关键词：NJ控制器 多线切割 太阳能线切割机
1引言
多线切割技术（MWS: Multi-Wire-Slicen）是进行脆硬材料（如硅锭等）切割的一种创新性工艺。它是一种通过金属丝的高速往复运动，把磨料带入半导体加工区域进行研磨，将半导体等硬脆材料一次同时切割为数百片薄片的一种新型切割加工方法。基于高精度高速低耗切割控制关键技术研发的高精度数控多线高速切割机，可全面实现对半导体材料及各种硬脆材料的高精度、高速度、低损耗切割，目前已逐渐取代了传统的内圆切割，成为硅片切割加工的主要方式。
多线切割技术可被用于切割脆硬材料，如硅锭等，此外也可用于分割难切削的材料。该工艺具有以下的优点：
（1）经济效益高，一次可切割几百个晶片
（2）可切割直径至300mm的硅锭
（3）晶体缺陷深度小
（4）几何缺陷少（TTV，弓曲，偏差等）
（5）适合于分割硬脆或难以切削的材料
（6）损耗率低，分割误差小
对于线切割机来说，主轴伺服和收、放卷轴间同步控制以及金属丝线间的张力控制总是此类机械的控制关键点。欧姆龙NJ501型控制器，通过EtherCAT总线连接多套伺服，正是解决同步控制的最佳组合。
2 多线切割机工作原理
图1 典型的线切割机工艺流程图
多线切割机对于控制系统的可靠性和实时性要求较高，为保证加工质量，需要对切割过程中的钢丝张力进行控制。准确控制张力值，减小张力的波动是多线切割机的一项关键技术，对于提高加工质量及切割过程中不断线以及提高设备的可靠性具有重要意义。在本项目中，采用欧姆龙NJ501型控制器，通过EtherCAT总线连接多套伺服进行同步控制，有效地减少了张力的波动。
3基于NJ控制器的解决方案
3.1控制系统硬件解决方案
图2 控制系统硬件解决方案
SYSMAC NJ系列机器控制器是欧姆龙最新推出的新一代机器自动化控制器，它无与伦比的高速性与可靠性并重，集运动、逻辑、视觉控制于一体，拥有直线、圆弧等的插补动作功能和电子齿轮、电子齿轮的同步动作功能，通过电子齿轮FB实现同步以及张力调整 ，可执行最小500μs的高速运算，实现4至64轴的运动控制。尤其是内置EtherNet/IP与EtherCAT主站，可实现网络的高速控制，SYSMAC STUDIO还有MC功能轴设定功能，使伺服轴设定非常简单。而系统中采用的EtherCAT网络型伺服，其凭借业界最高等级的性能，可帮助用户有效缩短生产节拍时间。
3.2主轴和收、放线轴之间的同步、张力控制
图3 主轴和收、放线轴之间的同步、张力控制程序
3.3收线轴和排线轴之间的凸轮控制
图4 SYSMAC STUDIO凸轮编辑器
4结束语
在本系统中，欧姆龙NJ501型控制器通过EtherCAT总线连接多套伺服，形成了解决同步控制的最佳组合。EtherCAT采用分布式时钟机构，以100μs的刷新时间和不超过1μs的时基误差保证各轴之间的同步，当仁不让地成为市场上最快的网络。此外，NJ501的编程软件SYSMAC STUDIO，通过简单的设定，即可完成对控制器、网络、伺服以及其他现场设备的配置，通过内部功能块即可完成复杂的运动控制，并可利用先进的顺序和运动控制仿真功能在3D环境下预测试运动轨迹，缩短了工程师在现场的反复调试时间，基于对变量的操作也大幅提高了生产性。
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