一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，具体为一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备。

背景技术

激光芯片是一种集成了激光器结构和相关电子器件的微型芯片，它是激光器技术的核心组成部分，用于产生和放大激光光束，激光芯片通常由半导体材料制成，最常见的是利用III-V族化合物半导体材料，如氮化镓、砷化镓、磷化铟等或砷化磷等材料构建，这些材料具有优异的光电特性，能够实现激光器所需的激发和放大过程，而激光芯片在使用时，会将芯片与散热器(热沉)结合在一起的封装技术，其主要目的是提供有效的热管理，以确保芯片在工作时能够保持适当的温度范围内，因芯片在运行时会产生热量，如果不能有效散热，温度可能会升高，导致性能下降、可靠性降低甚至损坏芯片，芯片热沉封装通过将散热器与芯片直接接触，以提高热量传导和散热效率，从而有效地降低芯片温度，而芯片热沉封装在使用过程中可能出现的老化和衰减情况，这时就需要对芯片热沉封装进行拆卸和重新组装的过程，以进行老化测试和维护。

目前COS热沉的拆装领域中，老化前后的夹具，对应的需要把热沉从华夫盒中摆放到夹具或从夹具取出放置到华夫盒中，现有行业基本采用人工上下料的方式，而人工拆装存在耗时较长，工作效率不高，且质量不可控的问题，这样会造成了现在COS热沉拆装领域操作繁琐，效率较低，而成本高昂的情况，同时芯片热沉等产品价格高昂，其人工拆装对操作人员的技术水平和熟练度有很高的要求，否则容易损伤热沉，这也使得人员培养困难，而且随着自动化行业的快速发展，对高功率激光芯片质量把控越来越严格，目前人工拆装的方式已经无法目前行业内的需求。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备，具备全自动拆装热沉、拆、装、拆装三种模式、高效率、降低人工成本等优点，解决了人工操作繁琐，效率较低，而人工成本高昂和对操作人员高要求的问题。

(二)技术方案

为实现上述全自动拆装热沉、拆、装、拆装三种模式、高效率、降低人工成本目的，本发明提供如下技术方案：一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备，包括机架，所述机架的顶部设置有两个料盘上下装置和全面视觉监测装置，两个所述料盘上下装置的一侧均通过螺栓连接有料盘传送装置，所述料盘传送装置的上方位置设置有X轴吸附取料装置，两个所述X轴吸附取料装置的一端处设置有热沉吸附取料装置，所述热沉吸附取料装置的下方设置有二次定位装置和华夫盒上下料装置，电批工作轴装置设置于所述热沉吸附取料装置的一侧。

优选的，所述料盘上下装置包括固定板、升降板、直线轴承、驱动电机、同步带、滚珠丝杆、吸塑盒、侧挡板和感应组件，所述固定板的表面贯穿有直线轴承，所述直线轴承的底部设置有升降板，所述升降板的表面设置有滚珠丝杆，驱动电机的驱动端通过同步带设置于所述滚珠丝杆的底端，所述直线轴承的顶部放置有吸塑盒，所述吸塑盒的两侧均设置有侧挡板，所述吸塑盒的前后处均通过支杆安装有用于检测料盘是否凸出的感应组件。

优选的，所述料盘传送装置包括支撑座、输送轨道、丝杆电机、丝杆模组、拉料夹爪、调速阀、压缩弹簧和到位感应组件，所述支撑座的顶部通过螺栓安装有两个输送轨道，其中一个所述输送轨道的表面设置有压缩弹簧，丝杆电机设置于两个所述输送轨道中间位置处，所述丝杆电机的驱动端设置有丝杆模组，所述丝杆模组的驱动件设置有拉料夹爪，调速阀设置于所述拉料夹爪上，所述输送轨道的内侧设置有到位感应组件。

优选的，所述X轴吸附取料装置包括支撑柱、X轴驱动模组、移动板、步进电机、旋转电机、快速旋转接头和可拆卸吸嘴，所述支撑柱的顶部通过螺栓安装有X轴驱动模组，所述X轴驱动模组的驱动端设置有移动板，步进电机设置于所述移动板上，所述步进电机的驱动端通过传动带设置有旋转电机，所述旋转电机的顶部和底部分别设置有快速旋转接头和可拆卸吸嘴。

优选的，所述热沉吸附取料装置包括支柱、Y轴驱动模块、移动架、闭环伺服电机、吸嘴旋转驱动电机、取热沉吸嘴、取华夫盒盖吸嘴和缓冲弹簧，Y轴驱动模块设置于所述支柱的顶部，所述Y轴驱动模块的驱动件设置有移动架，三个闭环伺服电机均设置有移动架上，其中两个所述闭环伺服电机通过传动带分别连接有吸嘴旋转驱动电机和取华夫盒盖吸嘴，所述吸嘴旋转驱动电机和取华夫盒盖吸嘴均滑动连接于所述移动架表面，且顶部设置有缓冲弹簧，所述吸嘴旋转驱动电机的驱动端设置有取热沉吸嘴。

优选的，所述二次定位装置包括直线电机模组、平移板、电磁阀、垫块、顶升气缸、夹具、限位块、缓冲器和对射感应组件，所述直线电机模组的驱动件通过螺栓安装有平移板，所述平移板的表面设置有电磁阀和垫块，所述垫块的一侧设置有顶升气缸，夹具和缓冲器均设置于所述顶升气缸的驱动端，限位块和对射感应组件均设置于所述垫块上。

优选的，所述华夫盒上下料装置包括平移驱动模组、移动放置盘、限位弹片和真空吸嘴，所述平移驱动模组的移动件设置有移动放置盘，所述移动放置盘的表面设置有限位弹片和真空吸嘴。

优选的，所述电批工作轴装置包括安装座、升降驱动模组、升降立板、电批安装板、拉伸弹簧、压缩弹簧、电批机构、电批头支撑座和电批头，所述安装座的一侧通过螺栓连接有升降驱动模组，所述升降驱动模组的驱动件设置有升降立板，所述升降立板的表面滑动连接有电批安装板，所述电批安装板的一侧和顶部分别设置有拉伸弹簧和压缩弹簧，带扭力反馈的电批机构和电批头支撑座均设置于所述电批安装板上，所述电批机构的驱动端设置有电批头，且所述电批头贯穿于所述电批头支撑座。

优选的，所述全面视觉监测装置包括夹具定位上视觉检测机构、夹具字符识别侧视觉检测机构、热沉摆放定位下视觉检测机构、热沉摆放定位上视觉检测机构、热沉字符识别定位下视觉机构和扫码组件，均采用检测相机、镜头和光源组成，其中所述夹具定位上视觉检测机构位于所述二次定位装置的一端，且所述夹具定位上视觉检测机构和热沉摆放定位上视觉检测机构的结构规格完全一样，所述夹具字符识别侧视觉检测机构设置于所述X轴吸附取料装置的下方位置处，所述热沉摆放定位下视觉检测机构设置于其中一个所述X轴吸附取料装置的一端和所述热沉吸附取料装置的一端处，且设置有用于自动调节焦距的丝杆电机，所述热沉摆放定位上视觉检测机构位于所述二次定位装置和华夫盒上下料装置之间位置处，所述热沉字符识别定位下视觉机构设置于所述闭环伺服电机的传动带上，且一侧设置有扫码组件。

优选的，所述机架的上表面设置有机罩，风机过滤装置设置于所述机罩上，所述机罩的一侧设置有显示屏和控制按钮。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备，具备以下有益效果：

1、该用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备，通过X轴吸附取料装置的设置，可以通过对多个热沉进行吸附取料，提高了该设备的工作效率，通过热沉吸附取料装置的设置，来实现自动吸取华夫盒盒盖和取出热沉，通过二次定位装置的设置，保证了该设备的取料精准到位，通过电批工作轴装置的设置，实现自动上紧或拧松夹具上盖，同时通过全面视觉监测装置的设置，来对华夫盒和其夹具进行扫码标记、字符识别和上下定位等检测，有效保证了该设备对华夫盒和其夹具每一步操作的准确度。

2、该用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备，实现自动从华夫盒中吸取COS热沉，然后把COS热沉自动放置至指定的夹具里面，或者从夹具里面吸取老化后的COS热沉放置到对应的华夫盒中，全过程实现自动化热沉拆装操作运行，有效提高了生产效率，保证产品拆装时的良率和精度，可自动切换拆、装、拆装三种模式，实现一体三功能，不仅节省人力和降低了人工成本的同时，还提高了产品品质的稳定性。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备整体结构示意图；

图2为本发明提出的一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备结构安装示意图；

图3为本发明提出的一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备的料盘上下装置结构示意图；

图4为本发明提出的一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备的料盘传送装置结构示意图；

图5为本发明提出的一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备的X轴吸附取料装置结构示意图；

图6为本发明提出的一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备的热沉吸附取料装置结构示意图；

图7为本发明提出的一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备的二次定位装置结构示意图；

图8为本发明提出的一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备的夹具结构示意图；

图9为本发明提出的一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备的华夫盒上下料装置结构示意图；

图10为本发明提出的一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备的电批工作轴装置结构示意图；

图11为本发明提出的一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备的夹具定位上视觉检测机构及热沉摆放定位上视觉检测机构结构示意图；

图12为本发明提出的一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备的夹具字符识别侧视觉检测机构结构示意图；

图13为本发明提出的一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备的热沉摆放定位下视觉检测机构结构示意图。

图中：1、机架；

2、料盘上下装置；201、固定板；202、升降板；203、直线轴承；204、驱动电机；205、同步带；206、滚珠丝杆；207、吸塑盒；208、侧挡板；209、感应组件；

3、料盘传送装置；301、支撑座；302、输送轨道；303、丝杆电机；304、丝杆模组；305、拉料夹爪；306、调速阀；307、压缩弹簧；308、到位感应组件；

4、X轴吸附取料装置；401、支撑柱；402、X轴驱动模组；403、移动板；404、步进电机；405、旋转电机；406、快速旋转接头；407、可拆卸吸嘴；

5、热沉吸附取料装置；501、支柱；502、Y轴驱动模块；503、移动架；504、闭环伺服电机；505、吸嘴旋转驱动电机；506、取热沉吸嘴；507、取华夫盒盖吸嘴；508、缓冲弹簧；

6、二次定位装置；601、直线电机模组；602、平移板；603、电磁阀；604、垫块；605、顶升气缸；606、夹具；607、限位块；608、缓冲器；609、对射感应组件；

7、华夫盒上下料装置；701、平移驱动模组；702、移动放置盘；703、限位弹片；704、真空吸嘴；

8、电批工作轴装置；801、安装座；802、升降驱动模组；803、升降立板；804、电批安装板；805、拉伸弹簧；806、压缩弹簧；807、电批机构；808、电批头支撑座；809、电批头；

9、全面视觉监测装置；901、夹具定位上视觉检测机构；902、夹具字符识别侧视觉检测机构；903、热沉摆放定位下视觉检测机构；904、热沉摆放定位上视觉检测机构；905、热沉字符识别定位下视觉机构；906、扫码组件；10、机罩；11、风机过滤装置；12、显示屏；13、控制按钮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图13，一种用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备，包括机架1，机架1的顶部设置有两个料盘上下装置2和全面视觉监测装置9，两个料盘上下装置2的一侧均通过螺栓连接有料盘传送装置3，料盘传送装置3的上方位置设置有X轴吸附取料装置4，两个X轴吸附取料装置4的一端处设置有热沉吸附取料装置5，热沉吸附取料装置5的下方设置有二次定位装置6和华夫盒上下料装置7，电批工作轴装置8设置于热沉吸附取料装置5的一侧，机架1的上表面设置有机罩10，风机过滤装置11设置于机罩10上，通过风机过滤装置11的设置，以此来达到机体内净化空气，满足机器运转时对无尘等级的需求，机罩10的一侧设置有显示屏12和控制按钮13；

料盘上下装置2包括固定板201、升降板202、直线轴承203、驱动电机204、同步带205、滚珠丝杆206、吸塑盒207、侧挡板208和感应组件209，固定板201通过安装杆安装于机架1内，固定板201的表面贯穿有直线轴承203，直线轴承203的底部设置有升降板202，升降板202的表面设置有滚珠丝杆206，驱动电机204的驱动端通过同步带205设置于滚珠丝杆206的底端，直线轴承203的顶部放置有吸塑盒207，吸塑盒207的两侧均设置有侧挡板208，吸塑盒207的前后处均通过支杆安装有用于检测料盘是否凸出的感应组件209，将多个料盘放入吸塑盒207内，然后整体放置在直线轴承203上，通过感应组件209对放置的料盘进行检测，检测其是否凸出，然后通过驱动电机204驱动同步带205，带动滚珠丝杆206驱动吸塑盒207升降来方便料盘传送装置3取料；

料盘传送装置3包括支撑座301、输送轨道302、丝杆电机303、丝杆模组304、拉料夹爪305、调速阀306、压缩弹簧307和到位感应组件308，支撑座301的顶部通过螺栓安装有两个输送轨道302，其中一个输送轨道302的表面设置有压缩弹簧307，压缩弹簧307起到一个定位作用，在料盘工作位，把料盘推紧右侧输送轨道302，以右侧为基准，丝杆电机303设置于两个输送轨道302中间位置处，丝杆电机303的驱动端设置有丝杆模组304，丝杆模组304的驱动件设置有拉料夹爪305，调速阀306设置于拉料夹爪305上，通过调速阀306的设置，可以调节拉料夹爪305打开的快慢，输送轨道302的内侧设置有到位感应组件308，运行时，丝杆模组304驱动拉料夹爪305靠近吸塑盒207内的料盘，拉料夹爪305撑开卡住料盘，然后拉动料盘沿着输送轨道302到达放置位，通过到位感应组件308检测料盘工作位初始位是否存在料盘；

X轴吸附取料装置4包括支撑柱401、X轴驱动模组402、移动板403、步进电机404、旋转电机405、快速旋转接头406和可拆卸吸嘴407，支撑柱401的顶部通过螺栓安装有X轴驱动模组402，X轴驱动模组402的驱动端设置有移动板403，步进电机404设置于移动板403上，步进电机404的驱动端通过传动带设置有旋转电机405，旋转电机405的顶部和底部分别设置有快速旋转接头406和可拆卸吸嘴407，步进电机404驱动可拆卸吸嘴407升降，来对二次定位装置6上的热沉进行吸取，其多个可拆卸吸嘴407的设置，来提高该设备的工作效率；

热沉吸附取料装置5包括支柱501、Y轴驱动模块502、移动架503、闭环伺服电机504、吸嘴旋转驱动电机505、取热沉吸嘴506、取华夫盒盖吸嘴507和缓冲弹簧508，Y轴驱动模块502设置于支柱501的顶部，Y轴驱动模块502的驱动件设置有移动架503，三个闭环伺服电机504均设置有移动架503上，其中两个闭环伺服电机504通过传动带分别连接有吸嘴旋转驱动电机505和取华夫盒盖吸嘴507，吸嘴旋转驱动电机505和取华夫盒盖吸嘴507均滑动连接于移动架503表面，且顶部设置有缓冲弹簧508，吸嘴旋转驱动电机505的驱动端设置有取热沉吸嘴506，先由扫码组件906扫描华夫盒上下料装置7上的华夫盒盒盖二维码，而后取华夫盒盖吸嘴507由闭环伺服电机504驱动传动带向下运动吸取盒盖至放置盒盖区域，取走盒盖后，热沉字符识别定位下视觉机构905识别字符，并与盒盖二维码绑定，绑定后取热沉吸嘴506吸取热沉，放置到二次定位装置6定位后的夹具606内，取料时取热沉吸嘴506上部含有缓冲弹簧508组成的缓冲结构，防止压伤热沉，且放置到夹具606前与夹具字符识别侧视觉检测机构902的字符一一绑定对应；

二次定位装置6包括直线电机模组601、平移板602、电磁阀603、垫块604、顶升气缸605、夹具606、限位块607、缓冲器608和对射感应组件609，直线电机模组601的驱动件通过螺栓安装有平移板602，平移板602的表面设置有电磁阀603和垫块604，垫块604的一侧设置有顶升气缸605，夹具606和缓冲器608均设置于顶升气缸605的驱动端，限位块607和对射感应组件609均设置于垫块604上，其中垫块604有6套，且都是由顶升气缸605作为压紧机构，推动夹具606靠近限位块607，为了定位过程中防止损伤热沉夹具，一侧装有缓冲器608，且摩擦的底部的垫块604采用非金属垫块，并且两侧与热沉夹具接触的部分全部为非金属，来进一步避免划伤热沉夹具；

华夫盒上下料装置7包括平移驱动模组701、移动放置盘702、限位弹片703和真空吸嘴704，平移驱动模组701的移动件设置有移动放置盘702，移动放置盘702的表面设置有限位弹片703和真空吸嘴704，其中移动放置盘702表面两侧放置物设置为取热沉吸嘴506吸取华夫盒盖后盒盖的放置区域，且盒盖还起到放置NG品的功能，限位弹片703对华夫盒进行限制定位，而真空吸嘴704起到吸附华夫盒底部，防止运动时华夫盒位移的作用；

电批工作轴装置8包括安装座801、升降驱动模组802、升降立板803、电批安装板804、拉伸弹簧805、压缩弹簧806、电批机构807、电批头支撑座808和电批头809，安装座801的一侧通过螺栓连接有升降驱动模组802，升降驱动模组802的驱动件设置有升降立板803，升降立板803的表面滑动连接有电批安装板804，电批安装板804的一侧和顶部分别设置有拉伸弹簧805和压缩弹簧806，其中拉伸弹簧805主要起克服电批机构807自重的情况，而压缩弹簧806防止电批转动过程中，电批机构807下移压力过大压伤热沉，来起缓冲作用，带扭力反馈的电批机构807和电批头支撑座808均设置于电批安装板804上，通过带扭力反馈的电批机构807的设置，其扭力范围2.21-8.85N.M可调，超过给定范围报警，且定制型电批根据客户夹具锁紧螺母定制，电批机构807的驱动端设置有电批头809，且电批头809贯穿于电批头支撑座808，通过电批头支撑座808减小电批头809工作过程中受到的轴向力；

全面视觉监测装置9包括夹具定位上视觉检测机构901、夹具字符识别侧视觉检测机构902、热沉摆放定位下视觉检测机构903、热沉摆放定位上视觉检测机构904、热沉字符识别定位下视觉机构905和扫码组件906，均采用检测相机、镜头和光源组成，来根据实际不同的识别内容和视野大小选择不同的视觉搭配方案，其中夹具定位上视觉检测机构901位于二次定位装置6的一端，且夹具定位上视觉检测机构901和热沉摆放定位上视觉检测机构904的结构规格完全一样，夹具字符识别侧视觉检测机构902设置于X轴吸附取料装置4的下方位置处，热沉摆放定位下视觉检测机构903设置于其中一个X轴吸附取料装置4的一端和热沉吸附取料装置5的一端处，且设置有用于自动调节焦距的丝杆电机，可适应不同高度的产品，热沉摆放定位上视觉检测机构904位于二次定位装置6和华夫盒上下料装置7之间位置处，热沉字符识别定位下视觉机构905设置于闭环伺服电机504的传动带上，且一侧设置有扫码组件906。

该文中出现的电器元件均与外界的主控器电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。

综上，该用于高功率激光芯片老化夹具的全自动上下料设备，分为两种工作模式分为装载模式和拆卸模式，在使用时：

装载模式：人工将料盘放入吸塑盒207，其吸塑盒207自带缓存功能，可以缓存10层，然后料盘传送装置3中的拉料夹爪305去吸塑盒207夹取料盘移动至输送轨道302上方的工作位，通过X轴吸附取料装置4中的可拆卸吸嘴407一次性吸取6pcs，然后平移将其夹具底座放置到二次定位装置6上，料盘兼容夹具底座和夹具上盖，夹具底座和上盖阵列分布，二次定位装置6夹紧治具底座，通过夹具字符识别侧视觉检测机构902识别底座侧面字符，记录在系统中，然后扫码组件906扫描华夫盒上盖，扫描盒盖二维码，通过取华夫盒盖吸嘴507吸取盒盖至指定放置区域，热沉摆放定位下视觉检测机构903识别华夫盒中所有热沉，通过取热沉吸嘴506将NG挑至华夫盒盖中，而OK品由视觉定位后由取热沉吸嘴506吸取经过热沉摆放定位上视觉检测机构904定位后，放置到热沉摆放定位下视觉检测机构903定位后的夹具底座上方指定区域，依次摆放6pcs，将夹具底座字符、热沉字符、盒盖二维码互相对应，由系统记录，然后二次定位装置6移回初始放料位，X轴吸附取料装置4一次性吸取6pcs夹具上盖，由夹具定位上视觉检测机构901定位后依次放置到对应的夹具底座上方；二次定位装置6继续后移至电批工作轴装置8的初始工作位，通过电批工作轴装置8将其依次拧紧夹具上盖，然后右侧的X轴吸附取料装置吸取夹具放置到右侧料盘，当料盘满料后，右侧的料盘传送装置3将其放置回吸塑盒207，最后由人工拿取料盘至后续老化工位；

拆卸模式：人工上老化后的料盘至吸塑盒207，同样由拉料夹爪305去吸塑盒207夹取料盘移动至导轨上方的工作位，通过X轴吸附取料装置4中的可拆卸吸嘴407一次性吸取6pcs，然后平移将其夹具底座放置到二次定位装置6上，由二次定位装置6移至电批工作轴装置8的初始工作位，电批头809依次拧松夹具上盖，右侧的X轴吸附取料装置4依次吸取6pcs夹具上盖放回右侧的料盘，二次定位装置6再继续左移至热沉取料位，热沉摆放定位下视觉检测机构903识别热沉字符，扫码组件906扫描空华夫盒盒盖二维码，保证装载前和拆卸后的热沉和华夫盒是互相对应关系，再由取热沉吸嘴506依次吸取6pcs热沉放置至华夫盒，左侧的X轴吸附取料装置4吸取夹具底座放置到左侧的料盘，当料盘满料后放置回吸塑盒207，最后人工下料。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。