申请/专利权人：杭州孚亚科技有限公司

申请日：2018-03-01

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN108177977B

主分类号：B65G47/91

分类号：B65G47/91

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.06.07#专利申请权的转移;2018.07.13#实质审查的生效;2018.06.19#公开

摘要：本发明涉及一种吸紧装置，包括有腔体的壳体，腔体设置有一开口，在腔体内设置有扇叶，开口设置在扇叶的旋转轴向方向，在壳体上设置了驱动扇叶旋转的动力组件，在壳体外设置有外置流体源，在外置流体源内设置有其他流体，外置流体源与腔体内相互连通，外置流体源的其他流体流入腔体占据腔体内体积，部分地或全部地把原来存在于腔体内的原流体排挤出腔体，扇叶带动腔体内的流体旋转，使得腔体内产生阶梯状负压，原流体位于腔体的中心区域，其他流体位于腔体的外周区域，越靠近腔体的外周负压就越低，从而降低了壳体的内外侧压差，彻底解决因壳体边缘的内外侧压力差引起的真空泄露问题。本发明具有结构简单，真空泄露少，吸附力大等特点。

主权项：1.一种吸紧装置，包括壳体，所述壳体内设有腔体，所述腔体设置有一开口，其特征在于，在所述腔体内设置有扇叶，所述开口设置在扇叶的旋转轴向方向，在所述壳体上设置了驱动扇叶旋转的动力组件，在所述壳体外设置有外置流体源，在所述外置流体源内设置有其他流体，所述其他流体不同于所述腔体内原来存在的原流体，所述外置流体源与所述腔体内相互连通，所述外置流体源的其他流体流入腔体占据腔体内体积，部分地或全部地把原来存在于腔体内的原流体排挤出腔体，所述扇叶带动腔体内的流体旋转；在所述壳体上还设置有抽吸孔，所述抽吸孔一端连通腔体内的非其他流体所在的区域，其另一端与真空源相连。

全文数据：吸紧装置[0001]技术领域[0002]本发明属于旋转流体的负压吸附技术领域，特别涉及一种吸紧装置。[0003]背景技术[0004]真空吸附器被大量应用在自动化生产线的物体搬运设备上，是非常有用的一种自动化装置。常见的真空吸附器的结构图1所示。真空吸附器一般包括相互连接的真空源1’真空泵等与吸附腔体2’。真空源1’抽吸吸附腔体2’内的流体，使腔体内形成真空，从而能够产生吸附力并吸起放置在吸附腔体2’下方的工件3’。这种真空吸附器存在严重的技术缺陷：由于吸附腔体2’内形成了几乎是均一的负压分布，于是，在吸附腔体2’的边缘的内外侧会形成剧烈的压力差（吸附腔体2’边缘的外侧是环境压力，吸附腔体2’边缘的内侧是真空），在这种压力差的驱动下，外界的流体会被吸入到吸附腔体2’内。尤其是在工件3’端面比较粗糙的情况下，吸附腔体2’和工件3’之间会存在很多缝隙，外界的流体会通过这些缝隙大量进入真空吸附器的吸附腔体2’内，破坏吸附腔体2’内的真空状态，使得吸附腔体2’内的吸附力显著降低，从而导致真空吸附器的吸附工件的功能失效。[0005]发明内容[0006]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种吸紧装置，解决吸附腔体边缘的内外侧压力差引起的真空泄露问题，结构虽然简单，但是显著地提高了吸附腔体的吸附能力。[0007]本发明是这样实现的，提供一种吸紧装置，包括壳体，所述壳体内设有腔体，所述腔体设置有一开口，在所述腔体内设置有扇叶，所述开口设置在扇叶的旋转轴向方向，在所述壳体上设置了驱动扇叶旋转的动力组件，在所述壳体外设置有外置流体源，在所述外置流体源内设置有其他流体，所述其他流体不同于所述腔体内原来存在的原流体，所述外置流体源与所述腔体内相互连通，所述外置流体源的其他流体流入腔体占据腔体内体积，部分地或全部地把原来存在于腔体内的原流体排挤出腔体，所述扇叶带动腔体内的流体旋转。[0008]进一步地，所述其他流体的密度大于所述腔体内原来存在的原流体的密度。[0009]进一步地，在所述壳体上还设置有抽吸孔，所述抽吸孔一端连通腔体内的非其他流体所在的区域，其另一端与真空源相连。[0010]进一步地，在所述壳体上还设置有流入孔，所述外置流体源通过流入管路与腔体连通，所述外置流体源的其他流体通过流入孔从外置流体源流入腔体或从腔体流出至外置流体源，所述扇叶带动腔体内的流体旋转，所述外置流体源还设有流量调节装置。[0011]进一步地，在所述壳体上还分别设置有一个或多个流入孔，所述外置流体源分别通过一个或多个流入孔与腔体连通，所述外置流体源内设置有一种或多种其他流体并分别通过流入孔从外置流体源流入腔体或从腔体流出至外置流体源，所述一种或多种其他流体不同于所述腔体内原来存在的原流体，所述扇叶带动腔体内的流体旋转。[0012]进一步地，所述外置流体源还包括设置在壳体外部的水槽，在所述水槽内设置了其他流体，所述水槽与所述腔体相互连通，同时，所述水槽与壳体的外界环境也相互连通。[0013]进一步地，所述水槽内的其他流体通过壳体和被吸附的表面之间存在的缝隙与腔体相互连通，或者通过在壳体上设置的连通流道与腔体相互连通。[0014]进一步地，在所述水槽外壁的底部设置了柔软密封体用于封堵水槽外壁与被吸附表面之间的间隙。[0015]进一步地，所述水槽为顶部和侧壁封闭的半封闭水槽，所述水槽上设置有输入孔，其他流体通过输入孔流入水槽。[0016]进一步地，所述水槽分别通过输入管和回流管与外部的其他流体箱相连通，在所述输入管上安装有泵。[0017]进一步地，在所述壳体上还设置了一个或一个以上的压力传感器，所述压力传感器用于感应腔体内的压力变化。[0018]进一步地，所述原流体为气体，所述其他流体为液体。[0019]与现有技术相比，本发明的吸紧装置，在壳体内的腔体里设置了扇叶，通过动力组件带动扇叶旋转，腔体设有开口，向腔体内通入其他流体占据腔体内体积，部分地或全部地把原来存在于腔体内的原流体排挤出腔体，其他流体的密度大于原流体，扇叶带动腔体内的流体旋转，使得腔体内产生具有梯度变化的负压分布，原流体位于腔体的中心区域，其他流体位于腔体的外周区域，越靠近腔体的外周负压就越低，从而显著降低了壳体的内外侧压差，彻底解决传统的真空吸附方式因壳体边缘的内外侧的巨大压差所引起的真空泄露问题。本发明的吸紧装置具有结构简单，真空泄露小，吸附力稳定，可吸附粗糙表面等特点。[0020]附图说明[0021]图1为现有真空吸附器的结构原理示意图；图2为本发明第一较佳实施例的平面剖视示意图；图3为图2中腔体内流体的压差分布示意图；图4为本发明第二较佳实施例的平面剖视示意图；图5为本发明第三较佳实施例的平面剖视示意图；图6为本发明第四较佳实施例的平面剖视示意图；图7为本发明第四较佳实施例的另一实施方式的平面剖视示意图；图8为本发明第五较佳实施例的平面剖视示意图；图9为本发明第六较佳实施例的平面剖视示意图；图10为本发明第七较佳实施例的平面剖视示意图。[0022]具体实施方式[0023]为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0024]实施例1。[0025]请参照图2所示，本发明吸紧装置的第一较佳实施例，包括壳体1，所述壳体1内设有腔体2，所述腔体2设置有一开口4，所述开口4的端面为吸紧装置的吸附面，用于吸附工件3。所述壳体1与工件3的被吸附表面之间存在着缝隙C。[0026]在所述腔体2内设置有可转动的扇叶5。所述开口4设置在扇叶5的转动轴向方向。在所述壳体1上设置了驱动扇叶5旋转的动力组件6。在所述壳体1外设置有外置流体源9,在所述外置流体源9内设置有其他流体B。所述其他流体B不同于所述腔体2内原来存在的原流体A。所述外置流体源9与所述腔体2内相互连通，所述外置流体源9的其他流体B流入腔体2占据腔体内体积，部分地或全部地把原来存在于腔体2内的原流体A排挤出腔体。所述扇叶5带动腔体2内的流体旋转，旋转的流体包括原流体A和其他流体B。[0027]在所述壳体1上还设置有流入孔7。所述外置流体源9通过流入管路8与腔体2连通。所述外置流体源9内的其他流体B通过流入管路8和流入孔7后进入到腔体2内或从腔体2流出至外置流体源9。其他流体B充填腔体2内的全部空间或部分空间。[0028]其他流体B的密度大于原流体A的密度。所述原流体A为气体，所述其他流体B为液体。具体地，所述原流体A为空气，所述其他流体B为水。或者，所述原流体A为空气，所述其他流体B为油类。[0029]在本实施例中，所述原流体A为空气，所述其他流体B为水，以此为例继续说明。[0030]本实施例的工作原理是:旋转动力组件6带动扇叶5在腔体2内按照图示箭头方向绕一竖直轴旋转，同时，外置流体源9通过流入管路8的流入孔7向腔体2内注入水，如图示箭头方向。如果水只充填了腔体内的部分空间，那么，扇叶5同时驱动腔体2内的空气和水旋转。因为水的密度大于空气的密度，所以，空气和水在旋转扇叶5的离心力的作用下，密度大的水分布在腔体2的外周区域，密度小的空气则分布在腔体2的中心区域。如果腔体2和工件3的被吸附表面之间存在着缝隙C，分布在腔体2的内侧边缘的旋转水层的水通过缝隙C流出腔体2,如图示箭头方向，同时，外置流体源9不停地将水输入腔体2内补充相应的水量，如图示箭头方向。如果通过缝隙C流出腔体2的水量比较大，那么我们就相应地增加外置流体源9的供水量;如果通过缝隙C流出腔体2的水量比较小，那么我们就相应地减小外置流体源9的供水量。也就是说，外置流体源9具备调节水量的功能。具体的实现方式可以很多，例如，夕卜置流体源9内设置变流量的水栗，再例如，在外置流体源9的流入管路8处设置有流量调节装置图中未示出），例如，开关阀等。通过开关阀的频度来调节出水量。[0031]腔体2内高速旋转的水和空气会形成如图3中实线所示的压力分布。本发明能取得如下有益效果：1在离心力的作用下，腔体2内形成凹陷的压力分布。因为水的密度大，旋转水层的压力梯度十分剧烈，所以在腔体2内形成了非常大的负压;空气的密度小，因此在腔体2的中心部分只是形成了比较微弱的压力梯度。本发明的吸紧装置正是利用了水的密度远大于空气的这一特性来大幅提升腔体2内的真空度和吸附力。图3中的虚线所示的压力分布是腔体内全是空气的情况（即不注入其他流体进腔体下的压力分布，所形成的真空度远远小于实线的真空度。向腔体2内注入密度更大的其他流体是取得这一有益效果的关键。如果腔体2内芏部充俩具他沭怀，〜肜成如图J的点划线所不的压力分布。真空度还会进一步提升，吸附力也会变得更大。[0032]2从图3的压力分布还可以看到，旋转的水层所形成的压力是渐变的，腔体2内的空间的最外周（即壳体1的内侧）的压力是非常接近零表压，这意味着，壳体i的内侧和外侧之间不存在巨大的压力差，从而能够极大地缓解壳体1与工件3表面之间的真空泄露的问题。也就是说即使壳体1和工件3的表面之间存在缝隙，外部的空气也不会进入腔体2内。[0033]⑶旋转的水层内部会产生离心惯性力。离心惯性力的方向是径向指向外的，与真空泄露方向相反。直观地理解，当有空气进入腔体2,就会被离心力甩出来。因此，惯性离心力能够有效地抵抗真空泄露，保护腔体2内部的真空环境。[0034]4如果腔体2和工件3的表面之间存在着缝隙c，分布在腔体2的外周区域的旋转水层的水通过缝隙〇流出腔体2。于是，水不断地从外置流体源9流入腔体2并通过缝隙C流出腔体2。因为水不断地通过缝隙C向外流出，也使得外界的空气难以进入腔体2。[0035]最后，对“腔体内原来存在的原流体”的表述进行说明。该表述可以理解如下：当腔体2内不存在外置流体源9的其他流体B的时候，腔体2内的流体就是原流体A。在本实施例中，本装置在空气环境中使用。那么，当腔体2内不存在外置流体源9的水的时候，腔体2内充满空气。那么，我们就可以认为，腔体2内原来存在的原流体A是空气。[0036]实施例2。[0037]请参照图4所示，实施例2与实施例1的区别在于，在所述壳体丨上还设置有抽吸孔10,所述抽吸孔10设置在壳体1的靠近中间的位置。所述抽吸孔10—端连通腔体2内的非其他流体B的区域，其另一端通过吸管11与真空源12相连通，所述真空源12调节腔体2内的非其他流体B的区域的真空度。其他结构与实施例1相同，不再赘述。[0038]以其他流体B是水、原流体A是空气为例进行说明。在进一步实验的过程中我们发现，腔体2内形成真空后，水即其他流体）中溶解的气体会析出，并且在低压环境下水的沸点降低，从而会出现水蒸气。原来在腔体2内存在的空气（即原流体和析出的气体、水蒸气等组成混合气体。混合气体的密度小于水，因此会聚集在腔体2的中心区域，此区域就是上文所指的非其他流体B的区域。又因为水不停地析出气体和产生水蒸气，所以，随着时间的推移，中心区域的气体会越来越多，从而挤压旋转的水层，导致旋转水层的厚度逐渐变小。随着旋转水层的厚度的逐渐变小，会导致水层所形成的压力梯度的区域变小，进而导致腔体2中心的真空度降低，腔体2的吸附力严重下降，最终失去吸附功能。[0039]为了解决这个问题，在实施例1的基础方案的设计基础上，在腔体2的中心区域设置抽吸孔10,抽吸孔10通过吸管11与真空源12相连接。真空源12抽吸混合气体，从而能够消除腔体2中心区域的混合气体或是保持腔体2中心区域的混合气体的体积不会增大。因为析出的气体和水蒸气的量并不大，所以，真空源12的抽吸功率非常小。在本实施例中，真空源12通过抽吸孔10和吸管11与壳体的中心区域相连通，远离其他流体B的区域，避免把其他流体B抽吸掉。[0040]实施例3。[0041]真空源12通常是电机驱动例如，真空气泵），如果有水被抽吸进入真空源I2的话，容易导致短路。本实施例提出一种解决办法。请参照图5所示，外置流体源9内包含两种其他流体B1和B2。在本实施例中，B1是油，B2是水，以此为例进行说明。在所述壳体1上还设置有前流入孔71和后流入孔72。所述前流入孔71比后流入孔72更靠近腔体2的中心。所述外置流体源9分别通过两个前流入管路81和后流入管路82与腔体2连通。所述外置流体源9的两种其他流体分别通过前流入孔71和后流入孔72从外置流体源9流入腔体2或从腔体2流出至外置流体源9。所述前流入管路81内的其他流体B1的密度小于和后流入管路82内的其他流体B2的密度且大于腔体2内原来存在的原流体A的密度。向腔体2内注入一定量的油和水。因为水的密度最大，空气原流体A的密度最小，所以，在离心力的作用下，所述扇叶5带动腔体2内的全部流体旋转，腔体2内会形成水层、油层和空气区域。油层介于水层和空气之间，能够有效地分离了水层和中心的空气区域，因此也就避免了水被真空源吸入的问题。[0042]需要额外说明的是，其他流体的水和油也可以共用一个流入孔。其他流体源9可以先注入水，然后注入油。在高速旋转的情况下，离心力会把密度不同的流体分层，这一现象与流入孔的数量和位置无关。[0043]此外，在实际的使用过程中，我们可以根据需要向腔体2内注入更多种类的其他流体。工作原理相同，此处不再赘述。[0044]实施例4。[0045]在上述的实施例2的附图4中，外置流体源9向腔体2内输入其他流体B。真空源12决定了中心区域的负压值。在这种情况下，如果其他流体B的输入流量过多，内部的旋转水流层增厚，会导致腔体外周的压力上升，从而产生排斥力，削弱整体的吸附力;如果其他流体B的输入流量不足，内部的旋转水流层变薄，会导致腔体外周的压力下降，从而导致壳体的内外侧形成显著压力差，产生真空泄露（即外面的空气流入腔体。为了很好地控制其他流体B的流量，采用如图6和图7所示的技术方案。[0046]该技术方案把外置流体源9设计成图6所示的结构。外置流体源9在壳体的外部建立一个水槽91。所述水槽91内注入其他流体B。水槽91和腔体2相互连通。连通的方式可以是通过壳体1和工件3的被吸附的表面之间存在的缝隙C，也可以在壳体1的侧壁上设置的连通流道15如图7所示）。这样设计外置流体源9有如下好处：1水槽91内的其他流体B的压力可以保持和环境压力一样，不需要额外的压力控制设备；2水槽91内的其他流体B与腔体2的最外周连通，因此，这就保证了腔体2的最外周的压力与水槽91的压力相同，也是环境压力。同时，真空源12确定了中心区域的压力。那么旋转水层的内侧和外侧压力是确定的，所以，水层的厚度就可以实现自我调节，始终保持一定的厚度。[0047]3水槽91隔绝了缝隙C和外界环境，外界的空气无法通过缝隙C进入腔体。[0048]实施例5。[0049]请参考图8所示，在上述的实施例4中，水槽91和工件3的表面之间会形成间隙D。水槽的水会通过间隙D流出。抑制水的流出能够减少吸紧装置的耗水量。本实施例采用柔软密封体92来封堵间隙D，以此来减小水的流出量。[0050]实施例6。[0051]请参照图9所示，在上述实施例中，水槽91是敞开的，当吸紧装置不是水平放置时，水槽91里的水会溢出。为了解决这个问题，采用图9所示的结构。水槽91形成半封闭状态。水槽91和外部水箱96相连通。在本实施例中，水槽91和外部水箱％通过一根输入管94和一根回流管95相连通。输入管上安装有泵93。栗93把外部水箱％的水输送至水槽91，使水槽91充满水。水再从回流管95流回外部水箱96。因为回流管95的流阻很小，所以这样的水循环能够确保水槽91的压力基本等同于外部环境压力。[0052]我们也可以不把回流管95接入水箱，而是直接把回流管95的出口放置在外部环境，使水槽91直接与外部环境连通，把水直接排出外部环境。这样也能确保水槽91的压力基本等同于外部环境压力。[0053]实施例7。[0054]请参照图10所示，实施例7是在实施例2上进一步改进。两者的区别在于，实施例7在所述壳体1上还设置了一个或一个以上的测压孔，测压孔连通腔体和压力传感器13。所述压力传感器13用于检测腔体2内的压力变化。其他结构与实施例2相同，不再赘述。[0055]实施例7的工作原理是:经过大量的实验我们发现，扇叶5的转速、腔体2内的水层厚度以及真空源12的真空度决定了腔体2内部的负压分布状态，它们之间有着非常明确的相互关系。扇叶5的转速是可以通过调节动力组件6的输出功率来控制的，同时，扇叶5的转速也是非常容易测量的；腔体外周的水层厚度可以通过调节第二流体源9的注入流量来控制;腔体内的非其他流体的区域的负压可以通过调节真空源12来控制。腔体2内部的任意点的负压及其分布是可以通过在腔体2上设置一个或一个以上的测压孔并连接压力传感器13来测量。可见，增加了测压孔和压力传感器13使得吸紧装置成为了一个可测、可控的闭环控制系统。我们可以把动力组件6和外置流体源9作为控制部件，把转速和注入流量作为控制变量，把负压分布作为控制输出量。又因为负压分布对吸附面积的积分就是吸附力，所以，我们也可以认为吸附力是控制输出量。[0056]如图10所示的一个例子，我们在壳体1的外周设置测压孔14,并连接压力传感器13，所测的压力就是腔体2外周的压力。当我们发现压力传感器13所测的压力降低、低于我们的下限值时，我们提高动力组件6的输出转速，使旋转的水层以更高的速度旋转，以此来提升压力至我们的目标值。当我们发现压力传感器13所测的压力升高、高于我们的上限值时，我们降低动力组件6的输出转速，以此来降低压力至我们的目标值。[0057]以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种吸紧装置，包括壳体，所述壳体内设有腔体，所述腔体设置有一开口，其特征在于，在所述腔体内设置有扇叶，所述开口设置在扇叶的旋转轴向方向，在所述壳体上设置了驱动扇叶旋转的动力组件，在所述壳体外设置有外置流体源，在所述外置流体源内设置1其他流体，所述其他流体不同于所述腔体内原来存在的原流体，所述外置流体源与所述腔体内相互连通，所述外置流体源的其他流体流入腔体占据腔体内体积，部分地或全部地把原来存在于腔体内的原流体排挤出腔体，所述扇叶带动腔体内的流体旋转。2.如权利要求1所述的吸紧装置，其特征在于，所述其他流体的密度大于所述腔体内原来存在的原流体的密度。3.如权利要求1或2所述的吸紧装置，其特征在于，在所述壳体上还设置有抽吸孔，所述抽吸孔一端连通腔体内的非其他流体所在的区域，其另一端与真空源相连。4.如权利要求1或2所述的吸紧装置，其特征在于，在所述壳体上还设置有流入孔，所述外置流体源通过流入管路与腔体连通，所述外置流体源的其他流体通过流入孔从外置流体源流入腔体或从腔体流出至外置流体源，所述扇叶带动腔体内的流体旋转，所述外置流体源还设有流量调节装置。5.如权利要求1或2所述的吸紧装置，其特征在于，在所述壳体上还分别设置有一个或多个流入孔，所述外置流体源分别通过一个或多个流入孔与腔体连通，所述外置流体源内设置有一种或多种其他流体并分别通过流入孔从外置流体源流入腔体或从腔体流出至外置流体源，所述一种或多种其他流体不同于所述腔体内原来存在的原流体，所述扇叶带动腔体内的流体旋转。6.如权利要求1或2所述的吸紧装置，其特征在于，所述外置流体源还包括设置在壳体外部的水槽，在所述水槽内设置了其他流体，所述水槽与所述腔体相互连通，同时，所述水槽与壳体的外界环境也相互连通。7.如权利要求6所述的吸紧装置，其特征在于，所述水槽内的其他流体通过壳体和被吸附的表面之间存在的缝隙与腔体相互连通，或者通过在壳体上设置的连通流道与腔体相互连通。8.如权利要求7所述的吸紧装置，其特征在于，在所述水槽外壁的底部设置了柔软密封体用于封堵水槽外壁与被吸附表面之间的间隙。9.如权利要求6所述的吸紧装置，其特征在于，所述水槽为顶部和侧壁封闭的半封闭水槽，所述水槽上设置有输入孔，其他流体通过输入孔流入水槽。10.如权利要求6所述的吸紧装置，其特征在于，所述水槽分别通过输入管和回流管与外部的其他流体箱相连通，在所述输入管上安装有泵。11.如权利要求1所述的吸紧装置，其特征在于，在所述壳体上还设置了一个或一个以上的压力传感器，所述压力传感器用于感应腔体内的压力变化。12.如权利要求2中所述的吸紧装置，其特征在于，所述原流体为气体，所述其他流体为液体。

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