氣旋流懸浮裝置製造方法
2023-06-17 15:37:26
氣旋流懸浮裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種氣旋流懸浮裝置，包括懸浮平面，所述的懸浮平面設置有通過氣體旋流產生負壓的向內凹的旋流腔，所述的旋流腔的橫截面為圓形，旋流腔的底部開有連通大氣的通孔，所述的通孔位於旋流腔的中心，且通孔的直徑小於旋流腔底部直徑；所述的旋流腔與供給壓縮氣源相連接，所述的供給壓縮氣源連接旋流腔的壁面上的噴嘴，所述的噴嘴朝向旋流腔的壁面的切線方向；旋流腔內的旋流形成中心負壓從所述的通孔中吸入氣流，用於增加支撐工件懸浮的氣量，同時，被吸入的氣流能夠降低中心的負壓從而削弱負壓對工件的向下拉拽的作用。因此，我們能夠通過在旋流腔中心設置通孔來增加工件的懸浮高度。
【專利說明】氣旋流懸浮裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種氣旋流懸浮裝置。
【背景技術】
[0002]以液晶基板顯示器和智能觸屏手機為代表的平板顯示技術及其產品大量地應用於我們的日常生產和生活中。平板顯示玻璃基板(以下簡稱為「玻璃基板」)的生產製造過程存在著眾多的工序和各類檢測環節。各工序及檢測環節的切換使得玻璃基板頻繁地移動於各作業臺和車間之間。如何實現安全、低傷害、高速地傳送搬運玻璃基板是一項非常關鍵的大型製造裝配技術，是保證生產效率和良品率的關鍵一環。一方面，隨著玻璃基板朝著大型化和薄型化的方向發展(例如，第10代的玻璃基板長寬達2850mmX 3050mm，而厚度只有
0.7mm)，玻璃基板在傳送過程中極易因為局部應力集中、形變以及劃痕等原因而產生破損，嚴重影響了生產的良品率。傳統的接觸式搬運方式(比如，滾輪搬運，參見圖1a)的局限性越來越凸顯。因此，生產製造商在高代玻璃基板生產線上更多的是採用氣懸浮裝置來進行非接觸式的懸浮傳送搬運(參見圖lb)。
[0003]氣懸浮裝置是玻璃基板生產線的主要組成部分，其主要作用是在各工藝作業平臺、各工序車間之間傳送玻璃基板。例如，一條8代液晶顯示基板的生產線需要數百米長的氣懸浮裝置。圖1b的氣懸浮裝置由懸浮平面和出氣口組成，壓縮空氣從出氣口流出後在玻璃基板下方形成流動的氣膜，從而玻璃基板能夠懸浮於氣膜之上。圖2a至2c是三種常見的氣懸浮裝置的局部放大剖面圖。它們的不同點在於:小孔型(圖2a)直接將氣流從正面噴射到工件上，這會導致工件中心受到的較大的應力；多孔材質型(圖2b)能夠將壓縮空氣低速均勻地流出，避免了壓力峰值的形成和局部的應力集中，但是多孔材質造價高昂，不易維護；圖2c和2d是應用氣旋流來構成氣懸浮裝置(申請公布號為CN102083720A，「渦流形成體和非接觸式運送裝置」)，該元素通過切向設置出氣孔來避免氣流從正面直接噴射到工件上，因此能夠有效地降低作用在工件上的應力；但是，其缺點是:渦流所形成的負壓對工件施加一個吸附力，吸附力對工件的拉拽作用會降低工件的懸浮高度，並且，當工件的前端進入一個氣旋流區域時，工件的前端會被負壓吸附從而導致工件前端的懸浮高度大幅降低；這個問題在薄型玻璃基板的傳送過程中尤為突出，因為薄型玻璃基板的前端剛性很低，在負壓的吸附拉拽作用下會產生觸碰氣懸浮裝置的安全隱患(參見圖3)。以上所述的三種氣懸浮裝置的一個共同點是:流經工件和裝置之間的空氣流量等於供給的空氣流量。
[0004]在玻璃基板的懸浮傳送過程中，玻璃基板的懸浮高度，即玻璃基板和氣懸浮裝置之間的間距，越大越好，大的懸浮高度能夠減少玻璃基板在傳送的過程中與裝置之間發生接觸的概率。為了提高懸浮高度，我們就必須增加玻璃基板與氣軌道之間流動的氣膜的厚度；通常，我們是通過增加空氣的供給流量來增加流動氣膜的厚度；但是，增加空氣的供給流量無疑會增加氣懸浮裝置的運行成本和玻璃基板的生產成本。
【發明內容】
[0005]在現行的玻璃基板懸浮保持及傳送過程中，流經玻璃基板和氣懸浮裝置之間的空氣流量等於供給的空氣流量，因此，我們只能通過增加空氣的供給流量來提高玻璃基板的懸浮高度，這導致了氣懸浮裝置的運行成本和玻璃基板的生產成本上升。為了克服這一技術難題，本發明提供一種氣旋流懸浮裝置。
[0006]本發明採用的技術方案是:
[0007]氣旋流懸浮裝置，包括懸浮平面，其特徵在於:所述的懸浮平面設置有通過氣體旋流產生負壓的向內凹的旋流腔，所述的旋流腔的橫截面為圓形，旋流腔的底部開有連通大氣的通孔，所述的通孔位於旋流腔的中心，且通孔的直徑小於旋流腔底部直徑；所述的旋流腔與供給壓縮氣源相連接，所述的供給壓縮氣源連接旋流腔的壁面上的噴嘴，所述的噴嘴朝向旋流腔的壁面的切線方向；旋流腔內的旋流形成中心負壓從所述的通孔中吸入氣流，用於增加支撐工件懸浮的氣量，同時，被吸入的氣流能夠降低中心的負壓從而削弱負壓對工件的向下拉拽的作用。因此，我們能夠通過在旋流腔中心設置通孔來增加工件的懸浮高度。
[0008]進一步，所述的懸浮平面的底面開設有與所述的旋流腔內側壁相聯通的可供壓縮氣體流通的氣體通道，所述的氣體通道的進口端與供給壓縮氣源連接，出口端設置有切線噴嘴。
[0009]進一步，所述的旋流腔內側壁上設置有多個氣體通道的出口，出口沿旋流腔的圓周方向等間距配置，每個出口端均設置有切線噴嘴。
[0010]進一步，所述的懸浮平面等間距設置有若干排，所述的旋流腔在所述的各排的懸浮平面上等間距配置有多個；每排相鄰兩個旋流腔之間氣旋流的方向相反。
[0011]進一步，各排所述的旋流腔上的吸氣孔通過管道連通，在其連通管道上設置調節流量的節流閥。
[0012]本發明提出一種新的氣懸浮裝置，壓縮空氣高速進入旋流腔後沿著橫截面為圓形的壁面旋轉產生氣旋流，氣旋流中的負壓從吸氣孔中吸入額外的空氣；被吸入的空氣隨後流入工件和懸浮平面之間的縫隙，形成支撐工件的氣膜。
[0013]本發明的有益效果體現在:
[0014](I)節氣節能效果:因為氣旋流的負壓通過吸氣孔從大氣吸入了額外的空氣流量，所以在懸浮平面和工件之間流動的空氣流量是供給流量和吸入流量的總和，我們能夠獲得大於供給流量的空氣來實施懸浮保持和傳送。換句話說，我們可以用更少的壓縮空氣供給流量來實現相同的懸浮高度。我們進行了簡單的驗證實驗，如圖6所示，實驗結果表明，當懸浮高度大於100微米的時候中心通孔就能夠吸入空氣，當懸浮高度增加至200微米的時候，中心通孔能夠吸入約等同於供給流量的空氣，流量增幅約為一倍，這意味著實現了將近50%的節氣節能效果。
[0015](2)削弱了負壓對工件的向下拉拽作用:在專利申請公開(申請公布號為CN102083720A，「渦流形成體和非接觸式運送裝置」)中描述到:氣旋流的負壓會對工件施加一個向下的吸附力，這會降低工件的懸浮高度。另外，該專利文獻還描述到一個問題:在懸浮傳送薄型玻璃基板的應用中，玻璃基板的前端在經過一個氣旋流區域時，因為受到負壓的吸引，玻璃基板的前端會發生嚴重的彎曲導致與懸浮平面發生接觸。本發明通過在中心增加吸氣的中心通孔能夠很好地解決這一問題。被吸入的空氣對旋流腔裡的負壓產生一個「充填效應」，因此旋流腔裡的負壓會降低。並且，空氣被吸入的時候不具備有圓周方向的速度分量和半徑方向的速度分量；在旋流腔裡旋轉的氣流的帶動下，被吸入的空氣分別在圓周方向和半徑方向做加速運動；在圓周方向的加速會形成對整體旋轉氣流的阻力，這一阻力會削弱氣旋流的旋轉；另外，在半徑方向上的加速會導致氣旋流的離心力效果的減弱；也就是說，在這兩個方向上的加速會在很大程度上降低旋腔裡的負壓，從而大幅削弱負壓對玻璃基板的向下拉拽作用。綜上所述，在旋流腔中心設置通孔有利於提高工件的懸浮高度和防止工件前端在傳送過程中與懸浮平面發生接觸的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1a是接觸式搬運方式中的滾輪搬運裝置示意圖。
[0017]圖1b是採用氣懸浮裝置來進行非接觸式的懸浮保持及傳送搬運裝置示意圖；其中a-玻璃基板；b-出氣孔；c_懸浮平面；d_壓縮空氣。
[0018]圖2a是小孔型的氣懸浮裝置示意圖。
[0019]圖2b是多孔材質型的氣懸浮裝置示意圖。
[0020]圖2c是應用氣旋流的氣懸浮裝置示意圖。
[0021]圖2d是圖2c的俯視圖。
[0022]圖3是在玻璃基板的傳送過程中，當玻璃基板的前端進入上述圖2c所示的一個氣旋流區域時，玻璃基板的前端被負壓向下拉拽從而導致玻璃基板的前端觸碰氣懸浮裝置的示意圖。
[0023]圖4a是本發明俯視圖。
[0024]圖4b是本發明A-A剖視圖。
[0025]圖5是本發明在封堵中心通孔情況下的旋流腔內的壓力分布與(懸浮平面和工件之間的)間距的關係圖。
[0026]其中A-外周懸浮平面，B-旋流腔內，C-外周懸浮平面，E-工件較重，懸浮間距較小的情況，F-工件較輕，懸浮間距較大的情況。
[0027]圖6是本發明的懸浮高度與中心通孔吸入空氣流量的關係圖。
[0028]圖7是本發明在封堵中心通孔與打開中心通孔兩種情況下的旋流腔內的壓力分布示意圖。
[0029]圖8是本發明應用於懸浮保持及傳送大型玻璃基板的示意圖。
[0030]圖9是本發明各中心通孔之間通過調節閥控制吸入空氣的流量示意圖。
【具體實施方式】
[0031]參照圖4a至圖9，氣旋流懸浮裝置，包括懸浮平面1，所述的懸浮平面I設置有通過氣體旋流產生負壓的向內凹的旋流腔2，所述的旋流腔2的橫截面為圓形，旋流腔的底部開有連通大氣的通孔3，所述的通孔3位於旋流腔2的中心，且通孔3的直徑小於旋流腔2底部直徑；所述的旋流腔2與供給壓縮氣源相連接，所述的供給壓縮氣源連接旋流腔的壁面上的噴嘴4，所述的噴嘴4朝向旋流腔的壁面的切線方向；旋流腔2內的旋流形成中心負壓從所述的通孔中吸入氣流，用於增加支撐工件懸浮的氣量，同時，被吸入的氣流能夠降低中心的負壓從而削弱負壓對工件的向下拉拽作用。因此，旋腔中心的通孔能夠增加工件的懸浮聞度。
[0032]進一步，所述的懸浮平面I底面開設有與所述的旋流腔內側壁相聯通的可供壓縮氣體流通的氣體通道5，所述的氣體通道5的進口端與供給壓縮氣源連接，出口端設置有切線噴嘴。
[0033]進一步，所述的旋流腔內側壁上設置有多個氣體通道的出口，出口沿旋流腔的圓周方向等間距配置，每個出口端均設置有切線噴嘴。
[0034]進一步，所述的懸浮平面等間距設置有若干排，所述的旋流腔在所述的各排的懸浮平面上等間距配置有多個；每排相鄰兩個旋流腔之間的氣旋流的方向相反。
[0035]進一步，各排所述的旋流腔上的吸氣孔通過管道連通，在其連通管道上設置調節流量的節流閥6。
[0036]我們研究發現，當我們封堵住中心通孔時，氣旋流在旋流腔內會形成凹陷的壓力分布，該壓力分布受到外周懸浮平面和工件之間的間距影響(參見圖5)。當所懸浮的工件上比較重的時候，間距很小，外周懸浮面和工件之間的縫隙流動會形成很高的正壓分布，從而會整體拉高旋流腔內的壓力分布。但是，當所懸浮的工件較輕的時候(如，薄型的玻璃基板)，間距會變得比較大，於是，外周懸浮面和工件之間的縫隙流動所形成的正壓分布會降低，同時，旋流腔內的壓力分布也會下降至負壓。基於這一研究結果，我們在旋流腔中心的底部設置了通孔，該通孔連接旋流腔中心和大氣環境。在搬運傳送較輕的工件時，旋流腔內的負壓會從大氣環境吸入空氣。
[0037]圖7的實驗結果顯示:本發明通過在旋流腔中心設置通孔能夠使中心的負壓大幅減低至略低於大氣壓的壓力值；而在封堵中心通孔的情況下，旋流腔中心生成了很低的負壓。
[0038]圖8是本發明的一個應用例。由多排懸浮平面構成一臺用於懸浮保持及傳送大型玻璃基板的裝置，每排懸浮平面上配置有多個旋流腔。每一個旋流腔的氣旋流會給玻璃基板一個旋轉的力矩，因此，每排懸浮平面上的相鄰兩個旋流腔之間氣旋流的方向設置為相反，這樣整體作用於玻璃基板的旋轉力矩就為零。
[0039]如圖9所示，我們可以將各排的中心通孔通過管道連接，並在管道裡加入節流閥來調節吸入的流量，從而實現控制基板懸浮高度的功能。
[0040]本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護範圍不應當被視為僅限於實施例所陳述的具體形式，本發明的保護範圍也及於本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
【權利要求】
1.氣旋流懸浮裝置，包括懸浮平面，其特徵在於:所述的懸浮平面表面設置有通過氣體旋流產生負壓的向內凹的旋流腔，所述的旋流腔的橫截面為圓形，旋流腔的底部開有連通大氣的通孔，所述的通孔位於旋流腔的中心，且通孔的直徑小於旋流腔底部直徑；所述的旋流腔與供給壓縮氣源相連接，所述的供給壓縮氣源連接旋流腔的壁面上的噴嘴，所述的噴嘴朝向旋流腔的壁面的切線方向；旋流腔內的旋流形成中心負壓從所述的通孔中吸入氣流，用於增加支撐工件懸浮的氣量並削弱負壓對工件的向下拉拽作用。
2.如權利要求1所述的氣旋流懸浮裝置，其特徵在於:所述的懸浮平面的底面開設有與所述的旋流腔內側壁相聯通的可供壓縮氣體流通的氣體通道，所述的氣體通道的進口端與供給壓縮氣源連接，出口端設置有切線噴嘴。
3.如權利要求2所述的氣旋流懸浮裝置，其特徵在於:所述的旋流腔內側壁上設置有多個氣體通道的出口，出口沿旋流腔的圓周方向等間距配置，每個出口端均設置有切線噴嘴。
4.如權利要求1或2所述的氣旋流懸浮裝置，其特徵在於:所述的懸浮平面等間距設置有若干排，所述的旋流腔在所述的各排的懸浮平面上等間距配置有多個；每排相鄰兩個旋流腔之間氣旋流的方向相反。
5.如權利要求4所述的氣旋流懸浮裝置，其特徵在於:各排所述的旋流腔上的吸氣孔通過管道連通，在其連通管道上設置調節流量的節流閥。
【文檔編號】B65G49/06GK103662835SQ201310395881
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】黎鑫 申請人:浙江大學