一種單針式微米級對象拾放裝置及方法
【專利摘要】一種單針式微米級對象拾放裝置及方法，它涉及一種微米級對象柔順拾取和釋放的裝置及方法，以解決傳統(tǒng)機(jī)械夾持和真空吸附產(chǎn)生的局部高應(yīng)力，導(dǎo)致微米接對象拾取任務(wù)失敗的問題，它包括二號三軸電動平移臺、隔振臺、一號三軸電動位移平臺、三號三軸電動平移臺、自緊式夾頭、探針、螺旋測微頭、熱敏電阻元件、毛細(xì)管和毛細(xì)管夾具；一號三軸電動平移臺包括第二連接板、探針驅(qū)動電機(jī)、第一連接板、測微頭夾具和第一連接座；二號三軸電動平移臺包括一號顯微鏡和一號顯微鏡夾具和第二連接座；三號三軸電動平移臺包括二號顯微鏡、二號顯微鏡夾具和第三連接座。本發(fā)明用于微米級對象的柔順拾取、轉(zhuǎn)移和釋放操作。
【專利說明】
一種單針式微米級對象拾放裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微米級對象柔順拾取和釋放的裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]針對微裝配中微對象(0.1 μ m-lmm)的操作，目前主要采用夾持式和吸附式兩種方式。夾持式主要是不同驅(qū)動原理(壓電驅(qū)動、靜電驅(qū)動、電熱驅(qū)動、電磁驅(qū)動等)的機(jī)械夾鉗，吸附式則主要應(yīng)用真空負(fù)壓吸附。由于微尺寸對象較強(qiáng)的尺寸效應(yīng)，粘著力相對于重力起到主導(dǎo)作用，影響操作任務(wù)的順利的進(jìn)行，微對象會粘著在夾持器末端造成操作任務(wù)的失??；此外，微對象薄且脆，對夾持力和吸附力需要嚴(yán)格控制，否則會造成微對象的變形甚至是損壞?；谡持?范德華力、靜電力、毛細(xì)力)控制的吸附方式，具有操作柔順性，利于保護(hù)微操作對象免遭損壞，但其可靠釋放依舊是研究的重點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為解決傳統(tǒng)機(jī)械夾持和真空吸附產(chǎn)生的局部高應(yīng)力，導(dǎo)致微米接對象拾取任務(wù)失敗的問題，進(jìn)而提供一種單針式微米級對象拾放裝置及方法。
[0004]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是:
[0005]本發(fā)明的一種單針式微米級對象拾放裝置包括二號三軸電動平移臺、隔振臺、一號三軸電動位移平臺、三號三軸電動平移臺、自緊式夾頭、探針、螺旋測微頭、熱敏電阻元件、毛細(xì)管和毛細(xì)管夾具；
[0006]一號三軸電動平移臺包括第二連接板、探針驅(qū)動電機(jī)、第一連接板、測微頭夾具和第一連接座；二號三軸電動平移臺包括一號顯微鏡和一號顯微鏡夾具和第二連接座；三號三軸電動平移臺包括二號顯微鏡、二號顯微鏡夾具和第三連接座；
[0007]二號三軸電動平移臺、一號三軸電動位移平臺和三號三軸電動位移平移臺分別布置在隔振臺上，探針驅(qū)動電機(jī)的輸出軸豎向設(shè)置，探針驅(qū)動電機(jī)安裝在第一連接板上，第一連接板固定在第一連接座上，探針驅(qū)動電機(jī)的輸出軸與第二連接板連接，第二連接板能沿豎直方向上下移動，自緊式夾頭的軸向豎向設(shè)置，自緊式夾頭的上端固裝在第二連接板上，自緊式夾頭上夾持有探針，位于第二連接板的下方布置有與第一連接板連接的毛細(xì)管夾具，毛細(xì)管豎向固裝在毛細(xì)管夾具的下部，毛細(xì)管夾具上加工有通道，通道、探針與毛細(xì)管三者同軸設(shè)置，螺旋測微頭的軸向水平設(shè)置，測微頭夾具固裝在第一連接板上并夾持有螺旋測微頭，熱敏電阻元件安裝在螺旋測微頭的端部；一號顯微鏡夾具固接在第二連接座上并夾持一號顯微鏡，二號顯微鏡夾具固接在第三連接座上并夾持二號顯微鏡。
[0008]本發(fā)明的一種微米級對象拾放方法包括以下步驟:
[0009]步驟一、通過毛細(xì)管夾具的供液口使毛細(xì)管夾具的通道及毛細(xì)管填充液體，所述液體為水或水與乙醇的混合物，水與乙醇的體積比為1:1 ;
[0010]步驟二、調(diào)節(jié)一號三軸位移平臺至微米級對象操作的初始位置；
[0011]步驟三、調(diào)節(jié)探針驅(qū)動電機(jī)，首先使探針末端縮進(jìn)充滿液體的毛細(xì)管內(nèi)，然后驅(qū)動探針伸出，并至微米級對象的上方，依靠末端液體的毛細(xì)力實現(xiàn)微對象的柔順拾??；
[0012]步驟四、調(diào)節(jié)一號三軸位移平臺至待釋放位置，并使微米級對象與操作基底接觸；
[0013]步驟五、調(diào)節(jié)螺旋測微頭，使熱敏電阻靠近探針，同時，一號顯微鏡和二號顯微鏡分別在二號三軸電動位移平臺、三號三軸電動位移平臺的驅(qū)動下均對準(zhǔn)探針的下端，熱敏電阻通電后發(fā)熱，使得微米級對象與探針之間的液橋消失，實現(xiàn)可靠釋放，一號顯微鏡和二號顯微鏡同步進(jìn)行實時監(jiān)測，獲取微操作對象、液橋的位置和輪廓信息。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:一、本發(fā)明所述的單針式微米級對象拾放裝置利用探針末端液滴的毛細(xì)力，實現(xiàn)微米級對象的柔順拾取，避免傳統(tǒng)機(jī)械夾持與真空吸附的應(yīng)力集中；二、本發(fā)明所述的單針式微米級對象拾放裝置的探針固定在驅(qū)動電機(jī)上，且穿過含有液體介質(zhì)的毛細(xì)管，驅(qū)動電機(jī)的上下移動能持續(xù)供給操作所用的探針末端的液滴；三、本發(fā)明所述的單針式微米級對象操作工具的自緊式夾頭可以依據(jù)不同尺寸的操作對象，更換不同尺寸的探針；四、本發(fā)明所述的基于介質(zhì)消失的微對象釋放方法，利用熱敏電阻產(chǎn)生熱量作用于釋放階段，快速蒸發(fā)掉連接微米級對象和探針的液橋，實現(xiàn)穩(wěn)定的釋放，解決了基于毛細(xì)力操作時的釋放問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的一種單針式微米級拾放裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1的一號三軸電動平移臺的局部不意圖。

【具體實施方式】
[0016]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1和圖2說明，本實施方式的一種單針式微米級對象拾放裝置包括二號三軸電動平移臺1-1、隔振臺1-4、一號三軸電動位移平臺1-10、三號三軸電動平移臺1-13、自緊式夾頭2-2、探針2-3、螺旋測微頭2-4、熱敏電阻元件2_5、毛細(xì)管2_6和毛細(xì)管夾具2-8 ；
[0017]一號三軸電動平移臺1-10包括第二連接板1-6、探針驅(qū)動電機(jī)1-7、第一連接板
1-8、測微頭夾具1-9和第一連接座1-14;二號三軸電動平移臺1-1包括一號顯微鏡1-2和一號顯微鏡夾具1-3和第二連接座1-15 ;三號三軸電動平移臺1-13包括二號顯微鏡1-12、二號顯微鏡夾具1-11和第三連接座1-16 ；
[0018]二號二軸電動平移臺1-1、一號二軸電動位移平臺1_10和二號二軸電動位移平移臺1-13分別布置在隔振臺1-4上，探針驅(qū)動電機(jī)1-7的輸出軸豎向設(shè)置，探針驅(qū)動電機(jī)1-7安裝在第一連接板1-8上，第一連接板1-8固定在第一連接座1-14上，探針驅(qū)動電機(jī)1-7的輸出軸與第二連接板1-6連接，第二連接板1-6能沿豎直方向上下移動，自緊式夾頭2-2的軸向豎向設(shè)置，自緊式夾頭2-2的上端固裝在第二連接板1-6上，自緊式夾頭2-2上夾持有探針2-3，位于第二連接板1-6的下方布置有與第一連接板1-8連接的毛細(xì)管夾具2-8，毛細(xì)管2-6豎向固裝在毛細(xì)管夾具2-8的下部，毛細(xì)管夾具2-8上加工有通道，通道、探針
2-3與毛細(xì)管2-6三者同軸設(shè)置，螺旋測微頭2-4的軸向水平設(shè)置，測微頭夾具1-9固裝在第一連接板1-8上并夾持有螺旋測微頭2-4，熱敏電阻元件2-5安裝在螺旋測微頭2-4的端部；一號顯微鏡夾具1-3固接在第二連接座1-15上并夾持一號顯微鏡1-2, 二號顯微鏡夾具ι-ll固接在第三連接座1-16上并夾持二號顯微鏡1-12。
[0019]本實施方式的探針驅(qū)動電機(jī)1-7的輸出軸可通過絲杠副與第二連接板1-6連接，實現(xiàn)第二連接板1-6沿豎直方向上下移動。本實施方式的自緊式夾頭可采用現(xiàn)有的自緊式鉆夾頭結(jié)構(gòu)。本實施方式的毛細(xì)管可采用玻璃毛細(xì)管。
[0020]【具體實施方式】二:結(jié)合圖2說明，本實施方式的毛細(xì)管2-6粘接在毛細(xì)管夾具2-8的下部。如此設(shè)置，連接方便可靠，便于使用。其它與【具體實施方式】一相同。
[0021]【具體實施方式】三:結(jié)合圖2說明，本實施方式所述熱敏電阻元件2-5為薄膜鉬電阻元件。如此設(shè)置，使微對象與探針間的液體介質(zhì)消失，進(jìn)而實現(xiàn)微對象與探針的分離，可選用外形尺寸為2mmX2mmXlmm(長X寬X高)，最高使用溫度500°C的PT100型薄膜鉬電阻元件。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0022]【具體實施方式】四:結(jié)合圖2說明，本實施方式所述一號顯微鏡1-2和二號顯微鏡1-12均為C⑶顯微鏡。如此設(shè)置，成像分辨率高，滿足設(shè)計要求和實際需要。其它與【具體實施方式】三相同。
[0023]【具體實施方式】五:結(jié)合圖2說明，本實施方式的毛細(xì)管夾具2-8的側(cè)面加工有與通道連通的供液口 2-7。如此設(shè)置，能保證持續(xù)的液體介質(zhì)供給，滿足微米級對象的拾放需要。其它與【具體實施方式】一、二或四相同。
[0024]【具體實施方式】六:結(jié)合圖2說明，本實施方式所述裝置還包括夾頭夾具2-1，自緊式夾頭2-2的上端通過夾頭夾具2-1固裝在第二連接板1-6上。如此設(shè)置，自緊式夾頭固定牢靠。滿足設(shè)計要求和實際需要。其它與【具體實施方式】五相同。
[0025]【具體實施方式】七:結(jié)合圖1說明，本實施方式所述裝置還包括操作基底1-5，操作基底1-5安裝在隔振臺1-4上。如此設(shè)置，有利于微米級對象拾取、釋放操作的可靠進(jìn)行。其它與【具體實施方式】一相同。
[0026]【具體實施方式】八:結(jié)合圖1和圖2說明，本實施方式利用【具體實施方式】一、二、四、六或七中任意一個【具體實施方式】所述的拾放裝置進(jìn)行微米級對象拾放方法包括以下步驟:
[0027]步驟一、通過毛細(xì)管夾具2-8的供液口 2-7使毛細(xì)管夾具2-8的通道及毛細(xì)管2_6填充液體，所述液體為水或水與乙醇的混合物，水與乙醇的體積比為1:1 ;
[0028]步驟二、調(diào)節(jié)一號三軸位移平臺1-10至微米級對象操作的初始位置；
[0029]步驟三、調(diào)節(jié)探針驅(qū)動電機(jī)1-7，首先使探針2-3末端縮進(jìn)充滿液體的毛細(xì)管2-6內(nèi)，然后驅(qū)動探針2-3伸出，并至微米級對象的上方，依靠末端液體的毛細(xì)力實現(xiàn)微對象的柔順拾?。?br> [0030]步驟四、調(diào)節(jié)一號三軸位移平臺1-10至待釋放位置，并使微米級對象與操作基底1-5接觸；
[0031]步驟五、調(diào)節(jié)螺旋測微頭2-4，使熱敏電阻2-5靠近探針2-3，同時，一號顯微鏡1_2和二號顯微鏡1-12分別在二號三軸電動位移平臺1-1、三號三軸電動位移平臺1-13的驅(qū)動下均對準(zhǔn)探針2-3的下端，熱敏電阻2-5通電后發(fā)熱，使得微米級對象與探針2-3之間的液橋消失，實現(xiàn)可靠釋放，一號顯微鏡1-2和二號顯微鏡1-12同步進(jìn)行實時監(jiān)測，獲取微操作對象、液橋的位置和輪廓信息。
[0032]本實施方式獲取微操作對象、液橋的位置和輪廓信息可及時傳輸給上位機(jī)，便于微米級對象操作的分析評價。
【權(quán)利要求】
1.一種單針式微米級對象拾放裝置，其特征在于:所述裝置包括二號三軸電動平移臺(1-1)、隔振臺(1-4)、一號三軸電動位移平臺(1-10)、三號三軸電動平移臺(1-13)、自緊式夾頭(2-2)、探針(2-3)、螺旋測微頭(2-4)、熱敏電阻元件(2-5)、毛細(xì)管(2_6)和毛細(xì)管夾具(2-8)； 一號三軸電動平移臺(1-10)包括第二連接板(1-6)、探針驅(qū)動電機(jī)(1-7)、第一連接板(1-8)、測微頭夾具(1-9)和第一連接座(1-14) ;二號三軸電動平移臺(1-1)包括一號顯微鏡(1-2)和一號顯微鏡夾具(1-3)和第二連接座(1-15);三號三軸電動平移臺(1-13)包括二號顯微鏡(1-12)、二號顯微鏡夾具(1-11)和第三連接座(1-16)； 二號二軸電動平移臺(1_1)、一號二軸電動位移平臺(1_10)和二號二軸電動位移平移臺(1-13)分別布置在隔振臺(1-4)上，探針驅(qū)動電機(jī)(1-7)的輸出軸豎向設(shè)置，探針驅(qū)動電機(jī)(1-7)安裝在第一連接板(1-8)上，第一連接板(1-8)固定在第一連接座(1-14)上，探針驅(qū)動電機(jī)(1-7)的輸出軸與第二連接板(1-6)連接，第二連接板(1-6)能沿豎直方向上下移動，自緊式夾頭(2-2)的軸向豎向設(shè)置，自緊式夾頭(2-2)的上端固裝在第二連接板(1-6)上，自緊式夾頭(2-2)上夾持有探針(2-3)，位于第二連接板(1-6)的下方布置有與第一連接板(1-8)連接的毛細(xì)管夾具(2-8)，毛細(xì)管(2-6)豎向固裝在毛細(xì)管夾具(2-8)的下部，毛細(xì)管夾具(2-8)上加工有通道，通道、探針(2-3)與毛細(xì)管(2-6)三者同軸設(shè)置，螺旋測微頭(2-4)的軸向水平設(shè)置，測微頭夾具(1-9)固裝在第一連接板(1-8)上并夾持有螺旋測微頭(2-4)，熱敏電阻元件(2-5)安裝在螺旋測微頭(2-4)的端部；一號顯微鏡夾具(1-3)固接在第二連接座(1-15)上并夾持一號顯微鏡(1-2)，二號顯微鏡夾具(1-11)固接在第三連接座(1-16)上并夾持二號顯微鏡(1-12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單針式微米級對象拾放裝置，其特征在于:毛細(xì)管(2-6)粘接在毛細(xì)管夾具(2-8)的下部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種單針式微米級對象拾放裝置，其特征在于:所述熱敏電阻元件(2-5)為薄膜鉬電阻元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種單針式微米級對象拾放裝置，其特征在于:所述一號顯微鏡(1-2)和二號顯微鏡(1-12)均為C⑶顯微鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的一種單針式微米級對象拾放裝置，其特征在于:毛細(xì)管夾具(2-8)的側(cè)面加工有與通道連通的供液口(2-7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種單針式微米級對象拾放裝置，其特征在于:所述裝置還包括夾頭夾具(2-1)，自緊式夾頭(2-2)的上端通過夾頭夾具(2-1)固裝在第二連接板(1-6)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單針式微米級對象拾放裝置，其特征在于:所述裝置還包括操作基底(1-5)，操作基底(1-5)安裝在隔振臺(1-4)上。
8.利用權(quán)利要求1、2、4、6或7中任意一個權(quán)利要求所述的拾放裝置進(jìn)行微米級對象拾放方法，其特征在于:它包括以下步驟: 步驟一、通過毛細(xì)管夾具(2-8)的供液口(2-7)使毛細(xì)管夾具(2-8)的通道及毛細(xì)管(2-6)填充液體，所述液體為水或水與乙醇的混合物，水與乙醇的體積比為1:1 ; 步驟二、調(diào)節(jié)一號三軸位移平臺(1-10)至微米級對象操作的初始位置； 步驟三、調(diào)節(jié)探針驅(qū)動電機(jī)(1-7)，首先使探針(2-3)末端縮進(jìn)充滿液體的毛細(xì)管(2-6)內(nèi)，然后驅(qū)動探針(2-3)伸出，并至微米級對象的上方，依靠末端液體的毛細(xì)力實現(xiàn)微對象的柔順拾??； 步驟四、調(diào)節(jié)一號三軸位移平臺(ι-?ο)至待釋放位置，并使微米級對象與操作基底(1-5)接觸； 步驟五、調(diào)節(jié)螺旋測微頭(2-4)，使熱敏電阻(2-5)靠近探針(2-3)，同時，一號顯微鏡(1-2)和二號顯微鏡(1-12)分別在二號三軸電動位移平臺(1-1)、三號三軸電動位移平臺(1-13)的驅(qū)動下均對準(zhǔn)探針(2-3)的下端，熱敏電阻(2-5)通電后發(fā)熱，使得微米級對象與探針(2-3)之間的液橋消失，實現(xiàn)可靠釋放，一號顯微鏡(1-2)和二號顯微鏡(1-12)同步進(jìn)行實時監(jiān)測，獲取微操作對象、液橋的位置和輪廓信息。
【文檔編號】B25B11/00GK104290056SQ201410482168
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】榮偉彬, 范增華, 王樂鋒, 孫立寧 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)