森岚科技SEMSO tech(化名，以下简称森岚)成立于本世纪初，是一家专注于自动化测试解决方案的设备制造商。他们主要致力于提供自动化测试设备，包括取放、重力和SLT处理设备，以及相关的机器自动化和数据采集服务。森岚科技在亚洲市场享有盛誉，为中国大陆、台湾和东南亚地区的50多家测试机构提供自动化测试解决方案。2014年，森岚开始研发MEMS传感芯片测试设备。

01、MEMS传感芯片知多少?

MEMS传感芯片是一种采用微机电系统(MEMS)技术实现的微机械角速度传感器，主要包含陀螺仪、加速度硅等用于方向感应和重力变化的芯片。它们可以测量和感知一轴或多轴的旋转角速度，精准感测自由空间中的复杂移动动作。因其无须借助任何如重力或磁场等的外在力量，就能够自主性的发挥其功能，所以成为追踪物体移动方位与旋转动作的必要运动传感器。同时，它是一种快速、精确和紧凑的微型传感器，因此在消费电子、汽车电子、医疗电子、工业机器人...等领域有着广泛的应用。

对于MEMS传感芯片生产商来说，需要使用高性能的芯片检测设备，来获得可靠的质量数据反馈，以生产出品质过硬的高精度传感芯片产品。

02、设备应用原理

平稳精准 至关重要

MEMS传感芯片检测设备的结构类似一台机械式的陀螺仪，其核心是一个可以在俯仰和滚动两个方向同时旋转的工作台。将需检测的MEM传感芯片置于工作台上，使其在这两个方向上按照预设的速度匀速旋转，再把芯片传感器检测出来的速度值和工作台的实际旋转速度进行比对分析，就可以判断评估MEMS传感芯片的测量精度和性能，这就是MEMS传感芯片检测设备的工作原理。

不难看出，工作台在俯仰和滚动两个方向上旋转速度的平稳性至关重要，它是设备检测性能实现高精度、高稳定和可靠性的基础，同时也影响着MEMS制造商能否生产出高品质、高精度的传感芯片。

03、机器设计需求与挑战

设备革新 挑战重重

森岚科技早期的目标是开发中高端MEMS传感芯片测试设备，因此他们对这款检测设备的工作台旋转速度的平稳性提出了严格的要求，以确保设备进行传感芯片测试的精度和稳定性。经过市场调研与评估，他们明确提出了工作台旋转速度的波动需小于±0.1%的要求。

森岚发现，传统的旋转伺服电机因其速度稳定性远低于需求指标，完全无法用来驱动测试工作台旋转，于是他们在项目初期就引入了直驱电机方案。最初，他们使用的是空心轴有框直驱电机(类似科尔摩根DDR产品)，经过近两年的开发测试，在使用了多个品牌系列的直驱电机后，设计目标依然无法稳定可靠的达成。此时，森岚团队注意到，这种方案有一个短板，就是直驱电机是在单侧驱动测试台旋转的，需要为工作台在该电机对称侧加装平衡配重。而对于这个配重的设计与安装，在精度上是很难确保工作台在正交方向旋转速度的稳定性。

在这种情况下，森岚开始考虑使用双侧内嵌无框直驱电机的方案，以彻底解决转台平衡配重的问题。

持续探索 深入分析

由于此前已经对科尔摩根在电机设计制造及运动控制领域的专业技术能力有了一定了解。2016年，森岚找到科尔摩根，希望能够为这台MEMS传感芯片测试设备的开发提供方案和建议。在经过一番深入研究后，双方团队意识到，采用双侧内嵌无框直驱电机驱动的方案尽管能够有效的解决转台平衡配重的问题，但在开发过程中还是会面临众多挑战：

对于森岚来说，这种创新的驱动方式，要求其设备工作台在结构设计和加工上必须做到严格的中心对称、平衡

对于驱动工作台旋转的电机来说，两侧既互为动力，同时也互为对方的负载，必须在质量、惯量、速度与加速特性上做到高度的一致，才能够确保整个测试台旋转速度的平稳性

由于两台电机安装位置是镜像对称的，因此它们的旋转方向其实是相反的，这让驱动器的 PID 整定变得极具挑战;为了节约硬件成本，森岚希望采用一台驱动器驱动两台电机，这进一步增添的驱动器调试的难度

工作台的驱动是需要通过专用 IPC 控制，为了降低用户设备开发和使用的难度，还需要尽量简化控制和驱动系统的组态、配置和编程难度，避免和减少过多的中间环节组件

04、方案与服务

量身打造 专属定制

基于上述需求和挑战，科尔摩根为森岚提供了如下解决方案：

● 2台2kW/12A KBM无框力矩电机，用于俯仰轴的同步旋转驱动

● 1台4kW/24A KBM无框力矩电机，用于滚动轴的旋转驱动

● 2台AKD伺服驱动器为3台KBM电机提供动力，其中一台同时驱动两台同步旋转的俯仰轴, 另一台驱动滚动轴

● AKD伺服驱动器通过 Modbus 与上位IPC控制器通讯，接收速度控制指令，为此科尔摩根还为用户编写了Modbus DLL直接控制指令的协议代码。

这样一套直驱解决方案，让此前森岚在设备研发过程中遇到的问题，都一一迎刃而解。

品质服务 全面助力

另外, 科尔摩根团队还基于自身在运动控制以及电机制造行业的经验，为设备研制和电机传动系统参数的整定提供了多项建议和改进方案，这不仅有效的提升了设备整体性能和产品制造质量，还帮助用户提升了设备综合研发与测试的能力。

专业技术服务包括：

● 基于应用需求的设计选型

● 协助设定和配置驱动系统参数

● 指导应用软件(Workbench)的操作使用

● 设备系统与产品的测试验证

● 为机械系统加工组装的一致性提供建议

05、客户收益

快速交付 品质保障

基于出色的运动控制方案与服务，此款MEMS传感芯片检测设备在各方面都表现颇佳：

● 工作台旋转的速度波动极低，速度波动<±0.02%(远低于预设的±0.1%)，有效的确保了MEMS传感芯片测试的精度和稳定性

● 设备运行十分安静，几乎没有噪音

● 整个机台结构更紧凑，非常美观

这款高性能的检测设备为制造商生产高品质MEMS传感芯片提供了有力保障。

2017年，森岚完成这款设备的研发测试，开始逐步投放市场销售，进入量产阶段。目前森岚每年都会向行业用户交付8-10台该款MEMS传感芯片测试设备，这款设备在市场上赢得了超出其他品牌一倍(约100kUSD)的溢价，为森岚创造了可观的经济收益。

（科尔摩根）