一种硅片切割机控制系统及方法与流程

本发明涉及运动控制技术领域，尤其涉及一种硅片切割控制系统及方法。

背景技术：

随着我国产业转型升级，集成电路等电子产业迅速发展，市场对硅片的需求日益增加。硅片主要由对硅棒进行切割获得，传统的外圆切割机及内圆切割机由于切割效率低下，切割时硅片易剥落破碎且成片加工一致性差，无法满足现有的生产需求。因此，目前大多采用多线硅片切割机来进行硅片生产，通过多线切割方式对硅棒进行加工，借助收放线装置提供张力，通过主轴带动切割线高速运动，在切割液辅助冷却的作用下对硅棒进行摩擦，从而达到对硅棒进行切割的目的，能够一次切割出近两千片硅片，极大地提高了生产效率。但是，现有的硅片切割机控制系统控制硅片切割机工作时，控制精度不高，硅片切割机的主轴振动大，容易造成硅片破碎，硅棒损耗率高，并且现有的硅片切割机控制系统的自动化程度不高，无法满足生产需求。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种硅片切割机控制系统及方法本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种硅片切割机控制系统，包括运动控制器、多个驱动器、多个电机和硅片切割机，所述运动控制器分别与多个所述驱动器电连接，每个所述驱动器与一个所述电机电连接，所述硅片切割机包括多个轴，每个所述电机与所述硅片切割机的一个所述轴连接。

所述运动控制器，用于接收来自上位机的工艺参数，根据所述工艺参数生成控制指令，并将所述控制指令发送至所述驱动器。

所述驱动器，用于根据所述控制指令驱动所述电机。

所述电机，用于控制所述轴运动。

第二方面，本发明提供了一种硅片切割机的控制方法，所述方法包括如下步骤：

运动控制器接收来自上位机的工艺参数，根据所述工艺参数生成控制指令，并将所述控制指令发送至驱动器。

所述驱动器根据所述控制指令驱动电机，控制与硅片切割机的轴运动。

本发明的硅片切割机的控制系统及方法的有益效果是：通过电机与硅片切割机的多个轴直接连接，运动控制器通过驱动器驱动电机，直接控制硅片切割机的轴转动，能够大幅降低硅片切割机工作时的振动幅度，提高了硅片切割机的稳定性，以及对硅片切割机轴的运转速度的控制精度，能够降低硅片的破损率。并且，只需通过上位机输入工艺参数，运动控制器就能自动控制硅片切割机对硅棒进行切割，提高了生产效率，自动化程度高。

附图说明

图1为本发明实施例的一种硅片切割机的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种硅片切割机的控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种硅片切割机的控制方法的流程示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、主轴，20、卷绕轴，21、放线卷绕轴，22、收线卷绕轴，30、排线轴，31、放排线轴，32、收排线轴，40、张力摆杆轴，41、放线摆杆轴，42、收线摆杆轴，50、工作台，60、硅棒。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的硅片切割机控制系统及方法应用于单晶硅片切割机或多晶硅片切割机，如图1所示，硅片切割机包括两个主轴10、两个卷绕轴20、两个排线轴30、两个张力摆杆轴40、工作台50和切割液泵，其中，两个主轴10用于带动切割线做往复运动，两个卷绕轴20为放线卷绕轴21和收线卷绕轴22，放线卷绕轴21用于送出切割线，收线卷绕轴22用于回收切割线，两个排线轴30为放排线轴31和收排线轴32，放排线轴31用于调整放线卷绕轴21送出的切割线的角度，收排线轴32用于调整送入收线卷绕轴22的切割线的角度，两个张力摆杆轴40为放线摆杆轴41和收线摆杆轴42，放线摆杆轴41用于为送入主轴10的切割线提供张力，收线摆杆轴42用于为从主轴10引出的切割线提供张力，切割液泵用于向线网中的切割线喷洒碳化硅磨料。放线卷绕轴21上的切割线引出后，依次经过放排线轴31和放线摆杆轴41，再被送入两个主轴10，切割线平行缠绕在两个主轴10上，在两个主轴10间形成线网，再从主轴10引出，依次经过收线摆杆轴42和收排线轴32，最后回到收线卷绕轴22。

硅片切割机工作时，先将硅棒60固定在工作台50下方，两个主轴10根据预定转速同步运转，带动线网中的切割线高速运动，放线卷绕轴21和收线卷绕轴22以主轴10的实际线速度同步运转，送出和回收切割线。放排线轴31和收排线轴32以卷绕轴20的角速度同步运转，根据张力传感器检测的张力实时调整卷绕轴20送出和回收的切割线的角度。放线摆杆轴41和收线摆杆轴42根据预定的张力调整摆杆的角度，为送入主轴10和送出主轴10的切割线提供张力。工作台50以设定速度下降，将硅棒60送入线网，线网中的切割线带动碳化硅磨料正向运转，对硅棒60进行摩擦，实现对硅棒60的正向切割。当放线卷绕轴21中剩余的切割线线长不足时，所有轴反向运转，收线卷绕轴22送出切割线，放线卷绕轴21回收切割线，线网中的切割线带动碳化硅磨料反向运转，现对硅棒60的反向切割。通过线网中切割线的高速往返运动，实现对硅棒60的切割。

如图2所示，本发明实施例提供了一种硅片切割机控制系统，包括运动控制器、多个驱动器、多个电机和硅片切割机，所述运动控制器与多个所述驱动器电连接，每个所述驱动器与一个所述电机电连接，所述硅片切割机包括多个轴，每个所述电机与所述硅片切割机的一个所述轴连接。

所述运动控制器，用于接收来自上位机的工艺参数，根据所述工艺参数生成控制指令，并将所述控制指令发送至所述驱动器。

所述驱动器，用于根据所述控制指令驱动所述电机。

所述电机，用于控制所述轴运动。

本实施例中，通过电机与硅片切割机的多个轴直接连接，运动控制器通过驱动器驱动电机，直接控制硅片切割机的轴转动，能够大幅降低硅片切割机的振动幅度，提高了硅片切割机工作时的稳定性，以及对硅片切割机轴的运转速度的控制精度，能够降低硅片的破损率。并且，只需通过上位机输入工艺参数，运动控制器就能自动控制硅片切割机对硅棒进行切割，提高了生产效率，自动化程度高。

优选地，还包括变频器和切割液泵，所述变频器与所述切割液泵电连接，所述硅片切割机包括切割线。

所述变频器，用于接收来自所述上位机的切割液参数，根据所述切割液参数控制所述切割液泵向线网中的切割线喷洒切割液。

具体地，切割液参数包括切割液的流量和切割液的温度等，根据切割液参数进行控制，能够提高切割精度，并减少切割液的浪费。

优选地，所述轴包括两个主轴10，所述工艺参数包括主轴转速，所述运动控制器具体用于：

生成一个虚拟主轴，根据主轴10转速控制所述虚拟主轴运转，获取所述虚拟主轴输出的转速信号，根据所述转速信号控制所述主轴10运转，使得所述主轴10的转速与所述虚拟主轴的转速同步。

具体地，将虚拟主轴的转速信号作为主轴运转的输入信号，主轴10根据该输入信号进行运转，在负载力矩的作用下，主轴10的实际转速会发生变化，将主轴10的实际转速反馈至虚拟主轴，与预设的主轴转速进行耦合，实现闭环控制。主轴10按一定比例自动跟随虚拟主轴运动，采用虚拟主轴能够减少信号干扰和波动，能够提高主轴10运动的稳定性，减少主轴10运动的振动，提高切割硅片的精度。

优选地，所述轴还包括两个卷绕轴20，所述运动控制器具体用于，通过传感器获取所述主轴10的转速，并通过所述驱动器和所述电机控制两个所述卷绕轴20以所述主轴10的转速运转。

具体地，卷绕轴20的直径与主轴10的直径相同，控制卷绕轴20以主轴10的线速度运转，使卷绕轴20与主轴10保持同步，保证切割线的输送和回收，避免切割线的张力波动。

优选地，还包括工作台驱动器和工作台电机，所述工作台驱动器分别与所述工作台电机和所述运动控制器电连接，所述硅片切割机包括工作台50，所述工作台电机与所述工作台50连接，所述控制指令包括工作台进给指令。

所述工作台驱动器，用于接收所述运动控制器发送的所述工作台进给指令，根据所述工作台进给指令驱动所述工作台电机转动。

所述工作台电机，用于控制所述工作台50升降。

具体地，通过工作台驱动器驱动工作台电机，控制工作台50升降，对硅棒60进行切割时，工作台50下降，将硅棒60送入主轴10间的线网；当切割完成时，工作台50上升，将硅片移至卸料处进行卸料。自动化控制，减少手动操作，保证工作人员安全。

优选地，所述轴包括两个张力摆杆轴40，所述工艺参数包括张力参数，所述运动控制器具体用于，根据所述张力参数通过所述驱动器和所述电机控制所述张力摆杆轴40的角度。

具体地，通过驱动器驱动电机，控制张力摆杆轴40的偏移角度，实现对切割线的张力的控制，控制精度高。

优选地，所述系统还包括张力传感器，所述张力传感器与运动控制器电连接，所述张力传感器用于检测切割线的张力。

具体地，张力传感器可为电子尺，电子尺反馈张力摆杆轴40的位置完成对张力大小的采样。运动控制器接收张力传感器检测的切割线的张力，判断切割线的张力是否在预设范围内，当张力在预设范围内时，则张力正常；当张力超出预设范围时，则张力异常，运动控制器发出报警信号，提示发生故障，便于工作人员及时采取应对措施。

优选地，所述运动控制器通过ethercat总线与多个所述驱动器连接。

具体地，利用ethercat总线的高速特性，能够降低延迟，加快驱动器的响应速度，提高控制精度。并且，可通过io模块实现运动控制器的数字量输入输出。

如图3所示，本发明实施例提供了一种硅片切割机的控制方法，所述方法包括如下步骤：

110，运动控制器接收来自上位机的工艺参数，根据所述工艺参数生成控制指令，并将所述控制指令发送至驱动器。

120，驱动器根据所述控制指令驱动电机，控制硅片切割机的轴运动。

优选地，所述方法还包括如下步骤：

变频器接收来自所述上位机的切割液参数，根据所述切割液参数控制所述切割液泵向硅片切割机的切割线喷洒切割液。

优选地，工作台驱动器接收所述运动控制器发送的所述控制指令，根据所述控制指令驱动工作台电机转动，控制硅片切割机的工作台50升降。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。