파 어셈블리의 안정성을 향상시키고 수명을 연장시킨다.
초음파 트랜스듀서(210)는 고주파 초음파 전기 신호를 고주파의 기계적 진동으로 변환하도록 구성된다. 일 실시 예에서, 초음파 트랜스듀서(210)는 트랜스듀서 몸체(211), 압전 세라믹 스택(213) 및 트랜스듀서 연결부(215)를 포함한다. 도시된 실시 예에서, 트랜스듀서 몸체(211)는 박스 구조이고, 트랜스듀서 몸체(211)는 수용 캐비티(cavity)(212)를 형성한다. 음압 어셈블리(100)는 트랜스듀서 몸체(211)의 일 단에 연결되고 수용 캐비티(212)와 연통되어, 음압 어셈블리(100)가 수용 캐비티(212) 내의 가스를 밖으로 끌어냄으로써, 비접촉 운반 장치(10)의 내부에 음압을 형성한다.
도시된 실시 예에서, 압전 세라믹 스택(213)은 수용 캐비티(212) 내에 수용된다. 초음파 트랜스듀서(210)는 초음파 발생기(미도시)에 의해 송신된 연속적인 고주파 전기 신호를 수신할 수 있다. 역 압전 효과에 따라, 압전 세라믹 스택(213)은 연속적인 고주파 전기 신호를 고주파의 기계적 진동으로서 나타나는 고주파 변형으로 변환할 수 있다.
트랜스듀서 연결부(215)의 일 단은 음압 어셈블리(100)로부터 멀어지는 트랜스듀서 몸체(211)의 일 단에 연결된다. 도시된 실시 예에서, 트랜스듀서 연결부(215)는 트랜스듀서 연결부(215)를 통해 연장된 제1 관통 홀(214)을 형성한다. 공기 홈(216)은 트랜스듀서 몸체(211) 및 트랜스듀서 연결부(215) 사이의 연결부에 형성된다. 제1 관통 홀(214)은 공기 홈(216)을 통해 수용 캐비티(212)와 연통될 수 있고, 공기 홈(216)은 초음파 트랜스듀서(210)의 예압 및 진동 전달에 영향을 주지 않는다. 일 실시 예에서, 트랜스듀서 몸체(211)와 트랜스듀서 연결부(215)는 일체로 형성된다.
도시된 실시 예에서, 트랜스듀서 연결부(215)의 단면적은 트랜스듀서 몸체(211)에 인접한 일 단으로부터 트랜스듀서 몸체(211)로부터 멀어지는 타 단 방향으로 점차 감소한다. 트랜스듀서 연결부(215)의 단면적이 점차 감소함에 따라, 에너지가 집중되어 기계적 진동의 진폭이 증가하게 된다.
초음파 혼(230)은 고주파의 기계적 진동을 증폭하도록 구성된다. 초음파 혼(230)의 일 단은 음압 어셈블리(100)로부터 멀어지는 초음파 트랜스듀서(210)의 일 단에 연결된다. 초음파 혼(230)은 초음파 혼(230)을 통해 연장되는 제2 관통 홀(234)을 형성하고, 제2 관통 홀(234)은 제1 관통 홀(214)과 연통한다.
도시된 실시 예에서, 초음파 혼(230)은 서로 연결된 제1 혼(231)과 제2 혼(232)을 포함한다. 제1 혼(231)의 일 단은 음압 어셈블리(100)에서 멀어지는 초음파 트랜스듀서(210)의 일 단에 연결되고, 제1 혼(231)의 타 단은 제2 혼(232)의 일 단에 연결된다. 도시된 실시 예에서, 제1 혼(231)의 단면적은 초음파 트랜스듀서(210)에 인접한 일 단으로부터 초음파 트랜스듀서(210)로부터 멀어지는 타 단을 향하는 방향으로 점차 증가한다. 일 실시 예에서, 초음파 트랜스듀서(210)에 인접한 일 단으로부터 초음파 트랜스듀서(210)로부터 멀어지는 타 단을 향하여 제1 혼(231)의 단면적의 증가율은 일정하다. 도시된 실시 예에서, 제2 혼(232)의 단면적은 제1 혼(231)에 인접한 일 단으로부터 제1 혼(231)으로부터 멀어지는 타 단을 향하는 방향으로 점차 감소한다. 일 실시 예에서, 제1 혼(231)에 인접하는 일 단으로부터 제1 혼(231)으로부터 멀어지는 타 단을 향하여 제2 혼(232)의 단면적의 감소율은 작아진다. 전술한 구조의 초음파 혼(230)은 기계적 진동 진폭의 증폭을 구현할 수 있다.
제1 혼(231)과 제2 혼(232) 사이의 연결의 단면적은 최대이고, 기계적 진동의 진폭은 최소이다. 도시된 실시 예에서, 플랜지(flange)(233)는 제1 혼(231)과 제2 혼(232) 사이의 연결부에 배치된다. 플랜지(233)는 비접촉 운반 장치(10)를 고정하도록 구성된다. 초음파 어셈블리의 개구를 형성하는 대신에 고정을 위한 플랜지의 사용은 개구에 의해 초음파 주파수가 변경되는 것을 방지 할 수 있다.
초음파 척(250)은 척 연결부(251)와 척 몸체(254)를 포함한다. 척 연결부(251)의 일 단은 초음파 트랜스듀서(210)로부터 멀어지는 초음파 혼(230)의 일 단에 연결되고, 척 연결부(251)의 타단은 척 몸체(254)에 연결된다. 도시된 실시 예에서, 척 연결부(251)는 척 연결부(251)를 통하여 연장되는 제3 관통 홀(256)을 형성하고, 제3 관통 홀(256)은 상기 제2 관통 홀(234)과 연통된다.
일 실시 예에서, 척 연결부(251)는 제1 척 연결부(252) 및 제2 척 연결부(253)를 포함한다. 제1 척 연결부(252)의 일 단은 초음파 트랜스듀서(210)로부터 멀어지는 초음파 혼(230)의 일단에 연결되고, 제1 척 연결부(252)의 타 단은 제2 척 연결부(253)의 일 단에 연결된다. 도시된 실시 예에서, 제1 척 연결부(252)의 단면적은 초음파 혼(230)에 인접하는 일 단으로부터 초음파 혼(230)으로부터 멀어지는 타 단 방향으로 점진적으로 감소한다. 제1 척 연결부(252)의 단면적의 점차적인 감소는 기계적 진동 진폭의 증폭을 실현할 수 있다. 제2 척 연결부(253)의 단면적은 제1 척 연결부(252)에 인접한 일 단으로부터 제1 척 연결부(252)로부터 멀어지는 타 단 방향으로 점진적으로 증가한다. 제2 척 연결부(253)의 단면적의 점차적인 증가는 기계적 진동의 전달 면적을 증가시킬 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 척 몸체(254)는 초음파 혼(230)으로부터 멀어지는 척 연결부(251)의 일 단에 연결된다. 구체적으로, 척 몸체(254)는 제1 척 연결부(252)로부터 멀어지는 제2 척 연결부(253)의 일 단에 연결된다. 척 몸체(254)는 척 몸체(254)를 통해 연장되는 중앙 공기 홀(2541)을 형성한다. 중앙 공기 홀(2541)은 제3 관통 홀(256)과 연통한다.
일 실시 예에서, 척 몸체(254)는 흡착 표면(2543) 및 비흡착 표면(2542)을 갖는다. 초음파 어셈블리(200)에 따라, 척 몸체(254)의 흡착 표면(2543)은 소정 형태의 진동을 생성하여, 근거리 음장 부상력을 물질에 생성한다.
중앙 공기 홀(2541)은 흡착면(2543)을 통해 연장된다. 도시된 실시 예에서, 척 몸체(254)는 입방체 플레이트 구조이다. 척 몸체(254)는 2 개의 대향 표면 및 4 개의 측면을 갖는다. 척 몸체(254)의 일 면은 제2 척 연결부(253)에 연결된다. 도시된 실시 예에서, 제2 척 연결부(253)로부터 떨어진 척 몸체(254)의 표면은 흡착면이며, 제2 척 연결부(253)에 인접한 척 몸체(254)의 표면 및 4개의 측면은 비흡착면이다. 도시된 실시 예에서, 중앙 공기 홀(2541)은 흡착면(2543)에 대향하는 척 몸체(254)의 표면을 통해 연장한다.
일 실시 예에서, 척 몸체(254)는 내부에 제1 통로(2544)를 형성한다. 제1 통로(2544)는 중앙 공기 홀(2541)과 연통한다. 제1 통로(2544)는 직접 또는 간접적으로 중앙 공기 홀(2541)과 연통할 수 있다. 도시된 실시 예에서, 척 몸체(254)는 제1 방향을 따라 연장되는 3개의 제1 통로(2544)를 형성하고, 그 안에서 제1 통로(2544)가 서로 엇갈리게 배치되도록 제1 방향에 수직인 방향을 따라 연장되는 3 개의 제1 통로(2544)를 형성한다. 물론, 대안적인 실시 예에서, 제1 통로(2544)의 수는 임의의 다른 수일 수 있고, 제1 통로(2544)의 배열은 다른 형태일 수도 있다. 도시된 실시 예에서, 제1 통로(2544)는 척 몸체(254)의 4개의 측면으로부터 각각 도출된다. 물론, 대안적인 실시 예에서, 제1 통로(2544)는 또한 제2 척 연결부(253)에 인접한 척 몸체(254)의 표면으로부터 도출될 수 있다.
도시된 실시 예에서, 제1 통로(2544)와 비흡착면(2542) 사이의 접합부에 쿠션 부재(미도시)가 제공된다. 쿠션 부재는 초음파 어셈블리의 주파수에 영향을 미치지 않는 다공성 물질로 만들어진다. 이러한 다공질 물질은 내부 공기압의 상대적 안정성을 유지하고 물질이 갑자기 상승 및 하강할 때 충격을 완화하도록 구성될 수 있는 큰 유동 저항 계수를 가진다. 도시된 실시 예에서, 비흡착면(2542)은 제1 통로(2544)와 비흡착면(2542) 사이의 접합부에서 제1 댐핑(damping) 홀(2545)을 형성한다. 제1 댐핑 홀(2545)은 쿠션 부재를 수용하도록 구성된다.
도시된 실시 예에서, 척 몸체(254)는 제2 통로(2546)를 더 형성한다. 제2 통로(2546)의 일 단은 제1 통로(2544)와 연통하고, 제2 통로(2546)의 타 단은 흡착면(2543)로부터 도출된다. 일 실시 예에서, 제2 통로(2546)의 일 단은 제1 통로(2544)의 교차부에서 제1 통로(2544)와 연통한다.
도시된 실시 예에서, 척 몸체(254)는 흡착면(2543)으로부터 볼록하게 돌출하는 차단부(2547)가 더 제공된다. 차단부(2547)는 환형(annular) 돌출부이다. 흡착면(2543)과 차단부(2547)는 협력하여 수용 캐비티(미도시)를 형성하고, 수용 캐비티는 물질을 수용할 수 있다. 일 실시 예에서, 수용 캐비티의 폭은 흡착면(2543)으로부터 멀어지는 방향으로 흡착면(2543)으로부터 점차적으로 감소한다.
전술한 구조를 갖는 비접촉 운반 장치(10)에서, 초음파 어셈블리(200)는 흡착면(2543)에 비교적 큰 기압 구배를 갖는 가스 막을 발생시킨다. 물질이 안정적으로 흡착되면, 공기 흐름은 흡착면(2543)과 물질 사이에 형성된 공기 주변으로부터 균일하게 흘러, 물질의 표면을 손상시키지 않는 주변으로부터 물질 중심까지의 접선력(tangential force)이 물질의 표면에 형성되고, 따라서 물질이 접선 위치에서 안정화된다. 한편, 물질은 흡착면(2543)과 차단부(2547)에 의해 협동하여 형성되는 수납 캐비티에서 피복되고, 물질은 초음파 어셈블리(200)에 의해 형성된 공기 막에 강하게 흡착된다. 따라서, 비접촉 운반 장치는 운반 중에 역전될 수 있고, 물질이 떨어지지 않을 것이다.
도시된 실시 예에서, 차단부(2547)는 차단부(2547)를 통해 연장되는 제2 댐핑 홀(2548)을 형성한다. 일 실시 예에서, 쿠션 부재는 제2 댐핑 홀(2548) 내에 수용된다. 쿠션 부재는 초음파 어셈블리의 주파수에 영향을 미치지 않는 다공성 물질로 만들어 진다. 이러한 다공질 물질은 내부 공기 압력의 상대적 안정성을 유지하고 물질이 갑자기 상승 및 하강할 때 충격을 완화하도록 구성될 수 있는 큰 유동 저항 계수를 갖는다.
전술한 비접촉 운반 장치에서, 음압 어셈블리는 음압 공기 흐름을 발생시킴으로써 물질 상에 수직 상향 흡입을 발생시키고, 음압 공기 흐름은 물질을 위로 흡인하고 물질 낙하시 물질의 낙하 속도를 감소시키도록 음압 어셈블리에 의해 제어된다. 한편, 초음파 어셈블리의 초음파 트랜스듀서는 고주파의 기계적 진동을 발생시키고, 초음파 혼 및 초음파 척은 고주파의 기계적 진동을 증폭 및 변환시켜 안정되고 연속적인 근거리 음장 부상력을 형성한다. 물질을 위로로 흡인하고 물질이 낙하하는 과정에서, 물질이 비접촉 운반 장치와 접촉하는 것을 방지하기 위해 하향 부상력이 발생된다. 전술한 비접촉 운반 장치는 음압 어셈블리와 초음파 어셈블리의 협동 작용에 의해 물질의 상승 및 하강 과정의 다단계 완충 작용을 달성함으로써, 비접촉 운반 장치와 물질의 접촉 및 충돌을 안정적으로 피할 수 있다.
한편, 전술한 비접촉 운반 기기의 구조는 추가 부속품 없이 간단하며, 작은 구멍 및 다른 치수가 수정된 후에 초음파 어셈블리의 비필수적인 부분을 직접 디버깅 및 수정할 수 있으며, 주파수 보정이 간단하다.
전술한 비접촉 운반 장치의 작동 과정은 물질의 상승 및 하강 과정에 의해 아래에서 더 설명된다.
작동 스트로크에서, 전술한 비접촉 운반 장치(10)는 먼저 물질을 흡인하고, 물질의 높이가 안정된 후에 비접촉 운반 장치(10)가 지정된 위치로 운반되고, 그 후 물질이 내려진다. 전체 작동 스트로크 동안, 초음파 어셈블리(200)는 항상 안정적이고 연속적인 초음파를 방출하는 작동 상태에 있고, 흡착면(2543) 상에 근거리 음장 부상력을 형성하여, 물질이 비접촉 운반 장치의 표면과 접촉하는 것을 방지한다. 초음파 어셈블리는 물질이 특정 높이까지 떨어질 때까지 작동을 멈춘다.
전체 작동 스트로크는 물질의 처음에 상승하고 나중에 떨어지는 순서에 따라 단계 A, 단계 B, 단계 C 및 단계 D로 나누어진다.
단계 A에서, 초음파 어셈블리(200)는 작동을 시작하고, 초음파 척(250)의 흡착면(2543) 상에 근거리 음장 부상력을 형성한다. 동시에, 음압 어셈블리(100)가 작동하기 시작하고, 풍력이 서서히 증가하며, 물질과 차단부(2547) 사이의 간극으로부터 공기 흐름이 유입되기 시작하고, 주로 중앙 공기 홀(2541)을 통해 음압 어셈블리(100)로 흐르고, 최종적으로 배출된다. 중심 공기 홀(2541)의 공기압이 소정의 시운전 압력에 도달하면, 공기 흐름의 일부는 제2 통로(2546)로부터 흡입되기 시작하고, 제1 통로(2544)를 통해 중앙 공기 홀(2541)로 수렴한다. 물질은 하부 표면의 접착력을 극복하고, 그 후 물질은 안정 위치에 인접한 높이까지 상승하도록 가속된다. 이 단계에서, 물질과 차단부(2547) 사이의 간극은 0.5mm 내지 1mm로 작아서, 공기량이 충분히 이용되고, 상향 풍력은 물질을 흡입하기에 충분히 크다.
단계 B에서, 물질은 안정 위치에 가깝고, 공기량은 점차적으로 감소하여, 물질의 상승 가속도를 감소시킨다. 근거리 음장 부상력의 크기 및 물질과 흡착면 사이의 거리의 제곱은 다음과 같이 표현되는 일정한 역비례 관계를 갖는다: F = k*x-2, 여기서 F는 근거리 음장 부상력, x는 물질과 흡착면 사이의 거리, k는 상수이다. 따라서, 물질이 흡착면(2543)에 접근할 때, 물질에 작용하는 하방 근거리 음장 부상력이 커져서, 물질과 흡착면(2543) 사이의 거리가 증가한다. 음압 어셈블리(100)의 공기량은 감소되고, 물질과 흡착면(2543) 사이의 공기 흐름 통로의 증가는 흡입의 감소로 이어지는 반면, 근거리 음장 부상력이 증가하여 물질의 가속도 0으로 감소됨으로써, 장치의 표면과 접촉하지 않는 안정 위치에 도달하도록 물질을 안정화시킨다. 이 과정에서 제1 댐핑 홀(2545)과 제2 댐핑 홀(2548)은 다공성 물질로 채워지기 때문에, 과잉 공기압은 제1 댐핑 홀(2545)과 제2 댐핑 홀(2548)을 통해 배출된다. 다공성 물질은 장치의 내부 공기압이 비교적 안정하게 유지되도록 큰 유동 저항 계수를 갖는다.
단계 C에서, 물질이 떨어지기 시작하고, 공기량은 계속 감소하고, 제1 댐핑 홀(2545) 및 제2 댐핑 홀(2548)을 통한 공기량은 점차적으로 0으로 감소한다. 초음파 어셈블리(200)는 여전히 작동 중이며, 물질은 흡착면(2543)으로부터의 거리가 1.2mm 내지 1.8mm가 될 때까지 가속되어 낙하하도록 하향력을 받는다. 근거리 음장 부상력은 매우 작아지고, 초음파 어셈블리(200)의 작동은 충분한 열 손실로 정지될 수 있다.
단계 D에서, 물질은 가속되어 하강하고, 공기량은 계속 감소하고, 제2 통로(2546)를 통한 공기량은 점차적으로 0으로 감소한다. 공기 흐름은 주로 중앙 공기 홀(2541)을 통과한다. 이 단계에서, 물질은 하향력에 의해 하방으로 이동한다. 그러나, 흡착면(2543) 및 차단부(2547)에 의해 협동하여 형성된 수용 캐비티의 폭이 흡착면(2543)으로부터 멀어지는 방향으로 흡착면(2543)으로부터 점차 감소하기 때문에, 물질과 차단부 사이의 간극은 유효 풍력이 상대적으로 증가하고, 물질의 낙하 가속도가 감소하도록 물질의 낙하 동안 감소하고, 이에 따라 물질은 착륙할 때까지 천천히 낙하한다. 다른 실시 예에서, 물질의 하강 가속도는 음압 어셈블리(100)의 공기량을 조절함으로써 감소될 수 있고, 이에 따라 물질에 대한 손상 및 충격을 피할 수 있다.
각각의 실시 예들이 하나씩 설명되었지만, 각각의 실시 예들이 분리되지 않음을 이해해야 한다. 당업자는 본 출원의 개시 내용을 읽으면, 각각의 실시 예들에 관련된 각각의 기술적 특징들이 서로 충돌하지 않는 한 각각의 실시 예들 사이에서 임의로 조합될 수 있음을 명백히 알 수 있다. 물론, 동일한 실시 예에서 언급된 각각의 기술적 특징은 서로 충돌하지 않는 한 임의로 조합될 수 있다.
본 발명은 특정 실시 예를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 도시된 세부 사항에 한정되도록 의도되지는 않는다. 오히려, 본 발명으로부터 벗어나지 않고, 청구 범위와 균등한 목적 및 범위 내에서 세부 사항의 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
Claims (20)
- 비접촉 운반 장치로서,
상기 비접촉 운반 장치 내에서 음압 공기 흐름을 발생시키는 음압 어셈블리; 및
상기 음압 어셈블리에 연결된 초음파 어셈블리;를 포함하고,
상기 초음파 어셈블리는,
고주파 초음파 전기 신호를 고주파 기계적 진동으로 변환하는 초음파 트랜스듀서로서, 상기 초음파 트랜스듀서의 일 단은 상기 음압 어셈블리에 연결되는 초음파 트랜스 듀서;
상기 고주파 기계적 진동을 증폭하는 초음파 혼으로서, 상기 초음파 혼의 일 단이 상기 음압 어셈블리로부터 멀어지는 상기 초음파 트랜스듀서의 일 단에 연결되는 초음파 혼; 및
상기 고주파 기계적 진동을 증폭 및 변환하는 초음파 척으로서, 상기 초음파 트랜스듀서로부터 멀어지는 상기 초음파 혼의 일 단에 연결된 초음파 척을 포함하는, 비접촉 운반 장치. - 제1항에 있어서,
상기 초음파 트랜스듀서, 상기 초음파 혼 및 상기 초음파 척은 중공 구조이고, 상기 초음파 트랜스듀서, 상기 초음파 혼 및 상기 초음파 척은 서로 연통되는, 비접촉 운반 장치. - 제1항에 있어서,
상기 초음파 트랜스듀서는 트랜스듀서 몸체, 압전 세라믹 스택 및 트랜스듀서 연결부를 포함하고,
상기 초음파 트랜스듀서 몸체는 수용 캐비티를 형성하고, 상기 압전 세라믹 스택은 상기 수용 캐비티 내에 수용되며,
상기 트랜스듀서 연결부의 일 단은 상기 음압 어셈블리로부터 멀어지는 상기 트랜스듀서 몸체의 일 단에 연결되는, 비접촉 운반 장치. - 제3항에 있어서,
상기 트랜스듀서 연결부의 단면적은 상기 트랜스듀서 몸체에 인접한 일 단으로부터 상기 트랜스듀서 몸체로부터 멀어지는 타 단을 향해 점차적으로 감소하는, 비접촉 운반 장치. - 제3항에 있어서,
상기 트랜스듀서 연결부는 관통하는 제1 관통 홀을 형성하고, 상기 트랜스듀서 연결부와 상기 트랜스듀서 몸체 사이에는 공기 홈이 형성되고,
상기 제1 관통 홀은 상기 공기 홈을 통해 상기 수용 캐비티와 연통하는, 비접촉 운반 장치. - 제5항에 있어서,
상기 초음파 혼은 관통하는 제2 관통 홀을 형성하고,
상기 제2 관통 홀은 상기 트랜스듀서 연결부의 상기 제1 관통 홀과 연통하는, 비접촉 운반 장치. - 제6항에 있어서,
상기 초음파 척은, 척 몸체 및 척 연결부를 포함하고,
상기 척 연결부의 일 단은 상기 초음파 트랜스듀서로부터 멀어지는 상기 초음파 혼의 일 단에 연결되고,
상기 척 연결부의 타 단은 상기 척 몸체에 연결되는, 비접촉 운반 장치. - 제7항에 있어서,
상기 척 연결부는 관통하는 제3 관통 홀을 형성하고,
상기 제3 관통 홀은 상기 초음파 혼의 제2 관통 홀과 연통하는, 비접촉 운반 장치. - 제8항에 있어서,
상기 척 몸체는 관통하는 중앙 공기 홀을 형성하고,
상기 중앙 공기 홀은 상기 제3 관통 홀과 연통하는, 비접촉 운반 장치. - 제9항에 있어서,
상기 척 몸체는 흡착면 및 비흡착면을 갖고,
상기 중앙 공기 홀은 흡착면으로부터 도출되고,
상기 척 몸체는 그 내부에 제1 통로를 형성하고,
상기 제1 통로는 상기 중앙 공기 홀과 연통하고, 상기 비흡착면으로부터 도출되는, 비접촉 운반 장치. - 제10항에 있어서,
상기 제1 통로 및 상기 비흡착면은 그 사이의 접합부에 쿠션 부재가 제공되고,
상기 비흡착면은 상기 제1 통로와 상기 비흡착면 사이의 접합부에 제1 댐핑 홀(damping hole)을 형성하고,
상기 제1 댐핑 홀은 쿠션 부재를 수용하는, 비접촉 운반 장치. - 제10항에 있어서,
상기 척 몸체는 상기 제1 통로와 연통하는 제2 통로를 더 형성하고, 상기 제2 통로의 일 단은 상기 흡착면으로부터 도출되는, 비접촉 운반 장치. - 제10항에 있어서,
상기 척 몸체는 상기 흡착면으로부터 볼록하게 돌출하는 차단부를 더 제공하고,
상기 흡착면 및 상기 차단부는 함께 수용 캐비티를 형성하고, 상기 수용 캐비티는 물질의 수용이 가능한, 비접촉 운반 장치. - 제13항에 있어서,
상기 수용 캐비티의 폭은 상기 흡착면으로부터 멀어지는 방향으로 상기 흡착면으로부터 점차 감소하는, 비접촉 운반 장치. - 제13항에 있어서,
상기 차단부는 관통하는 제2 댐핑 홀을 형성하고,
상기 제2 댐핑 홀은 쿠션 부재를 수용하는, 비접촉 운반 장치. - 제7항에 있어서,
상기 척 연결부는 서로 연결되는 제1 척 연결부 및 제2 척 연결부를 포함하고,
상기 제1 척 연결부의 일 단은 상기 초음파 트랜스듀서로부터 멀어지는 상기 초음파 혼의 일 단에 연결되고, 상기 제1 척 연결부의 타 단은 상기 제2 척 연결부의 일 단에 연결되고, 상기 제2 척 연결부의 타 단은 상기 척 몸체에 연결되는, 비접촉 운반 장치. - 제16항에 있어서,
상기 제1 척 연결부의 단면적은 상기 초음파 혼에 인접한 일 단에서 상기 초음파 혼으로부터 멀어지면서 타 단을 향하여 점차적으로 감소하고/또는,
상기 제2 척 연결부의 단면적은 상기 제1 척 연결부에 인접한 일 단으로부터 상기 제1 척 연결부로부터 멀어지는 상기 타 단을 향하여 점차적으로 증가하는, 비접촉 운반 장치. - 제1항에 있어서,
상기 초음파 혼은 서로 연결된 제1 혼 및 제2 혼을 포함하고,
상기 제1 혼의 일 단은 상기 음압 어셈블리로부터 멀어지는 상기 초음파 트랜스듀서의 일 단에 연결되고, 상기 제1 혼의 타 단은 상기 제2 혼의 일 단에 연결되고, 상기 제2 혼의 타 단은 상기 초음파 척에 연결된, 비접촉 운반 장치. - 제18항에 있어서,
상기 제1 혼의 단면적은 상기 초음파 트랜스듀서에 인접한 일 단으부터 상기 초음파 트랜스듀서로부터 멀어지는 타 단을 향하여 점차적으로 증가하고/또는,
상기 제2 혼의 단면적은 상기 제1 혼에 인접한 일 단으로부터 상기 제1 혼으로부터 멀어지는 타 단을 향하여 점차적으로 감소하는, 비접촉 운반 장치. - 제19항에 있어서,
상기 제1 혼과 상기 제2 혼 사이의 연결부에 플랜지(flange)가 제공되고,
상기 플랜지는 상기 비접촉 운반 장치를 고정하는, 비접촉 운반 장치.
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