雙臂機械手在背光源設備中的設計應用

王 淳，郭曉蕾

（太原風華信息裝備股份有限公司，山西太原 030024）

雙臂機械手在背光源設備中的設計應用

王 淳，郭曉蕾

（太原風華信息裝備股份有限公司，山西太原 030024）

通過對生產工藝的研究，針對設備的高精度，高效率，運行平穩的要求，提出了機械手臂合二為一的工作模式。減少了動作重復，提高了運行效率。

背光源；機械手臂；效率

近年來由于液晶顯示器產業的迅猛發展，LCD產品不斷進步，市場不斷擴大。由于LCD本身是非發光性的顯示裝置，必須通過背光源才能達到顯示效果，因此背光源性能的好壞直接影響LCD顯示品質。人們在關注其生產工藝技術的同時，也越來越關注LED關鍵設備的研發和改進。背光源產業屬于勞動密集型組裝產業，耗工耗時，加之近年來中國臺灣地區、日本、韓國主要背光源模塊廠商，都不斷在我國內設廠，產業競爭日益激烈，保證品質的同時還要提高生產效率成為了眾生產廠商發展的瓶頸。因此，在自動BLU疊合機的研發中，機械手臂的運送效率是設計的核心環節。

1 背光源生產工藝介紹

背光源模塊主要由光源、導光板組成的半成品以及擴散膜、增光膜和遮光膜組成（如圖1所示）。組裝時將各種膜放置在半成品內壓合而成，為了達到一定的顯示品質，各層膜片疊放時務必達到一定的精確度。因此，人工生產無法保證疊放的一致性，導致了產品良莠不齊。

圖1 背光單元結構示意圖

2 機械手臂的設計

機械手臂的作用是將從保護膜中自動剝離出來的各種膜片從送料平臺上取放在定位平臺，再從定位平臺取放到半成品內，整個工藝流程需要機械手臂完成10個直線動作。通過對生產工藝的研究以及對設備的整體配置的優化，機械手臂的設計主要有3點要求：取放膜片速度快；取放膜片的精度高；運行穩定。

為提高運送效率，提出了兩個步驟同時進行的動作方案，需要兩個機械手臂完成以下動作（如圖2）。手臂1通過動作1～5將膜片從料平臺運送到定位平臺，完成運送后回到原點進行下一次的運送。手臂2繼續手臂1的工作將定好位的膜片通過動作（6）～（10）從定位平臺運送到半成品內，完成運送后回到原點繼續手臂1的運送。

圖2 單一臂膜片取放流程

該方案可以高效率的完成整個工藝流程，但由于設備的空間設計較為緊湊，以及對成本的控制，對此方案進行了新一輪的優化，將兩個獨立運行的手臂結合為一體控制，提出了雙臂機械手的新設計（如圖3）。此次優化將成本降低為原先的一半，并將整個運送時間縮短了1/2。

圖3 雙臂膜片取放流程

機械臂X向運動裝置（如圖4）由原先只帶動一個機械臂轉為同時帶動兩個機械臂，這對動力裝置提出了更高的要求，為保證產品精度以及良品率，設計時采用了伺服電機控制高精度絲桿運動作為機械手臂運行的主要方式，通過司服電機的帶動，最大運行速度為800 mm/s，進一步提高了生產效率。

伺服電機的最高使用轉速為：1 500 r/min

額定轉速為:3 000 r/min

摩擦扭矩為:T1=（Fa·Ph/2π·η）·A

式中：Fa——軸向負荷

Ph——滾珠絲杠的導程

η——滾珠絲杠的效率（0.9～0.95）

A——減速比

慣性力矩：每單位長的絲桿軸慣性扭矩為1.23×10-3kg·cm2/mm，則絲桿軸全長500 mm的慣性力矩為：

角加速度 ω＇=（2π·Nm）/（60t1）

式中：Nm——電動機每分鐘轉速

t1——加速時間

則扭矩為TK=T1+T2

故伺服電機瞬間最大扭矩必須大于TK。選擇電機滿足條件。

由于取放膜片的速度快，精度要求高，兩個手臂Y向運動時不能出現抖動，傾斜或動作生硬的現象，故對手臂的Y向運動氣缸進行受力分析，（如圖5）。負載安裝在氣缸的端板上，機械臂外伸，負載集中看作為向下的力F。

運動速度為：Va=300 mm/s，集中負載質量為W=3.2 kg，外伸量為Ln=120 mm，故：集中負載質量為：

圖4 機械臂X向運動裝置

圖5 氣缸受力示意圖

式中：K——工件安裝系數

β——允許集中負載質量系列

Wmax——最大允許集中負載質量集中負載質量的負載率為α1＝W/Wa靜態力矩為：

式中：An——力矩中心位置距離修正值

靜態力矩的負載率為α2=M/Ma

動態力矩為：

動態力矩的負載率為α3=Me/Mea

計算得 αn=α1+α2+α3≤1，滿足使用要求。

3 結 論

本文主要介紹了背光源設備中機械手臂的設計過程，通過對產品工藝的深入研究，將影響設備生產效率的核心部件進行整合設計，將兩個機械手臂整合為一體控制，絲桿采用精密滾珠絲桿,導軌采用LM滾動導軌。（如圖6）

圖6 雙臂機械手

穩定高精度的運行使得產品定位精度高，減少機械手臂數量，降低了成本，并使得生產效率大大提高，滿足了客戶的需求。

：

[1]張俊清.背光源自動帖片機送料機構創新設計[J].現代顯示，2011（10）：25-27.

[2]高艷.背光源膜片吸取裝置的設計[J].電子工業專用設備，2013（2-3）：58-60.

[3]靳建鼎.電子專用設備的人性化設計[J].電子工藝技術，2008，29（3）：160-163.

Design of Double-Kinematics Robot in Backlight Equipment

WANG Chun
（Taiyuan Fenghua Information-equipment CO.，LTd.，Taiyuan 030024，China）

Abstract:Focusing on the design requirements of equipment about high precision，efficiency and running stability，we designed double-kinematics work pattern，by analyzing the production process.The result show this design successful reduces repeating actions，improves production efficiency.

Keywords:Backlight；kinematics Robot；efficiency

TH132

B

1004-4507（2013）10-0047-03

2013-09-23

王淳（1986-），女，山西太原人，大學本科，就職于太原風華信息裝備股份有限公司，現從事電子專用設備的研制與開發，