【正文】 華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 過程。 hnl s 20700 0006052402 10LL 661 6h ???? ?????? ?? （ 312） 式 312 中： Lh—— 工作壽命時間； ls—— 行程長度； n1—— 每分鐘往返次數(shù)。特別在起動停止很激烈、或切削荷重作用的場合 , 及因懸臂負(fù)荷所引起的大力矩作用的情況下 , 可能會對 LM 滾動導(dǎo)軌產(chǎn)生意想不到的大負(fù)荷。 一般說來 , 考慮到往復(fù)運 動可能產(chǎn)生的振動和沖擊，如表 311 選擇負(fù)間隙（即施加予壓） ,就能對使用壽命和精度產(chǎn)生良好的影響。 表 310 負(fù)荷系數(shù) 振動、沖擊 速度 Fw 微小 微速時 V=～ 小 低速時 V=1m/s ～ 中 中速時 1V=2m/s ～ 2 大 高速時 V2m/s 2～ 平均每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)：每分鐘往返次數(shù) n=8min1 ,行程 ls=170mm，導(dǎo)程 Ph=5mm，1m in20205 1000522Nm ???????? Ph lsn 。 容許軸向負(fù)荷的探討：對基本靜額定負(fù)荷（ C0a）最小的 DIK20206型 (C0a＝ kN)進(jìn)行容許軸向負(fù)荷的探討。 圖 33 DIK 結(jié)構(gòu) 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 表 35 THK 精密滾珠絲杠軸外徑與導(dǎo)程的標(biāo)準(zhǔn)組合（單位： mm） 容許軸向負(fù)荷的探討：最大軸向負(fù)荷的計算：初始條件如表 36。所以根據(jù)行程長度 170mm 決定的全長。 表 32 使用條件 序號 名稱 單位 數(shù)值 1 運送方向 水平 2 運送質(zhì)量 (m) Kg 25 3 工作臺導(dǎo)向方法 滑動 4 導(dǎo)向面上的摩擦系數(shù) (μ ) 5 導(dǎo)向面的阻力 (f) N 25 6 軸向外部負(fù)荷 (F) N 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 7 希 望壽命時間（ Lh） H 26280 8 行程長度 ls mm 170 9 操作速度 Vmax m/s 10 加速時間 t1 S 11 等速時間 t2 S 12 減速時間 t3 S 13 加速度 a=Vmax/t1 m/s2 14 每分鐘往返次數(shù) n min1 5 15 定位精度 mm 16 反復(fù)定位精度 mm 17 無效行程 mm 0 18 減速比 1 表 33 THK 絲杠的精度等級 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 導(dǎo)程精度與軸向間隙（予壓）： 為了得出定位精度 177。方案二、外購 XY平移臺方案：現(xiàn)在有很多商家提供組裝好的二維運動平臺，例如日本的 THK 公司等。主要是用來承載芯片并通過精確定位實現(xiàn)對芯片光電參數(shù)的檢測。其包括骨架，由方鋼管焊接組成，骨架是機(jī)架的主體結(jié)構(gòu)，其作用主要作為整部機(jī)器的支撐；下層安裝板，是地面和機(jī)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個分離；中層安裝板，主要作為高 精度 XY 平臺的安裝；上層安裝板，主要作為上部結(jié)構(gòu)和探針臺的安裝板；電氣安裝板，安裝電氣設(shè)備；工控機(jī)固定板，安裝工控機(jī)光源等；氣動設(shè)備固定板，固定氣壓表等。 機(jī)械部分：檢測機(jī)上主要完成是設(shè)計高速高精確二維移動平臺，高精確轉(zhuǎn)臺，高精確升 降平臺，探針裝置，機(jī)體結(jié)構(gòu)等工作；在分揀機(jī)上主要完成是加工兩套高精確二維平移平臺，高精確轉(zhuǎn)臺，擺臂分揀裝置，頂針裝置等工作。 檢測的具體要求： LED 檢測是通過對 LED 芯片通電致發(fā)光，對 LED 芯片的光電參數(shù)進(jìn)行檢測，獲得芯片等級劃分所需的信息。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 2 LED 芯片檢測原理和設(shè)備方案的選擇 LED 芯片檢測的原理 在 LED 芯片的實際應(yīng)用中，對其光電的一致性要求很高，尤其是用于陣列顯示的場合，必須保證各個象素的配色正確，而且還要保證各像素顏色的一致性，才能保證最終色彩還原。該儀器能夠快速測量 LED 單管的波長，并根據(jù)波長進(jìn)行篩選分類。佐竹與 1996 年就發(fā)明了一種多色的分揀機(jī)光學(xué)檢測儀，包括至少兩種不同光譜范圍的LED 材料檢測，并可以通過檢測信號并放大后予以選擇，可以算是早期的 LED 分揀檢測設(shè)備。規(guī)模較大，實力力較強的 LED 芯片生產(chǎn)企業(yè)主要有：廈門三安、西安中為、香港曾明利、杭州士蘭明芯、湖南華磊等。通過近幾年的發(fā)展，我國 LED 檢測設(shè)備的國產(chǎn)化已有了很大的提高，部分設(shè)備的技術(shù)甚至達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。 LED 的優(yōu)勢是不言而喻的，在當(dāng)前全球能源緊張的情況下，發(fā)展 LED 是節(jié)能的一個很有效的途徑。 隨著國家照明工程的起步，國內(nèi) LED 芯片設(shè)備的巨大需求再次引起了國外 LED 設(shè)備生產(chǎn)商的積極響應(yīng)，他們?nèi)找嬷匾曋袊鴩鴥?nèi)這個巨大的市場。正是由于 LED的這些優(yōu)點，所以越來越受到人們的重視。 早在 1964 年就研發(fā)出紅光 LED，之后出現(xiàn)黃光 LED。 LED 檢測設(shè)備是對 LED 芯片光電參數(shù)進(jìn)行檢測，為分揀提供數(shù)據(jù)。 本文通過研究國內(nèi)外同類設(shè)備，分析其工藝原理和總體需求，提出設(shè)計方案，對 DHLP320 型 LED檢測機(jī) 的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，包括對 XY 運動平臺、旋轉(zhuǎn)工作臺、 Z 向工作臺、上部結(jié)構(gòu)、探針臺的設(shè)計，主要對關(guān)鍵部位高速高精度 XY 運動平臺的設(shè)計，分析比較選用 絲杠導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)實現(xiàn) XY 二維運動， 根據(jù)使用要求對絲桿螺母、導(dǎo)軌、電機(jī)等進(jìn)行計算與選型。直到 1994 年，藍(lán)色、綠色LED 才研制成功。 LED 低壓閃光燈電路省電、高效、簡單、成 本低、占 PCB 板面積非常小，特別適用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等手持設(shè)備，因此將贏得整個手持設(shè)備和手持影像產(chǎn)品市場的青睞以及大屏幕彩色顯示、路燈、多媒體顯像、醫(yī)療設(shè)備、交通信號燈、打印機(jī)、汽車前照燈等方面，因此各國也加強了相關(guān)的研究工作。但是，在這里面也存在著一個隱憂，國外芯片設(shè)備的價格昂貴，相對制約了國內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展，也消耗了國家寶貴的外匯資金，同樣減小了國內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)商的發(fā)展空間。 世界多個國家和地區(qū)都提出了自己的 LED 推廣工程計劃，見下表 11。我國半導(dǎo)體照明 LED 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢測設(shè)備的發(fā)展，將有力推動 LED華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 應(yīng)用產(chǎn)品的技術(shù)提升和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在技術(shù)上，我國 LED 產(chǎn)業(yè)主要在紅黃光、藍(lán)光、紫外光方面有研究成果， 2020 年 4 月南昌大學(xué)成功研制出紫外發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管光輸出功率大于等于 500μ W。當(dāng)前市面上主流的 LED 芯片檢測分揀設(shè)備廠商主要有日本 OPTO System 公司、香港 ASM 公司及臺灣長洛精儀公司。但是，這種 LED 單管的分揀沒有實現(xiàn)自動化，分揀速度不高，不能夠適應(yīng) LED產(chǎn)業(yè)化的要求。不同的峰值波長反應(yīng)到人眼中的色差感覺也不同，由于半導(dǎo)體芯片制造工藝的限制，當(dāng)前生產(chǎn)出來的 LED 芯片存在著光電參數(shù)不一致現(xiàn)象，其色差通過肉眼即可分辨，即使是同一品牌同一批次的 LED 亮度差值可達(dá)一倍以上，因此對 LED 芯片光電參數(shù)進(jìn)行檢測，為分揀提供數(shù)據(jù)就是 LED 芯片檢測設(shè)備的主要功 能需求。 LED 芯片上有正負(fù)兩個電極，給 LED 芯片加正向電壓 LED 芯片點亮， LED 芯片的伏安特性可以通過測量 LED 正向?qū)妷韩@知。 電控部分：包括用恒流源與恒壓源驅(qū)動芯片的智能程控電路，步進(jìn)與伺服電機(jī)驅(qū)動，探針運動，系統(tǒng)的各種繼電器、光電門、氣閻等的控制，與計算機(jī)的接口等，測量和控制探針、精密移動臺的運動。 四軸平臺：所謂四軸平臺是 X、 Y、 Z、 θ 四軸，包括高精度 XY 移動平臺、高精度旋轉(zhuǎn)平臺、升降平臺。運動平臺包括四個方向的運動，分別是： X， Y， Z， θ (旋轉(zhuǎn) )方向。方案三、絲杠導(dǎo)軌方案：通過電機(jī)帶動絲杠的旋轉(zhuǎn)，由絲杠螺母通過平臺連接導(dǎo)軌上的滑塊，使平臺沿導(dǎo)軌方向直線運動，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，控制直線運動的速度和方向。 ，所以滾珠絲杠的精度等級按表 33 選擇如下。 170+200＝ 370mm，所以絲杠軸長度假定為 370mm。 表 36 初始條件 導(dǎo)向面的阻力 工作臺質(zhì)量 +工件質(zhì)量（ m1+m2） 25Kg 導(dǎo)向面上的摩擦力 最大速度 重力加速度 10m/s2 加速時間 由此可知，所需數(shù)據(jù)如下 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 2/ a xa smtV ?? （ 32） N255)()(a 21211 ??????? ammfgmmF ? （ 33） N5)(a 212 ????? fgmmF ? （ 34） N2 4 5)()(a 21213 ???????? ammfgmmF ? （ 35） N2 5 5)()(a 21214 ?????????? ammfgmmF ? （ 36） N5)(a 215 ??????? fgmmF （ 37） N2 4 6)()(a 21216 ???????? ammfgmmF ? （ 38） 其中： a—— 加速度； Fa1—— 去路加速時； Fa2—— 去路等速時； Fa3—— 去路減速時； Fa4—— 來路加速時； Fa5—— 來路等速時； Fa6—— 來路減速時； 作用在滾珠絲杠上的最大軸向負(fù)荷為 Famax=Fa1=255N； 表 37 安裝方法相關(guān)系數(shù) 安裝方法 ? 1 ? 2 固定 自由 固定 支撐 2 10 固定 固定 4 20 絲杠軸的挫曲載荷：與安裝方法相關(guān)的系數(shù) 102?? 參照表 37，螺母和軸承之間的安裝方法按固定 支撐方式，安裝間距 mma 270l ? （推算），絲杠軸溝槽谷徑 ? KN9910270 42442411 ??????? aldP ? 絲杠軸的容許拉伸壓縮負(fù)荷： ??? 212 116 dP 由此可見，絲杠軸的挫曲載荷和容許拉伸壓縮負(fù)荷大于等于最大軸向 負(fù)荷，如圖34。假定此型號用于高速搬送裝置以及加速、減速時作用沖擊負(fù)荷 ,故靜態(tài)安全系數(shù) (fS)為 ，參照表 38。華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 35 THK 絲杠公稱型號構(gòu)成例 根據(jù)額定壽命計算工作壽命時間：額定壽命 L= ? rev，每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)Nm=400min1 , 0 0 060 610 ??????? NmL ；根據(jù)額定壽命計算運行距離壽命：導(dǎo)程 Ph=5mm。選擇徑向間隙（予壓）： C1 間隙（輕予壓）；考慮予壓時的使用壽命：（輕予壓時不考慮）。在選擇型號時 , 請確認(rèn)其最大負(fù)荷（不管是起動還是停止）是否適合。從式 312看出壽命時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計壽命時間，符合設(shè)計要求。 （一）電機(jī)選型依據(jù) 為了達(dá)到芯片的高精度定位、快速檢測，檢測機(jī)要具有非常好的快速響應(yīng)能力，急停和急啟動，因此加在電機(jī)軸上的負(fù)載慣量的大小將直接影響電機(jī)的靈敏度和整個伺服系統(tǒng)的精度，所以檢測機(jī)伺服電機(jī)的設(shè)計選擇是根據(jù)負(fù)載來定。 將表 1 數(shù)據(jù)代入公式（ 314）中可得： 3 4 2 4 10 372 432RJ k g c m k g c m?? ? ?? ? ? ? ? 故 U 軸的負(fù)載慣量 ULJ 為： 220 . 1 6 0 . 4 4 0 . 6U L T RJ J J k g c m k g c m? ? ? ? ? ? ? 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，查詢富士 FALDicW系列 GYS型交流伺服電機(jī)選型手冊，負(fù)載慣量倍率應(yīng)為推薦負(fù)載慣量比的 20倍以內(nèi)（部分型號 30倍以內(nèi)，但是一般情況負(fù)載慣量比越小越好），因此伺服電機(jī)慣量最小為 2kgcm? ，可以選擇 GYS201DC2T2 、GYS401DC2T2和 GYS751DC2T2。負(fù)載扭矩 rmsT可用公式（ 319）計算： 2rms W g d dT S??? ? ?? ? （ 319） 式中： W —— 負(fù)載質(zhì)量 /kg； g—— 重力加速度，取 ； ?—— 摩擦系數(shù)，取 ； d—— 絲桿直徑 /mm； S? —— 絲桿導(dǎo)程 /mm； 將已知數(shù)據(jù)代入式（ 319）得： 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 2 5 9 . 8 0 . 0 2 3 . 1 4 2 0 2 0 6 1 4 0 . 6 1 452r m sT N m m N m m N m? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 所以所配電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩最小為： 0 . 6 1 4 0 . 7 8 60 . 8 0 . 8r m sSt TT N m N m? ? ? ? ? 查富士電機(jī)選型手冊， GYS401DC2T2 和 GYS751DC2T2 均滿足要求，GYS201DC2T2 不滿足要求。 安裝平臺的設(shè)計關(guān)鍵在于電機(jī)軸，絲桿軸在同一直線上，所