1 應(yīng)用背景

　　芮氪制品(化名，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“芮氪”)是一家專(zhuān)注于“先進(jìn)材料 先進(jìn)裝備”的高新技術(shù)企業(yè)，他們專(zhuān)門(mén)為光伏、化合物襯底等行業(yè)提供各類(lèi)加工制造裝備、材料與智能化解決方案。例如：?jiǎn)纹焦枧c碳化硅的外延生長(zhǎng)爐，長(zhǎng)晶、截?cái)唷㈤_(kāi)方、切片......等光伏硅片設(shè)備。2021年芮氪開(kāi)始研發(fā)硅片磨邊機(jī)。起初，他們采用了某品牌的電機(jī)傳動(dòng)方案，但經(jīng)過(guò)兩年的研發(fā)測(cè)試，一直無(wú)法滿足高精度和高穩(wěn)定性的需求。因?yàn)橹耙押涂茽柲Ω谥T多項(xiàng)目中多次合作，因此芮氪對(duì)科爾摩根的定制化無(wú)框電機(jī)方案有了一定的了解。當(dāng)原來(lái)的電機(jī)方案無(wú)法滿足要求，讓磨邊機(jī)開(kāi)發(fā)陷入困境時(shí)，他們尋求了科爾摩根的幫助，咨詢了產(chǎn)品方案，開(kāi)啟了一次富有成效的合作。

　　2 問(wèn)題與挑戰(zhàn)

       磨邊機(jī)的核心，是一個(gè)可以吸附硅片高速旋轉(zhuǎn)的陶瓷承片加工臺(tái)，硅片被真空吸附在承片臺(tái)上旋轉(zhuǎn)，由帶V型槽的砂輪對(duì)硅片邊緣進(jìn)行磨削。為了提升設(shè)備的加工效率，芮氪的磨邊機(jī)采用了單機(jī)雙工位同步運(yùn)轉(zhuǎn)的配置，而為了實(shí)現(xiàn)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)硅片的真空吸附，每個(gè)工位中的陶瓷承片臺(tái)的旋轉(zhuǎn)都需要使用中空無(wú)框電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。為了獲得較高的倒角磨削質(zhì)量，芮氪在研發(fā)這臺(tái)設(shè)備時(shí)提出了極高的設(shè)計(jì)需求;并且，無(wú)框電機(jī)還應(yīng)能放入預(yù)先設(shè)計(jì)的設(shè)備加工臺(tái)腔體內(nèi)。但當(dāng)科爾摩根團(tuán)隊(duì)介入此項(xiàng)目時(shí)，發(fā)現(xiàn)除了上述設(shè)計(jì)要求外，還有諸多非技術(shù)層面的挑戰(zhàn)。尤其是此次項(xiàng)目是芮氪初次研發(fā)硅片磨邊機(jī)，加之初期選用的電機(jī)始終無(wú)法滿足需求，設(shè)備遲遲不能交付市場(chǎng)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度和團(tuán)隊(duì)信心造成了嚴(yán)重影響;不僅如此，面對(duì)較高的應(yīng)用需求，芮氪團(tuán)隊(duì)也表現(xiàn)出在各方面能力不足。例如：外圍機(jī)電裝配精度、穩(wěn)定性欠佳、測(cè)試樣品與流程管理的經(jīng)驗(yàn)較淺，給設(shè)備研發(fā)增添了諸多的不確定性。

　　3 方案與服務(wù)

　　(1)專(zhuān)屬定制 出色設(shè)計(jì)

　　在這種情況下，科爾摩根為芮氪提供了一套包含TBM2G無(wú)框力矩電機(jī)和AKD伺服驅(qū)動(dòng)器的完整產(chǎn)品方案。

　?、賂BM2G系列無(wú)框力矩電機(jī)用于陶瓷承片加工臺(tái)的旋轉(zhuǎn)它采用獨(dú)特的環(huán)形磁鋼轉(zhuǎn)子和定子繞組設(shè)計(jì)，有著較低的齒槽轉(zhuǎn)矩，加上自動(dòng)化繞線在電機(jī)制造過(guò)程中的應(yīng)用，有效的確保了速度控制的高精度和穩(wěn)定性。同時(shí)，該電機(jī)的定轉(zhuǎn)子已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、體系化的加工工藝，這讓產(chǎn)品精度尤其是無(wú)框電機(jī)的定轉(zhuǎn)子在尺寸配合上的一致性十分出色，集成商與用戶可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)設(shè)備工位內(nèi)電機(jī)的封裝，無(wú)需進(jìn)行二次修正即可達(dá)到較高的精度指標(biāo)，確保高速旋轉(zhuǎn)時(shí)較低的軸向跳動(dòng)。不僅滿足應(yīng)用需求，還極大縮短了設(shè)備的交付周期。另外，專(zhuān)門(mén)的繞組設(shè)計(jì)，為其帶來(lái)了較高的功率密度，相應(yīng)的，在同等功率輸出的情況下，其尺寸較市面上同類(lèi)型產(chǎn)品更緊湊，占用空間更小。

　?、诖钶d的AKD系列伺服驅(qū)動(dòng)器 為T(mén)BM2G電機(jī)提供動(dòng)力AKD具有極高的響應(yīng)特性，電流環(huán)帶寬可達(dá)4000Hz，速度環(huán)帶寬高達(dá)1000Hz，位置環(huán)帶寬可達(dá)250Hz，數(shù)據(jù)刷新速率達(dá)1.5MHz，為電機(jī)的速度控制提供了非常精準(zhǔn)強(qiáng)勁的動(dòng)力。AKD驅(qū)動(dòng)器通過(guò)高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制總線EtherCAT與設(shè)備控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

　　(2)經(jīng)驗(yàn)豐富 高效協(xié)同

　　除了獨(dú)特的產(chǎn)品方案，科爾摩根團(tuán)隊(duì)還基于多年在運(yùn)動(dòng)控制和硅片制造領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)與服務(wù)體系，為芮氪提供了極具針對(duì)性的專(zhuān)業(yè)服務(wù)。

　　例如：科爾摩根及其集成商向芮氪開(kāi)放了其測(cè)試儀器和恒溫凈化間的使用，用于設(shè)備與樣品的測(cè)試，幫助用戶有效的獲得了精準(zhǔn)的產(chǎn)品與設(shè)備質(zhì)量數(shù)據(jù);而基于測(cè)試獲得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，科爾摩根團(tuán)隊(duì)則在電機(jī)外圍配套組件的安裝與加工上為芮氪提出了多項(xiàng)建議和改進(jìn)方案。

　　4 客戶收益：超額交付 合作長(zhǎng)存在引入科爾摩根方案后6個(gè)月，芮氪的這款磨邊機(jī)很快就在各項(xiàng)性能指標(biāo)上大大超出了原先的設(shè)計(jì)預(yù)期，比如：

　　? 磨邊機(jī)陶瓷加工臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度在1rpm時(shí)的波動(dòng)<1%，遠(yuǎn)小于用戶原先<5%的要求;

　　? 同時(shí)加工座的表面跳動(dòng)<1μm，遠(yuǎn)低于用戶原先<5μm的要求;

　　? 而在安裝空間方面，TBM2G可以很輕松放入預(yù)設(shè)加工座腔體。

　　目前，該設(shè)備已實(shí)現(xiàn)了小批量入市，產(chǎn)量約為5-6臺(tái)/月。

圖 2 設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

圖 3 臺(tái)達(dá)方案架構(gòu)圖

　　5 臺(tái)達(dá)LPL13R模組產(chǎn)品特色與優(yōu)勢(shì)臺(tái)達(dá)LPL13R模組產(chǎn)品的特色和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)包括：

　　? LZ軸加速度最高可達(dá)8G，推力4.7N，到位精度±3μm;

　　? R軸旋轉(zhuǎn)到位精度達(dá)±0.03°;

　　? 細(xì)微力量控制，最小0.1N內(nèi)，重復(fù)性±0.5%內(nèi);

　　? 適用于電子、半導(dǎo)體、鏡頭設(shè)備，可在光學(xué)鏡片產(chǎn)業(yè)、晶圓裸貼、取放等領(lǐng)域應(yīng)用;

　　? 適合安裝于Z軸做上下運(yùn)動(dòng)、快速輕取放、高精密壓合與組裝應(yīng)用的零件;

　　? 結(jié)構(gòu)精巧，厚度僅為13mm，重量為0.6kg;

　　? 支持高解析度光學(xué)尺、編碼器：直線光學(xué)尺解析度0.5μm，旋轉(zhuǎn)編碼器解析度20 bit;

　　? 帶有軟著陸壓合功能：配合臺(tái)達(dá)A3驅(qū)動(dòng)器，可提供二次平臺(tái)與軟著陸韌體，為客戶提供良好的壓合質(zhì)量;

　　? 運(yùn)行最高溫度≤55℃。

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