Системы программного управления (СПУ)
В зависимости от технологического назначения системы программного управления можно разделить на два класса: позиционные и функциональные.
Позиционные СПУ. К позиционным (или координатным) СПУ относятся такие системы программного управления, которые управляют положением рабочего органа и устанавливают его в заданную координату. Управление - однокоординатное. Перемещение осуществляют на. высоких скоростях, при подходе к координате точки переходят на низкую скорость (2-10 мм/мин). Позиционные СПУ используются для регулирования зондов, для сверления печатных плат, в производстве интегральных схем, для фотолитографических процессов (в установках совмещения, генераторах изображения и т.д.), в сборочных установках.
По методу представления информации позиционные СПУ можно разделить на три группы: кодовые, счетно-импульсные и аналоговые.
Кодовые СПУ. Принцип работы кодовой СПУ заключается в сопоставлении кода числа, выражающее значение программируемой координаты, с кодом числа, определяющего фактическое положение рабочего органа измеренного кодовым датчиком обратной связи (рис.4.12). Задающая информация, определяющие значения заданной координаты, выражается кодом числа, поступает из задающего устройства. ЗУ в схему совпадения СС, которая через схему (НЕТ) и переключатель напряжения ПН включает и выключает двигатель Дв. От него движение через редуктор передается на рабочий орган РО.
|
|
|
Фактическое положение рабочего органа измеряется кодовым датчиком обратной связи КДОС, который преобразует пройденным рабочим органом путь в соответствующий код числа и посылает его в устройство совпадения СС, последнее дает команду на включение двигателя. Перемещение рабочего органа будет осуществляться до тех пор, пока код задающего числа не совпадет с кодом датчика обратной связи КДОС. При совпадении кодов на выходе устройства совпадения управляющий сигнал отсутствует и переключатель напряжения отключает двигатель. Движение рабочего органа прекращается.
Счетно-импульсные СПУ. Основной особенностью счетно-импульсных СПУ является наличие различных счетчиков импульсов, преобразователей счетно-импульсного типа (рисунок 4.13). Известно несколько разновидностей импульсных СПУ. Программа в виде закодированного числа импультсов, соответствующего перемещению из задающего устройства ЗУ поступает в счетное устройство СЧ, где запоминается. Счетное устройство
1 - задающее устройство, 2 - схема совпадения, 3 - схема логического запрета (нет), 4 –двигатель, 5 – регулятор, б - кодовый датчик обратной связи, 7 -переключатель напряжения, 8 - рабочий орган
|
|
|
Рисунок - 4.12 Структурная схема кодовой СПУ
1 - задающее устройство, 2 - счетное устройство, 3 – пускатель, 4 - двигатель, 5 – редуктор, 6 - импульсный датчик обратной связи, 7 - переключатель напряжения, 8 - рабочий орган, 9 - устройство совпадения.
Рисунок - 4.13 Структурная схема счетно-импульсной СПУ
1 - считывающее устройство, 2 - цифро-аналоговый преобразователь, 3 –усилитель, 4 - следящий привод, 5 – редуктор, б - потенциометрическая обратная связь, 7 - рабочий орган
Рисунок - 4.14 Структурная схема аналоговой позиционной СПУ
Дает команду на пускатель П, включающий силовой двигатель Дв, от которого движение через редуктор Ред передается рабочему органу РО. С рабочим органом кинематически связан импульсный датчик обратной связи ИДОС, который при движении начинает выдавать импульсы в счетное устройство. Число импульсов обратной связи в счетном устройстве вычитается (либо складывается, в зависимости от типа счетчика) из программных импульсов. При равенстве числа задающих импульсов импульсом обратной связи счетная схема возвращается в нулевое положение. В качестве счетной схемы можно применить счетчики, рассматриваемые в импульсных СПУ. Они могут быть выполнены также на релейных элементах. Вблизи программируемого значения координаты устройство совпадения УС подает команду упреждения на переключатель напряжения ПН, переключающий двигатель с большой скорости на малую. Останов рабочего органа осуществляет импульсный регистр счетного устройства. Устройство совпадения здесь проще, чем в кодовых СПУ. В счетно-импульсных СПУ используется относительная система отсчета, система работает по приращениям. Преимуществом отчетно-импульсных СПУ перед кодовыми является отсутствие сложной системы совмещения и сложных кодовых преобразователей. В качестве датчиков обратной связи могут быть использованы фотоэлектрические датчики с дифракционными линейками и индуктивные датчики. Достоинством счетно-импульсных СПУ является также возможность повторения кода для нескольких одинаковых перемещений, что часто требуется в координатных СПУ при сверлении, например, отверстий, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. К недостаткам этих СПУ следует отнести более низкую помехозащищенность, связанную с относительным измерением перемещения и импульсным характером информации.
|
|
|
Аналоговые СПУ. Аналоговые позиционные СПУ работают по принципу сравнения задающего сигнала, выраженного в аналоговой форме, а также сигналом обратной связи. Основной особенностью аналоговых СПУ является цифроаналоговый преобразователь ЦАП, превращающий число задающей информации, поступающей от считывающего устройства или устройства ручного ввода в величину напряжения, в величину активного или индуктивного сопротивления или в другой аналог. Например, в аналоговое СПУ (рисунок 4.14) после цифроаналогового преобразователя задающая (информация о величине хода рабочего органа модулируется величиной постоянного напряжения, которое, поступая на вход усилителя У, управляет работой следящего привода с потенциометрической обратной грязью ПДОС для вычерчивания токоподводящего рисунка на координатографе, при изготовлении деталей, имеющих сложный профиль, в заготовительном и сварочном производстве. Эффективность применения функциональных СПУ особенно возрастает для технологических процессов, где длительность перемещения по сложному контуру значительно превышает длительность холостых и вспомогательных операций при мелкосерийном характере производства.
|
|
|
Шаговые СПУ. В шаговых СПУ интегрирование осуществляется в шаговом приводе (в шаговом двигателе) с коммутатором, обеспечивающим соответствующее распределение импульсов по фазам двигателя. Шаговые СПУ имеют два варианта исполнения: с силовым шаговым двигателем ШД и с нешаговым (шаговые преобразователи). В последнем поворот ЩЦ служит задающим сигналом для гидравлического или электрического следящего привода. В комплект шаговой СПУ может входить тот щи иной интерполятор, встроенный в систему. В этом случае они называются импульсно-числовыми СПУ. Особенностью шаговых СЛУ является то, что они работают по разомкнутой схеме управления.
Шаговые СПУ с силовым ЩЦ. Программа, записанная на перфоленте 1, поступает в интерполятор 2, где производится запись на магнитную ленту 3 (рисунок 4.15) в виде последовательности импульсов. Магнитная лента перемещается лентопротяжным механизмом 4 относительно магнитной головки 5 и считывается последней. Формирование импульсов и разделение их по полярности осуществляется в фазочувствительном выпрямителе 6, с выхода которого импульсы поступают в коммутатор 7. Там они распределяются по трем фазам и, усилившись по мощности в усилителях 8, попадают в обмотки статора силового шагового двигателя 9. Угол поворота выходного вала двигателя пропорционален количеству импульсов, а скорость поворота - частоте следования импульсов. Преобразование вращательного движения выходного вала редуктора 10 в поступательное движение рабочего органа 11 осуществляется с помощью безлюфтовых механических передач с высоким к.п.д. Величина элементарного перемещения рабочего органа находится в пределах 0,01-0,05 мм. Эта схема отличается простотой. Недостаток ее - низкое быстродействие (частота приемистости 0,6-1 кГц), что не позволяет развивать высоких скоростей ( до 10 мм/с).
1 – носитель информации, 2 – интерполятор, 3 - магнитная лента, 4 - лентопротяжный механизм, 5 - магнитная головка, 6 - фазочувствительный выпрямитель, 7 –коммутатор, 8 – усилители, 9 - шаговый двигатель, 10 – редуктор, 11 -рабочий орган.
Рисунок - 4.15 Структурная схема шаговой СПУ с силовым ЩД
Шаговые СПУ с силовым ЩЦ удобно применять для автоматизации процессов, протекающих с невысокими скоростями и умеренными требованиями по точности. Например, при автоматизации электроэрозионного оборудования в некоторых конструкциях координатографов в программных командоаппаратов гальванических автоматов.
1 – носитель информации, 2 – интерполятор, 3 - фазовый преобразователь, 4 - фазовый дискриминатор, 5 - регулируемый привод, 6 – редуктор, 7 - фазовращатель, 8 - рабочий орган.
Рисунок - 4.16 Структурная схема импульсно-фазовой СПУ
1 - магнитная лента, 2 - лентопротяжный механизм, 3 - магнитная считывающая головка, 4 – формирователь, 5 - фазовый дискриминатор, 6 – привод, 7 - редуктор, 8 - датчик обратной связи, 9 - рабочий орган.
Рисунок - 4.17 Структурная схема фазовой СПУ без интерполятора
1 - магнитная лента, 2 - считывающая головка, 3 - формирующее устройство, 4 - блок синхронизации, 5 - реверсивный счетчик, 6 – дешифратор, 7 - регулируемый привод, 8 - рабочий орган, 9 - датчик обратной связи, 10 - генератор тактовых импульсов.
Рисунок - 4.18 Структурная схема импульсной СПУ
Шаговые СПУ с числовым преобразователем. Сочетание маломощного быстродействующего ШД с гидроусилителем момента (рисунок 4.16,б) позволяет получать в лучших современных системах программного управления частоты приемистость до 2-8 кГц. В этой СПУ шаговый привод выполняет функцию преобразователя дискретной информации е поворот вала, а гидроусилитель момента осуществляет слежение за механическим движением вала ШД.
Преобразование дискретной информации является сложной задачей, так как сопровождается мгновенными девиациями частот, поступающих на вход шагового привода. Не менее важной задачей н разомкнутой системе является передача импульсных сигналов.
При перемещении рабочего органа РО величина рассогласования, имеющая на входе усилителя 9, все время уменьшается и при переходе к заданной координате становится равной нулю. Аналоговые СПУ имеют много разновидностей. Вместо постоянного тока, например, на выходе ИДИ может быть переменный ток, модулированный по амплитуде или фазе. В последнем случае применяют в качестве датчика фазовращатели, причем для увеличения точности отсчета измерительные системы могут быть также двухканальными (с грубым и точным отсчетом). Привод в аналоговых СПУ может быть нерегулируемым. Достоинства - простота и высокая надежность. Недостаток - ограниченная точность, ограничиваемая ЦАП и потенциометрическим датчиком.
Выполнение этих задач достигается предельно возможным расширением диапазона рабочих частот и уменьшением дискретности шагового привода. Для этого применяют шаговые двигатели с большим числом фаз (до 5). блоки управления с многотактными электронными коммутаторами и значительным форсированием электромагнитных переходных процессов.
Фазовые СПУ. В фазовых СПУ суммирование элементарных приращений осуществляется в фазовом преобразователе, причем интегрирование импульсов здесь более качественное, чем в шаговых. Фазовые СПУ могут быть со встроенным интерполятором либо без интерполятора.
В фазовых СПУ со встроенным интерполятором, называемых импульс-но-фазовыми .информация в виде последовательности чисел фиксируется на перфоленте. Считанная с перфоленты 1 (рисунок 4.17) задающая информация поступает в интерполятор 2, где преобразуется в импульсную форму. Дальнейшее преобразование импульсных сигналов в фазомодулированный сигнал осуществляется в фазовом преобразователе 3. После фазового преобразователя задающий сигнал, выраженный в виде переменного напряжения со сдвигом фаз, пропорциональным заданному перемещению поступает в сравнивающее устройство - фазовый дискриминатор 4. В устройство 4 поступает также сигнал от фазового датчика обратной связи 7 - фазовращателя. Информация обратной связи представлена тоже в виде переменного напряжения со сдвигом фаз, соответствующим физическому перемещению рабочего органа 8. В результате сопоставления этих двух потоков информации на выходе фазового дискриминатора появляется постоянное напряжение, пропорциональное углу рассогласования фаз.
Это рассогласование отрабатывается одним из видов регулируемого привода 5 с регулятором 6. В фазовых СПУ без интерполятора отсутствует также и фазовый преобразователь, так как программа задается в аналоговой форме на магнитной ленте 1 в виде двух напряжений переменного тока: опорного напряжения с постоянной фазой и напряжения с фазой, изменяющейся в соответствии с заданным перемещением. Подготавливается программа в аналоговом виде на ленте 10 отдельно от станка на интерполяторе 11 (рисунок 4.17), оснащенном фазовым преобразователем 12. В таком виде задающая информация, подаваемая лентопротяжным механизмом 2 через считывающую головку 3 и формирователь 4, поступает в фазовый дискриминатор 5, где сравнивается с информацией, поступающей от датчика обратной связи 8. Сигнал рассогласования на выходе устройства 5 обрабатывается приводом 6, который через механический регулятор 7 перемещает рабочий орган 9.
Импульсные системы программного управления (иногда называют счетно-импульсными) осуществляют суммирование импульсов в счетном устройстве (рисунок 4.18). Задающая информация о характере перемещения рабочего органа в этих системах представлена последовательностью импульсов, поступающих непосредственно с выхода интерполятора, если он встроен в систему, либо считывается с магнитной ленты.
Импульсы задающей информации и обратной связи поступают на вход схемы синхронизации счетного устройства СчУ, состоящего из реверсивного счетчика PC, блока синхронизации БС и генератора тактовых импульсов ГT. Если импульсы из указанных источников приходят одновременно или их отделяет малый промежуток времени, недостаточный для срабатывания триггерных схем счетчика, то произойдет потеря импульса и непоправимые отклонения от заданной траектории. Для предотвращения этого явления и разделения импульсов служит блок синхронизации БС. Распределение импульсов по времени осуществляется с помочью генератора тактовых импульсов ГТ. Реверсивный счетчик является основным узлом счетного устройства. В нем в каждый данный момент сопоставляется число импульсов, заданных программой с числом импульсов, отработанных приводом рабочего органа. Процесс сравнения заключается в том, что импульсы, идущие от интерполятора, суммируются в реверсивном счетчике, а импульсы обратной связи вычитаются. Следовательно, в счетчике содержится разность импульсов (сигнал рассогласования), которая с помощью дешифратора ДШ преобразуется в управляющий сигнал - напряжение постоянного тока, пропорциональное разности импульсов. Этот сигнал управляет работой силового регулируемого привода.
В этой схеме каждому пришедшему на вход импульсу соответствует элементарное перемещение рабочего органа, которое осуществляется от регулируемого привода РП. Цена импульсов датчика обратной связи такая же, как и у импульсов программы.
Как видно из блок схемы (рисунок 4.17),импульсные СНУ при наличии тех же элементов задающего устройства и привода имеют более сложное сравнивающее устройство, чем в фазовых СНУ, в котором, несмотря на наличие схем синхронизации, могут теряться импульсы.
Следящие системы гибких технологических автоматов могут быть построены с использованием микроЭВМ. Кодовые, импульсные и аналоговые системы находят свое воплощение в схемах СПУ (рисунок 4.19), в которых в качестве задающего устройства, а иногда и устройства сравнения используется микроЭВМ.
ЦАП - цифроаналоговый преобразователь; ЦАПп - цифроаналоговый преобразователь положения; РПр -регулируемый привод; ФСУ - формирователь сигналов управления
а) сравнение сигналов ДОСп в аналоговой форме и с ДОС; б) сравнение в аналоговой форме в УСП командного сигнала и с ДОС; в) сравнение сигналов и с ДОСп в цифровой форме в ЭВМ: г) сравнение в ЭВМ в цифровой форме командного сигналам с ДОСп; д) сравнение в цифровой форме в УСП; положение измеряется аналоговым ДОСп
Рисунок - 4.19 Варианты управления следящим приводом автоматизированного технологического оборудования и IIP с использованием ЭВМ
Существенным отличием схем с использованием ЭВМ является то, что ЭВМ вырабатывает два сигнала для сравнения: один управляющий, а другой - корректирующий, при этом корректирующий сигнал вырабатывается в цепи обратной связи или в самом датчике обратной связи (рисунок 4.19,д), а также в специальном сравнивающем устройстве (рисунок 4.19,б).Однако имеются схемы (рисунок 4.19,в,г),в которых не формируются корректирующие сигналы, а сравнение и формирование управляющего сигнала происходит непосредственно в ЭВМ. Необходимо обратить внимание на то, что, если использовать кодовый датчик обратной связи (рисунок 4.19,в,г),то нет необходимости в преобразовании сигналов, и ЭВМ может непосредственно управлять двигателем, как правило, шаговым.
Схема (рисунок 4.19,в) содержит в контуре положения ЭВМ. Таким образом, ЭВМ входит в состав следящего привода и имеет все преимущества по использованию ЭВМ в части программной реализации законов управления, выполнения коррекции и других операций программным путем и представляет собой кодовую СПУ. Такая же кодовая СПУ реализована в варианте (рисунок 4.19,г) где используется кодовый датчик обратной связи. Резко сократилась аппаратная часть СУ. Появляются возможности для реализации оптимальных законов управления двигателем, введения коррекции, упрощается индикация, возможность диагностики программным методом, но снижается точность.
Система технического зрения
Структурная схема каждой конкретной СТЗ определяется несколькими составляющими: техническими характеристиками, конструкцией установки и технической базой, которой располагает разработчик.
Распознавание объектов предполагается осуществлять в растровых изображениях, представленных электрическим видеосигналом. При этом широко распространенные сравнительно простые телевизионные датчики, имеющие развертку, близкую к стандарту вещательного телевидения, позволяют реализовать координатную систему разрядностью до l х l элементов, где l – разрешающая способность ТВ датчика (обычно l=300 – 600 линий). Независимо от коэффициента увеличения оптической системы минимальная погрешность определения углового разворота объекта в такой сетке составляет 1/ l радиан. Максимально допустимая угловая погрешность ориентации пластин 
практически для любого их диаметра, а это означает, что осуществить ориентацию пластин с требуемой точностью в координатной системе ТВ датчика невозможно, тем более, что зона неточного первоначального положения ее может превышать поле зрения ТВ датчика. Получение требуемой погрешности ориентации пластины по углу и поиск заданного фрагмента пластины решаются второй, пространственной системой координат, реализуемой координатными приводами, на которых расположена пластина.
Таким образом, для зондовых установок и установок разделения, объектом распознавания которых является кремниевая пластина, СТЗ включает оптико – телевизионную систему с системой освещения, устройство распознавания, обрабатывающее сигнал от фрагмента изображения пластины, устройство управления координатными перемещениями и координатный привод. Система использует при распознавании и ориентации координатный X, Y, j привод, имеющийся в установке для выполнения основной технологической операции. Оптико–телевизионная система фиксируется неподвижно, поскольку относительно нее перемещается объект (пластина), расположенный на координатном приводе, в связи с чем ее масса и габаритные размеры не ухудшают динамические характеристики привода и уменьшают производительность оборудования. Стационарное положение оптико–телевизионной системы позволяет сравнительно несложно решить задачу равномерного освещения ее поля зрения. Требуемая для оборудования погрешность ориентации пластины по углу достигается с помощью ее перемещений координатным приводом относительно оптико–телевизионной системы, поэтому ее отклонения от ортогональности систем координат ТВ датчика и координатного привода могут достигать 0,3°. Структурная схема СТЗ приведена на рисунке 4.20.
Рисунок - 4.20 Структурная схема СТЗ
Анализируемый фрагмент пластины может иметь одинаковые размеры для любых ее типов и размеров, поскольку с помощью координатного привода можно последовательно осмотреть всю пластину. Это позволяет иметь оптическую с постоянной кратностью увеличения.
СТЗ установок монтажа кристаллов предназначена для ориентации объекта относительно инструмента – вакуумной присоски, однако объектом распознавания является кристалл, а не пластина. Кроме функции ориентации, на этих установках необходимо распознавать маркировочные отметки на кристалле, сколы и царапины на его поверхности, неразделенные кристаллы и т.д.
СТЗ с однопольной оптической системой имеют недостаток – низкое быстродействие, непосредственно влияющее на производительность оборудования. Специальная конструкция оптической системы с двумя разнесенными каналами и проекцией двух фрагментов изображения пластины на мишень ТВ – датчика обеспечивает значительное уменьшение погрешности угловой ориентации пластины без применения координатного привода. Соответствующая структурная схема СТЗ позволяет сократить время ориентации за счет исключения «переездов» координатного привода.
К недостаткам двупольной оптической системы относятся: 1) проекция двух оптических изображений на одну мишень ТВ – датчика требует выравнивания их средней яркости раздельной регулировкой осветителей; 2) затруднены юстировка и проверка правильности установки оптической системы координат, особенно в том случае, если имеется привод только по j; 3) конструктивно двупольная оптическая система требует значительно большего пространства для установки и поэтому, например, в зондовом оборудовании на рабочей позиции практически не компонуется; 4) разрядность координатной системы каждого канала уменьшается до l х l/2 элементов.
Основным объектом сборки являются кристаллы полупроводникового прибора. Они могут находиться в неразрезанной пластине, приклеенными на адгезионном носителе, смонтированными в корпусе прибора и присоединенными проволочными выводами.
На позицию зондового контроля поступает пластина, на которой методом планарной технологии изготовлены кристаллы ИС. Кристаллы на пластине содержат рисунок металлизации, который наносится на различных по глубине слоях. Глубина слоев около микрометра, что соизмеримо с длинами волн видимого спектра. Поверхность кристалла защищена слоем пассивации толщиной 0,5 – 2 мкм, от которого зависит цвет кристалла в отраженном потоке света. Контактные площадки на кристалле, предназначенные для присоединения проволочных выводов, вскрываются из – под защитного покрытия. Они являются наиболее стабильными объектами на поверхности кристалла по отражательной способности, однако коэффициент отражения от них также изменяется в зависимости от качества поверхности алюминия, его окисления при длительном хранении и нагревании, т.е. от технологии изготовления кристаллов. Таким образом, контрастность изображения кристалла может изменяться в значительных пределах, и стабильность этой характеристики кристалла определяется, в первую очередь, стабильностью технологического процесса изготовления пластины.
После операции зондового контроля пластина приклеивается на адгезионный носитель, помещается в спутник и поступает в установку разделения. В данном случае изображение пластин уже деформировано по сравнению с исходным, поскольку на контактных площадках остались следы зондов, а центре кристаллов, не прошедших по электрическим параметрам, краской нанесены маркировочные отметки. После разделения пластины на отдельные кристаллы последние, будучи приклеенными на адгезионном носителе в спутнике, сохраняют форму пластины, однако вместо дорожек разделения имеются пропилы от инструмента разделения. В ряде случаев, если разделение осуществляется лазерным лучом с последующей ломкой пластины на кристаллы перед помещением их на установку монтажа, пленка с кристаллами растягивается так, чтобы между ними образовался зазор. В этом случае кристаллы уже не сохраняют первоначальную форму пластины, однако взаимные расстояния между ними выдержаны достаточно точно. Объектом распознавания является индивидуальный кристалл. Изображение отдельного кристалла, кроме указанных выше деформаций в виде искажения поверхности контактных площадок зондами и маркировочных отметок краской, может иметь сколы, царапин, а в некоторых случаях и неразделенные между собой два и более кристалла. Все эти деформации за исключением следов от зондов, СТЗ должна выделить. Канавки разделения имеют ширину 50 – 70 мкм, и в них могут находиться обломки кремния, оставшиеся после распила пластины. Они могут давать яркие точки при формировании изображения кристалла в светлом поле в местах канавки разделения, составляющая зеркального отражения которых чрезвычайно мала.
Для малых кристаллов, размер стороны которых менее 1 мм, имеются случаи отклонения плоскости поверхности кристалла относительно плоскости пластины.
Оптико – телевизионные системы (ОТС) сборочного оборудования предназначены для визуального контроля процессов, происходящих на позиции сборки, наладочных операций, выполняемых оператором, наблюдающим за объектами и протекающими процессами на экране монитора, а также для преобразования свет – сигнал при автоматизации визуальных операций.
Конструктивное решение сборочной установки непосредственно обусловливает конструкцию оптической системы. Поскольку решаются задачи распознавания различных объектов, в СТЗ, как правило, предусмотрена возможность изменения кратности оптического увеличения т.н. панкратическим объективом.
Оптическая система имеет два полупрозрачных зеркала: первое для формирования светлого поля изображения, в второе – для видиконов, поворачивающее изображение на 90°. Развертки ТВ датчика и видеоконтрольного устройства установлены одинаковым образом так, что их начало находится в левом верхнем углу. При этом рассматриваемое изображение будет прямым о отношению к наблюдателю.
Наклонное зеркало в оптическом канале дает на мишени ТВ датчика зеркальное изображение рассматриваемого предмета, которое не согласуется с изображением того же предмета, рассматриваемого оператором с помощью оптических устройств. Если для системы технического зрения нет принципиальной разницы, прямое или зеркальное изображение подвергается распознаванию, то оператору это может приносить неудобства, поскольку на установках сборки изделий микроэлектроники он манипулирует с миниатюрными объектами (проволока диаметром 25 – 40 мкм, кристаллы с контактными площадками размером 100 х 100 мкм и т.д.0). Для установки зеркального отображения объекта формируется зеркальный растр ТВ датчика или видеоконтрольного устройства изменением порядка подключения катушек развертывающих токов отклоняющей системы. Схема оптической системы с переменным увеличением приведена на рисунке 4.21.
Рисунок - 4.21 Оптическая система с переменным увеличением
Изменение кратности увеличения оптической системы обусловливается различными причинами. Например, при размере кристаллов 0,4 х 0,4 мм рекомендуемое поле зрения должно быть на более 0,8 х 0,8 мм. Для больших кристаллов поле зрения ограничено величиной 2,5 х 2,5 мм исходя уже не из размеров кристаллов, а из допустимой погрешности определения положения пластины 10 мкм. Практически поле зрения в установках монтажа кристаллов может изменяться от 0,8 х 0,8 до 7,5 х 7,5 мм.
Распознавание изображений понимают как отнесение данного изображения к одному из заранее описанных теми или иными средствами классов изображения. Устройство распознавания изображения СТЗ сборочного оборудования анализирует поступающий видеосигнал, опознает по нему наличие объекта сборки и определяет его положение в плоскости.
Устройство распознавания полупроводниковых пластин методом проекций и сравнения с эталоном предназначено для СТЗ автоматической установки дисковой резки полупроводниковых пластин. Метод проекций заключается в интегрировании видеосигнала по направлению ориентации деталей изображения. Принцип действия устройства заключается в следующем: двумерное изображение преобразуется в одномерное распределение интегрированной яркости объекта по координате, перпендикулярной к направлению интегрирования. В общем случае это преобразование зависимо от сдвига объекта распознавания вдоль направления интегрирования, так как в поле зрения ТВ датчика могут располагаться различные фрагменты изображения объекта.
Однако существуют такие изображения, например, ортогональная сетка параллельных прямых на плоскости, для которых интегрирование на заданном отрезке вдоль направления линии есть преобразование, практически инвариантное к сдвигу, если соотношение толщины линии и протяженности интегрирования меньше некоторой величины, например, 10 %. Отличие в распределениях интегрированной яркости для двух изображений будет тем больше, чем больше толщина линии b по сравнению с длиной интегрирования l. Если ширина дорожки разделения пластины 100 мкм, требуемая погрешность ее определения ± 5 мкм, разложение ТВ растра 512 строк, то, исходя из требуемой погрешности определения положения пластины, поле зрения ОТС в направлении развертки кадра не должно превышать 2, 5 мм. Если необходимо соблюдать требование 10 % – го соотношения толщины линии и длины интегрирования, поле зрения ОТС в направлении развертки кадра не должно превышать 2,5 мм. если необходимо соблюдать требование 10 % – го соотношения толщины линии и длины интегрирования, поле зрения ОТС в направлении развертки строк должно быть не менее 1 мм.
Таким образом, с помощью ОТС, в которой поле зрения можно перестраивать в пределах 1 – 2,5 мм (по одной стороне квадратного растра), необходимо распознавать кристаллы в диапазоне от 0,4 до 10 мм одной стороны. Для этой цели используется метод сравнения эталонного распределения, полученного от изображения перекрестья дорожек разделения, и распределений, полученных от произвольных фрагментов изображения пластины, попадающих в поле зрения ОТС. Различные распределения будут коррелировать между собой в том случае, если они получены при ориентированном положении пластины относительно направления интегрирования. Это говорит о необходимости предварительной ориентации пластины по углу с погрешностью °.
В рассматриваемом устройстве распознавания предварительная ориентация пластины по углу осуществляется посредством дискриминантного анализа распределений яркостей, полученных в результате проекций изображения пластины на прямые под различными углами в пределах допускаемой неточности положения пластины по углу. При совпадении преимущественной ориентации деталей изображения с направлением развертки растра распределение имеет наиболее крутые перепады яркости от строки к строке разложения растра. Объект (пластина) зафиксирован неподвижно, а направление проекции изменяется электрическим вращением растра.
Приводы системы управления
Исполнительные элементы являются одним из последних звеньев в системах автоматического регулирования и обычно используются для управления (через механические передачи) органами регулирования. В исполнительный элемент входит серводвигатель и источники питания. В зависимости от вида серводвигателя исполнительные элементы делят на электрические, механические, гидравлические, пневматические. По конструктивному признаку различают серводвигатели поршневые с поступательным и вращательным движением поршня, электромагнитные, мембранные, электромоторные и комбинированные. Основными показателями серводвигателей, характеризующими их регулирующую способность, является их коэффициент усиления по мощности, а также частота вращения, развиваемое усилие, линейное или угловое перемещение на их выходе. Требования к исполнительным элементам заключаются в следующем:
1 – мощность серводвигателя при всех режимах должна обеспечивать перестановку регулирующего органа с заданной скоростью;
2 – линейное или угловое перемещение на выходе должно быть согласовано с соответствующим перемещением регулирующего органа;
3 – характеристика серводвигателя должна быть пропорциональной входному сигналу;
4 – отношение кинетической энергии движущихся частей к мощности серводвигателя должно быть минимальным.
Электрические серводвигатели
Электрические серводвигатели имеют значительные преимущества: широкий диапазон регулирования угловых скоростей вращения, удобство включения, высокое быстродействие и экономичность регулирования. Диапазон мощностей электрических серводвигателей весьма широк (от десятка милливатт до сотен киловатт).
Двигатели постоянного тока
Двигатели различают по: типу системы возбуждения – с электромагнитным возбуждением и от постоянных магнитов; по быстродействию – нормального быстродействия и повышенного; по количеству оборотов на валу – высокооборотные и низкооборотные; по инерционности – с большим и малым собственным моментом инерции; по типу конструкции – традиционные (с пазовым ротором), высокомоментные, с гладким якорем, с дисковым, полым ротором и др.
Основными достоинствами двигателей с электромагнитным возбуждением и пазовым ротором являются большая постоянная времени, механическая прочность и высокая надежность. Быстродействие таких машин невелико из-за большого собственного момента инерции и невысокого динамического момента. Невысокий динамический момент обусловлен ограничением пускового тока по коммутационной способности двигателя, а также размагничивающим воздействием потока реакции якоря на поток главных полюсов.
Двигатели с возбуждением от постоянных магнитов называют высокомоментными. Они имеют лучшие характеристики, чем двигатели с электромагнитным возбуждением. Так, высокомоментные двигатели имеют высокую тепловую постоянную времени (что обеспечивает возможность значительных перегрузок по току в кратковременное и повторно-кратковременных режимах) и достаточную механическую прочность (благодаря значительным размерам якоря и большому диаметру вала). Они более быстродействующие, так как способны кратковременно развивать большие вращающие моменты, обладают небольшой массой и габаритными размерами, большими вращающими моментами и собственными моментами инерции, в 2-3 раза превышающими момент инерции механизма. Это позволяет устанавливать их непосредственно на вал. Отсутствие потерь на возбуждение снижает нагрев двигателя. Высота полюсов возбуждения этих двигателей меньше, чем при электромагнитном возбуждении. Поэтому двигатели с постоянными магнитами выполняются многополюсными, что улучшает равномерность магнитного поля в воздушном зазоре и равномерность вращения двигателя (особенно при малых скоростях). Кроме того, для улучшения равномерности частоты вращения двигателя увеличено число коллекторных пластин, использован специальный материал щеток, а в некоторых случаях и специальное покрытие коллектора.
В двигателях с электромагнитным возбуждением для улучшения условий коммутации устанавливают либо дополнительные полюса, обмотка которых обтекается током якоря, либо на основные полюса наматывают дополнительную силовую обмотку, включенную последовательно с обмоткой якоря. Поток дополнительных полюсов компенсирует реакцию якоря и улучшает условия коммутации, тем самым получают практически одинаковый максимально допустимый ток независимо от скорости двигателя.
В высокомоментных двигателях обмотка дополнительных полюсов, как правило, отсутствует. Поэтому с ростом скорости резко снижается допустимый по условию коммутации ток якоря.
В качестве магнитных материалов для индуктора высокомоментных двигателей наиболее широко применяют спекаемые металлокерамические магниты, изготовленные из оксидов железа с добавлением бария или стронция, реже сплавные магниты из альнико (AlNiCo) и, наконец, магниты с добавлением редкоземельных элементов (самарий-кобальтовые). Они обладают самой высокой магнитной энергией, однако весьма дороги.
Высокомагнитные двигатели называются обращенными, если обмотка размещена на статоре, а магниты – на роторе. При такой конструкции двигателей улучшаются условия охлаждения, что позволяет уменьшить их габаритные размеры и массу. Существенным недостатком двигателей обращенной конструкции является усложнение щеточного узла при неподвижном коллекторе и снижение максимальной скорости, особенно для средних и больших машин с высокими коммутирующими токами.
Выпускается промышленностью несколько модификаций высокомоментных двигателей, например маломощные – серии ДП, ДПУ, ДК, ДПМ, средней и большой мощности – серии ПВ.
К малоинерционным беспазовым относятся двигатели с гладким полым и дисковым (штампованным или печатным) якорем. Малоинерционные двигатели имеют собственный момент инерции, значительно меньший момент инерции механизма и выполняются, как правило, высокооборотными. При установке силового редуктора возможно согласовать моменты инерции и динамические моменты на винте и на валу двигателя.
Малоинерционные двигатели имеют невысокую электромеханическую постоянную времени вследствие небольшого диаметра гладкого якоря или малой массы дискового и малого немагнитного якорей. Кроме того, они имеют электромагнитную постоянную времени, меньшую, чем у других двигателей, из-за малой индуктивности обмотки беспазового или немагнитного якоря. Снижение индуктивности якоря позволяет также увеличивать динамические токи без ухудшения условий коммутации. Эта особенность малоинерционных двигателей обуславливает их высокое быстродействие. Ускорения, развиваемые ими достигают 20000-50000 /с2. Собственная частота малоинерционных двигателей значительно превышает собственную частоту других двигателей, что позволяет существенно увеличить быстродействие электропривода, и, следовательно, повысить производительность станков и улучшить качество обработки. Электродвигатели с дисковым печатным или штампованным якорем изготавливают многополюсными с возбуждением от постоянных магнитов, а с гладким якорем – в основном двухполюсными с электромагнитным возбуждением. Малоинерционные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов более перспективны для станков с повышенной точностью, однако они недолговечны из-за недостаточной механической прочности дискового коллектора. Известны двигатели с дисковым ротором, но цилиндрическим коллектором. Они имеют несколько больший момент инерции, но более надежны. Кроме того, их удобно встраивать в механизмы роботов, установок.
Отечественной промышленностью выпускаются малоинерционные электродвигатели с гладким якорем и электромагнитным возбуждением серии ПГТ и с дисковым якорем серии ДПУ и ПЯ.
Электрические серводвигатели постоянного тока, применяемые в системах автоматического регулирования, можно разделить на три типа: 1 – с независимым возбуждением, 2 – зависимым возбуждением, 3 – с возбуждением от постоянных магнитов; по управлению двигатели постоянного тока можно разделить на два типа: 1) – с управлением по якорной обмотке, 2) – с управлением по обмотке возбуждения (полюсное управление).
При управлении двигателя независимым возбуждением (рис.) по току якоря при подаче напряжения Uяк через обмотку якоря Lяк, который взаимодействует с магнитным потоком обмотки возбуждения якоря. Напряжение якоря зависит от противо-ЭДС, наводимой в обмотке якоря, и от его индуктивного и омического сопротивления.
|
U як = r як i як + L як ( di як / dt )+ Kew дв
где Ке – постоянная противоЭДС.
Уравнение моментов электродвигателя имеет вид
|
, 
где Kv – коэффициент скоростного трения нагрузки;
K м – магнитная постоянная электродвигателя;
I – момент инерции, приведенный к якорю двигателя.
|
I н – момент инерции нагрузки;
Zp – передаточное число редуктора.
|
Решая это уравнение получаем механические характеристики электродвигателя независимого возбуждения с управлением по току якоря (рисунок 4.22). Эти характеристики имеют прямолинейный вид и такое управление отвечает требованиям для систем регулирования.
Рисунок – 4.22 Электродвигатель независимого возбуждения с управлением по току якоря (а) и его механические характеристики (б)
Передаточная функция двигателя по скорости имеет следующий вид:
|
;
|
; 
Рассмотрим другой способ регулирования электродвигателя – по току возбуждения. Регулирование скорости вращения электродвигателя осуществляется путем изменения магнитного потока возбуждения при постоянстве напряжения цепи якоря.
Уравнение движения получается таким же, как у двигателя с управлением по напряжению якоря, а механические характеристики представляют собой прямые параллельные оси координат. Поэтому полюсное управление для регулирования используют весьма редко.
Рассмотрим схему с переменным (смешанным) возбуждением двигателя (рисунок 4.23 а). Для этой схемы возбуждения характерны нелинейные механические характеристики (рисунок 4.23 б), имеющие значительные линейные участки.
Рисунок – 4.23 Схема с переменным (смешанным) возбуждением двигателя а), ее механические характеристики б)
При полюсном управлении в случае последовательного управления механические характеристики двигателя имеют нелинейный вид и поэтому такое управление используют редко, в то время как при параллельном соединении обмотки якоря и возбуждения характеристики двигателя достаточно линейны.
Двигатели переменного тока.
Несмотря на ряд достоинств двигателей постоянного тока в последнее время наблюдается тенденция замены их двигателями переменного тока в приводах станков с ЧПУ и роботов. Это обусловлено наличием механического щеточно-коллекторного узла, снижающего надежность машины и накладывающего ограничения на возможность работы в условиях агрессивной окружающей среды. Щеточно-коллекторный узел требует проведения регулярных профилактических осмотров и ремонта. В силу этого создают широкорегулируемые электроприводы с двигателями переменного тока. Отсутствие подвижных механических узлов позволяет устанавливать эти двигатели в условиях любой окружающей среды, повышать их надежность. Эти двигатели не требуют профилактических осмотров и ремонтов, что очень удобно для работы в условиях ГПС.
Из электрических двигателей переменного тока в системах автоматического регулирования нашли применение двухфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым или тонкостенным полым ротором. Электродвигатель (рисунок 4.24) имеет две обмотки 1 и 2 статор и ротор 3. Обмотка 2 называется управляющей, а 1 – обмоткой возбуждения. Для создания вращающегося магнитного поля обмотки 1 и 2 должны иметь напряжения, сдвинутые относительно друг друга по фазе на 90о. В этом случае вращающее магнитное поле индуцирует в стенках ротора токи, которые, взаимодействуя с магнитным потоком, обуславливают появление вращающегося момента, увлекающего ротор в сторону вращения магнитного поля. Для изменения направления вращения необходимо изменить фазу напряжения U у в обмотке управления на 180о, что приводит к изменению направления вращения поля. Для изменения скорости асинхронного двигателя меняют частоту напряжения, питающего его статорные обмотки.
Рисунок - 4.24 Конструкция асинхронного двигателя с полым немагнитным ротором
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 854; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!