劉向勇， 秦 輝， 王佳利

（中電科風(fēng)華信息裝備股份有限公司， 山西 太原 030024）

引言

近年來，車載娛樂系統(tǒng)不斷升級(jí)，大屏操作系統(tǒng)越來越受到駕駛?cè)藛T的青睞；飯店、商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所也都投入更多的電子顯示設(shè)備來給顧客提供更便捷的服務(wù)，電子顯示器與人們的生活息息相關(guān)。這些都促進(jìn)了TFT-LCD 液晶顯示屏技術(shù)和產(chǎn)量的提升。切割機(jī)作為液晶顯示屏生產(chǎn)過程中最重要的設(shè)備之一，更加高效及智能。對(duì)刀切割生產(chǎn)線是集自動(dòng)上料、切割、分?jǐn)?、下料功能為一體的全自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，其把大板來料玻璃切割成小片下料給下游設(shè)備。

1 對(duì)刀切割生產(chǎn)線概述

對(duì)刀切割生產(chǎn)線是一條自動(dòng)化程度極高的設(shè)備，生產(chǎn)線從頭部與上游自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)相連接，經(jīng)過中間的切割工序，到后端的自動(dòng)出料，全程無需人工參與。此設(shè)備主要是用于把TFT-LCD 大板液晶屏（目前國產(chǎn)設(shè)備可切割最大玻璃2 600 mm×2 250 mm）經(jīng)第一次切割、斷裂掰片、送料對(duì)位、第二次切割、斷裂掰片、翻轉(zhuǎn)下料等步驟，處理成多個(gè)單片液晶屏（10.1～43寸）下料給后續(xù)設(shè)備。如圖1 所示，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，來料大板液晶屏通過上料部件被放置到一切送料部件上，隨即被輸送到一切部件并對(duì)液晶屏的0°方向進(jìn)行切割。然后輸出部件把切割之后的液晶屏轉(zhuǎn)移到一切拾取旋轉(zhuǎn)部件上，長(zhǎng)條液晶屏隨之被旋轉(zhuǎn)90°，并放置于二切對(duì)位部件上。玻璃在此處被對(duì)位之后，經(jīng)過二切送料部件被輸送到二切部件，完成90°方向的第二次切割，切割流程如圖2 所示。大板液晶屏就被處理成了單片玻璃，最終通過翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)部件輸送給后續(xù)設(shè)備，進(jìn)行清洗、打磨等系列工序。

圖1 對(duì)刀切割生產(chǎn)線流程

圖2 切割流程

2 切割臺(tái)板的設(shè)計(jì)及功能

2.1 輸出部件簡(jiǎn)介

如圖3 所示，輸出部件由切割后臺(tái)板、臺(tái)板升降機(jī)構(gòu)、惰輪延伸段、傳輸模組、輔助導(dǎo)軌及機(jī)架構(gòu)成。切割后臺(tái)板與前臺(tái)板共同滿足切割時(shí)支撐大板玻璃的需求；臺(tái)板升降機(jī)構(gòu)配合傳輸模組共同運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切割之后的玻璃分?jǐn)鄤?dòng)作。

圖3 輸出部件

2.2 液晶屏切割要求

通常LCD 液晶屏是由上下兩層玻璃黏合而成，中心區(qū)域注入液晶，在某一邊或者兩邊存在端子連接區(qū)域（見圖4）。如圖5 所示，對(duì)刀切割的工藝是上下兩個(gè)刀同時(shí)切割，上刀切割屏幕的上表面、下刀切割屏幕的下表面[1-2]。切割的時(shí)候，大板液晶屏橫跨在前臺(tái)板和后臺(tái)板上，前、后臺(tái)板都有真空吸附，可保證切割時(shí)屏幕的穩(wěn)定性，如圖6 所示。

圖4 經(jīng)切割、斷裂處理之后的單片玻璃橫截面示意圖

圖5 大板液晶屏被處理成單片玻璃示意圖（橫截面）

圖6 切割前、后臺(tái)板

前臺(tái)板是固定不動(dòng)的機(jī)構(gòu)，后臺(tái)板可以隨著輸出部件的模組導(dǎo)軌和升降機(jī)構(gòu)而進(jìn)行上下、前后的運(yùn)動(dòng)。切割完成之后，后臺(tái)板吸附著玻璃向后運(yùn)動(dòng)，大板玻璃在拉力的作用下被分?jǐn)郲3]。因此，切割后臺(tái)板的主要功能有以下兩個(gè)：

1）靜態(tài)功能：切割時(shí)作為切割臺(tái)板來支撐液晶屏；

2）動(dòng)態(tài)功能：切割之后作為分?jǐn)鄼C(jī)構(gòu)來移動(dòng)液晶屏。

2.3 切割后臺(tái)板升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

切割后臺(tái)板升降機(jī)構(gòu)中的臺(tái)板長(zhǎng)2 600 mm，質(zhì)量約為200 kg，而又受限于垂直空間的要求，所以由兩個(gè)小尺寸的電缸和兩個(gè)氣缸共同完成升降的動(dòng)作（見圖7）。氣缸只能夠抵消50%的承重，剩余的質(zhì)量及走位精度由兩個(gè)電缸完成。切割過程中，為了保證切割精度，臺(tái)板的平面度要控制在50 μm 之內(nèi)，也就是說，前、后兩個(gè)臺(tái)板機(jī)構(gòu)組合起來，也要在這個(gè)精度范圍之內(nèi)。長(zhǎng)度為2 600 mm 的金屬板，在加工之后很難保證50 μm 的平面度。因此，后臺(tái)板被拆分成兩個(gè)1 300 mm 長(zhǎng)的臺(tái)板，并通過一些調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)來滿足這一靜態(tài)精度要求。

圖7 切割后臺(tái)板升降機(jī)構(gòu)

切割完之后的液晶屏，在后臺(tái)板向后拉斷的同時(shí)，也會(huì)向下移動(dòng)，這樣的分?jǐn)鄤?dòng)作，有利于玻璃斷裂的同時(shí)，也可以有效地避免因摩擦而產(chǎn)生的切割不良。在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中，這一機(jī)構(gòu)在由分?jǐn)嗟膭?dòng)態(tài)轉(zhuǎn)為支撐切割的靜態(tài)之后，會(huì)產(chǎn)生左右高度的偏差，即不能再繼續(xù)滿足50 m 的組合臺(tái)板平面度要求。經(jīng)過分析，是氣缸的作用導(dǎo)致了累積的誤差。氣缸的輸出力決定于氣源，氣源如果不穩(wěn)定，或者是氣源的控制不同步，就會(huì)導(dǎo)致氣缸所抵消的重量發(fā)生變化。而電缸是由電機(jī)所控制，輸出的扭矩為一個(gè)恒定值，在氣缸載重不穩(wěn)定的時(shí)候，便會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的走位產(chǎn)生影響。實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中，也嘗試用一些傳感器、調(diào)節(jié)閥來穩(wěn)定氣缸的氣源，結(jié)果只是使臺(tái)板出現(xiàn)偏差的頻率變少，卻并不能從根本上解決這一問題。因此，要解決高度偏差的問題，首先要確定載重走位的穩(wěn)定性。

2.4 切割后臺(tái)板升降機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

為了滿足切割臺(tái)板的平面度要求，切割后臺(tái)板依舊是由兩塊1 300 mm 的臺(tái)板拼接而成。如圖8 所示，新的升降機(jī)構(gòu)取消了抵消質(zhì)量的氣缸，作為升降動(dòng)力端的兩個(gè)電缸也替換成了兩個(gè)絲杠與導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。在垂直空間受限的前提下，兩個(gè)斜角連接塊的應(yīng)用把垂直運(yùn)動(dòng)所需的距離轉(zhuǎn)換在水平方向。單邊斜角機(jī)構(gòu)所承載的質(zhì)量約為100 kg，通過三角函數(shù)計(jì)算得出，電機(jī)絲杠所提供的扭矩可小于這一載重要求，因此更小功率的電機(jī)即可滿足要求，成本得以降低。

圖8 切割后臺(tái)板升降機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

綜上，后臺(tái)板在斷裂液晶屏?xí)r，會(huì)模擬人工手動(dòng)掰斷的動(dòng)作，即同時(shí)向后并向下運(yùn)動(dòng)。向下的行程并不會(huì)太大，實(shí)際L1≤5 mm 便可達(dá)到要求。得益于兩根導(dǎo)軌的使用，見下頁圖9 中的幾何關(guān)系，L1與水平L3的行程關(guān)系為：

圖9 高度轉(zhuǎn)換關(guān)系

可得出：

由此可以得出絲杠的行程和導(dǎo)軌的安裝位置。

3 切割后臺(tái)板未來的發(fā)展趨勢(shì)

兩代切割后臺(tái)板的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，新機(jī)構(gòu)有更明顯的優(yōu)點(diǎn)：

1）把豎直載重轉(zhuǎn)換到水平方向，豎直空間無需做任何改變；

2）動(dòng)力源由兩個(gè)電機(jī)穩(wěn)定地輸出，可以保證升降機(jī)構(gòu)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的精度要求；

3）取消不穩(wěn)定因素（氣缸）的應(yīng)用，機(jī)構(gòu)更好調(diào)節(jié)，也節(jié)省成本；

4）通過斜角轉(zhuǎn)換，更低功率的電機(jī)即可達(dá)到要求，降低了成本。

目前，國產(chǎn)自動(dòng)連線設(shè)備能切割最大的來料玻璃尺寸為2 600 mm×2 250 mm，未來沖擊的壁壘為3 370 mm×2 940 mm。玻璃尺寸更大，意味著切割臺(tái)板的平面度以及載重運(yùn)動(dòng)更難以實(shí)現(xiàn)。在空間要求依然很局促的情況下，應(yīng)該考慮輕量化材料的使用。