自动修复研磨轮的研究开发.pdf

Architectural&Functional Glass 6 2023-20-0引言玻璃基板后加工是对玻璃尺寸进行精确切割、经过倒角、研磨和清洗完成。研磨加工技术是将玻璃边角部切割部分的棱角磨掉，玻璃两面的各边研磨成光滑带有弧度的半圆，避免运输、面板加工时发生碎板、划伤。用于玻璃边部加工必需使用的研磨轮具有特殊结构，这种特定的研磨轮上带有沟槽，玻璃板可以倚靠这个沟槽的磨削，磨削掉两个表面棱角。研磨轮在对玻璃进行研磨的同时，自身也产生消耗出现不规整。研磨轮的沟槽会对玻璃棱角的研磨质量产生影响，最直接的就是造成玻璃烧伤。见图1。研磨轮放大带沟槽的研磨轮图 1研磨轮结构为了保证研磨轮沟槽保持良好研磨效果，一直采用人工修复研磨轮的方法确保沟槽规整。人工修复存在4大问题：（1）为了保证高速旋转研磨轮修复过程降温需要增加冷却水，故人工修复过程很难看清高压水冲刷时研磨轮沟槽的位置，研磨轮修复存在有较大的波动性；（2）人工手持修复片在修复过程中可靠稳定的修复质量很难保证；（3）手持抖动会严重影响修复效果；（4）每个研磨轮需要独立修复，拆除防水盖到修复完成后恢复一般需要58分钟，每班正常生产时约有810次修复，直接影响生产稼动率。见图2、图3。图 2人工修复研磨轮 图 3人工修复后研磨片自动修复研磨轮的研究开发都康，徐阳（彩虹（合肥）液晶玻璃有限公司，合肥230011）摘要：从液晶基板玻璃生产到面板制造过程中，需要对基板玻璃切割研磨。研磨中最重要的工具就是研磨轮，研磨轮在对基板玻璃研磨时，不但基板玻璃对研磨轮发生磨削损伤，而且也容易在研磨槽内夹杂玻璃碎屑影响研磨量。传统方式通过人工操作修复材料对研磨轮的沟槽进行修复，既可以修复损伤，也可以延长使用寿命。随着基板玻璃越来越薄，研磨轮槽变窄，高速转动的研磨轮槽在冷却水作用下很难人工对正，修复量却开始下降。为提高修复量和效率，采用自动修复结构，对研磨轮修复工艺改进，实现了重复精度和修复量满足工艺要求，经过推广后工效提高了8倍。建筑玻璃与工业玻璃2023，6 -21-1研究目标和方法规模化生产最重要的是设备保证工艺稳定。针对上述问题，G8.5率先尝试使用自动修复研磨轮的技术，就是采用自动修复机构代替人工修复的过程，快速有效地完成对研磨轮准确修复。自动修复功能是采用模拟玻璃基板所在研磨轮位置，通过研磨轮修复片沿玻璃与研磨轮相对靠近的距离，实现研磨轮修复量的管理。见图4。图 4自动修复工作方式需要解决的难点：（1）加工中心为发那科（FANUC）系统的修复移动量，是修复量的重要指标，而控制系统是三菱的，不能进入到加工中心的核心程序中；（2）修复片的高度和水平深度，是修复结果重要指标；（3）修复片与研磨轮对研磨效果的一致性很关键，所以研磨轮修复时，研磨轮中心位置的管理是重要指标；（4）对称修复同时进行时，修复属于镜像结构，数据和程序控制均应独立，但需要协调同步，控制方式和控制程序指令是重要指标。原有设备部分功能因控制系统存在问题，经常发生碰撞，造成研磨电机损坏风险，另外每次研磨量一致性存在较大差异。结果：（1）发生研磨片不能与研磨轮发生接触；（2）研磨片在修复过程中发生折断；（3）研磨片进给量过大造成无法控制研磨修复量；（4）重复修复精度差，反复修复后发生误差在5mm以上（实际每次修复量仅有3mm），无法保证正常修复；（5）发生异常故障造成研磨修复机构与研磨电机碰撞，损坏研磨电机。2研究流程图按照设备存在的问题，分为三类研究、五个阶段处理。三类研究分别是机械结构及基准、电气控制及设定参数、操作方法和自动修复工艺调整手段。按照三类分项实施流程图见图5、图6、图7。图 5机械类检查处理流程图电气控制 参数标准 精度修正电气原点 计算公式 软件保护程序逻辑 修复补偿 画面升级图 6电气控制类处理流程图图 7操作执行类处理流程图根据五个阶段实施推进调查、方案、处理、效果、评价，见表1。3研究过程从机械结构检查结果来看，总体机械结构比较合理，机械设备加工过程存在运动相互交叉的情况，通过控制系统可以实现相互约束连锁。其中包括：（1）自动修复机构原点的位置与设备中心不能对称，是机械位置参考点偏移；（2）自动修复机构修复片位置不能与玻璃产品重叠，这样修复过的研磨轮沟槽会发生偏差，影响后续修复效果；（3）自动修复时研磨轮停靠位置有差异，造成研磨修复部位偏移。根据提出的工艺要求，对控制方式进行审核，原有的逻辑控制与实际要求不同，控制方式需要重新编Architectural&Functional Glass 6 2023-22-写。从实际调查问题集中包括下列内容：（1）三菱控制范围与发那科运动系统协调划分，主要包括参数表对照，控制I/O分配对应，运动控制时序划分，相对运动范围；（2）自动修复的基准定义，设备原点到修复位置，距离换算和精度核对；（3）参数调用和速度匹配，预防超差保护；（4）设定单位的标定、运算公式的定义、补偿修正系数的定义；（5）异常种类的划分，一般报警和严重故障停机定义；（6）编排人机界面输入、显示按钮及画面。按照上述分类进行细化操作工作内容，并且列出完成计划目标，见表2。4结果分析在没有经验的条件下，做到设备能够完全自动实现研磨轮修复功能，需要对照机械类别做好精准定义，依照这个基础再进行电气原点的设定，并实施运动位置校正。表 1三类研究调查、方案、处理、效果、评价阶段阶段 顺序机械结构及基准电气控制及设定参数操作方法和自动修复工艺调整调查1-工艺要求：（1）对研磨轮修复量，依据研磨片损耗量（2）研磨轮使用按照生产使用距离2-（1）电气程序流程图-3-（2）电气控制执行系统-方案4（1）机械部分设计防撞机构（2）移动导轨基准（3）机械原点定义（1）电气逻辑及控制精度（2）增加位置监控程序（3）运动超界预警程序（1）研磨轮修复过程碰撞、消耗量不一致（2）位置以机械相对为基准进行调整处理5（1）研磨修复机构高度设定（2）修复机构停止检知（3）安装防撞钢梁（1）三菱控制程序、自动修复运动公式（2）发那科动作指令（3）数据库、监控界面（4）操作界面、参数设定-效果6（1）基准调校（2）原点设置（3）防撞测试-（1）机械位置逐项进行检测，与产品对应（2）防撞测试检查7-（1）手动循环测试（2）单动执行过程程序修改（3）自动修复程序监控和修改，对另一产线改造同步测试并进行检查效果评价8-（1）批量测试（2）连续生产40小时无异常（1）效能评价（2）产品质量评价表 2完成计划目标课题内容目标值完成时间（1）研磨自动修复机性能测试，查找修改程序中不正确的动作（2）按照人工修复研磨轮方法，作出自动修复研磨轮时序图（1）初步测试动作程序（2）增加自动修复冷却水供给（3）改造新增光电检测装置8月（1）按照需要过程进行程序修改并进行测试统计（2）研磨轮自动修复机能测试评价（1）自动修复研磨轮功能恢复（2）性能稳定性满足工艺设定（3）测试分段统计对比正常9月（1）产品生产过程质量跟踪和工艺调试（2）修改方案完善系统（1）工艺测试达到持续可靠状态（2）方案目标达到要求10月（1）另一条产线改（2）小批量生产和评价（1）制定操作标准、规范上岗管理（2）效能评价满足预定目标11月整个项目完成后综合评估效果产品质量稳定12月建筑玻璃与工业玻璃2023，6 -23-4.1设备机械基准点位置设定经过复合统计，一、二号线共计6个修复装置，存在初期安装后没有完成修复装置基准点的调校，自动修复系统基准标识不统一，存在统一参数不能统一标准修复动作，增加该部分的位置标定，并且对限位装置进行重新固定，使得行程达到工作最大裕度。图 8部分机械基准点位置调整记录4.2电气程序定义基准及其偏差在机械调整基础上，进行了位置距离的核对，发现存在4个方面的问题：（1）设备镜像动作，运动程序执行过程不统一，在区分左右侧研磨轮修复时，运动方向转向；（2）与机械原点重合后，电气行程距离存在偏差，伺服齿轮系数定义不够完整；（3）相同参数设置，最终的修复量存在实际偏差，经过检查发现存在研磨修复补偿不一致，计算公式不对应；（4）自动修复重复精度存在差异，相同条件下反复修复研磨轮，测量统计后最大偏差值超过12mm。10.01mm0.00mm 0.00mm磨轮修正&旋转台图 10偏差量发生后补偿不正确状态 图 11安装检测精度实验0.00mm1715.59mm5.07mm149.25mm140.49mm147.04mm磨轮修正&感应器 手动0#轮修复应该是 1710 磨轮修正&感应器 手动144.48mm144.48mm1713.03mm0.00mm5.07mm149.25mm1#轮修复应该是 1713 2号轮没有修复向前走10mm磨轮修正&感应器 手动146.64mm133.53mm0.00mm1715.19mm5.07mm149.25mm图 9修复过程偏差调查记录Architectural&Functional Glass 6 2023-24-4.3机械部分调整根据前面的调查结果进行确认改造项目，依次从机械部分：基准设定、原点位调校、防撞制作安装、极限位调整改造；电气系统主要进行：电气原点设定、程序逻辑关系建立、校正系数和补偿系数、基本工艺参数对照、运动控制程序设计、软件超界防撞报警及异常诊断报警、触摸屏用户界面改造，修复片长度测量系统及精度调整。1800停止原点 磨石检测位R5002=D1910=1713R5004=D1912=20研磨 轮修复位置 低速开始 停止位（原点开关）图 12机械部分调整流程机械部分调整内容和结论见表3。4.4电气控制部分改造电气控制部分改造内容和结论见表4。4.5工艺对比方案经过计划内改造项目的进行，工艺测试同步开展。从修复过程合理性、动作的完成性、操作执行的便捷性、实施完成的质量效果、自动修复效率对比，在改进和建议方面提出了操作界面和参数条件限定要求。对应的修复量按照参数的条件进行计算执行，执行过程中控制机构的状态显示、位置偏差、修复时间查询记录，均进行了多次完善，最终达到了设备控制效果的完整统一。4.6研究结论经过上述现场调查、方案确定到改造实施，主要研究改造测试集中在补偿和一致性上，研究结论如下。伺服位置对应修复量对应关系如下：Att1 t2 t3 tt1 t2 t3Vp(t)v(0tt1)图 13伺服位置对应修复量关系表 3机械部分调整内容和结论研究内容操作执行照片对照改进后结论研磨轮顶点位置和研磨片机械坐标设定、机械原点和运动行程标定 修复机构标定修复片长度检测位、修复原点、修复待机位、修复位、修复返回位；研磨轮修复位、修复完成位，保证了唯一值自动修复研磨片位置与手动修复不一致，需要制定准确的冷却水冷却水修复片研磨轮新系统喷水角度、位置、压力经过反复测试，找到最优的效果，无研磨轮烧伤及修复效果最佳异常修复或超限防撞措施 当发生异常无法控制情况时，避免设备之间发生碰撞及安全危害时，建立机械碰撞限位，进行安全防护，降低异常损失研磨轮中心基准校核，调正修复片高度和中心轴 研磨机构的高度和中心，依照研磨轮所在的位置基准，按照这个基准确定研磨机构研磨修复过程的位置建筑玻璃与工业玻璃2023，6 -25-ttPpVp tpV ttppV tt2112121()()=+=+=+(2)/11()t1tt2p tpV ttA tt()()()=+222122t2p（nT）是每个瞬间电机的位置；P（t）对应瞬时速度曲线的面积。通过上述伺服控制特性，在t2到t3时间实现研磨修复量可靠，通过对t到t2的比例设置实现伺服控制的速度移动，从而实现节拍提升阶段。通过上述特性可以确认，通常误差来自于加减速过程中发生瞬间输出扭力传递到负载机构响应，其它时运转过程中振动和机械公差。为此，伺服电机选型和传送结构是保证能否达到修复质量的关键条件，在传送过程中选择滚齿啮合方式，不但能够降低运动误差，减少间隙带来的偏差，同时满足高效移动定位的目的。另外对伺服驱动控制设置，降低伺服放大器噪声、消除伺服共振和谐振频率，保证修复机构加工过程中的误差起着非常重要的作用，通过反复实验后，设置改变的参数抑制谐振频率达到很好的控制，自动修复效果达到满意结果，主要影响参数如图14所示。5研究创新在业内率先实现自动方式完成反向加工的工艺，在对FANUC加工中心应用于液晶基板玻璃加工，配表 4电气控制部分改造内容和结论研究内容操作执行照片对照改进后结论电气限位装置的改造作为控制安全条件重要步骤之一，增加行程电气控制限位开关，保证控制过程不得超越行程范围研磨修复装置加工和安装统一标准，计量手段和精度均做测试效果 检测精度提高研磨修复机构，检测机构统一标准，这样对校正系数和控制过程能够统一方法控制冷却循环水系统改造 正常修复过程中冷却水喷嘴压力正确，能够保证研磨修复全过程均能正常得到冷却效果保证中心位置可靠性、自动修复的重复精度 每次修复位置均达到中心轴线上，重复修复单个研磨轮和多个研磨轮位置重合，修复量偏差小于1mm对称设计实现一组数据全程实现自动修复5.00m 5.00m 3.00m 0.01 0.05 0.05-1.20m -1.30m -1.70m-0.90 -1.00 -1.705.00m 5.00m 3.00m5.000.01.80m0.02m/min 0.02m/min 0.02m/min1.00 1.00 5.00 制定统一逻辑程序控制方式，参数定义与公式引用对应，避免交叉多重参数带来的错位，减少人为操作失误Architectural&Functional Glass 6 2023-26-图 14参数显示合三菱控制系统交互式控制方式，实现了跨系统的技术集成。（1）FANUC加工中心作为国际上成熟的机械加工中心，尤其是多轴同步加工和精度非常优秀，在自身平台系统上整合控制表现优异，而彩虹作为国内液晶基板玻璃生产十余年企业，一直沿用三菱大环网、工厂集成控制系统，本次研发目标发挥各自系统的优势，提高两者的融合度。（2）突破点：跨平台网络配置，包括使用cclink网络和IE网络相结合，达到了带宽响应速度，同时增加的参数映射device list，本次将不同网关系统，集成到一个加工平台上高效执行，经过3年的实验运行，无错码、失误发生。（3）创新点：使用三菱机械臂进入设备中，模拟人工操作位置。让加工中心的FANUC修复的研磨轮横向移动对中位置，然后分别控制两者相对移动中心位置，实现修复空间契合。第一个研磨轮修复后，研磨片被消耗掉一部分，根据消耗的研磨片余量，自动补偿修复相互距离。每次研磨轮修复后对研磨的消耗量，计算下一个研磨轮修复进给的参数，实现了动态补偿。系统在自动修复过程中，在FANUC加工中心的主轴电机电流变化，确定加工振动状况，自动调整修复速度，反向控制三菱的修复臂位置，实现双向安全控制方式。（4）知识产权申请，已经提交并受理。6收获（1）耗时效率对比：相比人工每个研磨轮需要从自动切换到手动修复、打开保护罩、调整研磨片位置、中途检查修复实际消耗量、结束后恢复自动状态，每个研磨轮修复一次需要5分钟以上，两个研磨轮需要10分钟以上。自动修复一个研磨轮1分钟内，连续修复第二个研磨轮，可实现1.8分钟内完成；如果对双侧进行修复，人工需要将修复时间加倍，自动修复因左右侧可同步进行，无需增加时间。按照每200片做一次自动修复，日修复6次，单线日提高稼动时间60分钟。年增加产量约3万余张。表 5自动修复效率对照表人工修复（分钟）自动修复（分钟）单磨轮51双磨轮101.8双边磨轮201.8预热待机200201510 5 0单磨轮 双磨轮 双边磨轮 预热待机 人工修复（分钟）自动修复（分钟）图 15自动修复效率对照建筑玻璃与工业玻璃2023，6 -27-图 16手动修复后研磨片结果图 17自动修复后研磨片结果（2）修复效果对比：相对手持研磨片修复研磨轮，因为有研磨冷却水的作用，无法准确地判断研磨沟槽位置，将研磨片可靠地放入修复的沟槽内。另外，人工修复手持不稳定，造成修复效果不一致，易使产品烧伤。最后是每次人工操作习惯不同，修复量很难控制一致。通过对比可见，自动修复后残留的研磨片光洁圆润，无烧灼痕迹，人工修复片存在不同程度烧伤和滑动。表 6研磨修复后质量对比表产线1#产线2#自动修复0.4%0.6%手动修复0.6%1.1%差异-0.2%-0.5%0.6%1#2#手动修复 自动修复Burn-Mark发生率对比图 18研磨修复后质量对比（3）质量数据对比：通过两条研磨线在自动修复条件下完成的情况进行比较，研磨Burn-Mark发生率降低30%和46%。（4）从实际使用效果对比，不论是产品质量还是生产效率方面都有比较大的提升，也给产品的生产能力有很大的提高。参考文献1 郑州旭飞光电科技有限公司，东旭光电科技股份有限公司.研磨轮修复槽和玻璃研磨装置Groove and glass grinding device are restoreed to grinding miller：中国，CN207578186UP.2018-07-06.2郑州旭飞光电科技有限公司 东旭集团有限公司.TFT玻璃基板边研磨装置：中国，CN201120503203.4P.2011-12-07.