關鍵詞：NJ控制器 多線切割 太陽能線切割機
1引言
多線切割技術（MWS: Multi-Wire-Slicen）是進行脆硬材料（如硅錠等）切割的一種創新性工藝。它是一種通過金屬絲的高速往復運動，把磨料帶入半導體加工區域進行研磨，將半導體等硬脆材料一次同時切割為數百片薄片的一種新型切割加工方法。基于高精度高速低耗切割控制關鍵技術研發的高精度數控多線高速切割機，可全面實現對半導體材料及各種硬脆材料的高精度、高速度、低損耗切割，目前已逐漸取代了傳統的內圓切割，成為硅片切割加工的主要方式。
多線切割技術可被用于切割脆硬材料，如硅錠等，此外也可用于分割難切削的材料。該工藝具有以下的優點：
（1）經濟效益高，一次可切割幾百個晶片
（2）可切割直徑至300mm的硅錠
（3）晶體缺陷深度小
（4）幾何缺陷少（TTV，弓曲，偏差等）
（5）適合于分割硬脆或難以切削的材料
（6）損耗率低，分割誤差小
對于線切割機來說，主軸伺服和收、放卷軸間同步控制以及金屬絲線間的張力控制總是此類機械的控制關鍵點。歐姆龍NJ501型控制器，通過EtherCAT總線連接多套伺服，正是解決同步控制的最佳組合。
2 多線切割機工作原理
圖1 典型的線切割機工藝流程圖
多線切割機對于控制系統的可靠性和實時性要求較高，為保證加工質量，需要對切割過程中的鋼絲張力進行控制。準確控制張力值，減小張力的波動是多線切割機的一項關鍵技術，對于提高加工質量及切割過程中不斷線以及提高設備的可靠性具有重要意義。在本項目中，采用歐姆龍NJ501型控制器，通過EtherCAT總線連接多套伺服進行同步控制，有效地減少了張力的波動。
3基于NJ控制器的解決方案
3.1控制系統硬件解決方案
圖2 控制系統硬件解決方案
SYSMAC NJ系列機器控制器是歐姆龍最新推出的新一代機器自動化控制器，它無與倫比的高速性與可靠性并重，集運動、邏輯、視覺控制于一體，擁有直線、圓弧等的插補動作功能和電子齒輪、電子齒輪的同步動作功能，通過電子齒輪FB實現同步以及張力調整 ，可執行最小500μs的高速運算，實現4至64軸的運動控制。尤其是內置EtherNet/IP與EtherCAT主站，可實現網絡的高速控制，SYSMAC STUDIO還有MC功能軸設定功能，使伺服軸設定非常簡單。而系統中采用的EtherCAT網絡型伺服，其憑借業界最高等級的性能，可幫助用戶有效縮短生產節拍時間。
3.2主軸和收、放線軸之間的同步、張力控制
圖3 主軸和收、放線軸之間的同步、張力控制程序
3.3收線軸和排線軸之間的凸輪控制
圖4 SYSMAC STUDIO凸輪編輯器
4結束語
在本系統中，歐姆龍NJ501型控制器通過EtherCAT總線連接多套伺服，形成了解決同步控制的最佳組合。EtherCAT采用分布式時鐘機構，以100μs的刷新時間和不超過1μs的時基誤差保證各軸之間的同步，當仁不讓地成為市場上最快的網絡。此外，NJ501的編程軟件SYSMAC STUDIO，通過簡單的設定，即可完成對控制器、網絡、伺服以及其他現場設備的配置，通過內部功能塊即可完成復雜的運動控制，并可利用先進的順序和運動控制仿真功能在3D環境下預測試運動軌跡，縮短了工程師在現場的反復調試時間，基于對變量的操作也大幅提高了生產性。
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