一種輥壓壓力自適應設備的設計

茍 立

（海信集團 海信視像科技股份有限公司，山東 青島266555）

0 引言

隨著全面屏技術在手機行業的興起與成熟應用，電視行業也在追求極致視覺感的超窄BM 區全面屏顯示技術。要實現超窄BM 區首先要摒棄傳統的前殼卡裝屏幕的工藝而采用膠水粘接技術，目前電視行業內所使用的液晶屏粘貼膠水均為壓敏類UV 膠，其粘接可靠性與輥壓壓力及輥壓速度強相關。

目前行業內生產方式主要有兩種，一種為采用恒重仿形壓合工裝進行保壓，此方式生產不同產品都需要更換整個壓合工裝和支撐仿形工裝，設備轉產流程復雜耗、費人力多和轉產調機時間長，轉產損失大。另一種為作業員手持輥壓工裝手動往復式輥壓，此方式產品質量可靠性受作業人員的素質影響較大，生產標準化難以實施。

1 輥壓設備整體結構及功能設計

本設備要求使用于傳統的動力滾筒線加通用工裝板的流水線體，設備在方案設計時首先要解決產品的定位一致性問題，其次要解決針對同類別產品輥壓壓力恒定，不同類別產品輥壓壓力可自動調整的問題。

針對以上問題設計了一種輥壓壓力可自適應的自動化設備，該設備具有產品自動識別、自動舉升、自動對中定位、恒力自動輥壓等主要功能。即設備利用智能掃碼系統確定進入設備的產品信息，通過上位機和PLC 系統調入已設置好的與產品信息一一對應的設備各控制軸參數及輥壓力，來實現設備的快速換產，大幅度提高生產效率。設備結構整體包括了機臺本體、舉升機構、四邊定位及支撐機構、龍門機械手及可變壓力式輥壓頭機構，設備整體結構如圖1所示。

圖1 壓力自適應輥壓機三維組裝圖

2 壓力自適應輥壓機機械結構設計

2.1 產品自動舉升機構設計

為解決不同產品的兼容性問題，設計了自動舉升機構，其由伺服電機提供動力，通過減速機、同步器、同步轉軸及兩組絲杠傳動系統帶動舉升托盤上下運動[1]，實現產品的舉升，舉升高度可按照產品的不同厚度進行預設定及數據保存，在轉產時由程序調入。為了能夠在大跨距線體實現機構的平穩運動及結構剛性，故在設計上使用了對稱式的傳動結構[1]。支撐柱可以穿過滾筒線和工裝板將產品舉升并脫離工裝，保持產品水平，對平面尺寸不同的產品，需要使用人員按實際產品的大小具體支撐柱調整位置。機構如圖2 所示。

圖2 自動舉升機構

2.2 產品對中支撐機構

產品在不同工裝板上位置不同，為保證產品輥壓范圍的一致性并且實現不同產品件的快速切換，設計了四邊伺服對中機構，如圖1，四邊對中機構可依據不同尺寸電視自動調整各軸的定位位置坐標，實現產品的精準定位。四組對中機構基本結構原理一致[1]，主要包括了伺服電缸、導向組、伸縮式對中輪、產品支撐工裝，如圖3 所示。

圖3 對中機構

伸縮對中輪可以在產品對中時伸出，實現產品對中，在機械手輥壓時縮回，避讓輥壓頭，防止機構干涉。圖4 為設備對中完成時機構位置狀態，圖5 為機械手輥壓時機構位置狀態。

圖4 對中完成位置

圖5 機械手輥壓位置

2.3 龍門機械手機構

利用標準伺服滑臺搭建三軸龍門機械手，覆蓋全品類尺寸產品，兼容性強，輥壓路徑參數設置簡單，機械手XYZ 三軸均使用伺服電機提供動力，X 和Y 軸大行程使用時規皮帶傳動，Z 軸小行程使用滾珠絲杠傳動[1]，整體結構如圖1 中所示。

2.4 自重輥壓機構

產品設計上，BM 區越窄，則粘接膠線就越窄，在生產工藝上不同膠寬產品對輥壓的自重和輥壓速度要求不同，而同一產品輥壓壓力恒定，技術要求如表1 所示。

表1 設備輥壓參數要求

力位執行器能有效解決壓力調整和恒壓保持的功能，但是價格昂貴，設備經濟性差，控制方法復雜，且需定期檢定校準。為降低設備的制造和后期維護使用成本，設計了一種機械式恒力輥壓和壓力自主調整的機械結構[1]，設備制造成本相比于力位執行器降低30%。自重輥壓機構如圖6 所示。

圖6 自重輥壓機構

圖6 中輥壓輪、滾輪支架、緩沖器、滾輪支架旋轉座及導向軸共同組成恒壓結構[1]，在輥壓時，當滾輪與屏幕接觸后Z 軸下行5～8 mm 位移，使得導向軸支撐面脫離導向套（如圖7 所示），豎直方向形成恒壓狀態。當產品需要增加輥壓力時，Z 軸下行12 ～16 mm 位移，使得導向軸托起配重板，配重板脫離定位支撐柱，形成加壓后的恒壓狀態（如圖8 所示）。當需要輥壓壓力變小時，Z 軸反向移動控制。設備通過位置檢測開關輸入信號來確定恒壓壓力大小。滾輪支架轉軸和彈性平衡器能確保輥壓頭和面板的的平行，保證輥壓可靠性。

圖7 低壓力輥壓位置

圖8 高壓力輥壓位置

3 設備的智能控制

多種類產品在同一生產線混產是目前傳統流水線生產的常態，為了解決自動化設備在不同產品換產時的效率損失，本設備在控制系統軟件設計上引入智能掃碼和自動轉產的功能。設備在安裝調試階段將各伺服軸設置預置零點（即產品的厚度、長度、寬度），作為產品的基礎“零點”，再將不同尺寸產品相對應的設備各伺服軸坐標參數（表2 所示）預先導入到上位機系統中保存并關聯產品型號，當產品進入設備時，設備入口的智能掃碼相機識別產品表面的條碼信息，確認流入產品的型號，通訊告知上位機調取相對應的產品信息，再由上位機和PLC 通信執行相應的參數，以實現產品型號的自動切換。設備智能控制邏輯，如圖9 所示。

表2 產品參數坐標信息

圖9 邏輯控制流程

4 設備的創新與特色

本設備應用三維設計軟件進行整體式設計，利用軟件進行運行模擬及分析，各機構運行平穩、無干涉，滿足設計要求[2]。該設備的創新與特色如下：

（1）產品定位上，應用伺服頂升機構及四邊對中機構可準確定位產品位置，這種設計結構可廣泛應用于電子產品行業傳統流水線生產模式的線體，實現產品的定位。

（2）輥壓結構，利用機械手Z 軸的高度位置控制，通過機械運動結構實現了不同輥壓壓力間的轉換，大幅度降低了設備成本。這一設計思路可廣泛應用到需要恒壓力的設備中。

（3）控制系統上，結合智能掃碼相機、工控機和PLC，實現了不同產品件的智能轉產，避免換產時的效率損失。

5 結束語

本文設計了一種在結構上以低成本的機械運動結構來實現輥壓壓力變化的裝置，并以工控機為上位機，PLC 為下位機，融合智能掃碼和伺服控制系統實現傳統流水生產線多品類產品生產的自動化設備。

本文所提出的設計方案和結構，可實現對類似傳統生產品平臺的移植，為同行業類似產品的自動化生產有著積極的貢獻。