成大超音波声浮系统 可夹持电子元件
▲超音波声浮无接触夹持，蔡明祺团队研究独步国内。(图／成大官网)
成大机械系讲座教授蔡明祺带领博士后研究员王圣禾开发研究的「非接触式超音波声浮夹持系统」可以有效夹持精密细微的电子元件，这项研究目前国内只有成大完成，可应用在光电、半导体、微机电制程、复合材料、与生物医学等领域。
▲▼超音波声浮无接触夹持，蔡明祺团队研究独步国内。(图／成大官网)
「非接触式超音波声浮夹持系统」的研究是蔡明祺讲座教授在「伺服控制实验室」，带领博士后研究员王圣禾一起研究发展。
王圣禾博士表示，「非接触式超音波声浮夹持系统」采用倾斜式的声浮结构，利用两个超音波致动器产生之声波，借由两组入射波与反射波的相互耦合，产生足够的声压力来抵抗物件的重力，因此物件稳定的悬浮于声场中，并且可以运送移动，可夹持的物件包括细微的各式元件、水雾状液体、飞米镭射物、粉尘…都可非接触夹持。
王圣禾博士表示，夹持细小元件是精密组装中最重要的工作，在夹持过程包含夹取、抬起、搬运、放置及放开等动作；然而，在取放过程中，常因夹持力控制不易，而造成夹持物件表面的磨损与脏污。此外，在微细物件(尺寸小于mm)夹持中，物件与夹具间之表面张力等作用，会使得取放过程中物件附着在夹持具上，由于黏滞现象会使夹持位置产生偏移，造成微组装的精度与产品的良率下降。
根据过去的研究，非接触夹持技术(Non-contacting handing technology)可避免夹具与物件的接触，进而克服夹取过程中所产生的问题，常见的非接触悬浮技术有磁浮、气浮、光浮与声浮，目前发展较为成熟的有气浮（Aerodynamic levitation）和磁浮（Magnetic levitation）两种非接触悬浮技术，基于不同之操作原理，各有其应用场合上的限制。
王圣禾博士表示，气浮受限于物体必须拥有对称表面，而磁浮受限于悬浮物必须为磁性物质，相较于此，声音悬浮技术(acoustic levitation)具有不受漂浮物材质与形状限制的特性，因此他选择以声浮超音波进行深入研究。
过去传统的声浮研究以单轴驻波式的声浮机构为主，但是仅能提供单方向上的力，也容易受到其他方向力的扰动，无法稳定悬浮于固定位置，进而影响悬浮的稳定性，为了改善此缺点，王圣禾采用倾斜式的声浮结构，利用两块振动子振动所产生之声波，借由两组入射波与反射波的相互耦合，产生足够的声压力来抵抗物件的重力，因此物件将能悬浮于声场中。
与单轴式声浮结构不同的是，由于此倾斜式结构除了提供垂直方向上的力，也提供了水平方向上的力，增加了悬浮的稳定性；并且借由调整压电致动器的摆设角度与距离，可控制悬浮物的位置，达到平面的运动，并且借由倾斜摆置的设计，抵抗外界环境的干扰，扩展声音悬浮技术的应用领域；同时此倾斜式架构之声波不仅能在单轴上耦合，借由两组入射波与反射波的相互耦合，可增加声场中节点的位置，进而增加悬浮物的数量。