光纖定位技術(shù)在LCD貼附設(shè)備中的應(yīng)用

胡欽華，黃立勇，井文麗，朱麗麗

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024)

電子信息產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今最具活力、高速發(fā)展中的行業(yè)，LCD(液晶顯示器)制造技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是每年千億美元級的支柱產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國是世界上重要的LCD生產(chǎn)國，約占全球產(chǎn)量的5%。在LCD制造過程中會多次用到貼附技術(shù)，貼附是將一種材料粘貼在另一種材料上的生產(chǎn)工藝，貼附質(zhì)量的好壞對LCD的性能影響很大，因此在貼附過程中都要求貼附位置與貼附角度偏差小、無氣泡、貼附材料不產(chǎn)生拉伸、扭曲、壓傷、變形、劃傷等特點(diǎn)。隨著顯示技術(shù)特別是觸控技術(shù)的發(fā)展，貼附材料正在向薄型化、高透光性、低柔韌性方向發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械定位貼附方式已不能滿足生產(chǎn)的要求。近年來光纖傳感器憑借著光纖的優(yōu)異性能而得到廣泛的應(yīng)用，并且在各種不同的測量、定位中發(fā)揮著自己獨(dú)到的作用，光纖定位貼附技術(shù)就是基于光纖傳感器發(fā)展而來的一種新型的定位貼附方式，該貼附方式因其定位精度高、抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠而倍受重視。

1 光纖定位的工作原理

所謂光纖定位也就是光纖傳感器定位，其工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測物體（本文以柔性保護(hù)膜為例）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、相位等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光，再經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)。用于定位的光纖傳感器主要由光源、光纖、傳感頭、光探測器、信號處理電路等部分組成。光纖定位系統(tǒng)的工作原理圖如1，接收光纖獲得的光強(qiáng)將隨待測物體靠近與離開距離的變化而變化，該信號通過光敏元件進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，然后再放大比較，把控制信號輸入到計(jì)算機(jī)對電機(jī)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)高精度自動定位。

圖1 光纖定位系統(tǒng)的工作原理圖

RBT-12柔性保護(hù)膜貼附機(jī)是我單位根據(jù)客戶要求開發(fā)的一款新型LCD貼附設(shè)備，用以在198～300mm（7～12英寸）玻璃基板上貼附各式柔性保護(hù)膜，該設(shè)備采用光纖自動定位，是光纖定位技術(shù)在LCD貼附設(shè)備中的成功應(yīng)用。

2 光纖定位的定位方式

2.1 θ 角度定位

RBT-12柔性保護(hù)膜貼附機(jī)是以簡單的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的角度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，直線運(yùn)動由伺服電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)過機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。角度定位的簡化物理模型如圖2所示，該角度定位方式結(jié)構(gòu)簡單、配置低、軟件編寫容易、工作穩(wěn)定可靠，其定位過程如圖3所示。

圖2 角度定位物理模型

圖3 角度定位過程

首先，機(jī)器系統(tǒng)復(fù)位使待貼的柔性保護(hù)膜處于初始位置，設(shè)豎直方向?yàn)榻嵌鹊淖罱K定位方向，操作機(jī)臺旋轉(zhuǎn)柔性保護(hù)膜使第一光纖傳感器有信號，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)柔性保護(hù)膜使第二個(gè)光纖傳感器也有信號。最后，操作機(jī)臺使柔性保護(hù)膜旋轉(zhuǎn)θ2（θ2為光纖定位的角度誤差補(bǔ)正量，其大小后文有詳細(xì)論述）讓柔性保護(hù)膜定位在豎直方向，至此角度定位已完成機(jī)臺進(jìn)入x方向定位。

2.2 x方向定位

沿x方向移動柔性保護(hù)膜，使柔性保護(hù)膜脫離開光纖探測區(qū)域，如圖4所示，機(jī)臺自動記下第一光纖傳感器信號（為減小定位誤差，檢測x方向位置時(shí)只取第一傳感器的信號，不取第二傳感器的信號）消失時(shí)的x向坐標(biāo)，該坐標(biāo)就是柔性保護(hù)膜沿x方向的位置坐標(biāo)。x方向定位完成機(jī)臺進(jìn)入y方向定位。

圖4 x方向定位過程

2.3 y方向定位

操作機(jī)臺使柔性保護(hù)膜重新進(jìn)入光纖探測區(qū)域，然后沿y方向移動光纖，使柔性保護(hù)膜脫離開第一光纖的探測區(qū)域，如圖5所示，機(jī)臺自動記下第一光纖傳感器無信號時(shí)的y向坐標(biāo)，此坐標(biāo)就是柔性保護(hù)膜沿y向的位置坐標(biāo)。

圖5 y方向定位過程

3 光纖定位的角度誤差補(bǔ)正方法

由圖6可知，用光纖角度方向定位時(shí)有一定的角度誤差，角度定位誤差是產(chǎn)生x、y向定位誤差的主要原因。角度誤差產(chǎn)生的原因由其定位原理決定，柔性保護(hù)膜由第一光纖傳感器有信號旋轉(zhuǎn)至第二光纖傳感器有信號時(shí)轉(zhuǎn)過的角度記為θ1，柔性保護(hù)膜由第二光纖傳感器有信號到定位在豎直方向轉(zhuǎn)過的角度記為θ2，則θ2就是光纖定位的角度誤差補(bǔ)正量。設(shè)光纖芯徑為r，第一光纖到旋轉(zhuǎn)中心的距離為D，兩光纖之間的距離為d，即：

由上面公式可知：光纖定位的角度誤差補(bǔ)正量θ2是由光纖芯徑r、第一光纖到旋轉(zhuǎn)中心的距離D與兩光纖之間的距離d決定。

圖6 x方向定位過程

4 光纖定位的數(shù)據(jù)分析

RBT-12柔性保護(hù)膜貼附機(jī)選用光纖型號：FU-54TZ(對射型)、芯徑 1mm，生產(chǎn)廠家：KEYENCE。為防止兩束光纖相互干擾設(shè)計(jì)時(shí)我們選用兩種型號放大器：FN11N與FN12N。以下是RBT-12柔性保護(hù)膜貼附機(jī)調(diào)試現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)（隨機(jī)選取其中一臺的測試數(shù)據(jù)）。見圖7、表1。

圖7 250mm(16:9)玻璃基板

表1 測試數(shù)據(jù)

設(shè)機(jī)臺沿x方向的貼附誤差為△A，y方向的貼附誤差為△B，θ方向的貼附誤差為△θ，機(jī)臺直線方向的定位精度為α，角度方向的定位精度為β，B1點(diǎn)與 B2點(diǎn)之間的距離為 F，A1點(diǎn)與 A2點(diǎn)之間的距離為E，則：

現(xiàn)場測量時(shí)我們選取的F為200mm，E為100mm

由上可知：光纖定位直線方向重復(fù)定位精度可控制在±0.16mm之內(nèi)，角度方向定位精度可控制在±0.08°之內(nèi)。光纖定位系統(tǒng)產(chǎn)生誤差的原因有很多，如光纖傳感器的自身誤差、機(jī)械系統(tǒng)的裝配誤差、機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動誤差、機(jī)臺振動引起的光纖檢測誤差以及待測物體的規(guī)格大小等，據(jù)現(xiàn)場調(diào)試分析其中機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動誤差與機(jī)臺振動引起的光纖檢測誤差是影響光纖定位精度的兩個(gè)主要因素。

5 結(jié) 論

以RBT-12柔性保護(hù)膜貼附機(jī)貼附250mm玻璃基板為例,在機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動誤差控制在合理的范圍之內(nèi)且機(jī)臺振動很小的情況下，光纖定位直線方向重復(fù)定位精度可控制在±0.16mm之內(nèi)，角度方向的定位精度可控制在±0.08°之內(nèi)；玻璃基板小于250mm時(shí)，直線定位精度會相應(yīng)提高而角度定位精度則會相應(yīng)下降；玻璃基板大于250mm時(shí)則與之相反，該定位精度能滿足大部分LCD貼附設(shè)備的精度要求。

[1]王永華，吳宏，林其駿.高精度光纖定位傳感器[J].傳感器技術(shù)，1991(4):17-20.

[2]范志新.液晶器件工藝基礎(chǔ)[M].北京：郵電大學(xué)出版社，2000.

[3]應(yīng)根裕.平板顯示技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社.2003