淺談Cell自動點燈檢查機下料單元的設計

鐘思達

（廈門特盈自動化科技股份有限公司，福建 廈門 361000）

Cell 自動點燈檢查機是通過高速攝像頭取像，經由預先設定好的制程參數細項，檢測產品的外觀類、點類、線類、LCD 類、Mura 類、影像類及偏光片類等電測不良的光學檢測設備。該設備用來取代現有TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示器）制造領域制盒后二切所得單粒產品在投入偏光片貼附前的人工檢測。檢測后依據客戶的檢驗標準區分產品的OK 品、電檢NG 品、外觀NG 品及Other 品，產品分類后由Cell 自動點燈檢查機下料單元完成下料。

1 下料單元設計要求

Cell 自動點燈檢查機下料單元設計要求包括7 個方面[1]。1）下料Panel（液晶屏）置于Tray（托盤）內，取放片過程中不造成產品缺陷。2）下料口分OK Port（合格端口）、電檢NG Port（不合格端口）、外觀NG Port（不合格端口）及Others Port（其他端口）4 個，每個端口需要配置一個空托盤供給端口和托盤蓋供給端口。3）空托盤端口需至少堆疊50 層，下料端口需要至少堆疊25 層。4）托盤蓋管理。下料口滿一摞（25 個托盤或其他）后，自動填充上1 個托盤蓋，讀取托盤蓋ID（識別碼）并與整摞Panel（液晶屏）進行綁定動作，托盤蓋端口至少可裝10 個托盤蓋。5）托盤和托盤蓋上下料時，保證設備不停機，保證人員取放托盤的便利性，取放空托盤及托盤蓋需要在30 s 內完成。6）能根據前段制程或機臺判定不良，對應流片至相應下料端口。7）節拍：Tack Time（節拍時間）≤4 s。

2 下料單元設計總體思路

2.1 前期調研

下料單元的關鍵點是在節拍時間內完成產品搬運、Tray 蓋和Tray 的搬運，Cell 自動點燈檢查機下料單元項目是通過前期調研和客戶需求調查后明確重點開發的非標項目，該項目設計的指導思想是穩定、創新、經濟、操作方便。

2.2 明確設備機構布局

Cell 自動點燈檢查機主要包括上料單元、產品搬送單元、讀碼單元、外觀檢測單元、電測檢測單元、下料單元和設備In-Line 控制系統單元等[2]。筆者負責對下料單元進行結構設計，下料單元包括下料產品搬運四軸機械手（X/Y/Z/θ）、Tray 和Tray 蓋的搬運機械手、2 組Tray 上料軸、2 組Tray 蓋上料軸以及4 組產品歸類軸（如圖1 所示）。

2.3 設計技術參數的輸入

設計技術參數主要包括以下6 個方面。1）功能：①下料Panel 置于分四類的Tray 盤內。②自動上Tray 和Tray蓋，Tray 蓋ID 讀取。2）節拍：Tack Time ≤4 s。3）產品大小：13 cm～30 cm。4）工作高度：工件臺表面到地面的高度為（1 100±20）mm。5）定位精度：將搬運產品放置在Tray 上，其位置可以任意調節，放置精度為±0.5 mm，±1°。6）放置空Tray 與取出滿Tray 時，設備仍然可以正常運轉。

3 下料單元項目實施進度

3.1 設計階段（2016年4月1日到6月30日）

設計階段主要內容以下5 點[3]。1）明確設計輸入，確定各項目參數的要求。2）編寫控制程序，設計電氣控制電路、氣路。3）設計機械結構的方案。4）設計機械機構模型。5）設計和審核機械圖紙。

圖1 下料單元布局圖

3.2 裝配和調試、設備改進階段（2016年7月1日到8月15日）

裝配、調試和改進包括機加工、外購件等，主要包括5 點內容。1）機械零件的加工。2）外購件的采購。3）設備裝配。4）設備調試和性能測試。5）對設備存在的問題進行改進。

3.3 客戶現場調試階段（2016年8月16日到9月15日）

客戶現場調試階段進行事項包括2 個方面的內容。1）將設備發給客戶，針對客戶的使用情況以及反饋的問題進行改進。2）整理資料，包括技術圖紙、說明書手冊、線路圖等。

圖2 Tray 導向示意圖

4 下料單元的核心技術和創新點

4.1 核心技術

4.1.1 產品下料機械手

產品下料機械手采用“H”型龍門結構，并運用了平行動態驅動的設計理念。結構緊湊、功能強大，最大限度地節省了工作空間，可以承受較大負載。

不過這臺借用了尼康高級入門膠片單反相機F80機身的柯達DCS Pro 14n性能并沒有想象中那么好，并且也沒能幫柯達從尼康的鏡頭群中占到什么便宜。比如它盡管設計了配置256MB緩存的信號處理系統，但是在當時來說超高的1400萬像素造成的大影像數據處理負擔使DCS Pro 14n的連拍效率只能達到每秒1.7張，連拍持續拍攝能力僅為8張左右。這臺相機最終也隨著柯達的慘淡經營而很快退出了大家的視野。

功能原理：導軌滑塊通過連接“H”型齒形同步帶，在二維空間（X軸/Y軸）中移動。電機通過同步帶輪與齒形同步帶相連接，在2 個固定的主動電機的驅動下（如圖2所示），使導軌滑塊在伺服電機被相應驅動時，能夠接近工作空間中的任何位置。

主要運動參數有以下5 點。1）單個主動電機轉動：斜線方向運動。2）2 個主動電機在同一方向轉動：X軸方向運動。3）2 個主動電機一正一反轉動：Y軸方向運動。4）X行程800 mm，Y行程1 300 mm，移動負載20 kg。5）最快速度1.8 m/s，重復定位精度：±0.3 mm。

4.1.2 Tray及Tray蓋搬運手

為了滿足4 個位置上Tray 和Tray 蓋的搬運，且與產品下料機械手互不干涉，采用前后分布的2 組搬運手的結構來搬運Tray 及Tray 蓋（如圖2 所示）。前側搬運手負責搬運前側的Tray1 及Tray 蓋1，且可獨立控制Z方向的升降，后側搬運手負責搬運后側的Tray2 及Tray 蓋2，且可獨立控制Z方向的升降，2 組搬運手共用一個X軸。

4.2 創新點

4.2.1 “H”型機構的應用

“H”型同步帶機構的應用，實現了運動機構在水平面上任意位置的停留，大大節省了安裝空間。相對于可以實現同樣功能的四軸機械手，節省了采購成本。

4.2.2 Tray及Tray蓋搬運手吸嘴的安裝方式

吸嘴安裝桿通過一個安裝孔來固定，在水平面上可以擺動到任意角度。吸嘴桿上“U”型長槽孔將吸嘴調節到設定位置。這種吸嘴的安裝方式可以實現任意角度的調節，可以吸附各種尺寸的Tray 及Tray 蓋。

4.2.3 Tray放置導向裝置

如果Tray 搬運至指定位置時偏差太大，容易導致產品無法放入Tray 中，在堆疊Tray 的過程導致產品破損。在Tray 放置點四周加上如圖2 所示的導向桿，落料時由錐形落料導向，到位后由導桿線性導向邊導向。如果Tray 放置偏差在允許的范圍內，產品就可放入指定位置。

4.2.4 適合人工上Tray及Tray蓋的抽屜機構

人工上Tray 抽屜機構：人工抽出抽屜（展開狀態），抽屜伸出機臺外，將50 層Tray 放置在板上，將抽屜推入到位，感應器響應。抽屜式上料可以大大方便人工上Tray。

5 設備使用情況及不足

5.1 設備使用情況

目前，從客戶的反映情況來看，客戶對該項目下料單元的操作、功能運用等方面都比較滿意。

5.2 設備不足之處

設備的具體不足之處有以下3 點。1）齒形同步帶的損耗：目前平均每8 個月需要更換一條。2）Tray 位置導向機構：圓桿導向方便定位，同時會在Tray 四邊磨出碎屑，影響無塵環境的潔凈度。3）管線的布置：由于產品下料機械手Z方向的行程較大，且還需要旋轉，這給布線布管帶來很多的限制，欠缺對整體美觀的考慮。

綜上所述，對于該非標設備，我們密切關注客戶的評價，對客戶提出的問題，我們都盡心盡力的解決。