基于PLC技術(shù)的小壓力COG邦定設(shè)備研究

張丁 劉建功

摘要：本文主要介紹了PLC技術(shù)在一種針對小壓力工藝的COG邦定設(shè)備上的應(yīng)用，首先描述了設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)和工作原理，然后研究了基于PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)方案，包括硬件與軟件設(shè)計，以及在小壓力控制方面的應(yīng)用，最后討論了提升設(shè)備精度的方向和關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：PLC；COG；壓力控制；精度

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）05-0026-03

COG（Chip on Glass）組裝工藝技術(shù)，即把IC芯片通過各向異性導電膜（Anisotropic Conductive Film，簡稱ACF）直接綁定在LCD上，實現(xiàn)IC和玻璃基板的電氣和機械互連[1]。COG工藝可以縮小產(chǎn)品體積，提高組裝密度，降低成本，實現(xiàn)液晶模塊的組裝的規(guī)模化生產(chǎn)。

1 半自動COG邦定設(shè)備簡介

我們實驗使用的半自動COG邦定機主要由上料平臺、預(yù)壓部件、主壓部件和操作部件等組成。其中，LCD和IC分別通過手動上料與機械初定位，IC通過壓頭實現(xiàn)搬運與對位，并在主壓部件完成最終的壓接工作。區(qū)別于其他邦定設(shè)備，該設(shè)備主要針對指紋識別類小尺寸模組產(chǎn)品在小壓力邦定工藝下的實驗與生產(chǎn)而設(shè)計制造，具有占地面積小，操作簡單等優(yōu)點。

2 控制系統(tǒng)方案

2.1 電氣控制系統(tǒng)組成

電氣控制組成如圖1所示，電氣控制系統(tǒng)采用PLC（可編程邏輯控制器）和觸摸屏組成人機交互的控制系統(tǒng)，通過觸摸屏可以對各功能部件，如預(yù)壓模塊，主壓模塊，圖像模塊等運動部件進行調(diào)試，實現(xiàn)各個功能塊的單獨區(qū)分。在自動運行模式下手動放置好LCD和IC，采用雙鍵啟動，LCD和IC的搬運，圖像對位，預(yù)壓和主壓邦定均為自動完成，最后手動下料。

2.2 硬件選型

應(yīng)對現(xiàn)有實驗需要，本設(shè)備所需點數(shù)不是很多，可直接接入PLC，再配置一個32點輸入模塊，一個32點輸出模塊，即可滿足，方便后期布線與維護。為了減少開發(fā)時間，降低開發(fā)費用，選用設(shè)計人員都已熟悉的支持Mechatrolink Ⅱ協(xié)議的橫河PLC加安川電機的控制方案[2]。

2.2.1 整體控制部分

可編程邏輯控制器采用日本橫河FA-M3系列，處理能力高速，控制特性穩(wěn)定，體積精巧，支持大容量擴展，功能模塊豐富。觸摸屏采用臺灣的PANELMASTER，易于與橫河PLC配套，性價比好。

2.2.2 加熱控制部分

設(shè)備的溫度控制系統(tǒng)采用恒溫控制，根據(jù)之前邦定設(shè)備的使用經(jīng)驗選用性價比較高的溫控儀+熱電偶控制加熱管，來實現(xiàn)壓頭溫度的調(diào)節(jié)，其中溫控儀采用常用的OMRON系列。

2.2.3 伺服系統(tǒng)

考慮到成熟技術(shù)的沿襲性以及布線的便利，選用帶通訊接口的伺服驅(qū)動器配合安川通訊型伺服電機。設(shè)備預(yù)壓壓頭和平臺的旋轉(zhuǎn)部分，采用DD馬達。考慮到部件設(shè)計負載的需要與空間限制，選用CKD的迷你型AX6003M系列DD馬達，直徑80mm，轉(zhuǎn)矩輸出連續(xù)1Nm，最大3Nm，定位精度±90″，重復(fù)精度±10″。

2.2.4 視覺定位系統(tǒng)

視覺定位系統(tǒng)主要包括相機、鏡頭、光源、圖像處理單元（圖像分析處理軟件、 脈沖輸出）等部分。鏡頭和相機是圖像唯一的信息來源，而圖像的質(zhì)量、視野是由鏡頭和相機的恰當選擇來決定的。光源是影響機器視覺系統(tǒng)圖像輸入的重要因素，各路鏡頭都選用帶同軸光的鏡頭。圖像處理單元主要完成對模擬視頻信號采集、數(shù)字化、視頻圖像分析、處理、數(shù)據(jù)運算和輸出的功能[3]。

設(shè)備技術(shù)指標最終壓接精度要求±4μm，這樣對位處視覺系統(tǒng)的分辨率要達到1μm以下，根據(jù)LCD和IC上面靶標尺寸大小，在預(yù)壓對位處我們要求視野大小約為0.5mm×0.5mm，要達到分辨率1μm以下（以0.5μm計算），則在視野范圍內(nèi)有效像素要保障1000（H）×1000（V），我們選擇130W像素的1/3CCD相機，其有效像素為1280（H）×1024（V）可以滿足要求。CCD靶面尺寸為4.8mm×3.6mm，選擇鏡頭的放大倍數(shù)為6倍，則視場大小約為0.8mm×0.6mm，完全可以保證靶標進入視野，從而方便進行對位。

視覺系統(tǒng)實現(xiàn)LCD玻璃和IC的定位功能，是通過雙CCD分別捕捉LCD和IC上靶標的坐標，得到其在平臺坐標系中的精確位置，再通過圖像處理軟件自動計算出LCD和IC到定位目標所需要的X、Y、θ移動量，然后將數(shù)據(jù)傳輸給PLC，由PLC發(fā)脈沖控制平臺的移動，配合伺服直線電機及DD馬達，使系統(tǒng)最終精度達到±4μm以內(nèi)。

2.3 軟件設(shè)計

本設(shè)備采用模塊化編程，即按照設(shè)備各部分的功能主要分成：圖像、預(yù)壓、主壓三部分。根據(jù)工藝需要和方便現(xiàn)場調(diào)試還編置了各個獨立的單元模塊，如壓力測試模塊等，增加了可操作性。程序內(nèi)伺服軸各種運動方式及產(chǎn)品型號選擇均做成模塊形式，以增加程序的可讀性和可移植性[4]。操作屏主界面如圖2所示，軟件設(shè)計框圖如圖3所示：

3 小壓力控制系統(tǒng)研究

由于實驗所用產(chǎn)品設(shè)定的額定邦定壓力為4N，最小為2N，因此主壓機構(gòu)并未采用其他設(shè)備電氣比例閥的控制方式，而是采用了伺服電機帶動凸輪控制Z向行程的方式，并通過控制電機的輸出扭矩來精準控制壓力輸出，同時對主壓壓力進行多次測量以便觀察其重復(fù)輸出精度及不同壓力值之間的線性關(guān)系[5]。

主壓壓力測試單元如圖4所示，我們可以通過觸摸屏經(jīng)PLC對100W伺服電機的輸出扭矩限制值進行設(shè)定，且額定輸出扭矩為0.318N·M。如圖5所示橫坐標為額定扭矩的百分比，若超過130%則會出現(xiàn)過載。當扭矩輸出在20%以下時，壓力可控制在5N以內(nèi)，當扭矩輸出在20%～130%之間，壓力在4N～36N之間，且壓力值隨電機扭矩輸出基本呈線性變化。根據(jù)測試結(jié)果可以得出壓力變化的曲線，進而方便得出所需壓力大小對應(yīng)的扭矩值。

4 設(shè)備精度的控制與提升

在實際檢測中，IC的對位精度數(shù)據(jù)仍存在不小的波動，且整體偏位的情況也時有發(fā)生，對提升設(shè)備運行的穩(wěn)定性提出了要求。

4.1 機械結(jié)構(gòu)與加工工藝要求

在整機設(shè)計中，要盡量降低設(shè)備的重心，采用穩(wěn)定的機架機構(gòu)，各部件之間應(yīng)當具有相對獨立且穩(wěn)定的位置關(guān)系。在材料的選擇上，一些影響精度的關(guān)鍵部件要有良好的消振性，對各安裝面之間的配合形位公差要有更高的要求。

4.2 提升圖像對位精度

首先在目標模板設(shè)置時，選擇特征明顯且容易識別的靶標圖案。其次，在當前實驗環(huán)境下，調(diào)節(jié)合適的相機焦距、工作距離以及光源亮度、增益和曝光時間等參數(shù)，得到成像質(zhì)量較好的產(chǎn)品靶標圖案。另外，選擇合適的定位工具類型，一般采用幾何定位方式，提高靶標定位的準確性。與FOG設(shè)備相比，機器視覺系統(tǒng)需要選用更高倍的鏡頭和更高像素的CCD，達到微米級的圖像分辨率。

5 結(jié)語

隨著信息時代的日益發(fā)展，各種無線通訊設(shè)備日新月異，需求量也日益增加。COG邦定機已經(jīng)成為顯示模組生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備。本文所用設(shè)備已經(jīng)在工業(yè)現(xiàn)場進行了實驗，達到了預(yù)期效果，通過PLC控制技術(shù)也大大提升了設(shè)備效率，方便操作與調(diào)試。隨著技術(shù)的不斷升級，相信COG工藝的發(fā)展也將日趨完善。

參考文獻

[1]程軍.COG工藝流程及其發(fā)展現(xiàn)狀[J].現(xiàn)代顯示，2005，（9）：20-22.

[2]李鐵，周宏艷，饒欽.橫河PLC在全自動邦定機中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017，（6）：5-6.

[3]范兆周，孟月.機器視覺在COG封裝設(shè)備中的應(yīng)用[J].包裝工程，2007，（9）：88-89.

[4]周宏艷.全自動FOG邦定機軟件系統(tǒng)設(shè)計[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2015，（7）：43-48.

[5]景坷.凸輪機構(gòu)運動分析及創(chuàng)新設(shè)計試驗平臺研制[D].浙江理工大學，2013.