【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 定位，從而保證探針和 LED 芯片電極的緊密接觸，完成檢測(cè)要求。另外，本設(shè)備還有一個(gè)檢測(cè)速度要求，即實(shí)現(xiàn)高速檢測(cè)，目前國內(nèi)外使用的設(shè)備大部分為 4～ 6顆，本設(shè)備也是為達(dá)到或超過這個(gè)速度而設(shè)計(jì)。所以本設(shè)備的速度設(shè)定為 20K，即每小時(shí) 20,000 顆每秒鐘 6～ 8 顆。 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)械部分：檢測(cè)機(jī)上主要完成是設(shè)計(jì)高速高精確二維移動(dòng)平臺(tái)，高精確轉(zhuǎn)臺(tái)，高精確升 降平臺(tái)，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(tái)，高精確轉(zhuǎn)臺(tái)，擺臂分揀裝置，頂針裝置等工作。 電控部分：包括用恒流源與恒壓源驅(qū)動(dòng)芯片的智能程控電路，步進(jìn)與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，探針運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的各種繼電器、光電門、氣閻等的控制，與計(jì)算機(jī)的接口等，測(cè)量和控制探針、精密移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。 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。 檢測(cè)設(shè)備工作過 程 根據(jù)上述的檢測(cè)要求和設(shè)備組成，檢測(cè)設(shè)備工作過程為：首先把芯片盤使用真空吸附，真空吸附的目的在于防止在高速工作時(shí)芯片盤抖動(dòng)和在探針點(diǎn)亮 LED 芯片時(shí)把芯片盤損壞；第二步，對(duì)正，芯片在芯片盤上大部分是同向整齊排列的，對(duì)正是通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)真空吸盤旋轉(zhuǎn)，使絕大部分芯片的 XY 方向和設(shè)備 XY 行走方向?qū)φ?，便于掃描和高速檢測(cè)；第三步，掃描，設(shè)備 XY 兩個(gè)方向的行走，通過視覺系統(tǒng)對(duì)芯片盤進(jìn)行掃描工作；第四步，調(diào)探針，在視覺系統(tǒng)下將兩個(gè)探針和基準(zhǔn)芯片的兩極接觸，使電路導(dǎo)通；第五步，檢測(cè)，對(duì)外觀正常的芯片進(jìn)行檢測(cè)，并把數(shù)據(jù)記 錄到計(jì)算機(jī)，為 LED芯片的分揀準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 3 DHLP320 型 LED 檢測(cè)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) DHLP320 型 LED 檢測(cè)機(jī)是本次設(shè)計(jì) LED 檢測(cè)設(shè)備具體的型號(hào)。 DH 代表公司，LLED， P檢測(cè)， 3三層晶元， 20速度 20K/h。 LED 檢測(cè)機(jī)結(jié)構(gòu)部分包括機(jī)架、四軸平臺(tái)、上部結(jié)構(gòu)、探針臺(tái)四部分組成。 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)。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(gè)分離；中層安裝板，主要作為高 精度 XY 平臺(tái)的安裝；上層安裝板，主要作為上部結(jié)構(gòu)和探針臺(tái)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(dòng)設(shè)備固定板，固定氣壓表等。 四軸平臺(tái)：所謂四軸平臺(tái)是 X、 Y、 Z、 θ 四軸，包括高精度 XY 移動(dòng)平臺(tái)、高精度旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、升降平臺(tái)。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。 的旋轉(zhuǎn)以便將芯片方向和 XY 平臺(tái)方向?qū)φ?；升降平臺(tái)，提供 0～5mm 的快速升降運(yùn)動(dòng)。 上部結(jié)構(gòu)：包括掃描鏡頭的固定結(jié) 構(gòu)、調(diào)探針鏡頭的固定結(jié)構(gòu)、光纖探頭和亮度探頭的固定。另外需要實(shí)現(xiàn)光纖探頭和亮度探頭的 U 向的移動(dòng)。 探針臺(tái)：探針臺(tái)的主要作用是接觸 LED 芯片兩極，導(dǎo)通電路，點(diǎn)亮 LED 芯片，其需要三向調(diào)整結(jié)構(gòu)，為了不損壞 LED 芯片，其應(yīng)該有緩沖彈簧，避免壓力過大損毀芯片。 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。主要是用來承載芯片并通過精確定位實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片光電參數(shù)的檢測(cè)。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括四個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，分別是： X， Y， Z， θ (旋轉(zhuǎn) )方向。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。此時(shí)，就要依靠中間的 θ 工作臺(tái)進(jìn)行微小調(diào)整，以達(dá)到平行的要求，這樣才能夠準(zhǔn)確地使探針和電極的接觸提供一個(gè)最基本的前提。 Z 方向的運(yùn)動(dòng)是給芯片盤提供向上的運(yùn)動(dòng)，以使芯片電極和固定的探針接觸導(dǎo)通電路。 XY 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的二維運(yùn)動(dòng)則是提供給測(cè)試工作臺(tái)進(jìn)行平移，將下一顆芯片送到工位，實(shí)現(xiàn)測(cè)試工作的順序進(jìn)行。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 31 視覺系統(tǒng)下的芯片 圖 32 直徑為 150mm 的芯片盤（大約有 4 萬顆芯片） 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 方案論證 方案描述：實(shí)現(xiàn)高精確 XY 二維運(yùn)動(dòng)的方案有多種，目前提出三種 可行方案 :直線電機(jī)方案、外購 XY 平移臺(tái)方案、絲杠導(dǎo)軌方案。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)。方案二、外購 XY平移臺(tái)方案：現(xiàn)在有很多商家提供組裝好的二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，例如日本的 THK 公司等。方案三、絲杠導(dǎo)軌方案：通過電機(jī)帶動(dòng)絲杠的旋轉(zhuǎn)，由絲杠螺母通過平臺(tái)連接導(dǎo)軌上的滑塊，使平臺(tái)沿導(dǎo)軌方向直線運(yùn)動(dòng)，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，控制直線運(yùn)動(dòng)的速度和方向。由兩套絲杠導(dǎo)軌垂直安裝實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)。 表 31 方案比較 方案 直線電機(jī) 外購平臺(tái) 絲杠導(dǎo)軌 結(jié)構(gòu) 需設(shè) 計(jì)輔助結(jié)構(gòu) 無需輔助設(shè)計(jì) 需要輔助設(shè)計(jì) 安裝，穩(wěn)定性，維護(hù) 安裝要求高，穩(wěn)定性高，維護(hù)復(fù)雜 容易安裝，穩(wěn)定性高，維護(hù)方便 安裝要求高，穩(wěn)定性高，不易移動(dòng)位置 成本 成本高 成本高 成本低 方案確定：根據(jù)表 31 方案的比較， XY 二維移動(dòng)平臺(tái)安裝在機(jī)架中層板上。這個(gè)工作臺(tái)只是在機(jī)器調(diào)整的時(shí)候會(huì)有微小的調(diào)整，一旦設(shè)備調(diào)整到最佳狀態(tài)，這個(gè)工作臺(tái)就不會(huì)再有動(dòng)作，因此，它不是頻繁移動(dòng)的部件，所以在考慮經(jīng)濟(jì)性后采用第三種方案絲杠導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)。 絲杠螺母的設(shè)計(jì)和選型 絲杠螺母的設(shè)計(jì)主要是通過計(jì)算從 THK 的產(chǎn)品中選擇適合的 絲杠螺母，絲杠螺母的設(shè)計(jì)選型主要涉及的內(nèi)容有：絲杠軸直徑、導(dǎo)程、螺母型號(hào)、精度、軸向間隙 (予壓 )、絲杠軸支撐方式。確定這些選型內(nèi)容后也可以參考其他公司的樣本資料進(jìn)行對(duì)比，在不同公司的產(chǎn)品中選出符合要求的絲杠螺母。根據(jù)技術(shù)上的要求提出使用條件見表 32。 表 32 使用條件 序號(hào) 名稱 單位 數(shù)值 1 運(yùn)送方向 水平 2 運(yùn)送質(zhì)量 (m) Kg 25 3 工作臺(tái)導(dǎo)向方法 滑動(dòng) 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(jì)（論文） 11 7 希 望壽命時(shí)間（ Lh） H 26280 8 行程長(zhǎng)度 ls mm 170 9 操作速度 Vmax m/s 10 加速時(shí)間 t1 S 11 等速時(shí)間 t2 S 12 減速時(shí)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(jí) 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 導(dǎo)程精度與軸向間隙（予壓）： 為了得出定位精度 177。 ，所以滾珠絲杠的精度等級(jí)按表 33 選擇如下。從表中可得知 C3 級(jí)，運(yùn)行距離誤差∶ 。故選擇 THK 精度等級(jí)為 C3 級(jí)的絲杠軸。 為了滿足 0mm 無效行程的要求 ,必須選擇軸向間隙在 0 以下的滾珠絲杠。因此 ,從滿足軸向間隙 0 以下的精密滾珠絲杠里，參照表 34 選擇預(yù)壓標(biāo)記為 G0 的滾珠絲杠。從上所述 ,選擇 THK 絲杠予壓為 G0、精度等級(jí) C3 的精密滾珠絲杠。 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。所以根據(jù)行程長(zhǎng)度 170mm 決定的全長(zhǎng)。 170+200＝ 370mm，所以絲杠軸長(zhǎng)度假定為 370mm。 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。 符合導(dǎo)程精度和軸向間隙（予壓）所要求的滾珠絲杠為精密滾珠絲杠，導(dǎo)程為 5mm，參照表 35 ，絲杠周的外徑有 1 1 1 2（ 28）、 3（ 40）、（ 50）。 外徑為1 14 的絲杠軸過細(xì)， 32 以上的絲杠軸過粗，所以絲杠軸外徑暫定為 20。 因?yàn)樽罡咚偈?，故絲杠軸的支撐方法可選擇固定 支撐或固定固定的方式，但是固定 固定的方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且部件精度和組裝精度要求高。因此此設(shè)備滾珠絲杠的支撐方法選擇固定 支撐的方式。 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。 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(jì)（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(jì)算：初始條件如表 36。 表 36 初始條件 導(dǎo)向面的阻力 工作臺(tái)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(shí)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(jì)（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(shí)； Fa2—— 去路等速時(shí)； Fa3—— 去路減速時(shí)； Fa4—— 來路加速時(shí)； Fa5—— 來路等速時(shí)； Fa6—— 來路減速時(shí)； 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。因此，滿足這些條件的滾珠絲杠在使用上沒有問題。 容許轉(zhuǎn)速的探討： 電機(jī)轉(zhuǎn)速： 13m a xm a x m in3001060N ????? PhV 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 式中： Vmax=—— 最大速度； Ph=5—— 導(dǎo)程。 圖 34 容許軸向負(fù)荷線圖 由絲杠軸的危險(xiǎn)速度所決定的容許轉(zhuǎn)速：與安裝方法相關(guān)的系數(shù) ?? （參照表），為考慮危險(xiǎn)速度，螺母軸承間的安裝方法按固定 支撐，安裝間距 mmb 270l ? （推算），絲杠軸直徑 20mm,導(dǎo)程 5mm，絲杠軸溝 槽谷徑 ? 。 17272121 m i n3400010270 ???????bl? 由 DN值所決定的容許轉(zhuǎn)速：鋼球中心直徑 D=。 12 m 3 7 3D7 0 0 0 0N ??? 由上述可見，當(dāng)絲杠軸直徑為 20mm，到功成為 5mm時(shí)，能滿足危險(xiǎn)速度和 DN值。 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=）。 容許軸向負(fù)荷的探討：對(duì)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。假定此型號(hào)用于高速搬送裝置以及加速、減速時(shí)作用沖擊負(fù)荷 ,故靜態(tài)安全系數(shù) (f