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        工業(yè)機(jī)器人在電子專用設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用探討

        2021-07-28 05:45:16郭晉竹
        機(jī)械管理開發(fā) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:專用設(shè)備背光模組

        郭晉竹,孫 清

        (1.中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所,山西 太原 030024;2.北方自動控制技術(shù)研究所,山西 太原 030006)

        引言

        工業(yè)機(jī)器人是高端智能裝備和高新技術(shù)的突出代表,對制造業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要,是衡量一個國家制造業(yè)水平和核心競爭力的重要標(biāo)志。目前,世界上主要發(fā)達(dá)國家均將機(jī)器人作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域,以期增強(qiáng)本國在國際制造業(yè)中的競爭力。近年來,工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用正向電子信息領(lǐng)域快速延伸。新型顯示、光伏新能源產(chǎn)業(yè)面臨著智能制造轉(zhuǎn)型升級,工業(yè)機(jī)器人成為新型顯示及光伏新能源電子專用設(shè)備智能化升級的關(guān)鍵,尤其在切割、壓焊、上下料、涂膠、背光、貼附等電子專用設(shè)備,完成工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新應(yīng)用及系統(tǒng)集成,實(shí)現(xiàn)裝備智能化升級等方面,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是強(qiáng)有力的助推器。

        1 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用典型案例

        1.1 LED背光模組組裝面臨的生產(chǎn)問題

        LED背光模組是LCD顯示屏手機(jī)關(guān)鍵部件,主要由膠架、導(dǎo)光板、LED燈條、反射片、PET、擴(kuò)散膜、增光膜、遮光膜等組成。如圖1所示,在LED背光模組的生產(chǎn)過程中,需要將擴(kuò)散1、增光1、增光2、擴(kuò)散2、遮光等5層不同功能的薄膜按順序準(zhǔn)確疊合到由膠架、導(dǎo)光板、LED燈條、反射片、PET組成的半成品上[1]。

        圖1 LED背光模組示意圖

        國內(nèi)大部分LED背光模組制造企業(yè)處于勞動密集型狀態(tài),背光模組的組裝流程處于人工或者半自動生產(chǎn)狀態(tài),產(chǎn)品質(zhì)量很大程度上依賴操作工人的熟練程度,而且工人的流動性較大,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差、良品率低,隨著人力成本的提高,也使生產(chǎn)成本大幅度增加。傳統(tǒng)的LED背光模組專用設(shè)備組裝機(jī)構(gòu)基本采用X-Y絲杠模組搭建,主要存在幾個問題:一是機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,導(dǎo)致不同結(jié)構(gòu)的故障率疊加,設(shè)備整體嫁動率低;二是X-Y模組只能執(zhí)行一個方向的直線式往復(fù)運(yùn)動,柔性化程度低,設(shè)備空間設(shè)計受到制約,導(dǎo)致設(shè)備整體占用空間較大,對生產(chǎn)車間也提出廠房面積要求,間接提高生產(chǎn)成本;三是LED背光模組型號繁多,采用X-Y模組,很難兼容過多產(chǎn)品型號,難以根據(jù)產(chǎn)品變化進(jìn)行升級改造,只能重新設(shè)計專用生產(chǎn)設(shè)備。因此,自動化、柔性化、智能化LED背光模組組裝生產(chǎn)線,成為大部分企業(yè)的迫切需求,工業(yè)機(jī)器人成為解決問題的關(guān)鍵要素。

        1.2 SCARA工業(yè)機(jī)器人在背光模組組裝設(shè)備中的應(yīng)用

        采用8個SCARA工業(yè)機(jī)器人取代X-Y模組,高效協(xié)同完成八工位轉(zhuǎn)盤式組裝流程。八工位轉(zhuǎn)盤順時針自動旋轉(zhuǎn),通過不同工位的機(jī)器人依次完成BLU自動上料、半成品圖像采集、擴(kuò)散膜1疊合、增光膜1疊合、增光膜2疊合、遮光膜疊合、遮光膜壓合/下料夾取工序。壓合好的背光單元通過下料皮帶被送出。SCARA工業(yè)機(jī)器人將膜片吸附后移動到CCD上,對膜片進(jìn)行兩次圖像采集、四個角精確定位后進(jìn)行疊合;依次完成擴(kuò)散膜、增光膜1、增光膜2和遮光膜疊合工序,最后經(jīng)過壓合工序、下料工序把產(chǎn)品放在流水線上完成一個制程循環(huán)[2]。下頁圖2為LED背光模組工業(yè)機(jī)器人高效協(xié)同制造系統(tǒng)。

        圖2 LED背光模組工業(yè)機(jī)器人高效協(xié)同制造系統(tǒng)

        運(yùn)用SCARA工業(yè)機(jī)器人高效協(xié)同制造系統(tǒng),較傳統(tǒng)X-Y模組式設(shè)備,各項指標(biāo)得到提升:一是設(shè)備機(jī)械運(yùn)動結(jié)構(gòu)簡化緊湊,減少了16個模組使用量,設(shè)備空間縮小20%;二是設(shè)備協(xié)同工作效率更高,生產(chǎn)效率提高10%;三是設(shè)備穩(wěn)定性提高,良品率提高10%,人力成本和來料成本降低。

        2 電子專用設(shè)備領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

        工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟,已經(jīng)在汽車、電子、半導(dǎo)體等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。整體來看,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)具有以下幾個發(fā)展趨勢:一是性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、易操作、易維修),單機(jī)價格不斷下降;二是機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展,適用場景更加多元化;三是控制系統(tǒng)更加開放,向網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化發(fā)展,系統(tǒng)可靠性、易操作性和可維修性得到大幅提高;四是位置、速度、視覺、力覺等新型傳感器的應(yīng)用與多傳感器融合,自感知、自適應(yīng)、自調(diào)整等智能化能力提升;五是遠(yuǎn)程操作及人機(jī)交互控制功能更加豐富,更加適應(yīng)數(shù)字化車間應(yīng)用場景。這些發(fā)展趨勢也加速了工業(yè)機(jī)器人在電子專用設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。

        工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在電子專用設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用,只有緊密結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)、工藝技術(shù)要求、生產(chǎn)成本控制等,深入了解客戶的實(shí)際需求,對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究及探索,才能充分發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)與成本優(yōu)勢。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個方面:

        2.1 工業(yè)機(jī)器人工位及路徑的規(guī)劃

        機(jī)器人的路徑規(guī)劃,就是依據(jù)某個或某些優(yōu)化準(zhǔn)則,如工作代價最小、行走路線最短、行走時間最短等,在其工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的能避開障礙物的最優(yōu)路徑。工業(yè)機(jī)器人工位及路徑規(guī)劃技術(shù)是發(fā)揮機(jī)器人效率與精度優(yōu)勢的關(guān)鍵技術(shù),是實(shí)際生產(chǎn)過程中首要面對的關(guān)鍵問題[3]。

        2.2 多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

        在新型顯示、光伏智能制造工業(yè)環(huán)境中,由于加工工藝及生產(chǎn)效率需求,很多設(shè)備需要多個機(jī)器人配合完成特定工作,傳統(tǒng)的各機(jī)器人單獨(dú)控制方法,機(jī)器人之間不能相互通信,各自位置、姿勢、節(jié)拍等信息不能共享,導(dǎo)致容易出現(xiàn)碰撞、動作緩慢、效率低下等現(xiàn)象,無法有效配合工作。針對此情況,研究開發(fā)多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),將對機(jī)器人的控制放在一個平臺中,使多個機(jī)器人同時快速運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)多臺機(jī)器人高效協(xié)同工作至關(guān)重要。

        2.3 基于視覺引導(dǎo)的工業(yè)機(jī)器人搬送技術(shù)

        傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人通過預(yù)先設(shè)定指令動作,在結(jié)構(gòu)化指令環(huán)境中完成固定化工作,缺乏對產(chǎn)品和環(huán)境的適應(yīng)性,這極大地限制了機(jī)器人的應(yīng)用。隨著機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展,將視覺引導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人的高精度搬送作業(yè)中,使得工業(yè)視覺機(jī)器人在高速高精度搬送作業(yè)中具有人工勞動力不可比擬的優(yōu)勢[4]。

        2.4 機(jī)器人故障診斷及安全維護(hù)

        通過采集各種信息,對機(jī)器人故障進(jìn)行診斷,并進(jìn)行相應(yīng)維護(hù),是保證機(jī)器人安全性的關(guān)鍵技術(shù),同時對機(jī)器人工作區(qū)域的限制,以及當(dāng)設(shè)備操作人員進(jìn)入該區(qū)域的應(yīng)急處理及控制,是保證人員、設(shè)備等生產(chǎn)安全的關(guān)鍵技術(shù)。

        2.5 工業(yè)機(jī)器人與電子專用設(shè)備的優(yōu)化集成

        新型顯示、光伏新能源電子專用設(shè)備,具有對生產(chǎn)精度、生產(chǎn)效率、潔凈等級要求高等特點(diǎn),傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備采用的上下料、搬送、組裝等軟硬件系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)繁瑣、控制復(fù)雜、設(shè)計調(diào)試維護(hù)周期長等缺點(diǎn),工業(yè)機(jī)器人為電子專用設(shè)備的開發(fā)提供了全新的選擇,做好工業(yè)機(jī)器人與電子專用設(shè)備的優(yōu)化集成,最大限度發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢。

        3 結(jié)語

        柔性化、集成化、智能化是電子專用設(shè)備未來發(fā)展的趨勢,擁有廣闊的技術(shù)和龐大的市場發(fā)展空間,工業(yè)機(jī)器人是智能制造的關(guān)鍵要素,能夠為生產(chǎn)企業(yè)降低人力成本、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量,因此工業(yè)機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的研究應(yīng)用具有至關(guān)重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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