一种自动精密对位贴合系统的制作方法

本发明涉及精密对位贴合技术领域，具体而言，涉及一种自动精密对位贴合系统。

背景技术：

对位贴合技术广泛应用于工业流程中，尤其在半导体、电子技术、集成电路、腐蚀工业等领域。准确度、精密度、重复性等指标是对位贴合技术的关键指标，直接影响到贴合后加工工艺的精度与质量。

目前对位贴合大都是以手动方式进行，具体方法为：在一台高倍数工具显微镜上夹持被贴材料，在另一夹具上夹持贴合材料，通过物镜视物手动位移台移物的人工对准方式，使被贴材料和贴合材料对准，再手动下压完成贴合。

现有手动贴合技术存在如下缺点：(1)手动分离贴合后材料与载物台，可能造成贴合缝隙；(2)手动下压力度不可控，容易损伤材料；(3)人工对准精度难以保证，导致贴合不准确；(4)对于人员贴合经验依赖性强，普通人员无法直接进行贴合；(5)贴合重复性差，贴合效率低下。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自动精密对位贴合系统，其能够解决手动贴合技术效率低、准确性低和重复性低等缺点。

本发明的实施例是这样实现的：

一种自动精密对位贴合系统，其包括：通过电脑端进行操作的软件组件、供软硬件连接的信号控制组件和机械执行组件，机械执行组件包括机器视觉检测模块、空间精密定位模块、实时闭环反馈控制贴合模块，机器视觉检测模块包括贴合材料、被贴材料、第一视觉检测单元和第二视觉检测单元，空间精密定位模块包括固定在贴合材料上方的夹持机构、固定在被贴材料下方的夹持机构、对位机构、连接供压机构和第二视觉检测单元的的多维精密运动机构，实时闭环反馈控制贴合模块包括供压机构和力反馈单元，贴合材料通过夹持机构固定在供压机构，被贴材料连接力反馈单元并固定在对位机构，第一视觉检测单元位于贴合材料下方并对贴合材料的表面形貌进行检测，通过贴合材料的表面形貌确定空间位姿，第一视觉检测单元将空间位姿的信息传递至对位机构，对位机构再调整贴合材料的位姿，对位机构将贴合材料的信息传递至供压机构，供压机构再下压进行贴合，完成贴合后，贴合材料与夹持机构分离；第二视觉检测单元位于被贴材料上方并对被贴材料的表面形貌进行检测，通过被贴材料的表面形貌确定空间位姿，第二视觉检测单元将空间位姿的信息传递至对位机构，对位机构对被贴材料进行位姿对准，夹持机构通过负压来固定贴合材料或被贴材料的位姿，力反馈单元对被贴材料的受力进行监测，当完成贴合后，被贴材料与夹持机构相互分离。

在本发明较佳的实施例中，上述夹持机构为通过负压来达到吸附和分离的平台，夹持机构包括真空舱体，真空舱体的内部设置有真空舱，真空舱体的上表面或下表面设置有对被贴材料或贴合材料的多个吸附孔，吸附孔连通真空舱，真空舱体的侧面设置有用于供压的气孔，真空舱体的侧面还设置有多个便于加工的加工孔且已封死。

在本发明较佳的实施例中，上述多个吸附孔呈多行多列排列，吸附孔同时对贴合材料或被贴材料的表面进行吸附；吸附孔的形状为规则图形，规则图形包括但不限于圆形、方形和三角形。

在本发明较佳的实施例中，上述气孔为内置的带螺纹的通孔，气孔连通真空舱和真空舱体的外部。

在本发明较佳的实施例中，上述气孔外接有微型真空泵，真空泵对真空舱体内的空气进行抽真空或注入空气，以形成稳定的负压或正压，从而对贴合材料或被贴合材料进行稳定吸附或分离。

在本发明较佳的实施例中，上述多维精密运动机构包括：高精度高分辨率的电动步进位移平台和电动步进旋转平台，电动步进位移平台包括沿水平方向移动的大行程电动机构和沿竖直方向移动的小行程电动机构，电动步进旋转平台沿水平面可360°转动。

在本发明较佳的实施例中，通过上述第一检测单元和第二检测单元的检测出的距离大于2cm时，大行程电动机构快速步进，当第一检测单元检测单元和第二检测单元检测出的距离小于2cm时，小行程电动机构以小步距步进。

在本发明较佳的实施例中，上述力反馈单元检测到的实时压力值接近预设的贴合力阈值时，供压机构将以小步距步进，直至实时压力值大于等于贴合力阈值时，供压机构停止步进。

在本发明较佳的实施例中，上述供压机构每步进一次，力反馈单元则输出一次实时压力值并将每次的实时压力值与贴合力阈值进行比较，直到实时压力值大于等于贴合力阈值，则视为贴合材料与被贴合材料对准贴合完成。

在本发明较佳的实施例中，上述供压机构、夹持机构、力反馈单元、对位机构、第一视觉检测单元和第二视觉检测单元分别电连接至信号控制组件，信号控制组件电连接至软件组件。

本发明的有益效果是：

本发明通过通过夹持机构利用真空正/负压主动分离/吸附的原理，通过真空舱体的吸附孔，对贴合材料和被贴材料进行固定和定位，通过第一视觉检测单元和第二视觉检测单元检测贴合材料和被贴材料的位姿，多维精密运动机构精确步进和定位，通过实时闭环反馈控制贴合模块，利用力反馈单元检测实时压力值，从而完成贴合材料和被贴材料的对准贴合；该系统能够精确将贴合材料和被贴材料对准，相较于手动贴合方式，该系统贴合效率高，精度更高，具有更强的可重复性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

图1为本发明自动精密对位贴合系统的示意图；

图2为本发明作为分离/吸附平台的真空舱体侧面透视示意图；

图3为本发明作为分离/吸附平台的真空舱体底部透视示意图；

图4为本发明机械执行组件的贴合过程示意图；

图5为本发明械执行组件的原理流程图；

图标：1-软件组件；2-信号控制组件；3-供压机构；4-贴合材料；5-被贴材料；6-夹持机构；7-第一视觉检测单元；8-第二视觉检测单元；9-力反馈单元；10-对位机构；11-真空舱体；12-真空舱；13-吸附孔；14-气孔；15-加工孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种自动精密对位贴合系统，其包括：通过电脑端进行操作的软件组件1、供软硬件连接的信号控制组件2和机械执行组件，机械执行组件包括机器视觉检测模块、空间精密定位模块、实时闭环反馈控制贴合模块，机器视觉检测模块包括贴合材料4、被贴材料5、第一视觉检测单元7和第二视觉检测单元8，空间精密定位模块包括固定在贴合材料4上方的夹持机构6、固定在被贴材料5下方的夹持机构6、对位机构10、连接供压机构3和第二视觉检测单元8的的多维精密运动机构，实时闭环反馈控制贴合模块包括供压机构3和力反馈单元9，多维精密运动机构包括电动步进位移平台和电动步进旋转平台，电动步进位移平台包括大行程电动机构和小行程电动机构，多维精密运动机构、供压机构3、夹持机构6、力反馈单元9、对位机构10、第一视觉检测单元7和第二视觉检测单元8分别电连接至信号控制组件2，信号控制组件2电连接至软件组件1；本实施例能够通过机器视觉检测模块对贴合材料4和被贴材料5进行位姿检测，通过空间精密定位模块对贴合材料4和被贴材料5的空间位置进行平移、旋转并对准，通过空间精密定位模块的夹持机构6产生真空正/负压完成对准，通过实施闭环反馈控制贴合模块检测实时压力值并通过实时压力值对是否步进进行反馈调节，最终精确将贴合材料4和被贴材料5对准，相较于手动贴合方式，该系统贴合效率高，精度更高，具有更强的可重复性。

由于系统结构因素，贴合材料4和被贴材料5可能对金属有粘附力，贴合材料4通过夹持机构6固定在供压机构3，被贴材料5连接力反馈单元9并固定在对位机构10，第一视觉检测单元7位于贴合材料4下方并对贴合材料4的表面形貌进行检测，通过贴合材料4的表面形貌确定空间位姿，第一视觉检测单元7将空间位姿的信息传递至对位机构10，对位机构10再调整贴合材料4的位姿，对位机构10将贴合材料4的信息传递至供压机构3，供压机构3再下压进行贴合，完成贴合后，贴合材料4与夹持机构6分离；第二视觉检测单元8位于被贴材料5上方并对被贴材料5的表面形貌进行检测，通过被贴材料5的表面形貌确定空间位姿，第二视觉检测单元8将空间位姿的信息传递至对位机构10，对位机构10对被贴材料5进行位姿对准，夹持机构6通过负压来固定贴合材料4或被贴材料5的位姿，力反馈单元9对被贴材料5的受力进行监测，当完成贴合后，被贴材料5与夹持机构6相互分离

请参照图2和图3，夹持机构6为通过负压来达到吸附和分离的平台，夹持机构6包括真空舱体11，真空舱体11作为本实施例的分离/吸附平台，真空舱体11的内部设置有真空舱12，真空舱体11的上表面或下表面设置有对被贴材料5或贴合材料4的多个吸附孔13，吸附孔13连通真空舱12，真空舱体11的侧面设置有用于供压的气孔14，真空舱体11的侧面还设置有多个便于加工的加工孔15且已封死。通过真空舱体11产生的真空正/负压主动分离/吸附能够主动分离或吸附贴合材料4与被贴材料5，并且在夹持的同时能对贴合材料4与被贴材料5粗定位；多个吸附孔13呈多行多列排列，作为分离/吸附平台的真空舱体11分布有规则的吸附孔13，吸附孔13同时对贴合材料4或被贴材料5的表面进行吸附；吸附孔13的形状为规则图形，规则图形包括但不限于圆形、方形和三角形，本实施例的吸附孔13为圆形，多个吸附孔13呈六边形排列；气孔14为内置的带螺纹的通孔，气孔14连通真空舱12和真空舱体11的外部，气孔14外接有微型真空泵，真空泵对真空舱体11内的空气进行抽真空或注入空气，以形成稳定的负压或正压，从而对贴合材料4或被贴合材料4进行稳定吸附或分离。

请参照图4和图5，多维精密运动机构包括高精度高分辨率的电动步进位移平台和电动步进旋转平台，电动步进位移平台包括沿水平方向移动的大行程电动机构和沿竖直方向移动的小行程电动机构，电动步进旋转平台沿水平面可360°转动。通过夹持机构6和多维精密运动机构完成气动运动联定位空间位姿匹配技术，从而实现对贴合材料4和被贴材料5的空间位姿匹配，首先通过微型真空泵对真空舱体11内部的真空舱12抽吸空气，以形成负压，贴合材料4和被贴材料5稳定地固定在平台上，然后，通过多维精密运动机构进行方向匹配，建立xy坐标系，x方向为贴合材料4与被贴材料5的中心点对准的方向，y方向为与x轴垂直的贴合材料4与被贴材料5偏离的方向，先通过大行程电动机构进行快速的步进，调整x方向的位移和y方向的位移，最后进行角度θ的旋转匹配，使得贴合材料4与被贴材料5位姿对准，在使用过程中，通过第一检测单元和第二检测单元的检测出的距离大于2cm时，大行程电动机构快速步进，当第一检测单元检测单元和第二检测单元检测出的距离小于2cm时，小行程电动机构以小步距步进，最终贴合材料4与被贴材料5位姿对准，空间位姿匹配完成；在贴合材料4与被贴材料5距离大于0.5cm时，供压机构3快速步进，直到贴合材料4与被贴材料5即将接触时，即相差距离小于0.5cm时，供压机构3将以小步距进行步进，力反馈单元9一直对贴合材料4受到的实时压力进行检测，力反馈单元9检测到的实时压力值接近预设的贴合力阈值时，供压机构3将以更小的步距步进，直至实时压力值大于等于贴合力阈值时，供压机构3停止步进。使用前，预先在软件组件1内设置好贴合力阈值的参数，实时闭环反馈控制贴合模块以供压机构3步进分辨率与贴合力显性关系为基础，主要是为了保证实际贴合时贴合力在合理可控的范围内，保证贴合紧密无缝隙且对被贴材料5没有损伤，具体实施方式为：在软件组件1中设定贴合力阈值，供压机构3每步进一次，力反馈单元9则输出一次实时压力值，并将每次的实时压力值与贴合力阈值进行比较，直到实时压力值大于等于贴合力阈值，则视为贴合材料4与被贴合材料4对准贴合完成。

综上所述，本发明实例通过夹持机构利用真空正/负压主动分离/吸附的原理，通过真空舱体的吸附孔，对贴合材料和被贴材料进行固定和定位，通过第一视觉检测单元和第二视觉检测单元检测贴合材料和被贴材料的位姿，多维精密运动机构精确步进和定位，通过实时闭环反馈控制贴合模块，利用力反馈单元检测实时压力值，从而完成贴合材料和被贴材料的对准贴合；该系统能够精确将贴合材料和被贴材料对准，相较于手动贴合方式，该系统贴合效率高，精度更高，具有更强的可重复性。

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。