專利名稱：超聲波和氣浮混合式非接觸自動運輸裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種超聲波和氣浮混合式非接觸自動運輸裝置，屬于精密驅動領域。
背景技術：
隨著科學技術的發展，傳統的運輸裝置已經發展的很成熟，但還是存在著一些問題。其一，傳統的運輸方式大都是采用機械式運輸，所以不免產生摩擦、磨損、發熱等現象，從而限制了其在高科技領域的應用。其二，傳統運輸裝置的驅動部分大多采用電磁電機，所以它具有體積大，噪聲大，精度低等缺點，已經不能滿足現代科技小型化、高精度、響應快的特性了。故為了適應現代生產的需求，非接觸式自動運輸裝置的研究已得到越來越多的學者、科研機構、各大公司的廣泛關注。在現有的一些專利與研究中涉及最多的非接觸式懸浮是氣動懸浮與磁懸浮。雖然現有一些專利介紹了氣動懸浮的裝置，但是現有的氣動懸浮運輸裝置中普遍存在幾個問題。其一，氣動懸浮運輸裝置的驅動部分還是采用傳統的機械式驅動或者是電機驅動；其二，由氣動懸浮起來的物體受到氣體剪切力的作用，會存在著無規則的運動，必須靠一些驅動來引導它，但也是還會存在著四周運動的趨勢，此時必須靠一些特有的裝置或者結構來阻礙它，但這無意中增添了結構的復雜性；其三，對懸浮物體表面要進行特定的處理，從而限制了非接觸式運輸的應用領域，如專利“氣墊運輸裝置”(申請公開號:CN201186817Y)中的被運輸的物質必須要做成尾部有斜面的物質塊。發明專利“超精密微位移導軌磁懸浮方法及其裝置”(申請公開號:CN1415456A)提出了一種磁懸浮式運輸裝置，其特征在于給線圈通以足夠大的電流，使其產生磁懸浮力來克服平臺的重力，從而達到非接觸式懸浮，再用直線電機驅動其運動。但這種裝置只能懸浮金屬材料平臺，對非金屬材料平臺則無法進行運輸，所以它的應用范圍也受到了限制。發明專利“行波型超聲振動精密輸送裝置”(申請公開號:CN1827498A)提出了一種利用長環型壓電振子作為激振體的精密輸送裝置，其特征在于利用時間和空間相位差為90°、頻率為20KHz以上的交變電壓,在長環型壓電振子體內激勵出彎曲振動行波,利用行波推動粉體或塊體物料的運送，從而實現了行波無衰減、輸送物體材料和長度不受限制等優點。但是這種裝置只能運輸粉體物料、大顆粒塊狀散體物料，而對于重載的物體則不能運輸，因其不能產生足夠大的懸浮力支撐起重載的物體。從以上可以看出對于任何材料的重載懸浮物的非接觸式自動運輸的問題沒有得到很好的解決，從而限制了非接觸式運輸在微電子、IT、航天航空、醫藥等高科技領域的應用。發明內容為了解決無材料限制重載懸浮物的非接觸式自動運輸問題，本實用新型設計出一種超聲波和氣浮混合式非接觸自動運輸裝置。該裝置主要利用氣動懸浮可以懸浮起重載懸浮物和兩個超聲波換能器的搭配可以產生行波的優點而設計出來的。它的結構簡單、容易操作、懸浮能力的大小可以通過供氣壓力來控制，其中產生的超聲波懸浮力還能保證懸浮物穩定的自動傳輸。該裝置可應用于微電子、IT、航天航空、醫藥等高科技領域。為達到以上的目的，本實用新型采用以下技術方案:本實用新型可分為兩個部分:氣動懸浮部分和超聲行波運輸部分。氣動懸浮部分:振動板(5)縱向上開有13個壓力腔(2)和13個節流孔(3)，橫向上開有75個壓力腔(2)和75個節流孔(3)，再在振動板底面開一個凹槽。通過螺釘(6)把振動板(5)與方形薄板(7)固定在一起，這樣振動板(5)上的凹槽與方形薄板(6)就形成了一個密封的容腔。空氣壓縮機出來的氣體經過管路(9)和管接頭(8)到達這個容腔。容腔的作用是為了緩存高壓氣體，保證流進節流孔內的氣體壓力是一致的。氣體再經過節流孔(3)與壓力腔(2)作用在被懸浮物(I)上，從而構成了一個氣動懸浮部分。氣動懸浮可以支撐起重載的任何物體，其中還可以通過控制進氣壓力來改變懸浮力。超聲行波運輸部分:本實用新型采用兩個超聲波換能器，分別為接收式超聲波換能器(11)和發射式超聲波換能器(16)，這兩個超聲波換能器通過內六角螺栓(12)固定在基板(13)上。再分別用螺釘把基板(13)、側板(14)與底座(15)固定在一起。振動板(5)通過螺釘(4)固定在左右的兩個喇叭式變幅桿(10)上，其中兩個喇叭式變幅桿(10)分別固定在接收式超聲波換能器(11)和發射式超聲波換能器(16)。這兩個超聲波換能器要分別用超聲波發生器來驅動它們工作并達到共振頻率，再調節這兩個超聲波發生器使兩個換能器的共振頻率存在著一定相位差，使其產生超聲行波。這樣就構成超聲波產生行波部分。利用產生的行波就可實現超聲波的非接觸式自動運輸。其工作原理是:本實用新型的超聲波和氣浮混合式非接觸自動運輸裝置可分為兩個工況:氣動懸浮工況和超聲波行波運輸工況。氣動懸浮工況:通過螺釘(6)把振動板(5)與方形薄板(7)固定在一起,這樣振動板(5)上的凹槽與方形薄板(7)就形成了一個密封的容腔。當空氣壓縮機出來的氣體經過管路(9)和管接頭(8)到達容腔，然后容腔內的高壓氣體就以恒定的壓力進入到氣節流孔(3)與壓力腔(2)。壓力腔(2)出來的高壓氣體作用在被懸浮物上用以克服懸浮物的重力，從而達到平衡，使其懸浮在一定的高度上。當懸浮物的重量增加時，可以通過調節空氣壓縮機輸出的壓力氣體來克服其重量。此時應當注意的是:由于懸浮物被懸浮在一定的高度上，這樣懸浮物與振動板就形成了一層薄薄的氣膜。氣膜內的氣體迅速流動形成氣體剪切力，在剪切力的作用下，如果沒有驅動部分引導懸浮物的運動話，懸浮物會產生無規則的運動。所以本實用新型采用了利用超聲行波來引導懸浮物的運動，其中也靠超聲波產生的懸浮力來抑制懸浮物的側向運動。超聲波行波運輸工況:本實用新型采用兩個超聲波換能器，分別為接收式超聲波換能器(11)和發射式超聲波換能器(16)，再把兩個喇叭式變幅桿(10)分別固定在這兩個超聲波換能器上，用以放大超聲波換能器振子的振幅。通過調節超聲波發生器驅動這兩個超聲波換能器使其達到共振頻率，其中這兩個換能器的共振頻率是一致的，同時還要保證發射式超聲波換能器與接收式超聲波換能器的頻率相位差為90°。接收式超聲波換能器
(11)用以吸收由發射式超聲波換能器(16)發出的縱向強聲波，這樣使固定在喇叭式變幅桿(10)上的振動板(5)就能穩定的產生橫向行波。同時受到高頻超聲波的作用，振動板(5)產生高頻振動,從而激勵著氣體介質也高頻運動，由于運動的氣體會產生剪切力，因此在行波的作用下懸浮物也受到氣體剪切力的作用，這樣懸浮物就會按照行波傳遞的方向運動。同時由于氣體剪切力的作用，被懸浮物會存在著側向運動，為此可以改善振動板的形狀，利用在振動板產生的超聲波懸浮力來抑制其側向運動。在分工況運行的情況下，工況依次為:氣動懸浮工況和超聲波行波運輸工況。首先利用氣動懸浮工況懸浮起懸浮物，再利用超聲波行波運輸工況產生的行波推力推動著物體運動。本實用新型的優點在于:1、利用了氣動懸浮可以懸浮起重載懸浮物和兩個超聲波換能器的搭配可以產生行波的優點而設計出來的一種新型裝置。2、結構簡單，容易操作，懸浮能力的大小可以通過供氣壓力來控制。3、運輸速度易于調整，根據需要可以調節超聲波發生器的電壓幅值和頻率的相位差即可精確的控制懸浮物的運動速度，并實現雙向運輸。4、可以利用超聲波產生的懸浮力克服懸浮物因氣體剪切力而引起的側向運動，使其能夠穩定的自動傳輸。5、可以懸浮起任何物體，對懸浮物的材料沒有要求，結構易于設計，可以廣泛應用于微電子、IT、航天 航空、醫藥等高科技領域。
圖1是本實用新型裝置的三維結構示意圖圖2是本實用新型裝置的二維結構示意圖圖3是本實用新型裝置的氣動懸浮部分的結構全剖示意圖圖4是本實用新型的振動板截面的全剖結構圖實施方式圖3是超聲波和氣浮混合式非接觸自動運輸裝置的氣動懸浮部分的結構全剖示意圖，包括振動板(5)、螺釘￠)、方形薄板(7)。其中振動板上開有壓力腔(2)、節流孔(3)和凹槽(17)。通過螺釘(6)把方形薄板(7)與振動板(5)固定在一起。空氣壓縮機出來的氣體經過處理后再經過進氣口(18)到達凹槽(17)內，凹槽(17)可起到一個緩存的作用，使得流進節流孔(3)的氣體壓力始終保持一致。壓力腔(2)的設置是為了提高氣動懸浮的剛度。從而構成了一套氣動懸浮裝置。它的優點在于:能懸浮起重載物體，結構簡單，易于操作，可通過調節進氣壓力來控制氣動懸浮的承載力。
具體實施方式
圖4是振動板截面的全剖結構圖。由于發射式超聲波換能器經過超聲波發生器驅動后會發出強的聲波并產生高頻振動，而在另外一邊的接收式超聲波換能器受到超聲波發生器的驅動則吸收由發射式超聲波換能器發出的縱向聲波并也以與接收式換能器相同的頻率高頻振動著，因而會在振動板(5)上產生橫向的行波且振動板也會高頻的振動并激勵著氣體介質高頻振動而產生聲壓。同時由于氣體剪切力的作用，會使得懸浮起來的懸浮物產生向側面的運動，從而達不到穩定沿著行波的方向運輸。因此本實用新型把振動板(5)結構設置成如圖4所示的結構。利用振動板(5)的高頻振動而產生的聲壓來阻止懸浮物因受到氣體剪切力的作用而側向運動，從而實現了穩定運輸的目的，防止了運輸時懸浮物從振動板的側面落下的情況。[0033]參見圖2、圖3和圖4，通過螺釘(6)把振動板(5)與方形薄板(7)連接在一起。再通過螺釘4把振動板(5)與左右兩個喇叭式變幅桿(10)固定在一起，而兩個變幅桿又分別與發射式超聲波換能器(16)與接收式超聲波換能器(11)固定在一起。兩個超聲波換能器則用內六角螺栓(12)與基板(13)固定在一起。基板(13)、側板(14)、底座(15)分別用內六角螺栓(12)與螺釘(20)連接在一起。空氣壓縮機(23)出來的氣體經過過濾后進入穩壓閥(22)再流入振動板的凹槽(17)內。接收式超聲波換能器(11)和發射式超聲波換能器(16)分別與超聲波發生器(24)、超聲波發生器(21)相連。這樣就構成了一個完整的超聲波和氣浮混合式非接觸自動運輸裝置。其工作原理是:當空氣壓縮機(23)出來的氣體經過過濾后到達穩壓閥(22)，再經過管路(9)和管接頭(8)到達容腔，這個容腔是由振動板(5)上的凹槽(17)、方形薄板(7)與密封圈構建而成的。這樣容腔內的高壓氣體就可以以恒定的壓力進入到氣節流孔(3)與壓力腔(2)，最后流出來的高壓氣體作用在被懸浮物上克服懸浮物的重力，從而達到受力平衡，使其懸浮在某一高度上。由于氣體剪切力的作用，會使得懸浮物產生無規則的運動，此時再用超聲波來驅動懸浮物，使其按照一定的方向運動，實現非接觸式自動運輸。本實用新型裝置采用兩個超聲波換能器，分別為接收式超聲波換能器(11)和發射式超聲波換能器(16)，通過調節超聲波發生器(21)和超聲波發生器(24)來驅動這兩個超聲波換能器使其高頻振動并達到相等的共振頻率。在設計中，應注意的是:這兩個換能器要始終保持結構一致，特性一致的特點。再通過調節各自的超聲波發生器使發射式超聲波換能器(16)與接收式超聲波換能器(11)的頻率相位差為90°。由于兩個超聲波換能器的頻率相位差為90°，這樣接收式超聲波換能器(11)就會吸收了發射式超聲波換能器(16)發出的縱向聲波，使得固定在喇叭式變幅桿(10)上的振動板(5)只產生了橫向的超聲行波。同時由于受到高頻超聲波的作用，振動板(5)也產生高頻振動,從而激勵著氣體介質高頻運動,而高頻運動的氣體就會產生剪切力，這樣在行波的作用下由高頻振動的氣體產生的剪切力就具有了一定矢量性，從而推動著剛被氣動懸浮起來的懸浮物沿著行波的方向運動，即由發射式超聲波換能器(16)運動到接收式超聲波換能器(11)。同時把振動板(5)結構設置成如圖4所示的結構。由于振動板(5)的整體高頻振動會產生聲壓懸浮力，這樣振動板的橫向側面凸起的部分也會產生懸浮力，這個懸浮力可以阻止懸浮物因受到氣體剪切力而向側面的運動，避免了懸浮物與橫向側面凸起部分的相接觸，防止了運輸時懸浮物從振動板的側面落下，從而實現了穩定的按照行波傳遞的方向非接觸式自動運輸。
權利要求1.一種超聲波和氣浮混合式非接觸自動運輸裝置，包括螺釘(4)、振動板(5)、螺釘(6)、方形薄板(7)、管接頭(8)、管路(9)、喇叭式變幅桿(10)、接收式超聲波換能器(11)、內六角螺栓(12)、基板(13)、側板(14)、底座(15)、發射式超聲波換能器(16);其特征在于振動板(5)通過螺釘(4)固定在左右兩個喇叭式變幅桿(10)，其中兩個喇叭式變幅桿(10)分別固定在接收式超聲波換能器(11)和發射式超聲波換能器(16);兩個超聲波換能器通過內六角螺栓(12)固定在基板(13)上；再分別用螺釘把基板(13)、側板(14)與底座(15)固定在一起。
2.根據權利要求1所述的超聲波和氣浮混合式非接觸自動運輸裝置，其特征在于振動板(5)上開有壓力腔(2)、節流孔(3)和凹槽，振動板(5)通過螺釘(6)與方形薄板(7)固定在一起，這樣經方形薄板(7)與振動板(5)固定在一起就構成了一個氣腔；經空氣壓縮機出來的氣體再經過管路(9)和管接頭(8)到達氣腔內，氣體再經過節流孔(2)與壓力腔(3)作用在被懸浮物(I)上，從而構成了氣動懸浮；氣動懸浮可以懸浮重載的懸浮物。
3.根據權利要求1所述的超聲波和氣浮混合式非接觸自動送料裝置，其特征在于振動板(5)固定在兩個超聲波換能器上，利用超聲波發生器來驅動這兩個超聲波換能器達到共振頻率并調節其頻率的相位差，使其相位差為90°，這樣在振動板(5)上就會產生行波；利用權利要求2中的氣動懸浮支撐起重載的懸浮物，因而被懸浮起的重載懸浮物就會在行波的推力作用下可以實現穩定的沿著一定方向實現非接觸式自動運輸。
專利摘要本實用新型涉及一種新型超聲波和氣浮混合式非接觸自動運輸裝置，屬于精密驅動領域。包括振動板、方形薄板、超聲波發生器、超聲波換能器、空氣壓縮機、喇叭式變幅桿、進氣管道及固定裝置。其中由振動板、方形薄板可組成氣動懸浮結構，利用氣動懸浮可以懸浮起重載的懸浮物。本實用新型采用兩個換能器使其產生行波，在行波的作用下可以使氣動懸浮起來的重載懸浮物從起始點運送到目標終點，從而實現可傳輸重載的一種非接觸式自動運輸裝置。這種非接觸式重載傳輸裝置優點在于易操作，結構簡單，可實現非接觸式自動運輸，消除了超聲波只能傳輸輕載懸浮物的缺點，其超聲懸浮力還可以實現被懸浮物的穩定自動傳輸。
文檔編號B65G54/00GK202935948SQ20122041688
公開日2013年5月15日 申請日期2012年8月15日 優先權日2012年8月15日
發明者江海, 劉建芳, 焦曉陽, 劉國君, 劉家郡 申請人:吉林大學