CN118574707A - 真空夹持器、检测夹持器中的泄漏的方法和使用夹持器的自动化过程及其用途 - Google Patents

Abstract

公开了一种包括具有改进的泄漏检测的抽吸区域的真空夹持器，一种检测周围流体泄漏到该真空夹持器中的方法，一种检测周围流体泄漏到夹持器中的方法，以及涉及使由片材形成的物体与真空夹持器接合的自动化过程。

Description

真空夹持器、检测夹持器中的泄漏的方法和使用夹持器的自 动化过程及其用途

技术领域

本发明涉及真空夹持器，更具体地，涉及包括具有增强的泄漏检测的抽吸区域的真空夹持器，检测周围流体泄漏到这种真空夹持器中的方法，以及真空夹持器在涉及使由片材形成的物体与真空夹持器接合(例如堆叠操作)的自动化过程中的用途。

背景技术

抽吸夹持器，也称为真空夹持器，在本领域中是已知的，并且例如传统上用于提升具有基本上平面表面的由片材形成的物体。一种类型的抽吸夹持器包括壳体，该壳体具有连接到真空源的内部真空室，以及在其抽吸区域中以与待抓取的物体接合的多个抽吸孔，这些抽吸孔与夹持器内部的真空室流体连接。

当要被夹持器接合的物体没有与夹持器的抽吸表面适当对准时，可能会出现问题。在这种情况下，特别是在自动化操作中，物体可能会以非预期的取向被释放，例如堆叠在先前释放的物体上。当要被夹持器接合的物体的一部分或区域有褶皱或被折叠时，可能会出现另一个问题。这可能例如导致不均匀的堆叠和/或所产生的堆叠体中的不期望的间隙。

期望能够检测物体的不正确对准，或者物体的褶皱或折叠区域。

本发明的目的是提供一种克服上述问题中的一个或两个的真空夹持器。

发明内容

根据本发明，对于权利要求1的前序部分所述的用于夹持由片材形成的物体100的真空夹持器10，包括主体20，该主体20具有：内部主真空室25；用于将内部主真空室25连接到真空源17的开口15；用于连接到压力传感器33的开口30，该压力传感器33被构造成感测夹持器主体20内部的压力；用于接合由片材形成的物体100的抽吸区域A2、A1；以及设置在抽吸区域A1、A2中的至少一个抽吸孔3；上述目的是通过以下特征来实现的，根据该特征，主体20还包括内部副真空室35，该内部副真空室35通过限流器37与内部主真空室25流体连通，并且所述至少一个抽吸孔3设置在内部副真空室35的抽吸区域A2中，其中限流器37的横截面面积的大小与所述至少一个孔3中的一个孔的横截面面积的大小相似，并且用于连接到压力传感器33的开口30设置在内部副真空室35中。因此，压力传感器33被构造成感测夹持器主体20的内部副真空室35内的压力。

因此，在一个方面，本发明涉及如上所述的真空夹持器。

在另一个方面，本发明涉及一种检测周围流体泄漏到用于夹持由片材形成的物体100的真空夹持器10中的方法，包括以下步骤：使由片材形成的物体100与真空夹持器10接合；当由片材形成的物体100与真空夹持器10接合时，使用连接到内部真空室35的压力传感器33来监测夹持器10的内部真空室35中的压力；将被监测压力与预定的期望压力进行比较；以及，确定被监测压力高于预定的可接受最大压力，其中夹持器10包括内部主真空室25和内部副真空室35，这两个室通过限流器37彼此流体连接，并且被监测压力是内部副真空室35中的压力。

在一个优选实施方式中，当夹持器10的内部副真空室35中的被监测压力被确定为高于预定的可接受最大压力时，本发明的方法停止。

本发明的方法和本发明的真空夹持器可以优选地用于涉及接合由片材形成的物体100的自动化操作中，例如用于将多个由片材形成的物体100堆叠彼此上下堆叠。

本发明的进一步实施方式和优点将从下面的详细描述和所附权利要求中显而易见。

如本文所使用的术语“限流器”是指将主真空室25与副真空室35流体连接的开放通道。为了将主真空室25与副真空室35流体连接，开放通道应始终打开，并且不应包括任何可移动部件，例如用于封闭通道的可移动部件。

附图说明

图1示出了根据本发明的夹持器10的一个实施方式，该夹持器包括具有抽吸区域A1、A2的夹持器主体20。如图3A所示，图1的夹持器具有设有多个抽吸孔3的主真空室25、和两个副真空室35，每个副真空室35都设有多个抽吸孔3。图1所示的夹持器还包括一个排出器17和两个用于连接压力传感器33的开口30。在图1中，仅示出了一个连接和压力传感器33，为了便于说明，已经移除了另一个连接和压力传感器33。图1还示出了具有多个孔53和不可渗透的粘性背衬65的可压缩泡沫片材50(该片材可附接到夹持器10的抽吸区域A1、A2)、具有多个孔63的加强片材60(该片材可以附接到可压缩泡沫片材50)、以及具有两个敏感部分70以被夹持器接合的由片材形成的物体100。

图2示出了图1中的夹持器10的夹持器主体20，夹持器主体20具有开口15，开口15连接到图1的夹持器中的排出器17。

图3A示出了沿着图2中的夹持器主体20的截面A-A的视图，其中可以看到设有多个抽吸孔3的主真空室25和两个副真空室35，每个副真空室35都设有多个抽吸孔3。图2中所示的开口15进入主真空室25，图2中所述的开口30进入相应的副真空室35。

图3B示出了沿着图3A所示的夹持器主体20的截面B-B的截面图。图3B中的箭头指示了在两个副真空室35排空期间，分别通过限流器37、孔39和流动通道38的流体流动。

图4是图2中所示的夹持器主体20的仰视图，示出了抽吸区域A1、A2。图4还示出了开口39和流动通道38的详细视图C，其中，在相关的副真空室35排空期间，通过流动通道38流过孔39的流体在沿着截面B-B的视图中由实心箭头指示。

图5示出了沿着图4中的夹持器主体20的截面C-C的视图和详细视图D，其中在图5中由实心箭头示出左侧的副真空室35的排空期间的流体流动。

图6是从夹持器主体20、可压缩泡沫片材50、和加强片材60下方看的透视图。

图7示出了已经与物体100接合的夹持器10的仰视图，其中物体的敏感部分70已经折叠，以不覆盖加强片材60中设置的孔63中的一个，该孔63与夹持器主体的下方抽吸区域A2中设置的相应孔3对准。周围的流体将从加强片材60中的未被覆盖的孔63流动，并且从孔63进一步流入泡沫片材50中的相应的下面的孔53，并且从孔53进一步流入夹持器主体的抽吸区域A2中的下面的孔3，并且由此进入副真空室35，该室35设置有所述孔3。

具体实施方式

本发明基于在真空夹持器10中将副真空室35与主真空室25分离，并通过限流器37限制相应的两个分离的真空室之间的流体连通，其中主真空室连接到真空源。副真空室35和主真空室25之间的流体连通被限制为通过限流器37连通。对应于副真空室的抽吸区域A2具有一个或多个抽吸孔3。通过适当地选择限流器的横截面面积，当仅仅抽吸区域A2的单个抽吸孔3没有被接合的物体100覆盖时，在夹持器的操作期间，副真空室35中的压力将显著高于主真空室中的压力。连接到副真空室35的被构造成感测所述室内部的压力的压力传感器33将感测副真空室35内的较高压力。据信，限流器的横截面面积通常将在所述至少一个孔3中的一个孔的横截面面积的±50％、通常地±25％、优选地±10％的范围内。

本发明的抽吸区域A2优选地用于与物体100的敏感部分70接触和接合，该敏感部分70例如是在抓取物体期间适于增强弯折的部分。物体100可以具有多于一个这样的敏感部分70。因此，在一个实施方式中，本发明的夹持器具有多于一个的抽吸区域A2，每个这样的附加抽吸区域A2对应于附加的副真空室35，该副真空室35通过相应的附加限流器37与主真空室25连通。

在本发明的夹持器10的一个实施方式中，主真空室25在抽吸区域A1中具有一个或多个抽吸孔3。在这样的实施方式中，抽吸区域A1通常将向夹持器提供抽吸力的主要部分。因此，在这样的实施方式中，抽吸区域A1将通常大于抽吸区域A2。此外，在这样的实施方式中，设置在抽吸区域A2中的抽吸孔3的横截面面积将通常小于设置在抽吸区域A1中的抽吸孔3的横截面面积。

在替选实施方式中，夹持器10的主真空室25不具有抽吸孔3，而是，主真空室(真空源17连接到该主真空室)仅通过相应数量的限流器37与多个副真空室35流体连接。在这样的实施方式中，夹持器的抽吸区域仅包括对应于副真空室35的数量的多个抽吸区域A2。

虽然原则上可以为给定的内部副真空室35设置多于一个的限流器37，例如为了更可靠的操作和对泄漏检测的更好的灵敏度，优选的是为每个内部副真空室35仅设置一个限流器37。

内部副真空室35的数量原则上不受限制，只要其总体积与主真空室25的总体积相比不太大，并且压力传感器的数量可以保持合理的低即可。例如，可以设想在1-10的范围内的内部副真空室35的数量，例如2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或9个室。通常，具有1个、2个或3个内部副真空室35的实施方式是优选的。

对于每个内部副真空室35，设置压力传感器33来感测所述内部副真空室内的压力。虽然可以为任何给定的内部副真空室设置多于一个的压力传感器33，例如为了冗余，但是优选为每个内部副真空室35仅设置一个压力传感器，以降低本发明的真空夹持器10的复杂性。

在一个优选实施方式中，夹持器具有流动通道38，该流动通道38与内部副真空室35和主真空室25流体连通。流动通道具有两个开口39，这两个开口设置在夹持器的抽吸区域的表面中，其中一个开口39进入内部副真空室35，而另一个开口39进入主真空室25。在开口39和流动通道38被封闭装置封闭时，将形成包括流动通道38和该封闭装置的限流器37。开口39的封闭可以通过例如具有不可渗透部的粘性片材来实现，该不可渗透部能够被布置成使得该不可渗透部覆盖开口39。这种流动通道38和孔39在图3、图4和图5中更详细地示出。这种具有流动通道38和孔39的实施方式尤其适合于通过增材制造生产。此外，这种实施方式允许改进限流器37的后续调节的容易性，例如仅通过扩大流动通道38，和可能地也扩大孔39来进行调节。此外，这种限流器37允许仅通过移除封闭装置和检查流动通道38和孔39，来改进检查和清理的容易性，例如对于其可能的结垢或堵塞。流动通道38可以包括一个或多个可更换部分(未示出)，从而允许仅通过用具有特定更小或更大横截面面积的另一部分来更换其一个或多个部分来调节通道38的横截面面积。

不可渗透的粘性片材65可用作封闭装置，以用于封闭抽吸表面中期望的孔3，例如，以便修改设置在夹持器的整个抽吸区域中的抽吸孔3的图案，例如以使夹持器适应于接合形状稍有不同的物体，和/或以封闭设置在夹持器的抽吸区域的表面中的一个或多个开口39。如将理解的，这样的片材将具有与夹持器的期望的有效孔3相对应的开口。

可压缩泡沫片材50可与夹持器一起使用，例如以便提供夹持器的一定有限程度的柔性，例如以在夹持器与待抓取的水平取向的物体的水平对准中提供对小的不平行缺陷的容忍度，和/或以提供与物体100的更温和、柔韧、顺应性的接触，例如当一般敏感的物体100和/或具有敏感表面的物体100将由夹持器10抓取时。为了提高泡沫片材50的附接和更换的容易性，所述片材优选地设置有粘合剂层。粘合剂层优选设置在泡沫片材50的不可渗透背衬65上。泡沫片材50的不可渗透背衬65可以优选地起到上述粘性片材的作用。泡沫片材50具有与内部副真空室35的抽吸区域A2的一个或多个孔3对应的一个或多个孔53。此外，当存在抽吸区域A1时，泡沫片材50具有与内部主真空室35的抽吸区域A1的一个或多个孔3相对应的一个或多个孔53。可压缩泡沫片材的泡沫材料不是关键的。合适的材料是例如乙烯丙烯橡胶，例如EPDM。泡沫片材50的厚度和材料应当被选择为当接合物体100时能够基本上被压缩。

加强片材60优选与可压缩泡沫片材50一起使用。加强片材应基本上覆盖泡沫片材。加强片材具有与内部副真空室35的抽吸区域A2的孔3相对应的一个或多个孔63。优选地，加强片材通过粘合剂层附接到泡沫片材50，例如，以便可更换。加强片材60的材料不是关键的，并且可以被选择为与待抓取物体的材料相兼容。例如，用于加强片材的通常合适的材料是聚碳酸酯(PC)。

加强片材60还可以用于封闭抽吸区域A2中的期望的抽吸孔3和相应的孔53。由此，通过用另一加强片材60代替一个加强片材60来封闭抽吸区域A2中的其它期望的抽吸孔3和相应的孔53，本发明的夹持器可以方便地适用于夹持具有稍微不同几何形状和/或具有敏感部分70的不同位置的物体。

在一个优选实施方式中，夹持器主体20在抽吸区域A1、A2周围具有凸起的外围(未示出)，沿着抽吸区域A1、A2的外围的凸起的引导元件(未示出来)，或者抽吸区域A1、A2可以容纳在夹持器主体20的底部的凹部(未示出)中，以在所述凹部中容纳可压缩泡沫片材50和加强片材60。这种凸起的外围、凸起的引导元件、或凹部可以提供可压缩泡沫片材50和加强片材60与夹持器主体20对准的改进的容易性。

原则上，对于给定的单个内部副真空室35可以使用多于一个的限流器37。然而，这样的实施方式不是优选的。

本发明的真空夹持器10优选地仅具有一个真空连接点15。

作为真空源17，优选使用排出器，如图1所示。当使用排出器作为真空源时，这种排出器优选地附接到夹持器10，例如附接到夹持器主体20。通过使用分散的真空源，例如排出器，与使用中央真空源时相比，可以更快地实现真空到夹持器的启动和偏移。此外，通过在夹持器附近使用分散的真空源，由于基本上不需要真空管，因此将减少待抽真空的体积。

在一个优选实施方式中，压力传感器33采用真空开关的形式，如图1所示。真空开关优选地被构造成当内部副真空室35(真空开关连接到该内部室)中的压力高于预定的可接受最大压力时提供信号。如此产生的信号对应于周围流体检测到泄漏到所述内部副真空室35中。

优选的是，内部副真空室35保持相对较小，因为在泄漏的情况下，与具有较大体积的室相比，具有较小体积的室中的压力将更快、更明显地受到影响。由此，能够更可靠地检测由于流体通过其中一个孔3泄漏到所述室中而导致的内部副真空室35中的压力变化。

本发明的夹持器10适合于抓取由片材形成的物体，例如片材100，尤其是具有敏感部分70的片材。物体100的敏感部分70可以例如是与物体100的其余部分的厚度相比具有减小的厚度的部分。例如，利用本发明的夹持器成功地抓取了约5μm-15μm范围内的减小的厚度。本发明的夹持器尤其适合用于将片材彼此上下堆叠，优选地在自动化过程中。片材可以例如形成电极、电极组件、膜电极组件的一部分。

可以由本发明的夹持器抓取的由片材形成的物体100的其他示例是电绝缘膜或箔，例如电池绝缘膜、碳纤维片、硅晶片或硅片(例如用于太阳能电池板的晶片)、以及薄标签。

由片材形成的物体100通常是柔性的。

由片材形成的物体100的厚度通常可以高达2mm，优选地为1mm或更小，例如5μm至500μm。

由片材形成的物体100可以由聚合物材料制成，例如塑料或橡胶，或者金属材料，或者它们的组合。

当在内部副真空室35中(例如在自动化操作中)检测到过高的压力时，这通常可能是由于由片材形成的物体100的敏感部分70没有与夹持器的抽吸区域A2正确对准，和/或在当前与夹持器接合的由片材形成的物体100的敏感部分70中存在褶皱或折叠，或者敏感部分70的一部分(例如角部)在物体100的抓取过程中、例如在物体100移动通过周围流体(通常是周围空气)的过程中，由于周围流体的相对作用而可能弯折，使得抽吸表面A2中的一个或多个孔3不再被敏感部分70覆盖，如图7所示。在检测到内部副真空室35中的压力过高时，优选地停止自动化操作。当自动化操作已经停止时，操作者可以方便地移除未正确对对准、有褶皱、被折叠或其他有缺陷的片材，然后重新开始或继续自动化过程。

使用的附图标记列表

10真空夹持器

100待接合的由片材形成的物体

20真空夹持器主体

25内部主真空室

15用于将主真空室连接到真空的开口

17真空源

30用于连接到压力传感器的开口

33压力传感器

A2内部副真空室的抽吸区域

A1主真空室的抽吸区域

3抽吸孔

35内部副真空室

37限流器

38流动通道

39抽吸区域中通向流动通道的开口

50可压缩泡沫片材

53(在泡沫片材50中的)一个或多个孔

60加强片材

63(在加强片材60中的)一个或多个孔

65不可渗透背衬

70由片材形成的物体100的敏感部分

Claims (15)

1.一种用于夹持由片材形成的物体(100)的真空夹持器(10)，包括主体(20)，所述主体(20)具有：

-内部主真空室(25)；

-用于将所述主真空室(25)连接到真空源(17)的开口(15)；

-用于连接到压力传感器(33)的开口(30)，所述压力传感器(33)被构造成感测夹持器主体(20)内部的压力；

-用于接合由片材形成的物体(100)的抽吸区域(A2，A1)；

-设置在所述抽吸区域(A1，A2)中的至少一个抽吸孔(3)；

其特征在于，

所述主体(20)还包括内部副真空室(35)，所述内部副真空室(35)通过限流器(37)与所述主真空室(25)流体连通，并且

所述至少一个抽吸孔(3)设置在所述内部副真空室(35)的抽吸区域(A2)中，

其中，所述限流器(37)的横截面面积的大小与所述至少一个孔(3)中的一个孔的横截面面积的大小相似，并且所述用于连接到压力传感器(33)的开口(30)设置在所述内部副真空室(35)中。

2.根据权利要求1所述的真空夹持器(10)，其中，所述限流器(37)的横截面面积的大小等于或小于所述至少一个孔(3)中的一个孔的横截面面积的大小。

3.根据权利要求1或2所述的真空夹持器(10)，其中，所述真空源(17)是排出器，优选地附接到所述夹持器主体(20)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的真空夹持器(10)，具有流动通道(38)，所述流动通道(38)与所述内部副真空室(35)和所述主真空室(25)流体连通，所述流动通道具有分别设置在所述抽吸区域(A1和A2)的表面中的两个开口(39)，所述流动通道(38)能够在密封所述开口(39)和所述流动通道(38)时形成限流器(37)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的真空夹持器(10)，还包括基本上覆盖所述抽吸区域(A1，A2)的可压缩泡沫片材(50)。

6.根据权利要求5所述的真空夹持器(10)，其中，所述可压缩泡沫片材(50)具有与所述内部副真空室(35)的抽吸区域(A2)的一个或多个孔(3)对应的一个或多个孔(53)，优选地，所述泡沫片材(50)通过粘合剂附接到所述抽吸区域(A1，A2)，以便能够更换。

7.根据权利要求5或6所述的真空夹持器(10)，还包括加强片材(60)，所述加强片材(60)基本上覆盖所述泡沫片材(50)，并具有与所述内部副真空室(35)的抽吸区域(A2)的孔(3)相对应的一个或多个孔(63)，优选地，所述加强片材通过粘合剂附接到所述泡沫片材(50)上，以便能够更换。

8.根据权利要求5或6所述的真空夹持器(10)，其中，多孔的所述泡沫片材(50)具有用于覆盖和密封期望的抽吸孔(3)和/或开口(39)的不可渗透的粘性背衬(65)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的真空夹持器(10)，其中，所述主真空室(25)的抽吸区域(A1)具有多个抽吸孔(3)，优选地，这些抽吸孔均匀地分布在所述主真空室(25)的抽吸区域(A1)上。

10.根据前述权利要求中任一项所述的真空夹持器(10)，其中，所述内部副真空室(35)的抽吸区域(A2)具有多个抽吸孔(3)，优选地，这些抽吸孔均匀地分布在所述内部副真空室(35)的抽吸区域(A2)上。

11.根据权利要求10所述的真空夹持器(10)，其中，所述限流器(37)的横截面面积的大小等于或小于分布在所述内部副真空室(35)的抽吸区域(A2)上的所述多个抽吸孔(3)中的最小孔(3)的横截面面积的大小。

12.根据前述权利要求中任一项所述的真空夹持器(10)，包括一个或多个附加的内部副真空室(35)，每个附加的内部副真空室(35)通过限流器(37)连接到所述主真空室(25)，并且每个附加的内部副真空室(35)包括具有至少一个抽吸孔(3)的抽吸区域(A2)，其中，所述限流器(37)的横截面面积对应于设置在相应抽吸区域(A2)中的所述至少一个孔(3)中的一个孔(3)的横截面面积。

13.一种检测周围流体泄漏到用于夹持由片材形成的物体(100)的真空夹持器(10)中的方法，包括以下步骤：

-使由片材形成的物体(100)与真空夹持器(10)接合；

-当所述由片材形成的物体(100)与所述真空夹持器(10)接合时，使用连接到内部真空室(35)的压力传感器(33)来监测所述夹持器(10)的所述内部真空室(35)中的压力；

-将被监测压力与预定的期望压力进行比较；以及，

-确定被监测压力高于预定的可接受最大压力，其特征在于，所述夹持器(10)包括内部主真空室(25)和内部副真空室(35)，这两个室通过限流器(37)彼此流体连接，并且被监测压力是所述内部副真空室(35)中的压力。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，当所述夹持器(10)的所述内部副真空室(35)中的被监测压力被确定为高于所述预定的可接受最大压力时，所述方法停止。

15.根据权利要求1所述的夹持器在用于将多个片材(100)彼此上下堆叠的堆叠操作中的用途，所述堆叠操作优选地是自动化的。