CN105000366A - Led芯片搬运装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED芯片搬运装置，包括工作台及上相机系统，在工作台上安装有X轴运动装置，所述X轴运动装置上安装有Y轴运动装置，所述Y轴运动装置上安装有Z轴逼近机构；所述Z轴逼近机构包括Z轴运动装置及角度调整装置，所述Z轴运动装置上安装有抓取装置；所述上相机系统观察LED芯片的空间位置，通过所述X轴运动装置、所述Y轴运动装置及所述Z轴运动装置分别实现所述LED芯片的X向、Y向及Z向的运动，通过所述角度调整装置实现所述LED芯片的角度调整。本发明通过X轴运动装置、Y轴运动装置、Z轴运动装置及角度调整装置实现四个轴的精确运动控制与定位，从而实现对LED芯片的精确定位抓取与摆放，提高了效率与精度。

Description

LED芯片搬运装置

技术领域

本发明涉及LED显示屏的自动生产设备，具体地说是一种LED芯片搬运装置。

背景技术

在利用红绿蓝三原色LED芯片制作高分辨率和超高分别率的显示器过程中，目前还没有专门的自动设备用来对单一的RGB芯片进行抓取和摆放，从而来制作LED显示屏。因此，为了提高效率，有必要设计一种自动的LED芯片搬运装置。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种高效率的可自动抓取和摆放芯片的LED芯片搬运装置。

按照本发明的技术方案：一种LED芯片搬运装置，包括工作台及上相机系统，所述工作台上安装有X轴运动装置，所述X轴运动装置上安装有Y轴运动装置，所述Y轴运动装置上安装有Z轴逼近机构；所述Z轴逼近机构包括Z轴运动装置及角度调整装置，所述Z轴运动装置上安装有抓取装置；所述上相机系统观察LED芯片的空间位置，通过所述X轴运动装置、所述Y轴运动装置及所述Z轴运动装置分别实现所述LED芯片的X向、Y向及Z向的运动，通过所述角度调整装置实现所述LED芯片的角度调整。

所述X轴运动装置包括X向导轨、直线电机及编码器，所述编码器包括光栅读头与光栅尺，所述直线电机及所述光栅尺分别平行于所述X向导轨；所述直线电机的动子上固定有Y平台连接架及光栅读头固定架，所述光栅读头固定架上固定有所述光栅读头；所述X向导轨上滑动配合有Y平台支腿连接块。

所述Y轴运动装置包括固定在Y平台上的Y向导轨及丝杠系统；所述丝杠系统包括平行于所述Y向导轨的丝杠，所述丝杠与步进马达相连；所述Y向导轨上滑动配合有Z平台连接块；所述Z平台连接块螺纹配合在所述丝杠上。

所述上相机系统安装在所述Z轴运动装置上，所述上相机系统包括上相机、物镜及光源；所述Z轴运动装置包括Z平台，所述Z平台上活动连接有可轴向移动的中空的Z向轴，所述Z向轴上套装有可绕其旋转的角度微调臂，所述Z向轴上固定有Z轴运动臂；所述Z轴运动臂与所述角度微调臂之间安装有直线驱动装置，所述直线驱动装置驱动所述Z轴运动臂并带动所述Z向轴做轴向移动；所述Z向轴的上端安装有所述上相机及所述光源，所述Z向轴的下端安装有所述物镜；所述Z向轴的中空孔作为所述物镜与所述上相机之间的光路。

所述直线驱动装置包括Z向微调电机、丝杠及直线导轨；所述直线导轨安装在所述Z轴运动臂与所述角度微调臂之间，所述Z向微调电机固定在所述角度微调臂上，所述丝杠连接在所述Z向微调电机的输出轴上，所述Z轴运动臂螺纹连接在所述丝杠上。

所述角度调整装置包括角度微调电机、驱动轮及驱动轮适配；所述角度微调电机固定在所述Z平台上，所述角度微调电机的输出轴上固定有所述驱动轮，所述驱动轮适配固定在所述角度微调臂上，所述驱动轮与所述驱动轮适配摩擦连接；所述角度微调电机通过所述驱动轮驱动所述驱动轮适配绕着所述驱动轮旋转，并进而带动所述角度微调臂、所述Z轴运动臂及所述Z向轴转动。

所述抓取装置固定在所述物镜的一侧。

所述工作台上设置有下相机系统；所述下相机系统包括镜筒，所述镜筒的两端分别安装有物镜与下相机，所述物镜的周围设置有连接在所述镜筒上的反光罩，所述反光罩的外端开口、内端封闭，所述反光罩内端的底部安装有环绕所述物镜的照明光源。

所述工作台上设置有样品台。

所述工作台的底部设置有脚垫，所述工作台的侧面设置有相对的两个把手。

本发明的技术效果在于：本发明通过X轴运动装置、Y轴运动装置、Z轴运动装置及角度调整装置实现四个轴的精确运动控制与定位，从而实现对LED芯片的精确定位抓取与摆放，提高了效率与精度。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明另一视角的立体结构示意图。

图3为本发明中的X轴运动装置的立体结构示意图。

图4为本发明中的X轴运动装置的另一视角的立体结构示意图。

图5为本发明中的Y轴运动装置的立体结构示意图。

图6为本发明中的Y轴运动装置的另一视角的立体结构示意图。

图7为本发明中的Z轴逼近机构的主视图。

图8为图7的俯视图。

图9为图7的左视图。

图10为图9中的A-A剖视图。

图11为本发明中的Z轴逼近机构的立体结构示意图。

图12为本发明中的下相机系统的立体结构示意图。

图13为本发明中的下相机系统的主视图。

图14为图13中的B-B剖视图。

图1～图14中，包括工作台100、脚垫101、下相机安装孔102、把手103，样品台200，下相机系统300、物镜301、反光罩302、照明光源303、第一锁紧螺母304、镜筒305、第二锁紧螺母306、固定法兰307、下相机308，X轴运动装置400、X向导轨401、直线电机402、Y平台支腿连接块403、动子404、Y平台连接架405、光栅读头固定架406、光栅读头407、光栅尺408，Y轴运动装置500、Y平台501、限位块502、导轨503、丝杠504、Z平台连接块505、步进马达506、Y平台支腿507，Z轴逼近机构600、丝杠601、Z轴运动臂602、直线导轨603、Z向微调电机604、Z平台605、Z向轴606、传感器固定架607、抓取装置608、角度微调电机609、驱动轮610、驱动轮适配611、角度微调臂612、直线轴承套613、轴承座614、轴承615，上相机系统700、上相机701、相机适配器702、物镜703、光源704、分光镜705等。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1、图2所示，本发明是一种LED芯片搬运装置，包括工作台100及安装在工作台100上的X轴运动装置400、Y轴运动装置500、Z轴逼近机构600及上相机系统700。X轴运动装置400直接安装在工作台100上，X轴运动装置400上安装有Y轴运动装置500，Y轴运动装置500上安装有Z轴逼近机构600；Z轴逼近机构600包括Z轴运动装置及角度调整装置，Z轴运动装置上还安装有抓取装置608。上相机系统700观察LED芯片的空间位置，通过X轴运动装置400、Y轴运动装置500及Z轴运动装置分别实现LED芯片的X向、Y向及Z向的运动，通过角度调整装置实现LED芯片的角度调整。本发明中的X轴、Y轴及Z轴是指立体空间三维坐标系的三个轴，相应的，X向、Y向及Z向分别是指沿着X轴、Y轴及Z轴的方向。

工作台100一般选用花岗岩。如图3及图4所示，工作台100的底部设置有四个软质脚垫101，工作台100的侧面设置有相对的两个把手103。四个软质脚垫101可以有效地降低地面或工作台的震动影响，两个把手103方便整个装置的移动。

如图3及图4所示，X轴运动装置400包括X向导轨401、直线电机402及编码器。直线电机402提供高速运动需求，编码器提供高精度的重复定位要求。

X向导轨401有两根，平行固定在工作台100上本；每根X向导轨401上分别滑动配合有两个Y平台支腿连接块403，Y平台支腿连接块403用于固定Y轴运动装置500中的Y平台支腿507。直线电机402安装在两根X向导轨401之间，并且平行于X向导轨401。直线电机402的动子404上固定有Y平台连接架405及光栅读头固定架406。光栅读头固定架406为L形。

编码器包括光栅读头407与光栅尺408，光栅尺408也安装在两根X向导轨401之间，并且平行于X向导轨401。光栅读头407固定在光栅读头固定架406上。

如图5及图6所示，Y轴运动装置500包括Y平台501、Y向导轨503及丝杠系统。

Y平台501的下面固定有两个Y平台支腿507，两个Y平台支腿507分别固定在两根X向导轨401上的Y平台支腿连接块403上。Y平台501通过两个Y平台支腿507跨在直线电机402的两侧，直线电机402的动子404上固定的Y平台连接架405固定在其中一个Y平台支腿507上。

Y向导轨503固定在Y平台501上，Y向导轨503上滑动配合有Z平台连接块505，Z平台连接块505用来固定Z平台605。丝杠系统包括平行于Y向导轨503的丝杠504，丝杠504与步进马达506相连，丝杠504的自由端设置有限位块502；丝杠504上螺纹配合有Z平台连接块505。

如图7～图11所示，Z轴逼近机构600包括Z轴运动装置及角度调整装置这两个部分。

上相机系统700可以布置在Y平台501上，也可以布置在Z轴运动装置上。本实施例中，上相机系统700是布置在Z轴运动装置上。上相机系统700用于观察微米级LED芯片样品，确定样品位置。上相机系统700包括上相机701、相机适配器702、物镜703、光源704及分光镜705。光源704位于相机适配器702上，分光镜705位于相机适配器702的内部。

Z轴运动装置用于实现Z向的运动。Z轴运动装置包括Z平台605，Z平台605作为整个Z轴运动装置的机架，Z平台605的作用是将整个Z轴运动装置固定在LED芯片搬运装置上。

Z平台605上活动连接有可轴向移动的中空的Z向轴606。Z向轴606的上端安装有上相机701及光源704，上相机701安装在相机适配器702上，相机适配器702固定在Z向轴606的上端。Z向轴606的下端安装有物镜703。Z向轴606的中空孔作为物镜703与上相机701之间的光路。

在Z向轴606的下端还固定有传感器固定架607，物镜703通过螺纹适配器连接在传感器固定架607上。

物镜703的一侧还可以固定有抓取装置608，抓取装置608最好螺纹连接在传感器固定架607上。抓取装置608采用真空吸头、磁吸头或者电吸头等任意一种。抓取装置608用来抓取LED芯片，其采用多空阵列的形式，每次可以抓取多个LED芯片。抓取装置608配有力传感器和电容距离传感器，力传感器判断芯片是否被抓取到，距离传感器实时测量吸头与芯片的距离，防止吸头撞坏LED芯片。

Z平台605上固定有直线轴承套613，Z向轴606安装在直线轴承套613内。Z向轴606只能在直线轴承套613内上下运动，而不产生转动。

Z向轴606上套装有可绕其旋转的角度微调臂612。角度微调臂612通过轴承615安装在轴承座614上，轴承座614固定在直线轴承套613外。

Z向轴606上还固定有Z轴运动臂602。Z轴运动臂602最好固定在Z向轴606的顶端，位于相机适配器702的下方。

在Z轴运动臂602与角度微调臂612之间安装有直线驱动装置，直线驱动装置驱动Z轴运动臂602并带动Z向轴606做轴向移动。

直线驱动装置包括Z向微调电机604、丝杠601及直线导轨603。直线导轨603安装在Z轴运动臂602与角度微调臂612之间，限制Z轴运动臂602与角度微调臂612的相对旋转。Z向微调电机604固定在角度微调臂612上，丝杠601连接在Z向微调电机604的输出轴上，Z轴运动臂602螺纹连接在丝杠601上。Z向微调电机604最好采用步进电机，可实现脉冲控制，精确度高。

角度调整装置用于调整角度，其包括角度微调电机609、驱动轮610及驱动轮适配611。角度微调电机609固定在Z平台605上，角度微调电机609的输出轴上固定有驱动轮610，驱动轮适配611固定在角度微调臂612上，驱动轮610与驱动轮适配611摩擦连接；角度微调电机609通过驱动轮610驱动驱动轮适配611绕着驱动轮610旋转，并进而带动角度微调臂612、Z轴运动臂602及Z向轴606转动。角度微调电机609也最好采用步进电机，可实现脉冲控制，精确度高。

如图1所示，工作台100上还设置有下相机系统300；下相机系统300安装在工作台100的下相机安装孔102(见图3、图4)上，位于X向导轨401的一侧，并且位于上相机系统700的下方。下相机系统300用来检查抓取装置608抓取LED芯片的情况。

如图12～图14所示，下相机系统300包括镜筒305，镜筒305的两端分别安装有物镜301与相机308，镜筒305构成成像光路。

物镜301的周围设置有连接在镜筒305上的反光罩302，反光罩302的外端开口、内端封闭，反光罩302最好也制成筒状。反光罩302内端的底部安装有环绕物镜301的照明光源303。照明光源303最好采用LED光源。照明光源303位于物镜301的四周，与成像系统互不干扰；照明光源303四周是经过特殊设计和制造的筒状反光罩302，有利于光能很均匀的照射在样品台上。

反光罩302最好螺纹连接在镜筒305上，这样可以精细调节照明光源303到样品台的距离，以便达到良好的照明效果。在反光罩302的内端还可以设置有螺纹连接在镜筒305上的第一锁紧螺母304。第一锁紧螺母304用来锁紧反光罩302，防止其松动。

镜筒305上还螺纹连接有固定法兰307，固定法兰307用来将本发明固定在工业设备上。镜筒305与固定法兰307螺纹连接，可以精细地调节物镜301到样品台的距离，从而提高成像质量。固定法兰307靠近物镜301的一侧还设置有螺纹连接在镜筒305上的第二锁紧螺母306。第二锁紧螺母306用来锁紧镜筒305，防止其松动。

再参见图1，工作台100上还固定有五个样品台200，五个样品台200位于下相机系统300的外侧；五个样品台200排成一列，并且平行于X向导轨401；下相机系统300位于X向导轨401与五个样品台200之间。五个样品台200采用电磁铁来固定LED芯片。LED芯片的单一RGB芯片分别摆放在中间的三个样品台200上，两端的样品台200为需要排放的形成很多像素点的LED芯片阵列(每个基本像素点都由LED三种颜色的芯片组成)。LED芯片的电路板是导磁材料，可以由电磁铁吸引，电磁铁一般情况下都是通电的，保持芯片与样品台200固定，当抓取装置608去抓取芯片的瞬间，电磁铁断电，抓取装置608可以成功抓取芯片，摆放过程与之类似，是抓取装置608瞬时断开。

本发明的工作过程如下：利用X轴运动装置400中的直线电机402配合编码器，可以高速地将Y平台501运送到需要位置的X轴方向；Y轴方向的行程比较小，利用Y轴运动装置500中的高精度的步进马达506及丝杠系统实现Z平台605在Y轴方向的精度定位；在X轴与Y轴方向运动到位后，Z平台605上的上相机系统700的相机开始对样品进行观察，利用自动聚焦算法来自动运动到相机的焦距位置，观察样品的X向、Y向和角度方向的偏差，通过自动校正算法来调整X向、Y向和角度方向；观察样品完全对位后，转换到抓取装置608，抓取装置608上有距离传感器，运动到快要接触到样品的时候，样品台200上的电磁铁开始断电，样品就会被抓取装置608抓取起来，电磁铁断电后剩磁可以起到暂时固定没有被抓取的样品，抓取装置608抓取样品后，力传感器会显示力有个骤变来判断是否抓取到样品，抓取完成后，Z向上运动，同时电磁铁恢复通电，利用下相机系统300查看抓取装置608抓取样品的效果，无误后运动到铺设样品台200；首先上相机系统700观察需要摆放的位置和对位置进行校正完成后，摆放过程与抓取过程有点类似，Z向快要运动到位后，断开抓取装置608，样品将会被样品台200上的电磁铁吸引住，同时利用下相机系统300查看排放效果；这就是一个完整的抓取和排放的过程。

本发明通过X轴运动装置400、Y轴运动装置500、Z轴运动装置及角度调整装置实现四个轴的精确运动控制与定位，从而实现对LED芯片的精确定位抓取与摆放，提高了效率。

本发明可用于单片芯片的搬运，也可用于芯片阵列的搬运。

上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。

Claims (10)

1.一种LED芯片搬运装置，其特征是：包括工作台(100)及上相机系统(700)，所述工作台(100)上安装有X轴运动装置(400)，所述X轴运动装置(400)上安装有Y轴运动装置(500)，所述Y轴运动装置(500)上安装有Z轴逼近机构(600)；所述Z轴逼近机构(600)包括Z轴运动装置及角度调整装置，所述Z轴运动装置上安装有抓取装置(608)；所述上相机系统(700)观察LED芯片的空间位置，通过所述X轴运动装置(400)、所述Y轴运动装置(500)及所述Z轴运动装置分别实现所述LED芯片的X向、Y向及Z向的运动，通过所述角度调整装置实现所述LED芯片的角度调整。

2.按照权利要求1所述的LED芯片搬运装置，其特征是：所述X轴运动装置(400)包括X向导轨(401)、直线电机(402)及编码器，所述编码器包括光栅读头(407)与光栅尺(408)，所述直线电机(402)及所述光栅尺(408)分别平行于所述X向导轨(401)；所述直线电机(402)的动子(404)上固定有Y平台连接架(405)及光栅读头固定架(406)，所述光栅读头固定架(406)上固定有所述光栅读头(407)；所述X向导轨(401)上滑动配合有Y平台支腿连接块(403)。

3.按照权利要求1所述的LED芯片搬运装置，其特征是：所述Y轴运动装置(500)包括固定在Y平台(501)上的Y向导轨(503)及丝杠系统；所述丝杠系统包括平行于所述Y向导轨(503)的丝杠(504)，所述丝杠(504)与步进马达(506)相连；所述Y向导轨(503)上滑动配合有Z平台连接块(505)；所述Z平台连接块(505)螺纹配合在所述丝杠(504)上。

4.按照权利要求1所述的LED芯片搬运装置，其特征是：所述上相机系统(700)安装在所述Z轴运动装置上，所述上相机系统(700)包括上相机(701)、物镜(703)及光源(704)；所述Z轴运动装置包括Z平台(605)，所述Z平台(605)上活动连接有可轴向移动的中空的Z向轴(606)，所述Z向轴(606)上套装有可绕其旋转的角度微调臂(612)，所述Z向轴(606)上固定有Z轴运动臂(602)；所述Z轴运动臂(602)与所述角度微调臂(612)之间安装有直线驱动装置，所述直线驱动装置驱动所述Z轴运动臂(602)并带动所述Z向轴(606)做轴向移动；所述Z向轴(606)的上端安装有所述上相机(701)及所述光源(704)，所述Z向轴(606)的下端安装有所述物镜(703)；所述Z向轴(606)的中空孔作为所述物镜(703)与所述上相机(701)之间的光路。

5.按照权利要求4所述的LED芯片搬运装置，其特征是：所述直线驱动装置包括Z向微调电机(604)、丝杠(601)及直线导轨(603)；所述直线导轨(603)安装在所述Z轴运动臂(602)与所述角度微调臂(612)之间，所述Z向微调电机(604)固定在所述角度微调臂(612)上，所述丝杠(601)连接在所述Z向微调电机(604)的输出轴上，所述Z轴运动臂(602)螺纹连接在所述丝杠(601)上。

6.按照权利要求4所述的LED芯片搬运装置，其特征是：所述角度调整装置包括角度微调电机(609)、驱动轮(610)及驱动轮适配(611)；所述角度微调电机(609)固定在所述Z平台(605)上，所述角度微调电机(609)的输出轴上固定有所述驱动轮(610)，所述驱动轮适配(611)固定在所述角度微调臂(612)上，所述驱动轮(610)与所述驱动轮适配(611)摩擦连接；所述角度微调电机(609)通过所述驱动轮(610)驱动所述驱动轮适配(611)绕着所述驱动轮(610)旋转，并进而带动所述角度微调臂(612)、所述Z轴运动臂(602)及所述Z向轴(606)转动。

7.按照权利要求4所述的LED芯片搬运装置，其特征是：所述抓取装置(608)固定在所述物镜(703)的一侧。

8.按照权利要求1所述的LED芯片搬运装置，其特征是：所述工作台(100)上设置有下相机系统(300)；所述下相机系统(300)包括镜筒(305)，所述镜筒(305)的两端分别安装有物镜(301)与下相机(308)，所述物镜(301)的周围设置有连接在所述镜筒(305)上的反光罩(302)，所述反光罩(302)的外端开口、内端封闭，所述反光罩(302)内端的底部安装有环绕所述物镜(301)的照明光源(303)。

9.按照权利要求1所述的LED芯片搬运装置，其特征是：所述工作台(100)上设置有样品台(200)。

10.按照权利要求1所述的LED芯片搬运装置，其特征是：所述工作台(100)的底部设置有脚垫(101)，所述工作台(100)的侧面设置有相对的两个把手(103)。