氣動旋回流驅動非接觸氣爪搬運系統(tǒng)【開題報告+文獻綜述+畢業(yè)設計】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開題報告</b></p><p>　　機械設計制造及其自動化</p><p>　　氣動旋回流驅動非接觸氣爪搬運系統(tǒng)</p><p>　　一、選題的背景與意義</p><p>　　1.半導體制造的非接觸要求</p><p>　　在現(xiàn)代半導體生產(chǎn)工藝中，硅片的夾持

2、與輸送是半導體生產(chǎn)工藝中的一個重要環(huán)節(jié)，硅片夾持裝置的性能要求由硅片夾持運輸過程的特點以及硅片本身的特點決定。硅片在生產(chǎn)制造過程中要經(jīng)過幾百道加工工序，需要進行許多次夾持過程，這就要求夾持裝置的可靠性和安全性要高；且硅片為貴重工件，夾持裝置對硅片的損傷越小，越可以提高硅片利用率，減小利益損失，所以硅片夾持裝置對硅片的損傷要盡可能小，保證硅片潔凈，表面平整光亮呈鏡面，無麻坑、橘皮狀、波紋、劃痕、霧狀等缺陷。硅片的大直徑化發(fā)展趨勢，使得硅片

3、更易產(chǎn)生翹曲變形，面型精度和表面光潔度不易保持，加工效率低等一系列嚴重問題。硅片直徑變大，每個硅片的重量增加，更主要是相應硅片的價值也急速上升，人工搬運的經(jīng)濟風險太大，需要自動化傳輸系統(tǒng)。如今硅片直徑由200mm向300mm甚至450mm過渡，從技術上要考慮硅片的平整度及彎曲度等影響，以及硅片的表面態(tài)，所以技術難度不可低估。因此，大直徑硅片的應用將對硅片的超精密加工技術提出新的挑戰(zhàn)，而硅片夾持裝置在硅片的超精密加工技術中占有重要地位，不

4、僅需要完成穩(wěn)定夾持過程，還必須保證硅片不發(fā)生翹曲變形、表面超潔凈、應力分布均勻、具有高</p><p>　　２.現(xiàn)有的幾種硅片夾持方式及其缺點</p><p><b>　?。?）機械夾持</b></p><p>　　機械夾持方法，如機械活動夾鉗等，容易使硅片發(fā)生翹曲變形或者損壞硅片的邊緣區(qū)域，目前在硅片加工過程中已經(jīng)很少使用，在硅片夾持和運輸過

5、程中，也正逐步被其他夾持方式所取代。</p><p>　?。?）靜電吸盤夾持方式</p><p>　　目前靜電吸盤的形式很多，大致可分為兩個類型:一種是硅片本身也通上高壓，稱作“平板電容式靜電吸盤”;另一種不對硅片直接加壓，稱為“整體電極式靜電吸盤”，后者的吸力比較小，但硅片無需通電。靜電吸盤主要在化學氣相沉積等真空環(huán)境下使用。靜電吸盤的優(yōu)點在于作用力在吸盤上的變化比較平緩，不會產(chǎn)生應力集

6、中，也不會導致硅片在吸盤表面發(fā)生超過100μm的變形。由于靜電吸盤與硅片邊緣不是直接接觸，避免了對硅片邊緣的損壞和金屬污染，但這種吸盤的缺點是吸附力較小。</p><p>　?。?）真空吸盤夾持方式</p><p>　　真空吸盤利用真空負壓來吸附工件，是目前使用最廣泛的硅片夾持方法。真空吸盤是由真空維持其吸力，因此需要有真空產(chǎn)生裝置和密封良好的吸盤，才能保持其吸力;吸盤材料一般采用丁睛橡膠

7、制成，因為需要密封良好才能產(chǎn)生足夠的吸力，因此吸盤需要和物體接觸，此舉容易造成吸盤的磨損，同時也容易發(fā)生吸盤對大學碩士學位論文第l章緒論被吸物表面產(chǎn)生破壞的情況。另一方面，若吸盤有污漬，也容易在被夾持工件上留下痕跡，對一些精密的元件而言，這些都是不允許的。</p><p>　?。?旋回流驅動非接觸夾持的優(yōu)點</p><p>　　與同類氣動非接觸夾持方式相比，旋回流驅動非接觸夾持方式具有耗較

8、少的氣體即可產(chǎn)生和伯努利原理相同的吸附力，具有清潔無污染、不發(fā)熱、不產(chǎn)生磁場和能夠高速傳輸?shù)葍?yōu)點，是非接觸搬運領域的主流技術。有利于大直徑、大質量硅片夾持與運輸。并且產(chǎn)生的噪音相對較小。同時利用該原理開發(fā)的裝置可以推廣應用到食品包裝、印刷、微電子、電訊、醫(yī)藥等諸多領域，因而被各研究機構看好，并認為是現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)境下最有前景的方式之一。</p><p>　　二、研究的基本內容與擬解決的主要問題</p>

9、<p>　　1.掌握氣動旋回流驅動非接觸夾持的基本原理</p><p>　　圖1.旋渦式非接觸真空吸盤的工作原理圖</p><p>　　圖1為旋渦式非接觸真空吸盤的工作原理示意圖。壓縮氣體從吸盤頂部沿切線方向進入工作區(qū)域，在圓柱形腔體壁面的束縛下形成旋渦流。高速旋轉的氣體帶動吸盤中心區(qū)域的氣體旋轉，因離心力作用而甩向壁面，從而在吸盤中心產(chǎn)生真空區(qū)，對硅片產(chǎn)生吸引力;由于壓力差的作

10、用，氣體以螺旋狀向下運動，在吸盤底部呈散射狀排出，從而在硅片的外圍與吸盤之間形成氣墊，對硅片產(chǎn)生排斥力。當吸引力與排斥力的合力與硅片重力平衡時，即可實現(xiàn)非接觸夾持。</p><p>　　組合式吸盤的結構設計</p><p>　　如圖1中所示壓縮氣體進入工作區(qū)直到向下排除的過程中都是高速旋轉的，因此必然會對硅片有一個旋轉的力矩，使工件在扭矩下旋轉，因此采用偶數(shù)個吸盤來進行組合，反方向切向射入

11、空氣來實現(xiàn)力矩平衡。</p><p>　　掌握氣動伺服系統(tǒng)的原理</p><p>　　熟悉氣動伺服回路的元件組成，利用伺服氣缸、伺服閥等元件設計和實現(xiàn)2個自由度的運動平臺；為了更好的展示和驗證吸盤的夾持運輸作用，設計氣體傳動系統(tǒng)，通過元件選擇，實現(xiàn)硅片夾持運輸過程中的升降和水平運動，從而實現(xiàn)旋渦式非接觸夾持裝置的夾持運輸功能。</p><p><b>　　

12、氣爪機械結構設計</b></p><p>　　完成旋回流非接觸氣爪的機械結構設計，設計實現(xiàn)氣爪的流量伺服控制，完成1個自由度的非接觸拾取。</p><p>　　5. 工作臺結構設計</p><p>　　完成的整個工作臺的機械結構設計，使之能實現(xiàn)兩個自由度的運動，確定氣爪工作臺的結構方案。</p><p>　　三、研究的方法與技術路

13、線</p><p>　　1. 對旋回流的認識，通過查找相關的文獻，了解什么是旋回流，旋回流產(chǎn)生的原理和當今國內外對旋回流的研究進展和應用現(xiàn)狀。研究旋回流驅動非接觸氣爪的非接觸抓取的實現(xiàn)形式。通過對硅片制造業(yè)中各種硅片夾持方式的對比，以及氣動旋回流驅動非接觸氣爪與其他非接觸方式相比，總結出其他各種硅片夾持裝置的特點和不足之處，氣動旋回流非接觸氣爪的特點及優(yōu)勢。</p><p>　　2. 通過

14、理論分析，設計氣動旋回流驅動非接觸氣爪（吸盤）的結構設計。由于要考慮到氣動旋回流驅動非接觸氣爪在工作時，從吸盤底部噴出的氣體是高速旋轉的，旋轉氣體必然會對硅片產(chǎn)生一個旋轉力矩，分析會對硅片造成什么樣的影響，例如：是否會使硅片產(chǎn)生旋轉，或者是朝某個方向偏移等。因此做出采用多個，并且是偶數(shù)個氣爪組合，以整個組合式吸盤中心相對稱的氣爪切向反方向射入氣體，使得各氣爪的旋轉力矩相互平衡的設想，并設計出組合式吸盤結構。</p><

15、;p>　　3.最終要實現(xiàn)一個搬運系統(tǒng)，實現(xiàn)平臺的2個自由度運動，以及實現(xiàn)氣爪1個自由度的非接觸拾取。因此必需了解氣動伺服系統(tǒng)的組成、氣動回路、各種氣動元件等方面的知識。最后選擇氣源系統(tǒng)、氣動控制元件，設計并繪制氣動回路圖。圖2.研究方法與技術路線流程表</p><p>　　四、研究的總體安排與進度</p><p>　　2010年11月-2011年1月，查閱大量資料文獻，對旋回流及旋回

16、流驅動非接觸氣爪的相關知識有充分的了解；</p><p>　　2011年1月-2011年3月，設計出氣爪和組合式吸盤的結構并畫出裝配圖；</p><p>　　2011年4月，完成氣動元件的選擇，并設計氣動回路。</p><p><b>　　五、參考文獻</b></p><p>　　[1] 阮曉東, 郭麗媛, 傅新, 鄒俊

17、. 旋渦式非接觸硅片夾持裝置的流動計算及試驗研究[J]. 機械工程學報, 2010, (16): 189-194.</p><p>　　[2] 門連通, 白淑璠. 非接觸式搬運設備在液晶物流中的應用[J]. 物流技術, 2 (06): 27-29.</p><p>　　[3] 郭麗媛. 非接觸硅片夾持裝置的研究[D]. 浙江大學, 2010.</p><p>　　[

18、4] 徐克林. 氣動技術基礎[M]. 重慶, 重慶大學出版社, 1997.</p><p>　　[5] 王濤, 楊玉貴, 彭光正. 半導體及平板顯示制造業(yè)中的空氣非接觸搬運技術[J]. 液晶與顯示, 2009 (3): 404-408.</p><p>　　[6] 吳秋華, 江楠, 朱君君氣動伺服機械手控制系統(tǒng)的設計[J]. 液壓與氣動, 2010(5): 97-103. </p&g

19、t;<p>　　[7] 叢明, 于旭, 徐曉飛. 硅片傳輸機器人的發(fā)展及研究現(xiàn)狀[J]. 機器人技術與應用, 2007(04): 205-212.</p><p>　　[8] SMC(中國)有限公司. 現(xiàn)代實用氣動技術[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1998.</p><p>　　[9] LI Xin, KAWASHIMA K, KAGAWA T. Analysis of

20、vortex levitation[J]. Experiment Thermal and FluidScience, 2008, 32 (8):1448-1454.</p><p>　　[10] Mario Lento; Using an integrated controller to manage wafer-handling systems. Mario[J], 2001, 19(8): 118-124.&

21、lt;/p><p>　　[11] Chris Felix. Hold On With Vacuum Clamping[J]. Production Machining, 2007, 7(11): 102-108.</p><p>　　[12] Vacuum generator[J]. Factory Equipment News, 2001, 35(8): 77-84.</p>

22、<p>　　[13] Rachael Morling. Pneumatic technology enhances an Intelligent transport robot system[J]. Design Solutions, 2009,17(8):66-69.</p><p>　　[14] ZHANG Meng, LEI Wei-xin. Theoretical Study and Appli

23、cation of Pneumatic Servo Positioning System[J]. Mechanical Engineering & Automation, 2010(5).</p><p>　　[15] YU Xiao-lin1, WANG Ning, YANG Jun-bao. Study on Servocontrol Strategy for Pneumatic Manipulato

24、r[J]. Transactions of Shenyang Ligong University, 2010(7): 99-105.</p><p>　　[16] TAO Xiangting, YUAN Ruibo, LUO Jing. The Applications and Developments of the Pneumatic Manipulator[J]. Machine Tool & Hyd

25、raulics, 2007(8): 33-39.</p><p><b>　　畢業(yè)論文文獻綜述</b></p><p>　　機械設計制造及其自動化</p><p>　　氣動旋回流驅動非接觸氣爪搬運系統(tǒng)</p><p><b>　　1　引言</b></p><p>　　1.1　

26、半導體制造業(yè)</p><p>　　21世紀是信息時代，隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，作為信息時代的關鍵性基礎產(chǎn)業(yè)一一半導體制造業(yè)，成為當前的熱點產(chǎn)業(yè)，對人類的工作和生活有著重要的影響。由于半導體制造業(yè)是技術復雜、資金密集、收益高的高技術產(chǎn)業(yè)，在市場需求快速變化和全球競爭加劇的情況下，如何對半導體制造系統(tǒng)進行控制優(yōu)化，有效降低半導體制造的成本，提高制造設備總體利用率成為亞待解決的問題。而了解半導體制造的工藝流程，分析半導體制

27、造系統(tǒng)控制的需求，是半導體制造系統(tǒng)控制研究的基礎和前提，對提高控制優(yōu)化的有效性和可行性等具有重要作用[4]。</p><p>　　1.2　半導體制造業(yè)的非接觸搬運要求</p><p>　　半導體器件支撐著龐大的信息產(chǎn)業(yè)，而半導體器件93%以上是硅器件，它們以硅片為基礎材料。由于半導體晶片易磨損、易污染、翹曲變形等，對搬運條件要求較高。硅片夾持裝置的性能要求由硅片夾持運輸過程的特點以及硅片本

28、身的特點決定。硅片在生產(chǎn)制造過程中要經(jīng)過幾百道加工工序，需要進行許多次夾持過程，這就要求夾持裝置的可靠性和安全性要高;且硅片為貴重工件，夾持裝置對硅片的損傷越小，越可以提高硅片利用率，減小利益損失，所以硅片夾持裝置對硅片的損傷要盡可能小，保證硅片潔凈，表面平整光亮呈鏡面，無麻坑、橘皮狀、波紋、劃痕、霧狀等缺陷[1]。硅片的大直徑化發(fā)展趨勢，使得硅片更易產(chǎn)生翹曲變形，面型精度和表面光潔度不易保持，加工效率低等一系列嚴重問題。硅片直徑變大，

29、每個硅片的重量增加，更主要是相應硅片的價值也急速上升，人工搬運的經(jīng)濟風險太大，需要自動化傳輸系統(tǒng)。如今硅片直徑由20Omm向3O0mm甚至450mm過渡，從技術上要考慮硅片的平整度及彎曲度等影響，以及硅片的表面態(tài)，所以技術難度不可低估。因此，大直徑硅片的應用將對硅片的超精密加工技術提出新的挑戰(zhàn)，而硅片夾持裝置在硅片的超精密加工技術中占有重要地位，不僅需要</p><p>　　1.3　空氣非接觸夾持的優(yōu)點</

30、p><p>　　利用空氣動力學原理實現(xiàn)的非接觸夾持應用與硅片的夾持和運輸過程，有著其獨特的優(yōu)勢:</p><p>　　(1) 氣動非接觸夾持對對硅片的材料、形狀限制低，適用于對下一代大直徑硅片的夾持要求。</p><p>　　(2) 氣動裝置使用氣體作為工作介質，對工作環(huán)境沒有污染，符合半導體制造過程對于環(huán)境潔凈性能的要求。</p><p>　　

31、(3) 非接觸夾持避免了夾持裝置與硅片表面的接觸，極大的降低了表面劃痕的產(chǎn)生的可能性，這對于需要經(jīng)歷幾百道加工工序的硅片來說，極大的提高了成品率，降低了生產(chǎn)成本。</p><p>　　(4) 減小了硅片翹曲變形、表面殘留污漬等缺陷的發(fā)生[3]。</p><p>　　1.4　空氣非接觸搬運技術的現(xiàn)狀</p><p>　　目前非接觸搬運技術有電磁式、超聲波式和空氣懸浮式

32、等幾種方式。其中，空氣懸浮式具有清潔無污染、不發(fā)熱、不產(chǎn)生磁場和能夠高速傳輸?shù)葍?yōu)點，是非接觸搬運領域的主流技術?？諝夥墙佑|式搬運設備上浮的對象主要是玻璃基板、半導體晶片、各種膠片基板、光盤、回路基板等板狀制品?？諝夥墙佑|式輸送設備廣泛應用在平板顯示、半導體、太陽能光伏電池、食品、醫(yī)藥等行業(yè)[2]。</p><p>　　現(xiàn)在，在空氣非接觸搬運技術領域中走在前端的主要是日本和韓國等發(fā)達國家。日本夏普公司已經(jīng)講空氣非接

33、觸搬運技術投入到液晶平板生產(chǎn)線中。</p><p>　　我國目前液晶面板的生產(chǎn)線最高為第5代，仍在采用滾輪式或真空吸附式的搬運系統(tǒng)，在搬運技術方面已落后于國際先進水平[1]。</p><p>　　2　氣動旋回流驅動的原理及應用</p><p>　　2.1　氣動旋回流原理</p><p>　　圖2.1氣動旋回流原理圖</p>&l

34、t;p>　　如圖2.1所示，在一個倒置的一端開口的杯狀容器中，在其側壁上方切向接入一空氣導管，向容器中射入高壓氣體，氣體進入夾持裝置后由于離心力的作用，被甩向容器內壁并強制旋轉，形成旋渦，旋渦的中心為速度很高的“渦核”。旋渦流在吸盤底部排出時，因其約束的突然消失導致壓力突變，產(chǎn)生回流，因此在容器的中間產(chǎn)生了負壓，接近真空，置于吸盤下方的平板類工件就會受到一個向上的吸附力。由于壓力差的作用，氣體以螺旋狀向下運動，在吸盤底部呈散射狀排

35、出，從而在硅片的外圍與吸盤之間形成氣墊，對硅片產(chǎn)生排斥力。當吸引力與排斥力的合力與硅片重力平衡時，即可實現(xiàn)非接觸夾持。</p><p>　　2.2　旋回流氣爪的現(xiàn)狀</p><p>　　圖2.2是日本著名的氣動元件生產(chǎn)商sMC公司的空氣懸浮式玻璃基板搬運系統(tǒng)。該搬運技術是應用流體力學原理，使壓縮空氣通過壓力室上的多孔質體形成一層氣體膜，流體對工件施加的壓力與工件自身的重量達到平衡而使工件保

36、持平穩(wěn)?？諝鈶腋∈桨徇\系統(tǒng)是潔凈度極高的非接觸搬運，這樣避免了搬運過程中玻璃基板的劃傷和污染。除此之外，它還具備其他優(yōu)點:這種搬運系統(tǒng)的支持面積大，因此上浮對象較穩(wěn)定，而且可以緩和集中應力;機械強度高，不會因供給流體的壓力不同而發(fā)生變形，因而裝置可實現(xiàn)薄形化;所采用的高溫燒結的陶瓷體在大氣中不會氧化?？諝馕∈讲ＡЩ灏徇\系統(tǒng)是利用吸浮機構產(chǎn)生負壓，空氣在吸浮機構與工件間的間隙排出時對工件產(chǎn)生向上的提升力，此力與工件自重形成一對平衡力[

37、5]。</p><p>　　圖2.2空氣懸浮式玻璃基板搬運系統(tǒng)</p><p>　　上圖為在第28屆日本東京國際流體動力展覽會上展出的由CKD和妙德公司生產(chǎn)的用于搬運設備的氣浮裝置，這種裝置主要用在液晶屏幕和扁平屏幕的傳送和搬運。該裝置采用的多孔新材料可以減少執(zhí)行器的空氣消耗量，可完成清潔和無損傷的搬運，可以提高產(chǎn)品的合格率[3]。</p><p>　　圖2.3是德

38、國一家公司開發(fā)的以非接觸方式搬運半導體晶片的機器手，該類型機械手可搬運直徑為300毫米的晶圓，并且工具和晶圓的距離約在0.05mm一0.5mm之間。其原理是利用超聲波在工具表面形成一層空氣薄膜，使晶圓漂浮于其上。工具翻轉時，不是用超聲波而是用氣泵吸附晶圓。據(jù)非接觸渦流負壓搬運器的流場特性及實驗研究介紹，此時晶圓和工具之間也不接觸，常態(tài)下使周圍空氣流動即可形成空氣薄膜。該公司在第18屆FPD研發(fā)及制造技術展覽會暨研討會 (FINETEC

39、HJAPAN，2008年4月16日一18日，東京有明國際會展中心)的德國庫卡機器人 (KUKARoboter)的展區(qū)展出了該工具。</p><p>　　此外，美國的 NewwayPreeision公司131基于空氣靜壓軸承的基礎，利用多孔質材料開發(fā)了非接觸式大型玻璃基板和硅晶片的搬運裝置;日本第一設施工業(yè)公司開發(fā)了具有識別工件有無的氣懸浮式非接觸式技術;以色列orbotech開發(fā)的氣浮式搬運技術可以自動檢測玻璃

40、基板的大小及重量，隨時與基板保持一定距離進行漂浮搬運。</p><p>　　圖2.3非接觸搬運半導體晶圓的機器人</p><p>　　圖2.4的裝置是日本KoGANEI小金井公司生產(chǎn)的NcT系列非接觸式搬運元件。該搬運元件可實現(xiàn)非接觸搬運玻璃基板、光盤、半導體硅晶片等，同時還可吸附表面略有凹凸的不平整工件，如電路板。它是利用空氣漩渦產(chǎn)生的負壓吸附工件，當工件靠近搬運元件時，空氣會發(fā)揮斥力的

41、作用阻止工件靠近，從而實現(xiàn)在非接觸狀態(tài)下能夠吸附并搬運工件。此元件不會在工件上留下痕跡，由于不會吸入環(huán)境中的粉塵能夠達到潔凈搬運效果，吸附力也比較強[3]。</p><p>　　圖2.4 旋回流驅動非接觸式搬運元件</p><p>　　目前，在第8代液晶面板生產(chǎn)線中已全面使用了旋回流空氣懸浮式非接觸搬運技術。日本夏普公司正在建設的第10代液晶平板生產(chǎn)線也擬采用該項技術。我國目前液晶面板的生

42、產(chǎn)線最高為第5代，仍在采用滾輪式或真空吸附式的搬運系統(tǒng)，在搬運技術方面已落后于國際先進水平。從2006年起，中國新建立了多家用于半導體芯片制造及太陽能電池芯片制造的多晶硅晶片工廠，但大部分的晶片搬運仍采用吸盤式抓取，同樣存在廢品率高的問題。液晶顯示和硅晶片產(chǎn)業(yè)在信息產(chǎn)業(yè)中有重要的基礎性地位，是在技術和資本雙密集型的產(chǎn)業(yè)，也是目前我國正重點發(fā)展和扶持的高技術產(chǎn)業(yè)，所以研究和使用空氣式非接觸搬運技術對于提高我國的生產(chǎn)技術有重要的意義[5]。

43、</p><p><b>　　3　氣動伺服系統(tǒng)</b></p><p><b>　　3.1　關鍵元件</b></p><p>　　該氣動伺服系統(tǒng)主要元件包括氣源系統(tǒng)、氣缸、電磁閥和輔件等。</p><p>　　3.1.1　氣源系統(tǒng)</p><p>　　由產(chǎn)生、處理和儲存壓縮空

44、氣的設備所組成的系統(tǒng)稱為氣源系統(tǒng)。典型的氣源系統(tǒng)由下列部分組成:空氣壓縮機、后部冷卻器、過濾器(包括前置過濾器、油水分離器、管道過濾器、除油過濾器、除臭過濾器、滅菌過濾器等等)、穩(wěn)壓儲氣罐、干燥機(冷凍式或吸附式)、自動排水排污器，輸氣管道、管路閥件、儀表等。上述設備根據(jù)工藝流程的不同需要，組合成完整的氣源系統(tǒng)。</p><p><b>　　3.1.2　氣缸</b></p>&

45、lt;p>　　氣缸是氣動系統(tǒng)的執(zhí)行元件之一，用于實現(xiàn)直線往復運動或擺動。常用的氣缸有單作用氣缸、雙作用汽缸和緩沖氣缸。</p><p><b>　　3.1.3　電磁閥</b></p><p>　　在氣動回路中，電磁控制換向閥的作用是利用電磁力的作用來實現(xiàn)閥的切換以及控制氣流的流動方向，分為直動式電磁閥和先導式電磁閥。直動式電磁閥直接利用電磁力推動閥芯換向，特點是

46、在真空、負壓、零壓時能正常工作；而先導式換向閥則利用電磁先導閥輸出的先導氣壓推動閥芯換向，特點是便于實現(xiàn)電、氣聯(lián)合控制。</p><p><b>　　4　小結</b></p><p>　　在半導體及液晶面板生產(chǎn)的搬運技術方面，非接觸式輸送設備的運用可以降低成本、提高成品率、實現(xiàn)高效節(jié)能。根據(jù)國家在高新產(chǎn)業(yè)的指導性政策，隨著大型硅晶片和液晶面板等生產(chǎn)技術的發(fā)展以及高端生

47、產(chǎn)線的不斷建設，使用快速、穩(wěn)定、低能耗的氣懸浮或氣吸浮式非接觸式搬運系統(tǒng)將成為未來的主流，空氣非接觸式搬送技術有著光明的市場前景。</p><p><b>　　5　主要參考文獻</b></p><p>　　[1] 阮曉東, 郭麗媛, 傅新, 鄒俊. 旋渦式非接觸硅片夾持裝置的流動計算及試驗研究[J]. 機械工程學報, 2010, (16): 189-194.</

48、p><p>　　[2] 門連通, 白淑璠. 非接觸式搬運設備在液晶物流中的應用[J]. 物流技術, 2 (06): 27-29.</p><p>　　[3] 郭麗媛. 非接觸硅片夾持裝置的研究[D]. 浙江大學, 2010.</p><p>　　[4] 徐克林. 氣動技術基礎[M]. 重慶, 重慶大學出版社, 1997.</p><p>　　[5

49、] 王濤, 楊玉貴, 彭光正. 半導體及平板顯示制造業(yè)中的空氣非接觸搬運技術[J]. 液晶與顯示, 2009 (3): 404-408.</p><p>　　[6] 吳秋華, 江楠, 朱君君. 氣動伺服機械手控制系統(tǒng)的設計[J]. 液壓與氣動, 2010(5): 97-103. </p><p>　　[7] 叢明, 于旭, 徐曉飛. 硅片傳輸機器人的發(fā)展及研究現(xiàn)狀[J]. 機器人技術與應用

50、, 2007(04): 205-212.</p><p>　　[8] SMC(中國)有限公司. 現(xiàn)代實用氣動技術[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1998.</p><p>　　[9] LI Xin, KAWASHIMA K, KAGAWA T. Analysis ofvortex levitation[J]. Experiment Thermal and FluidScience, 2

51、008, 32 (8):1448-1454.</p><p>　　[10] Mario Lento; Using an integrated controller to manage wafer-handling systems. Mario[J], 2001, 19(8): 118-124.</p><p>　　[11] Chris Felix. Hold On With Vacuum

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54、Engineering & Automation, 2010(5).</p><p>　　[15]YU Xiao-lin1, WANG Ning, YANG Jun-bao. Study on Servocontrol Strategy for Pneumatic Manipulator[J]. Transactions of Shenyang Ligong University, 2010(7): 99

55、-105.</p><p>　　[16] TAO Xiangting, YUAN Ruibo, LUO Jing. The Applications and Developments of the Pneumatic Manipulator[J]. Machine Tool & Hydraulics, 2007(8): 33-39.</p><p><b>　　本科畢業(yè)論

56、文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　氣動旋回流驅動非接觸氣爪搬運系統(tǒng)</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　摘要：半導體制造業(yè)中,硅片生產(chǎn)加工需要經(jīng)過很多道加工工序,所以硅片要經(jīng)過很多次裝夾。硅片屬于貴重物品,而且

57、容易出現(xiàn)扭曲,刮傷,表面污染等問題。目前使用最多的是接觸式空氣吸附夾持裝置。接觸式的硅片夾持裝置難以避免上述問題的產(chǎn)生。本文針對硅片在裝夾和搬運過程中的非接觸要求,介紹了一種非接觸式的硅片搬運系統(tǒng)。首先，對已有的氣動旋回流驅動非接觸式氣爪進行結構的改進；其次,設計一種由非接觸式氣爪組成的組合式吸盤,能夠增加硅片搬運過程中的安全性和穩(wěn)定性,并完成了其結構的設計；最后,利用各種氣動元件,設計了一個氣動旋回流驅動非接觸氣爪搬運系統(tǒng),使其能夠實

58、現(xiàn)對硅片進行非接觸式的夾持并搬運,對組成該系統(tǒng)的元件進行了選型,并完成了系統(tǒng)的結構設計。</p><p>　　關鍵詞：非接觸搬運；旋回流；硅片夾持。</p><p>　　Abstract：In semiconductor manufacturing production processing, silicon wafer need to pass through many processi

59、ng road process, it needs to clamping again and again. Silicon belong to the valuables, and it prones to some problems, such as surface contaminants distort, scratches and so on. Nowadays wildely used is non-contact air

60、adsorption clamping device. Contact silicon clamping devices cannot avoid to the above problems. This paper introduces a kind of non-contact silicon handling system for </p><p>　　Key words：no-contact holding

61、; vortex; waferholding.</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘　要15</b></p><p><b>　　1 緒論19</b></p><p>　　1.1 非接觸式夾持裝置的作用和重要性19</p>

62、<p>　　1.2 氣動旋回流驅動非接觸氣爪20</p><p>　　1.2.1 氣動旋回流驅動非接觸氣爪的概念和原理20</p><p>　　1.2.2 非接觸氣爪的應用現(xiàn)狀20</p><p>　　1.3 研究內容22</p><p>　　2 氣動伺服系統(tǒng)設計23</p><p>　　2.1

63、關鍵元件23</p><p>　　2.1.1 氣源系統(tǒng)23</p><p>　　2.1.2 氣缸23</p><p>　　2.1.3 電磁閥24</p><p>　　2.2 氣動回路設計24</p><p>　　2.3 氣動元件的選擇25</p><p>　　2.3.1 氣缸的選擇

64、25</p><p>　　2.3.2 電磁閥及輔件的選擇26</p><p>　　3 搬運系統(tǒng)的設計29</p><p>　　3.1 氣爪的結構設計29</p><p>　　3.2 組合式吸盤的結構設計30</p><p>　　3.3 搬運系統(tǒng)結構設計32</p><p>　　4 總結

65、與展望35</p><p><b>　　參考文獻36</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 非接觸式夾持裝置的作用和重要性</p><p>　　信息產(chǎn)業(yè)中半導體產(chǎn)業(yè)占著很大的比重，并

66、且以硅片為基礎材料的硅制件半導體器件達到九成以上。由于半導體晶片在裝夾過程中容易產(chǎn)生磨損、污染、扭曲變形等問題，所以對搬運和夾持條件要求較高。硅片夾持裝置的性能要求由硅片夾持運輸過程的特殊要求以及硅片本身的特點決定。硅片在生產(chǎn)制造過程中，要經(jīng)過很多道加工工序，需要進行許多次夾持過程，這就對夾持裝置的可靠性和安全性要求較高；且硅片成本比較貴，夾持裝置對硅片的損傷越小，越能保證硅片的利用率，減小利益損失，所以硅片夾持裝置對硅片的損壞要盡可能

67、小，保證硅片表面潔凈，平整光亮呈鏡面，不產(chǎn)生凹坑、粗糙、波紋、劃痕、霧狀等缺陷[1]。硅片的大直徑化發(fā)展趨勢，使得硅片更容易產(chǎn)生扭曲變形，面型精度和表面光潔度不容易保持，加工效率低下等一系列比較嚴重的問題。硅片的直徑變大，每個硅片的重量也在增加，更主要的是相應硅片的價值也在急速上升，人工搬運的經(jīng)濟風險太大，需要安全的自動化傳輸系統(tǒng)?，F(xiàn)在硅片的直徑由200mm向300mm甚至450mm過渡，從技術上要考慮硅片的平整度及彎曲度等影響，以及硅

68、片的表面形態(tài)，所以技術難度是一個很大的難題[1]。因此，大直徑硅片的應用將使硅片的</p><p>　　采用空氣動力學原理實現(xiàn)的非接觸夾持裝置應用于硅片夾持和運輸過程，有著其不可替代的優(yōu)勢:</p><p>　　(1) 氣動非接觸夾持對硅片的材料、形狀限制低，適用于對大直徑硅片的夾持要求。</p><p>　　(2) 氣動裝置使用氣體作為工作介質，對工作環(huán)境沒有污染

69、，符合半導體制造過程對于環(huán)境潔凈性能的要求。</p><p>　　(3) 非接觸夾持避免了夾持裝置與硅片表面的直接接觸，極大的降低了表面劃痕的產(chǎn)生的可能性，這對于需要經(jīng)歷幾百道加工工序的硅片來說，大大的提高了產(chǎn)品合格率，從而降低了硅片生產(chǎn)成本。</p><p>　　(4) 減小了硅片的扭曲變形、表面殘留污漬等缺陷的發(fā)生[3]。</p><p>　　1.2 氣動旋回流

70、驅動非接觸氣爪</p><p>　　1.2.1 氣動旋回流驅動非接觸氣爪的概念和原理</p><p>　　圖1.1 氣動旋回流原理圖</p><p>　　如圖1.1示，在一個倒置的一端開口的杯狀容器中，在其側壁上方切向接入一空氣導管，向容器中射入高壓氣體，氣體進入夾持裝置后由于離心力的作用，被甩向容器內壁并強制旋轉，形成旋渦，旋渦的中心為速度很高的“渦核”。旋渦流在

71、吸盤底部排出時，因其約束的突然消失而導致壓力突變，產(chǎn)生了回流，因此在容器的中間產(chǎn)生了負壓，接近真空，置于吸盤下方的平板類工件就會受到一個向上的吸附力。由于容器頂端不斷有高壓氣體射入，進入容器的氣體以螺旋狀向下運動，在吸盤底部呈散射狀排出，從而在硅片的外圍與吸盤之間形成了一個氣墊，對硅片產(chǎn)生排斥力。當吸引力與排斥力的合力與硅片重力平衡時，即可實現(xiàn)非接觸夾持。</p><p>　　1.2.2 非接觸氣爪的應用現(xiàn)狀&l

72、t;/p><p>　　目前,在第8代液晶面板生產(chǎn)線中已全面使用了旋回流空氣懸浮式非接觸搬運技術。日本夏普公司正在建設的第10代液晶平板生產(chǎn)線也擬采用該項技術。我國目前液晶面板的生產(chǎn)線最高為第5代,仍然在采用傳統(tǒng)的滾輪式或者真空吸附式的搬運系統(tǒng)，在搬運技術方面已遠遠落后于國際先進水平。從2006年起，中國新建立了多家用于半導體芯片制造及太陽能電池芯片制造的多晶硅晶片工廠,但大部分的晶片搬運仍采用吸盤式夾持,同樣存在廢品

73、率高的問題。液晶顯示和硅片產(chǎn)業(yè)在信息產(chǎn)業(yè)中有重要的基礎性地位,是在技術和資本雙密集型的產(chǎn)業(yè)，也是目前我國正在重點發(fā)展和扶持的高新技術產(chǎn)業(yè),所以研究和使用空氣式非接觸搬運技術對于提高我國的生產(chǎn)技術有著重要的意義[14]。</p><p>　　目前,很多國外的電子開發(fā)商已經(jīng)研究和開發(fā)了非接觸式的搬運裝置，并且已經(jīng)運用到生產(chǎn)線上。美國New Way Precision公司基于空氣靜壓軸承的基礎,利用多孔質材料開發(fā)出一種

74、非接觸式大型玻璃基板和硅晶片的搬運裝置；日本第一設施工業(yè)公司開發(fā)了具有智能判斷工件有無能力的氣動懸浮式非接觸式技術[5]；以色列Orbotech公司開發(fā)的氣浮式搬運技術可以檢測玻璃基板的大小及重量,隨時與基板保持一定距離進搬運[6]。許多世界知名的氣動元件廠家也在積極地研制和開發(fā)空氣非接觸式元件和搬運系統(tǒng)。圖1.2和1.3為世界最大的氣動元件制造商日本SMC公司利用空氣懸浮和吸浮技術開發(fā)的玻璃基板的非接觸式搬運系統(tǒng) [11]。</

75、p><p>　　圖1.2 非接觸式玻璃基板搬運機器人</p><p>　　圖1.3 空氣懸浮式式玻璃基板搬運系統(tǒng)</p><p><b>　　1.3 研究內容</b></p><p>　　本文對氣動旋回流驅動非接觸氣爪的工作原理進行了研究,并對現(xiàn)已有的旋回流驅動非接觸氣爪進行了結構上的優(yōu)化設計?；诠杵谙虼笾睆交l(fā)展,單

76、個的小直徑非接觸式氣爪難以完成搬運大直徑硅片的工作,本文就此提出一種利用多個非接觸式氣爪組合成一個非接觸式吸盤的方案,并對各個非接觸式氣爪的分布以及安裝方式進行了研究和設計。同時對整個非接觸式搬運系統(tǒng)進行了設計,包括如何實現(xiàn)系統(tǒng)兩個自由度的運動,組成該系統(tǒng)的元件的選擇、各元件的安裝等。</p><p>　　2 氣動伺服系統(tǒng)設計</p><p><b>　　2.1 關鍵元件<

77、/b></p><p>　　本文設計的非接觸式搬運運系統(tǒng)要實現(xiàn)將硅片從一個位置搬運到另一個位置的工作過程,也就是能夠完成將硅片吸附→上升→平移→下降→放下的過程。由于氣動旋回流非接觸氣爪是氣動裝置,為了更合理地利用能源,將實現(xiàn)硅片位置移動的部件也設計為氣動的,所以可以選用氣缸來實現(xiàn)硅片的位置移動。</p><p>　　用氣缸來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的搬運,要完成上升→平移→下降的過程,就需要兩

78、個氣缸,即實現(xiàn)上下左右兩個自由度的運動,因此需要兩個雙作用的氣缸,要實現(xiàn)氣缸可以上下左右移動,就需要一種元件來控制氣缸運動方向的轉換,這種轉換可以由換向電磁閥來實現(xiàn)。在搬運工程中,為了保證硅片的安全性,就要附加元件控制氣缸的運動速度,因此速度控制電磁閥也是必不可少的。</p><p>　　綜上所述,本搬運系統(tǒng)的關鍵元件有氣源系統(tǒng)、氣缸以及電磁閥。</p><p>　　2.1.1 氣源系統(tǒng)&

79、lt;/p><p>　　由產(chǎn)生、處理和儲存壓縮空氣的設備所組成的系統(tǒng)稱為氣源系統(tǒng)。典型的氣源系統(tǒng)由下列各部分組成:空氣壓縮機、后部冷卻器、過濾器(包括前置過濾器、油水分離器、管道過濾器、除油過濾器、除臭過濾器、滅菌過濾器等等)、穩(wěn)壓儲氣罐、干燥機(冷凍式或吸附式)、自動排水排污器，輸氣管道、管道閥件、儀表等。上述設備根據(jù)工藝流程的不同需要，組合成完整的氣源系統(tǒng)[7]。</p><p><

80、b>　　2.1.2 氣缸</b></p><p>　　氣缸的作用是將壓縮空氣的能量轉換為機械能，驅動機構作直線往復運動、擺動和旋轉運動。氣缸的種類可以分為單作用氣缸、雙作用氣缸、緩沖氣缸等。</p><p>　　所謂單作用氣缸是指壓縮空氣僅在氣缸的一端進氣，并推動活塞(或柱塞)運動，而活塞或柱塞的返回則是借助其他外力，如重力、彈簧力等。這種氣缸的特點是:</p>

81、;<p>　　(1)由于是單向進氣，所以結構簡單、耗氣量比較小。</p><p>　　(2)由于是用彈簧復位，使壓縮空氣的能量有一部分用來克服彈簧的彈力，因而減小了活塞桿的輸出推力。</p><p>　　(3)缸體內由于安裝了彈簧而減小了空間，從而縮短了活塞的有效行程。</p><p>　　(4)氣缸復位彈簧的彈力是隨其變形大小而變化的，因此活塞桿的推

82、力和運動速度在行程中是有變化的[14]。</p><p>　　所謂雙作用氣缸就是在相反的兩個方向都要輸出作用力，一端進氣輸出推力和拉力時,另一端排氣。雙活塞桿氣缸用的較少,其結構與單活塞桿氣缸基本相同，只是活塞兩側都裝有活塞桿。因兩端活塞桿直徑相同，所以活塞往復運動的速度和輸出力均相等,此種氣缸常用于氣動加工機械及包裝機械等設備上。</p><p>　　緩沖氣缸的運動速度一般都較快,一般可

83、以達到1m/s，為了防止活塞與氣缸端蓋發(fā)生碰撞,必須設置緩沖裝置,使活塞接近端蓋時得到緩沖減速。</p><p><b>　　2.1.3 電磁閥</b></p><p>　　在氣動回路中，電磁控制換向閥的作用是利用電磁力的作用來實現(xiàn)閥的切換以及控制氣流的流動方向，分為直動式電磁閥和先導式電磁閥。直動式電磁閥直接利用電磁力推動閥芯換向，特點是在真空、負壓、零壓時能正常工

84、作，但通徑一般不超過25mm;而先導式換向閥則利用電磁先導閥輸出的先導氣壓推動閥芯換向，特點是便于實現(xiàn)電、氣聯(lián)合控制。本系統(tǒng)中利用電磁換向閥實現(xiàn)氣缸運動方向的轉換。</p><p>　　速度控制閥是通過控制流過閥的氣體流量，來控制通過執(zhí)行元件的氣壓，來實現(xiàn)執(zhí)行元件運作的速度，本系統(tǒng)中利用速度控制閥來調節(jié)兩個氣缸的運動速度。</p><p>　　2.2 氣動回路設計</p>

85、<p>　　本搬運系統(tǒng)的兩個氣缸和由氣爪組成的吸盤都是由氣源系統(tǒng)驅動。由空氣壓縮機壓縮后的氣體是高壓氣體,經(jīng)過過濾干燥后,再經(jīng)過減壓,通過軟管分別流向兩個氣缸和吸盤,在吸盤處分別驅動各個氣爪。在流向氣缸和氣爪這些執(zhí)行元件之前,氣體必需先經(jīng)過氣缸的換向閥、節(jié)流閥和氣爪的節(jié)流閥等控制元件,從而可以實現(xiàn)對氣缸運動速度和方向的控制,以及氣爪吸附力的調節(jié)。</p><p>　　為了方便氣爪吸附力的大小的控制,還應

86、在控制氣爪的比例節(jié)流閥前接一個壓力表,使得回路中壓力大小的變化更加直觀。</p><p>　　圖2.1 氣動回路圖</p><p>　　如圖為2.1本系統(tǒng)的氣動回路圖設計，圖中1.氣源系統(tǒng)，2.空氣過濾器，3.減壓閥，4.兩位五通電磁閥，5.單向節(jié)流閥，6.氣缸一，7.氣缸二，8.壓力表，9.比例節(jié)流閥，10.氣爪。氣缸一為雙作用式無桿氣缸,氣缸二為雙作用標準氣缸。氣缸一水平安裝，氣缸二通

87、過連接塊豎直與氣缸一連接，以實現(xiàn)系統(tǒng)兩個自由度的運動。兩位五通電磁閥的作用是控制氣體流向從而控制氣缸的運動方向，單向節(jié)流閥通過控制氣體流量來實現(xiàn)對氣缸運動速度的控制。通過調節(jié)比例節(jié)流閥，可以控制通入氣爪內氣體流量的大小,從而控制氣爪對工件吸附力的大小。在某個范圍內，氣體流量越大，氣爪能產(chǎn)生的吸附力則越強。</p><p>　　2.3 氣動元件的選擇</p><p>　　2.3.1 氣缸的選

88、擇</p><p>　　本系統(tǒng)要實現(xiàn)兩個自由度的運動，因此兩個氣缸均采用雙作用氣缸，吸盤是安裝在氣缸二上，所以氣缸二采用標準氣缸，選用SMC公司產(chǎn)品，型號為CP95DB32—500—Z73。該氣缸為內置磁環(huán)的緩沖氣缸，缸徑32mm，M螺紋，標準行程500mm，雙作用,自帶位移傳感器[9]。實物圖如下：</p><p>　　圖2.2 氣缸二實物圖</p><p>　　

89、前面緒論中提到，如今硅片正在向大直徑化發(fā)展，本系統(tǒng)的設計是根據(jù)直徑300mm的硅片為對象，所以搬運時要將硅片移動位置大于300mm，所以氣缸一的行程必須大于300mm。此外，氣缸一是以缸體兩端的一部分安裝固定在支架上，所以要求行程大于等于500mm，在此選擇氣缸一型號為CY1L20H—750—A72。CY表示磁偶式無桿氣缸，缸徑20mm，最大行程750mm[9]。實物圖如下：</p><p>　　圖2.3 氣缸一

90、實物圖</p><p>　　2.3.2 電磁閥及輔件的選擇</p><p>　　根據(jù)需要選擇SMC的2位5通電磁閥，圖5.8表示此2位5通先導式電磁閥作原理圖。起始狀態(tài)，線圈處于斷電狀態(tài)，1、2進氣，4、5排氣；線圈通電時，鐵芯產(chǎn)生電磁力，使先導閥動作，壓縮空氣通過氣路進入閥先導活塞使活塞啟動，在活塞中間，密封圓面打開通道，1和4進氣，2和3排氣;當斷電時，先導閥在彈簧的作用下復原，恢復到

91、原先的狀態(tài)。</p><p>　　圖2.4 兩位五通電磁閥的工作原理</p><p>　　電磁閥型號為SY5120—5G—C6,SYSOOO系列為5通先導式電磁閥，1表示2位單電控，2表示直接配管型，標準線圈，5表示額定電壓DC24v，G表示導線引出方式為直接出線式，無指示燈及過電壓保護回路，手動操作方式為非鎖定按鈕式，C6表示一種6快換接頭，螺紋種類為Rc(圓錐內螺紋)，無托架[7]。實

92、物圖如下：</p><p>　　圖2.5 電磁閥實物圖</p><p>　　單向節(jié)流閥（速度控制閥）型號為AS2201FM—01—06S,實物圖如圖2.6所示,該種單向節(jié)流閥用于氣缸的運動速度限制，滿足了氣缸在移動過程中不能太快的要求,保證了硅片在運輸過程中的安全。</p><p>　　圖2.6 單向節(jié)流閥實物圖</p><p>　　3 搬運

93、系統(tǒng)的設計</p><p>　　3.1 氣爪的結構設計</p><p>　　本系統(tǒng)采用的非接觸式氣爪結構如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 氣動旋回流驅動非接觸氣爪</p><p>　　該類型的氣爪部件可以拆分為四部分,如圖3.2。部件1既是氣爪與吸盤支架安裝連接的部分，也是進氣孔所在部分。部件2是氣體進入氣爪后的通道，氣體在進

94、入部件2時開始高速旋轉。部件3是產(chǎn)生負壓和排出氣體的核心部件。部件4與部件3安裝在一起后部件4是嵌入在3內，并且3與4之間留有空隙,這個空隙便是氣體排出的通道。</p><p>　　圖3.2 氣爪散裝示意圖</p><p>　　這種氣爪的設計方式有利于氣爪在吸附工件時吸附通道和排氣通道的隔離,同時也能產(chǎn)生更大的吸附力。</p><p>　　3.2 組合式吸盤的結構設

95、計</p><p>　　前面已經(jīng)提到了氣動旋回流驅動非接觸氣爪的能實現(xiàn)吸附的工作原理。但是如果只由一個吸盤來進行硅片的吸附和操作,由于進入氣爪的氣體是高速旋轉的,必然對吸附的硅片產(chǎn)生一個旋轉力,即扭矩。所以會導致工件（硅片）的旋轉,這將會使硅片在搬運過程中存在安全隱患。所以采用組合式吸盤的設計,即由偶數(shù)個氣爪來組成一個吸盤,例如兩個,且兩個氣爪的進氣方向相反,從而可以實現(xiàn)扭矩的抵消。為了提高搬運系統(tǒng)的穩(wěn)定性,本系

96、統(tǒng)采用6個氣爪組合成一個吸盤結構。對應的直線上的兩個氣爪進氣方向相反（如圖3.3）,可知整個吸盤扭矩抵消,不會使吸附的工件產(chǎn)生旋轉。并且使用多個氣爪組合成吸盤相比于使用單個氣爪來吸附工件有更多的優(yōu)勢,例如,使用一個氣爪來抓取硅片,就要求氣爪的有效直徑與硅片直徑相近且不大于硅片的直徑,因為我們知道極薄的硅片的材質相當于紙張,氣爪與硅片直徑很接近,假如吸附力過大,則硅片會扭曲直接被吸入氣爪腔體。采用多個小氣爪組合成吸盤則可以避免這種情況的發(fā)

97、生。</p><p>　　圖3.3 組合式吸盤氣體流向示意圖</p><p>　　組合式吸盤中各個氣爪的分布位置如圖3.3中所示，支架形狀如圖中六角形狀。由于要考慮到整個組合式吸盤是要安裝到氣缸的一端，所以必須設計一個連接吸盤與氣缸的安裝部件，將這個連接部分設計到吸盤上,與六角支架固定，可以與氣缸一端的螺紋進行螺紋連接。并且可以將總進氣口和管路設計在其中。具體設計方案的結構圖如圖3.4所示

98、。</p><p>　　圖3.4 組合式吸盤裝配圖</p><p>　　圖中1為吸盤的一部分,通過螺釘5與六角支架固定。6為螺紋安裝孔,通過這3個安裝孔可以使這個吸盤與氣缸進行安裝連接。4為給各個氣爪提供氣體的進氣口,氣體由軟管進入到1的中心后向下進入到部件3的氣體通道,再由各分支軟管7通向各個氣爪。</p><p>　　3.3 搬運系統(tǒng)結構設計</p>

99、<p>　　系統(tǒng)結構示意圖以及平臺運動軌跡示意圖如圖3.5所示,氣缸一水平安裝在固定支架上,氣缸二通過連接塊豎直與氣缸一連接。初始狀態(tài)時,吸盤的位置在位置1,氣缸二運作,使吸盤位置下降到位置2,夾持工件,回到位置1,此時氣缸一運作,將工件位置搬運到位置3停止,氣缸二再運作,將吸盤下降到位置4,放下工件,完成系統(tǒng)整個搬運過程。</p><p>　　圖3.5 氣動平臺運動軌跡示意圖</p>

100、<p>　　由于硅片的搬運是從一個位置搬運到另一個指定的位置，所以需要的氣缸的移動位移有所控制，在這里采用位移傳感器來記錄氣缸的運動位移。在氣缸一的下方將位移傳感器安裝固定在支架上，氣缸二是自帶位移傳感器的,因此不需要另外附加傳感器。</p><p>　　圖3.6 氣動旋回流驅動非接觸氣爪搬運系統(tǒng)裝配圖</p><p>　　整個搬運系統(tǒng)的裝配圖如圖3.6所示,圖中1是氣缸一,無

101、桿式雙作用氣缸,水平安裝在支架3上,2為氣缸二,通過在氣缸一的滑塊上安裝一個連接塊,將氣缸二安裝在該連接塊上。4為直線型位移傳感器,平行地安裝在氣缸一的下方,位移傳感器的滑塊連接到氣缸一與氣缸二的連接塊上,隨著氣缸一的位置移動,位移傳感器的滑塊也跟隨著運動,便可以記錄下氣缸一的位移數(shù)據(jù)。圖中雙點劃線所畫的氣缸2表示從原來位置運動到該位置時的狀態(tài)。</p><p><b>　　4 總結與展望</b&

102、gt;</p><p>　　在半導體及液晶面板生產(chǎn)的搬運技術方面,非接觸式輸送設備的運用可以降低成本、提高成品率、實現(xiàn)高效節(jié)能。根據(jù)國家在高新產(chǎn)業(yè)的指導性政策,隨著大型硅晶片和液晶面板等生產(chǎn)技術的發(fā)展以及高端生產(chǎn)線的不斷建設,使用快速、穩(wěn)定、低能耗的氣懸浮或氣吸浮式非接觸式搬運系統(tǒng)將成為未來的主流。</p><p>　　此外在液晶物流以及有些食品包裝行業(yè),同樣對產(chǎn)品和加工包裝過程中有著非接

103、觸的要求,這意味這非接觸式的搬運、夾持裝置的應用范圍越來越廣。非接觸式搬運、夾持設備未來有望在這些行業(yè)中的得到普及,氣動旋回流驅動非接觸氣爪搬運系統(tǒng)有著光明的前景。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 阮曉東, 郭麗媛, 傅新, 鄒俊. 旋渦式非接觸硅片夾持裝置的流動計算及試驗研究[J]. 機械工程學報, 2010, (16)&l

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106、><p>　　[8] SMC(中國)有限公司. 現(xiàn)代實用氣動技術[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1998</p><p>　　[9] SMC公司氣動產(chǎn)品樣本資料, 1990</p><p>　　[10] 田玲. 氣動組合臺真空吸附機械手系統(tǒng)設計[J]. 真空, 2010, (05)</p><p>　　[11] 鄒翠榮, 張國孝. 真空吸附

107、原理及其應用[J]. 真空, 1986 (06)</p><p>　　[12] 季新翔. 空氣噴射真空發(fā)生器——真空吸吊機械手元件[J]. 機械, 1993, (03)</p><p>　　[13] 門連通, 白淑璠; 非接觸式搬運設備在液晶物流中的應用[J]. 物流技術,2006, (06)</p><p>　　[14] 吳秋華, 江楠, 朱君君. 氣動伺服機械手