一种压电微夹钳的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种压电微夹钳的制造方法，该压电微夹钳能够在兼顾较大行程的同时，又具有紧凑结构，同时该制造方法基于微操作已经具有的显微镜环境，便于实现微夹钳的在线校准，减小微操作过程中的准备时间，减少工作量，提高微操作效率。

Manufacturing method of piezoelectric micro gripper

The invention provides a manufacturing method of piezoelectric micro-clamp, which can take into account the larger stroke and has a compact structure, and the manufacturing method is based on the microscope environment already possessed by the micro-operation, so as to realize the on-line calibration of the micro-clamp, reduce the preparation time in the micro-operation process and reduce the workload. Improve the efficiency of micro operation.

【技术实现步骤摘要】
一种压电微夹钳的制造方法
本专利技术涉及一种压电微夹钳制造方法，特别是适于在微米尺度应用的压电微夹钳的制造方法，属于微操作和微装配

技术介绍
目前，微操作和微装配技术被广泛的应用在微机电系统、管线专配、生物工程和小型元器件的电子封装等研究领域。其中，微夹钳是器件组装过程中不可或缺的重要设备，主要用来实现直径小于200微米的为物体的夹持，移动，释放等操作。微夹钳通常由驱动装置和位移传递装置所构成。目前微夹钳常用的驱动方式有电热驱动、电磁驱动、压电驱动(PZT)、静电驱动、形状记忆合金等。在这些驱动中，由于压电驱动特有的大驱动力，高响应频率，大带宽和高分辨率等优点，被广泛的用作微夹钳的驱动。另外，由于部分的操作需要在扫描电镜的真空环境中完成，压电驱动不产生磁场的特性，促使其广泛的应用在基于扫描电镜的微操作中。压电驱动通过采用压电陶瓷材料，利用在其两端加载一定的电势差的方式产生位移和输出力。由于微夹钳主要操作直径在200微米尺度及以下的材料，夹持精度成为微夹钳主要考虑的性能之一。为提高微夹钳的夹持精度，一般通过内部结构集成位置传感器的方式形成位置反馈，实现微夹钳夹持状态的实时监测，此方法对提高了微夹钳的夹持精度有较大帮助。但是，集成的位置传感器在使用前都需要进行校准，目前一般采用通过将微夹钳安装在激光位移测定装置上进行校准，再将微夹钳取下安装在微动移动平台上进行相应的微尺度物体的操作。此方法具有较高的校准精度，但是不能实现实时的在线的校准，并且在将微夹钳二次安装到微动移动平台的过程中，由于固定方式的差异，导致误差的引入，降低了微夹钳的夹持精度。专利技术内容本专利技术的目的在于提供一种能够在兼顾较大行程的同时，又具有紧凑结构微夹钳的制造方法。本专利技术的技术方案如下。一种微夹钳的制造方法，其中所述微夹钳包括：安装板(1)、预紧螺钉(2)、微夹钳主体(3)、半圆形垫片(4)、驱动装置(5)、紧定螺钉(6)、第一应变片(7)、第二应变片(8)、末端钳口(9)；所述微夹钳主体(3)包括上输出梁(10)、第一级放大系统和第二级放大系统；两级放大系统分别包括对称布置的第一竖放大梁(11、13)、第二竖放大梁(28、25)、第一横放大梁(12、14)和第二横放大梁(27、24)；所述制造方法包括如下步骤：步骤S1，将安装板(1)、微夹钳主体(3)、紧定螺钉(6)放在超声波清洗器中进行零件的清洁，取出晾干；步骤S2，将测量位移变化的应变片通过环氧树脂胶粘结在微夹钳的第二级放大系统的第一横放大梁(14)和第二横放大梁(24)处；步骤S3，将安装板(1)放水平，将装有应变片的微夹钳主体(3)通过紧定螺钉(6)固定在安装板(1)上，调整好微夹钳主体(3)与安装板(1)的位置后成对角线依次紧固紧定螺钉(6)，然后将预紧螺钉(2)装入微夹钳主体(3)中，并使预紧螺钉(2)的前端不超出上输出梁(10)靠近压电驱动装置的一端；步骤S4，将驱动装置(5)成左右对称安装在微夹钳主体(3)的中间部位，在显微镜下预紧预紧螺钉(2)使得末端钳口(9)处出现合适的位移。优选地，所述步骤S1中的清洁时间为10分钟。优选地，所述微夹钳主体(3)为一个整体，采用线切割加工完成。优选地，所述微夹钳主体(3)中相邻的放大梁采用柔性铰链直接连接。优选地，所述微夹钳主体(3)还包括左前固定端(23)、右前固定端(15)和中心固定块(26)。优选地，所述左前固定端(23)、右前固定端(15)和中心固定块(26)的厚度大于微夹钳主体(3)的可移动部件。优选地，所述左前固定端(23)、右前固定端(15)和中心固定块(26)的厚度大于微夹钳主体(3)的可移动部件0.5mm。优选地，所述微夹钳主体(3)的结构尺寸为18×32×3.5mm。优选地，所述步骤S2还包括在粘接好的应变片上涂抹一层薄密封胶。优选地，所述驱动装置(5)为压电驱动装置(PZT)、电磁驱动装置或电热驱动装置。通过以上技术方案，本专利技术能够取得以下技术效果。一方面，制造出的微夹钳在保证微夹钳较大夹持范围的同时，兼顾微夹钳高紧凑的结构，提高微夹钳的灵活性。另一方面，本专利技术的制造方法基于微操作已经具有的显微镜环境，便于实现微夹钳的在线校准，减小微操作过程中的准备时间，减少工作量，提高微操作效率。附图说明图1是本专利技术的微夹钳系统结构示意图。图2是图1中的微夹钳主体结构图。图3是本专利技术的微夹钳放大倍数计算原理图。图4是本专利技术的微夹钳在线校准原理图。图中各个附图标记的含义如下：1.安装板，2.预紧螺钉，3.微夹钳主体，4.半圆形垫片，5.压电驱动装置(PZT)，6.紧定螺钉，7.第一应变片，8.第二应变片，9.末端钳口，10.上输出梁，11.第一级放大系统第一竖放大梁，12.第一级放大系统第一横放大梁，13.第二级放大系统第一竖放大梁，14.第二级放大系统第一横放大梁，15.右前固定端，16.右前连接梁，17.位移合并梁，18.右复原梁，19.右夹子，20.左夹子，21.左复原梁，22.左前连接梁，23.左前固定端，24.第二级放大系统第二横放大梁，25.第二级放大系统第二竖放大梁，26.中心固定块，27.第一级放大系统第二横放大梁，28.第一级放大系统第二竖放大梁。具体实施方式如附图1，本专利技术的微夹钳包括有安装板1、预紧螺钉2、微夹钳主体3、半圆形垫片4、压电驱动装置(PZT)5、紧定螺钉6、第一应变片7、第二应变片8、末端钳口9组成。微夹钳主体3通过紧定螺钉6和安装板1固定组装，两个应变片通过环氧树脂胶粘结在微夹钳主体3上，实时的输出微夹钳末端探针的位置状态。压电驱动装置5采用堆叠方式制造的压电陶瓷，通过一端固定在微夹钳主体1上，另一端通过与半圆形垫片4接触，将产生的位移传递到微夹钳的主体结构上。微夹钳设计为左右对称的方式实现一个压电驱动实现两侧探针的同步位移，进一步扩大微夹钳的可夹持尺寸。为减小微夹钳的结构尺寸，本专利技术采用双级杠杆放大结构实现压电驱动输出位移的扩大。首级行程放大系统由第一级放大系统第一竖放大梁11、第一级放大系统第一横放大梁12和第一级放大系统第二横放大梁27、第一级放大系统第二竖放大梁28组成，完成PZT输出的第一次位移放大。二级放大系统由第二级放大系统第一竖放大梁13、第二级放大系统第一横放大梁14和第二级放大系统第二横放大梁24、第二级放大系统第二竖放大梁25组成，完成对一级放大系统的再次放大，两级放大系统可实现在小PZT输出位移的情况下实现微夹钳末端钳口输出较大的位移，满足微操作对夹持尺度的需求。同时，为实现可移动部件(10～14，16～19，20～22，24～28)位移的顺利传递，本专利技术微夹钳固定部件右前固定端15、左前固定端23、中心固定块26在厚度上大于可移动部件0.5mm。为了进一步减小微夹钳的结构尺寸，本专利技术采用柔性铰链的方式实现PZT输出位移的传输，整个微夹钳为一个整体，通过线切割加工完成，本专利技术微夹钳主体的结构尺寸为18×32×3.5mm，具有紧凑的结构尺寸。并且，由于柔性铰链直接连接两个相邻的梁，可以避免位移在传统旋转副中传输存在的机械摩擦和回程差影响夹持精度的问题，另外，微夹钳加工方式单一，其加工精度易于保证且不需要再次装配，本专利技术微夹钳共由22个柔性铰链组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微夹钳的制造方法，其中所述微夹钳包括：安装板(1)、预紧螺钉(2)、微夹钳主体(3)、半圆形垫片(4)、驱动装置(5)、紧定螺钉(6)、第一应变片(7)、第二应变片(8)、末端钳口(9)；所述微夹钳主体(3)包括上输出梁(10)、第一级放大系统和第二级放大系统；两级放大系统分别包括对称布置的第一竖放大梁(11、13)、第二竖放大梁(28、25)、第一横放大梁(12、14)和第二横放大梁(27、24)；所述制造方法包括如下步骤：步骤S1，将安装板(1)、微夹钳主体(3)、紧定螺钉(6)放在超声波清洗器中进行零件的清洁，取出晾干；步骤S2，将测量位移变化的应变片通过环氧树脂胶粘结在微夹钳的第二级放大系统的第一横放大梁(14)和第二横放大梁(24)处；步骤S3，将安装板(1)放水平，将装有应变片的微夹钳主体(3)通过紧定螺钉(6)固定在安装板(1)上，调整好微夹钳主体(3)与安装板(1)的位置后成对角线依次紧固紧定螺钉(6)，然后将预紧螺钉(2)装入微夹钳主体(3)中，并使预紧螺钉(2)的前端不超出上输出梁(10)靠近压电驱动装置的一端；步骤S4，将驱动装置(5)成左右对称安装在微夹钳主体(3)的中间部位，在显微镜下预紧预紧螺钉(2)使得末端钳口(9)处出现合适的位移。...

【技术特征摘要】
1.一种微夹钳的制造方法，其中所述微夹钳包括：安装板(1)、预紧螺钉(2)、微夹钳主体(3)、半圆形垫片(4)、驱动装置(5)、紧定螺钉(6)、第一应变片(7)、第二应变片(8)、末端钳口(9)；所述微夹钳主体(3)包括上输出梁(10)、第一级放大系统和第二级放大系统；两级放大系统分别包括对称布置的第一竖放大梁(11、13)、第二竖放大梁(28、25)、第一横放大梁(12、14)和第二横放大梁(27、24)；所述制造方法包括如下步骤：步骤S1，将安装板(1)、微夹钳主体(3)、紧定螺钉(6)放在超声波清洗器中进行零件的清洁，取出晾干；步骤S2，将测量位移变化的应变片通过环氧树脂胶粘结在微夹钳的第二级放大系统的第一横放大梁(14)和第二横放大梁(24)处；步骤S3，将安装板(1)放水平，将装有应变片的微夹钳主体(3)通过紧定螺钉(6)固定在安装板(1)上，调整好微夹钳主体(3)与安装板(1)的位置后成对角线依次紧固紧定螺钉(6)，然后将预紧螺钉(2)装入微夹钳主体(3)中，并使预紧螺钉(2)的前端不超出上输出梁(10)靠近压电驱动装置的一端；步骤S4，将驱动装置(5)成左右对称安装在微夹钳主体(3)的中间部位，在显微镜下预紧预紧螺钉(2)使得末端钳口(9)处出现合适的位移。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：石青，于志强，魏子厚，黄强，福田敏男，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11