多线切割张力控制系统
高速线切割系统张力控制研究
（． １ 北京信息科技大学 ，北京 １ Ｏ ９ ；２ 吐哈油 田销售事业部 ，新疆 ８ ８ ０ ； Ｏ ｌ２ ． ３ ２ ２ ３ 中国电子科技集团公 司 第四十五研 究所 ，北京 １ ｌ Ｏ ） ． Ｏ ６ １
变 化 情 况 调 整 扭 矩 电 机 的 扭 矩 来 使 张 力 调 整 到 一
（ — ）２ ／
假 设 切割 线 张 力 为Ｆ ，重 锤 的 质量 为 ｍ，重 力
加 速度 为ｇ ，则其 运动方 程 为 ：
， Ｊ
鲞一 丑～ ～ 蓬～ 一
ｆ） １
定 范 围 内 ，这 种 张 力 控 制 系统 可 以对 每 一 时 刻 张 力 的变化 进行调 整 。如 图３ 示 。 … 所
片 不 断 向大 直 径 和超 薄 厚 度 方 向发 展 ， 另一 方 面
重 要 的作 用 。其 中 ，切 割线 径 与 切割 损 耗 和硅 片
产 出 率密 切 相关 。另 外 ，在 切 割过 程 中切 割线 还
需 要恒 张 力 控制 ，这 是 由于 切 割 线张 力 波动 范 围 太 大 ，容 易造 成 硅 片 表面 损 伤 甚 至造 成切 割 过 程
张 力 控 制 系统 。
第３卷 ３ 第９ 期 ２１— （ ） ［１ ０ １ ９ 上 ７
轮 绕线 直 径 随 着 供 线 量 的 不 断变 化 会 引起 切 割 线 张 力变 化 ， 同时 切 割 线 往 复 运动 时 驱动 电机 加 减 速 的变 化 和 切 割 晶 体 状 态变 化 ， 以及 砂 浆 、晶 体
务ｌ 訇 似 注
即ｓ （ ＝ ｔ￣ｓ】ｐ一 （ ） 因 此 ， 系统 力 ｎ ｃ） Ｊ ． ｉＯ ／ ｉ １ （ ０ｆ ， ）
多线切割金属丝张力控制技术的研究现状
金属丝张力：￣－＝ ・ 一』 ｆ Ａ Ｅ ・ － －
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（） ４
★来稿 日期 ：０１－ ９ ０ ★基金项 目：０ １ ２ １０—６ ２ １ 年度安徽高校省级 自然科学研究项 目（ Ｊ０ １ ０ ３ Ｋ ２ １Ａ ４ ）
１０ ８
汪世 益等 ： 多线切 割金属 丝张力控 制技 术 的研 究现状
ｒ ｌ ｅ ｗｏ ｋ ａ ｔ ｒ Ｎ
中图分类 号 ：Ｈ１ ， Ｇ ８ 文献标 识码 ： Ｔ ６Ｔ ４４ Ａ
１ 前 言
多线切割是 目前最先进 的切片加工技术 ，其原理是利用 金
有 少数几家大型机械设备制造公司掌握数控多线切割机的设计 制造技术 如瑞士的某些公司 、ｔ ， Ｅ本某些公 司等 ， 这些公 司几乎
筒
的重 点 发展 目 之 一 。 标
２多 线切 割机 张力 控 制 机理
２１张力产 生波动的原 因 ．
利 用速 度差 原理 来研 究切 割线 上张力产 生波 动 的原 因Ｈ在 加 ：
工过程 中， 加工辊电机按照给定 的速度指令运行 ， Ｊ Ｉ 做线辊与加工 Ｉ 殳 辊的线速度不同将产生张力的变化。假定金属丝、 各辊及各导向轮 之间没有滑动， 收线辊与加工辊之间存在速度差（． ， ， ）则有 ：
制 等各种 张力控 制方式 。 目前使 用的 张力控 制策略 ， 讲述 了传统 ＰＤ控 制 、 主要 Ｉ 自适应逆 控制 、 模糊 ＰＤ Ｉ
控 制、 经 网络 ＰＤ控 制等 。最后对 张力控 制技 术的发展趋 势进 行 了展 望 。 神 Ｉ 关键词 ： 多线切 割机 ； 张力控 制 ； 张力 ； 控制 ； 工神 经 网络 恒 模糊 人 【 ｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅｍ ｌ — ｉ ａ ｐ ｃａ Ｎ ｑ ｉｍ ｎ ｓｄｔ ｍ ｃ ｉｅｈ ｒ ｎ ｒ ｋｅｍ ｔｒ ， Ａ ｓ ｃ 】 ｈ ｕｔ ｗｒ ｓｗ ｉ ｓｅｉ Ｃ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ａｈｎ ａｄａ ｄｂｉ ｌ ａｅｉ ｒ ｉ ｅ ｓ ｌ ｐ ｕ ｏ ｃ ｌ ａ
基于PID积分分离算法的多线切割机恒张力控制研究
中图分 类号 ：Ｈ１ ； Ｇ ５ Ｔ ６ Ｔ ６
文献标 识码 ： Ａ
Ｓｔ ｄｙ ｏ ｎ ｔ ｎ ｎ ｉ ｎ ｎｔ ｏ ｓ ｄ ｏ ＰＩ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｆ ｕｅ ｎ Ｃｏ ｓ ａ ｔ Ｔｅ ｓｏ Ｃｏ ｒ ｌＢａ ｅ ｎ Ｄ ｌ ｏ ｉｈ ｏ Ｉ ｅ ｒ ｌＳｅ ｒ ｔｏ ｒ Ｍ ｕ ｉ Ｗ ｉ ｅ Ｓａ ｎｔ ｇ ａ － ｐａ ａ ｉ ｎ Ｆｏ ｔｌ ｒ ｗ
的恒 张力控 制 。运 行 结果表 明 ， 张 力控 制 系统 较 好 地抑 制 了张 力扰 动 ， 决 了高 速换 向 引起 的全 该 解 闭环控 制 张力振 荡 问题 ， 到 了预 期 的 工 艺控 制要 求 ， 实现 多 线切 割 机 高效 、 达 为 高精 作 业提 。
ｓｏ ｓ ｉｌｔｏ ａ ｓ ｄ ｂ ｅ ｗｈｏｅ ｃ ｏ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ａ ｈ ｅ ｅ ｅ ｄ ｓｒ ｄ ｒ ｑ ｉｅ ｅ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｃ ｎ— ｉ ｎ ｏ ｃｌａｉ ｎ ｃ ｕ ｅ ｙ ｔ ｈ ｌ ｌ ｓ ｄ－ｏ ｐ， ｎ ｃ ｉ ｖ ｄ ｔ ｅ ｉｅ ｅ ｕ ｒｍ ｎ ｓ ｏ ｒ ｃ ｓ ｏ ｈ
２ ０ ２ ０７ ）
摘 要 ： 高速 高精 度 晶体 多片切 割 加 工 为研 究 对 象 ， 多线切 割 机 的 恒 张 力控 制 问题 进 行 了分析 。 以 对 为保证切 割机 生产效 率和产 品精 度 ， 用 力矩 电机 施 加 张 力 ， 用 ＰＤ 积分 分 离算 法 实现 了全 闭环 采 运 Ｉ
第 １期
２１ ０ ２年 １月
组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术
Ｍ ｏ ｕｌ ａ ｈｉ ｅ Ｔｏｏ ｄ ａｒ Ｍ ｃ ｎ ｌ＆ Ａ ｕ ｏ ａｔｃ Ｍ ａ ｆ ｃ ｕ ｉ ｇ Ｔｅ ｈ ｑ ｔ ｍ ｉ ｎｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｃ ｎｉ ｕｅ
多线切割机系统的张力控制
分类号学号642300200672604 学校代码10487密级硕士学位论文多线切割机系统的张力控制学位申请人：何亮学科专业：物理电子学指导教师：肖金陵副教授答辩日期：2008.6.3A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirementsfor the Degree of Master of Engineering Developing CNC system for multi-wire sawCandidate : He LiangMajor : Physical ElectronicsSupervisor : Associate Prof. Xiao JinlingHuazhong University of Science & TechnologyWuhan 430074, P. R. ChinaJune, 2008独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要张力控制是线切割机床、IC制造、印刷、纤维缠绕等工业设备中具有共性的基础技术之一。
线切割恒张力控制
线切割恒张力控制线切割恒张力控制是一种在加工过程中保持线材恒定张力的技术。
线切割是一种常见的制造工艺，用于切割金属材料。
在线切割过程中，通过电火花放电切割线材，使其切割出所需形状。
而恒张力控制则是保持线材在整个切割过程中的恒定张力，以确保切割质量和效率。
线切割恒张力控制的重要性不言而喻。
在线切割过程中，线材的张力会对切割结果产生直接影响。
如果张力不稳定，会导致线材抖动或松弛，影响切割精度和质量。
恒定的张力可以减少线材的振动，提高切割精度和表面质量。
实现线切割恒张力控制需要考虑多个因素。
首先，要选择合适的线材。
线材的材质和直径会影响其刚度和张力控制的难易程度。
选择适合的线材可以更好地控制张力。
其次，需要使用恒张力装置。
这种装置可以通过调节张力来保持线材的恒定张力。
常见的恒张力装置有张力滑轮和张力传感器等。
张力滑轮可以通过调节滑轮的压力来改变张力大小。
张力传感器可以实时监测线材的张力，并通过反馈控制系统来调节张力。
最后，在线切割过程中需要使用适当的切割参数。
切割参数的选择要考虑到线材的张力和刚度，以及切割材料的特性。
合理的切割参数可以减少线材的振动，提高切割质量和效率。
线切割恒张力控制技术的应用广泛。
在制造业中，线切割恒张力控制可以用于切割各种金属材料，如钢铁、铝合金和不锈钢等。
它可以应用于汽车制造、航空航天、电子设备和模具制造等领域。
例如，在汽车制造中，线切割恒张力控制可以用于切割汽车车身板材，以制造出精确的车身零部件。
在航空航天领域，线切割恒张力控制可以用于切割飞机结构件，以满足严格的质量要求。
线切割恒张力控制技术的发展也面临一些挑战。
首先，线材的张力控制是一个复杂的过程，需要考虑多个因素的影响。
例如，线材的直径、刚度和切割速度等都会对张力控制产生影响。
因此，需要综合考虑这些因素，制定合适的张力控制策略。
其次，线切割恒张力控制需要高精度的传感器和控制系统。
传感器需要能够实时监测线材的张力，并将数据传输给控制系统。
太阳能硅片多线切割张力控制改进研究
绿色装备技术
太阳能硅片多线切割张力控制改进研究
管永强，林罗刚，朱 阳
（台州广播电视大学高职学院，浙江 台州 318000）
摘 要：从多线切割机张力形成的原理出发，进行了合理的数学建模，分析了张力的四个特点，针对目前常用的张力控制 方法的缺陷，提出了一种张力控制改进方案并作测试，该方案用伺服电机直接控制较轻的张力摆杆来代替原来较重的张 力锤作用，克服张力锤开环控制的一系列缺点，有效地降低了切割线工作中的张力波动，提高了效率、精度，降低了故障， 而且结构简单，成本低。研究为多线切割机的后续设计提出了设想。 关键词：张力；控制；改进
FLeabharlann 滋dPdP1.1 张力形成原理
在线切割过程中，材料受到牵引力，当考虑阻力
等各项因素时，如图 1 所示，将在材料上产生张力。
假设切割线张力为 F0，左侧收料卷上线速度为 棕1，右 侧放料卷上线速度为 棕2，当材料处于线弹性范围内 时，可以由胡克定理得到 F0[3]，F0 对传送时间 t 求导， 可以得到
1 张力原理分析
w1
w2
棕1 张力 F0
棕2
图 1 张力形成示意图
式（1）表明，线张力变化量与速度变化量是同向 的，因此要想实现张力的控制，可以通过对速度差的 调节即可，当张力需要恒定时，即调节速度差为 0. 1.2 切割线的张力模型
切割机走线系统的控制目标是如何使切割线工 作时具有恒定的张力。切割线绕在导线轮上，取包角 为 d琢 的任一段研究，卷辊对其产生的弹力为 dp，对 其产生的摩擦力为线密度为 滋dp，材料的线密度为 籽， 如图 2 所示。
示，除了在低频段外，张力信号的衰减在全频域内都 很小，信号的频带也比较宽。
张力epc控制单元
张力epc控制单元
张力EPC控制单元是一种先进的控制设备，主要用于张力控制和纠偏控制。
它可以集成在各种机械设备中，如塑料薄膜分切机、涂布机、复合机等，以实现精确的张力调节和纠偏控制。
张力EPC控制单元具有多种功能，包括手动和自动张力控制、纠偏控制、
超载保护等。
它采用大规模工业集成电路，具有高可靠性、高精度和高响应速度等特点。
通过调节输出电流，可以实时控制电机的转动速度，从而实现精确的张力控制。
同时，纠偏控制部分可以跟踪工作材料的边缘或对印刷线条进行高准确度的差动和摆动纠偏。
此外，张力EPC控制单元还具有易于使用和安装、占用空间小、外观精美
等特点。
它可以广泛应用于各种需要高精度张力控制的行业中，如印刷、包装、造纸等。
多工位线割的参数
多工位线割的参数多工位线切割的参数设置是影响加工效果的关键因素，包括但不限于以下几点：1. 脉宽和脉间：脉宽（Pulse Width）通常指的是电流脉冲的持续时间，而脉间（Pulse Off Time）则是电流脉冲之间的间隔时间。
一般来说，加工厚度在100以下的材料，可以使用脉宽30us，脉间150us作为参考参数。
脉宽越大，电流越大，加工速度会加快，但光洁度可能会降低；相反，脉间越大，电流越小，加工速度会减慢，但光洁度会提高。
2. 张力控制：在进行多线切割时，切割线的张力控制是非常重要的。
适当的张力可以保证切割的精度和质量，避免断线或材料损坏。
3. 同步技术：收放线电机和主电机的同步技术也是影响切割质量的重要因素。
良好的同步可以减少切割过程中的振动，提高切割精度。
4. 刀补点数：在编程时，刀补点数的设置会影响加工路径的精确度。
刀补点数决定了进刀、退刀或刀补移动量分成的段数，这直接关系到加工的精度和效率。
5. 进刀和退刀运动：进刀和退刀运动的设置会影响材料的进入和退出切割区域的方式，这也会直接影响到加工的效率和质量。
6. 加工速度：加工速度需要根据材料的特性和厚度来调整，以确保加工质量和效率。
7. 磨料类型和浓度：磨料的类型和浓度也会影响切割效果，不同的材料可能需要不同的磨料。
8. 机床稳定性：机床的稳定性和刚性也是保证加工精度的重要因素。
9. 环境条件：如温度和湿度等环境条件也可能影响切割过程和结果。
10. 材料特性：被加工材料的特性，如硬度、韧性等，也需要在选择参数时考虑。
11. 冷却系统：冷却系统的有效性对于保持切割区域的温度稳定，防止过热损害材料至关重要。
这些参数需要根据具体的机器设备、材料特性以及加工要求来综合设定，以达到最佳的加工效果。
在实际操作中，可能需要通过多次试验和调整来找到最合适的参数组合。
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100101；
摘要： 对多线切割张力控制技术进行论述，分析了多线切割机中张力控制技术的特点，在此 基础上，提出了一种多线张力的控制方法。该方法基于对张力信号变化的实时检测，将检测张力 的变化转变为电机扭矩的变化，通过控制扭矩电机的扭矩来调整切割线张力，由控制软件来实现 对切割线张力的检测、分析与控制。控制精度高，成功实现了在双主辊系统驱动下的多线切割机 张力控制。实验证明，该方法可靠、稳定，能很好地检测并控制多线切割系统张力精度。
November 2011
Semiconductor Technology Vol. 36 No櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
线还需要恒张力控制，这是由于切割线张力波动范 围太大，容易造成硅片表面损伤甚至造成切割过程 断线，张力控制精度通常要求控制在 ± 1 N 以内。 同时，切割线恒张力控制更是切片成品率的关键所 在，由于多线切割张力控制系统具有时变性、非线 性及强扰动等特点［4 － 5］，因此对切割线张力控制系 统进行研究，掌握多线切割过程中张力变化的特点 和控制方法，对硅晶片的切割质量具有非常重要的 意义。
关键词： 张力； 扭矩； 张力检测； 张力控制； 多线切割机 中图分类号： TN305. 1； TP273 文献标识码： A 文章编号： 1003 －353X （ 2011） 11 －0885 －05
Research on Multi-Wire Saw Tension Control System
He Jingliang1 ，Wang Chengwu2 ，Wang Xuejun3 ，Tian Yanlin1
（ 1. Beijing Information Science and Technology University，Beijing 100192，China； 2. Petrochina Kunlun Gas Co. ，Ltd． ， Beijing 100101； 3. The 45th Research Institute，CETC，Beijing 101601，China）
工难度，由于硅材料具有脆、硬的特点，直径增大 会造成硅片加工中的翘曲变形，不易保证加工精 度。硅片厚度增加，而芯片厚度减薄又会造成材料 磨削量大、效率下降。多线切割技术具有切割晶片 表面质量高、切割效率高、节省材料和可进行大尺 寸材料切割， 以 及 方 便 后 续 加 工 等 特 点［3］， 目 前 已经广泛应用于硅材料的切割加工领域。硅片在切 割过程中，由切割线带动砂浆磨粒高速运动对硅材 料进行磨削切割，因此，切割线在硅片切割加工中 起着非常重要的作用。其中，切割线径与切割损耗 和硅片产出率密切相关。另外，在切割过程中切割
Key words： tension； torsion； tension test； tension adjustment； multi-wire saw EEACC： 7200
0 引言
多线切割机是半导体晶圆生产线及太阳能晶片 生产线上的关键工艺设备，主要用于将单晶硅或多 晶硅晶锭切割成硅晶片。切片加工工艺要求为： 高 效率、低成本、窄切缝、无损伤、无环境污染［1］。 近年来半导体行业和太阳能光伏电池产业的迅速发 展对硅片的加工提出了更高的要求： 一方面由于降 低硅片制造成本的要求使得硅片不断向大直径方向 发展； 另一方面又要求切割后的硅片具有极高的平 面度和极 小 的 表 面 粗 糙 度［2］。 这 将 增 加 硅 片 的 加
Abstract： Tension control technology for multi-line cutting was discussed and its characteristic was analyzed，then a method for controlling multi-line tension based on real-time detection about tension signal change was put forward． The tension of cutting line was adjusted by controlling the torque of motors after the tension’s change being transformed into the torque change of motors． The detection analysis and control of cutting line tension were achieved by control software and have the characteristic of high control precision，tension control of multi-line cutting was successfully realized under the drive of two-roller system． Experiments show that the method is reliable and stable，it can detect and control tension precision of multi-line cutting system．
封装、检测与设备
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶 Package，Test and Equipment DOI： 10. 3969 / j. issn. 1003 － 353x. 2011. 11. 016
多线切割张力控制系统研究
贺敬良1 ，王成武2 ，王学军3 ，田燕林1