基于s曲線算法的二極管粘片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制研究

0基于s曲線加減速運(yùn)動(dòng)控制的熱控制策略管道三角形是一種光、機(jī)、電相結(jié)合的設(shè)備，也是管道生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備。它的性能直接影響到生產(chǎn)領(lǐng)域的性能、生產(chǎn)率和產(chǎn)品合格率。三極管粘片機(jī)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的晶圓芯片識(shí)別定位、吸片、粘片等動(dòng)作。因此,一方面要求三極管粘片機(jī)在高速、高精度的工作過程中能保證系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、沖擊小;另一方面,三極管粘片機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制流程工藝要求不能直接運(yùn)用傳統(tǒng)的直線/圓弧插補(bǔ)方法。因此,先進(jìn)的三極管粘片機(jī)系統(tǒng)采用S曲線加減速運(yùn)動(dòng)控制模式,運(yùn)用二分法迭代進(jìn)行點(diǎn)位的運(yùn)動(dòng)控制,克服傳統(tǒng)插補(bǔ)方法的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的充分發(fā)揮和減小啟停振動(dòng)沖擊。本文將對(duì)這種基于二分法迭代的S曲線加減速控制進(jìn)行深入研究。1粘片機(jī)焊頭運(yùn)動(dòng)過程三極管粘片機(jī)主要完成框架的進(jìn)料、送料、收料、晶圓芯片供送、焊頭取晶和固晶等操作。影響三極管粘片機(jī)性能的重要因素是焊頭高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)的精密控制。焊頭機(jī)構(gòu)是兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),往返于取晶位置和固晶位置,往返速度一般為8000～18000次/h,定位精度要求50μm,如何控制焊頭機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是保證高精度、高效率的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的直線或圓弧的直接插補(bǔ)方法難以實(shí)現(xiàn)粘片機(jī)快速高精度的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)模式的性能要求。因此,可以通過精確計(jì)算運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和位移,進(jìn)行時(shí)間控制和行程檢測,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)的要求。粘片機(jī)焊頭的運(yùn)動(dòng)過程分為以下五部分(如圖1所示)。①Y軸電機(jī)不動(dòng),Z軸電機(jī)啟動(dòng),驅(qū)動(dòng)焊頭經(jīng)過t1時(shí)刻從Z=0運(yùn)動(dòng)到Z=Z1,同時(shí)系統(tǒng)計(jì)算延時(shí)時(shí)間t1,并進(jìn)行行程檢測;②Y軸電機(jī)啟動(dòng),Z軸電機(jī)保持運(yùn)行;③Z軸電機(jī)停止,Y軸電機(jī)保持驅(qū)動(dòng)焊頭運(yùn)動(dòng),系統(tǒng)計(jì)算從Y軸電機(jī)從啟動(dòng)到第三步運(yùn)行結(jié)束的延時(shí)時(shí)間t2,并進(jìn)行行程檢測;④Y軸電機(jī)保持運(yùn)行,Z軸電機(jī)以相對(duì)于此時(shí)的Y軸為開始位置運(yùn)動(dòng),系統(tǒng)計(jì)算Z軸電機(jī)從第四步啟動(dòng)到完成的運(yùn)行時(shí)間t3,并進(jìn)行行程檢測;⑤Y軸電機(jī)停止,Z軸電機(jī)經(jīng)過t1時(shí)刻從Z=Z1運(yùn)動(dòng)到Z=0,同時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行行程檢測。因此,三極管粘片機(jī)焊頭要連續(xù)工作,必須不斷完成以上運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的循環(huán),同時(shí),每一部分運(yùn)動(dòng)都要進(jìn)行精確的時(shí)間計(jì)算和行程檢測,以確保運(yùn)動(dòng)控制精度。同時(shí),三極管粘片機(jī)在工作過程中,必須確保運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、沖擊振動(dòng)小,而采用S曲線加減速控制模式能很好滿足這方面要求。2加減速和加速度曲線S曲線加減速的稱謂是由系統(tǒng)在加減速階段的速度曲線形狀呈S形而得來的,采用降速與升速對(duì)稱的曲線來實(shí)現(xiàn)升降速控制。正常情況下的S曲線加減速的加速度曲線并不是線性的。加速度的值是以梯形方式按線性變化的,如圖2所示,運(yùn)行過程可分為7段:加加速段、勻加速段、減加速段、勻速段、加減速段、勻減速段和減減速段。圖2中,初始速度為VL,最大速度為VH;在變加速或變減速區(qū),│da/dt│=K,K為加加速度,是一個(gè)恒值。一般情況下電機(jī)正反向的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力是一致的,因此可假設(shè)電機(jī)的正向和反向最大加速度相等。確定四個(gè)最基本的系統(tǒng)參數(shù):系統(tǒng)初始速度為VL、最大速度VH、最大加速度amax、加加速度K,便可確定系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行過程。通常S曲線加減速模式的速度曲線是對(duì)稱的,加速和減速的時(shí)間是相等的,但通過改變設(shè)置參數(shù)可以引起S曲線產(chǎn)生變形,如圖2、3所示。如果已知系統(tǒng)初始速度為VL,最大速度VH、最大加速度amax、加加速度K,則根據(jù)位移和速度積分關(guān)系:S=∫vdt,v=∫adt可以得到位移S和總時(shí)間T。(1)假設(shè)加速度為梯度波，速度為均勻速度，如圖所示。2示出總位移s的情況S1=2×VL×t1+2×VH×t1+VL×t2+VH×t2+VH×tx(1)(2)s曲線加減速控制模式S2=2×VL×t1+2×VH×t1+VL×t2+VH×t2(2)其中,式(1)和(2)的t1=amax/K,可通過計(jì)算S1與S2的差值判斷tx是否存在,t2=(VH-VL)/(K×t1)-t1在三極管粘片機(jī)系統(tǒng)中,采用S曲線加減速控制模式需要向運(yùn)動(dòng)控制卡設(shè)定初始速度為VL,最大速度VH、最大加速度amax、加加速度K和目標(biāo)位置(即位移S)。在S曲線加減速驅(qū)動(dòng)的過程中,用戶可以隨時(shí)修改目標(biāo)位置S,但是驅(qū)動(dòng)速度等其他參數(shù)在運(yùn)動(dòng)過程中不能修改,以免造成很大的沖擊。注意,輸入的初始速度為VL,最大速度VH、最大加速度amax和加加速度K均是絕對(duì)值,控制軸的運(yùn)動(dòng)方向由目標(biāo)位置S決定。3分法迭代計(jì)算程序設(shè)計(jì)在三極管粘片機(jī)系統(tǒng)中,通過利用二分法的迭代計(jì)算思維進(jìn)行編程,可以實(shí)現(xiàn)判斷S曲線的加速度波形是哪種情況,并可以算出焊頭運(yùn)動(dòng)到某點(diǎn)的時(shí)間t。二分法的迭代計(jì)算目的是用于多階方程的計(jì)算機(jī)求解。其基本原理是給定函數(shù)值f(x0)和用于精度(誤差)控制的參數(shù)ε,取單峰函數(shù)的搜索區(qū)間[a,b]的坐標(biāo)中點(diǎn)a1=0.5(a+b)作為計(jì)算初始點(diǎn),計(jì)算目標(biāo)函數(shù)在該點(diǎn)處的函數(shù)值f(a1),并與f(x0)比較大小來選擇搜索區(qū)間,逐步逼近x0。這樣逐次迭代下去,總能找到一個(gè)逼近于f(x0)的解,從而求得近似解。其收斂速度雖然慢,但縮短率也達(dá)到0.5,特別是每次迭代計(jì)算量較少,可靠性好,通過改變精度(誤差)控制的迭代參數(shù)ε,可以滿足精度要求,所以它仍然是一個(gè)受歡迎的好方法。二分法的迭代計(jì)算程序框圖如圖4所示。(注:a*給定區(qū)間里的合適點(diǎn))若以加速度為梯形波,速度存在勻速的情況為例(如圖2所示)。已知粘片機(jī)系統(tǒng)初始速度為v1,最大速度vh、最大加速度amax、加加速度k和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位移partstroke,求運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位移的時(shí)間partstroketime。其算法的部分程序如下:t1=amax/k;//加加速時(shí)間infStroke1=vl*t1+1/6*k*t1*t1*t1;/*計(jì)算拐點(diǎn)1即加加速時(shí)間段的位移*/if(partstroke<=infStroke1)/*分段考慮,用迭代法計(jì)算時(shí)間*/{uptime=t1;//設(shè)定上限時(shí)間downtime=0;//設(shè)定下限時(shí)間temptime=0.5*(uptime+downtime);//中點(diǎn)時(shí)間tempstroke=vl*temptime+1/6*k*temptime*temptime*temptime;while(|tempstroke-partstroke|>0.001)//可改變控制精度(誤差)參數(shù)“0.001”{if(tempstroke<partstroke)//即時(shí)間偏小,應(yīng)增大時(shí)間{downtime=temptime;//此時(shí)downtime變?yōu)閠emptime,uptime不變}else//即時(shí)間偏大,應(yīng)減小時(shí)間{uptime=temptime;//此時(shí)downtime不變,uptime變?yōu)閠emptime}temptime=0.5*(uptime+downtime);//增大時(shí)間tempstroke=vl*temptime+1/6*k*temptime*temptime*temptime;}//迭代結(jié)束partstroketime=temptime;//求出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位移的時(shí)間partstroketime}//“while(partstroke<=infStroke1)”end在三極管粘片機(jī)系統(tǒng)中,利用二分法的迭代計(jì)算思維編程,設(shè)置初始速度為VL=1500PPS,最大速度VH=10600PPS、最大加速度amax=105PPS/s,加加速度K=107PPS/s2,目標(biāo)位移partstroke=2134個(gè)脈沖,可以測試出總時(shí)間為288ms。從計(jì)算結(jié)果來看,所得到的速度曲線是十分平滑的,速度變化平穩(wěn),幾乎沒有沖擊產(chǎn)生。4基于差分迭代算法的熱壓法三極管粘片機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的光機(jī)電一體化產(chǎn)品,影