一种LED晶片自动分选机及其控制系统的制作方法

本发明涉及半导体制造领域，尤其是一种用于LED晶片自动分选机的视觉和运动控制系统。本发明还涉及一种包括该控制系统的LED晶片自动分选机。

背景技术：

LED作为一种绿色光源，具有节能、环保以及寿命长等优点，广泛应用于显示、背光源以及照明等领域。在阵列显示和屏幕元件等对光电特性一致性要求较高的LED应用场合，由于人眼对于颜色波长和亮度的高度敏感性，若使用光电特性存在较大差异的LED晶片则会严重影响视觉效果。但受限于外延材料制备工艺，目前LED晶片还很难满足光电特性的一致性要求，因此在投入后续封装之前，必须要对其关键参数进行严格的测试与分选。

LED晶片分选机是LED芯片生产线上主要的生产设备之一，可以高速分选出不同等级(性能)的晶片。目前国内的LED晶片分选设备完全依赖进口，进口设备不仅价格昂贵，还须对生产人员进行长期的操作培训后才能掌握设备使用，使得芯片的分选已经成为LED的产能瓶颈，迅速研制并推出自主知识产权的晶片分选设备是LED照明产业发展的急迫需求。国内的研究机构虽然开展了LED晶片分选机的研究工作，但受制于所采取的控制系统方案，分选周期指标无法达到同类进口设备的水平，严重影响生产效率，限制了设备在LED芯片生产线上的推广和使用。

因此，提供一种用于LED晶片自动分选机的视觉和运动控制系统，以期缩短LED晶片分选机的分选周期，提高分选效率，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于LED晶片自动分选机的视觉和运动控制系统，以期缩短LED晶片分选机的分选周期，提高分选效率。本发明的另一目的是提供一种包括该控制系统的LED晶片自动分选机。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于LED晶片自动分选机的控制系统，包括工业控制计算机、数字图像采集卡和32轴软运动控制器；

所述工业控制计算机包括至少两路通讯插槽，其中一路所述通讯插槽用于安装所述数字图像采集卡，另外一路通讯插槽用于安装双路千兆网卡；

所述数字图像采集卡通过第一Ethernet网口与用于采集BIN工作台晶圆图像的第一CCD相机相连接；所述数字图像采集卡通过第二Ethernet网口与采集WAFER工作台晶圆图像的第二CCD相机相连接；

所述千兆网卡中的第三Ethernet网口用于连接EtherCAT串行运动控制网络，其第四Ethernet网口用于连接局域网。

进一步地，所述EtherCAT串行运动控制网络包括主站和从站，所述主站为基于多核CPU和Windows平台的实时分布多轴软控制器，所述从站为串行连接的多个ACS驱动/控制器；所述主站与所述从站之间、以及各所述从站之间均通过千兆网线通信连接。

进一步地，所述ACS驱动/控制器包括第一ACS驱动/控制器、第二ACS驱动/控制器、第三ACS驱动/控制器、第四ACS控制器、第五ACS控制器和第六ACS驱动/控制器；各ACS驱动/控制器分别构成所述EtherCAT串行运动控制网络的从站。

进一步地，所述第一ACS驱动/控制器采用支持EtherCAT总线并内嵌驱动器的UDMPM2007型控制器，用于实现BIN平台X轴直线电机和BIN平台Y轴直线电机的闭环反馈控制；

所述BIN平台X轴直线电机和BIN平台Y轴直线电机导轨基座上均安装由玻璃光栅尺和读数头构成的分辨率可达0.5um编码器系统，所述BIN平台X轴直线电机对应编码器采用DB26接头与UDMPM2007控制器0轴编码器输入端相连，BIN平台Y轴直线电机采用DB26接头与UDMPM2007控制器1轴编码器输入端相连；

所述BIN平台中光电传感器连接到UDMPM2007控制器所提供的IO端口，用于上电后使直线电机自动归位以及分选过程中确保电机在安全区域运行。

进一步地，所述第二ACS驱动/控制器采用支持EtherCAT总线并内嵌驱动器的UDMPM2007型控制器，用于实现WAFER平台X轴直线电机和WAFER平台Y轴直线电机的闭环反馈控制；

所述WAFER平台X轴直线电机和WAFER平台Y轴直线电机导轨基座上均安装由玻璃光栅尺和读数头构成的分辨率可达0.5um编码器系统；所述WAFER平台X轴直线电机对应编码器采用DB26接头与UDMPM2007控制器0轴编码器输入端相连，WAFER平台Y轴直线电机采用DB26接头与UDMPM2007控制器的1轴编码器输入端相连；

所述WAFER平台中光电传感器连接到UDMPM2007控制器所提供的IO端口，用于上电后使直线电机自动归位以及分选过程中确保电机在安全区域运行。

进一步地，所述第三ACS驱动/控制器采用支持EtherCAT总线并内嵌驱动器的UDMPM1007型控制器，用于实现摆臂直驱电机的闭环运动控制；

所述摆臂直驱电机上安装有Sin-Cos模拟量编码器，采用DB26接头与UDMPM1007控制器0轴编码器输入端相连；

所述摆臂装置中光电传感器连接到UDMPM1007控制器所提供的IO端口，用于上电后使直驱电机自动归位以及分选过程中确保电机在安全区域运行。

进一步地，所述第四ACS控制器采用支持EtherCAT总线的PDMnt型控制器，用于BIN台夹爪步进电机、WAFER台夹爪步进电机以及硅片工作台步进电机的开环运动控制；

所述PDMnt控制器DRIVE1控制信号接线端连接第一步进电机驱动器控制BIN台夹爪步进电机；DRIVE2控制信号接线端连接第二步进电机驱动器控制WAFER台夹爪步进电机，PDMnt控制器DRIVE3控制信号接线端连接第三步进电机驱动器硅片工作台步进电机；

为实现系统中步进电机的闭环位置控制，三个步进电机均集成有1000线光电编码器，BIN台夹爪步进电机编码器连接到第一ACS驱动/控制器的2轴编码器输入端，WAFER台夹爪步进电机编码器连接到所述第一ACS驱动/控制器的3轴编码器输入端，硅片工作台步进电机编码器连接到所述第二ACS驱动/控制器的2轴编码器输入端。

进一步地，所述第五ACS控制器采用支持EtherCAT总线的PDMnt型控制器，用于硅片升降台步进电机、料盒升降台Y轴交流伺服电机以及料盒升降台Z轴交流伺服电机的运动控制；

所述PDMnt控制器DRIVE1控制信号接线端连接第四步进电机驱动器控制硅片升降台步进电机；DRIVE2控制信号接线端连接第一伺服电机驱动器控制料盒升降台Y轴交流伺服电机；DRIVE3控制信号接线端连接第二伺服电机驱动器控制料盒升降台Z轴交流伺服电机；

为实现硅片台步进电机的闭环位置控制，硅片升降台步进电机集成有1000线光电编码器，连接到所述第二ACS驱动/控制器的3轴编码器输入端，料盒升降台Y轴交流伺服电机采用2500线光电编码器，连接到第一伺服电机驱动器的编码器输入端，第一伺服电机驱动器中等效编码器输出信号连接到所述第三ACS驱动/控制器编码器1轴输入端；料盒升降台Z轴交流伺服电机采用2500线光电编码器，连接到第二伺服电机驱动器的编码器输入端，第二伺服电机驱动器中等效编码器输出信号连接到所述第六ACS驱动/控制器的3轴编码器输入端。

进一步地，所述第六ACS驱动/控制器采用支持EtherCAT总线并内嵌驱动器的UDMlc型控制器，用于实现第一摆臂音圈电机、第二摆臂音圈电机以及推顶器音圈电机的闭环反馈控制；

音圈电机导轨基座上均安装由玻璃光栅尺和读数头构成的分辨率可达0.5um编码器系统。第一摆臂音圈电机对应编码器与UDMlc控制器0轴编码器输入端相连，第二摆臂音圈电机对应编码器与UDMlc控制器的1轴编码器输入端相连，推顶器音圈电机对应编码器与UDMlc控制器的2轴编码器输入端相连。

本发明还提供一种LED晶片自动分选机，包括如上所述的控制系统。

本发明提供了一种用于LED晶片自动分选机的控制系统，包括工业控制计算机、数字图像采集卡和32轴软运动控制器；其中，所述工业控制计算机包括至少两路通讯插槽，其中一路所述通讯插槽用于安装所述数字图像采集卡，另外一路通讯插槽用于安装双路千兆网卡；所述数字图像采集卡通过第一Ethernet网口与用于采集BIN工作台晶圆图像的第一CCD相机相连接；所述数字图像采集卡通过第二Ethernet网口与采集WAFER工作台晶圆图像的第二CCD相机相连接；所述千兆网卡中的第三Ethernet网口用于连接EtherCAT串行运动控制网络，其第四Ethernet网口用于连接局域网。

这样，该视觉和运动控制系统利用工业计算机、数字图像采集卡和32轴软运动控制器，缩短了LED晶片分选机的分选周期，提高了分选效率。

附图说明

图1为本发明实施例中LED晶片分选机视觉和运动控制方案图；

图2为本发明实施例中LED晶片分选机EtherCAT串行运动控制网络结构图；

图3为本发明实施例中LED晶片分选机IO控制方案示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参考图1和图2，图1为本发明实施例中LED晶片分选机视觉和运动控制方案图；图2为本发明实施例中LED晶片分选机EtherCAT串行运动控制网络结构图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的控制系统用于LED晶片自动分选机，该控制系统包括工业控制计算机、数字图像采集卡和32轴软运动控制器；其中，所述工业控制计算机包括至少两路通讯插槽，其中一路所述通讯插槽用于安装所述数字图像采集卡，另外一路通讯插槽用于安装双路千兆网卡；所述数字图像采集卡通过第一Ethernet网口与用于采集BIN工作台晶圆图像的第一CCD相机相连接；所述数字图像采集卡通过第二Ethernet网口与采集WAFER工作台晶圆图像的第二CCD相机相连接；所述千兆网卡中的第三Ethernet网口用于连接EtherCAT串行运动控制网络，其第四Ethernet网口用于连接局域网。这样，该视觉和运动控制系统利用工业计算机、数字图像采集卡和32软轴运动控制器，缩短了LED晶片分选机的分选周期，提高了分选效率。

进一步地，为了保证分选精度，所述EtherCAT串行运动控制网络包括主站和从站，所述主站为基于多核CPU和Windows平台的实时分布多轴软控制器，所述从站为串行连接的多个ACS驱动/控制器；所述主站与所述从站之间、以及各所述从站之间均通过千兆网线通信连接。

作为从站，ACS驱动/控制器包括第一ACS驱动/控制器、第二ACS驱动/控制器、第三ACS驱动/控制器、第四ACS控制器、第五ACS控制器和第六ACS驱动/控制器，各ACS驱动/控制器分别构成所述EtherCAT串行运动控制网络的从站。

在工控机中通过软控制器提供的SPiiPlus MMI图形化开发界面对EtherCAT网络系统进行配置，并对EtherCAT从站所控制的电机进行参数整定。

具体地，第一ACS驱动/控制器采用支持EtherCAT总线并内嵌驱动器的UDMPM2007型控制器，用于实现BIN平台X轴直线电机和BIN平台Y轴直线电机的闭环反馈控制。BIN平台X轴直线电机和BIN平台Y轴直线电机导轨基座上均安装由玻璃光栅尺和读数头构成的分辨率可达0.5um编码器系统。BIN平台X轴直线电机对应编码器采用DB26接头与UDMPM2007控制器0轴编码器输入端相连，BIN平台Y轴直线电机采用DB26接头与UDMPM2007控制器1轴编码器输入端相连。BIN平台中光电传感器连接到UDMPM2007控制器所提供的IO端口，用于上电后使直线电机自动归位以及分选过程中确保电机在安全区域运行。

第二ACS驱动/控制器采用支持EtherCAT总线并内嵌驱动器的UDMPM2007型控制器，用于实现WAFER平台X轴直线电机和WAFER平台Y轴直线电机的闭环反馈控制。WAFER平台X轴直线电机和WAFER平台Y轴直线电机导轨基座上均安装由玻璃光栅尺和读数头构成的分辨率可达0.5um编码器系统。WAFER平台X轴直线电机对应编码器采用DB26接头与UDMPM2007控制器0轴编码器输入端相连，WAFER平台Y轴直线电机采用DB26接头与UDMPM2007控制器1轴编码器输入端相连。WAFER平台中光电传感器连接到UDMPM2007控制器所提供的IO端口，用于上电后使直线电机自动归位以及分选过程中确保电机在安全区域运行。

第三ACS驱动/控制器采用支持EtherCAT总线并内嵌驱动器的UDMPM1007型控制器，用于实现摆臂直驱电机的闭环运动控制。摆臂直驱电机上安装有Sin-Cos模拟量编码器，采用DB26接头与UDMPM1007控制器0轴编码器输入端相连。摆臂装置中光电传感器连接到UDMPM1007控制器所提供的IO端口，用于上电后使直驱电机自动归位以及分选过程中确保电机在安全区域运行。

第四ACS控制器采用支持EtherCAT总线的PDMnt型控制器，用于BIN台夹爪步进电机、WAFER台夹爪步进电机以及硅片工作台步进电机的开环运动控制。PDMnt控制器DRIVE1控制信号接线端连接步进电机驱动器1控制BIN台夹爪步进电机；DRIVE2控制信号接线端连接步进电机驱动器2控制WAFER台夹爪步进电机，PDMnt控制器DRIVE3控制信号接线端连接步进电机驱动器3硅片工作台步进电机。三个步进电机均集成有1000线光电编码器，BIN台夹爪步进电机编码器连接到第一ACS驱动/控制器2轴编码器输入端，WAFER台夹爪步进电机编码器连接到第一ACS驱动/控制器3轴编码器输入端，硅片工作台步进电机编码器连接到第二ACS驱动/控制器2轴编码器输入端。

第五ACS控制器采用支持EtherCAT总线的PDMnt型控制器，用于硅片升降台步进电机、料盒升降台Y轴交流伺服电机以及料盒升降台Z轴交流伺服电机的运动控制。PDMnt控制器DRIVE1控制信号接线端连接步进电机驱动器4控制硅片升降台步进电机；DRIVE2控制信号接线端连接伺服电机驱动器1控制料盒升降台Y轴交流伺服电机；DRIVE3控制信号接线端连接伺服电机驱动器2控制料盒升降台Z轴交流伺服电机。硅片升降台步进电机集成有1000线光电编码器，连接到第二ACS驱动/控制器的3轴编码器输入端。料盒升降台Y轴交流伺服电机采用2500线光电编码器，连接到伺服电机驱动器1编码器输入端，伺服电机驱动器1中等效编码器输出信号连接到第三ACS驱动/控制器中1轴编码器输入端。料盒升降台Z轴交流伺服电机采用2500线光电编码器，连接到伺服电机驱动器2编码器输入端，伺服电机驱动器2中等效编码器输出信号连接到第六ACS驱动/控制器中3轴编码器输入端。

第六ACS驱动/控制器采用支持EtherCAT总线并内嵌驱动器的UDMlc型控制器，用于实现第一摆臂音圈电机、第二摆臂音圈电机以及推顶器音圈电机的闭环反馈控制。音圈电机导轨基座上均安装由玻璃光栅尺和读数头构成的分辨率可达0.5um编码器系统。第一摆臂音圈电机对应编码器与UDMlc控制器0轴编码器输入端相连，第二摆臂音圈电机对应编码器与UDMlc控制器1轴编码器输入端相连，推顶器音圈电机对应编码器与UDMlc控制器3轴编码器输入端相连。

本发明实施例中LED晶片分选机IO控制方案示意图如附图3所示。

EtherCAT运动控制网络中第一ACS驱动/控制器和第二ACS驱动/控制器具备模拟量输出功能，将第一ACS驱动/控制器的第一路模拟量输出编号为AO0，连接到第一光强控制电路控制第一工业CCD相机的主光源；将第一ACS驱动/控制器的第二路模拟量输出编号为AO1，连接到第二光强控制电路控制第一工业CCD相机的侧光源；将第二ACS驱动/控制器的第一路模拟量输出编号为AO2，连接到第三光强控制电路控制第二工业CCD相机的主光源；将第二ACS驱动/控制器的第二路模拟量输出编号为AO3，连接到第四光强控制电路控制第二工业CCD相机的侧光源。

EtherCAT运动控制网络中第一至第六ACS驱动/控制器均具备数字量输入和输出功能，分选机中光电传感器检测信号连接到DI0-38端口；数字量输出端口DO0-13用于控制分选机中电磁阀动作，数字量输出端口DO14-16用于控制报警指示灯状态，数字量输出端口DO17-18则用于控制硅片工作台扩张器直流电机的启停和转向。

基于本发明所设计的LED晶片自动分选机控制系统，将电机控制部分底层代码采用ACS提供的多任务编程语言环境ACSPL+开发，而其它部分代码采用C#语言开发，可缩短LED晶片分选机分选周期，提高分选效率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。