（电气工程专业论文）plc系统在阳极帽机上的应用与研究.pdf

郑州大学工程硕i j 论文 本次对阳极帽机的技术升级和改造达到了预期的效果，与原生产线相比更能 适合今后的柔性生产方式。为企业今后在激烈的市场竞争中赢得发展奠定了一定 的基础。 关键词：阳极帽封装机；p l c 控制系统；流程图；梯形图； i i p l c 控制技术在阳极帽机一l ：的应用 a b s t r a c t u s i n gt h ei n d u s t r i a lc o n t r o lc o m p u t e ra n dp r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r ( p l c ) t h e c o m p o s i t i o nn e wi n d u s t r i a lc o n t r o ls y s t e m ，a l r e a d yb e c a m ea tp r e s e n tr e a l i z e st h e i n d u s t r i a lp r o d u c t i o na u t o m a t i o nb e s tn e c e s s a r yf o r m ，h o l d st h em a i ns t a t u si nt h e i n d u s t r i a lc o n t r o ld o m a i n b e c a u s et h ep l cp r o d u c ti t s e l fh a st h ev e r s a t i l i t yi ss t r o n g ， t h e e a s y t o o p e r a t e ，t h ea d a p t a t i o n s u r f a c ea r eb r o a d ，t h e r e l i a b i l i t y i s h i g h ， a n t i j a m m i n ga b i l i t ys t r o n g ，m a yc h a r a c t e r i s t i c sa n ds oo ni n d e p e n d e n te m p l o y m e n t ， w i d e l yi sb e i n ga p p l i e dd a yb yd a yi ne a c hk i n do fd o m a i nt h ec o n t r o ls y s t e m t h et e l e t r o ng l a s sc a s e sp r o d u c t i o ni so n ek i n do fl a r g e - s c a l ei n d u s t r i a l i z a t i o n f l o w , v e r ys u i t a b l et op i c ke m p l o y i n gl a b o rt oc o n t r o lm a c h i n ea n dp l c c a r r i e so nt h e c o n t r 0 1 i nt h ep r e s e n tp a p e rc o m p l e t e st h ep r o j e c ti so nt h ep a i n t e r sb r u s hg l a s sc a s e a w ls h e l lp r o d u c t i o nl i n e sa n o d ec a ps e a l si n s t a l l i n ge q u i p m e n tt h ec o n t r o ls y s t e m t h ea n o d ec a ps e a l si n s t a l l i n ge q u i p m e n tt ot a k eo nt h ea w ls h e l lp r o d u c t i o n l i n e sm a i np r o d u c t i o ne q u i p m e n tt ob ev e r yh i g l lt ot h ec o n t r o lt e c h n o l o g yr e q u e s t n o to n l yr e q u e s t so n e s e l fi nt h er e v o l u t i o nt ob ea b l et og u a r a n t e et h a tc o m p l e t e s p r o c e s s e st h el o c a t i o no n eb yo n em o v e m e n ta c c u r a c y , m o r e o v e rn e e d st of o r mt h e n e t w o r k i n gw i t hi t s f r o n ta w ls h e l lp r e s s ，r e c e i v e st h ea w ls h e l lp r e s s sc o n t r 0 1 g u a r a n t e e dt h a tt h ee n t i r ea w ls h e l lp r o d u c t i o nl i n em a i n t a i n st h eh i g hp r o d u c t i o n e f f i c i e n c ya n dt h en o n d e f e c t i v er a t e i nt h i sa r t i c l ec o m p l e t e st h ep r o j e c ti sw h e ns o m ep a i n t e r sb r u s ha w ls h e l l p r o d u c t i o nl i n ec a r r i e so nt h ep r o m o t i o nm a i n t a i n s ，t oa n o d ec a ps e a l st h er e n e w a l w h i c ht h ei n s t a l l i n ge q u i p m e n tc o n t r o ls y s t e mc a r r i e so n i nt h i sp r o m o t i o na n dt h e m a i n t e n a n c e ，u s e dh a sc o m p o s e dt h ec o n t r o ls y s t e mw i t hc 5 0 0s e r i e sc o m p l e t e l y c o m p a t i b l ec v m ls e r i e sp l c i nr e c e n ty e a r sa l o n gw i t he a c hk i n do fn e w d i s p l a yd e v i c e sb e i n gp u b l i s h e d ，t h e i i i t r a d i t i o n a lt e l e t r o nd i s p l a yt e c h n o l o g yr e c e i v e di nt h et e l e v i s i o nm a r k e ta n di nt h e c o m p u t e rm o n i t o rm a r k e tg r e a t l yh a sa t t a c k e d i ft h eg l a s sc a s ee n t e r p r i s ew a n t st o s u r v i v et h ed e v e l o p m e n ti nt h ec o m p e t i t i o ni n t e n s em a r k e tt o d e p e n d u p o nt h e t e c h n o l o g ya d v a n c e m e n ta n dt h en e wp r o d u c td e v e l o p m e n t t h i st i m eh a sa c h i e v e dt h ea n t i c i p a t e de f f e c tt ot h ea n o d ec a pm a c h i n et e c h n i c a l p r o m o t i o na n dt h et r a n s f o r m a t i o n ，w i l lc o m p a r ew i t ht h eo r i g i n a lp r o d u c t i o nl i n ec a n s u i t p r e s e n t sf l e x i b i l i t yp r o d u c t i o nm e t h o d w i l lw i nt h ed e v e l o p m e n tf o r t h e e n t e r p r i s ei nt h ei n t e n s em a r k e tc o m p e t i t i o nt ol a yc e r t a i nf o u n d a t i o nf r o mn o wo n k e yw o r d s ：a n o d ec a pm a c h i n e ；p l cc o n t r o ls y s t e m ；f l o wc h a r t ；l a d d e rd i a g r a m ： i v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 一 厶。 学位论文作者： 长鹕夺 日期：年月同 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门 或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学 可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文 或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者：铡m 马席 日期：年月日 郑州大学t 程硕上论文 绪论 电视和计算机是上个世纪对人类社会的发展进程影响最大的两项发明。 电视的发明彻底改变了图像信息传送的方式，突破了以往人们观看的方式 和地域的限制使人们走进了信息革命的时代。出现了新的娱乐方式和新的职业。 电视机的发明出现了新型的图像显示技术并促使其不断发展，最终导致其在1 2 】 各个领域中得以广泛地应用。 计算机的发明使人们在工程领域及其他各个领域中的研究手段得以革命性 的提高和延伸，加快了各个领域发展的速度，尤其是互联网的发展真正使人们 迈进了信息革命的时代，导致了人们对知识的评价彻底改变，知识已经不是少 数人才有机会接触到的东西。这其中自然也离不开图形显示技术的帮助。 计算机中的显示器，不光使人与计算机的交流手段更加先进，最终导致计 算机技术在各行各业的应用。同时极大地促进了信息化的进程。如今信息化技 术的不断发展极大地改变了人们的很多工作方式和生活方式。这一切都离不开 图形显示技术的发展和应用。 显像管( c r t ) 作为第一代电视机和电脑显示器的核心显示器件，属于模 拟型显示器件。至今仍然在某些领域的图形显示领域中发挥着重要的作用。 按照应用领域的不同，c r t 显像管可以分为显像管( c p t ) 和显示管( c d t ) 。 其中，显像管( c p t ) 一般用于电视机的图像显示；显示管( c d t ) 一般多用于计 算机显示器的图形显示i 。 在当今信息时代的社会中，随着计算机技术在各个领域地应用，各种图形 图像显示器材的应用领域及场合也变得异常广泛。从家用电器到各种民用控制 和工业控制领域的以及安全领域中的众多电器产品都离不开各种图形图像显示 器件的使用。 当前我国国内集中了世界上规模最大的几家显像管制造企业，拥有世界最 大的显像管生产能力。显像管的生产制造业已经发展成为一个在国民经济发展 中占有重要地位的行业。显像管的生产制造属于技术含量很高的行业。显像管 的生产技术包含玻璃工业、荧光粉荫罩网制造及内部电子枪元件和偏转线圈多 个领域。这其中显像管玻壳的的制作在显像管制造行业中属于上游产业左右着 p l c 控制技术在阳极帽机中的应用与研究 显像管的其他制造阶段的企业。玻壳生产企业一般都是依靠规模效益，如赛格 三星、安彩高科等都是当前国际上玻壳制造的大型企业。玻壳生产能力都排在 前三强的水平。为国内众多的显像管生产企业配套。 近几年随着各种新型显示技术的发展，出现了各种新型的显示器件，如液 晶显示和等离子显示等。这些新型显示器件的共同特点是向着数字化的方向发 展，重量轻、能耗低，显示面积不断扩大。这些新型显示器件的出现和发展对 世界显像管显示器市场产生了巨大地冲击，显像管显示技术在电视机市场和电 脑显示器市场上所占的份额j 下逐步减少，显像管的需求量大幅下降。国内显像 管总装厂对显像管玻壳的需求量大为减少，同时国内玻壳生产能力严重过剩， 除安彩公司外，赛格三星作为国内引进三星康宁的技术的玻壳生产企业也具有 极大的产能。国内显像管玻壳市场的竞争加剧。如何使企业在技术不断进步的 市场竞争中生存发展就摆在了每一个玻壳企业的面前。 当然显像管显示技术在目前的市场中还是有一定的份额的。这主要是目前 的几种新型显示技术都有自己的不足之处。如液晶显示器能显示的颜色种类少， 可视角度有限，响应时间长，寿命短等。显像管显示技术作为一种模拟显示方 式，它具有使用寿命长，性能稳定响应时间短，色彩过渡自然层次丰富，饱和 度亮度高【2 1 。可视角度大等液晶显示器不具备的优点。在某些领域具有很强的 实用性，如专业进行图形图像制作对颜色要求很高的显示器，游戏机显示器。 同时在监控、银行a t m 提款机、各种公用的信息显示设备上显像管显示器还是 获得了广泛地应用。 另外这几年监视器市场开始蓬勃发展起来，据相关部门的统计2 0 0 9 年监视 器市场的市场规模大概有9 亿元，c r t 显示技术是第一代监视器以其价格低廉 寿命长的优点得以广泛使用。今后c r t 技术在监视器市场上还会有很好的前 景。 玻壳企业也要顺应市场变化，对玻壳生产线进行技术改造和升级。使之能适 应当前显像管企业对玻壳产品的需求。同时，通过技术改造使玻壳生产线的运 行成本降低，大幅提高产品的良品率。从而达到提高效益降低成本的目的。 玻壳生产线具有自动化程度高，生产过程中可靠性要求高的特点，其控制系 统采用p l c 控制。本次进行技术升级和改造时对原先的由p l c 控制的各种主 2 郑州大学工程硕士论文 要生产设备的控制程序进行了优化和重新设计，使整条生产线能够更方便地进 行不同玻壳产品的升级换代。使玻壳生产线的运行可靠性更高。 阳极帽封接机作为锥壳生产线上非常重要的生产设备也是本次系统升级改 造的重点内容。彩管锥壳的表面要进行阳极帽的封接，阳极帽封接是在彩管锥 壳压制成型之后进行的一步重要工艺。阳极帽封接时要对锥壳表面进行冲孔、 植入、烧融、压顶整形等加工工艺。锥壳进行阳极帽封接时容易产生表面缺陷 出现废品。同时为了保证生产的高效性，阳极帽封接机的加工速度要与锥壳压 机的生产速度一致。所以，阳极帽压机需要采用p l c 控制。 为了更好地利用现有的资源平台，阳极帽封接机的控制系统选择了欧姆龙公 司的c 5 0 0 系列的更新产品c v m l 系列大型p l c 组成控制系统。本人在这次技 术改造过程中主要参与了锥壳生产线上的阳极帽封装机的工艺修订及其p l c 控 制程序的编制。 当前c r t 显示产品市场受到了来自各个方面的冲击比较大，国内众多的彩 管玻壳企业如何能够走出困境，+ 对于保证整个玻壳行业的健康发展及国民经济 的良性循环都是非常重要的。 目前很多玻壳企业除了更新和改进玻壳生产线之外，还及时地启动了包括 新型高效节能照明光源、液晶显示屏，以及太阳能应用领域的光伏产业的生产 和研发。 本文拟完成的工作包括： 1 、研究总结c r t 显像管产品的特点； 2 、设计了阳极帽封装机的控制系统的p l c 控制软件，提高生产效率降低 运行成本并实现玻壳产品的多品种小批量的生产要求。 3 、编写了阳极帽封装机的p l c 的大部分程序，并对其中的很多语句进行 了注释。 3 p l c 控箭技术在阳撮帽机中的应用与研究 2 显像管玻壳生产技术 2 1 显像管的结构和原理 2 1 1 显像管的发展历史 显像管c r t 全称为c a t h o d eb a yt u b e ，即：阴极射线管。阴极射线管通常 主要有如下几个部分组成：电子枪( e l e c t r o ng u n ) ，偏转线圈( d e f i e c t i o n c o i l s ) ，荫罩( s h a d o wm a s k ) ，荧光粉层( p h o s p h o r ) 及玻璃外壳。 图2 - 1 汤姆逊改良型阴极射线彗 f i g u r e 2 - 1 n o n l 始n i m p r o v e s t h e m o d e r a y t u b e c r t 的工作颞理就是由电子枪发射高速电子，利用垂直和水平的偏转线圈 来控制高速电子的偏转角度，最后在加速电场的作用下高速电子轰击屏幕上的 磷光物质使其发光，通过电压来调节电子束的发射功率，就会在屏幕上形成明 暗不同的光点形成各种不同的图案和文字了【3 l 。 阴极射线管最早是由布劳恩( b r a u n ) 于1 8 9 7 年研制出来，并用于他自己 制作的示波器上。这种被称为布劳恩管的阴极射线管是利用气体放电现象产生 自由电子，借助离子聚焦作用形成细长电子束的。随后有多种阴极射线管的概 念型出现，诸如图2 - 1 所示的汤姆逊( j o s e p hj o h nt h o m s o n ) 的改良型静电偏转 式示波管还发现了电子的存在，这也是早期c r t 显示设备在科技发展中作出的 贡献1 4 l 。 当时的c r t 显示管大部分被用来示波和用来验证粒子、电子等物理现象的 设备，同显示图像毫无关系。 半导体技术的发展极大地促进了电子技术产品的发展和进步。1 9 5 0 年美国 的r c a 公司研制出三柬三枪荫罩式彩色显像管井马上进入实用化阶段。2 0 世纪 郑州人学工程硕士论文 6 0 年代，显像管玻壳由圆形发展为圆角矩阵管，尺寸由2 1 英寸发展到2 5 英寸， 偏转角由7 0 。增大到9 0 。，荧光粉由发光效率较低的磷酸盐型发展到硫化物蓝 绿荧光粉和稀土类红色荧光粉1 5 j 。 7 0 年代以后，彩色显像管进行了一系列地改进，显示屏由平面直角发展为 超平、纯平，尺寸发展到主流2 9 英寸以上，偏转角由9 0 。增大到1 1 0 。，横纵 比不断增大，采用自会聚管以提高显示分辨率【剐。并且正向高分辨率彩电方向 发展。这些方面取得了突破性进展，研制成功了超薄、纯平彩电。 2 1 2 黑白显像管的结构和原理 一、黑白显像管的工作原理 黑白显像管是最早用来作为电视机的图像显示器件的。黑白显像管是通过 电光转换重现电视图像的一种窄束强流电子束管。 如图2 2 所示在黑白显像管玻壳内的真空状态下，显像管尾部的电子枪发 射一个被调制的电子束，经过聚焦和偏转后打在荧光屏上显示出一个发光的亮 点。这个被调制电子束的扫描进程，与发送端摄像管靶面上电子束的扫描同步， 电子束电流的大小和摄像管输出的电信号相对应。由于人的眼睛有惰性，受调 制的电子束在荧光屏上逐点扫描产生亮度不同的光点，于是在荧光屏上就会形 成一幅发光的图像。 穗橛g 第一阳极 第二。四阳极a z 九 、 锇嚷砸 属 内石墨层飞 荧光粉懊 第兰朋i a ， 外石要层、习【，：胃 矗压嘴屏蠢璃 图2 - 2 黑白显像管结构原理图 f i g u r e2 - 2 b l a c ka n d w h i t ed e v e l o p i n gt u b u l a r 二、黑白显像管的组成部分各部分的作用 如图2 - 2 所示的黑白显像管主要由：玻壳、电子枪和荧光屏等几个主要的 组成部分。同时在玻壳的管颈上还装有偏转线刚7 】。各部分的组成和作用如下： 5 p l c 控制技术庄阳极帽机中的应用与研究 l 、玻璃外壳 玻璃外壳包括管颈、管锥体和屏面玻璃三部分。在显像管玻璃外壳管锥体部 分的内外壁上分别涂有石墨导电层，从而形成一个以玻璃为介质、以内外壁石墨 层为两个极片的电容器( 电容量约为5 5 0p f _ 1 2 5 0p f ) 。这个电容器可以作为第 二、四高压阳极的滤波电容，这样可以在高压供电电路中不必再另外接入高压滤 波电容了。在玻壳管锥体壁上装设有高压嘴，它与显像管的内部高压阳极相连， 作为高压供电端。玻壳内壁的石墨层与高压阳极相连，形成一个等电位空间，以 保证电子束流的高速运动。 2 、电子枪 电子枪通常是由灯丝、阴极、控制栅极、加速阳极、聚焦阳极和高压阳极 等几部分组成。高压阳极插座安装在管锥体上，其余各电极均在管颈末端用金 属管脚引出。电子枪用来发射密度可调的电子流，通过聚焦和加速，形成截面 积很小、速度很高的电子束，该电子束在偏转线圈形成的行、场偏转磁场作用 下，使电子束以高速轰击荧光屏并使荧光粉发光。实现全屏幕的扫描光栅，所 以，电子枪是显像管的心脏【剐。 电子枪是显像管中极为重要的组成部分。电子束的发射、调制、加速、聚焦 均由电子枪来承担。显示管用电子枪属于弱流电子枪，由圆筒、圆帽和原片等 旋转对称的金属电极同轴排列、装配和固定而成。一般分双电位电子枪( b p f ) 和单电位电子枪( u p f ) 。b p f 枪中电子束在主聚焦透镜出入口处电位不同，u p f 枪则主透镜出入口处电位相同。u p f 电子枪比b p f 电子枪多一个高压阳极，大 幅度增强了聚焦能力，使得显像管具有了自聚焦能力，保证了显像管聚焦特性 的稳定和提高，因为被广泛采用。以下是分析u p f 电子枪的结构和工作原理。 u p f 电子枪结构如图2 - 3 所示，电子枪的第一个作用是发射并加速电子。显 像管一般采用氧化物阴极，在基体金属上涂敷一层以氧化钡为主体的氧化物， 当灯丝加热使阴极表面温度达到8 0 0 摄氏度左右，开始发射电子【9 1 。 电子枪的电子发射系统主要由阴极、控制极、加速极组成，加速极电压一般 在7 0 0 v 左右，当阴极一控制极电压低于截止电压时，阴极表面中心部位出现电 子加速场，达到一定温度的阴极就可以发射出电子束来，电子束经g 2 加速，形 成高速电子束流。 6 郑州大学工程硕士论文 灯丝h i 、阴极k 控嗣板g t 、加速a t e ；2 、第_ 二阳极( 聚焦掇) g 3 和高难阳极( ； 图2 - 3u p f 电子枪的结构 f i g u r e2 - 3u p fe l e c t r o ng u n ss t r u c t u r e 电子枪的第二个作用是使用视频信号来调制电子束流。电子束流由阴极和 控制极的电位控制。目前显像管一般采用阴极调制的方式，也就是控制极接地， 将视频信号加到阴极上，此时阴极电压越向负极变化，电子束流就越大，所以 称负极性调制。这种调制方式对电子束的控制较强，调制灵敏度也较高。 电子枪的第三个作用是利用电子透镜汇聚电子束，并在荧光屏表面上将电 子束聚成小点。高速电子束流经g 2 和g 3 构成的预聚焦透镜被压缩变细，再静 g 3 、g 4 、g 5 构成的聚焦透镜进一步聚焦，在荧光粉面上产生足够小的光斑【1 0 1 。 3 、荧光屏 荧光屏是实现显像管电光转换的关键部位之一，要求有非常高的发光亮度和 发光效率。另外其发光光谱必须能适合人眼的特性。图像分辨率高、传递效果 好，余辉时间适当，机械、化学、热稳定性好，寿命高。 荧光屏是由涂覆在玻壳内表面的荧光粉层和叠于荧光粉层上面的铝膜共同 组成的。 显像管的发光性能首先取决于所用的荧光粉材料。黑白显像管的荧光粉称 白场粉，一般用两种荧光粉混合制成，或直接采用单一白色粉。 如果在荧光粉层的表面蒸度一层厚度为0 1 - 0 5i im 的铝膜，并使之与电子 枪的阳极相连的话就可以提高图像显示性能，这样得到的荧光屏被称为金属化 荧光屏。 这种荧光屏具有三大优点：一是铝膜与电子枪的阳极相连，可以防止介电 性的荧光粉负电荷积累导致的荧光面电位下降；二是铝膜可将荧光粉所发向管 7 一 一卜 一 下 尸午 p l c 控封技术在阳撮帽机中的应用与研究 内的光线反射到观察者一侧，从而增高荧光屏亮度并改善对比度：三是铝层能 有效地阻挡管内负离子对荧光粉的轰击，防止荧光屏出现离子斑。 2 1 3 彩色显像管 一、彩色显像管的工作原理 显示彩色图像的显像管称为彩色显像管。彩色图像的显示基于三基色原理。 任何彩色都可以用红、绿、蓝三种基色按一定比例和方式配合而生成。彩色显 像管不同于黑自显像管，它有产生三种基色的荧光屏和激励荧光屏上数以万计 的三基色单元的三个电子束。只要三基色荧光粉所产生的光的分量不同，就可 以形成自然界的各种颜色。如红绿蓝三基色的光通量依一定的比例配合就可 以成白光。红和绿配合就生成了黄光。红和蓝配合就生成了紫光。只有红枪的 电子柬能激发红粉发红光只有蓝枪的电子柬能激发蓝粉发蓝光，只有绿枪的电 子束能激发绿粉发绿光。如果三柬电流均为零( 荧光屏未被敷发) 则荧光屏呈 黑色。 彩色电视信号的传输不同于黑白电视之处就是除亮度信号外还有一个色度 信号。彩色电视机接收这两个信号，经过处理后分解为三个f 红、绿、蓝) 亮度 信号分别去调制相应的电子枪。 t 脚 蹦“彩色显像管的结构 f i g u r e 2 - 4c h r o m o s c o p e 。ss t l u c t g f e 二、彩色显像管的发展及分类 由于彩色显像管利用电子枪产生色彩的方式不同所以有很多种类。接色彩 重现控制方式进行分类彩色显像营可以分为：荫罩式、聚焦栅式、束指引式 和穿透式四大类，在四十多年的发展过程巾占主导地位的是荫罩式、三枪三 一一 # 嚣 lrfl多 郑州大学工程硕士论文 束、单枪三束和自会聚彩色显像管。 1 、三枪三束彩色显像管 三枪三束管中每一个电子枪相对于黑白显像管中的电子枪，都有自己的发 射系统、预聚焦系统与主透镜系统。三枪三束管j 下常工作的一个重要条件是， 三电子束沿荫罩面扫描时必须始终能会聚在荫罩面的同一点上，这样才能使三 束共同穿过同一荫罩孔并分别打在一个粉点组的三基色荧光粉点上。但是实际 实现上很难达到满意的效果，且制造成本耐1 2 1 。 2 、单枪三束管 这种显像管由索尼公司发明并使用，通常叫“特丽珑”管。它的出现是彩 色显像管向自动校正动态会聚误差迈进了一大步。单枪三束管有三个阴极，但 发射的三束电子用同一电子枪聚焦。三条电子束在同一平面内呈一字排列，因 此在任何偏转状态下三条轨迹大致都能保持在同一水平线上，故只需进行水平 方向的动态会聚误差校正。静会聚靠垂直安置的会聚板来实现。总之，单枪三 束管大大简化了会聚的调节。为了提高束通过率，采用垂直条状栅网荫罩，使 透过率提高到约为3 0 。 单枪三束管图像亮度高，偏转功率低，结构简单，成本低。其缺点：条型 阴栅刚性差，易颤动、影响图像清晰度、柱形屏面耐压差、动会聚仍不理想【1 3 1 。 3 、自会聚彩色显像管 自会聚显像管可以完全取消动态会聚电路，只靠偏转磁场本身的特殊分布 就可以实现会聚，因而调节非常简单。同时取消了动会聚线路，节省了约1 0 0 多个动会聚元件，使整机成本大幅度降低。自会聚显像管在当前占绝对优势。 黑白显像管是由玻壳部分、电子枪部分、偏转线圈部分和荧光屏等几部分 组成。如图2 - 4 所示，彩色显像管除了上述几种与黑白显像管相同的部分外( 当 然彩色显像管的电子枪比黑白显像管的复杂的多) ，还多了一个荫罩部分。荫罩 就是在彩色显像管内部的荧光屏前l c m 处，装有一块有很多d , - 孑l 的薄钢板也叫 荫罩板。在荫罩上面开有约4 0 万个排列有序的条状小孔( 荫罩孔) ，每一个小 孔对应荧光屏上一组荧光粉条，它们的作用是使r 、g 、b 电子束只能轰击与自 己对应的荧光粉条，从而在荧光屏上重现各种颜色，所以荫罩板还叫选色板。 综上所述无论是黑白显现管还是彩色显像管，都有一个玻璃外壳和内部的 9 p l c 控制技术在阳极帽机中的应用与研究 电子原器件组成。在显像管正常工作时玻壳内部还需要抽成真空，所以对玻壳 部分的要求较高，玻壳的尺寸决定了显像管的规格，所以玻壳制造行业对显像 管的生产极为重要【1 4 1 。 2 2 玻壳工业概述 从前面的论述中我们知道，显像管玻壳是显像管的重要组成部分，对于显 像管的生产至关重要。但是由于玻壳的生产技术要求较高，生产设备的投资非 常巨大。所以一般情况下，显像管制造厂家并不自己生产玻壳而是使用由玻壳 生产企业为其提供的玻壳。这种生产模式更有利于工业化生产的分工，更便于 组织大规模的工业化生产，以保证生产成本的低廉性和品质的优良性。这种生 产模式在世界范围内得以广泛地推广。 美国康宁公司是一家专门的生产特种玻璃制品的公司，也是最早发明显像 管玻壳工业化生产的企业。可以为显像管厂提供大量的价格低廉、质量有保证 的玻壳。如曾经最大的显像管制造商美国的r c a 公司就是康宁公司的客户。 全世界的玻壳生产企业的生产技术和生产方法都是直接或间接地来自康宁 公司。如日本的旭硝子玻璃公司、韩国的三星康宁合资公司等。 我国最早的黑白显像管的生产技术来自前苏联，相对于欧美的生产工艺， 前苏联的生产技术比较落后，生产效率低，有很多工艺需要工人手工操作，所 以质量也没法得到保证。如：四川红光真空电子管厂和天津黑白显像管厂都是 采用了前苏联的技术【1 引。 八十年代开始，按照国家发展彩色电视的总体规划，我国从国外进行了彩 色电视生产技术的引进工作。其中比较大型的引进项目有彩色显像管总装厂彩 虹显像管厂，专门生产彩管玻壳的有安阳彩色显像管玻壳项目和赛格三星玻壳 项目。 2 3 玻壳生产工艺介绍 显像管玻壳的生产过程就是将温度为1 0 0 0 。c 以上的液态玻璃通过压铸设 备注入到专门的模具中，同时施加一定的压强使玻璃在凝固前充满整个模具内 部，经过一段时间的冷却后得到内部致密、没有内部缺陷的玻璃壳体【1 6 1 。 在整个成型过程中壳体温度的变化范围很宽，各处温度的变化不均匀。这 将导致玻壳内部产生温度应力甚至裂纹。因此这种通过压铸制成的玻璃制品的 1 0 郑州人学工程硕士论文 外形特点应该是各处的厚薄基本相同，对于厚度相差过大的制品是不能通过模 具一次压铸成形的。 显像管玻壳各部位的厚度差异较大，其中屏壳部分较厚，锥壳后部的尾管 非常薄，如果采用如灯泡玻壳似的吹制方法是无法完成的。而且显像管玻壳各 部分的玻璃成分有不同的要求。这就使得显像管玻壳的制作必须采用分体进行 的方式。 如前所述显像管玻壳主要由管颈、锥体和屏玻璃三部分组成。管颈内部安装 有电子枪。玻璃锥体将屏玻璃和管颈连接起来，其张开角由代表该型显现管最 大的电子束偏转角度。同样尺寸的荧光屏，偏转角巾越大，管子管身长度就越 短，这样就可以减少电视机机身的厚度。国产标准显像管主要有7 0 。、9 0 。、 1 1 0 。和1 1 4 。等几种规格【1 7 1 。 黑白显像管玻壳的玻璃成分要求较低，生产工艺相对来说较为简单。彩色 管玻壳的形状和功用与黑白管玻壳相同，但是由于工作时使用的电压高达2 5 - - - - 3 2 千伏比黑白显像管高得多。彩色显像管的荧光屏在这种高能量电子束的轰击 下不仅会辐射x 射线，而且时间一长荧光屏本身会变为棕褐色。所以彩管玻壳 屏玻璃的材质要求较高，目前彩管的屏玻璃通常都采用特制的钡锶铈玻璃。 由于彩管工作时有特殊的要求，所以屏的几何尺寸误差比黑白显像管要小， 精度要求很高。 彩管的锥壳部分在使用时还会有不少x 射线从这里泄露。这主要是由于彩 管中在荧光屏前安装了荫罩网产生的。 彩管中为了分色，需要在荧光屏前放置荫罩。这样一来彩管中的电子束不仅 轰击荧光屏而且有8 0 的电子束流打在荫罩上，这样有7 5 左右的x 射线要 从彩管的锥体泄漏出来。所以锥体部分的玻壳要采用含铅量( p b o ) 达2 1 以上 的高铅玻璃以吸收7 5 - - - - 8 0 的x 射线。 所以彩色显像管玻壳的生产难度较高，除了其屏玻璃和锥壳玻璃的成分要求 不同外，彩管屏玻壳的几何尺寸精度要求也比黑白显像管的要求高。 另外通过前面的叙述，我们知道彩管玻壳的屏玻璃与锥玻璃的成份差异很 大，所以在实际生产中将彩管玻壳分为三部分：屏玻壳、锥玻壳和尾管。 其中锥玻壳在安装好阳极帽后将进行头部切除，同厚度很薄的尾管进行封 p l c 控制技木在目桎帽机中韵应用与研究 接。封接后的锥壳经过退火后就可以作为产品下线了。 现在的彩管生产企业一般是将彩管玻壳分成屏玻壳和锥玻壳两部分分别 进行组织生产的。其中锥玻壳的形状较屏玻壳复杂，同时锥玻壳的表面上耍安 装阳极帽。屏玻壳的形状相对简单些，但是玻壳表面的几何尺寸精度要求较高 【。 生产好的屏玻壳如图2 5 所示和锥玻壳如图2 - 6 所示威套包装，提供给显像 管生产企业，象国内的彩虹集团、以及东芝、r 立等众多显像管总装厂。 在显像管总装厂的生产线上进行显像管内部器件的安装，最后将锥壳与屏 玻壳两部分利用火焰连接密封起来。 圈2 - 5 彩臂屏玻壳 圈2 - 6 彩管锥破壳 f i g u r e 2 - 5p a i n t e r s b r a s h f i g u r e 2 缶p a i n t e r s b r u s ha w l s c r e e g l a s s c a s e # a s s c a s e 由于本文中所提到的阳极帽封装机是在彩管锥壳的生产过程中使用的加工 设备所以下面主要介绍+ 下彩管锥壳的生产过程。 2 4 彩管锥壳的生产过程 彩管锥壳的生产工艺可以概括为以下过程：首先在锥壳玻璃熔炉中按要求 进行原料配比后进行玻璃的加热熔解，熔亿后的玻璃液通过通道被送入锥壳压 机，在压机上压制成型。通过机械手取出玻壳( 此时玻壳的温度在4 0 0 。c 以 上) 。放在自定位传送带上，送到用极帽封装机。再次通过机械手将余温近4 0 0 。c 的锥壳取出放入阳极帽机的工位上，十工位阳极帽封装机对锥壳依次进行： 预热、冲孔、放置阳极帽、对阳极帽附近玻壳进行加热至阳极帽完全植入玻壳 等各项工作。晟后通过机械手将封装好阳极帽的锥玻壳从阳极帽封装机上取出， 放入传送带上送入退火炉进行退火处理。 经检验合格的锥壳被送入下一工序进行锥壳与尾管的安装。玻壳的头部经 测量后被环形切除，切除头部后的锥壳与事先制好的厚度很薄的玻璃尾管进行 瓣r 郑州大学工程硕士论文 对接，接缝处用高温火焰进行封接。 锥壳尾部的玻璃管内是安装电子枪的地方。此处玻璃管的厚度与锥壳相比 相差非常悬殊。所以将它们分成两部分来分别制作，最后再进行对接。这时的 锥壳再经过二次退火，各处封接面倒角研磨抛光，及锥壳内部的清洗和干燥， 就可以作为成品锥壳包装入库了。 2 4 1 彩管锥壳的玻璃材质 由于显像管在工作时内部要求真空，管内外的压强差异很大。大气压作用 在显像管玻壳上的压力随显像管尺寸的增加而增加。同时电子枪正常工作时灯 丝的温度在7 0 0 。以上。显像管在j 下常工作时内部有些地方存在局部高温，停 止工作后显像管的温度又重新回到了室温。所以显像管玻壳对玻璃的机械性能 有一定的要求，具体包括玻璃的耐压强度、防爆性能、耐热、冷冲击和热膨胀 性等多项指标【1 引。 锥壳玻璃的透过率要达到5 7 ，要有优异的防x 射线的性能，同时还要有 一定的导电性。 锥玻璃的主要化学成分如表2 1 所示： 表2 - 1 锥壳玻璃的主要成分 t a b l e2 - 1a w ls h e hg l a s sp r i n c i p a lc o n s t i t u e n t 成份s i 0 2a 1 2 0 3m g o c a on a 2 0k 2 0 s b 2 0 3f c 2 0 3 p b o 含量 5 1 3 4 0 2 5 5 3 2 6 7 8 o 0 1 o 0 5 2 3 5 以上数据仅为锥壳玻璃的主要成分，仅供参考，具体详细成分由于涉及厂 家的生产技术保密性要求，并未列出。 2 4 2 锥壳生产中的主要设备 锥玻壳生产时的工艺过程如图2 7 所示 illin1 uu | ili l - - - 一 后 i - - - - - - - 锥玻璃 退火炉 、 续 熔炉 - 工 艺 一7 1 ，v 一弋 ii 舸确睡p、 图2 7 锥玻壳生产流程示意图 f i g u r e 2 - 7a w l g l a s s c a s e p r o d u c t i o np r o c e s s s c h e m a t i c 从图2 7 中可以看出，在锥玻壳的生产过程中比较重要的生产设备主要包括 1 3 眦控制拄术在m 楹帽机中的应月与w 究 可以分为下面几步： 1 、玻璃熔炉和供抖通道 2 、锥壳压机，即图中的c h p 部分； 3 、阳极帽封装机：即图中的g b m 部分； 4 、退火炉： 其中本文中主要提到的阳极帽封接机就是流程圈中的g b m 部分，后面的论 述中有时为了描述问题方便就将阳极帽封装机部分简称为g b m 。 2 5 锥壳生产中的阳极帽封装 2 5 1 阳极帽的作用 阳极帽如图2 - 8 所示是一个很小的金属部件，封装在显像管锥壳的外表面。 封装完成后，显像管内韶通过阳极帽可以和外部连通。封装好的阳极帽有些资 料上叫高压嘴。 1 3 4 一 曹啻豳 圜一 目2 - 8g - 种规格的阳极帽 f i 蛐m 2 - 8e a c hk i n d o fs d e c i f i c a 6 0 na l l o d e 啪 蓼曩雾鼍 旷2l 2 劁譬副宣pr j：j 1 - _ _ - _ l - _ _ _ _ 一i 。t 一l 图2 - 9 电视机中的高电压部分 1 、高所口极2 、r 像管锥壳； 3 、“像管捅脚；4 、高抹包 f i g u r e2 - 9 i nt e l e v i s i o n s h 袖 v o l t a g e p a 1 、h i g h - v o l t a g ua a o d e ；2 、t e l e l l o n a w ls h e d ；3 t h e k k n o n i n s e r t f o o t ； 4 、t h eh i g h d s 邬”w r a p s 圈2 1 0 显现管实体示意图 i 显像管锥壳：2 、目楹帽( 高压嘴) f i g u r e2 - 1 0a p p e a r a n c e t u b e e n t i t y s c h e m a t i cd 日w i n g 1 、t e l e u o aa w ls h e l l ；2 、a a o d ec a p ( h 蛐p m u m d 删m ) 阳极帽是一个向显像管内输送高压的部件。如图2 - 9 所示，为电视机实体 中高压音| j 分的示意图。其中显像管工作时所需要的高电压由线路板卜的高压线 郑州大学工程硕士论文 包产生，通过专用绝缘导线封接到显像管锥壳的高压嘴处。图2 1 0 所示为成品 显像管上阳极帽位置的示意图。 在前面显像管工作原理部分我们知道，电视图像的成因是由于电子枪射出 的调制电子束轰击荧光屏所致。这个调制电子束的加速是靠加速电场完成的。 这个加速电场的方向就是由显像管锥壳内部的高压阳极指向尾部的电子枪处。 阳极帽的作用就是提供电场阳极，起一个阳极导电头的作用，把高压电从高压 包传到显像管锥壳内壁的石墨导电涂层上从而建立电场对电子束进行加速。 如前面所述当前显像管高压部分的设计都是通过显像管玻壳锥体上装设的 高压帽来向显像管内输入高压的。显像管内壁涂覆有石墨导电层，高压从玻壳 锥体上的阳极帽进入后与玻壳内壁的导电层相通，并与电子枪内的a 2 和a 4 阳 极相连如图2 2 所示。这样高压经高压帽输入到显像管内，就不用从管座引入 了，管脚插座绝缘材料的耐高压指标可以显著降低。 玻壳外涂层石墨与电视机的地相连并与高压帽绝缘，内外石墨层在璃壳壁 形成的高压电容器，还可兼作为高压整流滤波电容。 2 5 2 阳极帽封装工艺和技术要求 显像管的正常使用是在内部保持真空状态下工作的。而阳极帽处是显像管 内部与外部产生电气联系的通道。所以锥壳表面的阳极帽封接后必须要有足够 的机械强度和热稳定性，保证在以后的使用过程中能承受一定的机械冲击。其 次，要求气密性良好，保证其在高电压状态下的绝缘特性和使用寿命。 一、阳极帽封接原理 锥壳的制作过程中要将金属材质的阳极帽封接到玻璃里去，工艺上会有很 高的要求。主要是这两类材料的热膨胀性不同，热膨胀系数差异较大。显像管 在正常使用期间会有范围较大的温度变化，从而导致金属和玻璃之间产生温度 应力至致裂纹的出现及结构失效。 目前对阳极帽的处理办法是在其金属材质表面生成一层致密的氧化物，让 氧化物层直接和玻璃接触，以此达到改善这两种性质相差悬殊的材料之间连接 性能的目的。为了保证阳极帽与锥壳能够封接密实，一般要求纯金属与玻璃问 的粘着力要小于其氧化物与玻璃问的粘着力。 阳极帽的封装方法一般是通过高温火焰对阳极帽周围的玻璃进行加热至其 1 5 p l c 控制技术在阳极帽机中的应用与研究 熔融状态，使阳极帽自然沉入玻壳表层，然后对其进行顶压修正，待锥壳冷却 后与阳极帽连成一体。 二、阳极帽的材质