高精度多線切割機數(shù)控系統(tǒng)關鍵技術及其應用研究.pdf

1、多線切割機是IC（集成電路）、IT（信息技術）、PV（光伏）等行業(yè)核心器件基片制造流程中的關鍵裝備。多線切割是目前最先進的切片加工技術，其原理是通過金屬線的高速往復運動把磨料帶入待切割材料加工區(qū)域進行研磨，將待切件同時切割為數(shù)百或數(shù)千片薄片的創(chuàng)新性切片工藝。 但多線切割機制造技術難度大，其核心技術長期被瑞士、日本等國家的極少數(shù)公司所壟斷，嚴重制約了我國半導體照明、光伏、集成電路制造等產業(yè)的發(fā)展。開發(fā)具有自主知識產權的多線切割技術

2、及裝備，已成為突破國外技術封鎖和國內產業(yè)瓶頸的關鍵舉措。 本文以多線切割機產品開發(fā)過程中的關鍵技術難題為主線，針對多線切割機數(shù)控系統(tǒng)關鍵技術進行深入研究。 （1）根據項目研究目的、內容及要求，給出了項目實施方案和技術路線。依據作者所承擔的課題開發(fā)任務，研究多線切割的理論基礎和技術基礎，指出了研究的重點和攻克的難點，總結了多線切割機的國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。 （2）針對切割線張力控制線問題，探討多線切割機走線過程

3、中影響線張力的各種因素，提出一種機電一體化的張力控制策略，該方法用轉矩電動機代替張力錘施加張力，這種張力控制方法與傳統(tǒng)的控制方法相比能極大地降低線張力波動的強度。理論分析和實驗結果都表明：該方法張力控制精度高、易于實現(xiàn)，而且斷線故障率低、張力調整方便。機電一體化張力控制的實現(xiàn)為多線切割機走線系統(tǒng)的設計奠定了基礎。 （3）針對多電機速度同步系統(tǒng)控制問題，采用機理建模方法，建立了張力電機的運動學數(shù)學模型。全面分析了引起多線切割機走線

4、系統(tǒng)穩(wěn)定性各種不確定因素，指出多線切割機同步系統(tǒng)是一個非線性、時變、多輸出的復雜系統(tǒng)。針對走線系統(tǒng)高速運行時數(shù)字PID控制系統(tǒng)存在的問題，提出多電機系統(tǒng)速度同步自適應逆控制算法，該系統(tǒng)以主電機為參考模型，由一個系統(tǒng)辨識環(huán)節(jié)和一個自適應控制器環(huán)節(jié)構成，引入虛擬模型自適應地調整控制器，使放線電機與主電機具有類似的動態(tài)特性。實驗結果證明：該算法能有效提高速度同步系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和精確性。 （4）針對排線控制問題，分析了接近開關限位

5、排線方法的局限性，設計了無接近開關的伺服電機排線系統(tǒng)機械結構，建立排線機構的凸輪傳動數(shù)學模型，通過對凸輪傳動模型仿真研究，提出基于電子凸輪傳動的排線控制算法，該方法用軟件方法為收線電機虛擬一個電子凸輪，該電子凸輪在收線電機的“驅動”下，實現(xiàn)等效于排線動作的交替收、放卷功能，以此電子凸輪的“輸出”作為控制量，對排線電機進行伺服控制。實驗結果表明：這種實現(xiàn)方法機械結構簡單、運行可靠、限位精度高、排線均勻。 （5）針對高速走線換向過程

6、控制問題，分析了加工輥走線速度和主軸傳動系統(tǒng)的性能對走線系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性的影響，建立傳動系統(tǒng)數(shù)學模型，研究影響傳動系統(tǒng)靈敏度、精度及抑制線速度擾動的各個要素，綜合設計傳動系統(tǒng)。通過理論分析和實驗仿真的方法，深入研究梯形走線規(guī)律曲線和雙余弦半波速度規(guī)律曲線的傳動效果，提出單余弦半波走線算法。仿真和實驗結果證明：該法方法傳動效率高、速度曲線平滑、過渡時間短。 （6）根據多線切割機功能及技術指標要求，開發(fā)高精度多線切割機數(shù)控系統(tǒng)，