森嵐科技SEMSO tech(化名，以下簡(jiǎn)稱森嵐)成立于本世紀(jì)初，是一家專注于自動(dòng)化測(cè)試解決方案的設(shè)備制造商。他們主要致力于提供自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備，包括取放、重力和SLT處理設(shè)備，以及相關(guān)的機(jī)器自動(dòng)化和數(shù)據(jù)采集服務(wù)。森嵐科技在亞洲市場(chǎng)享有盛譽(yù)，為中國(guó)大陸、臺(tái)灣和東南亞地區(qū)的50多家測(cè)試機(jī)構(gòu)提供自動(dòng)化測(cè)試解決方案。2014年，森嵐開(kāi)始研發(fā)MEMS傳感芯片測(cè)試設(shè)備。

01、MEMS傳感芯片知多少?

MEMS傳感芯片是一種采用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的微機(jī)械角速度傳感器，主要包含陀螺儀、加速度硅等用于方向感應(yīng)和重力變化的芯片。它們可以測(cè)量和感知一軸或多軸的旋轉(zhuǎn)角速度，精準(zhǔn)感測(cè)自由空間中的復(fù)雜移動(dòng)動(dòng)作。因其無(wú)須借助任何如重力或磁場(chǎng)等的外在力量，就能夠自主性的發(fā)揮其功能，所以成為追蹤物體移動(dòng)方位與旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的必要運(yùn)動(dòng)傳感器。同時(shí)，它是一種快速、精確和緊湊的微型傳感器，因此在消費(fèi)電子、汽車電子、醫(yī)療電子、工業(yè)機(jī)器人...等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

對(duì)于MEMS傳感芯片生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，需要使用高性能的芯片檢測(cè)設(shè)備，來(lái)獲得可靠的質(zhì)量數(shù)據(jù)反饋，以生產(chǎn)出品質(zhì)過(guò)硬的高精度傳感芯片產(chǎn)品。

02、設(shè)備應(yīng)用原理

平穩(wěn)精準(zhǔn) 至關(guān)重要

MEMS傳感芯片檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)類似一臺(tái)機(jī)械式的陀螺儀，其核心是一個(gè)可以在俯仰和滾動(dòng)兩個(gè)方向同時(shí)旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)。將需檢測(cè)的MEM傳感芯片置于工作臺(tái)上，使其在這兩個(gè)方向上按照預(yù)設(shè)的速度勻速旋轉(zhuǎn)，再把芯片傳感器檢測(cè)出來(lái)的速度值和工作臺(tái)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行比對(duì)分析，就可以判斷評(píng)估MEMS傳感芯片的測(cè)量精度和性能，這就是MEMS傳感芯片檢測(cè)設(shè)備的工作原理。

不難看出，工作臺(tái)在俯仰和滾動(dòng)兩個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)速度的平穩(wěn)性至關(guān)重要，它是設(shè)備檢測(cè)性能實(shí)現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定和可靠性的基礎(chǔ)，同時(shí)也影響著MEMS制造商能否生產(chǎn)出高品質(zhì)、高精度的傳感芯片。

03、機(jī)器設(shè)計(jì)需求與挑戰(zhàn)

設(shè)備革新 挑戰(zhàn)重重

森嵐科技早期的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)中高端MEMS傳感芯片測(cè)試設(shè)備，因此他們對(duì)這款檢測(cè)設(shè)備的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度的平穩(wěn)性提出了嚴(yán)格的要求，以確保設(shè)備進(jìn)行傳感芯片測(cè)試的精度和穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研與評(píng)估，他們明確提出了工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)需小于±0.1%的要求。

森嵐發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)因其速度穩(wěn)定性遠(yuǎn)低于需求指標(biāo)，完全無(wú)法用來(lái)驅(qū)動(dòng)測(cè)試工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，于是他們?cè)陧?xiàng)目初期就引入了直驅(qū)電機(jī)方案。最初，他們使用的是空心軸有框直驅(qū)電機(jī)(類似科爾摩根DDR產(chǎn)品)，經(jīng)過(guò)近兩年的開(kāi)發(fā)測(cè)試，在使用了多個(gè)品牌系列的直驅(qū)電機(jī)后，設(shè)計(jì)目標(biāo)依然無(wú)法穩(wěn)定可靠的達(dá)成。此時(shí)，森嵐團(tuán)隊(duì)注意到，這種方案有一個(gè)短板，就是直驅(qū)電機(jī)是在單側(cè)驅(qū)動(dòng)測(cè)試臺(tái)旋轉(zhuǎn)的，需要為工作臺(tái)在該電機(jī)對(duì)稱側(cè)加裝平衡配重。而對(duì)于這個(gè)配重的設(shè)計(jì)與安裝，在精度上是很難確保工作臺(tái)在正交方向旋轉(zhuǎn)速度的穩(wěn)定性。

在這種情況下，森嵐開(kāi)始考慮使用雙側(cè)內(nèi)嵌無(wú)框直驅(qū)電機(jī)的方案，以徹底解決轉(zhuǎn)臺(tái)平衡配重的問(wèn)題。

持續(xù)探索 深入分析

由于此前已經(jīng)對(duì)科爾摩根在電機(jī)設(shè)計(jì)制造及運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)能力有了一定了解。2016年，森嵐找到科爾摩根，希望能夠?yàn)檫@臺(tái)MEMS傳感芯片測(cè)試設(shè)備的開(kāi)發(fā)提供方案和建議。在經(jīng)過(guò)一番深入研究后，雙方團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，采用雙側(cè)內(nèi)嵌無(wú)框直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方案盡管能夠有效的解決轉(zhuǎn)臺(tái)平衡配重的問(wèn)題，但在開(kāi)發(fā)過(guò)程中還是會(huì)面臨眾多挑戰(zhàn)：

對(duì)于森嵐來(lái)說(shuō)，這種創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)方式，要求其設(shè)備工作臺(tái)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工上必須做到嚴(yán)格的中心對(duì)稱、平衡

對(duì)于驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)的電機(jī)來(lái)說(shuō)，兩側(cè)既互為動(dòng)力，同時(shí)也互為對(duì)方的負(fù)載，必須在質(zhì)量、慣量、速度與加速特性上做到高度的一致，才能夠確保整個(gè)測(cè)試臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度的平穩(wěn)性

由于兩臺(tái)電機(jī)安裝位置是鏡像對(duì)稱的，因此它們的旋轉(zhuǎn)方向其實(shí)是相反的，這讓驅(qū)動(dòng)器的 PID 整定變得極具挑戰(zhàn);為了節(jié)約硬件成本，森嵐希望采用一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)，這進(jìn)一步增添的驅(qū)動(dòng)器調(diào)試的難度

工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)是需要通過(guò)專用 IPC 控制，為了降低用戶設(shè)備開(kāi)發(fā)和使用的難度，還需要盡量簡(jiǎn)化控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組態(tài)、配置和編程難度，避免和減少過(guò)多的中間環(huán)節(jié)組件

04、方案與服務(wù)

量身打造 專屬定制

基于上述需求和挑戰(zhàn)，科爾摩根為森嵐提供了如下解決方案：

● 2臺(tái)2kW/12A KBM無(wú)框力矩電機(jī)，用于俯仰軸的同步旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)

● 1臺(tái)4kW/24A KBM無(wú)框力矩電機(jī)，用于滾動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)

● 2臺(tái)AKD伺服驅(qū)動(dòng)器為3臺(tái)KBM電機(jī)提供動(dòng)力，其中一臺(tái)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)同步旋轉(zhuǎn)的俯仰軸, 另一臺(tái)驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)軸

● AKD伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò) Modbus 與上位IPC控制器通訊，接收速度控制指令，為此科爾摩根還為用戶編寫了Modbus DLL直接控制指令的協(xié)議代碼。

這樣一套直驅(qū)解決方案，讓此前森嵐在設(shè)備研發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，都一一迎刃而解。

品質(zhì)服務(wù) 全面助力

另外, 科爾摩根團(tuán)隊(duì)還基于自身在運(yùn)動(dòng)控制以及電機(jī)制造行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，為設(shè)備研制和電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的整定提供了多項(xiàng)建議和改進(jìn)方案，這不僅有效的提升了設(shè)備整體性能和產(chǎn)品制造質(zhì)量，還幫助用戶提升了設(shè)備綜合研發(fā)與測(cè)試的能力。

專業(yè)技術(shù)服務(wù)包括：

● 基于應(yīng)用需求的設(shè)計(jì)選型

● 協(xié)助設(shè)定和配置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)

● 指導(dǎo)應(yīng)用軟件(Workbench)的操作使用

● 設(shè)備系統(tǒng)與產(chǎn)品的測(cè)試驗(yàn)證

● 為機(jī)械系統(tǒng)加工組裝的一致性提供建議

05、客戶收益

快速交付 品質(zhì)保障

基于出色的運(yùn)動(dòng)控制方案與服務(wù)，此款MEMS傳感芯片檢測(cè)設(shè)備在各方面都表現(xiàn)頗佳：

● 工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)的速度波動(dòng)極低，速度波動(dòng)<±0.02%(遠(yuǎn)低于預(yù)設(shè)的±0.1%)，有效的確保了MEMS傳感芯片測(cè)試的精度和穩(wěn)定性

● 設(shè)備運(yùn)行十分安靜，幾乎沒(méi)有噪音

● 整個(gè)機(jī)臺(tái)結(jié)構(gòu)更緊湊，非常美觀

這款高性能的檢測(cè)設(shè)備為制造商生產(chǎn)高品質(zhì)MEMS傳感芯片提供了有力保障。

2017年，森嵐完成這款設(shè)備的研發(fā)測(cè)試，開(kāi)始逐步投放市場(chǎng)銷售，進(jìn)入量產(chǎn)階段。目前森嵐每年都會(huì)向行業(yè)用戶交付8-10臺(tái)該款MEMS傳感芯片測(cè)試設(shè)備，這款設(shè)備在市場(chǎng)上贏得了超出其他品牌一倍(約100kUSD)的溢價(jià)，為森嵐創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

（轉(zhuǎn)載）