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EtherCAT同動控制 推升TFT-LCD製造生產效能

  • 林稼弘
凌華EtherCAT主站向來廣泛支援多元從端設備,利於用戶靈活選用不同馬達,無需受到特定廠牌束縛,連帶降低採購費用;綜合兩方面因素,連帶為該點燈檢測設備商創造15~30%節流效果,成效可見一斑

毫無疑問,LCD製造與相關顯示設備的製造產業前景堪稱亮麗,保守預估,2020年之前全球平板顯示器產量將是目前規模的3倍或更多,顯見成長力道強勁。

TFT-LCD製程分為陣列(Array)、組立(Cell)與模組組裝(Module Assembly)三段,先產出薄膜電晶體TFT陣列,再結合CF(彩色濾光片)基板、注入液晶、貼上偏光片,形成液晶Cell,最終與背光板、驅動IC、電路板等多種零件組合為面板。無論前中後段皆需進行缺陷檢測,譬如後段的點燈檢測作業,即是探查點缺陷、線缺陷或Mura等瑕疵的關鍵步驟。

點燈檢測機與多數TFT-LCD後段製程生產設備一樣,都有體積大、距離長等共同特徵,適合走分散式運動控制模式,以往普遍採用MNET、HSL等傳統串列式控制技術,但隨著面板尺寸不斷變大,單軸控制不再合宜,多個操作軸變成關鍵配置,這種擴展對機器控制與精度形成重大挑戰;為了解決效能不彰等等盲點,驅使設備製造商尋求新的、更強大的控制技術架構,多數業者幾經評估,皆選擇EtherCAT做為升級目標。

為求改善效率,業主紛紛轉進EtherCAT架構

以某家TFT-LCD點燈檢測設備商為例,歷時4週完成EtherCAT升級,將原本僅控制1組龍門的型態,轉換為可同步控制3組,其間同步命令的處理延遲小於1毫秒,以致生產效能明顯躍升,建置成本大幅減少;此案不論在新舊系統的轉換速度,乃至後續展現的效益,都羨煞同業,頗值得一探究竟。

凌華科技自動化事業中心市場開發經理楊家瑋指出,伴隨加工件(螢幕)尺寸愈來愈大,使TFT-LCD後段製程加工與檢測設備,開始從單驅控制模式變為龍門控制,期望藉由兩軸同動,解決單驅之下橫樑兩端受力不均的罩門,消弭原本過大的追隨誤差(高於10微米)、提高加工精度。

然而透過MNET等傳統架構執行龍門控制,仍有一些缺失。首先若以舊的串列通訊架構進行長距離傳輸,容易受到雜訊干擾;其次受限於頻寬而影響傳輸速度,連帶折損控制效能,造成產能不彰。

上述點燈檢測設備商便為了改善這些缺點,決定尋求新一代運動控制方案。其經過深入研究,深覺EtherCAT技術最有助於實現高同步控制能力,減少雜訊干擾,並可憑藉優越的傳輸頻寬大幅提升產能,此外還能從配線簡潔等各種不同面向實現節省成本綜效,更重要的,新舊系統轉換歷程並不冗長,基於這些驚喜發現,確定執行EtherCAT升級計畫。

EtherCAT實現多軸同動,生產效能激增20%

不可否認,系統換轉往往耗時費工,主要癥結在於,原本基於舊架構開發的控制程式必須打掉重練,因應新架構全盤改寫。楊家瑋說,所幸該點燈檢測設備商早先已採用凌華MNET運動控制卡,也使用凌華APS Function Library函式庫,有效提高各項軟體程式的重複利用性,如今即使轉而啟用凌華PCIe-8338(基於EtherCAT架構的運動控制卡),也不需大費周章改寫程式,使轉換歷程得以壓縮在短短4週內。

談及EtherCAT之所以能促進生產效能,除在於PCIe-8338可支援3組龍門的同步控制外,更是拜「去中間化」效應所賜。楊家瑋解釋,在MNET等串列通訊架構下,通訊卡必須結合中間的控制模組,才能控制伺服馬達,每個模組可接4個馬達,同步控制範圍就僅限於這4座馬達,舉例來說有A、B兩模組,前者接編號1~4馬達,後者接5~8馬達,用戶欲將第1號、第7號馬達形成龍門,是不可能的事,因為無法跨越模組界線;反觀EtherCAT,主從之間不必借助中間模組,所有馬達不論編號,都可兩兩構成龍門,最多允許3組(共6軸)同動。

因模組消失、加上6軸同動,用戶在開發控制程式時,便不再受到Layout或機構限制,可任意調配同動標的,順勢將以往順序式生產流程,調整為連續式流程,確保站點之間持續滾動不停歇,讓該點燈檢測設備商提高20%生產效率。

另由於控制層結構簡化,減少模組配置成本,加上凌華EtherCAT主站向來廣泛支援多元從端設備,利於用戶靈活選用不同馬達,無需受到特定廠牌束縛,連帶降低採購費用;綜合兩方面因素,連帶為該點燈檢測設備商創造15~30%節流效果,成效可見一斑。

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