程建民，金 敏，王 芳

( 中電科風(fēng)華信息裝備股份有限公司， 山西太原 030024)

除泡機(jī)是LCD、ELD 和OLED 等平板顯示器生產(chǎn)的工藝裝備之一，在平板顯示屏和觸摸屏制造中大批量使用。其中，TANK 式除泡機(jī)具有生產(chǎn)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

1 TANK 式自動(dòng)除泡機(jī)

TANK 式除泡機(jī)在早期發(fā)展階段，一般都是手動(dòng)操作的方式，自動(dòng)化程度非常低。因此，起初的TANK 除泡機(jī)內(nèi)部擺放產(chǎn)品的籃具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，只是幾層放置產(chǎn)品的托盤，托盤之間的距離很大，托盤設(shè)計(jì)成可以手動(dòng)抽拉的形式。取放產(chǎn)品時(shí)，人工把托盤從腔體中拉出一定的距離，以便取放產(chǎn)品，操作方便，如圖1 所示。

圖1 定支架托盤示意圖

隨著除泡機(jī)向自動(dòng)化發(fā)展，托盤的加工精度就大大提高，同時(shí)為了兼顧自動(dòng)除泡機(jī)的工作效率，將承壓腔體內(nèi)由原來(lái)幾層托盤增加到了幾十層，這樣，托盤之間的間距就變得非常小，每層托盤之間只有3～5 mm 的間隙，整體結(jié)構(gòu)就變得比較復(fù)雜，如圖2、圖3 所示。

圖2 托盤實(shí)物圖

圖3 多層托盤支架結(jié)構(gòu)圖

在結(jié)構(gòu)上，托盤軌道采用了槽形鋁型材結(jié)構(gòu)，承載托盤采用沖孔鋁板作為放置產(chǎn)品的載體，四周采用鋁型材所固定，在承載托盤和托盤軌道上分別固定一尼龍滑塊，尼龍滑塊相互嵌入對(duì)方型材槽內(nèi)，在托盤運(yùn)動(dòng)時(shí)，承載托盤的尼龍滑塊在托盤軌道的槽內(nèi)滑動(dòng)，托盤軌道的尼龍滑塊在承載托盤的鋁型材槽內(nèi)滑動(dòng)，整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，如圖4 所示。

圖4 托盤結(jié)構(gòu)示意圖

托盤運(yùn)行時(shí)，托盤軌道固定在設(shè)備腔體內(nèi)，承載托盤在水平方向左右滑動(dòng)。由機(jī)械手夾爪抓住托盤前面的位置進(jìn)行抽拉動(dòng)作，如圖5 所示。

圖5 托盤運(yùn)行圖

多層托盤支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)際使用的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生上下相鄰?fù)斜P的互相剮蹭問(wèn)題，即：某一個(gè)位置的托盤在機(jī)械手將其抽出來(lái)的時(shí)候，將相鄰的下方的托盤帶了出來(lái)，這時(shí)就出現(xiàn)了下面的托盤偏離正常的位置，如圖6 所示，當(dāng)機(jī)械手在夾取下一層托盤時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，使整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀況發(fā)生改變，設(shè)備的可靠性大大降低。

圖6 托盤狀態(tài)圖

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際使用觀察，發(fā)現(xiàn)托盤的剮蹭發(fā)生在托盤的中部區(qū)域，托盤中部的下沉超過(guò)了5 mm 以上，向下變形比較嚴(yán)重。但具有相同結(jié)構(gòu)的托盤并不是都會(huì)發(fā)生剮蹭的情況，發(fā)生剮蹭的大約占5%左右。通過(guò)分析了造成托盤下沉問(wèn)題的原因，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)和托盤運(yùn)動(dòng)軌跡變化獲得了很好的效果。

2 托盤下沉原因分析

從加工、裝配、運(yùn)行等方面分析托盤下沉可能的幾種原因如下：

（1）托盤自重引起的下沉。由于托盤本身的自重，托盤在垂直方向受重力的影響，會(huì)產(chǎn)生向下的變形，這種變形可以通過(guò)仿真分析得出變形的大小，如圖7 所示。

圖7 托盤變形圖

從仿真分析可以看出，承載托盤在自身的質(zhì)量下，產(chǎn)生了1.1 mm 左右的撓曲變形，這種變形始終是朝下的，一般在設(shè)計(jì)整體藍(lán)具結(jié)構(gòu)時(shí)，每層托盤間的距離大于5 mm。理論上托盤在抽拉的時(shí)候還有3.9 mm 的空間余量。但實(shí)際使用中存在5%左右的托盤在抽拉的過(guò)程中會(huì)剮蹭下面的托盤，說(shuō)明托盤的下沉變形不單單只有自重的影響，還會(huì)有其他的原因。

（2）托盤鋁板在制造過(guò)程中引起的變形。托盤鋁板采用四面向上折邊的結(jié)構(gòu)，折邊的目的有2個(gè)，一是鋁板面積比較大，折邊可以增加托盤的剛性，保持鋁板平整度；二是向上的折邊可以和包圍托盤的鋁型材連接，進(jìn)一步增加鋁板的平整度，如圖8 所示。

圖8 托盤結(jié)構(gòu)中的成型金屬網(wǎng)圖

在彎邊加工中，鋁板內(nèi)部產(chǎn)生向下的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致托盤的中部會(huì)向下突出。這是加工中必然存在的誤差很難消除。把托盤從框架中拆下來(lái)在平臺(tái)上進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)突出的量大概在2 mm 左右，如圖9 所示。

圖9 托盤鋁板變形示意圖

（3）鋁板托盤和鋁型材裝配過(guò)程中的誤差。鋁板托盤和包圍其四周的型材采用螺釘連接的方式，如圖10 所示。

圖10 托盤側(cè)視圖

為方便安裝，螺釘孔比螺釘大1 mm 左右，在整體裝配過(guò)程中，很難保證鋁托盤上的過(guò)孔下沿和螺釘接觸，造成整體裝配的一致性比較差，鋁托盤在型材里面有的靠上，有的靠下。誤差大約在1 mm左右。

（4）包圍鋁板的型材安裝中的誤差。包裹鋁托盤的型材在裝配中，依靠連接角件和連接螺釘進(jìn)行固定，這也很難保證加工精度的一致性，并產(chǎn)生一定的誤差，其誤差也在1 mm。

（5）托盤抽拉過(guò)程中的應(yīng)力變形。托盤在被機(jī)械手抽拉的時(shí)候，任何時(shí)候都有三點(diǎn)來(lái)固定托盤的運(yùn)行軌跡，托盤處于過(guò)定位的狀態(tài)，在運(yùn)行中必然會(huì)受到過(guò)定位產(chǎn)生的應(yīng)力，使托盤產(chǎn)生一定的變形。這種變形是很隨機(jī)的，如圖11 所示。

圖11 托盤結(jié)構(gòu)圖

在（1）～（5）的分析中，自重產(chǎn)生的變形、加工和裝配精度造成的變形綜合起來(lái)，使得整體托盤的變形和下垂就有一定的機(jī)率超過(guò)托盤間隙5 mm 以上，托盤在水平運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中就有可能和下面的托盤發(fā)生剮蹭現(xiàn)象。這些誤差的產(chǎn)生，有的是系統(tǒng)性的，有的是隨機(jī)性的，這就導(dǎo)致了諸多不確定性，同樣結(jié)構(gòu)的托盤，只有大約5%左右會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，而同一位置的托盤，有時(shí)候會(huì)剮蹭，有時(shí)候運(yùn)行又很正常。對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行影響很大。如果單從提高加工精度和裝配精度的角度出發(fā)去解決，提高每一個(gè)零件的加工精度，在裝配的時(shí)候，力爭(zhēng)做到每一個(gè)零部件安裝到位，也可以解決以上剮蹭的問(wèn)題，但勢(shì)必會(huì)使加工成本和裝配成本大大增加，裝配調(diào)試時(shí)間延長(zhǎng)，不是最佳的解決辦法。

無(wú)論何種狀態(tài)，托盤中央的下垂是最大的，在托盤的開始運(yùn)動(dòng)和終止運(yùn)動(dòng)的位置，托盤的下沉變形受鋁型材的控制，變形并不大，和下面的托盤還有比較大的間隙，如果能夠解決托盤運(yùn)動(dòng)至中間時(shí)和下面托盤的間隙問(wèn)題，就可以避免托盤和下面托盤的剮蹭，使設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

機(jī)械手抽拉的運(yùn)行軌跡是水平運(yùn)行，這樣托盤的最低下垂點(diǎn)在經(jīng)過(guò)下層托盤的前沿凸起時(shí)發(fā)生剮蹭，如圖12 所示。

如果在托盤運(yùn)動(dòng)中利用機(jī)械手可以改變運(yùn)行軌跡的特點(diǎn)使托盤在經(jīng)過(guò)剮蹭點(diǎn)時(shí)使上層托盤抬高，上層托盤的最低點(diǎn)通過(guò)下層托盤的前沿后，再使上層托盤降低到原來(lái)的水平位置，就可以避免上層托盤和下層托盤的剮蹭，而且不會(huì)影響設(shè)備的其他動(dòng)作，使設(shè)備能夠正常運(yùn)行，如圖13 所示。

圖13 托盤運(yùn)行過(guò)程圖

此時(shí)，機(jī)械手運(yùn)行的軌跡就不是完全的水平運(yùn)動(dòng)，而是有一個(gè)向上突起的三角形，這樣只需要調(diào)整機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行改變，就可以達(dá)到避免剮蹭的目的。

如果機(jī)械手不做水平運(yùn)動(dòng)，托盤的運(yùn)行軌跡又需要和機(jī)械手重合，則托盤也必須滿足有向上運(yùn)動(dòng)的三角形軌跡，在以上結(jié)構(gòu)中，托盤的運(yùn)動(dòng)軌跡由托盤軌道和尼龍滑塊限制，只能做水平方向的運(yùn)動(dòng)，為了解決這個(gè)此問(wèn)題，必須對(duì)托盤軌道和尼龍滑塊進(jìn)行改變，將托盤軌道原來(lái)固定的尼龍滑塊去掉，對(duì)承載托盤固定的尼龍滑塊進(jìn)行改進(jìn)，由平面接觸改為圓形接觸，這樣，整個(gè)托盤就可以圍繞承載托盤尼龍滑塊做一定角度的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，在托盤軌道上加裝了一個(gè)鋸齒型的支撐，托盤上增加一個(gè)支撐塊。這樣既滿足了托盤的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)當(dāng)托盤退回的時(shí)候還可以將托盤支撐在藍(lán)具內(nèi)，如圖14 所示。

圖14 結(jié)構(gòu)改變

托盤在運(yùn)行時(shí)就可以跟隨機(jī)械手的運(yùn)行軌跡運(yùn)動(dòng)，如圖15 所示。

圖15 運(yùn)行軌跡

通過(guò)以上的改進(jìn)，每層托盤尼龍滑塊減少了2個(gè)，以一個(gè)藍(lán)具放置35 層托盤為例，則一個(gè)腔體減少尼龍滑塊70 個(gè)，每個(gè)尼龍滑塊如按20 元計(jì)算，一個(gè)腔體的尼龍滑塊就可以節(jié)約成本1 400 元左右。尼龍滑塊的減少，也為后期的安裝調(diào)試帶來(lái)了便利。每個(gè)藍(lán)具的調(diào)試成本大約可減少5 000 元左右，每個(gè)腔體增加兩條鋸齒形結(jié)構(gòu)件，直接成本在300 元左右，則1 臺(tái)設(shè)備雙腔體共節(jié)約10 000 元以上。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)托盤結(jié)構(gòu)的變化，解決了多層托盤相互剮蹭的問(wèn)題，保證了設(shè)備的可靠性使用，從實(shí)際使用效果來(lái)看，這種辦法起到了很好的作用。