DE102024118900A1

DE102024118900A1 - Device for gripping objects

Info

Publication number: DE102024118900A1
Application number: DE102024118900.2A
Authority: DE
Inventors: Jonas Mazal; Sinan Sarikaya
Original assignee: VEB Carl Zeiss Jena GmbH; Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG; Carl Zeiss Jena GmbH
Priority date: 2024-07-03
Filing date: 2024-07-03
Publication date: 2026-01-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Greifen von Objekten, mit einer Düse, die einen Düsengrundkörper mit einem Lufteinlass und einer Auslassdüse aufweist, wobei der Düsengrundkörper im Bereich der Auslassdüse eine Greiffläche aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Greiffläche nicht in einer Ebene liegt The invention relates to a device for gripping objects, comprising a nozzle with a nozzle body having an air inlet and an outlet nozzle, wherein the nozzle body has a gripping surface in the region of the outlet nozzle. According to the invention, the gripping surface is not located in a plane.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Greifen von Objekten, mit einer Düse, die einen Düsengrundkörper mit einem Lufteinlass und einer Auslassdüse aufweist, wobei der Düsengrundkörper im Bereich der Auslassdüse eine Greiffläche aufweist.The invention relates to a device for gripping objects, with a nozzle having a nozzle body with an air inlet and an outlet nozzle, wherein the nozzle body has a gripping surface in the area of the outlet nozzle.

2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the state of the art

Derartige Greifvorrichtungen, die beispielsweise als Bernoulli-Greifvorrichtung ausgebildet sein können, werden als Endeffektoren in Robotereinheiten verwendet. Mit solchen Greifern ist es prinzipiell möglich, Objekte, die extrem berührungsempfindlich sind - wie beispielsweise Halbleiter-Wafer - zu greifen. Dabei wird Druckluft radial durch einen Spalt zwischen der Kontakt- oder Greiffläche der Greifvorrichtung und der Oberfläche des Wafers geleitet. Diese Strömung erzeugt lokal einen Unterdruck, mit dem der zu greifende Wafer in einem Abstand von mehreren Millimetern bis zu Bruchteilen eines Millimeters gehalten werden kann. Auf diese Weise können üblicherweise drei von sechs Freiheitsgraden des Wafers gesperrt werden. Dabei handelt es sich um einen translatorischen Freiheitsgrad senkrecht zu der Greiffläche sowie um zwei rotatorische Freiheitsgrade, deren Rotationachsen in der Ebene der Greiffläche liegen.Such gripping devices, which can be designed as Bernoulli grippers, for example, are used as end effectors in robot units. In principle, these grippers can grasp objects that are extremely sensitive to touch, such as semiconductor wafers. Compressed air is directed radially through a gap between the contact or gripping surface of the gripping device and the surface of the wafer. This flow creates a local vacuum, which allows the wafer to be held at a distance of several millimeters down to fractions of a millimeter. In this way, three of the wafer's six degrees of freedom can typically be locked. These consist of one translational degree of freedom perpendicular to the gripping surface and two rotational degrees of freedom whose axes of rotation lie in the plane of the gripping surface.

Trotz des Greifens durch die Greifvorrichtung kann der Wafer entlang der ebenen Greiffläche driften und kann sich um eine Achse drehen, die senkrecht zu der Greiffläche liegt. Aufgrund der nicht gesperrten Freiheitsgrade ist also kein formschlüssiges Greifen möglich. Dieses Problem wird üblicherweise dadurch gelöst, dass zusätzliche mechanische Kontaktfläche wie beispielsweise Stopper oder Anschläge vorgesehen sind, an denen der Wafer anliegt und so am Driften oder Verdrehen gehindert wird.Despite being gripped by the gripping device, the wafer can drift along the flat gripping surface and rotate around an axis perpendicular to the gripping surface. Due to the unblocked degrees of freedom, a positive-locking grip is not possible. This problem is typically solved by providing additional mechanical contact surfaces, such as stoppers or stops, against which the wafer rests, thus preventing it from drifting or rotating.

Diese Lösung bringt allerdings wiederum Nachteile mit sich. Es besteht eine Gefahr der Beschädigung oder der Verschmutzung/Kontamination der Oberfläche des zu greifenden Objekts. Zusätzlich kann es erforderlich sein, dass das Objekt wie beispielsweise der Wafer nach dem Handling (erneut) gereinigt oder vor dem Handling vorbereitet werden muss, beispielweise durch Anbringen einer Schutzfolie o.ä. Dies ist zeitaufwändig und ressourcenintensiv.However, this solution also has its drawbacks. There is a risk of damaging or contaminating the surface of the object being handled. Additionally, the object, such as a wafer, may need to be cleaned (again) after handling or prepared before handling, for example by applying a protective film or similar. This is time-consuming and resource-intensive.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Greifen von Objekten anzugeben, welche die genannten Nachteile lindert und insbesondere ein Greifen von Objekten unter Sperrung zumindest eines weiteren Freiheitsgrades, insbesondere ohne direkte Berührung des zu greifenden Objekts, ermöglicht.It is an object of the invention to provide a device for gripping objects which alleviates the aforementioned disadvantages and in particular enables the gripping of objects while blocking at least one further degree of freedom, especially without direct contact with the object to be gripped.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.This problem is solved by a device according to independent claim 1.

Die Vorrichtung zum Greifen von Objekten weist eine Düse auf, die einen Düsengrundkörper mit einem Lufteinlass und einer Auslassdüse aufweist, wobei der Düsengrundkörper im Bereich der Auslassdüse eine Greiffläche aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Greiffläche nicht in einer Ebene liegt.The object gripping device comprises a nozzle with a nozzle body having an air inlet and an outlet nozzle, the nozzle body having a gripping surface in the area of the outlet nozzle. According to the invention, the gripping surface is not located in a plane.

Dies hat den Vorteil, dass auf diese Weise eine Lateralverschiebung des zugreifenden Objekts entlang der Greiffläche nicht möglich ist. Somit ist zumindest ein weiterer Freiheitsgrad gesperrt. Je nach Ausgestaltung der Greiffläche kann es sogar erreicht werden, dass alle Freiheitsgrade gesperrt und das Objekt ohne weitere Berührung gegriffen werden kann. Dabei kann die Greiffläche zusammenhängend sein oder auch aus voneinander getrennten Teilflächen aufgebaut sein.This has the advantage that lateral displacement of the grasping object along the gripping surface is impossible. Thus, at least one additional degree of freedom is blocked. Depending on the design of the gripping surface, it is even possible to block all degrees of freedom and grasp the object without any further contact. The gripping surface can be continuous or composed of separate sub-surfaces.

Zusätzlich oder alternativ kann die Greiffläche Teilflächen aufweisen, die in sich eben sind. In diesem Fall sind die Teilflächen so orientiert, dass die sich aus den Teilflächen zusammensetzende gesamte Greiffläche nicht in einer Ebene liegt. Die Teilflächen der Greiffläche können zusammenhängend sein oder nicht unmittelbar aneinandergrenzen. Die einzelnen Teilflächen müssen nicht alle eben sein.Additionally or alternatively, the gripping surface can have sub-surfaces that are themselves planar. In this case, the sub-surfaces are oriented such that the entire gripping surface composed of these sub-surfaces does not lie in a single plane. The sub-surfaces of the gripping surface can be contiguous or not directly adjacent to one another. The individual sub-surfaces do not all have to be planar.

Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Geometrie der Greiffläche an die Oberflächengeometrie des zu greifenden Objekts angepasst ist. Besonders bevorzugt weist die Greiffläche eine konstante beziehungsweise unveränderliche Oberflächengeometrie auf, die möglichst genau für den Greifvorgang an die Oberflächengeometrie des zugreifenden Objekts angepasst ist.It is particularly advantageous if the geometry of the gripping surface is adapted to the surface geometry of the object to be gripped. Preferably, the gripping surface has a constant or unchanging surface geometry that is adapted as precisely as possible to the surface geometry of the gripping object for the gripping process.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Düse nach dem Prinzip einer Bernoulli-Düse aufgebaut und die Auslassdüse ist so ausgestaltet, das eine von einem Mittelbereich der Greiffläche andere Greiffläche entlang radial nach außen strömende Luftströmung erzeugbar ist, wobei bei Annäherung der Greiffläche an die zugreifende Oberfläche ein Spalt entsteht, der mittels der nach außen strömenden Luft bei einer Annäherung an das Objekt eine Sogwirkung auf das Objekt ausübt. Mit weiterer Annäherung des Objekts an die Greiffläche wird die Sogwirkung durch die ausströmende Luft ausgeglichen und es entsteht ein Gleichgewichtszustand, welcher das zu greifende Objekt in der Nähe der Greiffläche hält. Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Greiffläche an die Oberfläche des zu greifenden Objekts angepasst ist, da so ein Spalt mit gleichförmiger Dicke entsteht und eine möglichst gute Sogwirkung erzeugt werden kann.In a particularly preferred embodiment, the nozzle is constructed according to the principle of a Bernoulli nozzle and the outlet nozzle is designed such that an airflow can be generated from a central area of the gripping surface along another gripping surface, wherein a gap is created when the gripping surface approaches the gripping surface, which is closed by means of the outwardly flowing air when approaching. The gripping surface exerts a suction effect on the object. As the object moves closer to the gripping surface, the suction effect is balanced by the outflowing air, creating an equilibrium that holds the object close to the gripping surface. It is particularly advantageous if the gripping surface is adapted to the surface of the object being gripped, as this creates a gap of uniform thickness and allows for the generation of the best possible suction effect.

Alternativ kann die Düse nach dem Prinzip einer Vortex-Düse aufgebaut sein und die Auslassdüse eine Wirbelkammer aufweisen, in der durch eine tangentiale Luftströmung innerhalb der Wirbelkammer ein Wirbel erzeugbar ist, so dass bei Annäherung der Greiffläche an die zu greifende Oberfläche ein Spalt entsteht, der mittels der nach außen strömenden Luftströmung bei einer Annäherung an das Objekt eine Sogwirkung auf das Objekt ausübt. Auch hierbei ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Greiffläche an die Oberfläche des zu greifenden Objekts angepasst ist, da so ein Spalt mit gleichförmiger Dicke entsteht und eine möglichst gute Sogwirkung erzeugt werden kann.Alternatively, the nozzle can be constructed according to the principle of a vortex nozzle, with the outlet nozzle featuring a vortex chamber. A tangential airflow within the vortex chamber creates a vortex, resulting in a gap when the gripping surface approaches the object. The outward flow of air then exerts a suction effect on the object. Here, too, it is particularly advantageous if the gripping surface is adapted to the surface of the object being gripped, as this creates a gap of uniform thickness and maximizes the suction effect.

Bei einer konkreten Ausführungsform weist die Greiffläche eine einer sphärischen oder/und asphärischen Oberfläche des Objekts angepasste Geometrie auf. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn es sich bei den Objekten um optische Bauelemente handelt. Bei den optischen Bauelementen kann es sich beispielsweise um Linsen, Linsenrohlinge oder ähnliches handeln. Diese weisen in der Regel sphärische oder asphärische Oberflächen auf und sind besonders empfindlich gegen Berührungen. Bei einer asphärischen Oberfläche ist es möglich, alle Freiheitsgrade bis auf einen rotatorischen Freiheitsgrad zu sperren. Es verbleibt die Möglichkeit einer Rotation um eine Achse senkrecht zur Greiffläche. Dies dürfte aber in der Regel unkritisch sein, da aufgrund der Rotationssymmetrie einer asphärischen Oberfläche eine Verdrehung in den meisten Fällen irrelevant sein dürfte. Bei einer sphärischen Oberfläche hingegen sind zwar alle translatorischen Freiheitsgrade gesperrt, es besteht aber im Gegensatz zu einer ebenen Greiffläche die Möglichkeit einer Rotation des zu greifenden Objekts um eine beliebige Rotationsachse.In one specific embodiment, the gripping surface has a geometry adapted to the spherical and/or aspherical surface of the object. This is particularly advantageous when the objects are optical components. These optical components can be, for example, lenses, lens blanks, or similar items. These typically have spherical or aspherical surfaces and are particularly sensitive to contact. With an aspherical surface, it is possible to lock all degrees of freedom except for one rotational degree of freedom. This leaves the possibility of rotation about an axis perpendicular to the gripping surface. However, this should generally be unproblematic, since, due to the rotational symmetry of an aspherical surface, rotation should be irrelevant in most cases. With a spherical surface, on the other hand, although all translational degrees of freedom are locked, unlike with a planar gripping surface, it is possible to rotate the object being gripped about any axis of rotation.

Entsprechend ist es besonders bevorzugt, wenn die Geometrie der Greiffläche zumindest teilweise sphärische oder/und asphärisch ist. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass innerhalb der Greiffläche Öffnungen für die auszustoßende Luft aus der Auslassdüse beziehungsweise Öffnungen für die Auslassdüse an sich vorgesehen sein müssen, um die Luftströmung zu erzeugen.Accordingly, it is particularly preferred if the geometry of the gripping surface is at least partially spherical and/or aspherical. This is due to the fact that openings for the air to be expelled from the outlet nozzle, or openings for the outlet nozzle itself, must be provided within the gripping surface in order to generate the airflow.

Konkret kann die Greiffläche als ringförmiger Ausschnitt der sphärischen oder asphärischen Geometrie ausgebildet sein. Es kann also vorgesehen sein, dass in einem mittleren Bereich der Greiffläche keine oder kaum Führungsoberfläche vorhanden ist, um die Luft weitgehend parallel zur Objektoberfläche zu führen, da sich dort beispielsweise ein größerer Luftauslassbereich befindet.Specifically, the gripping surface can be designed as a ring-shaped section of a spherical or aspherical geometry. It can therefore be designed so that there is little or no guide surface in a central area of the gripping surface, in order to guide the air largely parallel to the object surface, since, for example, a larger air outlet area is located there.

Bevorzugt weist die Auslassdüse mehrere Ausströmungskanäle auf. Die aus Strömungskanäle können je nach Bauart der Düse radial bei einer Bernoulli-Düse oder tangential bei einer Vortex-Düse bezüglich einer gedachten Normalen auf die Greiffläche ausgerichtet sein.Preferably, the outlet nozzle has several outflow channels. Depending on the nozzle design, these flow channels can be oriented radially (in the case of a Bernoulli nozzle) or tangentially (in the case of a vortex nozzle) with respect to an imaginary normal to the gripping surface.

Dabei können die aus Strömungskanäle ringförmig angeordnet sein, das heißt, sich entlang eines Rings um einen zentralen Bereich der Greiffläche anordnen.The flow channels can be arranged in a ring shape, that is, along a ring around a central area of the gripping surface.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem Düsengrundkörper zwischen Lufteinlass und Auslassdüse eine Impulsausgleichskammer vorgesehen ist. Die Impulsausgleichskammer sorgt für eine Vergleichmäßigung des Luftflusses innerhalb des Düsengrundkörpers insbesondere bei der Aufnahme und Abgabe eines zu greifenden bzw. gegriffenen Objekts. Die dort entstehenden Luftflussschwankungen werden durch die Impulsausgleichskammer ausgeglichen und sorgen so für einen zuverlässigeren Betrieb.In a further development, it is planned that an impulse compensation chamber will be incorporated into the nozzle body between the air inlet and the outlet nozzle. The impulse compensation chamber ensures a more even airflow within the nozzle body, particularly during the picking up and dropping of an object. The resulting airflow fluctuations are compensated for by the impulse compensation chamber, thus ensuring more reliable operation.

Bei einer Ausführungsform ist die Greiffläche nicht zusammenhängend. In diesem Fall sind die Auslassdüsen in Abhängigkeit von der Geometrie des zu greifenden Objekts so angeordnet, dass im Greifzustand zumindest alle translatorischen Freiheitsgrade des Objekts gesperrt sind. Dies kann besonders vorteilhaft sein, wenn das zu greifende Objekt mehrere Oberflächen aufweist, die in sich eben sind, aber unter einem Winkel zueinander angeordnet sind. Ein Beispiel für ein solches Objekt kann ein Würfel, ein Quader oder ein prismenförmiger Körper sein. Aber auch weniger kompakte Raumgeometrien wie beispielsweise ein sternförmiges Objekt oder ein Objekt, das aus mehreren Teilobjekten besteht und untereinander Verbindungen aufweist, kann mit einer solchen Vorrichtung gegriffen werden.In one embodiment, the gripping surface is not continuous. In this case, the outlet nozzles are arranged according to the geometry of the object to be gripped such that, in the gripping state, at least all translational degrees of freedom of the object are locked. This can be particularly advantageous if the object to be gripped has several surfaces that are planar but arranged at an angle to each other. An example of such an object could be a cube, a cuboid, or a prismatic body. However, less compact spatial geometries, such as a star-shaped object or an object consisting of several sub-objects with interconnections, can also be gripped with such a device.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung drei Auslassdüsen auf, die ein Speeren aller translatorischen Freiheitsgrade ermöglichen.In a preferred embodiment, the device has three outlet nozzles that allow for the locking of all translational degrees of freedom.

Bei einer konkreten Ausführungsform gehört jede Auslassdüse zu einem entsprechenden Düsengrundkörper und die Düsengrundkörper nehmen während eines Greifvorgangs eine feste räumliche Beziehung zueinander ein.In one specific embodiment, each outlet nozzle belongs to a corresponding nozzle body, and the nozzle bodies take during a grasping process, a fixed spatial relationship is established between them.

Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Auslassdüsen über einen gemeinsamen Lufteinlass oder über getrennte Lufteinlässe versorgbar sind.In this context, it is particularly preferred if the exhaust nozzles can be supplied via a common air inlet or via separate air inlets.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Greifen von Objekten mit einer Bernoulli-Düse in einer schematischen Schnittdarstellung;
2 eine Abwandlung der ersten Ausführungsform mit einer Vortex-Düse;
3 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Greifen von Objekten mit einer Bernoulli-Düse in einer perspektivischen Darstellung;
4 eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform mit einer Vortex-Düse;
5 eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Greifen von Objekten in einer schematischen Perspektivdarstellung; und
6, 7 schematische Schnittzeichnungen für Düsenausführungen der dritten Ausführungsform.

Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. These show:

1 a first embodiment of a device for gripping objects with a Bernoulli nozzle in a schematic sectional view;
2 a modification of the first embodiment with a vortex nozzle;
3 a second embodiment of a device for gripping objects with a Bernoulli nozzle in a perspective view;
4 a modification of the second embodiment with a vortex nozzle;
5 a third embodiment of a device for gripping objects in a schematic perspective view; and
6 , 7 Schematic sectional drawings for nozzle designs of the third embodiment.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF PREFERRED EXAMPLES

1 veranschaulicht in einer schematischen Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zum Greifen von Objekten. Die Vorrichtung 100 weist eine Düse 112 auf, die einen Düsengrundkörper 114 mit einem Lufteinlass 116 und einer Auslassdüse 118 auf. Im Bereich der Auslassdüse 118 weist die Vorrichtung 100 eine Greiffläche 120 auf. 1 A schematic sectional view illustrates a first embodiment of a device 100 for gripping objects. The device 100 has a nozzle 112, which has a nozzle body 114 with an air inlet 116 and an outlet nozzle 118. In the area of the outlet nozzle 118, the device 100 has a gripping surface 120.

In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Greiffläche 120 nicht eben, sondern sphärisch ausgestaltet. Konkret hat die Greiffläche 120 die Geometrie der sphärischen Oberfläche einer Kugelschicht.In the 1 In the illustrated embodiment, the gripping surface 120 is not flat, but spherically shaped. Specifically, the gripping surface 120 has the geometry of the spherical surface of a layer of spheres.

Die Düse 112 beziehungsweise der Düsengrundkörper 114 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Achse A. Dies ist aber nicht notwendig, es können auch Abweichungen von einer solchen Symmetrie vorhanden sein. Die Düse 112 ist nach dem Prinzip einer Bernoulli-Düse aufgebaut. Hierfür weist die Auslassdüse 118 Ausströmöffnungen 122 auf, welche so angeordnet sind, dass die ausströmende Luft radial nach außen von der Achse A weg strömt. Dies ist durch die Pfeile 124 veranschaulicht, welche die Strömungsrichtung andeuten. Bevor die strömende Luft auf das zu greifende Objekt trifft, durchquert die Luft einen freien Strömungsbereich 125. In diesem Strömungsbereich 125 kann die Luft eventuell Verwirbelung nach dem Austreten aus den Ausströmungsöffnungen 122 abstreifen und der Luftfluss vergleichmäßigt sich.The nozzle 112, or rather the nozzle body 114, is essentially rotationally symmetrical about an axis A. However, this is not necessary; deviations from such symmetry are also possible. The nozzle 112 is constructed according to the principle of a Bernoulli nozzle. For this purpose, the outlet nozzle 118 has outlet openings 122, which are arranged such that the outflowing air flows radially outwards away from the axis A. This is illustrated by the arrows 124, which indicate the direction of flow. Before the flowing air encounters the object to be grasped, it passes through a free flow region 125. In this flow region 125, the air can shed any turbulence that may have arisen after exiting the outlet openings 122, and the airflow becomes more uniform.

Wie in der 1 dargestellt ist, wirkt diese Luftströmung 124 mit einem zu greifenden Objekt zusammen. Bei der gezeigten Ausführungsform einer Vorrichtung 100 ist dies in der 1 beispielhaft ein optisches Element, nämlich eine Linse 126. Die hier und in den folgen Darstellungen gezeigten Objekte sind gestrichelt gezeichnet, da sie nicht Teil der jeweiligen Vorrichtung sind. Die in der 1 gezeigt Linse 126 weist eine sphärische Oberfläche (1(( auf. An diese sphärische Oberfläche 128 ist die Greiffläche 120 angepasst, d.h. die Greiffläche 120 ist so ausgestaltet, dass bei einem Annähern der Greiffläche 120 an die zu greifende Oberfläche 128 der Linse 126 ein Spalt 130 zwischen diesen beiden Oberflächen entsteht, der eine gleichförmige Sogwirkung auf das zu greifende Objekt ausübt. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Spalt gleichförmig verläuft, d.h. dass die Greiffläche 120 exakt an die zu greifenden Oberfläche 128 des Objekts 126 angepasst ist. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn der Spalt eine gleichförmige Dicke und einen gleichmäßigen Verlauf aufweist. Dies bewirkt, dass die Reibung der Luft an den Oberflächen möglichst klein ist und eine laminare Luftströmung aufrechterhalten wird. Hierbei ist zu beachten, dass die gewünschte Sogwirkung nur entsteht, wenn die Luftströmung weitgehend laminar ist, d.h. ohne Verwirbelungen besteht. Dies kann dadurch erreicht werden, wenn die beteiligten Oberflächen eine geringe Rauheit aufweisen und nach Möglichkeit knickfrei sind, so dass möglichst wenig Reibung im Strömungsverlauf auftritt.As in the 1 As shown, this airflow 124 interacts with an object to be grasped. In the illustrated embodiment of a device 100, this is in the 1 For example, an optical element, namely a lens 126. The objects shown here and in the following illustrations are drawn with dashed lines because they are not part of the respective device. The ones in the 1 The lens 126 shown has a spherical surface 128. The gripping surface 120 is adapted to this spherical surface 128, i.e., the gripping surface 120 is designed such that when the gripping surface 120 approaches the surface 128 of the lens 126 to be gripped, a gap 130 is created between these two surfaces, which exerts a uniform suction effect on the object to be gripped. It is advantageous if the gap has a uniform shape, i.e., if the gripping surface 120 is precisely adapted to the surface 128 of the object 126 to be gripped. In particular, it is advantageous if the gap has a uniform thickness and a uniform shape. This ensures that the friction of the air at the surfaces is as small as possible and a laminar airflow is maintained. It should be noted that the desired suction effect only occurs if the airflow is largely laminar, i.e., without turbulence. This can be achieved if the The surfaces involved should have low roughness and be as free of kinks as possible, so that as little friction as possible occurs in the flow path.

Um bei einem Aufnehmen oder einem Abgeben eines zu greifenden beziehungsweise gegriffenen Objekts 126 die dabei entstehenden Druckschwankungen zu verringern, ist eine Impulsausgleichskammer 132 vorgesehen. Diese verteilt einerseits die von dem Lufteinlass 116 kommende Druckluft auf mehrere Luftleitungen 134, die um die zentrale Längsachse A verteilt angeordnet sind. Andererseits gleicht sie Druckschwankungen, die rückwärts über die Leitungen 134 zurück in die Impulsausgleichskammer 132 oder über den Lufteinlass 116 vorwärts in die Impulsausgleichskammer eingeleitet werden.To reduce pressure fluctuations during the picking up or dropping of an object 126, a momentum compensation chamber 132 is provided. This chamber distributes the compressed air coming from the air inlet 116 to several air lines 134, which are arranged around the central longitudinal axis A. It also equalizes pressure fluctuations that are introduced backwards via the lines 134 back into the momentum compensation chamber 132 or forwards via the air inlet 116 into the momentum compensation chamber.

Im gegriffenen Zustand sind bei der in 1 gezeigten Vorrichtung 100 die translatorischen Freiheitsgrade gesperrt. Aufgrund der Tatsache, dass die Oberfläche 128 des zu greifenden Objekts sphärisch ist, verbleiben die rotatorischen Freiheitsgrade als nicht gesperrt.In the gripped state, during the in 1 The device shown, number 100, locks the translational degrees of freedom. Due to the fact that the Since the surface 128 of the object to be grasped is spherical, the rotational degrees of freedom remain unlocked.

2 veranschaulicht ebenfalls in einer schematischen Schnittdarstellung eine Abwandlung der ersten Ausführungsform mit einer anderen Düsenbauform. Gleiche oder vergleichbare Merkmale sind in den Zeichnungen mit Bezugszeichen versehen, zu denen im Vergleich zur Ausführungsform der 1 100 addiert wurde, Diese Bezugszeichen werden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht erneut eingeführt und beschrieben. Das Gleiche gilt für alle weiteren noch folgenden Ausführungsformen. 2 A schematic sectional view also illustrates a modification of the first embodiment with a different nozzle design. Identical or comparable features are identified in the drawings by reference numerals, which, in comparison to the embodiment of the 1 Since 100 was added, these reference symbols will not be reintroduced or described again to avoid repetition. The same applies to all subsequent embodiments.

Die Vorrichtung 200 weist analog zu der Vorrichtung 100 eine Düse 212 mit einem Düsengrundkörper 214 auf, der einen Lufteinlass 216 aufweist. Im Unterschied zu der Auslassdüse 118 der Ausführungsform der 1 ist die Düsenbauform der Auslassdüse 218 die einer Vortex-Düse, und nicht die einer Bernoulli-Düse. Dies bedeutet, dass die Ausströmöffnungen 222 im Inneren einer Wirbelkammer 240 angeordnet sind und die Luft nicht in radialer, sondern in tangentialer Richtung ausströmen lassen. Dies ist durch die Pfeile 242 angedeutet. Die Wirbelkammer 240 ist im Wesentlichen ein Hohlzylinder, dessen Symmetrieachse mit der Achse A zusammenfällt. Die Ausströmöffnungen 222 lassen die Luft so in die Wirbelkammer 240 einströmen, dass im Inneren eine im Kreis verlaufende Strömung mit hoher Geschwindigkeit entsteht. Ein solcher Vortex oder „Wirbel“ erzeugt aufgrund der Zentrifugalkräfte im Zentrum einen Unterdruck. Dieser Unterdruck führt zu einer Saugkraft, die über den unteren Bereich der Wirbelkammer 240 an das zu greifende Objekt weitergeleitet wird. Auch hier ist ein enges Zusammenwirken zwischen der Greiffläche 220 und der zu greifenden Oberfläche 228 erforderlich, um einen möglichst gleichmäßig dicken Spalt 230 entstehen zu lassen, der für eine räumlich und zeitlich konstante Saugwirkung erforderlich ist. Unterstützend ist ebenfalls ein freier Strömungsbereich 225 optional vorgesehen, der eine Vergleichmäßigung der Luftströmung beim Übergang von der Wirbelkammer 240 in den Spalt 230 bewirken kann.Device 200, like device 100, has a nozzle 212 with a nozzle body 214 which has an air inlet 216. In contrast to the outlet nozzle 118 of the embodiment of 1 The nozzle design of the outlet nozzle 218 is that of a vortex nozzle, and not that of a Bernoulli nozzle. This means that the outlet openings 222 are arranged inside a vortex chamber 240 and allow the air to flow out tangentially, not radially. This is indicated by the arrows 242. The vortex chamber 240 is essentially a hollow cylinder whose axis of symmetry coincides with axis A. The outlet openings 222 allow the air to flow into the vortex chamber 240 in such a way that a high-velocity, circular flow is created inside. Such a vortex generates a low pressure at its center due to centrifugal forces. This low pressure results in a suction force that is transmitted to the object to be grasped via the lower part of the vortex chamber 240. Here too, close interaction between the gripping surface 220 and the surface to be gripped 228 is required to create a gap 230 of the most uniform thickness possible, which is necessary for a spatially and temporally constant suction effect. An optional free flow area 225 is also provided to support this, as it can smooth the airflow during the transition from the vortex chamber 240 to the gap 230.

Im gegriffenen Zustand sind bei der in 2 gezeigten Vorrichtung 200 genauso wie bei der Ausführungsform der 1 die translatorischen Freiheitsgrade gesperrt. Aufgrund der Tatsache, dass die Oberfläche 228 des zu greifenden Objekts sphärisch ist, werden die rotatorischen Freiheitsgrade nicht gesperrt.In the gripped state, during the in 2 the device shown 200 is the same as in the embodiment of the 1 The translational degrees of freedom are locked. Due to the fact that the surface 228 of the object to be grasped is spherical, the rotational degrees of freedom are not locked.

3 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung 300 zum Greifen von Objekten. 3 illustrates a second embodiment of a device 300 for gripping objects.

Bei der Vorrichtung 300 der 3 ist die Greiffläche 320 im Unterschied zu der Vorrichtung 100 der ersten Ausführungsform zur Aufnahme eines asphärischen Objekts 326 ausgelegt. Entsprechend ist die Greiffläche 320 exakt an den Oberflächenverlauf der asphärischen Oberfläche 328 angepasst. Bei einer asphärischen Oberfläche 328 ergibt sich eine Sperrung zweier weiterer Freiheitsgrade. Das Objekt kann sich trotz der nach wie vor vorhandenen Rotationssymmetrie um die Achse A im gegriffenen Zustand nicht um Achsen drehen, die senkrecht auf der Achse A stehen. Somit verbleibt lediglich die Rotation um die Achse A als einziger Freiheitsgrad.In the device 300 of the 3 In contrast to the device 100 of the first embodiment, the gripping surface 320 is designed to receive an aspherical object 326. Accordingly, the gripping surface 320 is precisely adapted to the surface profile of the aspherical surface 328. With an aspherical surface 328, two further degrees of freedom are restricted. Despite the continued rotational symmetry about axis A, the object cannot rotate about axes perpendicular to axis A when gripped. Thus, only rotation about axis A remains as the sole degree of freedom.

4 veranschaulicht in einer schematischen Schnittdarstellung eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform mit einer anderen Düsenbauform. Die in der 4 veranschaulichte Vorrichtung 400 weist im Unterschied zu der Ausführungsform der 3 eine Vortex-Düse 418 zur Erzeugung der Saugkraft für ein Greifen eines asphärischen Objekts 426 auf. Im Übrigen gelten die bereits zu der Ausführungsform der 2 gemachten Ausführungen bezüglich der Vortex-Düsenbauform. 4 A schematic sectional view illustrates a modification of the second embodiment with a different nozzle design. The [details of the figure/model] in the 4 The illustrated device 400 differs from the embodiment of the 3 a vortex nozzle 418 for generating the suction force for gripping an aspherical object 426. Otherwise, the provisions already mentioned for the embodiment of the 2 Statements made regarding the vortex nozzle design.

5 veranschaulicht in einer schematischen Perspektivdarstellung eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung 500 zum Greifen von Objekten, hier beispielsweise eines Quaders 526. Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 100, 200, 300, 400 ist bei der Vorrichtung 500 die Greiffläche 520 nicht einteilig, sondern auf mehrere Teilflächen aufgeteilt. Konkret ist die Greiffläche 520 dreiteilig ausgeführt und umfasst Teilflächen 536, 538, 540. Diese Teilflächen 536, 538, 540 sind an die Oberflächengeometrie des zu greifenden Objekt 526 angepasst. Bei der in der 5 gezeigten Situation weist das zu greifende Objekt 526 ebene Flächen auf, entsprechend sind die Teilflächen 536, 538, 540 ebenfalls eben und greifen das Objekt als gemeinsame Greiffläche 520. Dabei sind die Teilflächen 536, 538, 540 so orientiert, dass in allen drei Raumrichtungen alle Freiheitsgrade gesperrt werden, es sind also keine rotatorischen oder translatorischen Bewegungen möglich. Dazu müssen die einzelnen Teilflächen 536, 538, 540 so ausgerichtet sein, dass keine Teilfläche 536, 538, 540 parallel zu einer weiteren Teilfläche ausgerichtet ist. Die einzelnen Teilflächen 536, 538, 540 sind in der Ausführungsform der 5 über eine Haltevorrichtung 543 miteinander verbunden. Diese Haltevorrichtung 543 umfasst die zu den einzelnen Greifflächen 536, 538, 540 zugehörigen Düsengrundkörper 544, 546, 548, die entsprechende Auslassdüsen (in 5 nicht abgebildet) und Lufteinlässe 550, 552, 554 aufweisen. 5 A third embodiment of a device 500 for gripping objects, here for example a cuboid 526, is illustrated in a schematic perspective view. In contrast to the embodiments 100, 200, 300, and 400 described above, the gripping surface 520 of the device 500 is not a single piece, but is divided into several sub-surfaces. Specifically, the gripping surface 520 is designed in three parts and comprises sub-surfaces 536, 538, and 540. These sub-surfaces 536, 538, and 540 are adapted to the surface geometry of the object 526 to be gripped. In the 5 In the situation shown, the object 526 to be grasped has flat surfaces; accordingly, the sub-surfaces 536, 538, 540 are also flat and grasp the object as a common gripping surface 520. The sub-surfaces 536, 538, 540 are oriented such that all degrees of freedom are blocked in all three spatial directions, meaning that no rotational or translational movements are possible. For this to be the case, the individual sub-surfaces 536, 538, 540 must be oriented such that no sub-surface 536, 538, 540 is parallel to another sub-surface. In the embodiment of 5 connected to each other via a holding device 543. This holding device 543 comprises the nozzle base bodies 544, 546, 548 belonging to the individual gripping surfaces 536, 538, 540, and the corresponding outlet nozzles (in 5 (not shown) and have air inlets 550, 552, 554.

Anstatt einzelner Lufteinlässe 550, 552, 554 können in der Haltevorrichtung 543 auch Luftleitungen vorgesehen sein, die zu einem gemeinsamen Lufteinlass gehören und somit den am gemeinsamen Lufteinlass anliegenden Luftdruck auf die einzelnen verbundenen Düsengrundkörper 544, 546, 548 verteilt.Instead of individual air inlets 550, 552, 554, air ducts can also be installed in the holding device 543. gen are provided which belong to a common air inlet and thus distribute the air pressure at the common air inlet to the individual connected nozzle bodies 544, 546, 548.

Die einzelnen Auslassdüsen der Düsengrundkörper 544, 546, 548 können sowohl als Bernoulli-Düsen als auch als Vortex-Düsen ausgeführt sein. Die 6 und 7 zeigen die entsprechenden Ausführungen. 6 zeigt den unteren, d.h. dem zu greifenden Objekt 526 näher gelegenen Bereich eines der Düsengrundkörper 544, 546, 548, ausgeführt als Bernoulli-Düse 518. Entsprechend zeigt 7 einen solchen Bereich eines Düsengrundkörpers 544, 546, 548 als Vortex-Düse 519. Dabei ist es generell vorgesehen, dass die in der Vorrichtung 500 eingesetzten Düsen 518, 519 entweder Bernoulli-Düsen oder Vortex-Düsen sind. Bei bestimmten Problemstellungen kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn die Vorrichtung 500 eine Mischung aus beiden Düsenarten aufweist.The individual outlet nozzles of the nozzle bodies 544, 546, 548 can be designed as either Bernoulli nozzles or vortex nozzles. 6 and 7 The relevant explanations are shown. 6 shows the lower area, i.e., the area closer to the object 526 to be grasped, of one of the nozzle base bodies 544, 546, 548, designed as a Bernoulli nozzle 518. Similarly, shows 7 A section of such a nozzle body 544, 546, 548 is designated as a vortex nozzle 519. It is generally intended that the nozzles 518, 519 used in the device 500 are either Bernoulli nozzles or vortex nozzles. However, in certain situations, it may be advantageous for the device 500 to have a combination of both nozzle types.

Claims

Device (100) for gripping objects (126), with a nozzle (112) having a nozzle body (114) with an air inlet (116) and an outlet nozzle (118), wherein the nozzle body (114) has a gripping surface (120) in the area of the outlet nozzle (118), characterized in that the gripping surface (120) does not lie in a plane.

Device according to Claim 1 , wherein the nozzle (112) is constructed according to the principle of a Bernoulli nozzle and the outlet nozzle (118) is designed such that an airflow can be generated from a central area of the gripping surface (120) along the gripping surface (120) flowing radially outwards, wherein when the gripping surface (120) approaches a surface (128) to be gripped a gap (130) is created which, by means of the outwardly flowing air, exerts a suction effect on the object (126) when approaching the object (126).

Device (200) according to Claim 1 , wherein the nozzle (212) is constructed according to the principle of a vortex nozzle and the outlet nozzle (218) has a vortex chamber (240) in which a vortex can be generated by a tangential airflow, so that when the gripping surface (220) approaches a surface (228) to be gripped a gap (230) is created which exerts a suction effect on the object (226) by means of the outwardly flowing air when approaching the object (226).

Device according to one of the preceding claims, wherein the gripping surface (120, 220) has a geometry adapted to a spherical and/or aspherical surface (128, 228) of the object (126, 226).

Device according to Claim 4 , wherein the geometry of the gripping surface (120, 220) is at least partially spherical and/or aspherical.

Device according to Claim 5 , wherein the gripping surface (120, 220) is designed as a ring-shaped section of the spherical or aspherical geometry.

Device according to one of the preceding claims, wherein the outlet nozzle (118, 218) has several outflow channels (134, 234).

Device according to Claim 7 , wherein the outflow channels (134, 234) are arranged in a ring shape.

Device according to Claim 7 or 8 , wherein the outflow channels are oriented radially outwards in the case of the Bernoulli nozzle and tangentially in the case of the vortex nozzle.

Device according to one of the preceding claims, wherein an impulse compensation chamber (132) is provided in the nozzle body (114) between the air inlet (116) and the outlet nozzle (118).

Device (500) according to one of the preceding claims, with several outlet nozzles (518, 519), wherein the outlet nozzles are arranged depending on the geometry of an object (526) to be gripped such that in the gripping state at least all translational degrees of freedom of the object (526) are blocked.

Device according to Claim 11 with three outlet nozzles.

Device according to Claim 11 or 12 , wherein each outlet nozzle (518) belongs to a corresponding nozzle body (544, 546) and the nozzle bodies (544, 546) assume a fixed spatial relationship to each other during a gripping process.

device according to one of the Claims 11 - 13 , wherein the outlet nozzles can be supplied via a common air inlet (534) or via separate air inlets.