基于插值控制器的全自動可擴展合模線拋光設備應用實踐

路如旃

（浙江清華柔性電子技術研究院，浙江 嘉興 314000）

手機殼生產時一般采用注塑的方式，由于塑膠加工工藝特點，在手機殼表面通常存在合模線。合模線的存在不但影響手感，更影響手機殼的美觀，因此，需要采用一定的措施消除掉。目前的措施一般有如下兩種，采用人工+拋光機+鍍膜，機器人+鍍膜。前者不但存在勞動量大、效率低、成本高、質量不穩(wěn)定等問題，而且手動拋光工作場所空氣質量較差，鍍膜采用化工原料，特別在目前環(huán)保要求較高的情況下，成本會更高；而后者，前期投入大，也存在環(huán)保的問題。在此情況下，采用插值算法控制器+流水線+納米改性的生產方式，不但提高效率、高質量，并且避開了鍍膜的環(huán)保問題，手機殼表面經過納米改性后，其手感達到了鍍膜的效果，并且材料表面具有了自清潔效果（此處不討論納米改性）。

1 合模線控制系統(tǒng)

1.1 控制原理

全自動可擴展拋光機由PLC、插值控制器、磨頭、載物臺、機架、控制柜和除塵系統(tǒng)等組成，PLC、插值控制器等在控制柜內部，除塵系統(tǒng)為磨頭除掉的粉塵經過濾后排放到其他地方，PLC 控制磨頭的旋轉速度，插值控制器控制磨頭的運動軌跡，載物臺（Z 軸）放置并固定手機殼，機架承載X 軸、Y 軸電機在其上運動，根據(jù)插值算法，磨頭（R 軸）運動圓弧軌跡。圖1 為控制框圖。

1.2 插值控制器

目前，具有插值算法的控制器品牌較多，并且單軸、多軸系列存在，根據(jù)拋光設備需求和較低成本的要求，采用具有2 軸的插值算法控制器即可。此處以FX2N-20GM 為例。此插值控制器或者運動控制器接口結構如圖2 所示。

圖1 拋光機控制框圖

圖2 FX2N-20GM 接口圖

表1 性能參數(shù)表

1.3 插值原理

插補，就是根據(jù)零件輪廓的幾何形狀、幾何尺寸以及輪廓加工的精度要求和工藝要求，在零件輪廓的起點和終點之間順序插入一系列中間點（折現(xiàn)端點）的過程，即數(shù)據(jù)點的密化過程或脈沖分配的過程，其多對應的算法成為插補算法。

數(shù)控系統(tǒng)中，插值算法分為兩類，脈沖增量插補和數(shù)據(jù)采樣插補，在前者中又分為逐點比較法、數(shù)字積分法、矢量判斷法、比較積分法和數(shù)字脈沖法，其中，最簡單且常用的為逼近法。插值函數(shù)的選取有代數(shù)多項式、三角多項式和有理函數(shù)等，此中選擇代數(shù)多項式插值函數(shù)。

由圖4R 軸運動的軌跡可以看出，R 軸運動的軌跡為手機殼的尺寸規(guī)格（其插值的多項式與氣放置的方式有關），并且非采用1 個多項式即可完整、正確描述的，因此，采用分段插值進行多項式擬合。以圖4 運動軌跡為例，其插值有兩種：線性插值和圓弧插值。

手機殼在象限中放置的姿態(tài)不同，其擬合的多項式會有差別，以圖4 放置的姿態(tài)，其線性插值多項式為1 次多項式，其線性分段插值多項式如下：

圓弧分段插值多項式如下：

上式為連續(xù)表達式，離散表達式為： ? y = f ( ? x)，對于線性插值，比如，與x、y 軸平行的表達式，控制器的進給分辨率對其無影響，而對于具有斜率和其他軌跡的表達式具有一定的影響，圖3 直線離散與圓弧離散進給圖。

圖3 離線進給圖

2 合模線拋光控制結構

合模線拋光機控制結構采用5 軸結構，分別為旋轉軸（R軸），功能為帶動摩擦布摩擦掉合模線；帶動R 軸運動的x軸和y 軸，功能為沿著合模線的方向運動；手機殼升降軸（z軸），功能為手機殼的升降，便于流水線的運動；手機殼固定軸（lock 軸），功能為當手機殼在z 軸上到位后，lock軸對手機殼加緊固定；流水線運動周（L 軸），功能為帶動流水線運動，從而實現(xiàn)手機殼在流水線上的運動。

2.1 單軸拋光程序圖

以單R 軸為例，其運動的軌跡與手機殼放置的姿態(tài)有關，為了便于插值處理，其放置姿態(tài)如圖4 所示，表達式采用分段插值（參考1.3 節(jié)），其表達式比較簡單，控制器處理的運算量比較小并且運動路線較優(yōu)。1.3 節(jié)的表達式為連續(xù)函數(shù)，而對于計算機處理的離散量來說，線性插值沒有影響，而對于圓弧插值具有稍微的影響，如1.3 節(jié)圓弧插值離散軌跡圖，不過，由于R 軸上的摩擦布其固定方式并且其本身具有一定的彈性，因此，可以克服圓弧插值對摩擦面的影響。

圖4 R 軸軌跡圖

圖5 單軸運動程序

2.2 可擴展拋光結構

可擴展結構即擴展R 軸、lock 軸以及傳感器等的數(shù)量（包括升降結構和夾緊結構），其都在X/Y 軸的帶動下實現(xiàn)進給運動，從而實現(xiàn)多個R 軸處理多個手機殼的功能。如圖6 為擴展到3 個R 軸的情形，可以同時處理3 個手機殼的合模線（在圖3 中，R 軸與lock 軸都有1 個增加到3 個）。

圖6 運動軌跡

需要注意的是，在結構設計方面：（1）R 軸在X/Y 軸上，由X/Y 軸帶動R 軸進行運動；（2）Z 軸把樣品頂起到一定高度并有l(wèi)ock 軸固定；（3）Z 軸升起的高度與R 軸位置需配合；（4）在R 軸上摩擦部分具有一定的彈力。

2.3 排塵系統(tǒng)

合模線被磨下的部分顆粒微小，若被呼吸進體內會對肺造成損害，因此，需要采取一定的措施對操作人員進行保護。此微小顆粒有兩種處理的方法，被風帶走或者水流帶走。由于設備采用金屬制造，因此，潮濕的環(huán)境會對金屬造成腐蝕，此處采用被風帶走的方式，即手機殼處理的區(qū)域進行密閉處理，只留流水線出入的位置留有缺口，并且可以采用風扇帶走的功能，使密封的腔體內造成負壓，因此，在流水線的出入口處，不會有顆粒飄蕩出來，從而保護操作人員。示意圖如圖7。

圖7 除塵腔體示意圖

2.4 客戶界面

客戶界面采用某一廠家觸摸屏軟件繪制，如圖8 和圖9中按鈕具有啟/停功能，并對當前的啟或停的狀態(tài)進行指示。

圖8 手動操作界面

圖9 自動操作界面

2.5 程序流程

圖10 為拋光機主功能程序流程圖，其5 軸配合邏輯清晰，其他報警程序、通訊程序、安全保護等都未在此中體現(xiàn)。

3 流水線接口

圖10 程序流程圖

此拋光機自帶1 段2m 左右的流水線，在流水線的出/入口端具有檢測手機殼的傳感器，此傳感器不但可以進行手機殼的計數(shù)，而且當入口傳感器檢測到手機殼后告知控制系統(tǒng)讓手機殼處理處的定位裝置進行準備，而出口傳感器檢測到腔體內的手機殼完全出去后，入口的手機殼才可進入，若一直無手機殼進入，則一定時間后拋光機進入待機狀態(tài)，待機狀態(tài)的喚醒是有入口傳感器實現(xiàn)的。

另外，在流水線的入口處具有堆棧功能，一旦從流水線過來的待處理手機殼數(shù)量級較多，則進行暫存。流水線上具有手機殼放置位置卡槽。

4 結語

此合模線拋光機采用具有插值算法的控制器，不但可以實現(xiàn)離線編程，兼容不同規(guī)格的手機殼，而且在結構方面可以實現(xiàn)擴展，從而提高生產效率。另外，此設備可以實現(xiàn)流水線24 小時連續(xù)不間斷工作，不受外界因素影響；并且實現(xiàn)了自動上下料，替代傳統(tǒng)停機人工上料方式；拋光程序支持離線編程，可適應多種類、大批量的手機殼的打磨拋光——新型手機殼拋光，可離線即時啟動拋光程序，可實現(xiàn)無間斷的打磨拋光；此3 種舉措大大提高了產品的處理效率。