专利名称：一种具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具的制作方法
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.Ιμπι-lOmm,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闻位移输出分辨率(可达14nm/V)、闻可靠性、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。
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I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；图5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的剖视图；·图6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外螺纹连接杆4的立体结构示意图；图7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外螺纹连接杆4的剖视图；图8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微吸头5的立体结构示意图；图9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剖视图；图10是具体实施方式
二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5-2的剖视图.
具体实施例方式具体实施方式
一:结合图1至图9，本实施方式是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1、压电陶瓷管2、连接套件3、外螺纹连接杆4和微吸头5组成；所述连接底座I包括两个螺钉沉头孔1-1、螺纹连接孔1-2、放置陶瓷管的圆槽1-3、气路快插连接螺纹孔1-4和走气孔1-5 ;所述的压电陶瓷管2由压电陶瓷内孔2-1和环形陶瓷主体2-2组成；所述的连接套件3包括圆槽3-1、气流通孔3-2和内螺纹孔3-3 ;所述的外螺纹连接杆4包括连接外螺纹4-1和通气孔4-2 ;所述的微吸头5包括气流通道5-1和末端微吸附结构5-2 ;通过两个螺钉沉头孔1-1和螺纹连接孔1-2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I固定在操作运动平台上；环形陶瓷主体2-2的两端分别与放置陶瓷管的圆槽1-3和圆槽3-1胶粘固定在一起；螺纹连接杆4-3通过连接外螺纹4-1和内螺纹孔3-3与连接套件3连接在一起，微吸头5与外螺纹连接杆4的通气孔4-2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1-4、走气孔1-5、压电陶瓷内孔2-1、气流通孔3-2、通气孔4-2和气流通道5-1传递到末端微吸附结构5-2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1-4相连接，经由走气孔1-5、压电陶瓷内孔2-1、气流通孔3-2、通气孔4-2和气流通道5-1流到末端微吸附结构5-2 ;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5-2靠近待操作对象实现拾取。在微操作释放过程中，针对由于粘附力的作用会出现操作对象粘在末端的情况，由于气体的非线性及可压缩性，正压释放的成功率是一个难题。在此种情况下，本发明先将内部气压降到零，在此基础上压电陶瓷管2可以产生轴向高频振动，有助于克服吸附时的粘着力实现释放，又由于振动方向与物体待释放的方向一致，因此保证了释放的稳定性。在微装配过程中，通过压电陶瓷控制电源的驱动，高位移分辨率的压电陶瓷管的轴向位移能够实现微装配对象的精密定位。
具体实施方式
二:结合图10，本实施方式与具体实施方式
一的不同点是:所述的末端微吸附结构5-2呈喇口入口状。其他与具体实施方式
一相同。采用下述试验验证本发明效果:试验一:结合图1至图10，一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1、压电陶瓷管2、连接套件3、外螺纹连接杆4和微吸头5组成；所述连接底座I包括两个螺钉沉头孔1-1、螺纹连接孔1-2、放置陶瓷管的圆槽1-3、气路快插连接螺纹孔1-4和走气孔1-5 ;所述的压电陶瓷管2由压电陶瓷内孔2-1和环形陶瓷主体2-2组成；所述的连接套件3包括圆槽3-1、气流通孔3-2和内螺纹孔3-3 ;所述的外螺纹连接杆4包括连接外螺纹4-1和通气孔4-2 ;所述的微吸头5包括气流通道5-1和末端微吸附结构5-2 ;通过两个螺钉沉头孔1-1和螺纹连接孔1-2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I固定在操作运动平台上；环形陶瓷主体2-2的两端分别与放置陶瓷管的圆槽1-3和圆槽3-1胶粘固定在一起；螺纹连接杆4-3通过连接外螺纹4-1和内螺纹孔
3-3与连接套件3连接在一起，微吸头5与外螺纹连接杆4的通气孔4-2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
1-4、走气孔1-5、压电陶瓷内孔2-1、气流通孔3-2、通气孔4-2和气流通道5_1传递到末端微吸附结构5-2处。本试验所述的末端微吸附结构5-2呈喇叭口状。
本试验所述的压电陶瓷管2的最大位移量为2.8μπι，固有频率为480kHz，在施加电压O 200V下，具有纳米级分辨率的定位精度(14nm/V);利用试验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进行真空吸附微操作实验，操作外形尺寸为200 μ m的微对象，末端微吸附结构5-2喇叭口的内径尺寸为74 μ m ;实验表明，具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具能够稳定拾取位操作对象，但在释放时有时会出现微操作对象不能脱落的现象， 通过该微操作工具的振动功能有利于微操作对象的释放。
权利要求
1.一种具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具，其特征在于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(I)、压电陶瓷管(2)、连接套件(3)、外螺纹连接杆(4)和微吸头(5)组成；所述连接底座(I)包括两个螺钉沉头孔(1-1)、螺纹连接孔(1-2)、放置陶瓷管的圆槽(1-3)、气路快插连接螺纹孔(1-4)和走气孔(1-5);所述的压电陶瓷管⑵由压电陶瓷内孔(2-1)和环形陶瓷主体(2-2)组成；所述的连接套件(3)包括圆槽(3-1)、气流通孔(3-2)和内螺纹孔(3-3);所述的外螺纹连接杆(4)包括连接外螺纹(4-1)和通气孔(4-2);所述的微吸头(5)包括气流通道(5-1)和末端微吸附结构(5-2)；通过两个螺钉沉头孔(1-1)和螺纹连接孔(1-2)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(I)固定在操作运动平台上；环形陶瓷主体(2-2)的两端分别与放置陶瓷管的圆槽(1-3)和圆槽(3-1)胶粘固定在一起；外螺纹连接杆(4)通过连接外螺纹(4-1)和内螺纹孔(3-3)与连接套件(3)连接在一起，微吸头(5)与外螺纹连接杆⑷的通气孔(4-2)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(1-4)、走气孔(1-5)、压电陶瓷内孔(2-1)、气流通孔(3-2)、通气孔(4-2)和气流通道(5-1)传递到末端微吸附结构(5-2)处。
2.根据权利要求I所述的一种具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具，其特征在于所述的末端微吸附结构(5-2)呈喇叭口状。
全文摘要
一种具有振动释放和纳米级定位的真空吸附微操作工具，它涉及一种真空吸附微操作工具。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。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、外螺纹杆和微吸头组成。在拾取操作时，先将外部气路管通过快插头与连接底座连接，经由连接底座、压电陶瓷管、连接套件和外螺纹杆流到微吸头；操作微吸头靠近待操作对象实现拾取。优点结构简单、拾取稳定、定位精度高、可靠性高和通用性强。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主要用于真空吸附微操作。
文档编号B25J7/00GK103252792SQ201310198648
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月24日 优先权日2013年5月24日
发明者王乐锋, 范增华, 荣伟彬, 孙立宁 申请人:哈尔滨工业大学