一種輥壓壓力自適應(yīng)設(shè)備的設(shè)計

茍 立

（海信集團 海信視像科技股份有限公司，山東 青島266555）

0 引言

隨著全面屏技術(shù)在手機行業(yè)的興起與成熟應(yīng)用，電視行業(yè)也在追求極致視覺感的超窄BM 區(qū)全面屏顯示技術(shù)。要實現(xiàn)超窄BM 區(qū)首先要摒棄傳統(tǒng)的前殼卡裝屏幕的工藝而采用膠水粘接技術(shù)，目前電視行業(yè)內(nèi)所使用的液晶屏粘貼膠水均為壓敏類UV 膠，其粘接可靠性與輥壓壓力及輥壓速度強相關(guān)。

目前行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)方式主要有兩種，一種為采用恒重仿形壓合工裝進行保壓，此方式生產(chǎn)不同產(chǎn)品都需要更換整個壓合工裝和支撐仿形工裝，設(shè)備轉(zhuǎn)產(chǎn)流程復(fù)雜耗、費人力多和轉(zhuǎn)產(chǎn)調(diào)機時間長，轉(zhuǎn)產(chǎn)損失大。另一種為作業(yè)員手持輥壓工裝手動往復(fù)式輥壓，此方式產(chǎn)品質(zhì)量可靠性受作業(yè)人員的素質(zhì)影響較大，生產(chǎn)標準化難以實施。

1 輥壓設(shè)備整體結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計

本設(shè)備要求使用于傳統(tǒng)的動力滾筒線加通用工裝板的流水線體，設(shè)備在方案設(shè)計時首先要解決產(chǎn)品的定位一致性問題，其次要解決針對同類別產(chǎn)品輥壓壓力恒定，不同類別產(chǎn)品輥壓壓力可自動調(diào)整的問題。

針對以上問題設(shè)計了一種輥壓壓力可自適應(yīng)的自動化設(shè)備，該設(shè)備具有產(chǎn)品自動識別、自動舉升、自動對中定位、恒力自動輥壓等主要功能。即設(shè)備利用智能掃碼系統(tǒng)確定進入設(shè)備的產(chǎn)品信息，通過上位機和PLC 系統(tǒng)調(diào)入已設(shè)置好的與產(chǎn)品信息一一對應(yīng)的設(shè)備各控制軸參數(shù)及輥壓力，來實現(xiàn)設(shè)備的快速換產(chǎn)，大幅度提高生產(chǎn)效率。設(shè)備結(jié)構(gòu)整體包括了機臺本體、舉升機構(gòu)、四邊定位及支撐機構(gòu)、龍門機械手及可變壓力式輥壓頭機構(gòu)，設(shè)備整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 壓力自適應(yīng)輥壓機三維組裝圖

2 壓力自適應(yīng)輥壓機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 產(chǎn)品自動舉升機構(gòu)設(shè)計

為解決不同產(chǎn)品的兼容性問題，設(shè)計了自動舉升機構(gòu)，其由伺服電機提供動力，通過減速機、同步器、同步轉(zhuǎn)軸及兩組絲杠傳動系統(tǒng)帶動舉升托盤上下運動[1]，實現(xiàn)產(chǎn)品的舉升，舉升高度可按照產(chǎn)品的不同厚度進行預(yù)設(shè)定及數(shù)據(jù)保存，在轉(zhuǎn)產(chǎn)時由程序調(diào)入。為了能夠在大跨距線體實現(xiàn)機構(gòu)的平穩(wěn)運動及結(jié)構(gòu)剛性，故在設(shè)計上使用了對稱式的傳動結(jié)構(gòu)[1]。支撐柱可以穿過滾筒線和工裝板將產(chǎn)品舉升并脫離工裝，保持產(chǎn)品水平，對平面尺寸不同的產(chǎn)品，需要使用人員按實際產(chǎn)品的大小具體支撐柱調(diào)整位置。機構(gòu)如圖2 所示。

圖2 自動舉升機構(gòu)

2.2 產(chǎn)品對中支撐機構(gòu)

產(chǎn)品在不同工裝板上位置不同，為保證產(chǎn)品輥壓范圍的一致性并且實現(xiàn)不同產(chǎn)品件的快速切換，設(shè)計了四邊伺服對中機構(gòu)，如圖1，四邊對中機構(gòu)可依據(jù)不同尺寸電視自動調(diào)整各軸的定位位置坐標，實現(xiàn)產(chǎn)品的精準定位。四組對中機構(gòu)基本結(jié)構(gòu)原理一致[1]，主要包括了伺服電缸、導(dǎo)向組、伸縮式對中輪、產(chǎn)品支撐工裝，如圖3 所示。

圖3 對中機構(gòu)

伸縮對中輪可以在產(chǎn)品對中時伸出，實現(xiàn)產(chǎn)品對中，在機械手輥壓時縮回，避讓輥壓頭，防止機構(gòu)干涉。圖4 為設(shè)備對中完成時機構(gòu)位置狀態(tài)，圖5 為機械手輥壓時機構(gòu)位置狀態(tài)。

圖4 對中完成位置

圖5 機械手輥壓位置

2.3 龍門機械手機構(gòu)

利用標準伺服滑臺搭建三軸龍門機械手，覆蓋全品類尺寸產(chǎn)品，兼容性強，輥壓路徑參數(shù)設(shè)置簡單，機械手XYZ 三軸均使用伺服電機提供動力，X 和Y 軸大行程使用時規(guī)皮帶傳動，Z 軸小行程使用滾珠絲杠傳動[1]，整體結(jié)構(gòu)如圖1 中所示。

2.4 自重輥壓機構(gòu)

產(chǎn)品設(shè)計上，BM 區(qū)越窄，則粘接膠線就越窄，在生產(chǎn)工藝上不同膠寬產(chǎn)品對輥壓的自重和輥壓速度要求不同，而同一產(chǎn)品輥壓壓力恒定，技術(shù)要求如表1 所示。

表1 設(shè)備輥壓參數(shù)要求

力位執(zhí)行器能有效解決壓力調(diào)整和恒壓保持的功能，但是價格昂貴，設(shè)備經(jīng)濟性差，控制方法復(fù)雜，且需定期檢定校準。為降低設(shè)備的制造和后期維護使用成本，設(shè)計了一種機械式恒力輥壓和壓力自主調(diào)整的機械結(jié)構(gòu)[1]，設(shè)備制造成本相比于力位執(zhí)行器降低30%。自重輥壓機構(gòu)如圖6 所示。

圖6 自重輥壓機構(gòu)

圖6 中輥壓輪、滾輪支架、緩沖器、滾輪支架旋轉(zhuǎn)座及導(dǎo)向軸共同組成恒壓結(jié)構(gòu)[1]，在輥壓時，當滾輪與屏幕接觸后Z 軸下行5～8 mm 位移，使得導(dǎo)向軸支撐面脫離導(dǎo)向套（如圖7 所示），豎直方向形成恒壓狀態(tài)。當產(chǎn)品需要增加輥壓力時，Z 軸下行12 ～16 mm 位移，使得導(dǎo)向軸托起配重板，配重板脫離定位支撐柱，形成加壓后的恒壓狀態(tài)（如圖8 所示）。當需要輥壓壓力變小時，Z 軸反向移動控制。設(shè)備通過位置檢測開關(guān)輸入信號來確定恒壓壓力大小。滾輪支架轉(zhuǎn)軸和彈性平衡器能確保輥壓頭和面板的的平行，保證輥壓可靠性。

圖7 低壓力輥壓位置

圖8 高壓力輥壓位置

3 設(shè)備的智能控制

多種類產(chǎn)品在同一生產(chǎn)線混產(chǎn)是目前傳統(tǒng)流水線生產(chǎn)的常態(tài)，為了解決自動化設(shè)備在不同產(chǎn)品換產(chǎn)時的效率損失，本設(shè)備在控制系統(tǒng)軟件設(shè)計上引入智能掃碼和自動轉(zhuǎn)產(chǎn)的功能。設(shè)備在安裝調(diào)試階段將各伺服軸設(shè)置預(yù)置零點（即產(chǎn)品的厚度、長度、寬度），作為產(chǎn)品的基礎(chǔ)“零點”，再將不同尺寸產(chǎn)品相對應(yīng)的設(shè)備各伺服軸坐標參數(shù)（表2 所示）預(yù)先導(dǎo)入到上位機系統(tǒng)中保存并關(guān)聯(lián)產(chǎn)品型號，當產(chǎn)品進入設(shè)備時，設(shè)備入口的智能掃碼相機識別產(chǎn)品表面的條碼信息，確認流入產(chǎn)品的型號，通訊告知上位機調(diào)取相對應(yīng)的產(chǎn)品信息，再由上位機和PLC 通信執(zhí)行相應(yīng)的參數(shù)，以實現(xiàn)產(chǎn)品型號的自動切換。設(shè)備智能控制邏輯，如圖9 所示。

表2 產(chǎn)品參數(shù)坐標信息

圖9 邏輯控制流程

4 設(shè)備的創(chuàng)新與特色

本設(shè)備應(yīng)用三維設(shè)計軟件進行整體式設(shè)計，利用軟件進行運行模擬及分析，各機構(gòu)運行平穩(wěn)、無干涉，滿足設(shè)計要求[2]。該設(shè)備的創(chuàng)新與特色如下：

（1）產(chǎn)品定位上，應(yīng)用伺服頂升機構(gòu)及四邊對中機構(gòu)可準確定位產(chǎn)品位置，這種設(shè)計結(jié)構(gòu)可廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品行業(yè)傳統(tǒng)流水線生產(chǎn)模式的線體，實現(xiàn)產(chǎn)品的定位。

（2）輥壓結(jié)構(gòu)，利用機械手Z 軸的高度位置控制，通過機械運動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了不同輥壓壓力間的轉(zhuǎn)換，大幅度降低了設(shè)備成本。這一設(shè)計思路可廣泛應(yīng)用到需要恒壓力的設(shè)備中。

（3）控制系統(tǒng)上，結(jié)合智能掃碼相機、工控機和PLC，實現(xiàn)了不同產(chǎn)品件的智能轉(zhuǎn)產(chǎn)，避免換產(chǎn)時的效率損失。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種在結(jié)構(gòu)上以低成本的機械運動結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)輥壓壓力變化的裝置，并以工控機為上位機，PLC 為下位機，融合智能掃碼和伺服控制系統(tǒng)實現(xiàn)傳統(tǒng)流水生產(chǎn)線多品類產(chǎn)品生產(chǎn)的自動化設(shè)備。

本文所提出的設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)對類似傳統(tǒng)生產(chǎn)品平臺的移植，為同行業(yè)類似產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)有著積極的貢獻。