自動化技術的應用以及開發

張振波

摘要：本論文針對自動化設備技術的應用領域，設計包括了解市場需求、開發設計自動化設備、組裝及調試三大部分。自動化技術在現有人工成本高的情況下，國家大力推進自動化技術，在自動化技術領域里，對市場的需求以及把控準確度是非常重要，設計必須達到符合現工藝要求且自動化設備運行穩定。

經過對工藝的要求，著手開始在機械三維軟件上進行模擬，已解決所有干涉問題，提前預估存在的風險，達到要求后，下單購買。自動化設備組裝和調試，特別是調試階段，通過對不同參數的調試以及機構精度調節，達到設備穩定的狀況并且保持設備一致性。

關鍵詞：自動化；應用；穩定性

第一章 緒論

1.1自動化技術的概述

在早期不發達的工業，很多產品都需要靠大量的人工去創造，一方面做出的產品重復性不好且效率不高。我國經過多年不斷的探索和發展，工業化水平已慢慢在接近國際化，現工廠和企業都采用自動化技術替代人工，不僅提高生產效率和穩定性，同時也證明國家在自動化設備也有自主研發的能力。

1.2自動化技術的市場情況及內部剛需

1.2.1自動化技術可以提高效率和節約陳本；

1.2.2自動化技術可以替代一些人工比較復雜工序，比如我司電鍍線，產線上存在很多化 學品，完全利用機器進行自動操作，不但安全性提高且穩定性提高；

1.2.3電鍍產線掛具重量大，數量多，完全靠人工，從效率上根本跟不上節拍，通過人工智能以及傳送自動化，實現大批量生產要求。

第二章 自動化上下料設備開發模塊

在本設計中，電鍍線自動化上下料設備是整個流水線的核心，12組硅片通過傳送機構，傳到掛具載體，載體整個機構通過機器人抓手方式，將上料到電鍍線上。以下是模擬圖。

2.1上料設備設計前工藝需求：

2.1.1上料機進片左右觸點在居中位置，所以在傳送過程中，機械精度要求比較高，左右進片寬度控制在±0.2mm；

2.1.2上料機進片時候，不能存在卡片問題，在進片時候要做定位機構進行居中矯正機構；

2.1.3上料12組硅片到位后，必須有增加傳感器檢測到位功能；

2.1.4上料機對掛具載體定位氣缸要求強度高且定位精準，保證掛具固定位置高度保持一致，不影響機器人抓手抓取誤差問題。

2.2上料設備設計前可行性驗證：

可行性驗證的目的：因為設計之初存在很多不可控因素且經驗不足，在未得到驗證前，存在極大的風險，所以以下內容為本論文設計前，通過自主測試和分析驗證結果如下：

2.2.1皮帶傳送精度誤差為0.2mm

2.2.2四氟吸盤吸附干膜后痕跡測試：

測試條件：吸盤壓力調至0.5公斤壓力進行測試，吸盤加裝獨立真空發生器，手持方式進行對硅片的吸附測試，吸盤材料為聚四氟乙烯。

測試目的：自動化設備需要加裝翻轉機構，翻轉機構采用吸盤方式，主要是驗證吸盤跟干膜接觸是否會產生顯影的影響。

測試結果：通過EL測試，未發現表面存在劃傷異常問題。

2.3下料設備設計前要了解工藝需求：

2.3.1下料機出片后觸點不能粘在硅片上，影響傳送過程中，對硅片表面劃傷和造成破片等問題

2.3.2下料出片的時候，硅片表面不能殘留電鍍液體，在出料的過程中要有烘干設備，以免影響腐蝕產品；

2.3.3下料12組硅片到位后，必須有增加傳感器檢測到位功能；

2.3.4下料機對掛具載體定位氣缸要求強度高且定位精準，保證掛具固定位置高度保持一致，不影響模組12組取片，造成卡片問題；

2.4 上下料設備電路設計

本設計主要講到伺服電機以及驅動器的應用，我司主要用IS620N系列伺服驅動器進行控制，該系列伺服驅動器產品是匯川研制高性能中小功率交流伺服驅動器，應用極廣，研究和探索應用可以通過多種方式進行驗證，其中配合上位機可實現多臺伺服驅動器聯網運行是我們主要的研究對象；

2.4.1 伺服電機工作原理分析：

由于電機自身會產生瞬間高壓會將接觸器擊穿，所以嚴禁將電磁接觸器用于電機的運行和停止。

外接24V，電機自身有帶抱閘功能，電源供電不足時，抱閘會失效，所以抱閘的功率在選擇時要符合要求。

2.5 主電路輸出設計

2.4.1.設計原則

本工程設計針對電鍍線的有關資料和國家標準進行設計。

2.4.2設計依據

GB50052-95《供配電系統設計規范》

GB50055-93《通用用電設備配電設計規范》

GB50054-95《低壓配電設計規范》

2.4.3.供電電源

PLC控制柜總功率為4 KW，電纜采用RVV 3*2.5mm2，由總配電柜

2.4.4線路敷設

2.4.4.1 電纜電線穿管管徑應不小于規范的要求。

2.4.4.2設備接地利用穿線鋼管時，鋼管必須與接地系統可靠連接。

2.4.4.3電纜安裝應按照有關規范執行。

2.6輸出電路設計

輸出方式，可以一個PLC控制多個伺服電機驅動器，如下圖所示，運行過程中不沖突和干擾，每個都有單獨的供電和接地。

第三章 自動化設備調試及實驗

在本設計系統中，通過一些對機構優化改進及參數的調整，從而達到更加穩定，在自動化技術領域，需要不斷創新和改進，通過實踐摸索，達到國際以及同行業的水平。

3.1主體存在問題及改進

3.1.1在本設計中，下料自動化模組取片部分，存在以下問題，導致自動化運行不順暢，經過多次的探索和實驗，最終改為吸盤方式；如下圖所示：

存在的問題：

①因前期未預估到片電鍍后與掛具的觸點會粘在一起，導致片傳送破片以及自動化無法正常流出；

②前期操作工都是學生，操作的熟練度不足，片粘住的時候，都要通過人工干預，嚴重影響生產，而且每天都要守在設備旁邊，以免操作不當，造成安全隱患；

③設備停機報警故障率高，導致自動化節拍效率低，影響片進蝕刻機時間，影響工藝；

以下為改造思路：通過反復的實踐，利用觸點6mm上下空間最終想到用吸盤的方式，并且通過一些廢棄的鋁型材拼裝實驗一套，實驗效果可行，最終才確認所有的下料機進行整改。

3.1.2機構穩定性低，影響整線連續運行

原因分析：1.VCP機構制造經驗不足，且對關鍵材料把控不嚴、現場施工不夠細心；

2.設計考慮不周全；

解決方法：1.上下掛由氣缸推移改為馬達、滑臺；

2.改善從動軸安裝方式/軸向竄動問題/焊接工藝；

3.替換問題槽鋼/軸承座/傳感器等；

3.1.3傳動系統改善說明；

經過本論文設計，需要對該傳動問題進行改進，經過分析，傳動機構對硅片接觸面問題，導致片卡主，影響自動化正常傳送，具體優化如下圖所示：

通過現場實際生產，每一個工位的位置參數都完全開放到觸摸屏上，一方面便于調節，一方面精度要求把握更準。

第四章 結語

在自動化技術的應用上，所牽涉到的內容和范圍都比較廣泛，探索如何將自動化機械做到更簡化和更穩定，以及電氣方面邏輯思維提升。特別在比較復雜的機構改進中，不斷突破新的技術，新的方式，在這過程學到的經驗為后期奠定良好的基礎。