屈文韜　張世洪　張興斌　李騰　蔡官洋

【摘 要】本文針對目前普遍存在的手機(jī)貼膜費(fèi)時費(fèi)力且質(zhì)量差不環(huán)保等問題，研究設(shè)計出了一款專門針對手機(jī)鋼化膜能實現(xiàn)全自動手機(jī)貼膜功能，并且廣泛適用于各大小型號手機(jī)，具有機(jī)械特性的手機(jī)貼膜機(jī)。該機(jī)器主要由手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)、手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)、膜底板撤除機(jī)構(gòu)及手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)四個機(jī)構(gòu)組成。四個機(jī)構(gòu)相互配合，能在保證一定貼膜精度的同時，實現(xiàn)手機(jī)貼膜的自動化，并且具有清潔環(huán)保、省時省力、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】手機(jī)貼膜;全自動;機(jī)械特性;棘輪機(jī)構(gòu)

中圖分類號： TH69文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）19-0027-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.011

0 引言

經(jīng)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，手機(jī)貼膜機(jī)主要應(yīng)用于三個市場，一是主要針對手機(jī)制造生產(chǎn)商的高端市場，二是針對各大手機(jī)銷售點(diǎn)維修點(diǎn)的中端市場，三是針對個人手機(jī)用戶的低端市場。適用于高端市場的手機(jī)貼膜機(jī)價格過高，體積，重量過大。適用于低端市場的手機(jī)貼膜機(jī)未能實現(xiàn)自動化，手工貼膜費(fèi)時費(fèi)力且速度慢，效率低[1]。而中端市場處于一個空白的狀態(tài)。因此，為了節(jié)省勞動力并且提高效率，在手機(jī)貼膜機(jī)中端市場上，能實現(xiàn)全自動手機(jī)貼膜功能的機(jī)器必不可少[2]。在貼膜機(jī)的設(shè)計中，經(jīng)濟(jì)性方面要考慮能使機(jī)器適用于各種不同的手機(jī)型號[3]，另一方面還要考慮機(jī)器的大小，重量及運(yùn)行的平穩(wěn)性，同時還要保證有較高的工作效率。

1 全自動手機(jī)貼膜機(jī)研究現(xiàn)狀

現(xiàn)有的全自動手機(jī)貼膜機(jī)主要是適用于高端市場的，他們多數(shù)采用了一種主要應(yīng)用于智能手機(jī)顯示器檢測的ccd技術(shù)[4]，如深圳一家公司研制的全自動手機(jī)貼膜機(jī)TP95120AX[5]，雖能很好的實現(xiàn)全自動手機(jī)貼膜功能，但體積大且價格近萬元，不能適用于以手機(jī)售賣維修點(diǎn)為主的手機(jī)貼膜機(jī)中端市場。而針對低端市場的手機(jī)貼膜機(jī)又是純手動的，雖能在一定程度上實現(xiàn)功能，但始終未能擺脫手動貼膜效率低，精度差且費(fèi)時費(fèi)力的特點(diǎn)。例如淘寶上銷量很高的“貼膜神器”及市面上流行的Reamx貼膜機(jī)，雖然價格較低，但其適用的型號較單一再加上不能完全實現(xiàn)自動化的特點(diǎn)，故很難適用于手機(jī)貼膜機(jī)中端市場。

2 機(jī)器結(jié)構(gòu)組成及工作原理

為填補(bǔ)手機(jī)貼膜機(jī)中端市場的空白，提高手機(jī)貼膜的效率，解放勞動力，實現(xiàn)全自動貼膜，研究設(shè)計了如圖1所示的全自動手機(jī)貼膜機(jī)。機(jī)器主要由手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)1，手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)2，膜底板撤除機(jī)構(gòu)3及手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)4四個機(jī)構(gòu)組成。手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)1與手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)2中心重合，手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)1對手機(jī)進(jìn)行定位夾緊，手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)2對手機(jī)膜進(jìn)行定位加緊，手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)4吸附手機(jī)膜，膜底板撤除機(jī)構(gòu)3撤除膜底板，之后手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)4繼續(xù)運(yùn)行直至手機(jī)與手機(jī)膜貼合。四個機(jī)構(gòu)相互配合，能平穩(wěn)高效的完成手機(jī)膜貼合的動作，大大解放勞動力。

2.1 手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)

圖2所示為手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)簡圖，主要包括x軸雙向絲杠5、y軸雙向絲杠6、手機(jī)底板7、手機(jī)夾板8、棘輪機(jī)構(gòu)9及框架10。為了很好的解決手機(jī)的定位加緊問題，應(yīng)用了兩個分別放置在x軸和y軸的具有不同螺紋旋向的雙向絲杠，其上各裝有兩個手機(jī)夾板8，絲杠旋轉(zhuǎn)時四個手機(jī)夾板同時向手機(jī)底板7的中心移動，手機(jī)放置在手機(jī)底板7上，對手機(jī)進(jìn)行夾緊和固定。棘輪機(jī)構(gòu)9放置在絲杠與電機(jī)的聯(lián)結(jié)處，用于控制夾緊力的大小。

圖3所示為棘輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖，主要包括M5螺釘11，棘輪組件A12，棘輪組件B13，棘輪軸14，銷15，彈簧16，聯(lián)軸器17。棘輪組件A12的左側(cè)連接電機(jī)，聯(lián)軸器17的右側(cè)連接絲杠，正常運(yùn)行時彈簧16處于壓縮的狀態(tài)，棘輪組件A12與棘輪組件B13的棘輪齒處于嚙合的狀態(tài)，即能夠?qū)㈦姍C(jī)的扭矩輸出到絲杠上，但當(dāng)絲杠上夾板對手機(jī)的夾緊力達(dá)到一定值的時候，棘輪組件A12與棘輪組件B13上的棘輪齒開始發(fā)生打滑，使電機(jī)輸出的扭矩?zé)o法傳遞到絲杠上，即達(dá)到控制手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)夾緊力的作用。

手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)的所有零部件總體都安裝框架10上，框架10選用的材料為鋁型材，能在很大程度上減輕機(jī)構(gòu)的重量[6]，使其很好的適用于目標(biāo)市場。

2.2 手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)

圖4所示為手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)簡圖，主要包括x軸雙向絲杠18、y軸雙向絲杠19、手機(jī)膜夾板20、棘輪機(jī)構(gòu)21及框架22。手機(jī)膜夾板固定在絲杠上，在x軸和y軸分別采用具有不同螺紋旋向的雙向絲杠各一個，通過絲杠帶動夾板進(jìn)行固定。夾緊力的大小則是通過棘輪機(jī)構(gòu)21進(jìn)行調(diào)整的。

2.3 膜底板撤除機(jī)構(gòu)

圖5所示為膜底板撤除機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖，主要包括手機(jī)膜底板23，半軸A24，半軸B25、軸承座26，自鎖步進(jìn)電機(jī)27及框架28。手機(jī)膜底板23通過兩個半軸與軸承座26相連，半軸A24與自鎖步進(jìn)電機(jī)27相連。在手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)與手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)動作的時候，自鎖步進(jìn)電機(jī)27使手機(jī)膜底板23呈水平的狀態(tài)，手機(jī)膜在其上由手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位夾緊，而手機(jī)膜底板與手機(jī)底板的中心上下是重合的，夾緊的時候夾板通過雙向絲杠同時向底板中心進(jìn)行運(yùn)動，使得在定位夾緊動作完成時手機(jī)與手機(jī)膜的中心保持重合，這樣的設(shè)計能在一定程度上保證貼膜的精度。當(dāng)手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)動作，吸盤吸住手機(jī)膜的時候，手機(jī)膜底板在自鎖步進(jìn)電機(jī)的帶動下向下翻轉(zhuǎn)90度為后續(xù)機(jī)構(gòu)動作做準(zhǔn)備。

（23手機(jī)膜底板 24半軸A 25半軸B 26軸承座 27自鎖步進(jìn)電機(jī) 28框架）

2.4 手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)

圖6所示為手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖，主要包括電動推桿29，真空吸盤30、吸盤連接平面31及框架32。電動推桿29固定在框架32上，電動推桿的行程方向豎直，這樣的布置可以消除自身重力對運(yùn)動精度的影響。電動推桿29外接控制器并且采用電控的方式運(yùn)動，清潔環(huán)保[7]且能通過編程生成想要的運(yùn)動軌跡。電動推桿工作行程主要分為兩段，中間間隔為膜底板撤除機(jī)構(gòu)撤除膜底板所需的時間，這樣的設(shè)計能在保證運(yùn)動穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上[8]，盡可能的加快行程速度，縮短工作時間，提高工作效率。

真空吸盤30在整個機(jī)構(gòu)中起著至關(guān)重要的作用，它是保證貼膜質(zhì)量的主要因素。為了保證吸盤與手機(jī)膜之間的吸附力適中，不至于造成吸附力過小吸不住手機(jī)膜或者吸附力過大不易摘取進(jìn)而影響貼膜質(zhì)量的后果，必須選擇合適的接觸面積。為了保證吸盤吸附手機(jī)膜之后手機(jī)膜的水平程度，在電動推桿下方安裝了一個面積較大的平面31，將吸盤安裝在該平面上，由此保證手機(jī)膜在與手機(jī)貼合過程中不會產(chǎn)生過大的位置偏差，同時保證了手機(jī)膜在下行過程中的穩(wěn)定性，提高了貼膜的精度。吸盤的材料對貼膜質(zhì)量影響也很大，相較于傳統(tǒng)吸盤，采用真空吸盤能使手機(jī)膜受力更加均勻，同時能夠保證手機(jī)膜不會發(fā)生較大傾斜，且真空吸盤與手機(jī)膜間的吸附力依靠的不是粘力，而是大氣壓力與真空吸盤內(nèi)部的壓力差[9]，更加綠色環(huán)保。

2.5 工作原理

手機(jī)貼膜機(jī)主要分為四個機(jī)構(gòu)：手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)、手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)、膜底板撤除機(jī)構(gòu)、手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)?？傮w貼膜過程如下：手機(jī)與手機(jī)膜同時裝夾，兩個定位機(jī)構(gòu)同時工作實現(xiàn)定位夾緊，隨后手機(jī)與手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)工作。當(dāng)手機(jī)膜被吸附時，手機(jī)與手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)停止工作，膜底板撤除機(jī)構(gòu)工作，膜底板撤除，手機(jī)與手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)繼續(xù)工作，電動推桿帶動手機(jī)膜持續(xù)向下運(yùn)動，直至與手機(jī)貼合。各個機(jī)構(gòu)互相配合詳細(xì)工作原理過程如下：將手機(jī)屏幕面朝上放置于手機(jī)底板上，在手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)中，手機(jī)底板固定不動，手機(jī)底板下x軸和y軸方向上安裝有具有不同螺紋旋向的雙向絲杠各一個，每套絲杠滑塊上都安裝有一對夾板，絲杠轉(zhuǎn)動，手機(jī)夾板將手機(jī)夾緊或放松。應(yīng)用棘輪機(jī)構(gòu)控制夾緊力。手機(jī)底板與手機(jī)膜底板中心上下重合，每對夾板的中心位置也是固定不變的，因此這兩個絲杠就能保證手機(jī)的中心位置固定，同時夾板與手機(jī)是面接觸，這樣也能保證手機(jī)被限制住五個自由度，在重力的作用下，手機(jī)被固定在手機(jī)底板上。

相應(yīng)的手機(jī)膜定位夾緊原理與手機(jī)定位夾緊原理基本一致，不同的是手機(jī)膜采用鋼化膜，易碎，因此需要嚴(yán)格控制夾緊力。而通過改變棘輪機(jī)構(gòu)彈簧的材料或者幾何尺寸就能方便地控制夾緊力的大小，在夾緊手機(jī)的時候采用較大的夾緊力，而在夾緊手機(jī)膜的時候，采用較小的夾緊力。

手機(jī)與手機(jī)膜定位固定后，電動推桿帶動真空吸盤運(yùn)動。電動推桿的工作行程分為兩段，第一段與第二段之間的停留時間是膜底板撤除機(jī)構(gòu)工作的時間。電推桿下伸，帶動真空吸盤吸住手機(jī)膜，此時膜底板撤除機(jī)構(gòu)工作，在自鎖步進(jìn)電機(jī)帶動下，膜底板向下翻轉(zhuǎn)90°。電推桿繼續(xù)下伸，直至手機(jī)與手機(jī)膜貼合，完成一次貼膜動作。

3 結(jié)語

本文研究與設(shè)計的由手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)、手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)、膜底板撤除機(jī)構(gòu)、手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)四個機(jī)構(gòu)組成的全自動手機(jī)貼膜機(jī)，能夠為市面上絕大多數(shù)型號的手機(jī)進(jìn)行貼膜。通過雙向絲杠以及步進(jìn)電機(jī)等自動化設(shè)備達(dá)到全自動貼膜的同時還能保證貼膜精度。在整體結(jié)構(gòu)方面采用了鋁型材做框架，使機(jī)器重量較輕，整體結(jié)構(gòu)大小適中且具有一定的經(jīng)濟(jì)性，能很好地適用于手機(jī)貼膜機(jī)中端市場，填補(bǔ)中端市場的空白，解放勞動力。且控制方式采用電控，工作過程清潔綠色環(huán)保。

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