CN216991361U - 一种蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线。该自动化产线，包括皮带运输机构、机械手组件、粗抛机、清洗机和精抛机。自动化产线配置为机械手组件能抓取皮带运输机构上的贴有蓝宝石衬底的承载件进入粗抛机，并能抓取粗抛机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入清洗机中，以及能抓取清洗机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入精抛机，以及能抓取精抛机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入皮带运输机构上。本实用新型利用自动化设备设计自动化产线代替目前的贴有蓝宝石衬底的承载件的上下料、清洗以及工序间的搬运主要靠人工来完成的产线，能够实现工件从传送带上自动上下料，减少了人工参与对衬底的污染和损伤，提高了产品的质量和生产效率。

Description

一种蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线

技术领域

本实用新型涉及蓝宝石衬底加工装置领域，特别涉及一种蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线。

背景技术

在能源问题日益突出的今天，LED因其具有亮度高，体积小，耗电量低，寿命长等优点而广泛应用于显示屏，背光源，车灯，装饰灯等，成为了半导体行业发展的亮点。

蓝宝石晶体因具有莫氏硬度高、耐高温和化学性质稳定等优点，是目前LED 产业中使用最为广泛的衬底材料。随着LED产业的迅速发展，作为其衬底材料的蓝宝石生产规模也不断扩大。蓝宝石衬底的加工过程大致如下：在长晶生成的蓝宝石晶坨中掏棒得到晶棒后，再经切割、研磨、粗抛(如铜抛)和精抛(如 CMP抛光，Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光)等一系列加工后得到蓝宝石衬底。在目前的蓝宝石衬底粗抛和精抛加工生产线中，自动化程度依然较低，贴有蓝宝石衬底的承载件的上下料、清洗以及工序间的搬运主要靠人工来完成。工人需要将数量众多的贴有蓝宝石衬底的承载件的放置到抛光机中进行加工，还要将抛光后的贴有蓝宝石衬底的承载件取下送入清洗机中清洗。整个流程繁琐且工作量较大，在运输过程中，由于人工的操作也难免对部分蓝宝石衬底造成污染和损伤。从而导致产量降低，生产成本也随之增加。

实用新型内容

为了解决在目前的蓝宝石衬底粗抛和精抛加工生产线中，自动化程度依然较低，贴有蓝宝石衬底的承载件的上下料、清洗以及工序间的搬运主要靠人工来完成的问题，本实用新型提出一种蓝宝石衬底粗抛和精抛加工的自动化产线的方案，以达到提高整个生产过程的自动化程度，减少上下料过程中人为因素造成对晶片的污染和损伤，从而提高蓝宝石衬底的抛光质量，降低成本，提高生产效率的目的。本实用新型采用的技术方案具体如下。

一种蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线，包括皮带运输机构、机械手组件、粗抛机、清洗机和精抛机；所述机械手组件包括第一机械手和第二机械手。所述自动化产线配置为所述第一机械手能抓取所述皮带运输机构上的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述粗抛机，并能抓取所述粗抛机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述清洗机中；所述第二机械手能抓取所述清洗机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述精抛机，以及能抓取所述精抛机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述皮带运输机构上。

作为该蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线的一种优选方式，所述皮带运输机构包括第一皮带和第二皮带。所述第一机械手配置为能抓取所述第一皮带上的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述粗抛机，以及能抓取所述粗抛机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述清洗机中。所述第二机械手配置为能抓取所述清洗机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述精抛机，以及能抓取所述精抛机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述第二皮带。

作为该蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线的一种优选方式，所述第一皮带、所述第一机械手、所述清洗机、所述第二机械手和所述第二皮带按照从前到后的顺序设置在同一直线上；所述粗抛机设置在所述第一机械手的侧边；所述精抛机设置在所述第二机械手的侧边。

作为该蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线的一种优选方式，所述粗抛机和所述精抛机设置在所述直线的同一侧。

该蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线可以包括用于装载并固定蓝宝石衬底的承载件，也可以不包括该承载件。

作为该蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线的一种优选方式，所述承载件为陶瓷盘，其上表面设置一个用于放置和固定蓝宝石衬底的圆形凹槽。

作为该蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线的机械手的一种优选方式，所述第一机械手和所述第二机械手均具有吸盘机构，该吸盘机构配置为能吸取所述承载件并进行转移。

作为该蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线的一种优选方式，所述第一机械手和所述第二机械手均具有基座、水平旋转机构、主升降机构、水平移动横轴和末端升降轴；所述第一机械手和所述第二机械手均配置为：所述水平旋转机构安装在所述基座上，所述主升降机构的下端固定在所述水平旋转机构上，所述水平移动横轴的一端固定在所述主升降机构的上端，所述末端升降轴的上端固定在所述水平移动横轴的另一端，所述吸盘机构固定在所述末端升降轴的下端。

作为该蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线的一种优选方式，所述清洗机具有一提篮，所述提篮具有供所述吸盘机构进出的中间空腔，所述提篮具有位于所述中间空腔两侧的多个水平隔板，两侧的水平隔板从下往上对称设置；两侧水平隔板之间的距离小于所述承载件的宽度。

进一步的，所述清洗机还具有一超声波水箱，并设置为所述提篮能浸泡入所述超声波水箱之中，以及能上升至所述超声波水箱之上。

作为该蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线的机械手的另一种优选方式，所述第一机械手具有第一夹具机构，所述第二机械手具有第二夹具机构，均能夹取所述承载件并进行转移。所述第一皮带包括两条平行的皮带，两条平行的皮带之间形成足够让所述第一夹具机构夹取所述承载件的空隙。所述第二皮带包括两条平行的皮带，两条平行的皮带之间形成足够让所述第二夹具机构夹取所述承载件的空隙。

应用如上所述的蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线的生产方法包括以下技术步骤：首先采用贴蜡工艺将蓝宝石衬底贴在承载件表面并置于所述第一皮带上，再由所述第一机械手将所述承载件由所述第一皮带转移至所述粗抛机的工位上进行粗抛，粗抛完成后，所述第一机械手将所述承载件由所述粗抛机的工位上转移至所述清洗机中进行清洗，清洗完成后，再由所述第二机械手将所述承载件由所述清洗机转移至所述精抛机中进行精抛，精抛完成后，所述第二机械手将所述承载件由所述精抛机转移于所述第二皮带上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：利用自动化设备设计自动化产线代替目前的贴有蓝宝石衬底的承载件的上下料、清洗以及工序间的搬运主要靠人工来完成的产线，能够实现工件从传送带上自动上下料，减少了人工参与对衬底的污染和损伤，提高了产品的质量。本自动化产线也降低工人工作负担和劳动强度，减少人力资源的浪费。此外，自动化产线的上下料过程更短，提高了生产的产量，增加了企业生产效益。

附图说明

图1为蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线的整体架构图。

图2为铜抛机的放大结构示意图。

图3为CPM抛光机的放大结构示意图。

图4为装载承载件的皮带运输机构的部分结构示意图。

图5为具有吸盘机构的机械手的结构示意图。

图6为图5的吸盘机构的仰视角结构放大图。

图7为清洗机的放大结构图。

附图标记：1-皮带运输机构、2-机械手组件、3-粗抛机、4-清洗机、5-精抛机、1-1第一皮带、1-2第二皮带、2-1第一机械手、2-2第二机械手、6-承载件、 20-吸盘机构、21-基座、22-水平旋转机构、23-主升降机构、24-水平移动横轴、25-末端升降轴、40-提篮、41-超声波水箱、400-隔板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的自动化产线的实施进行详细描述。

如图1所示，一种蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线，包括皮带运输机构1、机械手组件2、粗抛机3、清洗机4和精抛机5。

作为一种可选实施方式，如图2，粗抛机3为铜抛机，其带有多个上磨盘，可以同时对多个承载件6中的蓝宝石衬底进行抛光，该磨盘磨粒较粗，对蓝宝石衬底进行粗抛光加工。相对的，如图3，精抛机5为CPM抛光机，其带有多个上磨盘，可以同时对多个承载件6中的蓝宝石衬底进行抛光，该磨盘磨粒较细，对蓝宝石衬底进行精抛光加工。其中承载件6可以独立存在，也可以作为自动化产线的一部分。

其中，本实施方式中的自动化产线配置为所述机械手组件2能抓取所述皮带运输机构1上的贴有蓝宝石衬底的承载件6进入所述粗抛机3，并能抓取所述粗抛机3中的贴有蓝宝石衬底的承载件6进入所述清洗机4中，以及能抓取所述清洗机4中的贴有蓝宝石衬底的承载件6进入所述精抛机5，以及能抓取所述精抛机5中的贴有蓝宝石衬底的承载件6进入所述皮带运输机构1上。

本实用新型利用自动化设备设计自动化产线代替目前的贴有蓝宝石衬底的承载件6的上下料、清洗以及工序间的搬运主要靠人工来完成的产线，能够实现工件从传送带上自动上下料，减少人工参与对衬底的污染和损伤，提高了产品的质量和生产效率。本自动化产线也能降低工人工作负担和劳动强度，减少人力资源的浪费。此外，本自动化产线的上下料过程短，提高了生产的产量，可增加企业效益。

如图1所示，可选的，所述皮带运输机构1包括第一皮带1-1和第二皮带 1-2，分别设置于所述机械手组件2的两侧，用于进料抛光和出料。本实用新型的自动化产线也可以不包括进料用的第一皮带1-1，由其他方式进料至粗抛机3 中。

请继续参阅图1，作为一种可选实施方式，在所述皮带运输机构1包括第一皮带1-1和第二皮带1-2的基础上，所述机械手组件2包括第一机械手2-1和第二机械手2-2。所述第一机械手2-1配置为能抓取所述第一皮带1-1上的贴有蓝宝石衬底的承载件6进入所述粗抛机3，以及能抓取所述粗抛机3中的贴有蓝宝石衬底的承载件6进入所述清洗机4中。所述第二机械手2-2配置为能抓取所述清洗机4中的贴有蓝宝石衬底的承载件6进入所述精抛机5，以及能抓取所述精抛机5中的贴有蓝宝石衬底的承载件6进入所述第二皮带1-2。机械手可选择圆柱坐标型机械手，包含手部，腕部，臂部，能够实现抓取，腕部翻转，手臂旋转升降和伸缩和动作，工作范围较大，占用的空间环境较小，结构又简单紧凑，定位精准。机械手的升降部分采用滚珠丝杠机构，通过伺服电机驱动滚珠丝杠旋转起来，与丝杠相配合的丝杠螺母被带动着机构上下运动；旋转部分采用转盘轴承，伺服电机带动转盘轴承带动整个手臂左右旋转；伸缩部分采用滑块结构，由伺服电机通过同步带带动滑块沿直线导轨实现手臂伸缩；机械手手腕翻转运动采用伺服电机通过自动旋转器带动手腕旋转。机械手也可采用其他类型机械手，如直角坐标型机械手。

在一些实施方式中，所述机械手组件2可以只有一个机械手，通过程序控制该机械手完成上述第一机械手2-1和第二机械手2-2的工作。

如图1所示，一较佳实施例中：所述第一皮带1-1、所述第一机械手2-1、所述清洗机4、所述第二机械手2-2和所述第二皮带1-2按照从前到后的顺序设置在同一直线上，相互不产生干涉，也便于布置多条平行的流水线。可选的，所述粗抛机3设置在所述第一机械手2-1的侧边，所述精抛机5设置在所述第二机械手2-2的侧边，便于上下料。优选将所述粗抛机3和所述精抛机5设置在所述直线的同一侧，方便观察和出现故障时的维护。

如图4，进一步的，所述自动化产线还可以包括用于装载并固定蓝宝石衬底的承载件6，该承载件6优选为圆形陶瓷盘，上表面可设置一个圆形凹槽用来放置圆形的蓝宝石衬底(未图示)。其中，所述第一机械手2-1能抓取所述承载件 6在所述第一皮带1-1、所述粗抛机3和所述清洗机4上进行转移，所述第二机械手2-2能抓取所述承载件6在所述清洗机4、所述精抛机5和所述第二皮带1-2 上进行转移。

如图5和图6，作为机械手的一种实施方式，所述第一机械手2-1和所述第二机械手2-2均有吸盘机构20，配置为均能吸取所述承载件6并进行转移，所述第一机械手2-1和所述第二机械手2-2的结构可以相同。吸盘机构20采用气动吸附的方式，压缩的气体经快速接头进入机械手内部的由空气过滤器、减压阀、油雾器所构成的气动三联件里，常闭空气阀控制气体的通断，电磁阀通电时接通气体的阀门就被打开，这时被压缩的气体穿过真空发生器由消声器排到外面去，与此同时真空发生器的另外一端就会产生负压，将空气吸入，吸盘与工件之间呈负压，四周的空气施以压力，从而吸住工件。机械手其余部分由电机供电，电机类型不限，如伺服电机。

如图5所示，除了吸盘机构20外，所述第一机械手和所述第二机械手均还具有基座21、水平旋转机构22、主升降机构23、水平移动横轴24和末端升降轴25。所述第一机械手2-1和所述第二机械手2-2均配置为：所述水平旋转机 22构安装在所述基座21上，所述主升降机构23的下端固定在所述水平旋转机构22上，所述水平移动横轴24的一端固定在所述主升降机构23的上端，所述末端升降轴25的上端固定在所述水平移动横轴24的另一端，所述吸盘机构20 固定在所述末端升降轴25的下端。基座固定在底面上。水平旋转机构22能进行水平旋转，带动主升降机构23、水平移动横轴24、末端升降轴25和吸盘机构20整体进行水平旋转。主升降机构23能进行竖直升降，带动水平移动横轴 24、末端升降轴25和吸盘机构20整体进行竖直升降。水平移动横轴24能进行水平移动，带动末端升降轴25和吸盘机构20整体进行水平移动。末端升降轴25能进行升降运动，带动吸盘机构20进行升降运动。以上运动可以采用电机、液压机进行驱动。

一较佳实施例中：机械手最大抓重8kg，手腕运动回转范围360°；手臂伸缩行程610mm，伸缩速度1000mm/s；手臂升降行程188mm，升降速度200mm/s；手臂旋转范围±180°，旋转速度360°/s。

如图7，所述清洗机4具有一提篮40，所述提篮40具有供所述吸盘机构20 进出的中间空腔，使得所述第一机械手2-1和所述第二机械手2-2可以在提篮40 中间进行上下料。所述提篮40具有位于所述中间空腔两侧的多个水平隔板400，两侧的水平隔板400从下往上对称设置，两侧水平隔板400之间的距离小于所述承载件6的宽度，用于支撑承载件6，使得所述承载件6可以被所述第一机械手2-1抓取放置在提篮40隔板400上进行清洗。上下隔板400的高度由机械手和贴有蓝宝石衬底的承载件6的尺寸而定。由于贴有蓝宝石衬底的承载件6有足够的自重，因此无需在提篮40上加装固定装置。

请继续参阅图7，所述清洗4还具有一超声波水箱41，并设置为所述提篮 40能浸泡入所述超声波水箱41之中，以及能上升至所述超声波水箱41之上。

作为机械手的一种实施方式，机械手的构造还可以是，不安装吸盘机构20，而是所述第一机械手2-1具有第一夹具机构(未图示)，所述第二机械手2-2具有第二夹具机构(未图示)，均能夹取所述承载件6的一端或两端并进行转移。进一步可选的，所述第一皮带1-1包括两条平行的皮带，两条平行的皮带之间形成足够让所述第一夹具机构夹取所述承载件6的空隙。所述第二皮带1-2包括两条平行的皮带，两条平行的皮带之间形成足够让所述第二夹具机构夹取所述承载件6的空隙。使第一机械手2-1、第二机械手2-2可以在两带中间夹取贴有蓝宝石衬底的承载件6，以转移至下道次的设备中。此种皮带的设置同样可用于具有吸盘结构的机械手。

应用如上所述的蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线进行蓝宝石的抛光，该抛光过程包括以下步骤：首先采用贴蜡工艺将蓝宝石衬底贴在承载件6(如上述陶瓷盘)表面并置于所述第一皮带1-1上，再由所述第一机械手2-1将所述承载件6由所述第一皮带1-1转移至所述粗抛机3的工位上对蓝宝石衬底进行粗抛，粗抛完成后，所述第一机械手2-1将所述承载件6由所述粗抛机3的工位上转移至所述清洗机4的提篮40中，具体为放在其中一层的两侧水平隔板400上，可以由下至上放满每一层，放置完成后，提篮40下降至超声波水箱41中对蓝宝石衬底进行超声波清洗，清洗完成后，提篮40将贴有蓝宝石衬底的承载件6上提至超声波水箱41的上方，再由所述第二机械手2-2将所述承载件6由所述清洗机4转移至所述精抛机5中对蓝宝石衬底进行精抛，精抛完成后，所述第二机械手2-2将所述承载件6由所述精抛机5转移于所述第二皮带1-2上。

该自动化产线在工作过程中，不需要人工参与，传送带、机械臂、清洗机4 与抛光机之间配合严密，整个产线运行更加稳定，减少了加工过程中由于人工的参与造成产品的损失和伤害。有数据表明，零件的加工制造过程中，零件正常的输送、上料、下料等工序所用工时占整个加工时间的2/3以上，费用也占了整个生产费用的1/3以上，自动化产线不但提高了加工的效率，降低成本，同时也降低了从事机械式乏味繁重工作的工人的负担，减少其劳动强度。该自动化产线还可以与其他加工工序中自动化产线相结合，实现全产线自动化生产，其紧凑的布局可以减少产线占地面积，从而降低生产成本。

上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本实用新型，不能理解为是对本实用新型要求保护范围的限制；只要是根据本实用新型所揭示精神所作的任何等同变更或修饰，均落入本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线，其特征在于：包括皮带运输机构、机械手组件、粗抛机、清洗机和精抛机；所述机械手组件包括第一机械手和第二机械手；

所述自动化产线配置为所述第一机械手能抓取所述皮带运输机构上的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述粗抛机，并能抓取所述粗抛机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述清洗机中；所述第二机械手能抓取所述清洗机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述精抛机，以及能抓取所述精抛机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述皮带运输机构上。

2.根据权利要求1所述的蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线，其特征在于：所述皮带运输机构包括第一皮带和第二皮带；

所述第一机械手配置为能抓取所述第一皮带上的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述粗抛机，以及能抓取所述粗抛机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述清洗机中；

所述第二机械手配置为能抓取所述清洗机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述精抛机，以及能抓取所述精抛机中的贴有蓝宝石衬底的承载件进入所述第二皮带。

3.根据权利要求2所述的蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线，其特征在于：所述第一皮带、所述第一机械手、所述清洗机、所述第二机械手和所述第二皮带按照从前到后的顺序设置在同一直线上；所述粗抛机设置在所述第一机械手的侧边；所述精抛机设置在所述第二机械手的侧边。

4.根据权利要求3所述的蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线，其特征在于：所述粗抛机和所述精抛机设置在所述直线的同一侧。

5.根据权利要求2所述的蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线，其特征在于：所述承载件为陶瓷盘，其上表面设置一个用于放置和固定蓝宝石衬底的圆形凹槽。

6.根据权利要求2所述的蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线，其特征在于：所述第一机械手和所述第二机械手均具有吸盘机构，该吸盘机构配置为均能吸取所述承载件并进行转移。

7.根据权利要求6所述的蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线，其特征在于：所述第一机械手和所述第二机械手均具有基座、水平旋转机构、主升降机构、水平移动横轴和末端升降轴；所述第一机械手和所述第二机械手均配置为：所述水平旋转机构安装在所述基座上，所述主升降机构的下端固定在所述水平旋转机构上，所述水平移动横轴的一端固定在所述主升降机构的上端，所述末端升降轴的上端固定在所述水平移动横轴的另一端，所述吸盘机构固定在所述末端升降轴的下端。

8.根据权利要求6或7所述的蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线，其特征在于：所述清洗机具有一提篮，所述提篮具有供所述吸盘机构进出的中间空腔，所述提篮具有位于所述中间空腔两侧的多个水平隔板，两侧的水平隔板从下往上对称设置；两侧水平隔板之间的距离小于所述承载件的宽度。

9.根据权利要求8所述的蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线，其特征在于：所述清洗机还具有一超声波水箱，并设置为所述提篮能浸泡入所述超声波水箱之中，以及能上升至所述超声波水箱之上。

10.根据权利要求2所述的蓝宝石衬底粗抛和精抛的自动化产线，其特征在于：所述第一机械手具有第一夹具机构，所述第二机械手具有第二夹具机构，均能夹取所述承载件并进行转移；

所述第一皮带包括两条平行的皮带，两条平行的皮带之间形成足够让所述第一夹具机构夹取所述承载件的空隙；

所述第二皮带包括两条平行的皮带，两条平行的皮带之间形成足够让所述第二夹具机构夹取所述承载件的空隙。

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