液晶玻璃基板翻轉設備節拍提升研究

張占永，胡鵬

（東旭集團有限公司，河北 石家莊 050021）

液晶玻璃基板翻轉設備節拍提升研究

張占永，胡鵬

（東旭集團有限公司，河北 石家莊 050021）

液晶玻璃基板生產過程中影響產線節拍的主要設備為翻轉設備，本文通過分析翻轉設備一個節拍時間內各動作占用的時間，確定了節拍提升的制約因素及方向。結果表明通過提高翻轉動作的加減速及玻璃輸入及輸出速度，可將節拍提升6.6s，后續可繼續產線需求，繼續從這兩個方向提升節拍。

液晶玻璃基板；翻轉設備；節拍

液晶玻璃基板生產的冷端工序包括切割研磨、清洗及檢查工序，在檢查區段前的工序，玻璃一般采用水平輸送方式，而在檢查區段，為了避免玻璃的擦劃傷及水平輸送的玻璃對潔凈間氣流的影響，玻璃一般采用傾斜輸送的方式，而玻璃由水平輸送變為傾斜輸送需要由翻轉設備來完成，翻轉設備除了接受、輸出玻璃兩個常規動作外，還需要增加翻轉動作，所以此設備是檢查區段影響產線節拍的主要設備。提高翻轉設備的節拍不僅可以提高了產線節拍，同時也縮短了玻璃基板的輸送時間，減少了潔凈間環境對玻璃表面質量的影響，因此意義重大。

1 翻轉設備構成及工作原理

1.1 設備構成

翻轉設備主要由2個部件（6部分）組成（圖1）：一是固定支撐部件（底座和翻轉驅動部分），二是翻轉部件（翻轉架、水平輸送部分、傾斜輸送部分、中間氣浮部分）。

圖1 翻轉設備構成

1.2 工作原理

首先，翻轉部件處于水平位置，翻轉設備開始接收由上游設備輸送過來的玻璃基板時，整個設備節拍時間內的動作開始，此時玻璃由中間氣浮部分及水平輸送部分支撐及傳送。當玻璃到達翻轉設備的中間位置時，翻轉驅動部分驅動翻轉部件旋轉，使得翻轉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備，此時玻璃由中間氣浮部分及傾斜輸送部分支撐及傳送。最后，翻轉部件由翻轉驅動部分驅動旋轉至原來的水平位置，并準備接受下一片玻璃，整個節拍時間內的動作結束。

2 目前設備的具體參數

2.1 目前的設備節拍

以五代玻璃基板為例，優化前翻轉設備的設備節拍約為35.8s。

2.2 設備參數

玻璃尺寸：1300mm(長)×1200mm(寬)×0.5mm (厚)；

玻璃質量：2kg；

傳送設備方向：玻璃沿長邊方向輸送；

設備長度（沿玻璃輸送方向）：1500mm；

水平輸送速度為：166.67mm/s；

翻轉過程驅動部件需要行進的距離：519.7mm；

翻轉動作的加速度:33.33mm/s2；

減速度：25 mm/s2；

翻轉勻速時的速度：100mm/s。

2.3 一個節拍時間的的動作分解

玻璃進入設備（9.2s）→翻轉部件翻至傾斜（8.7s）→玻璃流出設備（9.2s）→翻轉部件翻至水平（8.7s）。總節拍時間為35.8s。

3 節拍提升措施

提高此設備的節拍需要從兩個方面入手：（1）縮短翻轉部分的翻轉時間；（2）縮短玻璃進入及輸出的時間。

3.1 縮短翻轉部件的翻轉時間

整個翻轉過程為：加速→勻速→減速。縮短翻轉動作的時間可以通過提高翻轉的加減速和提高勻速時的速度，但也受到一定的限制，以下進行具體敘述。

3.1.1 提高翻轉動作的加減速來縮短翻轉時間

由于玻璃翻轉過程中，玻璃主要受到重力、滾輪支撐力及氣浮支撐力的作用，如果提高翻轉的加減速數值，玻璃所受的支撐力及氣浮條支撐力相應隨之變化，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生擦劃傷。下面對玻璃的受力情況進行理論分析。

整個翻轉機構為一曲柄滑塊機構，如圖2所示。

圖2 翻轉機構圖

其中A為電機帶動的滑塊位置點，B為玻璃的質心位置點。θ角的范圍是從40°旋轉至-40°，從圖中可看出如下關系式：

可得出：

M值即相當于滑塊A的坐標位置，初始值為366.4mm。

翻轉部件翻轉上升加速時M同時間的關系式為：

帶入（6）式，可得出θ同t的關系，求導即可求出角速度、角加速度及玻璃質心的加速度同時間的關系，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）同時間的關系，如圖3。

圖3 玻璃所需的支撐力同時間的關系

從上圖可以看出，玻璃所受支撐力最大的位置在初始翻轉位，而支撐力最小的地方在翻轉結束位。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（主要原因為翻轉過程加速度變化引起的慣性力相對于重力微乎其微），當滑塊加速度a為100mm/s2時，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角度同時間的關系

由以上的理論分析可以得出，玻璃翻轉的加減速提高對玻璃的支撐力影響較小，故提高設備的節拍可以通過提高翻轉的加減速來實現。

現場將翻轉加減速提高：翻轉部件傾斜翻轉上升加速度提高至55.56mm/s2，減速度提高至41.67mm/s2后，翻轉至傾斜及返回的時間都由原來的8.7s提高至7.2s，整個翻轉的節拍時間縮短了3s。

3.1.2 提高勻速時的速度來縮短翻轉時間

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

通過同時提高翻轉的加減速和勻速時的速度，節拍可提升至32s。經現場測試，此狀態下玻璃的品質沒有受到擦劃傷的影響，也沒有出現玻璃被甩出的情況。

3.2 縮短玻璃進入及輸出的時間

除了提高翻轉部件的加減速來提高設備節拍外，也可以通過提高玻璃的輸送速度來縮短設備節拍。在玻璃輸送的加減速時間一定的情況下，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。

現場測量玻璃同滾輪的摩擦力為0.4kgf，即4N。玻璃的重量為2kg，玻璃輸送過程中不打滑的最高加速度為2m/s2，如果加速時間為0.1s，可達到速度為200mm/s。目前玻璃的水平傳送速度為166.7mm/s，如果提升至200mm/s，整個節拍時間可縮短2.8s。經現場驗證，此輸送速度條件下未出現玻璃打滑情況。

3.3 最終的節拍提升

通過提高翻轉部件的加減速及勻速速度以及玻璃的輸入輸出速度，節拍時間分別縮短了3.8s和2.8s，總節拍時間縮短了6.6s。

4 結語

翻轉設備由于動作復雜，是影響產線節拍的主要設備之一，本文通過分解翻轉設備節拍時間內的動作構成，確定了提高設備節拍的兩個突破點：縮短翻轉時間、縮短輸送時間。縮短這兩個動作時間需要考慮玻璃的支撐力對玻璃品質的影響以及輸送輪同玻璃的摩擦力。通過理論計算及現場測試，翻轉時間可縮短3.8s，輸送時間可縮短2.8s，翻轉設備的節拍由之前的35.8秒縮短為29.2秒，現場設備長時間運轉也未發現異常。

后續的節拍提升還需要從這兩方面入手，但需注意翻轉的加減速提高要考慮電機的額定轉速及驅動絲杠的受力情況。不改變輸送加速度的情況下，增加加減速的時間而提高玻璃勻速輸送速度同樣可以縮短節拍時間，但此過程中要考慮電機的額定轉速。

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TN873.93

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1671-0711（2017）06（下）-0052-03