IC芯片粘片機并聯(lián)焊頭機構(gòu)的運動學動力學分析及實驗研究.pdf

1、高速高精度IC芯片粘片機是IC芯片封裝的主要設(shè)備之一，隨著IC工業(yè)的發(fā)展，粘片機的粘片速度和定位精度有越來越高的趨勢，如何提高IC芯片粘片機的粘片速度和定位精度逐漸成為研究熱點。目前國內(nèi)外IC芯片粘片機的焊頭機構(gòu)大都采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)的形式，運動部件的質(zhì)量和慣量都很大，不利于粘片速度和定位精度的進一步提高。而并聯(lián)機構(gòu)以結(jié)構(gòu)剛度大、定位精度和運動精度高、重量輕等特點，引起了各國學者的廣泛關(guān)注。此機構(gòu)現(xiàn)階段主要應用于機床、機器人等領(lǐng)域。本文根據(jù)I

2、C芯片粘片機的工作要求，在分析并聯(lián)機構(gòu)特點的基礎(chǔ)之上，將其應用于IC芯片粘片機的焊頭，設(shè)計出一種新型并聯(lián)焊頭機構(gòu)，并對該機構(gòu)的運動學、彈性動力學規(guī)律和誤差進行了研究，最后在試驗樣機上進行了驗證。論文主要研究和解決了以下幾個方面的問題： 首先根據(jù)焊頭的運行軌跡和工作要求來選擇合適的并聯(lián)機構(gòu)形式，在歸納IC芯片粘片機焊頭各種可能構(gòu)型的基礎(chǔ)上，設(shè)計出一種新型的平面雙滑塊并聯(lián)焊頭機構(gòu)。該機構(gòu)的運動副采用移動副加轉(zhuǎn)動副的形式，伺服電機安裝

3、在機架上，故運動部件質(zhì)量輕，高速運動時慣量小，便于提高粘片速度。然后對該機構(gòu)的工作空間進行了分析，并利用機構(gòu)的全參數(shù)尺度綜合方法，建立了機構(gòu)的優(yōu)化模型，最后結(jié)合現(xiàn)有的TP90型全自動IC芯片粘片機的實際需要，確定了該并聯(lián)焊頭機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 其次建立了IC芯片粘片機并聯(lián)焊頭機構(gòu)的運動學模型，得到了機構(gòu)的工作位置、速度和加速度正反解的表達式。對并聯(lián)焊頭機構(gòu)可能采用的速度曲線進行了比較，從中選取一條作為本機構(gòu)的加減速運動曲線，在此基

4、礎(chǔ)之上對焊頭的運行曲線進行了優(yōu)化，得到了使焊頭運動平穩(wěn)，沖擊、振動小，并且運行時間相對較短的運行曲線。 第三用運動彈性動力分析方法建立了該機構(gòu)的彈性動力學模型，并對此進行了詳細的研究探討。IC芯片粘片機的焊頭是一種高速運動的并聯(lián)機構(gòu)，運動速度快、運動桿件輕，運動精度和定位精度要求非常高，因此必須考慮彈性變形對精度的影響。本文將并聯(lián)焊頭機構(gòu)的焊頭座和機架視為剛體、運動支鏈中的各部件等效為彈性體，在忽略機構(gòu)的剛體運動和彈性運動耦合作

5、用的情況下，建立了機構(gòu)的彈性運動方程。采用Newmark積分法，得出了焊頭在整個工作空間相應的數(shù)值解，并用輸入運動規(guī)劃法對并聯(lián)焊頭機構(gòu)的彈性運動誤差進行了補償，數(shù)值分析表明焊頭的誤差大幅度減少、精度達到了微米級，能實現(xiàn)較精確的運動軌跡。 第四研究探討了并聯(lián)焊頭機構(gòu)的誤差建模問題，應用直接微分法，建立了并聯(lián)焊頭機構(gòu)的位置誤差模型，分析了各種因素對運動精度和定位精度的影響。影響IC芯片粘片機并聯(lián)焊頭機構(gòu)的運動精度和定位精度的因素很多

6、，如驅(qū)動器行程誤差、運動副間隙、機構(gòu)桿件熱變形和彈性變形產(chǎn)生的誤差等，各因素對機構(gòu)誤差的影響程度是不一樣的，通過機構(gòu)的誤差建模，能確定影響機構(gòu)誤差的關(guān)鍵因素，明確提高精度的重點和方向，為改善焊頭機構(gòu)的精度提供準確可靠的依據(jù)。根據(jù)焊頭含運動誤差的位置逆解，提出了焊頭的位置誤差補償模型，通過修正左右驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動角度，使其位置誤差在規(guī)定范圍內(nèi)。 最后在上述研究工作的基礎(chǔ)上，制造出IC芯片粘片機并聯(lián)焊頭機構(gòu)的實驗平臺，并采用圖像處理的