一种具有微装配力传感器的真空吸附夹持器系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有微装配力传感器的真空吸附夹持器系统，包括真空吸附夹持器、气路装置、微装配力传感器、信号调理电路、夹持装配控制器和位移台；真空吸附夹持器包括吸附夹持头、柔性梁和气管，柔性梁上加工有平行四边形柔性机构，平行四边形柔性机构具有四个相同的柔性铰链，吸附夹持头与柔性梁的一端固定连接，柔性梁的另一端固定安装在位移台上，微装配力传感器安装在能感应平行四边形柔性机构的形变的位置处，微装配力传感器的输出端通过信号调理电路与夹持装配控制器连接，夹持装配控制器与位移台连接。本发明专利技术能实现微装配力的传感和反馈控制，能检测微装配过程中微装配力的大小并且保证装配过程中不因微装配力过大而破坏微小零件。

A vacuum adsorption clamp system with micro assembly force sensor

【技术实现步骤摘要】
一种具有微装配力传感器的真空吸附夹持器系统
本专利技术涉及微装配领域，具体涉及一种具有微装配力传感器的真空吸附夹持器系统。
技术介绍
随着微机电系统及集成技术的发展，对微小零件的装配提出了更高的要求。真空吸附夹持器系统是一种在真空泵或真空发生器作用下，由负压吸附正压释放夹持装配微小零件并进行零件的位姿检测和调整，并对零件的装配过程进行实时监测和对装配过程中的信号进行处理的系统。真空吸附夹持器作为真空吸附夹持器系统中的核心部件，能够实现对规则及不规则平板零件尤其是微小薄板零件进行吸附、移动、释放及施加压力等操作，在微装配等领域尤其是微小薄板零件的装配领域具有特别重要的作用。在装配需要表面固连的微小零件时，当将两个零件对准后，还需要对两个零件的接触面施加一定的压力才能保证两个零件之间的胶粘剂与接触面充分接触；两个零件表面接触并发生弹性变形而产生的力，即为微装配力。当产生的微装配力过小时，不足以保证两零件表面和粘接剂充分接触，会导致连接不可靠；当微装配力过大时，又有可能破坏具有脆性、易变形等特点的微小零件，并且为了保证装配一致性，需要保证每次装配过程中微装配力的重复性，因此在装配过程中需要实时检测微装配力的大小并将微装配力控制在同一合适的范围内。目前，对微装配力的传感大多是通过外加具有一定体积的力传感器来实现的，这种方式会增加操纵工具的整体体积，并且在微装配系统的有限空间内，安装集成具有一定体积的力传感器也会有诸多限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有微装配力传感器的真空吸附夹持器系统，以实现对微装配力的测量解算及控制。本专利技术所述的一种具有微装配力传感器的真空吸附夹持器系统，包括真空吸附夹持器、气路装置，还包括微装配力传感器、信号调理电路、夹持装配控制器和位移台；真空吸附夹持器包括吸附夹持头、柔性梁和气管，吸附夹持头通过气管与气路装置连接，夹持装配控制器通过信号线与气路装置连接，气路装置在夹持装配控制器的控制下产生负压或者正压，作用于吸附夹持头，实现微小零件的吸附夹持或者释放；柔性梁上加工有平行四边形柔性机构，平行四边形柔性机构具有四个相同的柔性铰链(A、B、C、D)，吸附夹持头与柔性梁垂直且上端与柔性梁的一端固定连接，柔性梁的另一端固定安装在位移台上，吸附夹持头与柔性梁固定连接的部位位于平行四边形柔性机构的一侧，柔性梁在位移台上的安装部位位于平行四边形柔性机构的另一侧；所述微装配力传感器安装在能感应平行四边形柔性机构的形变的位置处，微装配力传感器的输出端通过信号线与信号调理电路连接，信号调理电路通过信号线与夹持装配控制器连接，夹持装配控制器通过信号线与位移台连接，夹持装配控制器与真空吸附夹持器、位移台形成微装配力闭环控制，夹持装配控制器控制位移台向待装配零件移动，位移台带动真空吸附夹持器对待装配零件施加压力，平行四边形柔性机构产生形变，微装配力传感器检测该形变，并将其转换为电信号，经信号调理电路处理后发送给夹持装配控制器，夹持装配控制器解算得到微装配力，并根据该微装配力调整位移台的移动距离。当微装配力过大时，夹持装配控制器控制位移台向远离待装配零件的方向移动，以减小向待装配零件施加的压力；当微装配力过小时，夹持装配控制器控制位移台向靠近待装配零件的方向移动，以增大向待装配零件施加的压力，保证待装配的两个零件的可靠接触和固连，从而实现微装配力的闭环控制。优选的，所述微装配力传感器采用电阻应变传感器，电阻应变传感器粘贴在任意一个所述柔性铰链上。所述真空吸附夹持器下压并向待装配零件施加压力时，电阻应变传感器便能检测到平行四边形柔性机构因微装配力的作用而产生的形变信号，所述微装配力Fa通过公式：确定；其中，E为柔性梁材料的弹性模量，b为柔性铰链的宽度，t为柔性铰链的最小厚度，l为沿柔性梁长度方向的两个柔性铰链的中心之间的距离，K为电阻应变传感器的应变常数，Uin为电阻应变传感器的供电电压，Uout为电阻应变传感器的输出电压。优选的，所述真空吸附夹持器系统还包括第一支架和第二支架，所述微装配力传感器采用电容式测力传感器，电容式测力传感器包括定极板和动极板，定极板固定安装在第一支架的一端，第一支架的另一端与柔性梁的另一端(即柔性梁固定安装在位移台上的一端)固定连接，动极板固定安装在第二支架上，第二支架固定安装在柔性梁的与吸附夹持头固定连接的一端，定极板与动极板正对，且共同位于吸附夹持头的正上方。所述信号调理电路包括载波调制电路和解调电路；所述电容式测力传感器为单极性电容式测力传感器，其动极板接地，定极板作为感应极板与载波调制电路连接；所述微装配力Fa通过公式：确定；其中，KF为柔性铰链的刚度，l为沿柔性梁长度方向的两个柔性铰链的中心之间的距离，ε为动极板与定极板间介质的介电常数，S为动极板与定极板的相互覆盖面积，d0为动极板与定极板之间的初始距离，Cr表示载波调制电路中的参考电容，Vr表示解调电路的载波电压输出端输出的载波电压，V1表示载波调制电路的输出端输出的调制电压(能反映电容式测力传感器的感应信号)。本专利技术所述的另一种具有微装配力传感器的真空吸附夹持器系统，包括真空吸附夹持器、气路装置，还包括微装配力传感器、第一支架、信号调理电路、夹持装配控制器和位移台；真空吸附夹持器包括吸附夹持头、柔性梁和气管，吸附夹持头通过气管与气路装置连接，夹持装配控制器通过信号线与气路装置连接，气路装置在夹持装配控制器的控制下产生负压或正压，作用于吸附夹持头，实现微小零件的吸附夹持或者释放；柔性梁上加工有关于柔性梁的中部对称的两个平行四边形柔性机构，每个平行四边形柔性机构具有四个相同的柔性铰链(A、B、C、D)，吸附夹持头与柔性梁垂直且上端与柔性梁的中部固定连接，柔性梁关于吸附夹持头的轴线对称，柔性梁的两端与第一支架的两端固定连接，第一支架固定安装在位移台上，吸附夹持头与柔性梁固定连接的部位位于两个平行四边形柔性机构之间，柔性梁与第一支架固定连接的两个部位位于两个平行四边形柔性机构的外侧；所述微装配力传感器安装在能感应平行四边形柔性机构的形变的位置处，微装配力传感器的输出端通过信号线与信号调理电路连接，信号调理电路通过信号线与夹持装配控制器连接，夹持装配控制器通过信号线与位移台连接，夹持装配控制器与真空吸附夹持器、位移台形成微装配力闭环控制，夹持装配控制器控制位移台向待装配零件移动，位移台带动真空吸附夹持器对待装配零件施加压力，两个平行四边形柔性机构产生形变，微装配力传感器检测该形变，并将其转换为电信号，经信号调理电路处理后发送给夹持装配控制器，夹持装配控制器解算得到微装配力，并根据该微装配力调整位移台的移动距离。当微装配力过大时，夹持装配控制器控制位移台向远离待装配零件的方向移动，以减小向待装配零件施加的压力；当微装配力过小时，夹持装配控制器控制位移台向靠近待装配零件的方向移动，以增大向待装配零件施加的压力，保证待装配的两个零件的可靠接触和固连，从而实现微装配力的闭环控制。优选的，所述微装配力传感器只有一个，该微装配力传感器采用电阻应变传感器，电阻应变传感器粘贴在任意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有微装配力传感器的真空吸附夹持器系统，包括真空吸附夹持器、气路装置(2)，其特征在于：还包括微装配力传感器、信号调理电路(5)、夹持装配控制器(6)和位移台(7)；真空吸附夹持器包括吸附夹持头(1)、柔性梁(3)和气管(8)，吸附夹持头(1)通过气管(8)与气路装置(2)连接，夹持装配控制器(6)通过信号线与气路装置(2)连接，控制气路装置(2)产生负压或者正压，以吸附或者释放待装配零件，柔性梁(3)上加工有平行四边形柔性机构，平行四边形柔性机构具有四个相同的柔性铰链(A、B、C、D)，吸附夹持头(1)与柔性梁(3)垂直且上端与柔性梁(3)的一端固定连接，柔性梁(3)的另一端固定安装在位移台(7)上，吸附夹持头(1)与柔性梁(3)固定连接的部位位于平行四边形柔性机构的一侧，柔性梁(3)在位移台(7)上的安装部位位于平行四边形柔性机构的另一侧；所述微装配力传感器安装在能感应平行四边形柔性机构的形变的位置处，微装配力传感器的输出端通过信号线与信号调理电路(5)连接，信号调理电路(5)通过信号线与夹持装配控制器(6)连接，夹持装配控制器(6)通过信号线与位移台(7)连接，夹持装配控制器(6)控制位移台(7)向待装配零件移动，带动真空吸附夹持器对待装配零件施加压力，平行四边形柔性机构产生形变，微装配力传感器检测该形变，并将其转换为电信号，经信号调理电路(5)处理后发送给夹持装配控制器(6)，夹持装配控制器(6)解算得到微装配力，并根据该微装配力调整位移台(7)的移动距离。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有微装配力传感器的真空吸附夹持器系统，包括真空吸附夹持器、气路装置(2)，其特征在于：还包括微装配力传感器、信号调理电路(5)、夹持装配控制器(6)和位移台(7)；真空吸附夹持器包括吸附夹持头(1)、柔性梁(3)和气管(8)，吸附夹持头(1)通过气管(8)与气路装置(2)连接，夹持装配控制器(6)通过信号线与气路装置(2)连接，控制气路装置(2)产生负压或者正压，以吸附或者释放待装配零件，柔性梁(3)上加工有平行四边形柔性机构，平行四边形柔性机构具有四个相同的柔性铰链(A、B、C、D)，吸附夹持头(1)与柔性梁(3)垂直且上端与柔性梁(3)的一端固定连接，柔性梁(3)的另一端固定安装在位移台(7)上，吸附夹持头(1)与柔性梁(3)固定连接的部位位于平行四边形柔性机构的一侧，柔性梁(3)在位移台(7)上的安装部位位于平行四边形柔性机构的另一侧；所述微装配力传感器安装在能感应平行四边形柔性机构的形变的位置处，微装配力传感器的输出端通过信号线与信号调理电路(5)连接，信号调理电路(5)通过信号线与夹持装配控制器(6)连接，夹持装配控制器(6)通过信号线与位移台(7)连接，夹持装配控制器(6)控制位移台(7)向待装配零件移动，带动真空吸附夹持器对待装配零件施加压力，平行四边形柔性机构产生形变，微装配力传感器检测该形变，并将其转换为电信号，经信号调理电路(5)处理后发送给夹持装配控制器(6)，夹持装配控制器(6)解算得到微装配力，并根据该微装配力调整位移台(7)的移动距离。


2.根据权利要求1所述的具有微装配力传感器的真空吸附夹持器系统，其特征在于：所述微装配力传感器采用电阻应变传感器(4)，电阻应变传感器(4)粘贴在任意一个所述柔性铰链上；所述微装配力Fa通过公式：



确定；其中，E为柔性梁材料的弹性模量，b为柔性铰链的宽度，t为柔性铰链的最小厚度，l为沿柔性梁长度方向的两个柔性铰链的中心之间的距离，K为电阻应变传感器的应变常数，Uin为电阻应变传感器的供电电压，Uout为电阻应变传感器的输出电压。


3.根据权利要求1所述的具有微装配力传感器的真空吸附夹持器系统，其特征在于：该真空吸附夹持器系统还包括第一支架(10)和第二支架(20)，所述微装配力传感器采用电容式测力传感器(9)，电容式测力传感器(9)包括定极板(91)和动极板(92)，定极板(91)固定安装在第一支架(10)的一端，第一支架(10)的另一端与柔性梁(3)的另一端固定连接，动极板(92)固定安装在第二支架(20)上，第二支架(20)固定安装在柔性梁(3)的与吸附夹持头(1)固定连接的一端，定极板(91)与动极板(92)正对，且共同位于吸附夹持头(1)的正上方。


4.根据权利要求3所述的具有微装配力传感器的真空吸附夹持器系统，其特征在于：所述信号调理电路(5)包括载波调制电路和解调电路；所述电容式测力传感器(9)为单极性电容式测力传感器，其动极板(92)接地，定极板(91)作为感应极板与载波调制电路连接；所述微装配力Fa通过公式：



确定；其中，KF为柔性铰链的刚度，l为沿柔性梁长度方向的两个柔性铰链的中心之间的距离，ε为动极板与定极板间介质的介电常数，S为动极板与定极板的相互覆盖面积，d0为动极板与定极板之间的初始距离，Cr表示载波调制电路中的参考电容，Vr表示解调电路的载波电压输出端输出的载波电压，V1表示载波调制电路的输出端输出的调制电压。


5.一种具有微装配力传感器的真空吸附夹持器系统，包括真空吸附夹持器、气路装置(2)，其特征在于：还包括微装配力传感器、第一支架(10)、信号调理电路(5)、夹持装配控制器(6)和位移台(7)；真空吸附夹持器包括吸附夹持头(1)、柔性梁(3)和气管(8)，吸附夹持头(1)通过气管(8)与气路装置(2)连接，夹持装配控制器(6)通过信号线与气路装置(2)连接，控制气路装置(2)产生负压或者正压，以吸附或者释放待装配零件，柔性梁(3)上加工有关于柔性梁(3)的中部对称的两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：王代华，包丽萍，王坎，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50