萬能手機(jī)屏幕自動(dòng)貼膜機(jī)設(shè)計(jì)

汪大鵬，程鵬，萬佳，牛榮閣，王衛(wèi)衛(wèi)（江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇無錫 214122）

0 引言

手機(jī)具有移動(dòng)性、即時(shí)性、互動(dòng)性、多元性、精準(zhǔn)性、擴(kuò)散性、用戶控制性、廣泛性、自媒體性、私密性等的特點(diǎn)［1］，使得它的應(yīng)用越來越廣泛。手機(jī)獨(dú)特的傳播方式和特點(diǎn)，不僅帶動(dòng)了手機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也給整個(gè)媒體傳播的形式與內(nèi)容、需求與市場、組織與機(jī)制等帶來諸多層面的深層變革。根據(jù)工信部發(fā)布的統(tǒng)計(jì)公報(bào)，我國手機(jī)用戶已超過11.12 億戶，每100 人中擁有手機(jī)者達(dá)到82.6 人，超過全球平均水平［2］。通過手機(jī)貼膜，可使手機(jī)煥然一新、光亮奪目，不僅可以起到舊機(jī)翻新的效果，而且還可以防水、防止灰塵進(jìn)入鍵盤、屏幕，起到保護(hù)的作用，因而手機(jī)的普及也使大眾對手機(jī)貼膜的需求和要求日漸提高。然而目前市面上已有的手機(jī)貼膜機(jī)存在著體積過大、操作復(fù)雜等問題，很難滿足個(gè)體經(jīng)營戶和DIY 愛好者的需求。本文主要介紹了一種手機(jī)屏幕貼膜機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 傳統(tǒng)手機(jī)貼膜機(jī)

隨著觸摸屏手機(jī)的普及，手機(jī)貼膜已經(jīng)擁有十分可觀的市場，傳統(tǒng)的人工手機(jī)貼膜費(fèi)時(shí)費(fèi)力，市場需求促進(jìn)科技的進(jìn)步，手機(jī)貼膜機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

1.1 專用手機(jī)貼膜機(jī)

如PureTek Roll-On，這種手機(jī)貼膜機(jī)，操作簡單，貼膜速度快，手機(jī)膜定位精度高，且制造成本相對較低，但是這種手機(jī)貼膜機(jī)靈活性比較差，只能為某一特定型號(hào)的手機(jī)貼膜，而現(xiàn)在觸屏手機(jī)型號(hào)多達(dá)萬種，對手機(jī)貼膜商來說，這種手機(jī)貼膜機(jī)性價(jià)比很低。

1.2 一般通用手機(jī)貼膜機(jī)

這種手機(jī)貼膜機(jī)由于其良好的通用性，目前在占據(jù)了手機(jī)貼膜機(jī)的大部分市場，很受手機(jī)貼膜商的歡迎。手機(jī)貼膜分為5 個(gè)步驟：固定，揭膜，除塵，定位，貼膜。市場上通用的手機(jī)貼膜機(jī)的區(qū)別就在于這5 個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)方式不同。

由于通用的手機(jī)貼膜機(jī)的設(shè)計(jì)難度比專用的手機(jī)貼膜機(jī)有很大的提高，所以市面上能完整地實(shí)現(xiàn)5 個(gè)步驟全部自動(dòng)化的通用手機(jī)貼膜機(jī)制造成本都比較高，普通貼膜人員難以負(fù)擔(dān)，例如深圳一家機(jī)械公司開發(fā)的全自動(dòng)手機(jī)貼膜機(jī)TP95120AX，價(jià)格在萬元以上，且體積過大，只適用于一些工廠。一些價(jià)格相對較低的通用手機(jī)貼膜機(jī)，大都不能很好的實(shí)現(xiàn)五個(gè)步驟全部自動(dòng)化，例如目前比較流行的Reamx 自動(dòng)貼膜機(jī)，平均價(jià)格在100 元以下，但這種貼膜機(jī)只能實(shí)現(xiàn)手機(jī)固定和屏幕除塵功能，其他的功能全部要靠手工完成，效率較低且貼膜效果比全自動(dòng)的要差。還有一些通用型自動(dòng)貼膜機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)5 個(gè)步驟裝置全部參與，且價(jià)格相對較低，但這種貼膜機(jī)操作過程比較復(fù)雜，大多數(shù)步驟都必須人在其中輔助，貼膜效果也不太理想。

總之，一款好的手機(jī)貼膜機(jī)，必須要通用性好，價(jià)格適中，自動(dòng)化程度高，操作過程簡單，體積適中，貼膜效果好。而市面上目前幾乎沒有能全部滿足這些要求的手機(jī)貼膜機(jī)，因此設(shè)計(jì)一款滿足以上需求的自動(dòng)手機(jī)貼膜機(jī)，市場前景非常好。

2 貼膜過程介紹

目前市場上的手機(jī)貼膜工作主要是手工完成的，僅有的一些"貼膜機(jī)"事實(shí)上只起到輔助作用，即半機(jī)械化。根據(jù)所觀察的幾種手工貼膜及半機(jī)械化貼膜的過程可總結(jié)為固定、清潔、膜準(zhǔn)備、貼膜、最終處理5 個(gè)步驟。

2.1 固定

因?yàn)橘N膜要保證手機(jī)與膜的正確對接，所以必須保證手機(jī)的位置足夠準(zhǔn)確且方便操作。為了保證貼膜的質(zhì)量，屏幕貼膜的部分必須盡可能的水平，手機(jī)的固定要可靠且固定要足夠精準(zhǔn)，防止膜與手機(jī)無法配對?，F(xiàn)有固定方案主要是由人工簡單的按壓旋轉(zhuǎn)調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。這樣操作起來比較麻煩，且手機(jī)定位不穩(wěn)定，極易滑動(dòng)。而用機(jī)械的方式從兩側(cè)夾持固定，雖然簡單可靠，但易互相干涉，不利于后續(xù)過程。

2.2 清潔

手機(jī)屏幕在無保護(hù)膜的情況下易吸附灰塵，貼膜時(shí)灰塵所在的位置便會(huì)出現(xiàn)氣泡，使膜面凹凸不平且影響屏幕的使用和美觀。一般清潔方案是配清潔劑后用無紡布反復(fù)擦拭，這樣的操作效率較低且無法完全清除灰塵。

2.3 膜準(zhǔn)備

我們計(jì)劃采用市面上與手機(jī)型號(hào)配套的手機(jī)保護(hù)膜，這些成批生產(chǎn)的手機(jī)膜，有統(tǒng)一的包裝及保護(hù)，但由于手機(jī)不同，膜的尺寸與外形有差異。但一般的保護(hù)膜均為三層，即離型膜（一般標(biāo)記為1）、保護(hù)膜（中間）和外膜（一般標(biāo)記為2）。膜準(zhǔn)備可分為膜定位與揭膜兩部分。在揭膜前首先要進(jìn)行膜定位，選擇正確的方向。因?yàn)橐话闶謾C(jī)正面均為中心對稱，但手機(jī)的麥克風(fēng)與攝像頭會(huì)在兩端不同的位置，因此一旦方向搞錯(cuò)，勢必導(dǎo)致貼膜失敗。之后，要將外層的離型膜先揭下來，才能開始貼膜。現(xiàn)有手段都是手工完成，容易揭膜，但貼膜的精確性很難控制。

2.4 貼膜

現(xiàn)有的貼膜方法一般是由手工操作，一點(diǎn)點(diǎn)地平推，讓空氣充分排出，使膜與屏幕良好接觸。但這一操作經(jīng)常伴有定位不準(zhǔn)或灰塵進(jìn)入，往往不能一次性完成。多數(shù)貼膜者需要反復(fù)操作才能貼正。效率低且貼膜質(zhì)量難以保證。

2.5 最終處理

此步驟是為了提高貼膜的質(zhì)量，在目前的資料中，大多數(shù)的貼膜需要反復(fù)完成，因?yàn)橘N膜時(shí)的氣泡很難消除，所以需要一些后續(xù)處理來修正。往往又是人工揭開貼好的膜，將灰塵用膠帶粘除，另外把一些多余的邊角裁除。

3 自動(dòng)貼膜機(jī)工作原理

3.1 總體工作原理

為使貼膜過程傻瓜化、自動(dòng)化［3］，在設(shè)計(jì)過程中努力使貼膜機(jī)盡可能便于操作。如圖1 所示為本文所設(shè)計(jì)貼膜機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖［4］。

圖1 萬能手機(jī)屏幕自動(dòng)貼膜機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

該機(jī)構(gòu)主要部件包括吸盤桿支座、吸盤桿插銷、吸盤桿、轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌及滑塊（滑塊未表示）、導(dǎo)軌支架、舵機(jī)支架、舵機(jī)和底盤。工作原理如下：1）將手機(jī)放置在底盤7 中央（打開吸盤吸附住手機(jī)），將與手機(jī)匹配的膜與手機(jī)對齊并放置其上。2）放下吸盤桿3，吸住手機(jī)膜，升上吸盤桿3。3）揭下第一層膜。4）放下吸盤桿3，使貼膜完整與手機(jī)貼附。5）揭下第三層膜。6）完成貼膜。

工作過程特點(diǎn)：操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)貼膜機(jī)傻瓜化、自動(dòng)化。

3.2 除塵機(jī)構(gòu)工作原理

為解決手機(jī)貼膜過程中除塵難度高的問題，降低除塵操作過程的操作難度，縮短除塵操作的時(shí)間，減少人參與除塵的程度，提高除塵效率。本文作者借助機(jī)械設(shè)備［5］，將除塵膠帶的除塵過程實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化，將其中難度最高的操作過程通過機(jī)械裝置來實(shí)現(xiàn)，很大程度地降低了除塵的操作難度，提高了除塵的操作精度。

除塵的功能是由除塵膠帶和除塵機(jī)構(gòu)協(xié)同完成的，除塵膠帶借助除塵機(jī)構(gòu)把除塵膠帶貼在屏幕上，達(dá)到除塵的目的。如圖2，除塵膠帶套在不動(dòng)軸4 上，把除塵膠帶已經(jīng)使用過的一端繞在轉(zhuǎn)動(dòng)軸5 上，此時(shí)，在不動(dòng)軸4 和轉(zhuǎn)動(dòng)軸5 之間的一部分除塵膠帶是可以除塵的未經(jīng)使用的。左桿1 和右桿2 可以繞著基座3 部分旋轉(zhuǎn)。通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪可以帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸5 旋轉(zhuǎn)。棘輪6 和棘爪8［6］可以控制轉(zhuǎn)動(dòng)軸的單向旋轉(zhuǎn)。整個(gè)機(jī)構(gòu)通過基座固定在除塵機(jī)的基座3 的特定位置上，對準(zhǔn)手機(jī)屏幕部分。

首先轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，把除塵膠帶使用過的或臟的部分卷在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，然后轉(zhuǎn)動(dòng)左右兩桿，使除塵膠帶正對著手機(jī)屏幕，貼在手機(jī)屏幕的上面，接著按一下除塵膠帶，使除塵膠帶充分貼在手機(jī)屏幕上面，然后再轉(zhuǎn)動(dòng)左右兩桿，使除塵膠帶離開手機(jī)屏幕，至此，除塵結(jié)束。

圖2 除塵機(jī)構(gòu)示意圖

3.3 揭膜機(jī)構(gòu)工作原理

目前市場上的手機(jī)膜主要為三層式，只有中間一層為實(shí)際要貼的膜，前后兩層均做保護(hù)用，貼膜前要揭掉，因此要實(shí)現(xiàn)貼膜自動(dòng)化，就必須做到揭膜自動(dòng)化、機(jī)動(dòng)化。但因?yàn)槭謾C(jī)膜較薄，容易變形，難以固定，并且揭開膜只能借助前后面上的白色膠帶（下稱開啟膠帶），難以夾持，且揭掉前膜的運(yùn)動(dòng)未知。為解決以上問題，作者提供一種零件機(jī)構(gòu)，在借助人的一個(gè)最簡單的肢體動(dòng)作后，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)揭膜。大大簡化人工揭膜的步驟，并為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)或半自動(dòng)貼膜機(jī)制作提供功能支持。

如圖3 所示為本文所設(shè)計(jì)揭膜機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖，本揭膜機(jī)構(gòu)至少包括：用于固定吸盤的吸盤桿3，支撐吸盤桿的吸盤桿支座1，能固定吸盤桿并且可向吸盤桿輸入轉(zhuǎn)矩的吸盤桿插銷2，能帶動(dòng)手機(jī)膜運(yùn)動(dòng)的彈簧夾滑塊（圖中未表示），用于限定滑塊運(yùn)動(dòng)的可轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌4，用于為吸盤桿和轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌提供轉(zhuǎn)矩的舵機(jī)7，用于支撐舵機(jī)和定位的舵機(jī)支架6，用于轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌定位的導(dǎo)軌支架5，用于放置手機(jī)并實(shí)現(xiàn)固定的底盤8。在實(shí)際固定手機(jī)時(shí)，要通過真空吸盤吸附放在底盤上手機(jī)，故需要在底盤8 上設(shè)置吸盤孔。

整個(gè)揭膜過程，包括膜的夾持、開啟膠帶的夾持、撕拉。在本機(jī)構(gòu)中，膜的夾持選擇用真空吸盤，通過真空吸盤吸附來固定手機(jī)膜。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定，吸盤固定的方式可靠且控制方便。開啟膠帶的夾持要保證可靠，力度要大，且因?yàn)榭山佑|面積小，所以不能吸附，本機(jī)構(gòu)中用帶齒的彈簧夾夾緊，此方法夾持牢固，實(shí)現(xiàn)簡單，很容易獲得零件，并且在實(shí)際操作中容易開啟。

撕拉過程要借助機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，在本方案中用電機(jī)來帶動(dòng)彈簧夾滑塊（圖中未表示）在轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌4 中直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡平行于手機(jī)膜所在平面。膜在吸盤吸附力與夾子的拉力這兩個(gè)反向作用力下即可分離，完成揭膜。

圖3 揭膜機(jī)構(gòu)示意圖

4 應(yīng)用前景

本文所設(shè)計(jì)的萬能手機(jī)自動(dòng)貼膜機(jī)主要面向觸屏商品的使用者，或者手機(jī)美容貼膜店，以及各種規(guī)模的手機(jī)賣場，貼膜機(jī)具有較為寬闊的市場。該市場主要體現(xiàn)在用戶需求量大且手機(jī)膜為易耗品，觸屏產(chǎn)品的操作簡易度、普及度、使用度相對較廣，貼膜是保護(hù)觸屏產(chǎn)品的必要措施。該產(chǎn)品附帶的貼膜本身成本低廉，本文介紹的手機(jī)貼膜機(jī)可以方便手機(jī)使用者，同時(shí)也能為觸屏產(chǎn)品的銷售者帶來利潤。

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