微装配中微靶球的三维移动

　　惯性约束聚变(Inertial confinement fusion ICF ) ，又被称作惯性聚变或激光聚变，是一种将包含核聚变反应燃料的微靶球在高温高压下压缩以产生巨大能量的方法。微靶球是激光核聚变技术中的一个关键原件。为了使多路激光束同时一精确瞄准微靶球而得到较高的激励能量和转换效率，必须精确地将它装配在一个固定的位置。这就迫切要求开展微靶标半自动装配的研究，以保证其精确定位和装配精度。目前，许多国家正在进行惯性聚变的靶标装配研究，包括俄罗斯、日本、中国、法国和美国等。

　　一些实验室已经实现了微靶的组装，但实现的自动化程度不同。2000年时还只能在显微镜下完成手工组装，2002年印度实现了更先进的组装。图1所示是本实验所用的微靶球在CCD显微镜下的两幅放大的图像。

　　惯性约束聚变微靶的核心是含有氖一氖燃料的薄壁微靶球。微靶球尺寸(外径D = 200μm )、质量轻材料脆（空心球壳，壁厚t=0.5—20μm），表面粗糙度优于10nm。

　　图2所示是美国Nova试验室一个组装后的微靶的两幅视图。

　　1微靶球三维移动原理与系统结构

　　1. 1三维移动原理

　　微靶测量与移动系统主要包括:光学系统(包括照明系统和准直光学系统)，带真空吸头的微动机构和微动机构驱动电路>CCD光电检测系统，计算机数据处理和控制系统。系统组成如图3。

　　微靶球首先经过两台CCD显微镜放大成像，形成视频信号经图像采集片转换为数字信号输入计算机，计算微靶球的三维位置，通过驱动电路使微动机构动作，从而使微靶组件移动到合适的位置。

　　如图4，微靶球三维移动装置由3部分组成:电控平移台、直线+旋转执行器、含真空吸头的微靶球拾取和微动装置。下面分别介绍各机构和计算机控制。

　　1. 2微靶球拾取和微动装置

　　由于微靶球是壁厚很薄的空心球，易碎易变形，真空吸附的方法可以在离物体较远的地方柔性地拾取微型物体，避免了接触夹持方法中夹持力主要集中在局部区域的问题，适用于微型物体拾取系统。通过对微靶球真空吸取力的计算，选择合适的空气压力可以将微靶球拾取和放下。

　　微靶球拾取和微动装置由真空吸管、压电陶瓷、D/A转换电路和压电陶瓷驱动电源组成。图5为装置结构，真空吸管与真空泵相通。真空吸管是一支微细余l司管(内径0. 08 mm，外径0. 18 mm) 。

　　压电陶瓷微位移器件，以它体积小、位移分辨率高、频响高、承载力大、无噪声、不发热等特点得到了广泛的应用。利用压电陶瓷的逆压电效应实现微位移，可以应用到许多微米级和亚微米级的精密驱动和定位领域中去。改变压电陶瓷输入电压的大小即可得到不同的微位移，采用压电陶瓷带动真空吸管从而实现微革巴球的微动。