液晶屏對刀切割生產線中切割后臺板的設計與改進

劉向勇， 秦 輝， 王佳利

（中電科風華信息裝備股份有限公司， 山西 太原 030024）

引言

近年來，車載娛樂系統不斷升級，大屏操作系統越來越受到駕駛人員的青睞；飯店、商場、機場等公共場所也都投入更多的電子顯示設備來給顧客提供更便捷的服務，電子顯示器與人們的生活息息相關。這些都促進了TFT-LCD 液晶顯示屏技術和產量的提升。切割機作為液晶顯示屏生產過程中最重要的設備之一，更加高效及智能。對刀切割生產線是集自動上料、切割、分斷、下料功能為一體的全自動生產設備，其把大板來料玻璃切割成小片下料給下游設備。

1 對刀切割生產線概述

對刀切割生產線是一條自動化程度極高的設備，生產線從頭部與上游自動送料機構相連接，經過中間的切割工序，到后端的自動出料，全程無需人工參與。此設備主要是用于把TFT-LCD 大板液晶屏（目前國產設備可切割最大玻璃2 600 mm×2 250 mm）經第一次切割、斷裂掰片、送料對位、第二次切割、斷裂掰片、翻轉下料等步驟，處理成多個單片液晶屏（10.1～43寸）下料給后續設備。如圖1 所示，根據生產工藝的要求，來料大板液晶屏通過上料部件被放置到一切送料部件上，隨即被輸送到一切部件并對液晶屏的0°方向進行切割。然后輸出部件把切割之后的液晶屏轉移到一切拾取旋轉部件上，長條液晶屏隨之被旋轉90°，并放置于二切對位部件上。玻璃在此處被對位之后，經過二切送料部件被輸送到二切部件，完成90°方向的第二次切割，切割流程如圖2 所示。大板液晶屏就被處理成了單片玻璃，最終通過翻轉旋轉部件輸送給后續設備，進行清洗、打磨等系列工序。

圖1 對刀切割生產線流程

圖2 切割流程

2 切割臺板的設計及功能

2.1 輸出部件簡介

如圖3 所示，輸出部件由切割后臺板、臺板升降機構、惰輪延伸段、傳輸模組、輔助導軌及機架構成。切割后臺板與前臺板共同滿足切割時支撐大板玻璃的需求；臺板升降機構配合傳輸模組共同運動，實現切割之后的玻璃分斷動作。

圖3 輸出部件

2.2 液晶屏切割要求

通常LCD 液晶屏是由上下兩層玻璃黏合而成，中心區域注入液晶，在某一邊或者兩邊存在端子連接區域（見圖4）。如圖5 所示，對刀切割的工藝是上下兩個刀同時切割，上刀切割屏幕的上表面、下刀切割屏幕的下表面[1-2]。切割的時候，大板液晶屏橫跨在前臺板和后臺板上，前、后臺板都有真空吸附，可保證切割時屏幕的穩定性，如圖6 所示。

圖4 經切割、斷裂處理之后的單片玻璃橫截面示意圖

圖5 大板液晶屏被處理成單片玻璃示意圖（橫截面）

圖6 切割前、后臺板

前臺板是固定不動的機構，后臺板可以隨著輸出部件的模組導軌和升降機構而進行上下、前后的運動。切割完成之后，后臺板吸附著玻璃向后運動，大板玻璃在拉力的作用下被分斷[3]。因此，切割后臺板的主要功能有以下兩個：

1）靜態功能：切割時作為切割臺板來支撐液晶屏；

2）動態功能：切割之后作為分斷機構來移動液晶屏。

2.3 切割后臺板升降機構的設計

切割后臺板升降機構中的臺板長2 600 mm，質量約為200 kg，而又受限于垂直空間的要求，所以由兩個小尺寸的電缸和兩個氣缸共同完成升降的動作（見圖7）。氣缸只能夠抵消50%的承重，剩余的質量及走位精度由兩個電缸完成。切割過程中，為了保證切割精度，臺板的平面度要控制在50 μm 之內，也就是說，前、后兩個臺板機構組合起來，也要在這個精度范圍之內。長度為2 600 mm 的金屬板，在加工之后很難保證50 μm 的平面度。因此，后臺板被拆分成兩個1 300 mm 長的臺板，并通過一些調節設計來滿足這一靜態精度要求。

圖7 切割后臺板升降機構

切割完之后的液晶屏，在后臺板向后拉斷的同時，也會向下移動，這樣的分斷動作，有利于玻璃斷裂的同時，也可以有效地避免因摩擦而產生的切割不良。在實際運用當中，這一機構在由分斷的動態轉為支撐切割的靜態之后，會產生左右高度的偏差，即不能再繼續滿足50 m 的組合臺板平面度要求。經過分析，是氣缸的作用導致了累積的誤差。氣缸的輸出力決定于氣源，氣源如果不穩定，或者是氣源的控制不同步，就會導致氣缸所抵消的重量發生變化。而電缸是由電機所控制，輸出的扭矩為一個恒定值，在氣缸載重不穩定的時候，便會對運動機構的走位產生影響。實際運用當中，也嘗試用一些傳感器、調節閥來穩定氣缸的氣源，結果只是使臺板出現偏差的頻率變少，卻并不能從根本上解決這一問題。因此，要解決高度偏差的問題，首先要確定載重走位的穩定性。

2.4 切割后臺板升降機構的改進設計

為了滿足切割臺板的平面度要求，切割后臺板依舊是由兩塊1 300 mm 的臺板拼接而成。如圖8 所示，新的升降機構取消了抵消質量的氣缸，作為升降動力端的兩個電缸也替換成了兩個絲杠與導軌的運動機構。在垂直空間受限的前提下，兩個斜角連接塊的應用把垂直運動所需的距離轉換在水平方向。單邊斜角機構所承載的質量約為100 kg，通過三角函數計算得出，電機絲杠所提供的扭矩可小于這一載重要求，因此更小功率的電機即可滿足要求，成本得以降低。

圖8 切割后臺板升降機構的改進

綜上，后臺板在斷裂液晶屏時，會模擬人工手動掰斷的動作，即同時向后并向下運動。向下的行程并不會太大，實際L1≤5 mm 便可達到要求。得益于兩根導軌的使用，見下頁圖9 中的幾何關系，L1與水平L3的行程關系為：

圖9 高度轉換關系

可得出：

由此可以得出絲杠的行程和導軌的安裝位置。

3 切割后臺板未來的發展趨勢

兩代切割后臺板的設計與改進，新機構有更明顯的優點：

1）把豎直載重轉換到水平方向，豎直空間無需做任何改變；

2）動力源由兩個電機穩定地輸出，可以保證升降機構靜態及動態的精度要求；

3）取消不穩定因素（氣缸）的應用，機構更好調節，也節省成本；

4）通過斜角轉換，更低功率的電機即可達到要求，降低了成本。

目前，國產自動連線設備能切割最大的來料玻璃尺寸為2 600 mm×2 250 mm，未來沖擊的壁壘為3 370 mm×2 940 mm。玻璃尺寸更大，意味著切割臺板的平面度以及載重運動更難以實現。在空間要求依然很局促的情況下，應該考慮輕量化材料的使用。