高速led检测设备的结构设计毕业设计(编辑修改稿)

高速led检测设备的结构设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

定位，从而保证探针和 LED 芯片电极的紧密接触，完成检测要求。 另外，本设备还有一个检测速度要求，即实现高速检测，目前国内外使用的设备大部分为 4～ 6颗，本设备也是为达到或超过这个速度而设计。 所以本设备的速度设定为 20K，即每小时 20,000 颗每秒钟 6～ 8 颗。 华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 7 LED 检测设备的组成 LED 检测机包括光、机、电和计算机四部分： 光学部分：包括 LED 芯片发光的光学参数的快速采集，光强测量，波长的测量，图像采集所需要的照明光源等。 机械部分：检测机上主要完成是设计高速高精确二维移动平台，高精确转台，高精确升 降平台，探针装置，机体结构等工作；在分拣机上主要完成是加工两套高精确二维平移平台，高精确转台，摆臂分拣装置，顶针装置等工作。 电控部分：包括用恒流源与恒压源驱动芯片的智能程控电路，步进与伺服电机驱动，探针运动，系统的各种继电器、光电门、气阎等的控制，与计算机的接口等，测量和控制探针、精密移动台的运动。 计算机部分：在 LED 检测设备上主要完成是对芯片进行图像获取及识别、芯片外观检测与精确定位，参考芯片确定，控制系统移动台与探针的运动，芯片的光电特性分析处理，对检测结果进行分类处理、保存等工作。 检测设备工作过 程 根据上述的检测要求和设备组成，检测设备工作过程为：首先把芯片盘使用真空吸附，真空吸附的目的在于防止在高速工作时芯片盘抖动和在探针点亮 LED 芯片时把芯片盘损坏；第二步，对正，芯片在芯片盘上大部分是同向整齐排列的，对正是通过旋转机构带动真空吸盘旋转，使绝大部分芯片的 XY 方向和设备 XY 行走方向对正，便于扫描和高速检测；第三步，扫描，设备 XY 两个方向的行走，通过视觉系统对芯片盘进行扫描工作；第四步，调探针，在视觉系统下将两个探针和基准芯片的两极接触，使电路导通；第五步，检测，对外观正常的芯片进行检测，并把数据记 录到计算机，为 LED芯片的分拣准备数据。 华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 8 3 DHLP320 型 LED 检测机的机械结构设计 DHLP320 型 LED 检测机是本次设计 LED 检测设备具体的型号。 DH 代表公司，LLED， P检测， 3三层晶元， 20速度 20K/h。 LED 检测机结构部分包括机架、四轴平台、上部结构、探针台四部分组成。 机架：机架是 LED 检测设备各部分的安装平台，也是最基本的结构。 其包括骨架，由方钢管焊接组成，骨架是机架的主体结构，其作用主要作为整部机器的支撑；下层安装板，是地面和机器内部结构的一个分离；中层安装板，主要作为高 精度 XY 平台的安装；上层安装板，主要作为上部结构和探针台的安装板；电气安装板，安装电气设备；工控机固定板，安装工控机光源等；气动设备固定板，固定气压表等。 四轴平台：所谓四轴平台是 X、 Y、 Z、 θ 四轴，包括高精度 XY 移动平台、高精度旋转平台、升降平台。 高精度 XY 微动平台，其主要功能是提供 X 方向和 Y 方向的高速高精度的移动，其包括 X 向和 Y 向的移动平台，在上层装有旋转平台的安装板；旋转平台，提供正负 15176。 的旋转以便将芯片方向和 XY 平台方向对正；升降平台，提供 0～5mm 的快速升降运动。 上部结构：包括扫描镜头的固定结 构、调探针镜头的固定结构、光纤探头和亮度探头的固定。 另外需要实现光纤探头和亮度探头的 U 向的移动。 探针台：探针台的主要作用是接触 LED 芯片两极，导通电路，点亮 LED 芯片，其需要三向调整结构，为了不损坏 LED 芯片，其应该有缓冲弹簧，避免压力过大损毁芯片。 XY 运动平台的设计 运动平台是机械结构中的关键部位，因为芯片非常小 ，如图 332。 主要是用来承载芯片并通过精确定位实现对芯片光电参数的检测。 运动平台包括四个方向的运动，分别是： X， Y， Z， θ (旋转 )方向。 由于芯片盘安装误差，肯定会 造成芯片排列线与 XY 方向不平行导致扫描和检测时的困难。 此时，就要依靠中间的 θ 工作台进行微小调整，以达到平行的要求，这样才能够准确地使探针和电极的接触提供一个最基本的前提。 Z 方向的运动是给芯片盘提供向上的运动，以使芯片电极和固定的探针接触导通电路。 XY 运动平台的二维运动则是提供给测试工作台进行平移，将下一颗芯片送到工位，实现测试工作的顺序进行。 华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 9 图 31 视觉系统下的芯片 图 32 直径为 150mm 的芯片盘（大约有 4 万颗芯片） 华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 10 方案论证 方案描述：实现高精确 XY 二维运动的方案有多种，目前提出三种 可行方案 :直线电机方案、外购 XY 平移台方案、丝杠导轨方案。 方案一、直线电机方案：通过直线电机实现水平移动，将两个单向的直线电机垂直组合实现 XY 二维运动。 方案二、外购 XY平移台方案：现在有很多商家提供组装好的二维运动平台，例如日本的 THK 公司等。 方案三、丝杠导轨方案：通过电机带动丝杠的旋转，由丝杠螺母通过平台连接导轨上的滑块，使平台沿导轨方向直线运动，通过控制电机的转速和转向，控制直线运动的速度和方向。 由两套丝杠导轨垂直安装实现二维运动。 表 31 方案比较 方案 直线电机 外购平台 丝杠导轨 结构 需设 计辅助结构 无需辅助设计 需要辅助设计 安装，稳定性，维护 安装要求高，稳定性高，维护复杂 容易安装，稳定性高，维护方便 安装要求高，稳定性高，不易移动位置 成本 成本高 成本高 成本低 方案确定：根据表 31 方案的比较， XY 二维移动平台安装在机架中层板上。 这个工作台只是在机器调整的时候会有微小的调整，一旦设备调整到最佳状态，这个工作台就不会再有动作，因此，它不是频繁移动的部件，所以在考虑经济性后采用第三种方案丝杠导轨机构。 丝杠螺母的设计和选型 丝杠螺母的设计主要是通过计算从 THK 的产品中选择适合的 丝杠螺母，丝杠螺母的设计选型主要涉及的内容有：丝杠轴直径、导程、螺母型号、精度、轴向间隙 (予压 )、丝杠轴支撑方式。 确定这些选型内容后也可以参考其他公司的样本资料进行对比，在不同公司的产品中选出符合要求的丝杠螺母。 根据技术上的要求提出使用条件见表 32。 表 32 使用条件 序号 名称 单位 数值 1 运送方向 水平 2 运送质量 (m) Kg 25 3 工作台导向方法 滑动 4 导向面上的摩擦系数 (μ ) 5 导向面的阻力 (f) N 25 6 轴向外部负荷 (F) N 华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 11 7 希 望寿命时间（ Lh） H 26280 8 行程长度 ls mm 170 9 操作速度 Vmax m/s 10 加速时间 t1 S 11 等速时间 t2 S 12 减速时间 t3 S 13 加速度 a=Vmax/t1 m/s2 14 每分钟往返次数 n min1 5 15 定位精度 mm 16 反复定位精度 mm 17 无效行程 mm 0 18 减速比 1 表 33 THK 丝杠的精度等级 华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 12 导程精度与轴向间隙（予压）： 为了得出定位精度 177。 ，所以滚珠丝杠的精度等级按表 33 选择如下。 从表中可得知 C3 级，运行距离误差∶。 故选择 THK 精度等级为 C3 级的丝杠轴。 为了满足 0mm 无效行程的要求 ,必须选择轴向间隙在 0 以下的滚珠丝杠。 因此 ,从满足轴向间隙 0 以下的精密滚珠丝杠里，参照表 34 选择预压标记为 G0 的滚珠丝杠。 从上所述 ,选择 THK 丝杠予压为 G0、精度等级 C3 的精密滚珠丝杠。 表 34 THK 丝杠予压型号 丝杠轴的设计与支撑方法选择： 假定螺母全长为 100mm,丝杠轴末端长度 为 100mm。 所以根据行程长度 170mm 决定的全长。 170+200＝ 370mm，所以丝杠轴长度假定为 370mm。 驱动马达的额定转速 3000min最高速 1m/s 时，滚珠丝杠的导程如（ 31）式： mm53 0 0 0 601 0 0  （ 31） 因此必须选择 5mm 或 5mm 以上的导程。 符合导程精度和轴向间隙（予压）所要求的滚珠丝杠为精密滚珠丝杠，导程为 5mm，参照表 35 ，丝杠周的外径有 1 1 1 2（ 28）、 3（ 40）、（ 50）。 外径为1 14 的丝杠轴过细， 32 以上的丝杠轴过粗，所以丝杠轴外径暂定为 20。 因为最高速是 ，故丝杠轴的支撑方法可选择固定 支撑或固定固定的方式，但是固定 固定的方式结构比较复杂，且部件精度和组装精度要求高。 因此此设备滚珠丝杠的支撑方法选择固定 支撑的方式。 螺母的型号选定为 THK 循环器式，包括 DK、 DKN、 JPF 和 DIR 型如图 33，这些型号是最小型的螺母，通过循环去改变钢球行进的方向，越过丝杠轴外径回到原位，做无限循环运动由于尺寸大小等原因，为 DIK 型。 图 33 DIK 结构 华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 13 表 35 THK 精密滚珠丝杠轴外径与导程的标准组合（单位： mm） 容许轴向负荷的探讨：最大轴向负荷的计算：初始条件如表 36。 表 36 初始条件 导向面的阻力 工作台质量 +工件质量（ m1+m2） 25Kg 导向面上的摩擦力 最大速度 重力加速度 10m/s2 加速时间 由此可知，所需数据如下 华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 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—— 去路加速时； Fa2—— 去路等速时； Fa3—— 去路减速时； Fa4—— 来路加速时； Fa5—— 来路等速时； Fa6—— 来路减速时； 作用在滚珠丝杠上的最大轴向负荷为 Famax=Fa1=255N； 表 37 安装方法相关系数 安装方法  1  2 固定 自由 固定 支撑 2 10 固定 固定 4 20 丝杠轴的挫曲载荷：与安装方法相关的系数 102 参照表 37，螺母和轴承之间的安装方法按固定 支撑方式，安装间距 mma 270l  （推算），丝杠轴沟槽谷径  KN9910270 42442411  aldP  丝杠轴的容许拉伸压缩负荷：  212 116 dP 由此可见，丝杠轴的挫曲载荷和容许拉伸压缩负荷大于等于最大轴向 负荷，如图34。 因此，满足这些条件的滚珠丝杠在使用上没有问题。 容许转速的探讨： 电机转速： 13m a xm a x m in3001060N  PhV 华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 15 式中： Vmax=—— 最大速度； Ph=5—— 导程。 图 34 容许轴向负荷线图 由丝杠轴的危险速度所决定的容许转速：与安装方法相关的系数  （参照表），为考虑危险速度，螺母轴承间的安装方法按固定 支撑，安装间距 mmb 270l  （推算），丝杠轴直径 20mm,导程 5mm，丝杠轴沟 槽谷径 。 17272121 m i n3400010270 bl 由 DN值所决定的容许转速：钢球中心直径 D=。 12 m 3 7 3D7 0 0 0 0N  由上述可见，当丝杠轴直径为 20mm，到功成为 5mm时，能满足危险速度和 DN值。 螺母选择：使用精密滚珠丝杠，丝杠轴直径 20mm、导程 5mm 的螺母为小导程丝杠 DIK 型，因此可选择： DIK20206（ Ca=， C0a=）。 容许轴向负荷的探讨：对基本静额定负荷（ C0a）最小的 DIK20206型 (C0a＝ kN)进行容许轴向负荷的探讨。 假定此型号用于高速搬送装置以及加速、减速时作用冲击负荷 ,故静态安全系数 (f。