[發明專利]用于物體的非接觸式處理的設備

在審

• 申請號: 201880094108.8
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN112236274A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 法比奧·德佩特里;邁克·薩巴托
• 申請（專利權）人: 無繩發展有限公司
• 主分類號: B25J15/06
• 分類號: B25J15/06;B06B1/00
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 劉華聯

本發明涉及一種用于抓取物體(3)的非接觸式處理工具(8)，所述工具包括：在抓取面和反射面之間延伸的構造成發出超聲的超聲換能器(10)，該超聲在抓取面的近場區域中形成過壓波；以及流體抽吸系統，其構造成朝向抓取面抽吸流體，從而在所述近場區域中形成負壓。流體抽吸系統包括至少一個設置在超聲換能器中的流體抽吸通道(30)。超聲換能器構造成在對應于所述換能器的第一諧波共振頻率的頻率下或在接近第一諧波頻率的強迫反共振頻率的頻率下操作。

技術領域

本發明涉及一種用于物體的非接觸式處理的設備，以及一種用于物體的非接觸式處理的方法。更具體地說，本發明涉及一種用于處理小型物體的設備，該小型物體的尺寸尤其是具有小于10^-6m³量級的體積，或者小于20gm量級的質量。

背景技術

稱為“拾取和放置”方法的方法允許通過使用以極高的速率執行處理以便每分鐘移動數百個物體的工具來處理物體。“拾取和放置”工具通常使用稱為“真空夾持器”的抽吸裝置，以與重力相反的方向抽吸物體，將物體固定在工具上，由此將其移動到所需的位置。當處理大約1cm量級的物體時，其目的是在抵抗重力影響的同時抓取物體。對于處于該范圍內的物體來說，重力是施加在物體上的主要力，尤其是，重力遠大于工具和物體之間的粘附力。

但是，當物體的尺寸減小，典型地在低于10^-6m³時，施加在物體上的重力非常小，因此很容易吸住物體。另一方面，對于較大的物體來說可以忽略的粘附力變得主要，并且比重力大得多。因此，當物體壓靠在工具上時，由于物體與工具之間的粘附力而難以將物體從工具上脫離，這有損于移動的速度和移動物體的定位精度。另外，在這種量級下，物體與抽吸頭之間的每次接觸都可能會因產生微粒而對物體造成損傷，同時這也會破壞工具的操作。因此，對于處理小尺寸的物體或易碎物體來說，這種抽吸裝置是無法令人滿意的。

為了克服抽吸裝置的缺點，存在有非接觸式的方法，其中待移動的物體懸浮在工具的上方或下方。

已知有例如可通過激光輻射來施加輻射壓力以使達到10^-12m³的粒子加速和懸浮的光懸浮法。然而，這種類型的處理方式必須在透明的環境中進行，以便優化粒子的穩定性，該粒子必須是透明的介電粒子。

還存在有一種使用電場來抵消重力并處理帶電的或極化的物體的電懸浮法。可以用磁場來代替電場，以便根據物體的磁性來處理物體。但是，這兩種類型的懸浮法僅適用于對電場或磁場敏感的物體。另外，還存在會損壞處于磁場或電場中的物體的風險。最后，這些技術都需要根據待處理的物體而進行特定的安裝配置。

氣動懸浮法使用氣流(通常是空氣)來懸浮物體。在這種類型的懸浮法中，空氣軸承和伯努利器件之間是有區別的。空氣軸承將氣流從物體的下方排出，以使物體懸浮。相反，伯努利器件位于待處理的物體的上方。在伯努利器件中，工具包括側壁，待處理的物體位于這些壁之間。該工具包括將壓縮空氣排到物體上的通道。排到物體上的壓縮空氣通過壁和物體之間的空間排出，這會產生與壓縮空氣的方向相反的抽吸力，這一效應稱為伯努利效應。抽吸力使物體遠離工具。這種空氣動力學方法的主要缺點是，懸浮物體的側向穩定性很小。

使用超聲波的懸浮方法也是已知的。使用駐波懸浮或遠場懸浮的方法與使用近場懸浮的方法之間存在著不同。近場和遠場之間的過渡發生在稱為自然焦點的點F處。自然焦點F是距超聲波發生器的表面的距離：在點F之前是近場，而在點F之后是遠場。換句話說，如果一個物體在近場中懸浮，則是近場懸浮，如果在點F之后懸浮，則稱物體在遠場中懸浮。F定義為：

F＝r^2/λ

其中，r是發生器中與物體相對的那一部分的表面的半徑，λ是超聲的波長。