張占永，胡鵬

（東旭集團有限公司，河北 石家莊 050021）

液晶玻璃基板翻轉(zhuǎn)設備節(jié)拍提升研究

張占永，胡鵬

（東旭集團有限公司，河北 石家莊 050021）

液晶玻璃基板生產(chǎn)過程中影響產(chǎn)線節(jié)拍的主要設備為翻轉(zhuǎn)設備，本文通過分析翻轉(zhuǎn)設備一個節(jié)拍時間內(nèi)各動作占用的時間，確定了節(jié)拍提升的制約因素及方向。結(jié)果表明通過提高翻轉(zhuǎn)動作的加減速及玻璃輸入及輸出速度，可將節(jié)拍提升6.6s，后續(xù)可繼續(xù)產(chǎn)線需求，繼續(xù)從這兩個方向提升節(jié)拍。

液晶玻璃基板；翻轉(zhuǎn)設備；節(jié)拍

液晶玻璃基板生產(chǎn)的冷端工序包括切割研磨、清洗及檢查工序，在檢查區(qū)段前的工序，玻璃一般采用水平輸送方式，而在檢查區(qū)段，為了避免玻璃的擦劃傷及水平輸送的玻璃對潔凈間氣流的影響，玻璃一般采用傾斜輸送的方式，而玻璃由水平輸送變?yōu)閮A斜輸送需要由翻轉(zhuǎn)設備來完成，翻轉(zhuǎn)設備除了接受、輸出玻璃兩個常規(guī)動作外，還需要增加翻轉(zhuǎn)動作，所以此設備是檢查區(qū)段影響產(chǎn)線節(jié)拍的主要設備。提高翻轉(zhuǎn)設備的節(jié)拍不僅可以提高了產(chǎn)線節(jié)拍，同時也縮短了玻璃基板的輸送時間，減少了潔凈間環(huán)境對玻璃表面質(zhì)量的影響，因此意義重大。

1 翻轉(zhuǎn)設備構(gòu)成及工作原理

1.1 設備構(gòu)成

翻轉(zhuǎn)設備主要由2個部件（6部分）組成（圖1）：一是固定支撐部件（底座和翻轉(zhuǎn)驅(qū)動部分），二是翻轉(zhuǎn)部件（翻轉(zhuǎn)架、水平輸送部分、傾斜輸送部分、中間氣浮部分）。

圖1 翻轉(zhuǎn)設備構(gòu)成

1.2 工作原理

首先，翻轉(zhuǎn)部件處于水平位置，翻轉(zhuǎn)設備開始接收由上游設備輸送過來的玻璃基板時，整個設備節(jié)拍時間內(nèi)的動作開始，此時玻璃由中間氣浮部分及水平輸送部分支撐及傳送。當玻璃到達翻轉(zhuǎn)設備的中間位置時，翻轉(zhuǎn)驅(qū)動部分驅(qū)動翻轉(zhuǎn)部件旋轉(zhuǎn)，使得翻轉(zhuǎn)部件與水平面成一定夾角。隨后，玻璃基板開始輸送至下游設備，此時玻璃由中間氣浮部分及傾斜輸送部分支撐及傳送。最后，翻轉(zhuǎn)部件由翻轉(zhuǎn)驅(qū)動部分驅(qū)動旋轉(zhuǎn)至原來的水平位置，并準備接受下一片玻璃，整個節(jié)拍時間內(nèi)的動作結(jié)束。

2 目前設備的具體參數(shù)

2.1 目前的設備節(jié)拍

以五代玻璃基板為例，優(yōu)化前翻轉(zhuǎn)設備的設備節(jié)拍約為35.8s。

2.2 設備參數(shù)

玻璃尺寸：1300mm(長)×1200mm(寬)×0.5mm (厚)；

玻璃質(zhì)量：2kg；

傳送設備方向：玻璃沿長邊方向輸送；

設備長度（沿玻璃輸送方向）：1500mm；

水平輸送速度為：166.67mm/s；

翻轉(zhuǎn)過程驅(qū)動部件需要行進的距離：519.7mm；

翻轉(zhuǎn)動作的加速度:33.33mm/s2；

減速度：25 mm/s2；

翻轉(zhuǎn)勻速時的速度：100mm/s。

2.3 一個節(jié)拍時間的的動作分解

玻璃進入設備（9.2s）→翻轉(zhuǎn)部件翻至傾斜（8.7s）→玻璃流出設備（9.2s）→翻轉(zhuǎn)部件翻至水平（8.7s）?？偣?jié)拍時間為35.8s。

3 節(jié)拍提升措施

提高此設備的節(jié)拍需要從兩個方面入手：（1）縮短翻轉(zhuǎn)部分的翻轉(zhuǎn)時間；（2）縮短玻璃進入及輸出的時間。

3.1 縮短翻轉(zhuǎn)部件的翻轉(zhuǎn)時間

整個翻轉(zhuǎn)過程為：加速→勻速→減速?？s短翻轉(zhuǎn)動作的時間可以通過提高翻轉(zhuǎn)的加減速和提高勻速時的速度，但也受到一定的限制，以下進行具體敘述。

3.1.1 提高翻轉(zhuǎn)動作的加減速來縮短翻轉(zhuǎn)時間

由于玻璃翻轉(zhuǎn)過程中，玻璃主要受到重力、滾輪支撐力及氣浮支撐力的作用，如果提高翻轉(zhuǎn)的加減速數(shù)值，玻璃所受的支撐力及氣浮條支撐力相應隨之變化，如果外力小于慣性力，那么玻璃將被甩出傳送帶，如果氣浮支撐力超過了氣浮條所能提供的浮力，那么玻璃將同氣浮條的金屬面相接觸而使得玻璃的表面產(chǎn)生擦劃傷。下面對玻璃的受力情況進行理論分析。

整個翻轉(zhuǎn)機構(gòu)為一曲柄滑塊機構(gòu)，如圖2所示。

圖2 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)圖

其中A為電機帶動的滑塊位置點，B為玻璃的質(zhì)心位置點。θ角的范圍是從40°旋轉(zhuǎn)至-40°，從圖中可看出如下關系式：

可得出：

M值即相當于滑塊A的坐標位置，初始值為366.4mm。

翻轉(zhuǎn)部件翻轉(zhuǎn)上升加速時M同時間的關系式為：

帶入（6）式，可得出θ同t的關系，求導即可求出角速度、角加速度及玻璃質(zhì)心的加速度同時間的關系，依此可求出玻璃所需的支撐力（輸送輪及氣浮支撐力的合力）同時間的關系，如圖3。

圖3 玻璃所需的支撐力同時間的關系

從上圖可以看出，玻璃所受支撐力最大的位置在初始翻轉(zhuǎn)位，而支撐力最小的地方在翻轉(zhuǎn)結(jié)束位。為防止前述擦劃傷及玻璃被甩出的情況，我們需要考慮提高加減速后玻璃受力情況的變化，將公式：

帶入式（6）中，用MATLAB可得出不同加速度下的玻璃支撐力變化情況：滑塊的加速度變化引起的支撐力變化并不大（主要原因為翻轉(zhuǎn)過程加速度變化引起的慣性力相對于重力微乎其微），當滑塊加速度a為100mm/s2時，滾輪的支撐力及角度的變化曲線圖如圖4所示。

圖4 玻璃的支撐力及翻轉(zhuǎn)角度同時間的關系

由以上的理論分析可以得出，玻璃翻轉(zhuǎn)的加減速提高對玻璃的支撐力影響較小，故提高設備的節(jié)拍可以通過提高翻轉(zhuǎn)的加減速來實現(xiàn)。

現(xiàn)場將翻轉(zhuǎn)加減速提高：翻轉(zhuǎn)部件傾斜翻轉(zhuǎn)上升加速度提高至55.56mm/s2，減速度提高至41.67mm/s2后，翻轉(zhuǎn)至傾斜及返回的時間都由原來的8.7s提高至7.2s，整個翻轉(zhuǎn)的節(jié)拍時間縮短了3s。

3.1.2 提高勻速時的速度來縮短翻轉(zhuǎn)時間

若將翻轉(zhuǎn)勻速段的速度由100mm/s提高至125mm/s時，由之前的分析可知此速度的提高對玻璃的支撐力影響也較小，玻璃節(jié)拍時間可縮短0.8s。

通過同時提高翻轉(zhuǎn)的加減速和勻速時的速度，節(jié)拍可提升至32s。經(jīng)現(xiàn)場測試，此狀態(tài)下玻璃的品質(zhì)沒有受到擦劃傷的影響，也沒有出現(xiàn)玻璃被甩出的情況。

3.2 縮短玻璃進入及輸出的時間

除了提高翻轉(zhuǎn)部件的加減速來提高設備節(jié)拍外，也可以通過提高玻璃的輸送速度來縮短設備節(jié)拍。在玻璃輸送的加減速時間一定的情況下，提高玻璃輸送的速度需要考慮輸送滾輪同玻璃間的摩擦力。

現(xiàn)場測量玻璃同滾輪的摩擦力為0.4kgf，即4N。玻璃的重量為2kg，玻璃輸送過程中不打滑的最高加速度為2m/s2，如果加速時間為0.1s，可達到速度為200mm/s。目前玻璃的水平傳送速度為166.7mm/s，如果提升至200mm/s，整個節(jié)拍時間可縮短2.8s。經(jīng)現(xiàn)場驗證，此輸送速度條件下未出現(xiàn)玻璃打滑情況。

3.3 最終的節(jié)拍提升

通過提高翻轉(zhuǎn)部件的加減速及勻速速度以及玻璃的輸入輸出速度，節(jié)拍時間分別縮短了3.8s和2.8s，總節(jié)拍時間縮短了6.6s。

4 結(jié)語

翻轉(zhuǎn)設備由于動作復雜，是影響產(chǎn)線節(jié)拍的主要設備之一，本文通過分解翻轉(zhuǎn)設備節(jié)拍時間內(nèi)的動作構(gòu)成，確定了提高設備節(jié)拍的兩個突破點：縮短翻轉(zhuǎn)時間、縮短輸送時間。縮短這兩個動作時間需要考慮玻璃的支撐力對玻璃品質(zhì)的影響以及輸送輪同玻璃的摩擦力。通過理論計算及現(xiàn)場測試，翻轉(zhuǎn)時間可縮短3.8s，輸送時間可縮短2.8s，翻轉(zhuǎn)設備的節(jié)拍由之前的35.8秒縮短為29.2秒，現(xiàn)場設備長時間運轉(zhuǎn)也未發(fā)現(xiàn)異常。

后續(xù)的節(jié)拍提升還需要從這兩方面入手，但需注意翻轉(zhuǎn)的加減速提高要考慮電機的額定轉(zhuǎn)速及驅(qū)動絲杠的受力情況。不改變輸送加速度的情況下，增加加減速的時間而提高玻璃勻速輸送速度同樣可以縮短節(jié)拍時間，但此過程中要考慮電機的額定轉(zhuǎn)速。

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