[發明專利]一種具有振動釋放和納米級定位的真空吸附微操作工具

無效

• 申請號: 201310198648.X
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN103252792A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 王樂鋒;范增華;榮偉彬;孫立寧
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J15/06
• 分類號: B25J15/06;B25J7/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高會會

技術領域

本發明涉及一種真空吸附微操作工具。

背景技術

微操作工具是微機電系統的基礎，隨著微機電系統的發展，特征尺寸在0.1μm-10mm，面積在10mm²-20mm²的微部件裝配成為關鍵的操作任務。輕、小、薄、脆是微操作對象的特點，靜電力、范德華力和表面張力等表面力相對于重力起主導作用。目前這類微操作工具多采用真空吸附和機械夾鉗兩種方式，機械夾鉗輔助于不同的驅動方式（壓電驅動、靜電驅動、電熱驅動、電磁驅動等）實現對微操作對象的拾取、轉移和釋放。微機械構件薄且脆，為防止夾取引起的變形甚至損壞，對夾持力的控制要求很嚴，夾持機構的設計加工難度很大。由此，針對表面形狀規則的微構件，真空吸附技術提供了一種經濟、簡便的解決方案，且不容易破壞微器件表面。采用真空負壓拾取微操作對象，正壓用來釋放。在釋放過程中，由于表面力的影響，降壓到零時操作對象仍然會粘附到吸頭的末端。通入正壓釋放時，由于氣體的非線性和可壓縮性、表面接觸摩擦力以及其他額外因素，不能夠精確的放置微操作對象，并會出現“吹飛”現象。因此現有真空吸附微操作工具存在由于粘著力微操作對象不能自然脫落，以及正壓釋放時會出現“吹飛”現象的問題。

發明內容

本發明的目的要解決現有真空吸附微操作工具存在由于粘著力不能脫落和精確放置微操作對象，及正壓釋放時會出現“吹飛”現象的問題。，進而提供一種具有振動釋放和納米級定位的真空吸附微操作工具。

一種具有振動釋放和納米級定位的真空吸附微操作工具由連接底座、壓電陶瓷管、連接套件、外螺紋連接桿和微吸頭組成；所述連接底座包括兩個螺釘沉頭孔、螺紋連接孔、放置陶瓷管的圓槽、氣路快插連接螺紋孔和走氣孔；所述的壓電陶瓷管由壓電陶瓷內孔和環形陶瓷主體組成；所述的連接套件包括圓槽、氣流通孔和內螺紋孔；所述的外螺紋連接桿包括連接外螺紋和通氣孔；所述的微吸頭包括氣流通道和末端微吸附結構；通過兩個螺釘沉頭孔和螺紋連接孔將具有振動釋放和納米級定位的真空吸附微操作工具的底座固定在操作運動平臺上；環形陶瓷主體的兩端分別與放置陶瓷管的圓槽和圓槽膠粘固定在一起；螺紋連接桿通過連接外螺紋和內螺紋孔與連接套件連接在一起，微吸頭與外螺紋連接桿的通氣孔依次經膠粘和壓制固定連接在一起；且連接完成后保證外部氣路產生的氣流依次流經氣路快插連接螺紋孔、走氣孔、壓電陶瓷內孔、氣流通孔、通氣孔和氣流通道傳遞到末端微吸附結構處。

工作原理：在拾取操作時，先將外部氣路管通過快插頭與連接底座的氣路快插連接螺紋孔相連接，經由走氣孔、壓電陶瓷內孔、氣流通孔、通氣孔和氣流通道流到末端微吸附結構；調整合適的氣源壓力，孔內、外的壓差作為微操作對象的拾取力，操作末端微吸附結構靠近待操作對象實現拾取。

本發明的有益效果是：一、本發明所述的具有振動釋放和納米級定位的真空吸附微操作工具具有結構簡單、拾取穩定、定位精度高、可靠性高、通用性強等優點；二、本發明所述的具有振動釋放和納米級定位的真空吸附微操作工具的末端微吸附結構呈喇叭口狀，在操作形狀規則的微器件（如微球）時，能夠和微部件面配合，保證操作過程中的穩定性；三、本發明所述的具有振動釋放和納米級定位的真空吸附微操作工具的微吸頭與外螺紋連接桿的通氣孔依次經膠粘和壓制固定連接在一起，使微吸頭與外螺紋連接桿形成一個整體的結構件，而且螺紋連接桿通過連接外螺紋和內螺紋孔與連接套件連接在一起，這種螺紋連接方式有助于更換帶不同尺寸的微吸頭的結構件，實現對不同尺寸的微操作對象進行真空吸附微操作；四、本發明的壓電陶瓷管具有高頻響；在微器件的釋放過程中，為克服粘附力和氣壓的不穩定性，在一定正壓的基礎上，通過壓電陶瓷管的高頻振動產生的慣性力實現釋放；由于振動方向和釋放方向同向，在一定程度上保證了釋放的穩定性；五、本發明的壓電陶瓷管具有高位移輸出分辨率（可達14nm/V）、高可靠性、體積小、輸出力大等優點，較高的位移分辨率能夠實現微裝配部件之間的精密定位。

附圖說明

圖1是具體實施方式一所述的具有振動釋放和納米級定位的真空吸附微操作工具的立體結構示意圖；

圖2是具體實施方式一所述的具有振動釋放和納米級定位的真空吸附微操作工具的連接底座1的立體結構示意圖；

圖3是具體實施方式一所述的具有振動釋放和納米級定位的真空吸附微操作工具的壓電陶瓷管2的立體結構示意圖；

圖4是具體實施方式一所述的具有振動釋放和納米級定位的真空吸附微操作工具的連接套件3的立體結構示意圖；