李青, 高俊杰, 李赫然

(1.東旭集團有限公司,河北 石家莊 050021；2. 平板顯示玻璃技術(shù)和裝備國家工程實驗室，河北 石家莊 050035；3. 北京大學光華管理學院,北京 100871)

TFT-LCD液晶基板玻璃生產(chǎn)過程中的在線式稱重方式初步研究

李青1,2, 高俊杰1,2, 李赫然3

(1.東旭集團有限公司,河北 石家莊 050021；2. 平板顯示玻璃技術(shù)和裝備國家工程實驗室，河北 石家莊 050035；3. 北京大學光華管理學院,北京 100871)

介紹了TFT-LCD液晶基板玻璃生產(chǎn)過程中的離線式稱重和在線式稱重的用途和區(qū)別，及在線式稱重方式中的三種不同的稱重方式，通過對比硬件配置、分析動作流程和調(diào)試維護難度等方面，尋找三種稱重方式的優(yōu)缺點、差異，在實施過程中的難易程度和復雜性，以及適用于不同的工藝要求，根據(jù)不同的應用情況，選擇符合產(chǎn)線要求的稱重方式。

TFT-LCD；基板玻璃；離線式；在線式；稱重；稱重方式

0 引 言

隨著液晶顯示器的日益普及，市場對于液晶基板玻璃的需求急劇增加，進而對自動化生產(chǎn)線的產(chǎn)能及自動化程度的要求也不斷提升[1]。在液晶基板玻璃生產(chǎn)線中，需要對橫切之后帶兩邊餌料的基板玻璃進行快速和精確的稱量，并將稱量出的重量數(shù)據(jù)及時反饋給前端工序，通過每張基板玻璃的重量值，可以計算出當前每小時的流量，及時了解流量的數(shù)據(jù)變化和趨勢，根據(jù)流量的波動情況，及時調(diào)整工藝，提高基板玻璃的品質(zhì)。

隨著自動化程度的提高，基板玻璃的稱重方式已由原來的離線式發(fā)展為現(xiàn)在的在線式稱量，而在線式稱量方式是將從橫切之后帶兩邊餌料的基板玻璃裝載到傳送帶上的稱重工序，通過自動控制系統(tǒng)完成稱重、數(shù)據(jù)采集、數(shù)值計算和數(shù)據(jù)上傳等工作的，大大地提高了重量數(shù)據(jù)反饋的及時性，也降低了人工離線測量造成的玻璃損耗。

1 液晶基板玻璃的稱重方式

在液晶基板玻璃稱重方式中，針對不同用途和目的，分為離線式和在線式兩種方式。

1.1 離線式稱重

在離線式稱重方式中，應用最多的測量工具就是實驗室專用的精密天平，在天平秤盤上放置基板玻璃的托架，方便放置基板玻璃，并對其進行稱重。在稱重時，先用標準砝碼進行校準，保證測量結(jié)果的準確性；設置稱量單位和精度等參數(shù)，保證測量結(jié)果的準確性。接下來，對托架進行去皮操作，在顯示器中只顯示當前基板玻璃的凈重值，簡單直觀，方便抄錄。最后，將多次稱量的結(jié)果統(tǒng)計匯總后，及時反饋給前端工序查看和分析。

此種方式，常用于靜態(tài)且測量次數(shù)相對較少的情況下，主要是對產(chǎn)線中橫切之后的基板玻璃進行抽樣測量，一方面反映產(chǎn)線中的流量變化情況，另一方面對在線式測量進行驗證，確認測量的準確性是否偏離基準值，如果準確性變差，此時就需要對在線式稱重傳感器進行校正，避免誤導工藝人員進行錯誤的設備調(diào)整和工藝對策。

1.2 在線式稱重

在線式稱重方式中，應用最多的測量工具就是稱重傳感器。稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置[2]。在實際應用的過程中，將稱重傳感器安裝在設備本體可升降的稱臺底座上，在稱重傳感器上裝有托盤，托盤托住夾持基板玻璃的裝置對基板玻璃進行稱重。稱量之前，需要在稱重傳感器的控制器內(nèi)設置稱量單位、精度、采樣頻率和通訊等關(guān)鍵參數(shù)，并且要用標準砝碼進行校準，最后將這些數(shù)據(jù)保存到控制器的寄存器中，保證稱量時標準一致和準確。為了實現(xiàn)自動稱重的目的，需要與PLC(可編程邏輯控制器，簡稱PLC)系統(tǒng)配合工作，PLC控制測量開始、數(shù)據(jù)傳輸和稱量結(jié)束等工作內(nèi)容[3-4]，稱量出的重量值通過數(shù)據(jù)總線輸送到稱重傳感器的控制器內(nèi)，并通過與之連接的顯示器顯示出來。另外，PLC通過數(shù)據(jù)線從控制器通訊端口將傳感器測量的重量值讀取到PLC的寄存器中，經(jīng)過運算，獲得最終的重量值，并將重量值通過工業(yè)以太網(wǎng)上傳到企業(yè)MES(Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)，簡稱MES)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，供前工序?qū)崟r查詢和分析[5-6]。

此種方式應用于動態(tài)且稱量次數(shù)較為頻繁的情況下，加之稱重傳感器的靈敏度較高，容易受到外界因素的影響，一是設備本體震動的影響，二是連接伺服電機或變頻器之間的動力電纜，在運行時產(chǎn)生的電磁干擾，三是設備運行時產(chǎn)生的靜電的干擾，四是安裝稱重傳感器的底座、升降和托盤等裝置的安裝精度和穩(wěn)定性影響，這些情況勢必會影響稱重系統(tǒng)稱量時的穩(wěn)定性和準確性，雖然稱重傳感器的控制器內(nèi)有自動穩(wěn)定系統(tǒng)或濾波系統(tǒng)，也不能完全避免此類情況的發(fā)生。在實際應用中要引起足夠的重視[7]。

2 液晶基板玻璃的在線式稱重方式

2.1 脫離式稱重

脫離式稱重，就是稱量基板玻璃的重量時，基板玻璃脫離運輸傳送帶上的運輸小車，由獨立于傳送帶的稱重裝置完成基板玻璃的稱重工作，完成稱量后再將基板玻璃重新裝載到傳送帶的小車上，繼續(xù)輸送到下一工位進行其他工作[8-9]。圖1所示斜線填充區(qū)域所示的就是所述的脫離式稱重方法。

圖1 脫離式稱重示意圖

脫離式流程圖如圖2所示。

圖2 脫離式流程圖

此種方式的動作順序為：運輸小車運輸基板玻璃到位后，定位裝置對運輸小車進行定位，稱重裝置的夾持手臂夾緊基板玻璃，運輸小車松開基板玻璃，稱重傳感器稱量基板玻璃的重量，在規(guī)定時間內(nèi)PLC讀取重量值完成后，運輸小車的夾持機構(gòu)夾緊基板玻璃，稱重裝置的夾持手臂松開基板玻璃，定位裝置取消定位，傳送帶輸送運輸小車到下一工位。如此循環(huán)工作，完成對基板玻璃的重量稱量工作。由此可以看出，由于自身結(jié)構(gòu)的影響，動作緩慢，運行時間過長，不利于提升節(jié)拍，影響產(chǎn)線的整體產(chǎn)能，進而會增加產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

雖然此種方式是基板玻璃脫離原來運輸小車的夾持機構(gòu)，但是必須保持基板玻璃處于垂直放置狀態(tài)，目的就是方便稱量和重新裝載到傳送帶的運輸小車的夾持機構(gòu)中。因此，此種方法結(jié)構(gòu)復雜，為了防止基板玻璃脫離傳輸小車后彎曲或變形，稱重裝置的夾持手臂長度與基板玻璃的長度基本相等，由此造成了稱量機構(gòu)重心偏高，另外基板玻璃厚度一般在0.3 mm～0.7 mm之間，容易受到車間潔凈空氣進出口氣流的影響，發(fā)生晃動，造成稱重傳感器測量值上下波動，PLC在規(guī)定時間內(nèi)讀取控制器中的重量值時，會出現(xiàn)上下波動偏離基準值的現(xiàn)象，嚴重時，會超出允許的上下限極值。此時，就需要進行甄別，在MES系統(tǒng)中查看整體運行趨勢和波動范圍，避免出現(xiàn)被誤導而進行的工藝調(diào)整等錯誤行為。2.2 雙工位稱重

雙工位稱重方式，就是在基板玻璃傳送帶的兩個工位中實現(xiàn)對基板玻璃的稱重工作。如圖3中所示的斜線填充區(qū)域的“空載稱重”和“負載稱重”兩個工位，“空載稱重”工位實現(xiàn)對運輸小車的稱量，“負載稱重”工位實現(xiàn)對運輸小車和基板玻璃的稱量。在“空載稱重”工位測量出的重量值保存到PLC固定區(qū)域的鎖存寄存器中，防止PLC掉電后丟失數(shù)據(jù)。當運輸小車由“空載稱重”工位輸送到“小車首端移載”工位時，此運輸小車的重量值會自動移動到分配給“小車首端移載”工位的鎖存寄存器中，與運輸小車保持同步，依此類推，直到“負載稱重”工位時結(jié)束數(shù)值傳遞。當基板玻璃從“玻璃裝載”工位裝載到傳送帶上的運輸小車后，運輸小車輸送基板玻璃到達“負載稱重”工位，完成對運輸小車和基板玻璃的稱量，將重量值保存到分配給此工位的鎖存寄存器中，隨后，用此時的重量值減去傳遞到此的“空載稱重”工位的重量值，得出的差值就是基板玻璃的重量值。

圖3 雙工位稱重示意圖

雙工位稱重流程圖如圖4所示。

此種方法雖然實現(xiàn)起來容易，結(jié)構(gòu)簡單，但是PLC程序復雜，維護難度大。此外，兩個工位的稱重裝置的安裝精度和運行順暢程度會有誤差，得到的重量值會出現(xiàn)波動情況，偏離基準值較大，此時還需要加入適當?shù)难a償值進行修正，以便得到準確的重量值。

圖4 雙工位稱重流程圖

2.3 單工位稱重

單工位稱重方式，如圖5所示的斜線填充區(qū)域，就是在“裝載稱重”一個工位上實現(xiàn)兩次稱量工作，即基板玻璃裝載之前運輸小車的稱重和基板玻璃裝載之后運輸小車的稱重[10、11]。因為每次稱量的運輸小車不同，在制造加工過程中，無法保證每個運輸小車的重量一致，所以不能采用去皮的方式進行統(tǒng)一化稱量，只能先后稱量兩次，計算出最終的重量值，即兩次稱量的差值。

此種方式是對雙工位稱重方式的優(yōu)化和完善，機械結(jié)構(gòu)雖然變動不大，PLC程序變動卻很大，精簡了大量的數(shù)值傳遞程序，維護難度大大降低。由于是在同一工位對同一運輸小車進行稱重，運行條件是一致的，重量值不會出現(xiàn)大的波動，保證了稱重的穩(wěn)定性，最終結(jié)果也接近基準值。

單工位稱重流程如圖6所示。

圖5 單工位稱重示意圖

圖6 單工位稱重流程圖

3 如何選擇液晶基板玻璃的在線式稱重方式

3.1 根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍進行選擇

針對不同代次的基板玻璃，要求的生產(chǎn)節(jié)拍時間不同，代次越高，生產(chǎn)節(jié)拍時間就越長。如果是應用于低代次的生產(chǎn)線中，可以采用雙工位稱重方式，可以節(jié)省稱重時間，便于提升生產(chǎn)節(jié)拍時間；如果應用于高代次的生產(chǎn)線中，可以采用單工位稱重方式，因為生產(chǎn)節(jié)拍時間長，完全滿足一個工位進行兩次稱重工作。如果對脫離式稱重方式進行優(yōu)化和完善，去除自身結(jié)構(gòu)限制和外界因素的影響，其稱量的重量值更加準確，可以應用于不同代次當中。

3.2 根據(jù)設備成本進行選擇

因為稱重傳感器屬于精密測量元件，其成本很高，一套的價格可達幾萬元，甚至更高，根據(jù)不同廠家不同等級的產(chǎn)品而不同。單工位稱重方式的設備成本是雙工位稱重方式的一半，在滿足生產(chǎn)要求的前提下，選擇性價比高的稱重方式。

4 結(jié)束語

伴隨著液晶基板玻璃生產(chǎn)線的發(fā)展，稱重技術(shù)也經(jīng)歷了從無到有，從弱到強的進步過程。隨著科學技術(shù)的不斷進步，會不斷涌現(xiàn)出更好的稱重技術(shù)，來淘汰陳舊的稱重技術(shù)，同時降低設備成本，節(jié)省稱重時間，提高生產(chǎn)節(jié)拍，更好的服務于液晶基板玻璃的生產(chǎn)。

[1] 東旭集團有限公司.液晶玻璃基板生產(chǎn)線上用的稱重裝置:201320084491.3 [P].2013-7-24.

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[11] 蕪湖東旭光電科技有限公司. 液晶玻璃基板半成品稱重測厚裝置: 201320628832.9[P].2014-04-02.

An Initial Study of Online Weighing Mode in the Production Process of TFT-LCD Substrate Glass

Li Qing1,2, Gao Junjie1,2, LiHeran3

(1. Tunghsu Group Co. Ltd., Shijiazhuang Hebei 050021, China; 2. National Engineering Laboratory of Flat Panel Display Glass Technology and Equipment, Shijiazhuang Hebei 050035, China; 3. Guanghua College of Management, Peking University, Beijing 100871, China)

This paper describes the usage of and difference between off-line and on-line weighing in the production process of TFT-LCD substrate glass, and explains three different ways of online weighing mode. Through comparison of hardware configuration as well as analysis of action process and degree of difficulty of debugging and maintenance, we find their advantages, disadvantages, differences, degree of difficulty and complexity in implementation process, as well as their adaptation to different technological requirements. Based on different applications, one can choose the weighing mode in compliance to the production line.

TFT-LCD；substrate glass；off-line； on-line； weighing；weighing mode

國家科技支撐計劃，項目名稱：典型高性能特種玻璃關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與示范，課題名稱：G8.5液晶玻璃基板生產(chǎn)技術(shù)應用開發(fā)，課題編號：2013BAE03B02-03

10.3969/j.issn.1000-3886.2017.02.032

TH48

A

1000-3886(2017)02-0103-03

李青(通訊作者)(1965-),女，河北石家莊人，碩士，高級工程師。東旭集團有限公司總裁，平板顯示玻璃技術(shù)和裝備國家工程實驗室主任。研究方向：機械設計。 高俊杰(1981-),男, 河北保定人，大專。研究方向：電氣工程及其自動化專業(yè)。 李赫然(1993-),男，河北石家莊人，碩士生。研究方向：國民經(jīng)濟學。

定稿日期: 2016-09-13