成大超音波聲浮系統 可夾持電子元件
▲超音波聲浮無接觸夾持，蔡明祺團隊研究獨步國內。(圖／成大官網)
成大機械系講座教授蔡明祺帶領博士後研究員王聖禾開發研究的「非接觸式超音波聲浮夾持系統」可以有效夾持精密細微的電子元件，這項研究目前國內只有成大完成，可應用在光電、半導體、微機電製程、複合材料、與生物醫學等領域。
▲▼超音波聲浮無接觸夾持，蔡明祺團隊研究獨步國內。(圖／成大官網)
「非接觸式超音波聲浮夾持系統」的研究是蔡明祺講座教授在「伺服控制實驗室」，帶領博士後研究員王聖禾一起研究發展。
王聖禾博士表示，「非接觸式超音波聲浮夾持系統」採用傾斜式的聲浮結構，利用兩個超音波致動器產生之聲波，藉由兩組入射波與反射波的相互耦合，產生足夠的聲壓力來抵抗物件的重力，因此物件穩定的懸浮於聲場中，並且可以運送移動，可夾持的物件包括細微的各式元件、水霧狀液體、飛米鐳射物、粉塵…都可非接觸夾持。
王聖禾博士表示，夾持細小元件是精密組裝中最重要的工作，在夾持過程包含夾取、擡起、搬運、放置及放開等動作；然而，在取放過程中，常因夾持力控制不易，而造成夾持物件表面的磨損與髒污。此外，在微細物件(尺寸小於mm)夾持中，物件與夾具間之表面張力等作用，會使得取放過程中物件附着在夾持具上，由於黏滯現象會使夾持位置產生偏移，造成微組裝的精度與產品的良率下降。
根據過去的研究，非接觸夾持技術(Non-contacting handing technology)可避免夾具與物件的接觸，進而克服夾取過程中所產生的問題，常見的非接觸懸浮技術有磁浮、氣浮、光浮與聲浮，目前發展較爲成熟的有氣浮（Aerodynamic levitation）和磁浮（Magnetic levitation）兩種非接觸懸浮技術，基於不同之操作原理，各有其應用場合上的限制。
王聖禾博士表示，氣浮受限於物體必須擁有對稱表面，而磁浮受限於懸浮物必須爲磁性物質，相較於此，聲音懸浮技術(acoustic levitation)具有不受漂浮物材質與形狀限制的特性，因此他選擇以聲浮超音波進行深入研究。
過去傳統的聲浮研究以單軸駐波式的聲浮機構爲主，但是僅能提供單方向上的力，也容易受到其他方向力的擾動，無法穩定懸浮於固定位置，進而影響懸浮的穩定性，爲了改善此缺點，王聖禾採用傾斜式的聲浮結構，利用兩塊振動子振動所產生之聲波，藉由兩組入射波與反射波的相互耦合，產生足夠的聲壓力來抵抗物件的重力，因此物件將能懸浮於聲場中。
與單軸式聲浮結構不同的是，由於此傾斜式結構除了提供垂直方向上的力，也提供了水平方向上的力，增加了懸浮的穩定性；並且藉由調整壓電致動器的擺設角度與距離，可控制懸浮物的位置，達到平面的運動，並且藉由傾斜擺置的設計，抵抗外界環境的干擾，擴展聲音懸浮技術的應用領域；同時此傾斜式架構之聲波不僅能在單軸上耦合，藉由兩組入射波與反射波的相互耦合，可增加聲場中節點的位置，進而增加懸浮物的數量。