斜角裁切機切邊送料系統(tǒng)的開發(fā)與研制

王建花，董彥梅，段晉勝，宋俊耀

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原 030024)

偏光片是液晶面板的關鍵零件，約占面板成本的10%左右，而且面板越大，其占成本比例就越高。偏光片的應用范圍很廣，不但能使用在LCD上作為偏光材料，亦可用于太陽眼鏡、防眩護目鏡、攝影器材的濾光鏡、汽車頭燈放眩處理及光量調(diào)整器等，其他還有偏光顯微鏡與特殊醫(yī)療用眼鏡。在LCD的生產(chǎn)工序過程中，必須上下各用一片偏光片，并且成交錯方向置入，主要用途是在有電場與無電場時使光源產(chǎn)生位相差而呈現(xiàn)敏感的狀態(tài)，用以顯示字幕或圖案。如果裁切的上下兩片偏光片角度相差過大就會直接影響到偏光片的透光性能，因此裁切的上下兩片偏光片裁切后尺寸精度是影響LCD質(zhì)量非常重要的因素，送長精度又由實際送料的長度和送料偏位決定。

目前國內(nèi)液晶行業(yè)使用的國產(chǎn)切片機都是對整張進行裁切，斜角裁切機是對整卷偏光片進行裁切，是機電一體化的高科技產(chǎn)品，該設備切割范圍廣，切割精度高，自動化程度和效率都有一定的提高。

斜角裁切機是LCD生產(chǎn)過程中的關鍵設備，切邊送料糾偏是整個設備的的核心部件之一，實現(xiàn)了廢邊去除，精確送料，及時糾偏的功能。從系統(tǒng)特點、工作功能、邊料裁切結(jié)構(gòu)以及具體分析送料精度如何保證和實現(xiàn)。

在切片過程中，偏光片的碎末、PVC墊板的碎末、余膠等物質(zhì)都會停留在切片機刀口周圍和臺面板上，形成多余物。這些多余物在隨后的切片過程中，極易形成對偏光片表面的劃傷、刺傷、表面異物等不良，因此應該及時進行清掃處理，保持切片機臺面的潔凈狀態(tài)。由于切片數(shù)量和使用頻度不同，因此對切片機臺面的清掃工作可以在30～60 min之間進行一次。清掃時，應使用粘有酒精的無塵布進行清掃。

1 整卷切片的工序流程

在整卷切片過程中，工序流程主要為：整卷上料、自動送料、自動糾偏、自動切邊、自動清洗偏光片、定長送料、傳送帶送料、自動清洗傳送帶、自動斜切。這幾道流程是斜切機裁切偏光片的必備工序，其中最關鍵和對精度及良率影響最大的流程是送料和糾偏，因為在切邊定長送料系統(tǒng)中，電機帶動橡膠輥作為送料動力，實現(xiàn)原卷定尺送長度的精確控制，通過皮帶傳送，實現(xiàn)傳送帶同步送料，且?guī)訄A刀切邊系統(tǒng)同步對復合薄膜進行邊料裁切。如果送料中偏光片傳送有偏差而沒有及時糾偏，就會導致裁切的偏光片角度不對和長度不一。

根據(jù)工藝要求和使用性能，裁切機中切邊送料系統(tǒng)部件應解決如下技術難點：一是送料精度高，送料精度是指偏光片送料過程中，理論設定長度和裁切后實際長度之間的誤差，直接決定了產(chǎn)品的良率；二是送料機構(gòu)糾偏快，指送料長度偏位采用糾偏傳感器檢測出偏位量再進行糾偏；三是送料過程偏光片無污染的工藝性能，且該部件直接決定了產(chǎn)品的質(zhì)量性能和良品率。

2 切邊送料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點

為了滿足偏光片裁切工藝流程的要求，解決技術難點，我們切邊送料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中設計了邊料切割部件、定長送料機構(gòu)、自動糾偏機構(gòu)及清洗部件組成。同時由于整卷偏光片寬度在1 000 mm之多，兩邊需要切除廢邊，采用專用的意大利圓刀和圓環(huán)一套配合切邊，并且在送料過程中，裝有清洗部件，用粘塵輥將偏光片正反兩面的灰塵雜質(zhì)清洗，且采用帶粘性的粘塵紙清洗粘塵滾，這樣，保證送料中偏光片無污染。切邊送料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2.1 高精度的定長送料機構(gòu)設計

為了保證送料的精度，使偏光片裁切后精度滿足要求，我們設計了切邊、送料及后續(xù)的傳送帶送料同步和張力控制系統(tǒng)，它是設備的核心部件，設計中包含了精密制造，精密裝配，精密控制和合理設計等理論知識。

送料的傳送和相關工序都采用一個電機，通過齒皮帶傳送使動作流程保證一致。該機構(gòu)是由電機帶動減速機，在減速機軸上裝有皮帶輪，通過皮帶與送料的橡膠輥，下切刀的皮帶輪相連，保證同步。偏光片定長送料通過上橡膠輥和下橡膠輥夾持送料，這樣兩個輥子須有一定的硬度且采用非金屬材質(zhì)增加摩擦力來送料，既不能太硬又不能太光，防止偏光片表面損傷或是夾持送料中出現(xiàn)打滑影響送料長度，經(jīng)過大量的工藝試驗和計算選取，輥子材質(zhì)采用EPDM硬度65°～70°，且空心，外包橡膠厚度為10 mm。

圖1 切邊定長傳送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

送料中的下膠輥通過皮帶和皮帶輪跟主驅(qū)動電機連接，位置固定不能上下移動，而上膠輥由左右兩個氣缸上下同步驅(qū)動，采用調(diào)整塊調(diào)整壓輥間隙，方便夾持送料。為了實現(xiàn)壓輥左右間隙一致，兩個氣缸在跨距約1 500 mm的情況下需很好的同步，在設計中充分考慮了膠輥的上下前后一致，安裝膠輥的左右兩個側(cè)板采用對稱，加工中同時加工，保證各孔之間的相對位置一致，另外，在輥子一端各有一個齒輪相嚙合保證輥子同步；在裝配時，都采用加工中定位的一側(cè)為基準裝配，且調(diào)整輥子之間的平行度。

送長長度采用編碼計算長度，高、低速控制方式。編碼器和主驅(qū)動電機一體，速度最大可以達到35 m/min。

定長送料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 定長送料部件結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 響應速度快的自動糾偏機構(gòu)

糾偏系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，由糾偏控制器、超聲波傳感器、糾偏電機、絲杠導向機構(gòu)等組成。在糾偏過程中，首先糾偏傳感器探測偏光片卷材的邊緣，讀出卷材的實際位置與設定位置的偏移量，并將偏移量轉(zhuǎn)換成與之成正比的電信號，再將電信號送入糾偏控制器，信號經(jīng)過控制器放大、校準后，輸出至糾偏驅(qū)動器，糾偏驅(qū)動器根據(jù)信號的大小，驅(qū)動糾偏絲杠導向機構(gòu)，將卷材恢復至設定位置。

為了保證送料長度的精度，不僅要在機械結(jié)構(gòu)上保證傳送機構(gòu)的傳送輥與原卷機構(gòu)的出料輥保持在同一水平線上，更需要在送料過程中利用自動糾偏系統(tǒng)防止材料跑偏從而影響到送料長度精度。在糾偏過程中，首先糾偏傳感器探測偏光片卷材的邊緣，讀出卷材的實際位置與設定位置的偏移量，將偏移量處理成電信號送入糾偏控制器，信號經(jīng)過控制器放大、校準后，輸出至糾偏電機，驅(qū)動糾偏絲杠導向機構(gòu)，將卷材恢復至設定位置。

2.3 張力控制技術

在送料過程中，整卷偏光片要保證張力穩(wěn)定。在偏光片卷材裁切時，需要使用-定的張力將材料張緊進入清洗和裁切單元，并在啟動、運行及停止等過程中保證張力穩(wěn)定，這樣才能保證送長精度達到技術指標從而保證產(chǎn)品品質(zhì)。因此張力控制是斜角裁切機驅(qū)動控制的技術核心，若張力控制穩(wěn)定，張力波動小，則設備的送長精度及生產(chǎn)效率就高。因此要實現(xiàn)該項技術，不僅要有精確的機械結(jié)構(gòu)設計，還必須要有一套完善的張力控制系統(tǒng)。

2.4 傳送帶機構(gòu)

傳送帶送料和定長送料結(jié)構(gòu)原理一樣，傳動帶主動輪為金屬輥，被動輪為橡膠輥，兩輥水平平行放置，通過氣缸驅(qū)動橡膠輥來調(diào)整壓輥壓力，平行間隙可調(diào)整壓輥間隙。所有皮帶驅(qū)動型式都采取同步帶傳輸。

2.5 皮帶傳送

皮帶傳送包括左右兩側(cè)傳送。左皮帶傳送由電機減速機帶動主皮帶輪，通過皮帶帶動傳送帶送料軸和定長送料軸一起動作，在右側(cè)由傳送帶送料軸上的皮帶輪通過皮帶帶動花鍵旋轉(zhuǎn)，使得花鍵、送料軸和定長軸一起動作。圖3為皮帶安裝示意圖。

傳送皮帶是由圖中水平放置的金屬輥和橡膠輥夾持傳送，同時依靠摩擦力帶動薄膜一起送料，在傳送帶送料中也有自動糾偏機構(gòu)。圖中豎直放置兩個黑色的橡膠輥是用于夾持復合薄膜進行定長送料。

圖3 皮帶安裝示意圖

3 電氣控制部分

整個設備的控制以三菱Q系列PLC為核心。設備中的傳感器，控制按鈕，輸出信號，輸入脈沖均接入PLC，PLC通訊接口與人機操作界面相連。由來自PLC的控制信號控制驅(qū)動器完成相應的電機驅(qū)動。PLC進行邏輯運算，故障判斷，控制定長張力控制和自動糾偏技術。

4 結(jié)束語

LCD是目前顯示行業(yè)中發(fā)展速度快、市場應用廣的顯示器件。因此用于加工LCD行業(yè)偏光片的切割機，具有極佳的應用前景。該系統(tǒng)充分體現(xiàn)了偏光片裁切機的自動化程度，可以廣泛應用于LCD生產(chǎn)廠家，實現(xiàn)其生產(chǎn)設備國產(chǎn)化。

[1] 賀智.TFT-LCD偏光片加工工藝與設備探索[J].山西太原：電子工藝技術，2008.222-224

[2] 馬艷萍.液晶偏光片切片機研制[J].山西太原：電子工藝技術，2002.41-43