一种单针式微米级对象拾放装置及方法，它涉及一种微米级对象柔顺拾取和释放的装置及方法，以解决传统机械夹持和真空吸附产生的局部高应力，导致微米接对象拾取任务失败的问题，它包括二号三轴电动平移台、隔振台、一号三轴电动位移平台、三号三轴电动平移台、自紧式夹头、探针、螺旋测微头、热敏电阻元件、毛细管和毛细管夹具；一号三轴电动平移台包括第二连接板、探针驱动电机、第一连接板、测微头夹具和第一连接座；二号三轴电动平移台包括一号显微镜和一号显微镜夹具和第二连接座；三号三轴电动平移台包括二号显微镜、二号显微镜夹具和第三连接座。本发明用于微米级对象的柔顺拾取、转移和释放操作。
1.一种单针式微米级对象拾放装置，其特征在于：所述装置包括二号三轴电动平移台(1-1)、隔振台(1-4)、一号三轴电动位移平台(1-10)、三号三轴电动平移台(1-13)、自紧式夹头(2-2)、探针(2-3)、螺旋测微头(2-4)、热敏电阻元件(2-5)、毛细管(2-6)、毛细管夹具(2-8)和操作基底(1-5)；
一号三轴电动位移平台(1-10)包括第二连接板(1-6)、探针驱动电机(1-7)、第一连接板(1-8)、测微头夹具(1-9)和第一连接座(1-14)；二号三轴电动平移台(1-1)包括一号显微镜(1-2)和一号显微镜夹具(1-3)和第二连接座(1-15)；三号三轴电动平移台(1-13)包括二号显微镜(1-12)、二号显微镜夹具(1-11)和第三连接座(1-16)；
二号三轴电动平移台(1-1)、一号三轴电动位移平台(1-10)和三号三轴电动平移台(1-13)分别布置在隔振台(1-4)上，探针驱动电机(1-7)的输出轴竖直设置，探针驱动电机(1-7)安装在第一连接板(1-8)上，第一连接板(1-8)固定在第一连接座(1-14)上，探针驱动电机(1-7)的输出轴与第二连接板(1-6)连接，第二连接板(1-6)能沿竖直方向上下移动，自紧式夹头(2-2)的轴向竖直设置，自紧式夹头(2-2)的上端固装在第二连接板(1-6)上，自紧式夹头(2-2)上夹持有探针(2-3)，位于第二连接板(1-6)的下方布置有与第一连接板(1-8)连接的毛细管夹具(2-8)，毛细管(2-6)竖向固装在毛细管夹具(2-8)的下部，毛细管夹具(2-8)上加工有通道，通道、探针(2-3)与毛细管(2-6)三者同轴设置，螺旋测微头(2-4)的轴向水平设置，测微头夹具(1-9)固装在第一连接板(1-8)上并夹持有螺旋测微头(2-4)，热敏电阻元件(2-5)安装在螺旋测微头(2-4)的端部；一号显微镜夹具(1-3)固接在第二连接座(1-15)上并夹持一号显微镜(1-2)，二号显微镜夹具(1-11)固接在第三连接座(1-16)上并夹持二号显微镜(1-12)，所述操作基底(1-5)安装在隔振台(1-4)上。
2.根据权利要求1所述的一种单针式微米级对象拾放装置，其特征在于：毛细管(2-6)粘接在毛细管夹具(2-8)的下部。
3.根据权利要求1或2所述的一种单针式微米级对象拾放装置，其特征在于：所述热敏电阻元件(2-5)为薄膜铂电阻元件。
4.根据权利要求3所述的一种单针式微米级对象拾放装置，其特征在于：所述一号显微镜(1-2)和二号显微镜(1-12)均为CCD显微镜。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种单针式微米级对象拾放装置，其特征在于：毛细管夹具(2-8)的侧面加工有与通道连通的供液口(2-7)。
6.根据权利要求5所述的一种单针式微米级对象拾放装置，其特征在于：所述装置还包括夹头夹具(2-1)，自紧式夹头(2-2)的上端通过夹头夹具(2-1)固装在第二连接板(1-6)上。
7.利用权利要求1、2、4或6中任意一个权利要求所述的拾放装置进行微米级对象拾放方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一、通过毛细管夹具(2-8)的供液口(2-7)使毛细管夹具(2-8)的通道及毛细管(2-6)填充液体，所述液体为水或水与乙醇的混合物，当所述液体为水与乙醇的混合物时，水与乙醇的体积比为1:1；
步骤二、调节一号三轴电动位移平台(1-10)至微米级对象操作的初始位置；
步骤三、调节探针驱动电机(1-7)，首先使探针(2-3)末端缩进充满液体的毛细管(2-6)内，然后驱动探针(2-3)伸出，并至微米级对象的上方，依靠末端液体的毛细力实现微对象的柔顺拾取；
步骤四、调节一号三轴电动位移平台(1-10)至待释放位置，并使微米级对象与操作基底(1-5)接触；
步骤五、调节螺旋测微头(2-4)，使热敏电阻元件(2-5)靠近探针(2-3)，同时，一号显微镜(1-2)和二号显微镜(1-12)分别在二号三轴电动平移台(1-1)、三号三轴电动平移台(1-13)的驱动下均对准探针(2-3)的下端，热敏电阻元件(2-5)通电后发热，使得微米级对象与探针(2-3)之间的液桥消失，实现可靠释放，一号显微镜(1-2)和二号显微镜(1-12)同步进行实时监测，获取微操作对象、液桥的位置和轮廓信息。
一种单针式微米级对象拾放装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种微米级对象柔顺拾取和释放的装置及方法。
背景技术
[0002] 针对微装配中微对象(0.1μm-1mm)的操作，目前主要采用夹持式和吸附式两种方式。夹持式主要是不同驱动原理(压电驱动、静电驱动、电热驱动、电磁驱动等)的机械夹钳，吸附式则主要应用真空负压吸附。由于微尺寸对象较强的尺寸效应，粘着力相对于重力起到主导作用，影响操作任务的顺利的进行，微对象会粘着在夹持器末端造成操作任务的失败；此外，微对象薄且脆，对夹持力和吸附力需要严格控制，否则会造成微对象的变形甚至是损坏。基于粘着力(范德华力、静电力、毛细力)控制的吸附方式，具有操作柔顺性，利于保护微操作对象免遭损坏，但其可靠释放依旧是研究的重点。
发明内容
[0003] 本发明是为解决传统机械夹持和真空吸附产生的局部高应力，导致微米接对象拾取任务失败的问题，进而提供一种单针式微米级对象拾放装置及方法。
[0004] 本发明为解决上述问题采取的技术方案是：
[0005] 本发明的一种单针式微米级对象拾放装置包括二号三轴电动平移台、隔振台、一号三轴电动位移平台、三号三轴电动平移台、自紧式夹头、探针、螺旋测微头、热敏电阻元件、毛细管和毛细管夹具；
[0006] 一号三轴电动位移平台包括第二连接板、探针驱动电机、第一连接板、测微头夹具和第一连接座；二号三轴电动平移台包括一号显微镜和一号显微镜夹具和第二连接座；三号三轴电动平移台包括二号显微镜、二号显微镜夹具和第三连接座；
[0007] 二号三轴电动平移台、一号三轴电动位移平台和三号三轴电动平移台分别布置在隔振台上，探针驱动电机的输出轴竖直设置，探针驱动电机安装在第一连接板上，第一连接板固定在第一连接座上，探针驱动电机的输出轴与第二连接板连接，第二连接板能沿竖直方向上下移动，自紧式夹头的轴向竖直设置，自紧式夹头的上端固装在第二连接板上，自紧式夹头上夹持有探针，位于第二连接板的下方布置有与第一连接板连接的毛细管夹具，毛细管竖向固装在毛细管夹具的下部，毛细管夹具上加工有通道，通道、探针与毛细管三者同轴设置，螺旋测微头的轴向水平设置，测微头夹具固装在第一连接板上并夹持有螺旋测微头，热敏电阻元件安装在螺旋测微头的端部；一号显微镜夹具固接在第二连接座上并夹持一号显微镜，二号显微镜夹具固接在第三连接座上并夹持二号显微镜。
[0008] 本发明的一种微米级对象拾放方法包括以下步骤：
[0009] 步骤一、通过毛细管夹具的供液口使毛细管夹具的通道及毛细管填充液体，所述液体为水或水与乙醇的混合物，水与乙醇的体积比为1:1；
[0010] 步骤二、调节一号三轴电动位移平台至微米级对象操作的初始位置；
[0011] 步骤三、调节探针驱动电机，首先使探针末端缩进充满液体的毛细管内，然后驱动探针伸出，并至微米级对象的上方，依靠末端液体的毛细力实现微对象的柔顺拾取；
[0012] 步骤四、调节一号三轴电动位移平台至待释放位置，并使微米级对象与操作基底接触；
[0013] 步骤五、调节螺旋测微头，使热敏电阻元件靠近探针，同时，一号显微镜和二号显微镜分别在二号三轴电动平移台、三号三轴电动平移台的驱动下均对准探针的下端，热敏电阻元件通电后发热，使得微米级对象与探针之间的液桥消失，实现可靠释放，一号显微镜和二号显微镜同步进行实时监测，获取微操作对象、液桥的位置和轮廓信息。
[0014] 本发明的有益效果是：一、本发明所述的单针式微米级对象拾放装置利用探针末端液滴的毛细力，实现微米级对象的柔顺拾取，避免传统机械夹持与真空吸附的应力集中；二、本发明所述的单针式微米级对象拾放装置的探针固定在驱动电机上，且穿过含有液体介质的毛细管，驱动电机的上下移动能持续供给操作所用的探针末端的液滴；三、本发明所述的单针式微米级对象操作工具的自紧式夹头可以依据不同尺寸的操作对象，更换不同尺寸的探针；四、本发明所述的基于介质消失的微对象释放方法，利用热敏电阻元件产生热量作用于释放阶段，快速蒸发掉连接微米级对象和探针的液桥，实现稳定的释放，解决了基于毛细力操作时的释放问题。
附图说明
[0015] 图1是本发明的一种单针式微米级拾放装置的立体结构示意图，图2是图1的一号三轴电动位移平台的局部示意图。
具体实施方式
[0016] 具体实施方式一：结合图1和图2说明，本实施方式的一种单针式微米级对象拾放装置包括二号三轴电动平移台1-1、隔振台1-4、一号三轴电动位移平台1-10、三号三轴电动平移台1-13、自紧式夹头2-2、探针2-3、螺旋测微头2-4、热敏电阻元件2-5、毛细管2-6、毛细管夹具2-8和操作基底1-5，；
[0017] 一号三轴电动位移平台1-10包括第二连接板1-6、探针驱动电机1-7、第一连接板1-8、测微头夹具1-9和第一连接座1-14；二号三轴电动平移台1-1包括一号显微镜1-2和一号显微镜夹具1-3和第二连接座1-15；三号三轴电动平移台1-13包括二号显微镜1-12、二号显微镜夹具1-11和第三连接座1-16；
[0018] 二号三轴电动平移台1-1、一号三轴电动位移平台1-10和三号三轴电动平移台1-13分别布置在隔振台1-4上，探针驱动电机1-7的输出轴竖直设置，探针驱动电机1-7安装在第一连接板1-8上，第一连接板1-8固定在第一连接座1-14上，探针驱动电机1-7的输出轴与第二连接板1-6连接，第二连接板1-6能沿竖直方向上下移动，自紧式夹头2-2的轴向竖直设置，自紧式夹头2-2的上端固装在第二连接板1-6上，自紧式夹头2-2上夹持有探针2-3，位于第二连接板1-6的下方布置有与第一连接板1-8连接的毛细管夹具2-8，毛细管2-6竖向固装在毛细管夹具2-8的下部，毛细管夹具2-8上加工有通道，通道、探针2-3与毛细管2-6三者同轴设置，螺旋测微头2-4的轴向水平设置，测微头夹具1-9固装在第一连接板1-8上并夹持有螺旋测微头2-4，热敏电阻元件2-5安装在螺旋测微头2-4的端部；一号显微镜夹具1-3固接在第二连接座1-15上并夹持一号显微镜1-2，二号显微镜夹具1-11固接在第三连接座1-16上并夹持二号显微镜1-12。
[0019] 本实施方式的探针驱动电机1-7的输出轴可通过丝杠副与第二连接板1-6连接，实现第二连接板1-6沿竖直方向上下移动。本实施方式的自紧式夹头可采用现有的自紧式钻夹头结构。本实施方式的毛细管可采用玻璃毛细管。
[0020] 具体实施方式二：结合图2说明，本实施方式的毛细管2-6粘接在毛细管夹具2-8的下部。如此设置，连接方便可靠，便于使用。其它与具体实施方式一相同。
[0021] 具体实施方式三：结合图2说明，本实施方式所述热敏电阻元件2-5为薄膜铂电阻元件。如此设置，使微对象与探针间的液体介质消失，进而实现微对象与探针的分离，可选用外形尺寸为2mm×2mm×1mm(长×宽×高)，最高使用温度500℃的PT100型薄膜铂电阻元件。其它与具体实施方式一或二相同。
[0022] 具体实施方式四：结合图2说明，本实施方式所述一号显微镜1-2和二号显微镜1-12均为CCD显微镜。如此设置，成像分辨率高，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式三相同。
[0023] 具体实施方式五：结合图2说明，本实施方式的毛细管夹具2-8的侧面加工有与通道连通的供液口2-7。如此设置，能保证持续的液体介质供给，满足微米级对象的拾放需要。其它与具体实施方式一、二或四相同。
[0024] 具体实施方式六：结合图2说明，本实施方式所述装置还包括夹头夹具2-1，自紧式夹头2-2的上端通过夹头夹具2-1固装在第二连接板1-6上。如此设置，自紧式夹头固定牢靠。满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式五相同。
[0025] 具体实施方式七：结合图1说明，本实施方式所述操作基底1-5安装在隔振台1-4上。如此设置，有利于微米级对象拾取、释放操作的可靠进行。其它与具体实施方式一相同。
[0026] 具体实施方式八：结合图1和图2说明，本实施方式利用具体实施方式一、二、四、六或七中任意一个具体实施方式所述的拾放装置进行微米级对象拾放方法包括以下步骤：
[0027] 步骤一、通过毛细管夹具2-8的供液口2-7使毛细管夹具2-8的通道及毛细管2-6填充液体，所述液体为水或水与乙醇的混合物，水与乙醇的体积比为1:1；
[0028] 步骤二、调节一号三轴电动位移平台1-10至微米级对象操作的初始位置；
[0029] 步骤三、调节探针驱动电机1-7，首先使探针2-3末端缩进充满液体的毛细管2-6内，然后驱动探针2-3伸出，并至微米级对象的上方，依靠末端液体的毛细力实现微对象的柔顺拾取；
[0030] 步骤四、调节一号三轴电动位移平台1-10至待释放位置，并使微米级对象与操作基底1-5接触；
[0031] 步骤五、调节螺旋测微头2-4，使热敏电阻元件2-5靠近探针2-3，同时，一号显微镜1-2和二号显微镜1-12分别在二号三轴电动平移台1-1、三号三轴电动平移台1-13的驱动下均对准探针2-3的下端，热敏电阻元件2-5通电后发热，使得微米级对象与探针2-3之间的液桥消失，实现可靠释放，一号显微镜1-2和二号显微镜1-12同步进行实时监测，获取微操作对象、液桥的位置和轮廓信息。
[0032] 本实施方式获取微操作对象、液桥的位置和轮廓信息可及时传输给上位机，便于微米级对象操作的分析评价。
