自動(dòng)除泡機(jī)大尺寸腔體的設(shè)計(jì)與研究

陳 婧，楊子俠，段青鵬，張 君

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024)

自動(dòng)除泡機(jī)大尺寸腔體的設(shè)計(jì)與研究

陳 婧，楊子俠，段青鵬，張 君

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024)

除泡機(jī)是觸摸屏生產(chǎn)工藝中的重要設(shè)備，其自動(dòng)化和大尺寸是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)；在中、小尺寸自動(dòng)除泡機(jī)腔體的基礎(chǔ)上完成了全新的設(shè)計(jì)，針對(duì)大尺寸腔體的技術(shù)難點(diǎn)，提出了解決方案，并對(duì)腔體進(jìn)行了受力和數(shù)據(jù)分析;最終的腔體具有尺寸大、耐壓高、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。

液晶顯示器；偏光片；除泡機(jī)；大尺寸腔體

在觸摸屏的生產(chǎn)工藝中，除泡設(shè)備主要通過(guò)高壓高溫的原理排除LCD與偏光片之間殘存的氣體，也可用于LCD與觸摸屏貼合后氣泡的消除，增強(qiáng)貼合強(qiáng)度，是重要的工藝設(shè)備。

目前傳統(tǒng)的除泡機(jī)主要是將玻璃放置于塑盒上，塑盒堆積置于腔體中，對(duì)腔體內(nèi)空氣加壓加熱，消除玻璃貼合產(chǎn)生的氣泡。玻璃放置于塑盒上時(shí)需要貼周轉(zhuǎn)膜避免周轉(zhuǎn)時(shí)玻璃表面劃傷，并且需要專人周轉(zhuǎn)玻璃，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)；另一方面腔體大都采用圓型壓力容器，容積大導(dǎo)致充氣和加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，除泡工藝時(shí)間長(zhǎng)，造成成本浪費(fèi)和效率低下。

自動(dòng)生產(chǎn)線是自動(dòng)化設(shè)備未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，隨著人力成本的不斷提高和觸控行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)觸控設(shè)備提出了更高的要求，工藝設(shè)備必須具備自動(dòng)化、聯(lián)線式等特點(diǎn)。對(duì)于全自動(dòng)除泡機(jī)，可以更好的與客戶現(xiàn)在自動(dòng)機(jī)連接，降低客戶升級(jí)生產(chǎn)線的成本，用機(jī)械手代替人工來(lái)提高產(chǎn)線效率、提高產(chǎn)品的良率。

另一方面隨著手機(jī)、平板等觸摸屏的大型化發(fā)展趨勢(shì)，特別是對(duì)175 mm（7英寸）以上中、大尺寸觸摸屏的除泡將完全取代傳統(tǒng)工藝，由于它自身特殊的工藝必須要高于0.5 MPa的壓力才能將氣泡去除，因此，設(shè)計(jì)開發(fā)出可以承受高于0.5 MPa的壓力大尺寸腔體除泡設(shè)備對(duì)工藝設(shè)備的自動(dòng)化發(fā)展起著重要的增速作用。

1 大尺寸在線除泡機(jī)腔體的開發(fā)分析

全自動(dòng)除泡機(jī)與傳統(tǒng)除泡機(jī)相比，腔體容積小，充氣到壓力時(shí)間短，進(jìn)而使單次除泡工藝時(shí)間大幅縮短。矩形殼體具有有效使用截面大，腔體高度小，腔體質(zhì)量小，成組組裝后便于自動(dòng)運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，目前中小尺寸自動(dòng)除泡機(jī)的腔體主要采用抽屜推拉式設(shè)計(jì)，主要由矩形殼體和殼體蓋組成，都采用硬鋁材質(zhì)(結(jié)構(gòu)如圖1、2所示)。

圖1 ZCP-8腔體

圖2 ZCP-8腔體托盤

中小尺寸自動(dòng)除泡機(jī)的腔體分析:

（1）腔體采用矩形壓力腔體設(shè)計(jì)，矩形殼體設(shè)計(jì)，受力強(qiáng)度差。

（2）腔體托盤組件置于腔體內(nèi)部，載物托盤由電機(jī)及絲桿帶動(dòng)自動(dòng)伸出與退回，占用腔體內(nèi)部空間，導(dǎo)致腔體空間大，可有效利用的腔體小。

根據(jù)《簡(jiǎn)單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，工作壓力與容積的乘積大于或等與2.5 MPa·L該容器將必須受國(guó)家監(jiān)管，這種腔體結(jié)構(gòu)可放入腔體內(nèi)除泡的產(chǎn)品尺寸小，數(shù)量少，而隨著產(chǎn)品尺寸的增大，托盤尺寸也隨之增大，腔體空間必然要求加大。根據(jù)市場(chǎng)需求，腔體承受的壓力也要增大，空間也要增大，這種抽屜式推拉結(jié)構(gòu)必然不符合《簡(jiǎn)單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》。

這種腔體結(jié)構(gòu)已不能滿足現(xiàn)在的市場(chǎng)需求，因此，在該設(shè)備的基礎(chǔ)上，進(jìn)行再次開發(fā)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出更適合市場(chǎng)需求，能更多放置產(chǎn)品，能承受≥0.5 MPa壓力的大尺寸腔體。

2 大尺寸腔體的設(shè)計(jì)以及厚度分析

2.1 需解決的關(guān)鍵技術(shù)

（1）突破以往抽屜式腔體的設(shè)計(jì)，將托盤與腔體分離；

（2）托盤的伸出縮回及升降運(yùn)動(dòng)；

（3）腔體尺寸厚度結(jié)構(gòu)分析。

2.2 腔體設(shè)計(jì)要滿足的條件

（1）承受高壓0.7 MPa；

（2）托盤尺寸要大，可有效利用的尺寸要大；

（3）工作壓力與容積的乘積小于2.5 MPa·L。

大尺寸腔體采用腔體蓋板與托盤分離的結(jié)構(gòu)，這樣避免了托盤占用腔體空間，使得腔體托盤有效使用面積增大。

2.3 解決方法

（1）大尺寸腔體采用腔體蓋板與托盤分離的結(jié)構(gòu)。腔體上蓋采用t＝25 mm與h＝110 mm的加強(qiáng)筋焊接而成，焊接時(shí)邊緣留出10 mm空間固定用，上下腔體上蓋用連接板相連固定。托盤采用30 mm厚的鋼板加工而成，有效空間為800 mm×500 mm× 5 mm，工作壓力與容積的乘積為2.0 MPa·L，小于2.5 MPa·L，符合設(shè)計(jì)要求。托盤水平上下運(yùn)動(dòng)，托盤上升后，密封圈充氣膨脹，與腔體上蓋緊密接觸形成一個(gè)密閉充氣腔。

（2）托盤運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。托盤既有水平方向運(yùn)動(dòng)又有豎直方向運(yùn)動(dòng)，托盤水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)伺服電機(jī)、滾珠絲桿和導(dǎo)軌的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。伺服電機(jī)通過(guò)角度轉(zhuǎn)換器及橫向連桿將兩組導(dǎo)軌絲杠連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)兩組導(dǎo)軌絲桿的同步運(yùn)動(dòng)；托盤垂直運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)氣缸的上升運(yùn)動(dòng)和凸輪支撐機(jī)構(gòu)的組合來(lái)完成。

（3）腔體尺寸厚度結(jié)構(gòu)分析。當(dāng)托盤與腔體上蓋形成一個(gè)密閉腔時(shí)，腔體內(nèi)壓力可達(dá)0.7 MPa，腔體上蓋和腔體托盤都受到很大的壓力，作用在機(jī)構(gòu)上的力，不僅影響設(shè)備的安全性，也是決定相應(yīng)構(gòu)件尺寸及結(jié)構(gòu)形狀的重要依據(jù)，所以新設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，必須對(duì)機(jī)構(gòu)的受力情況進(jìn)行分析。

根據(jù)國(guó)家容規(guī)，對(duì)壓力容器的屈服強(qiáng)度安全系數(shù)有明確的規(guī)定，如表1所示。

表1 部分國(guó)內(nèi)外壓力容器標(biāo)準(zhǔn)材料許用應(yīng)力選取方法和安全系數(shù)表

大尺寸腔體要承受高壓（設(shè)計(jì)分析：0.8 MPa，實(shí)際：臆0.7 MPa）腔體上蓋材料及受力等參數(shù)為：腔體上蓋采用t＝25 mm與h＝110 mm的加強(qiáng)筋焊接而成

材料：Q235

載荷：0.8 MPa

約束：兩側(cè)

腔體上蓋在受一定的約束和載荷的情況下，應(yīng)力情況和變形如圖3、4所示。

其分析結(jié)果表明：腔體上蓋在約束和載荷作用下，所受到的最大應(yīng)力在約束面附近，其應(yīng)力都小于屈服力，最小安全系數(shù)為2.889，上蓋中間變形量最大，約為0.16 mm。

腔體托盤材料及受力等參數(shù)為：

腔體托盤：t＝30 mm的鋼板，中間10 mm的空腔

材料：Q235

載荷:0.8 MPa

約束：下表面四處

圖3 腔體上蓋應(yīng)力分析

腔體托盤在受一定的約束和載荷的情況下，應(yīng)力情況和變形如圖5、6所示。

分析結(jié)果表明：腔體托盤在約束和載荷作用下，所受到的最大應(yīng)力在約束面上方，其應(yīng)力都小于屈服力，最小安全系數(shù)為3.05，托盤兩端變形量最大為0.11 mm。

圖4 腔體上蓋應(yīng)變分析

圖5 腔體托盤應(yīng)力分析

圖6 腔體托盤應(yīng)變分析

即腔體上蓋和托盤在0.7 MPa高壓下，其最小安全系數(shù)分別為2.889和3.05，遠(yuǎn)大于容規(guī)規(guī)定的1.6，因此，腔體上蓋和托盤結(jié)構(gòu)形狀都很安全，腔體充氣時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生不良影響。設(shè)計(jì)的腔體結(jié)構(gòu)耐壓高、安全系數(shù)高。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著智能顯示設(shè)備的普及，國(guó)內(nèi)觸摸屏行業(yè)發(fā)展迅速。觸摸屏正在迅速成為一種最時(shí)尚的人機(jī)界面，它的應(yīng)用增長(zhǎng)市場(chǎng)除了手機(jī)、個(gè)人娛樂(lè)產(chǎn)品等比較傳統(tǒng)的應(yīng)用之外，車載多媒體系統(tǒng)、筆記本電腦、電子書和智能家電等也成為新一輪推動(dòng)觸摸屏發(fā)展的動(dòng)力。

觸摸屏工藝技術(shù)不斷發(fā)展，自動(dòng)化和大尺寸是除泡設(shè)備未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)，上述重新設(shè)計(jì)開發(fā)的大尺寸腔體結(jié)構(gòu)順應(yīng)了除泡設(shè)備未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，滿足了觸控和面板廠商對(duì)除泡新工藝的要求，具有自動(dòng)化程度高、尺寸大、耐壓高、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。

[1] 國(guó)家質(zhì)檢總局.簡(jiǎn)單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[M].北京：新華出版社，2007.

[2] 國(guó)家質(zhì)檢總局.固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[M].北京：新華出版社，2009.

[3] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2005.

[4] 鄧陽(yáng)春.確定壓力安全系數(shù)原則[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2008.18(6)：84-88.

Design and Research of the Large Size Cavity for Automatic Polarizer Clave Machine

CHEN jing，YANG zixia，DUAN qingpeng，ZHANG jun

(The Second Research Institute of CETC，Taiyuan030024，China)

Polarizer Clave Machine is an important device in touch screen production process，the automation and large size is the future trend of the development;A new design was done according to the medium and small-sized automatic Polarizer Clave Machine，for technical difficulties the large size cavity，proposes its main solutions，forces analysis and data analysis were made to the large size cavity;The final large size cavity have advantages of large size，high pressure and high safty factor.

Liquid crystal display；Polarizer；Polarizer clave machine；The large size cavity

TN605

：B

：1004-4507(2015)07-0039-04

陳 婧（1982-），女，畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，現(xiàn)主要從事液晶和TP設(shè)備的研制開發(fā)。

楊子俠（1982-），男，畢業(yè)于中北大學(xué)，工程師，現(xiàn)主要從事液晶和TP設(shè)備的研制開發(fā)。

段青鵬（1980-），男，畢業(yè)于中北大學(xué)，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事液晶和TP設(shè)備的研制開發(fā)。

張 君（1985-），男，畢業(yè)于長(zhǎng)安大學(xué)，工程師，現(xiàn)主要從事液晶和TP設(shè)備的研制開發(fā)。

2015-04-15