TFT-LCD玻璃工業(yè)機(jī)器人自動包裝技術(shù)研究與應(yīng)用

李 博

（東旭集團(tuán)有限公司，河北 石家莊050021）

現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人主要用于汽車工業(yè)、機(jī)電工業(yè)、通用機(jī)械工業(yè)、建筑業(yè)、金屬加工、鑄造以及其它重型工業(yè)和輕工業(yè)部門。制造工業(yè)部門應(yīng)用機(jī)器人的主要目的在于削減人員編制和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

液晶顯示器因?yàn)槠潴w積小、重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)占據(jù)了顯示領(lǐng)域的絕大部分，從電視電腦，到移動電話，液晶顯示器遍布人們生活各個角落。 液晶顯示器的大規(guī)模應(yīng)用，使得市場對于液晶玻璃基板的需求劇增。國內(nèi)企業(yè)抓住機(jī)遇，正在努力創(chuàng)造自己的光電顯示品牌，一批液晶玻璃基板生產(chǎn)企業(yè)涌現(xiàn)，市場上絕大多數(shù)液晶玻璃基板被幾大國外廠商生產(chǎn)壟斷的現(xiàn)象正逐步被打破。

本文針對國內(nèi)正在運(yùn)行的第五代（簡稱G5）TFT-LCD 液晶玻璃基板生產(chǎn)線討論工業(yè)機(jī)器人在液晶玻璃基板包裝行業(yè)中的研究與應(yīng)用。

G5 代TFT-LCD 液晶玻璃基板厚度僅為0.5mm， 而尺寸達(dá)到1300mm×1100mm，重量約為2.8 公斤，每30 秒就有一片玻璃基板下線，如此薄卻尺寸大的玻璃基板在包裝過程中不能出現(xiàn)破碎、劃傷、吸附顆粒等現(xiàn)象， 而且在30 秒內(nèi)需將玻璃基板碼放整齊， 誤差不超過2mm，玻璃基板之間還要鋪間隔紙用以防止玻璃相互吸附，人工是無法完成如此高精度要求的工作流程，工業(yè)機(jī)器人的引入則解決了此難題。

1 相關(guān)工藝技術(shù)

TFT-LCD 液晶玻璃基板在生產(chǎn)過程中的傳輸方式分為兩種。 一種是水平傳送，玻璃基板放置在水平排布的尼龍滾輪上，通過滾輪滾動將玻璃進(jìn)行傳送，此傳送方式的包裝工藝也用水平操作機(jī)器人。 另一種是垂直傳送，玻璃與水平面成80°角近乎直立方式傳輸，玻璃直立放置在直線排布的尼龍槽輪上，玻璃背部采用氣浮條支撐，氣浮條表面諸多微孔中吹出一定壓力的氣體形成氣浮面保持玻璃直立且不接觸氣浮條。 此傳送方式的包裝工藝采用立式機(jī)器人。

前者成本低，但由于玻璃與滾輪直接接觸，易產(chǎn)生滾輪印，對玻璃基板品質(zhì)產(chǎn)生不良影響。后者成本高，但玻璃表面不與任何物體接觸，可有效防止擦傷、劃傷等問題產(chǎn)生，提高良品率，垂直傳輸方式以其優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)被廣泛應(yīng)用于G8.5 以下代次的TFT-LCD 液晶玻璃基板生產(chǎn)線中。

2 機(jī)器人自動包裝研究與應(yīng)用

2.1 工作原理與工藝流程

G5 代TFT-LCD 液晶玻璃基板生產(chǎn)線已經(jīng)在國內(nèi)建成多條，其共同點(diǎn)是成品包裝區(qū)采用兩臺進(jìn)口工業(yè)機(jī)器人對液晶玻璃基板進(jìn)行包裝。 兩臺機(jī)器人分別為取玻璃機(jī)器人和取紙機(jī)器人，兩臺機(jī)器人型號可以相同但分工不同。

取玻璃機(jī)器人負(fù)責(zé)將生產(chǎn)線末端的成品玻璃基板取下碼放在A型架上。 機(jī)器人法蘭位置加裝機(jī)械支架，支架上安裝有符合潔凈等級要求的乳化橡膠吸盤， 采用吸盤吸附的方法將玻璃基板吸附牢固，然后取走碼放到A 型架上，可實(shí)現(xiàn)玻璃基板的安全、整齊、快速包裝。 取紙機(jī)器人負(fù)責(zé)將出紙機(jī)所提供的潔凈間隔紙取出鋪在每張成品玻璃之間，以防止玻璃基板直接相互接觸造成吸附粘連及劃傷。 取紙機(jī)器人法蘭安裝有取紙臂滑竿，滑竿上的夾爪可將間隔紙夾住取出，滑竿左右滑動可實(shí)現(xiàn)針對不同品質(zhì)玻璃基板的間隔紙鋪放。

圖1 取紙機(jī)器人

成品包裝區(qū)機(jī)器人的包裝動作流程是：根據(jù)玻璃基板品質(zhì)判定結(jié)果，取紙機(jī)器人先將間隔紙鋪在相應(yīng)的A 型架上，取玻璃機(jī)器人再將玻璃基板放到該間隔紙上，兩臺機(jī)器人相互協(xié)調(diào)如此反復(fù)，在30 秒內(nèi)將一張玻璃基板和間隔紙碼放整齊。如遇取紙機(jī)器人取到多張間隔紙時，機(jī)器人將紙張取出扔掉，然后重新取紙。兩臺機(jī)器人有各自的工作范圍，不能出現(xiàn)相互干涉或碰撞，因此，機(jī)器人的動作設(shè)定和工作范圍必須經(jīng)過嚴(yán)格的論證。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)與解決方案

2.2.1 機(jī)器人包裝的精確控制

垂直傳輸?shù)腉5 代TFT-LCD 液晶玻璃基板成品在A 型架上碼方時要整齊劃一，玻璃上下左右四個方向的錯位誤差不超過2mm，否則下游液晶面板企業(yè)在取用玻璃基板時將存在困難。機(jī)器人在無限重復(fù)性地碼放玻璃時要每次都要精準(zhǔn)，這就需要使用高精度的工業(yè)機(jī)器人和高精度伺服電機(jī)，采用閉環(huán)調(diào)節(jié)，優(yōu)化工藝參數(shù)。

本文所述產(chǎn)線采用的機(jī)器人本體為垂直多關(guān)節(jié)形，具有6 個自由度， 有效載荷達(dá)到50Kg， 工作半徑達(dá)到2m， 重復(fù)定位精度達(dá)到±0.07mm，機(jī)械振動小于4.9m/S2，電源容量為5KVA。 多關(guān)節(jié)自由度可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動作；高定位精度可實(shí)現(xiàn)玻璃基板與間隔紙整齊碼放。

2.2.2 機(jī)器人自動計(jì)數(shù)

液晶玻璃基板包裝所用的A 型架一般可盛放500 張G5 代TFTLCD 液晶玻璃基板，裝滿后玻璃厚度約為350mm，機(jī)器人在放置玻璃基板時需要將A 型架上當(dāng)前玻璃數(shù)量進(jìn)行累加， 以使機(jī)器人每放一張玻璃基板后放置工作點(diǎn)后移0.7mm。 如果機(jī)器人計(jì)數(shù)錯誤，會使機(jī)器人機(jī)械手壓死在A 型架上， 不僅損壞設(shè)備還會造成A 型架上的玻璃破碎，給生產(chǎn)帶來巨大損失。

機(jī)器人在自動計(jì)數(shù)的同時玻璃基板傳輸設(shè)備也進(jìn)行計(jì)數(shù)，每次卸載一張玻璃基板，機(jī)器人與傳輸設(shè)備之間進(jìn)行計(jì)數(shù)比對，確認(rèn)無誤后機(jī)器人才能將玻璃放在A 型架上。 程序計(jì)數(shù)保證計(jì)數(shù)不出錯。 另外，每個A 型架前采用激光測距傳感器進(jìn)行測量， 實(shí)時監(jiān)測A 型架上玻璃厚度，出現(xiàn)計(jì)數(shù)誤差過大時將發(fā)出警報，機(jī)器人自動停止放玻璃，避免取玻璃機(jī)器人機(jī)械手在放玻璃時與A 型架發(fā)生碰撞。

圖2 機(jī)器人具有多關(guān)節(jié)自由度

3 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

3.1 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

3.1.1 工作模式豐富。 機(jī)器人具備示教模式、再現(xiàn)模式、遠(yuǎn)程模式。

3.1.2 結(jié)構(gòu)模塊化，便于維護(hù)。 機(jī)器人控制柜內(nèi)各個板卡采用插接形式，易于更換維護(hù)。

3.1.3 動作靈活， 精度高。 具有6 個自由度， 重復(fù)定位精度達(dá)到±0.07mm。

3.1.4 設(shè)備安全性高。機(jī)器人與周邊設(shè)備以及主電源設(shè)有多種互鎖與保護(hù)措施，提高了設(shè)備安全性。

3.1.5 通訊可靠。 機(jī)器人與外界利用專用屏蔽電纜通過CC_LINK 高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，傳輸速率最快達(dá)10Mbps，保證了信號的高速傳輸和抗干擾能力。

3.2 機(jī)器人應(yīng)用缺點(diǎn)

3.2.1 初期投資較大。相比普通設(shè)備，工業(yè)機(jī)器人價格較高，導(dǎo)致初期投資較大。

3.2.2 對維護(hù)人員技術(shù)要求較高。工業(yè)機(jī)器人涉及機(jī)械、運(yùn)動控制、伺服電機(jī)、電氣控制、數(shù)字通訊技術(shù)等多方面學(xué)科，維護(hù)人員需具有相關(guān)專業(yè)知識以及學(xué)歷，普通工人難以勝任。

4 結(jié)論

工業(yè)機(jī)器人雖然初期投資較高，但幾乎是一次性投入，后期僅投入有限的維護(hù)費(fèi)用， 不存在人員更迭及工資水平調(diào)整等人為因素影響，從長遠(yuǎn)來看成本并不算高。另外，通過招聘具有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)人員以及進(jìn)行技能培訓(xùn)等方法解決維護(hù)人員專業(yè)知識欠缺等問題。文中所述機(jī)器人已經(jīng)在生產(chǎn)線連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行多年，前述諸多優(yōu)點(diǎn)也有所體現(xiàn)。 最近國內(nèi)某大型代工企業(yè)生產(chǎn)線上也開始用工業(yè)機(jī)器人代替人工，由此可見，在生產(chǎn)線上使用工業(yè)機(jī)器人將是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的趨勢，推廣機(jī)器人應(yīng)用在各個行業(yè)產(chǎn)線將會大大提高生產(chǎn)效率、提高良品率、降低生產(chǎn)成本。 同時，也會推動我國工業(yè)整體自動化水平進(jìn)一步提高。

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