LED基片專用遙擺式數(shù)控多線切割機(jī)系統(tǒng)控制研究及應(yīng)用.pdf

1、LED基片專用搖擺式多線切割機(jī)是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)中襯底切片的專用裝備。襯底材料的切片質(zhì)量好壞直接影響LED后續(xù)加工步驟。傳統(tǒng)多線切割機(jī)的切割對象為莫氏硬度5左右(金剛石的莫氏硬度為10)的水晶和硅片，LED襯底材料主要采用藍(lán)寶石和碳化硅，這兩種材料的莫氏硬度都在9以上，傳統(tǒng)多線切割機(jī)切割效率低，甚至切不動，必須使用LED專用多線切割機(jī)。而LED多線切割機(jī)被日本和瑞士企業(yè)壟斷，成為制約中國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。LED多線切割機(jī)在系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2、、控制策略、自動化程度等幾個方面與傳統(tǒng)多線切割機(jī)有較大區(qū)別和提升。本文以傳統(tǒng)多線切割機(jī)為參照對比，以LED多線切割機(jī)項(xiàng)目研發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)為主線，對LED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)闡述課題研究的背景和意義；依據(jù)項(xiàng)目開發(fā)要求，研究LED襯底基片多線切割機(jī)和與之相關(guān)的幾項(xiàng)關(guān)鍵控制技術(shù)的國內(nèi)外研究狀況，論述數(shù)控多線切割技術(shù)的發(fā)展趨勢；介紹LED襯底基片多線切割機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)；概括作者承擔(dān)的科研任務(wù)以及本文

3、主要研究內(nèi)容。
　　(2)分析傳統(tǒng)多線切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和原理，得出傳統(tǒng)多線切割機(jī)高速切割LED材料時切割效率低和切割質(zhì)量不穩(wěn)定的原因。針對傳統(tǒng)多線切割機(jī)的缺點(diǎn)，提出用金剛石線+冷卻液切割模式替代鋼絲線+砂漿模式，解決磨料游離的問題；設(shè)計一種擺動裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，克服傳統(tǒng)多線切割機(jī)p值不恒定的缺點(diǎn)。同時增加自動繞線機(jī)構(gòu)和放線側(cè)排線器，得到LED多線切割機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)。根據(jù)LED切片的要求和特點(diǎn)，設(shè)定LED多線切割機(jī)總體性能指標(biāo)，設(shè)計系統(tǒng)整

4、體與各個模塊的電氣和控制系統(tǒng)。分析了LED多線切割機(jī)控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　(3)針對常規(guī)張力控制在LED多線切割機(jī)系統(tǒng)中精度不高，非線性干擾系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題，提出干擾觀測的線性H∞張力控制算法。該算法充分考慮系統(tǒng)中具有子系統(tǒng)模型的動態(tài)干擾和未建模動態(tài)干擾以及參數(shù)和結(jié)構(gòu)的不確定性引起的誤差，并給出解決方案。研究線性H∞控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并在系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下，利用Chelosky分解方法，得到動態(tài)方程的解，大幅提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。樣機(jī)

5、的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)具有系統(tǒng)張力波動小，穩(wěn)定性能好，斷線率低的特點(diǎn)。
　　(4)分析機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)后出現(xiàn)的多軸同步控制難點(diǎn)，根據(jù)其固有的特點(diǎn)，充分利用模糊控制魯棒性強(qiáng)和迭代學(xué)習(xí)控制精度高的優(yōu)點(diǎn)，同時避免模糊控制穩(wěn)態(tài)精度不高，迭代學(xué)習(xí)控制對參數(shù)變化敏感的缺陷，提出模糊迭代學(xué)習(xí)控制方法。通過實(shí)驗(yàn)對比了模糊控制和模糊迭代學(xué)習(xí)控制算法的運(yùn)行結(jié)果，證明模糊迭代學(xué)習(xí)控制算法的有效性。
　　(5)詳盡分析機(jī)器結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化之后的自動繞線

6、控制要求。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，對主流的主從同步控制算法進(jìn)行改進(jìn)，得到主從-位置控制算法。相對單一的主從控制算法，主從-位置控制算法減少了控制層次，縮小延時，有一定的進(jìn)步意義。針對主從-位置算法的局限性，建立LED多線切割機(jī)自動繞線的數(shù)學(xué)模型，提出一種并聯(lián)差分耦合控制算法，并對其有效性進(jìn)行證明。并聯(lián)差分耦合控制算法建立系統(tǒng)線速度同步和角速度同步的統(tǒng)一模型，綜合相鄰交叉耦合控制和偏交叉耦合控制的優(yōu)點(diǎn)；在與主從-位置控制算法的對比試驗(yàn)中，控制精

7、度高，響應(yīng)速度快，效果良好。
　　(6)傳統(tǒng)多線切割機(jī)往往憑借經(jīng)驗(yàn)設(shè)定多線切割機(jī)的系統(tǒng)線速度、張力以及工件臺速度等參數(shù)，且參數(shù)一旦設(shè)定，整個切割過程中保持不變。依賴經(jīng)驗(yàn)的操作自動化程度低，且不一定是最佳選擇，切割參數(shù)固定不變未必效率最高。通過試驗(yàn)找出上述三項(xiàng)參數(shù)對于切割效率的定量關(guān)系，并根據(jù)其關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，提出切割時間最優(yōu)控制。試驗(yàn)對比證明該控制算法能夠提高生產(chǎn)效率，且本文的試驗(yàn)結(jié)果和控制方法對傳統(tǒng)多線切割機(jī)同樣有效。通過切片