[Zusammenfassung] Dieser Artikel behandelt hauptsächlich die Anwendung des Positioniermoduls eines Servosystems in Kombination mit einem Bildverarbeitungssystem in einem hochpräzisen und schnellen Positioniersystem. Er beschreibt außerdem detailliert den Systemaufbau und das Funktionsprinzip. Schlüsselwörter: Servosystem, SPS, Mensch-Maschine-Schnittstelle, Positioniermodul, TFT, CCD . I. Überblick: Mit der Entwicklung der modernen Industrie steigen die Anforderungen an die Präzision in der Produktfertigung und -verarbeitung stetig an, insbesondere in der Elektronikindustrie. Im modernen Alltag werden viele Unterhaltungselektronikprodukte sehr schnell aktualisiert, mit sehr kurzen Forschungs-, Entwicklungs- und Produktionszyklen. Daher ist der Produktionsprozess von besonderer Bedeutung und stellt immer höhere Anforderungen an die Produktionsanlagen. Produktionsanlagen müssen sich an die Herstellung verschiedener Produkte, insbesondere neuer Produkte, anpassen und gleichzeitig die Produktpräzision gewährleisten. In der TFT-Produktion erfolgt nach dem Bedrucken des Substrats und anderen Prozessen der sogenannte Substratschnitt. Da der vorherige Produktionsprozess ein relativ großes Substrat umfasst, kann dieses je nach Verwendungszweck des Panels aus vielen kleineren Substraten bestehen. Beispielsweise besteht ein einzelnes großes Substrat in der aktuellen Produktion von Handy-Panels je nach Größe des Panels aus 30 bis 104 kleineren Substraten (siehe Abbildung 1). Nach dem Schneiden entstehen daraus einzelne kleinere Substrate (siehe Abbildung 2). Abbildung 2 zeigt, dass das Substrat aus zwei Glasschichten mit dazwischenliegender Leiterbahn besteht. Beim Schneiden werden die Schichten nicht vertikal, sondern stufenförmig ausgerichtet. Die Leiterbahnanschlüsse befinden sich an Punkt A auf der TFT-Oberfläche und dürfen beim Schneiden nicht beschädigt werden. Wie in Abbildung 3 dargestellt, muss die Genauigkeit aller fünf Dimensionen im AF-Verfahren ±0,1 mm betragen, und nach dem Schneiden dürfen keine Grate an der Substratkante vorhanden sein. Dies erfordert eine sorgfältige Kontrolle von Druck und Schnitttiefe während des Schneidprozesses. Je nach Glasmaterial müssen unterschiedliche Druck- und Schnitttiefen eingestellt werden. Auch die einzelnen Schneidschritte sind entscheidend. Die üblicherweise verwendeten Arbeitsschritte sind: ① CF-Seitenschnitt, ② TFT-Seitenschnitt, ③ TFT-Seitenschnitt, ④ CF-Seitenschnitt. Moderne Anreißgeräte verwenden mehrere Klingen (früher Einzelklingenbetrieb), typischerweise 5–7 Klingen. Dieses System verwendet 5 Klingen. Schnitttiefe und seitliche Bewegung werden durch ein Servosystem gesteuert, und die hohe Bewegungsgeschwindigkeit steigert die Arbeitseffizienz erheblich. II. 2.1 Systemhardware-Zusammensetzung. Abbildung 3 zeigt das Schaltbild des gesamten Steuerungssystems. Dieses System verwendet eine Q06H-CPU als Steuereinheit, QD75D4 und QD75D2 als Positioniereinheiten des Servosystems sowie zwei QJ74C24-Kommunikationsmodule. Eines ist mit der Mensch-Maschine-Schnittstelle (A970GOT) und das andere mit dem Bildverarbeitungssystem verbunden. Das Bildverarbeitungssystem dient hauptsächlich der Identifizierung von Markierungspunkten und der anschließenden Berechnung eines Abweichungskorrekturwerts. Die an die QJ74C24 angeschlossene PC1-Maschine dient der Einstellung der mechanischen und Arbeitsparameter des Systems sowie der Programmierung des Abschneidevorgangs. Die Kommunikation zwischen PC1 und der SPS erfolgt über spezielle Kommunikationssoftware. Das System arbeitet mit einem Abweichungskorrekturverfahren. Bei einem neuen Produkt müssen zunächst die Markierungspunkte identifiziert und registriert werden. Die Form der Markierungspunkte ist beliebig, üblicherweise wird jedoch ein Kreuz als Markierung verwendet (siehe Abbildung 4). Dies ist der Prozess der Markierungspunkterkennung durch das Bildverarbeitungssystem. Nach der Erkennung wird ein Abweichungskorrekturwert generiert und die Referenzposition anhand dieses Wertes berechnet. 2.2 Software-Design: Das System verwendet die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) A970GOT, die eine zentrale Rolle spielt und durch kein anderes Gerät ersetzt werden kann. Die HMI besteht aus 218 Bildschirmen, die im Wesentlichen in zwei Bereiche unterteilt sind: den Hauptbildschirm für die normale Bedienung und einen speziellen Funktionsbildschirm, der nur Ingenieuren zugänglich ist. Die Parameter dieses Funktionsbildschirms beeinflussen den normalen Betrieb der Anlage direkt. Abbildung 6 zeigt die Struktur des Bildschirms für spezielle Funktionen, der sich hauptsächlich auf die Parametereinstellungen konzentriert. Hier werden insbesondere die Parametereinstellungen für die Achsenposition erläutert. Das wichtigste Element dieses Systems ist das Servosystem, das die Systemgenauigkeit gewährleistet. Die Parameter- und Dateneinstellungen des Servosystems sind sehr komplex. Abbildung 6 zeigt die grundlegende Struktur der Parametereinstellungen des Servosystems. Zu den Basisparametern gehören Einheiteneinstellungen, äquivalente Bewegung pro Impuls, Impulsausgabemodus, Drehrichtung, Geschwindigkeitsbegrenzung, Beschleunigungs-/Verzögerungszeit und Motorauswahl. Detaillierte Einstellungen umfassen neben den oben beschriebenen auch Einstellungen für weitere Funktionen wie M-Code-Abrufmodus, Geschwindigkeitsmodus, JOG-Betrieb, manuelle Impulsauswahl und Bogenfehlerkorrektur. Die Parametereinstellungen für die Nullpunktrücksetzung umfassen die Rücksetzmethode, die Richtung, die Nullpunktadresse und die Geschwindigkeit. Positionsdaten beziehen sich auf die erforderlichen Systembetriebsabläufe und -daten. Das Servosystem arbeitet primär mit den Adressen interner Register, die in Parameterbereich, Überwachungsbereich, Steuerdatenbereich, Positionsdatenbereich, SPS-CPU-Speicherbereich und Blockübertragungsbereich unterteilt sind. Die Positionseinstellungen (QD75) in Abbildung 5 umfassen im Wesentlichen die Festlegung grundlegender Positionsdaten, darunter Positionskennung, M-Code, Anweisungsgeschwindigkeit, Positionsadresse/Bewegungsbetrag, plötzliche Stoppverzögerung und Bogenadresse. Jede Achse verfügt über 30 Positionseinstellungen und passt sich so effektiv an unterschiedliche Substratbearbeitungskomplexitäten an. In der HMI-Software werden die Positionsdatenparameter des Servosystems direkt auf dem Bildschirm angezeigt, was eine effiziente Systemanpassung und -änderung ermöglicht. Neben den oben genannten Daten existieren zahlreiche weitere positionierungsbezogene Parametereinstellungen, die hier nicht aufgeführt werden. Es handelt sich um ein sehr komplexes System. 2.3 Funktionsprinzip des Systems: Nach der Festlegung der mechanischen Parameter wird das System zunächst anhand der Ritzdaten des Substrats programmiert, um die Ritzdaten, die Markierungspunktdaten, die Anzahl der verwendeten Klingen, den Anpressdruck jeder Klinge pro Linie, die Anzahl der Ritzdurchgänge usw. zu bestimmen. Diese Parameter werden mithilfe einer speziellen Software bearbeitet. Anschließend werden die Daten über PC1 an die SPS-CPU übermittelt. Nach Abschluss der Datenbearbeitung generiert die Software automatisch eine Schnittsimulation, um die für die einzelnen Schritte der Substratritzung benötigten Schneidwerkzeuge zu bestimmen. Nach Abschluss dieser Schritte wird das Substrat für die Testritzung eingelegt. Drücken Sie nach dem Einlegen des Substrats gemäß den Systemeinstellungen die Starttaste. Die Substratplattform sendet das Substrat automatisch an den CCD-Sensor des Bildverarbeitungssystems. Die Anzeige auf dem Monitor entspricht Abbildung 4. Es kann zu Abweichungen zwischen der Markierungserkennung und den Systemeinstellungen kommen. Das System korrigiert diese Abweichung. Der Korrekturprozess ist in Abbildung 7 dargestellt. Am Beispiel des ersten Schneidwerkzeugs wird der Abstand D1 in X-Richtung zwischen dem Ursprung des Schneidwerkzeugs 1 und dem Ursprung des CCD-Sensors im System auf einen bestimmten Wert eingestellt. Der Abstand D2 zwischen Schneidwerkzeug 1 und dessen Ursprung wird während der Programmierung generiert und hat ebenfalls einen bestimmten Wert. Der Abstand D3 zwischen dem Ursprung des CCD-Sensors und dem aktuellen CCD-Sensor ist ein Markierungskoordinatenwert, der während der Programmierung festgelegt wird. D3 ist die Markierungskoordinate des Substrats in X-Richtung. D4 ist der Abstand in X-Richtung zwischen dem Markierungspunkt und der ersten von Werkzeug 1 auf dem Substrat erzeugten Linie. Im Idealfall hat dieser Abstand einen festen Wert. Daraus ergibt sich D1 + D2 = D3 + D4, wobei D1 und D2 feste Werte sind. Angenommen, D5 ist die dynamische Koordinate des vom CCD-Sensor erfassten Markierungspunkts und die Abweichungskorrektur beträgt Δd, dann gilt D5 = D3 ± Δd. Im Idealfall entspricht die X-Koordinate des vom CCD-Sensor erfassten Markierungspunkts exakt D3, d. h. D5 = D3. Da sich die Position jedes Substrats während der Platzierung jedoch ändert, entsteht eine Abweichung von Δd. Basierend auf Δd beträgt der Abstand, der nach jedem vom CCD-Sensor erfassten Markierungspunkt in Richtung Werkzeug 1 zurückgelegt wird, D4 ± Δd. Dies ist die Abweichungskorrektur. Das Prinzip ist für die anderen Werkzeuge analog. Beim Ablenken und Ritzen werden die Koordinaten anhand der ersten Markierungserkennung durch den CCD bestimmt. Nach dem Ritzen der TFT-Oberfläche wird die CF-Oberfläche von der TFT-Oberfläche abgetrennt. Anschließend wird die CF-Oberfläche geritzt und danach die TFT-Oberfläche von der CF-Oberfläche abgetrennt. Damit ist das Ritzen des Substrats abgeschlossen. III. Technische Leistungsmerkmale und Eigenschaften 1. Das System verfügt über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, was die Systemverdrahtung einfach und übersichtlich macht. 2. Das System verwendet die Servopositioniereinheit der Serie QD75 und erreicht eine Genauigkeit von 0,01 µm. 3. Das Servosystem bietet sowohl Open-Collector- als auch Differenzialausgangsmodi, die je nach Anwendungsanforderung ausgewählt werden können. 4. Das System zeichnet sich durch einen großen Positionierbereich aus, dessen Einheiten in µm, Zoll und Grad konfigurierbar sind. Das Steuerungssystem ist vielseitig und unterstützt PTP-Steuerung, Nachführsteuerung, Geschwindigkeitssteuerung, Geschwindigkeits-Positions-Steuerung und Positions-Geschwindigkeits-Steuerung. Je nach Systembedarf können verschiedene Steuerungssysteme ausgewählt werden. Zusätzlich bietet es eine Kreisinterpolation. 5. Die kurze Reaktionszeit des Systems reduziert das Risiko von Asynchronität. 6. Das System nutzt ein Bildverarbeitungssystem, das die Genauigkeit erhöht. Bei weniger anspruchsvollen Anwendungen kann das Bildverarbeitungssystem im Betrieb deaktiviert werden, was Zeit spart und die Effizienz steigert. 7. Dieses System verwendet einen Mehrblatt-Betriebsmodus, der die Effizienz deutlich verbessert, aber die Komplexität des Designs erhöht. 8. Darüber hinaus verfügt die Servopositioniereinheit der QD75-Serie über eine Vorlese-Startfunktion, die die Startzeit der Positionierung verkürzt und eine schnelle Positionierung für verschiedene Anwendungen gewährleistet. Für die Positioniereinheiten der QD75-Serie wurde eine spezielle Setup-/Überwachungssoftware – QP (GX-Configurator) – entwickelt, die die Einstellung der Positionierungsparameter, die Generierung der Positionierungsdaten und die Überwachung vereinfacht. IV. Fazit: Dieses System ist ein relativ komplexes System mit hohen Anforderungen an die Positionierung. Seine Hauptkomponente ist das Servosystem. Die Programmierung des Servosystems und der SPS ist recht komplex. Nach der Fertigstellung des Systems ist es jedoch für die Bediener sehr einfach zu handhaben.