廖新明 凌斌 王永亮

摘要：市場(chǎng)上光學(xué)防抖馬達(dá)彈片組的組裝工程基本以人工手動(dòng)組裝壓入為主，其作業(yè)效率低下，產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定的情況一直存在，針對(duì)這些問題，開發(fā)設(shè)計(jì)了光學(xué)防抖馬達(dá)彈片組自動(dòng)組裝設(shè)備。結(jié)合現(xiàn)階段工業(yè)技術(shù)，采用伺服馬達(dá)配合彈片組瓣料治具進(jìn)行料帶彈片組瓣料，同時(shí)采用精密伺服小型旋轉(zhuǎn)馬達(dá)配合帶動(dòng)專用彈片吸取治具，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)彈片組取料，再通過精密機(jī)械手帶動(dòng)多功能作業(yè)頭，利用作業(yè)頭上的專用彈片組組裝治具進(jìn)行氣動(dòng)精準(zhǔn)組入彈片，設(shè)備中的排盤機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了彈片組料帶自動(dòng)上料，通過獨(dú)特的彈片組裝專用治具的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)防抖馬達(dá)彈片組組裝工程自動(dòng)化，減少了企業(yè)成本，提升了光學(xué)防抖馬達(dá)彈片組組裝的品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：光學(xué)防抖;工業(yè)技術(shù);伺服馬達(dá);自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TP23文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-9492（2021）11-0212-03

Design of Automatic Assembly Equipment for Shrapnel Group of Optical Anti Shake Motor

Liao Xinming，Ling Bin ，Wang Yongliang

（Nidec Sankyo Electronics（Dongguan） Co.， Ltd.， Dongguan， Guangdong 523325， China）

Abstract： In view of the fact that the assembly engineering of optical anti shake motor spring group in the market is mainly manual assembly and pressing， the problems of low operation efficiency and unstable product quality always exist. In order to improve the engineering， the automatic assembly equipment of optical anti shake motor spring group was developed and designed. Combined with the current industrial technology， servo motor was used to cooperate with the spring plate assembly fixture for the material belt spring plate assembly. At the same time， the precision servo small rotary motor was used to cooperate with the special spring plate suction fixture to realize the accurate spring plate group reclaiming. Then the multi-functional working head was driven by the precision manipulator， and the special spring plate assembly fixture on the working head was used for the pneumatic conveying. Through the plate arrangement mechanism of the equipment， the automatic feeding of the spring sheet assembly belt was solved， and the design of the unique spring sheet assembly fixture realized the automation of the spring sheet assembly engineering of the optical anti shake motor， reduced the cost of the enterprise， and improved the quality of the optical anti shake motor spring sheet assembly.

Key words： optical anti shake; industrial technology; servo motor; automation

0 引言

在光學(xué)防抖馬達(dá)的制造過程中，需要將彈片與彈片部組料帶進(jìn)行組裝，現(xiàn)有的組裝作業(yè)大多由人工配合簡(jiǎn)易的治具進(jìn)行作業(yè)，此種作業(yè)方式工作效率低，人工成本高，不良產(chǎn)出高，因此有必要予以改進(jìn)。同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，市場(chǎng)企業(yè)的不斷擴(kuò)張，導(dǎo)致市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，企業(yè)生存壓力巨大，迫使企業(yè)縮減人力成本的同時(shí)還需提升生產(chǎn)力，而機(jī)械換人便是必然。光學(xué)防抖[1]馬達(dá)彈片組組裝工程，現(xiàn)階段生產(chǎn)是以人工手動(dòng)組入彈片組為主要生產(chǎn)模式，故人力成本高，急需從人工手動(dòng)壓入改善轉(zhuǎn)化，本文從減少企業(yè)人力成本、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度同時(shí)提升企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化[2]的方向出發(fā)，設(shè)計(jì)研發(fā)光學(xué)防抖馬達(dá)彈片組組裝自動(dòng)化設(shè)備，獨(dú)特的彈片組組裝治具設(shè)計(jì)，提升了本工程光學(xué)防抖馬達(dá)彈片組組裝的生產(chǎn)效率以及良品率，為逐步實(shí)現(xiàn)智能制造添磚加瓦。

1 光學(xué)防抖馬達(dá)彈片組的自動(dòng)組裝方案

彈片組自動(dòng)組裝壓入始終以提升產(chǎn)品品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率和減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度為目標(biāo)，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化排盤機(jī)構(gòu)作為彈片組料帶的供料機(jī)構(gòu)，精密氣缸與精密伺服電機(jī)合理運(yùn)用在彈片組料帶瓣料工序環(huán)節(jié)，使得彈片組高效瓣料得以實(shí)現(xiàn)，以高精度伺服機(jī)械手[3]配合精密專用多功能工作頭為主要執(zhí)行體作為基本思路，同時(shí)考慮設(shè)備故障快速維修調(diào)整的情況，最終在優(yōu)化設(shè)計(jì)、協(xié)力檢討的前提下，實(shí)現(xiàn)設(shè)備高效率生產(chǎn)，減少公司人力成本。

光學(xué)防抖馬達(dá)彈片組組裝后完整體由彈片組、固定座組、GIM 單體3個(gè)部組件構(gòu)成。工藝流程依次按順序組合，首先彈片組料帶經(jīng)瓣料機(jī)構(gòu)進(jìn)行彈片組單體瓣料，然后彈片組單體經(jīng)精密伺服吸抓吸取并與 GIM 單體進(jìn)行組裝，如圖1所示，最后組裝體（彈片組與 GIM ）經(jīng)多功能工作頭自動(dòng)壓入固定座組。

1.1 設(shè)備整體

光學(xué)防抖馬達(dá)彈片組自動(dòng)組裝壓入機(jī)主要由非標(biāo)送料排盤機(jī)構(gòu)、彈片組瓣料供給機(jī)構(gòu)、精密伺服機(jī)械手、操控系統(tǒng)（觸摸屏、控制箱、電磁閥）、固定座雙來料軌道受臺(tái)機(jī)構(gòu)、光感傳感器、CCD 系統(tǒng)[4]、市購(gòu)品標(biāo)準(zhǔn)件、氣動(dòng)元件等部分組成。如圖2所示。

1.2 彈片組自動(dòng)組裝壓入工藝?yán)щy點(diǎn)

（1） 各動(dòng)作活動(dòng)執(zhí)行部件的活動(dòng)精度不足時(shí)，彈片組的自動(dòng)組裝壓入就無法進(jìn)行，所以設(shè)備精度為首要考慮要素。

（2） 彈片組料帶在瓣料前必須確保穩(wěn)定定位，在瓣料后必須保證彈片組料帶上所有單體都能完全脫離于料帶，否則會(huì)引起機(jī)構(gòu)卡死。

（3） 彈片組壓入固定座前必須確保彈片組的底端朝向正確，且前端2個(gè)銀腳必須正確懸掛在 GIM 銀腳卡槽內(nèi)，否則會(huì)對(duì)后面壓入固定座產(chǎn)生不良影響從而引起彈片變形、固定座壓傷或組裝壓入不到位。

（4） 設(shè)備受臺(tái)來料的智能判別必須精準(zhǔn)，否則出現(xiàn)空打作業(yè)容易造成下工序的作業(yè)差異發(fā)生。

2 彈片組自動(dòng)組裝壓入機(jī)重要機(jī)構(gòu)

2.1 非標(biāo)排盤機(jī)送料機(jī)構(gòu)

非標(biāo)排盤機(jī)送料機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、精密送料氣缸、料盤夾緊定位治具及精密線軌機(jī)構(gòu)組成。如圖3所示。

非標(biāo)排盤機(jī)送料機(jī)構(gòu)其功能是為瓣料機(jī)構(gòu)提供彈片組料帶，根據(jù)彈片組料帶的外形特征，設(shè)計(jì)一款可應(yīng)用在排盤機(jī)送料機(jī)構(gòu)上的載體治具，經(jīng)過初期的送料機(jī)構(gòu)調(diào)試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)載體治具料盤在夾緊固定的瞬間經(jīng)常性出現(xiàn)沖擊抖動(dòng)，至使彈片組料帶從載體料盤的擺放位跳出的情況，一旦發(fā)生抖動(dòng)跳料，載體料盤內(nèi)的彈片組料帶排列就會(huì)錯(cuò)亂，將導(dǎo)致彈片組料帶被工作頭吸取供料時(shí)發(fā)生位置偏離異常報(bào)警。針對(duì)此問題，經(jīng)過檢討及研究，重新設(shè)計(jì)氣缸夾緊結(jié)構(gòu)，追加夾緊氣缸緩沖器[5]以降低氣缸夾緊時(shí)的沖擊力，同時(shí)在載體料盤的兩端夾緊面追加兩個(gè)夾緊定位銷孔，可更好地保證在載體料盤夾緊后的表面水平從而使料帶更容易被吸取。通過上述改進(jìn)有效防止抖動(dòng)跳料的發(fā)生，降低設(shè)備故障率，滿足了設(shè)備供料需求。

2.2 彈片組多功能組裝工作頭機(jī)構(gòu)

彈片組多功能組裝工作頭機(jī)構(gòu)由上下推送氣缸、料帶吸取治具、GIM 定位芯、彈片組伺服電抓、GIM 托付治具、托付治具動(dòng)力氣缸、小型伺服電缸、工作頭定位板組成，如圖4所示。上下推送氣缸鎖固在工作頭定位板上，料帶吸取治具鎖固在上下推送氣缸的活塞桿上受氣缸帶動(dòng);2 個(gè)彈片組伺服電抓鎖固于小型伺服電缸的2個(gè)活動(dòng)受臺(tái)上，受伺服電缸帶動(dòng)作左右移動(dòng)，伺服電缸主體鎖固在定位治具板上，而定位治具板鎖固在工作頭定位板; GIM 托付治具鎖固在托付治具動(dòng)力氣缸的活塞桿上受氣缸帶動(dòng)，托付治具動(dòng)力氣缸鎖固在定位治具板上。

為了確保彈片料帶供料的穩(wěn)定性，探討研究了彈片組伺服電抓結(jié)構(gòu)可行性。電抓設(shè)計(jì)初期抓子吸取端設(shè)計(jì)為平面帶孔模式，經(jīng)調(diào)試驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)彈片組吸取時(shí)常有吸取偏移現(xiàn)象，后改進(jìn)為吸取端設(shè)計(jì)為平面凹槽內(nèi)帶吸孔模式，經(jīng)調(diào)試驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)平面凹槽能更好地限位彈片組，從而大大提升彈片組吸取正常概率。

2.3 彈片組料帶瓣料機(jī)構(gòu)

彈片組料帶瓣料機(jī)構(gòu)主要由料帶壓緊功能部分、料帶托固部分和料帶瓣料功能部分這3部分組成。整體彈片組料帶瓣料機(jī)構(gòu)如圖5所示。

壓緊治具鎖固在壓緊氣缸活塞桿上，壓緊氣缸鎖固于壓緊左右移動(dòng)氣缸的移動(dòng)受臺(tái)上，壓緊左右移動(dòng)氣缸鎖固在定位機(jī)架上從而組成料帶壓緊功能部分。料帶托固治具鎖固在基底板上并處于兩瓣料臂的中央位，當(dāng)壓緊治具右移后往下壓時(shí)能剛好與之相擠壓，從而達(dá)到料帶被壓緊的效果。料帶瓣料臂鎖固在一對(duì)懸架上，可作旋轉(zhuǎn)搖擺活動(dòng)，瓣料臂的旋轉(zhuǎn)軸一端與伺服電機(jī)相聯(lián)接，受電機(jī)帶動(dòng)作往復(fù)搖擺活動(dòng)，瓣料臂上安裝有夾片，每片夾片都與單獨(dú)小氣缸的活塞桿連接在一起，小氣缸鎖固在瓣料臂固定支架上，夾片受小氣缸帶動(dòng)可作夾持彈片組動(dòng)作，瓣料臂固定支架鎖固在瓣料機(jī)構(gòu)底部的線軌滑塊上，瓣料臂固定支架底部與另一推力氣缸相連，瓣料臂固定支架與料帶定位治具的相對(duì)位置由推力氣缸帶動(dòng)整個(gè)瓣料臂固定支架作前后移動(dòng)的位置決定。為了確保彈片組料帶瓣料效果的穩(wěn)定性及易行性，彈片組料條需在前工序預(yù)切一道彈片組脫落刀痕以提高瓣料機(jī)構(gòu)瓣料脫落成功率。

2.4 雙軌雙受臺(tái)來料機(jī)構(gòu)

雙軌雙受臺(tái)來料機(jī)構(gòu)由軌道動(dòng)力氣缸、精密線軌[6]、受臺(tái)治具及相關(guān)緩沖器件組成。精密線軌鎖固以基板上，線軌滑座上鎖固連接塊，連接塊與軌道動(dòng)力氣缸活動(dòng)塊相鎖固，受軌道動(dòng)力氣缸帶動(dòng)作前后送料移動(dòng)，受臺(tái)鎖固在線軌滑座連接塊上表面，軌道動(dòng)力氣缸上安裝有前后位置感應(yīng)器，為控制系統(tǒng)提供受臺(tái)當(dāng)前位置信號(hào)。雙軌雙受臺(tái)機(jī)構(gòu)承接搬運(yùn)系統(tǒng)搬運(yùn)來的來料，同時(shí)也承擔(dān)著向搬運(yùn)系統(tǒng)供料，為給下一工序的來料作準(zhǔn)備。因部件的組裝作業(yè)是在雙軌受臺(tái)上進(jìn)行，所以，設(shè)備對(duì)雙軌雙受臺(tái)機(jī)構(gòu)的承壓能力及運(yùn)動(dòng)精度有一定設(shè)計(jì)要求，為降低受臺(tái)在來回運(yùn)動(dòng)過程中的沖擊，在雙軌道的兩端都追加了一對(duì)緩沖器;同時(shí)為提高受臺(tái)運(yùn)動(dòng)精度穩(wěn)定性及承載能力，選用了寬闊型線軌。

3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由基恩士 PLC[7]和威綸觸摸屏[8]組成。設(shè)備操作分手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，在控制面板中按下一時(shí)停止后，輸入相應(yīng)的操作密碼，通過控制面板對(duì)設(shè)備各氣動(dòng)執(zhí)行元件進(jìn)行單動(dòng)的獨(dú)立控制，根據(jù)實(shí)際單動(dòng)位移進(jìn)行執(zhí)行元器件的動(dòng)作控制，以及某些特定參數(shù)的設(shè)定，以達(dá)到設(shè)備生產(chǎn)時(shí)的精度要求。手動(dòng)模式是為治具更換或設(shè)備故障調(diào)機(jī)及設(shè)備初始調(diào)整使用。自動(dòng)模式為設(shè)備的自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)所處的狀態(tài)。為了確保生產(chǎn)運(yùn)行安全，設(shè)備的執(zhí)行元器件單動(dòng)功能在自動(dòng)模式下不可操作。

4 設(shè)備測(cè)試結(jié)果及解決的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 設(shè)備運(yùn)行測(cè)試記錄

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

4.2 解決的關(guān)鍵技術(shù)

本項(xiàng)目在實(shí)施過程中主要解決了以下關(guān)鍵點(diǎn)。

（1） 采用精密軌道氣缸作為來料執(zhí)行活動(dòng)器件，雙軌道模式運(yùn)送料，在保障運(yùn)行使用精度的前提下，簡(jiǎn)化了操控系統(tǒng)的建立，也提供設(shè)備動(dòng)作的銜接性，可以高效、準(zhǔn)確、便捷地完成整個(gè)供料，送料動(dòng)作。

（2） 非標(biāo)自動(dòng)化排盤供料技術(shù)，在保障運(yùn)行供料精度的前提下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供料，人工備好一定數(shù)量的彈片組料條，以料條載體盤治具作為排盤機(jī)運(yùn)行載體，合理地實(shí)現(xiàn)供料自動(dòng)化。

（3） 瓣料機(jī)構(gòu)解決彈片組單體供料，彈片組料條經(jīng)工作頭吸取放至瓣料機(jī)構(gòu)料條受臺(tái)上，壓緊板將料條壓緊，前、后瓣料夾分別先后夾緊料條上的所有彈片組，然后兩瓣料夾旋轉(zhuǎn)60°往復(fù)搖晃3次將彈片組瓣脫落于料帶（彈片組料條彈片連接處有預(yù)切刀痕，此工序在彈片組檢查切斷機(jī)上完成，預(yù)切刀痕有利于彈片組的瓣料脫離），此技術(shù)利于彈片組投放料。

（4） 彈片組與 GIM 組裝技術(shù)主要是為解決彈片組與 GIM 的組裝，工作頭同時(shí)吸取瓣料機(jī)構(gòu)兩彈片槽上的一對(duì)彈片組，經(jīng)負(fù)壓感應(yīng)檢測(cè)后再去吸取 GIM 于工作頭上，然后通過工作頭上的2臺(tái)小型伺服精密電機(jī)抓左右同時(shí)將彈片組掛于 GIM 兩對(duì)角腳上，此技術(shù)有利于彈片組與 GIM 的精準(zhǔn)組裝，為 GIM 固定座組組裝提供了良好條件。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文涉及新型光學(xué)防抖馬達(dá)制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種彈片組裝機(jī)，包括排盤機(jī)構(gòu)、夾料機(jī)構(gòu)、瓣料機(jī)構(gòu)和組裝臺(tái)，夾料機(jī)構(gòu)包括工作頭、夾料驅(qū)動(dòng)元件、料夾和吸料頭，排盤機(jī)構(gòu)用于將待組裝的彈片部組料帶驅(qū)動(dòng)至工作頭處，料夾和吸料頭均設(shè)于工作頭，夾料驅(qū)動(dòng)元件帶動(dòng)工作頭在排盤機(jī)構(gòu)、瓣料機(jī)構(gòu)和組裝臺(tái)之間移動(dòng)，料夾用于夾取位于排盤機(jī)構(gòu)的彈片部組料帶，吸料頭用于吸取位于瓣料機(jī)構(gòu)的彈片部組單體至組裝臺(tái)。通過彈片組自動(dòng)組裝壓入設(shè)備的設(shè)計(jì)開發(fā)，解決了光學(xué)防抖馬達(dá)彈片組組裝壓入生產(chǎn)效率瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)防抖馬達(dá)彈片組組裝壓入的自動(dòng)化，為目前市場(chǎng)上各種相類似的壓入工藝設(shè)備提供創(chuàng)新參考，同時(shí)也為以后更專業(yè)的相關(guān)設(shè)備研究開發(fā)作出鋪墊。

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第一作者簡(jiǎn)介：廖新明（1972-），男，大學(xué)?？疲こ處煟芯款I(lǐng)域?yàn)镮E及自動(dòng)化項(xiàng)目的研發(fā)及應(yīng)用。

（編輯：王智圣）