祝賀精密位移平臺在高精半導體芯片系統中應用

添加時間：2020-6-9 8:20:03 作者：浙江金科機械傳動有限公司

精密位移平臺在導體芯片切割控制精度要求非常高，目前國內基本上用的基本上都是進口設備。此為我公司為某半導體廠家開發的設備。
1、系統選型
X軸負載重量Mx： 20.2kg
Y軸負載重量My： 2.9kg
滾軸絲杠螺距P： 5mm
額定轉速： 3000(min-1)
摩擦系數： μ =0.2
機械效率： η=0.9
加速時間： t=0.01s
負載速度： VL=15m/min
慣量、扭矩計算

（1）慣量計算
X軸負載慣量：Jx=Mx(P /2π)2
= 20.2×（0.005/2×3.14）
= 0.128×10-4 kgm2
Y軸負載慣量：Jy=My(P/2π)2
=2.9×（0.005/2×3.14）2
= 0.0184×10-4 kgm2
滾珠絲杠： J2 = πρLBDB4/32
= 0.405×10-4 kgm2
X軸電機負載慣量： JLX = Jx+ J2=0.533×10-4 kgm2
Y軸電機負載慣量： JLY= Jy+ J2=0.4234×10-4 kgm2
400w電機慣量：Jm4= 0.26×10-4 kgm2
750w電機慣量：Jm7=0.87×10-4 kgm2

（2）扭矩計算
由于需要的行程速度是100mm/s到150mm/s，這次速度將以250mm/s=15m/min來計算。
電機轉速：NL = VL/P=15/0.005 = 3000（min-1）
= 3000 × 2π / 60=314 rad
加速度：a+ = NL/t =3140 rad/s2
X軸負載轉矩：TLX=μMgP / 2πη
=0.2×20.2×9.8×0.005/2×3.14×0.9=0.035 Nm
Y軸負載轉矩：TLY=μMgP / 2πη
=0.2×2.9×9.8×0.005/2×3.14×0.9=0.00304 Nm
X軸啟動轉矩：Tpx = (JLX + Jm7)●a+ + TLX
= 0.441 + 0.035 = 0.476 Nm
Y軸啟動轉矩：Tpy = (JLY + Jm4)●a+ + TLY
= 0.215 + 0.00304 = 0.218 Nm
X軸制動轉矩：Tsx = (JLX+ Jm7)●a+ - TL
=0.441-0.035=0.406Nm
Y軸制動轉矩：Tsy = (JLY + Jm4)●a+ - TL
= 0.215 - 0.00304 = 0.212 Nm
通過以上的計算選用的是松下MHMD400w和MSMD750w的交流伺服電機，該型號輸出慣量適合，運行更平穩。X軸用的是750w的伺服系統，額定扭矩為
2.4Nm；而Y軸用400w的伺服系統，額定扭矩為1.3Nm；這兩款的額定轉速都為3000rps；所選伺服的慣量及扭矩都能使載體平穩的運行。
（3）盤式電機選型
由于在盤式伺服上要放的是一個鋁制的圓盤，圓盤規格(R=150mm M=1kg 實心)：
圓盤慣量J=1/2×M×（D/2）2=1/2×1×（150/2）2=0.0028125 kgm2
扭矩T=角加速度a×慣量J
圓盤轉π/2需要的時間是4s 平均角速度V=π/2÷4=0.3925rad/s
則 角加速度=角速度V/加速時間t=0.3925×0.01=39.25rad/s2
則 扭矩T=39.25×0.0028125=0.1104Nm
由于慣量要匹配，盤式伺服承受物體的慣量和盤式伺服自身的慣量的比例在1：10之內是理想的，所以選的精密位移平臺盤式伺服ND110-50F自身的慣量是0.00034 kgm2、額定扭矩是2.4Nm大扭矩是7.2Nm、回轉速度是5rps、分辨率是720000 ppr。該盤式伺服的定位精度是±90s，重復定位精度是±18s，外加絕對值選項定位精度可達±15s、重復定位精度±1.8s。
360度=1296000s 圓盤周長 L=πR=3.14×150=471000um 則角度1s=0.363um弧長
所以當定位精度為15s時圓盤的弧長精度可達到5.445um。