基于直线位移传感器的机械手柔性控制

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摘要：在双极性功率半导体器件如晶闸管的制造3-艺中，需要对经过激光割圆工艺切割后的芯片进行喷砂整形，以符合后续工艺对外观形状的精密要求，目前工艺中使用的喷砂设备的喷嘴进给系统均采用手动丝杆调节，难以保证加工的-致性和精度要求。现采用直线位移传感器作为进给位置反馈元件，伺服系统作为执行机构，应用自动控制理论，设计包含速度控制内环和位移控制外环的双闭环机械手系统，该系统能采样并模拟人工连续进给柔性操作过程，实现工艺过程的智能化，提高了产品的加工制造水平。
关键词：功率半导体；喷砂工艺；智能机械手；伺服控制中图分类号：
Flexible Control for M anipulator Based on Linear Displacement TransducerMA Ning-qiang，ZHANG Qi(Xiall Power Electronics Research Institute，Xiall 710061，China)Abstract：In the manufacturing process of bipolar power semiconductor devices such as thyristors，the wafer after the treatmentof laser-cutting process should be processed the sandblasting shaping，in order to comply with the appearance and shape precisionrequirements of the following process.The current nozzle feed systems of the sandblasting equipment in the process used manuMscrew regulator，which is dificult to guarantee the processing consistency and accuracy requirements.The newly designed controlsystem used the linear displacement transducer as position feedback element and the servo system as actuator，an d the doubleclosed•-loop manipulator system including speed control inner loop and displacement control external loop based on automatic con•-trol theory.The system can sample and simulate the manual continuous feeding flexible operation process and implement intelligentprocess and improve the level of power semiconductor product manufacturing.Key words：power semiconductor；sandblasting process；intelligent manipulator；servo control0
引言
在高压晶闸管的制造工艺中，通过激光割圆对晶圆(硅基材)进行切割，工艺后芯片外轮廓切割面粗糙，为满足后续工艺对外轮廓尺寸、光洁度和形状的高精度要求，需要通过喷砂工艺加工整形，使之符合外观形状要求。目前国内外的喷砂设备均采用手动丝杆调节喷嘴的位置和角度。由于高压功率半导体器件的芯片厚度已达1 500 m以上，若在喷砂加工过程中喷嘴位置固定，就会造成芯片外轮廓形状畸变；若在工艺中采用人工间断调节又会形成外轮廓成不规则锯齿状；采用连续调节会增加工作强度，并很难保证批次的-致性。鉴于目前工艺现状，设计了-种智能机械手，能够再现人工连续操作过程，既保证了产品加工精度又大大减轻了工艺操作的劳动强度。
1 系统原理与结构自动喷砂机的工作原理是通过压缩空气将振动缸内的砂粒携带形成高速砂流，喷射到被真空吸附的旋转工件上进行切割加工，工件加工后的形状撒于喷砂嘴与工件形成的位置与角度等。此系统就是通过采集手工连续工作过程的位置信号，建立位置、速度双闭环伺服控制系统，通过离散数据处理和PID收稿Et期：2012-11-15 收修改稿日期：2013-07-05调节等数字化处理技术来精确控制机械手的柔性运动，模拟人工连续调节喷嘴的过程，从而得到-致的精密加工结果。系统包括两大功能：-是要实现对人工操作过程的数据采样；二是要利用伺服系统精确完成人工操作过程的模拟∝制系统采用s7-200型PLC作为控制核心，采用直线位移传感器对人工操作过程的直线位移量进行数据采样，PLC对数据进行存储、参数计算，然后PLC通过模拟输出拈控制伺服控制器，从而控制伺服电机带动精密丝杆滑台等执行部件模拟人工操作。图1为系统原理方框图。