【摘要】本文主要介紹英威騰伺服憑借其高精度、高響應、高價值的強大功能及定制化服務，成功地應用在了LED分光機上，贏得了客戶的認可。
【關(guān)鍵字】英威騰伺服；位置精度；響應速度；速度觀測器
1.項目背景
深圳是全國LED的重要生產(chǎn)基地和貿(mào)易中心，已有較完整的產(chǎn)業(yè)鏈和配套能力，在激烈的市場競爭中，同行間都在拼價格、拼效率。在這樣的背景下，深圳某公司的核心產(chǎn)品SMD-LED全自動分光機，自然就成為了革新對象，分光機的核心系統(tǒng)---伺服系統(tǒng)就成為先要改進的部分。英威騰憑借在工業(yè)自動化領域多年累積的經(jīng)驗和知名度，DA200伺服成功入圍并在測試中取得良好成效。
在生產(chǎn)效率日益增長的今天，原有40k/h的分光機已不能滿足市場需求。客戶需要更快的速度及更高的穩(wěn)定性滿足生產(chǎn)需求。深入了解了客戶的工藝和需求后，針對轉(zhuǎn)盤慣量大、對剛性要求高的特點，英威騰技術(shù)人員通過科學精確的計算，開創(chuàng)性的為該行業(yè)定制了專用馬達，并選用了DA200系列高性能伺服驅(qū)動器以滿足并超過客戶預期效果。英威騰伺服因其極高的響應速度，豐富的I/0功能、功能強大的調(diào)試軟件等特點，給客戶留下了深刻的印象。
2.項目方案
2.1伺服選型及特點講解
LED分光機對位置精度及響應時間要求非常苛刻。在整個機臺中，關(guān)鍵有兩個工位：轉(zhuǎn)盤軸和檢測軸。轉(zhuǎn)盤軸要求高剛性、高速度、高響應，其他伺服品牌選送的都是750W輕慣量的馬達，剛性提升空間有限。英威騰技術(shù)人員通過科學精確的計算，開創(chuàng)性的為該行業(yè)定制了專用馬達，并選用了DA200系列高性能伺服驅(qū)動器配合先進的算法，以滿足并超過客戶預期效果。通過定制化的大扭矩伺服馬達，使得該軸的剛性有了顯著的提升，靜止時（serve on）用手觸摸，沒有任何振感，客戶對英威騰這個效果非常滿意。英威騰選用的DA200系列伺服搭配23Bit（8388608PPR）絕對值編碼器，可以滿足設備高精度定位控制和穩(wěn)低速運轉(zhuǎn)時的應用需求。實際調(diào)試的結(jié)果是指令時間11.875ms，轉(zhuǎn)盤軸伺服定位完成13ms，整定時間不到2ms,滯留脈沖為0個pulse,好過客戶要求的整定時間5ms,位置誤差2個pulse。
時間就是金錢，這句話在LED行業(yè)更能體現(xiàn)效率的重要性。充分利用英威騰DA200伺服優(yōu)越的響應性能，拉高馬達的頻寬，使得設備的整體運行達到更佳的狀態(tài)。
2.2分度盤電機設計：
1）決定加減速時間
加減速時間以定位時間的50%效率高：
2）電機轉(zhuǎn)速
3）計算負載轉(zhuǎn)矩
因為摩擦負載極小，故忽略：
4）計算電機軸加速轉(zhuǎn)矩（克服慣量）
5）加速轉(zhuǎn)矩
6）必須轉(zhuǎn)矩
* 安全系數(shù) S=1
7）額定轉(zhuǎn)矩
其中假定其過程只有加減速階段，無勻速階段，公式簡化為：
8）負荷與電機慣量比
根據(jù)以上數(shù)據(jù)定制專用電機，在實踐應用中也證實與計算數(shù)據(jù)基本相符。
3.工藝流程
LED分光機主要用于LED產(chǎn)品光色一致性的檢測和分光,配有精密的光譜分析儀，具有高智能性,可自動檢測出不合格產(chǎn)品并將之吹入廢料盒,系統(tǒng)架構(gòu)是由圓形振動盤與平行振動軌道負責送料,以吸嘴將LED送至轉(zhuǎn)盤,經(jīng)由測試站量測光電特性之后,系統(tǒng)會根據(jù)量測儀器的測試結(jié)果,透過分料機構(gòu)將LED送至所屬之落料盒。
圖1 工藝流程圖
送料機構(gòu)把料送到固定位→吸料機構(gòu)把料送到轉(zhuǎn)盤上的工位1→轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動一個角度把料送到工位2→檢測機構(gòu)下來工作采集相關(guān)數(shù)據(jù)→轉(zhuǎn)盤再把檢測后的料送到工位3→高壓氣槍把料吹入收集箱（收集箱會根據(jù)檢測的結(jié)果，事先確定好收集管的位置）。
圖2 設備電控配置示意圖
圖3 設備示意圖
| 分光機產(chǎn)品參數(shù) | |||
| 電性測試參數(shù) | |||
| 序號 | 測量電性參數(shù) | 測試條件范圍 | 測試分辨率 |
| 1 | 排向電壓POL | 0.001—500MA | 1mV |
| 2 | 正向電壓VF | 0.001—500MA | 1MV |
| 3 | 反向電流IR | 0.1V—20V | 0.1μA |
| 4 | 正向電流IF | 0.1V—20V | 0.01 mA |
| 5 | 反向電壓VR | 1-1000μA | 1MV |
| 光學測試參數(shù) | |||
| 序號 | 光電測試參數(shù) | 測試范圍 | 重復測試精度 |
| 1 | 色度坐標XYZ | CIE1931&1964XYZ 可見光范圍標準 | ±0.001 |
| 2 | 主波λd | 380nm-780nm | ±0.3mm |
| 3 | 峰值波長λp | 350nm-1000nm 可根據(jù)客戶要求配置 |
|
| 4 | 半波寬λd | 350nm-1000nm 可根據(jù)客戶要求配置 | ±0.5mm |
| 5 | 色純度PUR | PUR | ±0.01 |
| 6 | 光強MCD | 可見光/紅外光 | ±5% |
| 7 | 相關(guān)色溫CCT（μrd） | 1000K—40000K | ±0.8% |
| 8 | 光通量ФV（單位mlm） | 根據(jù)衰減的衰減率和積分球內(nèi)徑定 | ±0.6% |
| 主體技術(shù)參數(shù) | |||
| 分光系統(tǒng) | 自主研發(fā)，獨立知識產(chǎn)權(quán) | ||
| 分級能力 | 132BIN或264BIN | ||
| 最大產(chǎn)能 | 40Kh | ||
| 回BIN率 | ≥95% | ||
| 測試站數(shù) | 1站 | ||
| 供電電源 | AC220V 50Hz 10A | ||
| 氣壓 | 0.45-0.50Mpa | ||
| 真空來源 | 內(nèi)置進口真空泵 | ||
| 功率 | ≤2.30Kw | ||
| 外形尺寸 | 1220mm x 770mm x 1860mm | ||
| 重量 | 460Kg | ||
| *客戶希望能將最大產(chǎn)能提高到65K/h以上。 | |||
4. 伺服參數(shù)調(diào)整
A. 使用提高剛性及速度前饋版
1) 調(diào)整慣量，觀察R0.51實際慣量值
2) 提高剛性至21左右
3) 提高速度增益。速度增益與積分乘積在500~900之間。
4) 加前饋，至56%
5) 使用濾波器陷波效果比較好，但從波形上可以觀察13.3ms完成后動作后還有波動，使用高速攝像頭觀測到14ms完成但還是會有略微的抖動。
波形效果圖
B.專家調(diào)試-使用速度觀測器版
1) 先調(diào)慣量，把慣量比設定好，可以實時觀察R0.51進行調(diào)整。
2) 然后將速度環(huán)增益向上調(diào)，調(diào)至出現(xiàn)振動了,觀察轉(zhuǎn)矩波動可以得到振動頻率，使用陷波濾波器抑制。（超過1KHz以上可以把深度加深為0，Q值為1）
3) 轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定后，把速度觀測器打開。逐步提高速度觀測器增益（不振為止）。
4) 速度觀測器增益提高之后，速度環(huán)增益就可以大幅上調(diào)了，可以50Hz往上加，直至不振為止。
5) 提高了速度增益后，提高位置增益，讓最后幾個脈沖快速收尾。一般速度增益提高之后位置增益在1.5倍范圍內(nèi)提高。
部分參數(shù)
波形效果圖（滯留脈沖）
5. 項目總結(jié)
使用速度觀測器后：
- 增益得到極大提高，響應快，整定時間只有2ms；
- 噪聲減小，聲音明顯變得清脆；
- 負載率變低，電機溫度明顯下降；
- 每小時最大速度達72K（還可以更高），超過其機械速度上限；
經(jīng)過兩個多月的測試，設備運行情況良好，產(chǎn)品成品率高,設備的工作效率提高了15%。英威騰DA200伺服以其高精度、高應答、高價值的強大功能，贏得了客戶的高度認可。隨著LED市場需求的進一步加大，LED制造設備的需求量也會同比增長,英威騰伺服在分光機上的成功應用，為英威騰更多產(chǎn)品進入這個行業(yè)奠定堅實基礎。
科恩電氣
科恩眾和