液晶玻璃基板翻轉(zhuǎn)設(shè)備節(jié)拍提升研究

張占永，胡鵬

（東旭集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050021）

液晶玻璃基板翻轉(zhuǎn)設(shè)備節(jié)拍提升研究

張占永，胡鵬

（東旭集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050021）

液晶玻璃基板生產(chǎn)過(guò)程中影響產(chǎn)線節(jié)拍的主要設(shè)備為翻轉(zhuǎn)設(shè)備，本文通過(guò)分析翻轉(zhuǎn)設(shè)備一個(gè)節(jié)拍時(shí)間內(nèi)各動(dòng)作占用的時(shí)間，確定了節(jié)拍提升的制約因素及方向。結(jié)果表明通過(guò)提高翻轉(zhuǎn)動(dòng)作的加減速及玻璃輸入及輸出速度，可將節(jié)拍提升6.6s，后續(xù)可繼續(xù)產(chǎn)線需求，繼續(xù)從這兩個(gè)方向提升節(jié)拍。

液晶玻璃基板；翻轉(zhuǎn)設(shè)備；節(jié)拍

液晶玻璃基板生產(chǎn)的冷端工序包括切割研磨、清洗及檢查工序，在檢查區(qū)段前的工序，玻璃一般采用水平輸送方式，而在檢查區(qū)段，為了避免玻璃的擦劃傷及水平輸送的玻璃對(duì)潔凈間氣流的影響，玻璃一般采用傾斜輸送的方式，而玻璃由水平輸送變?yōu)閮A斜輸送需要由翻轉(zhuǎn)設(shè)備來(lái)完成，翻轉(zhuǎn)設(shè)備除了接受、輸出玻璃兩個(gè)常規(guī)動(dòng)作外，還需要增加翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，所以此設(shè)備是檢查區(qū)段影響產(chǎn)線節(jié)拍的主要設(shè)備。提高翻轉(zhuǎn)設(shè)備的節(jié)拍不僅可以提高了產(chǎn)線節(jié)拍，同時(shí)也縮短了玻璃基板的輸送時(shí)間，減少了潔凈間環(huán)境對(duì)玻璃表面質(zhì)量的影響，因此意義重大。

1 翻轉(zhuǎn)設(shè)備構(gòu)成及工作原理

1.1 設(shè)備構(gòu)成

翻轉(zhuǎn)設(shè)備主要由2個(gè)部件（6部分）組成（圖1）：一是固定支撐部件（底座和翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分），二是翻轉(zhuǎn)部件（翻轉(zhuǎn)架、水平輸送部分、傾斜輸送部分、中間氣浮部分）。

圖1 翻轉(zhuǎn)設(shè)備構(gòu)成

1.2 工作原理

首先，翻轉(zhuǎn)部件處于水平位置，翻轉(zhuǎn)設(shè)備開始接收由上游設(shè)備輸送過(guò)來(lái)的玻璃基板時(shí)，整個(gè)設(shè)備節(jié)拍時(shí)間內(nèi)的動(dòng)作開始，此時(shí)玻璃由中間氣浮部分及水平輸送部分支撐及傳送。當(dāng)玻璃到達(dá)翻轉(zhuǎn)設(shè)備的中間位置時(shí)，翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)部件旋轉(zhuǎn)，使得翻轉(zhuǎn)部件與水平面成一定夾角。隨后，玻璃基板開始輸送至下游設(shè)備，此時(shí)玻璃由中間氣浮部分及傾斜輸送部分支撐及傳送。最后，翻轉(zhuǎn)部件由翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)至原來(lái)的水平位置，并準(zhǔn)備接受下一片玻璃，整個(gè)節(jié)拍時(shí)間內(nèi)的動(dòng)作結(jié)束。

2 目前設(shè)備的具體參數(shù)

2.1 目前的設(shè)備節(jié)拍

以五代玻璃基板為例，優(yōu)化前翻轉(zhuǎn)設(shè)備的設(shè)備節(jié)拍約為35.8s。

2.2 設(shè)備參數(shù)

玻璃尺寸：1300mm(長(zhǎng))×1200mm(寬)×0.5mm (厚)；

玻璃質(zhì)量：2kg；

傳送設(shè)備方向：玻璃沿長(zhǎng)邊方向輸送；

設(shè)備長(zhǎng)度（沿玻璃輸送方向）：1500mm；

水平輸送速度為：166.67mm/s；

翻轉(zhuǎn)過(guò)程驅(qū)動(dòng)部件需要行進(jìn)的距離：519.7mm；

翻轉(zhuǎn)動(dòng)作的加速度:33.33mm/s2；

減速度：25 mm/s2；

翻轉(zhuǎn)勻速時(shí)的速度：100mm/s。

2.3 一個(gè)節(jié)拍時(shí)間的的動(dòng)作分解

玻璃進(jìn)入設(shè)備（9.2s）→翻轉(zhuǎn)部件翻至傾斜（8.7s）→玻璃流出設(shè)備（9.2s）→翻轉(zhuǎn)部件翻至水平（8.7s）。總節(jié)拍時(shí)間為35.8s。

3 節(jié)拍提升措施

提高此設(shè)備的節(jié)拍需要從兩個(gè)方面入手：（1）縮短翻轉(zhuǎn)部分的翻轉(zhuǎn)時(shí)間；（2）縮短玻璃進(jìn)入及輸出的時(shí)間。

3.1 縮短翻轉(zhuǎn)部件的翻轉(zhuǎn)時(shí)間

整個(gè)翻轉(zhuǎn)過(guò)程為：加速→勻速→減速。縮短翻轉(zhuǎn)動(dòng)作的時(shí)間可以通過(guò)提高翻轉(zhuǎn)的加減速和提高勻速時(shí)的速度，但也受到一定的限制，以下進(jìn)行具體敘述。

3.1.1 提高翻轉(zhuǎn)動(dòng)作的加減速來(lái)縮短翻轉(zhuǎn)時(shí)間

由于玻璃翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，玻璃主要受到重力、滾輪支撐力及氣浮支撐力的作用，如果提高翻轉(zhuǎn)的加減速數(shù)值，玻璃所受的支撐力及氣浮條支撐力相應(yīng)隨之變化，如果外力小于慣性力，那么玻璃將被甩出傳送帶，如果氣浮支撐力超過(guò)了氣浮條所能提供的浮力，那么玻璃將同氣浮條的金屬面相接觸而使得玻璃的表面產(chǎn)生擦劃傷。下面對(duì)玻璃的受力情況進(jìn)行理論分析。

整個(gè)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖

其中A為電機(jī)帶動(dòng)的滑塊位置點(diǎn)，B為玻璃的質(zhì)心位置點(diǎn)。θ角的范圍是從40°旋轉(zhuǎn)至-40°，從圖中可看出如下關(guān)系式：

可得出：

M值即相當(dāng)于滑塊A的坐標(biāo)位置，初始值為366.4mm。

翻轉(zhuǎn)部件翻轉(zhuǎn)上升加速時(shí)M同時(shí)間的關(guān)系式為：

帶入（6）式，可得出θ同t的關(guān)系，求導(dǎo)即可求出角速度、角加速度及玻璃質(zhì)心的加速度同時(shí)間的關(guān)系，依此可求出玻璃所需的支撐力（輸送輪及氣浮支撐力的合力）同時(shí)間的關(guān)系，如圖3。

圖3 玻璃所需的支撐力同時(shí)間的關(guān)系

從上圖可以看出，玻璃所受支撐力最大的位置在初始翻轉(zhuǎn)位，而支撐力最小的地方在翻轉(zhuǎn)結(jié)束位。為防止前述擦劃傷及玻璃被甩出的情況，我們需要考慮提高加減速后玻璃受力情況的變化，將公式：

帶入式（6）中，用MATLAB可得出不同加速度下的玻璃支撐力變化情況：滑塊的加速度變化引起的支撐力變化并不大（主要原因?yàn)榉D(zhuǎn)過(guò)程加速度變化引起的慣性力相對(duì)于重力微乎其微），當(dāng)滑塊加速度a為100mm/s2時(shí)，滾輪的支撐力及角度的變化曲線圖如圖4所示。

圖4 玻璃的支撐力及翻轉(zhuǎn)角度同時(shí)間的關(guān)系

由以上的理論分析可以得出，玻璃翻轉(zhuǎn)的加減速提高對(duì)玻璃的支撐力影響較小，故提高設(shè)備的節(jié)拍可以通過(guò)提高翻轉(zhuǎn)的加減速來(lái)實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)場(chǎng)將翻轉(zhuǎn)加減速提高：翻轉(zhuǎn)部件傾斜翻轉(zhuǎn)上升加速度提高至55.56mm/s2，減速度提高至41.67mm/s2后，翻轉(zhuǎn)至傾斜及返回的時(shí)間都由原來(lái)的8.7s提高至7.2s，整個(gè)翻轉(zhuǎn)的節(jié)拍時(shí)間縮短了3s。

3.1.2 提高勻速時(shí)的速度來(lái)縮短翻轉(zhuǎn)時(shí)間

若將翻轉(zhuǎn)勻速段的速度由100mm/s提高至125mm/s時(shí)，由之前的分析可知此速度的提高對(duì)玻璃的支撐力影響也較小，玻璃節(jié)拍時(shí)間可縮短0.8s。

通過(guò)同時(shí)提高翻轉(zhuǎn)的加減速和勻速時(shí)的速度，節(jié)拍可提升至32s。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，此狀態(tài)下玻璃的品質(zhì)沒(méi)有受到擦劃傷的影響，也沒(méi)有出現(xiàn)玻璃被甩出的情況。

3.2 縮短玻璃進(jìn)入及輸出的時(shí)間

除了提高翻轉(zhuǎn)部件的加減速來(lái)提高設(shè)備節(jié)拍外，也可以通過(guò)提高玻璃的輸送速度來(lái)縮短設(shè)備節(jié)拍。在玻璃輸送的加減速時(shí)間一定的情況下，提高玻璃輸送的速度需要考慮輸送滾輪同玻璃間的摩擦力。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量玻璃同滾輪的摩擦力為0.4kgf，即4N。玻璃的重量為2kg，玻璃輸送過(guò)程中不打滑的最高加速度為2m/s2，如果加速時(shí)間為0.1s，可達(dá)到速度為200mm/s。目前玻璃的水平傳送速度為166.7mm/s，如果提升至200mm/s，整個(gè)節(jié)拍時(shí)間可縮短2.8s。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，此輸送速度條件下未出現(xiàn)玻璃打滑情況。

3.3 最終的節(jié)拍提升

通過(guò)提高翻轉(zhuǎn)部件的加減速及勻速速度以及玻璃的輸入輸出速度，節(jié)拍時(shí)間分別縮短了3.8s和2.8s，總節(jié)拍時(shí)間縮短了6.6s。

4 結(jié)語(yǔ)

翻轉(zhuǎn)設(shè)備由于動(dòng)作復(fù)雜，是影響產(chǎn)線節(jié)拍的主要設(shè)備之一，本文通過(guò)分解翻轉(zhuǎn)設(shè)備節(jié)拍時(shí)間內(nèi)的動(dòng)作構(gòu)成，確定了提高設(shè)備節(jié)拍的兩個(gè)突破點(diǎn)：縮短翻轉(zhuǎn)時(shí)間、縮短輸送時(shí)間。縮短這兩個(gè)動(dòng)作時(shí)間需要考慮玻璃的支撐力對(duì)玻璃品質(zhì)的影響以及輸送輪同玻璃的摩擦力。通過(guò)理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，翻轉(zhuǎn)時(shí)間可縮短3.8s，輸送時(shí)間可縮短2.8s，翻轉(zhuǎn)設(shè)備的節(jié)拍由之前的35.8秒縮短為29.2秒，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)也未發(fā)現(xiàn)異常。

后續(xù)的節(jié)拍提升還需要從這兩方面入手，但需注意翻轉(zhuǎn)的加減速提高要考慮電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)絲杠的受力情況。不改變輸送加速度的情況下，增加加減速的時(shí)間而提高玻璃勻速輸送速度同樣可以縮短節(jié)拍時(shí)間，但此過(guò)程中要考慮電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。

[1]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)研究室.理論力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2002,155-318.

[2]孫祥；徐流美；吳清. MATLAB 7.0 基礎(chǔ)教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005,129-173.

[3]鄭文緯，吳克堅(jiān).機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，1997,9-108.

TN873.93

A

1671-0711（2017）06（下）-0052-03