ЭКУ с полуироводящей подложкой

В производстве приборостроения используются электростатические крепежные устройства для проводящих и полупро- водящих объектов, содержащие корпус с полупроводящей плоской плитой, снабженной двумя электродами, расположенными по обеим плоским сторонам плиты, и источника постоянного высокого напряжения (аналог рис. 12.1 без диэлектрического слоя 3). На свободной поверхности плиты нанесен один из электродов в виде полоски или серии полос для контакта с закрепляемой деталью. Закрепление детали производится на этой поверхности путем подключения к электродам внешнего источника напряжения, т.е. между деталью и плитой возникают сила электроадгезионного взаимодействия и деталь прочно притягивается (закрепляется) на плите. При отключении источника питания электроды закорачиваются и деталь открепляется. Однако такое ЭКУ обладает малым быстродействием (~ 10...20 с) из-за длительного времени релаксации остаточного заряда емкости на межфазной электроадгезионной границе деталь - плита.

На основе описанного принципа построен схват манипулятора автоматизированных линий для переноса и укладки деталей при сборке приборов, в котором с помощью электронной схемотехники удается увеличить его быстродействие.

В качестве типичного примера устройства ЭКУ с полупроводящей подложкой можно рассматривать манипулятор для ручного переноса элементов микроприборов.

На рис. 12.13 представлен общий вид (а) устройства ручного манипулятора и его электрическая схема (б) электронной компенсации остаточного заряда на электроадгезионной границе объект-подложка.

Манипулятор (рис. 12.13, а) состоит из полого диэлектрического корпуса 1 с наконечником 2, который снабжен двумя электродами 3, 4. Внутри корпуса расположена система питания, включающая в себя коммутатор 5, накопительный конденсатор

Рис. 12.13.

б, диод 7, резисторы 8, 9, контактный разъем 10. Вне корпуса расположены источник высокого напряжения 11 и закрепляемая деталь 12. Для увеличения быстродействия, система питания содержит накопительный конденсатор 6, два резистора 8 и 9, а также диод 7, причем накопительный конденсатор 6 включен между выходом коммутатора и первым электродом 3 наконечника, резисторы 8 и 9 соединены последовательно и подключены к выходу коммутатора 5 и второму электроду наконечника 4, а диод 7 соединен с первым электродом 3 наконечника и общим соединением резисторов. Электроды 3 и 4 выполнены из полу- проводящего композиционного материала, которые расположены в одной плоскости в виде планарного конденсатора.

В процессе работы с манипулятором оператор подносят к объекту захвата плоскость электродов 3 и 4 так, чтобы она прилегала к закрепляемой поверхности детали 12. Далее нажатием кнопки коммутатора 5 на электроды 3 и 4 подается высокое постоянного напряжение от источника 11, что приводит к закреплению и удержанию детали на полуирово- дящих электродах за счет пондеромоторных сил электростатического поля между объектом и электродами. Одновременно накопительный конденсатор 6 заряжается через нагрузочные резисторы 8 и 9 и диод 7.

График зависимости спада усилия закрепления F образца кремниевой пластины (рис. 12.12) после отключения внешнего источника питания U в манипуляторе

Рис. 12.14. График зависимости спада усилия закрепления Fa образца кремниевой пластины (рис. 12.12) после отключения внешнего источника питания U0 в манипуляторе: 1 - без электронной схемы компенсации остаточного заряда и 2 - при наличии схемы.

Открепление детали 12 производится путем разрыва цепи питания источника 11 коммутатором 5. При этом накопительный конденсатор 6 разряжается через цепь резисторов цепи на электроды 3 и 4 в противофазе разности потенциалов емкости электроадгези- онной границы образованной электродами и закрепленной деталью.

На рис. 12.14 представлены график зависимости спада остаточного усилия закрепления Fa детали в ручном манипуляторе после отключения внешнего источника напряжения Ua.

Таким образом компенсация остаточного заряда в контактной области электроадгезионного соединения осуществляется накопленными зарядами в конденсаторе 6 противоположной полярности вследствие чего усилие закрепления Fa падает практически мгновенно, т.е. наличие электронной схемы компенсации (б) существенно увеличивает быстродействие ручного манипулятора.

Оптимальное условие работы электронной схемы компенсации заряда обеспечивается при Rt »Rd »R, где R, - эквивалентное сопротивление между электродами наконечника с закрепленной деталью; R,, - обратное сопротивление диода; R - сопротивление резисторов 8 и 9.

В ЭКУ с полупроводящей подложкой развиваемое усилие закрепления Fa электропроводящих плоских деталей типа пластин кремния, арсенида галлия, пленок пермаллоя, бериллиевой бронзы и др., зависит от степени обработки контактирующих поверхностей и не превышает ~ 1,0 кПа, что ограничивает область их применения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >