自动ACF邦定机硬件系统

摘 要：随着电子行业迅猛的发展与劳动市场劳动力紧缺，LCM专用设备的自动化、高效率已成为该行业发展的趋势。为了满足市场跟客户的需求，研发了全自动ACF邦定机，重点介绍了全自动ACF邦定机工作原理，设计及硬件系统选型中难点与重点。

关键词： LCM；自动化；ACF；选型

中图分类号：TN949.199 　 文献标识码：B

Hardware System of Automatic ACF Bonding Machine

LI Chun-yan, WANG Zhi-cheng, MA Bing

(Taiyuan Fenghua Information-Equipment. Ltd., Taiyuan Shanxi 030024, China)

Abstract: With the rapid development of electronic industry and manpower shortage, LCM Special equipment of automation, high efficiency has become the development trend of the industry. In order to meet the market and the demand of customer, research and development of automatic ACF bonding machine. Introduced the automatic ACF Bonding machine working principle, design and hardware system in the selection of the difficulties and key.

Keywords: LCM; automation; ACF; slection

引　言

所谓邦定（Bonding），就是液晶模块（liquid crystal module，LCM）制造中电路引出线与外接线的可靠联通。按照生产工艺的要求，这种邦定包括两部分内容，首先是将各向异性导电膜（ACF）与液晶显示（LCD）基板（一种专用的ITO玻璃）邦定在一起（称预邦定或前邦定），然后再将柔性电路板FPC（Flexible PCB）与ACF按工艺要求准确地邦定在一起（称后邦定），也就是预压与主压邦定，从而实现LCM内部电路与外部信号线的可靠联接。

1　功能分析

自动ACF邦定机是一种将各向异性导电膜与液晶显示基板（一种专用的ITO玻璃）邦定在一起（称预邦定或前邦定）的一种专用设备，工作原理是采用制动交流电机来控制料盘的上下动作，由步进带动上料机械手取料放到定位台上，定位后由伺服控制的送料机械手取料放到伺服控制工作台上（同时剪ACF带），负压吸附LCD，移动到粘贴位置，热压粘贴、剥离ACF带、收带、拉带。最后由下料机械手取料放置在后续传送皮带上，完成整个生产过程。

自动ACF邦定机包括有上料单元、ACF单元两个部分。上料单元主要由上料盘部分、取料盘部分、载台部分组成，ACF单元主要由定位部分、ACF邦定部分、下料部分组成。

自动ACF邦定机操作简单、减少操作人员数量、提高效率、减少净化操作间的使用面积，ACF热压温度、压力、粘贴位置、粘贴长度及邦定时间可根据要求进行设定和调节。

生产流程如图1所示。

设备简图如2所示。

2　硬件选型

电气硬件系统主要包括PLC控制部分、电磁制动电机部分、步进传送部分、伺服电机部分、电磁阀、传感器、信号开关塔灯、安全门信号部分。

2.1　PLC控制系统

PLC控制系统选用松下AFPX系列。因步进传送、伺服电机属脉冲控制共有5路及64点输入信号、60个输出信号，而AFPX系列1台最多提供4通道，因此采用2台AFPX-C60T串接使用。

2.2　运动部分

运动传送部分中，上料机械手臂、传送手臂及上下料升降机根据负载及要求速度算出所需转矩及转动惯量，选用最佳电机。

必要力矩及负载转动惯量的计算如下：

负载总重量：m1=25kg

滑动摩擦系数：μ=0.3

滑轮直径：D=90mm

滑轮重量：m2=1kg

效率：η=0.9

安全系数：Sf=2

F=m1*g(sinθ+μcosθ)=25*9.807(sin0+0.3

cos0)=73.6N

必要力矩T=TL*Sf=7.36N·m

负载转动惯量J=Jm1+Jm2=528*10-4kg·m2

根据以上公式的计算结果，对应伺服电机跟步进电机容许转矩表、容许转动惯量表及控制精度与矩频特性，选用适合步进电机或伺服电机。

（1）步进电机与伺服电机控制精度不同

两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、 1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°，也有一些高性能的步进电机步距角更小，如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°，德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机，其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。

交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2,500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10,000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131,072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131,072=9.89秒，是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

（2）步进电机与伺服电机矩频特性不同

步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2,000RPM或3,000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

根据以上公式计算结果，对应伺服电机跟步进电机容许转矩表、容许转动惯量表及控制精度与矩频特性，上料机械手臂不需要精确定位以及矩频特性要求，选用Orientalmotor ARL系列步进电机。传送手臂需要精确定位及控制方式与矩频特性要求，选用安川Σ-V系列伺服电机。

上下料升降机因垂直使用且无需定位，因此采用交流电机，考虑到断电状态上下料升降机防止自动下滑，故采用带电磁制动电机。上下升降机在使用过程中，LCD料盘放入最大负载可达到20kg，根据以上公式计算，因此选用Orientalmotor无励磁动作带电磁制动电动机。

2.3　感应检测部分

光电传感器是从发光部发出信号光在光部接收被测物反射回来的光量，或在受光部接收被测物的遮光量，从而得出输出信号。光电传感器使用红色LED作为光源，可见光束点用来检测颜色标记；光电传感器使用红外LED作为光源，因使用强光束，可以进行长距离检测；光电传感器使用绿色LED作为光源，可见光束点由于光衰系数高，适合检测微小差异，深层区分颜色标记；光电传感器使用激光二级管作为光源，因为光束直线行进且可以形成极小的光点，因此可以长距离检测并且可以检测微小物体。

ACF贴附检测因贴附精度检测长度较长，根据实际应用的参数参照检测距离与区域宽度的特性曲线，因此选用KEYENCE LV-H系列传感器及放大器。

3　结　论

本文阐述了自动ACF邦定机的工作原理及电器控制系统硬件选型，自动ACF邦定机已正式使用，因硬件正确选型使用无误避免了以往步进电机出现丢步问题、伺服电机刚性不够、电磁制动电机因负载过重而导致下滑及光电传感器因检测贴附精度检测不到位出现次品不能及时发现等问题，从而提高了自动ACF邦定机的稳定性及可靠性。

参考文献

[1] 田　施. 运动与控制. 运动与控制论坛，2005. 4.

[2] 欧立恩拓电机商贸（上海）有限公司. 东方马达综合选型手册[M]. 上海：欧立恩拓电机商贸（上海）有限公司，2011. 4.

[3] 李发海，朱东起. 电机学[M]. 北京：科学出版社，2007.

作者简介：李春燕（1984-），女，山西太原人，学士学位，毕业于中北大学，助理工程师，主要从事电子专用设备的研制与开发，E-mail：。

王志诚（1981-），男，山西太原人，学士学位，毕业于山西农业大学，助理工程师，主要从事电子专用设备的研制与开发。

马　兵（1983-），男，山西太原人，学士学位，毕业于长安大学，助理工程师，主要从事电子专用设备的研制与开发。