CN105619428A - 一种面向光纤相位对准操作的复合式微夹钳 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微操作技术领域，特指一种面向光纤相位对准操作的复合式微夹钳，包括压电陶瓷微夹钳、真空微夹钳、真空吸附器、压电陶瓷微致动器、基座与微型直流电机，压电陶瓷微夹钳与真空微夹钳固定安装于基座上，压电陶瓷微致动器一安装于压电陶瓷微夹钳的柔性铰链与基座一之间，压电陶瓷微致动器二安装于真空微夹钳的柔性铰链与基座二之间，微型直流电机安装于基座的凸台上，真空吸附器安装于真空微夹钳上。本发明具有吸附夹持和旋转搓动功能，微夹钳末端既能通过吸附实现对光纤的吸附夹持避免损坏光纤表层，又能通过微夹钳手指对光纤的旋转搓动以实现光纤的相位对准操作。

Description

一种面向光纤相位对准操作的复合式微夹钳

技术领域

本发明涉及微操作技术领域，特指一种面向光纤相位对准操作的复合式微夹钳。

背景技术

MEMS光开关的装配是一个将光纤与硅芯片集成在一起的微装配过程，需要用微夹钳来抓取光纤，并将其准确地放入芯片上的输入槽与输出槽中，为了保证光路耦合效率，MEMS光开关装配时需要满足输入槽与输出槽中的光纤相位对准，由于光纤的尺寸比较小，直径大约90微米，光纤与硅芯的装配精度要求较高，并且光纤比较脆，直接夹取容易损伤表面，光纤的相位对准过程往往需要绕着光纤轴转动光纤，然而这是传统微夹钳难于达到的。传统的方法是通过让微夹钳整体绕一个圆弧形的轴承转动来实现，但由于轴承间存在较大的间隙和摩擦力，这种方法很难满足光纤精密对准的要求，因此需要高精度的既有吸附夹持又有旋转搓动功能的复合式微夹钳。

微夹钳具有三种常见的末端夹持方式：平行夹持、角夹持和真空吸附夹持。真空吸附夹持主要用于脆、易碎和易变形且表面光滑的微小物件的夹持和平面上的操作，由于光纤比较脆，易于损伤表面，故需要采用真空吸附夹持。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种面向光纤相位对准操作的复合式微夹钳，其具有吸附夹持和旋转搓动功能，微夹钳末端既能通过吸附实现对光纤的吸附夹持避免损坏光纤表层，又能通过微夹钳手指对光纤的旋转搓动以实现光纤的相位对准操作。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种面向光纤相位对准操作的复合式微夹钳，包括压电陶瓷微夹钳、真空微夹钳、真空吸附器、压电陶瓷微致动器、基座与微型直流电机，压电陶瓷微致动器包括压电陶瓷微致动器一与压电陶瓷微致动器二，基座包括基座一与基座二，压电陶瓷微夹钳固定安装于基座一上，压电陶瓷微致动器一安装于压电陶瓷微夹钳的柔性铰链与基座一之间，真空微夹钳固定安装于基座二上，压电陶瓷微致动器二安装于真空微夹钳的柔性铰链与基座二之间，基座一上设有凸台，微型直流电机安装于凸台上，基座二通过微型直流电机安装于基座一上，真空吸附器安装于真空微夹钳上。

进一步而言，所述基座一上设有Y轴向板，基座二上设有X轴向板，X轴向板上设有沉头孔一，沉头孔一配合设有紧顶螺钉二，紧顶螺钉二穿过沉头孔一后螺纹连接于压电陶瓷微致动器二，Y轴向板上设有沉头孔二，沉头孔二配合设有紧顶螺钉一，紧顶螺钉一穿过沉头孔二后螺纹连接于压电陶瓷微致动器一。

进一步而言，所述真空微夹钳一侧设有真空吸附器接头，真空微夹钳另一侧设有吸附端，真空吸附器配合安装于真空吸附器接头上，吸附端上设有V型槽。

进一步而言，所述基座一上设有通孔一，基座二上设有通孔二，微型直流电机的轴穿于通孔一与通孔二内，并通过多个螺钉固定，微型直流电机驱动基座二运动，基座二带动真空微夹钳运动。

进一步而言，所述压电陶瓷微夹钳与真空微夹钳采用非对称安装于基座上，压电陶瓷微夹钳与真空微夹钳通过多个螺栓固定安装于基座上。

进一步而言，所述压电陶瓷微致动器一采用RP150/5*5/30型号，所述压电陶瓷微致动器二采用RP150/5*5/20型号。

本发明有益效果：

本发明所述压电陶瓷微夹钳与真空微夹钳采用柔性铰链杠杆机构设计，采用整块板材线切割后装配而成，相比传统微夹钳，其具有无间隙、无润滑、无摩擦等优点，采用压电陶瓷微致动器作为驱动源，可方便实现微夹钳夹持末端的高精度定位；

本发明所述复合式微夹钳具有吸附夹持和旋转搓动功能，并通过压电陶瓷微夹钳与真空微夹钳协同作业完成对光纤相位调整及装配的操作任务，有效避免损坏光纤表层；

本发明所述压电陶瓷微夹钳与真空微夹钳采用非对称安装于基座上，更加紧凑简洁，有效节约成本和加工难度，且协同作业可控性更高。

附图说明

图1是本发明整体结构图；

图2是本发明基座结构图；

图3是本发明真空微夹钳结构图；

图4是本发明压电陶瓷微夹钳结构图；

图5是本发明真空微夹钳与压电陶瓷微夹钳对比图；

图6是本发明夹持端放大图；

图7是本发明变形点结构图；

图8是本发明运动示意图。

1、压电陶瓷微夹钳；2、真空微夹钳；21、吸附端；22、V型槽；3、真空吸附器；4、压电陶瓷微致动器一；41、压电陶瓷微致动器二；5、基座一；50、基座二；6、光纤；7、真空吸附器接头；8、X轴向板；81、沉头孔一；9、Y轴向板；91、沉头孔二；10、螺栓；11、紧顶螺钉一；12、微型直流电机；13、螺钉；14、凸台；15、通孔一；151、通孔二；161、切缝；162、板材；164、通孔三；18、紧顶螺钉二。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明所述一种面向光纤相位对准操作的复合式微夹钳，包括压电陶瓷微夹钳1、真空微夹钳2、真空吸附器3、压电陶瓷微致动器、基座与微型直流电机12，压电陶瓷微致动器包括压电陶瓷微致动器一4与压电陶瓷微致动器二41，基座包括基座一5与基座二51，压电陶瓷微夹钳1固定安装于基座一5上，压电陶瓷微致动器一4安装于压电陶瓷微夹钳1的柔性铰链与基座一5之间，真空微夹钳2固定安装于基座二51上，压电陶瓷微致动器二41安装于真空微夹钳2的柔性铰链与基座二51之间，基座一5上设有凸台14，微型直流电机12安装于凸台14上，基座二51通过微型直流电机12安装于基座一5上，真空吸附器3安装于真空微夹钳2上。

以上所述构成本发明基本结构。

本发明采用将压电陶瓷微夹钳1固定安装于基座一5上，并将压电陶瓷微致动器一4安装于压电陶瓷微夹钳1的柔性铰链与基座一5之间，通过压电陶瓷微致动器一4带动压电陶瓷微夹钳1，可使压电陶瓷微夹钳1夹持端高精度定位，将真空微夹钳2固定安装于基座二51上，并将压电陶瓷微致动器二41安装于真空微夹钳2的柔性铰链与基座二51之间，通过压电陶瓷微致动器二41带动真空微夹钳2，可使真空微夹钳2夹持端高精度定位，采用压电陶瓷微夹钳1与真空微夹钳2协同工作实现对光纤6旋转搓动功能，同时真空微夹钳2上设有真空吸附器3，起到对光纤6的吸附夹持功能，避免损坏光纤6表层。

更具体而言，所述基座一5上设有Y轴向板9，基座二51上设有X轴向板8，X轴向板8上设有沉头孔一81，沉头孔一81配合设有紧顶螺钉二18，紧顶螺钉二18穿过沉头孔一81后螺纹连接于压电陶瓷微致动器二41，Y轴向板9上设有沉头孔二91，沉头孔二91配合设有紧顶螺钉一11，紧顶螺钉一11穿过沉头孔二91后螺纹连接于压电陶瓷微致动器一4。采用这样的设置，通过压电陶瓷微致动器二41带动真空微夹钳2沿X轴方向移动，通过压电陶瓷微致动器一4带动压电陶瓷微夹钳1沿Y轴方向移动，从而实现对光纤6旋转搓动的目的。

如图2、图3、图4所示，所述基座一5上设有通孔一15，基座二51上设有通孔二151，微型直流电机12的轴穿于通孔一15与通孔二151内，并通过多个螺钉13固定，微型直流电机12驱动基座二51运动，基座二51带动真空微夹钳2运动。所述压电陶瓷微夹钳1与真空微夹钳2采用非对称安装于基座上，压电陶瓷微夹钳1与真空微夹钳2通过多个螺栓固定安装于基座上。采用这样的设置，通过微型直流电机12驱动基座二51运动，基座二51带动真空微夹钳2运动，从而达到压电陶瓷微夹钳1与真空微夹钳2协同工作目的，实现对光纤6旋转搓动功能。

如图5所示，所述真空微夹钳2一侧设有真空吸附器接头7，真空微夹钳2另一侧设有吸附端21，真空吸附器3配合安装于真空吸附器接头7上，吸附端21上设有V型槽22。采用这样的设置，通过真空吸附器3吸附光纤6，再通过V型槽22卡住光纤6，实现旋转与搓动光纤6时，避免损坏光纤6表层。

优选的，所述压电陶瓷微致动器一4采用RP150/5*5/30型号，压电陶瓷微致动器二41采用RP150/5*5/20型号。

如图6所示，本发明所述压电陶瓷微夹钳1与真空微夹钳2均是采用线切割板材162，并加工制得的成型结构件，板材162上的切缝161能够实现柔性铰链的变形，板材162上的多个通孔三164作用在于通过螺栓10将压电陶瓷微夹钳1与真空微夹钳2固定在基座上，其中切缝161的尺寸略大于柔性铰链变形的移量。

如图7与图8所示，真空微夹钳2依次由变形点A、变形点B、变形点C、变形点C1形成左柔性铰链杠杆放大机构变形点D1、变形点D2、变形点D3、变形点D4，用于沿X轴方向的位移放大，其中变形点D1、变形点D2、变形点D3、变形点D4形成一个平行四杆结构，目的在于保证吸附端21沿X轴轴向运动，真空微夹钳2是通过给变形点A处一个FA输入力，通过左半部分的柔性铰链械杆放大机构和左平行四杆机构产生吸附端21所需的一个X轴方向上的输出位移。

压电陶瓷微夹钳1由变形点E、变形点F、变形点F1、变形点F2、变形点G1、变形点G2、变形点G3、变形点G4组成，其中变形点E、变形点F1、变形点F2、变形点G1、变形点G2形成右柔性铰链杠杆放大机构，而变形点G1、变形点G2、变形点G3、变形点G4形成右平行四杆机构，目的在于保证压电陶瓷微夹钳1夹持端沿Y轴轴向运动，压电陶瓷微夹钳1是给变形点E处一个FB输入力，通过右柔性铰链杠杆放大机构和右平行四杆机构产生吸附端21所需的一个Y轴方向上的输出位移，从而实现对光纤6的搓动，也使得光纤6能够在V字槽22内旋转变换相位。

以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种面向光纤相位对准操作的复合式微夹钳，包括压电陶瓷微夹钳(1)、真空微夹钳(2)、真空吸附器(3)、压电陶瓷微致动器、基座与微型直流电机(12)，其特征在于：所述压电陶瓷微致动器包括压电陶瓷微致动器一(4)与压电陶瓷微致动器二(41)，所述基座包括基座一(5)与基座二(51)，所述压电陶瓷微夹钳(1)固定安装于基座一(5)上，所述压电陶瓷微致动器一(4)安装于压电陶瓷微夹钳(1)的柔性铰链(17)与基座一(5)之间，所述真空微夹钳(2)固定安装于基座二(51)上，所述压电陶瓷微致动器二(41)安装于真空微夹钳(2)的柔性铰链(17)与基座二(51)之间，所述基座一(5)上设有凸台(14)，所述微型直流电机(12)安装于凸台(14)上，所述基座二(51)通过微型直流电机(12)安装于基座一(5)上，所述真空吸附器(3)安装于真空微夹钳(2)上。

2.根据权利要求1所述一种面向光纤相位对准操作的复合式微夹钳，其特征在于：所述基座一(5)上设有Y轴向板(9)，所述基座二(51)上设有X轴向板(8)，所述X轴向板(8)上设有沉头孔一(81)，所述沉头孔一(81)配合设有紧顶螺钉二(18)，所述紧顶螺钉二(18)穿过沉头孔一(81)后螺纹连接于压电陶瓷微致动器二(41)，所述Y轴向板(9)上设有沉头孔二(91)，所述沉头孔二(91)配合设有紧顶螺钉一(11)，所述紧顶螺钉一(11)穿过沉头孔二(91)后螺纹连接于压电陶瓷微致动器一(4)。

3.根据权利要求1所述一种面向光纤相位对准操作的复合式微夹钳，其特征在于：所述真空微夹钳(2)一侧设有真空吸附器接头(7)，所述真空微夹钳(2)另一侧设有吸附端(21)，所述真空吸附器(3)配合安装于真空吸附器接头(7)上，所述吸附端(21)上设有V型槽(22)。

4.根据权利要求1所述一种面向光纤相位对准操作的复合式微夹钳，其特征在于：所述基座一(5)上设有通孔一(15)，所述基座二(51)上设有通孔二(151)，所述微型直流电机(12)的轴穿于通孔一(15)与通孔二(151)内，并通过多个螺钉(13)固定，所述微型直流电机(12)驱动基座二(51)运动，所述基座二(51)带动真空微夹钳(2)运动。

5.根据权利要求1所述一种面向光纤相位对准操作的复合式微夹钳，其特征在于：所述压电陶瓷微夹钳(1)与真空微夹钳(2)采用非对称安装于基座上，所述压电陶瓷微夹钳(1)与真空微夹钳(2)通过多个螺栓固定安装于基座上。

6.根据权利要求1所述一种面向光纤相位对准操作的复合式微夹钳，其特征在于：所述压电陶瓷微致动器一(4)采用RP150/5*5/30型号，所述压电陶瓷微致动器二(41)采用RP150/5*5/20型号。