0 引言
根据IDC公布数据，2018年全球智能手机出货量为14.094亿台，中国出货量为3.97亿台，东莞作为国内智能手机主要生产基地，2018年的出货量为3.68亿，占全球的四分之一。随着国产手机在国内外的市场占有率快速提高，对于国内各代加工工厂来讲既是发展机遇也是很大的挑战。
在3C产品生产过程当中，特别在智能手机组装的贴装工艺中，由于辅料种类多，大小不一，贴装精度要求高，需要大量的熟练女工进行作业，造成组装线上常常配有大量的人力而设备很少，而且极易出现不良。因此贴装工艺成为制约企业效益的关键环节。
为了解决3C产品柔性辅料贴装问题，本研究设计开发自动贴辅料机，可广泛运用于智能手机组装中的各种贴装工艺，其优点：使劳动相对密集型行业能够减少人力成本，提高产能；多工位设计可缩短生产时间，提高生产效率；主体结构可通用，可实现产线快速架线，且实现自动化连线，达到省时提效。
1 国内3C产品辅料贴装设备概况
在开发研制自动化专机过程中需要解决多种类辅料无基准贴装而造成的贴合误差大、位置偏移“爬墙”等问题。为了能快速、准确地完成3C产品柔性辅料的贴装问题，自动化设备必须满足如下要求：
（1）量轻、低负载，且具有较高的灵巧度；
（2）能够准确抓取柔性的3C产品辅料。
目前国内一些公司已经开发了相关的适用于3C产品的柔性辅料贴装设备。如市面上主流的贴标机、全自动贴合机、自动贴标机、手机壳辅料贴标机[1-4]，虽然在一定程度上改善了3C产品的辅料装贴工艺，但仍存在不足和需要改进的地方[5]：
（1）占地面积大，生产产线改变要求高，不能对于3C产品贴装生产线进行很好的适应；
（2）生产成本高，3C产品治具不通用且需求量大，辅料种类多且手机换线期短，对于自动化产线改造增加了额外的经济负担；
（3）换线时间长，调试复杂，机械式调整进行定位，完全不能满足手机辅料贴装工艺快速换线的要求。
2 自动贴辅料机设计
2.1 自动贴辅料机平台设计
如图1所示，自动贴辅料机采用高效精准柔性自动上下料机构、自动贴装多工位平台、辅料供料贴合模组、纳米点焊模组及CCD全过程视觉定位，构成一个柔性自动贴装生产线。机械臂从流水线上抓取加工产品，放置在夹治具上，可同步完成5个贴装工艺，通过各工位的循环运作，实现设备自动化加工生产，提升贴合辅料的效率、精度和品质。
图1 自动贴辅料机平台设计
2.2 高效精准柔性自动上下料
高效精准柔性自动上下料机构包括机器人、通用取料抓手、连接柄、感应器等组件。机器人采用六轴机器人，负载8 kg，工作半径818 mm，重复定位精度达到±0.02 mm。通用取料抓手有6个面，最多可同时抓取6个产品，通过连接柄安装在机器人上，每个抓取面带有真空吸盘，吸盘位置可以调节，可以适应大部分的产品上下料。配合流水线上安装导料架，先对产品在流水线上进行粗定位，再由机器人抓到设备内部做精定位，实现产品自动上下料的功能，劳动强度小，生产效率高，可减少安全隐患。
2.3 自动贴装多工位平台
多工位平台设计为转盘式，设有8个产品放置台。转盘由凸轮分度器驱动转盘转动，凸轮分度器的入力轴每旋转一周，其出力轴便同时完成一次分度运动，使转盘转动一个工位，入力轴的一端由电机带动，另一端处设置停止位置感应开关和停止位置调节片，当停止位置感应开关感应到停止位置调节片，电机停止工作，以此实现转盘每转动一个工位后的定位停止。
8个治具带有夹持对位功能，且可多产品通用。产品可以通用为两边及底面作为基准，两边夹持保持X、Y定位，加上由上而下的夹持力保持水平，这样的结构在产品更换时，只需要更换治具板及夹持块，基准边及下压块可调。治具设计的压料机构和产品组装装置可实现产品和辅料的固定与释放，全程自动化，效率高且稳定可靠。
转盘上搭载自动定位治具，自动上下料部分将产品放到自动定位治具后，转盘将产品逆时针依次高精度进给，产品依次经历过1～5号贴装模组后进入到点焊模组进行点焊加工。如图2所示。
2.4 多种辅料高精度贴合模组
采用高精度伺服马达配合高精度丝杆完成高速高精度贴合，吸头及供料模组可更换；设备能快速重组，贴装模组通用化设计，当加工内容变更时，线体切换更快捷方便，可以使工艺快速导入量产，而设备不需重新设计加工及组装。如图3所示。
面对辅料供应商供应料带尺寸不同的问题，该设备可以适应不同尺寸的来料内圈及不同宽度的料带，而不需要增加任何零件。当料带宽度变更时，调节流道的卡位尺寸即可，设备可以兼容φ75～φ145 mm的来料内圈。
图2 转盘部分示意图
辅料贴装和钢片焊接使用同一套控制程序，可自由切换使用，无需变更电控点位。从设计上使两种工艺的加工动作同化，使程序上只需屏蔽或开启部分动作即可继续使用，使产品加工更加智能，使生产技术人员更加容易上手操作及维护。
图3 贴装模组示意图
2.5 柔性纳米点焊模组
当柔性自动贴装多工位平衡平台转搭载产品经过1～5号贴装模组贴装辅料或钢片后，到达点焊工位，由纳米点焊机进行点焊，再由机器人将产品送回产线。其生产过程中无需人工操作，可节省人力成本，且达到多款产品通用效果；通过机器人自动上下料，实现无人自动化连线生产。
自动点焊机设计成开放式，可适应不同型号的点焊机，并通过分料机构设有梳理轨道，对簧片载带进行梳理，再通过输送轨道将簧片吸取至手机后壳上，接着由簧片压头对簧片压紧，以便于激光焊接机焊接，整个过程都通过控制系统控制，实现自动化生产。
2.6 CCD全过程视觉定位
设备全过程采用视觉定位，相比其他的辅料贴装设备采用部分视觉定位（相机跟着机械臂走，在剥料前照相定位本次待吸辅料），本设备辅料贴合最高精度可达到±0.05 mm，综合贴合精度小于±0.1 mm，良品率高达99.8%，辅料抛料率降低到1%。
2.7 自动贴辅料机无人生产线
本设计可以实现相同工艺多台设备串联，按产品工艺需求可以增加或减少设备排布，在本设备的通用设计下，可实现快速加工，做无人生产线体连接设计，使产线更先进高效，以满足生产需求。
自动化无人生产线工作流程：
（1）人工将装有产品的吸塑盘放入自动上下料机中，自动上下料机自动定位；
（2）自动取放机器人在自动上下料机上抓取产品放到自动循环流水线上；
（3）自动循环流水线将产品输送到相应位置，机器人自动抓取产品放到转盘治具上，转盘治具感应自动固定产品；
（4）转盘转动，实时检测多工位转盘上的各工位运动状态，产品依次经历过1～5号贴料模组进行贴装；
（5）当转盘搭载产品经过1～5号贴装模组贴装辅料或钢片后，到达点焊工位，由点焊机进行点焊；
（6）产品点焊完成后，由自动取放机器人将完成的产品放到自动循环流水线，后将产品输送到相应位置，进行下一步贴装点焊流程；
（7）按产品型号及加工工艺的不同，依次完成最后加工后，自动取放机器人将产品放入自动上下料机中的空吸塑盘中，工作人员取走。
3 与国内外贴合设备的对比
高效率高精度：设备多工位设计可形成多个加工工序，提高生产效率，全过程采用视觉定位，贴合精度高，良率达99.8%。国内外同设备多为单一式贴装，且未全部采用视觉定位，贴合精度不高，良率低。
通用性：本项目供料器通用。各种供料器可以切换，不需要重新接线。可扩展外接设备，设有通用接口，实现产线快速架线。国内外同设备专用化的设计，导致不可外接设备或需要在电控箱内接线，不同工艺不可切换或切换后需要改线。
4 结束语
目前多工位技术的采用越趋成熟，视觉技术也越来越重视[6-7]。本文提出的多工位贴辅料设计推广率还比较低，针对快速发展国产智能机市场及5G商用时代快速推进，本文提出的自动贴辅料机可有效解决3C产品加工中柔性辅料贴装问题，提高生产效率，降低成本，实现自动化生产，利于建设无人车间。
参考文献：
［1］孙元忠，黎展亮.手机辅料贴标机及应用该贴标机的流水线：CN205045108U［P］.2016.
［2］侯立新.贴标机及贴标方法：CN105564756A［P］.2016.
［3］陈世德，陈振宇.贴标机：CN104528088A［P］.2015.
［4］曹云.一种手机壳辅料贴标机：CN106005640A［P］.2016.
［5］郭东硕.3C柔性辅料贴装系统运动规划与可控制系统研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2017.
［6］唐兴兵.贴标机控制系统设计及视觉检测应用［J］.机械工程师，2016（06）：149-151.
［7］喻永康，俞经虎.一种具有视觉定位功能的智能贴标机控制系统设计［J］.机床与液压，2018（23）：105-108.
