3维自动光学检测（3D Automatic optic inspection，3D-AOI）设备是印刷电路板（Print Circuit Board，PCB）和大规模集成电路等电子元器件焊点质量自动化检测的重要设备。AOI 挂架是连接图像采集系统与传动控制系统的关键部件，其振动力学性能直接影响图像采集系统的成像质量和检测精度。铝合金挂架由于质量大且启停速度慢，十分不利于3D-AOI 设备高精度高效率发展。碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）具有高比模量和比强度及性能可设计等优点，同时其耗能机理复杂，阻尼性能优良，作为 AOI 挂架材料具有很大潜力。开展CFRP挂架的设计、制备和检测的一体化研究，充分利用 CFRP 丰富的阻尼耗能机制，满足3D- AOI 设备日益增大的高速高精度需求，对提高我国 AOI 设备水平及电子工业的国际竞争力具有重要意义。本文的主要研究内容包括基于数值分析的 CFRP 挂架设计、采用真空导入成型工艺的 CFRP 挂架制备和基于高速成像实验与急停振动实验的性能检测三个方面，具体如下：
（1）基于数值分析开展 CFRP 挂架的结构设计和铺层优化。基于ABAQUS构建 CFRP 挂架的有限元模型，开展模态分析研究 CFRP 挂架的固有频率和振型，探求 CFRP 挂架的铺层角度变化对固有频率的影响。基于阻尼应变能模型，结合有限元分析计算 CFRP 挂架的前四阶阻尼比，开展谐响应分析和急停振动仿真，确定 CFRP 挂架设计方案。
（2）采用真空导入成型工艺制备 CFRP 挂架。使用 T300 型碳纤维布和DQ260E 型树脂，通过真空导入成型工艺制备 CFRP 竖直底板、调节支架和云台基板，与 3D-AOI设备进行装配，并采用超声C扫描检测各组件的制造缺陷，评估 CFRP 挂架的制备质量。开展锤击法模态实验，得到 CFRP挂架的前四阶固有频率和阻尼比，与数值分析结果和铝合金挂架的相关信息进行对比，评判CFRP 挂架的设计方案。
（3）开展 CFRP 挂架的高速成像实验和急停振动实验，对 CFRP 挂架的适用性和振动性能进行分析和讨论。
取得的成果如下：
（1）有限元模态分析结果表明，CFRP 挂架的固有频率受铺层角度影响，CFRP挂架的前四阶阻尼比分别为1.00%、0.97%、0.80%和0.89%。谐响应分析结果表明，铝合金挂架的共振幅值是 CFRP 挂架共振幅值的2～6倍。急停振动仿真结果表明 CFRP 挂架的结构设计满足预期。
（2）相比于铝合金挂架，CFRP 挂架的质量降低了47.84%，且与 3D-AOI设备的适配性良好。超声C扫描结果表明 CFRP 挂架内部无明显制造缺陷。CFRP 挂架的实测固有频率与仿真值误差低于13%，阻尼比的实测值与仿真值误差低于16%，达到了预期设计目标。
（3）高速成像实验和急停振动实验结果表明， CFRP 挂架的振动性能优良，在 X 轴和 Y 轴的成像误差离散度、位移响应幅值和稳定时间均低于铝合金挂架，在高速成像时具有更高的稳定性，可以有效提高成像精度。
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