基于PLC的液晶面板撕膜機設計與改進

金　敏，　王　芳

（中國電子科技集團公司第二研究所，山西　太原　030024）

引言

當前液晶行業技術日新月異，對液晶專用設備技術工藝的要求也越來越高。觸控面板（Touch Sensor）是整個液晶顯示面板中非常重要的組成部分，它的主要功能是接收觸頭等輸入訊號的感應式液晶顯示裝置。當用戶觸摸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統可根據預先編譯好的程序去觸發相應的功能，可用以取代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設備，它主要應用于公共信息的查詢、領導辦公、工業控制、軍事指揮、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學等。

1　工藝流程

撕膜是貼合的上游工序，是觸控面板（以下簡稱Sensor）在與光學膠（以下簡稱OCA）進行貼合前的一道工序。Sensor在出廠時會附著一層黏性保護膜來保護Sensor，確保Sensor與OCA貼合前避免劃傷與臟污。撕膜機的主要的功能是要將Sensor表層的薄膜撕掉同時保證產品不會被帶起（產生形變）。工藝流程是通過上料機將產品放置在一個真空平臺，由撕膜夾爪夾取易撕貼后，利用易撕貼粘牢Sensor的一角將膜撕起。由于Sensor尺寸較小且很薄電路很細，很小的形變就會有折斷電路的可能，這就要求在撕膜過程中不能有一點帶起，同時平臺真空也不能很大，太大的真空會給Sensor留下真空孔印。所以，對撕膜工藝的把控是成功的關鍵。

2　整機結構組成

該撕膜機是面板貼合生產線的一部分，它可以實現與上下料機和貼合機聯機自動運行，也可以實現單機運行。具體工作流程如圖1所示。

圖1　撕膜機工作流程圖

2.1　撕膜平臺機構

撕膜平臺機構主要由平臺X軸、壓膜旋轉氣缸和壓膜升降氣缸組成。平臺X軸主要負責搬運Sensor以及配合撕膜機械手完成撕膜動作。壓膜旋轉氣缸與壓膜升降氣缸主要是為小尺寸Sensor撕膜準備的。在進行小尺寸Sensor撕膜時，由于尺寸過小，平臺真空吸附力相對較小，而易撕貼黏性不變，在撕膜過程中易撕貼很容易將Sensor帶起，產生形變。所以，在進行小尺寸Sensor撕膜時，通過動作這兩個壓膜氣缸，壓住Sensor的除起撕角以外的剩余部分進行撕膜，避免產品產生形變，提高撕膜成功率。撕膜平臺機構三維圖如下頁圖2所示。

2.2　撕膜機械手機構

撕膜機械手部件由Y軸、Z軸、θ軸、旋轉氣缸和壓塊氣缸組成。其中Y軸、Z軸、θ軸相互配合實現夾取易撕貼、撕膜以及扔膜動作；旋轉氣缸主要作用是在撕膜時通過旋轉氣缸動作使撕膜夾爪與撕膜平臺形成一定角度，方便撕膜。壓塊氣缸主要作用是在易撕貼黏住Sensor起撕角后壓塊氣缸壓一下，使易撕貼與起撕角粘得更牢固，提高撕膜成功率。撕膜機械手機構三維圖如圖3所示。

圖2　撕膜平臺機構三維圖

圖3　撕膜機械手機構三維圖

2.3　易撕貼卷料機構

易撕貼卷料機構主要由卷料電機、壓帶氣缸以及易撕貼到位光纖組成。自動運行時，壓帶氣缸運動到高位，卷料電機正轉，當光纖檢測到易撕貼到位后，壓帶氣缸運動到低位壓住易撕貼卷帶，等待撕膜機械手取料。易撕貼卷料機構三維圖如圖4所示。

圖4　易撕貼機構三維圖

2.4　下料機構

下料機構主要由X軸、θ軸和上下氣缸組成。由它們來配合完成Sensor的取放料動作。下料機構三維圖如圖5所示。

3　控制系統的設計

圖5　下料機構三維圖

該機采用三菱可編程邏輯控制器（PLC）作為其核心控制部件，配合三菱觸摸屏實現人機交互。選用PLC控制的優勢在于系統穩定、拓展性強、維護方便。根據程序量的大小以及拓展要求選用了三菱L06型CPU和GS21系列觸摸屏。

按照客戶要求，該撕膜機設計了單機運行模式、聯機運行模式、撕膜使用/停用選項、易撕貼夾取/不夾取選項等功能選項。單機運行是指在沒有上下料機與貼合機連線的情況下單獨進行撕膜操作。該模式需要人工手動上料，以及在撕膜成功后手動下料。聯機運行模式指的是撕膜機與上下料機、貼合機或者AOI（異物檢測機）連線作業，該模式下所有機臺需同時開始、同時暫停。該模式不需人工參與，自動化程度較高。撕膜使用/停用選項是指在特定產品不需要撕膜時，撕膜機的撕膜流程自動屏蔽，只運動撕膜平臺與下料機構，實現產品的定位并進入下一道工序。易撕貼夾取/不夾取選項也是針對特定產品設計。即有的類型Sensor在出廠時表面附著的保護膜本身自帶撕角，這就不需要撕膜機再去夾取易撕貼。且本身自帶撕角的話，撕膜機械手需要在撕膜平臺上夾取Sensor自帶撕角[1]，但是夾爪張開的距離有限，這就要求夾爪要先運動到撕角后面，接著夾爪運動到撕角正中心后向前運行夾取撕角，夾住撕角后，并入原有的撕膜進程進行撕膜。

撕膜進程是該機的核心進程，常規動作是上料機上料對位后，將Sensor放置在等待取料的撕膜平臺上，撕膜平臺上料完成后，平臺真空開啟，利用負壓將Sensor吸附在平臺上，運行到撕膜位置，等到同時運動的撕膜機械手成功夾取易撕貼來到撕膜位后，機械手上的壓塊氣缸下壓將易撕貼與起撕角粘牢，接著撕膜平臺X軸與撕膜機械手Y軸、Z軸配合動作，開始撕膜。由于Sensor很薄電路很細，很小的形變就會有折斷電路的可能，這就要求在撕膜過程中不能有一點帶起，同時平臺真空也不能很大，太大的真空會給Sensor留下真空孔印。所以撕膜路徑的選擇很重要。剛開始設計的路徑是易撕貼粘牢起撕角后，撕膜機械手Z軸抬起，同時平臺X軸前移來配合撕膜，由于平臺真空很小，Z軸向上的拉力很容易將Sensor帶起，產生形變使得產品報廢。通過客戶現場實地觀察研究后，將撕膜路徑優化為三段式撕膜。第一段起撕：在壓塊氣缸下壓將易撕貼與起撕角粘牢后，Z軸不動作，平臺X軸與機械手Y軸配合緩慢動作（X軸向右運動，Y軸向前運動），這樣，X向、Y向產生的力與負壓產生的吸附力不會抵消，起撕角不會帶起。第二段慢撕：通過第一段起撕角被撕起后，過大的力還是會帶起Sensor，這時機械手Z軸開始慢速抬起，同時平臺X軸、機械手Y軸動作保持不變，通過三軸動作配合，使得Sensor與膜繼續分離的同時不產生形變。第三段快撕：通過第二段慢撕后，Sensor與膜已分離一半左右，這時，平臺X軸、機械手Y軸停止動作，同時快速抬起機械手Z軸，利用Z軸上升的拉力將剩余的膜與產品分離，撕膜成功[2]。該撕膜路徑在程序寫法上要求對平臺X軸、機械手Y軸、Z軸進行三段速度來回切換以及位置賦值。

4　生產中的常見問題分析

4.1　撕膜完成后廢膜黏在撕膜夾爪上

撕膜成功后，一般情況下廢膜是垂在撕膜機械手上，隨機械手運動到扔膜位置將廢膜扔掉。但是由于在撕膜過程中很容易產生靜電，且廢膜很薄很輕，扔膜時如果撕膜機械手Y軸速度太快，會使得廢膜向上飄起并由靜電吸在撕膜夾爪上，導致扔不掉膜。解決方案是在機械手Z向增加向下吹的離子風扇，這樣通過吹出的離子風在消除靜電的同時還能將廢膜始終吹向下方，避免上述情況發生。

4.2　下料時下料機械手吸不起料

由于下料機械手取料是由吸盤來完成的，吸盤的真空很小，且由于在撕膜前期會用壓膜氣缸壓Sensor的動作，使得Sensor與平臺近乎沒有空氣（類似真空狀態），所以即使下料時關閉撕膜平臺真空，平臺與Sensor之間的吸力也還是大于吸盤的吸力，導致下料不成功。解決方法是在關閉平臺真空的同時增加平臺吹氣，利用吹氣破壞Sensor與平臺之間的真空力，實現下料成功率。

5　結語

在沒有撕膜機之前，客戶單純只靠人工撕膜來維持生產，這種模式既效率低下耗費人力，且很容易將膜撕裂。該撕膜機有效地代替了人工撕膜。通過對撕膜工藝的研究與改良，撕膜效率在15 s/片左右，撕膜成功率98%以上，大大提高了生產效率，受到了客戶一致的好評。

[1]吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2003：32-34.

[2]金春鳳，吳璟.超薄液晶屏撕膜機的研究與設計[J].科技風，2016（10）：11-12.