淺談Cell自動(dòng)點(diǎn)燈檢查機(jī)下料單元的設(shè)計(jì)

鐘思達(dá)

（廈門(mén)特盈自動(dòng)化科技股份有限公司，福建 廈門(mén) 361000）

Cell 自動(dòng)點(diǎn)燈檢查機(jī)是通過(guò)高速攝像頭取像，經(jīng)由預(yù)先設(shè)定好的制程參數(shù)細(xì)項(xiàng)，檢測(cè)產(chǎn)品的外觀類、點(diǎn)類、線類、LCD 類、Mura 類、影像類及偏光片類等電測(cè)不良的光學(xué)檢測(cè)設(shè)備。該設(shè)備用來(lái)取代現(xiàn)有TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示器）制造領(lǐng)域制盒后二切所得單粒產(chǎn)品在投入偏光片貼附前的人工檢測(cè)。檢測(cè)后依據(jù)客戶的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分產(chǎn)品的OK 品、電檢NG 品、外觀NG 品及Other 品，產(chǎn)品分類后由Cell 自動(dòng)點(diǎn)燈檢查機(jī)下料單元完成下料。

1 下料單元設(shè)計(jì)要求

Cell 自動(dòng)點(diǎn)燈檢查機(jī)下料單元設(shè)計(jì)要求包括7 個(gè)方面[1]。1）下料Panel（液晶屏）置于Tray（托盤(pán)）內(nèi)，取放片過(guò)程中不造成產(chǎn)品缺陷。2）下料口分OK Port（合格端口）、電檢NG Port（不合格端口）、外觀NG Port（不合格端口）及Others Port（其他端口）4 個(gè)，每個(gè)端口需要配置一個(gè)空托盤(pán)供給端口和托盤(pán)蓋供給端口。3）空托盤(pán)端口需至少堆疊50 層，下料端口需要至少堆疊25 層。4）托盤(pán)蓋管理。下料口滿一摞（25 個(gè)托盤(pán)或其他）后，自動(dòng)填充上1 個(gè)托盤(pán)蓋，讀取托盤(pán)蓋ID（識(shí)別碼）并與整摞Panel（液晶屏）進(jìn)行綁定動(dòng)作，托盤(pán)蓋端口至少可裝10 個(gè)托盤(pán)蓋。5）托盤(pán)和托盤(pán)蓋上下料時(shí)，保證設(shè)備不停機(jī)，保證人員取放托盤(pán)的便利性，取放空托盤(pán)及托盤(pán)蓋需要在30 s 內(nèi)完成。6）能根據(jù)前段制程或機(jī)臺(tái)判定不良，對(duì)應(yīng)流片至相應(yīng)下料端口。7）節(jié)拍：Tack Time（節(jié)拍時(shí)間）≤4 s。

2 下料單元設(shè)計(jì)總體思路

2.1 前期調(diào)研

下料單元的關(guān)鍵點(diǎn)是在節(jié)拍時(shí)間內(nèi)完成產(chǎn)品搬運(yùn)、Tray 蓋和Tray 的搬運(yùn)，Cell 自動(dòng)點(diǎn)燈檢查機(jī)下料單元項(xiàng)目是通過(guò)前期調(diào)研和客戶需求調(diào)查后明確重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的非標(biāo)項(xiàng)目，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是穩(wěn)定、創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)、操作方便。

2.2 明確設(shè)備機(jī)構(gòu)布局

Cell 自動(dòng)點(diǎn)燈檢查機(jī)主要包括上料單元、產(chǎn)品搬送單元、讀碼單元、外觀檢測(cè)單元、電測(cè)檢測(cè)單元、下料單元和設(shè)備In-Line 控制系統(tǒng)單元等[2]。筆者負(fù)責(zé)對(duì)下料單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，下料單元包括下料產(chǎn)品搬運(yùn)四軸機(jī)械手（X/Y/Z/θ）、Tray 和Tray 蓋的搬運(yùn)機(jī)械手、2 組Tray 上料軸、2 組Tray 蓋上料軸以及4 組產(chǎn)品歸類軸（如圖1 所示）。

2.3 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)的輸入

設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)主要包括以下6 個(gè)方面。1）功能：①下料Panel 置于分四類的Tray 盤(pán)內(nèi)。②自動(dòng)上Tray 和Tray蓋，Tray 蓋ID 讀取。2）節(jié)拍：Tack Time ≤4 s。3）產(chǎn)品大小：13 cm～30 cm。4）工作高度：工件臺(tái)表面到地面的高度為（1 100±20）mm。5）定位精度：將搬運(yùn)產(chǎn)品放置在Tray 上，其位置可以任意調(diào)節(jié)，放置精度為±0.5 mm，±1°。6）放置空Tray 與取出滿Tray 時(shí)，設(shè)備仍然可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 下料單元項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度

3.1 設(shè)計(jì)階段（2016年4月1日到6月30日）

設(shè)計(jì)階段主要內(nèi)容以下5 點(diǎn)[3]。1）明確設(shè)計(jì)輸入，確定各項(xiàng)目參數(shù)的要求。2）編寫(xiě)控制程序，設(shè)計(jì)電氣控制電路、氣路。3）設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的方案。4）設(shè)計(jì)機(jī)械機(jī)構(gòu)模型。5）設(shè)計(jì)和審核機(jī)械圖紙。

圖1 下料單元布局圖

3.2 裝配和調(diào)試、設(shè)備改進(jìn)階段（2016年7月1日到8月15日）

裝配、調(diào)試和改進(jìn)包括機(jī)加工、外購(gòu)件等，主要包括5 點(diǎn)內(nèi)容。1）機(jī)械零件的加工。2）外購(gòu)件的采購(gòu)。3）設(shè)備裝配。4）設(shè)備調(diào)試和性能測(cè)試。5）對(duì)設(shè)備存在的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。

3.3 客戶現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段（2016年8月16日到9月15日）

客戶現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段進(jìn)行事項(xiàng)包括2 個(gè)方面的內(nèi)容。1）將設(shè)備發(fā)給客戶，針對(duì)客戶的使用情況以及反饋的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。2）整理資料，包括技術(shù)圖紙、說(shuō)明書(shū)手冊(cè)、線路圖等。

圖2 Tray 導(dǎo)向示意圖

4 下料單元的核心技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 核心技術(shù)

4.1.1 產(chǎn)品下料機(jī)械手

產(chǎn)品下料機(jī)械手采用“H”型龍門(mén)結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用了平行動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)理念。結(jié)構(gòu)緊湊、功能強(qiáng)大，最大限度地節(jié)省了工作空間，可以承受較大負(fù)載。

不過(guò)這臺(tái)借用了尼康高級(jí)入門(mén)膠片單反相機(jī)F80機(jī)身的柯達(dá)DCS Pro 14n性能并沒(méi)有想象中那么好，并且也沒(méi)能幫柯達(dá)從尼康的鏡頭群中占到什么便宜。比如它盡管設(shè)計(jì)了配置256MB緩存的信號(hào)處理系統(tǒng)，但是在當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)超高的1400萬(wàn)像素造成的大影像數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)使DCS Pro 14n的連拍效率只能達(dá)到每秒1.7張，連拍持續(xù)拍攝能力僅為8張左右。這臺(tái)相機(jī)最終也隨著柯達(dá)的慘淡經(jīng)營(yíng)而很快退出了大家的視野。

功能原理：導(dǎo)軌滑塊通過(guò)連接“H”型齒形同步帶，在二維空間（X軸/Y軸）中移動(dòng)。電機(jī)通過(guò)同步帶輪與齒形同步帶相連接，在2 個(gè)固定的主動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下（如圖2所示），使導(dǎo)軌滑塊在伺服電機(jī)被相應(yīng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，能夠接近工作空間中的任何位置。

主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)有以下5 點(diǎn)。1）單個(gè)主動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)：斜線方向運(yùn)動(dòng)。2）2 個(gè)主動(dòng)電機(jī)在同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)：X軸方向運(yùn)動(dòng)。3）2 個(gè)主動(dòng)電機(jī)一正一反轉(zhuǎn)動(dòng)：Y軸方向運(yùn)動(dòng)。4）X行程800 mm，Y行程1 300 mm，移動(dòng)負(fù)載20 kg。5）最快速度1.8 m/s，重復(fù)定位精度：±0.3 mm。

4.1.2 Tray及Tray蓋搬運(yùn)手

為了滿足4 個(gè)位置上Tray 和Tray 蓋的搬運(yùn)，且與產(chǎn)品下料機(jī)械手互不干涉，采用前后分布的2 組搬運(yùn)手的結(jié)構(gòu)來(lái)搬運(yùn)Tray 及Tray 蓋（如圖2 所示）。前側(cè)搬運(yùn)手負(fù)責(zé)搬運(yùn)前側(cè)的Tray1 及Tray 蓋1，且可獨(dú)立控制Z方向的升降，后側(cè)搬運(yùn)手負(fù)責(zé)搬運(yùn)后側(cè)的Tray2 及Tray 蓋2，且可獨(dú)立控制Z方向的升降，2 組搬運(yùn)手共用一個(gè)X軸。

4.2 創(chuàng)新點(diǎn)

4.2.1 “H”型機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

“H”型同步帶機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在水平面上任意位置的停留，大大節(jié)省了安裝空間。相對(duì)于可以實(shí)現(xiàn)同樣功能的四軸機(jī)械手，節(jié)省了采購(gòu)成本。

4.2.2 Tray及Tray蓋搬運(yùn)手吸嘴的安裝方式

吸嘴安裝桿通過(guò)一個(gè)安裝孔來(lái)固定，在水平面上可以擺動(dòng)到任意角度。吸嘴桿上“U”型長(zhǎng)槽孔將吸嘴調(diào)節(jié)到設(shè)定位置。這種吸嘴的安裝方式可以實(shí)現(xiàn)任意角度的調(diào)節(jié)，可以吸附各種尺寸的Tray 及Tray 蓋。

4.2.3 Tray放置導(dǎo)向裝置

如果Tray 搬運(yùn)至指定位置時(shí)偏差太大，容易導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)法放入Tray 中，在堆疊Tray 的過(guò)程導(dǎo)致產(chǎn)品破損。在Tray 放置點(diǎn)四周加上如圖2 所示的導(dǎo)向桿，落料時(shí)由錐形落料導(dǎo)向，到位后由導(dǎo)桿線性導(dǎo)向邊導(dǎo)向。如果Tray 放置偏差在允許的范圍內(nèi)，產(chǎn)品就可放入指定位置。

4.2.4 適合人工上Tray及Tray蓋的抽屜機(jī)構(gòu)

人工上Tray 抽屜機(jī)構(gòu)：人工抽出抽屜（展開(kāi)狀態(tài)），抽屜伸出機(jī)臺(tái)外，將50 層Tray 放置在板上，將抽屜推入到位，感應(yīng)器響應(yīng)。抽屜式上料可以大大方便人工上Tray。

5 設(shè)備使用情況及不足

5.1 設(shè)備使用情況

目前，從客戶的反映情況來(lái)看，客戶對(duì)該項(xiàng)目下料單元的操作、功能運(yùn)用等方面都比較滿意。

5.2 設(shè)備不足之處

設(shè)備的具體不足之處有以下3 點(diǎn)。1）齒形同步帶的損耗：目前平均每8 個(gè)月需要更換一條。2）Tray 位置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：圓桿導(dǎo)向方便定位，同時(shí)會(huì)在Tray 四邊磨出碎屑，影響無(wú)塵環(huán)境的潔凈度。3）管線的布置：由于產(chǎn)品下料機(jī)械手Z方向的行程較大，且還需要旋轉(zhuǎn)，這給布線布管帶來(lái)很多的限制，欠缺對(duì)整體美觀的考慮。

綜上所述，對(duì)于該非標(biāo)設(shè)備，我們密切關(guān)注客戶的評(píng)價(jià)，對(duì)客戶提出的問(wèn)題，我們都盡心盡力的解決。