En los equipos de clasificación y empaquetado de semiconductores de alta velocidad, el indexado de la torreta debe lograr dos objetivos simultáneamente: un tiempo de ciclo corto y una precisión de posicionamiento repetible.
Muchos ingenieros asumen inicialmente que la clave para una indexación más rápida de la torreta reside simplemente en utilizar un motor de mayor potencia. Sin embargo, en la práctica, el rendimiento del sistema de transmisión completo suele ser más importante que la potencia del motor por sí sola.
Un sistema de accionamiento de torreta convencional puede utilizar un servomotor combinado con una caja de engranajes, un acoplamiento, una correa u otros componentes de transmisión mecánica. Estos componentes pueden generar holgura, deformación elástica, fricción, errores de transmisión e inercia adicional.
Un motor de accionamiento directo adopta un enfoque diferente. Al conectar directamente el motor a la torreta, el sistema puede eliminar la necesidad de una caja reductora convencional y reducir la cantidad de componentes de transmisión mecánica entre el motor y la carga giratoria.
Combinado con un codificador de alta resolución y un servomotor de alto rendimiento, un motor de accionamiento directo para el indexado de torretas puede proporcionar una aceleración y desaceleración rápidas, un posicionamiento preciso y tiempos de estabilización cortos.
Esto hace que la tecnología de accionamiento directo sea especialmente atractiva para máquinas de clasificación de semiconductores, máquinas de unión de chips, equipos de inspección, sistemas de prueba y otras aplicaciones de automatización de alta velocidad.
Un motor de accionamiento directo es un motor diseñado para accionar una carga rotativa directamente, sin una caja reductora convencional.
En una aplicación de indexación de torreta, el rotor del motor está conectado directamente a la torreta principal:
Servoaccionamiento → Motor de accionamiento directo → Torreta
Esto es diferente de una transmisión convencional:
Servomotor → Caja de engranajes → Acoplamiento → Torreta
o:
Servomotor → Correa → Polea → Torreta
Al eliminar los componentes intermedios de la transmisión, un sistema de accionamiento directo crea una trayectoria mecánica más corta entre el motor y la carga giratoria.
Un sistema típico de indexación de torreta de alta velocidad puede incluir un motor de accionamiento directo, un codificador de alta resolución, un servomotor, un controlador de movimiento, una torreta, un mecanismo del eje Z y un sistema de visión o inspección.
El codificador mide continuamente la posición de rotación, lo que permite que el sistema de servocontrol controle la posición, la velocidad y la aceleración de la torreta mediante un sistema de retroalimentación de bucle cerrado.
Para aplicaciones rotativas, un motor de accionamiento directo también puede describirse como un motor rotativo de accionamiento directo o un motor de par DD.

La principal ventaja de un motor de accionamiento directo no es simplemente su alta potencia.
La ventaja más importante es la reducción de los componentes de transmisión mecánica entre el motor y la carga.
Una transmisión convencional puede introducir:
reacción negativa del engranaje
Cumplimiento del acoplamiento
Elasticidad del cinturón
Fricción
Error de transmisión
inercia rotacional adicional
Estos efectos cobran especial importancia cuando una torreta acelera, desacelera y cambia de dirección repetidamente.
Un motor de accionamiento directo elimina la necesidad de una caja de engranajes convencional o una transmisión por correa, lo que permite que el sistema servo controle la carga rotativa de forma más directa.
Esto puede ayudar a mejorar:
Velocidad de indexación + repetibilidad de posicionamiento + rendimiento de estabilización
al mismo tiempo.
Sin embargo, el accionamiento directo no debe interpretarse como que la máquina completa no tenga absolutamente ningún error mecánico. La excentricidad de los rodamientos, la instalación del codificador, la deformación estructural, la dilatación térmica y el ajuste del servomotor aún pueden afectar el rendimiento del posicionamiento final.
El rendimiento de la torreta no está determinado únicamente por la potencia del motor.
El ciclo de indexación real depende del sistema de movimiento completo, que incluye:
Inercia de la torreta
par motor
Aceleración y desaceleración
Retroalimentación del codificador
Ancho de banda del servo
Perfil de movimiento
Rigidez mecánica
Tiempo de asentamiento
Movimiento del eje Z
Tiempo de prueba
Número de estaciones de torretas
Por eso, seleccionar un motor de accionamiento directo de alto par no garantiza automáticamente que la torreta sea más rápida.
El ciclo general de la máquina se puede entender como:
Indexación de la torreta + Movimiento del eje Z + Tiempo de procesamiento + Sincronización
Por ejemplo, los sistemas de clasificación de semiconductores de alta velocidad pueden utilizar ciclos de indexación cortos, del orden de las decenas de milisegundos. El tiempo de ciclo real que se puede lograr depende de la inercia de la torreta, el ángulo de indexación, el par motor, el ajuste del servomotor y el tiempo de estabilización requerido.
Por lo tanto, la selección del motor siempre debe partir del perfil de movimiento completo, en lugar de basarse únicamente en la velocidad máxima o el par máximo del motor.
El indexado de la torreta es un proceso repetido de aceleración y desaceleración.
El motor debe acelerar la carga giratoria, alcanzar la posición objetivo y luego desacelerar lo suficientemente rápido para que pueda comenzar la siguiente operación.
El par de aceleración requerido se puede expresar como:
T = J × α
donde T es el par de aceleración, J es la inercia rotacional y α es la aceleración angular.
Por lo tanto, reducir la inercia rotacional innecesaria puede mejorar la respuesta dinámica.
Un motor de accionamiento directo seleccionado adecuadamente puede acelerar y desacelerar la torreta sin depender de una caja reductora mecánica.
Sin embargo, la inercia del rotor del motor es solo una parte del cálculo general.
La inercia rotacional completa debe incluir:
Motor + Torreta + Herramientas + Pieza de trabajo + Otros componentes giratorios
El motor de accionamiento directo debe proporcionar un par máximo suficiente para la aceleración requerida, manteniendo al mismo tiempo un rendimiento térmico aceptable durante el funcionamiento continuo de alto ciclo.
Un sistema convencional de motor y caja de engranajes puede introducir holgura, defectos de cumplimiento y errores de transmisión entre el motor y la torreta.
Una arquitectura de accionamiento directo simplifica el recorrido mecánico:
Motor → Torreta
Por lo tanto, el servocontrolador puede regular la carga rotativa sin una etapa de reducción convencional entre el motor y la torreta.
Esto puede resultar especialmente beneficioso para la indexación angular repetida.
Sin embargo, un motor de accionamiento directo no garantiza automáticamente una precisión de posicionamiento perfecta.
El rendimiento final del sistema depende de:
Precisión del codificador
Resolución del codificador
desviación del cojinete
Rigidez de la torreta
Expansión térmica
par motor
Vibración mecánica
Ajuste de servos
Variación de carga
Calibración y mapeo
Por lo tanto, la afirmación técnica más precisa es:
Un motor de accionamiento directo elimina la holgura asociada a la transmisión por engranajes convencional, a la vez que reduce los errores de transmisión mecánica, pero la precisión del posicionamiento final depende del sistema de movimiento completo.
Estas tres especificaciones suelen confundirse al seleccionar un motor de accionamiento directo para el indexado de torretas.
La resolución describe el incremento angular más pequeño que un codificador o sistema de movimiento puede distinguir.
Un codificador de alta resolución proporciona una medición más precisa de la posición rotatoria, pero la resolución del codificador por sí sola no determina la precisión del sistema.
La repetibilidad describe la consistencia con la que la torreta regresa a la misma posición ordenada durante movimientos repetidos.
Esto es especialmente importante para los equipos de clasificación y prueba de semiconductores, ya que la torreta puede repetir el mismo movimiento de indexación miles o millones de veces.
La precisión describe la diferencia entre la posición ordenada y la posición física real.
Por lo tanto, un sistema puede tener una resolución de codificador extremadamente alta, pero una precisión absoluta menor debido a tolerancias mecánicas, efectos térmicos, excentricidad de los rodamientos o errores de instalación.
En los sistemas de torreta de precisión, la resolución, la repetibilidad y la exactitud siempre deben evaluarse por separado.
No existe una velocidad máxima de indexación universal para un motor de accionamiento directo.
El rendimiento alcanzable depende de:
par motor
Inercia de la torreta
Ángulo de indexación
Tiempo de ciclo requerido
Perfil de aceleración
Tiempo de asentamiento
Rendimiento del codificador
servoaccionamiento
Rigidez mecánica
Por ejemplo, un movimiento de indexación de torreta de 18° que se completa en aproximadamente 20 ms requiere un motor y un diseño mecánico muy diferentes a los de un movimiento de 30° que se completa en 100 ms.
El método correcto consiste en calcular la aceleración y el par motor necesarios a partir de:
Ángulo de indexación + Tiempo de ciclo + Inercia rotacional + Perfil de movimiento
en lugar de seleccionar un motor de transmisión directa basándose únicamente en sus rpm nominales.
En los equipos de semiconductores de alta velocidad, reducir el tiempo de estabilización puede ser tan importante como aumentar la velocidad máxima de rotación.
La diferencia entre un motor de accionamiento directo y un accionamiento por engranajes convencional cobra especial importancia en aplicaciones de indexación de alto ciclo.
Por lo tanto, un motor de accionamiento directo no es automáticamente la mejor solución para todas las torretas.
Una caja de cambios puede seguir siendo útil cuando la aplicación requiere una multiplicación sustancial del par, tiene una gran inercia de carga o tiene estrictas limitaciones de coste.
La transmisión directa resulta especialmente atractiva cuando la máquina prioriza:
Indexación de alta velocidad + bajo error de transmisión + alta repetibilidad + control de movimiento flexible
Los mecanismos de indexación por leva siguen siendo una solución consolidada para el movimiento rotatorio repetitivo y se utilizan ampliamente en la automatización industrial.
Su principal ventaja reside en su simplicidad mecánica y en un perfil de movimiento predefinido.
Un motor de accionamiento directo adopta un enfoque de control de movimiento programable.
El controlador puede ajustar:
Aceleración
Desaceleración
Velocidad
Habitar
Idiota
Ángulo índice
Perfil de movimiento
Esta flexibilidad puede resultar valiosa cuando una misma máquina necesita procesar diferentes productos, configuraciones de estación o condiciones de funcionamiento.
Por lo tanto, la elección entre un motor de accionamiento directo y un sistema de indexación por leva debe basarse en:
Rendimiento + flexibilidad + requisitos de posicionamiento + mantenimiento + coste total de la máquina
en lugar de asumir que una tecnología es siempre superior.
La indexación de alta velocidad no se trata simplemente de alcanzar la posición objetivo lo más rápido posible.
La torreta también debe detenerse sin vibraciones excesivas.
Un cambio repentino en la aceleración puede generar una sacudida elevada y excitar resonancias mecánicas, aumentando el tiempo de estabilización.
Un perfil de movimiento en forma de S cambia gradualmente la aceleración y puede ayudar a reducir los golpes y las vibraciones mecánicas.
Esto es particularmente importante cuando la torreta lleva:
Paquetes de semiconductores
Boquillas de recogida y colocación
Dispositivos de inspección
Tomas de prueba
Componentes de visión
El objetivo es:
Muévete rápido → Detente suavemente → Estabilízate rápidamente
Por lo tanto, un sistema de torreta de alto rendimiento puede combinar un motor de accionamiento directo de baja inercia con un codificador de alta resolución, una sintonización optimizada del servomotor y la supresión de vibraciones.
El codificador es uno de los componentes más importantes en un sistema de indexación de accionamiento directo.
Dado que no existe una caja reductora convencional entre el motor y la carga, se puede utilizar la retroalimentación del codificador para controlar la posición de rotación de forma más directa.
Dependiendo de la aplicación, una torreta puede utilizar:
Codificadores ópticos
Codificadores magnéticos
Codificadores absolutos
Codificadores incrementales
Escalas rotativas de alta resolución
La selección del codificador debe tener en cuenta más que la resolución de bits.
Las especificaciones importantes incluyen:
Exactitud
Repetibilidad
Frecuencia de actualización
Integridad de la señal
Estabilidad térmica
Precisión de la instalación
En el caso de los equipos para semiconductores, las altas frecuencias de ciclo y los requisitos de posicionamiento a nivel micrométrico hacen que la integración mecánica y del codificador sea especialmente importante.
Una máquina clasificadora de semiconductores puede realizar varias operaciones secuenciales:
Alimentación → Indexación → Alineación → Pruebas → Inspección → Clasificación → Encintado
La torreta no puede simplemente girar lo más rápido posible.
Su movimiento debe estar sincronizado con los demás ejes de la máquina y las estaciones de proceso.
Un sistema de torreta de alta velocidad puede lograr un ciclo de indexación corto, pero la productividad total por hora (UPH) está determinada por el ciclo completo de la máquina.
Por ejemplo:
UPH = Ciclo de movimiento + Tiempo de procesamiento + Sincronización + Utilización de la máquina
Por lo tanto, un motor de accionamiento directo debe evaluarse como parte del sistema de producción completo, en lugar de como un componente aislado.
El motor puede reducir las limitaciones relacionadas con la transmisión, pero el rendimiento total aún depende del tiempo de prueba, el movimiento del eje Z, el tiempo de manipulación y la sincronización de la estación.
Este es un aspecto importante a tener en cuenta al diseñar equipos para semiconductores.
Una torreta puede lograr una excelente repetibilidad angular, mientras que la boquilla de recogida y colocación aún presenta errores de posicionamiento.
El posicionamiento de la torreta puede verse afectado por:
Retroalimentación del codificador rotatorio
Agotamiento de la torreta
Precisión de los rodamientos
Deformación estructural
Ajuste de servos
La posición de la boquilla también puede depender de:
Repetibilidad del eje Z
Instalación de boquillas
Estabilidad al vacío
Posición de la pieza de trabajo
Calibración de la visión
tolerancias mecánicas
Por lo tanto, la torreta giratoria y el mecanismo de recogida y colocación deben evaluarse y calibrarse como sistemas de movimiento independientes.
Un motor de accionamiento directo de alto rendimiento puede mejorar el rendimiento de indexación de la torreta, pero no puede garantizar de forma independiente la precisión de posicionamiento final a nivel micrométrico de la máquina completa.
Al seleccionar un motor de accionamiento directo, los ingenieros deben considerar más que el par nominal.
Determine el ángulo de indexación y el tiempo de ciclo necesarios.
Por ejemplo:
18° en 22 ms
es un requisito de movimiento muy diferente de:
30° en 100 ms.
Por lo tanto, la aceleración requerida y el par máximo pueden ser significativamente diferentes.
Calcular la carga rotativa total:
Jtotal = Jmotor + Jtorreta + Jherramientas + Jpieza
El motor de accionamiento directo debe proporcionar un par de aceleración suficiente para todo el sistema.
El par máximo determina la capacidad de aceleración dinámica.
El par continuo determina si el motor puede mantener el ciclo de funcionamiento requerido sin una carga térmica excesiva.
Seleccione el codificador según la repetibilidad, la precisión absoluta y el ancho de banda de control requeridos.
Un eje hueco grande puede simplificar:
Cableado eléctrico
Tubería neumática
Líneas de vacío
Trayectorias ópticas
Enrutamiento láser
Esto puede resultar especialmente útil en equipos compactos para la fabricación de semiconductores.
El motor de accionamiento directo y el servoaccionamiento deben evaluarse como un único sistema de movimiento.
Entre los factores importantes se incluyen:
Ancho de banda del bucle de corriente
Ancho de banda del bucle de velocidad
Tasa de actualización del bucle de posición
Interfaz del codificador
Supresión de vibraciones
Filtros de muesca
control de anticipación
Generación de perfiles de movimiento
Un servocontrolador puede anunciar un ancho de banda de bucle de velocidad de varios kHz, pero esta es una especificación del servocontrolador, no una especificación inherente a todos los motores de accionamiento directo.
El indexado de alta velocidad puede generar vibraciones cuando la estructura mecánica o el perfil de movimiento excitan una resonancia.
Los métodos de ingeniería comunes incluyen:
Un motor de accionamiento directo de baja inercia, seleccionado adecuadamente, puede reducir el par necesario para una aceleración y desaceleración rápidas.
Una torreta y una estructura de montaje rígidas pueden reducir la deformación y la vibración no deseadas.
La aceleración en curva S reduce la sacudida y el impacto mecánico.
Las ganancias del servomotor deben equilibrar la velocidad de respuesta y la estabilidad.
Los filtros de muesca pueden suprimir frecuencias de resonancia mecánica conocidas.
El control de anticipación puede reducir el error de seguimiento durante movimientos rápidos.
La retroalimentación precisa de la posición permite que el controlador del servomotor corrija continuamente la desviación de posición.
Por lo tanto, el rendimiento final en cuanto a vibraciones depende de:
Motor de accionamiento directo + codificador + estructura mecánica + servoaccionamiento + algoritmo de movimiento
Los motores de accionamiento directo se pueden utilizar en una amplia gama de aplicaciones de semiconductores y automatización de precisión.
La torreta principal hace girar los paquetes de semiconductores entre las estaciones de alimentación, prueba, inspección y clasificación.
Un motor de accionamiento directo puede permitir un indexado rápido manteniendo un posicionamiento angular repetible.
Los motores de accionamiento directo y los motores de par pueden accionar mecanismos rotativos utilizados para transferir o posicionar chips semiconductores.
El posicionamiento rotatorio de alta resolución puede utilizarse para la inspección óptica, la medición dimensional y las pruebas en múltiples estaciones.
El sistema de indexación rotativa de precisión permite posicionar dispositivos pequeños repetidamente durante las pruebas automatizadas.
Los motores de accionamiento directo pueden proporcionar indexación programable para la manipulación de componentes electrónicos de alto ciclo.
Un valor de par máximo elevado no garantiza una torreta más rápida.
En primer lugar, deben considerarse la inercia del sistema completo y la aceleración requerida.
Un codificador de alta resolución mejora la capacidad de medición, pero no elimina automáticamente el error mecánico.
La resolución, la repetibilidad y la precisión deben evaluarse por separado.
Que la torreta alcance la posición indicada no significa necesariamente que esté lista para el siguiente proceso.
Para equipos de alto rendimiento:
Tiempo de mudanza + Tiempo de asentamiento
es más significativo que simplemente pasar tiempo.
La indexación continua de alta frecuencia genera calor tanto en el motor como en la estructura mecánica circundante.
La dilatación térmica puede afectar a la precisión del posicionamiento durante ciclos de producción prolongados.
La torreta es solo una parte del equipo.
La UPH general depende de la sincronización de:
Torreta + Eje Z + Pruebas + Visión + Alimentación + Clasificación + Cinta adhesiva
Optimizar un solo eje no necesariamente aumenta el rendimiento total de la máquina.
No necesariamente para todas las aplicaciones.
Un motor de accionamiento directo resulta especialmente atractivo cuando el sistema requiere indexación de alta velocidad, bajo error de transmisión, alta repetibilidad y un mantenimiento mecánico reducido.
Una caja de cambios puede seguir siendo preferible cuando la multiplicación del par mecánico, el coste o un perfil de carga particular son más importantes.
Un motor de accionamiento directo no requiere una caja de cambios convencional ni una transmisión por correa, por lo que evita la holgura asociada a esos componentes de transmisión.
Sin embargo, el sistema completo aún puede presentar errores mecánicos causados por los cojinetes, la deformación estructural, la instalación del codificador y otros factores.
Por lo tanto, afirmar que "no hay holgura en la caja de cambios" es más preciso que afirmar que toda la máquina no tiene ningún error mecánico.
Un segundo de arco equivale a:
1/3600 grados ≈ 4,848 μrad
Para una torreta de 200 mm de diámetro, el radio es de 100 mm. A ese radio, 1 segundo de arco corresponde aproximadamente a:
0,485 μm
de desplazamiento circunferencial.
Esto ilustra por qué el posicionamiento rotatorio a nivel de segundos de arco representa un requisito de alta precisión.
Un motor de accionamiento directo está diseñado para impulsar la carga directamente, por lo que no se requiere una caja reductora convencional.
Sin embargo, el motor debe tener el tamaño adecuado para el par, la velocidad y la inercia de carga requeridos.
Los métodos típicos incluyen la selección de motores de baja inercia, un diseño mecánico rígido, perfiles de movimiento en forma de S, ganancias de servo optimizadas, filtros de muesca, compensación de prealimentación y algoritmos de supresión de vibraciones.
El indexado de la torreta es un ciclo de movimiento importante en una máquina clasificadora de alta velocidad, pero la UPH (unidades por hora) está determinada por el ciclo completo de la máquina.
El tiempo de indexación, el movimiento del eje Z, las pruebas, la inspección, la alimentación, la clasificación y otros tiempos de proceso deben estar sincronizados para lograr el rendimiento deseado.
A medida que los paquetes de semiconductores se vuelven más pequeños y los equipos automatizados avanzan hacia una mayor productividad por hora (UPH), los sistemas de movimiento de torreta deberán combinar velocidad, repetibilidad, estabilidad térmica y un control de movimiento flexible.
Es probable que la próxima generación de sistemas de torretas combine:
Motores de accionamiento directo
Codificadores absolutos de alta resolución
Servoaccionamientos de alto ancho de banda
Supresión avanzada de vibraciones
Optimización del perfil de movimiento
Calibración y mapeo en línea
Control de movimiento integrado a nivel de máquina
El objetivo no es simplemente hacer que la torreta gire más rápido.
El verdadero objetivo de la ingeniería es:
Menor tiempo de indexación + menor tiempo de estabilización + posicionamiento estable + mayor rendimiento de la máquina
Por este motivo, los motores de accionamiento directo y los motores de par DD resultan cada vez más atractivos para las máquinas de clasificación de semiconductores, los equipos de unión de chips, los sistemas de inspección y otras aplicaciones de indexación de alta velocidad.
Para los fabricantes de equipos que evalúan un motor de accionamiento directo para el indexado de torretas, el paso más importante es dimensionar el motor de acuerdo con el perfil de movimiento completo, en lugar de seleccionarlo basándose únicamente en el par máximo o la velocidad máxima.
Un sistema de motor de accionamiento directo, codificador y servomotor correctamente combinados puede reducir las etapas de transmisión mecánica innecesarias y proporcionar una base sólida para un movimiento de torreta rápido, preciso y flexible.
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