CN214218166U - 一种基于视觉定位技术的mems摩阻传感器自动封装设备 - Google Patents
一种基于视觉定位技术的mems摩阻传感器自动封装设备 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备,所述X轴底座固定在机架底板顶部,所述X轴导轨和X轴滑块固定在X轴底座上,所述X轴滑块的顶部与Y轴底座的底部固定连接;所述视觉定位模块包括上相机安装板、上视觉相机、上光源、下相机安装板、下视觉相机和下光源,所述上相机安装板与U轴滑块固定连接,所述上视觉相机和上光源固定安装在上相机安装板的外侧,所述下相机安装板固定安装在机架底板上;MEMS摩阻传感器自动封装设备能够有效提高MEMS摩阻传感器组装、封装的一致性和精度,进而提升高超声速风洞模型表面摩阻测量试验的精准度。
Description
技术领域
本实用新型涉及微机电系统中的MEMS传感器封装技术领域,具体涉及一种基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备。
背景技术
MEMS摩阻传感器主要用于测量飞行器表面的摩擦阻力,进而确定飞行器表面摩擦阻力的大小和分布情况,对飞行器设计具有重要意义。传统的表面摩擦阻力测试器件主要是微量应变式摩阻天平,但其受灵敏度、温度、体积和成本等因素限制,难以在飞行器设计领域广泛应用。以微机电系统技术为基础的MEMS摩阻传感器具有体积小、成本低、可靠性高等突出优点,能够广泛应用于飞行器设计等领域。
2014年,发明人设计一款立体结构的MEMS摩阻传感器(一种微机械摩阻传感器及制作方法,专利号201418003582.X,2017.07.),其浮动元件通过支杆与带有敏感电容元件的弹性梁结构连接,浮动元件感受到的表面摩擦阻力通过支杆传递给弹性梁结构,驱动弹性梁两侧的敏感电容振动极板发生偏转,两侧敏感电容差分即可解算出测量的表面摩擦阻力;样机静态校准和高超声速风洞验证试验的结果表明,该MEMS摩阻传感器灵敏度高、稳定性好,表头结构和封装形式适用于高超声速风洞试验环境。2018年,发明人设计了该立体结构的MEMS摩阻传感器基于视觉对准的制作方法(一种基于视觉对准的MEMS摩阻传感器制作方法,专利号201810348331.2,2019.09.),该方法采用了机械定位和视觉对准技术,能够提高该MEMS摩阻传感器的组装精度和摩阻测量准度。然而,该方法采用了机械定位和显微镜下的手动对准、组装和封装,需要人工全程参与,并且没有考虑MEMS摩阻传感器自动点胶、对准误差测量等特殊要求,使得该传感器组装的一致性和精度有待提升,导致摩阻测量的精准度有待进一步提高。
为了解决该MEMS摩阻传感器目前组装、封装过程存在的不足,本实用新型依托多轴精密运动模组、高精度视觉显微镜、自动点胶机、精密机械定位与气动吸附、伺服与工业运动控制等仪器与技术发展一种基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备。
实用新型内容
(1)要解决的技术问题
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足,适应现实需要,提供一种基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备,以解决背景技术中提出的问题。
(2)技术方案
为了实现本实用新型的目的,本实用新型所采用的技术方案为:
一种基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备,包括设备机架、多轴精密运动模组、视觉定位模块、自动点胶模块、定位与吸附模块和运动控制模块;
所述设备机架包括机架底座、机架底板、支板架和机架外壳;
所述多轴精密运动模组包括X轴底座、X轴导轨、X轴滑块、Y轴底座、Y轴导轨、Y轴滑块、Z轴导轨、Z轴滑块、U轴滑块、U轴导轨和拖链,所述X轴底座固定在机架底板顶部,所述X轴导轨和X轴滑块固定在X轴底座上,所述X轴滑块的顶部与Y轴底座的底部固定连接;所述Y轴导轨和Y轴滑块固定在Y轴底座顶部;所述Z轴导轨固定于支板架外侧上部,所述U轴导轨固定于支板架外侧上部;
所述视觉定位模块包括上相机安装板、上视觉相机、上光源、下相机安装板、下视觉相机和下光源,所述上相机安装板与U轴滑块固定连接,所述上视觉相机和上光源固定安装在上相机安装板的外侧,所述下相机安装板固定安装在机架底板上;
所述自动点胶模块包括自动点胶机、点胶针筒、自动复位组件和磁性工装底板,所述自动点胶机固定在支板架顶部,所述点胶针筒与U轴滑块固定连接,所述磁性工装底板与Y轴滑块固定连接;
所述定位与吸附模块包括吸附安装板、真空吸附组件、吸头、精密定位治具和精密定位治具,所述吸附安装板固定在Z轴滑块上,所述吸附安装板与真空吸附组件固定连接,所述真空吸附组件与吸头连接;
所述运动控制模块包括工控机、急停开关、触觉显示屏、键盘和鼠标。
进一步地,所述机架底板通过螺栓锁紧固定在机架底座的顶部,所述支板架通过螺钉锁紧固定于机架底板顶部,所述机架外壳通过螺栓锁紧固定在机架底板的顶部。
进一步地,所述下视觉相机和下光源固定安装在下相机安装板上。
进一步地,所述自动复位组件通过磁性介质固定在磁性工装底板上。
进一步地,所述精密定位治具通过磁性与磁性工装底板连接,所述精密定位治具通过磁性与磁性工装底板连接。
进一步地,所述工控机、键盘和鼠标安装在机架底座上,所述急停开关和触觉显示屏安装在机架外壳上。
(3)有益效果
1、本实用新型中,本实用新型的MEMS摩阻传感器自动封装设备采用了专门的视觉定位模块、多轴精密运动模组和自动点胶模块。
2、本实用新型中,视觉定位模块采用了上下两个精密视觉相机,多轴精密运动模组包括水平面搬运的X轴和Y轴运动模组、上下吸附搬运的Z轴运动模组、点胶和视觉调焦的U轴运动模组。
3、本实用新型中,通过视觉精密定位和精密运动对准,实现了MEMS摩阻传感器的高精度自动组装、封装,对准精度可以达到1个像素(2μm)。
4、本实用新型中,MEMS摩阻传感器自动封装设备能够有效提高MEMS摩阻传感器组装、封装的一致性和精度,进而提升高超声速风洞模型表面摩阻测量试验的精准度。
附图说明
图1为本实用新型基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备的结构示意图;
图2为本实用新型基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备的MEMS摩阻传感器及其零部件结构示意图;
图3为本实用新型基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备的设备机架结构示意图;
图4为本实用新型基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备的多轴精密运动模组结构示意图;
图5为本实用新型基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备的视觉定位模块结构示意图;
图6为本实用新型基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备的自动点胶模块结构示意图
图7为本实用新型基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备的定位与吸附模块结构示意图
图8为本实用新型基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备的运动控制模块结构示意图。
附图标记如下:
封装盖板1、浮动元件2、硅-玻璃微结构3、陶瓷基接口电路4、封装底座5、设备机架6、多轴精密运动模组7、视觉定位模块8、自动点胶模块9、定位与吸附模块10、运动控制模块11、机架底座12、机架底板13、支板架14、机架外壳15、X轴底座16、X轴导轨17、X轴滑块18、Y轴底座19、Y轴导轨20、Y轴滑块21、Z轴导轨22、Z轴滑块23、U轴滑块24、U轴导轨25、拖链26、上相机安装板27、上视觉相机28、上光源29、下相机安装板30、下视觉相机31、下光源32、自动点胶机33、点胶针筒34、自动复位组件35、磁性工装底板36、吸附安装板37、真空吸附组件38、吸头39、第一精密定位治具40、第二精密定位治具41、工控机42、急停开关43、触觉显示屏44、键盘45、鼠标46。
具体实施方式
下面结合附图1-8和实施例对本实用新型进一步说明:
一种基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备,包括设备机架6、多轴精密运动模组7、视觉定位模块8、自动点胶模块9、定位与吸附模块10和运动控制模块11,所述设备机架6包括机架底座12、机架底板13、支板架14和机架外壳15,所述机架底板13通过螺栓锁紧固定在机架底座12的顶部,所述支板架14通过螺钉锁紧固定于机架底板13顶部,所述机架外壳15通过螺栓锁紧固定在机架底板13的顶部,所述设备机架6用于安装多轴精密运动模组模块7、视觉模块8、自动点胶模块9、吸附与定位模块10和运动控制模块11;
所述多轴精密运动模组7包括X轴底座16、X轴导轨17、X轴滑块18、Y轴底座19、Y轴导轨20、Y轴滑块21、Z轴导轨22、Z轴滑块23、U轴滑块24、U轴导轨25和拖链26,所述X轴底座16固定在机架底板13顶部,所述X轴导轨17和X轴滑块18固定在X轴底座16上构成X轴运动模组,实现X轴方向精密运动,所述X轴滑块18的顶部与Y轴底座19的底部固定连接,Y轴底座19与X轴滑块18固定并随之沿X轴方向精密运动,所述Y轴导轨20和Y轴滑块21固定在Y轴底座19顶部构成Y轴运动模组,实现Y轴方向的精密运动;所述Z轴导轨22固定于支板架14外侧上部,Z轴滑块23与Z轴导轨22构成Z轴运动模组,用于实现沿Z轴方向的精密运动;所述U轴导轨25固定于支板架14外侧上部,U轴滑块24与U轴导轨25构成U轴运动模组,用于实现沿Z轴方向的精密运动;X轴运动模组和Y轴运动模组用于实现MEMS摩阻传感器待组装零部件沿X轴方向和Y轴方向的精密对准;所述Y轴导轨20和Y轴滑块21固定在Y轴底座19顶部;用于固定Y轴导轨20Y轴滑块21;所述Z轴导轨22固定于支板架14外侧上部;所述U轴导轨25固定于支板架14外侧上部;用于固定Z轴导轨22和U轴导轨25;
所述视觉定位模块8包括上相机安装板27、上视觉相机28、上光源29、下相机安装板30、下视觉相机31和下光源32,所述上相机安装板27与U轴滑块24固定连接,所述上视觉相机28和上光源29固定安装在上相机安装板27的外侧,所述下相机安装板30固定安装在机架底板13上,所述下视觉相机31和下光源32固定安装在下相机安装板30上;视觉模块8主要用于识别MEMS摩阻传感器待组装零部件的位置坐标;
所述自动点胶模块9包括自动点胶机33、点胶针筒34、自动复位组件35和磁性工装底板36,如图6所示;所述自动点胶机33固定在支板架14顶部,所述点胶针筒34与U轴滑块24固定连接,所述磁性工装底板36与Y轴滑块21固定连接,所述自动复位组件35通过磁性介质固定在磁性工装底板36上,所述自动定位组件35利用两轴光纤定位技术实现定位,用于点胶针筒34自动复位;通过X轴、Y轴和U轴运动模组可以实现点胶位置和高度的自动调整;
所述定位与吸附模块10包括吸附安装板37、真空吸附组件38、吸头39、第一精密定位治具40和第二精密定位治具41,如图7所示;所述吸附安装板37固定在Z轴滑块23上,所述吸附安装板37与真空吸附组件38固定连接,所述真空吸附组件38与吸头39连接,用于吸附和释放待组装的MEMS摩阻传感器零部件;所述第一精密定位治具40通过磁性与磁性工装底板36连接,用于精确设置待组装MEMS摩阻传感器浮动元件2、硅-玻璃微结构3和陶瓷基接口电路4的相对初始位置;所述第二精密定位治具41通过磁性与磁性工装底板36连接,用于精确设置待组装封装底座5的相对初始位置;所述吸头39和Z轴运动模组将MEMS摩阻传感器待组装零部件提升到一定高度,精密定位治具40和41通过X轴运动模组和Y轴运动模组将与之组装的零部件搬运到对准的相应位置;
所述运动控制模块11主要包括工控机42、急停开关43、触觉显示屏44、键盘45和鼠标46,如图8所示;所述工控机42、键盘45和鼠标46安装在机架底座12上,所述急停开关43和触觉显示屏44安装在机架外壳15上;工控机42内嵌套了一组运动控制卡,用于多轴精密运动模组模块7的运动控制;急停开关42用于自动封装设备的紧急关停,触觉显示屏43用于自动封装设备的操作和显示,键盘45和鼠标46用于自动封装设备操作。
本实施例中,所述机架底板13通过螺栓锁紧固定在机架底座12的顶部,所述支板架14通过螺钉锁紧固定于机架底板13顶部,所述机架外壳15通过螺栓锁紧固定在机架底板13的顶部;用于将机架底座12、机架底板13、支板架14和机架外壳15固定连接。
本实施例中,所述下视觉相机31和下光源32固定安装在下相机安装板30上;用于固定下视觉相机31和下光源32。
本实施例中,所述自动复位组件35通过磁性介质固定在磁性工装底板36上;用于固定自动复位组件35。
本实施例中,所述第一精密定位治具40通过磁性与磁性工装底板36连接,所述第二精密定位治具41通过磁性与磁性工装底板36连接;用于固定第一精密定位治具40和第二精密定位治具41。
本实施例中,所述工控机42、键盘45和鼠标46安装在机架底座12上,所述急停开关43和触觉显示屏44安装在机架外壳15上;急停开关43用于紧急停机。
MEMS摩阻传感器主要用于测量飞行器表面的摩擦阻力,进而确定飞行器表面摩擦阻力的大小和分布情况,对飞行器设计具有重要意义。现有的MEMS摩阻传感器分解为封装盖板1、浮动元件2、硅-玻璃微结构3、陶瓷基接口电路4和封装底座5,如图2所示。MEMS摩阻传感器的工作原理是:浮动元件2通过其支杆与带有敏感电容元件的硅-玻璃微结构3的弹性梁结构连接,浮动元件2感受到的摩阻通过其支杆传递给硅-玻璃微结构3的弹性梁结构,驱动硅-玻璃微结构3的弹性梁两侧的敏感电容振动极板发生偏转,两侧敏感电容差分即可解算出待测量的摩阻。本实用新型针对此MEMS摩阻传感器进行设计,并保证该传感器组装、封装的一致性和精度。
以下为本实用新型基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备的封装工艺流程,主要包括视觉对准、自动点胶和固定,具体包含以下步骤:
第一步、依次将MEMS摩阻传感器待组装的封装盖板1、浮动元件2、硅-玻璃微结构3、陶瓷基接口电路4和封装底座5放置在第一精密定位治具0和精密定位治具42设定的位置,各轴运动模组复位到初始位置,点胶针筒34复位;
第二步、陶瓷基接口电路4通过X轴和Y轴运动模组搬运到点胶U轴运动模组正下方,到位后U轴运动模组下降对陶瓷基接口电路4进行定点点胶,点胶完成后U轴运动模组上升到初始位置;硅-玻璃微结构3通过X轴和Y轴运动模组搬运到Z轴运动模组正下方,到位后Z轴运动模组下降通过吸头39吸附硅-玻璃微结构3,Z轴运动模组上升回到初始位置;陶瓷基接口电路4通过X轴和Y轴运动模组搬运到硅-玻璃微结构3正下方,Z轴运动模组向下运动将硅-玻璃微结构3贴装到陶瓷基接口电路4后释放硅-玻璃微结构3,X轴、Y轴和Z轴运动模组均回到初始位置,完成硅-玻璃微结构3和陶瓷基接口电路4组装;
第三步、组装后的陶瓷基接口电路4通过X轴和Y轴运动模组搬运到上视觉相机28正下方,到位后U轴运动模组下降,上视觉相机28摄取硅-玻璃微结构3表面圆孔图像,获取特征点坐标;组装后的陶瓷基接口电路4通过X轴和Y轴运动模组搬运到U轴运动模组正下方,到位后U轴运动模组对硅-玻璃微结构3进行定点点胶,点胶完成后U轴运动模组上升到初始位置;浮动元件2通过X轴和Y轴运动模组搬运到Z轴运动模组正下方,到位后Z轴运动模组下降通过吸头39吸附浮动元件2并上升到初始位置,X轴和Y轴运动模组回到初始位置;Z轴运动模组下降,下视觉相机31摄取浮动元件2底部图像,获取浮动元件2底部定位轴的特征点坐标,与上视觉相机28获取的特征点坐标作差;X轴和Y轴运动模组依据坐标差值运动对准,对准后Z轴运动模组下降将浮动元件2的定位轴贴装到硅-玻璃微结构3表面的圆孔内并释放浮动元件2,X轴、Y轴和Z轴运动模组回到初始位置,完成MEMS摩阻传感器表头结构的组装;
第四步、将封装盖板1手动安装到封装底座5上,通过X轴和Y轴运动模组搬运到上视觉相机28正下方,到位后U轴运动模组下降通过上视觉相机28摄取封装盖板1表面圆孔图像,获取特征点坐标;手动取走封装盖板1,通过X轴和Y轴运动模组封装底座5搬运到U轴运动模组正下方,到位后U轴运动模组对封装底座5进行定点点胶,点胶完成后U轴运动模组上升到初始位置;通过X轴和Y轴运动模组将已组装的表头结构搬运到U轴运动模组正下方,到位后U轴运动模组下降通过上视觉相机28摄取浮动元件2测头圆台图像,获取特征点坐标,并与封装盖板1上表面圆孔的图像特征点坐标作差;通过X轴和Y轴运动模组将已组装的表头结构搬运到Z轴运动模组正下方,到位后Z轴运动模组下降通过吸头39吸附表头结构并上升到初始位置;X轴和Y轴运动模组依据坐标差值运动实现封装盖板1表面圆孔和浮动元件2测头圆台对准,对准后Z轴运动模组下降将表头结构贴装到封装底座5内,X轴、Y轴和Z轴运动模组回到初始位置,将封装盖板1手动安装到封装底座5上,完成MEMS摩阻传感器组装。
本实用新型的有益效果:
本实用新型中,本实用新型的MEMS摩阻传感器自动封装设备采用了专门的视觉定位模块、多轴精密运动模组和自动点胶模块。
本实用新型中,视觉定位模块采用了上下两个精密视觉相机,多轴精密运动模组包括水平面搬运的X轴和Y轴运动模组、上下吸附搬运的Z轴运动模组、点胶和视觉调焦的U轴运动模组。
本实用新型中,通过视觉精密定位和精密运动对准,实现了MEMS摩阻传感器的高精度自动组装、封装,对准精度可以达到1个像素(2μm)。
本实用新型中,MEMS摩阻传感器自动封装设备能够有效提高MEMS摩阻传感器组装、封装的一致性和精度,进而提升高超声速风洞模型表面摩阻测量试验的精准度。
本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例,但并不局限于此,本领域的普通技术人员,极易根据上述实施例,领会本实用新型的精神,并做出不同的引申和变化,但只要不脱离本实用新型的精神,都在本实用新型的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备,其特征在于:包括设备机架、多轴精密运动模组、视觉定位模块、自动点胶模块、定位与吸附模块和运动控制模块;
所述设备机架包括机架底座、机架底板、支板架和机架外壳;
所述多轴精密运动模组包括X轴底座、X轴导轨、X轴滑块、Y轴底座、Y轴导轨、Y轴滑块、Z轴导轨、Z轴滑块、U轴滑块、U轴导轨和拖链,所述X轴底座固定在机架底板顶部,所述X轴导轨和X轴滑块固定在X轴底座上,所述X轴滑块的顶部与Y轴底座的底部固定连接;所述Y轴导轨和Y轴滑块固定在Y轴底座顶部;所述Z轴导轨固定于支板架外侧上部,所述U轴导轨固定于支板架外侧上部;
所述视觉定位模块包括上相机安装板、上视觉相机、上光源、下相机安装板、下视觉相机和下光源,所述上相机安装板与U轴滑块固定连接,所述上视觉相机和上光源固定安装在上相机安装板的外侧,所述下相机安装板固定安装在机架底板上;
所述自动点胶模块包括自动点胶机、点胶针筒、自动复位组件和磁性工装底板,所述自动点胶机固定在支板架顶部,所述点胶针筒与U轴滑块固定连接,所述磁性工装底板与Y轴滑块固定连接;
所述定位与吸附模块包括吸附安装板、真空吸附组件、吸头、第一精密定位治具和第二精密定位治具,所述吸附安装板固定在Z轴滑块上,所述吸附安装板与真空吸附组件固定连接,所述真空吸附组件与吸头连接;
所述运动控制模块包括工控机、急停开关、触觉显示屏、键盘和鼠标。
2.如权利要求1所述的基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备,其特征在于:所述机架底板通过螺栓锁紧固定在机架底座的顶部,所述支板架通过螺钉锁紧固定于机架底板顶部,所述机架外壳通过螺栓锁紧固定在机架底板的顶部。
3.如权利要求1所述的基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备,其特征在于:所述下视觉相机和下光源固定安装在下相机安装板上。
4.如权利要求1所述的基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备,其特征在于:所述自动复位组件通过磁性介质固定在磁性工装底板上。
5.如权利要求1所述的基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备,其特征在于:所述第一精密定位治具通过磁性与磁性工装底板连接,所述第二精密定位治具通过磁性与磁性工装底板连接。
6.如权利要求1所述的基于视觉定位技术的MEMS摩阻传感器自动封装设备,其特征在于:所述工控机、键盘和鼠标安装在机架底座上,所述急停开关和触觉显示屏安装在机架外壳上。
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20210917 |