【正文】 （四）加減速時(shí)間常數(shù)（短時(shí)間特性）的計(jì)算，所以在此平均分配其加速、勻速、減速時(shí)間，（62ms），將此值定為最大加減速時(shí)間常數(shù)。表317 X軸的主要負(fù)載機(jī)規(guī)格負(fù)載物質(zhì)量/kg25絲桿導(dǎo)程/mm5減速比1：1絲桿長(zhǎng)度/mm370絲桿直徑/mm20絲桿材料密度/（kg/cm3）直線移動(dòng)負(fù)載慣量的計(jì)算如式（313）所示： （313）式中：——直線移動(dòng)負(fù)載質(zhì)量/kg； ——絲桿導(dǎo)程/mm；將表313中的相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（313）得： 旋轉(zhuǎn)負(fù)載（此處為絲桿）慣量的的計(jì)算方法如式（314）所示： （314）式中：——絲桿長(zhǎng)度/cm ——絲桿直徑/cm ——絲桿材料密度/（），此處絲桿密度取。（三）伺服電機(jī)負(fù)載慣量的計(jì)算圖312 負(fù)載形式檢測(cè)機(jī)高精度二維平移臺(tái)X軸的負(fù)載慣量可分為旋轉(zhuǎn)負(fù)載和直線移動(dòng)負(fù)載慣量來(lái)計(jì)算，如圖312。另外，針對(duì)LED芯片檢測(cè)機(jī)的特殊性，其運(yùn)動(dòng)軸所配的伺服電機(jī)還需要能最大限度抑制機(jī)械振動(dòng)，并調(diào)試簡(jiǎn)單。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。采用滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)，另外，在運(yùn)動(dòng)軸中它的負(fù)載最大，因此介紹其所配伺服電機(jī)的選擇過(guò)程。由于檢測(cè)機(jī)高精度二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軸有2個(gè)，而且都采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但是各軸電機(jī)負(fù)載形式相同，因此選擇依據(jù)和過(guò)程一樣，所以在此只選取一個(gè)典型運(yùn)動(dòng)軸的電機(jī)的選擇過(guò)程做介紹，其他類似。圖311 THK導(dǎo)軌型號(hào)構(gòu)成例 電機(jī)計(jì)算與選型在高精度機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動(dòng)裝置是核心，因此伺服電機(jī)的選擇就變得尤為重要，LED芯片檢測(cè)機(jī)也不例外。導(dǎo)軌行走精度：運(yùn)動(dòng)精度： 10μm，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)。 （312）式312中：Lh——工作壽命時(shí)間；ls——行程長(zhǎng)度；n1——每分鐘往返次數(shù)。額定壽命指的是一批相同的直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在相同條件下分別運(yùn)行時(shí), 其中的90% 不產(chǎn)生表面剝落（金屬表面的鱗片狀剝落）所能達(dá)到的總運(yùn)行距離。表314接觸系數(shù)fc 表315 負(fù)荷系數(shù)fw 計(jì)算額定壽命：LM滾動(dòng)導(dǎo)軌即使在相同條件下制造且處于相同的運(yùn)行條件下，其使用壽命也多少有些差異。表312表示了靜態(tài)安全系數(shù)的基準(zhǔn)值。特別在起動(dòng)停止很激烈、或切削荷重作用的場(chǎng)合, 及因懸臂負(fù)荷所引起的大力矩作用的情況下, 可能會(huì)對(duì)LM 滾動(dòng)導(dǎo)軌產(chǎn)生意想不到的大負(fù)荷。剛性：。）對(duì)于LM 滾動(dòng)導(dǎo)軌來(lái)說(shuō)，隨著予壓量的增加,剛性也隨之增加。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。一般說(shuō)來(lái), 考慮到往復(fù)運(yùn)動(dòng)可能產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊，如表311選擇負(fù)間隙（即施加予壓）,就能對(duì)使用壽命和精度產(chǎn)生良好的影響。 ；行程長(zhǎng)度：240mm；導(dǎo)軌總長(zhǎng)460mm,要求壽命： 26280h（3年24小時(shí)）；運(yùn)動(dòng)精度：10μm；使用環(huán)境：無(wú)塵；在特殊環(huán)境中（真空、無(wú)塵室、高溫、受污染環(huán)境等），有必要考慮材質(zhì)、表面處理、潤(rùn)滑和防塵等。型號(hào)確定：根據(jù)上述計(jì)算和論證，根據(jù)THK絲杠公稱型號(hào)的構(gòu)成，如圖35，選定絲杠型號(hào)為：DIK20056RRG0+370LC3Y。圖35 THK絲杠公稱型號(hào)構(gòu)成例根據(jù)額定壽命計(jì)算工作壽命時(shí)間：額定壽命L= rev，每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)Nm=400min1 ,；根據(jù)額定壽命計(jì)算運(yùn)行距離壽命：導(dǎo)程Ph=5mm。額定壽命： rev，其中，負(fù)荷系數(shù)fw=，參照表310。表39 軸向負(fù)荷與運(yùn)行距離的關(guān)系動(dòng)作軸向負(fù)荷（N）運(yùn)行距離（lm）Fa1去路加速時(shí)(s=)255Fa2去路等速時(shí)(s=vt)585mmFa3去路減速時(shí)(s=)245Fa4返程加速時(shí)(s=)255Fa5返程等速時(shí)(s=vt)585mmFa6返程減速時(shí)(s=)245軸向平均負(fù)荷：因?yàn)樨?fù)荷方向不同，按Fa6為正方向的軸向平均負(fù)荷，F(xiàn)a5 為負(fù)方向的軸向平均負(fù)荷，其中軸向負(fù)荷與運(yùn)行距離的關(guān)系如表39。表38 靜態(tài)安全系數(shù)(fS)使用機(jī)械負(fù)荷條件fS的下限一般工業(yè)機(jī)械無(wú)振動(dòng)或沖擊時(shí)1～有振動(dòng)或沖擊時(shí)2～3工具機(jī)無(wú)振動(dòng)或沖擊使1～有振動(dòng)或沖擊時(shí)～7所謂基本靜額定負(fù)荷(C0a),就是在承受最大應(yīng)力的接觸部分,大小和方向都一定的靜止負(fù)荷。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)(fS)，參照表38。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：DIK20056（Ca=，C0a=）。由DN值所決定的容許轉(zhuǎn)速：鋼球中心直徑D=。容許轉(zhuǎn)速的探討：電機(jī)轉(zhuǎn)速：式中：Vmax=——最大速度；Ph=5——導(dǎo)程。 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 （32） （33） （34） （35） （36） （37） （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(lái)路加速時(shí)； Fa5——來(lái)路等速時(shí)； Fa6——來(lái)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12固定自由固定支撐210固定固定420絲杠軸的挫曲載荷：與安裝方法相關(guān)的系數(shù)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（推算），絲杠軸溝槽谷徑絲杠軸的容許拉伸壓縮負(fù)荷：由此可見(jiàn)，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。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(guò)循環(huán)去改變鋼球行進(jìn)的方向，越過(guò)絲杠軸外徑回到原位，做無(wú)限循環(huán)運(yùn)動(dòng)由于尺寸大小等原因，為DIK型。，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。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1112（28）、3（40）、（50）。170+200＝370mm，所以絲杠軸長(zhǎng)度假定為370mm。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。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。故選擇THK精度等級(jí)為C3級(jí)的絲杠軸。所以滾珠絲杠的精度等級(jí)按表33選擇如下。根據(jù)技術(shù)上的要求提出使用條件見(jiàn)表32。 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(guò)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。表31 方案比較方案直線電機(jī)外購(gòu)平臺(tái)絲杠導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)需設(shè)計(jì)輔助結(jié)構(gòu)無(wú)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。方案三、絲杠導(dǎo)軌方案：通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)絲杠的旋轉(zhuǎn)，由絲杠螺母通過(guò)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(guò)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。方案一、直線電機(jī)方案：通過(guò)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)。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。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。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。 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，如圖332。另外需要實(shí)現(xiàn)光纖探頭和亮度探頭的U向的移動(dòng)。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)。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)。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)。DH代表公司，LLED，P檢測(cè)，3三層晶元，20速度20K/h。 檢測(cè)設(shè)備工作過(guò)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(guò)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(guò)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阌趻呙韬透咚贆z測(cè)；第三步，掃描，設(shè)備XY兩個(gè)方向的行走，通過(guò)視覺(jué)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(jué)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L(zhǎng)ED芯片的分揀準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。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)。 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。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(guó)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(guò)這個(gè)速度而設(shè)計(jì)。檢測(cè)設(shè)備的成功關(guān)鍵在于探針接觸電極的定位精度和速度上。LED芯片上有正負(fù)兩個(gè)電極，給LED芯片加正向電壓LED芯片點(diǎn)亮，LED芯片的伏安特性可以通過(guò)測(cè)量LED正向?qū)妷韩@知。利用LED測(cè)試裝置測(cè)試光強(qiáng)和波長(zhǎng)。 LED檢測(cè)設(shè)備的功能需求檢測(cè)的基本要求：在掃描區(qū)內(nèi)對(duì)芯片盤進(jìn)行視覺(jué)掃描。其原理是通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)芯片盤上的芯片進(jìn)行掃描，記錄其正常芯片數(shù)量、排列狀態(tài)、分布和位置等；再使用探針對(duì)LED芯片電極進(jìn)行接觸并加正向電壓點(diǎn)亮，通過(guò)光參探頭和亮度探頭探測(cè)其光電參數(shù)并計(jì)入計(jì)算機(jī)。不同的峰值波長(zhǎng)反應(yīng)到人眼中的色差感覺(jué)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(lái)的LED芯片存在著光電參數(shù)不一致現(xiàn)象，其色差通過(guò)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(duì)LED芯片光電參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，為分揀提供數(shù)據(jù)就是LED芯片檢測(cè)設(shè)備的主要功能需求。具體內(nèi)容如下：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(guò)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。研究其原理進(jìn)行設(shè)備方案的選擇，提出設(shè)計(jì)方案，選用絲杠導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)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)，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。LED檢測(cè)設(shè)備包括光學(xué)、機(jī)械、電控和計(jì)算機(jī)四部分，本文對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括機(jī)架、四維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、上部結(jié)構(gòu)、探針臺(tái)四部分組成。但是，這種LED單管的分揀沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，分揀速度不高，不能夠適應(yīng)LED產(chǎn)業(yè)化的要求。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。在國(guó)內(nèi)高校，華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)等一些國(guó)家重點(diǎn)院校，利用學(xué)科優(yōu)勢(shì)，積極開展針對(duì)LED產(chǎn)業(yè)的研究工作。在紅火的LED產(chǎn)業(yè)中，國(guó)內(nèi)只有針對(duì)LED成品進(jìn)行分類分揀的設(shè)備，而沒(méi)有針對(duì)LED芯片的分揀設(shè)備。當(dāng)前市面上主流的LED芯片檢測(cè)分揀設(shè)備廠商主要有日本OPTO System公司、香港ASM公司及臺(tái)灣長(zhǎng)洛精儀公司。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。在LED 上游外延片生產(chǎn)上，日本、美國(guó)、歐盟仍擁有巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而中國(guó)臺(tái)灣則已經(jīng)成為全球重要的LED 生產(chǎn)基地。現(xiàn)階段中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)，從事該產(chǎn)業(yè)的人數(shù)達(dá)5 萬(wàn)多人，研究機(jī)構(gòu)20 多家，企業(yè)4000 多家，其中上游企業(yè)50 余家，封裝企業(yè)1000 余家，下游應(yīng)用企業(yè)3000 余家。在技術(shù)上，我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)主要在紅黃光、藍(lán)光、紫外光方面有研究成果，2001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500μW。建立