专利名称：多线切割机钢线收、放线自动跟踪控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多线切割机收、放线装置中钢线跟踪控制 方法，特别是涉及一种多线切割机收、放线装置中钢线自动跟踪方法及实现该 方法的自动跟踪装置。
二背景技术：
多线切割机是一种利用细钢线切割单晶硅、多晶硅等硬材 料的一种机器，钢线传动机构主要是由主辊轮、两个收放线轮、张力轮等组成， 由于在切割过程中，钢线周期性地高速往复运动，并且有加减速过程，每个线 轮在一个周期内都要进行收线和放线过程，由于收、放线轮的直径是变化的， 收、放线轮的角速度也是变化的，这样就必须保证钢线在收放线轮上均匀排布。
参见图3所示钢线运动过程中的线速度示意图以及图4所示的钢线传动图， 可以看出钢线在一个循环周期的运动过程是速度从0加速到最大速度---匀速 运动一速度减速到O---反向加速到最大速度---反向匀速运动---反向减速到0--循 环结束。其中正向匀速时间比反向匀速时间长，以保证每个循环有新进线量， 两个线轮的运动状态和钢线的运动状态相类似，只不过角速度随直径变化自动 调整。以前多线切割机在切割单晶硅、多晶硅等硬材料的生产过程中，收、放 线装置都是采用普通齿轮减速电机调速，这种电机速度响应慢，瞬时换向性能 差，由于线轮的频繁正反向运动及角速度的变化，往往会使钢线在线轮上不能 均匀缠绕，进而造成收、放线轮上钢线呈纺锤形排布，甚至会导致钢线断线， 使硅片破碎，造成较大经济损失。
三
发明内容
本发明针对现有技术不足，提出一种多线切割机收、放线装置中钢线自动 跟踪方法及自动跟踪控制装置，目的是保证钢线在线轮收线或放线的换向运动 中保证钢线在线轮上紧密均匀排布，减少钢线断线几率，提高机器可靠性。
本发明所采用的技术方案
一种多线切割机自动收、放线装置中钢线自动跟踪方法，收、放线装置分别采用伺服电机和齿轮、齿条驱动移动平台，在移动平台上安装两个触轮，钢 线从两个触轮中间穿过，移动平台带动钢线在两个线轮轴向方移动，在所述移 动平台上与两个触轮联动设有两个旋转编码器，每个旋转编码器的编码轴连接 一个触轮，旋转编码器的输出信号通过导线与一控制器连接，所述控制器控制 连接收、放线装置的伺服电机，通过所述控制器分别由两个旋转编码器来决定 伺服电机的运动方向，自动校正钢线在收、放线装置中的位置，使钢线在收、 放线装置中紧密均匀排布，
1) 在线轮电机换向旋转且钢线偏离紧密排列轨道时，钢线触及其中一个触 轮带动其连接的旋转编码器编码，所述控制器根据接收的编码信号，控制伺服 电机驱动移动平台向 一个方向运动，
2) 当钢线向另一个方向偏离排列轨道时，钢线触及另外一个触轮带动其连 接的旋转编码器编码，控制器根据接收的编码信号，控制伺服电机驱动移动平 台向另一个方向运动。
所述的多线切割机自动收、放线装置中钢线自动跟踪方法，旋转编码器发 出编码信号输入到控制器的高速计数器模块，高速计数器内每个通道有一个标 志寄存器，当CPU处理器检测到有计数值时，标志寄存器标志位置l，否则置 0， CPU处理器通过编程软件判断标志寄存器的标志位，若标志寄存器的标志位 数值是l，则通过输出模块发出正转或反转信号，控制伺服电机的正转或反转。
所述的多线切割机自动收、放线装置中钢线自动跟踪方法，伺服电机的运 动速度V是根据线轮的角速度"和绕线间隙S (线轮上线与线的间隙)，通过控 制器编程运算后，输出速度信号给伺服电机的驱动器，控制伺服电机运动速度， 以适应线轮不同角速度的变化，伺服电机运动速度计算公司为V=o*S,式中
线轮角速度"是根据装在线轮电机上的编码器输入到控制器的信号测得的，绕
线间距S是从操作台屏上由人工设定的常数。
一种多线切割机钢线收、放线自动跟踪控制装置，其中收线和放线装置均 均采用包括伺服电机以及齿轮、齿条在内的驱动系统，在与所述齿条联动连接 的移动平台上安装有两个触轮，在所述移动平台上与每个触轮联动各设有一个 旋转编码器，旋转编码器的编码轴连接触轮，每个旋转编码器的输出信号连接控制器，所述控制器控制连接伺服电机。
所述的多线切割机钢线收、放线自动跟踪控制装置，控制器含有CPU处理 器、输入模块、输出模块、高速计数器模块，输入模块连接CPU处理器，旋转
编码器输出连接控制器中的高速计数器模块，高速计数器模块输出信号连接
CPU处理器，CPU处理器控制连接输出模块，输出模块控制连接伺服电机，这
些模块插接在一个带有电源的基板上，基板上印制有电源线和数据总线，各个 模块通过基板上的电源线和数据总线连接起来。
输入模块接收外部开关量信号(按钮、感应开关等)，高数计数器接收编码
器脉冲信号，这两种信号通过基板上的数据总线传送到CPU模块，经CPU逻辑
运算或算术运算后，发出信号经基板上的数据总线传送到输出模块，输出模块 发出信号控制外部电机等执行元件。
控制器可以采用可编程序控制器PLC，旋转编码器编码信号接入可编程序 控制器PLC的高速计数器模块，可编程序控制器PLC的输出模块控制连接伺服 电机，控制伺服电机的正转或反转，伺服电机的运动方向由可编程序控制器PLC 根据两个旋转编码器的输出信号决定。
本发明的积极有益效果
1、 本发明多线切割机钢线收、放线自动跟踪控制方法及装置，使钢线在多 线切割机收、放线轮上均匀紧密排布，使得多线切割机收、放线装置因收、放 线不均而造成断线减少95%以上，提高了机器可靠性。
2、 本发明多线切割机钢线收、放线自动跟踪控制方法及装置，有效地保证 了钢线在线轮收线或放线的换向运动中钢线在线轮上紧密均匀排布，进而保证 了多线切割机对单晶硅、多晶硅等硬材料的切割质量，增加了经济效益，具有 较好的推广应用价值。
四
图l:本发明多线切割机钢线收、放线自动跟踪方法系统组成图 图2:本发明多线切割机钢线收、放线自动跟踪控制装置结构示意图 图3:多线切割机收、放线装置钢线线速度运动图 图4:多线切割机收、放线装置钢线传 图五具体实施例方式
实施例一参见图l。本发明多线切割机自动收、放线装置中钢线自动跟踪 方法，收、放线装置分别采用伺服电机和齿轮、齿条驱动移动平台，在移动平 台上安装有两个触轮，钢线从两个触轮中间穿过，移动平台带动钢线在两个线 轮轴向方移动，本发明钢线自动跟踪方法，通过在移动平台上设置两个与触轮 联动的旋转编码器，旋转编码器的编码轴连接触轮，旋转编码器的输出信号通 过导线与一控制器连接，控制器控制连接伺服电机，通过控制器分别根据两个
旋转编码器来决定伺服电机的运动方向，自动校正钢线在收、放线装置中的位 置，使钢线在收、放线装置中紧密均匀排布，
1) 在线轮电机换向旋转且钢线偏离紧密排列轨道时，钢线触及其中一个触 轮并同时带动其连接的旋转编码器编码，控制器根据接收的编码信号控制伺服 电机的旋转方向，控制伺服电机驱动移动平台向一个方向运动，即当其中编码 器旋转时，控制器控制伺服电机驱动移动平台向一个方向(正向或反向)旋转， 来修正钢线在线轮上的位置，
2) 当钢线向另一个方向偏离排列轨道时，钢线触及另外一个触轮并带动其 连接的旋转编码器编码，控制器根据接收的编码信号，控制伺服电机伺服电机 驱动移动平台向另一个方向运动，来修正钢线在线轮上的位置。
实施例二参见图1。本实施例多线切割机自动收、放线装置中钢线自动跟 踪方法，与实施例一不同的是旋转编码器发出编码信号输入到控制器的高速 计数器模块，高速计数器内每个通道有一个标志寄存器，当CPU处理器检测到 有计数值时，标志寄存器标志位置l，否则置0， CPU处理器通过编程软件判断 标志寄存器的标志位，若标志寄存器的标志位数值是l,则通过程序控制器输出 模块发出正转或反转信号，控制伺服电机的正转或反转。
控制器同时根据线轮的角速度"和绕线间隙S对伺服电机的运动速度V进 行运算后，输出速度信号给伺服电机的驱动器，控制伺服电机运动速度，以适 应线轮不同角速度的变化，伺服电机运动速度按式V-o^S进行计算，式中线 轮角速度co是根据装在线轮电机上的编码器输入到控制器的信号测得的，绕线 间距S为人工从操作台设定的常数。实施例三参见图2。本实施例为多线切割机钢线收、放线自动跟踪控制装 置的具体实施方式
，其中收线和放线装置均均采用包括伺服电机2以及齿轮3、 齿条1在内的驱动系统，在与齿条1联动连接的移动平台4上安装有两个触轮5， 在所述移动平台上与每个触轮联动各设有一个旋转编码器6，旋转编码器的编码 轴连接触轮，每个旋转编码器的输出信号连接到控制器9，所述控制器9控制连 接伺服电机2。图中8为放线轮，7为收线轮。
多线切割机钢线收、放线自动跟踪控制装置的控制器含有CPU处理器、输 入模块、输出模块、高速计数器模块，输入模块连接CPU处理器，旋转编码器 输出信号连接控制器中的高速计数器模块，高速计数器模块输出信号连接CPU 处理器，CPU处理器控制连接输出模块。这些模块插接在一个带有电源的基板 上，基板上印制有电源线和数据总线，各个模块通过基板上的电源线和数据总 线连接起来。输入模块接收外部一些开关量信号(按钮、感应开关等)，高数计 数器接收外部脉冲信号(编码器信号)，这两种信号通过基板上的数据总线传送 到CPU模块，经CPU逻辑运算或算术运算后，发出信号经基板上的数据总线传 送到输出模块，输出模块发出信号控制外部电机等执行元件。
实施例四参见图2。本实施例多线切割机钢线收、放线自动跟踪控制装置， 控制器采用可编程序控制器PLC，旋转编码器编码信号接入可编程序控制器 PLC的高速计数器模块，可编程序控制器PLC的输出模块控制连接伺服电机， 控制伺服电机的正转或反转。
权利要求
1、一种多线切割机自动收、放线装置中钢线自动跟踪方法，收、放线装置分别采用伺服电机和齿轮、齿条驱动移动平台，在所述移动平台上安装两个触轮，钢线从两个触轮中间穿过，移动平台带动钢线在两个线轮轴向方移动，其特征是在所述移动平台上与两个触轮联动分别设有两个旋转编码器，旋转编码器的编码轴连接触轮，旋转编码器输出信号连接控制器，控制器控制连接伺服电机，通过控制器分别根据两个旋转编码器的输出信号来决定伺服电机的运动方向，自动校正钢线在收、放线装置中的位置，使钢线在收、放线装置中紧密均匀排布，1)在线轮电机换向旋转且钢线偏离紧密排列轨道时，钢线触及其中一个触轮带动其连接的旋转编码器编码，所述控制器根据接收的编码信号，控制伺服电机驱动移动平台向一个方向运动，2)当钢线向另一个方向偏离排列轨道时，钢线触及另外一个触轮带动其连接的旋转编码器编码，控制器根据接收的编码信号，控制伺服电机驱动移动平台向另一个方向运动。
2、 根据权利要求l所述的多线切割机自动收、放线装置中钢线自动跟踪方 法，其特征是旋转编码器发出编码信号输入到控制器的高速计数器模块，高 速计数器内每个通道有一个标志寄存器，当CPU处理器检测到有计数值时，标 志寄存器标志位置l，否则置0， CPU处理器通过编程软件判断标志寄存器的标志位，若标志寄存器的标志位数值是l，则通过输出模块发出信号，控制伺服电 机的正转或反转。
3、 根据权利要求1或2所述的多线切割机自动收、放线装置中钢线自动跟 踪方法，其特征是控制器根据线轮的角速度OJ和绕线间隙S对伺服电机的运动速度v进行运算后，输出速度信号给伺服电机驱动器，控制伺服电机运动速 度，以适应线轮不同角速度的变化，伺服电机运动速度按式V-o^S进行计算， 式中线轮角速度"由装在线轮电机上的编码器测得，并输入到控制器，绕线 间距S为在操作台上由人工设定的常数。
4、 一种多线切割机钢线收、放线自动跟踪控制装置，其中收线和放线装置 均采用包括伺服电机以及齿轮、齿条在内的驱动系统，在与所述齿条联动连接的移动平台上安装有两个触轮，其特征是在所述移动平台上与每个触轮联动 各设有一个旋转编码器，旋转编码器的编码轴连接触轮，每个旋转编码器的输 出信号连接控制器，所述控制器控制连接伺服电机。
5、 根据权利要求4所述的多线切割机钢线收、放线自动跟踪控制装置，其特征是所述控制器含有CPU处理器、输入模块、输出模块、高速计数器模块，输入模块连接CPU处理器，旋转编码器输出连接控制器中的高速计数器模块， 高速计数器模块输出信号连接CPU处理器，CPU处理器控制连接输出模块，输 出模块控制连接收、放线装置的伺服电机。
6、 根据权利要求4所述的多线切割机钢线收、放线自动跟踪控制装置，其 特征是控制器采用可编程序控制器PLC，旋转编码器编码信号接入可编程序 控制器PLC的高速计数器模块，可编程序控制器PLC的输出模块控制连接伺服 电机，控制伺服电机的正转或反转，伺服电机的运动方向分别由两个旋转编码 器的输出信号决定。
全文摘要
本发明涉及一种多线切割机收、放线装置中钢线自动跟踪方法及自动跟踪装置。自动收、放线装置分别采用伺服电机和齿轮、齿条驱动移动平台，在所述移动平台上安装两个触轮，钢线从两个触轮中间穿过，移动平台上与两个触轮联动分别设有两个旋转编码器，旋转编码器连接控制器，控制器连接伺服电机，通过控制器分别由两个旋转编码器来决定伺服电机的运动方向，从而自动校正钢线在收、放线装置中的位置，使钢线在收、放线装置中紧密均匀排布。本发明多线切割机钢线收、放线自动跟踪控制方法及装置，使得多线切割机收、放线装置因收、放线不均而造成断线减少95％以上，提高了机器可靠性，保证了多线切割机对单晶硅、多晶硅等硬材料的切割质量，增加了经济效益。
文档编号G05D3/20GK101596750SQ20091006468
公开日2009年12月9日 申请日期2009年4月21日 优先权日2009年4月21日
发明者倪永帅, 孟红军, 张万进, 胡蓬辉 申请人:新乡市华盛天龙数控设备有限公司