金属微细线精密排线方法及装置

1.本发明涉及金属线材加工领域，具体的是一种金属微细线精密排线方法及装置。


背景技术：

2.金属微细线是指将不锈钢、金、银、铜、钨、钼等金属材料，加工成直径在微米级的微细线，由于金属微细线具有良好的导热、导电和可焊接性能，在集成电路、led显示、5g滤波器和高频大功率半导体器件领域具有重要的应用，金属微细线做的越细，使用它的电路芯片的集成度就能越高。
3.金属微细线拉伸成线后，缠绕在工字型的排线轮上，以完成产品的包装。排线过程是将导线轮对应排线轮的周面，通过排线轮的自转使金属微细线在排线轮的周面上缠绕，导线轮通过丝杠沿排线轮的轴向往复运动，进而使金属微细线在排线轮周面上呈螺旋线的形式排列。
4.由于金属微细线过细，部分微细线的直径在10μm以下，金属微细线在排线轮表面的排列需要十分均匀和整齐，以防止外层的微细线陷入内层相邻的两条微细线之间，进而在放线时，外层的微细线和内层的微细线摩擦力增大而拉断。现有技术中，丝杠的导线轮驱动方式精度低，进而导致排线轮上的排线量少，难以适应金属微细线的排线需求。此外，由于金属微细线很细，金属微细线的排线异常很难被发现，往往是埋在排线的内层，直到使用时被拉断才能发现。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种金属微细线排线方法，可有效提高金属微细线在排线轮上排列的整齐度，提高排线量，此外，在排线装置上设置检测装置，实时识别检测排线质量，及时调整排线策略，提高成品率。
6.本发明的技术方案是：
7.一种金属微细线精密排线方法，包括以下步骤：
8.s1：将金属微细线的一端固定于排线轮上；
9.s2：驱动排线轮绕排线轮的轴线以转速n
n
自转，驱动排线轮以v
n
速度沿排线轮轴向运动，使排线轮每自转一周，排线轮沿排线轮轴向运动金属微细线直径r的距离；
10.s3：以f
n
频率测量排线轮上金属微细线外表层距离排线轮轴线的距离l，并与阈值l
n
对比，若l＝l
n
，则保持设备正常运转，若l≠l
n
，则发出警报，同时停止工作、检修；
11.s4：排线轮沿排线轮轴线方向运动d距离，排线轮上缠绕完一层金属微细线后反向运动，向排线轮上缠绕下一层金属微细线；
12.s5：重复步骤s2
‑
s4，直至达到设定的排线量为止。
13.n为当前向排线轮上缠绕金属微细线的层数，为自1开始的自然数；l
n
为精密排线状态下第n层金属微细线的缠绕半径，l
n
为实际测量值，排线轴的直径恒定，金属微细线的直径r恒定，l
n
是测量多个精密排线的排线轮上第n层金属微细线绕线半径所得到的平均
值；金属微细线由拉线装置以v0速度定速输出至排线轮，n
n
＝v0/2πl
n
；频率f
n
与排线轮的转速n
n
相配合，金属微细线在排线轮上每缠绕一圈，测量一次；d不大于排线轮轴向上可缠线的长度；v
n
为排线轮在进行第n层金属微细线缠绕时沿其轴向运动的平均速度，v
n
＝rv0/2πl
n
。
14.金属微细线的精密排线是指在同一层的金属微细线，相邻两圈金属微细线之间的间距小于金属微细线直径的5％。优选相邻两圈金属微细线之间的间距为金属微细线直径的0.1％
‑
2％、或紧密贴靠；
15.设有控制器，控制器用于控制排线轮转速n
n
、排线轮直线运动速度v
n
和检测频率f
n
，并根据检测信号控制声光报警器。本发明中通过排线轮的自转和排线轮的轴向直线运动，使金属微细线在排线轮上一层一层紧密的排列，尤其是，本发明可以实时检测排线轮上金属微细线外表层到排线轮轴线的距离，用于及时发现排线异常，当l大于或小于阈值时，即表示排线轮的自转速度n
n
与轴向运动速度v
n
不匹配，金属微细线的表层出现鼓包或凹陷，控制设备及时停止，待操作人员重新调整和设定后再进行排线，可有效提高排线的成品率，提高产品质量。
16.所述排线轮通过伺服电机驱动自转，所述伺服电机的转轴端部同轴且固定设有排线轮插轴，排线轮插轴为棱柱状，排线轮轴线处设有与排线轮插轴相配合的插孔，所述排线轮插轴靠近伺服电机的端部设有插轴挡板，排线轮插轴远离伺服电机的端部设有沿排线轮插轴轴截面方向将排线轮插轴一分为二的间隙，所述间隙两侧的排线轮插轴的外侧面上设有限位凸起。
17.优选的，插轴为长方体，插轴和伺服电机的转轴通过垂直于伺服电机转轴轴线的螺栓相连，在伺服电机的轴向和周向上，将伺服电机转轴和插轴固定相连，相较于简单的键连接，可保证排线轮在轴向方向上的运动精度，以满足微米级的金属微细线的绕线要求。
18.长方体的插轴和轴孔使排线轮和插轴在排线轮的周向方向上将二者限位。排线轮从插轴设有间隙的一端插入，插入排线轮时，间隙两侧的插轴分体相向靠拢，从而使限位凸起能够通过插孔，排线轮完全插入后，限位凸起穿出插孔，间隙在插轴自身弹性的作用下复原，限位凸起使排线轮和插轴在轴线方向上被限位。
19.优选的，限位凸起远离插轴挡板的一侧设有导向斜面。
20.所述排线轮通过直线往复运动机构驱动排线轮沿排线轮轴向运动，所述直线往复运动机构包括导轨和微动驱动器，所述导轨由轨道和滑块组成，所述滑块和轨道滑动相连，滑块的上侧与伺服电机固定相连，微动驱动器的活动端与滑块相连。
21.具体的，所述导轨为气浮导轨。
22.具体的，所述微动驱动器为压电惯性位移台。
23.本发明的绕线对象是微米级的金属微细线，要求排线轮的轴向运动非常精确，本发明中通过摩擦力极小的气浮导轨和运动精度可达到纳米级的压电惯性位移台来保证排线轮轴向运动的精确性。
24.所述l通过激光测距传感器获取，激光测距传感器通过支架固定设置于排线轮的一侧，激光测距传感器距排线轮的轴线为l0，激光测距传感器测得激光测距传感器到排线轮上金属微细线外表层距离位l1，l＝l0‑
l1。
25.具体的，所述金属微细线通过导线轮向排线轮定向输出，所述激光测距传感器的
测量点位于排线轮到导线轮之间的金属微细线与排线轮周面的切点处。
26.具体的，所述排线轮包括绕线轴和设置于绕线轴两端的挡板，d为挡板的间距。
27.一种金属微细线精密排线装置，包括基板，基板上设有气浮导轨，所述气浮导轨包括轨道和滑块，气浮导轨的轨道与基板固定相连，气浮导轨的滑块与轨道滑动相连，所述滑块的下侧面与压电惯性位移台的活动端相连，压电惯性位移台的固定端与基板固定相连，所述滑块上侧面上设有伺服电机，所述伺服电机的转轴端部同轴且固定设有排线轮插轴，排线轮插轴为长方体，排线轮轴线处设有与排线轮插轴相配合的插孔，所述排线轮插轴靠近伺服电机的端部设有插轴挡板，排线轮插轴远离伺服电机的端部设有沿排线轮插轴轴截面方向将排线轮插轴一分为二的间隙，所述间隙两侧的排线轮插轴的外侧面上设有限位凸起。
28.本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，可实现金属微细线在排线轮上的精密排线，可及时检测出排线过程中的异常，提高产品的成品率和质量。
附图说明
29.图1是本发明的结构原理示意图
30.图2是排线轮插轴的示意图
31.图中：
32.1、基板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3、压电惯性位移台
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4、伺服电机
33.5、排线轮插轴
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6、排线轮
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
7、支架
34.21、轨道
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
22、滑块
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
41、转轴
35.51、插轴挡板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
52、间隙
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
53、限位凸起
36.71、导线轮
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
72、激光测距传感器
具体实施方式
37.一种金属微细线精密排线方法，包括以下步骤：
38.s1：将金属微细线的一端固定于排线轮上；
39.s2：驱动排线轮绕排线轮的轴线以转速n
n
自转，驱动排线轮以v
n
速度沿排线轮轴向运动，使排线轮每自转一周，排线轮沿排线轮轴向运动金属微细线直径r的距离，r在数值上等于v
n
/n
n
；
40.s3：以f
n
频率测量排线轮上金属微细线外表层距离排线轮轴线的距离l，并与阈值l
n
对比，若l＝l
n
，则保持设备正常运转，若l≠l
n
，则发出警报，同时停止工作、检修；
41.s4：排线轮沿排线轮轴线方向运动d距离、排线轮上缠绕完一层金属微细线后反向运动，向排线轮上缠绕下一层金属微细线，n的数值上加1，即开始了新一层的缠线，排线轮上缠绕金属微细线的层数增加一层；
42.s5：重复步骤s2
‑
s4，直至达到设定的排线量为止，完成向排线轮上精密缠线。
43.n为当前向排线轮上缠绕金属微细线的层数，为自1开始的自然数；l
n
为精密排线状态下第n层金属微细线的缠绕半径，l
n
为实际测量值，排线轴的直径恒定，金属微细线的直径r恒定，l
n
是测量多个精密排线的排线轮上第n层金属微细线绕线半径所得到的平均值；金属微细线由拉线装置以v0速度定速输出至排线轮，n
n
＝v0/2πl
n
；频率f
n
与排线轮的转
速n
n
相配合，金属微细线在排线轮上每缠绕一圈，测量一次(f
n
与n
n
数值相等)；d不大于排线轮轴向上可缠线的长度；v
n
为排线轮沿其轴向运动的平均速度，v
n
＝rv0/2πl
n
。
44.如图1、2所示，
45.用于实现上述金属微细线精密排线方法的设备，包括基板1，基板1上设有气浮导轨，气浮导轨的轨道21与基板1固定相连，气浮导轨的滑块22与轨道21滑动相连。滑块22的下侧面与压电惯性位移台3的活动端相连，压电惯性位移台3的固定端与基板1固定相连。滑块22上侧面上设有伺服电机4，所述伺服电机4的转轴41端部同轴且固定设有排线轮插轴5，排线轮插轴5为长方体，排线轮6轴线处设有与排线轮插轴5相配合的插孔61，所述排线轮插轴5靠近伺服电机4的端部设有插轴挡板51，排线轮插轴5远离伺服电机4的端部设有沿排线轮插轴轴截面方向将排线轮插轴一分为二的间隙52，所述间隙两侧的排线轮插轴5的外侧面上设有限位凸起53。
46.基板上，气浮导轨的一侧设有l形支架7，支架的一侧设有导线轮71，金属微细线经导线轮71输送至排线轮6，支架7的端部下方设有激光测距传感器72。
47.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。