CN102615725B - 多线切割机及多线切割机布线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多线切割机布线装置，用于多线切割机的布线，包括第一驱动主轴、第二驱动主轴、第三驱动主轴和第四驱动主轴，至少一个驱动主轴的驱动电机的工作模式设置为扭矩控制模式，驱动电机的扭矩方向为与驱动主轴的转动方向相同，以抵消一部分驱动主轴的转动摩擦力，且设置驱动电机的扭矩小于驱动主轴的摩擦力矩，使驱动主轴的摩擦力矩与驱动电机上设置的扭矩相互抵消，驱动电机的扭矩小于驱动主轴的摩擦力矩，使得在未进行布线工作时驱动主轴保持静止状态，则布线时的外力只需要克服一部分驱动主轴的摩擦力矩即可进行布线工作，从而使布线工作中滚子***的阻力降低，减少了布线时间，提高了多线切割机的布线速度。
Description
技术领域
本发明涉及线切割工艺技术领域，更具体地说，涉及一种多线切割机及多线切割机布线装置。
背景技术
多线切割是一种通过金属线的高速往复运动，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到数千片薄片或将圆柱硅块切割成方形硅块或将多晶硅锭切成方形硅块的一种新型切割加工方法。
硅片是半导体和光伏领域的主要生产材料，硅片多线切割技术是目前世界上比较先进的硅片加工技术，它不同于传统的刀锯片、砂轮片等切割方式，也不同于先进的激光切割和内圆切割，它的原理是通过一根高速运动的钢线带动附着在钢线上的切割刃料对硅棒进行摩擦，从而达到切割效果。在整个过程中，钢线通过十几个导线轮的引导，在主线辊上形成一张线网，而待加工工件通过工作台的下降实现工件的进给。硅片多线切割技术与其他技术相比有效率高，产能高，精度高等优点，是目前采用最广泛的硅片切割技术。
目前多线切割机的使用越来越多，由于多线切割机效率的提高，实际切割的工作时间减少，使切割准备工作所占的时间比例增加，缩短多线切割机非工作时间对提高多线切割机的综合效率具有非常重要的意义。在多线切割机的准备工作中，布线时间占了很大的比例，缩短布线时间，提高布线效率可以有效的减少辅助时间，提高机器设备的综合效率，具有良好的经济性。多线切割机布线时需要将一根很长的金属线绕在几十个滚子上，由于需要绕的滚子较多，阻力大，拉动金属线无法拖动整个滚子***，目前采用控制***控制收放线轮、主轴线轮同步缓慢旋转，人工将线随着线轮的旋转缓慢的绕上去，这种方法需要两人进行两个小时以上时间的布线，布线速度慢，需要人工多，影响多线切割机的综合效率。
因此，如何降低布线时滚子***的阻力，以提高多线切割机的布线速度，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多线切割机及多线切割机布线装置，以实现降低布线时滚子***的阻力，以提高多线切割机的布线速度。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多线切割机布线装置，用于多线切割机的布线，所述多线切割机包括第一驱动主轴、第二驱动主轴、第三驱动主轴和第四驱动主轴，至少一个驱动主轴的驱动电机的工作模式设置为扭矩控制模式，所述驱动电机的扭矩方向设置为与所述驱动主轴的转动方向相同，且所述驱动电机的扭矩小于所述驱动主轴的摩擦力矩。
优选地，在上述多线切割机布线装置中，所述驱动电机的扭矩大小靠近所述摩擦力矩。
优选地，在上述多线切割机布线装置中，所述第一驱动主轴的驱动电机、所述第二驱动主轴的驱动电机、所述第三驱动主轴的驱动电机和所述第四驱动主轴的驱动电机均设置为扭矩控制模式。
优选地，在上述多线切割机布线装置中，还包括：
杆尾固定且在竖直平面内摆动的摆动杆；
设置在所述摆动杆的杆头且在所述竖直平面内转动的摆动杆线轮；
设置在所述摆动杆的杆尾的用于测量所述摆动杆摆动参数并发送反馈信号的编码器；
用于驱动所述多线切割机的放线轮组转动的驱动马达；
用于接收所述反馈信号并控制所述驱动马达转动的控制器。
优选地，在上述多线切割机布线装置中，所述摆动参数为所述摆动杆摆动的角速度和角加速度。
优选地，在上述多线切割机布线装置中，所述驱动马达的控制方式为PID控制。
优选地，在上述多线切割机布线装置中，还包括入线端与所述摆动杆线轮的出线端处于同一平面的第一过渡轮和出线端与所述摆动杆线轮的入线端处于同一平面的第二过渡轮。
优选地，在上述多线切割机布线装置中，还包括绕线轮组，其设置于所述第一过渡轮和所述第二驱动主轴之间，且所述绕线轮组的位置高于所述第一过渡轮和所述第二驱动主轴。
优选地，在上述多线切割机布线装置中，所述第一过渡轮、所述第二过渡轮、所述摆动杆线轮和所述绕线轮组位于同一工作平面内。
一种多线切割机，所述多线切割机上设置有如上所述的多线切割机布线装置。
本发明提供的多线切割机布线装置，用于多线切割机的布线，包括第一驱动主轴、第二驱动主轴、第三驱动主轴和第四驱动主轴，至少一个驱动主轴的驱动电机的工作模式设置为扭矩控制模式，驱动电机的扭矩方向设置为与驱动主轴的转动方向相同，以使驱动电机的扭矩抵消一部分驱动主轴的转动摩擦力，且设置驱动电机的扭矩小于驱动主轴的摩擦力矩。多线切割机在布线过程中，各个驱动主轴在布线过程中均发生转动，转动方向与布线时布线方向相同，设置至少一个驱动主轴上的驱动电机为扭矩控制模式，使得驱动主轴的摩擦力矩与驱动电机上设置的扭矩相互抵消，驱动电机的扭矩小于驱动主轴的摩擦力矩，使得在未进行布线工作时驱动主轴保持静止状态，则布线时的外力只需要克服一部分驱动主轴的摩擦力矩即可进行布线工作，使得布线过程中驱动主轴的摩擦力矩减小，从而使得布线工作中滚子***的阻力降低，减少了布线时间，提高了多线切割机的布线速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例提供的多线切割机布线装置的结构示意图；
图2为本实施例提供的多线切割机布线装置摆动杆部分的控制流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种多线切割机及多线切割机布线装置，实现了降低布线时滚子***的阻力，提高了多线切割机的布线速度。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的事实例仅仅是本发明一部分事实例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1所示，图1为本实施例提供的多线切割机布线装置的结构示意图。
本实施例提供了一种多线切割机布线装置，用于多线切割机的布线，包括第一驱动主轴9、第二驱动主轴10、第三驱动主轴11和第四驱动主轴12，至少一个驱动主轴的驱动电机的工作模式设置为扭矩控制模式，驱动电机的扭矩方向设置为与驱动主轴的转动方向相同，以使驱动电机的扭矩抵消一部分驱动主轴的转动摩擦力，且设置驱动电机的扭矩小于驱动主轴的摩擦力矩。
本实施例提供的多线切割机布线装置的工作过程如下：
多线切割机在布线过程中，各个驱动主轴在布线过程中均发生转动，转动方向与布线时金属线13受力的方向相同，即拉力F拉出金属线13的方向。设置至少一个驱动主轴上的驱动电机为扭矩控制模式，使得驱动主轴的摩擦力矩与驱动电机上设置的扭矩相互抵消，驱动电机的扭矩小于驱动主轴的摩擦力矩，使得在未进行布线工作时驱动主轴保持静止状态，则在布线时提供的外力F只需要克服一部分驱动主轴的摩擦力矩即可进行布线工作，使得布线过程中驱动主轴的摩擦力矩减小，从而使得布线工作中滚子***的阻力降低，减少了布线时间，提高了多线切割机的布线速度。
本实施例提供的多线切割机布线装置，通过驱动电机提供的扭矩抵消一部分滚子***中驱动主轴的摩擦力矩，降低布线时滚子***的阻力，使得布线过程中需要的外力降低，则布线的时间对应减少，提高了多线切割机的布线速度。
扭矩控制是将伺服控制器输出的+/-10V电压命令传递到伺服驱动器上，以控制伺服电机扭矩的大小，正电压越大代表控制电机的正向输出扭矩越大，负电压越大代表控制电机的逆向输出扭矩越大，当命令电压为0V时则表示电机没有输出扭矩。在动作时，控制器会先输出扭矩控制命令给驱动器，驱动器根据这一命令控制电机的输出扭矩，而控制器同时根据外部编码器(一般皆安装在电机尾端)回授来决定输出的扭矩命令是否要加强或是减弱，然后连续重复执行这种动作以达到定位位置。扭矩控制方式的优点是可以在控制器上随时改变电机的输出扭矩大小，而不需要在驱动器上做硬性的调整，这种灵活的扭矩控制方式可以在某些场合上达到特殊的应用控制。例如，在应用中有某一段距离移动时不需输出100％的扭矩，则可以暂时经由控制器把电机输出扭矩变小，然后在后序的操作中再把它恢复成100％扭矩。
为了进一步优化上述技术方案，本实施例提供的多线切割机布线装置中，设置驱动电机的扭矩的大小靠近驱动主轴的摩擦力矩。驱动电机通过设置自身的扭矩方向与驱动主轴的摩擦力矩方向相反，以抵消一部分驱动主轴的摩擦力矩，从而使得在布线过程中提供较小的外力即可使驱动主轴发生转动，减轻布线的工作难度缩短布线时间。当设置驱动电机的扭矩大小靠近驱动主轴的摩擦力矩时，摩擦力矩大部分的转动阻力通过电机的扭矩抵消，则只需要提供很小外力，使外力与扭矩之和大于摩擦力矩的大小，当扭矩的大小靠近摩擦力矩的大小，特别的当二者大小基本相同时，则只需要极小的外力即可实现驱动主轴的转动，布线时根据需要增大外力，驱动主轴的转动速度响应变大，布线速度增快，从而使布线速度提高。
为了进一步优化上述技术方案，本实施例提供的多线切割机布线装置中，第一驱动主轴9的驱动电机、第二驱动主轴10的驱动电机、第三驱动主轴11的驱动电机和第四驱动主轴12的驱动电机均设置为扭矩控制模式。各个驱动主轴的驱动电机均设置为扭矩控制模式，通过每个驱动主轴上设置的驱动电机提供的扭矩抵消单个驱动主轴上的一部分摩擦力矩，则每个驱动主轴在布线过程中，通过较小的外力F实现驱动主轴随布线过程中绕线的方向转动，第一驱动主轴9、第二驱动主轴10、第三驱动主轴11和第四驱动主轴13均通过其上设置的驱动电机提供的扭矩抵消自身的摩擦力矩，使得整个滚子***中所需的外力减小，进一步使得布线过程中滚子***受到的阻力降低，从而使布线的速度变快，进而提高了布线的效率。
为了进一步优化上述技术方案，本实施例提供的多线切割机布线装置中，还包括摆动杆5，摆动杆5的杆尾一端固定设置，摆动杆5在竖直平面内摆动。摆动杆5的杆头位置设置有摆动杆线轮6，摆动杆线轮6的转动平面与摆动杆5的摆动平面相同。摆动杆5的杆尾设置有编码器4，摆动杆线轮6在布线过程中，金属线13绕过摆动杆线轮6，摆动杆线轮6在金属线13输送过程中随着布线的进行发生转动，金属线13的缠绕端设置在摆动杆5的摆动方向上，因此当金属线13输送过程中，由于金属线13上的布线拉力带动摆动杆在竖直平面内发生摆动，此时编码器4开始工作，测量摆动杆5的摆动参数，并发送反馈信号至控制器，控制器接收到反馈信号后，控制放线轮组14上设置的驱动马达转动，驱动马达根据控制器发送的控制信号发生转动，并按一定的速度控制放线轮组14转动，实现了放线轮组14的自动放线。本实施例提供的多线切割机布线装置通过摆动杆5将布线过程中金属线上拉力转换为可以检测的摆线杆5摆动参数，并通过对摆线杆5的参数进行处理，转换为控制放线轮组14自动放线的控制信号，使得在布线过程中滚子***的阻力大大降低，节约了布线时间，提高了布线速度。
如图2所示，图2为本实施例提供的多线切割机布线装置摆动杆部分的控制流程图。
S01，输入金属线拉力。金属线在摆动杆线轮6内产生转动，同时摆动杆5受到金属线13的拉力产生摆动；S02，编码器测量角速度、角加速度。编码器4在摆动杆5摆动过程中测量摆动杆5的角速度和角加速度，并输出反馈信号；S03，控制器PID运算。控制器接收由编码器4发出的反馈信号，并通过PID运算，将摆动杆5的摆动参数转换成驱动马达的控制信号；S04，驱动模块接收指令。控制器上的驱动模块接收控制器发出的驱动马达的控制信号，并控制驱动马达旋转，从而使放线轮组14转动；S05，放线轮组跟随金属线拉力旋转。放线轮组14由驱动马达带动旋转，由于放线轮组14的放线速度的控制由金属线上的拉力控制，因此放线轮组14速度跟随输入拉力的大小而发生变化，从而快速的完成金属线13的放线工作。
摆动杆5在摆动的过程中，会产生摆动速度、角速度和角加速度等参数，编码器4在测量摆动参数时，检测摆动杆5的角速度和角加速度，并将检测数据生成反馈信号传输至控制器，控制器对接收的反馈信号进行PID(比例-积分-微分)运算，生成驱动马达的控制信号，通过对驱动马达的控制完成对放线轮组14的自动放线控制。
为了进一步优化上述技术方案，本实施例提供的多线切割机布线装置中，还包括第一过渡轮8和第二过渡轮15，第一过渡轮8的入线端与摆动杆线轮6的出线端处于同一平面，第二过渡轮15的出线端与摆动杆线轮6的入线端处于同一平面。摆动杆线轮6由在布线过程中由金属线上的拉力带动摆动杆5摆动，金属线13绕过第一过渡轮8和第二过渡轮15后，由金属线13上对摆动杆线轮6的拉力带动摆动杆5摆动，并通过此时测得的摆动参数对放线轮组进行控制。特别的，第一过渡轮8和第二过渡轮15设置在摆动杆线轮6的同一侧，则金属线13提供摆动杆线轮6水平方向的拉力，此时由编码器4测得的角速度和角加速度能够通过较为简单的运算反映金属线13上的拉力，易于控制器对放线轮组14放线速度实现准确的控制。
第一过渡轮8和第二驱动主轴10之间设置有绕线轮组7，绕线轮组7的位置高于第一过渡轮8和第二驱动主轴10，布线时，金属线由第一过渡轮8绕出直接缠绕到第二驱动主轴10上时，二者之间若拉力较小时，会弱化第一过渡轮8对金属线13的支撑作用，如金属线13由摆动杆线轮6输出直接绕到第二驱动主轴10上时，如果金属线13的拉力减小，金属线13会避开第一过渡轮8，这样金属线13提供到摆动杆线轮6上拉力的方向与预设的水平方向存在偏差，则由编码器4检测到的摆动杆5摆动参数和控制器发出的驱动马达放线命令均会出现不对应的现象，使得布线工作不能正常的进行。增加绕线轮组7后，保证了摆动杆线轮6侧金属线13拉力方向的稳定，使得放线轮组14工作降低了出错了概率，保证了布线工作稳定的进行，同时也一定程度上避免了由于金属线上拉力的变化出现金属线脱离支撑的现象。
为了进一步优化上述技术方案，本实施例提供的多线切割机布线装置中，第一过渡轮8、第二过渡轮15、摆动杆线轮6和绕线轮组7位于同一工作平面内。在同一平面内，易于各个布线轮的布置，且在金属线缠绕过程中，也不易发生金属线脱开布线轮的现象，保证布线的安全性。
基于上述实施例中提供的多线切割机布线装置，本发明还提供了一种多线切割机，该多线切割机上设有上述实施例中提供的多线切割机布线装置。
由于该多线切割机采用了上述实施例的多线切割机布线装置，所以该多线切割机由多线切割机布线装置带来的有益效果请参考上述实施例。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种多线切割机布线装置，用于多线切割机的布线，所述多线切割机包括第一驱动主轴(9)、第二驱动主轴(10)、第三驱动主轴(11)和第四驱动主轴(12)，其特征在于，至少一个驱动主轴的驱动电机的工作模式设置为扭矩控制模式，所述驱动电机的扭矩方向设置为与所述驱动主轴的转动方向相同，且所述驱动电机的扭矩小于所述驱动主轴的摩擦力矩。
2.根据权利要求1所述的多线切割机布线装置，其特征在于，所述驱动电机的扭矩大小靠近所述摩擦力矩。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的多线切割机布线装置，其特征在于，所述第一驱动主轴(9)的驱动电机、所述第二驱动主轴(10)的驱动电机、所述第三驱动主轴(11)的驱动电机和所述第四驱动主轴(12)的驱动电机均设置为扭矩控制模式。
4.根据权利要求1所述的多线切割机布线装置，其特征在于，还包括：
杆尾固定且在竖直平面内摆动的摆动杆(5)；
设置在所述摆动杆(5)的杆头且在所述竖直平面内转动的摆动杆线轮(6)；
设置在所述摆动杆(5)的杆尾的用于测量所述摆动杆(5)摆动参数并发送反馈信号的编码器(4)；
用于驱动所述多线切割机的放线轮组(14)转动的驱动马达；
用于接收所述反馈信号并控制所述驱动马达转动的控制器。
5.根据权利要求4所述的多线切割机布线装置，其特征在于，所述摆动参数为所述摆动杆(5)摆动的角速度和角加速度。
6.根据权利要求4所述的多线切割机布线装置，其特征在于，所述驱动马达的控制方式为PID控制。
7.根据权利要求4所述的多线切割机布线装置，其特征在于，还包括入线端与所述摆动杆线轮(6)的出线端处于同一平面的第一过渡轮(8)和出线端与所述摆动杆线轮(6)的入线端处于同一平面的第二过渡轮(15)。
8.根据权利要求7所述的多线切割机布线装置，其特征在于，还包括绕线轮组(7)，其设置于所述第一过渡轮(8)和所述第二驱动主轴(10)之间，且所述绕线轮组(7)的位置高于所述第一过渡轮(8)和所述第二驱动主轴(10)。
9.根据权利要求8所述的多线切割机布线装置，其特征在于，所述第一过渡轮(8)、所述第二过渡轮(15)、所述摆动杆线轮(6)和所述绕线轮组(7)位于同一工作平面内。
10.一种多线切割机，其特征在于，所述多线切割机上设置有如权利要求1-9任意一项所述的多线切割机布线装置。
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