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1 行業介紹

隨著電子產品向著輕薄化方向的發展，手機殼既要輕薄，又要達到保護、散熱及美觀等作用，因此對手機殼的加工精確度的要求也越來越高，因目前電子產品的生產加工一般都是批量生產，為了驗證批量生產的手機殼的尺寸是否符合加工要求，常常需要對手機殼的長、寬尺寸進行檢測。目前，對手機殼的長、寬尺寸的檢測一般是利用卡鉗等工具進行手工檢測或投影儀檢測，手工檢測速度慢、效率低，且不夠準確。而采用投影儀等影像檢測也無法實現大批量全檢，效率也不高，且針對不同型號及尺寸的手機殼進行檢測時，需要更換或增設不同的影像設備，設備的適應性不強。因此，極需一種結構簡單、效率高、檢測精確度高且適應性強的全自動手機殼尺寸檢測設備來克服上述問題。

在相當多領域內，客戶需要關聯手機殼檢測機及相關配置的。而目前，多數手機殼檢測機供應商并沒有配套產品的生產。這種解決方案的前景雖不明朗，但在這個領域內，明顯的，或者說以此為戰略方向進行業務布局的，真正具備了手機殼檢測機及相關配套設備的生產及設計的廠家，才是未來手機殼檢測機市場上的王者。

采用模塊式組合解決方案，企業提供的手機殼檢測機其一切都是可變、可選擇模塊式的，在客戶面前，這種解決方案是相當有吸引力的。當然，前提是有良好的性價比和技術支持。從市場的實踐來看，具備這種解決方案能力的廠商，在市場上的進攻性表現是比較明顯的。這種相互的帶動作用不僅有益于機器的銷售，更重要的意義是相互的帶動。

而今，最新型手機殼檢測機往往是機、電、氣一體化的全自動設備。充分利用最新科技成果，采用氣動執行機構、伺服電機驅動等先進技術，大大縮短整體機械的傳動鏈，機械結構大為簡化，工作的速度和精度大大提高。如果說以前我國自動手機殼檢測機的設計是完全仿制階段，那么現在我們應該具備創新的設計意識，設計出先進、易用的設備。

本文開發的手機殼檢測機（如圖1）系統完全可以取代傳統的手工操作，采用自動化技術，生產出來的產品一致性好，質量穩定可靠，同時，生產效率高。

圖1 手機殼檢測機

2 系統設計方案

2.1 方案背景

永宏FBs系列高功能型主機有10點至60點不等的機型，主機輸入輸出最多擴展512點，模擬量輸入輸出32路，高速脈沖輸出4路920KHz，并可拓展5個通訊口，使用永宏高速通訊協議速率達921.6Kbps。PLC的程序執行速率為0.33uS，程序容量高達20KWords,順序指令36個，應用指令326個（126種）。特別是永宏特有的PACK技術，可以方便實現程序的批量下載、拷貝、擴充程序等功能。

手機殼檢測機的特點是動作復雜、頻繁，有較多的執行元件。如果在這種場合使用繼電器控制邏輯的話必然需要很多的中間繼電器，還有一些高速脈沖輸出，比如：高速脈沖輸出控制伺服，是繼電器所不能替代的，假如這些中間繼電器是用PLC進行控制的情況下，就可以對其內部的輔助繼電器進行編程后來取代。而且PLC具有靈活性可以增加多種模塊搭配，比如高速脈沖輸出，這個功能就能很好的解決本設備的伺服定位控制，從物理介質方面來說，繼電器系統是要用具體的電氣元件來組合，而PLC只是使用內部寄存器。只要是在PLC編程容量許可的范圍內，就可以不必花費額外的費用來實現復雜的控制邏輯。PLC都有上百點甚至更多的內部輔助繼電器，并且還有多種專用的內部電路，足可以應付復雜的控制要求，唯一需要做的工作就是通過專用軟件對PLC進行編程。現在的手機殼檢測機必須有高速計數和脈沖輸出這兩個功能，繼電器控制系統是實現不了這兩個功能的。事實上，PLC用于這種場合也最能顯現出其經濟性。考慮經濟、實現效果、定位精度等因素，客戶采用了永宏PLC作為控制系統。

綜合性價比分析，手機殼檢測機采用永宏PLC控制系統相對于其他PLC控制系統而言，永宏PLC控制系統的性價比更高。本文主要以永宏PLC在手機殼檢測機上的應用為背景，對該方案的硬件設計、軟件設計和實施結果（應用效果）進行了詳細的闡述和說明手機殼檢測機控制系統解決方案如表1。

表1 手機殼檢測機控制系統解決方案

2.2 客戶需求

根據客戶要求，根據客戶要求，手機殼檢測機的整體動作主要包括五部分：上料機構輸送上料；1號抓取機構依次抓取產品放到前5個檢測位；2號抓取機構和旋轉機構一起把產品旋轉到第6個檢測；翻轉機構把產品翻轉到第7個檢測位；最后是分類OK/NG輸送帶，把OK/NG產品輸送到不同料位。這五部分動作為多次循環動作，整體動作需要穩定運行。手機殼檢測機具體工藝及功能要求如表2。

表2 手機殼檢測機具體工藝及功能要求

2.3 解決方案

根據控制及工藝要求，手機殼檢測機控制方案主要包括系統硬件設計和系統軟件設計；其中系統硬件設計包括硬件（產品）配置、機械結構、氣動控制和電氣控制等四部分；系統軟件設計包括流程控制、I/O配置和程序設計等三部分；手機殼檢測機的設計參數如表3；手機殼檢測機實物圖如圖2。基于上述各項技術指標，本方案控制系統采用兩臺永宏FBs系列經濟型PLC控制器，主要控制手機殼檢測機的整體動作。伺服系統采用松下A6400W伺服驅動器及松下A6400W伺服電機，分別控制上料、吹絲、檢測、分揀等機構定位和回原點等動作；氣動系統采用SMC電磁閥，用來控制卸料旋轉、卸料夾氣缸動作等；監控系統采用永宏C3系列HMI操作界面，用于進行功能選擇、手動調試、參數設置和自動調試等用戶操作。

 表3 手機殼檢測機設計參數     圖2 手機殼檢測機實物效果圖

3 系統硬件設計

手機殼檢測機的機械結構主要由六部分組成：上料機構、1號抓取機構、2號抓取機構、旋轉機構、翻轉機構和OK/NG輸送機構組成。

上料機構主要是把產品輸送到1號抓取機構的抓取位；1號抓取機構主要是把產品從上料位抓取到前5個相機檢測位，1號抓取機構有4個抓取吸盤一次能抓取4個產品；2號抓取機構主要是把產品從1號抓取中轉位抓取到旋轉機構，同時從旋轉機構把產品抓取到翻轉機構；旋轉機構主要是把產品旋轉到6號相機檢測位，進行產品檢測；翻轉機構主要是把產品翻到7號相機檢測位，進行產品檢測；OK/NG輸送機構主要是把檢測好的產品進行分類。組成手機殼檢測機的系統硬件設計架構圖如圖3。

圖3 手機殼檢測機系統硬件設計架構圖

3.1 硬件配置

手機殼檢測機的系統硬件由FBs-60MAT2-ACFBs-40MCT2-ACFBs-24XYTPLC控制器、永宏C3102SEHMI觸摸屏、松下伺服驅動和電機、雷賽閉環步進驅動器及其電機和外圍輸入輸出線路（包括按鈕、接近傳感器和光電傳感器等）組成。手機殼檢測機系統硬件清單如表4；手機殼檢測機系統硬件配置如圖4。

表4 手機殼檢測機硬件明細表

圖4 手機殼檢測機硬件配置圖

3.2 機械結構

手機殼檢測機的機械結構主要由六部分組成：上料機構、1號抓取機構、2號抓取機構、旋轉機構、翻轉機構和OK/NG輸送機構組成。

上料機構主要是把產品輸送到1號抓取機構的抓取位；1號抓取機構主要是把產品從上料位抓取到前5個相機檢測位，1號抓取機構有4個抓取吸盤一次能抓取4個產品；2號抓取機構主要是把產品從1號抓取中轉位抓取到旋轉機構，同時從旋轉機構把產品抓取到翻轉機構；旋轉機構主要是把產品旋轉到6號相機檢測位，進行產品檢測；翻轉機構主要是把產品翻到7號相機檢測位，進行產品檢測；OK/NG輸送機構主要是把檢測好的產品進行分類。手機殼檢測機的整體結構解析如圖5，手機殼檢測機上料結構解析如圖6，手機殼檢測機1號抓取結構解析如圖7，手機殼檢測機2號抓取結構解析圖8，手機殼檢測機旋轉結構解析圖9，手機殼檢測機翻轉結構解析圖10。

圖5 手機殼檢測機整體結構解析圖

圖6 手機殼檢測機上料機構解析圖

圖7 手機殼檢測機1號抓取結構解析圖

圖8 手機殼檢測機2號抓取結構解析圖

圖9 手機殼檢測機旋轉結構解析圖

圖10 手機殼檢測機翻轉結構解析圖

3.3 電氣控制

手機殼檢測機的電氣控制主要分為主電路和控制電路兩部分。主電路采用AC220V供電，主電路主要交流電機供電。AC220V主要給PLC控制單元、開關電源和散熱風扇等部件供電，并通過電源指示燈來進行電源顯示；控制電路采用DC24V供電，控制電路主要給HMI操作界面、電磁閥、傳感器和指示燈等控制信號供電；控制電路還采用固態繼電器、普通繼電器等電氣部件進行控制電路中間轉換控制。手機殼檢測機PLC控制主站電路原理圖如圖11。

圖11 手機殼檢測機PLC控制電路原理圖

手機殼檢測機的電控柜配置主要包括對控制單元（PLC）、執行單元（步進驅動、普通繼電器等）、供電單元（開關電源、空氣開光、交流接觸器、電源插座等）和連接單元（端子臺）的電氣配線。手機殼檢測機電控柜實際配線如圖12。

圖12 手機殼檢測機電控柜實際配線圖

4 系統軟件設計

手機殼檢測機的系統軟件設計主要包括三部分：流程控制、I/O點配置和程序設計；其中流程控制主要對工藝流程和控制流程進行了說明，I/O點配置主要對PLC輸入輸出點配置和伺服接線引腳配置進行了說明，程序設計主要對PLC程序和HMI程序進行了說明，手機殼檢測機的系統軟件設計架構圖如圖13。

圖13 手機殼檢測機系統軟件設計架構圖

4.1 流程控制

4.1.1工藝流程

手機殼檢測機的工藝流程主要包括三部分：上料機構、1號抓取機構、2號抓取機構、旋轉機構、翻轉機構進行放料，把產品分別放在8個相機位；CCD相機進行拍照和把數據發給PLC，PLC進行數據處理；檢測出OK和NG產品并且把OK和NG產品分別輸送到OK位和NG位，工藝流程是按照循序執行的；從而達到很好的工藝效果。手機殼檢測機工藝流程如圖14。

圖14 手機殼檢測機工藝流程圖

4.1.2控制流程

手機殼檢測機的機械結構主要由六部分組成：上料機構、1號抓取機構、2號抓取機構、旋轉機構、翻轉機構和OK/NG輸送機構組成。上料機構主要是把產品輸送到1號抓取機構的抓取位；1號抓取機構主要是把產品從上料位抓取到前5個相機檢測位，1號抓取機構有4個抓取吸盤一次能抓取4個產品；2號抓取機構主要是把產品從1號抓取中轉位抓取到旋轉機構，同時從旋轉機構把產品抓取到翻轉機構；旋轉機構主要是把產品旋轉到6號相機檢測位，進行產品檢測；翻轉機構主要是把產品翻到7號相機檢測位，進行產品檢測；OK/NG輸送機構主要是把檢測好的產品進行分類。手機殼檢測機的控制流程如圖15。

圖15 手機殼檢測機控制流程圖

4.2 I/O點配置

4.2.1PLCI/O點配置

根據手機殼檢測機工藝流程和控制流程的具體要求，進行了永宏PLC程序I/O點配置。永宏PLCI/O點配置如表5。

表5 PLCI/O點配置表

4.3 程序設計

4.3.1PLC程序設計

4.3.1.1高速通訊控制程序

在進在進行手機殼檢測機的高速通訊控制程序設計時，采用的是永宏CLINK便利通訊指令MOD3的控制，可以通過永宏【FUN151CLINK（通訊聯機便利指令）】指令進行程序的設計，手機殼檢測機的通訊控制程序和設置如圖16、17。

圖16 手機殼檢測機的高速通訊控制程序圖

圖17 手機殼檢測機的高速通訊設置程序圖

4.3.1.2永宏高速脈沖輸出指令應用

通過永宏PLC高速脈沖輸出指令【FUN140HSPSO】來實現對上料步進、出料伺服進行定位控制；在進行PLC高速脈沖輸出設置時采用了PLS/DIR模式，并通過141指令設置最小設定單位來提高長度的顯示精度。手機殼檢測機脈沖輸出指令控制如圖18所示，手機殼檢測機脈沖輸出設置方式如圖19，手機殼檢測機高速脈沖輸出指令解析說明如圖20。

圖18 手機殼檢測機脈沖輸出指令控制圖

圖19 手機殼檢測機脈沖輸出設置方式圖

圖20 手機殼檢測機高速脈沖輸出指令解析說明圖

4.3.1.3參數設置程序

在進行手機殼檢測機的PLC整體程序設計和規劃時，參數設置程序采用的是永宏PLC【FUN141（伺服參數設置）】指令來對步進、伺服的相關參數進行設置；一條參數設置指令既可以完成參數設置程序的編輯，為程序編輯和調試者提供了極大的方便，手機殼檢測機的PLC參數設置程序如圖21，手機殼檢測機伺服參數表格如圖22。

圖21 手機殼檢測機伺服參數設置程序圖

圖22 手機殼檢測機伺服參數表格圖

4.3.1.4原點復歸控制程序

通過永宏PLC的機械原點復歸指令，用表格的形式可以很方便的實現機械原點的復歸程序，而且回原精度很高。永宏機械原點復歸有三種模式：MOD0、MOD1、MOD2可供客戶選擇使用。本程序采用了MOD0模式，MOD0模式下回原動作如圖23所示，手機殼檢測機的原點復歸控制程序如圖24，手機殼檢測機PLC原點復歸控制程序如圖25。

圖23 手機殼檢測機機械原點復歸MOD0模式圖

圖24 手機殼檢測機PLC原點復歸控制程序圖

圖25 手機殼檢測機PLC原點復歸控制程序圖

4.3.1.5程序區塊劃分控制程序

在進行手機殼檢測機的PLC整體程序設計和規劃時，可以將不同控制程序和運算程序分成若干個程序區塊，并在主程序區進行選擇調用；其中程序區塊可以通過永宏【FUN65（標記）】指令在子程序區進行劃分，主程序區的選擇調用功能可以通過【FUN67（呼叫）】指令來實現。手機殼檢測機的程序區塊劃分控制程序如圖26。

圖26 手機殼檢測機的程序區塊劃分控制程序圖

4.3.2HMI畫面設計

4.3.2.1主頁面

手機殼檢測機的主頁面主要用于當前NG產品顯示，設備啟動、停止、回原點等設置設置和一些畫面切換功能。手機殼檢測機的主頁面如圖27。

圖27 手機殼檢測機的HMI主頁面

4.3.2.2參數畫面

手機殼檢測機的參數畫面主要用于設備使用的參數比如機械手A回原速度、機械手A等待位置、機械手A吸真空數據等一些參數設置功能。手機殼檢測機參數畫面如圖28。

圖28 手機殼檢測機HMI參數畫面

4.3.2.3手動調試畫面

手機殼檢測機手動調試畫面主要用于機械手A、機械手B、OK輸送帶、吸真空等手動調試功能。手機殼檢測機手動調試畫面如圖29。

圖29 手機殼檢測機HMI手動調試畫面

4.3.2.4相機選擇畫面

手機殼檢測機的相機選擇畫面主要用于對1到8號相機進行開啟和關閉等一些功能設置。手機殼檢測機的相機選擇畫面如圖30。

圖30 手機殼檢測機HMI相機選擇畫面

4.3.2.5報警畫面

手機殼檢測機的報警畫面主要用于報警信息的顯示、報警信息清除等一些報警功能。手機殼檢測機的報警畫面如圖31。

圖31 手機殼檢測機HMI報警畫面

結論（實施結果）

通過現場調試手機殼檢測機做出的產品檢測精度大大提高，降低產品的功耗，提高產品質量，提高產能，并經過長時間測試，滿足了客戶的要求，而且手機殼檢測機在運行過程中運行平穩、生產效率高；從而可以為客戶提高生產效率，降低勞動強度，節約人工成本，改善生產環境，使企業的生產成本有所降低。該控制方案很好地體現了永宏PLC強大擴展功能和強大指令功能等功能。