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研究生: 陳正昌
Cheng-Chang Chen
論文名稱: 線鋸製程用線材之複捲機研製
Design and Development of a Wire Rewinding Machine for Wire Sawing Process
指導教授: 陳炤彰
Chao-Chang Chen
口試委員: 趙崇禮
Choung-Lll Chao
蔡曜陽
Yao-Yang Tsai
陳順同
S.T. Chen
陳亮光
Liang-kuang Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 301
中文關鍵詞: 複捲機張力控制導輪磨耗線鋸加工
外文關鍵詞: Wire rewinding, Tension control, Guide wheel wear, Wire saw processing
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近年來隨著科技的發展快速,現今半導體科技產業高度自動化外,晶圓加工之線鋸機用線材之複捲裝置需求正方興未艾,傳統產業中的紡織產業自動化也在其專業領域上精進不少,不論是在各式的織造法下,其生產製造過程中紗線的張力控制成了極為重要的一環,因此兩者的應用結合可解決複捲線置相關問題。本研究主要目的是利用紡織織造製程中的張力控制、排線控制及線軸的捲繞成型原理應用於各類型晶圓加工線鋸之複捲機上。在機械設計同時考量到不同規格線軸的複捲需求,所以使整機於機構設計上有兩組捲繞模組,可以依不同的需求去定義該模組為供線端或是收線端,在捲繞模組中是分別各由兩軸所組成並依所需的繞線規格相互運作,以達到線材在分繞及複捲過程中有良好的成形品質,張力控制單元是運用荷重元 (Load Cell) 在線材施予外力時將機械力透過應變規轉換成電子訊號傳遞到控制單元,再由控制單元給予動力元件下動作命令作速度變化控制,使在繞線的過程中維持穩定的張力,張力穩定與否關係著繞線品質。本研究相關成果可供日線材之複捲製程發展,減少因繞線成形不良造成使後續線鋸切割製程時發生斷線問題,進而提高切割效率與品質。


With technology having developed rapidly in recent years and a high degree of automation used by semiconductor technology industry nowadays, demand for wire rewinding device increaser for wire sawing machine in wafer processing. Traditional textile industry has made progress incessantly in its use of automation. Tension control of yarns has become a crucial part in manufacturing process of various weaving methods.Therefore, integration of wire saw process.textile of wire rewinding can solve problems related to rewinding device. The aim of the research is to apply tension control and cable control in winding process of weaving and winding principle of wire spindle to rewinding device of wire sawing machine in wafer processing. Design of machine has taken rewinding process of wire spindle of different specifications into consideration. Consequently, mechanism design of entire machine results in two winding modules, in which each module can be either wire feed end or wire wind end depending on different demand for winding. Two beams are adopted in winding modules respectively according to specification of winding to minimize variation in length of wire in splitting and rewinding process, resulting in better quality of wire in splitting and rewinding process. A load cell is adopted in the tension unit to transform mechanical force from wire to electrical signal which is transmitted to control unit. Control unit then gives action commands to power element to control change in velocity to maintain constant tension required in winding process which affects quality of winding. Result of this research can benefit the development in wire rewinding, alleviating problem of wire breaks in wire saw processing due to forming deficiency of wire in rewinding and enhancing the efficiency and quality of sawing.

摘  要 I ABSTRACT II 致  謝 III 目  錄 IV 符號索引 VIII 圖表索引 X 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究目的 4 1.3 研究方法 7 1.4 論文架構 8 第二章 文獻回顧 10 2.1 線鋸加工製程文獻 10 2.2 金屬線之捲繞應用文獻 13 2.3 紡織產業繞線應用文獻 16 2.4 張力控制模式相關文獻 18 2.5 材料磨耗應用文獻 20 2.6 文獻回顧總結 24 第三章 繞線應用模組 30 3.1 金屬繞線應用 32 3.1.1 平行繞線機 33 3.1.2 環形繞線機 37 3.1.3 定子繞線機 41 3.1.4 轉子繞線機 44 3.2 纖維繞線應用 46 3.2.1 絡筒製程 48 3.2.2 整經製程 53 3.2.3 漿紗製程 59 3.2.4 複合長繊纏繞應用 64 3.3 張力裝置元件應用 66 3.3.1 被動式張力裝置 68 3.3.2 主動式張力裝置 73 第四章 複捲機設計與製作 84 4.1 設計與製作流程 85 4.2 開發軟體介紹 87 4.2.1 Solidworks 3D機械設計軟體 87 4.2.2 Windows embedded standard作業軟體 88 4.2.3 Visual Basic 程式語言 89 4.2.4 Mselect3130 馬達選型軟體 90 4.2.5 PANATERM調機軟體 94 4.3 技術零件選用與設計 95 4.3.1 AC伺服馬達選用與計算 95 4.3.2 滾珠螺桿選用 107 4.3.3 線性滑軌選用 112 4.3.4 減速機選用 115 4.3.5 IPC與運動控制卡架構 117 4.3.6 感測元件選用及應用 119 4.3.7 張力元件選用與應用 126 4.3.8 導輪材質選用 127 4.4 複捲機功能目標 135 4.4.1 複捲機設計架構 135 4.4.2 複捲機繞線模式 145 4.4.3 複捲機整體規格 152 第五章 實驗規劃與設備 154 5.1 實驗耗材 154 5.1.1 線鋸製程用切割線 154 5.1.2 聚胺酯漆包銅線 155 5.1.3 尼龍線 156 5.1.4 樣品線軸 157 5.2 實驗設備 159 5.2.1 複捲機 159 5.2.2 光學影像量測儀 161 5.3 實驗規劃 163 5.3.1 實驗流程規劃 163 5.3.2 排線理論 166 5.3.3 樣品線軸繞線測試 176 5.3.4 分繞模式測試 183 5.3.5 複捲繞模式(一)測試 186 5.3.6 複捲繞模式(二)測試 189 第六章 實驗結果與討論 192 6.1 聚胺酯漆包銅線繞線結果 192 6.2 尼龍線繞線結果 194 6.3 樣品線軸繞線測試結果 196 6.3.1 琴鋼線繞線測試結果 196 6.3.2 鑽石線鋸繞線測試結果 201 6.4 綜合討論 206 第七章 結論與建議 212 7.1 結論 212 7.2 建議 213 參考文獻 214 附錄A. 複捲機各模組爆炸圖及BOM 219 附錄B. 各軸馬達規格選型計算 245 附錄C. 複捲機操作介面及說明 255 附錄D. 樣品測試成品圖 261 作者簡介 269

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