一种旋转靶材绑定用桁架机器人自动装配装置及方法与流程

1.本发明涉及一种旋转靶材绑定用桁架机器人自动装配装置及采用该装置进行的背管与靶材装配的方法。


背景技术：

2.目前我国的平板显示制造企业发展迅速，国家大力支持先进产品实现国产化。目前镀膜用靶材有两种：平面靶材和旋转靶材（管靶）。平面靶材溅射使用可达到30%左右，而旋转靶材溅射使用率可达到80%左右，其次旋转靶材在使用过程中不停地旋转，靶材表面光滑，使用均匀，不会出现“结瘤现象”，可以保证靶材使用质量和镀膜的均匀性，减少缺陷率以及提高成品率。旋转靶材是目前乃至以后发展的一大趋势。
3.旋转靶材生产过程主要有两大工序：其一：旋转靶材靶管的生产；其二：靶管与背管的绑定。
4.目前旋转靶材的绑定工艺是按单节绑定方式进行的，现有的绑定工艺较为复杂，人工操作过程较多，对员工操作熟练程度较高。由于靶材外径与背管内径相差很小（一般为1mm），另外靶材与背管均是在热态情况下进行组装，当背管长度越大，针对背管加热温度均匀性控制越差，将热态靶管套接到热态背管中，在套装过程中会出现靶管与背管存在较大温差，特别是靶材为陶瓷管时极易出现开裂导致靶材报废，另外在组装过程中时间难以控制，导致金属化层会出现氧化等现象，影响靶材绑定贴合率，进而影响靶材在溅射过程中质量，其次在靶材与背管组装过程中，由于是人工手持靶材进行装配，存在不稳定性，靶材与背管易发生接触导致金属化层遭到破坏，进一步接影响靶管与背管的焊合质量，从而导致靶管、背管与绑定层结合强度不足。长期使用后，金属绑定层易与靶管和背管脱落，若此脱落面积达到某个程度，则溅射时热量从靶管传递到背管会急剧减少，导致靶管局部温度过热，从而引起不均匀热效应，导致在溅射使用中出现靶材体破裂，从而中断镀膜沉淀工艺。
5.现有人工高温热态组装存在的缺点归纳如下：1.一般情况下600mm的旋转靶材就重达30kg，靶材越长，重量越大，人工手持靶材进行装配操作，劳动强度大，且热态套接容易烫伤；2.靶材绑定对套接时间有限制，而人工套接时间过长，会导致出现较大氧化膜，影响绑定贴合率；3.当钛管过长时，紧靠人为进行套接，操作上比较困难，需搭建升降底部平台；4.当靶材（特别是陶瓷靶）在套接过程中，容易与钛管进行左右接触，温差较大话，容易导致靶材开裂；5.在套接过程中，人工控制不好，容易将靶材和钛管表面氧化膜带入绑定层内部，影响绑定质量。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是：提供一种旋转靶材绑定用桁架机器人自动装配装置及方法，采用该装置进行背管与靶材装配的方法，主要是利用机械操作进行热态组装，机械操作代替了大部份人工操作，减少了工人的劳动强度，降低了工人热态套接存在的烫伤风险，同时可以有效缩短靶材与背管装配时间进而控制装配过程中出现的氧化现象，解决了
上述现有技术中存在的问题。
7.解决上述技术问题的技术方案是：一种旋转靶材绑定用桁架机器人自动装配装置，包括桁架机械手、底部平台、背管定位装置和置于背管内部用于加热背管的芯部加热棒，所述底部平台位于桁架机械手的下方，底部平台上设置有由电机通过齿轮链条带动的滑台，滑台上放置有多个滑座，滑座上或是开有环形靶材放置槽或是安装有靶材定位卡爪，底部平台上还固定有加热平台，加热平台上安装有背管底端定位环，所述背管定位装置包括支撑架和安装在支撑架上用于夹紧背管的上定位夹爪、下定位夹爪，所述桁架机械手包括x轴组件、z轴组件和用于抓取旋转靶材的工装夹具。
8.所述的桁架机械手的工装夹具上设置有保温层。
9.所述底部平台上的作业位置安装有用于定位滑座位置的挡板，挡板上安装有用于控制电机停止的接触传感器。
10.所述滑座通过定位栓固定在滑台上。
11.所述背管底端定位环是由两个半圆环构成的圆环状。
12.本发明的另一技术方案是：一种旋转靶材绑定的装配方法，采用上述的旋转靶材绑定用桁架机器人自动装配装置，包括以下步骤：（1）将靶材放置在加热箱中进行加热；（2）将芯部加热棒安装于背管内部，用背管定位装置将背管夹持固定在加热平台上，即背管底端放置在背管底端定位环内并用胶水粘紧密封，上定位夹爪、下定位夹爪分别夹紧背管的上部和中部；（3）启动芯部加热棒和加热平台对背管进行加热；（4）当背管温度达到装配温度时，将温度高于背管温度10-15℃的靶材从加热箱中取出置于滑座上；（5）启动电机使滑台带动滑座移动将靶材向作业位置移动，当滑座到达作业位置触碰到位于档板上的接触传感器时，接触传感器发出信号控制电机停止，使靶材停于作业位置上，桁架机械手的工装夹具抓取靶材并移动至背管正上方进行等待；同时从滑台上取下运输该靶材的滑座；（6）上定位夹爪松开背管，桁架机械手将靶材套入背管中并向下运动，当移动通过上定位夹爪位置后，上定位夹爪进行收紧重新夹紧背管，接着下定位夹爪松开，桁架机械手夹持背管继续向下运动，当靶材通过下定位夹爪位置后，下定位夹爪进行收紧重新夹紧背管，桁架机械手夹持靶材继续向下运动，当靶材距离背管底端定位环10-20mm时工作人员用手托住靶材，工作人员缓慢将靶材放置至背管底端定位环上，完成该节靶材的装配；然后采用人工绑定的方法将装配好的该节靶材绑定到背管上；（7）重复步骤（5），使桁架机械手的工装夹具抓取下一节靶材并移动至背管正上方进行等待，同时从滑台上取下运输该靶材的滑座；（8）当靶材需要通过上定位夹爪夹紧位置时，上定位夹爪松开背管，桁架机械手将靶材套入背管中并向下运动，当移动通过上定位夹爪位置后，上定位夹爪进行收紧重新夹紧背管，当靶材需要通过下定位夹爪夹紧位置时，接着下定位夹爪松开，桁架机械手夹持背管继续向下运动，当靶材通过下定位夹爪位置后，下定位夹爪进行收紧重新夹紧背管，桁架机械手夹持靶材继续向下运动，当靶材距离下方的靶材10-20mm时工作人员用手托住靶材，然后
桁架机械手松开靶材，工作人员缓慢将靶材放置到下方靶材上，完成该节靶材的装配；然后采用人工绑定的方法将装配好的该节靶材绑定到背管上；当靶材绑定至下定位夹爪或上定位夹爪的夹紧位置时，下定位夹爪或上定位夹爪通过夹紧靶材固定背管；（9）重复步骤（7）、（8），直到最后一节靶材装配到背管上，并采用人工绑定的方法将装配好的最后一节靶材绑定到背管上。
13.与现有技术相对比，本发明具有以下优点：1、由于采用机械操作代替了大部份人工操作，工人在装配过程中通过控制机械装置就能够轻松完成装配工作，操作容易，对员工操作熟练程度要求不高。另外，采用机械手进行装配工作，工人不再需要手持靶材进行热态装配操作，有效减少了工人的劳动强度以及烫伤风险，且机械手的装配稳定性更好，能够保证产品质量。
14.2、本发明背管与靶材的装配过程，是通过桁架机械手抓取靶材套装到背管外侧，桁架机械手具有x轴组件和z轴组件，能够在左右、上下方向快速移动和定位，可以有效缩短靶材与背管装配时间进而控制装配过程中出现氧化现象。
15.3、本发明装配过程能够控制在5分钟内完成，与现有人工热态组装的方式相比装配时间明显缩短；且桁架机械手定位准确，背管通过背管定位装置的固定，在装配过程中能够保持固定不动，靶材在套入背管的过程中不会与其发生接触，一般情况下金属化层不会被破坏，有效解决了现有工艺中靶材与钛管在热态组装时金属化层被破坏的问题。
16.4、本发明桁架机械手的工装夹具上设置有保温层，在抓取装配过程对靶材具有一定的保温作用，且套装时间能够控制在5min以内，使靶材的温度大概下降10℃左右，与背管温度相匹配，有效解决在装配过程中靶材与钛管由于温差导致靶材（陶瓷）开裂问题。
17.下面，结合附图和实施例对本发明之一种旋转靶材绑定用桁架机器人自动装配装置及方法的技术特征作进一步的说明。
附图说明
18.图1为本发明之旋转靶材绑定用桁架机器人自动装配装置主视图。
19.图2为本发明之旋转靶材绑定用桁架机器人自动装配装置俯视图。
20.图3为本发明之靶材放置于滑座的环形靶材放置槽内示意图。
21.图4为本发明之背管底端定位环结构示意图。
具体实施方式
22.实施例1：一种旋转靶材绑定用桁架机器人自动装配装置，如图1-图4所示，包括桁架机械手10、底部平台4、背管定位装置9和置于背管内部用于加热背管的芯部加热棒，所述底部平台4位于桁架机械手10的下方，底部平台上设置有由电机1通过齿轮链条带动的滑台2，滑台上放置有多个滑座3，滑座3上开有环形靶材放置槽，底部平台4上还固定有加热平台8，加热平台上安装有背管底端定位环7，所述背管底端定位环7是由两个半圆环构成的圆环状，所述背管定位装置9包括支撑架91和安装在支撑架上用于夹紧背管的上定位夹爪93、下定位夹爪92，所述桁架机械手10包括x轴组件101、z轴组件102和用于抓取旋转靶材的工装夹具103。工装夹具上设置有保温层，用于对靶材的保温。
23.作为本实施例的一种变换，所述滑座上可以不开设环形靶材放置槽，而是安装有
靶材定位卡爪固定靶材，并在靶材定位卡爪上设置有耐高温隔热硅胶。
24.本实施例中，所述底部平台5上的作业位置安装有用于定位滑座3位置的挡板6，挡板上安装有用于控制电机停止的接触传感器，当滑座3到达作业位置触碰到位于档板上的接触传感器时，接触传感器发出信号控制电机1停止，能够使放置于滑座上的靶材位于作业位置上。作为一种变换，也可以采用其他方式控制靶材能够到达作业位置停止。
25.本实施例中，所述滑座3通过定位栓5固定在滑台2上，当需要从滑台2上取下滑座3时，只需要取下定位栓5就可以将滑座取下。
26.实施例2：一种旋转靶材绑定的装配方法，采用如实施例1所述的旋转靶材绑定用桁架机器人自动装配装置，包括以下步骤：（1）将靶材p1放置在加热箱中进行加热；（2）将芯部加热棒安装于背管p2内部，用背管定位装置将背管夹持固定在加热平台8上，即背管底端放置在背管底端定位环7内并用胶水粘紧密封，背管的外径与背管底端定位环的圆环内径相同或是略小一点，上定位夹爪93、下定位夹爪92分别夹紧背管的上部和中部；（3）启动芯部加热棒和加热平台8对背管进行加热；（4）当背管温度达到装配温度时，将温度高于背管温度10-15℃的靶材从加热箱中取出置于滑座3的环形靶材放置槽上；（5）启动电机1使滑台2带动滑座3移动将靶材向作业位置移动，当滑座到达作业位置触碰到位于档板6上的接触传感器时，接触传感器发出信号控制电机停止，使靶材停于作业位置上，桁架机械手10的工装夹具103抓取靶材并移动至背管正上方进行等待，工装夹具的移动是在x轴组件和z轴组件上进行；同时从滑台上取下运输该靶材的滑座；（6）上定位夹爪松开背管，桁架机械手将靶材套入背管中并向下运动，当移动通过上定位夹爪位置后，上定位夹爪进行收紧重新夹紧背管，接着下定位夹爪松开，桁架机械手夹持背管继续向下运动，当靶材通过下定位夹爪位置后，下定位夹爪进行收紧重新夹紧背管，桁架机械手夹持靶材继续向下运动，当靶材距离背管底端定位环10-20mm时工作人员用手托住靶材，工作人员缓慢将靶材放置至背管底端定位环上，完成该节靶材的装配；然后采用人工绑定的方法将装配好的该节靶材绑定到背管上；（7）重复步骤（5），使桁架机械手的工装夹具抓取下一节靶材并移动至背管正上方进行等待，同时从滑台上取下运输该靶材的滑座；（8）当靶材需要通过上定位夹爪夹紧位置时，上定位夹爪松开背管，桁架机械手将靶材套入背管中并向下运动，当靶材通过上定位夹爪位置后，上定位夹爪进行收紧重新夹紧背管，当靶材需要通过下定位夹爪夹紧位置时，接着下定位夹爪松开，桁架机械手夹持背管继续向下运动，当移动通过下定位夹爪位置后，下定位夹爪进行收紧重新夹紧背管，桁架机械手夹持靶材继续向下运动，当靶材距离下方的靶材10-20mm时工作人员用手托住靶材，然后桁架机械手松开靶材，工作人员缓慢将靶材放置到下方靶材上，完成该节靶材的装配；然后采用人工绑定的方法将装配好的该节靶材绑定到背管上；当靶材绑定至下定位夹爪或上定位夹爪的夹紧位置时，下定位夹爪或上定位夹爪通过夹紧靶材固定背管；（9）重复步骤（7）、（8），直到最后一节靶材装配到背管上，并采用人工绑定的方法将装配好的最后一节靶材绑定到背管上。
27.本发明所述桁架机械手的具体结构与现有技术相同，此处不再赘述。