Implementation of Enhanced Throughput Module (ETM) to improve machine throughput 使用 ETM 模組大幅度提升機台產能

By Jerry Lin
Aerotech Taiwan

由於消費性電子的巨大需求,電子設備製造商的重要任務,是持續提升機台的產能極限。每次新的開發專案,新的製程設備的UPH總會是設備商最大的關注之一。於本文中,Aerotech使用產能擴充模組(ETM)來實際上降低位移整定時間,在不改變機台結構,不改變底座設計的前提下,提升機台的產能。

簡介

Aerotech 的ETM模組可用來降低位點對點位移的移整定時間,主要的設計理念,在於提升既有機台與新機的產能。降低不期待的機台骨架晃動效應。提升位移整定時間與軌跡性能。

ETM 可以用來提升高動態系統的定位性能。其直接量測不期待的底座晃動,並將類比電壓訊號回傳至Aeortech控制器。此功能包含套裝軟體與硬體裝置,可以直接量測量測並且補償軸移動時產生的低頻的底座晃動。

不期待的底座晃動主要會在加減速時產生,例如,平台受到外部作用力,而平台對於機台底座注入反作用力。在這個例子中,機台底座將會產生一個來回震動的效應,可能會達到數毫秒的長度。高性能或者高動態運動時,控制器將會需要等待這個晃動的收斂整定,以進行下一段製程動作。最好的解決方法,是將機台底座進行最佳化,然而,在許多例子中,ETM可以加裝在既有機台內,在不改變底座設計的前提下,提升機台的產能。

ETM的安裝

ETM的硬體包含二種形式:ETM-HD用於超高解析度系統,而ETM-SD用於一般解析度系統。ETM需要安裝於平台的移動方向上,但不需要跟移動軸做任何超精密對齊。使用者可以使用軟體調整ETM的增益值以補償與移動軸成夾角的現象。

感測器的顯示


ETM Figure 1

圖一. ETM感測器的顯示

ETM上有藍色的LED顯示,越高的底座晃動會有越高的顯示,每次增加25%,從0% 一直增加至 100%。

啟用ETM

本實驗的架設方法使用精密線性馬達移動平台,安裝於花崗岩底座。平台移動20 mm,速度為282mm/sec。位移整定時間的目標為210 ms。整定區間設定為0.5um,並且需要維持至少5 msec才可稱為整定。隨後將位置命令,位置誤差,速度命令做圖。

ETM Figure 2_processed

圖二. 不期待的底座晃動影響整定時間

位移整定測試(不開啟ETM演算法)

於圖2中,一組線性馬達X軸移動20 mm,速度為282mm/sec,設定"條件式做圖"以顯示若誤差大於0.5um就以不同顏色做圖。在軸完成運動後,藍色顏色顯示位置誤差大於0.5um,整體位移整定時間為340ms。

放大移動完畢後的區塊,使用滑鼠游標來量測峰值對峰值的一個週期位置誤差,量測出來判斷為機台機架的38Hz晃動。(如圖三)

ETM Figure 3

圖三. 機台機架的38Hz晃動

位移整定測試(開啟ETM演算法)

開啟ETM演算法後,使用X軸進行一個完全相同的位移,查閱新的量測圖面,新的位移整定時間為202 ms,需要注意的,是類比輸入端的讀值沒有改變,也代表著ETM演算法並沒有實際上降低底座晃動,但是這個演算法提升了位移平台追蹤這個晃動的能力。

ETM Figure 4

圖四. 開啟 ETM 演算法

比較這兩張圖的結果,在這個實驗中,位移整定時間從原先的340 ms直接降低至202 ms。

常見的ETM應用範圍

ETM 在許多半導體設備,精密加工,精密組裝設備,雷射微細加工設備等都有被使用到,ETM可以用於提升動態性能與降低軌跡誤差。

ETM Figure 5

圖五, 範例為HermeSys 雷射密封焊接系統整合ETM模組

 

ETM Figure 6

圖六, 範例為AGS15000高性能雙驅動線性馬達龍門系統整合ETM模組

總結

Aerotech 的ETM模組提供了一種低成本,但極高性能的解決方,可以針對新開發機台或既有機台的產能進行提升,其安裝簡易與不需要改變機台硬體的特色,在市場上具有極大的特殊性。歡迎聯絡你的當地Aerotech業務窗口以了解如何使用ETM模組來提升機台的生產效率