廖新明 凌斌 王永亮

摘要：市场上光学防抖马达弹片组的组装工程基本以人工手动组装压入为主，其作业效率低下，产品品质不稳定的情况一直存在，针对这些问题，开发设计了光学防抖马达弹片组自动组装设备。结合现阶段工业技术，采用伺服马达配合弹片组瓣料治具进行料带弹片组瓣料，同时采用精密伺服小型旋转马达配合带动专用弹片吸取治具，实现精准弹片组取料，再通过精密机械手带动多功能作业头，利用作业头上的专用弹片组组装治具进行气动精准组入弹片，设备中的排盘机构实现了弹片组料带自动上料，通过独特的弹片组装专用治具的设计，实现了光学防抖马达弹片组组装工程自动化，减少了企业成本，提升了光学防抖马达弹片组组装的品质。

关键词：光学防抖;工业技术;伺服马达;自动化

中图分类号：TP23文献标志码：A文章编号：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

在光学防抖马达的制造过程中，需要将弹片与弹片部组料带进行组装，现有的组装作业大多由人工配合简易的治具进行作业，此种作业方式工作效率低，人工成本高，不良产出高，因此有必要予以改进。同时随着科学技术的不断进步，市场企业的不断扩张，导致市场竞争的日趋激烈，企业生存压力巨大，迫使企业缩减人力成本的同时还需提升生产力，而机械换人便是必然。光学防抖[1]马达弹片组组装工程，现阶段生产是以人工手动组入弹片组为主要生产模式，故人力成本高，急需从人工手动压入改善转化，本文从减少企业人力成本、减轻工人劳动强度同时提升企业生产自动化[2]的方向出发，设计研发光学防抖马达弹片组组装自动化设备，独特的弹片组组装治具设计，提升了本工程光学防抖马达弹片组组装的生产效率以及良品率，为逐步实现智能制造添砖加瓦。

1 光学防抖马达弹片组的自动组装方案

弹片组自动组装压入始终以提升产品品质、提高生产效率和减少工人劳动强度为目标，采用非标设计的自动化排盘机构作為弹片组料带的供料机构，精密气缸与精密伺服电机合理运用在弹片组料带瓣料工序环节，使得弹片组高效瓣料得以实现，以高精度伺服机械手[3]配合精密专用多功能工作头为主要执行体作为基本思路，同时考虑设备故障快速维修调整的情况，最终在优化设计、协力检讨的前提下，实现设备高效率生产，减少公司人力成本。

光学防抖马达弹片组组装后完整体由弹片组、固定座组、GIM 单体3个部组件构成。工艺流程依次按顺序组合，首先弹片组料带经瓣料机构进行弹片组单体瓣料，然后弹片组单体经精密伺服吸抓吸取并与 GIM 单体进行组装，如图1所示，最后组装体（弹片组与 GIM ）经多功能工作头自动压入固定座组。

1.1 设备整体

光学防抖马达弹片组自动组装压入机主要由非标送料排盘机构、弹片组瓣料供给机构、精密伺服机械手、操控系统（触摸屏、控制箱、电磁阀）、固定座双来料轨道受台机构、光感传感器、CCD 系统[4]、市购品标准件、气动元件等部分组成。如图2所示。

1.2 弹片组自动组装压入工艺困难点

（1） 各动作活动执行部件的活动精度不足时，弹片组的自动组装压入就无法进行，所以设备精度为首要考虑要素。

（2） 弹片组料带在瓣料前必须确保稳定定位，在瓣料后必须保证弹片组料带上所有单体都能完全脱离于料带，否则会引起机构卡死。

（3） 弹片组压入固定座前必须确保弹片组的底端朝向正确，且前端2个银脚必须正确悬挂在 GIM 银脚卡槽内，否则会对后面压入固定座产生不良影响从而引起弹片变形、固定座压伤或组装压入不到位。

（4） 设备受台来料的智能判别必须精准，否则出现空打作业容易造成下工序的作业差异发生。

2 弹片组自动组装压入机重要机构

2.1 非标排盘机送料机构

非标排盘机送料机构由步进电机、精密送料气缸、料盘夹紧定位治具及精密线轨机构组成。如图3所示。

非标排盘机送料机构其功能是为瓣料机构提供弹片组料带，根据弹片组料带的外形特征，设计一款可应用在排盘机送料机构上的载体治具，经过初期的送料机构调试运行，发现载体治具料盘在夹紧固定的瞬间经常性出现冲击抖动，至使弹片组料带从载体料盘的摆放位跳出的情况，一旦发生抖动跳料，载体料盘内的弹片组料带排列就会错乱，将导致弹片组料带被工作头吸取供料时发生位置偏离异常报警。针对此问题，经过检讨及研究，重新设计气缸夹紧结构，追加夹紧气缸缓冲器[5]以降低气缸夹紧时的冲击力，同时在载体料盘的两端夹紧面追加两个夹紧定位销孔，可更好地保证在载体料盘夹紧后的表面水平从而使料带更容易被吸取。通过上述改进有效防止抖动跳料的发生，降低设备故障率，满足了设备供料需求。

2.2 弹片组多功能组装工作头机构

弹片组多功能组装工作头机构由上下推送气缸、料带吸取治具、GIM 定位芯、弹片组伺服电抓、GIM 托付治具、托付治具动力气缸、小型伺服电缸、工作头定位板组成，如图4所示。上下推送气缸锁固在工作头定位板上，料带吸取治具锁固在上下推送气缸的活塞杆上受气缸带动;2 个弹片组伺服电抓锁固于小型伺服电缸的2个活动受台上，受伺服电缸带动作左右移动，伺服电缸主体锁固在定位治具板上，而定位治具板锁固在工作头定位板; GIM 托付治具锁固在托付治具动力气缸的活塞杆上受气缸带动，托付治具动力气缸锁固在定位治具板上。

为了确保弹片料带供料的稳定性，探讨研究了弹片组伺服电抓结构可行性。电抓设计初期抓子吸取端设计为平面带孔模式，经调试验证发现弹片组吸取时常有吸取偏移现象，后改进为吸取端设计为平面凹槽内带吸孔模式，经调试验证发现平面凹槽能更好地限位弹片组，从而大大提升弹片组吸取正常概率。

2.3 弹片组料带瓣料机构

弹片组料带瓣料机构主要由料带压紧功能部分、料带托固部分和料带瓣料功能部分这3部分组成。整体弹片组料带瓣料机构如图5所示。

压紧治具锁固在压紧气缸活塞杆上，压紧气缸锁固于压紧左右移动气缸的移动受台上，压紧左右移动气缸锁固在定位机架上从而组成料带压紧功能部分。料带托固治具锁固在基底板上并处于两瓣料臂的中央位，当压紧治具右移后往下压时能刚好与之相挤压，从而达到料带被压紧的效果。料带瓣料臂锁固在一对悬架上，可作旋转摇摆活动，瓣料臂的旋转轴一端与伺服电机相联接，受电机带动作往复摇摆活动，瓣料臂上安装有夹片，每片夹片都与单独小气缸的活塞杆连接在一起，小气缸锁固在瓣料臂固定支架上，夹片受小气缸带动可作夹持弹片组动作，瓣料臂固定支架锁固在瓣料机构底部的线轨滑块上，瓣料臂固定支架底部与另一推力气缸相连，瓣料臂固定支架与料带定位治具的相对位置由推力气缸带动整个瓣料臂固定支架作前后移动的位置决定。为了确保弹片组料带瓣料效果的稳定性及易行性，弹片组料条需在前工序预切一道弹片组脱落刀痕以提高瓣料机构瓣料脱落成功率。

2.4 双轨双受台来料机构

双轨双受台来料机构由轨道动力气缸、精密线轨[6]、受台治具及相关缓冲器件组成。精密线轨锁固以基板上，线轨滑座上锁固连接块，连接块与轨道动力气缸活动块相锁固，受轨道动力气缸带动作前后送料移动，受台锁固在线轨滑座连接块上表面，轨道动力气缸上安装有前后位置感应器，为控制系统提供受台当前位置信号。双轨双受台机构承接搬运系统搬运来的来料，同时也承担着向搬运系统供料，为给下一工序的来料作准备。因部件的组装作业是在双轨受台上进行，所以，设备对双轨双受台机构的承压能力及运动精度有一定设计要求，为降低受台在来回运动过程中的冲击，在双轨道的两端都追加了一对缓冲器;同时为提高受台运动精度稳定性及承载能力，选用了宽阔型线轨。

3 控制系统

控制系统由基恩士 PLC[7]和威纶触摸屏[8]组成。设备操作分手动模式和自动模式，在控制面板中按下一时停止后，输入相应的操作密码，通过控制面板对设备各气动执行元件進行单动的独立控制，根据实际单动位移进行执行元器件的动作控制，以及某些特定参数的设定，以达到设备生产时的精度要求。手动模式是为治具更换或设备故障调机及设备初始调整使用。自动模式为设备的自动生产时所处的状态。为了确保生产运行安全，设备的执行元器件单动功能在自动模式下不可操作。

4 设备测试结果及解决的关键技术

4.1 设备运行测试记录

实验结果如表1所示。

4.2 解决的关键技术

本项目在实施过程中主要解决了以下关键点。

（1） 采用精密轨道气缸作为来料执行活动器件，双轨道模式运送料，在保障运行使用精度的前提下，简化了操控系统的建立，也提供设备动作的衔接性，可以高效、准确、便捷地完成整个供料，送料动作。

（2） 非标自动化排盘供料技术，在保障运行供料精度的前提下实现稳定供料，人工备好一定数量的弹片组料条，以料条载体盘治具作为排盘机运行载体，合理地实现供料自动化。

（3） 瓣料机构解决弹片组单体供料，弹片组料条经工作头吸取放至瓣料机构料条受台上，压紧板将料条压紧，前、后瓣料夹分别先后夹紧料条上的所有弹片组，然后两瓣料夹旋转60°往复摇晃3次将弹片组瓣脱落于料带（弹片组料条弹片连接处有预切刀痕，此工序在弹片组检查切断机上完成，预切刀痕有利于弹片组的瓣料脱离），此技术利于弹片组投放料。

（4） 弹片组与 GIM 组装技术主要是为解决弹片组与 GIM 的组装，工作头同时吸取瓣料机构两弹片槽上的一对弹片组，经负压感应检测后再去吸取 GIM 于工作头上，然后通过工作头上的2台小型伺服精密电机抓左右同时将弹片组挂于 GIM 两对角脚上，此技术有利于弹片组与 GIM 的精准组装，为 GIM 固定座组组装提供了良好条件。

5 结束语

本文涉及新型光学防抖马达制造技术领域，尤其涉及一种弹片组装机，包括排盘机构、夹料机构、瓣料机构和组装台，夹料机构包括工作头、夹料驱动元件、料夹和吸料头，排盘机构用于将待组装的弹片部组料带驱动至工作头处，料夹和吸料头均设于工作头，夹料驱动元件带动工作头在排盘机构、瓣料机构和组装台之间移动，料夹用于夹取位于排盘机构的弹片部组料带，吸料头用于吸取位于瓣料机构的弹片部组单体至组装台。通过弹片组自动组装压入设备的设计开发，解决了光学防抖马达弹片组组装压入生产效率瓶颈问题，实现了光学防抖马达弹片组组装压入的自动化，为目前市场上各种相类似的压入工艺设备提供创新参考，同时也为以后更专业的相关设备研究开发作出铺垫。

参考文献

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[3] 程金明.基于单片机的机械手臂控制系统设计[J].南方农机，2020，51（16）：104-105.

[4] 罗翔.视觉伺服机械手捕捉运动目标关键技术研究[D]. 南京：东南大学，2005.

[5] 黄红.气动缓冲和液压缓冲器的原理和特性研究[D].杭州：浙江大学，2003.

[6] 邹翠波，师鸿飞，张彩虹.线性滑轨的应用与安装技术[J].CAD/CAM与制造业信息化，2004（4）：88-90.

[7] 范金玲，王育.基于基恩士PLC的自动化装配系统设计[J].机械制造与自动化，2011，40（6）：191-193.

[8] 林显其，谌颃.基于威纶触摸屏四轴工业机械手人机界面的设计[J].信息技术与信息化，2018（8）：60-62.

第一作者简介：廖新明（1972-），男，大学专科，工程师，研究领域为IE及自动化项目的研发及应用。

（编辑：王智圣）