專利名稱：微小器件裝配系統(tǒng)及其裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用以將薄壁件和待加工器件膠合的裝配系統(tǒng)及其裝配方法。
背景技術(shù)：
微小型化技術(shù)是面向21世紀(jì)的重要軍民兩用技術(shù)之一，它的發(fā)展對(duì)民用和國(guó)防等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展有著深刻的影響。隨著科技的發(fā)展，對(duì)微小型裝置的功能、性能及可靠性等方面的要求越來(lái)越高，對(duì)精密微小型零件及產(chǎn)品的需求也日益迫切。微小型零件的幾何尺寸一般在亞微米到幾十個(gè)毫米的范圍內(nèi)，其加工技術(shù)(如硅微工藝、LIGA工藝和精密機(jī)械加工技術(shù)等)已經(jīng)達(dá)到一定發(fā)展水平，但相應(yīng)的裝配技術(shù)發(fā)展仍然比較緩慢，絕大多數(shù)微小型零部件仍然采取手工的裝配方法，不僅周期長(zhǎng)、而且成本高，使之在批量生產(chǎn)和產(chǎn)品合格率方面受到較大的限制。隨著器件的小型化和零件更加微型化，手工裝配將受到很大局限。借助于微裝配技術(shù)，可通過(guò)柔性好、操作靈活、能適應(yīng)各種作業(yè)特點(diǎn)的微型作業(yè)機(jī)械手裝配來(lái)實(shí)現(xiàn)較高的定位精度和微細(xì)操作，實(shí)現(xiàn)人手難以實(shí)現(xiàn)的高精密、高精度微裝配。自動(dòng)化微裝配不僅可提高效率、批量裝配、降低成本，還可以大幅降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。微小型化結(jié)構(gòu)件或器件，例如微加速度計(jì)等器件中的核心部件，加工和裝配精度要求均很高，尤其是微小件中的薄壁結(jié)構(gòu)件，其裝配是小型化亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題，微型薄壁結(jié)構(gòu)件加工精度和質(zhì)量很高，結(jié)構(gòu)件裝夾作業(yè)要求精細(xì)，對(duì)操作者人員技能要求非常高，不但操作過(guò)程復(fù)雜、效率低，而且難以達(dá)到裝配要求的性能，因此非常有必要借助自動(dòng)化技術(shù)及特殊的裝配方法提高裝配的質(zhì)量和效率，同時(shí)解決人手裝配中不可避免地引入的裝配應(yīng)力問(wèn)題，重要的是往往由于裝配誤差造成整個(gè)器件或者系統(tǒng)的故障，損失巨大。薄壁結(jié)構(gòu)件采用膠結(jié)的方式，要求點(diǎn)膠裝配時(shí)的精度很高(往往在5微米以下)，裝配后需要壓緊結(jié)構(gòu)件，使結(jié)構(gòu)件與粘接面充分結(jié)合，固化一定時(shí)間使膠凝固，固化過(guò)程中結(jié)構(gòu)件與其它部件不能有相對(duì)位移。目前手工工藝實(shí)現(xiàn)困難很大。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種微小器件裝配系統(tǒng)及其裝配方法，通過(guò)該裝置，可以大大提高了薄壁件裝夾效率和裝夾質(zhì)量，裝配精度高且固化過(guò)程中薄壁件無(wú)位移變化。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案如下:一種微小器件裝配系統(tǒng)，用以將薄壁件和待加工器件膠合，包括:裝配平臺(tái)，用以承載待加工器件；二級(jí)吸附系統(tǒng)，包括一級(jí)吸附頭和二級(jí)吸附頭，所述的一級(jí)吸附頭和二級(jí)吸附頭可拆卸連接，所述的二級(jí)吸附頭上定義有擠壓面，所述二級(jí)吸附頭的下端設(shè)有用以吸附所述薄壁件的吸孔；第一調(diào)節(jié)裝置，連接于所述二級(jí)吸附系統(tǒng)以控制其運(yùn)動(dòng)；顯微系統(tǒng)，位于所述裝配平臺(tái)的上方；
壓緊系統(tǒng)，包括第二調(diào)節(jié)裝置和壓片，所述的第二調(diào)節(jié)裝置連接于所述壓片并控制其運(yùn)動(dòng)，所述的壓片具有可作用于所述擠壓面上的壓緊面。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的裝配平臺(tái)包括第三調(diào)節(jié)裝置，該第三調(diào)節(jié)裝置用以控制所述的待加工器件于水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的一級(jí)吸附頭下端設(shè)有凹槽，所述的二級(jí)吸附頭配合所述凹槽設(shè)有凸起，所述的一級(jí)吸附頭和二級(jí)吸附頭之間通過(guò)氣體吸附方式連接。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的二級(jí)吸附系統(tǒng)還包括力傳感器，該力傳感器用以檢測(cè)所述的薄壁件和待加工器件之間的壓力。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的二級(jí)吸附頭包括主體部以及自所述主體部的側(cè)邊凸伸的凸臺(tái)，所述的擠壓面為所述凸臺(tái)的頂面，所述的吸孔位于所述凸臺(tái)的底端。相應(yīng)地，本發(fā)明還公開(kāi)了一種微小器件裝配系統(tǒng)的裝配方法，包括步驟:a) 一級(jí)吸附頭和二級(jí)吸附頭連接組成一個(gè)吸附手；b) 二級(jí)吸附頭的吸孔與氣路連通形成負(fù)壓拾取薄壁件，同時(shí)顯微系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別和檢測(cè)，保證拾取的精度；c)第三調(diào)節(jié)裝置控制頂面涂有膠的待加工器件運(yùn)動(dòng)至薄壁件的正下方，通過(guò)顯微系統(tǒng)獲得的圖像判斷薄壁件與待加工器件之間的位置偏差，并將該偏差反饋至第一調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)整；d) 二級(jí)吸附系統(tǒng)下移，使得薄壁件與待加工器件貼合，力傳感器檢測(cè)到設(shè)定的壓力時(shí)，二級(jí)吸附系統(tǒng)停止下移；e)第二調(diào)節(jié)裝置控制壓片運(yùn)動(dòng)，使得壓片的壓緊面作用于所述二級(jí)吸附頭的擠壓面上；f) 一級(jí)吸附頭向上運(yùn)動(dòng)，與二級(jí)吸附頭脫離；g)對(duì)薄壁件與待加工器件之間膠進(jìn)行燒結(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的微小器件裝配系統(tǒng)，可以大大提高了薄壁件裝夾效率和裝夾質(zhì)量，裝配精度高且固化過(guò)程中薄壁件無(wú)位移變化。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中微小器件裝配系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為圖1的局部放大圖；圖3所示為二級(jí)吸附系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示為一級(jí)吸附頭和二級(jí)吸附頭分解時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5所示為圖4的另一角度示意圖；圖6所示為壓片作用于凸臺(tái)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。參圖1至圖6所示，微小器件裝配系統(tǒng)包括二級(jí)吸附系統(tǒng)1，二級(jí)吸附系統(tǒng)I包括一級(jí)吸附頭1-4和二級(jí)吸附頭1-3。一級(jí)吸附頭1-4的下端設(shè)有凹槽1-9 ;二級(jí)吸附頭1-3包括主體部1-10以及自主體部1-10的側(cè)邊凸伸的凸臺(tái)1-5，主體部1-10配合凹槽1-9設(shè)有凸起1-7，凸起1-7的頂端設(shè)有吸頭上孔1-6，凸臺(tái)1-5的頂面定義為擠壓面1-11，凸臺(tái)1-5的底端設(shè)有吸孔1-8，吸孔1-8和吸頭上孔1-6相連通。一級(jí)吸附頭1-4和二級(jí)吸附頭1-3之間通過(guò)相配合的凹槽1-9和凸起1-7進(jìn)行可拆卸連接，可以保證工作時(shí)兩級(jí)吸頭良好配合，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定操作。二級(jí)吸附系統(tǒng)I還包括力傳感器1-13，該力傳感器1-13用以檢測(cè)薄壁件5和待加工器件6之間的壓力。力傳感器1-13的外殼還設(shè)有保護(hù)殼1-2。二級(jí)吸附系統(tǒng)I還包括氣管接口 1-12，其一端可連通于氣路，另一端連通于吸頭上孔1-6。微小器件裝配系統(tǒng)還包括第一調(diào)節(jié)裝置1-1，第一調(diào)節(jié)裝置1-1為精密調(diào)節(jié)微動(dòng)臺(tái)，其連接于二級(jí)吸附系統(tǒng)1，用以精密控制二級(jí)吸附系統(tǒng)I的運(yùn)動(dòng)。微小器件裝配系統(tǒng)還包括裝配平臺(tái)4，裝配平臺(tái)4用以承載待加工器件6，裝配平臺(tái)4包括第三調(diào)節(jié)裝置4-1，該第三調(diào)節(jié)裝置用以控制待加工器件6于水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。裝配平臺(tái)4為XY 二自由度高精度微動(dòng)臺(tái)。微小器件裝配系統(tǒng)還包括顯微系統(tǒng)2，顯微系統(tǒng)2位于裝配平臺(tái)4的上方，用以識(shí)別和檢測(cè)二級(jí)吸附系統(tǒng)對(duì)薄壁件的拾取或釋放精度，顯微系統(tǒng)2與控制裝置(圖未示)連接。控制裝置可以包括微處理器(MCU)，該MCU可以包括中央處理單元(CentralProcessing Unit, CPU)、只讀存儲(chǔ)模塊(read-only memory, ROM)、隨機(jī)存儲(chǔ)模塊(randomaccess memory, RAM)、定時(shí)模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊(A/D converter)、以及復(fù)數(shù)輸入/輸出埤。當(dāng)然，控制裝置也可以采用其它形式的集成電路，如:特定用途集成電路(ApplicationSpecific Integrated Circuit,ASIC)或現(xiàn)場(chǎng)可程序化門(mén)陣列(Field Programmable GateArray, FPGA)等。優(yōu)選的,控制裝置為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。微小器件裝配系統(tǒng)還包括壓緊系統(tǒng)3，壓緊系統(tǒng)3包括第二調(diào)節(jié)裝置3-2和壓片3-1，第二調(diào)節(jié)裝置3-2連接于壓片3-1并控制其運(yùn)動(dòng)，壓片3-1具有可作用于擠壓面1-11上的壓緊面，該壓緊面是指壓片的底面。第二調(diào)節(jié)裝置3-2為三自由度壓緊系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作過(guò)程如下:a) 一級(jí)吸附頭1-4通過(guò)吸附方式將二級(jí)吸附頭1_3的凸起1_7吸入凹槽1_9內(nèi)，吸入后狀態(tài)如圖3所示，此時(shí)一級(jí)吸附頭1-4和二級(jí)吸附頭1-3連接組成一個(gè)吸附手；b) 二級(jí)吸附頭1-3的吸孔1-8與氣路連通形成負(fù)壓拾取薄壁件5，同時(shí)顯微系統(tǒng)2進(jìn)行識(shí)別和檢測(cè)，保證拾取的精度；c)薄壁件5拾取成功后，第三調(diào)節(jié)裝置4-1控制頂面涂有膠的待加工器件6運(yùn)動(dòng)至薄壁件5的正下方，通過(guò)顯微系統(tǒng)2獲得的圖像判斷薄壁件5與待加工器件6之間的位置偏差，并將該偏差反饋至第一調(diào)節(jié)裝置1-1進(jìn)行調(diào)整；d) 二級(jí)吸附系統(tǒng)下移，使得薄壁件5與待加工器件6貼合，力傳感器1-13檢測(cè)到設(shè)定的壓力時(shí)，二級(jí)吸附系統(tǒng)停止下移；e)第二調(diào)節(jié)裝置3-2控制壓片3_1運(yùn)動(dòng)，使得壓片3_1的壓緊面作用于二級(jí)吸附頭的擠壓面上；f) 一級(jí)吸附頭向上運(yùn)動(dòng)，與二級(jí)吸附頭脫離；g)對(duì)薄壁件與待加工器件之間膠進(jìn)行燒結(jié)。目前人工操作除了效率和精度較差外，主要在于待加工器件6上有了一層液態(tài)膠膜，而且薄壁件本身尺寸小，無(wú)法一直用鑷子始終夾持著等待壓片3-1去壓緊薄壁件(無(wú)操作空間)，因此目前只能將薄壁件自由放置在待加工器件6上面，但是薄壁件會(huì)在膠膜上滑動(dòng)，造成裝配失效，每次壓完后都要用鑷子尖部去小范圍的撥動(dòng)薄壁件進(jìn)行調(diào)整，但有時(shí)大的偏差無(wú)法調(diào)整。因此本發(fā)明通過(guò)二級(jí)吸頭的方式，首先解決了無(wú)法始終操作薄壁件的問(wèn)題，整個(gè)過(guò)程均有負(fù)壓對(duì)薄壁件進(jìn)行吸附操作，保證了薄壁件在膠膜上不滑動(dòng)，其次由吸附手對(duì)薄壁件進(jìn)行預(yù)壓緊(有力傳感器進(jìn)行力的精確判斷)，然后由壓片3-1交接，固化時(shí)二級(jí)吸頭隨薄壁件一起進(jìn)入高溫設(shè)備，整個(gè)過(guò)程保證了薄壁件的穩(wěn)定性，保證了裝配的精度。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種微小器件裝配系統(tǒng)，用以將薄壁件和待加工器件膠合，其特征在于，包括: 裝配平臺(tái)，用以承載待加工器件； 二級(jí)吸附系統(tǒng)，包括一級(jí)吸附頭和二級(jí)吸附頭，所述的一級(jí)吸附頭和二級(jí)吸附頭可拆卸連接，所述的二級(jí)吸附頭上定義有擠壓面，所述二級(jí)吸附頭的下端設(shè)有用以吸附所述薄壁件的吸孔； 第一調(diào)節(jié)裝置，連接于所述二級(jí)吸附系統(tǒng)以控制其運(yùn)動(dòng)； 顯微系統(tǒng)，位于所述裝配平臺(tái)的上方； 壓緊系統(tǒng)，包括第二調(diào)節(jié)裝置和壓片，所述的第二調(diào)節(jié)裝置連接于所述壓片并控制其運(yùn)動(dòng)，所述的壓片具有可作用于所述擠壓面上的壓緊面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微小器件裝配系統(tǒng)，其特征在于，所述的裝配平臺(tái)包括第三調(diào)節(jié)裝置，該第三調(diào)節(jié)裝置用以控制所述的待加工器件于水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微小器件裝配系統(tǒng)，其特征在于，所述的一級(jí)吸附頭下端設(shè)有凹槽，所述的二級(jí)吸附頭配合所述凹槽設(shè)有凸起，所述的一級(jí)吸附頭和二級(jí)吸附頭之間通過(guò)氣體吸附方式連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微小器件裝配系統(tǒng)，其特征在于，所述的二級(jí)吸附系統(tǒng)還包括力傳感器，該力傳感器用以檢測(cè)所述的薄壁件和待加工器件之間的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微小器件裝配系統(tǒng)，其特征在于，所述的二級(jí)吸附頭包括主體部以及自所述主體部的側(cè)邊凸伸的凸臺(tái)，所述的擠壓面為所述凸臺(tái)的頂面，所述的吸孔位于所述凸臺(tái)的底端。
6.權(quán)I至權(quán)5任一所述的微小器件裝配系統(tǒng)的裝配方法，其特征在于，包括步驟: a)一級(jí)吸附頭和二級(jí)吸附頭連接組成一個(gè)吸附手； b)二級(jí)吸附頭的吸孔與氣路連通形成負(fù)壓拾取薄壁件，同時(shí)顯微系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別和檢測(cè)，保證拾取的精度； c)第三調(diào)節(jié)裝置控制頂面涂有膠的待加工器件運(yùn)動(dòng)至薄壁件的正下方，通過(guò)顯微系統(tǒng)獲得的圖像判斷薄壁件與待加工器件之間的位置偏差，并將該偏差反饋至第一調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)整； d)二級(jí)吸附系統(tǒng)下移，使得薄壁件與待加工器件貼合，力傳感器檢測(cè)到設(shè)定的壓力時(shí)，二級(jí)吸附系統(tǒng)停止下移； e)第二調(diào)節(jié)裝置控制壓片運(yùn)動(dòng)，使得壓片的壓緊面作用于所述二級(jí)吸附頭的擠壓面上； f)一級(jí)吸附頭向上運(yùn)動(dòng)，與二級(jí)吸附頭脫離； g)對(duì)薄壁件與待加工器件之間膠進(jìn)行燒結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種微小器件裝配系統(tǒng)，用以將薄壁件和待加工器件膠合，包括裝配平臺(tái)，用以承載待加工器件；二級(jí)吸附系統(tǒng)，包括一級(jí)吸附頭和二級(jí)吸附頭，所述的一級(jí)吸附頭和二級(jí)吸附頭可拆卸連接，所述的二級(jí)吸附頭上定義有擠壓面，所述二級(jí)吸附頭的下端設(shè)有用以吸附所述薄壁件的吸孔；第一調(diào)節(jié)裝置，連接于所述二級(jí)吸附系統(tǒng)以控制其運(yùn)動(dòng)；顯微系統(tǒng)，位于所述裝配平臺(tái)的上方；壓緊系統(tǒng)，包括第二調(diào)節(jié)裝置和壓片，所述的第二調(diào)節(jié)裝置連接于所述壓片并控制其運(yùn)動(dòng)，所述的壓片具有可作用于所述擠壓面上的壓緊面。本發(fā)明的微小器件裝配系統(tǒng)，可以大大提高了薄壁件裝夾效率和裝夾質(zhì)量，裝配精度高且固化過(guò)程中薄壁件無(wú)位移變化。
文檔編號(hào)B23P19/00GK103157975SQ20131007371
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者陳濤, 孫立寧, 潘明強(qiáng), 劉吉柱, 王陽(yáng)俊, 陳立國(guó) 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)