一种基于复合运动机构的厚膜电阻自动检测装置及方法与流程

本发明涉及电子元件制造，更具体地说，它涉及一种基于复合运动机构的厚膜电阻自动检测装置及方法。

背景技术：

1、厚膜电阻是一种广泛应用于混合集成电路中的元器件，其阻值精度直接影响电路性能。在厚膜电阻的生产过程中，通常采用激光修阻工艺对电阻进行精细调整，即通过激光束烧蚀电阻体表面特定区域，逐步增大电阻值直至达到目标精度。然而，激光修阻前的阻值检测以及修阻过程中的实时阻值监控，目前仍大量依赖人工操作或离线检测设备，导致生产效率低下、修阻精度难以保证。

2、现有技术中，部分激光修阻设备集成了简单的接触式探针检测机构，但这些机构通常采用固定式安装或单一自由度调节，无法灵活适应不同尺寸、不同引脚朝向的厚膜电阻。当厚膜电阻引脚朝向各异时，探针难以准确对位，容易出现接触不良或引脚损伤。此外，检测机构与激光修阻设备往往各自独立部署，不仅占用较大的车间空间，还需要频繁的人工校准以保证检测与修阻的位置一致性，严重制约了自动化生产线的节拍和良品率。同时，检测机构在非工作状态下长期悬垂于修阻工作区域内，容易与激光头或其他运动部件发生干涉，限制了设备的紧凑化设计。

3、因此，研究设计一种能够克服上述缺陷的基于复合运动机构的厚膜电阻自动检测装置及方法是目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种基于复合运动机构的厚膜电阻自动检测装置及方法，能够与激光修阻设备共平台部署，具备多自由度灵活调整能力，可在工作态与收纳态之间切换，并以力控方式实现可靠接触检测。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、第一方面，提供了一种基于复合运动机构的厚膜电阻自动检测装置，包括门式框架支撑结构、三轴直线运动结构、双轴转向结构、自适应力控检测模块和折叠收纳结构；

4、所述门式框架支撑结构固定于激光修阻设备的机床底座上，用于将厚膜电阻自动检测装置与激光修阻设备共平台部署；

5、所述三轴直线运动结构安装于所述门式框架支撑结构上，用于带动所述自适应力控检测模块在空间中三轴联动定位；

6、所述双轴转向结构安装于所述三轴直线运动结构的末端，用于使所述自适应力控检测模块获得绕z轴的旋转自由度；

7、所述自适应力控检测模块安装于所述双轴转向结构的输出端，用于以力控方式接触厚膜电阻引脚并采集电阻值；

8、所述折叠收纳结构安装于所述三轴直线运动结构上，用于驱使所述三轴直线运动结构、所述双轴转向结构和所述自适应力控检测模块整体翻转实现工作态与收纳态的切换。

9、进一步的，所述三轴直线运动结构包括x轴直线模组、y轴直线模组和z轴直线模组；

10、所述x轴直线模组固定于所述门式框架支撑结构的横梁上，所述x轴直线模组的动子连接所述z轴直线模组；

11、所述z轴直线模组的动子连接所述y轴直线模组；

12、所述y轴直线模组的动子连接所述双轴转向结构；

13、其中，所述x轴直线模组、y轴直线模组和z轴直线模组分别由独立的伺服电机驱动并在plc控制器调度下进行三轴联动定位。

14、进一步的，所述双轴转向结构包括第一伺服电机和第二伺服电机；

15、所述第一伺服电机的壳体固定于所述三轴直线运动结构的末端，所述第一伺服电机的输出轴通过连板与所述第二伺服电机的壳体固定连接；

16、所述第二伺服电机的输出轴与所述自适应力控检测模块固定连接，使所述自适应力控检测模块获得绕z轴的旋转自由度。

17、进一步的，所述自适应力控检测模块包括探针、力控微型宽平台推杆电缸、高精度力传感器和万用表，所述万用表与所述探针电性连接；

18、所述自适应力控检测模块的工作过程包括：

19、接近阶段，plc控制器控制所述力控微型宽平台推杆电缸以位置控制模式驱动所述探针快速下降；

20、接触阶段，当所述高精度力传感器检测到接触力达到预设接触力阈值时，所述plc控制器在毫秒级时间内将所述力控微型宽平台推杆电缸由位置控制模式切换至pid力控模式；

21、稳态阶段，所述pid力控模式根据pid算法实时调节所述力控微型宽平台推杆电缸的行程，将所述探针与厚膜电阻引脚的接触力维持在预设稳态接触力范围内，待压力稳定后所述万用表采集电阻值。

22、进一步的，所述预设接触力阈值为0.3n，所述预设稳态接触力范围为0.5n±0.1n；

23、位置控制模式切换至pid力控模式时，所述三轴直线运动结构中的z轴直线模组的伺服电机保持位置保持状态或转矩限幅状态，由所述力控微型宽平台推杆电缸作为pid力控回路的内环执行器；

24、所述高精度力传感器的安装位置位于所述力控微型宽平台推杆电缸的前端与所述探针根部之间；

25、所述pid力控模式的调节频率不低于100hz，稳态力建立时间不超过200ms。

26、进一步的，所述折叠收纳结构包括折叠用伺服电机、行星减速器和电磁阀；

27、所述折叠用伺服电机安装于所述三轴直线运动结构中的z轴直线模组上部，所述折叠用伺服电机通过所述行星减速器驱使所述z轴直线模组、所述双轴转向结构和所述自适应力控检测模块整体绕平行于y轴的转轴向上翻转90°；

28、翻转到位后由所述电磁阀实现机械限位锁定，工作态时所述折叠收纳结构处于锁止状态，收纳态时所述折叠收纳结构处于限位锁定状态。

29、进一步的，还包括上位机；

30、所述上位机建立基于齐次坐标变换的运动学模型；

31、通过标定实验获取各轴实际运动偏差数据，并建立误差补偿矩阵；

32、在指令端或反馈端叠加所述误差补偿矩阵以补偿机械传动链中的累积误差。

33、第二方面，提供了一种基于复合运动机构的厚膜电阻自动检测方法，该方法应用于如第一方面中任意一项所述的一种基于复合运动机构的厚膜电阻自动检测装置，包括以下步骤：

34、控制所述折叠收纳结构由收纳态切换至工作态，使所述三轴直线运动结构、所述双轴转向结构和所述自适应力控检测模块展开；

35、通过所述三轴直线运动结构将所述自适应力控检测模块移动至目标厚膜电阻上方；

36、通过所述双轴转向结构调整所述自适应力控检测模块的角度，使所述自适应力控检测模块对准所述厚膜电阻引脚；

37、通过所述自适应力控检测模块以力控方式接触所述厚膜电阻引脚并采集电阻值；

38、将采集的电阻值与标准阻值比较，若阻值不合格则通知所述激光修阻设备对所述厚膜电阻进行烧蚀修阻，修阻过程中重复力控接触与电阻采集直至阻值达标；

39、控制所述折叠收纳结构由工作态切换至收纳态，使所述三轴直线运动结构、所述双轴转向结构和所述自适应力控检测模块整体收起。

40、进一步的，该方法还包括：

41、在力控方式中，当接触力达到预设接触力阈值时，由位置控制模式切换至pid力控模式，并将接触力维持在预设稳态接触力范围内。

42、进一步的，该方法还包括：

43、在修阻过程中，所述自适应力控检测模块保持与所述厚膜电阻引脚的力控接触并实时采集电阻值，当电阻值达到标准阻值时停止修阻。

44、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

45、1、本发明提供的一种基于复合运动机构的厚膜电阻自动检测装置，通过将门式框架支撑结构固定于激光修阻设备的机床底座上，实现了检测装置与激光修阻设备的共平台部署，无需额外占用车间空间，也无需重新校准两设备间的相对位置。三轴直线运动结构安装于门式框架支撑结构上，能够带动自适应力控检测模块在空间中沿x、y、z三个方向联动定位，使探针可以快速到达任意目标厚膜电阻的上方。双轴转向结构安装于三轴直线运动结构的末端，为自适应力控检测模块提供了绕z轴的旋转自由度，使其能够灵活调整角度以对准不同朝向的厚膜电阻引脚。折叠收纳结构安装于三轴直线运动结构上，可驱使三轴直线运动结构、双轴转向结构和自适应力控检测模块整体翻转，在工作态时展开进行检测，在收纳态时翻转收起以避免干涉激光修阻设备的正常加工，实现了在线检测与修阻的一体化作业。

46、2、本发明通过将三轴直线运动结构设置为x轴直线模组、y轴直线模组和z轴直线模组，并采用x轴直线模组固定于横梁、其动子连接z轴直线模组、z轴直线模组的动子连接y轴直线模组、y轴直线模组的动子连接双轴转向结构的串联布局，构建了一个紧凑且刚性的三轴运动链。每个直线模组由独立的伺服电机驱动，在plc控制器的统一调度下进行三轴联动插补运算，使得探针能够在三维空间内实现高速高精度的点位运动。相比于传统的单轴堆叠或手动调节机构，该结构提升了定位速度和重复定位精度。

47、3、本发明通过将双轴转向结构设置为第一伺服电机和第二伺服电机串联，第一伺服电机的壳体固定于三轴直线运动结构的末端，其输出轴通过连板与第二伺服电机的壳体固定连接，第二伺服电机的输出轴直接与自适应力控检测模块固定连接，实现了两级旋转自由度的叠加。这种串联结构不仅扩大了角度调节范围，使探针能够覆盖360°任意角度的引脚朝向，还通过两级减速增大了角度分辨率，使探针能够以极高的角度精度对准引脚。相比于单个电机直接驱动，该结构有效避免了负载偏心引起的定位误差，解决了单一旋转自由度无法适应复杂引脚布局的问题。

48、4、本发明通过将自适应力控检测模块的工作过程划分为接近阶段、接触阶段和稳态阶段，并采用不同的控制策略：接近阶段以位置控制模式驱动探针快速下降，缩短非接触时间；接触阶段当高精度力传感器检测到接触力达到预设阈值时，在毫秒级时间内切换至pid力控模式；稳态阶段通过pid算法实时调节推杆电缸行程，将接触力维持在预设稳态范围内。这种分阶段控制策略实现了高速接近与轻柔接触的完美平衡，既避免了探针因高速冲击而损坏厚膜电阻引脚，又保证了接触电阻的稳定性。

49、5、本发明通过将折叠收纳结构设置为折叠用伺服电机、行星减速器和电磁阀，折叠用伺服电机安装于z轴直线模组上部，通过行星减速器驱使z轴直线模组、双轴转向结构和自适应力控检测模块整体绕平行于y轴的转轴向上翻转90°，翻转到位后由电磁阀实现机械限位锁定。工作态时折叠收纳结构处于锁止状态，依靠电机保持力矩抵抗重力下垂；收纳态时电磁阀通电吸合，将翻转后的结构机械卡死，彻底消除意外下滑风险。这种设计使得检测模块在非工作状态下能够紧凑地避让激光修阻设备的工作区域，既不占用宝贵的加工空间，又方便维护和更换探针。

50、6、本发明通过在上位机中建立基于齐次坐标变换的运动学模型，利用标定实验获取各轴实际运动偏差数据并建立误差补偿矩阵，在指令端或反馈端叠加该补偿矩阵，有效抵消了机械传动链中的累积误差，包括丝杆反向间隙和轴间垂直度偏差。该补偿矩阵为4×4阶齐次变换矩阵，通过激光跟踪仪采集不少于6个姿态下的实际坐标点进行标定，能够精确描述各轴之间的几何误差关系。经过补偿后，探针的定位精度提升至微米级别，满足了厚膜电阻引脚精确对位的苛刻要求。