微裝配的對象主要是微米級或亞毫米級尺寸的微器件，這些微器件的輕、小、薄、軟的特征對微夾持器的夾持方式和夾持力的控制提出了非常嚴格的要求和限制。本文針對平板類微器件設(shè)計了一種真空吸附式微夾持系統(tǒng)，不僅可以吸附不同形狀和尺寸的零件，而且可以實現(xiàn)零件位姿的調(diào)整和接觸力的檢測。在只考慮范德華力的情況下，本文重點建立了微器件的吸附力學(xué)模型，為實現(xiàn)穩(wěn)定吸附與釋放提供了計算依據(jù)。最后完成了精度要求為平行度誤差不大于8 μm 的微組件裝配實驗，裝配效果良好。

　　微機電系統(tǒng)(MEMS) 的概念自20 世紀60 年代提出以來，發(fā)展速度非常迅速，對微裝配技術(shù)提出了很高很嚴格的要求。我國的MEMS 技術(shù)研究雖然起步晚，但到目前為止也已經(jīng)有40 多個單位的50多個研究小組在各方面取得了顯著進展。MEMS產(chǎn)品一般都由較多的微小功能元件組成，因而其裝配技術(shù)是MEMS 應(yīng)用研究的關(guān)鍵技術(shù)。

　　目前越來越多的MEMS 產(chǎn)品由平板類微器件構(gòu)成，怎樣實現(xiàn)此類零件的高效率裝配，如何保證穩(wěn)定可靠的吸附與釋放，這些已經(jīng)成為制約此類零件裝配的瓶頸。目前已經(jīng)有很多研究機構(gòu)及學(xué)者進行了平板類微器件的拾取技術(shù)研究，并取得了諸多相關(guān)的研究成果。如：應(yīng)用MEMS 體硅工藝將靜電梳齒驅(qū)動與真空吸附結(jié)合構(gòu)成復(fù)合式驅(qū)動，研制出一種復(fù)合式微夾持器；針對平板類零件的特點，設(shè)計了真空吸附微夾持器，按照裝配對象的不同，采用不同孔徑的吸嘴進行吸附，通過理論計算和實驗獲得吸附力理論數(shù)據(jù)。針對球形或表面質(zhì)量要求

　　較高的微目標(biāo)設(shè)計了一種真空微夾鉗，對球形微目標(biāo)進行了吸附與釋放受力分析。又如：根據(jù)微觀連續(xù)介質(zhì)理論和空隙修正理論，推導(dǎo)出被鑷物體同微鑷子間吸附力的數(shù)學(xué)模型，為真空微鑷子的結(jié)構(gòu)設(shè)計和電路控制提供了理論基礎(chǔ)。這些研究對于實現(xiàn)微器件的穩(wěn)定拾取與釋放具有很重要的實用價值。平板類微器件一般都具有很高的表面質(zhì)量要求，對吸附力和接觸力的控制就會比較嚴格。本文針對MEMS 機構(gòu)中平板類微器件設(shè)計了一種基于真空吸附的微夾持系統(tǒng)。重點對微器件在不同吸附與釋放條件下進行了它的受力分析，建立了力學(xué)模型，為實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的吸附提供了計算依據(jù)。結(jié)合力學(xué)分析進行了微組件的裝配實驗，裝配效果良好。

1、吸附式微夾持系統(tǒng)設(shè)計

　　1.1、整體系統(tǒng)組成

　　根據(jù)裝配工藝流程、裝配策略和技術(shù)要求，對所要完成的裝配任務(wù)進行了分析研究，采用先整體后局部的設(shè)計思想，對微夾持系統(tǒng)進行了總體設(shè)計。對于平板類微器件傳統(tǒng)的機械夾持方式已經(jīng)不再適用，而真空吸附因其無損夾持、控制方便廣泛應(yīng)用于這類零件的裝配中。因此，本文采用真空吸附作為微夾持系統(tǒng)的夾持方式，其系統(tǒng)框圖如圖1 所示，實物樣機如圖2 所示。

圖1 真空吸附式夾持系統(tǒng)框圖

圖2 真空吸附式夾持系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)主要由四部分組成：精密電控位移臺、微吸附器(真空吸附式微夾持器) 主體部分、吸附氣路系統(tǒng)、軟件控制系統(tǒng)。其中，微吸附器主體部分又包括旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、換接機構(gòu)、傳感器、末端吸附頭，可以實現(xiàn)零件姿態(tài)調(diào)整、換接吸附頭、自動急停和接觸力檢測等功能，是總體方案中最主要的部分；輔助換接裝置主要功能是輔助主體部分完成吸附頭的換接動作，盛放備用的吸附頭；吸附氣路系統(tǒng)則主要完成微器件的吸附和釋放，同時為換接機構(gòu)和輔助裝置提供氣動動力；軟件控制系統(tǒng)主要完成氣動元件的控制、位移臺和步進電機的控制、通過機器視覺完成零件識別和位置調(diào)整。

5、結(jié)論

　　針對平板類微器件輕、小、薄、軟的特征以及較高的表面質(zhì)量要求，本文設(shè)計了一種基于真空吸附的微夾持系統(tǒng)，可以針對不同形狀或大小的零件自動更換吸附頭，而且能夠調(diào)整零件位姿和檢測接觸力的大小。分析了零件吸附和釋放的受力情況，確定了穩(wěn)定吸附與釋放的條件，同時建立了微器件在運動狀態(tài)下的力學(xué)模型，為實現(xiàn)微器件的穩(wěn)定吸附與釋放提供了計算依據(jù)，對提高裝配效率和成功率具有重要意義。最后，進行了微組件裝配實驗，裝配平行度誤差基本滿足不大于8 μm 的精度要求，裝配效果良好，微夾持系統(tǒng)性能穩(wěn)定，工作可靠。