一种CO2自动清洁设备设计

黄军营，廖新明，郑 博

（日本电产三协电子（东莞）有限公司，广东东莞 523325）

0 引言

现有光学防抖马达部品的清洁一般采用人工清洁的方式来进行清洁作业，此作业方式工作效率低，劳动强度大，人工成本高，且人工作业时难于保证清洁的品质，且清洁光学防抖马达部品所需要采用的液态二氧化碳清洁喷头的管子属于易损品，经常挪动喷头易将管子损坏，因此有必要予以改进。又随着手机市场的蓬勃发展，相关产业链的竞争也是越发激烈，光学防抖马达作为手机中重要的组成部分，如何保证其生产质量，并提高生产效率一直以来都是追求的目标。通过以往经验发现人工清洁工序存在着清洁效果不理想，效率低下的现象。针对上述现象设计研发了光学防抖马达自动清洁设备，采用自动化清洁方式来代替人工清洁，不仅保证了产品的品质，同时也大大提升了生产的效率。

为此，本文从如何实现自动清洁出发，探究光学防抖马达的清洁自动化的创新成果。

1 光学防抖马达自动清洁方案

光学防抖[1]马达的自动清洁就是以提升产品品质、提高生产效率和减少工人劳动强度为目标，实现无人化自动清洁。

本方案采用CO2高压喷流清洗方式，利用固定式喷头和马达放置板自动移动实现自动清洗，同时考虑整体的清洁时间及清洁的质量，对程序进行优化，合理的调整自动移动的方式，确保马达放置板上的每一个部品都能得到良好的清洁效果。

1.1 设备整体

光学防抖马达自动清洁机主要由3 个部分组成：机械臂机构、高压喷流控制箱、供气设备。如图1所示。

图1 光学防抖马达自动清洁机

1.2 自动清洁工艺困难点

（1） CO2气体的状态是影响清洁效果的重要因素之一，为了针对多种异物附着情况，选取一种最合理的CO2气体的状态，而CO2气体又分为固态、液态、气态3种常见状态，以及固液共存、气液共存、固气液共存等其他非正常状态，这就需要通过资料调查，并进行大量实验来确定CO2的状态。

（2）空气清洁喷头[2]的选型。因喷头形状直接影响最终的清洁效果，所以本次实验设计了3 种空气清洁碰头：圆型空气清洁喷头、十字型空气清洁喷头、一字型空气清洁喷头。通过实际清洁情况来选择最合适的喷头。

（3）机台的效率。因本设备为自动清洁机构，对机台的清洁效率要求高，如何通过调整机械结构及内部程序提高效率也是调机的难点，其主要难点在于如何在确保清洁效果的前提下，尽可能缩短空气清洁的时间。

（4）机台的实用性。作为自动化设备，其实用性也是判定的重要标准之一，实用性主要表现在机台操作的方式是否简便，机台清洁的效率是否满足产品的生产，机台发生故障后，接触故障的方式是否简便等。

2 自动清洁机重要机构

2.1 密闭作业台

为了确保清洁效果，防止清洁过程中有异物附着，同时提高清洁的效率，设计了密闭的清洁作业台，通过铝型材和亚克力板进行搭建，为了提高生产作业性，在作业台窗口处设计了自动升降门，每次清洁结束后，升降门都会自动打开，作业人员更换部品放置板，再摁下启动键，升降门自动关闭，进行清洁。作业台如图2所示。

图2 自动清洁机作业台

自动清洁机工作台的底部还设有吸气装置，通过外部的吸尘装置，将空气清洁过程中产生的异物进行吸附，从底部的通道吸到机台外部。这样就大大保证了工作台内部的清洁环境，防止因工作台内部异物飞溅造成对产品的二次污染，从而提升了机台的清洁质量。

2.2 空气清洁结构

空气清洁结构的主要构成为高压喷流[3]控制箱，空气清洁喷头，供气设备组成，其中供气设备主要的作用是提供所使用的CO2气体，高压喷流控制箱控制CO2气体的状态。空气清洁喷头则控制了喷出气体的轨迹。

（1）供气设备

供气设备[4]为了实现不间断供气，预先配套补给4瓶CO2满瓶气体，通过单向高压阀、气压感应器、电磁阀、加热垫、重量计及高压管道与控制系统结合，实现在维持恒温恒压供气的同时，也能进行正常的气瓶补给更换，达到不间断供气效果，保障CO2高压喷流清洗品质。

正常情况下，通过控制面板可以对瓶内的气体量进行追踪，瓶内的气体量达到标准是，控制面板上显示的气瓶为绿色，当4瓶CO2气体罐内出现气体不足时，通过控制面板的实时监控，会显示气瓶的颜色为红色，这时就需要人工进行气体瓶的更换，而设备会停止使用红色的气体罐中的气体。当4瓶CO2气体都不达标时，控制面板会发出报警，同时停止设备的运行，直到作业人员重新更换满状态的气瓶，再解除报警，才能使机台正常启动，装置如图3所示。

图3 供气设备

（2）高压喷流控制箱

为了使供气设备提供的CO2气体的状态变为可控，所以在清洁机构与供气设备中间追加高压喷流控制箱，通过高压喷流控制箱来控制CO2气体的温度及压强。同时高压喷流控制箱还可以对供气设备输送过来的CO2气体进行清洁过滤，保证了设备清洁度，提高了自身的清洁效率。

高压喷流控制箱设备正面由电源开关、温度监控调节器、气压表、气压调节器等组件组成，可以通过温度监控调节器进行对气体温度实时操控，通过观察气压表的气压值，对气压调节器进行调节，确保高压喷流控制箱中的气体气压符合机台要求。

（3）空气清洁喷头

空气清洁喷头是本设计中重要的一环，经过高压喷流控制箱处理过的CO2气体[5]通过清洁喷头直接对部品进行吹气清洁，清洁喷头的作用为增加CO2气体的压强，并控制CO2气体喷出时的形状，本次设计了3种空气清洁喷头，头部镂空状态为十字型、圆型和一字型，通过试作时的实验来选取最佳的清洁喷头。

2.3 部品放置板及移动机构

（1）部品放置板

部品放置板由底板和顶部盖板构成，使用时先将部品放置于底板上，然后将顶部盖板盖在底板上，确保部品在清洁的过程中不会从放置板中脱落。

部品放置板因考虑到对部品清洁效果的影响，底板在每个放置部品位置的下方进行了镂空处理，而顶部的盖板在部品的正上方处由两根细棒进行定位，这样设计的目的就是尽可能地增加清洁气体与部品的接触面积，接触面积越大，清洁的效率越好，而顶部的细帮正好放置在马达的中间处，从而最大程度的保证部品不会在清洁过程中脱落。部品放置板如图4所示。

图4 部品放置板

（2）移动机构

移动机构由JANOME 机械手[6]和部品放置板的定位机构组成。定位机构锁附在JANOME 机械手上，定位机构的底板也进行了镂空处理。定位机构与部品放置板是相互配合的关系，可将部品放置板垂直放进定位机构的凹槽内，使部品放置板被固定。移动机构如图5所示。

图5 搬运机构

使用时将装好部品的部品放置板放在定位机构行，通过程序控制机械手带动部品放置板进行移动，使每个部品都能被清洁机构所清洁到。

3 控制系统

控制系统由JANOME 机械手自带程序及控制器组成，其中JANOME 机械手采用的是JC-3 型号的机械手，可对高压喷流控制箱的信号进行接收处理，并控制空气碰头的喷气开关，同时兼顾机械手的运行。

设备操作分手动模式和自动模式，在手动模式下运用控制器可对程序中的各个步骤进行逐一的运行，通过观察清洁气体对部品的清洁情况，对机械手的运行程序进行修正，确保整体的清洁效果。当机械手运行程序确定后，将手动模式改为自动模式进行生产。自动模式下，控制器[7]存在3种操作方式：开始，急停，复位。按下急停后，需要复位后再次开始生产。

4 设备测试及解决的关键技术

4.1 设备运行测试

自动清洁机的实际测试步骤：（1）打开储存干冰的储气罐阀门；（2）打开电路和气路开关；（3）通过JANOME 控制器将设备调到自动模式，将部品放置板放入，启动开始；（4）清洁完成后取出部品放置板；（5）将取出部品进行外观检查，记录实验结果；（6）经过多次检证后，选取出清洁效果最佳的气压，并关闭储气罐阀门及电路，气路开关。

在测试的过程中，主要检测的是机台动作是否合理，相关设备的参数是否设定的正确，清洁后的产品是否符合标准等几个重要检测点。

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）深入探究CO2高压颗粒喷流清洗原理[8]，CO2清洁基本过程是一个绝热节流膨胀过程。临界点下，压力加压到临界点以上可将CO2气体液化，进一步使之固化。故选择适当初始状态操作。根据J-T 效应可产生气、液、固三相喷射流。在喷射到固体表面的那一刹那，CO2喷射的成分同时包含了固体颗粒、液体以及气体流等。不同的成分可以发生不同的机制，以达到移除固态表面微粒的功效。

（2）针对清洁喷头的检证，圆型清洁喷头为治具中间开圆孔的喷头，因清洁要求，清洁气体需全覆盖整个部品，则圆形喷头的直径与部品长度近乎相同，使得圆形喷头所喷出的气体气压不足[9]，清洁效果不佳。而十字形喷头相较于圆形喷头，治具表面的镂空面积有所减小，清洁气体的气压得到保证，但是在清洁过程中从十字孔内喷出的气体方向算乱，无法集中，对部品的清洁效果不好。经过了多次试验发现一字型的清洁碰头的喷出的气体气压更高，清洁部品的效果更好。所以选用一字型的清洁喷头。

（3）在实验过程中发现多次清洁后，清洁效果不理想，原因为经过几次清洁之后，清洁台内部空气中含有异物[10]，造成了对部品的二次污染，为防止这一现象发生，在密闭作业台下方追加空气吸收机构，确保被吹落的异物直接被吸收走，不会造成二次异物附着现象，同时在清洁台底部铺上了胶纸，使清洁下来的异物吸附在下方胶纸上，这样就防止了清洁台内的空气含有异物现象了。

（4）部品放置板的结构为两排部品，每排放置10个，针对部品的排列方式，及一字型清洁喷头[11]喷射面状气体的特点设计了针对性的机械手运行程序，采用“匚”字形的运行轨迹，既保证了清洁气体能全面覆盖部品，又大大节约了整体的清洁时间，提高了作业衔接性和工作效率。

5 结束语

本文所设计的CO2自动清洁设备，包括机架以及设于机架上的清洗工作台，清洗工作台设有清洗喷头和固定支架，清洗喷头设于固定支架悬空于清洗工作台，清洗喷头下方设有部品放料板，清洗工作台设有驱动机构，驱动机构驱动部品放料板在清洗工作台内移动；在清洗工作台上固定设有清洗喷头，在清洗喷头下方设有部品放料板，通过驱动机构驱动部品放料板在清洗工作台上移动，通过清洗喷头对部品放料板上的部品进行全方位清洗，在保证清洁品质的同时对喷头的管子进行保护。通过本设备设计开发，解决了光学防抖马达清洁过程中遇到的生产效率瓶颈问题，实现了光学防抖马达清洁的自动化，同时降低了生产成本，使产品的生产效率提高。增强了自身的市场竞争力，同时也为电子制造行业的智能化添砖加瓦。