一种玻璃贴合装置的设计.doc

一种玻璃贴合装置的设计摘要：随着触摸屏的大量应用，玻璃贴合技术受到了更多的重视。根据目前的玻璃贴合中的先进机构，设计出一款能快速简便的实现玻璃贴合装置。在设计中，机构利用点胶机构、旋转机构、校正机构和贴合机构来实现玻璃的贴合。其中，为了玻璃贴合中良品率的提高，采用喷射点胶和CCD光学校正来实现玻璃的快速贴合。关键字：触摸屏 玻璃贴合 光学校正 快速贴合Abstract：As the Touch-screen is widely applied, Glass bonding technology has been paid more attention. According to the current advanced mechanism of glass bonding, designed a method for achieving bonding glass fast and easy. This design use dispensing mechanism, rotation mechanism, the correction mechanism and bonding mechanism to achieve bonding glass. In which used jet dispensing and CCD optical correction to achieve rapid bonding of glass in order to improve the yield rate of bonding glass.Key Word：Touch-screen Glass Bonding Optical correction Fast-bonding1.玻璃贴合装置的设计背景随着近几年来触控产业发展迅猛，广泛应用于我们日常生活各个领域，如手机、媒体播放器、导航系统、数码相机、电器控制、医疗设备等等。但是随着触摸屏的大量应用，触控厂商都遭遇到一个相同的问题，那就是多点触控面板的良品率不易提升，在玻璃镀膜以及贴合等制程方面，良品率的提升相当困难，所以贴合技术已成为决定质量的关键，但是目前国内的贴合技术，繁琐复杂，在贴合的过程中会产生两块玻璃不能正确对中、玻璃贴合效率不高等问题。在玻璃镀膜以及贴合等制程方面，良品率的提升相当困难，所以贴合技术已成为决定质量的关键。在目前国内CF项目中，采用的玻璃贴合装置存在较大的贴合误差，在贴合的过程中会产生两块玻璃不能正确对中、玻璃贴合效率不高等问题。为了解决玻璃贴合过程中碰到的一系列问题，根据现有技术手段，设计出一种设计合理、结构简单、制造容易、使用方便的玻璃贴合机，可以确保两块玻璃之间能够正确对中、准确贴合，并且提高玻璃贴合的效率。2.玻璃贴合装置的总体分析根据设计要求，该玻璃贴合装置包括机架机构、点胶机构、翻转机构、校正机构、贴合机构。图1 玻璃贴合装置的总体图根据图1的序号安排，序号1为X轴驱动单元，序号2为Y轴驱动单元，序号3为Z轴驱动单元，序号4和序号15为玻璃厚度测量仪，序号5为点胶头，序号6为玻璃治具，序号7为电机，序号8为旋转轴，序号9为玻璃板，序号10为ITO板，序号11为XYZ精密对位平台，序号12为X轴驱动单元，序号13为Y轴驱动单元，序号14为ITO板治具。图2 贴合装置的3D示意图所述机架机构处于玻璃贴合装置的下部，所述点胶机构连接于机架上方，所述翻转机构连接于机架中部，所述校正机构包括玻璃厚度测量仪，VCR装置，XYO精密对位平台，分别固定于机架的对应位置，所述贴合机构主要部分是玻璃板治具Y轴驱动单元，固连在机架侧面。图3玻璃贴合的流程 基于上述流程进行分析，贴合装置在整个的工作中，让玻璃板和ITO板能够准确的贴合，当玻璃板（9）被玻璃板治具（6）上的真空吸盘吸附后，点胶头（5）通过X轴驱动单元（1）、Y轴驱动单元（2）、Z轴驱动单元（3）的协同运动将光学胶涂均匀在玻璃板（9）上，同时玻璃厚度测量仪（4、15）测量玻璃板（9）和ITO板（10）的厚度。驱动电机（7）动作，带动旋转轴（8）的转动，并同时带动玻璃板治具（6）翻转，翻转角度为180。VCR（15）分别读取玻璃板（9）和ITO板（10）的水平位置，进行数据对比，控制XYO精密对位平台（11）调整ITO板（10）的水平位置，将ITO板与玻璃板在水平方向的投影重合。Z轴驱动单元（16）运动带动玻璃板治具（6）慢慢向ITO板治具（14）移动，根据玻璃厚度测量仪（4、15）所测的数据计算出移动的距离，完成最终的玻璃板贴合动作。3.点胶机构的分析点胶机构的功能是在ITO板和玻璃板之间应用专门的设备添加专用的玻璃贴合胶水。在胶水注入的过程中，要求胶水能均匀涂抹在ITO板和玻璃板的表面。对此，在贴合装置中，点胶机构需要设计两个点胶机构，在整个贴合装置的上部设计出点胶玻璃板的点胶机构，在下部设计出点胶ITO板的点胶机构。 3.1点胶机构的点胶方式根据触摸屏的点胶精度和规格，在设计时采用喷射式点胶方式。此点胶方式是非接触式点胶，精度高，胶线宽且容易控制。根据现有技术的发展，非接触喷射式点胶技术在速度、质量、成本和应用范围上都有很高的优势。（1）速度和生产效率：高喷射率多达每秒 200点、无Z轴移动现象、“在空中”喷射要求各滴涂点之间无停动现象、要求高度校准工作更少、防止胶体拉丝的无针头式退回技术，生产效率可提高至100%。（2）质量和可靠性：高点胶精度、较小的浸湿范围、圆形均匀的滴涂点、提高了胶水涂抹密封效果；另外无接触试喷胶无芯片刮伤的现象、无滴液现象、无引线损伤现象，大大提高产品质量的可靠性。（3）成本及良品率：消耗部件极易快速地进行清洗、且使用寿命长成本较低，同时良品率达99.9%以上。（4）灵活性及应用范围：多种形式的应用，底部填充、表面涂料及包封、芯片沾贴、围堰狭小空间结构内部的喷胶。 3.2点胶机构的运动方式根据整个机构的运行流程进行设计，负责玻璃板的点胶机构包括点胶头、X轴驱动单元、Y轴驱动单元、Z轴驱动单元。负责ITO板的点胶机构包括X轴驱动单元、Y轴驱动单元。在贴合装置的设计中，采用螺旋点胶的方式进行整个玻璃板的表面点胶。鉴于玻璃贴合的流程规划，玻璃板在点胶之后需要进行旋转，将点胶面旋转至下端面，此时，应该注意空间的避让与合理安排，在上部的点胶机构中设计出Z轴驱动单元，实现在玻璃板点胶完成后的空间安排。图4 点胶机构的三维示意图图4中，序号1表示的是400行程的电动缸，构成X轴驱动；序号2为点胶头；序号3为200行程的电动缸，构成Z轴驱动；序号4为200行程的电动缸，构成Y轴驱动。在设计时，采用FED全新的ValveMate 7100控制器完成单个点胶阀的控制。通过系统控制，通过阀门开启时间来控制点胶量。实际中，胶点的大小取决于多种因素，包括流体压力、阀门行程、喷嘴尺寸和阀门开启时间，其中阀门开启时间是对胶量控制的最主要手段。EFD ValveMate 7100控制器能够快速方便调节阀门开启的时间，其时间增量小至0.001秒。它无需耗时进行程序编制或关掉生产线进行机械调节就可以完成各种复杂的流程控制。 图5 EFD ValveMate 7100控制器的控制原理EFD ValveMate控制器的特点是利用微处理器电路对点胶量进行非常精确的控制。无需停机就可在线对点胶量进行初始设定，设定管路和阀的清洗功能，并且快速方便地进行调节。ValveMate控制器安装操作简单，与PLC及其他设备的连接也很方便。收到开始循环的信号后，ValveMate的微处理器就可以接收和调节点胶液体的数量，在循环结束时，ValveMate会发出过程已完成的信号。4.翻转机构的分析根据贴合装置的运动流程，点胶机构的动作完成后，需要对上部的玻璃板进行180旋转，使ITO板的点胶面面向下部的玻璃板，实现后续的贴合动作。因此在设计时，考虑的翻转机构的功能主要是实现整个翻转机构的翻转，且要配合下一步贴合机构的动作，于是采用了小型电机带动整个翻转机构进行翻转。图6翻转机构的三维示意图 从图5的翻转机构三维图中，序号1表示的是电机，为翻转单元的驱动单元；序号2为翻转机构的框架；序号3为ITO治具；序号4为旋转轴。其中，旋转轴4与框架2由轴承进行连接，便于相对位置的转动。在设计中，翻转机构要保证翻转时的稳定与快速。在电机上会安装有光电编码器，将电机翻转运行时的脉冲信号进行采集，反馈到PLC，经过计算，确保翻转角度的误差。设计采用的是三菱的高精度电机，精度为7微分，经过减速器，计算出翻转后的角度误差为0.07，且在设计中在翻转机构的机架上会安装有传感器进行翻转角度的检测，确保翻转达到稳定的180。5.校正机构的分析5.1校正机构的原理由“机器视觉”和“运动控制”组成的“影像伺服”技术，才能够达到的视觉精密对位，如今已是触控制程设备必须依赖的关键技术。此技术不仅对位精准，而且比人工校正的方式快上数百倍以上。本设备的关键技术是用先进的光学系统自动采集上、下玻璃的MARK点位置（即VCR机构校正），使用IPD模块对数据进行分析、运算，通过PLC程序控制完成自动对位功能，围绕着影像伺服精密对位技术，仍有一些关键技术存在需突破的瓶颈，包括对位方法、影像处理、同动补偿、标记对位、制程整合、系统整合等。光学检测系统采用CCD镜头进行物体的检测，系统采用了双视觉定位整合技术。设备对加工贴合的上下基板都采用了影像辨识，然后采用专用算法对两个不同坐标系内的基板位置进行整合运算，根据运算结果调整下基板位置，保证了基板的贴合精度，避免了以往设备采用仅对下基板采用影像辨识定位而无法纠正上基板的来料误差和机械定位误差。图7 CCD视觉原理图5.2校正机构的机械结构在整个贴合机的运行过程中，当点胶机构的点胶动作完成后，电机带动翻转机构180翻转，使玻璃板的点胶面翻转朝下，便于下一步的动作，使玻璃板与ITO板的点胶面进行贴合。但是根据机械误差的存在 ，整个机构的加工误差和机械原件的安装误差，上部玻璃板和下部ITO板不可能在翻转后能进行完全的重合。此时，需要对下部的ITO板进行细微的精密调整，使上下两块贴合的面板能尽量的重合在一起。在校正机构的设计时，采用VCR测量进行ITO板和玻璃板之间的间隙测量和位置对准。在玻璃板下方安置XYZ精密平台对下方的ITO板进行空间XYZ位置的微调，使其与上面的玻璃板能在XY方向上能做到最大限度的重合，提高玻璃贴合的精度。图8 校正机构的三维结构图8为精密调整机构的三维结构，序号1为顶升气缸，序号2为导向轴，序号3为精密平台，序号4为连接平台。在校正机构的动作指令中，当VCR测量时，ITO板与玻璃板在空间的方位出现偏差时，精密平台会进行XY方向上的精微调整，待VCR确认完成后，顶升气缸会收到指令，顶起整个平台，完成下一步的贴合流程。6.贴合机构的分析贴合动作是整个贴合装置流程的最后一步，在完成贴合动作时，需要将上方的玻璃板和下方的ITO板进行贴合。设计时，将整个玻璃板治具向下运动，ITO治具向上运动，完成贴合动作。图9 贴合机构的三维图从图9中，序号1为精密滑轨，在贴合中使整个贴合平台在Z方向上能尽量减小误差来进行贴合，和图9中的导向轴的功能是同样的；序号2为贴合电机的安装底座；序号3为贴合机构的运动部件滚珠丝杠；序号4为连接平台；序号5为贴合装置的框架。在贴合装置收到贴合的指令后，固定在底座上的贴合电机提供动力，滚珠丝杠转动，活棱上下运动，带动整个连接平台向下进行贴合动作。同时，位于底部精密调整平台下方的顶升气缸也向上运动，使整个ITO板治具向上顶起，完成玻璃板与ITO板的贴合动作。7.贴合装置的节拍性计算7.1点胶机构的节拍计算 根据整个贴合装置的工序规划，在点胶机构的设计上考虑点胶工序的节拍。在设计时，预设整个点胶开始到完成的时间不超过10s。点胶机构从三维图中可以分析出其XYZ驱动方式，在驱动原件的选择上，选择的是FESTO的电动缸，型号为DNCE-40-400-LAS-H，其为400行程的电动缸（如图4所示）；型号为DNCE-32-200-LAS-H，行程为200的电动缸（如图4所示）。 根据FESTO的电动缸特性，DNCE-40-400-LAS-H电动缸的数据参数如下表所示：表1 电动缸的数据参数根据表中的详细数据，得知选用的电动缸的最高移动速度为2m/s，在安装之初，设定电缸移动速度为0.01m/s。贴合装置贴合的玻璃和ITO板的尺寸为82mmx54mm，在点胶机构进行动作时，即可根据选用的电动缸运行参数计算出光学胶铺满整个玻璃面所需要的时间。根据公式，在时间计算中，假设Z轴驱动下降的距离为150mm，使用时间为 当Z轴驱动到达指定位置时，X轴和Y轴驱动会根据设定的程序完成整个表面的点胶工作。设定程序为先Y轴方向整体涂胶，X轴分步点胶的步骤进行表面点胶。将整个X轴分为10步，整个Y轴点胶完成需要，当整个表面点胶完成需要，因此，总的点胶时间为，在点胶的整个动作中，时间满足设计要求，设计合理。7.2翻转机构的节拍验算在整个贴合装置的设计过程重，翻转是基于整个贴合装置的空间计算和效率计算，在设计中考虑了采用电机驱动的方式。在设计的原件选择上，我们选用伺服电机，此电机的功率为200W，选用的减速器的减速比为1:10。在运动时，电机的转速为100r/min，经过减速器后，旋转轴转速为10r/min，计算出翻转机构完成动作需要的时间。在翻转机构动作时，所使用的时间小于1s，在设计中，需要根据实际情况，可适当的减小伺服电机的功率大小，这样就能适当的减小旋转轴旋转的转速，加大旋转时间，此外还利用了传感器和光电编码器对翻转精度进行微调和校正，预定翻转时间为在执行翻转指令时，电机转动，带动旋转轴转动，因此，根据图5所示的三维图中，ITO板治具随之转动。为了保证旋转的稳定性，动力原件采用伺服电机驱动，并且根据固定于旋转轴的传感器确定旋转角度，保证角度为180，确保玻璃板的点胶面能从正上方旋转到正下方。7.3校正机构的节拍计算图 10 校正机构的控制原理图 根据贴合装置的设计，校正机构的主要校正原件为精密平台。根据PLC的操作结构，CCD机器视觉的反应时间小于1s，精密平台的调整时间为，整个光学校正的时间为。7.4贴合机构的节拍计算 在贴合机构的组成中，滚珠丝杠是主要的运动单元，电机是动力单元。在原件选择上，选用的电机的额定功率为2000w，额定转速为2000r/min，减速器的减速比为1:15，经过减速器的减速后，输入到滚珠丝杠的转速为133.3r/min，选用的滚珠丝杠的螺距为3.6mm。其中，v为提升平台的提升速率，T为旋转周期，f为滚珠丝杠螺距。满足提升装置的速度要求，因此设计合理。7.4贴合装置的总结拍 贴合装置在运行时，主要工作机构为点胶机构、翻转机构、校正机构和贴合机构。根据上述节拍计算。点胶机构的节拍为，翻转机构的节拍为，校正机构的节拍为，贴合机构的节拍为，在玻璃贴合后，需要对玻璃基板和ITO板进行外力挤压过程，使两块板能更紧密的贴合，设定挤压贴合时间为，整个的响应节拍为。根据现代化的生产节奏，满足设计时的预设节拍，因此整个贴合装置的节拍设计合理。8.结论根据玻璃贴合的装置要求，设计出一款能快速准确进行ITO板和玻璃板贴合的装置。在设计之初，设计出点胶机构来进行ITO板和玻璃板的表面点胶；设计出了翻转机构，进行玻璃板点胶之后的表面旋转，使点胶面相互重合；设计出校正机构进行下部ITO