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　　近年來國家對半導體行業關鍵技術攻堅的扶持，以及下游晶圓廠產能的上升，推動國產半導體測試設備的需求越來越大，預計中國半導體測試設備國產化率將于2027年達到47%，市場規模預計將達到千億級人民幣。本篇通過介紹XPCIE1032H運動控制卡在轉塔測試分選編帶設備的應用，讓大家進一步了解正運動技術XPCIE1032H超高速實時運動控制卡的性能特點。

　　文/深圳市正運動技術有限公司

　　1 市場應用背景

　　隨著智能制造和客戶需求的不斷提升，單一測量很難滿足用戶的基本測量要求，更多的企業客戶要求將多個測量功能分模塊安裝和調用，將整個系統打造成多功能平臺，提高使用效率，增強技術復用性，滿足多功能的測量要求。

　　半導體IC、LED測試分選檢測設備在半導體測試設備市場需求中占據了相當大的份額，其中半導體測試分選設備分為重力式、平移式、轉塔式三種類型。重力式結構簡單，適合體積較大、測試時間一般的傳統類型封裝形式;平移式采用機械臂運輸芯片，適合幾乎所有類型的封裝，在測試時間較長或先進封裝情況下優勢明顯;轉塔式適合體積小、重量小、測試時間短的芯片，測試速度最快。

　　轉塔式測試分選機以其高效自動化、高精度、靈活性、穩定性、占地面積小、維護方便以及擴展性強等優勢，占據了分選機市場的40%以上的市場份額，主要用于表面貼裝半導體器件、LED行業生產后道的工序，能全自動完成器件的電參數測試、分類甄選儲存、激光打印標識、標識檢測、外形尺寸檢測及編帶包裝輸出等，高速且穩定，非常受市場的青睞。

　　2 XPCIE1032H運動控制卡在轉塔測試分選編帶設備的應用對比傳統方案

　　(1)傳統控制系統方案

　　①傳統轉塔測試分選編帶設備的控制系統方案，以PLC+觸摸屏+工控機+機器視覺為控制核心(圖1)。針對控制復雜的多工位自動化設備，PLC調試和PC調試分了兩個不同的顯示屏，調試切換麻煩;PLC受其掃描周期限制響應時間較長，與PC通訊數據交互速率慢，導致設備產能較低。

　　圖1

　　②隨著對產能要求的提高，采用PCI運動控制卡+工控機+機器視覺的方案成為了主流(圖2)。工控機+運動控制卡實現伺服、氣缸以及外設信號等的采集與控制，與測試機系統、打標機系統、圖像檢測系統等在PC內部通過PCI接口通訊，數據交互快，調試簡單，UPH提升至40-48Kpcs/小時。

　　圖2

　　(2)正運動技術解決方案

　　為了更高提升產能，應對市場需求，正運動技術以工控機+XPCIE1032超高速實時運動控制卡+機器視覺為核心的方案更具競爭力(圖3)。

　　XPCIE1032超高速實時運動控制卡，采用Windows運動控制實時內核的方式，把運動控制+IO等的處理，放到工控機CPU的核內執行，與PC內部的測試機系統、打標機系統、圖像檢測系統等數據實現了CPU內存交互，交互速度比傳統的PCI/PCIE運動控制卡交互速度快10倍以上，比PLC網口數據交互快50~100倍以上，將轉塔測試分選編帶設備的產能提升至53Kpcs/小時，整體效率提升6%~20%以上。

　　圖3

　　①核心優勢一：Windows運動控制實時內核(圖4)

　　圖4 Windows運動控制實時內核結構示意圖

　　通過C#、C++等不同的PC開發方式，測試數據與傳統的PCI/PCIe、PLC網口通訊速度對比如表1所示。

　　表1 測試數據比較

　　②核心優勢二：視覺飛拍(圖5)

　　圖5 多工位多通道視覺飛拍

　　通過XPCIE1032H高速硬件位置比較輸出，在視覺定位檢測時可實現多工位同時視覺飛拍，相比傳統的運行到拍照位停下來拍照，可縮短機臺運行CT，提升設備的整體產能。

　　3 XPCIE1032H運動控制卡產品介紹(圖6)

　　圖6 XPCIE1032H產品圖

　　XPCIE1032H產品硬件性能特點如下：

　　(1)6-64軸EtherCAT總線+脈沖可選，其中4路單端500KHz脈沖輸出;

　　(2)32軸EtherCAT同步周期500us，支持多卡聯動;

　　(3)板載16點通用輸入，16點通用輸出，其中8路高速輸入和16路高速輸出;

　　(4)支持PWM輸出、精準輸出、PSO硬件位置比較輸出、視覺飛拍等;

　　(5)支持直線插補、圓弧插補、連續軌跡加工(速度前瞻);

　　(6)支持電子凸輪、電子齒輪、位置鎖存、同步跟隨、虛擬軸、螺距補償等功能;

　　(7)支持30+機械手模型正逆解模型算法，比如SCARA、Delta、UVW、4軸/5軸 RTCP......

　　4 XPCIE1032H運動控制卡在轉塔測試分選編帶設備上的方案

　　(1) XPCIE1032H轉塔測試分選編帶解決方案

　　轉塔測試分選編帶設備的工作原理為控制DD馬達的轉塔高速旋轉，同時轉塔上獨立運作的吸嘴精準上下移動，包含：1-6個測試位用來電性能、極性等測試、1-2個旋轉糾偏位用于糾正姿態、1-3個剔除廢料位用于次品分選、1-2個激光打標位、1-4個預留位、1-2個編帶包裝位等。

　　圖7 XPCIE1032H轉塔測試分選解決方案

　　l EtherCAT口：連接DD馬達和其他伺服驅動器，控制轉塔和吸嘴等運動;同時擴展EtherCAT IO模塊;

　　l IO輸入：連接傳感器、開關輸入等信號;

　　l IO輸出：連接電磁閥吸取、吹氣和視覺飛拍等信號。

　　(2)控制流程

　　①上料： 通過振動盤或者料盤機構將離散的產品送料到主電機轉塔盤，吸住產品并轉動到下一個工位，同時上料工位上料新的一個芯片;

　　②方向判斷和旋轉： 視覺處理，對轉盤吸嘴上的產品進行位置矯正;

　　③電性能測試：通過測試基座和測試機測試產品的電性能;

　　④打標：在產品表面打上商標或者二維碼;

　　⑤圖像檢測(2D/3D)：檢測產品的商標、外觀、引腳等是否達到質量要求;

　　⑥編帶：把檢測合格的產品按一定的數量編帶入料管中;

　　⑦分類回收：根據經過測試處理后的產品信息，按系統生產設置將產品進行分類處理。

　　圖8 轉塔測試分選編帶運行界面

　　(3)硬件選型配置如表2所示。

　　5 XPCIE1032H運動控制卡在轉塔測試分選編帶設備上的應用優勢

　　l 支持多種上位機語言開發，所有系列產品均可調用同一套API函數，讓用戶開發更靈活;

　　l 解決傳統PCI/PCIE運動控制卡在Windows環境下控制系統的非實時性問題，設備運行更高效穩定;

　　l 借助核內交互，指令響應時間快至微秒級，比傳統PCI/PCIE快10倍，提升設備產品;

　　l 16路獨立的硬件位置比較輸出，可實現多工位同時視覺飛拍，縮短機臺CT;

　　l 提供高速輸入接口，便于實現位置鎖存;

　　l 設備UPH提升至53K，整體生產效率比傳統方案提升10%+以上。