一种新型S曲线加减速算法在LED粘片机中的应用

近年来，随着 LED市场需求不断扩大，人们对LED装备要求也不断提高，LED粘片机是 LED生产过程中的重要设备，它集成了光、电、气等多种科技。LED粘片机主要工作过程为固晶臂将晶圆芯片准确地从蓝膜上取下，并在高速旋转运动后将芯片精确地放到引线框架(或者水平框架)的料碗中。影响 LED粘片机性能的主要因素之-是对往复旋转运动 的固晶臂的精密控制 方法。

LED晶片的边长从0.15mm到 1.00ram不等，而现在市场上的 LED粘片机最快固晶速度可达 6～8s，即固晶臂每秒钟要往复旋转 6-8次，高效地实现精确的吸片、粘片。

1 传统加减速曲线分析要研究固晶臂的加减速特性，首先要了解其运动过程。固晶臂的运动过程如图 1所示。

图1 固晶臂运动过程示意图由图 1可见，固晶臂有 2个自由度：-个是沿Z向的往复直线运动，实现吸片、粘片过程；另-个是绕 z轴的往复旋转运动，实现晶片的点位转移。

在此过程中对固晶臂末端的振动抑制十分必要，除了在结构上采取-定的措施外，还需在运动控制方面采取措施，以设法降低运动过程中的冲击。

系统的加加速度从根本上反映了系统运行的柔性程度，固晶臂往复旋转是粘片过程的主要运动。这种运动速度快、点位精度要求高，为降低运动过程中的冲击，必然要有-种可行的运动控制算法。传统的控制算法是在应用梯形曲线的基础上进行的。传统加减速位移、速度、加速度、加加速度曲线如图2所示。

- - l图2 传统加减速位移、速度、加速度、加加速度曲线收稿 日期 ：2012-ll-O8作者简介：刘静(1986-)，男，江苏泰州人，江南大学硕士研究生，主要研究方向为 CAD/CAM。

· 78·2013年第 42卷 机械设计与制造工程1o50 、- 5- 1O//， . ：。。川叫叫图 5 优 化后 的加 速度 曲线图/ . . / ，"Ox l0 0.15 /0.20 0.25/0∞。。∞图6 优化后的加加速度 曲线 图根据定义域可以计算出各函数的极值，即最大值： 60·m 等 萼加速度与电机总力矩的关系式为：。 l(.，MJL)·由速度、加速度、加加速度极值表达式可以看出，他们都是关于系统规定运行时间及位移的关系式，只要确定了系统的运行时间和位移，即可求出各自的最大值，为运动系统的控制提供方便。

另外，由加速度与电机总力矩的关系式可知，· 80·ftIO -.，/l，，- -，在电机惯量及负载惯量确定的情况下，只要确定加速度的值即可算出电机所需提供的转矩。与传统方法不同的是，这种方法算出来的加速度更加准确，更能满足设备柔性启停的要求。

3 分析对比为检验优化后的加减速曲线对固晶臂末端位移响应的改善情况，本文通过 ANSYS中瞬态动力学拈对两条 线 (传统的三角形加减速曲线和优化后的加减速曲线)加载情况进行了对比。

3.1 用传统的加减速曲线进行计算分析由梯形或者三角形加减速曲线可知，固晶臂要在36ms内完成 180。的旋转运动，其加速度计算如下 ：1 ，0 詈丢 j订 口n "iT (radfs2)上述推导过程算出了前-半时间内加速度的值，此过程中固晶臂的角速度从零恒定地加速到最大速度。后-半时间内速度要从最大速度降为零，因此加速度方向与前-半时间的减速度的方向相反，大小不变。

驱动力矩 T ，固晶臂的加速度为J2×10～kg·m。，因此传统加减速曲线力矩关于时间的表达式为：f2×l0- 号(0≤≤0.018)， I-2×l04 7盯-(o.018<≤0.036) t利用 ANSYS瞬态动力学分析拈对固晶臂进行动力学瞬态分析，结果如图7所示。

OtO，-4) ， J、J，I 、 VJ r、J .、f U， / V. J l /v UfI 、JVt 2. I 5. 1，2 .9 S. . 7-2TIHE fl域 图7 采用传统加减速 曲线加栽时固晶臂末端位移响应情况2013年第3期 刘 静，等：-种新型s曲线加减速算法在LED粘片机中的应用由图7可知从整体情况来看加载结束后固晶臂末端的位移已经没有大的变化，但是仍然可以看出，位移响应有上升的趋势。如果把时间轴细化到36ms到76ms这-段，则明显可以看出，固晶臂末端振动没有趋稳，还在呈现明显的上升趋势。

3.2 用优化后的加减速曲线进行计算分析根据优化后的加减速曲线很容易得出驱动力(stli-4，。

l/t舶 矩关于时间的函数： ( )2 x 10-4 [120( ) -180( ) 60( )]同样利用 ANSYS瞬态分析拈对固晶臂进行瞬态动力学分析，结果如图8所示。

图8 采用优化后的加减速曲线加载时固晶臂末端位移响应情况由图8可以看出整个计算分析时间内(0ms到 LED粘片机等高速、高效、高精度设备的运行控制76ms)，固晶臂的位移响应基本稳定，再将时问轴 提供了新的更准确的 s曲线控制算法。

细化到 36ms到 76ms这-段，可以看出固晶臂的位移只在很小的范围内变化，已经基本趋稳。