一种用于X射线检测装置的拱桥式运动平台的制作方法

本发明涉及运动平台领域，具体为一种用于x射线检测装置的拱桥式运动平台。

背景技术：

x射线检测装置主要面向集成电路封装可靠性检测，检查电路及其封装以检查缺陷的存在以便确定缺陷的原因，在半导体封装检测领域具有重要应用。集成电路技术的发展，对用于x射线检测装置提出了以下几点要求：1)运动平台高稳定性，以提高细节分辨力。提高x射线检测装置运动平台的谐振频率和环境振动隔离，抑制环境振动激励，从而降低射线管、工作台面和探测器面处的振动；2)多轴运动，可允许探测器在若干平面内进行相对转动，实现物体的倾斜扫描检测功能；被测物体可绕三个轴线运动，从而改变放大率，而且物体保持在探测器的视野内；3)中心放大比不变，在对样品进行倾斜扫描检测时，x射线产生的点光源一直处于探测器球面运动的球心上；4)视野中心不变，在垂直升降过程中，样品视野中心不变，要求运动平台的x轴和y轴与z轴垂直；5)x射线管需要定期维护，运动平台结构应易于x射线管的维护。

2005年，美国nordsondage公开了一种x射线操纵器(us7497617b2)，其技术特征：载物台在可沿x、y和z向运动，探测器沿弓形框架运动，弓形两端由轴承以可枢转方式安装，并设有配重。该技术存在的缺陷如下：弓形框架的稳定性依赖配重大小，稳定性差。

2019年，中国电子科技集团公司第三十八研究所提出了一种基于五轴运动平台的x射线检测装置(申请号：201910592325.6)，其特征在于：方形外框架上方设有两轴回转机构和中下方设有三轴直线运动机构。该技术存在的缺陷如下：五轴运动平台的谐振频率较低，抗干扰能力差，易受外界环境振动激励；悬臂结构导致x、y轴与z轴的垂直度误差较大，导致样品升降过程中视野中心发生变化。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种稳定性好、谐振频率高的用于x射线检测装置的拱桥式运动平台。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种用于x射线检测装置的拱桥式运动平台，包括平台支撑框架、三轴直线运动机构和两轴回转运动机构；所述平台支撑框架包括拱桥式框架、水平支撑架和竖直支撑架；所述水平支撑架设置有两个，所述水平支撑架上壁分别与所述拱桥式框架两端固定；所述水平支撑架两侧壁之间设置有竖直支撑架且其侧壁与所述竖直支撑架两端固定，所述竖直支撑架为“倒梯形”的框架结构；x射线源总成固定在所述竖直支撑架顶端中部；

所述三轴直线运动机构固定设置在所述竖直支撑架内侧；所述两轴回转运动机构固定设置在所述拱桥式框架框顶下侧；探测器固定在两轴回转运动机构底部；本发明通过拱桥式框架的设置，拱桥式框架相对与现有技术中的方形框架，其内应力分布较为均匀，使得框架模态振形幅值较小，从而增加了框架的谐振频率，降低了环境振动对运动平台的影响，使三轴直线运动机构和两轴回转机构保持稳定，保证x射线管、工作台面和探测器保持稳定，从而提高x射线的细节识别能力。

优选地，还包括配重机构和隔振器，所述配重机构包括调平配重组件和重力补偿配重组件；所述调平配重组件和重力补偿配重组件均设置有两组，两组所述调平配重组件对称设置在所述拱桥式框架框体两端前侧壁上；两组所述重力补偿配重组件对称设置在所述拱桥式框架框体两端前后壁上；

所述隔振器为气浮隔振或橡胶隔振，所述隔振器固定设置在两个所述竖直支撑架的架体前后两端的底部；通过隔振器的作用，可有效降低拱桥式框架的模态振形幅，降低了环境振动对运动平台的影响。

优选地，所述调平配重组件包括第一滑轮、第一牵引绳、第一连接杆和第一配重块；所述第一滑轮对称固定在所述拱桥式框架框体两端前侧壁上，所述第一牵引绳穿过滑轮一端连接在第一连接杆上，另一端连接在第一配重块上，所述第一连接杆另一端连接三轴直线运动机构前端；

所述重力补偿配重组件包括第二滑轮、第二牵引绳、第二连接杆和第二配重块；所述第二滑轮对称固定在所述拱桥式框架框体两端后侧壁上，所述第二牵引绳穿过滑轮一端连接在第二连接杆上，另一端连接在第二配重块上，所述第二连接杆另一端连接三轴直线运动机构后端；

所述第一配重块和第二配重块的重量不等；

通过滑轮、牵引绳、配重块和连接杆形成结构简单的双质量块对称结构，补偿三轴直线运动机构因悬臂导致的垂直度误差，实现垂直升降过程中样品视野中心不变的特性；同时在电机驱动方向采用双质量块对称结构设计，补偿三轴直线运动机构的重力作用，从而使升降驱动过程中运动均匀平稳，使运动平台获得较高的运动精度。

优选地，所述三轴直线运动机构包括z轴运动组件、x轴运动组件和y轴运动组件；所述z轴运动组件固定设置在所述竖直支撑架内侧，所述x轴运动组件固定设置在所述z轴运动组件上端，所述y轴运动组件固定设置在所述x轴运动组件上端；

本发明的三轴直线运动机构整体呈“γ”型，x射线源总成安装无遮挡，易于维修。

优选地，所述z轴运动组件包括第一电动机、z轴滑轨、螺母和滑动支撑架；所述第一电动机通过电动机安装板安装在所述竖直支撑架下端中部，第一电动机的丝杠通过螺母与所述滑动支撑架中部固定；

所述第一电动机对称安装在所述竖直支撑架的“梯形”腰线上；所述滑动支撑架两侧的滑动块与所述z轴滑轨在其长度方向上滑动配合；所述滑动支撑架的顶端与所述x轴运动组件下端固定。

优选地，所述x轴运动组件包括第一支撑框架、x轴滑轨和第二电动机；所述第一支撑框架为矩形框架结构，所述第一支撑框架的框体底部左右两侧与所述滑动支撑架的顶端两侧固定；所述x轴滑轨设置在所述第一支撑框架x轴方向框体的上表面；所述第二电动机安装在所述第一支撑框架y轴方向框体的侧面；所述第二电动机的丝杠通过内螺纹块与所述y轴运动组件下端固定，并保证所述y轴运动组件与所述x轴滑轨在其的长度方向滑动配合。

优选地，所述y轴运动组件包括第二支撑框架、y轴滑轨、第三电动机和活动板；所述第二支撑框架为矩形框架结构，所述第二支撑框架底部与第三电动机的丝杠通过内螺纹块固定；所述y轴滑轨设置在所述第二支撑框架y轴方向框体的上表面；所述第三电动机安装在所述第二支撑框架x轴方向框体的侧面；所述活动板与所述第三电动机的丝杠通过内螺纹块固定，并保证所述活动板与所述y轴滑轨在其长度方向上滑动配合。

优选地，所述两轴回转运动机构包括水平回转装置和圆弧运动装置；所述水平回转装置固定在所述拱桥式框架框顶下侧；所述圆弧运动装置固定设置在所述水平回转装置下侧；x射线源总成的轴线与两轴回转运动机构的竖直轴线重合；所述x射线源总成产生的点光源与两轴回转运动机构的水平轴线重合；

x射线源总成的轴线与两轴回转运动机构的竖直轴线重合，产生的点光源与两轴回转运动机构的水平轴线重合，从而使中心放大比不变；因此本发明兼顾高稳定性、易维修性、五轴运动、视野中心不变、中心放大比不变等多种特性。

优选地，所述水平回转装置包括上安装板、下支撑板、圆弧连接板、回转电机、回转支撑架和回转齿轮；所述拱桥式框架框顶开设有安装槽，所述上安装板固定安装槽内；所述回转支撑架为轴承，所述回转支撑架的轴承内环的内侧设置有内齿，所述回转支撑架的轴承内环的顶部固定在所述上安装板底部；

所述下支撑板固定在所述回转支撑架的轴承外环底部，所述下支撑板上位于回转支撑架的轴承内环内侧的位置设置有多个均匀分布的通孔；所述回转电机安装所述下支撑板底部，所述回转电机的输出轴贯穿通孔并与所述回转齿轮的轴心位置固定；所述回转齿轮与所述回转支撑架的轴承内环上的内齿啮合连接；所述圆弧连接板顶端与所述下支撑板的底面中部固定，所述圆弧连接板下端为圆弧结构；所述圆弧运动装置固定在所述圆弧连接板上；

通过水平回转装置的设置，将水平回转装置安装在拱桥式框架框顶上，使得水平回转装置保持稳定，同时利用水平回转装置的转动带动圆弧运动装置的转动，进而带动探测器沿着水平回转装置的圆周方向运动，可实现待成像物体在水平面上做圆周形扫描检测。

优选地，所述圆弧运动装置包括圆弧导轨、圆弧导轨滑块、探测器安装板、运动电机和运动齿轮；所述圆弧导轨的圆弧顶部与所述圆弧连接板圆弧端固定，所述圆弧导轨的内侧圆弧面上设置有内齿；所述圆弧导轨滑块设置在所述圆弧导轨上并与所述圆弧导轨在其弧形长度方向上滑动配合；

所述探测器安装板为“l”型连接板结构，所述探测器安装板的竖直板上端固定在所述圆弧导轨滑块上；所述运动电机安装在所述探测器安装板的横板上；所述运动齿轮固定在所述运动电机的输出轴上，所述运动齿轮与所述圆弧导轨的内齿啮合连接；探测器安装在所述探测器安装板底部；

通过圆弧运动装置的设置，将圆弧导轨的圆弧顶部与圆弧连接板固定，使得圆弧运动装置保持稳定，同时利用运动电机带动探测器安装板、探测器沿着圆弧导轨滑动，可实现待成像物体的2.5维大角度倾斜扫描检测。

本发明的优点在于：

1、本发明通过拱桥式框架的设置，拱桥式框架相对与现有技术中的方形框架，其内应力分布较为均匀，使得框架模态振形幅值较小，从而增加了框架的谐振频率，降低了环境振动对运动平台的影响，使三轴直线运动机构和两轴回转机构保持稳定，保证x射线管、工作台面和探测器保持稳定，从而提高x射线的细节识别能力。

2、本发明通过滑轮、牵引绳、配重块和连接杆形成结构简单的双质量块对称结构，补偿三轴直线运动机构因悬臂导致的垂直度误差，实现垂直升降过程中样品视野中心不变的特性；同时在电机驱动方向采用双质量块对称结构设计，补偿三轴直线运动机构的重力作用，从而使升降驱动过程中运动均匀平稳，使运动平台获得较高的运动精度。

3、本发明的三轴直线运动机构整体呈“γ”型，x射线源总成安装无遮挡，易于维修。

4、本发明的x射线源总成的轴线与两轴回转运动机构的竖直轴线重合，产生的点光源与两轴回转运动机构的水平轴线重合，从而使中心放大比不变；因此本发明兼顾高稳定性、易维修性、五轴运动、视野中心不变、中心放大比不变等多种特性。

附图说明

图1为本发明实施例一的一种用于x射线检测装置的拱桥式运动平台的结构示意图；

图2为本发明实施例一的平台支撑框架的结构示意图；

图3为本发明实施例一的x射线总成和探测器安装的结构示意图；

图4为本发明实施例一的三轴直线运动机构的结构示意图；

图5为本发明实施例一的滑动支撑架和第一支撑框架的结构示意图；

图6为本发明实施例一的两轴回转运动机构的结构示意图；

图7为本发明实施例一的水平回转装置和圆弧运动装置的结构示意图；

图8为本发明实施例二、实施例三的用于x射线检测装置的拱桥式运动平台的正视结构示意图；

图9为本发明实施例二的调平配重组件的正视结构示意图；

图10为本发明实施例二的重力补偿配重组件的正视结构示意图；

图11为本发明实施例二的平配重组件和重力补偿配重组件的结构示意图。

附图标号说明：

1、平台支撑框架；11、拱桥式框架；12、水平支撑架；13、竖直支撑架；2、三轴直线运动机构；21、z轴运动组件；211、第一电动机；212、z轴滑轨；213、螺母；214、滑动支撑架；22、x轴运动组件；221、第一支撑框架；222、x轴滑轨；223、第二电动机；23、y轴运动组件；231、第二支撑框架；232、y轴滑轨；233、第三电动机；234、活动板；3、两轴回转运动机构；31、水平回转装置；311、上安装板；312、下支撑板；313、圆弧连接板；314、回转电机；315、回转支撑架；316、回转齿轮；32、圆弧运动装置；321、圆弧导轨；322、圆弧导轨滑块；323、探测器安装板；324、运动电机；325、运动齿轮；4、配重机构；41、调平配重组件；411、第一滑轮；412、第一牵引绳；413、第一连接杆；414、第一配重块；42、重力补偿配重组件；421、第二滑轮；422、第二牵引绳；423、第二连接杆；424、第二配重块；5、隔振器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。

实施例一

如图1、图2所示，本实施例公开了一种用于x射线检测装置的拱桥式运动平台，包括平台支撑框架1、三轴直线运动机构2和两轴回转运动机构3；所述平台支撑框架1包括拱桥式框架11、水平支撑架12和竖直支撑架13；所述水平支撑架12设置有两个，所述水平支撑架12上壁分别与所述拱桥式框架11两端固定；所述水平支撑架12两侧壁之间设置有竖直支撑架13且其侧壁与所述竖直支撑架12两端固定；所述竖直支撑架13为“倒梯形”的框架结构；

如图3所示，x射线源总成固定在所述竖直支撑架13顶端中部；所述三轴直线运动机构2固定设置在所述竖直支撑架13内侧；所述两轴回转运动机构3固定设置在所述拱桥式框架11框顶下侧；探测器固定在两轴回转运动机构23底部；本发明通过拱桥式框架13的设置，拱桥式框架13相对与现有技术中的方形框架，其内应力分布较为均匀，使得框架模态振形幅值较小，从而增加了框架的谐振频率，降低了环境振动对运动平台的影响，使三轴直线运动机构2和两轴回转机构3保持稳定，保证x射线管、工作台面和探测器保持稳定，从而提高x射线的细节识别能力。

如图4、图5所示，所述三轴直线运动机构2包括z轴运动组件21、x轴运动组件22和y轴运动组件23；所述z轴运动组件21固定设置在所述竖直支撑架13内侧，所述x轴运动组件22固定设置在所述z轴运动组件21上端，所述y轴运动组件23固定设置在所述x轴运动组件22上端；本实施例的三轴直线运动机构2整体呈“γ”型，x射线源总成安装无遮挡，易于维修。

所述z轴运动组件21包括第一电动机211、z轴滑轨212、螺母213和滑动支撑架214；所述第一电动机211通过电动机安装板安装在所述竖直支撑架13下端中部，第一电动机211的丝杠通过螺母213与所述滑动支撑架214中部固定；

所述第一电动机211对称安装在所述竖直支撑架13的“梯形”腰线上；所述滑动支撑架214两侧的滑动块与所述z轴滑轨212在其长度方向上滑动配合；所述滑动支撑架214的顶端与所述x轴运动组件22下端固定。

所述x轴运动组件22包括第一支撑框架221、x轴滑轨222和第二电动机223；所述第一支撑框架221为矩形框架结构，所述第一支撑框架221的框体底部左右两侧与所述滑动支撑架214的顶端两侧固定；所述x轴滑轨222设置在所述第一支撑框架221的x轴方向框体的上表面；所述第二电动机223安装在所述第一支撑框架221的y轴方向框体的侧面；所述第二电动机223的丝杠通过内螺纹块与所述y轴运动组件23下端固定，并保证所述y轴运动组件23与所述x轴滑轨222在其的长度方向滑动配合。

所述y轴运动组件23包括第二支撑框架231、y轴滑轨232、第三电动机233和活动板234；所述第二支撑框架231为矩形框架结构，所述第二支撑框架231底部与第三电动机233的丝杠通过内螺纹块固定；所述y轴滑轨232设置在所述第二支撑框架231的y轴方向框体的上表面；所述第三电动机233安装在所述第二支撑框架231的x轴方向框体的侧面；所述活动板234与所述第三电动机233的丝杠通过内螺纹块固定，并保证所述活动板234与所述y轴滑轨232在其长度方向上滑动配合。

如图6、图7所示，所述两轴回转运动机构3包括水平回转装置31和圆弧运动装置32；所述水平回转装置231固定在所述拱桥式框架11框顶下侧；所述圆弧运动装置32固定设置在所述水平回转装置261下侧；x射线源总成的轴线与两轴回转运动机构3的竖直轴线重合；所述x射线源总成产生的点光源与两轴回转运动机构3的水平轴线重合；

x射线源总成的轴线与两轴回转运动机构3的竖直轴线重合，产生的点光源与两轴回转运动机构3的水平轴线重合，从而使中心放大比不变；因此本发明兼顾高稳定性、易维修性、五轴运动、视野中心不变、中心放大比不变等多种特性。

所述水平回转装置31包括上安装板311、下支撑板312、圆弧连接板313、回转电机314、回转支撑架315和回转齿轮316；所述拱桥式框架11框顶开设有安装槽，所述上安装板311固定安装槽内；所述回转支撑架315为轴承，所述回转支撑架315的轴承内环的内侧设置有内齿，所述回转支撑架315的轴承内环的顶部固定在所述上安装板311底部；

所述下支撑板312固定在所述回转支撑架315的轴承外环底部，所述下支撑板312上位于回转支撑架315的轴承内环内侧的位置设置有多个均匀分布的通孔；所述回转电机314安装所述下支撑板312底部，所述回转电机314的输出轴贯穿通孔并与所述回转齿轮316的轴心位置固定；所述回转齿轮316与所述回转支撑架315的轴承内环上的内齿啮合连接；所述圆弧连接板313顶端与所述下支撑板312的底面中部固定，所述圆弧连接板312下端为圆弧结构；所述圆弧运动装置32固定在所述圆弧连接板313上；

通过水平回转装置31的设置，将水平回转装置31安装在拱桥式框架11框顶上，使得水平回转装置31保持稳定，同时利用水平回转装置31的转动带动圆弧运动装置32的转动，进而带动探测器沿着水平回转装置31的圆周方向运动，可实现待成像物体在水平面上做圆周形扫描检测。

所述圆弧运动装置32包括圆弧导轨321、圆弧导轨滑块322、探测器安装板323、运动电机324和运动齿轮325；所述圆弧导轨321的圆弧顶部与所述圆弧连接板313圆弧端固定，所述圆弧导轨321的内侧圆弧面上设置有内齿；所述圆弧导轨滑块322设置在所述圆弧导轨321上并与所述圆弧导轨321在其弧形长度方向上滑动配合；

所述探测器安装板323为“l”型连接板结构，所述探测器安装板323的竖直板上端固定在所述圆弧导轨滑块322上；所述运动电机324安装在所述探测器安装板323的横板上；所述运动齿轮325固定在所述运动电机324的输出轴上，所述运动齿轮325与所述圆弧导轨321的内齿啮合连接；探测器安装在所述探测器安装板323底部；

通过圆弧运动装置32的设置，将圆弧导轨321的圆弧顶部与圆弧连接板313固定，使得圆弧运动装置321保持稳定，同时利用运动电机324带动探测器安装板323、探测器沿着圆弧导轨321滑动，可实现待成像物体的2.5维大角度倾斜扫描检测。

本实施例的工作原理是：本发明提供的一种用于x射线检测装置的拱桥式运动平台在工作状态时，首先将x射线源总成安装在竖直支撑架13内侧中部上端，且x射线源总成发射的射线贯穿活动板234并定位在圆弧导轨321的中心位置，保证在进行倾斜扫描成像过程中，视野中心细节特征位置及其放大比不随倾斜角度变化而变化；然后控制三轴直线运动机构2运动，三轴直线运动机构2可使活动板234在三个互相垂直的平面内运动，从而改变放大率，首先运行第一电动机211，第一电动机211的丝杠带动滑动支撑架214沿着z轴滑轨212上下移动，进而带动第一支撑框架221、第二支撑框架231、活动板234沿z轴方向移动，位于活动板234上的被测物体可沿z轴方向运动；然后运行第二电动机223，第二电动机223的丝杠带动第二支撑框架231、活动板234沿着x轴方向移动，位于活动板234上的被测物体可沿x轴方向运动；紧接着运行第三电动机233，第三电动机233的丝杠带动活动板234沿着y轴方向移动，位于活动板234上的被测物体可沿x轴方向运动；进一步地，使得探测器在平面内进行相对转动和圆弧转动，实现物体的倾斜扫描检测功能；运行回转电机314，回转电机314的输出轴带动回转齿轮316沿着回转支撑架315的轴承内环转动，进而带动下支撑板312做回转运动，下支撑板312运动同时带动圆弧运动装置32做回转运动，从而带动安装在圆弧运动装置32上的探测器做回转运动；最后运行运动电机324，运动电机324的输出轴带动运动齿轮325沿着圆弧导轨321进行弧形运动，圆弧导轨滑块322带动探测器安装板323进行弧形运动，进而安装在探测器安装板323上的探测器做弧形运动,进而实现待成像物体的大角度倾斜扫描检测。

实施例二

如图8所示，本实施例与实施例一不同的是，还包括配重机构4，所述配重机构4包括调平配重组件41和重力补偿配重组件42；所述调平配重组件41和重力补偿配重组件42均设置有两组，两组所述调平配重组件41对称设置在所述拱桥式框架11框体两端前侧壁上；两组所述重力补偿配重组件42对称设置在所述拱桥式框架11框体两端前后壁上；

如图9、图11所示，所述调平配重组件41包括第一滑轮411、第一牵引绳412、第一连接杆413和第一配重块414；所述第一滑轮411对称固定在所述拱桥式框架11框体两端前侧壁上，所述第一牵引绳412穿过滑轮411一端连接在第一连接杆413上，另一端连接在第一配重块414上，所述第一连接杆413另一端连接三轴直线运动机构2前端；

如图10、图11所示，所述重力补偿配重组件42包括第二滑轮421、第二牵引绳422、第二连接杆423和第二配重块424；所述第二滑轮421对称固定在所述拱桥式框架11框体两端后侧壁上，所述第二牵引绳422穿过滑轮421一端连接在第二连接杆423上，另一端连接在第二配重块424上，所述第二连接杆423另一端连接三轴直线运动机构2后端；

所述第一配重块414和第二配重块424的重量不等；

通过滑轮、牵引绳、配重块和连接杆形成结构简单的双质量块对称结构，补偿三轴直线运动机构2因悬臂导致的垂直度误差，实现垂直升降过程中样品视野中心不变的特性；同时在电机驱动方向采用双质量块对称结构设计，补偿三轴直线运动机构2的重力作用，从而使升降驱动过程中运动均匀平稳，使运动平台获得较高的运动精度。

实施例三

如图8所示，本实施例与实施例一、实施例二不同的是，本实施例还设置有隔振器5，所述隔振器5为气浮隔振或橡胶隔振，所述隔振器5固定设置在两个所述竖直支撑架13的架体前后两端的底部；通过隔振器5的作用，可有效降低拱桥式框架11的模态振形幅，降低了环境振动对运动平台的影响。

本实施例的竖直支撑架13还可以设置为两组，两组竖直支撑架13对称固定在两个水平支撑架12之间，且三轴直线运动机构2两侧分别与两组竖直支撑架12固定，通过对三轴直线运动机构2的两侧进行支撑固定，可进一步提高三轴直线运动机构2的平稳性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。