自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用以及開發(fā)

張振波

摘要：本論文針對(duì)自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)計(jì)包括了解市場(chǎng)需求、開發(fā)設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)備、組裝及調(diào)試三大部分。自動(dòng)化技術(shù)在現(xiàn)有人工成本高的情況下，國(guó)家大力推進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域里，對(duì)市場(chǎng)的需求以及把控準(zhǔn)確度是非常重要，設(shè)計(jì)必須達(dá)到符合現(xiàn)工藝要求且自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

經(jīng)過對(duì)工藝的要求，著手開始在機(jī)械三維軟件上進(jìn)行模擬，已解決所有干涉問題，提前預(yù)估存在的風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到要求后，下單購(gòu)買。自動(dòng)化設(shè)備組裝和調(diào)試，特別是調(diào)試階段，通過對(duì)不同參數(shù)的調(diào)試以及機(jī)構(gòu)精度調(diào)節(jié)，達(dá)到設(shè)備穩(wěn)定的狀況并且保持設(shè)備一致性。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；應(yīng)用；穩(wěn)定性

第一章 緒論

1.1自動(dòng)化技術(shù)的概述

在早期不發(fā)達(dá)的工業(yè)，很多產(chǎn)品都需要靠大量的人工去創(chuàng)造，一方面做出的產(chǎn)品重復(fù)性不好且效率不高。我國(guó)經(jīng)過多年不斷的探索和發(fā)展，工業(yè)化水平已慢慢在接近國(guó)際化，現(xiàn)工廠和企業(yè)都采用自動(dòng)化技術(shù)替代人工，不僅提高生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性，同時(shí)也證明國(guó)家在自動(dòng)化設(shè)備也有自主研發(fā)的能力。

1.2自動(dòng)化技術(shù)的市場(chǎng)情況及內(nèi)部剛需

1.2.1自動(dòng)化技術(shù)可以提高效率和節(jié)約陳本；

1.2.2自動(dòng)化技術(shù)可以替代一些人工比較復(fù)雜工序，比如我司電鍍線，產(chǎn)線上存在很多化 學(xué)品，完全利用機(jī)器進(jìn)行自動(dòng)操作，不但安全性提高且穩(wěn)定性提高；

1.2.3電鍍產(chǎn)線掛具重量大，數(shù)量多，完全靠人工，從效率上根本跟不上節(jié)拍，通過人工智能以及傳送自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)要求。

第二章 自動(dòng)化上下料設(shè)備開發(fā)模塊

在本設(shè)計(jì)中，電鍍線自動(dòng)化上下料設(shè)備是整個(gè)流水線的核心，12組硅片通過傳送機(jī)構(gòu)，傳到掛具載體，載體整個(gè)機(jī)構(gòu)通過機(jī)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(shè)備設(shè)計(jì)前工藝需求：

2.1.1上料機(jī)進(jìn)片左右觸點(diǎn)在居中位置，所以在傳送過程中，機(jī)械精度要求比較高，左右進(jìn)片寬度控制在±0.2mm；

2.1.2上料機(jī)進(jìn)片時(shí)候，不能存在卡片問題，在進(jìn)片時(shí)候要做定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行居中矯正機(jī)構(gòu)；

2.1.3上料12組硅片到位后，必須有增加傳感器檢測(cè)到位功能；

2.1.4上料機(jī)對(duì)掛具載體定位氣缸要求強(qiáng)度高且定位精準(zhǔn)，保證掛具固定位置高度保持一致，不影響機(jī)器人抓手抓取誤差問題。

2.2上料設(shè)備設(shè)計(jì)前可行性驗(yàn)證：

可行性驗(yàn)證的目的：因?yàn)樵O(shè)計(jì)之初存在很多不可控因素且經(jīng)驗(yàn)不足，在未得到驗(yàn)證前，存在極大的風(fēng)險(xiǎn)，所以以下內(nèi)容為本論文設(shè)計(jì)前，通過自主測(cè)試和分析驗(yàn)證結(jié)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(cè)試：

測(cè)試條件：吸盤壓力調(diào)至0.5公斤壓力進(jìn)行測(cè)試，吸盤加裝獨(dú)立真空發(fā)生器，手持方式進(jìn)行對(duì)硅片的吸附測(cè)試，吸盤材料為聚四氟乙烯。

測(cè)試目的：自動(dòng)化設(shè)備需要加裝翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用吸盤方式，主要是驗(yàn)證吸盤跟干膜接觸是否會(huì)產(chǎn)生顯影的影響。

測(cè)試結(jié)果：通過EL測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)表面存在劃傷異常問題。

2.3下料設(shè)備設(shè)計(jì)前要了解工藝需求：

2.3.1下料機(jī)出片后觸點(diǎn)不能粘在硅片上，影響傳送過程中，對(duì)硅片表面劃傷和造成破片等問題

2.3.2下料出片的時(shí)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(shè)備，以免影響腐蝕產(chǎn)品；

2.3.3下料12組硅片到位后，必須有增加傳感器檢測(cè)到位功能；

2.3.4下料機(jī)對(duì)掛具載體定位氣缸要求強(qiáng)度高且定位精準(zhǔn)，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(shè)備電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要講到伺服電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用，我司主要用IS620N系列伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，該系列伺服驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品是匯川研制高性能中小功率交流伺服驅(qū)動(dòng)器，應(yīng)用極廣，研究和探索應(yīng)用可以通過多種方式進(jìn)行驗(yàn)證，其中配合上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行是我們主要的研究對(duì)象；

2.4.1 伺服電機(jī)工作原理分析：

由于電機(jī)自身會(huì)產(chǎn)生瞬間高壓會(huì)將接觸器擊穿，所以嚴(yán)禁將電磁接觸器用于電機(jī)的運(yùn)行和停止。

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

2.5 主電路輸出設(shè)計(jì)

2.4.1.設(shè)計(jì)原則

本工程設(shè)計(jì)針對(duì)電鍍線的有關(guān)資料和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.4.2設(shè)計(jì)依據(jù)

GB50052-95《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》

GB50055-93《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》

GB50054-95《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)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(shè)

2.4.4.1 電纜電線穿管管徑應(yīng)不小于規(guī)范的要求。

2.4.4.2設(shè)備接地利用穿線鋼管時(shí)，鋼管必須與接地系統(tǒng)可靠連接。

2.4.4.3電纜安裝應(yīng)按照有關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

2.6輸出電路設(shè)計(jì)

輸出方式，可以一個(gè)PLC控制多個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，如下圖所示，運(yùn)行過程中不沖突和干擾，每個(gè)都有單獨(dú)的供電和接地。

第三章 自動(dòng)化設(shè)備調(diào)試及實(shí)驗(yàn)

在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，通過一些對(duì)機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)及參數(shù)的調(diào)整，從而達(dá)到更加穩(wěn)定，在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，需要不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，通過實(shí)踐摸索，達(dá)到國(guó)際以及同行業(yè)的水平。

3.1主體存在問題及改進(jìn)

3.1.1在本設(shè)計(jì)中，下料自動(dòng)化模組取片部分，存在以下問題，導(dǎo)致自動(dòng)化運(yùn)行不順暢，經(jīng)過多次的探索和實(shí)驗(yàn)，最終改為吸盤方式；如下圖所示：

存在的問題：

①因前期未預(yù)估到片電鍍后與掛具的觸點(diǎn)會(huì)粘在一起，導(dǎo)致片傳送破片以及自動(dòng)化無法正常流出；

②前期操作工都是學(xué)生，操作的熟練度不足，片粘住的時(shí)候，都要通過人工干預(yù)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，而且每天都要守在設(shè)備旁邊，以免操作不當(dāng)，造成安全隱患；

③設(shè)備停機(jī)報(bào)警故障率高，導(dǎo)致自動(dòng)化節(jié)拍效率低，影響片進(jìn)蝕刻機(jī)時(shí)間，影響工藝；

以下為改造思路：通過反復(fù)的實(shí)踐，利用觸點(diǎn)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(shí)驗(yàn)一套，實(shí)驗(yàn)效果可行，最終才確認(rèn)所有的下料機(jī)進(jìn)行整改。

3.1.2機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性低，影響整線連續(xù)運(yùn)行

原因分析：1.VCP機(jī)構(gòu)制造經(jīng)驗(yàn)不足，且對(duì)關(guān)鍵材料把控不嚴(yán)、現(xiàn)場(chǎng)施工不夠細(xì)心；

2.設(shè)計(jì)考慮不周全；

解決方法：1.上下掛由氣缸推移改為馬達(dá)、滑臺(tái)；

2.改善從動(dòng)軸安裝方式/軸向竄動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)改善說明；

經(jīng)過本論文設(shè)計(jì)，需要對(duì)該傳動(dòng)問題進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)過分析，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)硅片接觸面問題，導(dǎo)致片卡主，影響自動(dòng)化正常傳送，具體優(yōu)化如下圖所示：

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)，每一個(gè)工位的位置參數(shù)都完全開放到觸摸屏上，一方面便于調(diào)節(jié)，一方面精度要求把握更準(zhǔn)。

第四章 結(jié)語(yǔ)

在自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用上，所牽涉到的內(nèi)容和范圍都比較廣泛，探索如何將自動(dòng)化機(jī)械做到更簡(jiǎn)化和更穩(wěn)定，以及電氣方面邏輯思維提升。特別在比較復(fù)雜的機(jī)構(gòu)改進(jìn)中，不斷突破新的技術(shù)，新的方式，在這過程學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)為后期奠定良好的基礎(chǔ)。