摘 要

气浮作为一种无接触支撑方式，具有污染小、受外界干扰小、稳定性高的优点。喷印显示是新兴的显示屏加工制造技术，利用气浮技术支持显示屏印刷基板，设计制造气浮基板的显示屏喷印装备是当下国内外研究的热点问题。本文拟以G4.5代显示屏印刷基板为对象，提出结构设计方案及控制方案，并对流场部分及基板运动模块进行重点分析仿真，为气浮技术在喷印显示中的实际应用做理论研究。

本文首先用Solidworks三维建模软件构建了显示屏印刷基板气浮平台的结构图，提出了利用气浮方式支撑基板，通过基板和喷头的联合运动实现显示屏印刷基板喷印的方案。分析对比了小孔节流、环形节流、毛细管节流、多孔介质节流四种节流方式的特性，结合支撑对象的性质选择毛细管节流为节流方案。建立了计算模型，以此对气膜流场的黏性力、气孔周围压力分布以及节流过程进行了理论分析计算，为后续仿真研究提供理论基础。

针对供气方案采用ANSYS/FLUENT流体分析软件分别对单正压气孔、四正压气孔、四正压一负压基本气浮单元进行了仿真分析，研究了三种情况下流场的压力、速度、流线、支持力情况。研究结果表明四正压一负压供气方案优势明显。并针对不同尺寸、不同供气、吸气压力的下的四正压一负压的供气单元做了分析对比，所得结果对于G4.5显示屏印刷基板气浮平台的设计具有重要的指导意义。

总结了显示屏印刷基板气浮平台的整体控制方案，提出了一种具有可行性的结构设计和系统控制方案。并针对PID 直线电机运动方案采用Matlab和Simulink进行了分析仿真。首先用Matlab语言针对基板的运动要求设计了基板运动的轨迹规划器，在Simulink仿真平台中，搭建了运动模块的模型，利用PID控制器实现了控制系统的稳定性和准确性的要求。

关键词：显示屏印刷基板；气浮平台设计；正负压供气；运动规划；控制方案

Abstract

Air flotation technology as a way of contactless support.Low pollution, not sensitive to interference, high stability are main advantages of this. Can air flotation technology was applied to screen printing substrate of spray printing process has a good application prospect.This paper proposes a structural design scheme and a control scheme based on the G4.5 generation screen printing substrate. Analyzes and simulates the flow field and the substrate movement module.

In this paper, Solidworks 3D modeling software is used to construct the structure diagram of the air floating platform of display screen printing substrate, and a scheme of using the air floating mode to support the substrate and realize the printing of display screen printing substrate through the joint movement of the substrate and sprinkler head is proposed.The characteristics of orifice , annular orifice, capillary orifice and porous medium orifice are analyzed and compared.A computational model was established to theoretically analyze and calculate the viscous force, the pressure distribution around the stoma and the throttling process of the gas membrane flow field.

In view of the air supply program, the hydrodynamic software ANSYS/FLUENT was used to conduct 3D numerical simulation of the single positive pressure stoma, four positive pressure stoma, four positive pressure and one negative pressure basic air floating unit, and the pressure, velocity, streamline and supporting force of the flow field of the three air supply programs were studied.The results show that the four positive pressure and one negative pressure gas supply scheme has obvious advantages.The analysis and comparison of the four positive pressure and one negative pressure air supply units under different sizes, different air supply pressures and inspiratory pressures are also made. The results obtained have important guiding significance for the design of G4.5 display printing substrate air floating platform.

This paper summarizes the overall control scheme of the air floating platform for display screen printing substrate, and puts forward a feasible structural design and system control scheme. And for the PID linear motor motion scheme using Matlab and Simulink for analysis and simulation. First of all, Matlab language is used to design the trajectory planner based on the motion requirements of the substrate. In the Simulink simulation platform, the model of the motion module is built, and the PID controller is used to realize the stability and accuracy requirements of the control system.

Key words: display screen printing substrate;Air floating platform design;Positive and negative pressure gas supply;Movement planning;Control scheme

目录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景与意义 1

1.2有关气浮技术的国内外研究 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 3

1.3课题研究内容 4

第2章 设计方案的选择 5

2.1气浮基板参数 5

2.2结构设计建模 5

2.3方案选择 7

2.3.1节流方案 7

2.3.2供气方式的选择 9

2.3.3运动机构方案的选择 10

2.4本章小结 10

第3章 流场部分理论计算分析 11

3.1黏性力计算 11

3.2压力分布规律的计算 12

3.3节流过程计算 14

3.4本章小结 14

第4章 流场部分仿真分析 15

4.1 ANSYS/FLUENT仿真流程 15

4.2 FLUENT流场分析关键参数 16

4.3 ANSYS/FLUENT流场分析 17

4.3.1单气孔供气分析 17

4.3.2四正压供气口基本供气单元分析 19

4.3.3四进气一吸气气浮基本单元流场分析 21

4.4本章小结 25

第5章 系统控制方案 26

5.1 系统整体控制方案 26

5.2气浮平台运动控制方案 26

5.3运动控制模型搭建 27

5.3.1直线电机 27

5.3.2轨迹规划 28

5.3.3 PID控制器 30

5.4 Simulink控制系统仿真 30

5.4.1 Simulink模型 30

5.4.2 PID参数整定 31

5.4.3 仿真分析 33

5.5本章小结 34

第6章 总结与展望 36

6.1 研究成果总结 36

6.2不足与展望 36

参考文献 37

致谢 38

第1章 绪论

1.1课题研究背景与意义

我国是全球最大的显示屏印刷基板需求和加工制造市场。随着可穿戴设备、智能手机、大屏电视等电子产品出货量的逐年增高，我国显示屏印刷基板的市场在未来将得到进一步的发展和扩充。截止2019年统计的数据，我国彩电出货量占全球彩电出货量的50%以上，手机制造则承担了全球80%以上的份额，其他电子类产品和显示装备也主要由我国加工生产。目前广泛应用的液晶面板中，玻璃基板是非常关键的零部件，通常来说，玻璃基板的厚度仅为1mm左右，而且重量轻，面积大，兼具一定的机械硬度，但是它的加工制造过程中需要非常苛刻的条件，而且由于本身为精密玻璃电子元器件，一旦产生划伤、腐蚀的微小的创伤，都会在显示过程中放大，造成残次品的产生。我国本土企业以东旭集团为代表，在玻璃基板的制造创新方面有很多的突破，但是对比国际一流的领域龙头企业：康宁、旭硝子等依旧存在技术上的巨大差距，核心生产工艺仍需突破和提高。目前广泛存在的问题依然是产品良品率低，容易产生大幅度收缩，以及生产加工过程中污染损伤的问题，改进玻璃基板生产过程中关键工艺，以提高其品质和生产效率，是目前喷印显示领域研究的热点问题。

显示屏玻璃基板作为显示屏制造过程中的主要电子元器件，属于高精密透明的电子元器件。在其加工生产过程中，一旦污渍或缺陷超过3微米都有可能对其显像质量和产品品质产生影响，从而导致残次品的产生。因此在其加工生产过程中，采取无接触支撑的方式，实现玻璃基板与支承底座的分离，避免接触磨损的产生，从而提高加工精度和成品质量具有重要的研究意义。目前实现无接触悬浮的方式有声波悬浮、磁力悬浮、气体悬浮等方式，其中气体悬浮采用高压气体在基板和支撑底座之间形成稳定气膜，从而实现稳定支持的方式是当下最为看好的无接触支撑方式。综合分析来看，将气浮的方式应用在基板加工的过程中具有以下优点：