一种COB光组件非接触式贴膜机构

一种COB光组件非接触式贴膜机构

陈树钊

（佛山市多谱光电科技有限公司）

摘要：在COB光组件非自动化包装过程中，人工贴膜过程中手指会接触到COB光组件的发光面，这样会造成芯片或金线损伤的隐患。设计一种COB光组件非接触式贴膜机构，能够替代人工作业，完成贴膜。非接触式贴膜机构在不断试验和改良过程中，解决了贴膜有毛刺和贴膜有偏差的问题。

关键词：COB光组件；贴膜；非接触

COB光组件在LED领域应用越来越广泛，COB光组件在包装出货前都需要在其发光面上贴上一张蓝色保护膜。人工贴膜最大的弊端就是在贴膜过程中手指会接触到COB光组件的发光面，这样会造成芯片或金线损伤的隐患，而且人工贴膜的位置精度差，整盒包装盒内的COB光组件贴膜一致性差，不美观。

预裁切的蓝色PE薄膜，人工需要拿住薄膜的凸出位置从黄色光面纸剥离出来，薄膜的一面有一定粘度，人工把薄膜有粘度的表面贴在COB光组件发光面上。实现贴膜的机械结构，比较容易联想到采用类似人工作业的动作，因此就想到了自动贴标签的结构是否能适用于在贴COB光组件上。市场上常见的自动贴标签机构，首先从能自动剥离标签纸，在剥离标签纸过程中，通过吸盘把标签往上吸住，然后再转移贴在需要贴标签的表面上。这种间接转移贴膜方式不适合用于COB光组件的，而且COB光组件发光面是不能直接接触的，因此需要采用非接触式贴膜的方式。在设计非接触式贴膜机构过程中，参照了一种打孔机构，打孔机构是用于在薄膜包装袋的指定位置上，冲切出一些孔，这些孔用于防止人误用导致窒息的，打孔机构只是在薄膜袋上冲切孔，而被冲切出来的圆形薄膜就当作是废料掉落。利用打孔机构方式，把冲切出来的圆形或方形薄膜直接贴在COB光组件的发光面上。

1非接触式贴膜机构的结构设计

非接触式贴膜机构的的冲头组件包括冲切薄膜主体形成保护膜的冲头、可通气体的进气固定块和可与气缸连接的凹型块。冲头的冲切端面上有若干个均匀分布的贯穿小孔，进气固定块与冲头接触端有凹型圆环，圆环位置对应冲头的分布的小孔，凹型圆环与进气固定块的进气孔相连。

非接触式贴膜机构包括模座，模座设置有下模，下模设置有形状与冲头形状匹配的通孔，形成冲切工位（该通孔就是冲切工位）。冲切工位上面设置有导向槽，冲头可以从导向槽上端槽口插入导向槽，从下端槽口穿出；带状的薄膜主体经过导向槽下端槽口（即置于冲切工位与导向槽下端槽口之间）。导向槽的设置一方面可以限制冲头的运动轨迹，另一方面对冲头起一定的导向作用，避免冲头发生偏移。冲切气缸通过固定在模座的顶部，冲头组件通过气缸连接件连接冲切气缸。

非接触式贴膜原理：薄膜处于冲头和下模之间，冲切气缸推动冲头向下模运动，薄膜冲切后后，通过冲头端面的小孔把冲头端面的薄膜吹落在COB光组件的发光面上，实现非接触式贴膜。非接触式贴膜机构的冲切薄膜后，吹落薄膜过程中如何能准确贴在COB光组件的发光面上，遇到了冲切出来的薄膜有毛刺和贴膜位置偏差大两个技术难点。

2薄膜有毛刺的问题研究

一旦冲切出来的薄膜某些位置有毛刺，就会导致吹落薄膜过程中出现不平行下落的情况，严重影响到贴膜的位置，而且薄膜没有冲切断也会影响到下一次的冲切。冲切出来的薄膜有毛刺主要跟四个方面有关系：第一，冲头与下模的冲孔之间的间隙；第二，冲头冲切时的速度；第三，薄膜的厚度；第四，薄膜冲切力度。

冲头在冲切薄膜过程中，其实是一种剪断过程，在剪断过程中会经过薄膜的弹性变形、塑性变形和撕断。薄膜在弹性变形过程中，会出现很小程度的拉长现象，当拉长到一定程度时，就变成塑性变形，一旦塑性变形达到了材料的变形极限就会出现撕断。其实出现毛刺的现象就是薄膜在塑性变形阶段中，薄膜被拉长的程度过大。

参照金属的冲切原理，冲头与下模冲孔合适的配合间隙是很关键。当间隙配合过大，就会导致薄膜在塑性变形过程中被拉长的程度很大，甚至无法到达撕断的程度。当间隙配合过小，就会导致薄膜在弹性变形过程中无法拉长，而根本无法达到塑性变形的程度。一般的薄膜厚度为t=0.06mm-0.08mm，取材料厚度t的10%作为基准间隙，即0.006mm-0.008mm，不同冲头与下模冲孔间隙配合与薄膜厚度做相关试验，试验的数据如表1所示。通过数据反应出来，冲头与下模冲孔之间间隙δ≤0.1t，这样冲切出来的薄膜效果最佳，不会出现毛刺。如果选用t=0.06mm的薄膜，那相应的间隙δ≤0.006mm，这样会增大加工精度；如果选用t=0.08mm的薄膜，那相应的间隙δ≤0.008mm，这个精度比较容易加工，一般的慢走丝都能达到。在实际生产的过程中，根据客户反馈回来的信息，客户选用t=0.08mm的薄膜时，冲头和下模冲孔的维护间隔比较长，一般只需每个月清理一次即可。但选用t=0.08mm的薄膜时，冲头和下模冲孔的维护间隔比较小，每个星期都要清理一次。

表1冲头与下模冲孔间隙配合和薄膜厚度关系

从以上的试验数据，得出的结论：冲切气缸选用缸径Φ25比较合适，冲切速度需要足够快，而且薄膜选用t=0.08mm比较好，冲头与下模冲孔的配合间隙δ≤0.008mm。

3贴膜的位置偏差大的问题研究

参照了打孔机构的结构，在冲头上增加了均匀分布可通气的小孔，可用于吹已冲切出来的薄膜。虽然冲切后的冲头下端面离COB光组件的发光面很近，但冲头冲切停止瞬间，已冲切的薄膜会自主下落，薄膜下落时可能会出现的非平行下落，而是斜着下落。一旦出现斜着下落姿态时，即使通过冲头的小孔吹气，也只是加快薄膜下落速度，并不会改变下落的姿态，而且薄膜斜着下落就会造成薄膜贴在COB光组件发光面上时会有偏移。只有当薄膜是平行下落时，薄膜贴在COB光组件发光面上时会很正。而且冲头停止同时，吹气并不一定是同步进行，如果冲头停止了，但吹气是延后开始，就会容易出现薄膜斜着下落，如果冲头在停止前，吹气已经提前开始，也会容易出现薄膜被气吹偏的。控制好吹气与冲切停止的节拍是控制贴膜位置是否偏移的关键点。

图1冲切贴膜过程示意图

调整冲切与吹气工作顺序，增加真空环节，新的冲切贴膜过程（如图1所示）：（1）在冲切气缸带动冲头向下冲切前，开启真空阀，真空阀的气管与冲头组件的进气固定块连接，使得冲头下端面的小孔一直有真空；（2）冲切气缸带动冲头向下冲切，冲头快速通过下模冲孔，将卷带薄膜冲切出所需要形状的保护膜，在整个冲切过程中，真空阀一直处于打开状态，保证被冲切出来的薄膜一直吸附在冲头的下端面；（3）待冲切气缸完全停止后，关闭真空阀，打开吹气阀，压缩气体就通过进气孔再分流到冲头的均匀分布小孔，吹气的气流均匀分布在已冲切出来的薄膜上，使得薄膜平行下落，贴在COB光组件的发光面上。薄膜粘贴的位置一致性好，位置偏差控制≤±0.5mm。

4结束语

通过不断试验和改良，非接触式贴膜机构已经解决了冲切出来薄膜有毛刺和贴膜位置偏差大的两大问题，而且这种贴膜机构在客户中正式生产使用中贴膜效果良好，得到了客户的肯定。这种非接触式贴膜机构不但适用于COB光组件的贴膜，而已还能应用到一些对保护面有特殊要求的场合。

参考文献：

[1]成大先.机械设计图册.化学工业出版社，2000

[2]施于庆.金属塑性成形工艺及模具设计.清华大学出版社，2012

[3]王章忠.机械工程材料.机械工业出版社，2011