黃軍營，廖新明，鄭 博

（日本電產(chǎn)三協(xié)電子（東莞）有限公司，廣東東莞 523325）

0 引言

現(xiàn)有光學(xué)防抖馬達(dá)部品的清潔一般采用人工清潔的方式來進(jìn)行清潔作業(yè)，此作業(yè)方式工作效率低，勞動強(qiáng)度大，人工成本高，且人工作業(yè)時難于保證清潔的品質(zhì)，且清潔光學(xué)防抖馬達(dá)部品所需要采用的液態(tài)二氧化碳清潔噴頭的管子屬于易損品，經(jīng)常挪動噴頭易將管子損壞，因此有必要予以改進(jìn)。又隨著手機(jī)市場的蓬勃發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的競爭也是越發(fā)激烈，光學(xué)防抖馬達(dá)作為手機(jī)中重要的組成部分，如何保證其生產(chǎn)質(zhì)量，并提高生產(chǎn)效率一直以來都是追求的目標(biāo)。通過以往經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)人工清潔工序存在著清潔效果不理想，效率低下的現(xiàn)象。針對上述現(xiàn)象設(shè)計研發(fā)了光學(xué)防抖馬達(dá)自動清潔設(shè)備，采用自動化清潔方式來代替人工清潔，不僅保證了產(chǎn)品的品質(zhì)，同時也大大提升了生產(chǎn)的效率。

為此，本文從如何實(shí)現(xiàn)自動清潔出發(fā)，探究光學(xué)防抖馬達(dá)的清潔自動化的創(chuàng)新成果。

1 光學(xué)防抖馬達(dá)自動清潔方案

光學(xué)防抖[1]馬達(dá)的自動清潔就是以提升產(chǎn)品品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率和減少工人勞動強(qiáng)度為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)無人化自動清潔。

本方案采用CO2高壓噴流清洗方式，利用固定式噴頭和馬達(dá)放置板自動移動實(shí)現(xiàn)自動清洗，同時考慮整體的清潔時間及清潔的質(zhì)量，對程序進(jìn)行優(yōu)化，合理的調(diào)整自動移動的方式，確保馬達(dá)放置板上的每一個部品都能得到良好的清潔效果。

1.1 設(shè)備整體

光學(xué)防抖馬達(dá)自動清潔機(jī)主要由3 個部分組成：機(jī)械臂機(jī)構(gòu)、高壓噴流控制箱、供氣設(shè)備。如圖1所示。

圖1 光學(xué)防抖馬達(dá)自動清潔機(jī)

1.2 自動清潔工藝?yán)щy點(diǎn)

（1） CO2氣體的狀態(tài)是影響清潔效果的重要因素之一，為了針對多種異物附著情況，選取一種最合理的CO2氣體的狀態(tài)，而CO2氣體又分為固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)3種常見狀態(tài)，以及固液共存、氣液共存、固氣液共存等其他非正常狀態(tài)，這就需要通過資料調(diào)查，并進(jìn)行大量實(shí)驗來確定CO2的狀態(tài)。

（2）空氣清潔噴頭[2]的選型。因噴頭形狀直接影響最終的清潔效果，所以本次實(shí)驗設(shè)計了3 種空氣清潔碰頭：圓型空氣清潔噴頭、十字型空氣清潔噴頭、一字型空氣清潔噴頭。通過實(shí)際清潔情況來選擇最合適的噴頭。

（3）機(jī)臺的效率。因本設(shè)備為自動清潔機(jī)構(gòu)，對機(jī)臺的清潔效率要求高，如何通過調(diào)整機(jī)械結(jié)構(gòu)及內(nèi)部程序提高效率也是調(diào)機(jī)的難點(diǎn)，其主要難點(diǎn)在于如何在確保清潔效果的前提下，盡可能縮短空氣清潔的時間。

（4）機(jī)臺的實(shí)用性。作為自動化設(shè)備，其實(shí)用性也是判定的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，實(shí)用性主要表現(xiàn)在機(jī)臺操作的方式是否簡便，機(jī)臺清潔的效率是否滿足產(chǎn)品的生產(chǎn)，機(jī)臺發(fā)生故障后，接觸故障的方式是否簡便等。

2 自動清潔機(jī)重要機(jī)構(gòu)

2.1 密閉作業(yè)臺

為了確保清潔效果，防止清潔過程中有異物附著，同時提高清潔的效率，設(shè)計了密閉的清潔作業(yè)臺，通過鋁型材和亞克力板進(jìn)行搭建，為了提高生產(chǎn)作業(yè)性，在作業(yè)臺窗口處設(shè)計了自動升降門，每次清潔結(jié)束后，升降門都會自動打開，作業(yè)人員更換部品放置板，再摁下啟動鍵，升降門自動關(guān)閉，進(jìn)行清潔。作業(yè)臺如圖2所示。

圖2 自動清潔機(jī)作業(yè)臺

自動清潔機(jī)工作臺的底部還設(shè)有吸氣裝置，通過外部的吸塵裝置，將空氣清潔過程中產(chǎn)生的異物進(jìn)行吸附，從底部的通道吸到機(jī)臺外部。這樣就大大保證了工作臺內(nèi)部的清潔環(huán)境，防止因工作臺內(nèi)部異物飛濺造成對產(chǎn)品的二次污染，從而提升了機(jī)臺的清潔質(zhì)量。

2.2 空氣清潔結(jié)構(gòu)

空氣清潔結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成為高壓噴流[3]控制箱，空氣清潔噴頭，供氣設(shè)備組成，其中供氣設(shè)備主要的作用是提供所使用的CO2氣體，高壓噴流控制箱控制CO2氣體的狀態(tài)?？諝馇鍧崌婎^則控制了噴出氣體的軌跡。

（1）供氣設(shè)備

供氣設(shè)備[4]為了實(shí)現(xiàn)不間斷供氣，預(yù)先配套補(bǔ)給4瓶CO2滿瓶氣體，通過單向高壓閥、氣壓感應(yīng)器、電磁閥、加熱墊、重量計及高壓管道與控制系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在維持恒溫恒壓供氣的同時，也能進(jìn)行正常的氣瓶補(bǔ)給更換，達(dá)到不間斷供氣效果，保障CO2高壓噴流清洗品質(zhì)。

正常情況下，通過控制面板可以對瓶內(nèi)的氣體量進(jìn)行追蹤，瓶內(nèi)的氣體量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)是，控制面板上顯示的氣瓶為綠色，當(dāng)4瓶CO2氣體罐內(nèi)出現(xiàn)氣體不足時，通過控制面板的實(shí)時監(jiān)控，會顯示氣瓶的顏色為紅色，這時就需要人工進(jìn)行氣體瓶的更換，而設(shè)備會停止使用紅色的氣體罐中的氣體。當(dāng)4瓶CO2氣體都不達(dá)標(biāo)時，控制面板會發(fā)出報警，同時停止設(shè)備的運(yùn)行，直到作業(yè)人員重新更換滿狀態(tài)的氣瓶，再解除報警，才能使機(jī)臺正常啟動，裝置如圖3所示。

圖3 供氣設(shè)備

（2）高壓噴流控制箱

為了使供氣設(shè)備提供的CO2氣體的狀態(tài)變?yōu)榭煽?，所以在清潔機(jī)構(gòu)與供氣設(shè)備中間追加高壓噴流控制箱，通過高壓噴流控制箱來控制CO2氣體的溫度及壓強(qiáng)。同時高壓噴流控制箱還可以對供氣設(shè)備輸送過來的CO2氣體進(jìn)行清潔過濾，保證了設(shè)備清潔度，提高了自身的清潔效率。

高壓噴流控制箱設(shè)備正面由電源開關(guān)、溫度監(jiān)控調(diào)節(jié)器、氣壓表、氣壓調(diào)節(jié)器等組件組成，可以通過溫度監(jiān)控調(diào)節(jié)器進(jìn)行對氣體溫度實(shí)時操控，通過觀察氣壓表的氣壓值，對氣壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保高壓噴流控制箱中的氣體氣壓符合機(jī)臺要求。

（3）空氣清潔噴頭

空氣清潔噴頭是本設(shè)計中重要的一環(huán)，經(jīng)過高壓噴流控制箱處理過的CO2氣體[5]通過清潔噴頭直接對部品進(jìn)行吹氣清潔，清潔噴頭的作用為增加CO2氣體的壓強(qiáng)，并控制CO2氣體噴出時的形狀，本次設(shè)計了3種空氣清潔噴頭，頭部鏤空狀態(tài)為十字型、圓型和一字型，通過試作時的實(shí)驗來選取最佳的清潔噴頭。

2.3 部品放置板及移動機(jī)構(gòu)

（1）部品放置板

部品放置板由底板和頂部蓋板構(gòu)成，使用時先將部品放置于底板上，然后將頂部蓋板蓋在底板上，確保部品在清潔的過程中不會從放置板中脫落。

部品放置板因考慮到對部品清潔效果的影響，底板在每個放置部品位置的下方進(jìn)行了鏤空處理，而頂部的蓋板在部品的正上方處由兩根細(xì)棒進(jìn)行定位，這樣設(shè)計的目的就是盡可能地增加清潔氣體與部品的接觸面積，接觸面積越大，清潔的效率越好，而頂部的細(xì)幫正好放置在馬達(dá)的中間處，從而最大程度的保證部品不會在清潔過程中脫落。部品放置板如圖4所示。

圖4 部品放置板

（2）移動機(jī)構(gòu)

移動機(jī)構(gòu)由JANOME 機(jī)械手[6]和部品放置板的定位機(jī)構(gòu)組成。定位機(jī)構(gòu)鎖附在JANOME 機(jī)械手上，定位機(jī)構(gòu)的底板也進(jìn)行了鏤空處理。定位機(jī)構(gòu)與部品放置板是相互配合的關(guān)系，可將部品放置板垂直放進(jìn)定位機(jī)構(gòu)的凹槽內(nèi)，使部品放置板被固定。移動機(jī)構(gòu)如圖5所示。

圖5 搬運(yùn)機(jī)構(gòu)

使用時將裝好部品的部品放置板放在定位機(jī)構(gòu)行，通過程序控制機(jī)械手帶動部品放置板進(jìn)行移動，使每個部品都能被清潔機(jī)構(gòu)所清潔到。

3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由JANOME 機(jī)械手自帶程序及控制器組成，其中JANOME 機(jī)械手采用的是JC-3 型號的機(jī)械手，可對高壓噴流控制箱的信號進(jìn)行接收處理，并控制空氣碰頭的噴氣開關(guān)，同時兼顧機(jī)械手的運(yùn)行。

設(shè)備操作分手動模式和自動模式，在手動模式下運(yùn)用控制器可對程序中的各個步驟進(jìn)行逐一的運(yùn)行，通過觀察清潔氣體對部品的清潔情況，對機(jī)械手的運(yùn)行程序進(jìn)行修正，確保整體的清潔效果。當(dāng)機(jī)械手運(yùn)行程序確定后，將手動模式改為自動模式進(jìn)行生產(chǎn)。自動模式下，控制器[7]存在3種操作方式：開始，急停，復(fù)位。按下急停后，需要復(fù)位后再次開始生產(chǎn)。

4 設(shè)備測試及解決的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 設(shè)備運(yùn)行測試

自動清潔機(jī)的實(shí)際測試步驟：（1）打開儲存干冰的儲氣罐閥門；（2）打開電路和氣路開關(guān)；（3）通過JANOME 控制器將設(shè)備調(diào)到自動模式，將部品放置板放入，啟動開始；（4）清潔完成后取出部品放置板；（5）將取出部品進(jìn)行外觀檢查，記錄實(shí)驗結(jié)果；（6）經(jīng)過多次檢證后，選取出清潔效果最佳的氣壓，并關(guān)閉儲氣罐閥門及電路，氣路開關(guān)。

在測試的過程中，主要檢測的是機(jī)臺動作是否合理，相關(guān)設(shè)備的參數(shù)是否設(shè)定的正確，清潔后的產(chǎn)品是否符合標(biāo)準(zhǔn)等幾個重要檢測點(diǎn)。

4.2 解決的關(guān)鍵技術(shù)

本項目在實(shí)施過程中主要解決了以下關(guān)鍵點(diǎn)：

（1）深入探究CO2高壓顆粒噴流清洗原理[8]，CO2清潔基本過程是一個絕熱節(jié)流膨脹過程。臨界點(diǎn)下，壓力加壓到臨界點(diǎn)以上可將CO2氣體液化，進(jìn)一步使之固化。故選擇適當(dāng)初始狀態(tài)操作。根據(jù)J-T 效應(yīng)可產(chǎn)生氣、液、固三相噴射流。在噴射到固體表面的那一剎那，CO2噴射的成分同時包含了固體顆粒、液體以及氣體流等。不同的成分可以發(fā)生不同的機(jī)制，以達(dá)到移除固態(tài)表面微粒的功效。

（2）針對清潔噴頭的檢證，圓型清潔噴頭為治具中間開圓孔的噴頭，因清潔要求，清潔氣體需全覆蓋整個部品，則圓形噴頭的直徑與部品長度近乎相同，使得圓形噴頭所噴出的氣體氣壓不足[9]，清潔效果不佳。而十字形噴頭相較于圓形噴頭，治具表面的鏤空面積有所減小，清潔氣體的氣壓得到保證，但是在清潔過程中從十字孔內(nèi)噴出的氣體方向算亂，無法集中，對部品的清潔效果不好。經(jīng)過了多次試驗發(fā)現(xiàn)一字型的清潔碰頭的噴出的氣體氣壓更高，清潔部品的效果更好。所以選用一字型的清潔噴頭。

（3）在實(shí)驗過程中發(fā)現(xiàn)多次清潔后，清潔效果不理想，原因為經(jīng)過幾次清潔之后，清潔臺內(nèi)部空氣中含有異物[10]，造成了對部品的二次污染，為防止這一現(xiàn)象發(fā)生，在密閉作業(yè)臺下方追加空氣吸收機(jī)構(gòu)，確保被吹落的異物直接被吸收走，不會造成二次異物附著現(xiàn)象，同時在清潔臺底部鋪上了膠紙，使清潔下來的異物吸附在下方膠紙上，這樣就防止了清潔臺內(nèi)的空氣含有異物現(xiàn)象了。

（4）部品放置板的結(jié)構(gòu)為兩排部品，每排放置10個，針對部品的排列方式，及一字型清潔噴頭[11]噴射面狀氣體的特點(diǎn)設(shè)計了針對性的機(jī)械手運(yùn)行程序，采用“匚”字形的運(yùn)行軌跡，既保證了清潔氣體能全面覆蓋部品，又大大節(jié)約了整體的清潔時間，提高了作業(yè)銜接性和工作效率。

5 結(jié)束語

本文所設(shè)計的CO2自動清潔設(shè)備，包括機(jī)架以及設(shè)于機(jī)架上的清洗工作臺，清洗工作臺設(shè)有清洗噴頭和固定支架，清洗噴頭設(shè)于固定支架懸空于清洗工作臺，清洗噴頭下方設(shè)有部品放料板，清洗工作臺設(shè)有驅(qū)動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動部品放料板在清洗工作臺內(nèi)移動；在清洗工作臺上固定設(shè)有清洗噴頭，在清洗噴頭下方設(shè)有部品放料板，通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動部品放料板在清洗工作臺上移動，通過清洗噴頭對部品放料板上的部品進(jìn)行全方位清洗，在保證清潔品質(zhì)的同時對噴頭的管子進(jìn)行保護(hù)。通過本設(shè)備設(shè)計開發(fā)，解決了光學(xué)防抖馬達(dá)清潔過程中遇到的生產(chǎn)效率瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)防抖馬達(dá)清潔的自動化，同時降低了生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品的生產(chǎn)效率提高。增強(qiáng)了自身的市場競爭力，同時也為電子制造行業(yè)的智能化添磚加瓦。