[发明专利]用于物体的非接触式处理的设备

说明书

本发明涉及一种用于抓取物体(3)的非接触式处理工具(8)，所述工具包括：在抓取面和反射面之间延伸的构造成发出超声的超声换能器(10)，该超声在抓取面的近场区域中形成过压波；以及流体抽吸系统，其构造成朝向抓取面抽吸流体，从而在所述近场区域中形成负压。流体抽吸系统包括至少一个设置在超声换能器中的流体抽吸通道(30)。超声换能器构造成在对应于所述换能器的第一谐波共振频率的频率下或在接近第一谐波频率的强迫反共振频率的频率下操作。

技术领域

本发明涉及一种用于物体的非接触式处理的设备，以及一种用于物体的非接触式处理的方法。更具体地说，本发明涉及一种用于处理小型物体的设备，该小型物体的尺寸尤其是具有小于10^-6m³量级的体积，或者小于20gm量级的质量。

背景技术

称为“拾取和放置”方法的方法允许通过使用以极高的速率执行处理以便每分钟移动数百个物体的工具来处理物体。“拾取和放置”工具通常使用称为“真空夹持器”的抽吸装置，以与重力相反的方向抽吸物体，将物体固定在工具上，由此将其移动到所需的位置。当处理大约1cm量级的物体时，其目的是在抵抗重力影响的同时抓取物体。对于处于该范围内的物体来说，重力是施加在物体上的主要力，尤其是，重力远大于工具和物体之间的粘附力。

但是，当物体的尺寸减小，典型地在低于10^-6m³时，施加在物体上的重力非常小，因此很容易吸住物体。另一方面，对于较大的物体来说可以忽略的粘附力变得主要，并且比重力大得多。因此，当物体压靠在工具上时，由于物体与工具之间的粘附力而难以将物体从工具上脱离，这有损于移动的速度和移动物体的定位精度。另外，在这种量级下，物体与抽吸头之间的每次接触都可能会因产生微粒而对物体造成损伤，同时这也会破坏工具的操作。因此，对于处理小尺寸的物体或易碎物体来说，这种抽吸装置是无法令人满意的。

为了克服抽吸装置的缺点，存在有非接触式的方法，其中待移动的物体悬浮在工具的上方或下方。

已知有例如可通过激光辐射来施加辐射压力以使达到10^-12m³的粒子加速和悬浮的光悬浮法。然而，这种类型的处理方式必须在透明的环境中进行，以便优化粒子的稳定性，该粒子必须是透明的介电粒子。

还存在有一种使用电场来抵消重力并处理带电的或极化的物体的电悬浮法。可以用磁场来代替电场，以便根据物体的磁性来处理物体。但是，这两种类型的悬浮法仅适用于对电场或磁场敏感的物体。另外，还存在会损坏处于磁场或电场中的物体的风险。最后，这些技术都需要根据待处理的物体而进行特定的安装配置。

气动悬浮法使用气流(通常是空气)来悬浮物体。在这种类型的悬浮法中，空气轴承和伯努利器件之间是有区别的。空气轴承将气流从物体的下方排出，以使物体悬浮。相反，伯努利器件位于待处理的物体的上方。在伯努利器件中，工具包括侧壁，待处理的物体位于这些壁之间。该工具包括将压缩空气排到物体上的通道。排到物体上的压缩空气通过壁和物体之间的空间排出，这会产生与压缩空气的方向相反的抽吸力，这一效应称为伯努利效应。抽吸力使物体远离工具。这种空气动力学方法的主要缺点是，悬浮物体的侧向稳定性很小。

使用超声波的悬浮方法也是已知的。使用驻波悬浮或远场悬浮的方法与使用近场悬浮的方法之间存在着不同。近场和远场之间的过渡发生在称为自然焦点的点F处。自然焦点F是距超声波发生器的表面的距离：在点F之前是近场，而在点F之后是远场。换句话说，如果一个物体在近场中悬浮，则是近场悬浮，如果在点F之后悬浮，则称物体在远场中悬浮。F定义为：

F＝r^2/λ

其中，r是发生器中与物体相对的那一部分的表面的半径，λ是超声的波长。