一种用于真空贴合的视觉定位机械手设计及应用
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摘 要：文章主要介绍了一种用于真空贴合的机械手设计，从机械手的整体结构设计到x、y、z、θ各轴方向的设计进行了阐述。此机械手运用CCD进行高精度的视觉对位，相对于传统工艺中的手动定位来说，对位精度、良品率及生产效率都有显著提高。
关键词： 真空；视觉定位；机械手
中图分类号：TN949.199 文献标识码：B
A Joint for Vacuum Visual Position Manipulator Design and Application
LI Jiang, ZHANG Bo, YU Bai-ling, LV Dong-mei
(CETC No.2 Research Institute, Taiyuan Shanxi 030024, China)
Abstract: The article mainly introduces a joint design for vacuum manipulator, from the structure of the manipulator design to the x, y, z, θ direction of the axis is discussed in this paper. This manipulator using CCD for high precision of visual registration, compared with the traditional process of manual orientation, registration precision, rate and production efficiency has improved greatly.
Keywords: vacuum; visual position; manipulator
引 言
在如今这个信息社会中，随着生活节奏的加快，人们接收的信息量也变得日益增多，相应的电子产品向网络化、功能化、数字化、轻薄化以及便携化发展，对显示技术也提出了更高的要求。传统的阴极射线管（CRT）已经完全退出了历史舞台，取而代之的是新一代平板显示器（FPD）。
平板显示技术指以TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示）为代表的显示技术，还包含PDP（等离子体显示）、OLED（有机发光显示）、FED（场发射显示）以及E-PAPER（电子纸显示）及其它新型显示技术。平板显示技术总体趋势将朝着高画质（色彩更丰富、亮度更高、对比度更大）、高临场感（尺寸更大、画面更清晰、视角更宽、响应速度更快）、互动式多功能一体化以及更节能（更薄、更轻、更省电）的方向发展。
在平板显示面板的生产工艺中，极为重要的一道工序就是贴合，而且需要贴合多层材料，在贴合的过程中，对X、Y方向及θ角度的精度、气泡、压痕等有极高的要求。随着平板显示技术的不断发展，传统的人工手动定位已越来越满足不了现代工艺的要求，视觉图像定位也就逐步运用到实际生产中。本文将对一种用于视觉定位的机械手臂的结构设计进行详细介绍。
1 机械手结构设计理论及目的
机械手设计的关键点是满足在图像对位的过程中，使CCD可以捕捉到需要标定的点，也就是机械手要完成取料、对位、放料的过程，需要机械手在x、y、z、θ方向上可自动调节，能取料，精确地找到要定位的MARK点，并放置在经过计算得出的位置上进行贴合。这样既能达到比较高的精度，又能节约生产时间，提高生产效率。
2 整体结构
整体结构主要分为四个部分，包括x方向的运动控制、y方向的运动控制、z方向的运动控制和θ方向的运动控制（如图1所示）。
x、y、z方向的结构大体相似，主要由丝杠、导轨、伺服电机组成，并由传感器和工控机来共同控制。在这三个方向的极限范围内，共同协作来完成规定动作。
2.1 X轴方向的结构设计
X轴方向的结构由伺服电机、联轴器、安装平台、传感器及传感器感应片、导轨、丝杠、自由端支撑等零件组成。其中，伺服电机提供驱动力，通过联轴器的连接，驱动丝杠转动，再由丝杠转动带动导轨滑块的运动，由伺服电机驱动器和位置传感器来实现移动距离（位置）的控制（如图2所示）。
2.2 θ方向的结构设计
θ方向的结构由伺服电机、伺服电机安装座、传感器、传感器感应片、传感器安装片、联轴器、角度限位块1、角度限位块2、角度限位块3、角度限位块安装座、真空吸盘及吸盘机械手安装块组成。其中，伺服电机提供使吸盘机械手旋转的驱动力，通过联轴器连接在吸盘机械手上。在联轴器上端，有传感器、传感器感应片及传感器安装片，可以检测并找到θ轴的初始位置。因为在自动对位的过程中，角度偏差是在一个很小的角度范围内，所以在θ轴方向安装了角度限位块1、角度限位块2和角度限位块3，设计目的是限定了θ轴检测的区域范围，使角度限位块2在角度限位块1和角度限位块3之间旋转。这样一方面可以提高图像检测的精度，减少计算误差；另一方面，可以节约对位的时间，提高效率。最下端是吸盘机械手，由四个真空吸盘组成，利用真空吸附原理，进行来料的抓取，在整个对位过程中，都要保持真空吸附状态，当对位结束后，机械手臂运行到指定位置，真空吸盘真空释放，完成整个过程（如图3所示）。
3 机械手在实际生产中的应用
图4为该机械手在真空状态贴附的应用，其中，1为真空上腔体，2为贴附位置，3为真空下腔体，4为下片（需贴合的材料由上下两片组成）定位CCD，5为上片送料平台。首先，把需要贴合的材料放在送料平台5上，送料平台向里运行，当到达机械手的运行范围内，机械手开始动作。机械手运行到送料平台上方，然后Z轴下降，当真空吸盘与材料接触时，真空打开，达到预定真空值后，Z轴上升，运行到4下片定位CCD处，调整Z轴高度，使下片定位CCD能够采集到清晰的图像。此时由另一组CCD来采集贴附位置2处下片材料的图像信息，经过工控机与4下片定位CCD的图像对比、计算，得出角度、位置等信息数据，从而得出需要调整的参数。根据参数进行调整，然后机械手运行到贴附位置2处，取消吸盘真空，上片帖附材料就放在目标位置。接着真空上腔体1运行到真空下腔体2的正上方位置并下降，形成了完整的真空密封腔体并抽真空开始贴合。贴合结束后，释放腔体真空，接着真空上腔体1回到初始位置，机械手准备开始第二次送料的动作，这样就完成了一次整体的取料、对位、放料、贴合的循环过程。
4 结 论
随着平板显示技术的进步，对工艺的要求随之提高，更新、更快、更好的工艺流程将会被逐步应用到实际生产过程中，旧工艺中由人为原因造成的误差，已经越来越不被人们所认可，原来由人工手动完成的很多生产步骤，现如今已经被各种自动化程度较高的设备所代替，视觉系统和机械手更是被应用在诸多领域中，在提高了精度、良品率的同时，还节省大量的人力资源，降低了生产成本。
参考文献
[1] 吉慧元. 我国LCD贴片设备的发展历程与展望[J]. 电子工艺技术，2009. 5.
[2] 李如松. 工业机器人的应用与展望[C]. 中国期刊全文数据库，1994. 4.
[3] 刘胤伯，高军伟. 一种简便的计算机视觉定位方法[J]. 中国制造业信息化，2009. 11.
[4] 邱宣怀. 机械设计[M]. 北京：高等教育出版社，1996.省略。