全自动手机贴膜机的设计

全自动手机贴膜机的设计

作者：屈文韬张世洪张兴斌李腾蔡官洋

来源：《科技视界》2019年第19期

【摘要】本文针对目前普遍存在的手机贴膜费时费力且质量差不环保等问题，研究设计出了一款专门针对手机钢化膜能实现全自动手机贴膜功能，并且广泛适用于各大小型号手机，具有机械特性的手机贴膜机。该机器主要由手机定位夹紧机构、手机膜定位夹紧机构、膜底板撤除机构及手机膜贴合机构四个机构组成。四个机构相互配合，能在保证一定贴膜精度的同时，实现手机贴膜的自动化，并且具有清洁环保、省时省力、效率高等优点。

【关键词】手机贴膜;全自动;机械特性;棘轮机构

中图分类号： TH69 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）19-0027-003

DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2019.19.011

0 引言

经市场调研发现，手机贴膜机主要应用于三个市场，一是主要针对手机制造生产商的高端市场，二是针对各大手机销售点维修点的中端市场，三是针对个人手机用户的低端市场。适用于高端市场的手机贴膜机价格过高，体积，重量过大。适用于低端市场的手机贴膜机未能实现自动化，手工贴膜费时费力且速度慢，效率低[1]。而中端市场处于一个空白的状态。因此，为了节省劳动力并且提高效率，在手机贴膜机中端市场上，能实现全自动手机贴膜功能的机器必不可少[2]。在贴膜机的设计中，经济性方面要考虑能使机器适用于各种不同的手机型号[3]，另一方面还要考虑机器的大小，重量及运行的平稳性，同时还要保证有较高的工作效率。

1 全自动手机贴膜机研究现状

现有的全自动手机贴膜机主要是适用于高端市场的，他们多数采用了一种主要应用于智能手机显示器检测的ccd技术[4]，如深圳一家公司研制的全自动手机贴膜机TP95120AX[5]，虽能很好的实现全自动手机贴膜功能，但体积大且价格近万元，不能适用于以手机售卖维修点为主的手机贴膜机中端市场。而针对低端市场的手机贴膜机又是纯手动的，虽能在一定程度上实现功能，但始终未能摆脱手动贴膜效率低，精度差且费时费力的特点。例如淘宝上销量很高的“贴膜神器”及市面上流行的Reamx贴膜机，虽然价格较低，但其适用的型号较单一再加上不能完全实现自动化的特点，故很难适用于手机贴膜机中端市场。

2 机器结构组成及工作原理

为填补手机贴膜机中端市场的空白，提高手机贴膜的效率，解放劳动力，实现全自动贴膜，研究设计了如图1所示的全自动手机贴膜机。机器主要由手机定位夹紧机构1，手机膜定位夹紧机构2，膜底板撤除机构3及手机膜贴合机构4四个机构组成。手机定位夹紧机构1与手机膜定位夹紧机构2中心重合，手机定位夹紧机构1对手机进行定位夹紧，手机膜定位夹紧机构2对手机膜进行定位加紧，手机膜贴合机构4吸附手机膜，膜底板撤除机构3撤除膜底板，之后手机膜贴合机构4继续运行直至手机与手机膜贴合。四个机构相互配合，能平稳高效的完成手机膜贴合的动作，大大解放劳动力。

2.1 手机定位夹紧机构

图2所示为手机定位夹紧机构简图，主要包括x轴双向丝杠5、y轴双向丝杠6、手机底板7、手机夹板8、棘轮机构9及框架10。为了很好的解决手机的定位加紧问题，应用了两个分别放置在x轴和y轴的具有不同螺纹旋向的双向丝杠，其上各装有两个手机夹板8，丝杠旋转时四个手机夹板同时向手机底板7的中心移动，手机放置在手机底板7上，对手机进行夹紧和固定。棘轮机构9放置在丝杠与电机的联结处，用于控制夹紧力的大小。

图3所示为棘轮机构的结构简图，主要包括M5螺钉11，棘轮组件A12，棘轮组件B13，棘轮轴14，销15，弹簧16，联轴器17。棘轮组件A12的左侧连接电机，联轴器17的右侧连接丝杠，正常运行时弹簧16处于压缩的状态，棘轮组件A12与棘轮组件B13的棘轮齿处于啮合的状态，即能够将电机的扭矩输出到丝杠上，但当丝杠上夹板对手机的夹紧力达到一定值的时候，棘轮组件A12与棘轮组件B13上的棘轮齿开始发生打滑，使电机输出的扭矩无法传递到丝杠上，即达到控制手机定位夹紧机构夹紧力的作用。

手机定位夹紧机构的所有零部件总体都安装框架10上，框架10选用的材料为铝型材，能在很大程度上减轻机构的重量[6]，使其很好的适用于目标市场。

2.2 手机膜定位夹紧机构

图4所示为手机膜定位夹紧机构简图，主要包括x轴双向丝杠18、y轴双向丝杠19、手机膜夹板20、棘轮机构21及框架22。手机膜夹板固定在丝杠上，在x轴和y轴分别采用具有不同螺纹旋向的双向丝杠各一个，通过丝杠带动夹板进行固定。夹紧力的大小则是通过棘轮机构21进行调整的。

2.3 膜底板撤除机构

图5所示为膜底板撤除机构结构简图，主要包括手机膜底板23，半轴A24，半轴B25、轴承座26，自锁步进电机27及框架28。手机膜底板23通过两个半轴与轴承座26相连，半轴

A24与自锁步进电机27相连。在手机定位夹紧机构与手机膜定位夹紧机构动作的时候，自锁步进电机27使手机膜底板23呈水平的状态，手机膜在其上由手机膜定位夹紧机构进行定位夹紧，而手机膜底板与手机底板的中心上下是重合的，夹紧的时候夾板通过双向丝杠同时向底板

中心进行运动，使得在定位夹紧动作完成时手机与手机膜的中心保持重合，这样的设计能在一定程度上保证贴膜的精度。当手机膜贴合机构动作，吸盘吸住手机膜的时候，手机膜底板在自锁步进电机的带动下向下翻转90度为后续机构动作做准备。

（23手机膜底板 24半轴A 25半轴B 26轴承座 27自锁步进电机 28框架）

2.4 手机膜贴合机构

图6所示为手机膜贴合机构结构简图，主要包括电动推杆29，真空吸盘30、吸盘连接平面31及框架32。电动推杆29固定在框架32上，电动推杆的行程方向竖直，这样的布置可以消除自身重力对运动精度的影响。电动推杆29外接控制器并且采用电控的方式运动，清洁环保[7]且能通过编程生成想要的运动轨迹。电动推杆工作行程主要分为两段，中间间隔为膜底板撤除机构撤除膜底板所需的时间，这样的设计能在保证运动稳定性的基础上[8]，尽可能的加快行程速度，缩短工作时间，提高工作效率。

真空吸盘30在整个机构中起着至关重要的作用，它是保证贴膜质量的主要因素。为了保证吸盘与手机膜之间的吸附力适中，不至于造成吸附力过小吸不住手机膜或者吸附力过大不易摘取进而影响贴膜质量的后果，必须选择合适的接触面积。为了保证吸盘吸附手机膜之后手机膜的水平程度，在电动推杆下方安装了一个面积较大的平面31，将吸盘安装在该平面上，由此保证手机膜在与手机贴合过程中不会产生过大的位置偏差，同时保证了手机膜在下行过程中的稳定性，提高了贴膜的精度。吸盘的材料对贴膜质量影响也很大，相较于传统吸盘，采用真空吸盘能使手机膜受力更加均匀，同时能够保证手机膜不会发生较大倾斜，且真空吸盘与手机膜间的吸附力依靠的不是粘力，而是大气压力与真空吸盘内部的压力差[9]，更加绿色环保。

2.5 工作原理

手机贴膜机主要分为四个机构：手机定位夹紧机构、手机膜定位夹紧机构、膜底板撤除机构、手机膜贴合机构。总体贴膜过程如下：手机与手机膜同时装夹，两个定位机构同时工作实现定位夹紧，随后手机与手机膜贴合机构工作。当手机膜被吸附时，手机与手机膜贴合机构停止工作，膜底板撤除机构工作，膜底板撤除，手机与手机膜贴合机构继续工作，电动推杆带动手机膜持续向下运动，直至与手机贴合。各个机构互相配合详细工作原理过程如下：将手机屏幕面朝上放置于手机底板上，在手机定位夹紧机构中，手机底板固定不动，手机底板下x轴和y轴方向上安装有具有不同螺纹旋向的双向丝杠各一个，每套丝杠滑块上都安装有一对夹板，丝杠转动，手机夹板将手机夹紧或放松。应用棘轮机构控制夹紧力。手机底板与手机膜底板中心上下重合，每对夹板的中心位置也是固定不变的，因此这两个丝杠就能保证手机的中心位置固定，同时夹板与手机是面接触，这样也能保证手机被限制住五个自由度，在重力的作用下，手机被固定在手机底板上。

相应的手机膜定位夹紧原理与手机定位夹紧原理基本一致，不同的是手机膜采用钢化膜，易碎，因此需要严格控制夹紧力。而通过改变棘轮机构弹簧的材料或者几何尺寸就能方便地控