一种多自由度宏微复合式微型夹持器装备的制作方法

本发明涉及微纳操作与精密装配，具体是指一种多自由度宏微复合式微型夹持器装备。

背景技术：

1、随着微纳制造技术、集成电路封装技术、生物医学工程以及光纤通信技术的快速发展，对微米乃至纳米尺度下的精密操作与装配需求日益迫切。微夹持器作为微操作系统的末端执行部件，其性能直接决定了微装配的质量与效率。在精密制造、集成电路封装、半导体加工等领域，微夹持技术具有很高的研究价值和广泛的应用场景。

2、目前，微夹持器的驱动方式主要有压电驱动、静电驱动、电磁驱动、电热驱动、形状记忆合金驱动和气动驱动等几类。在宏微结合的运动实现方面，现有技术主要存在以下几种方案：（1）纯宏动方案：采用多自由度电动滑台直接搭载夹持器。优点是行程大、承载强；缺点是分辨率受限于丝杠/导轨的机械传动精度，通常只能达到微米级，无法实现纳米级对位，且在靠近目标位置时会出现末段抖动和定位超调。（2）纯微动方案：采用压电陶瓷驱动配合柔性铰链的微夹持器，这类方案分辨率可达纳米级，但压电陶瓷自由应变仅0.1%~0.15%，经柔性铰链放大后行程一般也只有几十微米，无法独立完成从料仓到装配位的毫米级大范围搬运。（3）宏微结合方案：将宏动模块与微动模块串联使用，宏动模块负责毫米级至百毫米级的大范围粗定位，微动模块负责纳米级的微观精调与姿态微调。这种架构从根本上化解了大行程与纳米精度的矛盾，是当前微夹持领域的主流技术方向。

3、现有宏微结合方案普遍存在以下局限：一是微夹持器与微动平台之间的连接缺乏传力路径优化，宏动模块的姿态偏差和夹持反作用力直接影响微动定位的稳定性；二是夹持末端多为单一用途定制，面对芯片、阻容元件、光纤等不同对象时需要整机更换，成本高、效率低；三是夹持力缺乏模块化集成检测，面对脆性元件时无法提供自适应恒力夹持与模块化快速更换能力。因此，亟需一种新型多自由度宏微复合式微型夹持器装备，既能实现宏动与微动之间的运动解耦与反作用力隔离，又能通过标准化可更换夹持末端实现一器多用，同时保持整体外形紧凑、适合自动化产线集成。

技术实现思路

1、本发明针对上述背景技术中提出的不足，提供一种多自由度宏微复合式微型夹持器装备。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种多自由度宏微复合式微型夹持器装备，包括底座固定板、设于底座固定板上方的六轴宏观运动控制模块、转接板、微动模块、微型夹持器以及应变片式传感器；

3、所述六轴宏观运动控制模块的输出端通过转接板与微动模块固定连接，所述微型夹持器可拆卸安装于微动模块的输出端面，所述应变片式传感器集成设置于微型夹持器上。

4、进一步的，所述六轴宏观运动控制模块包括x轴电动滑台、y轴电动滑台、z轴电动滑台、rx电动偏摆台、ry电动偏摆台和rz电动旋转台；

5、所述x轴电动滑台固定安装于底座固定板上，所述y轴电动滑台固定安装于x轴电动滑台的移动端面，所述z轴电动滑台固定安装于y轴电动滑台的移动端面，所述ry电动偏摆台固定安装于z轴电动滑台的移动端面，所述rz电动旋转台固定安装于ry电动偏摆台的移动端面，所述rx电动偏摆台固定安装于rz电动旋转台的移动端面；

6、所述转接板固定安装于rx电动偏摆台的输出安装面。

7、进一步的，所述微动模块为一维压电纳米定位平台；所述一维压电纳米定位平台的底座固定安装于转接板上，所述微型夹持器的两端通过螺钉固定于一维压电纳米定位平台的固定部，微型夹持器的中部通过螺钉固定于一维压电纳米定位平台的移动端面。

8、进一步的，所述一维压电纳米定位平台内置工字形横梁式柔性铰链，用于隔离六轴宏观运动控制模块产生的寄生运动、非输出方向的作用力与位移。

9、进一步的，所述微型夹持器为柔性铰链式夹持结构，通过自身柔性铰链的弹性形变实现元器件的夹取与释放动作。

10、进一步的，所述应变片式传感器粘贴于微型夹持器的柔性铰链处，用于实时检测夹持力与夹持位移，以构成闭环控制系统实现恒力夹持。

11、进一步的，所述六轴宏观运动控制模块采用立式安装或倒挂安装方式，适配狭小操作空间的集成需求。

12、进一步的，所述微动模块与微型夹持器采用竖立式安装结构，适配夹取空间受限的应用场景。

13、采用以上结构后，本发明具有如下优点：

14、1、宏微分级架构实现大行程与纳米精度的统一

15、本发明采用“宏动模块+微动模块”串联的两级精度架构。宏动模块由x/y/z电动滑台和rx/ry/rz电动偏摆台/旋转台组成，负责将微夹持器从料仓大范围搬运至装配工位附近，行程可达50~300mm，分辨率约1~5μm；微动模块由一维压电纳米定位平台组成，负责对位阶段的纳米级精调，分辨率≤10nm，闭环定位精度≤50nm。两级架构各司其职，从根本上化解了单一平台无法兼顾大行程与纳米精度的矛盾。

16、2、柔性解耦结构提升微动稳定性

17、微动模块中的一维压电纳米定位平台内置工字形横梁式柔性铰链，宏观运动控制模块的寄生运动、非最终输出方向的力与位移会被该柔性铰链有效抵消，避免宏动扰动直接传递至末端夹持器，有利于保障微型夹持器的运动稳定性与纳米级定位精度。

18、3、可更换夹持末端实现通用化操作

19、微型夹持器通过三颗螺钉即可快速拆卸更换，可适配芯片、阻容元件、光纤等不同类型的微细元器件，实现“一器多用”，无需整机更换，显著降低使用成本、提升作业效率。同时整体装置结构紧凑，末端仅保留极薄的柔性夹持器和紧凑的压电平台，多自由度电动滑台可根据产线布局采用立式或倒挂安装，特别适合半导体封装设备中狭小操作空间的微拾取与对位装配。

20、4、集成力感知实现精密恒力夹持

21、应变片式传感器粘贴于微型夹持器的柔性铰链处，可实时检测夹持力与夹头开合位移，通过仿真与实测标定建立对应关系后，可为闭环控制提供反馈信号，实现精密恒力夹持，有效防止因夹持力过大损伤脆性元件，或因夹持力过小导致元器件脱落。

1.一种多自由度宏微复合式微型夹持器装备，其特征在于，包括底座固定板（1）、设于底座固定板（1）上方的六轴宏观运动控制模块、转接板（7）、微动模块、微型夹持器（8）以及应变片式传感器（11）；

2.根据权利要求1所述的多自由度宏微复合式微型夹持器装备，其特征在于，所述六轴宏观运动控制模块包括x轴电动滑台（2）、y轴电动滑台（10）、z轴电动滑台（3）、rx电动偏摆台（6）、ry电动偏摆台（4）和rz电动旋转台（5）；

3.根据权利要求1所述的多自由度宏微复合式微型夹持器装备，其特征在于，所述微动模块为一维压电纳米定位平台（9）；所述一维压电纳米定位平台（9）的底座固定安装于转接板（7）上，所述微型夹持器（8）的两端通过螺钉固定于一维压电纳米定位平台（9）的固定部，微型夹持器（8）的中部通过螺钉固定于一维压电纳米定位平台（9）的移动端面。

4.根据权利要求3所述的多自由度宏微复合式微型夹持器装备，其特征在于，所述一维压电纳米定位平台（9）内置工字形横梁式柔性铰链。

5.根据权利要求1所述的多自由度宏微复合式微型夹持器装备，其特征在于，所述微型夹持器（8）为柔性铰链式夹持结构。

6.根据权利要求5所述的多自由度宏微复合式微型夹持器装备，其特征在于，所述应变片式传感器（11）粘贴于微型夹持器（8）的柔性铰链处。

7.根据权利要求1所述的多自由度宏微复合式微型夹持器装备，其特征在于，所述六轴宏观运动控制模块采用立式安装或倒挂安装方式。

8.根据权利要求1所述的多自由度宏微复合式微型夹持器装备，其特征在于，所述微动模块与微型夹持器（8）采用竖立式安装结构。