除泡設(shè)備充排氣速度控制方法的研究

王　毅，賈松林，張辰星，李燕琴，閆旭宏

(太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西 太原 030024)

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除泡設(shè)備充排氣速度控制方法的研究

王毅，賈松林，張辰星，李燕琴，閆旭宏

(太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西 太原 030024)

摘要：針對LCD顯示行業(yè)中廣泛使用的除泡設(shè)備，為了合理有效地降低回彈型再發(fā)氣泡的發(fā)生率，提高除泡品質(zhì)，探究了一種關(guān)于除泡設(shè)備充排氣時間的控制方法，同時開發(fā)了一套自動控制系統(tǒng)?？蛻羰褂媒Y(jié)果表明：通過對充排氣時間的控制，較大程度上提高了除泡品質(zhì)，且該控制系統(tǒng)功能穩(wěn)定，使用方便，對氣體如何影響除泡效果的工藝摸索又極具實用性。

關(guān)鍵詞：除泡設(shè)備；充排氣；時間控制

除泡機(jī)是LCD(Liquid Crystal Display)生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備之一。其主要作用是在密閉腔體內(nèi)提供均勻穩(wěn)定的溫度和壓力環(huán)境，對已經(jīng)完成OCA貼合及偏光片貼附的產(chǎn)品進(jìn)行處理，消除殘存的氣泡，同時在保證顯示質(zhì)量的前提下，增強(qiáng)貼合的強(qiáng)度。

目前市場上的除泡機(jī)大體分為兩種：一種是IN-LINE式全自動除泡設(shè)備；一種是OFF-LINE式除泡設(shè)備。不論是哪種除泡設(shè)備，其除泡核心工藝均是要保證在密閉腔體內(nèi)提供均勻穩(wěn)定的溫度和壓力環(huán)境，溫度、壓力和除泡時間的控制是否合理，對除泡良品率有至關(guān)重要的作用。

1除泡原理及存在問題

為了使產(chǎn)品獲得好的貼合效果，必須保證膠與貼合面之間有最大的接觸面積，其中影響接觸面積大小的因素主要有三個：時間、溫度和壓力。因為膠是一種粘彈體，具有一定的流動性，溫度若適當(dāng)提高可以增加膠的粘性，增加膠的流動性及滋潤度，使其可以在較短的時間內(nèi)與整個接觸面積完全接觸；壓力可以提高膠的流動速度，增加滋潤度并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臄D壓壓力，催化空氣的融入，使其擴(kuò)散至OCA表面或融入OCA之中，達(dá)到去除氣泡，增強(qiáng)顯示效果的目的。壓力和溫度的合理作用可以加速膠體與接觸面完全接觸的時間，并保證良好的效果，如圖1所示。

圖1　膠帶與接觸面完全接觸的過程

貼合完成后油墨層邊緣容易留下整面性的氣泡，如圖2所示，因此需要通過除泡設(shè)備對產(chǎn)品進(jìn)行處理，去除氣泡。但是許多用戶在生產(chǎn)過程中都會遇到這樣的難題：貼合好的產(chǎn)品，經(jīng)過除泡處理后當(dāng)時氣泡被完全處理掉了，但是放置一晚或幾天之后，同樣部位又重新出現(xiàn)了氣泡，產(chǎn)品品質(zhì)不能保證，失去競爭力。針對這一現(xiàn)象我們進(jìn)行分析研究，分成兩種特性來對待。一種是內(nèi)應(yīng)力型再發(fā)氣泡：主要是由于貼合時內(nèi)部有異物沒有處理干凈，導(dǎo)致膠體內(nèi)部應(yīng)力，影響粘結(jié)力，最終出現(xiàn)氣泡；一種是回彈型再發(fā)氣泡。

圖2　殘存氣泡圖片

回彈型再發(fā)氣泡的產(chǎn)生原理如下：工作過程中除泡設(shè)備內(nèi)部會升溫、升壓，使腔體內(nèi)的溫度和壓力達(dá)到工藝要求的設(shè)定值，然后保持一段時間對產(chǎn)品進(jìn)行處理，處理完畢后設(shè)備自動排氣、降溫流程結(jié)束。

產(chǎn)品在OCA貼合完成后放入除泡設(shè)備中，設(shè)備開始升溫、升壓至工藝設(shè)定值，此時保護(hù)玻璃、OCA膠帶及油墨層都會受到溫度、壓力作用。由于OCA膠帶為彈性體，因此其對溫度和壓力比較敏感，隨著溫度和壓力的上升，膠帶開始軟化、充滿間隙，設(shè)備保持溫度和壓力環(huán)境的過程中膠帶依靠自身的性能可以與保護(hù)玻璃完全接觸；此時保護(hù)玻璃也受到溫度和壓力的影響產(chǎn)生彈性形變。

工作完成后設(shè)備開始排氣，壓力降低的同時溫度也急劇下降，排氣完成的同時腔體內(nèi)部氣體的溫度值會恢復(fù)到室溫狀態(tài)。外在壓力迅速消失，保護(hù)玻璃本身會產(chǎn)生回復(fù)自然狀態(tài)的趨勢，但由于膠體的存在保護(hù)玻璃的回復(fù)受到影響；OCA膠帶回復(fù)速度較慢，將產(chǎn)品從設(shè)備內(nèi)部取出后其內(nèi)部還會保持工作時的溫度。在放置過程中，OCA膠帶會逐漸冷卻，冷卻過程中膠帶會產(chǎn)生收縮，如果在膠帶收縮過程中，其本身的內(nèi)聚力不足以抵抗保護(hù)玻璃局部的彈性形變，則有可能會在原先整面性氣泡出現(xiàn)的部分產(chǎn)生OCA膠帶被拉伸，氣泡析出，就會出現(xiàn)我們上面說的放置一段時間后氣泡再次出現(xiàn)的情況。

針對回彈型再發(fā)氣泡，本研究開發(fā)的控制系統(tǒng)可以精準(zhǔn)控制充氣、排氣時間，使加壓與減壓速度可控，這樣使得保護(hù)玻璃和OCA膠帶的軟化、回復(fù)速度盡可能保持一致，很明顯地降低了回彈型再發(fā)氣泡的產(chǎn)生，提高了除泡良品率。

2控制系統(tǒng)的組成

本控制系統(tǒng)主要由硬件子系統(tǒng)和軟件子系統(tǒng)組成。硬件子系統(tǒng)主要由PLC、電動球閥及相關(guān)傳感器組成；軟件子系統(tǒng)使用三菱PLC邏輯語言實現(xiàn)對硬件子系統(tǒng)的控制。

2.1硬件子系統(tǒng)

硬件子系統(tǒng)主要由PLC、傳感器、執(zhí)行單元及安全防護(hù)模塊組成，通過CPU的邏輯控制、數(shù)據(jù)采集及開關(guān)量輸出，實現(xiàn)各種數(shù)字量、模擬量數(shù)據(jù)的處理傳輸，以及對各執(zhí)行單元的控制，同時通過安全傳感器、電路保護(hù)裝置、軟件保護(hù)等

實現(xiàn)設(shè)備的安全防護(hù)，如圖3所示。

圖3　硬件子系統(tǒng)框圖

2.2軟件子系統(tǒng)

采用三菱可編程控制器實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，而可編程控制器又包括CPU、ADDA等模塊。整個工藝流程如圖4所示。

圖4　工藝流程

系統(tǒng)分為一般模式及可控模式兩種，其中一般模式不執(zhí)行時間控制，直接自然充氣及排氣，適用于原來的工藝；而可控模式則可以實現(xiàn)對進(jìn)氣及排氣時間的控制，實現(xiàn)規(guī)定時間內(nèi)的均勻進(jìn)排氣。

2.3控制算法

分段線性逼近法是將非線性優(yōu)化問題線性化，然后將線性問題細(xì)分，利用線性優(yōu)化方法求解的一種計算方法。

壓力容器充放氣曲線可以近似理解為y=kx+b的線性直線，其中y為容器壓力，x為充放氣時間，b為修正量。采用分段線性逼近法，以5 s為采樣周期，將充放氣過程細(xì)分，CPU每5s做一次運算，比較實際值跟計算出的目標(biāo)值，若實際值(腔內(nèi)實際壓力值)小于目標(biāo)值，控制電動球閥開一個單位角度，相反則關(guān)一個單位角度，以此類推，即可實現(xiàn)對充放氣時間的控制。

3控制曲線及數(shù)據(jù)

本文以0.5 MPa為設(shè)定壓力，進(jìn)氣和排氣時間分為5 min、10 min、20 min及30 min四種情況，進(jìn)排氣曲線如圖5所示。

圖5　控制曲線

四種設(shè)定時間下，通過大量試驗，得出進(jìn)排氣實際時間誤差統(tǒng)計，如表1所示。從表中可以看出，本文所述控制方法基本可以在一定誤差范圍內(nèi)按照設(shè)定時間完成進(jìn)/排氣，控制方法相對較為合理。

表1　時間誤差統(tǒng)計

4結(jié)論

本文主要利用分段線性逼近算法，探究了一種關(guān)于除泡設(shè)備充放氣時間的控制方法，并開發(fā)了一套自動控制系統(tǒng)。

客戶使用結(jié)果表明：

1) 通過對充排氣過程時間的控制，降低了回彈型再發(fā)氣泡的發(fā)生率，較大程度提高了除泡品質(zhì)。

2) 該控制系統(tǒng)功能穩(wěn)定，使用方便，對氣體如何影響除泡效果的工藝摸索又極具實用性。

參考文獻(xiàn)

[1]劉豹，唐萬生.現(xiàn)代控制理論[M].第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]盧澤生.控制理論及其應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]李桂成.計算方法[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

Research on Inflat and Exhaust Speed Control Method for Autoclave Machine

Wang Yi, Jia Songlin, Zhang Chenxing, Li Yanqin, Yan Xuhong

(TaiyuanFenghuaInformation-EquipmentCo.,Ltd.,TaiyuanShanxi030024,China)

Abstract:Autoclave equipments is widely used in LCD display industry, in order to reasonably and effectively reduce the occurrence rate of springback air bubbles, and improve the product quality, this paper designs a time control method for inflating and exhausting. This paper also develops an automatic control system. Customers' experiments indicate the advantage of the system. With the help of the system, product quality is improved clearly. And other advantages such as user-friendliness, stable performance and practically for technology exploration are also confirmed.

Key words:defoaming machine; inflating and exhausting; time control

收稿日期：2016-04-27

作者簡介：王毅(1987- )，男，山西太原人，碩士研究生，主要從事電子專用生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)工作。

文章編號：1674- 4578(2016)03- 0093- 02

中圖分類號：TP29

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A