УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАДРЕЗАНИЯ СТЕКЛОПАКЕТА

Полезная модель относится к технике производства жидкокристаллических экранов и может быть использована, в частности, на операции надрезания (скрайбирования) стеклопакета для последующего разделения его на отдельные жидкокристаллические экраны (ЖКЭ), а также может быть использована в полупроводниковом производстве для разделения полупроводниковых пластин на отдельные кристаллы, для резки фотошаблонов и может быть пригодна в стекольном производстве для раскроя листового стекла и других областях техники.
Известно устройство для надрезания листового стекла [1], содержащее траверсу с направляющими, снабженными концевыми кулаками на концах, каретку с реверсивным приводом. На каретке установлен качающийся рычаг, на котором размещены шток с плитой и подпружиненная защелка, входящая в зацепление с концевыми кулаками. Рычаг снабжен опорным роликом, качающимся коромыслом и фиксатором с хвостовиком, взаимодействующим с коромыслом. Опорный ролик установлен на оси качания коромысла, выполненного с упором на одном конце и взаимодействующим с кареткой, при этом на другом его конце размещена режущая головка.
При начале рабочего хода с помощью удерживающей пружины обеспечивают контакт режущей головки со стеклом. При продольном перемещении каретки происходит надрезание стекла. После окончания рабочего хода весь механизм резки поднимают над стеклом и фиксируют фиксатором. При совершении обратного (холостого) хода весь механизм резки поднят над стеклом. Устройство обеспечивает постоянное усилие
контакта режущего ролика со стеклом по всей длине надреза, а также обеспечивает безударный заход режущего ролика на надрезаемое стекло.
Недостатки известного устройства заключаются в том, что сложность кинематической схемы его усложняет конструкцию устройства в целом и не обеспечивает надежность работы, а наличие рабочего и обратного (холостого) хода снижает производительность надрезания.
Кроме того, известное устройство не может быть использовано при надрезании (скрайбировании) стеклопакета для последующего разделения его на отдельные жидкокристаллические экраны, так как устройство не обеспечивает совпадение вектора скорости перемещения каретки реверсивного привода с вектором скорости перемещения режущего ролика и возможность автоматического совпадения этих векторов, что сказывается на качестве надрезания.
Известно, что качество надрезания (скрайбирования) зависит от скорости надрезания, усилия надрезания, от параметров режущего ролика и др. В процессе надрезания создают линию среднего разлома (ЛСР). При этом возникают поперечные трещины, образование которых поглощает некоторую часть остаточного напряжения, возникающего при надрезании (скрайбировании). В результате при последующей операции разделения стеклопакета на отдельные ЖКЭ требуются большие усилия, линия разделения (разлома) формируется «рваной», что требует дополнительной обработки, или вообще разделение происходит не по ЛСР. Это приводит к нарушению полупроводниковых структур ЖКЭ, сформированных на внутренних поверхностях нижней и верхней стеклянных пластин, или приводит к нарушению кромок, на которых сформированы тоководы, и приводит к браку, что недопустимо при изготовлении ЖКЭ.
Поэтому критерием качественного разделения стеклопакета является отсутствие поперечных трещин и минимальные усилия при разделении.
Известно также устройство для надрезания [2], содержащее направляющую, цепной привод, каретку с механизмом резки, выполненную со смонтированным в ее вертикальном пазу ползуном, ось которого соединена с цепью привода, которое отличается простотой конструкции, но также как и другие известные не обеспечивает производительность из-за холостого хода, а также не обеспечивает качество надрезания. На возникновение поперечных трещин влияет условие перпендикулярности оси режущего ролика к плоскости расположения вектора скорости перемещения механизма резания или параллельности плоскости расположения режущей кромки ролика вектору скорости перемещения механизма резания. Это условие частично выполняют за счет точности изготовления узлов и деталей. Можно уменьшить влияние невыполнения этих условий за счет уменьшения диаметра режущего ролика и увеличения угла заточки его. Однако это снижает срок службы режущего ролика и вызывает потери времени на его замену с последующей юстировкой, так как каждый держатель с режущим роликом изготавливается с отклонениями.
Из известных наиболее близким по технической сущности является режущая головка для резки листового стекла [3], предназначенная для вырезки малоформатных заготовок.
Режущая головка состоит из корпуса, закрепленного на валу, приводимом во вращение от электродвигателя посредством бесконечной цепи, установленной на валу ведомой звездочки. В корпусе с возможностью вертикального перемещения установлен шток, в нижней части которого закреплен режущий ролик, а верхняя часть выполнена в виде упора. В верхней части корпуса в резьбовом соединении закреплен регулировочный винт, имеющий в нижней части второй упор, а между упорами внутри корпуса расположена пружина, обеспечивающая усилие резания.
При включении электродвигателя вал приходит во вращение, жестко закрепленный на валу корпус режущей головки также начинает вращаться в
плоскости резания вместе со штоком, на конце которого закреплен режущий ролик. За время одного оборота режущей головки вокруг своей оси стеклянная лента подается транспортирующими роликами на заданную величину под линию надреза. Режущая головка своим режущим роликом набегает на кромку стекла и с усилием, определяемым степенью сжатия пружины и ее давлением на упор штока, делает надрез на поверхности стеклянной заготовки. После совершения надреза режущий ролик сходит с поверхности стекла, после чего с помощью отламывающего ролика делают отлом по линии надреза стеклянной ленты.
Недостатки известной режущей головки заключаются в следующем. Она предназначена только для резки относительно малых заготовок. В случае увеличения размеров, например, при длине надрезания, равной 100 мм, радиус головки должен быть не менее 300 мм, а это увеличивает габариты ее и усилие резания в начале и в конце резания будет значительно отличаться от середины надреза, что сказывается на качестве процесса надрезания. Кроме того, поскольку подпружиненный шток имеет возможность только вертикального перемещения под действием сил резания, то это не позволяет обеспечить совпадение вектора скорости перемещения механизма перемещения и скорости перемещения режущего ролика и не позволяет обеспечить автоматическую настройку устройства на совпадение этих векторов.
При этом не обеспечивается постоянное усилие надрезания по всей линии надреза, что не обеспечивает хорошее качество надрезания (скрайбирования), а следовательно, и последующее разделение стеклопакета на отдельные жидкокристаллические экраны.
Смещение ролика от оси вращения режущей головки на некоторый угол [4] не дает желаемого результата.
Скорость резания (число оборотов привода) в известной конструкции зависит от ширины заготовки. Чем шире заготовка, тем больше времени
требуется для ее перемещения и тем меньше должна быть скорость привода, чтобы заготовка была подана на позицию резания до контакта с режущим роликом.
Техническим эффектом предложенной полезной модели является повышение качества надрезания, повышение надежности и производительности устройства.
Технический эффект достигается тем, что в устройстве для надрезания стеклопакета, содержащем закрепленный на механизме перемещения корпус, в отверстии которого с возможностью вертикального перемещения установлен подпружиненный шток, снабженный на одном конце упором и регулирующей гайкой, а на другом конце держателем с режущим роликом, механизм перемещения выполнен в виде каретки, закрепленной на реверсивном механизме линейного перемещения, снабженном двумя концевыми кулачками, взаимодействующими с осью штока в его конечных положениях, при этом шток установлен с возможностью поворота вокруг оси на регулируемый угол, а на другом конце штока выполнена вилка, в пазу которой на оси закреплен подпружиненный держатель с режущим роликом и с возможностью отклонения в сторону, противоположную прямому и обратному ходу надрезания на регулируемый угол α, кроме того, шток снабжен горизонтальной двуплечей планкой, установленной в пазу штока и взаимодействующей одним плечом с двумя датчиками усилия, а вторым - с двумя регулирующими винтами.
Выполнение штока с возможностью поворота вокруг оси на регулируемый угол β позволяет получить совпадение вектора скорости перемещения каретки с плоскостью расположения режущей кромки ролика. При несовпадении вектора скорости перемещения каретки с плоскостью расположения режущей кромки ролика возникающий крутящий момент стремится повернуть шток в сторону наименьшего сопротивления. Поворот
штока на угол β исключает возникновение поперечных трещин, а также уменьшает износ режущей части ролика.
Выполнение держателя с режущим роликом, имеющего возможность отклонения его противоположно прямому и обратному ходу надрезания на регулируемый угол α, создает наилучшие условия надрезания, если направление усилия надрезания на ось ролика отличается от нормальной составляющей силы надрезания. Угол α выбирают в пределах от 10 до 40°, в зависимости от толщины стекла, усилия надрезания и от условия безударного вхождения ролика на кромку стеклопакета.
Наличие горизонтальной двуплечей планки, установленной в пазу штока и взаимодействующей одним плечом с двумя регулирующими винтами, позволяет регулировать поворот штока на угол β, определяемый допуском на точность хода механизма перемещения, погрешность изготовления, люфтов, износ деталей и т.д.
Таким образом, предложенная совокупность признаков является новой и обеспечивает достижение технического эффекта, выражающегося в повышении качества надрезания, повышении надежности и производительности устройства.
Следовательно, она соответствует критериям «патентоспособность», «новизна», «технический эффект», «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где схематично изображены:
на фиг.1 - устройство для надрезания стеклопакета,
на фиг.2 - устройство для надрезнаия стеклопакета, сечение А-А.
Предложенное устройство для надрезания стеклопакета (фиг.1, 2) состоит из корпуса 1, в отверстии 2 которого установлен круглый шток 3 с возможностью вертикального перемещения под действием силы резания и поворота на некоторый регулируемый угол β вокруг своей оси. В нижней части штока 3 выполнена вилка 4, в пазу которой на оси 5 установлен
плоский держатель 6 с режущим роликом 7. Держатель 6 имеет возможность свободно отклоняться вокруг оси 5 в пазу вилки 4 на угол α, регулируемый упорами 8, установленными на вилке 4. В нейтральном положении держатель удерживается двуплечей пружиной 9.
В пазу штока 3 (фиг.2) установлена планка 10, одно плечо которой находится между двумя датчиками усилия 11, а другое - между регулирующими винтами 12, с помощью которых устанавливается положение штока 3 с режущим роликом 7 относительно вектора линейной скорости перемещения. На верхней части штока 3 установлена пружина 13, один конец которой упирается в кольцо упорного подшипника 14, установленного на штоке 3, а второй конец пружины упирается в гайку 15, которая установлена на стакане 16. Регулировка усилия надрезания обеспечивается вращением гайки 15 на стакане 16. На верхнем конце штока, выступающем над гайкой 15, установлена ось 17.
Корпус 1 закреплен на механизме перемещения, выполненном в виде каретки 18 реверсивного механизма линейного перемещения 19 с возможностью вертикального перемещения при настройке на разные толщины стеклопакета. Реверсивный механизм линейного перемещения 19 снабжен путевыми кулачками 20, взаимодействующими с осью 17 штока 3. Положение концевых кулачков 20 вдоль реверсивного механизма линейного перемещения 19 может регулироваться в зависимости от размеров стеклопакета 21.
Работа устройства происходит следующим образом.
В начале рабочего хода (хода надрезания) при линейном перемещении каретки 18 путевой кулачок 20 (левый) взаимодействует с осью 17 штока 3 (фиг.1). В результате этого взаимодействия шток 3 плавно опускается перед кромкой стеклопакета 21. Два плеча пружины 9 перед надрезанием удерживают держатель в нейтральном положении и касание с кромкой стеклопакета осуществляется с нулевым усилием, тем самым исключая
повреждения кромки стеклопакета и режущего ролика. При продолжении линейного перемещения режущий ролик останавливается на кромке стеклопакета, а держатель отклоняется на регулируемый угол α в сторону, противоположную движению надрезания, сжимая одно из плеч пружины 9.
В момент касания держателя с одним из упоров 8 режущий ролик начинает линейное перемещение вместе с устройством, осуществляя надрезание с усилием резания, равным сумме усилий деформации одного из плеч пружины 9 и пружины 13. В зависимости от параметров режущего ролика и типа стекла усилие резания регулируется вращением гайки 15, меняя величину упругой деформации пружины 13.
Наиболее важным условием обеспечения качества резки и износостойкости режущего ролика является обеспечение условия перпендикулярности оси ролика 7 к плоскости, в которой расположены вектор скорости каретки 18 механизма 19 и проекции этого вектора на стеклопакет 21 (в дальнейшем «плоскость»). Если ось ролика 7 по каким-то причинам (люфты в сочленениях, износ и т.п.) пытается отклониться от перпендикулярности плоскости и режущая кромка ролика стремится стать поперек предполагаемой линии надрезания, то возникает сила ответной реакции со стороны стеклопакета, препятствующая отклонению ролика, и на шток 3 начинает действовать крутящий момент, равный произведению силы ответной реакции на плечо с (фиг.1). Этот момент осуществляет поворот штока 3 в сторону наименьшего сопротивления движения каретки 18. Таким образом, ось ролика 7 остается перпендикулярной плоскости и при надрезании не возникают поперечные усилия, вызывающие трещины по линиям надреза, чем обеспечивается высокое качество последующего разделения стеклопакета.
Настройка на максимальное совпадение перпендикулярности оси режущего ролика к плоскости осуществляется следующим образом. Планка 10, одно плечо которой расположено между двумя датчиками усилия 11, а
второе между двумя винтами 12, устанавливается винтами 12 таким образом, чтобы показания датчиков при надрезании были одинаковыми. Вследствие перпендикулярности оси режущего ролика 7 к плоскости, возникший крутящий момент поворачивает шток 3 на угол и давление планки 10 на один из датчиков 11 увеличивается. Датчики необходимо выставить еще раз таким образом, чтобы планка 10 при надрезании оказывала одинаковое давление на каждый из них. Это положение фиксируется винтами 12. Если при повторном надрезании датчики показывают одинаковые знакоперемещенные усилия, то значит режущий ролик занимает оптимальное положение, а изменение знака усилия вызвано изменениями вектора скорости механизма 19, которые могут возникнуть вследствие погрешностей изготовления, люфтов, износа деталей и т.п. С помощью винтов 12 необходимо обеспечить возможность поворотов штока 3 на некоторые углы ±β/2, величина которых может изменяться от 0° до величины, определяемой допуском на точность хода механизма 19. В этом случае вектор скорости ролика 7 будет автоматически повторять изменение вектора скорости механизма 19, что исключит возникновение поперечных трещин или сведет их к минимуму. Такое надрезание исключит брак при разделении стекла и сведет к минимуму необходимость дошлифовки кромок стеклопакета по ЛСР. По окончании надрезания в прямом направлении каретка 18 с помощью механизма шагового перемещения (на фиг.1 не показан) по программе перемещается на шаг перпендикулярно перемещению механизма 19. При этом ось 17 взаимодействует со вторым (правым) концевым кулачком 20. Режущий ролик 7 плавно заходит на кромку стеклопакета и при обратном ходе каретки справа налево происходит надрезание верхней пластины 21 без холостого хода. По окончании надрезания ось 17 в крайнем левом положении взаимодействует с левым концевым кулачком 20, шток 3 и режущий ролик 7 поднимаются над стеклопакетом до окончания надрезания стеклопакета по одной из осей, например, X. Затем стол 22 поворачивают на
90°, после чего осуществляют надрезание верней пластины по другой оси, например, У. После окончания надрезания верхней пластины стеклопакет переворачивают и аналогичным образом осуществляют процесс надрезания нижней пластины.
Таким образом, устройство обеспечивает хорошее качество надрезания стеклопакета с 2-х сторон, повышает производительность, уменьшает износ режущего ролика 7 и повышает надежность устройства.
На предприятии разработана техническая документация на установку скрайбирования, в которой используется предложенное техническое решение.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Авт. св. 1678780, кл. С 03 В 33/02, пуб. 23.09.91 г. «Устройство для надрезания листового стекла».
2. Авт. св. 1286547, кл. С 03 В 33/02, пуб. 30.01.87 г. «Устройство для надрезания листового стекла».
3. Авт. св. 952782, кл. С 03 В 33/02, пуб. 23.08.82 «Режущая головка для резки листового стекла» (прототип).
4. Авт. св. 1035007, кл. С 03 В 33/02, пуб. 15.08.83 «Режущая головка для резки листового стекла».