用于芯片加工的非接触式真空搬运技术的研究.docx
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用于芯片加工的非接触式真空搬运技术的研究
用于芯片加工的非接触式真空搬运技术的研究
摘要非接触式真空搬运作为一种新型的搬运技术，具有适用范围广、清洁、性能
稳定等优点，有着广泛的应用前景。
因此，研究开发一种用于芯片加工的非接触
式真空搬运系统具有其学术意义与实际的应用需求。
本文在参阅了各种资料后，
首先对搬运系统的总体技术方案进行了分析，设计了其气动回路，根据系统要求
选择了合适的气缸。
在第二阶段，针对该吸盘的工作特点设计了与之对应的搬运
系统的机械结构并设计了新型的非接触式真空吸盘，阐述了该吸盘的工作原理。
最后，分析了搬运过程的动作步骤，为该搬运系统进行了PLC编程工作，使其能
够实现搬运功能。
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关键词芯片加工真空系统设计PLC编程
毕业设计说明书（论文）外文摘要
TitleResearchofNon-contactVacuumHandlingTechnologyforChipProcessing
Abstract
Non-contactVacuumHandlingisanewkindofhandlingtechnology,which
canadapttovarietykindsofworkpiecesandhastheadvantagesofno
pollution,stableperformance.Therefore,ithaswideapplication
prospectsinthefieldofchipprocessing.Underthiscircumstance,
researchanddevelopmentfornon-contactchipprocessingvacuumhandling
systemhasitsacademicsignificanceandpracticalapplicationneeds.In
thisthesis,afterreviewedavarietyofinformation,theoveralltechnical
solutionofthehandlingsystemisanalyzedandpneumaticcircuitofthe
systemdesignedandthenproperaircylindersaresortedoutbycalculating
accordingtothesystemrequirements.Inthenextstage,anewkindof
non-contactvacuumcuphasbeendevisedandtheworkingprinciple
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的三维空间任意移动。
如表1动作顺序表与图2.3所示，当三位四通换向阀1的左位1Y1接入回路时，
气缸1沿X轴正方向移动，右位1Y2接入时，气缸1沿X轴负方向移动；换向阀2
左位2Y1接入回路时，气缸2沿Y轴正方向移动，右位2Y2接入回路时，气缸2沿
Y轴负方向移动；换向阀3左位3Y1接入回路时，气缸3沿Z轴负方向移动，右位
3Y3接入回路时，气缸3沿Z轴正方向移动。
当换向阀4左位接入时，吸盘吸取工件；
当断开时，吸盘放下工件。
图2.3气缸运动示意图
2.3气缸的选型
由于气缸是标准件，因此气缸的型号参数在一定程度上决定了整个非接触真空搬
运系统的三维空间造型。
如何对气缸进行选型无疑是整个系统设计中非常重要的一个
步骤。
SMC公司生产的SMC气动元件以其高性能、高品质、高性价比和技术领先性在
现在的气动市场上占据了很大的份额。
因此本系统选取SMC公司的气缸作为系统部
件。
下面对气缸1气缸2和气缸3进行选型。
2.3.1气缸1与气缸2的选型
行程为L的有活塞杆气缸，沿行程方向的实际占有安装空间约为2.2L。
而无杆气
缸则占有安装空间仅为1.2L，且行程缸径比可达50–100，MY1系列的行程可长达
5m，没有活塞杆，活塞两侧受压面积相等，具有同样的推力，有利于提高定位精度[15]
。
在本系统中，气缸1和气缸2的行程较长（气缸1行程为400mm，气缸2行程为300mm），
且对定位精度较高，因此选用无杆气缸（如图2.4）。
图2.4MY系列无杆气缸
2.3.1.1预选气缸的缸径
①确定气缸的轴向负载力F
首先估算气缸1的负载m1=5kg，气缸2的负载m2=4kg。
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