全自動TP-15 熱壓機的開發(fā)設計

高 艷

( 中電科風華信息裝備股份有限公司， 山西 太原 030032)

自2010 年平板電腦（PAD) 產(chǎn)品從起初的快速增長發(fā)展到穩(wěn)定成熟，日漸形成完善的生態(tài)環(huán)境。尤其近幾年，隨著存儲、屏幕、芯片等相關硬件的升級，以及辦公、教育、娛樂需求的增長，平板電腦的使用場景和使用頻率都有了很大程度的提高。平板電腦在中國市場依然保持大幅增長，同時推動了各家廠商對于平板電腦的重視，各方面資源投入加大，有競爭力的新品不斷涌現(xiàn)，進一步促進了消費者的購買欲望，但普通消費者容易陷入決策困境。本文總結了平板電腦選購的四大標準，即：軟件承載交互適用順暢、可實現(xiàn)多設備聯(lián)動、高質(zhì)量核心硬件、功能擴展?jié)M足進階需求。核心硬件性能是否優(yōu)質(zhì)是選購平板最為基礎的一環(huán)，消費者可在高清護眼屏幕、高端芯片、大容量電池這幾個關注度較高的維度進行綜合考量。

1 TP-15 熱壓機開發(fā)背景

隨著人們對核心硬件高質(zhì)量需求增加，各廠家為了提供用戶體驗感，在各工藝流程上逐步完善工藝，來提升產(chǎn)品質(zhì)量，作為用戶第一感官體驗的觸摸屏的質(zhì)量顯得尤為重要[1]。為了增強觸摸屏的貼合效果、粘接力、抗暴性等技術指標，開發(fā)了TP-15 熱壓機。該設備的功能是對PAD 產(chǎn)品全貼合后的觸摸屏進行加熱、加壓。熱壓機采用高熱導材料傳熱，采用高精密氣缸控制壓力分布均勻，整個工作面溫度一致，保溫和隔熱效果好。該設備設計緊湊，有預置參數(shù)可隨時調(diào)用，也可根據(jù)工藝參數(shù)自行設置，更改溫度、壓力和時間，操作容易靈活，經(jīng)過熱壓處理后最終使PAD 顯示屏效果優(yōu)化。

2 TP-15 熱壓機組成及工作原理

TP-15 全自動熱壓機主要由上料機構、入料移載機構、CG 翻轉(zhuǎn)機構、CG 清潔機構、清潔移載機構1、清潔移載機構2、檢查移載機構、熱壓傳送機構、熱壓機構、下料移載機構、下料傳送帶、FFU 清潔單元等組成，如圖1 所示。

圖1 設備整體結構組成

人工將放置玻璃面板的一摞托盤（Tray）放于托盤上料工位，通過傳送模組1 動作使托盤由人工上料位運動至玻璃面板（CGS）上料位；再由入料移栽機構從托盤中取出玻璃面板，經(jīng)過置于下方的CCD 對位后，放置于翻轉(zhuǎn)機構上。

空Tray 盤通過料盒下料機構拾取至空盤下料位，整齊放置完一摞空盤后，通過傳送模組2 將其運送到人工下料位，由人工取出托盤。玻璃面板由翻轉(zhuǎn)機構180°翻轉(zhuǎn)將產(chǎn)品放置于周轉(zhuǎn)臺。清潔移載機構1 吸取玻璃面板放置到清潔周轉(zhuǎn)臺接料位1，在此運動過程中，清潔機構通過無塵布和粘塵輥完成對玻璃面板CG 面的清潔。清潔周轉(zhuǎn)臺從接料位1 運行到接料位2。移動過程中完成對玻璃面板Sensor 面的風刀清潔。清潔移載機構2 從清潔周轉(zhuǎn)機構接料位2 吸取玻璃面板放置到檢查移載機構上，移動過程中通過風刀完成對CG面的再次清潔。

檢查移載機構Y 向運動，將產(chǎn)品運送至熱壓傳送機構拾取位置1、位置2 或者預留的人工檢查工位，熱壓傳送機構拾取玻璃面板并放置于熱壓機構中，熱壓機構對產(chǎn)品進行熱壓。

熱壓完成后，熱壓傳送機構將產(chǎn)品送至下料傳送帶上。

TP-15 全自動熱壓機工藝流程如圖2 所示。

圖2 設備工藝流程

3 關鍵部件結構設計

3.1 入料移載機構

此機構功能：從托盤中拾取玻璃面板運送并放置于翻轉(zhuǎn)機構上，機構由伺服電機+模組+氣缸+減速機作動力，實現(xiàn)X、Y 向運動、Z 向升降及θ 向旋轉(zhuǎn)。為防止對產(chǎn)品的劃傷及污染，采用防靜電硅膠吸盤實現(xiàn)產(chǎn)品的抓取。移載搬運機構中增加吸附FPC 電路板的真空吸盤，可依據(jù)電路板尺寸及位置進行調(diào)節(jié)，入料移載機構如圖3 所示。

圖3 入料移載機構示意圖

3.2 玻璃面板翻轉(zhuǎn)機構

玻璃面板翻轉(zhuǎn)機構是接收入料移載傳送來的玻璃面板產(chǎn)品，將其翻轉(zhuǎn)180°后放置于周轉(zhuǎn)臺上。該機構采用伺服電機+減速機+電缸控制，設有緩沖功能，同時兼有異常報警功能，如圖4 所示。

圖4 玻璃面板翻轉(zhuǎn)機構示意圖

3.3 清潔移載機構

清潔移載機構吸取玻璃面板放置到清潔周轉(zhuǎn)臺接料位上，在此運動過程中，通過下方的無塵布和粘塵輥對玻璃面板CG 面進行清潔。

機構由伺服電機+模組作動力，實現(xiàn)X、Y 向運動、Z 向升降，移載搬運機構中增加吸附電路板（FPC）的真空吸盤，可依據(jù)電路板的尺寸及位置進行調(diào)節(jié)。清潔移載機構如圖5 所示。

圖5 清潔移載機構示意圖

3.4 CG 面清潔機構

CG 面清潔機構包括離子風吹淋機構、擦拭機構、粘塵輥和風刀部分。擦拭機構采用卷料無塵布+酒精的清潔方式，無塵布可自動收取，酒精采用針管噴射方式，每次噴射劑量可進行設置。

粘塵輥的清潔采用清潔卷紙形式，粘塵輥在清潔紙上以一定壓力滾壓達到清潔目的，清潔紙卷可自動收取。

擦拭清潔、粘塵輥清潔后的產(chǎn)品通過風刀對CG 表面進行移動清潔。風刀清洗頭結構包括兩個超聲波壓力腔和一個真空腔，兩個噴嘴產(chǎn)生的高壓氣刀有效地清除1.6～100 μm 的塵粒。這些塵粒被吸附至真空腔。工件在運行過程中表面會形成一層空氣附著層，超聲波可以有效地破壞附著層。從而使包裹在附著層內(nèi)的微小顆粒被分離出，最后被真空腔吸走，達到清洗目的[2]。風刀工作原理如圖6 所示。

圖6 風刀工作原理示意

同時，為保證清潔效果，采用玻璃面朝下方式進行擦拭清潔。整個機構采用伺服電機+無塵導軌、絲杠副控制。同時兼有異常報警功能。CG 清潔機構如圖7 所示。

圖7 CG 清潔機構示意圖

3.5 檢查移載機構

此機構接受清潔移載機構傳送來的產(chǎn)品后沿Y 向運動，依據(jù)需要將玻璃面板傳送至熱壓傳送機構拾取位置1、拾取位置2 或者預留的人工檢查位置。機構采用直線電機+導軌+伺服電機+模組作動力，如圖8 所示。

圖8 檢查移載機構示意圖

3.6 熱壓傳送機構

熱壓傳送機構共有2 個工位，其功能是將產(chǎn)品送入熱壓機構進行熱壓，并將壓合完成后的產(chǎn)品從壓合平臺搬送到下料傳送帶上。采用X、Y、Z三軸聯(lián)動機構控制。各軸分別采用直線電機+導軌+ 伺服電機+ 模組作動力，實現(xiàn)平穩(wěn)高速運動，如圖9 所示。

圖9 熱壓傳送機構示意圖

3.7 熱壓機構

熱壓機構的功能是對清潔后的玻璃面板進行加熱、加壓，使OCA 膠表面均勻化。為滿足生產(chǎn)效率，共設計12 套熱壓工位。結構如圖10 所示。

圖10 熱壓單元示意圖

熱壓機構設計指標：

1）材質(zhì)SKD61

2）平面度≤10 μm

3）平行度≤20 μm

4）壓力3～6 kg/cm2精度±3%

5）溫度RT～100 ℃9 宮格測量法精度±3 ℃

3.8 下料傳送帶

下料傳送帶的功能為：傳感器自動檢測到玻璃面板產(chǎn)品后，電機啟動將產(chǎn)品自動傳出。結構如圖11 所示。

圖11 下料傳送帶示意圖

3.9 FFU 清潔單元

為防止對空間的污染，整機設備上方裝有FFU凈化單元，其面風速為0.35～1.2 m/s，三檔可調(diào)，過濾器效率≥99.999%@0.3 μm。設備下方開多個導流孔，加裝排風扇，風扇轉(zhuǎn)速為1000 r/min，可使整個機臺的操作空間內(nèi)氣流從上而下流動。 同時托盤放置處與清潔區(qū)域由半透明有機玻璃隔開，防止交叉污染，如圖12 所示。

4 結 論

觸摸屏質(zhì)量直接影響著產(chǎn)品的最終質(zhì)量。通過熱壓工藝，屏幕強度和硬度都有一定的提升，同時還有效地減少光線的反射和散射，提高了屏幕的透光性能和觸摸靈敏度，完全滿足客戶的要求，目前該設備已實現(xiàn)批量生產(chǎn)，為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。