光學防抖馬達彈片組自動組裝設備設計

廖新明 凌斌 王永亮

摘要：市場上光學防抖馬達彈片組的組裝工程基本以人工手動組裝壓入為主，其作業效率低下，產品品質不穩定的情況一直存在，針對這些問題，開發設計了光學防抖馬達彈片組自動組裝設備。結合現階段工業技術，采用伺服馬達配合彈片組瓣料治具進行料帶彈片組瓣料，同時采用精密伺服小型旋轉馬達配合帶動專用彈片吸取治具，實現精準彈片組取料，再通過精密機械手帶動多功能作業頭，利用作業頭上的專用彈片組組裝治具進行氣動精準組入彈片，設備中的排盤機構實現了彈片組料帶自動上料，通過獨特的彈片組裝專用治具的設計，實現了光學防抖馬達彈片組組裝工程自動化，減少了企業成本，提升了光學防抖馬達彈片組組裝的品質。

關鍵詞：光學防抖;工業技術;伺服馬達;自動化

中圖分類號：TP23文獻標志碼：A文章編號：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

在光學防抖馬達的制造過程中，需要將彈片與彈片部組料帶進行組裝，現有的組裝作業大多由人工配合簡易的治具進行作業，此種作業方式工作效率低，人工成本高，不良產出高，因此有必要予以改進。同時隨著科學技術的不斷進步，市場企業的不斷擴張，導致市場競爭的日趨激烈，企業生存壓力巨大，迫使企業縮減人力成本的同時還需提升生產力，而機械換人便是必然。光學防抖[1]馬達彈片組組裝工程，現階段生產是以人工手動組入彈片組為主要生產模式，故人力成本高，急需從人工手動壓入改善轉化，本文從減少企業人力成本、減輕工人勞動強度同時提升企業生產自動化[2]的方向出發，設計研發光學防抖馬達彈片組組裝自動化設備，獨特的彈片組組裝治具設計，提升了本工程光學防抖馬達彈片組組裝的生產效率以及良品率，為逐步實現智能制造添磚加瓦。

1 光學防抖馬達彈片組的自動組裝方案

彈片組自動組裝壓入始終以提升產品品質、提高生產效率和減少工人勞動強度為目標，采用非標設計的自動化排盤機構作為彈片組料帶的供料機構，精密氣缸與精密伺服電機合理運用在彈片組料帶瓣料工序環節，使得彈片組高效瓣料得以實現，以高精度伺服機械手[3]配合精密專用多功能工作頭為主要執行體作為基本思路，同時考慮設備故障快速維修調整的情況，最終在優化設計、協力檢討的前提下，實現設備高效率生產，減少公司人力成本。

光學防抖馬達彈片組組裝后完整體由彈片組、固定座組、GIM 單體3個部組件構成。工藝流程依次按順序組合，首先彈片組料帶經瓣料機構進行彈片組單體瓣料，然后彈片組單體經精密伺服吸抓吸取并與 GIM 單體進行組裝，如圖1所示，最后組裝體（彈片組與 GIM ）經多功能工作頭自動壓入固定座組。

1.1 設備整體

光學防抖馬達彈片組自動組裝壓入機主要由非標送料排盤機構、彈片組瓣料供給機構、精密伺服機械手、操控系統（觸摸屏、控制箱、電磁閥）、固定座雙來料軌道受臺機構、光感傳感器、CCD 系統[4]、市購品標準件、氣動元件等部分組成。如圖2所示。

1.2 彈片組自動組裝壓入工藝困難點

（1） 各動作活動執行部件的活動精度不足時，彈片組的自動組裝壓入就無法進行，所以設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，否則會引起機構卡死。

（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個銀腳必須正確懸掛在 GIM 銀腳卡槽內，否則會對后面壓入固定座產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） 設備受臺來料的智能判別必須精準，否則出現空打作業容易造成下工序的作業差異發生。

2 彈片組自動組裝壓入機重要機構

2.1 非標排盤機送料機構

非標排盤機送料機構由步進電機、精密送料氣缸、料盤夾緊定位治具及精密線軌機構組成。如圖3所示。

非標排盤機送料機構其功能是為瓣料機構提供彈片組料帶，根據彈片組料帶的外形特征，設計一款可應用在排盤機送料機構上的載體治具，經過初期的送料機構調試運行，發現載體治具料盤在夾緊固定的瞬間經常性出現沖擊抖動，至使彈片組料帶從載體料盤的擺放位跳出的情況，一旦發生抖動跳料，載體料盤內的彈片組料帶排列就會錯亂，將導致彈片組料帶被工作頭吸取供料時發生位置偏離異常報警。針對此問題，經過檢討及研究，重新設計氣缸夾緊結構，追加夾緊氣缸緩沖器[5]以降低氣缸夾緊時的沖擊力，同時在載體料盤的兩端夾緊面追加兩個夾緊定位銷孔，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。通過上述改進有效防止抖動跳料的發生，降低設備故障率，滿足了設備供料需求。

2.2 彈片組多功能組裝工作頭機構

彈片組多功能組裝工作頭機構由上下推送氣缸、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;2 個彈片組伺服電抓鎖固于小型伺服電缸的2個活動受臺上，受伺服電缸帶動作左右移動，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力氣缸的活塞桿上受氣缸帶動，托付治具動力氣缸鎖固在定位治具板上。

為了確保彈片料帶供料的穩定性，探討研究了彈片組伺服電抓結構可行性。電抓設計初期抓子吸取端設計為平面帶孔模式，經調試驗證發現彈片組吸取時常有吸取偏移現象，后改進為吸取端設計為平面凹槽內帶吸孔模式，經調試驗證發現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 彈片組料帶瓣料機構

彈片組料帶瓣料機構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構如圖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氣缸的移動受臺上，壓緊左右移動氣缸鎖固在定位機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，當壓緊治具右移后往下壓時能剛好與之相擠壓，從而達到料帶被壓緊的效果。料帶瓣料臂鎖固在一對懸架上，可作旋轉搖擺活動，瓣料臂的旋轉軸一端與伺服電機相聯接，受電機帶動作往復搖擺活動，瓣料臂上安裝有夾片，每片夾片都與單獨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，夾片受小氣缸帶動可作夾持彈片組動作，瓣料臂固定支架鎖固在瓣料機構底部的線軌滑塊上，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位置由推力氣缸帶動整個瓣料臂固定支架作前后移動的位置決定。為了確保彈片組料帶瓣料效果的穩定性及易行性，彈片組料條需在前工序預切一道彈片組脫落刀痕以提高瓣料機構瓣料脫落成功率。

2.4 雙軌雙受臺來料機構

雙軌雙受臺來料機構由軌道動力氣缸、精密線軌[6]、受臺治具及相關緩沖器件組成。精密線軌鎖固以基板上，線軌滑座上鎖固連接塊，連接塊與軌道動力氣缸活動塊相鎖固，受軌道動力氣缸帶動作前后送料移動，受臺鎖固在線軌滑座連接塊上表面，軌道動力氣缸上安裝有前后位置感應器，為控制系統提供受臺當前位置信號。雙軌雙受臺機構承接搬運系統搬運來的來料，同時也承擔著向搬運系統供料，為給下一工序的來料作準備。因部件的組裝作業是在雙軌受臺上進行，所以，設備對雙軌雙受臺機構的承壓能力及運動精度有一定設計要求，為降低受臺在來回運動過程中的沖擊，在雙軌道的兩端都追加了一對緩沖器;同時為提高受臺運動精度穩定性及承載能力，選用了寬闊型線軌。

3 控制系統

控制系統由基恩士 PLC[7]和威綸觸摸屏[8]組成。設備操作分手動模式和自動模式，在控制面板中按下一時停止后，輸入相應的操作密碼，通過控制面板對設備各氣動執行元件進行單動的獨立控制，根據實際單動位移進行執行元器件的動作控制，以及某些特定參數的設定，以達到設備生產時的精度要求。手動模式是為治具更換或設備故障調機及設備初始調整使用。自動模式為設備的自動生產時所處的狀態。為了確保生產運行安全，設備的執行元器件單動功能在自動模式下不可操作。

4 設備測試結果及解決的關鍵技術

4.1 設備運行測試記錄

實驗結果如表1所示。

4.2 解決的關鍵技術

本項目在實施過程中主要解決了以下關鍵點。

（1） 采用精密軌道氣缸作為來料執行活動器件，雙軌道模式運送料，在保障運行使用精度的前提下，簡化了操控系統的建立，也提供設備動作的銜接性，可以高效、準確、便捷地完成整個供料，送料動作。

（2） 非標自動化排盤供料技術，在保障運行供料精度的前提下實現穩定供料，人工備好一定數量的彈片組料條，以料條載體盤治具作為排盤機運行載體，合理地實現供料自動化。

（3） 瓣料機構解決彈片組單體供料，彈片組料條經工作頭吸取放至瓣料機構料條受臺上，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60°往復搖晃3次將彈片組瓣脫落于料帶（彈片組料條彈片連接處有預切刀痕，此工序在彈片組檢查切斷機上完成，預切刀痕有利于彈片組的瓣料脫離），此技術利于彈片組投放料。

（4） 彈片組與 GIM 組裝技術主要是為解決彈片組與 GIM 的組裝，工作頭同時吸取瓣料機構兩彈片槽上的一對彈片組，經負壓感應檢測后再去吸取 GIM 于工作頭上，然后通過工作頭上的2臺小型伺服精密電機抓左右同時將彈片組掛于 GIM 兩對角腳上，此技術有利于彈片組與 GIM 的精準組裝，為 GIM 固定座組組裝提供了良好條件。

5 結束語

本文涉及新型光學防抖馬達制造技術領域，尤其涉及一種彈片組裝機，包括排盤機構、夾料機構、瓣料機構和組裝臺，夾料機構包括工作頭、夾料驅動元件、料夾和吸料頭，排盤機構用于將待組裝的彈片部組料帶驅動至工作頭處，料夾和吸料頭均設于工作頭，夾料驅動元件帶動工作頭在排盤機構、瓣料機構和組裝臺之間移動，料夾用于夾取位于排盤機構的彈片部組料帶，吸料頭用于吸取位于瓣料機構的彈片部組單體至組裝臺。通過彈片組自動組裝壓入設備的設計開發，解決了光學防抖馬達彈片組組裝壓入生產效率瓶頸問題，實現了光學防抖馬達彈片組組裝壓入的自動化，為目前市場上各種相類似的壓入工藝設備提供創新參考，同時也為以后更專業的相關設備研究開發作出鋪墊。

參考文獻

[1] 解官寶，郭喜慶.光學防抖對提高相機成像清晰度的影響分析[J].應用光學，2012，33（2）：278-283.

[2] 焦文文.簡析機械自動化在工業生產中的實踐與應用[J].南方農機，2021，52（5）：191-192.

[3] 程金明.基于單片機的機械手臂控制系統設計[J].南方農機，2020，51（16）：104-105.

[4] 羅翔.視覺伺服機械手捕捉運動目標關鍵技術研究[D]. 南京：東南大學，2005.

[5] 黃紅.氣動緩沖和液壓緩沖器的原理和特性研究[D].杭州：浙江大學，2003.

[6] 鄒翠波，師鴻飛，張彩虹.線性滑軌的應用與安裝技術[J].CAD/CAM與制造業信息化，2004（4）：88-90.

[7] 范金玲，王育.基于基恩士PLC的自動化裝配系統設計[J].機械制造與自動化，2011，40（6）：191-193.

[8] 林顯其，諶頏.基于威綸觸摸屏四軸工業機械手人機界面的設計[J].信息技術與信息化，2018（8）：60-62.

第一作者簡介：廖新明（1972-），男，大學專科，工程師，研究領域為IE及自動化項目的研發及應用。

（編輯：王智圣）