基于PLC的全自动LCD贴片机的系统设计

2014-11-01戴亦宗缪德俊

扬州职业大学学报 2014年1期

戴亦宗，缪德俊

(扬州职业大学，江苏扬州 225009)

近年来，随着LCD产业的飞速发展，LCD液晶显示屏需求量逐年增加，对玻璃液晶片贴片的生产自动化程度、生产效率、精度和可靠性等提出了更高要求。本系统实现偏光片与LCD玻璃片的准确定位与可靠贴附，以PLC为控制器，控制系统将每块成品液晶屏的上下两面分别贴附一张相应型号和尺寸的偏光片，克服了人工作业下效率低、易产生气泡、偏位、压伤玻璃液晶片或偏光片色斑和褶皱等不良缺陷。

1 系统整体结构

本设计采用4台贴片机联机并行结构，通过两个传送带构成系统，根据LCD片产量可将系统最大扩展为8台机运行(见图1)。通过每台单机玻璃片上下料机械手将传送带上玻璃模具中的玻璃片拿到贴片平台上贴片，已经贴好偏光片的LCD玻璃片通过机械手放到传送带上送到终端。

图1 系统结构图

1.1 贴片机机械结构

单机贴片机由上下玻璃片机械手、取偏光片机械手、偏光片传送带、玻璃片吸附平台，贴片机头等组成(见图2)。机械手将LCD偏光片送上胶带传送带，电机带动滚轮运行拉动胶带在平台转角处偏光片与其保护膜分离，同时偏光片吸附在吸附平台上，玻璃片机械手将玻璃片定位放在玻璃片平台上并定位，工作台前进到偏光片吸附平台下，压轮下压、工作台后退，偏光片粘贴到LCD玻璃片上。

图2 单机结构图

1.1.1 机械手结构

系统机械手由玻璃片机械手、偏光片机械手组成。玻璃片机械手采用联动结构将玻璃片从传送带上取到玻璃平台上［1］，并将贴好的玻璃片放回到传送带上。偏光片机械手从料槽中取偏光片放到偏光片传送带上(见图3)。机械手是由支架导轨、支撑板、等组成，机械手有水平和竖直两个方向运动，气缸作为动力源，水平通过两平行水平导轨支撑并导向，完成机械手的工作进给和快速退回动作，机械手的升降则采用双杆气缸完成实现取料和放料动作，玻璃片、偏光片的抓取是通过真空吸盘实现的，即吸附型手抓。

被抓取玻璃片单片质量约50g，抓取力约为［2］:

考虑安全性，故设定真空吸盘的吸附力每平方厘米为5N。

被抓取成片单片质量约2g，抓取力约为:

考虑安全性，故设定真空吸盘的吸附力每平方厘米为2N。

图3 机械手结构图

1.1.2 料槽结构

偏光片料槽全部采用铝制材料，能够减小整个料槽的重量，料槽通过丝杆和步进电机传动，料槽的机械结构由底板、肋板、支架、丝杆等组成(见图4)。系统通过电机驱动，通过丝杠传动［3］。

图4 偏光片料槽结构图

1.1.3 贴片结构

贴片系统主要由偏光片吸附平台、LCD玻璃片定位平台、压片机构组成，偏振片吸附平台上有槽孔，利用真空将传送带上已经剥离的偏光片吸附并对位，同时机械手将玻璃片放在工作平台上，定位、抽真空吸附，如图5所示，偏光片片与玻璃基片对好位后，保持一定的角度，依靠胶辊的滚动和挤压动作来完成贴片［4］。

图5 贴片头系统结构图

2 控制系统设计

2.1 控制器系统

本系统以永宏PLC作为控制器，该系列PLC有数字量控制模块、模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、位置控制模块、数据输入/输出模块、通信模块等可选模块，可以实现模拟量控制、位置控制和联网功能。系统采用主从控制方式，主机加远程IO模块控制，以FBS－20MA为主机，每台贴片从IO信号输入模块为FBS－24EX、输出模块为FBS－24EY控制气缸电磁阀，通过RS485通讯方式将模块与主机连接实现联网控制，每个单机输入模块信号通过RS485通讯方式传送到主机，通过主机程序运行，将输出信号传送到每个单机输出模块，永宏PLC通过RS485通讯可驱动16个站，使用RS485增幅器(FBS－CM5R)最多可扩展到254站，系统远程IO模块选用FBSCB55通讯板联接系统，本生产线可通过增加站点，系统生产线增加到8台单机，同时，主机选用FBS－CM5E通讯模块，可通过模块上以太网口与远程电脑联接，使整个系统既可以现场人机界面控制，也可以远程监控［6］。

2.2 传感器

系统运行中定位、限位等信号要求准确度、灵敏度高，因此，系统主要选用了光纤传感器检测信号，光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数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、偏正态等)发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数，被测参数与设置参数比较后转换成数字信号给PLC控制器，本系统采用了KEYENCE－FSV20光纤传感器，该型号为反射型，根据不同物体放射信号变化反应快，稳定，抗干扰能力强。

2.3 电磁阀

系统执行器件主要为气缸，气缸两个方向的运动通过电磁阀控制。采用两位五口电磁阀控制，电磁换向阀是利用电磁铁吸力操纵阀芯换位的方向控制阀。两位是指有两个工作位置可切换，五通是有五个通道通气。线圈电压等级采用DC24V，通过PLC开关量输出口控制其通断电。

2.4 系统软件设计

2.4.1 软件流程图

贴片机单机完成玻璃片贴片一次周期流程图见图6。

图6 动作流程图

2.4.2 控制策略

本系统四台贴片机采用PLC顺序控制方法，顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有序地进行工作。系统顺序控制采用并行序列结构，四台贴片机机械手同时拿玻璃片，同时放下贴好的成片。

系统采用气缸为执行元件，运行中有气压不稳定等偶然因素，造成运行过程中出现四台单机动作先后完成问题，因此，在设计中四台机执行动作时间非固定，可以动态调整，减小四台机完成时间之间的误差，保证四台单机能同时完成一个周期动作，在程序设计中，采用中间值滤波法计算一次周期的时间作为下次动作时间。中间值滤波法原理是在某一采样周期的k次采样值中［6］，除去一个最大值和一个最小值，将剩余的k－2个采样值进行算术平均，计算公式如下，假设有k个采样值存在下列关系:

则平均值为: y=∑yi/(k－2)，i=1～k，程序计算流程图如图7。

3 实验结果及分析

系统现场实验，取1000片样片，分别人工和系统贴片，每100片计算每片贴片时间及进行质量检测进行对比，实验结果如图8和图9，根据两图分析，机器贴片的合格率为90%左右，并且保持稳定，而人工合格率最高83%，最低69%，低于机器贴片合格率，波动较大。机器贴片平均时间为3.2s，波动较小，人工贴片最快 7.1s，最慢8.8s，波动较大，因此，机器贴片的效果、效率远高于人工贴片，可完全替代人工贴片。