CN112046069B - 基于模态驱动的蛛网型热压机平台配平装置及其配平方法 - Google Patents

基于模态驱动的蛛网型热压机平台配平装置及其配平方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供基于模态驱动的蛛网型热压机平台配平装置及其配平方法，其包括蛛网型配平模块，平台监测模块。其配平模块包括蛛网型结构装置，压电陶瓷片，固定块，模态驱动装置。通过模态驱动蛛网型结构进行位移调整来实现平台的配平。平台观测模块包括激光测距装置。通过四组激光传感器进行信号处理用于实时的对平台位置的监控。通过对四组数据的处理来判断平台是否配平。发明所设计的平台对准装置能够在微米级别的条件下进行精确配平，并且因采用了模态驱动方式，能够将配平装置进行简化，不需要传统意义上的止动装置。大大降低了机械结构的复杂性。具有体积小，工作精度高，结构装置简单的优点。适用于微米级别的平台配平要求。

Description

基于模态驱动的蛛网型热压机平台配平装置及其配平方法
技术领域
本发明涉及热压机平台配平领域，具体为一种热压机平台工作前平台配平装置及配平方法。属于微装配和微操作技术领域。
背景技术
在现代工业生产中，热压机本身就是不可缺少的一部分。而与传统的工业生产不同的是，在微流控芯片生产领域，热压机也渐渐的发挥了相当重要的作用，由于微流控芯片技术在生物、化学、医学等领域巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。而微流控芯片的一种重要的制作方式就是热压法。其中最重要的设备就是高性能的热压机。热压机的生产能力决定了微流控芯片的产量，而热压机的技术水平也在很大程度上决定了微流控芯片的质量。微流控芯片的生产质量与热压机技术水平的进步息息相关。对此，人们对热压机的性能要求不断的在提高。新的微流控芯片标准对芯片质量提出了更高的要求。为保证制作质量,就热压机而言,一方面：要求工艺上采取最佳热压工艺曲线和工艺参数,控制产品质量；另一方面：热压机设备本身在结构和性能上要满足诸如制品的厚度公差、传热的均匀度等要求,确保压制品质量。
目前主流的采用热压机制作芯片的方式为热模法，热模压法主要是通过制作基片和盖片，并将基片和盖片通过例如热压键合形成具有封闭通道的芯片。目前的微流控芯片热压键合过程中，在芯片的上下面均通过一个金属板或者陶瓷板等硬质压板来施加压力。由于现有硬质压板的上下面很难做到绝对配平，所以会导致施加在芯片上下表面上的压力不均匀，导致芯片内部微结构的塌陷或者形变过大。由于温度的急剧变化以及微结构存在的缘故，会导致芯片的微小翘曲，而芯片的厚度不均匀或者产生微小的翘曲会导致加压方式施加在芯片上下面的压力不均匀，这样就会导致芯片键合不均匀，在温度达到塑料的软化点之后将会导致芯片内部微结构的较大程度塌陷或者形变过大导致阻塞，使获得的芯片无法使用。
基于以上技术问题，本发明提供了基于模态驱动的蛛网型热压机平台配平装置及其配平方法，设计了一套蛛网型热压机平台配平装置，其包括实现热压机平台配平的配平模块和监测热压机平台状态的监测模块，两个模块通过固定板装配，保证配平装置能够完整贴合在热压机下平台，以及监测装置能够正确进行安装过程中的定位。为平台配平提供保证。并且采用的是压电陶瓷作为蛛网型结构的驱动部件，所以能将结构设计的较为简单，并且有很强的自锁性能。能够实现微米级别的配平。
发明内容
本发明的目的是提供一套基于模态驱动的蛛网型热压机平台配平装置及其配平方法，该***具有结构简单、体积小巧、配平精度高的优点，可用于制作分离式微纳流控芯片的热压机装置的平台部分配平装置。
为实现上述目的，本发明采用如下方案：基于模态驱动的蛛网型热压机平台配平装置及其配平方法。其包括安置在热压机平台2下部的配平模块1，11。以及配套放置的监测模块10。其配平模块包括蛛网型结构的配平装置8，六组压电陶瓷组6，7，以及六组T字型固定块5。其特征在于能够通过压电效应使蛛网型装置8产生位移推动热压机平台产生微米级别的运动，实现高精度的配平。其监测模块包括四组激光传感器3，固定及位移装置4。其特征在于能够通过相应的算法实现对热压机平台位置的精确定位，实现对配平模块工作时的精确控制。其中蛛网型结构采用整体铝材料，压电陶瓷采用偏铌酸盐系压电陶瓷材料，T字型固定块采用传统钢材料。传感器固定及位移装置采用铝合金材料。
进一步，作为优选，装置所涉及蛛网型装置8具有六组梁结构，能够扩大其接触面积，在配平过程中能够实现多位置的精确位移。当装置开始工作时，不同压电陶瓷组的不同激励，能够通过蛛网型结构更精确的控制。实现平台的角度调整。
进一步，作为优选，观测装置所采用的观测方法为四点位置法。其装置包括有四组激光传感器，通过四组观测装置，能够实时得到平台上四个观测点的位置数据，采用四点位置确定公式能够将得到的数据进行实时对比，实现配平前，配平中，及配平结束后全程监测以及配平数据指导。
进一步，作为优选，装置所涉及驱动部分采用压电陶瓷，通过六组压电陶瓷的相互作用，能够实现平台的精确调节，并且使得整体配平装置结构复杂程度降低。同时又能保持出色的自锁性能。
基于模态驱动的蛛网型热压机平台配平装置及其配平方法，其特征在于，其对准方法包含以下步骤：
第一步:确认四组监测装置中传感器的位置，在确定传感器位置正确后，分别对热压机平台上预设的观测点进行测距，根据预设的坐标系，以及传感器所测数据可得相应平台观测点的位置角。共需测量四组位置角。位置角公式如下
Figure GDA0002676642910000031
其中，
Figure GDA0002676642910000032
为两点间方位角，SAB为两点间距离，ΔyAB为两点间x轴间距ΔxAB为两点间y轴间距，(xB,yB)，(xA,yA)为相应传感器与预定点坐标。
第二步：确认位置角后，根据所测数据以及预设坐标系得到监测点与被观测点具***置。共需分别收集计算四组数据，其中各点坐标都不相同，但是采用相同算法。距离公式如下
Figure GDA0002676642910000033
其中，(xB,yB)，(xA,yA)为相应传感器与预定点坐标。
第三步：通过所获得的数据，当收集的四组数据不相同时，需要对平台进行配平处理。开始对蛛网型配平装置进行激励，其中共计六组压电陶瓷模块，固定在装置的梁上。根据本文提出的公式，能够精确的对平台的各个方向位移进行精确控制。
Figure GDA0002676642910000034
其中：L为配平装置总位移，ΔL0为压电陶瓷空载时伸长位移量，KT为压电陶瓷的刚度系数，KR为外部负载的刚度系数。
第四步：在配平过程中，不断根据监测及计算所得的数据进行处理。激励不同位置的压电陶瓷组最后实现四组数据相等。达到热压机平台的精确配平。
本发明的有益效果：
本发明所设计的蛛网型结构热压机平台配平装置具有体积小、可操作性强、配平精度高的优点，适用于采用热模法制作微纳流控芯片的热压机平台配平。具体为，可以实现对热压机平台的精确抬升，并且可以精确的控制梁结构相应部分的上升或下降动作，也可以实现对热压机平台的位置的精确监测。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1是本发明的热压机平台通过四组监测机构配平流程示意图；
图2是整体配平装置示意图；
图3是配平模块的结构示意图；
图4是配平装置与热压机下平台装配示意图；
图5是监测模块结构示意图；
其中，1、整体结构，2、热压机下平台，3、激光传感器，4、固定滑道，5、T型固定块，6、压电陶瓷，7、压电陶瓷，8、蛛网型配平装置，9、监测结构安装位置，10、监测装置支撑结构，11、蛛网型配平装置。
具体实施方式
本发明包括配平模块及监测模块，如图所示是热压机平台的蛛网型结构配平模块。图所示是热压机平台的监测模块。其配平模块包括蛛网型结构、压电陶瓷片、T字型固定装置，其特征在于，实现热压机平台的提升或下降。监测模块包括激光传感器、电磁推杆，其特征在于，可以监测并平行移动传感器。其配平模块和监测模块由固定装置连接，此装置零件中蛛网型结构零件采用整体铝材料，压电陶瓷采用偏铌酸盐系压电陶瓷材料，T字型固定块采用传统钢材料。监测模块整体采用钛合金材料。
所述热压机配平部分蛛网型结构采用两圈结构，内圈与外圈为平行的六面体结构，最外侧梁分别安装有六组压电陶瓷组，靠压电陶瓷的激励作用，实现蛛网型结构在热压机平台下运动推动平台进行配平，当配平过程中，六个梁的相互作用能够实现平台的精确配平，在配平结束后，因为采用压电陶瓷作为直接驱动蛛网型结构的驱动装置具有较强的自锁性，能够完成装置自锁。
所述监测部分其传感器部分与丝杆连接，当进行工作状态时，四组传感器分别对平台上的观测点进行观测，可以对蛛网型结构的位移进行指导，完成精确的平台配平。
监测方法用到的原理为：通过四点配平法，首先建立图像空间中的坐标系，通过对各个位置进行实时标记，以及激光传感器所收集到的数据并将空间中多条曲线的交点作为直线方程中的参数，映射为图像空间中的直线，所以给定直线的参数方程，可以来检测平台是否配平。
基于模态驱动的蛛网型热压机平台配平装置及其配平方法，其特征在于，其对准方法包含以下步骤：
第一步:确认A,B,C,D四组监测装置中传感器的位置，在确定传感器位置正确后，分别对热压机平台上预设的观测点进行测距，根据预设的坐标系，以及传感器所测数据可得相应平台观测点的位置角。共需测量四组位置角。位置角公式如下
Figure GDA0002676642910000051
其中，
Figure GDA0002676642910000052
为两点间方位角，SAB为两点间距离，ΔyAB为两点间x轴间距ΔxAB为两点间y轴间距，(xB,yB)，(xA,yA)为相应传感器与预定点坐标。根据位置角公式共算出四组数据
Figure GDA0002676642910000053
Figure GDA0002676642910000054
其中A,B,C,D,E,F,J,H分别为激光传感器与热压机平台上的预设观测点坐标。
第二步：确认四组位置角后，根据所测数据以及预设坐标系得到监测点与被观测点具***置。共需分别收集计算四组数据，其中各点坐标都不相同，但是采用相同算法。距离公式如下
Figure GDA0002676642910000061
其中，(xB,yB)，(xA,yA)为相应传感器与预定点坐标。根据各组数据不同得出四组距离公式
Figure GDA0002676642910000062
Figure GDA0002676642910000063
其中A,B,C,D,E,F,J,H分别为激光传感器与热压机平台上的预设观测点坐标。
第三步：通过所获得的数据，当收集的四组数据不相同时，需要对平台进行配平处理。开始对蛛网型配平装置进行激励，其中共计六组压电陶瓷模块，对称固定在蛛网结构外侧梁上。根据本文提出的公式，能够精确的对平台的各个方向位移进行精确控制。
Figure GDA0002676642910000064
其中：L为配平装置总位移，ΔL0为压电陶瓷空载时伸长位移量，KT为压电陶瓷的刚度系数，KR为外部负载的刚度系数。
第四步：在配平过程中，不断根据监测及计算所得的数据进行处理。激励不同位置的压电陶瓷组最后实现四组数据相等。达到热压机平台的精确配平。

Claims (1)

1.基于模态驱动的蛛网型热压机平台配平装置，其包括配平平台的蛛网型配平模块以及平台监测模块，其蛛网型配平模块包括蛛网型主体结构、六组压电陶瓷、模态驱动模块、六组固定模块，其特征在于，蛛网型主体结构采用两圈结构，内圈与外圈为平行的六面体结构，靠压电效应的作用，在其最外侧六个异向梁上安装有一对压电陶瓷片，通过对压电陶瓷组的进行不同激励，实现其六个梁结构的各向运动，在各个梁结构各向运动过程中，其相互作用使得平台整体能够进行配平；平台监测模块包括四组激光测距传感器和固定及位移装置，可以通过实时观测平台状态进行配平过程中的数据指导，其配平模块和监测模块分别固定在热压机下平台，配平模块通过胶粘方式固定在平台底部，平台监测模块主体固定在平台四角为柱状结构，蛛网型主体结构材料均采用铝材料，通过安置在平台突出的四个柱状结构上的激光测距传感器，当配平装置开始工作时，四组激光测距传感器分别工作，在测量过程中能够进行相应的位移，通过对热压机平台上设置的对准点进行测距得到数据，通过对上传的数据进行处理，判断热压机平台的具***置，进一步通过数据实时指导配平模块的工作状态，完成整体平台配平。
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