影響偏光片清掃機(jī)清掃效果因素分析

石鵬飛，王榮鑫，賈 健，胡文平，宋俊耀，馬瑞雪

(中電科風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

清掃機(jī)是偏光片生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)必不可少的工藝設(shè)備,主要用于對(duì)偏光片表面異物、臟污等的清潔[1],有的工藝段甚至在上、下料處均配備了清掃機(jī)。針對(duì)要清潔偏光片產(chǎn)線寬幅的不同,清掃機(jī)規(guī)格主要有2 500 mm寬幅的卷材清掃機(jī)、1 400 mm寬幅的卷材清掃機(jī)以及定制化的片材清掃機(jī)。定制化的清掃機(jī)清掃寬幅一般在1 400 mm以下,主要對(duì)裁切成片狀的偏光片進(jìn)行清潔[2]。

本文首先介紹了清掃機(jī)的核心機(jī)構(gòu),分析了各關(guān)鍵零部件的作用;其次,列舉了可能影響清潔效果的一些因素,并設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的驗(yàn)證方法;再根據(jù)上述設(shè)計(jì)的驗(yàn)證方法開(kāi)展各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析;最后依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果改進(jìn)了清掃機(jī)的清潔工藝參數(shù),并得到了量產(chǎn)數(shù)據(jù)和驗(yàn)證。

1 清掃機(jī)核心機(jī)構(gòu)影響因素

偏光片加工工藝過(guò)程中,不可避免地會(huì)沾染一些糊污、灰塵,甚至有些裁切不良會(huì)產(chǎn)生輕微的邊緣、角部的剝離[3],如圖1所示。清掃機(jī)主要依靠上、下兩根清掃輥通過(guò)擠壓傳送將這些糊污灰塵清潔掉,但是輥的擠壓既要保證良好的清潔效果,又不能損傷偏光片。

圖1 糊污和剝離

清掃機(jī)的核心機(jī)構(gòu)如圖2所示,由上清掃氣缸1、上轉(zhuǎn)寫(xiě)紙輥2、上清掃輥3、下清掃輥4、下轉(zhuǎn)寫(xiě)紙輥5、間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)6、活動(dòng)聯(lián)軸器7、下清掃氣缸8組成。活動(dòng)聯(lián)軸器聯(lián)接電機(jī)主軸帶動(dòng)下清掃輥轉(zhuǎn)動(dòng),下清掃輥通過(guò)齒輪帶動(dòng)上清掃輥反向轉(zhuǎn)動(dòng)。間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過(guò)螺母調(diào)節(jié)上、下清掃輥之間的間隙,原則上在保證偏光片正常通過(guò)的情況下間隙越小越好。清潔時(shí),上、下轉(zhuǎn)寫(xiě)紙輥由各自清掃氣缸帶動(dòng),緊緊壓在各自的清掃輥上,通過(guò)活動(dòng)聯(lián)軸器帶動(dòng)清掃輥轉(zhuǎn)動(dòng),將偏光片從一側(cè)卷入另一側(cè)完成清潔。此時(shí)清潔輥上已經(jīng)沾有了偏光片上的糊污灰塵,通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)將糊污灰塵轉(zhuǎn)寫(xiě)到轉(zhuǎn)寫(xiě)紙輥上,清潔輥完成了對(duì)偏光片的清潔,轉(zhuǎn)寫(xiě)輥完成了對(duì)清潔輥的清潔,持續(xù)工作約2 h后,手工將轉(zhuǎn)寫(xiě)紙輥撕下一圈即可。通過(guò)清掃機(jī)對(duì)偏光片清掃完整過(guò)程的描述,可以發(fā)現(xiàn)可能影響清掃效果的因素有很多,下面一一進(jìn)行分析。

1-上清掃氣缸;2-上轉(zhuǎn)寫(xiě)紙輥;3-上清掃輥;4-下清掃輥;5-下轉(zhuǎn)寫(xiě)紙輥;6-間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu);7-活動(dòng)聯(lián)軸器;8-下清掃氣缸

1.1 清掃輥轉(zhuǎn)動(dòng)速度

一般來(lái)說(shuō),清掃輥轉(zhuǎn)動(dòng)速度越慢,清掃效果越好,速度較快容易損傷產(chǎn)品。但是轉(zhuǎn)動(dòng)速度并不受清掃機(jī)設(shè)計(jì)的影響,主要受整體產(chǎn)線生產(chǎn)效率的管控。整體產(chǎn)線效率要求清掃機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一個(gè)合理的區(qū)間,清掃機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮并標(biāo)定這個(gè)速度。

1.2 清掃壓力

清掃壓力指的是上、下清掃氣缸的壓力,即上、下清掃氣缸通過(guò)轉(zhuǎn)寫(xiě)紙輥對(duì)各自清掃輥施加的壓力,最終擠壓在偏光片上。由于清掃輥和偏光片表面直接接觸,壓力的大小直接影響清掃效果。

1.3 上、下清掃輥間隙

通過(guò)圖2間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)6中的旋鈕螺母可以調(diào)節(jié)上、下清掃輥的間隙,如果間隙達(dá)到肉眼可見(jiàn)明顯縫隙,偏光片都接觸不到清掃輥,清掃效果肯定不佳。因此,合理的間隙也是達(dá)到良好清掃效果的保證。

1.4 清掃輥材質(zhì)及表面硬度

一般來(lái)說(shuō),清掃輥均為輥芯為金屬的聚氨酯包膠輥,該技術(shù)早期一直受韓國(guó)壟斷,價(jià)格昂貴,近些年來(lái)國(guó)內(nèi)很多廠家已經(jīng)攻克了表面硬度的技術(shù)難點(diǎn),國(guó)產(chǎn)完全替代了進(jìn)口。表面硬度的大小會(huì)影響偏光片在上、下輥間的通過(guò)性,可能造成偏光片的損傷,最終影響清潔效果。

1.5 清掃輥的輥徑

清掃輥的直徑不會(huì)直接影響清掃效果,但不合理的輥徑會(huì)造成偏光片的損傷。由于偏光片存在翹曲,長(zhǎng)邊尺寸7%以內(nèi)的翹曲是允許存在的,但翹曲的偏光片是否可以通過(guò)清掃輥間隙,這就與輥徑大小有關(guān)了。

1.6 人為因素

清掃輥表面不潔凈,轉(zhuǎn)寫(xiě)紙輥未能及時(shí)撕掉,不僅會(huì)造成清掃效果不佳,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成偏光片批量損傷。操作人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期教育、培訓(xùn)后會(huì)熟練掌握各項(xiàng)工藝過(guò)程,可以將影響降到最低。

根據(jù)以上影響清掃效果因素設(shè)計(jì)了一些實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行詳細(xì)的分析。清掃效果的影響主要體現(xiàn)在經(jīng)過(guò)清掃機(jī)后偏光片的剝離率及表面臟污的去除率,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果均以這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行考量。

2 影響因素詳細(xì)測(cè)試

2.1 清掃輥

在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),有些偏光片往往卷入清掃機(jī)內(nèi)部。產(chǎn)品卷入后不僅會(huì)造成這一片的損失,更嚴(yán)重的是造成這一批次清掃不良。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn),清掃輥本身材質(zhì)及表面硬度問(wèn)題是造成偏光片卷入清掃機(jī)內(nèi)部的根本原因。經(jīng)過(guò)與國(guó)內(nèi)某清掃輥制造企業(yè)的長(zhǎng)期合作,對(duì)比韓國(guó)進(jìn)口品牌分析驗(yàn)證,最終設(shè)計(jì)制造了滿足需求的清掃輥,輥徑為Φ30 mm,鋁制輥芯,包漿聚氨酯,表面硬度為(40±3) HSA,清掃輥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 清掃輥

2.2 清掃輥速度

首先對(duì)清掃輥各運(yùn)動(dòng)軸的速度進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試。清掃輥及各傳送輥的位置關(guān)系如圖4所示。圖4中,r1、r2、r5、r6表示清掃輥,r3表示上游傳送輥,r4表示承接輥,r8表示下游傳送輥,r7表示承接輥。圖4中為區(qū)別各輥,各輥直徑大小不等,實(shí)際產(chǎn)線中各輥直徑完全相同。箭頭表示速度方向,中間扁平矩形塊代表偏光片經(jīng)過(guò)各傳送輥沿箭頭方向從上游向下游傳送。設(shè)計(jì)清掃輥轉(zhuǎn)速為45 m/min,使用速度計(jì)測(cè)試各軸的線速度,共測(cè)試10組數(shù)據(jù),每組取樣時(shí)間不定,用于查看清掃輥速度是否長(zhǎng)期穩(wěn)定,表1為速度測(cè)試結(jié)果。

表1 清掃輥及各傳動(dòng)輥速度測(cè)試結(jié)果 m/min

圖4 各輥位置關(guān)系

從表1中可以看出,所有速度數(shù)據(jù)略小于設(shè)定速度45 m/min,這是由于傳動(dòng)效率的影響,屬于正常情況。所有速度數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定,說(shuō)明該清掃輥傳送速度穩(wěn)定,不會(huì)造成大的速度波動(dòng),可以平穩(wěn)傳送偏光片。

其次,考慮傳動(dòng)速度對(duì)清掃效果的影響。產(chǎn)線要求傳送速度保證在600 mm/s(約為36 m/min)以上,測(cè)試時(shí)依次選擇速度35 m/min、45 m/min、60 m/min、70 m/min,考察不同傳動(dòng)速度下清掃機(jī)清掃后偏光片剝離尺寸及去污率。人為制造一些臟污,并用記號(hào)標(biāo)記,待清掃完成后,觀察標(biāo)記處臟污是否去除,并統(tǒng)計(jì)去污率即可。為體現(xiàn)廣泛性,特選用3個(gè)批次的偏光片,每個(gè)批次1 000枚進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同傳動(dòng)速度下清掃效果

從表2可以清晰看出,隨著傳動(dòng)速度的增大,剝離尺寸逐漸增大,雖然在速度35 m/min下,有較低的剝離尺寸,但其效率不足,故舍棄這一參數(shù)。而無(wú)論速度取多少,清掃效果非常完美,完全能夠?qū)⑷斯?biāo)記的臟污全部清除,因此速度選擇45 m/min。

2.3 清掃輥間隙

考慮上、下清掃輥間隙對(duì)清掃效果的影響,設(shè)計(jì)如下驗(yàn)證實(shí)驗(yàn):首先設(shè)定速度為45 m/min,依次在0間隙、1枚厚度間隙、3枚厚度間隙、10枚厚度間隙下進(jìn)行清掃效果測(cè)試。1枚厚度間隙即恰好1枚偏光片能夠正常通過(guò)并完全接觸,10枚厚度間隙表示偏光片上表面和清掃輥完全不接觸。同樣選擇3個(gè)批次偏光片,表3為不同輥間隙下清掃效果。

表3 不同輥間隙下清掃效果

從表3可以看出,間隙大小似乎對(duì)剝離尺寸的影響不是很大,間隙很大(上輥不接觸偏光片)時(shí)仍然會(huì)造成剝離,間隙小時(shí)剝離沒(méi)有明顯減弱。但不接觸會(huì)影響清掃效果,在3枚厚度間隙時(shí),已經(jīng)有部分臟污無(wú)法去除了。綜合考慮選擇1枚厚度間隙。

2.4 壓力調(diào)節(jié)

上、下清掃輥通過(guò)氣缸控制其動(dòng)作,故氣缸的壓力會(huì)在一定程度上影響清掃效果。氣缸壓力調(diào)節(jié)主要依靠減壓閥,一般的減壓閥刻度為0～0.6 MPa,可粗略調(diào)節(jié)壓力大小。在前期測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn),氣缸壓力在0.2 MPa左右時(shí),清掃效果最佳,因此更換精密減壓閥,刻度為0～0.2 MPa,對(duì)氣缸壓力進(jìn)行精密調(diào)節(jié),最終得到上清掃氣缸壓力0.11 MPa、下清掃氣缸壓力0.15 MPa(克服重力)時(shí)清掃效果最佳。

2.5 量產(chǎn)數(shù)據(jù)

取得上述驗(yàn)證工藝參數(shù)后,對(duì)企業(yè)內(nèi)所有清掃機(jī)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。調(diào)整前,工藝參數(shù)未統(tǒng)一,設(shè)備清掃效果數(shù)據(jù)極不穩(wěn)定。調(diào)整后,所有清掃機(jī)去污率達(dá)到99.95%以上,剝離率在0.5%以下,考慮對(duì)剝離程度的控制(0.1 mm以下的剝離可看做是合格品),實(shí)際剝離率達(dá)到了0.1%以下。但仍然可以看到存在著清掃造成的機(jī)損,這是由于接觸式清掃造成了不可避免的損失,應(yīng)當(dāng)予以理解。

3 結(jié)論

調(diào)整工藝參數(shù)后,清掃機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行,達(dá)到了去污率99.95%以上,剝離率在0.1%以下的清掃效果,提升了企業(yè)生產(chǎn)效率,降低了企業(yè)損失。考慮到接觸清掃工藝的機(jī)損現(xiàn)象,后續(xù)可以考慮采用風(fēng)機(jī)吸附方式,設(shè)計(jì)非接觸清掃,理論上可以將剝離等現(xiàn)象完全消除。