胡钦华，黄立勇，井文丽，朱丽丽

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024)

电子信息产业是当今最具活力、高速发展中的行业，LCD(液晶显示器)制造技术是信息产业链中的关键技术之一，是每年千亿美元级的支柱产业，当前我国是世界上重要的LCD生产国，约占全球产量的5%。在LCD制造过程中会多次用到贴附技术，贴附是将一种材料粘贴在另一种材料上的生产工艺，贴附质量的好坏对LCD的性能影响很大，因此在贴附过程中都要求贴附位置与贴附角度偏差小、无气泡、贴附材料不产生拉伸、扭曲、压伤、变形、划伤等特点。随着显示技术特别是触控技术的发展，贴附材料正在向薄型化、高透光性、低柔韧性方向发展，传统的机械定位贴附方式已不能满足生产的要求。近年来光纤传感器凭借着光纤的优异性能而得到广泛的应用，并且在各种不同的测量、定位中发挥着自己独到的作用，光纤定位贴附技术就是基于光纤传感器发展而来的一种新型的定位贴附方式，该贴附方式因其定位精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠而倍受重视。

1 光纤定位的工作原理

所谓光纤定位也就是光纤传感器定位，其工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测物体（本文以柔性保护膜为例）与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位等）发生变化，称为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。用于定位的光纤传感器主要由光源、光纤、传感头、光探测器、信号处理电路等部分组成。光纤定位系统的工作原理图如1，接收光纤获得的光强将随待测物体靠近与离开距离的变化而变化，该信号通过光敏元件进行光电转换，然后再放大比较，把控制信号输入到计算机对电机进行控制，以实现高精度自动定位。

图1 光纤定位系统的工作原理图

RBT-12柔性保护膜贴附机是我单位根据客户要求开发的一款新型LCD贴附设备，用以在198～300mm（7～12英寸）玻璃基板上贴附各式柔性保护膜，该设备采用光纤自动定位，是光纤定位技术在LCD贴附设备中的成功应用。

2 光纤定位的定位方式

2.1 θ 角度定位

RBT-12柔性保护膜贴附机是以简单的直线运动转化为复杂的角度旋转运动，直线运动由伺服电机驱动，经过机构转化形成旋转运动。角度定位的简化物理模型如图2所示，该角度定位方式结构简单、配置低、软件编写容易、工作稳定可靠，其定位过程如图3所示。

图2 角度定位物理模型

图3 角度定位过程

首先，机器系统复位使待贴的柔性保护膜处于初始位置，设竖直方向为角度的最终定位方向，操作机台旋转柔性保护膜使第一光纤传感器有信号，继续旋转柔性保护膜使第二个光纤传感器也有信号。最后，操作机台使柔性保护膜旋转θ2（θ2为光纤定位的角度误差补正量，其大小后文有详细论述）让柔性保护膜定位在竖直方向，至此角度定位已完成机台进入x方向定位。

2.2 x方向定位

沿x方向移动柔性保护膜，使柔性保护膜脱离开光纤探测区域，如图4所示，机台自动记下第一光纤传感器信号（为减小定位误差，检测x方向位置时只取第一传感器的信号，不取第二传感器的信号）消失时的x向坐标，该坐标就是柔性保护膜沿x方向的位置坐标。x方向定位完成机台进入y方向定位。

图4 x方向定位过程

2.3 y方向定位

操作机台使柔性保护膜重新进入光纤探测区域，然后沿y方向移动光纤，使柔性保护膜脱离开第一光纤的探测区域，如图5所示，机台自动记下第一光纤传感器无信号时的y向坐标，此坐标就是柔性保护膜沿y向的位置坐标。

图5 y方向定位过程

3 光纤定位的角度误差补正方法

由图6可知，用光纤角度方向定位时有一定的角度误差，角度定位误差是产生x、y向定位误差的主要原因。角度误差产生的原因由其定位原理决定，柔性保护膜由第一光纤传感器有信号旋转至第二光纤传感器有信号时转过的角度记为θ1，柔性保护膜由第二光纤传感器有信号到定位在竖直方向转过的角度记为θ2，则θ2就是光纤定位的角度误差补正量。设光纤芯径为r，第一光纤到旋转中心的距离为D，两光纤之间的距离为d，即：

由上面公式可知：光纤定位的角度误差补正量θ2是由光纤芯径r、第一光纤到旋转中心的距离D与两光纤之间的距离d决定。

图6 x方向定位过程

4 光纤定位的数据分析

RBT-12柔性保护膜贴附机选用光纤型号：FU-54TZ(对射型)、芯径 1mm，生产厂家：KEYENCE。为防止两束光纤相互干扰设计时我们选用两种型号放大器：FN11N与FN12N。以下是RBT-12柔性保护膜贴附机调试现场采集的数据（随机选取其中一台的测试数据）。见图7、表1。

图7 250mm(16:9)玻璃基板

表1 测试数据

设机台沿x方向的贴附误差为△A，y方向的贴附误差为△B，θ方向的贴附误差为△θ，机台直线方向的定位精度为α，角度方向的定位精度为β，B1点与 B2点之间的距离为 F，A1点与 A2点之间的距离为E，则：

现场测量时我们选取的F为200mm，E为100mm

由上可知：光纤定位直线方向重复定位精度可控制在±0.16mm之内，角度方向定位精度可控制在±0.08°之内。光纤定位系统产生误差的原因有很多，如光纤传感器的自身误差、机械系统的装配误差、机械系统的运动误差、机台振动引起的光纤检测误差以及待测物体的规格大小等，据现场调试分析其中机械系统的运动误差与机台振动引起的光纤检测误差是影响光纤定位精度的两个主要因素。

5 结 论

以RBT-12柔性保护膜贴附机贴附250mm玻璃基板为例,在机械系统的运动误差控制在合理的范围之内且机台振动很小的情况下，光纤定位直线方向重复定位精度可控制在±0.16mm之内，角度方向的定位精度可控制在±0.08°之内；玻璃基板小于250mm时，直线定位精度会相应提高而角度定位精度则会相应下降；玻璃基板大于250mm时则与之相反，该定位精度能满足大部分LCD贴附设备的精度要求。

[1]王永华，吴宏，林其骏.高精度光纤定位传感器[J].传感器技术，1991(4):17-20.

[2]范志新.液晶器件工艺基础[M].北京：邮电大学出版社，2000.

[3]应根裕.平板显示技术[M].北京：人民邮电出版社.2003