路如旃

（浙江清华柔性电子技术研究院，浙江 嘉兴 314000）

手机壳生产时一般采用注塑的方式，由于塑胶加工工艺特点，在手机壳表面通常存在合模线。合模线的存在不但影响手感，更影响手机壳的美观，因此，需要采用一定的措施消除掉。目前的措施一般有如下两种，采用人工+抛光机+镀膜，机器人+镀膜。前者不但存在劳动量大、效率低、成本高、质量不稳定等问题，而且手动抛光工作场所空气质量较差，镀膜采用化工原料，特别在目前环保要求较高的情况下，成本会更高；而后者，前期投入大，也存在环保的问题。在此情况下，采用插值算法控制器+流水线+纳米改性的生产方式，不但提高效率、高质量，并且避开了镀膜的环保问题，手机壳表面经过纳米改性后，其手感达到了镀膜的效果，并且材料表面具有了自清洁效果（此处不讨论纳米改性）。

1 合模线控制系统

1.1 控制原理

全自动可扩展抛光机由PLC、插值控制器、磨头、载物台、机架、控制柜和除尘系统等组成，PLC、插值控制器等在控制柜内部，除尘系统为磨头除掉的粉尘经过滤后排放到其他地方，PLC 控制磨头的旋转速度，插值控制器控制磨头的运动轨迹，载物台（Z 轴）放置并固定手机壳，机架承载X 轴、Y 轴电机在其上运动，根据插值算法，磨头（R 轴）运动圆弧轨迹。图1 为控制框图。

1.2 插值控制器

目前，具有插值算法的控制器品牌较多，并且单轴、多轴系列存在，根据抛光设备需求和较低成本的要求，采用具有2 轴的插值算法控制器即可。此处以FX2N-20GM 为例。此插值控制器或者运动控制器接口结构如图2 所示。

图1 抛光机控制框图

图2 FX2N-20GM 接口图

表1 性能参数表

1.3 插值原理

插补，就是根据零件轮廓的几何形状、几何尺寸以及轮廓加工的精度要求和工艺要求，在零件轮廓的起点和终点之间顺序插入一系列中间点（折现端点）的过程，即数据点的密化过程或脉冲分配的过程，其多对应的算法成为插补算法。

数控系统中，插值算法分为两类，脉冲增量插补和数据采样插补，在前者中又分为逐点比较法、数字积分法、矢量判断法、比较积分法和数字脉冲法，其中，最简单且常用的为逼近法。插值函数的选取有代数多项式、三角多项式和有理函数等，此中选择代数多项式插值函数。

由图4R 轴运动的轨迹可以看出，R 轴运动的轨迹为手机壳的尺寸规格（其插值的多项式与气放置的方式有关），并且非采用1 个多项式即可完整、正确描述的，因此，采用分段插值进行多项式拟合。以图4 运动轨迹为例，其插值有两种：线性插值和圆弧插值。

手机壳在象限中放置的姿态不同，其拟合的多项式会有差别，以图4 放置的姿态，其线性插值多项式为1 次多项式，其线性分段插值多项式如下：

圆弧分段插值多项式如下：

上式为连续表达式，离散表达式为： ∆ y = f ( ∆ x)，对于线性插值，比如，与x、y 轴平行的表达式，控制器的进给分辨率对其无影响，而对于具有斜率和其他轨迹的表达式具有一定的影响，图3 直线离散与圆弧离散进给图。

图3 离线进给图

2 合模线抛光控制结构

合模线抛光机控制结构采用5 轴结构，分别为旋转轴（R轴），功能为带动摩擦布摩擦掉合模线；带动R 轴运动的x轴和y 轴，功能为沿着合模线的方向运动；手机壳升降轴（z轴），功能为手机壳的升降，便于流水线的运动；手机壳固定轴（lock 轴），功能为当手机壳在z 轴上到位后，lock轴对手机壳加紧固定；流水线运动周（L 轴），功能为带动流水线运动，从而实现手机壳在流水线上的运动。

2.1 单轴抛光程序图

以单R 轴为例，其运动的轨迹与手机壳放置的姿态有关，为了便于插值处理，其放置姿态如图4 所示，表达式采用分段插值（参考1.3 节），其表达式比较简单，控制器处理的运算量比较小并且运动路线较优。1.3 节的表达式为连续函数，而对于计算机处理的离散量来说，线性插值没有影响，而对于圆弧插值具有稍微的影响，如1.3 节圆弧插值离散轨迹图，不过，由于R 轴上的摩擦布其固定方式并且其本身具有一定的弹性，因此，可以克服圆弧插值对摩擦面的影响。

图4 R 轴轨迹图

图5 单轴运动程序

2.2 可扩展抛光结构

可扩展结构即扩展R 轴、lock 轴以及传感器等的数量（包括升降结构和夹紧结构），其都在X/Y 轴的带动下实现进给运动，从而实现多个R 轴处理多个手机壳的功能。如图6 为扩展到3 个R 轴的情形，可以同时处理3 个手机壳的合模线（在图3 中，R 轴与lock 轴都有1 个增加到3 个）。

图6 运动轨迹

需要注意的是，在结构设计方面：（1）R 轴在X/Y 轴上，由X/Y 轴带动R 轴进行运动；（2）Z 轴把样品顶起到一定高度并有lock 轴固定；（3）Z 轴升起的高度与R 轴位置需配合；（4）在R 轴上摩擦部分具有一定的弹力。

2.3 排尘系统

合模线被磨下的部分颗粒微小，若被呼吸进体内会对肺造成损害，因此，需要采取一定的措施对操作人员进行保护。此微小颗粒有两种处理的方法，被风带走或者水流带走。由于设备采用金属制造，因此，潮湿的环境会对金属造成腐蚀，此处采用被风带走的方式，即手机壳处理的区域进行密闭处理，只留流水线出入的位置留有缺口，并且可以采用风扇带走的功能，使密封的腔体内造成负压，因此，在流水线的出入口处，不会有颗粒飘荡出来，从而保护操作人员。示意图如图7。

图7 除尘腔体示意图

2.4 客户界面

客户界面采用某一厂家触摸屏软件绘制，如图8 和图9中按钮具有启/停功能，并对当前的启或停的状态进行指示。

图8 手动操作界面

图9 自动操作界面

2.5 程序流程

图10 为抛光机主功能程序流程图，其5 轴配合逻辑清晰，其他报警程序、通讯程序、安全保护等都未在此中体现。

3 流水线接口

图10 程序流程图

此抛光机自带1 段2m 左右的流水线，在流水线的出/入口端具有检测手机壳的传感器，此传感器不但可以进行手机壳的计数，而且当入口传感器检测到手机壳后告知控制系统让手机壳处理处的定位装置进行准备，而出口传感器检测到腔体内的手机壳完全出去后，入口的手机壳才可进入，若一直无手机壳进入，则一定时间后抛光机进入待机状态，待机状态的唤醒是有入口传感器实现的。

另外，在流水线的入口处具有堆栈功能，一旦从流水线过来的待处理手机壳数量级较多，则进行暂存。流水线上具有手机壳放置位置卡槽。

4 结语

此合模线抛光机采用具有插值算法的控制器，不但可以实现离线编程，兼容不同规格的手机壳，而且在结构方面可以实现扩展，从而提高生产效率。另外，此设备可以实现流水线24 小时连续不间断工作，不受外界因素影响；并且实现了自动上下料，替代传统停机人工上料方式；抛光程序支持离线编程，可适应多种类、大批量的手机壳的打磨抛光——新型手机壳抛光，可离线即时启动抛光程序，可实现无间断的打磨抛光；此3 种举措大大提高了产品的处理效率。