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英威腾DA200伺服在LED分光机上的应用
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【摘要】本文主要介绍英威腾伺服凭借其高精度、高响应、高价值的强大功能及定制化服务,成功地应用在了LED分光机上,赢得了客户的高度认可。


【Abstract】This paper mainly introduces INVT servo with its high accuracy, high response, high value and customized service, is successfully used in LED machines, it has won a high degree of customer recognition.


【关键字】英威腾伺服;位置精度;响应速度;速度观测器


【Keywords】INVT servo; positional accuracy; response speed;Speed observer


1.项目背景


深圳是全国LED的重要生产基地和贸易中心,已有较完整的产业链和配套能力,在激烈的市场竞争中,同行间都在拼价格、拼效率。在这样的背景下,深圳某公司的核心产品SMD-LED全自动分光机,自然就成为了革新对象,分光机的核心系统---伺服系统就成为最先要改进的部分。英威腾凭借在工业自动化领域多年累积的专业经验和知名度,DA200伺服成功入围并在测试中取得良好成效。


在生产效率日益增长的今天,原有40k/h的分光机已不能满足市场需求。客户需要更快的速度及更高的稳定性满足生产需求。深入了解了客户的工艺和需求后,针对转盘惯量大、对刚性要求高的特点,英威腾技术人员通过科学精确的计算,开创性的为该行业定制了专用马达,并选用了DA200系列高性能伺服驱动器以满足并超过客户预期效果。英威腾伺服因其极高的响应速度,丰富的I/0功能、功能强大的调试软件等特点,给客户留下了深刻的印象。


2.项目方案


2.1伺服选型及特点讲解


LED分光机对位置精度及响应时间要求非常苛刻。在整个机台中,关键有两个工位:转盘轴和检测轴。转盘轴要求高刚性、高速度、高响应,其他伺服品牌选送的都是750W轻惯量的马达,刚性提升空间有限。英威腾技术人员通过科学精确的计算,开创性的为该行业定制了专用马达,并选用了DA200系列高性能伺服驱动器配合先进的算法,以满足并超过客户预期效果。通过定制化的大扭矩伺服马达,使得该轴的刚性有了显著的提升,静止时(serve on)用手触摸,没有任何振感,客户对英威腾这个效果非常满意。英威腾选用的DA200系列伺服搭配23Bit(8388608PPR)绝对值编码器,可以满足设备高精度定位控制和稳低速运转时的应用需求。实际调试的结果是指令时间11.875ms,转盘轴伺服定位完成13ms,整定时间不到2ms,滞留脉冲为0个pulse,好过客户要求的整定时间5ms,位置误差2个pulse。


时间就是金钱,这句话在LED行业更能体现效率的重要性。充分利用英威腾DA200伺服优越的响应性能,拉高马达的频宽,使得设备的整体运行达到最佳的状态。


2.2分度盘电机设计




1)决定加减速时间




加减速时间以定位时间的50%效率最高:




2)电机转速




3)计算负载转矩
 因为摩擦负载极小,故忽略:




4)计算电机轴加速转矩(克服惯量)




5)加速转矩




6)必须转矩

* 安全系数 S=1




7)额定转矩




其中假定其过程只有加减速阶段,无匀速阶段,公式简化为:




8)负荷与电机惯量比




根据以上数据定制专用电机,在实践应用中也证实与计算数据基本相符。


3.工艺流程


LED分光机主要用于LED产品光色一致性的检测和分光,配有精密的光谱分析仪,具有高智能性,可自动检测出不合格产品并将之吹入废料盒,系统架构是由圆形振动盘与平行振动轨道负责送料,以吸嘴将LED送至转盘,经由测试站量测光电特性之后,系统会根据量测仪器的测试结果,透过分料机构将LED送至所属之落料盒。



图1 工艺流程图


送料机构把料送到固定位→吸料机构把料送到转盘上的工位1→转盘转动一个角度把料送到工位2→检测机构下来工作采集相关数据→转盘再把检测后的料送到工位3→高压气枪把料吹入收集箱(收集箱会根据检测的结果,事先确定好收集管的位置)。



图2 设备电控配置示意图



图3 设备示意图


分光机产品参数
电性测试参数
序号 测量电性参数 测试条件范围 测试分辨率
1 排向电压POL 0.001—500MA 1mV
2 正向电压VF 0.001—500MA 1MV
3 反向电流IR 0.1V—20V 0.1µA
4 正向电流IF 0.1V—20V 0.01 mA
5 反向电压VR 1-1000µA 1MV
光学测试参数
序号 光电测试参数 测试范围 重复测试精度
1 色度坐标XYZ CIE1931&1964XYZ    可见光范围标准 ±0.001
2 主波λd 380nm-780nm ±0.3mm
3 峰值波长λp 350nm-1000nm    可根据客户要求配置
4 半波宽λd 350nm-1000nm    可根据客户要求配置 ±0.5mm
5 色纯度PUR PUR ±0.01
6 光强MCD 可见光/红外光 ±5%
7 相关色温CCT(µrd) 1000K—40000K ±0.8%
8 光通量ФV(单位mlm) 根据衰减的衰减率和积分球内径定 ±0.6%
主体技术参数
分光系统 自主研发,独立知识产权
分级能力 132BIN或264BIN 
最大产能 40Kh
回BIN率 ≥95%
测试站数 1站
供电电源 AC220V 50Hz 10A
气压 0.45-0.50Mpa
真空来源 内置进口真空泵
功率 ≤2.30Kw
外形尺寸 1220mm x 770mm x 1860mm
重量  460Kg
*客户希望能将最大产能提高到65K/h以上。


4. 伺服参数调整

A. 使用提高刚性及速度前馈版
 1) 调整惯量,观察R0.51实际惯量值
 2) 提高刚性至21左右
 3) 提高速度增益。速度增益与积分乘积在500~900之间。
 4) 加前馈,至56%
 5) 使用滤波器陷波



波形效果图


效果:比较好,但从波形上可以观察13.3ms完成后动作后还有波动,使用高速摄像头观测到14ms完成但还是会有略微的抖动。


B.专家调试-使用速度观测器版
 1) 先调惯量,把惯量比设定好,可以实时观察R0.51进行调整。
 2) 然后将速度环增益向上调,调至出现振动了,观察转矩波动可以得到振动频率,使用陷波滤波器抑制。(超过1KHz以上可以把深度加深为0,Q值为1)
 3) 转矩稳定后,把速度观测器打开。逐步提高速度观测器增益(不振为止)。
 4) 速度观测器增益提高之后,速度环增益就可以大幅上调了,可以50Hz往上加,直至不振为止。
 5) 提高了速度增益后,提高位置增益,让最后几个脉冲快速收尾。一般速度增益提高之后位置增益在1.5倍范围内提高。



部分参数



波形效果图(滞留脉冲)


5. 项目总结:


使用速度观测器后:
 - 增益得到极大提高,响应快,整定时间只有2ms;
 - 噪声减小,声音明显变得清脆;
 - 负载率变低,电机温度明显下降;
 - 每小时最大速度达72K(还可以更高),超过其机械速度上限;


经过两个多月的测试,设备运行情况良好,产品成品率高,设备的工作效率提高了15%。英威腾DA200伺服以其高精度、高应答、高价值的强大功能,赢得了客户的高度认可。随着LED市场需求的进一步加大,LED制造设备的需求量也会同比增长,英威腾伺服在分光机上的成功应用,为英威腾更多产品进入这个行业奠定坚实基础。

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