用于搬运玻璃板的装置和系统的制作方法

专利名称：用于搬运玻璃板的装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于保持和/或输送薄基材板，且具体是大玻璃板的装置。
背景技术：
已知有用于运送和操纵薄基材，且具体是圆形半导体基材的各种输送方
法。但是，半导体基材通常直径为约15cm数量级，且不易显著挠曲。在许多 这些半导体应用中，拾取或"末端执行器"装置以伯努利原理工作，且单个伯努 利装置(例如吸盘)就足以适应该基材。
另一方面，诸如用在电视机上的液晶显示装置之类的显示装置的尺寸越来 越大，需要越来越大的玻璃基材面板来制造显示装置。某些基材面板的一侧表 面面积可超过3平方米，且在某些情况下，至少约10平方米，厚度还等于或 小于0.7mm。搬运这种特别薄的玻璃大面板本身就是一种挑战。但是，玻璃表 面必须尽可能保持原来状态又增加了其难度。因此，消费者对于基材面板表面 情况的要求格外严格。
具体能够生产极大的非常薄的玻璃板的一种玻璃制造工艺是熔融下拉工 艺。简单地说，熔融玻璃流过会聚成形表面，在会聚表面的底部再聚合并下拉， 以形成玻璃薄带。薄带在其下降时固化，并在拉曳区域底部处平均地分成各个 玻璃板。可以理解，该工艺是连续的，且在拉曳区域底部处的固态玻璃带与从 会聚形成表面底部流出的粘性玻璃带直接连接。因此，在例如切割(分割)工 艺期间，拉曳区域底部处的带的运动可向上传递到带的粘性区域。即，该运动 会产生可能冻结到固化带内的应力，并最终在分割好的玻璃板内出现扭曲。此 外，拉曳底部的玻璃带在冷却到玻璃固化点时仍然相当热(约36(TC)，使得 搬运更加复杂。在该工艺的其它部分中，玻璃板的表面状况可各不相同，例如， 干的、湿的或涂有塑料膜。设计成运送和操纵半导体基材的系统能够在这些不同的条件下运送这种大的薄基材板。
还应当注意，从会聚成形表面下降的玻璃带跨越带的宽度(横向于流动方 向)稍微弯曲或弓曲。因此，用于拉曳获取玻璃板的方法应当能够适应这种弯 曲。
现今，在制造玻璃板(例如液晶显示器(LCD)玻璃板)时，在玻璃制造
设备中通常使用自动机械来将玻璃板从一个位置移动到另一位置。本文所使用 的自动机械一般是指通常在计算机的控制下自动执行预定任务的机器(例如电 动的、液压的、气动的或其组合)。自动机械广泛地用在各制造环境中来执行 机械性动作或精确的任务，并大量地用于例如自动化工业中。自动机械通常包 括具有专用端的铰接臂或配件以便于执行专用功能。例如，各臂可包括用于抓 持、钻孔、切割等的装置。用于移动玻璃板的自动机械通常包括末端执行器， 末端执行器使用多个吸杯来与玻璃板的外侧边缘或非质量区域配合并保持该 边缘或区域。外侧边缘稍后会被去除或丢弃，仅留下玻璃板的内部"质量"区域。 吸杯需要仅与玻璃板在外边缘上配合，因为如果它们与玻璃板在中心部分质量 区域接触，则可能会在玻璃板上产生不能接受的缺陷或污染。因为玻璃板很热， 吸杯也很快损坏，且必须不断进行更换，增加了制造成本。此外，吸杯与玻璃 板的配合还会引起玻璃板的不合要求的振动。
随着客户需要越来越大的玻璃板，对于自动机械来说越来越难以移动玻璃 板并使玻璃板的中心部分不移动。之所以造成玻璃板中心部分的移动是因为在 玻璃板的中部有较长、未受支承的跨度。当然，如果自动机械使玻璃板移动太 多，则玻璃板可能破裂甚至从吸杯上跌落。使玻璃板移动最小的一种方法是限 制自动机械的速度。这种方法的一个缺点是自动机械需要大量的循环时间来将 玻璃板从玻璃制造设备中的一个位置移动到另一位置。
尽管在制造操作中尽量保持清洁条件，但吸杯的微粒污染、使吸杯弯曲的 风险可能是一种持续的风险，因为这种微粒可能损坏基材表面。即，只要与基 材的表面接触，就可能会损坏该基材。因此，业已尽力开发搬运大玻璃板的非 接触方法。
例如美国专利公开第2006/0042315披露了使用伯努利吸盘来支承玻璃基 片的质量区域，由此增加了吸杯的使用。但是，由于现今的玻璃板尺寸和重量，以及玻璃板预期的未来发展(例如尺寸)，以及以上吸杯的问题，非常需要改 进这种方法。

发明内容
根据本发明的实施例，披露了一种空气机械装置，包括本体部分，该本体 部分包括用于接收气体的入口、由本体部分限定的与入口连通以调整气体速度 的空腔、与空腔流体连通以排出气体的出口孔，以及用于分配通过出口孔排出 气体的分配盘，且其中空腔的半径等于或大于分配盘的半径。
在另一实施例中，描述了一种用于输送玻璃板的系统，包括自动机械， 该自动机械包括多个空气机械装置来支承和保持住玻璃板而不与玻璃板接触， 多个空气机械装置中的每个包括本体部分，所述本体内限定有空腔、与空腔流 体连通以分别接收和排出气体的入口孔和出口孔，以及用于分配排出气体的分 配盘；温度控制系统，用于调节从多个空气机械装置喷射的气体的温度；以及 其中空腔的半径等于或大于所述分配盘的半径。
在又一实施例中，描述了一种用于输送玻璃板的装置，包括自动机械； 连接到自动机械的多个空气机械装置，多个空气机械装置中的每个包括限定有 设置在其中的内腔的本体部分、与空腔流体连通以分别接收和排出气体的入口 孔和出口孔、用于分配排出气体的分配盘以及拾取表面；且其中空腔的直径等 于或大于分配盘的直径。
在另一实施例中，描述了一种获取玻璃板的方法，该方法包括提供一种 玻璃板，该玻璃板具有相对的第一侧和第二侧以及大致垂直于该两侧的边缘； 移动空气机械装置，使空气机械装置的拾取表面处于靠近玻璃板的第一侧的引 导位置，以及将拾取表面从引导位置沿朝向玻璃板的第一侧的方向移动，同 时增加施加到空气机械装置的气体的压力来获取和保持玻璃板而不与玻璃板 接触。
应当理解，上述总说明和以下详细说明提供了本发明的各实施例，并意在 提供理解其所要求的特性和特征的总览或框架。包括附图以提供对本发明的进
一步理解，附图包括在说明书中并构成说明书的一部分。附图示出本发明的示 例性实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理和操作。
7附图简述


图1是使用根据本发明实施例的玻璃搬运系统的示例性玻璃制造系统的
示意图。
图2A是图1的玻璃制造系统的一部分的侧视图，示出了移动式砧台机 (TAM)。
图2B是图1的玻璃制造系统的一部分的侧视图，示出了输送器。
图3A是根据本发明实施例的空气机械装置的侧剖视图。
图3B是图3A的空气机械装置的一部分的剖视图。
图4是根据本发明实施例的空气机械装置的剖视图。
图5A是根据本发明实施例的又一空气机械装置的剖视图。
图5B是图5A的空气机械装置的一部分的剖视图。
图6A是图1的玻璃制造系统的一部分的局部侧剖视图，其使用根据本发 明实施例的又一空气机械装置。
图6B是图1的玻璃制造系统的一部分的剖视图，示出用于通过接触方法 支承玻璃板的重量的至少一部分的装置。
图6C是图1的玻璃制造系统的一部分的剖视图，示出用于通过非接触方 法支承玻璃板的重量的至少一部分的另一装置。
图7A是图1的玻璃制造系统的一部分的正视图，示出图6A的空气机械 装置的使用是全框架布置。
图7B是图1的玻璃制造系统的一部分的正视图，示出图6A的空气机械 装置的使用是部分框架布置。
图8是图1的示例性玻璃制造系统的一部分的示意图，包括气温控制系统。
图9是图1的示例性玻璃制造系统的一部分的示意图，包括气流控制系统。
图IO是图1的示例性玻璃制造系统的一部分的示意图，包括位置控制系统。
图11是振动对比曲线图，通过其中在靠近玻璃板之前将所要求的最终气 压施加到空气机械装置的方法产生的振动与通过根据本发明实施例的、其中将 空气机械装置移动到距离玻璃板表面预定距离处然后随着空气机械装置朝向玻璃板表面移动压力逐渐上升的方法所产生的振动比较。
图12是常规空气机械装置和根据本发明实施例的空气机械装置的叠置剖
视图，示出相对于以下图13和14的各种基准表面。
图13是模拟空气速度曲线图，其来自相对于图12所示的基准表面没有圆 角下边缘的常规空气机械装置。
图14是模拟空气速度的曲线图，其来自相对于图12所示的基准表面具有 圆角下边缘的来自根据本发明实施例的空气机械装置的模拟空气速度。
图15是空气压力曲线图，其作为在装置的基准表面(相对于图12)和玻 璃板的相邻表面之间到常规空气机械装置和根据本发明实施例的空气机械装 置的径向中心轴线的径向距离的函数。
具体实施例方式
在下面的详细说明中，为了解释说明而非限制，阐述了解释多种特定细节 的示例实施例以提供对于本发明的完整理解。但是，本领域的普通技术人员会 理解，本发明可实施为不偏离本文所解释具体细节的其它实施例，同时具有本
发明的优点。此外，省略对已知装置、方法和材料的描述以使本发明的描述更 加清楚。最后，尽可能用相同的附图标记标示相同的构件。
熔融玻璃板成形工艺(例如下拉工艺)形成可用于像平板显示器那样的各 种装置的高质量薄玻璃板。熔融工艺是现今用于生产用在平板显示器中的玻璃 板的最佳技术。由熔融工艺形成的玻璃板与通过其它方法生产的玻璃板相比， 具有超级平坦和光滑的表面。以下简要描述使用熔融工艺来制造玻璃板的玻璃 制造系统100，但对于烙融工艺更详细的描述要参考美国专利第3,338,696号和 第3,682,609号。该两专利的内容以参见的方式纳入本文。
参照图l，示出示例性玻璃制造系统100的示意图，该系统使用熔融工艺 和本发明的玻璃搬运系统102来制造成品玻璃板106。如图所示，玻璃制造系 统IOO包括熔融容器110、提纯容器115、混合容器120 (例如搅拌室120)、 传送容器125(例如碗状物125)、熔拉机(FDM)140a、移动式砧台机(TAM)150、 输送器160和玻璃搬运系统102。熔融容器110就是引入大量玻璃材料(如箭 头112所示)并熔融形成熔融玻璃126之处。提纯容器115 (例如提纯管115)具有高温处理区域，该区域从熔融容器110接收熔融玻璃126 (在该位置未示
出)并在其中从熔融玻璃126去除气泡。提纯容器115通过提纯器到搅拌室的 连接管122连接到混合容器120 (例如搅拌室120)。混合容器120通过搅拌 室到碗状物的连接管127连接到传送容器125。传送容器125通过下导管130 将熔融玻璃126传送到FDM140a内，FDM140a包括入口 132、成形容器135 (例如同质管(isopipe) 135)和拉辊组件140。如图所示，来自下导管130的 熔融玻璃126流入入口 132，该入口 132通向成形容器135。成形容器135包 括接收熔融玻璃126的开口 136，熔融玻璃126流入槽137并然后溢流并沿成 形容器135的相对两侧138a和138b向下流动，然后在根部139处融合。根部 139就是成形容器135的相对两侧138a和138b会聚之处，且为熔融玻璃126 的两溢流壁在被拉辊组件140下拉以形成玻璃板105之前再结合(例如融合) 之处。TAM150将玻璃板105切成不同片的玻璃板106在该位置处，玻璃板106 很热一一显著高于室温。然后玻璃搬运系统102(且具体是改进的自动机械104) 获取切割好的玻璃板106并将玻璃板106从TAM150移动到输送器160，输送 器160位于拉曳底部区域内。该区域称为热BOD (HBOD)，因为玻璃板106 仍然很热。然后输送器160输送玻璃板106通过几个工艺步骤，玻璃板沿路冷 却。在输送器160的端部162 (称为冷端)，将玻璃板106与其它玻璃板106 包装在一起，因此可将它们送给客户。以下参照图2A-2B提供玻璃搬运系统 102和改进自动机械104的操作和不同部件的详细讨论。
参照图2A和2B，示出图1所示玻璃制造系统100的各部分的侧视图， 用于帮助解释改进的自动机械104怎样从TAM150获取切割好的玻璃板106 并将其移动到输送器160。如图所示，改进的自动机械104包括框架202和连 接到框架202的一个或多个空气机械装置204来联接并保持玻璃板106，并然 后将玻璃板106从TAM150移动到输送器160。在一实施例中，附加的空气机 械装置206与玻璃板106的外边缘或非质量区域接触并支承该区域。 一个或多 个空气机械装置204从供气单元(未示出)接收气体并将气体朝向中心部分或 玻璃板106的质量区域喷射，从而使一个或多个空气机械装置204能够支承和 保持玻璃板106的中心部分而不与玻璃板106的中心质量区域接触，同时将玻 璃板106从TAM105朝向输送器160移动。在图l-2所示实施例中，可采用附加的空气机械装置206，使附加装置206与玻璃板106的外边缘或非质量区域 接触并支承该区域。以下给出关于一个或多个空气机械装置204怎样能够获取 和保持玻璃板106的质量区域而不与玻璃板106的质量区域接触的说明。
空气机械装置204构造成使来自供气单元的气体流过装置204，从而在玻 璃板106的一侧上形成气体膜，从而使如果玻璃板106远离空气机械装置204 的面或拾取表面移动地太远，则可由从空气机械装置204喷射的气体形成的吸 力(伯努利吸力)来将玻璃板106拉回到空气机械装置206。并且，如果玻璃 板106太靠近空气机械装置204的拾取表面，则由从空气机械装置204喷射的 气体形成的排斥力就将玻璃板106推离空气机械装置204。吸力与排斥力之间 的平衡使空气机械装置204能够在给定位置处从一侧保持玻璃板106，而不必 与玻璃板106接触。
现有技术的空气机械装置尚未能提供为获取并可靠地保持住非常大的玻 璃板、例如靠近或超过10平方米的玻璃板所需要的保持力，尤其是以伯努利 原理工作的空气机械装置。常规伯努利空气机械装置在拾取表面(空气机械装 置的最靠近玻璃板的表面)上往往具有方形边缘，并在装置内包含较窄的气体 分布通道。在第一种情况下，方形边缘可能由于意外接触而损坏玻璃。当飞行 高度(拾取表面的最近位置与所获取的基材之间的距离)非常小(通常小于约 lOOpm)时更是如此，且拾取表面与拾取表面的平面并不大致平行，要注意， 对于从同质管下降的仍然热的玻璃带来说，带或板通常具有宽度方向的曲率。 这可能例如发生在当空气机械装置204与玻璃板106配合或脱开时。业已发现， 对于玻璃板的表面与近侧吸盘表面之间的角偏移小至2。的常规装置，常规伯努 利吸盘的边缘会在吸盘自身稳定并形成适当的飞行高度之前与玻璃板接触。在 第二种情况下，业已发现，拾取表面外周处的突变的(例如尖锐的)边缘会使 基材上的保持力降低。
图3A-3B示出的是根据本发明实施例的示例空气机械装置204。空气机械 装置204包括本体部分208，该本体部分208限定本体部分内的空腔210和用 于通过接头213接收来自供气单元的受压空气供给的至少一个入口端口 212。 较佳的是，受压气体为清洁的干空气。即，受压空气应当被过滤过且不含湿气 和/或油。为了说明而非限制，此后假设供给到空腔210的受压气体是空气。由于使用期间供给的气体连续从空气机械装置204流出，所以空气用作廉价、无 污染的工作流体。
本体部分208较佳地为圆柱形并包括纵向轴线216和与纵向轴线216同心 的外表面218。本体部分208还包括顶表面220和底表面或拾取表面222。入 口端口 212与空腔210流体连通。接头213可以是用于连接到供气管线(未示 出)的任何适当的常规接头。在某些实施例中，入口端口212与本体部分的纵 向轴线216同心。如示出图3A的圈内细节的图3B中所清楚示出的那样，至 少一个出口端口 228也与空腔210流体连通。拾取表面222较佳地为非平面的， 且如图3A所示，包括中心凹陷230。
根据本实施例，空气机械装置204还包括设置在凹陷230中心内的流动引 导件或分配盘232。分配盘232通常为圆形，其中心轴线与纵向轴线216重合， 并可通过将盘结构的一部分压入本体部分内的适当的匹配结构内而附连到本 体部分208。例如，分配盘232可在其表面上包括圆柱形基座233，该基座压 入本体部分208内适当形状开口 235内。该配合应当足够紧，从而在空气机械 装置204工作期间将分配盘232保持到本体部分208。
分配盘232还包括沟槽或分配通道236，用于分配通过至少一个出口端口 228从空腔210接收的受压空气。较佳的是，分配通道236设置在盘的与组装 好的空气机械装置204的本体部分208相邻的"上"表面内，如图3B所示。因 此，至少一个出口端口 228将空腔210与分配通道236连接。来自空腔210的 受压气体(例如空气)通过出口端口 228馈送到分配通道236，此后空气循环 通过该处并从分配盘236与拾取表面222之间的较窄间隙238流出分配通道 236，进入凹陷230内。输出端口 228可以是与纵向轴线216同心的本体部分 208上的单个开口。但本体部分208也可包括多个分开的出口端口 228，从而 使分配通道236也可被供以来自围绕分配通道的周界的多个位置的受压气体。 在某些实施例中，出口端口 228是与轴线216同心的单个环形端口。如果使用 多个出口端口，则出口端口可以例如围绕纵向轴线216等距分布。例如，多个 出口端口 228可围绕纵向轴线216以诸如每30。的等角间距构造，并到纵向轴 线216距离相等。但是，角间距不一定要相等，或者多个气体出口端口到轴线 216距离不一定相等。当供给的气体流过玻璃板106与空气机械装置204的拾取表面222之间的 小间隙240时，其流动较快，动压p^增加，其中p为气体密度且U为气体 速度。动压戶^/2的增加意味着根据伯勞利方程尸+ ^^/2=0静压降低。由于静 压降低产生负压或真空，籍此空气机械装置204可将玻璃板106保持住。
为了确保从分配通道236进入凹陷230的大致均匀的空气流，需要空腔 210具有较大容积。即，空腔210应当用作集气器以防止流入分配通道236的 气流冲击。根据某些实施例，空腔210是圆柱形的，其纵向轴线与纵向轴线216 重合，使得空腔230与本体部分208共用纵向轴线216。此外，纵向轴线216 与分配盘232的中心重合，使得本体部分208和盘232共用纵向轴线216。此 后，纵向轴线216解释为本体部分208、空腔210和分配盘232中每个的中心 轴线。空腔210的最大直径D应当至少与分配盘232的最大直径D'相同，且 空腔210的直径较佳地大于分配盘232的直径。
业已发现，分配盘232的直径越大，可获得的保持力就越大。较佳的是， 分配盘232的直径D'至少约13mm，更佳地至少约15mm。
业已发现，如果本体208的下部具有圆角边缘，则可获得保持力的增加。 即，本体208的轴向边缘242较佳地为圆角，从而外表面218顺滑地并入或弯 曲到拾取表面222而没有任何尖锐边缘。例如，在一实施例中，边缘242包括 约0.3cm的曲率半径。相信圆角边缘242会使由空气机械装置抓取的玻璃板106 的表面与拾取表面222之间的空气流动稳定，由此有助于使流动速度和压力基 本上均匀。这又可增加空气机械装置的保持能力。此外，圆角边缘242还有助 于防止空气机械装置在靠近目标物体时倾斜或歪斜时与目标物体接触。例如， 如果空气机械装置移动靠近玻璃板，使得拾取表面222相对于玻璃板大致不平 行或倾斜(或相反)，就有空气机械装置的边缘与玻璃板接触并损坏玻璃板的 危险。圆角边缘242可使空气机械装置与目标物体之间接触的风险最小。
模拟结果显示，通过包含圆角边缘，与相同的具有尖锐边缘(即，其中表 面218与拾取表面222之间基本上以90度相交)的空气机械装置相比，流出 拾取表面和玻璃板106之间界面区域240的空气的速度降低。业已发现，当空 气高速流出界面间隙240时，空气在尖锐边缘附近变成紊流，造成玻璃板的振 动。此外，当存在尖锐边缘时，空气流出界面间隙240的阻力更大，这致使空气机械装置204的保持力(例如提升力)降低。
空气机械装置206的构造可类似于空气机械装置204，但还可包括设置在 拾取表面222内或该表面上的支脚246 (图4)，使得玻璃板106保持在到拾 取表面222预定距离处。支脚246还提供抵靠玻璃板的侧向摩擦力，从而防止 玻璃板非水平时玻璃板的侧向运动。例如，支脚246可以是插入拾取表面222 内的适当孔内的橡胶"支脚"，使得各支脚从拾取表面222延伸预定距离。图4 示出空气机械装置206的剖视图。较佳的是，支脚246包括比玻璃板软的弹性 材料，从而使玻璃板106的表面不会由于与支脚接触而受损。还理想的是，每 个支脚在拾取表面222上方延伸的距离使得由从空气机械装置204流出的空气 施加到玻璃板106上的力不超过由环境空气施加到玻璃板上的力，使得玻璃板 被强制抵靠支脚并牢固固定。或者，可使用与玻璃板的非质量边缘接触的边缘 夹来防止玻璃板的侧向移动。
在图5A-5B所示的另一实施例中，可用至少一个空气机械装置304来代 替空气机械装置204。空气机械装置304包括本体部分308，该本体部分309 限定本体内的空腔和用于接收来自气体源(未示出)的受压气体供给的至少一 个入口端口312。本体部分308较佳地包括纵向轴线316和底部或拾取表面322。 入口端口 312与空腔310流体连通，并可装备任何适当的常规接头313来连接 到受压流体供给管线。较佳的是，入口端口312与本体部分的纵向轴线316同 心。
至少一个出口端口 328也与空腔310流体连通。较佳的是，受压气体是清 洁的干空气，并通过空气端口312接收在空腔310内。即，受压气体应当被过 滤过且不含湿气和/或油。由于使用期间受压气体连续从空气机械装置304流 出，所以空气可用作廉价、无污染的工作流体。
根据本实施例，拾取表面322较佳地为非平面的，且如图5A所示，包括 中心凹陷330。空气机械装置304还包括设置在凹陷330内中心的分配盘332。 分配盘332通常为圆形，其中心轴线与纵向轴线316重合，并可通过将盘结构 的一部分压入本体部分内适当的匹配结构内而附连到本体部分308。例如，.分 配盘332可在其上表面上包括圆柱形基座，该基座压入本体部分334内适当形 状的凹陷内。该配合应当足够紧，从而将分配盘332保持到本体部分308。分配盘332还包括沟槽或分配通道336，用于分配来自空腔210的受压空 气，如图5B所清楚示出的那样。较佳的是，分配通道设置在盘的与组装好的 空气机械装置304的本体部分308相邻的"上"表面内。因此，至少一个出口端 口 328将空腔310与分配通道336连接。来自空腔310的受压气体通过出口端 口 328馈送到分配通道336，此后空气循环通过该处并从分配盘332与拾取表 面322之间流出分配通道336，进入凹陷330内。在某些实施例中，输出端口 328可以是与纵向轴线316同心的本体部分308上的单个环形开口 。但是本体 部分308也可包括多个分开的出口端口 328，从而使分配通道336也可被供以 来自围绕分配通道的周界的多个位置的受压气体。出口端口可以例如围绕纵向 轴线316等距分布。例如，多个出口端口 328可以围绕纵向轴线316以等角间 距构造。
为了确保从分配通道336进入凹陷330的大致均匀的空气流，需要空腔 310具有较大容积。即，空腔310应当用作集气器以防止流入分配通道336的 气流冲击。根据某些实施例，空腔310是圆柱形的，其纵向轴线与纵向轴线316 重合，使得空腔310与本体部分308共享纵向轴线。此外，纵向轴线316与分 配盘332的中心重合，使得本体部分308和盘332共享纵向轴线。此后，纵向 轴线316诠释为本体部分308、空腔310和分配盘332中每个的中心轴线。空 腔210的最大直径d应当至少与分配盘332的最大直径d'相同，且空腔310的 直径d较佳地大于分配盘332的直径d'。
根据本发明，空气机械装置304还可包括围绕本体部分308的周界设置的 环形多孔材料338和围绕多孔材料的一部分设置的封闭件340。多孔材料338 可包括能够提供围绕本体部分308的周界分布的空气流出，而尤其流过多孔材 料338的底表面339的任何适当材料。例如，多孔材料338可包括石墨，或者 是诸如烧结青铜之类的多孔烧结金属。或者，多孔材料338可包括环形盘，该 环形盘限定用于空气流出通过的多个出口。出口的数量可以是成百上千个，以 确保空气的均匀分布。
封闭件340包括至少一个开口或端口 342，接头344附连在该端口内以接 收受压空气的供给，并适于使多孔材料338的底表面或面339露出(即不被封 闭件340覆盖)。因此，通过配件344引入封闭件340的受压空气可通过多孔
15材料338的露出面339逸出。在较佳实施例中，封闭件340包括若干入口端口 ， 如图5A所示，从而确保空气更均匀地供给到多孔材料。
从多孔材料338的露出面339流出的受压空气提供抵靠玻璃板106的力， 从而有助于确保玻璃板不与多孔材料的边缘接触。这可能例如发生在空气机械 装置相对于玻璃板倾斜时。此外，多孔材料338的外侧边缘346可以圆角的， 类似于前述实施例，从而进一步确保空气机械装置的边缘不与玻璃板接触。如 前述实施例中那样，图5B示出图5A中圈住的细节部分，且具体是盘332周 围的结构。
应当理解，空气机械装置可具有除了图3A、 3B和5A、 5B所示构造(即 装置204、 304)之外的其它构造。例如， 一个或多个空气机械装置可以是平板 型，包括压力端口和真空端口 ，诸如New Way⑧空气轴承公司(New Way Air Bearings)出售的平板空气机械装置。实际上，如果使用平板空气机械装置， 它们可用于放平装置附近区域内的玻璃板106。例如，可采用平板空气机械装 置来保持和放平刻划线附近的玻璃板106，从而改进刻划质量，且改进玻璃板 随后的分割。随着玻璃板的尺寸越来越大，通过使用这种面板尺寸的空气机械 装置在刻划和分割操作期间来放平玻璃板可有效地改进这些工艺。
因而，图6A示出多个新波(NewWave)型平板空气机械装置360。这种 空气机械装置通常包括大致平面的拾取表面，该拾取表面包括压力端口 362和 真空端口 366，压力端口用于如箭头364所示从供气源接收受压气体，真空端 口 366如箭头368所示由真空源施加真空。真空端口施加保持力，同时压力端 口朝向玻璃板的表面排出气体，因此施加排斥力。通过平衡保持力和排斥力， 可将玻璃板固定在离开空气机械装置的表面的预定位置处。如图6A所示，框 架202包括附连到其上的多个空气机械装置360、用于支承玻璃板106的重 量的至少一部分的支承件370、以及用于在通过至少一个空气机械装置360获 取玻璃板期间用于约束玻璃板106的侧向移动并提供引导功能的凸片372。有 利的是，可为多个空气机械装置360提供不同的气体压力和/或不同量的真空来 改变玻璃板106的飞行高度。例如，从熔融下拉装置拉出的玻璃板通常包括加 厚的边缘部分，因此，理想的是能够调节玻璃板的飞行高度来适应这些加厚区 域。凸片372较佳地为可变形的或者是柔性的(例如弹性的)，且可由例如天 然或合成橡胶制成。或者，凸片372可以是刚性但可动的，诸如是铰接和弹簧 加载的。
支承件370可例如包括带沟槽或通道的构件374 ，该构件由附连到框架202 的弹性或柔性件376支承，如图6B所示。构件376可包括例如弹簧。然后玻 璃板106的至少一部分重量可通过与通道构件374的实体接触来支承。或者， 支承件370可包括多孔材料378，可为多孔材料供以受压气体以通过玻璃板106 的边缘来支承玻璃板106，如图6C所示。从多孔材料378流出(由箭头370 标示)的受压气体使玻璃板106浮起，为玻璃板106提供非接触重量支承。
空气机械装置360可以是"全框架"，意思是空气机械装置跨越玻璃板106 的一侧的基本上整个表面区域，如图7A所示；或者空气机械装置360可布置 在部分框架内，从而它们支承并加固玻璃板的外部区域同时保留玻璃板106的 中心部分不受支承，如图7B所示。图7B的布置示出定位成框架状布置的多 个空气机械装置360，使该布置的中心部分382没有空气机械装置。框架状布 置可减轻由自动机械104所必须支承的装置的重量。
为了辅助改进自动机械104，且具体是空气-机械装置204 (和/或206、 304 或360)，在搬运玻璃板106时，可将流出空气机械装置的气体加热到与玻璃 板106的温度相符，玻璃板在其从TAM150移动到输送器160时冷却，从而避 免在玻璃板106上形成暂时的翘曲。对于厚度不均匀的玻璃板106 (诸如通常 由熔融拉伸机器140a生产的沿垂直边缘具有巻边的玻璃板)来说更是如此。 试验显示，当流出空气机械装置的气体温度与玻璃板106的温度不相符时，会 由于热力而在玻璃板106中引起相当大的翘曲。为了进一步简化讨论，以下就 空气机械装置204和/或206来进行说明，应当理解，所揭示的特征也可用于本 文描述的其它空气机械装置。
暂时翘曲会显著降低空气机械装置204的效率。热力引起的玻璃板106 上的翘曲还可改变附加空气机械装置206与玻璃板106之间的相互作用。此外， 热力引起的玻璃板106上的翘油会产生应力，该应力又可能引起裂缝在切割好 的玻璃板106内传播。该裂缝可源于沿玻璃板106的边缘之一的裂纹或玻璃板 106的本体内的任何裂纹。此外，由于玻璃板106内的温度梯度而热力引起的应力又会引起裂缝在切割好的玻璃板106内传播。
为了解决该问题，玻璃搬运系统102可包括温度控制系统402 (图8)， 该系统可调节从空气机械装置206朝向玻璃板106喷射的气体的温度，使得从 空气机械装置206喷射的气体的温度大致与玻璃板106的当前温度相符。同样， 还应当注意，玻璃板106在其由改进的自动机械104从TAM150移动到输送器 160时持续冷却。这样，温度控制系统402需要不断地将从空气机械装置204 喷射的气体的温度降低以与移动的玻璃板106的温度相符。以下参照图8来就 温度控制系统402可怎样调节从空气机械装置204喷射的气体的温度作详细讨 论。
参照图8，示出玻璃搬运系统102的实施例的基本部件的框图，玻璃搬运 系统包括改进的自动机械104和温度控制系统402。如图所示，温度控制系统 402包括温度控制器404、气体加热器406和温度测量装置408和410。第一温 度测量装置408测量玻璃板106的温度。而第二温度测量装置410在与空气机 械装置204喷射的气体所撞击的区域大致相同的位置处测量玻璃板106的温 度。或者，第二温度测量装置410可测量从空气机械装置204喷射的气体的温 度。温度控制器404从温度测量装置408和410接收测量的温度，并然后控制 气体加热器406上的设定点来加热从供气单元412所接收的气体，使得从空气 机械装置204喷射的气体的温度与玻璃板106的当前温度相同或稍大或稍小， 例如大致相符。实践中，从空气机械装置204喷射的气体温度可稍微小于玻璃 板106的当前温度，从而等同于对玻璃板106的其余部分通过自然对流来提供 冷却。温度控制系统402的另一目的在于可有助于在改进的自动机械104获取 玻璃板期间限制玻璃板106的移动。
在一实施例中，第一和第二温度测量装置408和410位于玻璃板106的、 与一个或多个空气机械装置204相同的一侧上。第一温度测量装置408应当不 与玻璃板106接触，且应当位于不受从空气机械装置204喷射的气体影响的区 域内。而第二温度测量装置410应当不与玻璃板106接触，且应当位于受从空 气机械装置204喷射的气体影响的区域内。当然，空气机械装置204的热力影 响温度测量(从空气装置排出的气体温度或玻璃温度)应当是精确的。假设气 体排出温度用作反馈度量，则就必须将该温度"校准"到玻璃板106的温度以适
18当地对温度控制器104编程。
气体加热器406可选择成能够改变从空气机械装置204排出的气体温度， 从而几乎同时与玻璃板106的当前温度相符。这意味着，气体加热器406应当 具有低的热惯量和相对短的响应时间，因为玻璃板106的温度会下降得非常快。 当然，气体加热器406应当不产生颗粒或其它污染物、或者将它们运送到玻璃 板106的表面。
图8中还示出中心计算机414 (选用的)，其可用于辅助控制温度控制器 404并还可用于辅助控制选用的三通阀416的运作。可控制三通阀416使从气 体加热器406喷射的气体能够进入或旁通经过空气机械装置204。三通阔416 可构造成当不生产玻璃板106时旁通气体或防止气体进入空气机械装置204， 从而降低对TAM150附近环境的影响。三通阀416还可构造成当装置204靠近 TAM150下方拉出的玻璃板105时以及当装置204将切割好的玻璃板106释放 到输送器时旁通气体或防止气体进入空气机械装置204。或者，可手动操作三 通阀416。
参照图9，示出了玻璃搬运系统102的另一实施例的基本部件的框图，该 系统除了改进的自动机械104和温度控制系统402外还包括流动控制系统502。 如图所示，流动控制系统502包括流动控制器504和流动传感器506，它们共 同作用来控制从空气机械装置204以及选用的空气机械装置206所喷射的气体 的流率。流动控制系统502在几个方面是有帮助的。首先，当改进的自动机械 104获取玻璃板106且当其与玻璃板106配合时，可利用该系统。在获取过程 中，流动控制器504可逐渐增加气体流到空气机械装置204、 206的流量，从 而朝向空气机械装置204、 206顺滑地移动玻璃板106。在脱开配合的过程中， 流动控制器504可逐渐减小气体流到空气机械装置204、 206的流量，从而将 玻璃板106顺滑地移离空气机械装置。该类型的流动控制可能是较佳的，因为 如果仅使气体循环到空气机械装置204、 206并离开，则玻璃板106可快速朝 向空气机械装置204、 206移动并产生接触损坏和/或过度振动。其次，气体流 动的控制也可用于精调玻璃板106相对于空气机械装置204、 206的位置。中 心计算机414可用于控制流动控制器504的运作。
参照图10，示出了玻璃搬运系统102的第三实施例的基本部件的框图，该系统除了改进的自动机械104和温度控制系统402和流动控制系统502外还 包括位置控制系统602。如图所示，位置控制系统602包括位置控制器604和 位置传感器606，它们共同作用来控制从空气机械装置204、 206喷射的气体的 流率和/或温度，从而根据预定指令控制玻璃板106相对于空气机械装置204、 206的位置，或空气机械装置到玻璃板106的位置。运行时，位置控制传感器 604从位置传感器606接收指示玻璃板106的位置的信号并然后将一个或多个 控制信号发送给流动控制器502和/或温度控制器402来根据预定指令控制和改 变玻璃板106相对于空气机械装置204、 206的位置或空气机械装置经由自动 机械104到玻璃板106的位置。这样，位置控制器604可控制玻璃板106与空 气机械装置204、 206之间的间隙大小。中心计算机414可用于控制位置控制 器604的运行。
控制玻璃板106的位置的该方法可用于改进自动机械104获取和移动玻璃 板106的能力。具体地说，板位置控制器604可用于控制由空气机械装置204 和/或206产生的力，从而将玻璃板106保持在相对于空气机械装置204和/或 206的表面222的固定位置，同时又考虑到垂直于移动玻璃板106的方向的负 载的变化。该负载包括当改进的自动机械104使玻璃板106移动并斜过各种角 度时所施加的重力。该负载还包括当改进的自动机械104使玻璃板106以变化 的速度移动并斜过环境空气时形成的气动阻力。
根据本发明的各实施例配合和移动玻璃板106的较佳方法的基本步骤开 始于改进的自动机械104使用支承和保持玻璃板106而不与玻璃板106接触的 至少一个空气机械装置204 (或304或360)与玻璃板106配合并移动玻璃板 歸。
温度控制系统402可用于调节从空气机械装置204朝向玻璃板106喷射的 气体的温度，使得从空气机械装置204喷射的气体的温度与玻璃板106的温度 大致相符。以上参照图8描述了关于示例温度控制系统402的详细讨论。
流动控制系统502可用于控制从空气机械装置204喷射的气体的流率，使 得空气机械装置204可有效地获取玻璃板106并与玻璃板106脱开。以上参照 图9描述了关于示例流动控制系统502的详细讨论。
位置控制系统602可用于控制从空气机械装置204喷射的气体的流率和/或温度，从而控制玻璃板106相对于空气机械装置204 (例如自动机械104) 的位置，或者，控制空气机械装置204 (例如自动机械104)相对于玻璃板106 的位置。以上参照图10描述了关于位置控制系统602的详细讨论。例如，位 置控制系统602和流动控制系统502可一起工作，从而传送到空气机械装置204 的气体压力随着空气机械装置204朝向(远离)玻璃板106移动而上升(或下 降)。因此，空气机械装置204可顺利地获取玻璃板106 (或与玻璃板106脱 开)，从而使玻璃板的振动最小。振动最小是在拉伸区域底部处分割玻璃板期 间所使用的输送系统的非常理想的特性。在自动机械104 (以及空气机械装置 204)配合期间和玻璃板分割之前玻璃板的振动可向上传播到玻璃的粘性区域， 并会对玻璃板的形状产生不利影响。因此，振动最小是有利的优点。在一实施 例中，自动机械104将空气机械装置204定位在到玻璃板106的表面约lmm 至约5mm的范围内。然后自动机械104将空气机械装置204朝向玻璃板204 移动，同时流动控制系统502和位置控制系统602诸如通过中心计算机414协 调，从而增加供给到空气机械装置204的气体压力，直到供给的压力与由位置 控制系统602确定的所要求的工作距离(飞行高度)相对应为止。 实例1
在一试验中，如图11所示，空气机械装置204通过自动机械104移动到 距离玻璃板106的表面超过5mm距离处的位置。将通到空气机械装置204的 压力增加到所要求的工作压力，且然后将空气机械装置204移动到玻璃板106 的表面上方适当的飞行高度。g卩，空气机械装置在到达所要求的飞行高度之前 已经达到适当的工作压力。曲线700显示该情况下位移(振动)作为时间函数 的曲线图。重复该试验，只是在施加到空气机械装置204的压力在开始压力上 升(增加)到所要求的工作压力之前已先达到玻璃板表面的约3mm内。曲线 702示出位移对时间的类似曲线图。曲线702示出振动的显著下降。
本领域的技术人员从上文中可容易地理解，利用改进的自动机械104和空 气机械装置204以及空气机械装置206来获取和移动玻璃板106的玻璃搬运系 统102与仅使用吸杯来获取和移动玻璃板106的常规自动机械相比有显著改 进。因为改进的自动机械104能够获取和保持玻璃板106的中心部分和玻璃板 106的外部边缘，所以该改进是可能的，而常规自动机械仅能获取和保持玻璃板106的外部边缘。 实例2
使用FLUENT软件来模拟流出使用伯努利原理的常规空气机械装置的拾 取表面与改进的空气机械装置之间的空气的速度，从而更好地理解由速度引起 的紊流能够引起玻璃板的振动。在图12的帮助下可更好地理解该试验。常规 空气机械装置800是Rexroth NCT60装置。改型的装置802是相同的装置，但 具有曲率半径约1/8英寸(0.3175cm)的带圆角的下边缘(拾取表面边缘)804。 假设两个装置都以6巴的入口压力供以空气。在每个装置的基准表面808处流 出间隙806的空气的速度分别绘制在图13和14中，以米/秒为单位的速度是到 玻璃板106的表面810的距离Z的函数(沿x轴线负方向的移动是沿远离玻璃 板的方向的)。图13中的曲线812、 814、 816和818分别表示到常规空气机 械装置800的表面808的四个径向距离S: 10cm、 20cm、 30cm和35cm处的、 作为到玻璃表面810的距离的函数的速度。图14中的曲线820、 822、 824和 826分别表示到改进的空气机械装置802的表面808四个径向距离S: 10cm、 20cm、 30cm和35cm处的、作为到玻璃表面810的距离的函数的速度。如图 所示，用于改进装置的速度曲线820、 822、 824和826显示，与常规装置相比， 对四个位置(到表面808的)其速度都减小，表示能够降低紊流并因此降低板 的振动，且用于抵靠该玻璃板的间隔装置之间的相互作用较小(且因此与常规 装置相比能够使用间隔减小的多个改进的装置)。
实例3
使用FLUENT软件，分别对实例2的常规和改进的装置800和802模拟 抵靠玻璃表面810的压力，并还参照图12。图15中绘出的数据是作为到装置 中心的径向距离(以米为单位)的函数的、以帕斯卡为单位的压力，其中x-轴线上的零值表示装置的中心轴线C。假设间隙806为0.0005m。曲线828表 示作为径向距离的函数的常规装置800的压力，而曲线830则表示作为径向距 离的函数的改进的装置802的压力。表面808对应于x-轴线上0.03m的位置。 如从数据中可以看出的，常规装置在约0.024m的径向位置处经受显著的正压 "上升"，而改进的装置802则显示在该位置仅有很小的正压，因此得出结论， 改进的装置(和圆角边缘)可提供较大的保持力。应当强调，本发明的上述各实施例，尤其是任何"较佳"实施例仅是实施方 式的可能实例，仅是为了清楚理解本发明的原理而阐述的。例如，尽管以上说 明涉及到搬运拉伸区域底部处的玻璃板，但本发明的各实施例也可用在其它 的、必须搬运较大薄玻璃板时。可对本发明的上述各实施例作出多种改型和更 改而基本上不脱离本发明的精神和原理。所有这些更改和改型都应包括在本公 开和本发明以及以下权利要求书所保护的范围内。
权利要求
1.一种空气机械装置，包括本体部分，所述本体部分包括用于接收气体的入口；空腔，所述空腔由所述本体部分限定，并与所述入口流体连通以均衡所述气体的速度；出口孔，所述出口孔与所述空腔流体连通以排出所述气体；分配盘，所述分配盘用于分配通过所述出口孔排出的所述气体；以及其中所述空腔的半径等于或大于所述分配盘的半径。
2. 如权利要求1所述的空气机械装置，其特征在于，所述本体部分包括拾取表面，且所述拾取表面的外边缘是圆角的。
3. 如权利要求2所述的空气机械装置，其特征在于，所述外边缘的曲率半径为至少约0.3cm。
4. 如权利要求1所述的空气机械装置，其特征在于，所述拾取表面是非平面的。
5. 如权利要求1所述的空气机械装置，其特征在于，还包括设置在所述本体部分周围的适于排出气体的多孔环形区域。
6. 如权利要求l所述的空气机械装置，其特征在于，所述多孔环形区域外边缘的曲率半径为至少约0.3cm。
7. —种用于输送玻璃板的系统，包括自动机械，所述自动机械包括多个空气机械装置，所述空气机械装置支承并保持住所述玻璃板而不与所述玻璃板接触，所述多个空气机械装置中的每个包括限定有设置在其内的空腔的本体部分、与所述空腔流体连通以分别接收和排出气体的入口孔和出口孔、以及用于分配所述排出气体的分配盘；温度控制系统，所述温度控制系统用于调节从所述多个空气机械装置喷射的气体的温度；以及其中所述空腔的半径等于或大于所述分配盘的半径。
8. 如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述空气机械装置还包括设置在所述本体部分周围的多孔环形区域。
9. 如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述本体部分包括拾取表面，且所述拾取表面边缘的曲率为至少约0.3cm。
10. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述多孔环形区域边缘的曲率半径为至少约0.3cm。
11. 如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括用于测量所述空气机械装置相对于所述玻璃板的位置的位置传感器。
12. —种用于输送基材的装置，包括自动机械；多个空气机械装置，所述空气机械装置连接到所述自动机械，所述多个空气机械装置中的每个包括限定有设置在其内的空腔的本体部分、与所述空腔流体连通以分别接收和排出气体的入口孔和出口孔、用于分配所述排出气体的分配盘、以及拾取表面；以及其中所述空腔的直径等于或大于所述分配盘的直径。
13. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述拾取表面的边缘是圆角的。
14. 一种用于配合和输送玻璃板的装置，包括自动机械，所述自动机械包括多个空气机械装置，所述多个空气机械装置连接到所述自动机械以朝向所述玻璃板的表面喷射气体，所述多个空气机械装置与所述玻璃板的整个外周界相邻并大致支承所述整个外周界，由此将所述玻璃板放平；以及温度控制系统，所述温度控制系统用于调节从所述多个空气机械装置喷射的气体的温度。
15. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述多个空气机械装置与所述玻璃板的整个表面相邻并大致支承所述整个表面。
16. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述每个空气机械装置包括对其施加真空的真空端口。
17. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括多孔件，所述多孔件适于接收和排出气体以支承所述玻璃板的边缘而不与所述玻璃板接触。
18. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括带通道的构件，所 述构件用于支承所述玻璃板的边缘。
19. 一种获取玻璃板的方法，包括提供玻璃板，所述玻璃板具有相对的第一侧和第二侧以及大致垂直 于所述两侧的边缘；移动空气机械装置，使得所述空气机械装置的拾取表面处于靠近所 述玻璃板的所述第一侧的引导位置;以及将所述拾取表面从所述引导位置沿朝向所述玻璃板的第一侧的 方向移动，同时增加施加到所述空气机械装置的气体的压力来获取和保持 住玻璃板而不与所述玻璃板接触。
20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述引导位置到所述玻璃 板的所述表面不超过约3mm。
21. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述提供玻璃板包括通过 熔融下拉工艺形成所述玻璃板。
22. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括在从所述引导位置 移动所述拾取表面之后刻划和分割所述玻璃板。
全文摘要
一种利用改进的非接触提升装置来输送玻璃基材的方法。非接触提升装置采用伯努利效应来形成玻璃基材两侧间的压差。本发明的伯努利装置包括增加的保持力或提升力，并降低装置相对于玻璃基材表面的平面倾斜时装置与玻璃基材之间接触的几率。
文档编号B65G47/91GK101678968SQ200880017199
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月22日 优先权日2007年5月25日
发明者B·R·拉贾, N·周, S·O·奥乌苏, W·罗, Y·G·潘, Y·孙 申请人:康宁股份有限公司