基于PLC的全自動LCD貼片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計

戴亦宗，繆德俊

(揚州職業(yè)大學(xué)，江蘇揚州 225009)

近年來，隨著LCD產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，LCD液晶顯示屏需求量逐年增加，對玻璃液晶片貼片的生產(chǎn)自動化程度、生產(chǎn)效率、精度和可靠性等提出了更高要求。本系統(tǒng)實現(xiàn)偏光片與LCD玻璃片的準(zhǔn)確定位與可靠貼附，以PLC為控制器，控制系統(tǒng)將每塊成品液晶屏的上下兩面分別貼附一張相應(yīng)型號和尺寸的偏光片，克服了人工作業(yè)下效率低、易產(chǎn)生氣泡、偏位、壓傷玻璃液晶片或偏光片色斑和褶皺等不良缺陷。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計采用4臺貼片機(jī)聯(lián)機(jī)并行結(jié)構(gòu)，通過兩個傳送帶構(gòu)成系統(tǒng)，根據(jù)LCD片產(chǎn)量可將系統(tǒng)最大擴(kuò)展為8臺機(jī)運行(見圖1)。通過每臺單機(jī)玻璃片上下料機(jī)械手將傳送帶上玻璃模具中的玻璃片拿到貼片平臺上貼片，已經(jīng)貼好偏光片的LCD玻璃片通過機(jī)械手放到傳送帶上送到終端。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 貼片機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)

單機(jī)貼片機(jī)由上下玻璃片機(jī)械手、取偏光片機(jī)械手、偏光片傳送帶、玻璃片吸附平臺，貼片機(jī)頭等組成(見圖2)。機(jī)械手將LCD偏光片送上膠帶傳送帶，電機(jī)帶動滾輪運行拉動膠帶在平臺轉(zhuǎn)角處偏光片與其保護(hù)膜分離，同時偏光片吸附在吸附平臺上，玻璃片機(jī)械手將玻璃片定位放在玻璃片平臺上并定位，工作臺前進(jìn)到偏光片吸附平臺下，壓輪下壓、工作臺后退，偏光片粘貼到LCD玻璃片上。

圖2 單機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.1.1 機(jī)械手結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)機(jī)械手由玻璃片機(jī)械手、偏光片機(jī)械手組成。玻璃片機(jī)械手采用聯(lián)動結(jié)構(gòu)將玻璃片從傳送帶上取到玻璃平臺上［1］，并將貼好的玻璃片放回到傳送帶上。偏光片機(jī)械手從料槽中取偏光片放到偏光片傳送帶上(見圖3)。機(jī)械手是由支架導(dǎo)軌、支撐板、等組成，機(jī)械手有水平和豎直兩個方向運動，氣缸作為動力源，水平通過兩平行水平導(dǎo)軌支撐并導(dǎo)向，完成機(jī)械手的工作進(jìn)給和快速退回動作，機(jī)械手的升降則采用雙桿氣缸完成實現(xiàn)取料和放料動作，玻璃片、偏光片的抓取是通過真空吸盤實現(xiàn)的，即吸附型手抓。

被抓取玻璃片單片質(zhì)量約50g，抓取力約為［2］:

考慮安全性，故設(shè)定真空吸盤的吸附力每平方厘米為5N。

被抓取成片單片質(zhì)量約2g，抓取力約為:

考慮安全性，故設(shè)定真空吸盤的吸附力每平方厘米為2N。

圖3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖

1.1.2 料槽結(jié)構(gòu)

偏光片料槽全部采用鋁制材料，能夠減小整個料槽的重量，料槽通過絲桿和步進(jìn)電機(jī)傳動，料槽的機(jī)械結(jié)構(gòu)由底板、肋板、支架、絲桿等組成(見圖4)。系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動，通過絲杠傳動［3］。

圖4 偏光片料槽結(jié)構(gòu)圖

1.1.3 貼片結(jié)構(gòu)

貼片系統(tǒng)主要由偏光片吸附平臺、LCD玻璃片定位平臺、壓片機(jī)構(gòu)組成，偏振片吸附平臺上有槽孔，利用真空將傳送帶上已經(jīng)剝離的偏光片吸附并對位，同時機(jī)械手將玻璃片放在工作平臺上，定位、抽真空吸附，如圖5所示，偏光片片與玻璃基片對好位后，保持一定的角度，依靠膠輥的滾動和擠壓動作來完成貼片［4］。

圖5 貼片頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 控制器系統(tǒng)

本系統(tǒng)以永宏P(guān)LC作為控制器，該系列PLC有數(shù)字量控制模塊、模擬量輸入/輸出模塊、高速計數(shù)器模塊、位置控制模塊、數(shù)據(jù)輸入/輸出模塊、通信模塊等可選模塊，可以實現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)功能。系統(tǒng)采用主從控制方式，主機(jī)加遠(yuǎn)程IO模塊控制，以FBS－20MA為主機(jī)，每臺貼片從IO信號輸入模塊為FBS－24EX、輸出模塊為FBS－24EY控制氣缸電磁閥，通過RS485通訊方式將模塊與主機(jī)連接實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制，每個單機(jī)輸入模塊信號通過RS485通訊方式傳送到主機(jī)，通過主機(jī)程序運行，將輸出信號傳送到每個單機(jī)輸出模塊，永宏P(guān)LC通過RS485通訊可驅(qū)動16個站，使用RS485增幅器(FBS－CM5R)最多可擴(kuò)展到254站，系統(tǒng)遠(yuǎn)程IO模塊選用FBSCB55通訊板聯(lián)接系統(tǒng)，本生產(chǎn)線可通過增加站點，系統(tǒng)生產(chǎn)線增加到8臺單機(jī)，同時，主機(jī)選用FBS－CM5E通訊模塊，可通過模塊上以太網(wǎng)口與遠(yuǎn)程電腦聯(lián)接，使整個系統(tǒng)既可以現(xiàn)場人機(jī)界面控制，也可以遠(yuǎn)程監(jiān)控［6］。

2.2 傳感器

系統(tǒng)運行中定位、限位等信號要求準(zhǔn)確度、靈敏度高，因此，系統(tǒng)主要選用了光纖傳感器檢測信號，光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位、偏正態(tài)等)發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光，在經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)，被測參數(shù)與設(shè)置參數(shù)比較后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號給PLC控制器，本系統(tǒng)采用了KEYENCE－FSV20光纖傳感器，該型號為反射型，根據(jù)不同物體放射信號變化反應(yīng)快，穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。

2.3 電磁閥

系統(tǒng)執(zhí)行器件主要為氣缸，氣缸兩個方向的運動通過電磁閥控制。采用兩位五口電磁閥控制，電磁換向閥是利用電磁鐵吸力操縱閥芯換位的方向控制閥。兩位是指有兩個工作位置可切換，五通是有五個通道通氣。線圈電壓等級采用DC24V，通過PLC開關(guān)量輸出口控制其通斷電。

2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.4.1 軟件流程圖

貼片機(jī)單機(jī)完成玻璃片貼片一次周期流程圖見圖6。

圖6 動作流程圖

2.4.2 控制策略

本系統(tǒng)四臺貼片機(jī)采用PLC順序控制方法，順序控制就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地有序地進(jìn)行工作。系統(tǒng)順序控制采用并行序列結(jié)構(gòu)，四臺貼片機(jī)機(jī)械手同時拿玻璃片，同時放下貼好的成片。

系統(tǒng)采用氣缸為執(zhí)行元件，運行中有氣壓不穩(wěn)定等偶然因素，造成運行過程中出現(xiàn)四臺單機(jī)動作先后完成問題，因此，在設(shè)計中四臺機(jī)執(zhí)行動作時間非固定，可以動態(tài)調(diào)整，減小四臺機(jī)完成時間之間的誤差，保證四臺單機(jī)能同時完成一個周期動作，在程序設(shè)計中，采用中間值濾波法計算一次周期的時間作為下次動作時間。中間值濾波法原理是在某一采樣周期的k次采樣值中［6］，除去一個最大值和一個最小值，將剩余的k－2個采樣值進(jìn)行算術(shù)平均，計算公式如下，假設(shè)有k個采樣值存在下列關(guān)系:

則平均值為: y=∑yi/(k－2)，i=1～k，程序計算流程圖如圖7。

3 實驗結(jié)果及分析

系統(tǒng)現(xiàn)場實驗，取1000片樣片，分別人工和系統(tǒng)貼片，每100片計算每片貼片時間及進(jìn)行質(zhì)量檢測進(jìn)行對比，實驗結(jié)果如圖8和圖9，根據(jù)兩圖分析，機(jī)器貼片的合格率為90%左右，并且保持穩(wěn)定，而人工合格率最高83%，最低69%，低于機(jī)器貼片合格率，波動較大。機(jī)器貼片平均時間為3.2s，波動較小，人工貼片最快 7.1s，最慢8.8s，波動較大，因此，機(jī)器貼片的效果、效率遠(yuǎn)高于人工貼片，可完全替代人工貼片。

圖7 平均時間計算流程圖

圖8 人工與自動生產(chǎn)線合格率對比

圖9 人工與自動生產(chǎn)線平均貼片時間對比

4 結(jié)論

本文設(shè)計的LCD貼片機(jī)生產(chǎn)線運行流暢穩(wěn)定，生產(chǎn)效率遠(yuǎn)高于人工貼片，減小了工人勞動強(qiáng)度，大大降低了成本，市場前景廣泛。

［1］周鴻杰，駱敏舟，李濤，等.基于PLC的工業(yè)取料機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計［J］.工業(yè)儀表與自動化裝置，2010(3):50－52.

［2］楊入清.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計—系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)［M］.上海:上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2000.

［3］成大先.機(jī)械設(shè)計手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［4］劉鴻文.材料力學(xué)［M］.4版.北京:高等教育出版社，2004.

［5］鄧大偉.基于PLC控制的氣動機(jī)械手研制［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

［6］龔仲華.PLC技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京:人民郵電出版社，2010.