用于芯片加工的非接触式真空搬运技术的研究(2)
大重要因素。
传统的工件搬运系统大致可以分为以下几种: (1) 采用滚轮输送，线性电机驱动承
载平台; (2) 以机械或真空吸附方式来加持工件，由机械手来实现精密定位；(3) 在不
同的工位间通过托盘或卡匣的平板输送，配合机械手的放入和取出来进行搬运[1]
。在以上搬运系统中，(1)、(3)中由于其涉及到夹持装置、滚轮、芯片之间的摩擦和接触，
所以芯片表面不可避免地会受到损伤而影响其品质，且芯片和夹持装置的大面积接触
也容易在芯片表面造成污染，相比较之下，(2)由于接触面积小，接触力小，划伤和污
染的几率小而受到广泛应用。
1.3 本课题的研究内容
非接触式真空搬运技术在芯片和液晶等高精密度的生产和制造中有着其得天独
厚的优势。研发和应用这一技术，能改善产品的质量，增加产品的良品率，提高生产
效率，降低成本。
本课题计划就芯片加工时的芯片搬运设计一套非接触式真空搬运系统。研究过程
具体分为以下几个步骤：
(1) 搬运过程的方案分析 空气膜 压缩空气
图1.5 基于多孔质体空气悬浮系统
图1.6 利用伯努利效应和离心效应的真空悬浮系统
(2) 设计气动回路
(3) 对搬运系统的气缸进行选型
(4) 设计整个系统的机械结构
(5) 对系统进行 PLC编程
2 搬运系统的总体技术方案
2.1 搬运系统的任务分析
如图 2.1，本课题的任务是设计一套非接触式真空搬运系统，实现图中 A、B、C、
D四点之间任意两点之间的工件搬运。
图2.1 非接触式真空搬运系统任务图
要实现任意两点之间的工件搬运，系统必须能在 x、y、z 的三文空间任意移动。
对搬运过程进行分析，大致可将该过程分为 8 个步骤（以从 A 点搬运到 D 点为例）：
(1) 系统在 ABCD 平面的平动，从当前位置移动到A 点。
(2) 系统下降，到离工件表面一定距离时停止。
(3) 吸盘开始吸取工件，使工件悬浮在距吸盘以下一定距离的位置并保持。
(4) 系统上移，移动到平移运动的高度。
(5) 系统从 A 点移动到 D 点。
(6) 系统下降到指定高度。
(7) 吸盘进气缓慢减少，放下工件。
(8) 系统上升到平移运动的高度。
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要达到上述的动作，系统必须能在 x、y、z 三个方向自由运动，所以整个系统需
要 3 个气缸：第一个气缸实现系统的左右运动，一个气缸实现系统的前后运动，最后
一个气缸实现系统的上下运动。因此确定系统主体由三个气缸和一个吸盘组成。
2.2 气动回路的设计
根据任务分析里面的要求，系统主体由三个气缸和一个吸盘组成。整个系统的动
力源为气泵。控制气缸的运动主要由三个方面，压力、速度和方向。对于压力控制，
在回路中，每个气缸前都采用了减压阀来控制气缸压力。对于速度控制，在此通过安
装节流调速回路控制气缸运动速度。对于方向控制，则采用了三位四通换向阀来控制
气缸运动方向。在另一方面，为了保证气缸正常工作不受沿着运动方向的力的影响，
在气缸回气回路上加装了溢流阀。
系统的气动回路图如图 2.2所示：
图 2.2 系统的气动回路
该系统的气缸动作顺序表如表1 所示：
表1 液压回路的动作顺序表