全自動手機貼膜機的設計

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貼膜費時費力且質量差不環保等問題，研究設計出了一款專門針對手機鋼化膜能實現全自動手機貼膜功能，并且廣泛適用于各大小型號手機，具有機械特性的手機貼膜機。該機器主要由手機定位夾緊機構、手機膜定位夾緊機構、膜底板撤除機構及手機膜貼合機構四個機構組成。四個機構相互配合，能在保證一定貼膜精度的同時，實現手機貼膜的自動化，并且具有清潔環保、省時省力、效率高等優點。

【關鍵詞】手機貼膜;全自動;機械特性;棘輪機構

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

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.011

0 引言

經市場調研發現，手機貼膜機主要應用于三個市場，一是主要針對手機制造生產商的高端市場，二是針對各大手機銷售點維修點的中端市場，三是針對個人手機用戶的低端市場。適用于高端市場的手機貼膜機價格過高，體積，重量過大。適用于低端市場的手機貼膜機未能實現自動化，手工貼膜費時費力且速度慢，效率低[1]。而中端市場處于一個空白的狀態。因此，為了節省勞動力并且提高效率，在手機貼膜機中端市場上，能實現全自動手機貼膜功能的機器必不可少[2]。在貼膜機的設計中，經濟性方面要考慮能使機器適用于各種不同的手機型號[3]，另一方面還要考慮機器的大小，重量及運行的平穩性，同時還要保證有較高的工作效率。

1 全自動手機貼膜機研究現狀

現有的全自動手機貼膜機主要是適用于高端市場的，他們多數采用了一種主要應用于智能手機顯示器檢測的ccd技術[4]，如深圳一家公司研制的全自動手機貼膜機TP95120AX[5]，雖能很好的實現全自動手機貼膜功能，但體積大且價格近萬元，不能適用于以手機售賣維修點為主的手機貼膜機中端市場。而針對低端市場的手機貼膜機又是純手動的，雖能在一定程度上實現功能，但始終未能擺脫手動貼膜效率低，精度差且費時費力的特點。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，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自動化的特點，故很難適用于手機貼膜機中端市場。

2 機器結構組成及工作原理

為填補手機貼膜機中端市場的空白，提高手機貼膜的效率，解放勞動力，實現全自動貼膜，研究設計了如圖1所示的全自動手機貼膜機。機器主要由手機定位夾緊機構1，手機膜定位夾緊機構2，膜底板撤除機構3及手機膜貼合機構4四個機構組成。手機定位夾緊機構1與手機膜定位夾緊機構2中心重合，手機定位夾緊機構1對手機進行定位夾緊，手機膜定位夾緊機構2對手機膜進行定位加緊，手機膜貼合機構4吸附手機膜，膜底板撤除機構3撤除膜底板，之后手機膜貼合機構4繼續運行直至手機與手機膜貼合。四個機構相互配合，能平穩高效的完成手機膜貼合的動作，大大解放勞動力。

2.1 手機定位夾緊機構

圖2所示為手機定位夾緊機構簡圖，主要包括x軸雙向絲杠5、y軸雙向絲杠6、手機底板7、手機夾板8、棘輪機構9及框架10。為了很好的解決手機的定位加緊問題，應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夾板8，絲杠旋轉時四個手機夾板同時向手機底板7的中心移動，手機放置在手機底板7上，對手機進行夾緊和固定。棘輪機構9放置在絲杠與電機的聯結處，用于控制夾緊力的大小。

圖3所示為棘輪機構的結構簡圖，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，聯軸器17。棘輪組件A12的左側連接電機，聯軸器17的右側連接絲杠，正常運行時彈簧16處于壓縮的狀態，棘輪組件A12與棘輪組件B13的棘輪齒處于嚙合的狀態，即能夠將電機的扭矩輸出到絲杠上，但當絲杠上夾板對手機的夾緊力達到一定值的時候，棘輪組件A12與棘輪組件B13上的棘輪齒開始發生打滑，使電機輸出的扭矩無法傳遞到絲杠上，即達到控制手機定位夾緊機構夾緊力的作用。

手機定位夾緊機構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構的重量[6]，使其很好的適用于目標市場。

2.2 手機膜定位夾緊機構

圖4所示為手機膜定位夾緊機構簡圖，主要包括x軸雙向絲杠18、y軸雙向絲杠19、手機膜夾板20、棘輪機構21及框架22。手機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行固定。夾緊力的大小則是通過棘輪機構21進行調整的。

2.3 膜底板撤除機構

圖5所示為膜底板撤除機構結構簡圖，主要包括手機膜底板23，半軸A24，半軸B25、軸承座26，自鎖步進電機27及框架28。手機膜底板23通過兩個半軸與軸承座26相連，半軸A24與自鎖步進電機27相連。在手機定位夾緊機構與手機膜定位夾緊機構動作的時候，自鎖步進電機27使手機膜底板23呈水平的狀態，手機膜在其上由手機膜定位夾緊機構進行定位夾緊，而手機膜底板與手機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行運動，使得在定位夾緊動作完成時手機與手機膜的中心保持重合，這樣的設計能在一定程度上保證貼膜的精度。當手機膜貼合機構動作，吸盤吸住手機膜的時候，手機膜底板在自鎖步進電機的帶動下向下翻轉90度為后續機構動作做準備。

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

2.4 手機膜貼合機構

圖6所示為手機膜貼合機構結構簡圖，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動，清潔環保[7]且能通過編程生成想要的運動軌跡。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構撤除膜底板所需的時間，這樣的設計能在保證運動穩定性的基礎上[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在整個機構中起著至關重要的作用，它是保證貼膜質量的主要因素。為了保證吸盤與手機膜之間的吸附力適中，不至于造成吸附力過小吸不住手機膜或者吸附力過大不易摘取進而影響貼膜質量的后果，必須選擇合適的接觸面積。為了保證吸盤吸附手機膜之后手機膜的水平程度，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，由此保證手機膜在與手機貼合過程中不會產生過大的位置偏差，同時保證了手機膜在下行過程中的穩定性，提高了貼膜的精度。吸盤的材料對貼膜質量影響也很大，相較于傳統吸盤，采用真空吸盤能使手機膜受力更加均勻，同時能夠保證手機膜不會發生較大傾斜，且真空吸盤與手機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部的壓力差[9]，更加綠色環保。

2.5 工作原理

手機貼膜機主要分為四個機構：手機定位夾緊機構、手機膜定位夾緊機構、膜底板撤除機構、手機膜貼合機構。總體貼膜過程如下：手機與手機膜同時裝夾，兩個定位機構同時工作實現定位夾緊，隨后手機與手機膜貼合機構工作。當手機膜被吸附時，手機與手機膜貼合機構停止工作，膜底板撤除機構工作，膜底板撤除，手機與手機膜貼合機構繼續工作，電動推桿帶動手機膜持續向下運動，直至與手機貼合。各個機構互相配合詳細工作原理過程如下：將手機屏幕面朝上放置于手機底板上，在手機定位夾緊機構中，手機底板固定不動，手機底板下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，絲杠轉動，手機夾板將手機夾緊或放松。應用棘輪機構控制夾緊力。手機底板與手機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的中心位置固定，同時夾板與手機是面接觸，這樣也能保證手機被限制住五個自由度，在重力的作用下，手機被固定在手機底板上。

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

手機與手機膜定位固定后，電動推桿帶動真空吸盤運動。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構工作的時間。電推桿下伸，帶動真空吸盤吸住手機膜，此時膜底板撤除機構工作，在自鎖步進電機帶動下，膜底板向下翻轉90°。電推桿繼續下伸，直至手機與手機膜貼合，完成一次貼膜動作。

3 結語

本文研究與設計的由手機定位夾緊機構、手機膜定位夾緊機構、膜底板撤除機構、手機膜貼合機構四個機構組成的全自動手機貼膜機，能夠為市面上絕大多數型號的手機進行貼膜。通過雙向絲杠以及步進電機等自動化設備達到全自動貼膜的同時還能保證貼膜精度。在整體結構方面采用了鋁型材做框架，使機器重量較輕，整體結構大小適中且具有一定的經濟性，能很好地適用于手機貼膜機中端市場，填補中端市場的空白，解放勞動力。且控制方式采用電控，工作過程清潔綠色環保。

【參考文獻】

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[9]何存興.液壓傳動與氣壓傳動[M].武漢：華中科技大學出版社，2000.