基于PLC的液晶面板撕膜機(jī)設(shè)計(jì)與改進(jìn)

金　敏，　王　芳

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西　太原　030024）

引言

當(dāng)前液晶行業(yè)技術(shù)日新月異，對(duì)液晶專用設(shè)備技術(shù)工藝的要求也越來(lái)越高。觸控面板（Touch Sensor）是整個(gè)液晶顯示面板中非常重要的組成部分，它的主要功能是接收觸頭等輸入訊號(hào)的感應(yīng)式液晶顯示裝置。當(dāng)用戶觸摸了屏幕上的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編譯好的程序去觸發(fā)相應(yīng)的功能，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫(huà)面制造出生動(dòng)的影音效果。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡(jiǎn)單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備，它主要應(yīng)用于公共信息的查詢、領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)等。

1　工藝流程

撕膜是貼合的上游工序，是觸控面板（以下簡(jiǎn)稱Sensor）在與光學(xué)膠（以下簡(jiǎn)稱OCA）進(jìn)行貼合前的一道工序。Sensor在出廠時(shí)會(huì)附著一層黏性保護(hù)膜來(lái)保護(hù)Sensor，確保Sensor與OCA貼合前避免劃傷與臟污。撕膜機(jī)的主要的功能是要將Sensor表層的薄膜撕掉同時(shí)保證產(chǎn)品不會(huì)被帶起（產(chǎn)生形變）。工藝流程是通過(guò)上料機(jī)將產(chǎn)品放置在一個(gè)真空平臺(tái)，由撕膜夾爪夾取易撕貼后，利用易撕貼粘牢Sensor的一角將膜撕起。由于Sensor尺寸較小且很薄電路很細(xì)，很小的形變就會(huì)有折斷電路的可能，這就要求在撕膜過(guò)程中不能有一點(diǎn)帶起，同時(shí)平臺(tái)真空也不能很大，太大的真空會(huì)給Sensor留下真空孔印。所以，對(duì)撕膜工藝的把控是成功的關(guān)鍵。

2　整機(jī)結(jié)構(gòu)組成

該撕膜機(jī)是面板貼合生產(chǎn)線的一部分，它可以實(shí)現(xiàn)與上下料機(jī)和貼合機(jī)聯(lián)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，也可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)運(yùn)行。具體工作流程如圖1所示。

圖1　撕膜機(jī)工作流程圖

2.1　撕膜平臺(tái)機(jī)構(gòu)

撕膜平臺(tái)機(jī)構(gòu)主要由平臺(tái)X軸、壓膜旋轉(zhuǎn)氣缸和壓膜升降氣缸組成。平臺(tái)X軸主要負(fù)責(zé)搬運(yùn)Sensor以及配合撕膜機(jī)械手完成撕膜動(dòng)作。壓膜旋轉(zhuǎn)氣缸與壓膜升降氣缸主要是為小尺寸Sensor撕膜準(zhǔn)備的。在進(jìn)行小尺寸Sensor撕膜時(shí)，由于尺寸過(guò)小，平臺(tái)真空吸附力相對(duì)較小，而易撕貼黏性不變，在撕膜過(guò)程中易撕貼很容易將Sensor帶起，產(chǎn)生形變。所以，在進(jìn)行小尺寸Sensor撕膜時(shí)，通過(guò)動(dòng)作這兩個(gè)壓膜氣缸，壓住Sensor的除起撕角以外的剩余部分進(jìn)行撕膜，避免產(chǎn)品產(chǎn)生形變，提高撕膜成功率。撕膜平臺(tái)機(jī)構(gòu)三維圖如下頁(yè)圖2所示。

2.2　撕膜機(jī)械手機(jī)構(gòu)

撕膜機(jī)械手部件由Y軸、Z軸、θ軸、旋轉(zhuǎn)氣缸和壓塊氣缸組成。其中Y軸、Z軸、θ軸相互配合實(shí)現(xiàn)夾取易撕貼、撕膜以及扔膜動(dòng)作；旋轉(zhuǎn)氣缸主要作用是在撕膜時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)氣缸動(dòng)作使撕膜夾爪與撕膜平臺(tái)形成一定角度，方便撕膜。壓塊氣缸主要作用是在易撕貼黏住Sensor起撕角后壓塊氣缸壓一下，使易撕貼與起撕角粘得更牢固，提高撕膜成功率。撕膜機(jī)械手機(jī)構(gòu)三維圖如圖3所示。

圖2　撕膜平臺(tái)機(jī)構(gòu)三維圖

圖3　撕膜機(jī)械手機(jī)構(gòu)三維圖

2.3　易撕貼卷料機(jī)構(gòu)

易撕貼卷料機(jī)構(gòu)主要由卷料電機(jī)、壓帶氣缸以及易撕貼到位光纖組成。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，壓帶氣缸運(yùn)動(dòng)到高位，卷料電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)光纖檢測(cè)到易撕貼到位后，壓帶氣缸運(yùn)動(dòng)到低位壓住易撕貼卷帶，等待撕膜機(jī)械手取料。易撕貼卷料機(jī)構(gòu)三維圖如圖4所示。

圖4　易撕貼機(jī)構(gòu)三維圖

2.4　下料機(jī)構(gòu)

下料機(jī)構(gòu)主要由X軸、θ軸和上下氣缸組成。由它們來(lái)配合完成Sensor的取放料動(dòng)作。下料機(jī)構(gòu)三維圖如圖5所示。

3　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖5　下料機(jī)構(gòu)三維圖

該機(jī)采用三菱可編程邏輯控制器（PLC）作為其核心控制部件，配合三菱觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。選用PLC控制的優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)穩(wěn)定、拓展性強(qiáng)、維護(hù)方便。根據(jù)程序量的大小以及拓展要求選用了三菱L06型CPU和GS21系列觸摸屏。

按照客戶要求，該撕膜機(jī)設(shè)計(jì)了單機(jī)運(yùn)行模式、聯(lián)機(jī)運(yùn)行模式、撕膜使用/停用選項(xiàng)、易撕貼夾取/不夾取選項(xiàng)等功能選項(xiàng)。單機(jī)運(yùn)行是指在沒(méi)有上下料機(jī)與貼合機(jī)連線的情況下單獨(dú)進(jìn)行撕膜操作。該模式需要人工手動(dòng)上料，以及在撕膜成功后手動(dòng)下料。聯(lián)機(jī)運(yùn)行模式指的是撕膜機(jī)與上下料機(jī)、貼合機(jī)或者AOI（異物檢測(cè)機(jī)）連線作業(yè)，該模式下所有機(jī)臺(tái)需同時(shí)開(kāi)始、同時(shí)暫停。該模式不需人工參與，自動(dòng)化程度較高。撕膜使用/停用選項(xiàng)是指在特定產(chǎn)品不需要撕膜時(shí)，撕膜機(jī)的撕膜流程自動(dòng)屏蔽，只運(yùn)動(dòng)撕膜平臺(tái)與下料機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的定位并進(jìn)入下一道工序。易撕貼夾取/不夾取選項(xiàng)也是針對(duì)特定產(chǎn)品設(shè)計(jì)。即有的類型Sensor在出廠時(shí)表面附著的保護(hù)膜本身自帶撕角，這就不需要撕膜機(jī)再去夾取易撕貼。且本身自帶撕角的話，撕膜機(jī)械手需要在撕膜平臺(tái)上夾取Sensor自帶撕角[1]，但是夾爪張開(kāi)的距離有限，這就要求夾爪要先運(yùn)動(dòng)到撕角后面，接著夾爪運(yùn)動(dòng)到撕角正中心后向前運(yùn)行夾取撕角，夾住撕角后，并入原有的撕膜進(jìn)程進(jìn)行撕膜。

撕膜進(jìn)程是該機(jī)的核心進(jìn)程，常規(guī)動(dòng)作是上料機(jī)上料對(duì)位后，將Sensor放置在等待取料的撕膜平臺(tái)上，撕膜平臺(tái)上料完成后，平臺(tái)真空開(kāi)啟，利用負(fù)壓將Sensor吸附在平臺(tái)上，運(yùn)行到撕膜位置，等到同時(shí)運(yùn)動(dòng)的撕膜機(jī)械手成功夾取易撕貼來(lái)到撕膜位后，機(jī)械手上的壓塊氣缸下壓將易撕貼與起撕角粘牢，接著撕膜平臺(tái)X軸與撕膜機(jī)械手Y軸、Z軸配合動(dòng)作，開(kāi)始撕膜。由于Sensor很薄電路很細(xì)，很小的形變就會(huì)有折斷電路的可能，這就要求在撕膜過(guò)程中不能有一點(diǎn)帶起，同時(shí)平臺(tái)真空也不能很大，太大的真空會(huì)給Sensor留下真空孔印。所以撕膜路徑的選擇很重要。剛開(kāi)始設(shè)計(jì)的路徑是易撕貼粘牢起撕角后，撕膜機(jī)械手Z軸抬起，同時(shí)平臺(tái)X軸前移來(lái)配合撕膜，由于平臺(tái)真空很小，Z軸向上的拉力很容易將Sensor帶起，產(chǎn)生形變使得產(chǎn)品報(bào)廢。通過(guò)客戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地觀察研究后，將撕膜路徑優(yōu)化為三段式撕膜。第一段起撕：在壓塊氣缸下壓將易撕貼與起撕角粘牢后，Z軸不動(dòng)作，平臺(tái)X軸與機(jī)械手Y軸配合緩慢動(dòng)作（X軸向右運(yùn)動(dòng)，Y軸向前運(yùn)動(dòng)），這樣，X向、Y向產(chǎn)生的力與負(fù)壓產(chǎn)生的吸附力不會(huì)抵消，起撕角不會(huì)帶起。第二段慢撕：通過(guò)第一段起撕角被撕起后，過(guò)大的力還是會(huì)帶起Sensor，這時(shí)機(jī)械手Z軸開(kāi)始慢速抬起，同時(shí)平臺(tái)X軸、機(jī)械手Y軸動(dòng)作保持不變，通過(guò)三軸動(dòng)作配合，使得Sensor與膜繼續(xù)分離的同時(shí)不產(chǎn)生形變。第三段快撕：通過(guò)第二段慢撕后，Sensor與膜已分離一半左右，這時(shí)，平臺(tái)X軸、機(jī)械手Y軸停止動(dòng)作，同時(shí)快速抬起機(jī)械手Z軸，利用Z軸上升的拉力將剩余的膜與產(chǎn)品分離，撕膜成功[2]。該撕膜路徑在程序?qū)懛ㄉ弦髮?duì)平臺(tái)X軸、機(jī)械手Y軸、Z軸進(jìn)行三段速度來(lái)回切換以及位置賦值。

4　生產(chǎn)中的常見(jiàn)問(wèn)題分析

4.1　撕膜完成后廢膜黏在撕膜夾爪上

撕膜成功后，一般情況下廢膜是垂在撕膜機(jī)械手上，隨機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到扔膜位置將廢膜扔掉。但是由于在撕膜過(guò)程中很容易產(chǎn)生靜電，且廢膜很薄很輕，扔膜時(shí)如果撕膜機(jī)械手Y軸速度太快，會(huì)使得廢膜向上飄起并由靜電吸在撕膜夾爪上，導(dǎo)致扔不掉膜。解決方案是在機(jī)械手Z向增加向下吹的離子風(fēng)扇，這樣通過(guò)吹出的離子風(fēng)在消除靜電的同時(shí)還能將廢膜始終吹向下方，避免上述情況發(fā)生。

4.2　下料時(shí)下料機(jī)械手吸不起料

由于下料機(jī)械手取料是由吸盤來(lái)完成的，吸盤的真空很小，且由于在撕膜前期會(huì)用壓膜氣缸壓Sensor的動(dòng)作，使得Sensor與平臺(tái)近乎沒(méi)有空氣（類似真空狀態(tài)），所以即使下料時(shí)關(guān)閉撕膜平臺(tái)真空，平臺(tái)與Sensor之間的吸力也還是大于吸盤的吸力，導(dǎo)致下料不成功。解決方法是在關(guān)閉平臺(tái)真空的同時(shí)增加平臺(tái)吹氣，利用吹氣破壞Sensor與平臺(tái)之間的真空力，實(shí)現(xiàn)下料成功率。

5　結(jié)語(yǔ)

在沒(méi)有撕膜機(jī)之前，客戶單純只靠人工撕膜來(lái)維持生產(chǎn)，這種模式既效率低下耗費(fèi)人力，且很容易將膜撕裂。該撕膜機(jī)有效地代替了人工撕膜。通過(guò)對(duì)撕膜工藝的研究與改良，撕膜效率在15 s/片左右，撕膜成功率98%以上，大大提高了生產(chǎn)效率，受到了客戶一致的好評(píng)。

[1]吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：32-34.

[2]金春鳳，吳璟.超薄液晶屏撕膜機(jī)的研究與設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng)，2016（10）：11-12.