斜角裁切机切边送料系统的开发与研制

王建花，董彦梅，段晋胜，宋俊耀

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024)

偏光片是液晶面板的关键零件，约占面板成本的10%左右，而且面板越大，其占成本比例就越高。偏光片的应用范围很广，不但能使用在LCD上作为偏光材料，亦可用于太阳眼镜、防眩护目镜、摄影器材的滤光镜、汽车头灯放眩处理及光量调整器等，其他还有偏光显微镜与特殊医疗用眼镜。在LCD的生产工序过程中，必须上下各用一片偏光片，并且成交错方向置入，主要用途是在有电场与无电场时使光源产生位相差而呈现敏感的状态，用以显示字幕或图案。如果裁切的上下两片偏光片角度相差过大就会直接影响到偏光片的透光性能，因此裁切的上下两片偏光片裁切后尺寸精度是影响LCD质量非常重要的因素，送长精度又由实际送料的长度和送料偏位决定。

目前国内液晶行业使用的国产切片机都是对整张进行裁切，斜角裁切机是对整卷偏光片进行裁切，是机电一体化的高科技产品，该设备切割范围广，切割精度高，自动化程度和效率都有一定的提高。

斜角裁切机是LCD生产过程中的关键设备，切边送料纠偏是整个设备的的核心部件之一，实现了废边去除，精确送料，及时纠偏的功能。从系统特点、工作功能、边料裁切结构以及具体分析送料精度如何保证和实现。

在切片过程中，偏光片的碎末、PVC垫板的碎末、余胶等物质都会停留在切片机刀口周围和台面板上，形成多余物。这些多余物在随后的切片过程中，极易形成对偏光片表面的划伤、刺伤、表面异物等不良，因此应该及时进行清扫处理，保持切片机台面的洁净状态。由于切片数量和使用频度不同，因此对切片机台面的清扫工作可以在30～60 min之间进行一次。清扫时，应使用粘有酒精的无尘布进行清扫。

1 整卷切片的工序流程

在整卷切片过程中，工序流程主要为：整卷上料、自动送料、自动纠偏、自动切边、自动清洗偏光片、定长送料、传送带送料、自动清洗传送带、自动斜切。这几道流程是斜切机裁切偏光片的必备工序，其中最关键和对精度及良率影响最大的流程是送料和纠偏，因为在切边定长送料系统中，电机带动橡胶辊作为送料动力，实现原卷定尺送长度的精确控制，通过皮带传送，实现传送带同步送料，且带动圆刀切边系统同步对复合薄膜进行边料裁切。如果送料中偏光片传送有偏差而没有及时纠偏，就会导致裁切的偏光片角度不对和长度不一。

根据工艺要求和使用性能，裁切机中切边送料系统部件应解决如下技术难点：一是送料精度高，送料精度是指偏光片送料过程中，理论设定长度和裁切后实际长度之间的误差，直接决定了产品的良率；二是送料机构纠偏快，指送料长度偏位采用纠偏传感器检测出偏位量再进行纠偏；三是送料过程偏光片无污染的工艺性能，且该部件直接决定了产品的质量性能和良品率。

2 切边送料系统的结构特点

为了满足偏光片裁切工艺流程的要求，解决技术难点，我们切边送料系统结构中设计了边料切割部件、定长送料机构、自动纠偏机构及清洗部件组成。同时由于整卷偏光片宽度在1 000 mm之多，两边需要切除废边，采用专用的意大利圆刀和圆环一套配合切边，并且在送料过程中，装有清洗部件，用粘尘辊将偏光片正反两面的灰尘杂质清洗，且采用带粘性的粘尘纸清洗粘尘滚，这样，保证送料中偏光片无污染。切边送料系统的结构示意图如图1所示。

2.1 高精度的定长送料机构设计

为了保证送料的精度，使偏光片裁切后精度满足要求，我们设计了切边、送料及后续的传送带送料同步和张力控制系统，它是设备的核心部件，设计中包含了精密制造，精密装配，精密控制和合理设计等理论知识。

送料的传送和相关工序都采用一个电机，通过齿皮带传送使动作流程保证一致。该机构是由电机带动减速机，在减速机轴上装有皮带轮，通过皮带与送料的橡胶辊，下切刀的皮带轮相连，保证同步。偏光片定长送料通过上橡胶辊和下橡胶辊夹持送料，这样两个辊子须有一定的硬度且采用非金属材质增加摩擦力来送料，既不能太硬又不能太光，防止偏光片表面损伤或是夹持送料中出现打滑影响送料长度，经过大量的工艺试验和计算选取，辊子材质采用EPDM硬度65°～70°，且空心，外包橡胶厚度为10 mm。

图1 切边定长传送系统结构示意图

送料中的下胶辊通过皮带和皮带轮跟主驱动电机连接，位置固定不能上下移动，而上胶辊由左右两个气缸上下同步驱动，采用调整块调整压辊间隙，方便夹持送料。为了实现压辊左右间隙一致，两个气缸在跨距约1 500 mm的情况下需很好的同步，在设计中充分考虑了胶辊的上下前后一致，安装胶辊的左右两个侧板采用对称，加工中同时加工，保证各孔之间的相对位置一致，另外，在辊子一端各有一个齿轮相啮合保证辊子同步；在装配时，都采用加工中定位的一侧为基准装配，且调整辊子之间的平行度。

送长长度采用编码计算长度，高、低速控制方式。编码器和主驱动电机一体，速度最大可以达到35 m/min。

定长送料系统结构示意如图2所示。

图2 定长送料部件结构示意图

2.2 响应速度快的自动纠偏机构

纠偏系统是一个闭环控制系统，由纠偏控制器、超声波传感器、纠偏电机、丝杠导向机构等组成。在纠偏过程中，首先纠偏传感器探测偏光片卷材的边缘，读出卷材的实际位置与设定位置的偏移量，并将偏移量转换成与之成正比的电信号，再将电信号送入纠偏控制器，信号经过控制器放大、校准后，输出至纠偏驱动器，纠偏驱动器根据信号的大小，驱动纠偏丝杠导向机构，将卷材恢复至设定位置。

为了保证送料长度的精度，不仅要在机械结构上保证传送机构的传送辊与原卷机构的出料辊保持在同一水平线上，更需要在送料过程中利用自动纠偏系统防止材料跑偏从而影响到送料长度精度。在纠偏过程中，首先纠偏传感器探测偏光片卷材的边缘，读出卷材的实际位置与设定位置的偏移量，将偏移量处理成电信号送入纠偏控制器，信号经过控制器放大、校准后，输出至纠偏电机，驱动纠偏丝杠导向机构，将卷材恢复至设定位置。

2.3 张力控制技术

在送料过程中，整卷偏光片要保证张力稳定。在偏光片卷材裁切时，需要使用-定的张力将材料张紧进入清洗和裁切单元，并在启动、运行及停止等过程中保证张力稳定，这样才能保证送长精度达到技术指标从而保证产品品质。因此张力控制是斜角裁切机驱动控制的技术核心，若张力控制稳定，张力波动小，则设备的送长精度及生产效率就高。因此要实现该项技术，不仅要有精确的机械结构设计，还必须要有一套完善的张力控制系统。

2.4 传送带机构

传送带送料和定长送料结构原理一样，传动带主动轮为金属辊，被动轮为橡胶辊，两辊水平平行放置，通过气缸驱动橡胶辊来调整压辊压力，平行间隙可调整压辊间隙。所有皮带驱动型式都采取同步带传输。

2.5 皮带传送

皮带传送包括左右两侧传送。左皮带传送由电机减速机带动主皮带轮，通过皮带带动传送带送料轴和定长送料轴一起动作，在右侧由传送带送料轴上的皮带轮通过皮带带动花键旋转，使得花键、送料轴和定长轴一起动作。图3为皮带安装示意图。

传送皮带是由图中水平放置的金属辊和橡胶辊夹持传送，同时依靠摩擦力带动薄膜一起送料，在传送带送料中也有自动纠偏机构。图中竖直放置两个黑色的橡胶辊是用于夹持复合薄膜进行定长送料。

图3 皮带安装示意图

3 电气控制部分

整个设备的控制以三菱Q系列PLC为核心。设备中的传感器，控制按钮，输出信号，输入脉冲均接入PLC，PLC通讯接口与人机操作界面相连。由来自PLC的控制信号控制驱动器完成相应的电机驱动。PLC进行逻辑运算，故障判断，控制定长张力控制和自动纠偏技术。

4 结束语

LCD是目前显示行业中发展速度快、市场应用广的显示器件。因此用于加工LCD行业偏光片的切割机，具有极佳的应用前景。该系统充分体现了偏光片裁切机的自动化程度，可以广泛应用于LCD生产厂家，实现其生产设备国产化。

[1] 贺智.TFT-LCD偏光片加工工艺与设备探索[J].山西太原：电子工艺技术，2008.222-224

[2] 马艳萍.液晶偏光片切片机研制[J].山西太原：电子工艺技术，2002.41-43