[发明专利]金刚线切割机的恒张力控制方法

说明书

本发明涉及切割机械设备领域，公开了一种金刚线切割机的恒张力控制方法，它以摆角误差е^θ为控制依据，控制的目标为使摆角误差е^θ为0；由前馈控制获得前馈基准角速度ω_t；由反馈控制通过PID控制算法获得角速度初始微调节量d_ω；由软限幅处理获得角速度软限幅处理微调节量d_ωL；最后将前馈控制计算出的前馈基准角速度ω_t与角速度软限幅处理微调节量d_ωL相叠加，以此获得线辊的目标角速度ω_y。该控制方法能保证金刚线走线平稳、走线张力恒定，避免出现张力波动。

技术领域

本发明涉及切割机械设备领域，具体讲是一种金刚线切割机的恒张力控制方法。

背景技术

近年来，随着科技的快速发展，对于单晶硅、多晶硅和压电陶瓷等硬脆材料的需求急速上升。而金刚线切割机作为太阳能硅片等硬脆材料的主要切削设备，由于其具备切削效率高、加工稳定性好等优点而得到越来越广泛的应用。

金刚线切割机的机架上设有一个恒张力电动机，恒张力电动机的输出轴上固定有一个摆臂，摆臂自由端经张力传感器安装有一个摆动导轮，金刚线绕过该摆动导轮且金刚线的一端与一个线辊缠绕而另一端与主动轴和从动轴缠绕成线网，上述的线辊、主动轴和从动轴均安装在机架上且线辊和主动轴均由各自的电动机驱动。

走线时，金刚线由线辊引出后绕过摆动导轮后与主动轴及从动轴缠绕，初始状态下，线辊的线速度与主动轴的线速度吻合，而恒张力电动机为摆臂提供恒定的张力，金刚线对摆动导轮产生的张力与恒张力电动机提供的反向张力正好相等，故摆臂悬停在竖直向位置，摆角θ为零，走线平稳。然而，随着走线过程的持续，线辊的半径会发生变化，如放线时线辊直径越来越小，这样，线辊的线速度与主轴的线速度势必越来越不匹配，导致走线过紧或过松、摆臂开始向左或向右摆动，走线张力也出现波动，这样容易发生金刚线断线或跳线的状况，所以需要对其进行调控。

现有技术是以张力传感器的测得的张力值作为依据，通过改变线辊的走线速度来进行调节和控制的。上述调控方式存在以下弊端：首先，金刚线具备弹性的，而摆动导轮又是被金刚线带动被动旋转的，这样，张力忽大忽小会干扰到张力传感器的检测精度，使检测结果出现波动和漂移，导致最后的测量结果不准确；而且，由于摆动导轮并不是直接与张力传感器连接，而是经过轮架间接连接，隔了一层，势必进一步降低测量结果的准确性；况且，由于走线张力不均衡，摆臂的摆角已经发生了变化，而张力传感器是以摆臂竖直状态下测量为准的，摆臂左右偏移势必导致张力受力方向发生变化，测量的张力值自然更不准确。综上，现有技术的方案以并不准确的张力值测量结果为依据进行的调控，其调控效果自然不理想，张力波动大，稳定性差，甚至影响到切割机的切割效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能保证金刚线走线平稳、走线张力恒定，避免出现张力波动的金刚线切割机的恒张力控制方法。

本发明的技术解决方案是，提供一种金刚线切割机的恒张力控制方法，其步骤包括：

a、当摆动导轮受到金刚线的走线张力与恒张力电动机提供的设定张力相等时，摆臂位于基准线上，此刻摆臂的摆角为设定摆角θ_s；而走线时摆臂的实际摆角θ_f减去设定摆角θ_s的值为摆角误差е^θ；当摆臂摆动的方向与金刚线张拉的方向相同时е^θ为正值，当摆臂摆动的方向与金刚线张拉的方向相反时е^θ为负值；以摆角误差е^θ为控制依据，控制的目标为使摆角误差е^θ为0；

b、前馈控制；

刚开始走线时，线辊的线速度与主动轴的线速度是相等的，以线辊的初始线速度为设定线速度V_r，