CN108557457A - 一种废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置及其控制方法，该装置包括机械组件、检测与控制组件、计算机以及多个芯片分类盒；机械组件包括电动滑台、三自由度机械臂以及自动锁紧与解锁芯片座机构；多个芯片分类盒分别设置在电动滑台两侧；三自由度机械臂的顶部可移动，底部设置在电动滑台上方；三自由度机械臂包括控制水平方向转动的第一机械臂和控制向两侧转动的第二机械臂，自动锁紧与解锁芯片座机构安装在第一机械臂的底部；电动滑台、三自由度机械臂、自动锁紧与解锁芯片座机构以及计算机均与检测与控制组件相连。本发明能够对芯片进行自动检测，并根据检测结果进行分类，能够对废弃芯片进行再检测、再利用，提高了芯片的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及芯片检测设备技术领域，尤其涉及一种废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置及其控制方法。
背景技术
STM32微处理器作为高性能32位微处理器在社会生产和生活中得到广泛应用。仅以每年的省和全国电子设计竞赛中其使用量为例，初步估计达10万片计。但由于主要是基于训练，因为不熟练等原因造成大量芯片通用输入输出口或个别管脚物理损坏而被废弃，估计约废弃量达15000片，而其中大部分芯片只是个别口损坏，在大多数训练甚至产品中很多时候是用不到那么多的输入输出口或某些端口。
另一方面，废弃芯片含重金属对环境造成破坏不利于环保。如果能够设计一种微处理器质量检测和分拣装置，能自动测出芯片是完全失效，还是某些功能或端口失效，然后一一标注出来，把相关芯片重新利用起来可以减少废旧芯片对环境的污染同时也可以减少成本。
而目前的芯片自动分拣系统，如发明人柳弘俊等的发明专利《半导体器件分拣装置及其分拣方法》是一种根据分拣标准自动分拣诸如半导体芯片的器件的分拣装置，发明的目的在“第一器件”和“第二器件”搬运及处理速度的提高。再如基于LED高速高精度自动测试分拣设备方案等，未见专门针对芯片质量检测和自动分拣的装置、方案和方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中缺少对芯片进行质量检测和自动分拣的装置的缺陷，提供一种废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置及其控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置，该装置包括机械组件、检测与控制组件、计算机以及多个芯片分类盒；其中
机械组件包括电动滑台、三自由度机械臂以及自动锁紧与解锁芯片座机构；多个芯片分类盒分别设置在电动滑台两侧；三自由度机械臂的顶部可移动，底部设置在电动滑台上方；三自由度机械臂包括控制水平方向转动的第一机械臂和控制向两侧转动的第二机械臂，自动锁紧与解锁芯片座机构安装在第一机械臂的底部；电动滑台、三自由度机械臂、自动锁紧与解锁芯片座机构以及计算机均与检测与控制组件相连；
通过自动锁紧与解锁芯片座机构对待检测的芯片进行锁紧，检测与控制组件通过计算机将检测代码下载至芯片中，通过检测代码对芯片进行检测，根据检测结果对芯片进行分类，并通过电动滑台和三自由度机械臂将芯片移动至对应类别的芯片分类盒上方，自动锁紧与解锁芯片座机构完成解锁后，芯片放置于对应类别的芯片分类盒中。
进一步地，本发明的电动滑台包括：导轨电机、滑台导轨、光轴、丝杆、滑动轴承和T型丝杆滑台；其中：
滑台导轨设置在底部，光轴和丝杆依次平行设置在滑台导轨的上方，导轨电机设置在滑台导轨的侧面，丝杆与导轨电机的转动轴相连；T型丝杆滑台套装在丝杆上，滑动轴承套装在光轴上，且滑动轴承与T型丝杆滑台的底部固定连接；导轨电机与检测与控制组件相连。
进一步地，本发明的检测与控制组件包括：承重台、控制器及驱动器板和细分器；其中：
承重台一侧与第一机械臂的底部相连，且承重台设置在T型丝杆滑台上；控制器及驱动器板和细分器均固定安装在承重台上。
进一步地，本发明的第一机械臂设置在第二机械臂的底部；其中：
第一机械臂包括L型支架、U型支架和第一舵机；
第一舵机安装在U型支架内部的U型开口位置；L型支架一端与第一舵机的转动轴相连，另一端通过连接件与自动锁紧与解锁芯片座机构相连，第一舵机带动L型支架转动，进而带动自动锁紧与解锁芯片座机构转动；
第二机械臂包括第二舵机、左一字型支架、右一字型支架、第三舵机和T型支架；
第二舵机设置在第二机械臂的底部，且与U型支架的顶部固定连接；T型支架设置在第二机械臂的顶部，第三舵机安装在T型支架上；第二舵机和第三舵机均设置在左一字型支架和右一字型支架之间，且左一字型支架和右一字型支架的底部分别与第二舵机的两端相连，左一字型支架和右一字型支架的顶部分别与第三舵机的两端相连。
进一步地，本发明的自动锁紧与解锁芯片座机构包括：芯片底座、第四舵机、第五舵机、芯片座、JTAG接口以及两个十字臂；其中：
芯片底座与第一机械臂相连；JTAG接口设置在芯片底座的一侧，芯片座设置在芯片底座的中心位置，第四舵机和第五舵机分别设置在芯片底座的两端，两个十字臂分别与第四舵机和第五舵机连接；第四舵机和第五舵机分别带动两个十字臂运动，对放置于芯片座上的待检测芯片锁紧或解锁。
进一步地，本发明的控制器及驱动器板上设置有控制器、驱动器、WIFI模块以及芯片检测板。
进一步地，本发明的计算机包括PC机和笔记本电脑；PC机通过JTAG通信的方式与芯片检测板相连，笔记本电脑通过WIFI通信的方式与控制器及驱动器板上的WIFI模块相连。
进一步地，本发明的芯片分类盒设置有8个，8个芯片分类盒等间距且对称的设置在电动滑台的两侧。
本发明提供一种废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置的控制方法，该方法包括以下步骤：
S1、装置首次上电时，三自由度机械臂移动至电动滑台的一侧，此时芯片底座未通电；
S2、人工将待检测的芯片放入芯片座中，接通芯片底座的电源，通过第四舵机和第五舵机驱动十字臂将芯片锁紧；
S3、计算机通过JTAG通信的方式将检测代码发送到待检测的芯片中，通过检测代码对芯片进行检测，检测完成后将芯片的检测类型发送给控制器；
S4、控制器根据芯片的检测类型找到对应类型的芯片分类盒，并将控制指令发送给驱动器；
S5、驱动器驱动导轨电机工作，通过T型丝杆滑台将三自由度机械臂移动到对应类型的芯片分类盒的侧面；进而驱动第一舵机、第二舵机和第三舵机，带动三自由度机械臂运动，将芯片底座运送至对应类型的芯片分类盒的上方；最后驱动第四舵机和第五舵机，通过十字臂对芯片解锁，芯片被分拣至对应类型的芯片分类盒中；
S6、完成芯片分拣后，控制三自由度机械臂回到初始位置。
进一步地，本发明的芯片分类盒的对应类型包括：芯片无故障、芯片坏、通用输入输出口故障、定时器故障、串口故障、PWM故障、ADC故障以及DAC故障。
本发明产生的有益效果是：本发明的废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置及其控制方法，能够对芯片进行自动检测，并根据检测结果进行分类；提供对放入芯片座的芯片自动锁紧和解锁芯片座中的芯片的机构，通过对两个带四叶轮的微型舵机的控制来达到快速锁紧和解锁芯片座的目的；提供对检测分类好的芯片实现自动分拣到分类区位的分拣机构，实现多芯片的自动分拣；本发明自动化程度高，能够对废弃芯片进行再检测、再利用，提高了芯片的利用率，有较高的经济价值。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是装置总体布局图；
图2-1是装置机电组件整体正视图；
图2-2是装置机电组件整体侧视图；
图2-3是装置机电组件整体俯视图；
图3-1是装置三自由度机械臂正视图；
图3-2是装置三自由度机械臂侧视图；
图3-3是装置三自由度机械臂俯视图；
图4-1是装置芯片底座正视图；
图4-2是装置芯片底座侧视图；
图4-3是装置芯片底座俯视图；
图中：1-导轨电机，2-滑台导轨，3-光轴，4-丝杆，5-滑动轴承，6-T型丝杆滑台，7-承重台，8-控制器及驱动器板，9-细分器，10-L型支架，11-U型支架，12-第一舵机，13-第二舵机，14-左一字型支架，15.右一字型支架，16-第二舵机，17-T型支架，18-芯片底座，19-第四舵机，20-第五舵机，21-芯片座，22-JTAG接口，23-十字臂，101-1号芯片分类盒，102-2号芯片分类盒，103-3号芯片分类盒，104-4号芯片分类盒，105-5号芯片分类盒，106-6号芯片分类盒，107-7号芯片分类盒，108-8号芯片分类盒。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例的废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置包括电动滑台、三自由度机械臂、芯片底座(包括自动锁紧与解锁芯片座机构和芯片检测板)、控制器、舵机驱动器、细分器、WIFI模块、笔记本电脑、PC机；控制器把对动滑台、三自由度机械臂、自动锁紧与解锁芯片座机构上的电机的控制信号分为两路，1路连接舵机驱动器，然后舵机驱动器连接到三自由度机械臂和自动锁紧与解锁芯片座机构舵机上；另1路连接到细器上再通过细分器与电动滑台的步进电机相连。PC机通过USB与芯片检测通信；控制器连接芯片检测板获取检测信息；WIFI模块与控制器连接；WIFI无线信号发送给笔记本电脑。
电动滑台采用长为57cm、螺距为1mm的丝杆和T型丝杆铝合金滑台(6*6*3.05cm)。
三自由度机械臂中底座承重台为180mm*120mm*4.35mm亚克力板)与厚2.15mm L型支架连接，第一舵机与U型支架和L型支架相连实现钟面顺时针9点到12点90度旋转和逆时针9点到6点90度旋转共180度，第二舵机左右安装于U型架上实现向外90度旋转，并在轴两侧安装两片一字型支架，两片一字型支架未端上安装第三舵机实现与第二舵机一致朝向的向外90度旋转。
芯片底座由自动锁紧与解锁芯片座机构和芯片检测板组成。芯片检测板中间是LQFP100芯片座(简称芯片座)，芯片座左上角和右下角与安放在芯片底座左上角和右下解的舵机上的十字臂相接，芯片检测板为STM32最下系统运行所需外围电路和下载接口。
控制器是指采用STM32F103RB单片机。舵机驱动器是指具有6舵机驱动能力的PWM控制的光耦驱动电路。细分器是指具有128细分能力的细分控制器。WIFI模块是2.4G的通用WIFI发送模块。PC机是CORE i3 CPU,14.4寸显示屏用于芯片检测板上代码的写入。笔记本电脑，带WIFI网卡，CORE i3 CPU,19寸显示屏。
在本发明的另一个具体实施例中：
废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置如图1所示。该装置由装置机电组件和计算机部分组成。其中装置机电组件包括8个芯片分类盒、由电动滑台、三自由度机械臂和自动锁紧与解锁芯片座机构组成的机械组件和由芯片检测板、控制器、驱动器、细分器和WIFI模块组成的芯片检测、机械控制与数据通信电路。
计算机则由PC机和带WIFI网卡的笔记本组成，通过JTAG通信实现检测代码下载到芯片检测板，通过WIFI获取数据发布到网上。
8个分类盒分别定义为1号分类盒101为放置正常芯片，2号分类盒102为放置通用输入输出口PA坏芯片，3号分类盒103为放置输入输出口PB坏芯片，4号分类号104为放置通用输入输出口PC坏芯片，5号分类号105为放置通用输入输出口PD坏芯片，6号分类号106为放置通用输入输出口PE坏芯片，7号分类号107为放置通用输入输出口PA坏芯片，8号分类号108为放置ADC12输入口坏芯片。
本实施例中对PA口坏芯片进行检测与自动分拣和信息发布：
首次上电时，装置的三自由度机械臂(图3-1)会自动移动到装置机电组件(图2-1)的丝杆的最右边。装置芯片底座此时未通电，然后，人工把待分拣芯片放入芯片座，并通过JTAG线缆把PC机与装置芯片底座(图4-1)上的JTAG接口相连；打开装置芯片底座电源，装置芯片底座(图4-1)把检测代码下载于待分拣芯片中；此时检测代码会对待分拣芯片进行检测，控制器及驱动器板上的控制器电路获得待分拣芯片为PA口坏的芯片后，将控制细分器把装置的三自由度机械臂(图3-1)准确的通过T型丝杆滑台移动到2号分类盒处，然后，控制器及驱动器板上的控制器驱动器驱动三自由度机械臂(图3-1)上的1号MG996舵机12顺时针方向旋转90度，接着控制2号舵机顺时针方向旋转90度，控制3号MG996舵机顺时针方向旋转90度，通过这个自由度的运动后芯片底座已向下朝向2号分类盒开口处；此时控制器同时控制装置芯片底座(图4-1)上的4号舵机顺时针旋转15度，5号舵机逆时针旋转15度使得4号和5号舵机上的十字臂上的叶片分别向下压芯片座使芯片座松开了其中的待分拣芯片，然后待分拣芯片被分拣到2号分类盒中。最后，控制器同时驱动4号舵机逆时针旋转15度和5号舵机顺时针旋转15度松开对芯片座的下压，并控制1号MG996舵机、2号舵机和3号MG996舵机做前述相反方向运动使三自由度机械臂还原为图3-2姿态，为下一次安放待分拣芯片做好准备。另一方面，控制器获得分拣芯片为PA口坏的芯片信息后通过连接在控制器串口上的WIFI模块把芯片编号、芯片故障信息及分类位置等信息发送给笔记本电脑，并通过笔记本电脑上位机软件发布到网上供用户选择。
本发明的一个目的是提供一种对芯片不同程度的好坏的自动检测分类能力。通过把芯片放于芯片座中，通过下载芯片质量自动检测软件把芯片根据检测结果分类为芯片无故障、芯片坏、通用输入输出口故障、定时器故障、串口故障、PWM故障、ADC故障及DAC故障8类的方法。
本发明的第二个目的是提供对放入芯片座的芯片自动锁紧和解锁芯片座中的芯片的装置。通过对两个带四叶轮的微型舵机的控制来达到快速锁紧和解锁芯片座的目的。
本发明的第三个目的是提供对检测分类好的芯片实现自动分拣到分类区位的分拣装置。通过STM32为核心的控制器及导轨电机驱动器(细分器)和舵机驱动电路驱动舵机实现在1自由度滑轨四个区位点和左右8个分类区位精准移动并加上3自由度(180度旋转2次90度弯曲)的控制及结合本发明的第二个目的提供的自动锁紧与解锁功能实现对芯片的自动分拣。
本发明的第四个目的是提供分拣数据网络发布。通过无线WIFI把分类分拣数据发放到网上，通过网站提供给需要的用户检索和获取所需芯片的能力。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置，其特征在于，该装置包括机械组件、检测与控制组件、计算机以及多个芯片分类盒；其中
机械组件包括电动滑台、三自由度机械臂以及自动锁紧与解锁芯片座机构；多个芯片分类盒分别设置在电动滑台两侧；三自由度机械臂的顶部可移动，底部设置在电动滑台上方；三自由度机械臂包括控制水平方向转动的第一机械臂和控制向两侧转动的第二机械臂，自动锁紧与解锁芯片座机构安装在第一机械臂的底部；电动滑台、三自由度机械臂、自动锁紧与解锁芯片座机构以及计算机均与检测与控制组件相连；
通过自动锁紧与解锁芯片座机构对待检测的芯片进行锁紧，检测与控制组件通过计算机将检测代码下载至芯片中，通过检测代码对芯片进行检测，根据检测结果对芯片进行分类，并通过电动滑台和三自由度机械臂将芯片移动至对应类别的芯片分类盒上方，自动锁紧与解锁芯片座机构完成解锁后，芯片放置于对应类别的芯片分类盒中。
2.根据权利要求1所述的废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置，其特征在于，电动滑台包括：导轨电机(1)、滑台导轨(2)、光轴(3)、丝杆(4)、滑动轴承(5)和T型丝杆滑台(6)；其中：
滑台导轨(2)设置在底部，光轴(3)和丝杆(4)依次平行设置在滑台导轨(2)的上方，导轨电机(1)设置在滑台导轨(2)的侧面，丝杆(4)与导轨电机(1)的转动轴相连；T型丝杆滑台(6)套装在丝杆(4)上，滑动轴承(5)套装在光轴(3)上，且滑动轴承(5)与T型丝杆滑台(6)的底部固定连接；导轨电机(1)与检测与控制组件相连。
3.根据权利要求2所述的废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置，其特征在于，检测与控制组件包括：承重台(7)、控制器及驱动器板(8)和细分器(9)；其中：
承重台(7)一侧与第一机械臂的底部相连，且承重台(7)设置在T型丝杆滑台(6)上；控制器及驱动器板(8)和细分器(9)均固定安装在承重台(7)上。
4.根据权利要求3所述的废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置，其特征在于，第一机械臂设置在第二机械臂的底部；其中：
第一机械臂包括L型支架(10)、U型支架(11)和第一舵机(12)；
第一舵机(12)安装在U型支架(11)内部的U型开口位置；L型支架(10)一端与第一舵机(12)的转动轴相连，另一端通过连接件与自动锁紧与解锁芯片座机构相连，第一舵机(12)带动L型支架(10)转动，进而带动自动锁紧与解锁芯片座机构转动；
第二机械臂包括第二舵机(13)、左一字型支架(14)、右一字型支架(15)、第三舵机(16)和T型支架(17)；
第二舵机(13)设置在第二机械臂的底部，且与U型支架(11)的顶部固定连接；T型支架(17)设置在第二机械臂的顶部，第三舵机(16)安装在T型支架(17)上；第二舵机(13)和第三舵机(16)均设置在左一字型支架(14)和右一字型支架(15)之间，且左一字型支架(14)和右一字型支架(15)的底部分别与第二舵机(13)的两端相连，左一字型支架(14)和右一字型支架(15)的顶部分别与第三舵机(16)的两端相连。
5.根据权利要求1所述的废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置，其特征在于，自动锁紧与解锁芯片座机构包括：芯片底座(18)、第四舵机(19)、第五舵机(20)、芯片座(21)、JTAG接口(22)以及两个十字臂(23)；其中：
芯片底座(18)与第一机械臂相连；JTAG接口(22)设置在芯片底座(18)的一侧，芯片座(21)设置在芯片底座(18)的中心位置，第四舵机(19)和第五舵机(20)分别设置在芯片底座(18)的两端的对角处，两个十字臂(23)分别与第四舵机(19)和第五舵机(20)连接；第四舵机(19)和第五舵机(20)分别带动两个十字臂(23)运动，对放置于芯片座(21)上的待检测芯片锁紧或解锁。
6.根据权利要求3所述的废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置，其特征在于，控制器及驱动器板(8)上设置有控制器、驱动器、WIFI模块以及芯片检测板。
7.根据权利要求6所述的废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置，其特征在于，计算机包括PC机和笔记本电脑；PC机通过JTAG通信的方式与芯片检测板相连，笔记本电脑通过WIFI通信的方式与控制器及驱动器板(8)上的WIFI模块相连。
8.根据权利要求1所述的废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置，其特征在于，芯片分类盒设置有8个，8个芯片分类盒等间距且对称的设置在电动滑台的两侧。
9.一种权利要求1所述的废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、装置首次上电时，三自由度机械臂移动至电动滑台的一侧，此时芯片底座未通电；
S2、人工将待检测的芯片放入芯片座中，接通芯片底座的电源，通过第四舵机和第五舵机驱动十字臂将芯片锁紧；
S3、计算机通过JTAG通信的方式将检测代码发送到待检测的芯片中，通过检测代码对芯片进行检测，检测完成后将芯片的检测类型发送给控制器；
S4、控制器根据芯片的检测类型找到对应类型的芯片分类盒，并将控制指令发送给驱动器；
S5、驱动器驱动导轨电机工作，通过T型丝杆滑台将三自由度机械臂移动到对应类型的芯片分类盒的侧面；进而驱动第一舵机、第二舵机和第三舵机，带动三自由度机械臂运动，将芯片底座运送至对应类型的芯片分类盒的上方；最后驱动第四舵机和第五舵机，通过十字臂对芯片解锁，芯片被分拣至对应类型的芯片分类盒中；
S6、完成芯片分拣后，控制三自由度机械臂回到初始位置。
10.根据权利要求9所述的废弃微处理器芯片质量检测与自动分拣装置的控制方法，其特征在于，芯片分类盒的对应类型包括：芯片无故障、芯片坏、通用输入输出口故障、定时器故障、串口故障、PWM故障、ADC故障以及DAC故障。
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