单晶铜水平牵引生长设备及自动控制系统的研究

论文摘要

随着半导体,集成电路和电子元器件质量的不断取得突破,电子通信等相关产业的迅猛进步,对金属材质的要求也越来越高,单晶线材的出现和应用适应了这一趋势的发展要求,其应用和推广成为未来电子发展的必然趋势。但是由于其制造的特殊性,制造设备的研制成为推动单晶线材应用的一个重要因素。本文根据单晶铜的生长的环境要求,针对单晶铜生长的关键环节对单晶铜的设备进行了改进,使其更加有力于单晶铜的生长。并且对设备进行了自动化改造,大大提高其自动化程度。利用PID自整定技术对炉体进行温度控制,把炉温精确的控制在所需要的温度范围之内。另外,针对电阻丝加热的特点,利用PID的无超调技术解决了电阻丝加热的超调问题,大大提高了温度的精确度。整个机构采用交流伺服电机控制,并且根据牵引速度和液面高度的关系,利用插补原理,实现对牵引速度和液面高度的控制,来实现牵引系统和液面控制系统的协调运动,从而保证了制出的单晶铜线材平滑,不会出现断裂等缺陷。本系统的控制核心采用AT89C52单片机,通过对单片机的编程实现对交流伺服电机的控制,以实现两个电机的协调运动。另外,通过设计键盘和LED显示器建立了良好的人机界面,有利于对整个系统的实时控制。试验表明本系统的稳定性良好,可靠性高,操作方便,在实验室中制出了高质量的单晶铜线材。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 铜单晶线材的工业应用
• 1.2 金属单晶连铸技术的基本原理及工艺要求
• 1.3 单晶连铸法的原理及工艺特点
• 1.4 热型连铸设备的研究
• 1.5 热型连铸法及金属单晶连铸技术的应用
• 1.6 金属单晶连铸技术的研究现状及发展趋势
• 1.7 本课题的研究意义及主要内容
• 第二章 单晶铜水平牵引生长设备的研究与设计
• 2.1 总体结构的设计
• 2.2 加热炉体的设计
• 2.3 加热炉的功率计算
• 2.4 加热炉型口的设计
• 2.5 温度测量方式
• 2.6 液面高度的控制方式
• 2.7 牵引机构的结构形式
• 2.8 冷却系统的结构
• 2.9 气体保护系统结构
• 小结
• 第三章 控制系统设计
• 3.1 温度控制系统
• 3.1.1 智能温度控制器的PID自整定的过程
• 3.1.2 无超调控制方法
• 3.1.3 AL808 智能温度控制器介绍及参数设定
• 3.2 液面高度控制系统及牵引速度控制系统
• 3.2.1 AT89C52 单片机的结构
• 3.2.2 交流伺服电机及其控制原理
• 3.2.3 交流伺服电机的控制
• 3.2.4 单片机控制器的硬件设计
• 3.2.5 伺服控制的实现原理
• 3.2.6 直线插补原理
• 3.2.7 直线插补的实现
• 3.2.8 伺服电机定位脉冲控制算法
• 3.2.9 外围键盘显示方案
• 3.3 冷却系统控制
• 小结
• 第四章 设备调试及试验结果
• 4.1 设备的机械部分安装调试
• 4.2 控制系统的安装调试
• 4.3 单晶铜生长的试验过程
• 4.3.1 参数选取
• 4.3.2 试验过程
• 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文的主要贡献
• 5.2 有关工作的进一步展望
• 参考文献
• 致谢
• 学习期间的科研成果