一种液体介质控制的微型构件拾放装置及方法制造方法及图纸

一种液体介质控制的微型构件拾放装置及方法，本发明专利技术涉及微电子、微装配等领域的微型构件操作，它包括安装架、微型驱动电机、联轴器、滚珠丝杠、丝杠螺母、长连接板，连接件、电磁铁、吸铁头、弹簧，弹簧固定座，导热板、两个固定螺栓、四孔连接件、两个固定挡板、电热片、制冷片、水冷头、软管、垫圈A、垫圈B、姿态调整板、探针、弹性薄膜，长连接板和滚珠丝杠分别与安装架间隙配合，连接件、电磁铁、吸铁头、弹簧、弹簧固定座的内孔、导热板的内孔和探针同轴设置，电磁铁与吸铁头间隙设置，在外源电流场激励下产生磁力，与吸铁头吸附连接，在外源电流场消失后，电磁铁与吸铁头瞬时断开，本发明专利技术用于微型构件的柔顺拾取、位姿调整和释放操作。位姿调整和释放操作。位姿调整和释放操作。

【技术实现步骤摘要】
一种液体介质控制的微型构件拾放装置及方法


[0001]本专利技术涉及微型构件的拾取与释放操作领域，具体涉及一种液体介质控制的微型构件拾放装置及方法。

技术介绍

[0002]随着微机电、生物、化学、医疗等众多领域的快速发展，涉及的微型构件（特征尺寸在毫米级，亚毫米级甚至是微米级）操作要求越来越广泛，相应而生的操控微型构件的方法也越来越多。目前，微型构件的操控方法主要有机械夹持法、真空吸附法和粘着力控制法。机械夹持法是通过二指、三指或者多指装置对微型构件的直接接触夹紧，与微型构件之间产生静摩擦力来克服重力，达到微型构件拾取的目的。机械夹持法的缺点是机械夹紧容易出现应力集中，损坏微型构件。真空吸附法是在操作装置与微型构件之间的紧密贴合处形成负压，从而克服构件的重力，实现微型构件吸附拾取。真空吸附法需要构件表面形貌规整，能够与操作装置紧密贴合，否则容易漏气，导致拾取失败。由于微型构件的尺寸小、重力小，以静电力、毛细作用力和范德华力为主的粘着力起到主导作用，并作为一种操控方法得以利用。基于液体介质的毛细力操控方法利用液体表面张力的作用，具有柔顺拾取能力，能够实现不同形状微型构件的拾取、释放操控。现有的基于液体介质的毛细力操控方法常适用于微型构件的拾取或者释放操作，且难以保证释放精度。随着微电子和微装配等领域的发展，对微型构件的操作要求更加精细化、精准化。因此，开发新型的液体介质微构件操作装置和方法具有重要的理论意义与实际价值。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对微型构件操作过程中难以实现液体介质实时获取、液桥力主动控制、实时姿态调整、以及微型构件主动释放的关键问题，专利技术了一种液体介质控制的微型构件拾放装置及方法，通过控制探针的上下运动以及改变探针的形状来调控末端弹性薄膜的形状，进而形成凹、凸面液桥和不对称液桥，实现液桥力的主动调控，及调整微型构件的位姿，通过电磁铁和弹簧的协同作用能够进行惯性释放操作，避免微型构件操控时应力集中和难以释放的不足，从而实现高效、可控的微型构件操作。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述操作装置包括位移控制模块、惯性释放模块、温度控制模块、末端执行器模块，所述位移控制模块包括安装架、微型驱动电机、联轴器、滚珠丝杠、丝杠螺母、长连接板，所述惯性释放模块包括连接件、电磁铁、吸铁头、弹簧，弹簧固定座，所述温度控制模块包括导热板、两个固定螺栓、四孔连接件、两个固定挡板、电热片、制冷片、水冷头、软管，所述末端执行器模块包括垫圈A、垫圈B、姿态调整板、探针、弹性薄膜，所述长连接板和滚珠丝杠分别与安装架间隙配合，所述连接件、电磁铁、吸铁头、弹簧、弹簧固定座的内孔、导热板的内孔和探针同轴设置，所述电磁铁与吸铁头间隙设置，在外源电流场激励下产生磁力，与吸铁头吸附连接，在外源电流场消失后，电磁铁与吸铁头瞬时断开。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述操作方法是按照以下步骤实现的：步骤一：电磁铁在外源电流场激励下产生磁力，与吸铁头吸附连接，弹簧处于拉伸状态；步骤二：外部温度控制器控制制冷片制冷，探针温度降低，在弹性薄膜的外表面上冷凝生成液滴；步骤三：微型驱动电机控制探针的竖直运动，使冷凝生成的液滴与微型构件接触，形成液桥，微型构件在液桥力作用下实现拾取；步骤四：微型驱动电机带动弹性薄膜上下运动，能够在微型构件与探针之间形成凸面液桥或凹面液桥，实现液桥力的主动控制；步骤五：更换不同末端形态的探针、改变垫圈A和垫圈B的厚度、控制弹性薄膜的亲疏水性，能够形成微细结构液桥和非对称液桥，实现液桥力的调控和微型构件的姿态调整；步骤六：温度控制器控制电热片工作，液桥温度升高蒸发，直至完全消失，进行微型构件释放；步骤七：微型构件的重力不能克服微型构件与弹性薄膜之间的粘着力时，微型构件会粘着在弹性薄膜上，断开外源电流场，电磁铁失去磁力，被拉伸的弹簧复位，带动微型构件快速向下运动，产生的惯性力使微型构件脱离弹性薄膜，实现惯性释放。
[0006]本专利技术的有益效果是：1、本专利技术所述的一种液体介质控制的微型构件拾放方法，通过外部温度控制器控制制冷片和电热片，易于控制探针末端的弹性薄膜上液滴的生成和蒸发，实现实时调节。2、本专利技术所述的一种液体介质控制的微型构件拾放装置，吸铁头和弹簧固定座上加工弹簧仿形凹槽，能够实现弹簧的配合固定。3、本专利技术所述的一种液体介质控制的微型构件拾放装置，通过调整探针的轴向位置、改变探针的形状、调整垫圈A和垫圈B的厚度能够形成微细结构液桥和非对称液桥，实现液桥力的调控和微型构件的姿态调整。4、本专利技术所述的一种液体介质控制的微型构件拾放方法，通过外源电流场控制电磁铁的工作通断，结合弹簧的协同作用，能够实现微型构件的主动释放。5、本专利技术所述的一种液体介质控制的微型构件拾放装置通过温度控制和弹性薄膜形状的改变，在无需其他辅助装置下，能够一体化完成微型构件的拾取、姿态调整和释放。
附图说明
[0007]图1是本专利技术的一种液体介质控制的微型构件拾放装置的整体结构示意图。
[0008]图2是本专利技术的一种液体介质控制的微型构件拾放装置的末端执行模块局部放大示意图。
[0009]图3是本专利技术的一种液体介质控制的微型构件拾放方法的凹面和凸面液桥示意图。
[0010]图4是本专利技术的一种液体介质控制的微型构件拾放方法的微细结构液桥和非对称液桥示意图。
具体实施方式
[0011]具体实施方式一：结合图1、图2、图3和图4说明，本实施方式所述一种液体介质控
制的微型构件拾放装置，它包括位移控制模块、惯性释放模块、温度控制模块、末端执行器模块，位移控制模块包括安装架1
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1、微型驱动电机1
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2、联轴器1
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3、滚珠丝杠1
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4、丝杠螺母1
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5、长连接板1
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6，惯性释放模块包括连接件1
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7、电磁铁1
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8、吸铁头1
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9、弹簧1
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10，弹簧固定座1
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11，温度控制模块包括导热板1
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12、两个固定螺栓1
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13、四孔连接件1
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16、两个固定挡板1
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17、电热片1
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18、制冷片1
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19、水冷头1
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20、软管1
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21，末端执行器模块包括垫圈A 2
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1、垫圈B 2
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2、姿态调整板2
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3、探针2
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4、弹性薄膜2
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5，所述安装架1
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1和微型驱动电机1
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2螺栓连接，微型驱动电机1
‑
2与滚珠丝杠1
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4通过联轴器1
‑
3连接，丝杠螺母1
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5的一端与滚珠丝杠1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液体介质控制的微型构件拾放装置，其特征在于：所述操作装置包括位移控制模块、惯性释放模块、温度控制模块、末端执行器模块，所述位移控制模块包括安装架（1
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1）、微型驱动电机（1
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2）、联轴器（1
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3）、滚珠丝杠（1
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4）、丝杠螺母（1
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5）、长连接板（1
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6），所述惯性释放模块包括连接件（1
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7）、电磁铁（1
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8）、吸铁头（1
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9）、弹簧（1
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10），弹簧固定座（1
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11），所述温度控制模块包括导热板（1
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12）、两个固定螺栓（1
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13）、四孔连接件（1
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16）、两个固定挡板（1
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17）、电热片（1
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18）、制冷片（1
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19）、水冷头（1
‑
20）、软管（1
‑
21），所述末端执行器模块包括垫圈A（2
‑
1）、垫圈B（2
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2）、姿态调整板（2
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3）、探针（2
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4）、弹性薄膜（2
‑
5），所述安装架（1
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1）和微型驱动电机（1
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2）螺栓连接，微型驱动电机（1
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2）与滚珠丝杠（1
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4）通过联轴器（1
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3）连接，丝杠螺母（1
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5）的一端与滚珠丝杠（1
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4）连接，另一端与长连接板（1
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6）螺钉连接，所述连接件（1
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7）的一端与长连接板（1
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6）螺纹连接，另一端与电磁铁（1
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8）螺纹连接，所述弹簧（1
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10）的一端与吸铁头（1
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9）连接，另一端与弹簧固定座（1
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11）连接，所述吸铁头（1
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9）穿过弹簧底座（1
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11）内孔和导热板（1
‑
12）内孔与探针（2
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4）螺纹连接，弹性薄膜（2
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5）的一端与探针（2
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4）末端胶粘固定，另一端与姿态调整板（2
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3）胶粘固定，所述导热板（1
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12）的上端面与弹簧固定底座（1
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11）螺纹固定连接，下端面与姿态调整板（2
‑
3）固定连接，所述四孔连接件（1
‑
16）的上端面通过固定通孔（1
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15）与安装架（1
‑
1）的下端面固定连接，所述导热板（1
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12）的后侧凹槽内放置电热片（1
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18），前侧凹槽内放置制冷片（1
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19）和水冷头（1
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20），两根软管（1
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21）固定连接在水冷头（1
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20）的两个通水口上，所述两个挡板（1
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17）通过两个螺栓（1
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13）将导热板（1
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12）、四孔连接件（1
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16）、电热片（1
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18）、制冷片（1
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19）、水冷头（1
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20）固定连接在一起。2.根据权利要求1所述的一种液体介质控制的微型构件拾放装置，其特征在于：所述长连接板（1
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6）和滚珠丝杠（1
‑
4）分别与安装架（1
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1）间隙配合。3.根据权利要求1或2所述的一种液体介质控制的微型构件拾放装置，其特征在于：所述连接件（1
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7）、电磁铁（1
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8）、吸铁头（1
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9）、弹簧（1
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10）、弹簧固定座（1
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11）的内孔、导热板（1
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12）的内孔和探针（2
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4）同轴设置。4.根据权利要求1或2所述的一种液体介质控制的微型构件拾放装置，其特征在于：所述电磁铁（1
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8）与吸铁头（1
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【专利技术属性】
技术研发人员：范增华，黄聪聪，刘紫潇，高军，韩金国，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
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