【正文】 在安裝導(dǎo)軌時(shí)，可以一邊用千分表測(cè)量?jī)蓪?dǎo)軌的平行度， 一邊擰緊壓塊上的螺釘，直到達(dá)到平行度要求為止，螺釘最好加彈墊圈以防松動(dòng)，壓塊的間距可以根據(jù)實(shí)際確定。而螺釘不具備定位功能，因此如何保證或者修調(diào)導(dǎo)軌的直線度和兩導(dǎo)軌的平行度是難點(diǎn)。加墊片在設(shè)備機(jī)械精度調(diào)整中使用比較普遍，無論是全尺寸調(diào)整還是局部調(diào)整，效果都較好，由于其厚度尺寸可以按需加工，因此從理論上講可以達(dá)到任何精度要求，但是墊片加工是一 個(gè)難題，特別對(duì)于較薄的墊片。在兩邊分別加筋板使零件的受力得到優(yōu)化。導(dǎo)軌的平行度誤差要求為 10μ m，由于導(dǎo)軌本身誤差有 m，導(dǎo)軌和導(dǎo)軌安裝 面（導(dǎo)軌靠面）的累積平行度誤差應(yīng)小于 10μ m，即設(shè)計(jì)平行度誤差小于 10μ m。因?yàn)榻z杠保證了平臺(tái)的行走誤 差，而導(dǎo)軌是要保證平臺(tái)行走平行度，所以導(dǎo)軌的安裝尤為重要，在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了方便導(dǎo)軌安裝和保證其安裝平行度的的一些結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌夾華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 具中重點(diǎn)介紹。但是 GYS751DC2T2 體積大，安裝尺寸大，容易引起運(yùn)動(dòng)平臺(tái)過高，對(duì)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性不利，而且成本也高一些，考慮到平臺(tái)在工作中不會(huì)有其他外加負(fù)載，所以在 滿足設(shè)計(jì)要求的情況下選擇 GYS401DC2T2。 （四）加減速時(shí)間常數(shù)（短時(shí)間特性）的計(jì)算 由于分揀一個(gè)芯片的周期約為 ，所以在此平均分配其加速、勻速、減速 時(shí)間，故加減速時(shí)間約為 （ 62ms），將此值定為最大加減速時(shí)間常數(shù)。而電機(jī)軸上的負(fù)載主要有兩種：阻尼轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量，其中阻尼轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于所選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 導(dǎo)軌行走精度： 運(yùn)動(dòng)精度： 10μ m，由于導(dǎo)軌安裝和導(dǎo)軌安裝座的設(shè)計(jì)對(duì)最終的運(yùn)動(dòng)精度有很大影響，所以為了保證安全和保證運(yùn)動(dòng)精度，提高導(dǎo)軌的等級(jí)，選擇精密級(jí)導(dǎo)軌，如表 316，即 P 級(jí)。表 312表示了靜態(tài)安全系數(shù)的基準(zhǔn)值。 LM 滾動(dòng)導(dǎo)軌承受負(fù)荷時(shí) ,滾動(dòng)體、 LM 滑塊和 LM 滾動(dòng)導(dǎo)軌等在容許負(fù)荷范圍內(nèi)產(chǎn)生彈性變形 ,這時(shí)的變位量與負(fù)荷之比率就是剛性值。 Km3 2 0 0 0 010PhLL 65 ???? ?。 NKNf s 69 0 ???，與最大軸向負(fù)荷 255N相比，得出容許軸向負(fù)荷大，因而此型號(hào)沒有問題。因此，滿足這些條件的滾珠絲杠在使用上沒有問題。 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速 3000min最高速 1m/s 時(shí)，滾珠絲杠的導(dǎo)程如（ 31）式： mm53 0 0 0 601 0 0 ??? （ 31） 因此必須選擇 5mm 或 5mm 以上的導(dǎo)程。從表中可得知 C3 級(jí)，運(yùn)行距離誤差∶ 。由兩套絲杠導(dǎo)軌垂直安裝實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)。由于芯片盤安裝誤差，肯定會(huì) 造成芯片排列線與 XY 方向不平行導(dǎo)致掃描和檢測(cè)時(shí)的困難。高精度 XY 微動(dòng)平臺(tái)，其主要功能是提供 X 方向和 Y 方向的高速高精度的移動(dòng)，其包括 X 向和 Y 向的移動(dòng)平臺(tái)，在上層裝有旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的安裝板；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，提供正負(fù) 15176。 計(jì)算機(jī)部分：在 LED 檢測(cè)設(shè)備上主要完成是對(duì)芯片進(jìn)行圖像獲取及識(shí)別、芯片外觀檢測(cè)與精確定位，參考芯片確定，控制系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)與探針的運(yùn)動(dòng)，芯片的光電特性分析處理，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分類處理、保存等工作。芯片的電壓和電流是通過探針和芯片的正負(fù)電極接觸而獲得的，需要兩根探針分別接觸芯片的正負(fù)兩極，探針固定在探針座上并通過電路板與電源連接。 芯片檢測(cè)的目標(biāo)是對(duì)芯片進(jìn)行表面檢測(cè)和光電檢測(cè)，按照用戶需求實(shí)現(xiàn)晶圓片的完整 mapping 圖輸出。 本文主要研究?jī)?nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要 以高速 LED 檢測(cè)設(shè)備為對(duì)象， 對(duì) LED 芯片光電參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，且實(shí)現(xiàn)高速檢測(cè)，達(dá)到或超過國(guó)內(nèi)外設(shè)備的檢測(cè)速度而設(shè)計(jì)。日本 Opto System 公司推出其系列化產(chǎn)品較早，但其產(chǎn)品較少。這一項(xiàng)目屬于國(guó)際前沿的研究項(xiàng)目。同時(shí)，也為 中國(guó)在 LED 應(yīng)用產(chǎn)品的自主創(chuàng)新和走向國(guó)際市場(chǎng)提供重要的支撐。僅 LED 景觀燈一項(xiàng)就可以在我國(guó)帶來 30005000 億人民幣的產(chǎn)值。 同時(shí)， LED 行業(yè)屬于高精尖技術(shù)行業(yè)，與 LED 芯片相關(guān)的設(shè)備都有很高的性能要求和加工要求，這也阻礙了國(guó)內(nèi) LED 芯片設(shè)備的研發(fā)。 LED 產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展非常迅猛，市場(chǎng)潛力非常大，但是它的發(fā)展離不開 LED 裝備業(yè)的發(fā)展作為支撐。 1996 年由日本 Nichia 即日亞公司成功開發(fā)出白光 LED。用 Auto CAD 繪制各零部件工程圖，采用 Pro/E 進(jìn)行整機(jī)三維建模裝配 ，所得到的三維實(shí)體模型直觀、逼真的 顯現(xiàn)主要零部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和形狀，便于進(jìn)行干涉檢查，有效節(jié)約了產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)效率，具有一定的實(shí)用價(jià)值。 LED 檢測(cè)機(jī)是成套設(shè)備中的重要組成部分，而我國(guó) LED 芯片的檢測(cè)和分揀主要依賴國(guó)外設(shè)備，制約著我國(guó) LED芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。它具有亮度高、重量輕 、電流小、電壓低、體積小、發(fā)光響應(yīng)速度快和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，容易與晶體管和集成電路配套使用，因而在光通信光源調(diào)制、照明和指示燈、等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。 LED 燈箱對(duì)白熾燈來說有很多優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在： 壽命長(zhǎng)、抗振性好； 單色性好，色彩鮮艷豐富； 高效率、低能耗； 響應(yīng)時(shí)間短； 綠色照明光源； 體積小、重量輕； 平面發(fā)光，方向性強(qiáng)； 單個(gè) LED 的光通量小等。由此可以看出，對(duì) LED 芯片的高速檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)是非常必 要的，所以高速 LED 檢測(cè)機(jī)是不缺少市場(chǎng)的。 LED 產(chǎn)業(yè)被認(rèn)為即將引發(fā)第三次照明革命，并能解決環(huán)境污染和全球性的能源短缺問題。隨著 LED 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相關(guān)檢測(cè)設(shè)備的需求大幅度提升。 建立半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，全面進(jìn)入通入照明市場(chǎng)占有 30～50%的市場(chǎng)份額，實(shí)現(xiàn)節(jié)電30%以上，年照明節(jié)電 1000億 kw?h以上 我國(guó)大陸 LED 芯片研究起步較晚，國(guó)內(nèi)的主要研究機(jī)構(gòu)有廈門大學(xué)物理系、中科院長(zhǎng)春物理所、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第 13 所以及華中科技大學(xué)等幾個(gè)高校、研究所開展研究工作。 國(guó)際上由于 LED 產(chǎn)業(yè)起步較早，有關(guān) LED 芯片檢測(cè)分揀的設(shè)備的研究也較早。它主要由可調(diào)恒流源、光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)和 PC 機(jī)主控系統(tǒng)構(gòu)成。 具體內(nèi)容如下： 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 ① 分析 LED 的發(fā)展現(xiàn)狀和市場(chǎng)前景，國(guó)內(nèi)外 高速 LED 檢測(cè)設(shè)備的 研究概況； ② 研究 LED 芯片檢測(cè)的原理、檢測(cè)設(shè)備的功能需求、基本組成以及工作過程 ； ③ 對(duì) DHLP320 型 LED 檢測(cè)機(jī) 的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括對(duì) XY 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、 Z 向工作臺(tái)、上部平臺(tái)、探針臺(tái)的設(shè)計(jì)，主要對(duì)關(guān)鍵部位高速高精度 XY 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，分析比較選用 絲杠導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) XY 二維運(yùn)動(dòng)， 根據(jù)使用要求對(duì)絲桿螺母、導(dǎo)軌、電機(jī)等進(jìn)行計(jì)算與選型 ； ④ 使用 Pro/E 對(duì)設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行整機(jī)三維建模進(jìn)行干涉檢查，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 的合理性 。利用 LED 測(cè)試裝置測(cè)試光強(qiáng) 和波長(zhǎng)。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 LED 檢測(cè)設(shè)備的組成 LED 檢測(cè)機(jī)包括光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)四部分： 光學(xué)部分：包括 LED 芯片發(fā)光的光學(xué)參數(shù)的快速采集，光強(qiáng)測(cè)量，波長(zhǎng)的測(cè)量，圖像采集所需要的照明光源等。 機(jī)架：機(jī)架是 LED 檢測(cè)設(shè)備各部分的安裝平臺(tái)，也是最基本的結(jié)構(gòu)。 XY 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是機(jī)械結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部位，因?yàn)樾酒浅Ｐ? ，如圖 332。方案一、直線電機(jī)方案：通過直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)，將兩個(gè)單向的直線電機(jī)垂直組合實(shí)現(xiàn) XY 二維運(yùn)動(dòng)。根據(jù)技術(shù)上的要求提出使用條件見表 32。 表 34 THK 絲杠予壓型號(hào) 絲杠軸的設(shè)計(jì)與支撐方法選擇： 假定螺母全長(zhǎng)為 100mm,絲杠軸末端長(zhǎng)度 為 100mm。 螺母的型號(hào)選定為 THK 循環(huán)器式，包括 DK、 DKN、 JPF 和 DIR 型如圖 33，這些型號(hào)是最小型的螺母，通過循環(huán)去改變鋼球行進(jìn)的方向，越過絲杠軸外徑回到原位，做無限循環(huán)運(yùn)動(dòng)由于尺寸大小等原因，為 DIK 型。 螺母選擇：使用精密滾珠絲杠，絲杠軸直徑 20mm、導(dǎo)程 5mm 的螺母為小導(dǎo)程絲杠 DIK 型，因此可選擇： DIK20206（ Ca=， C0a=）。 額定壽命： 1063 ??????????? ?? Fmfw rev，其中，負(fù)荷系數(shù) fw=，參照表 310。 表 311 徑向予壓的種類 導(dǎo)軌滑塊選擇與計(jì)算： 根據(jù)使用條件和尺寸初選 SSRXV 型；如圖 37 計(jì)算外加負(fù)荷，式中 m=25Kg；g=；得出 P1P4(max)=； P1P4(min)=0N；作用等價(jià)負(fù)荷大小 250N； 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 由于 LM 滾動(dòng)導(dǎo)軌的徑向間隙能夠極大地影響 LM 滾動(dòng)導(dǎo)軌的行走精度、負(fù)荷承載能力和剛性 ,因而根據(jù)用途選擇適當(dāng)?shù)拈g隙就十分重要。 圖 38 剛性數(shù)據(jù) 計(jì)算作用在 LM 滾動(dòng)導(dǎo)軌上的負(fù)荷時(shí) , 首先要求出計(jì)算壽命時(shí)所需的平均負(fù)荷與計(jì)算靜態(tài)安全系數(shù)時(shí)所需的最大負(fù)荷。 KmPcCf fffwCTH 6333 2 5 ??????????? ?????????????? ???? （ 311） 式 311 中： L—— 額定壽命； C—— 基本動(dòng)額定負(fù)荷； Pc—— 負(fù)荷計(jì)算值； fH—— 溫度系數(shù)（圖 310）； fT—— 溫度系數(shù)（圖 39）； fc—— 接觸系數(shù)（表 314）； fw—— 負(fù)荷系數(shù)（表 315）。 通過分析檢測(cè)機(jī)二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的 2 個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，可以發(fā)現(xiàn)最具代表性是下部的 X 軸。 X 軸的主要負(fù)載機(jī)規(guī)格見下表 317 所示。 （五）工作狀態(tài)載荷轉(zhuǎn)矩（連續(xù)特性） 在正常工作狀態(tài)下，載荷扭矩 rmsT 應(yīng)不超過電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的 80%。 因?yàn)闄C(jī)器總體高度是一定的，所以，為了降低 X/Y 工作臺(tái)的總高度，工作臺(tái)采用層疊式布置，伺服電機(jī)、聯(lián)軸器和絲杠螺母機(jī)構(gòu)在工作臺(tái)一側(cè)平行布置，如圖 313。 圖 314 XY 移動(dòng)平臺(tái) 1—— 電機(jī)； 2—— 馬達(dá)托架； 3—— 中層板； 4—— 導(dǎo)軌滑塊； 5—— 上平板； 6—— 傳感器； 7—— 防撞塊； 8—— 絲杠支撐座； 9—— 聯(lián)軸器； 10—— 絲杠螺母； 11—— 下層板。 圖 318 導(dǎo)軌靠面清角 由于導(dǎo)軌安裝兩靠面在加工時(shí)會(huì)有微小的圓角，會(huì)影 響導(dǎo)軌的安裝，所以在設(shè)計(jì)上設(shè)計(jì)切出一個(gè) 1mm 矩形槽，如圖 318，杜絕過渡圓角，保證導(dǎo)軌的安裝。由于絲桿只有兩個(gè)支撐座，安裝調(diào)整相對(duì)簡(jiǎn)單，而導(dǎo)軌長(zhǎng)且安裝面大，因此其裝配修調(diào)難度最大。導(dǎo)軌安裝時(shí)主 要關(guān)注的精度有：?jiǎn)胃鶎?dǎo)軌安裝的直線度； 兩根導(dǎo)軌軸線的平行度； 兩根導(dǎo)軌的導(dǎo)軌面的平行度； 安裝后導(dǎo)軌面平面度。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 321 導(dǎo)軌直角形安裝面 對(duì)于導(dǎo)軌 Z 向（垂直于導(dǎo)軌安裝面）出現(xiàn)的局部誤差（如導(dǎo)軌彎曲） ，可以用千分表測(cè)量，然后對(duì)偏差較大處增加墊片或者刮研導(dǎo)軌安裝面解決，而且這種精度可以長(zhǎng)期保持。 。在導(dǎo)軌安裝的時(shí)候，將導(dǎo)軌在靠面上貼緊靠死，然后擰上螺釘，這樣可以在一定程度上減少由于螺釘孔帶來的安裝誤差，特別是兩導(dǎo)軌的平行度誤差。形面定位是采用非圓柱（如：橢圓、多邊形等）孔和軸聯(lián)結(jié)定位，可以保證軸和孔之間位置精度較高，但有一個(gè)弊端就是孔軸形面加工難度大。構(gòu)件精度高若裝配不好不僅不能得到很高的運(yùn)動(dòng)精度而且極易造成關(guān)鍵構(gòu)件的損傷而失去原有性能。絲杠支撐座安裝面的設(shè)計(jì)要保證絲杠螺母相對(duì)導(dǎo)軌滑塊高度一致，并保證絲杠導(dǎo)軌的平行，所以兩絲杠支撐座的設(shè)計(jì)進(jìn)行平面度的要求和相對(duì)于底面的平行度的要求。另外在平臺(tái)上還要裝有零位傳感器，以便于機(jī)器回零點(diǎn)，結(jié)構(gòu)和限位傳感器的方法相同。 XY 二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)安置在機(jī)架中層板上。 123()2 10U W W g ST ??? ? ??? ? ? ? （ 316） 123()2 10F W W g ST ? ??? ? ? ??? ? ? ? （ 317） 式中： 1W —— 負(fù)載質(zhì)量 /kg 2W —— 配重質(zhì)量 /kg，此處為 0. g—— 重力加速度，取 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 ?—— 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率，取 1 ?—— 摩擦系數(shù)，取 將已知數(shù)據(jù)代入公式（ 316）和（ 317）得： 非平衡力矩： 32 5 9 . 8 2 0 0 . 7 82 1 0 3 . 1 4 1UT N m N m??? ? ? ?? ? ? 摩擦力矩： 30 . 0 2 5 2 5 9 . 8 2 0 0 . 0 1 82 1 0 3 . 1 4 1FT N m N m? ? ?? ? ? ?? ? ? 將算得的數(shù)據(jù)代入（ 315）式得： ( 0 .6 ) 3 0 0 09 5 .5 ( 0 .8 0 .8 )MaM A XJt T??? ? ? ?