刘英南

(深圳市汇星龙科技有限公司，广东 深圳 518100)

0 引 言

在液晶显示屏幕玻璃制造行业[1-3],生产商在制造各种液晶显示屏幕时,通常采用对两张相对规格尺寸较大的玻璃上通过印刷特定的粘结胶使其贴合后被粘结胶分割成若干网格状的液晶显示屏单元，其中切割工序就是把规格较大尺寸玻璃上的小分单元的切割开后逐一分裂成单个液晶显示屏的个体的过程。

切割工艺完整的过程包括切割工序和裂断工序两部分组成。首先是切割工序，将预先印刷成型带有网格状的单元体的玻璃，放在设备工作平台吸板上，平台吸板将玻璃板吸附固定，然后通过带有施加压力的刀轮在玻璃表面上沿着印刷好的切割标记线划动，使刀轮在玻璃上划过一条切口。在未切割的玻璃板上，其四周余边都有一个按生产规定印刷好的切割标记线。由于液晶显示器的使用和生产需要，使用时为了引出安装电极,所以显示屏的上下两层的玻璃是不一样的长度。裂断工序[4]，就是通过一定方式使切割后玻璃裂开的过程。通常液晶玻璃在刀轮划动切割后只是具有切割口还没有完全断开，利用玻璃的材质特性，在有切割刀痕的玻璃背面施加一定压力使玻璃发生微小形变,迫使玻璃沿切割线裂开。这个过程通常采用裂断机自动化进行，切割工序实施过程的优劣直接影响裂断的质量。

笔者针对切割工艺过程的切割工艺,介绍一种采用刀轮式自动切割设备，该设备可以提高液晶显示屏切割工序的精度和速度，从而直接影响到产品质量和生产效率。

1 切割工艺过程分析及存在问题

常见的液晶显示屏[1-3]通常由上下两层厚度薄的液晶玻璃片通过印刷粘结胶接合在一起,两张大面积的薄玻璃被网格状粘结胶线分割成若干个中空腔体,形成胶接玻璃板,等待被切割设备切割。由于该粘合的玻璃板是双层的,所以在切割时候需要实施双面切割,上下面切割后再去裂断工序。玻璃板周边印刷有用来防止错面和错向的“防呆标记”,以供切割设备和人工操作识别用途。

被切割前的玻璃板如图2所示,被切割后的玻璃板如图3所示。

图1 被切割前的玻璃板 图2 被切割后的玻璃板

每个中空的腔体在印刷粘结胶时都会留有一个用来灌液晶的缺口,在切割时候根据印刷的排版工艺,缺口的方向都呈一定的同向相对排列分布,如图3所示。

图3 玻璃板缺口排列示意

刀轮切割，又称机械式切割,是种采用一个“V字型状刀轮,通过对刀轮轴孔施加压力，使刀轮按照预先印刷在玻璃板上的切割标记线，在一定可控制压力下划动，在玻璃上形成有一定尺寸的切口。玻璃板上切割标记,是在印刷粘结胶的时候一同预留的。

刀轮切割的优点在于：因其设备结构简单、易于制作，其技术可靠性相对较高、使用方便、便于更换和维护、具有一定的成本低优势，其行业应用非常广泛；玻璃切割的合格率主要取决于刀轮自身的产品质量,其包括刀轮刃口的质量和精度，刃口材质的工艺处理和防磨损，使用的可靠性、稳定性、以及制造加工精度、刀轮安装在切割机上发挥的整体综合性能等精密特性等。

但是，机械切割同样也存在很多工艺问题：①这种切割方法对于厚度比较薄的玻璃材料来说存在一定的缺陷，特别是刀轮在切割中产生很多微小的碎渣，且切割面要求具有一定垂直度；②机械切割在切割玻璃的时刀轮是具有向下压力的，其切割后的玻璃的边缘区域具有一定的机械应力，会对玻璃造成一些损伤，特被是厚度很薄的玻璃，极其容易导致玻璃破碎和玻璃切割口崩裂；③为了某些生产工艺的需要，防止玻璃在切割后发生不良情形，有时候会对玻璃的切割面进行打磨剖光处理。通常如果采用机械切割方式的，需要采用清理残渣工序，防止可能对后面的工艺造成干扰。

2 设备结构设计及改进

2.1 设备使用工况

设备的使用工况如图4所示,包括自动切割设备、机器人搬运组件和存放平台三个部分。

图4 设备的使用图示

该切割设备可与机器人上下料平台组合使用,以提高切割工艺过程的精度和质量,也可由人工进行上下料作业,自动切割设备具有视觉识别印刷胶网格线功能,自动调整刀轮切割刀头的位置,以及对偏差进行补偿。

经过查阅相关的设计资料以及行业标准[5]-[7]，进行详细设计和测试后的设备性能如下。

(1) 设备切割玻璃板的性能如下:使用玻璃板的尺寸:最小平面尺寸150 mm×150 mm,最大平面尺寸800 mm×800 mm;视觉系统识别精度:0.002 mm;设备切割精度:0.01 mm;设备横向移动速度:最大1000 mm/s;设备纵向进给速度:最大500 mm/s。

由于该粘合的玻璃板是双层的,所以在切割时候需要实施双面切割,上下面切割后再去列断工序,所以单面切割完成后需要机器人或者人工进行辅助玻璃板翻面,翻面后重复单面切割工艺过程,双面切割完成后,玻璃板的切割过程结束。

玻璃板的单面切割工艺过程如图5所示。

图5 玻璃板的单面切割工艺过程

2.2 设备整体构成

该自动化设备的构成如图6所示。

图6 设备的使用图示1.显示器 2.横向移动组件 3.底座进给组件 4.便捷操纵按钮组件 5.工业电脑组件 6.安装底座组件 7.护板 8.调整支撑组件 9.悬臂操作控制箱

2.3 横向移动组件设计

该设备的横向移动组件采用4个刀轮切割组件并列排布设计,即“四刀头组件”设计。

这样设计的优势在于可以增加切割的效率,也可以作为其他切割组件的备份,可以同时使用其中的单个或几个,切割多条轨迹。

横梁采用大理石精磨加工而成,保证加工精度达到GB/T4987-85-00级别精度要求。动力驱动采用400 W伺服电机。横移传动采用研磨高精度滚珠丝杠直径20 mm,导程10 mm系列,横向移动最大允许速度1.0 m/s。

横向移动组件构成如图7所示。

图7 横向移动组件构成1.安装立柱 2.横梁主体 3.拖链牵引板 4.线缆安装支架 5.拖链组 6.传感器安装组件 7.伺服电机 8.刀轮切割组件 9.直线导轨组件

设备其横向移动刀轮组件定位采用视觉系统捕捉玻璃板印刷标记线，由于液晶玻璃同大多数液晶玻璃一样，具有反光特性，所以对视觉的镜头和光源的要求要进行特殊的处理,本设备视觉系统系统由CCD图像传感器模块、可变焦镜头部件、光源模块、辅助器件和安装支架等部件组成，视觉定位精度可达0.005～0.010 mm,整体横移定位精度可达0.01 mm。

图8 刀轮移动组件构成

为防止切割刀头组件切割时施加在玻璃板表面的压力过大,造成玻璃的破碎和切割口不良,切割刀头组件采用调压气缸来推动切割刀头组件,调压气缸的推力可由气动管路的伺服调压阀控制压缩空气的压力而改变,伺服调压阀的调节控制信号由控制系统引出。调压气缸进气管路安装有压力传感器探测管路的压力值,输入控制系统,经过系统与预定设置的数值相比对,并经过补偿调优处理。

切割刀头处安装有压缩空气喷嘴,可以对切割刀头进行冷却,同时又可以将微小碎屑吹离。刀轮切割组件设计构成如图9所示。

图9 刀轮切割组件构成1.微型直线导轨组件 2.牵引板 3.切割刀头组件安装板 4.压缩空气喷嘴 5.切割刀轮组件 6.切割刀轮安装组件 7.调压气缸

2.4 底座进给组件设计

底座进给组件由DD旋转马达、顶部安装板、吸板、底座安装板、直线电机动子、滑块组成,其设计结构如图10、11所示。

图10 底座进给组件构成1.DD旋转马达 2.顶部安装板 3.吸板 4.底座安装板 5.直线电机动子 6.滑块

图11 底座吸板真空孔图示

2.5 安装底座组件设计

安装底座组件由底座框架、直线电机定子、直线导轨、限位挡块、大理石平台、拖链组件、传感器组件组成,其组件图示如图12所示。

图12 安装底座组件图示

底座进给组件动力采用直线电机驱动。直线电机又被称为线性电机，或者直驱直线电机。此设备采用的直驱直线电机是一种采用扁平设计并且与从动负载直接耦合的电机。由于消除了对机械传动组件的使用,因此具有卓越的性能、刚性、动态速度与加速度、定位准确性以及运行效率。另外,直接驱动直线电机结构紧凑、噪音小、无需维护并且运转顺畅无误。

此系统其根据负载运行情况精度可达0.002 mm,最大允许驱动速度2 m/s。

3 控制系统设计

设备的控制系统采用工业电脑IPC作为上位机,处理与触摸屏、视觉系统相机、外部显示设备以及对系统外部的数据交互传输。使用PLC控制器模块以及可扩展I/O模块作为系统内部下位机的I/O信号的输入输出端口,以及对系统外部的非数据类的简单信号交换输送,输入信号包括气动系统(压力检测传感器、电控阀等)、真空系统(真空压力开关等)、安全系统(各类传感器、外部操作的各类按钮)、急停系统(极限限位检测、急停按钮等)、非数据类的简单信号,输出信号包括伺服驱动器(伺服电机、直驱线性电机等)、气动系统(伺服比例调压阀、电控阀等)、真空系统(电控阀等)、警报系统(指示灯和蜂鸣器等)、非数据类的简单信号。各类模块间的通讯协议可以采用多种,包括RS232/485以及INTERNET和CAN总线等。其控制系统原理架构图如图13所示。

图13 控制系统原理图

4 结 语

此次设计经过研发和实际应用后的改进实施,针对于显示屏幕制造工艺过程中的常见的切割问题进行了分析总结,改善了以往机械式切割设备不足,基于采用刀轮式机械切割多刀轮切割刀头的设计,并实现了良好的实施效果,提高了工艺过程中的切割工序的切割质量和精度,从而提高了制造生产效率,其现场实际产品如图14所示。

图14 现场调试产品外观图