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专利名称：Mems矢量水听器纤毛自动化粘接装置及方法
技术领域：
本发明涉及MEMS矢量水听器技术领域，特别是涉及一种MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置及方法。
背景技术：
水听器又称水下传声器，是把水下声信号转换为电信号的换能器。水声是海洋中信息传播的主要载体，水下探测、定位与导航、目标识别、通信等水下作业都必须借助于水声技术来完成。作为一种重要的水下探测装置，声呐的出现在民用方面逐渐发挥重要的作用。当前的声纳系统大多采用水听器通过组阵的方式来确定被探测目标的方位，存在两方面的缺点1、成本高。目前的民用声纳系统一套约为7(Γ120万人民币，这对一般民用船只只能是望而生畏。2、性能受限。当前声纳系统要实现远距离探测，必须增大基阵尺寸，且维修不方便。要改良声呐系统，首先必须对声呐上的水听器性能进行改进，微机电系统(MEMS)矢量水听器以高性能、低成本的优势顺应了目前的发展趋势和需求。矢量水声传感器不但可以同时探测声压信号和振速信号，而且，具有宽带一致的偶极子指向性。在水声测量系统中，矢量水声传感器的采用使系统的抗干扰能力和线谱检测能力获得提高。因此，矢量水声传感器的研究工作受到国内外极大重视。随着技术的不断发展，技术需求越来越多，为满足岸站建设的需要，实现远程检测、识别，低频检测能力日益显得重要。另外，由于安静型潜艇和舰船的本征噪声都在低频段，在潜艇侦测应用上，就需要低频段的矢量水听器。即要求探测换能器具有低频检测能力。同时，随着目标信号的减弱，高灵敏度检测问题也变得非常迫切。

将压阻原理、MEMS技术应用于矢量水听器，采用压阻原理的微结构矢量水听器可以使矢量型水听器尺寸微型化，探测灵敏度优于压电陶瓷式水听器，并且，压阻效应的优势是可以测量直到零频的低频范围，适用于低频测量，可用于安静型潜艇的探测。MEMS仿生矢量水听器中，敏感单元由MEMS技术加工而成，拾振方式为敏感柱体(纤毛)同振式，信号转换机制为压阻式。该水听器具有尺寸小、灵敏度高、低频性能好等特性。因此该类型水听器组装封装过程中重要的一步就是敏感柱体(纤毛)的粘接。目前采用的纤毛粘接技术采用纯手工完成，效率低，基本上依赖粘接工人的手感，成功率低。粘接采用的胶为502胶，胶量难以控制，胶水在空气中易干，对粘接过程中人员的速度和质量要求苛刻，而且在粘接完成后的测试中发现纤毛容易脱落，造成整个器件失效。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置及方法。

发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于高精度微动平台和显微视觉技术的MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置及方法。为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下一种MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置，所述粘接装置包括切割夹钳系统，用于切割纤毛；切割驱动系统，与所述切割夹钳系统相连，用于驱动所述切割夹钳系统；纤毛输送系统，用于输送纤毛；芯片载台运动系统，用于承载并控制MEMS矢量水听器的芯片，芯片载台运动系统设有用于存储UV胶的UV胶存储槽；紫外线固化机，用于固化MEMS矢量水听器中的UV胶；紫外光机照射头，与所述紫外线固化机相连，用于射出紫外线；电控箱，用于控制所述粘接装置的工作流程。作为本发明的进一步改进，所述粘接装置还设有芯片检测系统，包括MEMS芯片检测显微系统，用于进行芯片粘接位置的图像识别；粘接监测显微系统镜，用于监测纤毛与芯片的粘接；粘接监测显微系统镜支撑系统，用于支撑所述粘接监测显微系统镜。作为本发明的进一步改进，所述粘接位置为芯片的正中央位置。作为本发明的进一步改进，所述切割夹钳系统包括电动夹爪和与所述电动夹爪相连的夹爪头，所述夹爪头上设有用于剪断纤毛的刀片。作为本发明的进一步改进，所述纤毛输送系统包括两个位于同一竖直方向上的劈刀及分别固定所述劈刀的劈刀杆。作为本发明的进一步改进，所述芯片载台运动系统为3自由度运动系统。作为本发明的进一步改进，所述芯片载台运动系统包括芯片载台、位于芯片载台上的芯片夹具、位于芯片载台下方的载台Z向运动平台。作为本发明的进一步改进，所述粘接装置还包括闭合设置的外框架。相应地，一种MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接方法,所述方法包括S1、将UV胶存储槽移动到纤毛输送系统正下方，载台Z向运动平台向上运动，对纤毛最下端进行蘸胶；S2、将芯片移动到MEMS芯片检测显微系统下方，进行芯片中心位置的图像识别，所述中心位置即为纤毛下端的粘接位置；S3、将芯片中心位置移动到纤毛输送系统正下方，纤毛输送系统将纤毛向下精确输送到芯片中心位置；S4、启动紫外线固化机，由紫外光机照射头射出紫外线，实现UV胶固化，将纤毛和芯片固连在一起；S5、切割夹甜系统完全闭合到断纤毛。作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中紫外线照射时间为5s。本发明的有益效果是本发明提供的MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置及方法，粘接使用的胶水改为UV胶，该胶水胶量控制容易，在空气中不易干，通过紫外线固化机的照射达到迅速凝固的效果，通过该装置及方法，可以大大提高纤毛粘接效率和质量。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明一优选实施方式中MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置的结构示意图；图2为本发明一优选实施方式中MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置的立体结构示意图；图3为本发明一优选实施方式中MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置的局部放大示意图；图4为本发明一优选实施方式中MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置的右视示意图；图5为本发明一优选实施方式中MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置的左视示意图；图6为本发明一优选实施方式中MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置的俯视示意图。
具体实施例方式本发明公开了一种MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置，包括切割夹钳系统,用于切割纤毛；切IllJ驱动系统，与切IllJ夹甜系统相连，用于驱动所述切IllJ夹甜系统；纤毛输送系统，用于输送纤毛；芯片载台运动系统，用于承载并控制MEMS矢量水听器的芯片，芯片载台运动系统设有用于存储UV胶的UV胶存储槽；紫外线固化机，用于固化MEMS矢量水听器中的UV胶；紫外光机照射头，与紫外线固化机相连，用于射出紫外线；电控箱，用于控制所述粘接装置的工作流程。相应地，本发明还公开了一种MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接方法，包括S1、将UV胶存储槽移动到纤毛输送系统正下方，载台Z向运动平台向上运动，对纤毛最下端进行蘸胶；S2、将芯片移动到MEMS芯片检测显微系统下方，进行芯片中心位置的图像识别，所述中心位置即为纤毛下端的粘接位置；S3、将芯片中心位置移动到纤毛输送系统正下方，纤毛输送系统将纤毛向下精确输送到芯片中心位置；S4、启动紫外线固化机，由紫外光机照射头射出紫外线，实现UV胶固化，将纤毛和芯片固连在一起；S5、切割夹钳系统完全闭合剪断纤毛。本发明提供的MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置及方法，粘接使用的胶水改为UV胶，该胶水胶量控制容易，在空气中不易干，通过紫外线固化机的照射达到迅速凝固的效果，通过该装置及方法，可以大大提高纤毛粘接效率和质量。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。参图1、图2并结合图4、图5、图6所不，本发明一优选实施方式中的MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置，包括切割夹钳系统3，用于切割纤毛；切IllJ驱动系统2,与切割夹甜系统3相连,用于驱动切割夹甜系统3 ；纤毛输送系统4,用于输送纤毛；芯片载台运动系统9，用于承载并控制MEMS矢量水听器的芯片，芯片载台运动系统设有用于存储UV胶的UV胶存储槽；紫外线固化机10，用于固化MEMS矢量水听器中的UV胶；紫外光机照射头7，与紫外线固化机10相连，用于射出紫外线；电控箱11，用于控制粘接装置的工作流程。进一步地，本实施方式中粘接装置还设有芯片检测系统，包括MEMS芯片检测显微系统5，用于进行芯片粘接位置的图像识别，粘接位置为芯片的正中央位置；粘接监测显微系统镜6，用于监测纤毛与芯片的粘接；粘接监测显微系统镜支撑系统8，用于支撑粘接监测显微系统镜6。优选地，粘接装置还包括闭合设置的外框架，用于收容上述所有部件。结合图3所示，切割夹钳系统3包括电动夹爪3-1和与电动夹爪3-1相连的夹爪头3-2，夹爪头3-2上设有用于剪断纤毛的刀片；纤毛输送系统4包括两个位于同一竖直方向上的劈刀4-3及分别固定劈刀4-3的劈刀杆4-1，本实施方式中劈刀和劈刀杆均设为两个。劈刀4-3的作用是对纤毛4-2进行导向和限位，纤毛4-2通过同一竖直线的两个劈刀，保证了纤毛的竖直定位；芯片载台运动系统9为3自由度运动系统，可以实现X-Y-Z向运动，其包括用于承载水听器芯片9-1的芯片载台9-3、位于芯片载台9-3上的芯片夹具9-2、位于芯片载台9_3下方的载台Z向运动平台9-4，芯片载台9-3上设有用于存储UV胶的UV胶存储槽9-5。相应地，本发明一优选实施方式中MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接方法包括S1、将UV胶存储槽移动到纤毛输送系统正下方，载台Z向运动平台向上运动，对纤毛最下端进行蘸胶；S2、将芯片移动到MEMS芯片检测显微系统下方，进行芯片中心位置的图像识别，中心位置即为纤毛下端的粘接位置；S3、将芯片中心位置移动到纤毛输送系统正下方，纤毛输送系统将纤毛向下精确输送到芯片中心位置；S4、启动紫外线固化机，由紫外光机照射头射出紫外线，优选地，紫外线照射时间为5s，实现UV胶固化，将纤毛和芯片固连在一起；S5、切割夹甜系统完全闭合到断纤毛。系统工作时，首先通过芯片载台运动系统9将UV胶存储槽9-5移动到纤毛输送系统4正下方，载台Z向运动平台9-4向上运动一定距离，对纤毛最下端进行蘸胶，使纤毛最下端挂上胶；然后通过芯片载台运动系统9将芯片移动到MEMS芯片检测显微系统5下方，通过显微系统5进行芯片中心位置的图像识别，该中心位置即为纤毛下端的粘接位置；识别完成后通过芯片载台运动系统9将芯片中心移动到纤毛及输送系统4正下方。纤毛输送系统4将一定长度的纤毛向下精确输送到芯片中心粘接位置，该长度可以通过程序设定，解决了人工修剪不整齐的问题；启动紫外线固化机10，紫外线由紫外光机照射头7射出，5秒后关闭，UV胶固化完成，将纤毛和芯片固连在一起，然后电动夹爪3-1带动夹爪头3-2完全闭合剪断纤毛，剪断后电动夹爪3-1打开，接着切IllJ驱动系统2带动切割夹甜系统3向上移动程序设定的距尚，然后半闭合夹紧纤毛向下运动到起始位置，等待下一个粘接流程。粘接完成后载台Z向运动平台9-4向下运动，将纤毛从劈刀中抽出，然后芯片载台运动系统9将UV胶存储槽9-5移动到纤毛及输送系统4正下方，开始下一个粘接流程。与现有技术相比，本发明提供了一种基于高精度微动平台和显微视觉技术的MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置及方法，粘接使用的胶水改为UV胶，该胶水胶量控制容易，在空气中不易干，通过紫外线固化机的照射达到迅速凝固的效果，通过该装置及方法，可以大大提闻纤毛粘接效率和质量。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
权利要求
1.一种MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置，其特征在于，所述粘接装置包括 切割夹钳系统，用于切割纤毛；切割驱动系统，与所述切割夹钳系统相连，用于驱动所述切割夹钳系统；纤毛输送系统，用于输送纤毛；芯片载台运动系统，用于承载并控制MEMS矢量水听器的芯片，芯片载台运动系统设有用于存储UV胶的UV胶存储槽；紫外线固化机，用于固化MEMS矢量水听器中的UV胶；紫外光机照射头，与所述紫外线固化机相连，用于射出紫外线；电控箱，用于控制所述粘接装置的工作流程。
2.根据权利要求1所述的粘接装置，其特征在于，所述粘接装置还设有芯片检测系统， 包括MEMS芯片检测显微系统，用于进行芯片粘接位置的图像识别；粘接监测显微系统镜，用于监测纤毛与芯片的粘接；粘接监测显微系统镜支撑系统，用于支撑所述粘接监测显微系统镜。
3.根据权利要求2所述的粘接装置，其特征在于，所述粘接位置为芯片的正中央位置。
4.根据权利要求1所述的粘接装置，其特征在于，所述切割夹钳系统包括电动夹爪和与所述电动夹爪相连的夹爪头，所述夹爪头上设有用于剪断纤毛的刀片。
5.根据权利要求1所述的粘接装置，其特征在于，所述纤毛输送系统包括两个位于同一竖直方向上的劈刀及分别固定所述劈刀的劈刀杆。
6.根据权利要求1所述的粘接装置，其特征在于，所述芯片载台运动系统为3自由度运动系统。
7.根据权利要求1所述的粘接装置，其特征在于，所述芯片载台运动系统包括芯片载台、位于芯片载台上的芯片夹具、位于芯片载台下方的载台Z向运动平台。
8.根据权利要求1所述的粘接装置，其特征在于，所述粘接装置还包括闭合设置的外框架。
9.一种如权利要求1所述的MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接方法，其特征在于，所述方法包括51、将UV胶存储槽移动到纤毛输送系统正下方，载台Z向运动平台向上运动，对纤毛最下端进行蘸胶；52、将芯片移动到MEMS芯片检测显微系统下方，进行芯片中心位置的图像识别，所述中心位置即为纤毛下端的粘接位置；53、将芯片中心位置移动到纤毛输送系统正下方，纤毛输送系统将纤毛向下精确输送到芯片中心位置；54、启动紫外线固化机，由紫外光机照射头射出紫外线，实现UV胶固化，将纤毛和芯片固连在一起；55、切割夹钳系统完全闭合剪断纤毛。
10.根据权利要求9所述的粘接方法，其特征在于，所述步骤S4中紫外线照射时间为5s0
全文摘要
本发明公开了一种MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置及方法，该粘接装置包括切割夹钳系统、切割驱动系统、纤毛输送系统、芯片载台运动系统、紫外线固化机、紫外光机照射头和电控箱。本发明提供的MEMS矢量水听器纤毛自动化粘接装置及方法中粘接使用的胶水为UV胶，胶水胶量控制容易，在空气中不易干，通过紫外线固化机的照射达到迅速凝固的效果，通过该装置及方法，可以大大提高纤毛粘接效率和质量。
文档编号G01H3/00GK103030102SQ20121057941
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者陈涛, 陈立国, 汝长海, 潘明强, 刘吉柱, 王阳俊, 王蓬勃, 黄海波, 王振华, 张国军, 孙立宁, 张文栋 申请人:苏州大学