一种自动控制的载物台

本发明专利涉及的是芯片检测工具领域，特别是涉及一种自动控制的载物台，具体的说，是一种能够承载芯片进行准确定位和旋转的新型载物台及其控制系统。

背景技术：

1、在机械制造方面，伴随着科学技术的发展，机械制造技术不断升级，使机械制造不管是在外观、材料还是性能上都有了大幅度的提高；在控制系统方面，控制方式也向着越来越智能化的方向发展，其对人力的依赖也越来越低。半导体芯片在生产过程中会进行多次过程检测。晶圆、晶粒通常会被贴在膜上，放到高倍镜头下进行人工目检或机器视觉检测。根据检测的需要，对承载半导体芯片的载物台有非常高的要求。传统的载物台大多是通过手动控制，极其依赖于相关的工作人员，运动方向有限，运行稳定性差，控制精度低，主观误差大，无法实现远程控制，在实际应用过程中有很大的局限性，且半导体芯片生产过程中，很多情况下都需要承载芯片完成检测的载物台低速运转，运行精度高，定位准确，却具有灵活的控制方式等要求。

2、为了能更好地满足半导体芯片检测的需求，根据半导体芯片生产自动化生产线的要求，本发明设计一种自动控制的载物台，结合伺服电机高精度、高稳定性等优点，在plc控制器的总体控制下，构造一种智能化，稳定性高，定位精确的自动化的新型载物台及其控制系统。

技术实现思路

1、针对上述技术需求，本发明专利提供了一种能够多方向运动、运行平稳、控制精度高、能够远程控制的新型载物台及其控制系统。

2、本发明专利提出了一种自动控制的载物台，其特征在于载物台包括底座、x轴滚珠丝杠、螺母、x轴导轨、x轴滑板、y轴滑板、光轴、z轴滑板、输入轴、小齿轮、键、测量载物台、大齿轮、输出轴、滚动轴承、z轴滚珠丝杠、螺栓、y轴滚珠丝杠、滑块、y轴导轨、x轴伺服电机、y轴伺服电机、z轴伺服电机、旋转伺服电机、plc控制器、伺服电机驱动器、人机界面(hmi)、测量载物台；所述底座固定在光滑的水平面上，起到承载整个载物台的作用，并且在底座之上安装x轴导轨，用以实现x轴方向的平移；x轴滚珠丝杠上的螺母通过螺栓固定在x轴滑板上，螺母将x轴滚珠丝杠的旋转运动转化为x轴滑板的水平直线移动，其中x轴滑板通过滑块与x轴导轨连接，x轴导轨对x轴滑板的运动起到了导向作用，使x轴滑板能够沿x轴方向水平移动，所述x轴滚珠丝杠与x轴伺服电机连接，用以实现x轴方向的驱动；所述x轴滑板与其上面的y轴导轨通过螺栓固定连接，x轴滑板对其上面的载物台部件起承重作用；所述y轴滚珠丝杠与y轴伺服电机连接，并与y轴滑板相互连接，y轴滑板伸出的弯角内部刻有丝杠螺母，其中y轴滑板与y轴导轨通过滑块连接，y轴导轨对y轴滑板的移动起到导向作用，y轴伺服电机转动可以拖动y轴滑板在y轴方向上进行水平移动；所述光轴7(2根)底部与y轴滑板固定连接，光轴7(2根)穿过z轴滑板上的两个孔，z轴滑板可以沿着光轴7(2根)上下滑动，光轴7(2根)具有z轴导向的作用，所述z轴滚珠丝杠与z轴伺服电机固定连接，z轴伺服电机转动带动滚珠丝杠，滚珠丝杠拖动z轴滑板沿着光轴7(2根)上下滑动，光轴(2根)穿孔z轴滑板可以克服由z轴伺服电机带来的倾覆力矩；所述旋转伺服电机通过联轴器与输入轴相互连接，小齿轮通过键与输入轴相互连接，小齿轮与大齿轮相互啮合，大齿轮与输出轴固定连接，小齿轮与大齿轮共同配合实现降速功能，同时传递输出轴旋转运动；所述滚动轴承嵌套于输出轴与z轴滑板之间，实现输出轴与z轴滑板的连接，同时消除旋转伺服电机给z轴滑板带来的旋转运动；所述测量载物台可以用于放置相关测量的半导体芯片；所述plc控制器通过以太网与hmi相互传递信号，并且向伺服电机驱动器发送控制脉冲，分别控制x轴伺服电机、y轴伺服电机、z轴伺服电机和旋转伺服电机拖动对应的滑板运动，进而带动载物台移动至预设位置，并旋转至预设方位角度。

3、上述的一种自动控制的载物台中，所述小齿轮与大齿轮相啮合，大齿轮与输入轴固定连接，传递z轴旋转运动。

4、上述的一种自动控制的载物台中，所述伺服电机通过其内置编码器与伺服电机驱动器组成闭环控制。

5、上述的一种自动控制的载物台中，所述plc控制器通过以太网与人机界面(hmi)相连，可以通过人机界面(hmi)设定目标位置和方位角度，可以通过人机界面(hmi)实时监测载物台控制系统的工作状态。

6、与现有技术相比，本发明专利的优点是：

7、1、本实发明专利通过plc控制器控制伺服电机，一方面：伺服电机与滚珠丝杠相连接，滚珠丝杠再与各个方向上的滑板和光轴相连接，实现载物台在xy轴的水平运动和z轴的垂直运动；另一方面：伺服电机通过联轴器与固定有小齿轮的输入轴连接，小齿轮与大齿轮相啮合，大齿轮与输出轴固定连接，实现载物台的定点旋转运动。

8、2、本发明专利通过伺服电机内置的编码器采集相应的脉冲信号作为反馈信号送回给伺服电机驱动器，伺服电机驱动器将反馈值与目标值进行比较，形成闭环控制，实现精确位置定位与转速角度定位。

9、3、本发明专利通过以太网使plc控制器与hmi之间能够相互传递信号，使得工作人员能够远程控制载物台的运动并实时监测载物台的工作状况。

技术特征：

1.一种自动控制的载物台，其特征在于载物台包括底座、x轴滚珠丝杠、螺母、x轴导轨、x轴滑板、y轴滑板、光轴、z轴滑板、输入轴、小齿轮、键、测量载物台、大齿轮、输出轴、滚动轴承、z轴滚珠丝杠、螺栓、y轴滚珠丝杠、滑块、y轴导轨、x轴伺服电机、y轴伺服电机、z轴伺服电机、旋转伺服电机、plc控制器、伺服电机驱动器、人机界面、测量载物台；所述底座固定在光滑的水平面上，在底座之上安装x轴导轨，用以实现x轴方向的平移；x轴滚珠丝杠上的螺母通过螺栓固定在x轴滑板上，螺母将x轴滚珠丝杠的旋转运动转化为x轴滑板的水平直线移动，其中x轴滑板通过滑块与x轴导轨连接，x轴导轨对x轴滑板的运动起到了导向作用，使x轴滑板能够沿x轴方向水平移动，所述x轴滚珠丝杠与x轴伺服电机连接，用以实现x轴方向的驱动；所述x轴滑板与其上面的y轴导轨通过螺栓固定连接，x轴滑板对其上面的载物台部件起承重作用；所述y轴滚珠丝杠与y轴伺服电机连接，并与y轴滑板相互连接，y轴滑板伸出的弯角内部刻有丝杠螺母，其中y轴滑板与y轴导轨通过滑块连接，y轴导轨对y轴滑板的移动起到导向作用，y轴伺服电机转动拖动y轴滑板在y轴方向上进行水平移动；所述光轴具有2根，所述光轴底部与y轴滑板固定连接，光轴穿过z轴滑板上的两个孔，z轴滑板沿着光轴上下滑动，光轴具有z轴导向的作用，所述z轴滚珠丝杠与z轴伺服电机固定连接，z轴伺服电机转动带动滚珠丝杠，滚珠丝杠拖动z轴滑板沿着光轴上下滑动；所述旋转伺服电机通过联轴器与输入轴相互连接，小齿轮通过键与输入轴相互连接，小齿轮与大齿轮相互啮合，大齿轮与输出轴固定连接；所述滚动轴承嵌套于输出轴与z轴滑板之间，实现输出轴与z轴滑板的连接；所述测量载物台用于放置相关测量的半导体芯片；所述plc控制器向伺服电机驱动器发送控制脉冲，分别控制x轴伺服电机、y轴伺服电机、z轴伺服电机和旋转伺服电机拖动对应的滑板运动，进而带动载物台移动至预设位置，并旋转至预设方位角度。

2.根据权利要求1所述的一种自动控制的载物台，其特征在于：所述伺服电机通过其内置编码器与伺服电机驱动器组成闭环控制。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种自动控制的载物台，其特征在于：所述plc控制器通过以太网与人机界面相连，通过人机界面设定目标位置和方位角度，通过人机界面实时监测载物台控制系统的工作状态。

技术总结
本发明公开了一种自动控制的载物台，包括底座、导轨、滑板、小齿轮、大齿轮、滚珠丝杠、螺栓、光轴、输入轴、输出轴、键、滑块、滚动轴承、伺服电机、PLC控制器、伺服电机驱动器、人机界面(HMI)、测量载物台。滚珠丝杠与伺服电机相连接，并通过螺栓固定在滑板上，将电机的旋转转化为直线运动，实现载物台在X/Y/Z轴的三维直线运动；旋转伺服电机通过大小齿轮控制输出轴的旋转，实现Z轴的旋转运动；所述HMI通过以太网连接PLC控制器向伺服电机驱动器发送控制信号，实现载物台的4维运动控制。本发明专利实现了载物台的自动控制与远程监测，以及载物台的高精度位置定位和旋转角度定位，且移动更加精确，运行更加稳定。

技术研发人员：冯洪浩,王绪虎,周安军,杨保国,唐波,郑钢,陈建军,李恩玉
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：20230628
技术公布日：2024/2/19