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1、浅谈半导体封装测试设备位置精度 Derik LiaoJul 15 2013位置精度的定义p空间点位获取坐标值与其真实坐标值的符合程度。设备位置精度调整的重要性 设备位置精度调整是机械设备安装与日常维护工程中重要的一环，是衡量设备Performance好坏的重要指标；它几乎包括了设备安装位置调整，设备机械部件安装位置调整，机械手位置精度调整，设备传动位置精度，Sensor位置精度调整等；位置精度检测与调整p位置精度检测与调整： 位置精度检测是检测设备、零部件之间的相对位置误差，如垂直度、平行度、同轴度误差等。 调整是根据设备的技术要求(由规范或设备随机技术文件规定)和精度检测的结果，调整设备自身
2、和相互的位置状态，例如设备的安装水平、垂直度、平行度和倾斜等;调整两轴或多轴机械手物料搬运传输的位置精度，链传动机构的水平度， 以及定位装置等活动机理；机械行业常见位置精度检验标准 p日本JIS B6336-1980数控机床 试验方法通则 p1、定位精度 定位精度是在一个方向，由基准位置起顺次定位，各位置上实际移动距离（或回转角度）与规定移动距离（或回转角度）之差。误差以各位置中的最大差值表示，在移动的全长上进行测量。回转运动在全部回转范围内，每30或在12个位置上进行测量。取同方向一次测量，求实际移动距离与规定之差。 p2、 重复度 在任意一点向相同方向重复定位7次，测量停止位置。误差以读数
3、最大差值的1/2加（）表示。原则上在行程两端和中间位置上测量。 p3、 向偏差 分别某一位置正向、负向各定位7次。误差以正、负两停止位置的平均值之差表示。在行程两端及中间位置上测量。 p4、 最小设定单位进给偏差 在同一方向连续给出单个最小设定单位的指令，共移动约20个以上单位。误差以各相邻停止位置的距离（或角度）对最小设定单位之差表示；浅谈设备位置精度的内容p整机设备安装位置精度；p机械手位置精度；p设备传动位置偏差分析；p设备位置精度偏差调整的一般方法小结p什么是位置精度？p常见位置精度检验标准有哪些？整机设备安装位置精度p设备整机安装位置精度指在设备安装中为保证整套装置正确联动所需的各独
4、立设备之间的位置间隙，包含水平位/垂直位置精度，平行度，倾斜度等；p散装设备的装配:包括各运动部件之间的相对运动，配合表面之间的配合度，这些装配工艺将直接影响设备的位置偏差。选择适当、合理的装配和调整方法，正确判定部件安装偏差及其方向能有效提高设备安装的位置精度。设备安装位置精度的检测调整项目p水平位置精度检测调整。p垂直位置精度检测调整。p组件间隙检查调整。p水平仪：用于测量相对于水平位置的倾斜角、设备导轨的平面度和直线度、设备安装的水平位置和垂直位置等。较水平尺测量的精密度而言，水平仪更稳定可靠。常见的红外水平仪，激光水平仪等，如下图所示设备安装常用位置检测仪器p水平尺： 采用水平尺用于检
5、测或测量水平和垂直度，种类和规格繁多，长度从10CM到250CM多个规格；水平尺材料的平直度和水准泡质量，决定了水平尺的精确性和稳定性。水平尺能用于不同长短距离测量，能弥补现有水平仪只能在开阔地测量，而在狭窄地方测量困难的缺点，且测量准确，造价低，携带方便，经济适用。p塞尺：塞尺又称测微片或厚薄规，是用于检验机械部件安装间隙的测量器具之一， 横截面为直角三角形,在斜边上有刻度,利用锐角正弦直接将短边的长度表示在斜边上,这样就可以直接读出缝的大小了。影响设备机台位置变化的因素p外部因素：整机设备在安装完成以后，其水平和垂直等位置，很容易受外部自然因素的影响，如地震，人为撞击等；对于自动化程度较高
6、的装有连锁装置的封装测试设备主要表现为异常掉气，地脚歪斜，机台不平整，设备不能复位等现象；p内部因素：设备在高速和长时间的生产运作中，整机链接螺栓，地脚，垫铁等锁紧和固定部件会有不同程度的松动和移位；这种情况不会导致设备停止工作，但会对物料传送的精准度有严重的影响；注释：不同的设备，由于精度不同，对水平度，垂直度的误差要求有所不同；小结：p整机安装位置精度项目有哪些？p设备安装常用位置检测仪器有哪些？p影响整机设备位置变化的因素有哪些？机械手位置精度p什么是机械手？ 机械手是能模仿手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和
7、原子能等部门。半导体封装测试设备常用的机械手有同步带传动机械手，平板式线性马达双轴(X, Y轴)机械手。影响设备安装位置精度的因素p基础的施工质量：包括基础的外形几何尺寸、位置、不同平面的标高、上平面的平整度和与水平面的平行度偏差；基础的强度、刚度、沉降量、倾斜度及抗震性能等。p垫铁、地脚螺栓的安装质量。p设备测量基准：设备测量基准的选择，直接关系到整台设备安装位置找正找平的最后质量。安装时测量基准通常选在设备底座、机身、壳体、机座、床身、台板、基础板等的加工面上。同步带传动机械手位置精度p同步带传动的特点: 半导体封装测试设备上机械手的传动大都采用同步带传动技术，同步传动有传动平稳，噪声小，
8、可缓冲吸振，能允许较大的中心距传动，过载时能打滑保护机械零件等优点； 缺点是不能保证准确传动比，带的寿命较短。一般运用在两轴较远距离的场合。p影响同步传动机械手运行位置精度的相关因素： 1. 主动轮和从动轮安装不平行，或者张力不在标准范围内，导致张紧轮和同步带磨损，受力不均，产生传动误差，由此机械手运动位置偏移，便不能精准夹持和吸附物料； 2. 轴承磨损， 主动轴(driver shaft)磨损，产生同步传送误差，机械手在物料夹持和吸附过程中发生位置偏差， 3. 直线导轨磨损出现较大间隙，滑块弹道损坏，导致机械手在运动中摇晃，在夹持和吸附物料时产生位置偏移； 4. 由于同步传动机械手的定位没有
9、采用激光识别，或者高倍摄像头视觉定位技术，需要依靠人的视觉来判断位置精度，难免存在误差。机械手的种类p机械手的种类及特点： 按驱动方式可分为液压式机械手、气动式机械手、电动式机械手、机械式机械手; 按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种; 而半导体行业常用机械手多为电动式机械手，即由步进或者伺服 按结构分可分为多轴机械手，单轴机械手；多轴机械手由多个单轴机械手构成，单轴机械手的构成总类有： 1：伺服电机+滚珠丝杆（特点：定位准，刚性好） 2：伺服电机+同步带（特点：定位准，刚性差，韧性） 3：步进电机+滚珠丝杆（特点：低价、定位比较准，刚性好） 4：步进电机+同步带（特点：最低价实惠、定位
10、比较准，刚性差，韧性） 5: 线性马达+直线导轨（特点：结构简单、定位精度高，磨损少、噪声低、组合性强、可靠性更好、安全性更高、使用寿命更长等优点）平板式线性马达构成的双轴机械手位置精度p特点： 精度高(采用光栅闭环控制，定位精度可达0.10.01（1）m)， 速度快(直线电机最大加速度可达30g)，行程长，负载能力强，结构简单、运动平稳、噪声小，运动部件摩擦小、使用寿命长、安全可靠。p机械手定位方式：视觉定位 机械手视觉定位是指通过CCD摄像头捕获目标(被传送物料)图像，将被摄取目标图像转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些
11、信号进行各种运算来抽取目标的特征，并与系统原有的标准图像信息做比对，进而根据判别的结果来调整机械手对物料夹持和吸附运动坐标，以确保机械手动作的位置精度； 一个机器视觉系统基本构成有：1.相机与镜头；2. 光源； 3.传感器；4.图像采集卡；5. PC平台；6.视觉处理软件；7.控制单元p影响线性马达机械手位置精度的因素： 1. 小结p什么是机械手，常见的机械手有哪两种？p影响同步传动机械手运行位置精度的相关因素有哪些？p什么是机械手视觉定位？设备传动位置偏差分析p导轨导向位置精度偏差： 导轨的导向精度，是指机械设备的运动部件沿导轨运动时，形成运动轨迹的准确性。影响导轨导向精度的因素，除了在设计
12、中所选导轨的类型、组合形式与尺寸之外，设备维修中常见的主要因素有：（1）受导轨几何精度的影响。（2）受导轨间隙是否合适的影响。（3）受导轨自身刚度的影响。 p链传动传动位置精度的偏差； 传动精度，是指传动链中，各环节的精度对终端执行件运动的准确性和均匀性的影响程度。 一般机械设备中的传动链中，传动误差是由动力输入环节向终端执行件进行传递，并且按照传动比进行累积。由于传动链的传动位置精度误差也直接对影响到设备的运行状态和产品质量的好坏； 设备维修过程中，传动精度常见的误差源是： （1）传动件的误差对设备传动精度有着主要的影响。 （2）相配零件的误差及其装配质量对传动精度有明显影响。 （3）传动件
13、在工作中，由于受热、受力，不可避免地要引起变形，对传动链的传动位置精度也会有一定影响。 （4）机械挡块定位时，传动定位精度与挡块的刚度和碰接挡块时的速度等因素有关； （5）链条传动的速度对传动精度有直接的影响； 设备位置精度调整的常用方法有以下六种： 调整间隙法； 标准校验法； 参数调整法； 误差补偿法； 零件修换法； 配加零件法；设备位置精度偏差调整的一般方法 在机械设备中，内部零件的相对运动普遍存在。有运动就有摩擦，有摩擦就要引起相关零件之间的尺寸、形状和表面质量的变化，产生磨损，增大相关零件之间的配合间隙。当间隙超过合理范围以后，只有通过调整间隙才能保证零件之间相对运动的准确性。 机械设
14、备的运动部件之间，普遍设计有间隙调整机构。通过间隙调整机构，调整间隙的方法是保证设备精度稳定的最常用也是最简单的方法。间隙调整法p导轨导向精度的调整 对于普通机械设备来说，滑动导轨之间的间隙是否合适，通常用0.03mm或者0.04mm厚的塞尺在端面部位插入进行检查，要求其插入深度应小于20mm。如果导轨间隙不合适，必须及时进行调整。p丝杠与螺母之间间隙的调整 丝杠螺母传动是实现直线运动的一种最常见的机构。丝杠与螺母的配合，很难做到没有间隙。特别是使用一个阶段以后，由于磨损，更会加大间隙，影响设备正常工作。因此，在设备维修过程中，注意消除丝杠与螺母之间的间隙是非常必要的。标准校验法 所谓标准校验
15、法就是采用专业的工具和仪器，来测量设备相关位置与标准值之间的误差；特别针对设备上的各种机械手，使用专门的夹具(Jig)来辅助作业人员检查校验其物料转运动作的相关位置精度，硬件的精密度，并通过采用零件修换法对硬件做修复，通过软件做相应的参数调整。参数调整法 对于新安装设备或者日常生产，日常维护中，设备部件，机械手，传动机构等都存在有位置偏差的问题；这些问题也导致了无数的产品质量issue， 在确保硬件没有磨损和损坏的情况下，通过控制软件调整设备硬件位置精度，确保物料传输和转运位置更精准，减少质量事故的发生率。误差补偿法 通过调整零件自身的误差来实现恰当的装配，产生一定程度的相互抵消现象，以保证设备运动轨迹准确性的一种调整方法。机械设备维修中，常用的误差补偿方法有移位补偿和综合补偿两种。零件修换法 调整间隙法和误差补偿法，都属于范围有限的调整法。超过规范，就会不灵。这种情况下，只有对有关零件进行修理或者更换才能达到调整设备精度的目的。配加零件法p精度调整中，有时在静止配合面之间可以加入适当厚度的垫片，以调整配合面之间的运动精度。p在已经弄清设备的传动关系、发生故障的原因和不影响零件强度的前提下，可以通过增加定位销、紧定螺钉、定位环等必要零件，提高装配部件的质量，保证设备精度的稳定性能。小结p设备位置精度偏差调整的一般方法有哪些？ENDQ/AThanks !
