[发明专利]一种具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空吸附微操作工具。

背景技术

微操作工具是微机电系统的基础，随着微机电系统的发展，特征尺寸在0.1μm-10mm，面积在10mm²-20mm²的微部件装配成为关键的操作任务。轻、小、薄、脆是微操作对象的特点，静电力、范德华力和表面张力等表面力相对于重力起主导作用。目前这类微操作工具多采用真空吸附和机械夹钳两种方式，机械夹钳辅助于不同的驱动方式（压电驱动、静电驱动、电热驱动、电磁驱动等）实现对微操作对象的拾取、转移和释放。微机械构件薄且脆，为防止夹取引起的变形甚至损坏，对夹持力的控制要求很严，夹持机构的设计加工难度很大。由此，针对表面形状规则的微构件，真空吸附技术提供了一种经济、简便的解决方案，且不容易破坏微器件表面。采用真空负压拾取微操作对象，正压用来释放。在释放过程中，由于表面力的影响，降压到零时操作对象仍然会粘附到吸头的末端。通入正压释放时，由于气体的非线性和可压缩性、表面接触摩擦力以及其他额外因素，不能够精确的放置微操作对象，并会出现“吹飞”现象。因此现有真空吸附微操作工具存在由于粘着力微操作对象不能自然脱落，以及正压释放时会出现“吹飞”现象的问题。

发明内容

本发明的目的要解决现有真空吸附微操作工具存在由于粘着力不能脱落和精确放置微操作对象，及正压释放时会出现“吹飞”现象的问题。，进而提供一种具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具。

一种具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具由连接底座、压电陶瓷管、连接套件、外螺纹连接杆和微吸头组成；所述连接底座包括两个螺钉沉头孔、螺纹连接孔、放置陶瓷管的圆槽、气路快插连接螺纹孔和走气孔；所述的压电陶瓷管由压电陶瓷内孔和环形陶瓷主体组成；所述的连接套件包括圆槽、气流通孔和内螺纹孔；所述的外螺纹连接杆包括连接外螺纹和通气孔；所述的微吸头包括气流通道和末端微吸附结构；通过两个螺钉沉头孔和螺纹连接孔将具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具的底座固定在操作运动平台上；环形陶瓷主体的两端分别与放置陶瓷管的圆槽和圆槽胶粘固定在一起；螺纹连接杆通过连接外螺纹和内螺纹孔与连接套件连接在一起，微吸头与外螺纹连接杆的通气孔依次经胶粘和压制固定连接在一起；且连接完成后保证外部气路产生的气流依次流经气路快插连接螺纹孔、走气孔、压电陶瓷内孔、气流通孔、通气孔和气流通道传递到末端微吸附结构处。

工作原理：在拾取操作时，先将外部气路管通过快插头与连接底座的气路快插连接螺纹孔相连接，经由走气孔、压电陶瓷内孔、气流通孔、通气孔和气流通道流到末端微吸附结构；调整合适的气源压力，孔内、外的压差作为微操作对象的拾取力，操作末端微吸附结构靠近待操作对象实现拾取。

本发明的有益效果是：一、本发明所述的具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具具有结构简单、拾取稳定、定位精度高、可靠性高、通用性强等优点；二、本发明所述的具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具的末端微吸附结构呈喇叭口状，在操作形状规则的微器件（如微球）时，能够和微部件面配合，保证操作过程中的稳定性；三、本发明所述的具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具的微吸头与外螺纹连接杆的通气孔依次经胶粘和压制固定连接在一起，使微吸头与外螺纹连接杆形成一个整体的结构件，而且螺纹连接杆通过连接外螺纹和内螺纹孔与连接套件连接在一起，这种螺纹连接方式有助于更换带不同尺寸的微吸头的结构件，实现对不同尺寸的微操作对象进行真空吸附微操作；四、本发明的压电陶瓷管具有高频响；在微器件的释放过程中，为克服粘附力和气压的不稳定性，在一定正压的基础上，通过压电陶瓷管的高频振动产生的惯性力实现释放；由于振动方向和释放方向同向，在一定程度上保证了释放的稳定性；五、本发明的压电陶瓷管具有高位移输出分辨率（可达14nm/V）、高可靠性、体积小、输出力大等优点，较高的位移分辨率能够实现微装配部件之间的精密定位。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具的立体结构示意图；

图2是具体实施方式一所述的具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具的连接底座1的立体结构示意图；

图3是具体实施方式一所述的具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具的压电陶瓷管2的立体结构示意图；

图4是具体实施方式一所述的具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具的连接套件3的立体结构示意图；