CN113172360B - 手机中框螺母自动焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种手机中框螺母自动焊接设备，包括机架以及安装在机架上的料仓模块、机械手模块、上螺母模块、CCD拍照补偿模块、螺母检测模块和焊接模块；所述料仓模块包括料盘，料盘用于对手机中框进行定位存放；机械手模块用于将手机中框从料盘上料至治具，在螺母焊接完成后将手机中框从治具下料移出；上螺母模块设有吸头和振动输送盘，振动输送盘用于存放并输送螺母，吸头从振动输送盘上吸取螺母并放至治具上的手机中框内；所述CCD拍照补偿模块用于对放至治具内的螺母进行CCD拍照补偿，并将补偿失败的螺母自动抛料；螺母检测模块用于对放至治具内的螺母进行自动检测是否存在异常，若存在异常进行处理；焊接模块用于对螺母与手机中框的自动焊接。

Description

手机中框螺母自动焊接设备

技术领域

本发明涉及手机部件焊接工艺技术领域，特别涉及一种手机中框螺母自动焊接设备。

背景技术

手机一般设有手机中框，为了方便手机中框与其他部件的相互固定，在手机中框上需要设置螺母，手机中框与螺母之间采用焊接固定。由于手机体积较小，内部各部件比较精密，因此，固定连接用的螺母必须定位准确、焊接牢固。

目前，用于手机中框与螺母的焊接设备定位需要人工干预较多，定位焊接合格率较低，造成焊接后的手机中框半成品合的低格率和高返工率，变相增加了生产成本；另外，生产自动化程度受到不良影响，不利于提高生产速度，造成生产效率低下。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种手机中框螺母自动焊接设备，包括机架以及安装在机架上的料仓模块、机械手模块、上螺母模块、CCD拍照补偿模块、螺母检测模块和焊接模块；

所述料仓模块包括料盘，所述料盘用于对手机中框进行定位存放；

所述机械手模块用于将手机中框从料盘上料至治具，在螺母焊接完成后将手机中框从治具下料移出；

所述上螺母模块设有吸头和振动输送盘，所述振动输送盘用于存放并输送螺母，所述吸头从振动输送盘上吸取螺母并放至治具上的手机中框内；

所述CCD拍照补偿模块用于对放至治具内的螺母进行CCD拍照补偿，并将补偿失败的螺母自动抛料；

所述螺母检测模块用于对放至治具内的螺母进行自动检测是否存在异常，若存在异常进行处理；

所述焊接模块用于对螺母与手机中框的自动焊接。

可选的，所述机架上安装有上小盖板模块和下小盖板模块，所述上小盖板模块用于自动装夹小盖板，所述下小盖板模块用于自动拆卸小盖板。

可选的，所述机架上安装有自动扫码模块，所述自动扫码模块用于对焊接后的手机中框进行扫码，实现手机中框、治具和设备的三码绑定，并与服务器进行数据交互。

可选的，所述自动扫码模块10连接有分时计数器，所述分时计数器与主控模块连接，所述分时计数器按照设定的时间周期对焊接产品进行计数统计。

可选的，所述料盘为多个，所述料仓模块还包括传动机构、驱动装置和多个盘架，所述料盘固定在盘架上，所述盘架与驱动装置通过传动机构进行传动连接，所述料盘在机架上设有装载位置和上料位置，所述驱动装置采用间歇式启动方式，每当处于上料位置的料盘中的手机中框清空后，所述驱动装置启动将下一装载有手机中框的料盘移动至上料位置，同时将其中一个清空的料盘移动至装载位置。

可选的，所述螺母检测模块包括探头架，所述探头架的底部端面上设有沿探头架圆周分布的磁铁环，所述探头架内部设有轴向转子，所述轴向转子的内部设有轴向顶锥，所述顶锥的顶部通过弹簧与探头架连接，所述顶锥的周围均匀分布有四个圆柱形的B超探头，所述B超探头的外壁上靠近顶端处设有涡轮蜗杆式的调节机构，所述B超探头的顶端设有紧固螺母，紧固螺母与B超探头之间通过螺纹连接。

可选的，所述机架上安装有控制箱，所述控制箱内置主控模块，所述主控模块分别连接并控制机械手模块、上螺母模块、CCD拍照补偿模块、螺母检测模块和焊接模块。

可选的，所述主控模块构建定位坐标系，采用以下公式计算CCD拍照补偿模块的补偿量：

上式中，Δd_i表示手机中框定位点i的定位补偿量；x(i)、y(i)和z(i)表示手机中框定位点i的位置坐标；x(k)、y(k)和z(k)表示定位基准点k的位置坐标；d(k,i)表示定位点i与基准点k的距离；F(i)和F(k)分别表示定位点i与基准点k的旋转变换矩阵；P(i)和P(k)分别表示定位点i与基准点k的定位参数矩阵；Δq表示设备的误差向量；

所述CCD拍照补偿模块根据计算得到的补偿量对手机中框的螺母焊接定位点进行定位补偿。

可选的，所述主控模块连接有多个温度传感器，所述温度传感器分别用于环境温度和在焊接中测量手机中框的温度，所述主控模块采用以下公式预测温度变化引起的定位偏差：

上式中，δ表示预测的温度变化引起的定位偏差；e表示自然常数；μ表示手机中框制作材料的热膨胀系数；t₁表示焊接中测量手机中框的温度；t₀表示环境温度；d表示定位尺寸，即定位点与基准点的距离；

根据定位偏差预测结果，所述CCD拍照补偿模块对手机中框的螺母焊接定位点的补偿量进行修正。

可选的，所述振动输送盘采用压电直线振动器，所述压电直线振动器与主控模块连接，所述主控模块通过以下公式控制压电直线振动器的输入频率：

上式中，V(t)表示主控模块的频率输出函数；K_p表示主控模块的比例参数；e(t)表示频率的输入信号偏差；t表示调节时间；T_i表示积分时间常数；T_d表示微分时间常数；其中K_p、T_i和T_d通过凑式法进行设定；

根据上述公式计算结果，通过控制压电直线振动器的输入频率的方式，对压电直线振动器的输送率进行调节。

本发明的手机中框螺母自动焊接设备，通过料仓模块的料盘中自动输送手机中框，通过机械手模块从料盘中抓取手机中框放入治具，通过上螺母模块进行螺母的送料与上料，通过CCD拍照补偿模块进行螺母定位与补偿调整，通过螺母检测模块检查螺母是否存在损伤，将存在损伤的螺母抛弃，以输送机构将调整后且不存在损伤的螺母与手机中框送到焊接位，以焊接模块进行焊接；本方案可以提高生产自动化程度，有利于提高生产速度，还通过补偿可以实现精确定位，结合检测提高焊接后的手机中框与螺母焊接半成品的合格率，降低返工率，节省成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种手机中框螺母自动焊接设备内部平面示意图；

图2为本发明的手机中框螺母自动焊接设备实施例立体示意图；

图3为本发明的手机中框螺母自动焊接设备采用的螺母检测模块实施例示意图。

图中：1-机架，2-料仓模块，3-机械手模块，4-上螺母模块，5-CCD拍照补偿模块，6-螺母检测模块，7-焊接模块，8-上小盖板模块，9-下小盖板模块，10-自动扫码模块，11-治具，21-料盘，41-振动输送盘，61-探头架，62-磁铁环，63-轴向转子，64-顶锥，65-弹簧，66-B超探头，67-调节机构，68-紧固螺母。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种手机中框螺母自动焊接设备，包括机架1以及安装在机架1上的料仓模块2、机械手模块3、上螺母模块4、CCD拍照补偿模块5、螺母检测模块6和焊接模块7；

所述料仓模块2包括料盘21，所述料盘21用于对手机中框进行定位存放；

所述机械手模块3用于将手机中框从料盘21上料至治具11，在螺母焊接完成后将手机中框从治具11下料移出；

所述上螺母模块4设有吸头和振动输送盘41，所述振动输送盘41用于存放并输送螺母，所述吸头从振动输送盘41上吸取螺母并放至治具11上的手机中框内；

所述CCD拍照补偿模块5用于对放至治具11内的螺母进行CCD拍照补偿，并将补偿失败的螺母自动抛料；

所述螺母检测模块6用于对放至治具11内的螺母进行自动检测是否存在异常，若存在异常进行处理；

所述焊接模块7用于对螺母与手机中框的自动焊接。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过料仓模块的料盘中自动输送手机中框，通过机械手模块从料盘中抓取手机中框放入治具，通过上螺母模块进行螺母的送料与上料，通过CCD拍照补偿模块进行螺母定位与补偿调整，通过螺母检测模块检查螺母是否存在损伤，将存在损伤的螺母抛弃，以动力装置带动的输送机构将调整后且不存在损伤的螺母与手机中框送到焊接位，以焊接模块进行焊接；本方案可以提高生产自动化程度，有利于提高生产速度，还通过补偿可以实现精确定位，结合检测提高焊接后的手机中框与螺母焊接半成品的合格率，降低返工率，节省成本。

在一个实施例中，所述机架1上安装有上小盖板模块8和下小盖板模块9，所述上小盖板模块8用于自动装夹小盖板，所述下小盖板模块9用于自动拆卸小盖板。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置上小盖板模块和下小盖板模块，根据工艺需要实现对小盖板自动装夹与拆卸，提高了设备的自动化程度，有利于提高生产效率，降低产品的分摊成本，增强产品供货与竞争力。

在一个实施例中，所述机架1上安装有自动扫码模块10，所述自动扫码模块10用于对焊接后的手机中框进行扫码，实现手机中框、治具11和设备的三码绑定，并与服务器进行数据交互；所述自动扫码模块10连接有分时计数器，所述分时计数器与主控模块连接，所述分时计数器按照设定的时间周期对焊接产品进行计数统计。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置自动扫码模块，对焊接后的手机中框进行扫码，将手机中框、治具和设备的三码绑定，并与服务器进行数据交互；交互数据可以在服务器端进行存储，增强了产品生产情况的可追溯性；另外将自动扫码模块连接分时计数器，可以按照设定的时间周期对焊接产品进行计数统计，便于生产数据的自动汇集，减少人工干预，降低人工成本，避免人为误差影响，增强数据的客观性。

在一个实施例中，所述料盘21为多个，所述料仓模块2还包括传动机构、驱动装置和多个盘架，所述料盘固定在盘架上，所述盘架与驱动装置通过传动机构进行传动连接，所述料盘在机架上设有装载位置和上料位置，所述驱动装置采用间歇式启动方式，每当处于上料位置的料盘中的手机中框清空后，所述驱动装置启动将下一装载有手机中框的料盘移动至上料位置，同时将其中一个清空的料盘移动至装载位置。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置多个料盘及其装载位置和上料位置，以传动机构、驱动装置和多个盘架实现料盘的周期性移动，从而方便送/取手机中框定位与配合，提高生产的自动化与流水线化程度；设置准确的装载位置和上料位置，可以简化送料的运动控制过程；焊接后的手机中框也可以采用与本方案相同机构(将上料位置改为送离位置)送出焊接设备。

在一个实施例中，如图3所示，所述螺母检测模块6包括探头架61，所述探头架61的底部端面上设有沿探头架圆周分布的磁铁环62，所述探头架61内部设有轴向转子63，所述轴向转子63的内部设有轴向顶锥64，所述顶锥64的顶部通过弹簧65与探头架61连接，所述顶锥64的周围均匀分布有四个圆柱形的B超探头66，所述B超探头66的外壁上靠近顶端处设有涡轮蜗杆式的调节机构67，所述B超探头66的顶端设有紧固螺母68，紧固螺母68与B超探头66之间通过螺纹连接。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案采用的螺母检测模块通过设置弹簧减少振动传递，避免由于振动引起的检测误差，提高检测精度；采用B超方式显示裂纹图像或者波形，以便于数据信号被实时存储，用于事后分析和追溯。

在一个实施例中，所述机架上安装有控制箱，所述控制箱内置主控模块，所述主控模块分别连接并控制机械手模块、上螺母模块、CCD拍照补偿模块、螺母检测模块和焊接模块。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置主控模块用于机械手模块、上螺母模块、CCD拍照补偿模块、螺母检测模块和焊接模块等的控制，实现控制系统的统一性、集成度和协调性；将主控模块安装在独立的控制箱内，有利减少环境对主控模块的不利影响，降低设备的故障率和维护成本，提高安全性。

在一个实施例中，所述主控模块构建定位坐标系，采用以下公式计算CCD拍照补偿模块的补偿量：

上式中，Δd_i表示手机中框定位点i的定位补偿量；x(i)、y(i)和z(i)表示手机中框定位点i的位置坐标；x(k)、y(k)和z(k)表示定位基准点k的位置坐标；d(k,i)表示定位点i与基准点k的距离；F(i)和F(k)分别表示定位点i与基准点k的旋转变换矩阵；P(i)和P(k)分别表示定位点i与基准点k的定位参数矩阵；Δq表示设备的误差向量；

所述CCD拍照补偿模块根据计算得到的补偿量对手机中框的螺母焊接定位点进行定位补偿。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过构建定位坐标系，将工艺定位置于坐标系统分析，采用上述公式计算定位的补偿量，以量化计算的结果，通过CCD拍照补偿模块进行定位补偿或者调整，使得工艺定位更准确，方便后续手机部件的装配，提高了焊接加工精度和产品的质量。

在一个实施例中，所述主控模块连接有多个温度传感器，所述温度传感器分别用于环境温度和在焊接中测量手机中框的温度，所述主控模块采用以下公式预测温度变化引起的定位偏差：

上式中，δ表示预测的温度变化引起的定位偏差；e表示自然常数；μ表示手机中框制作材料的热膨胀系数；t₁表示焊接中测量手机中框的温度；t₀表示环境温度；d表示定位尺寸，即定位点与基准点的距离；

根据定位偏差预测结果，所述CCD拍照补偿模块对手机中框的螺母焊接定位点的补偿量进行修正。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置多个温度传感器，分别用于环境温度和在焊接中测量手机中框的温度，其中同一温度参数可以由一个温度传感器检测得到，也可以由多个温度传感器检测数据取平均值得到；通过上述计算公式预测焊接的温度变化引起的定位偏差，考虑该定位偏差量，对手机中框的螺母焊接定位点的补偿量进行修正，从而进一步提高焊接加工中的定位精度，进而提高生产合格率水平。

在一个实施例中，所述振动输送盘采用压电直线振动器，所述压电直线振动器与主控模块连接，所述主控模块通过以下公式控制压电直线振动器的输入频率：

上式中，V(t)表示主控模块的频率输出函数；K_p表示主控模块的比例参数；e(t)表示频率的输入信号偏差；t表示调节时间；T_i表示积分时间常数；T_d表示微分时间常数；其中K_p、T_i和T_d通过凑式法进行设定；

根据上述公式计算结果，通过控制压电直线振动器的输入频率的方式，对压电直线振动器的输送率进行调节。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案采用上述公式通过比例、积分和微分控制，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象压电直线振动器进行控制；调节整定使得螺母输送形成一定的顺序性，一方面避免螺母堆积，另一方面避免输送中断；控制压电直线振动器满足螺母输送的实际需要，使用成本低。

本发明的手机中框螺母自动焊接设备具备以下功能﹕

1.实现自动上下料；

2.可自动扫码绑码，及数据输出，并实现扫码NG物料自动分拣功能；

3.可实现螺母与产品自动焊接；

4.从上下料料库取料及放料，实现整线连机；

5.实现螺母放置OK/NG检测；

6.具备螺母植入CCD拍照，自动补偿功能；

7.分时计数，产量统计，异常信息提示功能。

在一个实施例中，该发明的手机中框螺母自动焊接设备实施例可以采用以下工艺参数：

1.C/T：6S/PCS；

2.模穴数：1穴/模块×10模块/机；

3.UPH:600PCS/H；

4.良率：99.5％；

5.过杀率(检测设备)：0％；

6.漏检率(检测设备)：0％(不可将不良品判为良品)；

7.故障率：≤2％；

8.稼动率：≥98％；

9.机台操作人力：1人/机(1人供1台机)；

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种手机中框螺母自动焊接设备，其特征在于，包括机架以及安装在机架上的料仓模块、机械手模块、上螺母模块、CCD拍照补偿模块、螺母检测模块和焊接模块；

所述料仓模块包括料盘，所述料盘用于对手机中框进行定位存放；

所述机械手模块用于将手机中框从料盘上料至治具，在螺母焊接完成后将手机中框从治具下料移出；

所述上螺母模块设有吸头和振动输送盘，所述振动输送盘用于存放并输送螺母，所述吸头从振动输送盘上吸取螺母并放至治具上的手机中框内；

所述CCD拍照补偿模块用于对放至治具内的螺母进行CCD拍照补偿，并将补偿失败的螺母自动抛料；

所述螺母检测模块用于对放至治具内的螺母进行自动检测是否存在异常，若存在异常进行处理；

所述焊接模块用于对螺母与手机中框的自动焊接；

所述机架上安装有控制箱，所述控制箱内置主控模块，所述主控模块分别连接并控制机械手模块、上螺母模块、CCD拍照补偿模块、螺母检测模块和焊接模块；

所述主控模块构建定位坐标系，采用以下公式计算CCD拍照补偿模块的补偿量：

上式中，Δd_i表示手机中框定位点i的定位补偿量；x(i)、y(i)和z(i)表示手机中框定位点i的位置坐标；x(k)、y(k)和z(k)表示定位基准点k的位置坐标；d(k,i)表示定位点i与基准点k的距离；F(i)和F(k)分别表示定位点i与基准点k的旋转变换矩阵；P(i)和P(k)分别表示定位点i与基准点k的定位参数矩阵；Δq表示设备的误差向量；

所述CCD拍照补偿模块根据计算得到的补偿量对手机中框的螺母焊接定位点进行定位补偿；

所述主控模块连接有多个温度传感器，所述温度传感器分别用于环境温度和在焊接中测量手机中框的温度，所述主控模块采用以下公式预测温度变化引起的定位偏差：

上式中，δ表示预测的温度变化引起的定位偏差；e表示自然常数；μ表示手机中框制作材料的热膨胀系数；t₁表示焊接中测量手机中框的温度；t₀表示环境温度；d表示定位尺寸，即定位点与基准点的距离；

根据定位偏差预测结果，所述CCD拍照补偿模块对手机中框的螺母焊接定位点的补偿量进行修正。

2.根据权利要求1所述的手机中框螺母自动焊接设备，其特征在于，所述机架上安装有上小盖板模块和下小盖板模块，所述上小盖板模块用于自动装夹小盖板，所述下小盖板模块用于自动拆卸小盖板。

3.根据权利要求1所述的手机中框螺母自动焊接设备，其特征在于，所述机架上安装有自动扫码模块，所述自动扫码模块用于对焊接后的手机中框进行扫码，实现手机中框、治具和设备的三码绑定，并与服务器进行数据交互。

4.根据权利要求3所述的手机中框螺母自动焊接设备，其特征在于，所述自动扫码模块连接有分时计数器，所述分时计数器与主控模块连接，所述分时计数器按照设定的时间周期对焊接产品进行计数统计。

5.根据权利要求1所述的手机中框螺母自动焊接设备，其特征在于，所述料盘为多个，所述料仓模块还包括传动机构、驱动装置和多个盘架，所述料盘固定在盘架上，所述盘架与驱动装置通过传动机构进行传动连接，所述料盘在机架上设有装载位置和上料位置，所述驱动装置采用间歇式启动方式，每当处于上料位置的料盘中的手机中框清空后，所述驱动装置启动将下一装载有手机中框的料盘移动至上料位置，同时将其中一个清空的料盘移动至装载位置。

6.根据权利要求1所述的手机中框螺母自动焊接设备，其特征在于，所述螺母检测模块包括探头架，所述探头架的底部端面上设有沿探头架圆周分布的磁铁环，所述探头架内部设有轴向转子，所述轴向转子的内部设有轴向顶锥，所述顶锥的顶部通过弹簧与探头架连接，所述顶锥的周围均匀分布有四个圆柱形的B超探头，所述B超探头的外壁上靠近顶端处设有涡轮蜗杆式的调节机构，所述B超探头的顶端设有紧固螺母，紧固螺母与B超探头之间通过螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的手机中框螺母自动焊接设备，其特征在于，所述振动输送盘采用压电直线振动器，所述压电直线振动器与主控模块连接，所述主控模块通过以下公式控制压电直线振动器的输入频率：

上式中，V(t)表示主控模块的频率输出函数；K_p表示主控模块的比例参数；e(t)表示频率的输入信号偏差；t表示调节时间；T_i表示积分时间常数；T_d表示微分时间常数；其中K_p、T_i和T_d通过凑式法进行设定；

根据上述公式计算结果，通过控制压电直线振动器的输入频率的方式，对压电直线振动器的输送率进行调节。

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