LED基片專用遙擺式數控多線切割機系統(tǒng)控制研究及應用.pdf

1、LED基片專用搖擺式多線切割機是半導體照明產業(yè)中襯底切片的專用裝備。襯底材料的切片質量好壞直接影響LED后續(xù)加工步驟。傳統(tǒng)多線切割機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)多線切割機切割效率低，甚至切不動，必須使用LED專用多線切割機。而LED多線切割機被日本和瑞士企業(yè)壟斷，成為制約中國LED產業(yè)發(fā)展的瓶頸。LED多線切割機在系統(tǒng)功能結構

2、、控制策略、自動化程度等幾個方面與傳統(tǒng)多線切割機有較大區(qū)別和提升。本文以傳統(tǒng)多線切割機為參照對比，以LED多線切割機項目研發(fā)過程中的關鍵技術難點為主線，對LED多線切割機數控系統(tǒng)關鍵技術進行深入研究。
　　(1)闡述課題研究的背景和意義；依據項目開發(fā)要求，研究LED襯底基片多線切割機和與之相關的幾項關鍵控制技術的國內外研究狀況，論述數控多線切割技術的發(fā)展趨勢；介紹LED襯底基片多線切割機控制技術基礎；概括作者承擔的科研任務以及本文

3、主要研究內容。
　　(2)分析傳統(tǒng)多線切割機的機械結構和原理，得出傳統(tǒng)多線切割機高速切割LED材料時切割效率低和切割質量不穩(wěn)定的原因。針對傳統(tǒng)多線切割機的缺點，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；設計一種擺動裝置的機械結構，克服傳統(tǒng)多線切割機p值不恒定的缺點。同時增加自動繞線機構和放線側排線器，得到LED多線切割機機械機構。根據LED切片的要求和特點，設定LED多線切割機總體性能指標，設計系統(tǒng)整

4、體與各個模塊的電氣和控制系統(tǒng)。分析了LED多線切割機控制的重點和難點。
　　(3)針對常規(guī)張力控制在LED多線切割機系統(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)干擾以及參數和結構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)響應速度。樣機

5、的實驗結果表明該系統(tǒng)具有系統(tǒng)張力波動小，穩(wěn)定性能好，斷線率低的特點。
　　(4)分析機械結構改進后出現的多軸同步控制難點，根據其固有的特點，充分利用模糊控制魯棒性強和迭代學習控制精度高的優(yōu)點，同時避免模糊控制穩(wěn)態(tài)精度不高，迭代學習控制對參數變化敏感的缺陷，提出模糊迭代學習控制方法。通過實驗對比了模糊控制和模糊迭代學習控制算法的運行結果，證明模糊迭代學習控制算法的有效性。
　　(5)詳盡分析機器結構和功能發(fā)生變化之后的自動繞線

6、控制要求。根據系統(tǒng)控制要求，對主流的主從同步控制算法進行改進，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，有一定的進步意義。針對主從-位置算法的局限性，建立LED多線切割機自動繞線的數學模型，提出一種并聯(lián)差分耦合控制算法，并對其有效性進行證明。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；在與主從-位置控制算法的對比試驗中，控制精

7、度高，響應速度快，效果良好。
　　(6)傳統(tǒng)多線切割機往往憑借經驗設定多線切割機的系統(tǒng)線速度、張力以及工件臺速度等參數，且參數一旦設定，整個切割過程中保持不變。依賴經驗的操作自動化程度低，且不一定是最佳選擇，切割參數固定不變未必效率最高。通過試驗找出上述三項參數對于切割效率的定量關系，并根據其關系建立數學模型，提出切割時間最優(yōu)控制。試驗對比證明該控制算法能夠提高生產效率，且本文的試驗結果和控制方法對傳統(tǒng)多線切割機同樣有效。通過切片