一种用于吸取蓝宝石晶片工艺的机械手装置的制作方法

本发明是关于蓝宝石晶片搬运设备领域，特别涉及一种用于吸取蓝宝石晶片工艺的机械手装置。

背景技术：

目前，在蓝宝石行业中从晶舟盒中取出晶片进行搬运很重要，用机械手晶片吸盘去吸取晶片的这种方式，避免了因为人工去拿取晶片给晶片带来的二次污染，对蓝宝石的清洗带来很大的帮助。

目前市面上有很多多自由度的机械手，这样的机械手比较大，行程也单一，占的空间位置也比较大。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能在很小的一个空间内，晶片吸盘自动吸取蓝宝石晶片，任意放入指定的晶舟盒中，而且整个机械手的运动行程能够扩大一倍甚至更多的机械手装置。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种用于吸取蓝宝石晶片工艺的机械手装置，能搬运晶片，所述用于吸取蓝宝石晶片工艺的机械手装置包括主电机、同步带轮组、丝杆模组(包含丝杆、丝杆滑块、轴承、固定块)、丝杆模组安装板、丝杆模组滑块连接座、同步带轮轴ii、同步带轮轴i、齿轮、齿条、齿条安装板、小轴、皮带夹紧块、导轨滑块、导轨滑块安装板、吸盘安装座、晶片吸盘；

所述同步带轮组包括主动轮、同步带、从动轮，主动轮与从动轮通过同步带连接；同步带轮组设有三组，分别为同步带轮组i、同步带轮组ii、同步带轮组iii；

所述同步带轮组i包括主动轮、同步带、从动轮、胀紧套，主动轮和从动轮通过同步带连接；主动轮与主电机键连接，从动轮与丝杆模组连接，胀紧套用于固定从动轮；

所述同步带轮组ii包括主动轮、同步带、从动轮，主动轮和从动轮通过同步带连接；主动轮与同步带轮轴ii连接，由齿轮驱动；从动轮与同步带轮轴i连接，用于驱动同步带轮组iii中的主动轮旋转；

所述同步带轮组iii包括主动轮、同步带、从动轮，主动轮和从动轮通过同步带连接；主动轮与同步带轮轴i键连接，由同步带轮组ii驱动；从动轮固定在导轨滑块安装板上；

所述丝杆模组和主电机通过同步带轮组i连接，主电机能驱动丝杆模组的丝杆旋转，进而丝杆模组的丝杆滑块能随着丝杆的旋转前后运动；丝杆模组的一端通过丝杆模组安装板固定在平台(设备底架)上，丝杆模组的另一端丝杆滑块与丝杆模组滑块连接座连接，进而控制丝杆模组滑块连接座的前后运动；

所述导轨滑块安装板安装在丝杆模组滑块连接座上，(通过螺钉连接)并确保导轨滑块安装板上的导轨安装面和丝杆模组滑块连接座上的导轨安装面在同一个平面，所述导轨滑块安装在导轨滑块安装板和丝杆模组滑块连接座的导轨安装面上；

所述吸盘安装座安装在导轨滑块的滑块安装面连接，使吸盘安装座能随着导轨滑块的移动前后运动，所述晶片吸盘安装在吸盘安装座上；吸盘安装座通过皮带夹紧块与同步带轮组iii连接，使得在同步带轮(主动轮、从动轮)旋转的时候，能够带动晶片吸盘向前和向后伸缩；

所述同步带轮轴ii的一端与同步带轮组ii的主动轮连接，另一端与齿轮连接，同步带轮轴ii通过丝杆模组的轴承与丝杆模组滑块连接座连接，使齿轮转动能带动同步带轮组ii的主动轮转动，进而同步带轮组ii的主动轮带动同步带轮组ii的从动轮转动；

所述同步带轮轴i的一端与同步带轮组ii的从动轮连接，另一端与同步带轮组iii的主动轮连接，同步带轮轴i通过丝杆模组的轴承与丝杆模组滑块连接座连接，使同步带轮组ii的从动轮的旋转能带动同步带轮组iii的主动轮转动，驱动同步带轮组iii的皮带前后运动；

所述同步带轮组iii的主动轮连接在同步带轮轴i的一端，同步带轮组iii的从动轮通过小轴固定在丝杆模组的固定块上，所述固定块(通过螺钉)固定在导轨滑块安装板上；

所述皮带夹紧块与同步带轮组iii的同步带夹紧，皮带夹紧块的安装面与吸盘安装座固定，使吸盘安装座、晶片吸盘能与同步带轮组iii的同步带同步运动；

所述齿条安装板的一端安装齿条，另一端固定在平台上，并保证齿条和齿轮啮合。

作为进一步的改进，所述晶片吸盘通过密封圈(o型密封圈或其他形式的密封圈)与吸盘安装座密封。

提供一种基于所述用于吸取蓝宝石晶片工艺的机械手装置的控制方法，具体为：

设主电机的转速为n1(r/min)，同步带轮组i的减速比是a1，丝杆模组的导程为ph(mm)，则丝杆模组上的丝杆滑块移动的速度(mm/a)为：ν1＝n1·a1·ph/60；

设丝杆模组滑块连接座相对齿条运动速度为ν1，则齿条相对齿轮的运动速度为ν1，依据齿轮齿条啮合关系：v＝πd1n、d1＝m1·z1，可知齿轮的转速为：

其中，ν(mm/a)是齿条的运动速度，d1(mm)是分度圆，n(mm/a)是齿轮的转速，m1是齿轮的模数，z1是齿轮的齿数；

设同步带轮组ii的减速比为a2，则通过同步带轮组ii之后，转速变为n3，即：n3＝n2·a2(mm/s)；

到达同步带轮组iii，主动轮的转速为n3，带速ν3为：ν3＝πn3d2(mm/s)；

其中，d2＝m2z2，m2是同步带轮组iii中主动带轮的模数，z2是它的齿数；

设晶片吸盘的运动速度与丝杆模组滑块连接座的速度比设为a，满足即最终晶片吸盘的运动速度与丝杆模组滑块连接座的速度比为：

作为进一步的改进，同步带轮组i的减速比a1是1∶1，同步带轮组ii的减速比a2是1∶1.5，同步带轮组iii的减速比为1∶1；丝杆模组中丝杆的直径为20mm，拟定丝杆模组的导程ph(mm)为5mm；设定机械手送片时间为18s，设定晶片吸盘的移动速度为50mm/s；电机的额定转速为3000r/min，齿轮的模数为0.8，齿数为30。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在晶片需要从晶舟盒中搬运到另一个平台的过程中，不需要人触碰到晶片，机械手晶片吸盘，在一个狭小的空间自动吸取蓝宝石晶片，整个的行程可以扩大一倍甚至更多。

本发明能避免晶片由人直接搬运产生二次污染，更重要的是，能够节省大量的操作空间，充分合理的利用了空间。这样使得整个产线更加自动化，也能节省大量的人力物力。

附图说明

图1为本发明用于吸取蓝宝石晶片工艺的机械手装置的主视图。

图2为本发明用于吸取蓝宝石晶片工艺的机械手装置的左视图。

图3为本发明用于吸取蓝宝石晶片工艺的机械手装置的后视图。

图中的附图标记为：1主电机；2齿条安装板；3齿轮；4同步带轮轴ii；5齿条；6同步带轮轴i；7同步带轮组iii；8丝杆模组滑块连接座；9吸盘安装座；10皮带夹紧块；11导轨滑块；12导轨滑块安装板；13晶片吸盘；14小轴；15同步带轮组i；16同步带轮组ii；17丝杆模组安装板；18丝杆模组。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1、图2、图3所示的一种用于吸取蓝宝石晶片工艺的机械手装置，使用一个线性模组和同步带轮组，齿轮3、齿条5等，将整个机械手的运动行程扩大一倍甚至更多，晶片吸盘13通过这样的一个组件前后伸入伸出，吸取搬运晶片。

所述用于吸取蓝宝石晶片工艺的机械手装置包括主电机1、同步带轮组i15、丝杆模组18、丝杆模组安装板17、丝杆模组滑块连接座8、同步带轮组ii16、同步带轮轴ii4、同步带轮轴i6、齿轮3、齿条5、齿条安装板2、同步带轮组iii7、小轴14、皮带夹紧块10、导轨滑块11、导轨滑块安装板12、吸盘安装座9、晶片吸盘13。

所述同步带轮组i15包括主动轮、同步带、从动轮、胀紧套，主动轮和从动轮通过同步带连接；主动轮与主电机1键连接，从动轮与丝杆模组18连接，胀紧套用于固定从动轮。

所述同步带轮组ii16包括主动轮、同步带、从动轮，主动轮和从动轮通过同步带连接；主动轮与同步带轮轴ii4连接，由齿轮3驱动；从动轮与同步带轮轴i6连接，用于驱动同步带轮组iii7中的主动轮旋转。

所述同步带轮组iii7包括主动轮、同步带、从动轮，主动轮和从动轮通过同步带连接；主动轮与同步带轮轴i6键连接，由同步带轮组ii16驱动；从动轮固定在导轨滑块安装板12上。

所述丝杆模组18和主电机1通过同步带轮组i15连接，主电机1能驱动丝杆模组18的丝杆旋转，进而丝杆模组18的丝杆滑块能随着丝杆的旋转前后运动。丝杆模组18的一端通过丝杆模组安装板17固定在平台上，丝杆模组18的另一端丝杆滑块与丝杆模组滑块连接座8连接，进而控制丝杆模组滑块连接座8的前后运动。

所述导轨滑块安装板12安装在丝杆模组滑块连接座8上，通过螺钉连接，并确保导轨滑块安装板12上的导轨安装面和丝杆模组滑块连接座8上的导轨安装面在同一个平面，所述导轨滑块11安装在导轨滑块安装板12和丝杆模组滑块连接座8的导轨安装面上。

所述吸盘安装座9安装在导轨滑块11的滑块安装面连接，使吸盘安装座9能随着导轨滑块11的移动前后运动，所述晶片吸盘13通过0型密封圈或其他形式的密封圈安装在吸盘安装座9上；所以随着丝杆模组滑块连接座8的前后运动，进而使得导轨滑块11、导轨滑块安装板12、吸盘安装座9、晶片吸盘13前后运动。吸盘安装座9通过皮带夹紧块10与同步带轮组iii7连接，使得在同步带轮旋转的时候，能够带动晶片吸盘13向前和向后伸缩。

所述同步带轮轴ii4的一端与同步带轮组ii16的主动轮连接，另一端与齿轮3连接，同步带轮轴ii4通过轴承与丝杆模组滑块连接座8连接，使齿轮3转动能带动同步带轮组ii16的主动轮转动，进而同步带轮组ii16的主动轮带动同步带轮组ii16的从动轮转动。

所述同步带轮轴i6的一端与同步带轮组ii16的从动轮连接，另一端与同步带轮组iii7的主动轮连接，同步带轮轴i6通过轴承与丝杆模组滑块连接座8连接，使同步带轮组ii16的从动轮的旋转能带动同步带轮组iii7的主动轮转动，驱动同步带轮组iii7的皮带前后运动。

所述同步带轮组iii7的主动轮连接在同步带轮轴i6的一端，同步带轮组iii7的从动轮通过小轴14固定在固定块上，所述固定块通过螺钉固定在导轨滑块安装板12上。

所述皮带夹紧块10与同步带轮组iii7的皮带夹紧，皮带夹紧块10的安装面与吸盘安装座9固定，使吸盘安装座9、晶片吸盘13能与同步带轮组iii7的皮带同步前后运动。

通过这样的一种传动方式，在丝杆模组18的行程下，晶片吸盘13所行走的行程扩大一倍甚至更多。

所述齿条安装板2的一端安装齿条5，另一端固定在平台上，并保证齿条5和齿轮3啮合。

整个机构的传动过程：主电机1——同步带轮组i15——丝杆模组18——齿条5——齿轮3——同步带轮组ii16——同步带轮组iii7——晶片吸盘13；具体如下：

主电机1的转速为n1(r/min)，同步带轮组i15的减速比是a1，丝杆模组18的导程ph(mm)，则：

丝杆模组18上的滑块移动的速度(mm/s)：

v1＝n1·a1·ph/60(1)

齿条5固定在齿条安装板2上，齿轮3通过同步带轮轴i6固定在丝杆模组滑块连接座8上，丝杆模组滑块连接座8相对齿条5运动速度为ν1，则齿条5相对齿轮3的运动速度为ν1。

依据齿轮3齿条5啮合关系：

v＝πd1n(2)

d1＝m1·z1(3)

其中，ν(mm/s)是齿条5的运动速度，d1(mm)是分度圆，n(mm/s)是齿轮3的转速，m1是齿轮3的模数，z1是齿轮3的齿数。

由此可知结构中齿轮3的转速：

通过同步带轮组ii16之后，转速变为n3，同步带轮组ii16的减速比为a2，即：

n3＝n2·a2(mm/s)(5)

到达同步带轮组iii7，主动轮的转速为n3，带速ν3为：

ν3＝πn3d2(mm/s)(6)

其中，d2＝m2z2，m2是同步带轮组iii7中主动带轮的模数，z2是它的齿数。

晶片吸盘13固定在同步带轮组iii7的皮带上，所以晶片吸盘13的运动速度与同步带轮组iii7的带速相同。

晶片吸盘13的运动速度与丝杆模组滑块连接座8的速度比设为a：

将上式中(4)、(5)、(6)代入(7)中，得到最终的速度比：

同步带轮组i的主要作用是通过主电机1带动丝杆模组18运动，由于设备空间原因进行转接传动，不需要改变传动转速，减速比定为1∶1；同步带轮组ii用于传动同步带轮组iii运动，除了改变传动方向之外，还需要提高传动速度，减速比定为1∶1.5；同步带轮组iii用于带动晶片吸盘13运动，起传动作用，不改变速度传输，减速比定为1∶1。

因为设备空间的限制以及为了保证所需的结构强度，选择丝杆模组18中丝杆的直径为20mm，查找机械设计手册，拟定丝杆模组18的导程为5mm。机械手取片测量过程中，考虑到晶片厚度测量传感器的感应精度与感应时间，设定机械手送片时间为18s，依据设计的行程设定晶片吸盘13的移动速度为约50mm/s。

吸盘的运动速度与丝杆模组滑块连接座8的速度比如上所述，由此设定电机的额定转速为3000r/min，而齿轮3的模数为0.8，齿数为30。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。