光學(xué)防抖模組?0.5 mm鋼球自動焊接設(shè)備

王永亮，王振江

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

0 引言

隨著市場競爭的日趨激烈，企業(yè)生產(chǎn)勞動力成本的增加，國內(nèi)各工業(yè)企業(yè)爭相開展設(shè)備革新，各行各業(yè)秉持機械換人，特別是些生產(chǎn)效率極其低下且工序繁瑣工藝精度高的工程更急需設(shè)備革新，其中光學(xué)防抖模組THB制品鋼球焊接工程也急需從人工半自動作業(yè)不斷改進(jìn)升級。本文從減少企業(yè)人力成本、優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、提升自動化程度的方向出發(fā)，設(shè)計研發(fā)光學(xué)防抖模組THB制品鋼球自動焊接設(shè)備，同時獨特的雙分度盤模式及專用高精度鋼球頂針的設(shè)計，有效提升了彈片與鋼球的自動組裝效率，同時保證了鋼球不被壓傷，提升了本工序THB制品鋼球焊接的生產(chǎn)效率以及良品率。光學(xué)防抖模組THB制品鋼球自動焊接設(shè)備的研發(fā)為此工程逐步實現(xiàn)智能制造[1]打下基礎(chǔ)。本文從THB制品鋼球自動焊接為目標(biāo)出發(fā)，探究光學(xué)防抖模組THB制品?0.5 mm鋼球焊接工序的創(chuàng)新成果。

1 光學(xué)防抖模組THB制品鋼球自動焊接方案

光學(xué)防抖模組[2]THB制品鋼球自動焊接始終以提升產(chǎn)品品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率和減少工人勞動強度為目標(biāo)，采用高精度分度盤作為部品工序自動轉(zhuǎn)移載體，合理應(yīng)用精密氣缸精準(zhǔn)送料，配備高精準(zhǔn)影像視覺判別系統(tǒng)作為工序判別，同時考慮設(shè)備故障時怎么能快速維修調(diào)整，最終在優(yōu)化設(shè)計、通力協(xié)作、有序運行前提下，實現(xiàn)設(shè)備THB制品鋼球自動焊接，有效提高生產(chǎn)效率，減少公司運營成本。

光學(xué)防抖模組THB制品完整部組件由兩個部件構(gòu)成：THB單體和直徑為0.5 mm的鋼球。依工藝流程，兩者先進(jìn)行精密組裝，組裝完畢后，進(jìn)行微小高精度激光焊接將兩者有效熔接。如圖1所示。

圖1 鋼球焊接工藝

1.1 設(shè)備整體

光學(xué)防抖模組THB制品鋼球自動焊接設(shè)備[3]主要由雙分度盤機構(gòu)、鋼球自動供料機構(gòu)、THB料帶撥動機構(gòu)、影像視覺CCD[4]、操控系統(tǒng)（觸摸屏、PLC、電磁閥）、精密激光焊、光感元件、市購品標(biāo)準(zhǔn)件、氣動元件等部分組成。如圖2所示。

圖2 鋼球自動焊接設(shè)備

1.2 光學(xué)防抖模組THB制品鋼球自動焊接工藝?yán)щy點

（1）THB料帶和鋼球的移送精度不足時，兩者的自動組裝就無法進(jìn)行，焊接就更談不上了，所以設(shè)備移送精度為首要考慮要素。

（2）鋼球自動下料機構(gòu)的設(shè)計不到位，會造成鋼球卡料、鋼球多下料、剛球帶靜電、鋼球傷等眾多問題。

（3）鋼球頂針的設(shè)計不到位，會造成鋼球定位不良、組裝不良、空焊接、鋼球傷等問題。

（4）設(shè)備部組件之間的位置精度要求高，且分度盤表盤動態(tài)轉(zhuǎn)動時要求8個號位水平度在0.05以下，故對表盤加工精度要求更高，所以設(shè)備裝配調(diào)整難度大，耗時長。

（5）激光焊機的合理焊點參數(shù)與焦點位置的尋找耗時長、若焊點參數(shù)設(shè)置不合理，容易導(dǎo)致THB熔穿、鋼球發(fā)黑、假焊接等問題，如圖3所示。

圖3 不良類別

2 THB制品鋼球自動焊接設(shè)備重要機構(gòu)說明

2.1 鋼球供料機構(gòu)

鋼球供料機構(gòu)由動力氣缸、撥料套管治具、下料軸芯治具、鋼球料斗及軸芯高度定位塊組成，如圖4所示，下料軸芯調(diào)整好與轉(zhuǎn)盤之間的高度后鎖固在高度定位塊上，高度定位塊鎖固在固定機架上；撥料套管套著下料軸芯并與料斗組裝在一起，撥料套管下端鎖固在連接塊上，連接塊與氣缸活塞桿相連，撥料套管受氣缸帶動作上下移動動作；料斗由上部漏斗形部件與下部套筒形部件組成，套筒中心孔與撥料套管配合組裝，套筒的外圓有一級凹槽，與兩件連接固定件組配在一起，通過將兩件連接固定件鎖固在固定機架橫板上，從而使料斗整體定位于固定橫板的上面，固定橫板鎖固在豎直固定板上端，豎直固定板背后鎖固了2件加強筋件，上述整體構(gòu)成了鋼球供料機構(gòu)。

圖4 鋼球供料機構(gòu)

2.1.1 鋼球料斗、撥料套管與下料軸芯治具

光學(xué)防抖模組THB制品鋼球自動焊接設(shè)備經(jīng)過初期試運行，發(fā)現(xiàn)鋼球料斗治具的通孔與撥料套管外圓的配合關(guān)系及撥料套管內(nèi)孔與下料軸芯外圓的配合關(guān)系對鋼球的自動下料的品質(zhì)有重要影響，若三者未能達(dá)到三軸同心，容易出現(xiàn)套管卡死無法下料；若三軸同心度[5]值偏高時，容易導(dǎo)致?lián)芰咸坠芎拖铝陷S芯磨損從而產(chǎn)生異物，剛球有傷現(xiàn)象。根據(jù)上述情況分析，其問題在于三者的同心度，但鋼球下料機構(gòu)屬于高頻活動機構(gòu)，難以保證三者的高精同心度，所以針對此問題經(jīng)過多次檢討及研究，重新設(shè)計三者的聯(lián)動與固定方式，最終滿足THB制品鋼球自動焊接設(shè)備使用，達(dá)到高品質(zhì)、高產(chǎn)能需求。

2.1.2 鋼球料斗、撥料套管與下料軸芯治具外形結(jié)構(gòu)配合可行性研究

為了確保鋼球的自動下料的品質(zhì)，減少不良品產(chǎn)出，同時延長撥料套管與下料軸芯治具的使用壽命，使用同設(shè)備同一分度盤表盤以及相同材質(zhì)的治具，通過圖5所示的幾種治具外形結(jié)構(gòu)配套方案實驗研究后發(fā)現(xiàn)，第①種外形結(jié)構(gòu)配套方案在鋼球下料過程中頻繁發(fā)生套管與料斗卡死，導(dǎo)致設(shè)備頻繁故障報警；第②種治具外形結(jié)構(gòu)配套方案在鋼球下料過程中如套管外徑有所磨損，容易出現(xiàn)套管在下拉時刮傷鋼球；第③種治具外形結(jié)構(gòu)配套方案適合，鋼球下料過程中因料斗是活動不固定，所以即便同心度偏高也不容易出現(xiàn)卡死，同時料斗內(nèi)通孔邊緣的設(shè)計使鋼球不會在套管縫隙中受壓拉傷，故滿足鋼球下料需求，如圖5所示。

圖5 料斗結(jié)構(gòu)方案

2.2 設(shè)備的鋼球與THB料帶組裝功能

鋼球與THB料帶組裝是由料帶撥料機構(gòu)與分度盤上的鋼球頂針相互有序協(xié)調(diào)聯(lián)動實現(xiàn)。故鋼球與THB料帶組裝良好與否，由兩個因素決定：（1）料帶供料進(jìn)位精度；（2）鋼球上頂配合精度。

2.2.1 頂針的鋼球凹槽對鋼球組裝配合的影響分析

光學(xué)防抖模組THB制品鋼球自動焊接設(shè)備在初期試做運行時，發(fā)現(xiàn)鋼球經(jīng)分度盤送至THB鋼球裝配孔下方后，由頂針頂起與THB孔組配[6]，此過程頻繁發(fā)生鋼球組配有縫隙或鋼球頂飛不見。經(jīng)觀察現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)以上不良情況的原因在于頂針在頂起鋼球往上與THB孔配合時沒有對準(zhǔn)孔中心。因THB料帶毎進(jìn)位送料時，THB孔的位置有±0.1 mm的前后送料誤差且無法做到絕對消除，對于如何使THB料帶進(jìn)位送料后鋼球都能精準(zhǔn)頂至配合孔中的問題，經(jīng)過多次檢討及研究，重新設(shè)計頂針鋼球凹槽，最終滿足進(jìn)位送料后鋼球都能精準(zhǔn)頂至配合孔中的要求。頂針鋼球凹槽結(jié)構(gòu)改善如圖6所示。

圖6 頂針結(jié)構(gòu)改善示意

2.2.2 頂針材質(zhì)對鋼球組裝配合的影響分析

鋼球頂針經(jīng)外形設(shè)計改善后投入試做使用，發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行初期鋼球組配效果極好，但當(dāng)設(shè)備運行30 min后開始有鋼球組配不良不定時發(fā)生，此奇怪現(xiàn)象經(jīng)多次仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)其原因是頂針材質(zhì)SUS經(jīng)頻繁活動產(chǎn)生摩擦[7]而產(chǎn)生弱磁性，當(dāng)頂針有磁性后會對鋼球產(chǎn)生吸附作用，從而影響鋼球的自我位置調(diào)整能力，此時就很容易引起鋼球組配不良。對于上述隱患問題，研究了頂針的材質(zhì)選型，最終將SUS材質(zhì)更改為QBe2鈹銅材質(zhì)，并且對頂針頭部凹槽底面進(jìn)行精加工使其底面不粗糙，達(dá)到鋼球能在凹槽內(nèi)正常自由移動，然后再次投入試做使用，最終鋼球自動組配運行穩(wěn)定，設(shè)備產(chǎn)出不良大大降低。

2.3 雙激光焊頭機構(gòu)

彈片料帶與鋼球都屬于微小部品，對焊接設(shè)備的焊接精度要求非常高，為了盡量提高焊接精度，取用焊頭為固定位置不變，這樣的焊頭加工模式能避免焊頭移動引起的焊頭精度差異，從而影響到彈片與鋼球的焊接效果。為了應(yīng)對焊點偏移而不得不調(diào)整焊頭位置的情況，雙激光焊頭分別鎖固在旋轉(zhuǎn)滑臺上可作角度調(diào)整，旋轉(zhuǎn)滑臺鎖固在雙軸可調(diào)滑塊上，通過雙軸可調(diào)滑塊上可調(diào)整光焊頭的左右前后位置，雙軸可調(diào)滑塊鎖固在定位塊上與基板相固定。

3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由基恩士PLC和威綸觸摸屏[8]組成。設(shè)備操作分手動模式和自動模式，在手動模式下運用威綸觸摸屏對設(shè)備各氣動執(zhí)行元件進(jìn)行單動的獨立控制，根據(jù)設(shè)備自動運行模式下的實際動作執(zhí)行時的流暢感，在手動模式下的設(shè)備參數(shù)設(shè)置界面設(shè)置調(diào)整相關(guān)執(zhí)行元件的時間參數(shù)。調(diào)整OK確認(rèn)后轉(zhuǎn)到自動模式便可實施生產(chǎn)，后續(xù)不需要再作調(diào)整。如需PASS某設(shè)備功能，也可在手動模式的功能界面修改功能即可。自動模式為設(shè)備的自動生產(chǎn)時所處的狀態(tài)。為了確保生產(chǎn)運行安全，設(shè)備的執(zhí)行元器件單動功能在自動模式下不可操作。

4 設(shè)備測試及解決的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 設(shè)備運行測試記錄

設(shè)備運行測試記錄實驗結(jié)果，如表1所示。

表1 THB制品鋼球自動焊接設(shè)備實測結(jié)果

4.2 解決的關(guān)鍵技術(shù)

本項目在實施過程中主要解決了以下關(guān)鍵點：

（1）精密氣缸、分度盤的運用使精確性得到保障，通過精密氣缸、高精度分度盤及控制系統(tǒng)的結(jié)合，在整個運行過程中，不但可以確保設(shè)備的穩(wěn)定運行，而且可以高效、準(zhǔn)確地完成鋼球的自動組配及焊接工作。

（2）圖5的第③種治具配套方案，使鋼球在套管下拉時，有良好的受力避讓，防止鋼球刮傷，同時鋼球料斗的活動設(shè)計，使鋼球料斗、撥料套管與下料軸芯治具三者的同心度要求得于降低，此設(shè)計提升了鋼球自動下料的動作流暢，為設(shè)備的自動運行提供了條件。

（3）頂針材質(zhì)的合理選型及外形設(shè)計，為鋼球的良好組配提供了有力的保障，可以精確推移鋼球到達(dá)THB孔位，降低了不良率，提高了工作效率。

5 結(jié)束語

通過本設(shè)備設(shè)計開發(fā)，解決了光學(xué)防抖模組THB制品鋼球焊接工程中鋼球組配焊接的生產(chǎn)效率瓶頸問題，實現(xiàn)了光學(xué)防抖模組THB制品鋼球焊接自動化，為目前市場上有類似工藝設(shè)備提供創(chuàng)新參考，同時也為以后更專業(yè)的相關(guān)設(shè)備研究開發(fā)作出鋪墊。設(shè)備后續(xù)的改善推進(jìn)也將有力地進(jìn)行。