自动除泡机大尺寸腔体的设计与研究

陈 婧，杨子侠，段青鹏，张 君

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

自动除泡机大尺寸腔体的设计与研究

陈 婧，杨子侠，段青鹏，张 君

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

除泡机是触摸屏生产工艺中的重要设备，其自动化和大尺寸是未来发展的趋势；在中、小尺寸自动除泡机腔体的基础上完成了全新的设计，针对大尺寸腔体的技术难点，提出了解决方案，并对腔体进行了受力和数据分析;最终的腔体具有尺寸大、耐压高、安全系数高等优点。

液晶显示器；偏光片；除泡机；大尺寸腔体

在触摸屏的生产工艺中，除泡设备主要通过高压高温的原理排除LCD与偏光片之间残存的气体，也可用于LCD与触摸屏贴合后气泡的消除，增强贴合强度，是重要的工艺设备。

目前传统的除泡机主要是将玻璃放置于塑盒上，塑盒堆积置于腔体中，对腔体内空气加压加热，消除玻璃贴合产生的气泡。玻璃放置于塑盒上时需要贴周转膜避免周转时玻璃表面划伤，并且需要专人周转玻璃，不易实现自动化生产；另一方面腔体大都采用圆型压力容器，容积大导致充气和加热时间过长，除泡工艺时间长，造成成本浪费和效率低下。

自动生产线是自动化设备未来发展的趋势，随着人力成本的不断提高和触控行业的不断发展，对触控设备提出了更高的要求，工艺设备必须具备自动化、联线式等特点。对于全自动除泡机，可以更好的与客户现在自动机连接，降低客户升级生产线的成本，用机械手代替人工来提高产线效率、提高产品的良率。

另一方面随着手机、平板等触摸屏的大型化发展趋势，特别是对175 mm（7英寸）以上中、大尺寸触摸屏的除泡将完全取代传统工艺，由于它自身特殊的工艺必须要高于0.5 MPa的压力才能将气泡去除，因此，设计开发出可以承受高于0.5 MPa的压力大尺寸腔体除泡设备对工艺设备的自动化发展起着重要的增速作用。

1 大尺寸在线除泡机腔体的开发分析

全自动除泡机与传统除泡机相比，腔体容积小，充气到压力时间短，进而使单次除泡工艺时间大幅缩短。矩形壳体具有有效使用截面大，腔体高度小，腔体质量小，成组组装后便于自动运动等优点，目前中小尺寸自动除泡机的腔体主要采用抽屉推拉式设计，主要由矩形壳体和壳体盖组成，都采用硬铝材质(结构如图1、2所示)。

图1 ZCP-8腔体

图2 ZCP-8腔体托盘

中小尺寸自动除泡机的腔体分析:

（1）腔体采用矩形压力腔体设计，矩形壳体设计，受力强度差。

（2）腔体托盘组件置于腔体内部，载物托盘由电机及丝杆带动自动伸出与退回，占用腔体内部空间，导致腔体空间大，可有效利用的腔体小。

根据《简单压力容器安全技术监察规程》，工作压力与容积的乘积大于或等与2.5 MPa·L该容器将必须受国家监管，这种腔体结构可放入腔体内除泡的产品尺寸小，数量少，而随着产品尺寸的增大，托盘尺寸也随之增大，腔体空间必然要求加大。根据市场需求，腔体承受的压力也要增大，空间也要增大，这种抽屉式推拉结构必然不符合《简单压力容器安全技术监察规程》。

这种腔体结构已不能满足现在的市场需求，因此，在该设备的基础上，进行再次开发设计，设计出更适合市场需求，能更多放置产品，能承受≥0.5 MPa压力的大尺寸腔体。

2 大尺寸腔体的设计以及厚度分析

2.1 需解决的关键技术

（1）突破以往抽屉式腔体的设计，将托盘与腔体分离；

（2）托盘的伸出缩回及升降运动；

（3）腔体尺寸厚度结构分析。

2.2 腔体设计要满足的条件

（1）承受高压0.7 MPa；

（2）托盘尺寸要大，可有效利用的尺寸要大；

（3）工作压力与容积的乘积小于2.5 MPa·L。

大尺寸腔体采用腔体盖板与托盘分离的结构，这样避免了托盘占用腔体空间，使得腔体托盘有效使用面积增大。

2.3 解决方法

（1）大尺寸腔体采用腔体盖板与托盘分离的结构。腔体上盖采用t＝25 mm与h＝110 mm的加强筋焊接而成，焊接时边缘留出10 mm空间固定用，上下腔体上盖用连接板相连固定。托盘采用30 mm厚的钢板加工而成，有效空间为800 mm×500 mm× 5 mm，工作压力与容积的乘积为2.0 MPa·L，小于2.5 MPa·L，符合设计要求。托盘水平上下运动，托盘上升后，密封圈充气膨胀，与腔体上盖紧密接触形成一个密闭充气腔。

（2）托盘运动机构。托盘既有水平方向运动又有竖直方向运动，托盘水平运动机构通过伺服电机、滚珠丝杆和导轨的组合来实现。伺服电机通过角度转换器及横向连杆将两组导轨丝杠连接起来，实现两组导轨丝杆的同步运动；托盘垂直运动机构通过气缸的上升运动和凸轮支撑机构的组合来完成。

（3）腔体尺寸厚度结构分析。当托盘与腔体上盖形成一个密闭腔时，腔体内压力可达0.7 MPa，腔体上盖和腔体托盘都受到很大的压力，作用在机构上的力，不仅影响设备的安全性，也是决定相应构件尺寸及结构形状的重要依据，所以新设计的机械结构，必须对机构的受力情况进行分析。

根据国家容规，对压力容器的屈服强度安全系数有明确的规定，如表1所示。

表1 部分国内外压力容器标准材料许用应力选取方法和安全系数表

大尺寸腔体要承受高压（设计分析：0.8 MPa，实际：臆0.7 MPa）腔体上盖材料及受力等参数为：腔体上盖采用t＝25 mm与h＝110 mm的加强筋焊接而成

材料：Q235

载荷：0.8 MPa

约束：两侧

腔体上盖在受一定的约束和载荷的情况下，应力情况和变形如图3、4所示。

其分析结果表明：腔体上盖在约束和载荷作用下，所受到的最大应力在约束面附近，其应力都小于屈服力，最小安全系数为2.889，上盖中间变形量最大，约为0.16 mm。

腔体托盘材料及受力等参数为：

腔体托盘：t＝30 mm的钢板，中间10 mm的空腔

材料：Q235

载荷:0.8 MPa

约束：下表面四处

图3 腔体上盖应力分析

腔体托盘在受一定的约束和载荷的情况下，应力情况和变形如图5、6所示。

分析结果表明：腔体托盘在约束和载荷作用下，所受到的最大应力在约束面上方，其应力都小于屈服力，最小安全系数为3.05，托盘两端变形量最大为0.11 mm。

图4 腔体上盖应变分析

图5 腔体托盘应力分析

图6 腔体托盘应变分析

即腔体上盖和托盘在0.7 MPa高压下，其最小安全系数分别为2.889和3.05，远大于容规规定的1.6，因此，腔体上盖和托盘结构形状都很安全，腔体充气时，不会产生不良影响。设计的腔体结构耐压高、安全系数高。

3 结束语

随着智能显示设备的普及，国内触摸屏行业发展迅速。触摸屏正在迅速成为一种最时尚的人机界面，它的应用增长市场除了手机、个人娱乐产品等比较传统的应用之外，车载多媒体系统、笔记本电脑、电子书和智能家电等也成为新一轮推动触摸屏发展的动力。

触摸屏工艺技术不断发展，自动化和大尺寸是除泡设备未来发展的主要趋势，上述重新设计开发的大尺寸腔体结构顺应了除泡设备未来的发展趋势，满足了触控和面板厂商对除泡新工艺的要求，具有自动化程度高、尺寸大、耐压高、安全系数高等优点。

[1] 国家质检总局.简单压力容器安全技术监察规程[M].北京：新华出版社，2007.

[2] 国家质检总局.固定式压力容器安全技术监察规程[M].北京：新华出版社，2009.

[3] 濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2005.

[4] 邓阳春.确定压力安全系数原则[J].中国安全科学学报，2008.18(6)：84-88.

Design and Research of the Large Size Cavity for Automatic Polarizer Clave Machine

CHEN jing，YANG zixia，DUAN qingpeng，ZHANG jun

(The Second Research Institute of CETC，Taiyuan030024，China)

Polarizer Clave Machine is an important device in touch screen production process，the automation and large size is the future trend of the development;A new design was done according to the medium and small-sized automatic Polarizer Clave Machine，for technical difficulties the large size cavity，proposes its main solutions，forces analysis and data analysis were made to the large size cavity;The final large size cavity have advantages of large size，high pressure and high safty factor.

Liquid crystal display；Polarizer；Polarizer clave machine；The large size cavity

TN605

：B

：1004-4507(2015)07-0039-04

陈 婧（1982-），女，毕业于太原理工大学，工程师，现主要从事液晶和TP设备的研制开发。

杨子侠（1982-），男，毕业于中北大学，工程师，现主要从事液晶和TP设备的研制开发。

段青鹏（1980-），男，毕业于中北大学，高级工程师，现主要从事液晶和TP设备的研制开发。

张 君（1985-），男，毕业于长安大学，工程师，现主要从事液晶和TP设备的研制开发。

2015-04-15