[发明专利]一种液体介质控制的微型构件拾放装置及方法

说明书

一种液体介质控制的微型构件拾放装置及方法，本发明涉及微电子、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，本发明用于微型构件的柔顺拾取、位姿调整和释放操作。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，发明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。

本发明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。

本发明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；