面向微电子封装的两自由度高速精密定位系统研究

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1、摘要随着我国微电子封装工业的发展，微电子封装设备的发展也越来越快。本文正是以开发面向微电子封装设备一自动超声波引线键合机的高速、高精度定位系统为目标，以有限元法、动态设计方法、运动控制和模式匹配等理论作为手段，系统地研究了高速、高精度XY定位平台的结构设计、加减速控制算法和插补算法以及视觉定位的关键技术，并建造出了XY精密定位平台样机一台，制作了运动控制卡各模块，开发了基于模式匹配的视觉系统。论文主要内容有以下三个方面：设计了一台采用步进电机一滚珠丝杠螺母副驱动的XY高速、高精度定位平台。提出了XY高速精密定位平台

2、静、动态特性的有限元分析方法，探讨了XY定位平台在不同载荷情况下的力学行为，分析了xY定位平台的固有频率和模态振型。在此基础上实现对xY高速精密平台的结构动态设计。设计了基于USB通用串行总线和数字信号处理器(DSP)的运动控制卡的各个模块。在硬件方面，采用TI公司的高性能DSP芯片TMS320LF2407A作为步进电机的主控制器，辅以外围电路实现电机控制，并采用USB通用串行总线接口芯片CY7C68013A完成了DSP与Pc机之间的高速通信；在软件方面，实现了步进电机的T形加减速控制算法和S形加减速控制算法，选择

3、最小偏差法实现了两轴直线插补，采用C语言编写了步进电机各种运动方式的程序，在使用CYPRESS公司EZ-USBFX2通用驱动程序的基础上，调用其提供的两种控制函数库中的接口控制函数，开发了PC机上的运动控制函数，并做成动态链接库，方便用户调用。建立了一套视觉定位系统进行测试。在硬件方面，先分析了CCD摄像头、图像采集卡和镜头等图像采集硬件对采集芯片图像影响并按检测要求，选用了NI公司的1405型图像采集卡和威视公司的VC-513D工业用CCD摄像机，搭建了视觉定位的硬件系统；在软件方面，使用VS．NET平台进行开发

4、图像处理、模式匹配软件，图像处理和模式匹配是整套视觉定位系统的核心，采用NI公司的IMAQVision8．2软件包，利用其提供的图像处理算法库，通过图像获取、图像标定和图像增强等方法预处理，并采用基于模式匹配的定位方法来获取目标点位置。关键词：微电子封装；XY定位平台；运动控制；视觉定位广东工业大学硕+学位论文AbstractNowadays，withthedevelopmentofmicroelectronicspackagingindustryinChina，thetechnologyofmicroelectr

5、onicspackagingequipmentsdevelopsmoreandmorefast．InordertodevelopahighspeedandhighprecisionpositioningsystemforIC-encapsulationequipment-automaticultrasonicwirebonding，thispaperdealswiththekeyissuerelevanttomechanicaldesign,accelerationanddecelerationcontrolalg

6、orithm,interpolationalgorithmandvisionpositioningbymeansoffmiteelementmethod，dynamicdesign,motioncontrolandpatternmatchingtheory．Asaresult，aprototypemachineofXYtable，amotioncontrolcardandavisionpositionsystemhavebeendeveloped．Thepapermainlyincludesthefollowing

7、threeaspects：AXYtabledrivenbysteppingmotor-ballscrewandnutassemblyhasbeendesigned．Thefm沁elementmethodisusedinanalyzingthestaticcharacteristicsanddynamiccharacteristicoftheXYtable．TheperformanceoftheXYtablesubjectedtodifferentloadhasbeenstudiedandthenaturalfreq

8、uencyandmodalshapesoftheXYtablehavebeenobtained．Basedontheresults，thedymrnjcstructuraldesignhasbeenimplemented．AmotioncontrolcardbasedonUSBbusandDSPhasbeendesigned．Inthehardwarepar