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1、欧姆龙NJ控制器 在太阳能线切割机中的应用文欧姆龙(中国)有限公司摘 要： 针对线切割机的控制技术要求， 本文提出了采用欧姆龙NJ控制器和EtherCAT网络型 伺服组成的控制系统， 有效地减少了张力的波动， 提高了系统的可靠性和实时性。 关键词： NJ控制器； 多线切割； 太阳能线切割机多线切割机对于控制系统的可靠性和 实时性要求较高， 为保证加工质量， 需要 对切割过程中的钢丝张力进行控制。 准确 控制张力值， 减小张力的波动是多线切割 机的一项关键技术， 对于提高加工质量及 切割过程中不断线以及提高设备的可靠性 具有重要意义。 在本项目中， 采用欧姆龙 NJ501型控制器， 通过Ethe
2、rCAT总线连接多 套伺服进行同步控制， 有效地减少了张力 的波动。1 引言多线切割技术(M W S:Multi- Wir e- Slicen)是进行脆硬材料(如硅锭等)切割的 一种创新性工艺。 它是一种通过金属丝的 高速往复运动， 把磨料带入半导体加工区 域进行研磨， 将半导体等硬脆材料一次同 时切割为数百片薄片的一种新型切割加工 方法。 基于高精度高速低耗切割控制关键 技术研发的高精度数控多线高速切割机， 可全面实现对半导体材料及各种硬脆材料 的高精度、 高速度、 低损耗切割， 目前已逐 渐取代了传统的内圆切割， 成为硅片切割 加工的主要方式。多线切割技术可被用于切割脆硬材 料， 如硅锭等
3、， 此外也可用于分割难切削 的材料。 该工艺具有以下的优点：(1) 经济效益高， 一次可切割几百个晶 片(2) 可切割直径至300mm的硅锭 (3) 晶体缺陷深度小(4) 几何缺陷少(TTV， 弓曲， 偏差等)(5) 适合于分割硬脆或难以切削的材 料(6) 损耗率低， 分割误差小 对于线切割机来说， 主轴伺服和收、放卷轴间同步控制以及金属丝线间的张力 控制总是此类机械的控制关键点。 欧姆龙 NJ501型控制器， 通过EtherCAT总线连接多 套伺服， 正是解决同步控制的最佳组合。2 多线切割机工作原理线切割机主要由机床、数控系统和 高频电源这三部分组成。 数控系统由单片 机、 键盘、 变频检
4、测系统构成， 具有间隙补 偿、 直线插补、 圆弧插补、 断丝自动处理等 主要功能。 机床由床身、 储丝机构、 线架、 XY工作台、 油箱等部件组成。 绕在储丝筒 上的金属丝经过线架作高速往复运动。 加 工工件固定在XY工作台上。X、Y两方向的运 动各由一台步进电机控制。 数控系统每发 出一个信号， 步进电机就走一步， 并通过 中间传动机构带动两方向的丝杠旋转， 分 别使得X、Y工作台进给。 典型的线切割机工 艺流程图如图1所示。3 基于NJ控制器的解决方案3.1 控制系统硬件解决方案在本方案中， 采用一台SYSMACNJ机图1 典型的线切割机工艺流程图2012.06案例精选Case Diges
5、t弧等的插补动作功能和电子齿轮、 电子齿 轮的同步动作功能， 通过电子齿轮FB实现 同步以及张力调整， 可执行最小500s的 高速运算， 实现4至64轴的运动控制。 尤 其是内置EtherNet/IP与EtherCAT主站， 可 实现网络的高速控制， SYSMAC STUDIO还 有MC功能轴设定功能， 使伺服轴设定非常 简单。 而系统中采用的EtherCAT网络型伺 服， 其凭借业界最高等级的性能， 可帮助用 户有效缩短生产节拍时间。3.2 主轴和收、 放线轴之间的同步、张力控制 主旋转轴设定为主轴， 收、放线轴做 从轴。 首先建立从轴与主轴的基本电子齿 轮比， 使用MC_GearIN指令建
6、立连接， 再使 用MC_MoveVelocity启动主轴， 以后PID微 调的MV输出可通过改变基本电子齿轮比实 现对主， 从轴之间的同步， 张力控制， 程序 如图3所示。图2 控制系统硬件解决方案3.3 收线轴和排线轴之间的凸轮控制 收线轴为主轴， 排线轴为从轴建立 凸轮控制， 完成收线轮排线。 通过SYSMAC STUDIO凸轮编辑器(见图4)， 能够非常方便 创建凸轮曲线， 并且能非常方便的调节所 创建凸轮点之间的距离， 还可以选择不同 模式凸轮曲线类型来减少在运动过程中的 冲击。 并且主轴的方式有多种， 可以是实 轴， 虚拟轴， 编码器轴， 虚拟编码器轴。 满 足各种设备和应用的需求。
7、图3 主轴和收、 放线轴之间的同步、 张力控制程序4 结束语在本系统中， 欧姆龙NJ501型控制器 通过EtherCAT总线连接多套伺服， 形成了 解决同步控制的最佳组合。EtherCAT采用 分布式时钟机构，以100s的刷新时间和 不超过1s的时基误差保证各轴之间的同 步， 当仁不让地成为市场上最快的网络。 此外，NJ501的编程软件SYSMAC STUDIO， 通过简单的设定， 即可完成对控制器、 网 络、 伺服以及其他现场设备的配置， 通过 内部功能块即可完成复杂的运动控制， 并 可利用先进的顺序和运动控制仿真功能在 3D环境下预测试运动轨迹， 缩短了工程师 在现场的反复调试时间， 基于对变量的操 作也大幅提高了生产性。 器控制器带7轴伺服控制组成整个控制系 统， 一台主伺服带动罗拉旋转切割硅块， 两台伺服交替用于正反向的收放线控制， 一台伺服用于首先端排线(单排线机型)， 两台伺服控制收放线侧张力并反馈摆杆位 置偏差值， 一台伺服用于硅块进给， 另外有包括温度控制在内的辅助控制。 控制系 统硬件解决方案如图2所示。 SYSMAC NJ系列机器控制器是欧姆 龙最新推出的新一代机器自动化控制器， 它无与伦比的高速性与可靠性并重， 集运 动、 逻辑、 视觉控制于一体， 拥有直线、 圆图4 SYSMAC STUDIO凸轮编辑器49中国机电一体化网WWW.CAMETA.ORG.CN
