CN110272198A - 一种高精度玻璃切割刀头装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及平板显示行业，具体是一种高精度玻璃切割刀头装置，旨在解决现有玻璃切割刀头装置精度低的技术问题。包括固定架、直线电机、滑动架、刀轮机构，直线电机的定子与固定架固连，直线电机的动子与滑动架固连，固定架与滑动架之间通过导轨副滑动连接，且固定架与滑动架之间还通过拉簧相连，直线电机的轴线、导轨副、拉簧三者相互平行，刀轮机构固定在滑动架上；固定架上安装有读数头或光栅尺，且滑动架上对应配置有光栅尺或读数头；固定架上设置有光电传感器，滑动架上对应配置有传感器片；还包括控制器，读数头、光电传感器皆与控制器电连接，控制器控制直线电机以位置模式或恒力模式动作。

Description

一种高精度玻璃切割刀头装置

技术领域

本发明涉及平板显示行业，特别涉及显示玻璃切割技术领域，具体是一种高精度玻璃切割刀头装置。

背景技术

平板显示行业包含TFT-LCD、TP、OLED等众多种类的面板，该行业后段中的一个重要工序是利用切割机将高世代的面板按照工艺要求切割成长条或单粒状。为保证平板显示行业的面板切割精度，切割机需能够满足以下几点要求：第一，切割前能够精确地测量出切割刀轮与面板表面之间的距离并且运行时能够精确控制刀轮与面板表面的距离，尤其针对厚度薄的面板（例如单层厚度0.1mm组成的双层粘和面板），切割刀轮接触面板作业前，设定一个很小的距离，距离控制精度至少达到0.01mm，压力输出装置在这个很短的距离内以恒力模式运行，距离越短，刀轮接触面板表面时的速度越小，这样刀轮不会撞击破坏面板，同时也可以保护刀轮（尤其是刀轮的微齿）不受损坏；第二，对于不同种类或规格的面板，能够在较大范围内稳定的输出切割压力，通常为2~30N，并且输出切割压力的最小差值能达到0.05N，这样才能保证每一种面板的品质；第三，加工大批量面板时，能够稳定的输出该切割压力，如果切割压力不断波动会直接影响切割效果，造成产品质量问题。基于上述几点要求，其实对于切割机来说，本质上皆是由切割机的关键执行机构——切割刀头装置来保证的。

现有切割刀头装置主要有以下两种：

第一种是气缸加压方式，这种结构气缸驱动响应速度慢，重复性较差，无法保证每次都能达到上述第一点要求；受限于气缸的工作原理，气缸活塞与缸体之间存在摩擦，无法持续稳定地满足上述第二点输出切割压力的最小差值0.05N的要求；气缸压力输出会受到气源压力、流量等因素变化的影响，从而导致切割机刀轮压力输出发生波动，影响切割的效果，整体稳定性较差，满足不了上述第三点的要求。第二种是伺服电机驱动凸轮加压的方式，这种结构主要依靠凸轮的曲面和滚轮直接接触来传递伺服电机的动力到切割刀轮，综合考虑零件加工精度、热处理效果、安装调试等因素，再加上长时间作业后，凸轮和滚轮表面会有一定程度的磨损，这些都会直接影响切割刀头装置的工作状态，面板的切割质量会受到影响，无法长时间稳定地满足上述第二、三点要求。综上，现有的两种切割刀头装置皆无法满足上述高精度加工的三点要求，应用存在局限性，亟待改进。

发明内容

本发明旨在解决现有玻璃切割刀头装置精度低、面板规格兼容性不强的技术问题。为此，本发明提出一种高精度玻璃切割刀头装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高精度玻璃切割刀头装置，包括固定架、直线电机、滑动架、刀轮机构，所述直线电机的定子与所述固定架固连，所述直线电机的动子与所述滑动架固连，所述固定架与滑动架之间通过导轨副滑动连接（导轨副用以对滑动架限位导向，进而保证刀轮机构运动方向的唯一性和精度），且固定架与滑动架之间还通过拉簧相连（拉簧主要用以克服滑动架、直线电机动子及刀轮机构的重力，进而吊撑上述机构），所述直线电机的轴线、导轨副、拉簧三者相互平行，所述刀轮机构固定在所述滑动架上（使用时，将三者竖直设置，刀轮机构设于滑动架的下端）；所述固定架上安装有读数头或光栅尺，且所述滑动架上对应配置有光栅尺或读数头，所述光栅尺与读数头配合用以确定直线电机的下移距离；所述固定架上设置有光电传感器，所述滑动架上对应配置有传感器片，光电传感器与传感器片配合用以确定直线电机的零点位置；还包括控制器，所述读数头、光电传感器皆与控制器电连接，所述控制器控制直线电机动作。

本发明的有益效果是：

1）采用直线电机对刀轮结构进行驱动，利用直线电机本身的结构特性，压力输出稳定、压力输出范围广、压力输出分辨力精度高，便于维护；

2）配置有光电传感器和传感器片，同时配置有光栅尺和读数头，前者用以检测直线电机的零点，后者用以精确的控制直线电机运行的距离，两者配合，可精确的测量刀轮与玻璃表面之间的距离并控制直线电机运行的距离，定位精度高，进一步提高了玻璃切割的精度，另外，控制恒力模式在很小的距离运行，大大降低了刀轮接触玻璃时的速度，保护了玻璃及刀轮；

3）相较于气缸加压方式和伺服电机驱动凸轮的加压方式，配套安装该装置的切割设备可以应对更多规格的产品，可以胜任切割精度要求更高的OLED面板、厚度更薄的面板，具有更强的产品兼容性和市场竞争力。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的去掉前侧板剩余结构的主视图；

图3是本发明的去掉左侧板、基板后的结构示意图；

图4是本发明的去掉刀轮机构、滑动板后的结构示意图；

图5是本发明的去掉刀轮机构、左侧板后的结构示意图。

具体实施方式

参照图1至图5，本发明的一种高精度玻璃切割刀头装置，包括固定架1、直线电机2、滑动架3、刀轮机构4，所述直线电机2的定子2-1与所述固定架1固连，所述直线电机2的动子2-2与所述滑动架3固连，所述固定架1与滑动架3之间通过导轨副5滑动连接，且固定架1与滑动架3之间还通过拉簧6相连，所述直线电机2的轴线、导轨副5、拉簧6三者相互平行，所述刀轮机构4固定在所述滑动架3上，刀轮机构4可以是进行直线切割的直线切割刀轮机构4，也可以是进行异形切割的异形切割刀轮机构4，具体型式根据客户需求进行选择，整体更换；所述固定架1上安装有读数头7或光栅尺8，且所述滑动架3上对应配置有光栅尺8或读数头7，所述光栅尺8与读数头7配合用以确定直线电机2的运行距离；所述固定架1上设置有光电传感器9，所述滑动架3上对应配置有传感器片10，光电传感器9与传感器片10配合用以确定直线电机2的零点位置；还包括控制器，所述读数头7、光电传感器9皆与控制器电连接，所述控制器控制直线电机2动作。这里，为避免刀轮损坏玻璃，同时提高整体的切割效率，本领域人员容易设计的，先采用位置模式以较大的速度将刀轮下降到即将接触玻璃，然后采用恒力模式对玻璃进行精确切割，一方面，在保证质量的同时，节省了刀具空运行的时间，提高了整体切割效率；另一方面，如果只采用恒力模式，加速度恒定，会持续加速，当到达玻璃时，刀轮速度过大，会发生撞击事故，所以在恒力模式前以位置模式运行，也可避免撞击。位置模式和恒力模式集成在直线电机2的控制器中，属于直线电机2领域的成熟技术，并且先运用其他模式将刀轮运行至接近玻璃，然后再以恒力模式运行，这也是现有刀头装置已经采用的技术。

使用时，将固定架1固定在切割机上，使直线电机2的轴线、导轨副5、拉簧6三者皆为竖直状态。装置不工作时，滑动架3、直线电机2动子2-2、刀轮机构4等部件皆通过拉簧6悬挂支撑在固定架1上；装置工作时，首先光电传感器9与传感器片10对位，产生对位信号，发送给控制器，控制器记录此位置为直线电机2的零点位置，并记录此时读数头7在光栅尺8上的读数a，然后控制直线电机2的动子向下运动，直至刀轮接触玻璃表面，这里的接触判断属于成熟技术，即设定一个反馈压力，动子从零点开始下降，过程中无反馈压力，当接触到玻璃后，产生反馈压力，并逐步增大，当达到预设反馈压力时，即认为刀轮与玻璃接触，这时读出光栅尺8的读数b，则直线电机2零点位置距玻璃的高度即为b-a，这里用光栅尺8来测量距离，精度更高。测量完毕后，控制直线电机2的动子2-2上升，直至控制器再次接收到对位信号，此时，控制器控制直线电机2以位置模式下降，直至即将接触玻璃，这里的“即将接触”程序预设一个差值即可，如50μm，这个下降过程的距离控制由光栅尺8完成，精度更高，即控制从零点下降（b-a-50）μm；当刀轮下降至预设高度时，控制器控制直线电机2以恒力模式继续下降，直至达到设备设定的压力值，在之后的切割过程中直线电机2一直以恒力模式输出设定的压力值，这样即使遇到玻璃表面有起伏，也可适应性的调整刀轮高度保证切割压力恒定不变，从而完成高精度的切割。

作为直线电机2的一种优选安装结构，所述固定架1包括定子固定件1-1，所述直线电机2为棒状且设置有两个，所述直线电机2的定子2-1外套于动子2-2外部、且定子2-1穿插固定在所述定子固定件1-1中，所述滑动架3包括滑动板3-1、动子压头3-2、动子固定件3-3，所述动子压头3-2和动子固定件3-3皆固定在所述滑动板3-1上，所述直线电机2的动子2-2外伸于定子2-1的两端、且动子2-2上下两端分别与动子压头3-2、动子固定件3-3固连，所述刀轮机构4安装在滑动板3-1上。这里，与常用的棒状直线电机2的使用方式相反，采用外圈为定子2-1、内圈为动子2-2的结构，结构更加紧凑；切割刀头装置输出压力值不变的情况下，两个棒状直线电机2并联使用替代一个功率更大的棒状直线电机2，成本更低，刀头装置外形尺寸更小。本发明中使用两个并联的棒状直线电机2提供动力，与气缸比较具有更强的可控性和灵活性，与传统伺服电机比较具有更高的推力密度，整体具有速度快、低惯量、零齿槽效应的优点，可轻松实现亚微米级的高定位精度。此外，棒状直线电机2输出压力分辨值可到0.01N，两个棒状直线电机2并联后输出的持续推力可达到40N。

作为光栅尺8与读数头7的一种优选安装结构，所述滑动板3-1的中部开设有条形孔，定子固定件1-1的与滑动板3-1相对的表面固定有读数头7，所述读数头7置于所述条形孔中，所述条形孔的内壁上对应读数头7固定有光栅尺8，结构更加紧凑，占用空间较小。本发明采用光栅尺8、读数头7配合两个并联的棒状直线电机2进行精确的定位。进一步优选的，选用的光栅尺8分辨率能达到1nm，在100m/s的高速运行下也可保证正常的识别。光栅尺8的安装公差宽松，安装简单快捷。另外，光栅尺8具有极强的抗污能力，可抵御灰尘、划痕和轻度油渍的污染。

进一步的，所述定子固定件1-1的与滑动板3-1相对的表面设置有嵌装读数头7的封闭式的凹槽，所述凹槽的上边缘通过让线槽11延伸至定子固定件1-1的上端面，所述固定架1还包括右侧板1-2，所述右侧板1-2上固定有位于定子固定件1-1上方的线夹12，所述读数头7的线缆穿过让线槽11后固定于所述线夹12中，两个直线电机2的定子2-1的线缆也固定在所述线夹12中，结构紧凑，且布线更加整齐。

优选的，所述光电传感器9固定在所述右侧板1-2的下部，所述传感器片10固定在所述动子固定件3-3的下端面，所述光电传感器9与所述传感器片10水平相对时直线电机2处于零点位置，能够避免其他结构的遮挡干扰，结构布置更加合理。

进一步的，所述固定架1还包括基板1-3、左侧板1-4、前侧板1-5、顶板1-6，所述基板1-3固定在切割机上，所述基板1-3、左侧板1-4、右侧板1-2、前侧板1-5、顶板1-6共同形成底部开口的长方体壳体结构，所述顶板1-6上对应线夹12开设有出线孔。具体使用时，将基板1-3固定在切割机上即可。

进一步的，所述左侧板1-4的内表面还固定有两个分别位于其前后两边缘的安装条13，所述导轨副5设置有两个且两个导轨副5的承导件分别安装在两个安装条13上，所述导轨副5的运动件固定在滑动板3-1上。安装条13的设置使得导轨副5的安装更加方便，同时通过安装条13也弥补了左侧板1-4和滑动板3-1的位置偏差，保证了导轨副5的两个导轨安装在同一平面内。

进一步的，所述安装条13的上端垂直固定有朝向内侧的上拉簧支柱14，所述动子固定件3-3上固定有下拉簧支柱15，所述拉簧6的两端分别与上拉簧支柱14和下拉簧支柱15钩连。

优选的，所述导轨副5为交叉滚子导轨。交叉滚子导轨中，滚子保持器中精密滚子互相直交地组合在一起，滚子保持器安装在专用轨道上的90°V形沟槽滚动面上，两列滚子导轨平行装配，能够承受四个方向的负荷。通过向交叉滚子导轨施加预压，使交叉滚子导轨具有无间隙、高刚性、动作轻快的特点。

进一步的，还包括固定在固定架1上且对准刀轮机构4的刀轮设置的吹气机构16，主要作用是切割刀头装置工作时向刀轮不断吹气，清洁刀轮。

以上具体结构和尺寸数据是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种高精度玻璃切割刀头装置，其特征在于：包括固定架（1）、直线电机（2）、滑动架（3）、刀轮机构（4），所述直线电机（2）的定子（2-1）与所述固定架（1）固连，所述直线电机（2）的动子（2-2）与所述滑动架（3）固连，所述固定架（1）与滑动架（3）之间通过导轨副（5）滑动连接，且固定架（1）与滑动架（3）之间还通过拉簧（6）相连，所述直线电机（2）的轴线、导轨副（5）、拉簧（6）三者相互平行，所述刀轮机构（4）固定在所述滑动架（3）上；所述固定架（1）上安装有读数头（7）或光栅尺（8），且所述滑动架（3）上对应配置有光栅尺（8）或读数头（7），所述光栅尺（8）与读数头（7）配合用以确定直线电机（2）的下移距离；所述固定架（1）上设置有光电传感器（9），所述滑动架（3）上对应配置有传感器片（10），光电传感器（9）与传感器片（10）配合用以确定直线电机（2）的零点位置；还包括控制器，所述读数头（7）、光电传感器（9）皆与控制器电连接，所述控制器控制直线电机（2）动作。

2.根据权利要求1所述的一种高精度玻璃切割刀头装置，其特征在于：所述固定架（1）包括定子固定件（1-1），所述直线电机（2）为棒状且设置有两个，所述直线电机（2）的定子（2-1）外套于动子（2-2）外部、且定子（2-1）穿插固定在所述定子固定件（1-1）中，所述滑动架（3）包括滑动板（3-1）、动子压头（3-2）、动子固定件（3-3），所述动子压头（3-2）和动子固定件（3-3）皆固定在所述滑动板（3-1）上，所述直线电机（2）的动子（2-2）外伸于定子（2-1）的两端、且动子（2-2）上下两端分别与动子压头（3-2）、动子固定件（3-3）固连，所述刀轮机构（4）安装在滑动板（3-1）上。

3.根据权利要求2所述的一种高精度玻璃切割刀头装置，其特征在于：所述滑动板（3-1）的中部开设有条形孔，定子固定件（1-1）的与滑动板（3-1）相对的表面固定有读数头（7），所述读数头（7）置于所述条形孔中，所述条形孔的内壁上对应读数头（7）固定有光栅尺（8）。

4.根据权利要求3所述的一种高精度玻璃切割刀头装置，其特征在于：所述定子固定件（1-1）的与滑动板（3-1）相对的表面设置有嵌装读数头（7）的封闭式的凹槽，所述凹槽的上边缘通过让线槽（11）延伸至定子固定件（1-1）的上端面，所述固定架（1）还包括右侧板（1-2），所述右侧板（1-2）上固定有位于定子固定件（1-1）上方的线夹（12），所述读数头（7）的线缆穿过让线槽（11）后固定于所述线夹（12）中，两个直线电机（2）的定子（2-1）的线缆也固定在所述线夹（12）中。

5.根据权利要求4所述的一种高精度玻璃切割刀头装置，其特征在于：所述光电传感器（9）固定在所述右侧板（1-2）的下部，所述传感器片（10）固定在所述动子固定件（3-3）的下端面，所述光电传感器（9）与所述传感器片（10）水平相对时直线电机（2）处于零点位置。

6.根据权利要求5所述的一种高精度玻璃切割刀头装置，其特征在于：所述固定架（1）还包括基板（1-3）、左侧板（1-4）、前侧板（1-5）、顶板（1-6），所述基板（1-3）固定在切割机上，所述基板（1-3）、左侧板（1-4）、右侧板（1-2）、前侧板（1-5）、顶板（1-6）共同形成底部开口的长方体壳体结构，所述顶板（1-6）上对应线夹（12）开设有出线孔。

7.根据权利要求6所述的一种高精度玻璃切割刀头装置，其特征在于：所述左侧板（1-4）的内表面还固定有两个分别位于其前后两边缘的安装条（13），所述导轨副（5）设置有两个且两个导轨副（5）的承导件分别安装在两个安装条（13）上，所述导轨副（5）的运动件固定在滑动板（3-1）上。

8.根据权利要求7所述的一种高精度玻璃切割刀头装置，其特征在于：所述安装条（13）的上端垂直固定有朝向内侧的上拉簧支柱（14），所述动子固定件（3-3）上固定有下拉簧支柱（15），所述拉簧（6）的两端分别与上拉簧支柱（14）和下拉簧支柱（15）钩连。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种高精度玻璃切割刀头装置，其特征在于：所述导轨副（5）为交叉滚子导轨。

10.根据权利要求9所述的一种高精度玻璃切割刀头装置，其特征在于：还包括固定在固定架（1）上且对准刀轮机构（4）的刀轮设置的吹气机构（16）。