[发明专利]一种具有夹持及搓动功能的微夹钳装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种夹持用具，更特别地说，是指一种适用于MEMS光开关装配用的具有夹持及搓动功能的微夹钳装置。

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操作过程。而由于光线的尺寸较小，大约100微米，并且与硅芯片的装配容差要求较高，因此，此处需要一个高精度的微夹持器来进行精密的微操作。然而传统的微夹持器可以完成对光纤的抓取并将它准确地放入芯片上的输入、输出槽中，但MEMS光开关装配过程中的光路耦合效率也是首先要考虑的因素，即输入与输出槽中的光纤相位上的对准，这是传统的微夹持器难以完成的。

微夹钳具有三种常见的末端夹持方式：平行（parallel）夹持、角（angular）夹持和真空吮吸（vacuum suction）夹持。角夹持中由于夹持端具有一定的倾斜角度，当夹持具有规则几何形状的光纤时，容易引起光纤的滑动；真空吮吸夹持主要用在平面上操作，而不规则平面的物体容易引起真空吮吸设备的气体泄漏，进而导致夹持的失败。相对于角夹持和真空吮吸夹持，为了夹持具有任意几何形状的物体，平行夹持是一种非常适合的夹持方式。

发明内容

鉴于MEMS光开关中光纤装配过程中微观夹持与光纤旋转对准两项要求，本发明设计了一种具有夹持及搓动功能的微夹钳装置。该微夹钳装置采用柔性铰链、非对称结构的设计，且具有两个自由度，通过两个钳头的合作完成了对光纤的夹持及旋转搓动操作，在功能上更加丰富灵活。

本发明的一种具有夹持及搓动功能的微夹钳装置，该微夹钳装置包括有基座（9）、第一固定座（3）、第二固定座（8）、微夹钳（6）、位移测量板（1）、电容传感器（2）、测力应变片（5）和压电陶瓷驱动器（4）；位移测量板（1）粘接在电容传感器（2）上，且电容传感器（2）安装在第一固定座（3）上，测力应变片（5）安装在微夹钳（6）的第七刚性梁（67）的第二支臂（67A）的外侧面板上，第二固定座（8）、微夹钳（6）、压电陶瓷驱动器（4）安装在基座（9）上。

所述的一种具有夹持及搓动功能的微夹钳装置，其微夹钳（6）的支撑板（6F）上设有通孔（6D）、第一柔性罗伯茨机构（68）、第二柔性罗伯茨机构（69），且第一柔性罗伯茨机构（68）与第二柔性罗伯茨机构（69）以X轴对称设置，该通孔（6D）用于第一螺钉（7A）穿过，穿过通孔（6D）后的第一螺钉（7A）螺纹连接在基座（9）的第三螺纹孔（9C）中。

微夹钳（6）上设有夹持端（6C），该夹持端（6C）用于夹持光纤（6E）；

微夹钳（6）上设有第一刚性梁（61）、第二刚性梁（62）、第三刚性梁（63）、第四刚性梁（64）、第五刚性梁（65）、第六刚性梁（66）、第七刚性梁（67）、第一柔性罗伯茨机构（68）、第二柔性罗伯茨机构（69）；

变形点A为第三刚性梁（63）与第一刚性梁（61）下端的接合点；

变形点B1、变形点B2、变形点B3和变形点B4为第一刚性梁（61）与第二刚性梁（62）构成平行四边形的接合点；

变形点C2为第四刚性梁（64）与第五刚性梁（66）的接合点；

变形点C1为支撑板（6F）与第五刚性梁（65）一端的接合点；

变形点C3为第五刚性梁（65）另一端与第六刚性梁（66）下端的接合点。

所述的一种具有夹持及搓动功能的微夹钳装置，其微夹钳（6）在结构上为非对称结构，即设有左半部分和右半部分；

左半部分由变形点A、变形点B1、变形点B2、变形点B3和变形点B4组成一个左杠杆放大机构，用于实现沿X轴的位移放大；

而变形点B1、变形点B2、变形点B3和变形点B4形成一个左平行四杆机构，用于保证夹持端（6C）运动的水平；

所述左半部分是通过给变形点A处一个FA输入力，通过左杠杆放大机构和左平行四杆机构产生夹持端（6C）在第二夹臂（67A）所需的一个X轴方向上的输出位移；

右半部分由变形点C1、变形点C2、变形点C3、第一柔性罗伯茨机构（68）和第二柔性罗伯茨机构（69）组成，其中变形点C1、变形点C2、变形点C3形成一个右杠杆放大机构；第一柔性罗伯茨机构（68）与第二柔性罗伯茨机构（69）为串联布局形成右平行四杆机构；

所述右半部分是给变形点C2处一个FB输入力，通过右杠杆放大机构和右平行四杆机构产生夹持端（6C）在第一夹臂（66A）所需的一个Y轴方向上的输出位移，从而实现对光纤（6E）的搓动，也使得光纤（6E）能够在V形槽（67B）内旋转。

本发明具有夹持及搓动功能的微夹钳装置的优点在于：