雙工位FOG邦定機的設(shè)計

司 超，菅衛(wèi)娟，馬 兵

(太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西太原030024)

隨著全球的LCM制造業(yè)的迅速發(fā)展，LCM專用設(shè)備已日益受到制造商的高度重視。我們研發(fā)的雙工位FOG邦定機是用于液晶模塊產(chǎn)品制造過程中 COF、COG、FPC、TCP等電路熱壓連接工序的專用設(shè)備。

該設(shè)備為主預(yù)壓一體機型，采用單預(yù)壓、雙主壓相結(jié)合，雙工作臺結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PC工作臺x、y、z、θ方向可調(diào)節(jié)，加熱采用恒溫方式。為了進(jìn)一步滿足實際需要，設(shè)備增加了除靜電、進(jìn)氣低壓報警以及負(fù)壓吸附不足報警等功能。在操作過程中出現(xiàn)異常情況時除了觸摸屏提示還增加了蜂鳴報警裝置。

1 主要特點和性能指標(biāo)

雙工位FOG邦定機的主要特點：

(1)采用PLC＋觸摸屏進(jìn)行控制，動作可靠，操作簡單；

(2)壓頭壓力和被壓壓力均可調(diào)，壓頭加熱溫度可調(diào)；

(3)LCD平臺z軸方向可通過微分頭精確調(diào)節(jié)，LCD定位塊可進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的產(chǎn)品；

(4)LCD的定位通過定位塊和真空吸附的方式來實現(xiàn)；

(5)FPC 平臺在 x、y、z、θ方向均可通過微分頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，方便圖像對位；

(6)壓頭平行度在x、y方向可單獨調(diào)整；

(7)左右兩主壓頭（平臺周圍）增加靜電消除裝置（離子風(fēng)槍）；

(8)具有自動與手動兩種模式；

(9)手動方式可對所有的部件操作，方便機器的調(diào)整；

(10)自動方式的連續(xù)模式省去了按鍵的時間，大大提高了工作效率；

(11)圖象系統(tǒng)包括監(jiān)視器、鹵素光源、CCD相機、同軸光鏡頭和調(diào)光器。

雙工位FOG邦定機的性能指標(biāo)：

(1)適用LCD玻璃尺寸：

20 mm×20 mm～80 mm×70 mm

(2)適用偏光片厚度（下偏光片）：0～1.0mm

(3)石英平臺平面度：5μm

(4)粘接精度：x、y：± 15 μm（3σ 從預(yù)壓到最終壓接的偏移量）

(5)控溫精度：室溫～350℃ 誤差：±2℃

(6)顯視器及CCD：9英寸黑白＋1/3英寸黑白

(7)電源：單相220 V 50 Hz

(8)氣源：0.5 MPa。

2 工作原理

將被熱聯(lián)結(jié)產(chǎn)品放在左工作臺上，負(fù)壓吸附定位，通過光學(xué)視覺系統(tǒng)人工對位，完成預(yù)壓，預(yù)壓完成之后左工作臺移到左主壓部件下，左主壓頭下壓，這時，右工作臺剛好處在預(yù)壓頭下方，在左主壓部件壓接產(chǎn)品并保溫保壓期間，剛好能完成預(yù)壓工位的上料、對位和預(yù)壓工作。當(dāng)左壓頭完成產(chǎn)品的主壓后，工作臺向右移動，右壓頭工作，預(yù)壓工位完成卸料、重新上料、對位和預(yù)壓工作。如此循環(huán)，進(jìn)行生產(chǎn)。

3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

雙工位FOG邦定機主要由機械系統(tǒng)、電氣硬件系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)組成。

3.1 機械結(jié)構(gòu)

整機結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由機架、預(yù)壓部件、主壓部件、工作臺移動部件、光學(xué)組件等部件組成。機架較為簡單，暫不做介紹。

圖1 整機結(jié)構(gòu)圖

3.1.1 預(yù)壓部件

預(yù)壓部件結(jié)構(gòu)主要由氣缸、導(dǎo)軌、、隔熱塊、預(yù)壓頭組成；通過螺釘完成預(yù)壓頭的水平調(diào)整后，加熱體升溫后，由氣缸帶動預(yù)壓頭即可進(jìn)行FPC的初定位預(yù)壓動作。

3.1.2 主壓部件

主壓部件結(jié)構(gòu)主要由氣缸、收帶部件、放帶部件、左右調(diào)節(jié)、前后調(diào)節(jié)、散熱片、隔熱板、主壓頭等零部件組成；通過其微分頭的調(diào)整完成主壓頭水平調(diào)整和前后調(diào)整后，組裝好鐵氟龍帶后，由滑臺氣缸帶動整個主壓頭即可進(jìn)行產(chǎn)品的成型主壓動作。

3.1.3 工作臺移動部件

工作臺移動部件主要由導(dǎo)軌、臺板、滾珠絲桿、負(fù)壓工作臺、調(diào)節(jié)工作臺、石英組件等零部件組成；通過對石英平臺的調(diào)整，使其與主、預(yù)壓頭平行后，通過微分頭帶動交叉輥子導(dǎo)軌的機構(gòu)，調(diào)整好兩個工作臺，由導(dǎo)軌絲杠機構(gòu)帶動兩個工作臺左右移動，從而完成產(chǎn)品的定位及沿x軸方向運動的功能。其中調(diào)節(jié)工作臺可進(jìn)行x向、y向、z向及θ向的調(diào)節(jié)。

3.1.4 光學(xué)組件

光學(xué)組件結(jié)構(gòu)由左右三維移動工作臺機構(gòu)、CCD鏡頭等零部件組成，通過三維移動工作臺可進(jìn)行CCD鏡頭在x向、y向及z向調(diào)節(jié)，完成調(diào)焦,在顯示器上得到清晰的放大圖像。方便操作人員進(jìn)行對位。

3．2 電氣硬件系統(tǒng)設(shè)計

通過對整體雙工位FOG邦定工藝的分析，考慮實際的需要，以及使用的簡便性和維護(hù)的方便性，決定采用PLC來做整個系統(tǒng)的控制中心，電氣原理框圖如圖2所示。

圖2 電氣原理框圖

在滿足生產(chǎn)精度和生產(chǎn)效率的同時，器件選型上還要考慮到性價比最優(yōu)。因為使用了伺服電機進(jìn)行脈沖控制，所以要選用帶脈沖口的PLC，再考慮輸入輸出點數(shù)，松下的FPX系列完全滿足系統(tǒng)要求。為了顯示狀態(tài)更加直觀，輸入?yún)?shù)更加方便快捷，我們選用觸摸屏做為操作界面。松下PLC和觸摸屏配合使用，也給編程工作帶來很多方便，比如可以利用兩者的穿透功能可以只用一條編程電纜就可以實現(xiàn)在線編程調(diào)試和實時監(jiān)控。加上以前用過該產(chǎn)品，這樣使用起來就得心應(yīng)手。所以PLC主機選用FPX的60點晶體管輸出型，這樣富余出兩三個I/O口以備在調(diào)試過程或是臨時加入輸入輸出點時用到。觸摸屏就選用現(xiàn)在我們比較常用的5.7英寸單色屏GT32M。設(shè)備運行過程中工作臺需要左右移動，且定位準(zhǔn)確性要高，考慮到工作臺的質(zhì)量，所以伺服電機選用日本松下的小慣量200W，在一定范圍內(nèi)通過設(shè)置驅(qū)動器上電機的脈沖當(dāng)量可以改變電機的定位精度。同時，在壓接過程中使用的緩沖材料一般為硅膠帶或者是鐵氟龍帶，因為兩者都很輕，且要求精度一般，所以使用國產(chǎn)的24 V小直流電機完全可以實現(xiàn)該功能，這樣還可以控制一定的成本。

3.3 氣動系統(tǒng)的設(shè)計

由于整套的運動過程大部分由氣動元件完成，其設(shè)計思路主要是動作流暢，結(jié)構(gòu)簡單。氣動原理圖如圖3所示。

圖3 氣動原理圖

3.4 軟件控制系統(tǒng)設(shè)計

軟件設(shè)計本著短小精煉，可維護(hù)性好的思想來做。采用模塊化設(shè)計，整體程序按邦定的工藝順序來寫。在梯形圖的設(shè)計中，對有可能相互碰撞的部件采取了互鎖安全保護(hù)措施。因為執(zhí)行部件中壓頭氣缸的運動方向和工作臺的運動方向是垂直的，所以時序上在保障運行速度的前提下，加以適當(dāng)延時，以保證設(shè)備運行的安全性、可靠性以及穩(wěn)定性。還有一些細(xì)節(jié)的處理，比如在選擇單工位工作時，只有相對應(yīng)一側(cè)的離子風(fēng)和壓頭工作，這樣既能提高效率又能節(jié)省能源；還有當(dāng)在自動模式下工作時，如果一邊正常壓完，壓頭抬起時會有“嘀”聲提示，如果在壓接時間沒有完（如在壓接時拍下急停按鈕）壓頭抬起時不會有提示音，這樣可以提高檢查次品的效率。自動運行模式下選擇【雙工位】時軟件流程框圖如圖4所示（【左工位】或【右工位】流程圖為其中相應(yīng)的一部分）。

圖4 自動運行流程

4 結(jié)束語

該設(shè)備現(xiàn)已在用戶的生產(chǎn)線上投入使用，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可靠。該設(shè)備的研制成功，使我們在LCM設(shè)備領(lǐng)域上的又一進(jìn)步。

[1]成大先.機機械設(shè)計手冊 (第五版)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007

[2]濮良貴.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3]松下電工株式會社.Panasonic可編程控制器FP-X編程手冊[M].日本：松下電工株式會社ARCT1F409C，2005.