高精度多線切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、多線切割機(jī)是IC（集成電路）、IT（信息技術(shù)）、PV（光伏）等行業(yè)核心器件基片制造流程中的關(guān)鍵裝備。多線切割是目前最先進(jìn)的切片加工技術(shù)，其原理是通過金屬線的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)把磨料帶入待切割材料加工區(qū)域進(jìn)行研磨，將待切件同時(shí)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(jī)制造技術(shù)難度大，其核心技術(shù)長期被瑞士、日本等國家的極少數(shù)公司所壟斷，嚴(yán)重制約了我國半導(dǎo)體照明、光伏、集成電路制造等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多線切割技術(shù)

2、及裝備，已成為突破國外技術(shù)封鎖和國內(nèi)產(chǎn)業(yè)瓶頸的關(guān)鍵舉措。 本文以多線切割機(jī)產(chǎn)品開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)難題為主線，針對多線切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。 （1）根據(jù)項(xiàng)目研究目的、內(nèi)容及要求，給出了項(xiàng)目實(shí)施方案和技術(shù)路線。依據(jù)作者所承擔(dān)的課題開發(fā)任務(wù)，研究多線切割的理論基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)，指出了研究的重點(diǎn)和攻克的難點(diǎn)，總結(jié)了多線切割機(jī)的國內(nèi)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(jī)走線過程

3、中影響線張力的各種因素，提出一種機(jī)電一體化的張力控制策略，該方法用轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)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(dòng)的強(qiáng)度。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明：該方法張力控制精度高、易于實(shí)現(xiàn)，而且斷線故障率低、張力調(diào)整方便。機(jī)電一體化張力控制的實(shí)現(xiàn)為多線切割機(jī)走線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 （3）針對多電機(jī)速度同步系統(tǒng)控制問題，采用機(jī)理建模方法，建立了張力電機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型。全面分析了引起多線切割機(jī)走線

4、系統(tǒng)穩(wěn)定性各種不確定因素，指出多線切割機(jī)同步系統(tǒng)是一個(gè)非線性、時(shí)變、多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)。針對走線系統(tǒng)高速運(yùn)行時(shí)數(shù)字PID控制系統(tǒng)存在的問題，提出多電機(jī)系統(tǒng)速度同步自適應(yīng)逆控制算法，該系統(tǒng)以主電機(jī)為參考模型，由一個(gè)系統(tǒng)辨識環(huán)節(jié)和一個(gè)自適應(yīng)控制器環(huán)節(jié)構(gòu)成，引入虛擬模型自適應(yīng)地調(diào)整控制器，使放線電機(jī)與主電機(jī)具有類似的動(dòng)態(tài)特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(guān)限位

5、排線方法的局限性，設(shè)計(jì)了無接近開關(guān)的伺服電機(jī)排線系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，建立排線機(jī)構(gòu)的凸輪傳動(dòng)數(shù)學(xué)模型，通過對凸輪傳動(dòng)模型仿真研究，提出基于電子凸輪傳動(dòng)的排線控制算法，該方法用軟件方法為收線電機(jī)虛擬一個(gè)電子凸輪，該電子凸輪在收線電機(jī)的“驅(qū)動(dòng)”下，實(shí)現(xiàn)等效于排線動(dòng)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(jī)進(jìn)行伺服控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：這種實(shí)現(xiàn)方法機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)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?zhàn)呔€速度和主軸傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，研究影響傳動(dòng)系統(tǒng)靈敏度、精度及抑制線速度擾動(dòng)的各個(gè)要素，綜合設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)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(dòng)效果，提出單余弦半波走線算法。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：該法方法傳動(dòng)效率高、速度曲線平滑、過渡時(shí)間短。 （6）根據(jù)多線切割機(jī)功能及技術(shù)指標(biāo)要求，開發(fā)高精度多線切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，