自動除泡機大尺寸腔體的設計與研究

陳 婧，楊子俠，段青鵬，張 君

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024)

自動除泡機大尺寸腔體的設計與研究

陳 婧，楊子俠，段青鵬，張 君

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024)

除泡機是觸摸屏生產工藝中的重要設備，其自動化和大尺寸是未來發展的趨勢；在中、小尺寸自動除泡機腔體的基礎上完成了全新的設計，針對大尺寸腔體的技術難點，提出了解決方案，并對腔體進行了受力和數據分析;最終的腔體具有尺寸大、耐壓高、安全系數高等優點。

液晶顯示器；偏光片；除泡機；大尺寸腔體

在觸摸屏的生產工藝中，除泡設備主要通過高壓高溫的原理排除LCD與偏光片之間殘存的氣體，也可用于LCD與觸摸屏貼合后氣泡的消除，增強貼合強度，是重要的工藝設備。

目前傳統的除泡機主要是將玻璃放置于塑盒上，塑盒堆積置于腔體中，對腔體內空氣加壓加熱，消除玻璃貼合產生的氣泡。玻璃放置于塑盒上時需要貼周轉膜避免周轉時玻璃表面劃傷，并且需要專人周轉玻璃，不易實現自動化生產；另一方面腔體大都采用圓型壓力容器，容積大導致充氣和加熱時間過長，除泡工藝時間長，造成成本浪費和效率低下。

自動生產線是自動化設備未來發展的趨勢，隨著人力成本的不斷提高和觸控行業的不斷發展，對觸控設備提出了更高的要求，工藝設備必須具備自動化、聯線式等特點。對于全自動除泡機，可以更好的與客戶現在自動機連接，降低客戶升級生產線的成本，用機械手代替人工來提高產線效率、提高產品的良率。

另一方面隨著手機、平板等觸摸屏的大型化發展趨勢，特別是對175 mm（7英寸）以上中、大尺寸觸摸屏的除泡將完全取代傳統工藝，由于它自身特殊的工藝必須要高于0.5 MPa的壓力才能將氣泡去除，因此，設計開發出可以承受高于0.5 MPa的壓力大尺寸腔體除泡設備對工藝設備的自動化發展起著重要的增速作用。

1 大尺寸在線除泡機腔體的開發分析

全自動除泡機與傳統除泡機相比，腔體容積小，充氣到壓力時間短，進而使單次除泡工藝時間大幅縮短。矩形殼體具有有效使用截面大，腔體高度小，腔體質量小，成組組裝后便于自動運動等優點，目前中小尺寸自動除泡機的腔體主要采用抽屜推拉式設計，主要由矩形殼體和殼體蓋組成，都采用硬鋁材質(結構如圖1、2所示)。

圖1 ZCP-8腔體

圖2 ZCP-8腔體托盤

中小尺寸自動除泡機的腔體分析:

（1）腔體采用矩形壓力腔體設計，矩形殼體設計，受力強度差。

（2）腔體托盤組件置于腔體內部，載物托盤由電機及絲桿帶動自動伸出與退回，占用腔體內部空間，導致腔體空間大，可有效利用的腔體小。

根據《簡單壓力容器安全技術監察規程》，工作壓力與容積的乘積大于或等與2.5 MPa·L該容器將必須受國家監管，這種腔體結構可放入腔體內除泡的產品尺寸小，數量少，而隨著產品尺寸的增大，托盤尺寸也隨之增大，腔體空間必然要求加大。根據市場需求，腔體承受的壓力也要增大，空間也要增大，這種抽屜式推拉結構必然不符合《簡單壓力容器安全技術監察規程》。

這種腔體結構已不能滿足現在的市場需求，因此，在該設備的基礎上，進行再次開發設計，設計出更適合市場需求，能更多放置產品，能承受≥0.5 MPa壓力的大尺寸腔體。

2 大尺寸腔體的設計以及厚度分析

2.1 需解決的關鍵技術

（1）突破以往抽屜式腔體的設計，將托盤與腔體分離；

（2）托盤的伸出縮回及升降運動；

（3）腔體尺寸厚度結構分析。

2.2 腔體設計要滿足的條件

（1）承受高壓0.7 MPa；

（2）托盤尺寸要大，可有效利用的尺寸要大；

（3）工作壓力與容積的乘積小于2.5 MPa·L。

大尺寸腔體采用腔體蓋板與托盤分離的結構，這樣避免了托盤占用腔體空間，使得腔體托盤有效使用面積增大。

2.3 解決方法

（1）大尺寸腔體采用腔體蓋板與托盤分離的結構。腔體上蓋采用t＝25 mm與h＝110 mm的加強筋焊接而成，焊接時邊緣留出10 mm空間固定用，上下腔體上蓋用連接板相連固定。托盤采用30 mm厚的鋼板加工而成，有效空間為800 mm×500 mm× 5 mm，工作壓力與容積的乘積為2.0 MPa·L，小于2.5 MPa·L，符合設計要求。托盤水平上下運動，托盤上升后，密封圈充氣膨脹，與腔體上蓋緊密接觸形成一個密閉充氣腔。

（2）托盤運動機構。托盤既有水平方向運動又有豎直方向運動，托盤水平運動機構通過伺服電機、滾珠絲桿和導軌的組合來實現。伺服電機通過角度轉換器及橫向連桿將兩組導軌絲杠連接起來，實現兩組導軌絲桿的同步運動；托盤垂直運動機構通過氣缸的上升運動和凸輪支撐機構的組合來完成。

（3）腔體尺寸厚度結構分析。當托盤與腔體上蓋形成一個密閉腔時，腔體內壓力可達0.7 MPa，腔體上蓋和腔體托盤都受到很大的壓力，作用在機構上的力，不僅影響設備的安全性，也是決定相應構件尺寸及結構形狀的重要依據，所以新設計的機械結構，必須對機構的受力情況進行分析。

根據國家容規，對壓力容器的屈服強度安全系數有明確的規定，如表1所示。

表1 部分國內外壓力容器標準材料許用應力選取方法和安全系數表

大尺寸腔體要承受高壓（設計分析：0.8 MPa，實際：臆0.7 MPa）腔體上蓋材料及受力等參數為：腔體上蓋采用t＝25 mm與h＝110 mm的加強筋焊接而成

材料：Q235

載荷：0.8 MPa

約束：兩側

腔體上蓋在受一定的約束和載荷的情況下，應力情況和變形如圖3、4所示。

其分析結果表明：腔體上蓋在約束和載荷作用下，所受到的最大應力在約束面附近，其應力都小于屈服力，最小安全系數為2.889，上蓋中間變形量最大，約為0.16 mm。

腔體托盤材料及受力等參數為：

腔體托盤：t＝30 mm的鋼板，中間10 mm的空腔

材料：Q235

載荷:0.8 MPa

約束：下表面四處

圖3 腔體上蓋應力分析

腔體托盤在受一定的約束和載荷的情況下，應力情況和變形如圖5、6所示。

分析結果表明：腔體托盤在約束和載荷作用下，所受到的最大應力在約束面上方，其應力都小于屈服力，最小安全系數為3.05，托盤兩端變形量最大為0.11 mm。

圖4 腔體上蓋應變分析

圖5 腔體托盤應力分析

圖6 腔體托盤應變分析

即腔體上蓋和托盤在0.7 MPa高壓下，其最小安全系數分別為2.889和3.05，遠大于容規規定的1.6，因此，腔體上蓋和托盤結構形狀都很安全，腔體充氣時，不會產生不良影響。設計的腔體結構耐壓高、安全系數高。

3 結束語

隨著智能顯示設備的普及，國內觸摸屏行業發展迅速。觸摸屏正在迅速成為一種最時尚的人機界面，它的應用增長市場除了手機、個人娛樂產品等比較傳統的應用之外，車載多媒體系統、筆記本電腦、電子書和智能家電等也成為新一輪推動觸摸屏發展的動力。

觸摸屏工藝技術不斷發展，自動化和大尺寸是除泡設備未來發展的主要趨勢，上述重新設計開發的大尺寸腔體結構順應了除泡設備未來的發展趨勢，滿足了觸控和面板廠商對除泡新工藝的要求，具有自動化程度高、尺寸大、耐壓高、安全系數高等優點。

[1] 國家質檢總局.簡單壓力容器安全技術監察規程[M].北京：新華出版社，2007.

[2] 國家質檢總局.固定式壓力容器安全技術監察規程[M].北京：新華出版社，2009.

[3] 濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2005.

[4] 鄧陽春.確定壓力安全系數原則[J].中國安全科學學報，2008.18(6)：84-88.

Design and Research of the Large Size Cavity for Automatic Polarizer Clave Machine

CHEN jing，YANG zixia，DUAN qingpeng，ZHANG jun

(The Second Research Institute of CETC，Taiyuan030024，China)

Polarizer Clave Machine is an important device in touch screen production process，the automation and large size is the future trend of the development;A new design was done according to the medium and small-sized automatic Polarizer Clave Machine，for technical difficulties the large size cavity，proposes its main solutions，forces analysis and data analysis were made to the large size cavity;The final large size cavity have advantages of large size，high pressure and high safty factor.

Liquid crystal display；Polarizer；Polarizer clave machine；The large size cavity

TN605

：B

：1004-4507(2015)07-0039-04

陳 婧（1982-），女，畢業于太原理工大學，工程師，現主要從事液晶和TP設備的研制開發。

楊子俠（1982-），男，畢業于中北大學，工程師，現主要從事液晶和TP設備的研制開發。

段青鵬（1980-），男，畢業于中北大學，高級工程師，現主要從事液晶和TP設備的研制開發。

張 君（1985-），男，畢業于長安大學，工程師，現主要從事液晶和TP設備的研制開發。

2015-04-15