【正文】 揀設(shè)備的廠家，在采購時政府給予60%的資金補貼，由此可見，政府的支持力度是相當(dāng)大的。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。同時，也為中國在LED應(yīng)用產(chǎn)品的自主創(chuàng)新和走向國際市場提供重要的支撐。美國2000年國家半導(dǎo)體照明計劃到2010年55%的白熾燈和熒光燈被白光LED取代每年節(jié)約350億美元電費，形成500億美元的大產(chǎn)業(yè)。技術(shù)形成自主知識產(chǎn)權(quán)。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。這一項目屬于國際前沿的研究項目。國家科技部也將“國家半導(dǎo)體照明工程”列入“十一五”科技發(fā)展計劃。國內(nèi)只有研究機構(gòu)或少數(shù)院校等在外延片方面進(jìn)行研究，但是國內(nèi)龐大的應(yīng)用需求，給LED 下游廠商帶來巨大的發(fā)展機會，國內(nèi)生產(chǎn)的如景觀照明燈具、顯示屏等LED 應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)出口到美國、歐盟等國家和地區(qū)。佐竹與1996年就發(fā)明了一種多色的分揀機光學(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。日本Opto System公司推出其系列化產(chǎn)品較早，但其產(chǎn)品較少。目前國外經(jīng)過分揀的LED每只利潤增加1分人民幣，國內(nèi)年生產(chǎn)LED管200億只，如果有一半LED經(jīng)過分揀，增加利潤近一億元。其中，浙江大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)儀器國家重點實驗室在LED光學(xué)參數(shù)測試上擁有比較豐富的經(jīng)驗，并逐步涉足研究LED 單管的分揀設(shè)備，便攜式LED單管分譜檢測儀就是其中一個較為成熟的產(chǎn)品。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。 本文主要研究內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計主要以高速LED檢測設(shè)備為對象，對LED芯片光電參數(shù)進(jìn)行檢測，且實現(xiàn)高速檢測，達(dá)到或超過國內(nèi)外設(shè)備的檢測速度而設(shè)計。檢測機上主要完成是設(shè)計高速高精確二維移動平臺，高精確旋轉(zhuǎn)臺，高精確升降平臺，探針裝置，機體結(jié)構(gòu)等工作。實現(xiàn)以上內(nèi)容要求我們熟練掌握和運用所學(xué)過的知識，對我們進(jìn)一步鞏固和加強專業(yè)知識和培養(yǎng)專業(yè)技能有很重要的實踐意義。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。芯片檢測的目標(biāo)是對芯片進(jìn)行表面檢測和光電檢測，按照用戶需求實現(xiàn)晶圓片的完整mapping圖輸出。芯片盤上全部芯片檢測完后輸出完整的檢測圖像和分級數(shù)據(jù)，為芯片的分揀做準(zhǔn)備。在測試區(qū)內(nèi)對LED芯片夾緊并觸發(fā)發(fā)光。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。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。LED芯片的檢測需要探針和電極精確的定位，在視覺圖像檢測的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對LED芯片的精確定位，從而保證探針和LED芯片電極的緊密接觸，完成檢測要求。所以本設(shè)備的速度設(shè)定為20K，即每小時20,000顆每秒鐘6～8顆。機械部分：檢測機上主要完成是設(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，機體結(jié)構(gòu)等工作；在分揀機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。計算機部分：在LED檢測設(shè)備上主要完成是對芯片進(jìn)行圖像獲取及識別、芯片外觀檢測與精確定位，參考芯片確定，控制系統(tǒng)移動臺與探針的運動，芯片的光電特性分析處理，對檢測結(jié)果進(jìn)行分類處理、保存等工作。3 DHLP320型LED檢測機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計DHLP320型LED檢測機是本次設(shè)計LED檢測設(shè)備具體的型號。LED檢測機結(jié)構(gòu)部分包括機架、四軸平臺、上部結(jié)構(gòu)、探針臺四部分組成。其包括骨架，由方鋼管焊接組成，骨架是機架的主體結(jié)構(gòu)，其作用主要作為整部機器的支撐；下層安裝板，是地面和機器內(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；工控機固定板，安裝工控機光源等；氣動設(shè)備固定板，固定氣壓表等。高精度XY微動平臺，其主要功能是提供X方向和Y方向的高速高精度的移動，其包括X向和Y向的移動平臺，在上層裝有旋轉(zhuǎn)平臺的安裝板；旋轉(zhuǎn)平臺，提供正負(fù)15176。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。探針臺：探針臺的主要作用是接觸LED芯片兩極，導(dǎo)通電路，點亮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。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。由于芯片盤安裝誤差，肯定會造成芯片排列線與XY方向不平行導(dǎo)致掃描和檢測時的困難。Z方向的運動是給芯片盤提供向上的運動，以使芯片電極和固定的探針接觸導(dǎo)通電路。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） 方案論證方案描述：實現(xiàn)高精確XY二維運動的方案有多種，目前提出三種可行方案:直線電機方案、外購XY平移臺方案、絲杠導(dǎo)軌方案。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。由兩套絲杠導(dǎo)軌垂直安裝實現(xiàn)二維運動。這個工作臺只是在機器調(diào)整的時候會有微小的調(diào)整，一旦設(shè)備調(diào)整到最佳狀態(tài)，這個工作臺就不會再有動作，因此，它不是頻繁移動的部件，所以在考慮經(jīng)濟(jì)性后采用第三種方案絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)。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)行對比，在不同公司的產(chǎn)品中選出符合要求的絲杠螺母。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)Kg253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)N256軸向外部負(fù)荷(F)N7希望壽命時間（Lh）H262808行程長度lsmm1709操作速度Vmaxm/s10加速時間t1S11等速時間t2S12減速時間t3S13加速度a=Vmax/t1m/s214每分鐘往返次數(shù)nmin1515定位精度mm16反復(fù)定位精度mm17無效行程mm018減速比1表33 THK絲杠的精度等級導(dǎo)程精度與軸向間隙（予壓）：為了得出定位精度177。從表中可得知C3級，運行距離誤差∶。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。從上所述,選擇THK絲杠予壓為G0、精度等級C3的精密滾珠絲杠。所以根據(jù)行程長度170mm決定的全長。驅(qū)動馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速3000min最高速1m/s時，滾珠絲杠的導(dǎo)程如（31）式： （31）因此必須選擇5mm或5mm以上的導(dǎo)程。外徑為114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。因此此設(shè)備滾珠絲杠的支撐方法選擇固定支撐的方式。圖33 DIK結(jié)構(gòu)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。因此，滿足這些條件的滾珠絲杠在使用上沒有問題。圖34 容許軸向負(fù)荷線圖由絲杠軸的危險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），為考慮危險速度，螺母軸承間的安裝方法按固定支撐，安裝間距（推算），絲杠軸直徑20mm,導(dǎo)程5mm，絲杠軸溝槽谷徑。由上述可見，當(dāng)絲杠軸直徑為20mm，到功成為5mm時，能滿足危險速度和DN值。容許軸向負(fù)荷的探討：對基本靜額定負(fù)荷（C0a）最小的DIK20056型(C0a＝ kN)進(jìn)行容許軸向負(fù)荷的探討。與最大軸向負(fù)荷255N相比，得出容許軸向負(fù)荷大，因而此型號沒有問題。對于滾珠絲杠,基本靜額定負(fù)荷是以軸向負(fù)荷來定義的。 （39） （310）由式（3310） 得Fm1=Fm2 ,所以軸向平均負(fù)荷Fm=Fm1=Fm2=158N。表310 負(fù)荷系數(shù)振動、沖擊速度Fw微小微速時V=1～小V=1m/s～中中速時1V=2m/s～2大高速時V2m/s2～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。由上可知，能滿足希望壽命時間30000小時。 導(dǎo)軌設(shè)計與選型圖36 徑向方向需要高剛性時使用的2軸場合 圖37 外加負(fù)荷計算方法使用條件：根據(jù)本機器的要求設(shè)定導(dǎo)軌滑塊的使用條件：軌道截面中的空間尺寸（跨距、LM滑塊個數(shù)2個/根、LM軌道根數(shù)2根和推力25N）（軸數(shù)標(biāo)記：Ⅱ）；安裝方式：水平使用（H），如圖36；作用負(fù)荷的大小250N、方向向下；操作頻率：8Hz；速度：。表311 徑向予壓的種類導(dǎo)軌滑塊選擇與計算：根據(jù)使用條件和尺寸初選SSRXV型；如圖37計算外加負(fù)荷，式中m=25Kg；g=；得出P1P4(max)=；P1P4(min)=0N；作用等價負(fù)荷大小250N；由于LM滾動導(dǎo)軌的徑向間隙能夠極大地影響LM滾動導(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。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）。（剛性值可以用以下算式求得。圖38中表示了在4方向等負(fù)荷情況下，普通間隙與C1間隙、CO間隙時剛性值的差異。圖38 剛性數(shù)據(jù)計算作用在LM 滾動導(dǎo)軌上的負(fù)荷時, 首先要求出計算壽命時所需的平均負(fù)荷與計算靜態(tài)安全系數(shù)時所需的最大負(fù)荷。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。表312 靜態(tài)安全系數(shù)的基準(zhǔn)值 表313 探討方法根據(jù)表313， 圖39 溫度系數(shù)fT 圖310 硬度系數(shù)fH其中，C0=，查SSR導(dǎo)軌；硬度系數(shù)fH=，如圖310；溫度系數(shù)fT=，如圖39；接觸系數(shù)fc=，如表314；徑向負(fù)荷計算值PR=。因此,作為計算LM 滾動導(dǎo)軌的使用壽命的參考，使用以下規(guī)定的額定壽命。 （311） 式311中：L——額定壽命；C——基本動額定負(fù)荷；Pc——負(fù)荷計算值；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）。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。表316 導(dǎo)軌的行走平行度綜合，型號確定為：SSR20XV2UUC1+460LPⅡ（導(dǎo)軌的型號組成如圖311）。確定了伺服電機之后，其相應(yīng)的伺服驅(qū)動器就可以很方便的確定。通過分析檢測機二維運動平臺的2個運動軸，可以發(fā)現(xiàn)最具代表性是下部的X軸。（一）電機選型依據(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，因此加在電機軸上的負(fù)載慣量的大小將直接影響電機的靈敏度和整個伺服系統(tǒng)的精度，所以檢測機伺服電機的設(shè)計選擇是根據(jù)負(fù)載來定。而為了滿足設(shè)備各部件運動軸的快停快啟動等快速響應(yīng)要求，電機還應(yīng)有較小的堵轉(zhuǎn)扭矩和轉(zhuǎn)動慣量，并具有盡可能小的啟動電壓和時間常數(shù)，同時，還要有較長時間的過載能力，以承受頻繁啟動、正反轉(zhuǎn)和制動。（二）伺服電機品牌系列的確定對比了國內(nèi)外幾個主要的專業(yè)伺服電機品牌及其產(chǎn)品，如：安川、西門子、富士、三菱等，并對LED芯片行業(yè)設(shè)備通用電機品牌做了調(diào)研之后，結(jié)合本LED檢測機要求和結(jié)構(gòu)尺寸空間，最終在綜合考慮性能和價格的基礎(chǔ)上選擇了富士FALDicW系列小慣量GYS型交流伺服電機（富士電機選型手冊），其額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，這種電機具有調(diào)試簡單、慣量小、并能最大限度抑制機械振動等優(yōu)點。X軸的主要負(fù)載機規(guī)格見下表317所示。將表1數(shù)據(jù)代入公式（314）中可得： 故U軸的負(fù)載慣量為： 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，查詢富士FALDicW系列GYS型交流伺服電機選型手冊，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），可以選擇GYS201DC2TGYS401DC2T2和GYS751DC2T2。利用下列式（315）計算加減速時間常數(shù)： （315）式中：——電機慣量/（）； ——電機設(shè)定轉(zhuǎn)速（r/min），此處為3000r/min； ——電機最大轉(zhuǎn)矩（）， ——非平衡扭矩（）， ——摩擦扭矩（）。 （316） （317）式中：——負(fù)載質(zhì)量/kg ——配重質(zhì)量/kg，此處為0. ——重力加速度， ——驅(qū)動系統(tǒng)效率，取1 ——摩擦系數(shù)，將已知數(shù)據(jù)代入公式（316）和（317）得：非平衡力矩： 摩擦力矩： 將算得的數(shù)據(jù)代入（315）式得： （318）對于GYS201DC2T2型，代入式（318）得：