浅谈Cell自动点灯检查机下料单元的设计

钟思达

（厦门特盈自动化科技股份有限公司，福建 厦门 361000）

Cell 自动点灯检查机是通过高速摄像头取像，经由预先设定好的制程参数细项，检测产品的外观类、点类、线类、LCD 类、Mura 类、影像类及偏光片类等电测不良的光学检测设备。该设备用来取代现有TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）制造领域制盒后二切所得单粒产品在投入偏光片贴附前的人工检测。检测后依据客户的检验标准区分产品的OK 品、电检NG 品、外观NG 品及Other 品，产品分类后由Cell 自动点灯检查机下料单元完成下料。

1 下料单元设计要求

Cell 自动点灯检查机下料单元设计要求包括7 个方面[1]。1）下料Panel（液晶屏）置于Tray（托盘）内，取放片过程中不造成产品缺陷。2）下料口分OK Port（合格端口）、电检NG Port（不合格端口）、外观NG Port（不合格端口）及Others Port（其他端口）4 个，每个端口需要配置一个空托盘供给端口和托盘盖供给端口。3）空托盘端口需至少堆叠50 层，下料端口需要至少堆叠25 层。4）托盘盖管理。下料口满一摞（25 个托盘或其他）后，自动填充上1 个托盘盖，读取托盘盖ID（识别码）并与整摞Panel（液晶屏）进行绑定动作，托盘盖端口至少可装10 个托盘盖。5）托盘和托盘盖上下料时，保证设备不停机，保证人员取放托盘的便利性，取放空托盘及托盘盖需要在30 s 内完成。6）能根据前段制程或机台判定不良，对应流片至相应下料端口。7）节拍：Tack Time（节拍时间）≤4 s。

2 下料单元设计总体思路

2.1 前期调研

下料单元的关键点是在节拍时间内完成产品搬运、Tray 盖和Tray 的搬运，Cell 自动点灯检查机下料单元项目是通过前期调研和客户需求调查后明确重点开发的非标项目，该项目设计的指导思想是稳定、创新、经济、操作方便。

2.2 明确设备机构布局

Cell 自动点灯检查机主要包括上料单元、产品搬送单元、读码单元、外观检测单元、电测检测单元、下料单元和设备In-Line 控制系统单元等[2]。笔者负责对下料单元进行结构设计，下料单元包括下料产品搬运四轴机械手（X/Y/Z/θ）、Tray 和Tray 盖的搬运机械手、2 组Tray 上料轴、2 组Tray 盖上料轴以及4 组产品归类轴（如图1 所示）。

2.3 设计技术参数的输入

设计技术参数主要包括以下6 个方面。1）功能：①下料Panel 置于分四类的Tray 盘内。②自动上Tray 和Tray盖，Tray 盖ID 读取。2）节拍：Tack Time ≤4 s。3）产品大小：13 cm～30 cm。4）工作高度：工件台表面到地面的高度为（1 100±20）mm。5）定位精度：将搬运产品放置在Tray 上，其位置可以任意调节，放置精度为±0.5 mm，±1°。6）放置空Tray 与取出满Tray 时，设备仍然可以正常运转。

3 下料单元项目实施进度

3.1 设计阶段（2016年4月1日到6月30日）

设计阶段主要内容以下5 点[3]。1）明确设计输入，确定各项目参数的要求。2）编写控制程序，设计电气控制电路、气路。3）设计机械结构的方案。4）设计机械机构模型。5）设计和审核机械图纸。

图1 下料单元布局图

3.2 装配和调试、设备改进阶段（2016年7月1日到8月15日）

装配、调试和改进包括机加工、外购件等，主要包括5 点内容。1）机械零件的加工。2）外购件的采购。3）设备装配。4）设备调试和性能测试。5）对设备存在的问题进行改进。

3.3 客户现场调试阶段（2016年8月16日到9月15日）

客户现场调试阶段进行事项包括2 个方面的内容。1）将设备发给客户，针对客户的使用情况以及反馈的问题进行改进。2）整理资料，包括技术图纸、说明书手册、线路图等。

图2 Tray 导向示意图

4 下料单元的核心技术和创新点

4.1 核心技术

4.1.1 产品下料机械手

产品下料机械手采用“H”型龙门结构，并运用了平行动态驱动的设计理念。结构紧凑、功能强大，最大限度地节省了工作空间，可以承受较大负载。

不过这台借用了尼康高级入门胶片单反相机F80机身的柯达DCS Pro 14n性能并没有想象中那么好，并且也没能帮柯达从尼康的镜头群中占到什么便宜。比如它尽管设计了配置256MB缓存的信号处理系统，但是在当时来说超高的1400万像素造成的大影像数据处理负担使DCS Pro 14n的连拍效率只能达到每秒1.7张，连拍持续拍摄能力仅为8张左右。这台相机最终也随着柯达的惨淡经营而很快退出了大家的视野。

功能原理：导轨滑块通过连接“H”型齿形同步带，在二维空间（X轴/Y轴）中移动。电机通过同步带轮与齿形同步带相连接，在2 个固定的主动电机的驱动下（如图2所示），使导轨滑块在伺服电机被相应驱动时，能够接近工作空间中的任何位置。

主要运动参数有以下5 点。1）单个主动电机转动：斜线方向运动。2）2 个主动电机在同一方向转动：X轴方向运动。3）2 个主动电机一正一反转动：Y轴方向运动。4）X行程800 mm，Y行程1 300 mm，移动负载20 kg。5）最快速度1.8 m/s，重复定位精度：±0.3 mm。

4.1.2 Tray及Tray盖搬运手

为了满足4 个位置上Tray 和Tray 盖的搬运，且与产品下料机械手互不干涉，采用前后分布的2 组搬运手的结构来搬运Tray 及Tray 盖（如图2 所示）。前侧搬运手负责搬运前侧的Tray1 及Tray 盖1，且可独立控制Z方向的升降，后侧搬运手负责搬运后侧的Tray2 及Tray 盖2，且可独立控制Z方向的升降，2 组搬运手共用一个X轴。

4.2 创新点

4.2.1 “H”型机构的应用

“H”型同步带机构的应用，实现了运动机构在水平面上任意位置的停留，大大节省了安装空间。相对于可以实现同样功能的四轴机械手，节省了采购成本。

4.2.2 Tray及Tray盖搬运手吸嘴的安装方式

吸嘴安装杆通过一个安装孔来固定，在水平面上可以摆动到任意角度。吸嘴杆上“U”型长槽孔将吸嘴调节到设定位置。这种吸嘴的安装方式可以实现任意角度的调节，可以吸附各种尺寸的Tray 及Tray 盖。

4.2.3 Tray放置导向装置

如果Tray 搬运至指定位置时偏差太大，容易导致产品无法放入Tray 中，在堆叠Tray 的过程导致产品破损。在Tray 放置点四周加上如图2 所示的导向杆，落料时由锥形落料导向，到位后由导杆线性导向边导向。如果Tray 放置偏差在允许的范围内，产品就可放入指定位置。

4.2.4 适合人工上Tray及Tray盖的抽屉机构

人工上Tray 抽屉机构：人工抽出抽屉（展开状态），抽屉伸出机台外，将50 层Tray 放置在板上，将抽屉推入到位，感应器响应。抽屉式上料可以大大方便人工上Tray。

5 设备使用情况及不足

5.1 设备使用情况

目前，从客户的反映情况来看，客户对该项目下料单元的操作、功能运用等方面都比较满意。

5.2 设备不足之处

设备的具体不足之处有以下3 点。1）齿形同步带的损耗：目前平均每8 个月需要更换一条。2）Tray 位置导向机构：圆杆导向方便定位，同时会在Tray 四边磨出碎屑，影响无尘环境的洁净度。3）管线的布置：由于产品下料机械手Z方向的行程较大，且还需要旋转，这给布线布管带来很多的限制，欠缺对整体美观的考虑。

综上所述，对于该非标设备，我们密切关注客户的评价，对客户提出的问题，我们都尽心尽力的解决。