戴亦宗，繆德俊

(揚州職業(yè)大學(xué)，江蘇揚州 225009)

近年來，隨著LCD產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，LCD液晶顯示屏需求量逐年增加，對玻璃液晶片貼片的生產(chǎn)自動化程度、生產(chǎn)效率、精度和可靠性等提出了更高要求。本系統(tǒng)實現(xiàn)偏光片與LCD玻璃片的準(zhǔn)確定位與可靠貼附，以PLC為控制器，控制系統(tǒng)將每塊成品液晶屏的上下兩面分別貼附一張相應(yīng)型號和尺寸的偏光片，克服了人工作業(yè)下效率低、易產(chǎn)生氣泡、偏位、壓傷玻璃液晶片或偏光片色斑和褶皺等不良缺陷。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計采用4臺貼片機聯(lián)機并行結(jié)構(gòu)，通過兩個傳送帶構(gòu)成系統(tǒng)，根據(jù)LCD片產(chǎn)量可將系統(tǒng)最大擴展為8臺機運行(見圖1)。通過每臺單機玻璃片上下料機械手將傳送帶上玻璃模具中的玻璃片拿到貼片平臺上貼片，已經(jīng)貼好偏光片的LCD玻璃片通過機械手放到傳送帶上送到終端。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 貼片機機械結(jié)構(gòu)

單機貼片機由上下玻璃片機械手、取偏光片機械手、偏光片傳送帶、玻璃片吸附平臺，貼片機頭等組成(見圖2)。機械手將LCD偏光片送上膠帶傳送帶，電機帶動滾輪運行拉動膠帶在平臺轉(zhuǎn)角處偏光片與其保護膜分離，同時偏光片吸附在吸附平臺上，玻璃片機械手將玻璃片定位放在玻璃片平臺上并定位，工作臺前進到偏光片吸附平臺下，壓輪下壓、工作臺后退，偏光片粘貼到LCD玻璃片上。

圖2 單機結(jié)構(gòu)圖

1.1.1 機械手結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)機械手由玻璃片機械手、偏光片機械手組成。玻璃片機械手采用聯(lián)動結(jié)構(gòu)將玻璃片從傳送帶上取到玻璃平臺上［1］，并將貼好的玻璃片放回到傳送帶上。偏光片機械手從料槽中取偏光片放到偏光片傳送帶上(見圖3)。機械手是由支架導(dǎo)軌、支撐板、等組成，機械手有水平和豎直兩個方向運動，氣缸作為動力源，水平通過兩平行水平導(dǎo)軌支撐并導(dǎo)向，完成機械手的工作進給和快速退回動作，機械手的升降則采用雙桿氣缸完成實現(xiàn)取料和放料動作，玻璃片、偏光片的抓取是通過真空吸盤實現(xiàn)的，即吸附型手抓。

被抓取玻璃片單片質(zhì)量約50g，抓取力約為［2］:

考慮安全性，故設(shè)定真空吸盤的吸附力每平方厘米為5N。

被抓取成片單片質(zhì)量約2g，抓取力約為:

考慮安全性，故設(shè)定真空吸盤的吸附力每平方厘米為2N。

圖3 機械手結(jié)構(gòu)圖

1.1.2 料槽結(jié)構(gòu)

偏光片料槽全部采用鋁制材料，能夠減小整個料槽的重量，料槽通過絲桿和步進電機傳動，料槽的機械結(jié)構(gòu)由底板、肋板、支架、絲桿等組成(見圖4)。系統(tǒng)通過電機驅(qū)動，通過絲杠傳動［3］。

圖4 偏光片料槽結(jié)構(gòu)圖

1.1.3 貼片結(jié)構(gòu)

貼片系統(tǒng)主要由偏光片吸附平臺、LCD玻璃片定位平臺、壓片機構(gòu)組成，偏振片吸附平臺上有槽孔，利用真空將傳送帶上已經(jīng)剝離的偏光片吸附并對位，同時機械手將玻璃片放在工作平臺上，定位、抽真空吸附，如圖5所示，偏光片片與玻璃基片對好位后，保持一定的角度，依靠膠輥的滾動和擠壓動作來完成貼片［4］。

圖5 貼片頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 控制器系統(tǒng)

本系統(tǒng)以永宏P(guān)LC作為控制器，該系列PLC有數(shù)字量控制模塊、模擬量輸入/輸出模塊、高速計數(shù)器模塊、位置控制模塊、數(shù)據(jù)輸入/輸出模塊、通信模塊等可選模塊，可以實現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)功能。系統(tǒng)采用主從控制方式，主機加遠(yuǎn)程IO模塊控制，以FBS－20MA為主機，每臺貼片從IO信號輸入模塊為FBS－24EX、輸出模塊為FBS－24EY控制氣缸電磁閥，通過RS485通訊方式將模塊與主機連接實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制，每個單機輸入模塊信號通過RS485通訊方式傳送到主機，通過主機程序運行，將輸出信號傳送到每個單機輸出模塊，永宏P(guān)LC通過RS485通訊可驅(qū)動16個站，使用RS485增幅器(FBS－CM5R)最多可擴展到254站，系統(tǒng)遠(yuǎn)程IO模塊選用FBSCB55通訊板聯(lián)接系統(tǒng)，本生產(chǎn)線可通過增加站點，系統(tǒng)生產(chǎn)線增加到8臺單機，同時，主機選用FBS－CM5E通訊模塊，可通過模塊上以太網(wǎng)口與遠(yuǎn)程電腦聯(lián)接，使整個系統(tǒng)既可以現(xiàn)場人機界面控制，也可以遠(yuǎn)程監(jiān)控［6］。

2.2 傳感器

系統(tǒng)運行中定位、限位等信號要求準(zhǔn)確度、靈敏度高，因此，系統(tǒng)主要選用了光纖傳感器檢測信號，光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強度、波長、頻率、相位、偏正態(tài)等)發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光，在經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)，被測參數(shù)與設(shè)置參數(shù)比較后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號給PLC控制器，本系統(tǒng)采用了KEYENCE－FSV20光纖傳感器，該型號為反射型，根據(jù)不同物體放射信號變化反應(yīng)快，穩(wěn)定，抗干擾能力強。

2.3 電磁閥

系統(tǒng)執(zhí)行器件主要為氣缸，氣缸兩個方向的運動通過電磁閥控制。采用兩位五口電磁閥控制，電磁換向閥是利用電磁鐵吸力操縱閥芯換位的方向控制閥。兩位是指有兩個工作位置可切換，五通是有五個通道通氣。線圈電壓等級采用DC24V，通過PLC開關(guān)量輸出口控制其通斷電。

2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.4.1 軟件流程圖

貼片機單機完成玻璃片貼片一次周期流程圖見圖6。

圖6 動作流程圖

2.4.2 控制策略

本系統(tǒng)四臺貼片機采用PLC順序控制方法，順序控制就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有序地進行工作。系統(tǒng)順序控制采用并行序列結(jié)構(gòu)，四臺貼片機機械手同時拿玻璃片，同時放下貼好的成片。

系統(tǒng)采用氣缸為執(zhí)行元件，運行中有氣壓不穩(wěn)定等偶然因素，造成運行過程中出現(xiàn)四臺單機動作先后完成問題，因此，在設(shè)計中四臺機執(zhí)行動作時間非固定，可以動態(tài)調(diào)整，減小四臺機完成時間之間的誤差，保證四臺單機能同時完成一個周期動作，在程序設(shè)計中，采用中間值濾波法計算一次周期的時間作為下次動作時間。中間值濾波法原理是在某一采樣周期的k次采樣值中［6］，除去一個最大值和一個最小值，將剩余的k－2個采樣值進行算術(shù)平均，計算公式如下，假設(shè)有k個采樣值存在下列關(guān)系:

則平均值為: y=∑yi/(k－2)，i=1～k，程序計算流程圖如圖7。

3 實驗結(jié)果及分析

系統(tǒng)現(xiàn)場實驗，取1000片樣片，分別人工和系統(tǒng)貼片，每100片計算每片貼片時間及進行質(zhì)量檢測進行對比，實驗結(jié)果如圖8和圖9，根據(jù)兩圖分析，機器貼片的合格率為90%左右，并且保持穩(wěn)定，而人工合格率最高83%，最低69%，低于機器貼片合格率，波動較大。機器貼片平均時間為3.2s，波動較小，人工貼片最快 7.1s，最慢8.8s，波動較大，因此，機器貼片的效果、效率遠(yuǎn)高于人工貼片，可完全替代人工貼片。

圖7 平均時間計算流程圖

圖8 人工與自動生產(chǎn)線合格率對比

圖9 人工與自動生產(chǎn)線平均貼片時間對比

4 結(jié)論

本文設(shè)計的LCD貼片機生產(chǎn)線運行流暢穩(wěn)定，生產(chǎn)效率遠(yuǎn)高于人工貼片，減小了工人勞動強度，大大降低了成本，市場前景廣泛。

［1］周鴻杰，駱敏舟，李濤，等.基于PLC的工業(yè)取料機械手系統(tǒng)設(shè)計［J］.工業(yè)儀表與自動化裝置，2010(3):50－52.

［2］楊入清.現(xiàn)代機械設(shè)計—系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社，2000.

［3］成大先.機械設(shè)計手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［4］劉鴻文.材料力學(xué)［M］.4版.北京:高等教育出版社，2004.

［5］鄧大偉.基于PLC控制的氣動機械手研制［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

［6］龔仲華.PLC技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京:人民郵電出版社，2010.