1 應(yīng)用背景

　　芮氪制品(化名，以下簡稱“芮氪”)是一家專注于“先進材料 先進裝備”的高新技術(shù)企業(yè)，他們專門為光伏、化合物襯底等行業(yè)提供各類加工制造裝備、材料與智能化解決方案。例如：單片式硅與碳化硅的外延生長爐，長晶、截斷、開方、切片......等光伏硅片設(shè)備。2021年芮氪開始研發(fā)硅片磨邊機。起初，他們采用了某品牌的電機傳動方案，但經(jīng)過兩年的研發(fā)測試，一直無法滿足高精度和高穩(wěn)定性的需求。因為之前已和科爾摩根在諸多項目中多次合作，因此芮氪對科爾摩根的定制化無框電機方案有了一定的了解。當(dāng)原來的電機方案無法滿足要求，讓磨邊機開發(fā)陷入困境時，他們尋求了科爾摩根的幫助，咨詢了產(chǎn)品方案，開啟了一次富有成效的合作。

　　2 問題與挑戰(zhàn)

       磨邊機的核心，是一個可以吸附硅片高速旋轉(zhuǎn)的陶瓷承片加工臺，硅片被真空吸附在承片臺上旋轉(zhuǎn)，由帶V型槽的砂輪對硅片邊緣進行磨削。為了提升設(shè)備的加工效率，芮氪的磨邊機采用了單機雙工位同步運轉(zhuǎn)的配置，而為了實現(xiàn)在高速旋轉(zhuǎn)時對硅片的真空吸附，每個工位中的陶瓷承片臺的旋轉(zhuǎn)都需要使用中空無框電機進行驅(qū)動。為了獲得較高的倒角磨削質(zhì)量，芮氪在研發(fā)這臺設(shè)備時提出了極高的設(shè)計需求;并且，無框電機還應(yīng)能放入預(yù)先設(shè)計的設(shè)備加工臺腔體內(nèi)。但當(dāng)科爾摩根團隊介入此項目時，發(fā)現(xiàn)除了上述設(shè)計要求外，還有諸多非技術(shù)層面的挑戰(zhàn)。尤其是此次項目是芮氪初次研發(fā)硅片磨邊機，加之初期選用的電機始終無法滿足需求，設(shè)備遲遲不能交付市場，對項目進度和團隊信心造成了嚴(yán)重影響;不僅如此，面對較高的應(yīng)用需求，芮氪團隊也表現(xiàn)出在各方面能力不足。例如：外圍機電裝配精度、穩(wěn)定性欠佳、測試樣品與流程管理的經(jīng)驗較淺，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)專屬定制 出色設(shè)計

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

　　①TBM2G系列無框力矩電機用于陶瓷承片加工臺的旋轉(zhuǎn)它采用獨特的環(huán)形磁鋼轉(zhuǎn)子和定子繞組設(shè)計，有著較低的齒槽轉(zhuǎn)矩，加上自動化繞線在電機制造過程中的應(yīng)用，有效的確保了速度控制的高精度和穩(wěn)定性。同時，該電機的定轉(zhuǎn)子已經(jīng)實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、體系化的加工工藝，這讓產(chǎn)品精度尤其是無框電機的定轉(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間內(nèi)完成對設(shè)備工位內(nèi)電機的封裝，無需進行二次修正即可達到較高的精度指標(biāo)，確保高速旋轉(zhuǎn)時較低的軸向跳動。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，專門的繞組設(shè)計，為其帶來了較高的功率密度，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)動器 為TBM2G電機提供動力AKD具有極高的響應(yīng)特性，電流環(huán)帶寬可達4000Hz，速度環(huán)帶寬高達1000Hz，位置環(huán)帶寬可達250Hz，數(shù)據(jù)刷新速率達1.5MHz，為電機的速度控制提供了非常精準(zhǔn)強勁的動力。AKD驅(qū)動器通過高速實時運動控制總線EtherCAT與設(shè)備控制系統(tǒng)進行通訊。

　　(2)經(jīng)驗豐富 高效協(xié)同

　　除了獨特的產(chǎn)品方案，科爾摩根團隊還基于多年在運動控制和硅片制造領(lǐng)域的專業(yè)經(jīng)驗與服務(wù)體系，為芮氪提供了極具針對性的專業(yè)服務(wù)。

　　例如：科爾摩根及其集成商向芮氪開放了其測試儀器和恒溫凈化間的使用，用于設(shè)備與樣品的測試，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);而基于測試獲得的各項數(shù)據(jù)，科爾摩根團隊則在電機外圍配套組件的安裝與加工上為芮氪提出了多項建議和改進方案。

　　4 客戶收益：超額交付 合作長存在引入科爾摩根方案后6個月，芮氪的這款磨邊機很快就在各項性能指標(biāo)上大大超出了原先的設(shè)計預(yù)期，比如：

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

　　? 同時加工座的表面跳動<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)備已實現(xiàn)了小批量入市，產(chǎn)量約為5-6臺/月。

圖 2 設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

圖 3 臺達方案架構(gòu)圖

　　5 臺達LPL13R模組產(chǎn)品特色與優(yōu)勢臺達LPL13R模組產(chǎn)品的特色和應(yīng)用優(yōu)勢包括：

　　? LZ軸加速度最高可達8G，推力4.7N，到位精度±3μm;

　　? R軸旋轉(zhuǎn)到位精度達±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軸做上下運動、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：配合臺達A3驅(qū)動器，可提供二次平臺與軟著陸韌體，為客戶提供良好的壓合質(zhì)量;

　　? 運行最高溫度≤55℃。

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