一种用于键盘膜超声波焊接的自动化生产设备的制作方法

本实用新型涉及一种用于键盘膜超声波焊接的自动化生产设备。

背景技术：

薄膜键盘以成本低、工艺简单和手感好等优势占有着绝大部分市场，日常生活中所使用的键盘基本都是薄膜键盘。通过查看薄膜电路，可以发现薄膜电路是由上、中、下三层组成，其中上下两层均为控制电路层，即导电薄膜，是使用导电涂料在薄膜印刷出电路，并在按键的下方都设有相应的触点；中间一层为隔离层，即键盘膜，在键部分同样设有圆形触点(或挖空形成孔)，在按下键帽时，实现上下两层电路的联通，产生出相应的信号。

传统的键盘膜叠膜和焊接工作由人工操作完成，工人依次把三层键盘膜手工叠起来放整齐，然后放到超声波焊接机上，操作焊接机进行焊接。传统的叠膜焊接工艺具有高人工成本、低生产效率和对工人技艺的依赖性强等缺点。随着我国人口红利的消失，劳动力价格上涨是必然趋势对传统制造业的自动化改造也因此成为一个人热门的趋势。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决传统叠膜焊接工艺高人工成本、低生产效率和对工人技艺的依赖性强等等问题，提供一种用于键盘膜超声波焊接的自动化生产设备。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：一种用于键盘膜超声波焊接的自动化生产设备，包括基座、自动叠膜装置、焊接装置和托盘，所述基座设有驱动装置安装架，该安装架下方沿焊接工序进程方向依次设置叠膜工作台、托盘架和焊接工作台，所述自动叠膜装置设置在叠膜工作台上，所述托盘置于托盘架上，所述自动叠膜装置将上键盘膜、隔层键盘膜和下键盘膜叠放于托盘中，所述焊接装置设置在焊接工作台上，该焊接装置包括焊接机、焊接固定台、运膜机构和取卸膜机构，所述焊接机安装焊接工作台上，所述焊接固定台安装在焊接机的焊接头的正下方，所述运膜机构安装在焊接机下方并位于焊接固定台的一侧，所述取卸膜机构安装在运膜机构上方，该取卸膜机构先将托盘送至运膜机构，再由运膜机构将托盘送至焊接固定台由焊接机对叠好的键盘膜进行焊接处理，焊接完成后运膜机构带动托盘及键盘膜回复至起始位置，之后取卸膜机构则进行取卸膜操作。

所述运膜机构包括运膜电缸和支撑结构，所述运膜电缸设置在基座上并位于焊接固定台一侧，所述支撑结构包括两个支撑定位板、两个分别设置磁性开关的升降气缸以及运膜固定板，所述运膜固定板与运膜电缸连接，所述两个升降气缸分别竖直向上安装在所述运膜固定板的两侧，所述两个支撑定位板分别安装在两个升降气缸输出端上，取卸膜机构将托盘运至运膜机构上方，两个升降气缸驱动两个支撑定位板上升承托托盘，而后运膜电缸驱动整个支撑结构往焊接固定台运动将托盘运至焊接固定台。

进一步地，所述两个支撑定位板的上表面分别设置至少两个定位销，相应地，所述托盘于相应的位置设置定位孔，所述定位孔与定位销适配配合，使托盘稳固地放置在两个支撑定位板上，使得托盘在运送过程中更加稳定。

所述取卸膜机构包括取卸膜X轴电缸、取卸膜气缸和取料盘，所述取卸膜X轴电缸设置在驱动装置安装架上并位于运膜机构上方，所述取卸膜气缸与取卸膜X轴电缸连接并竖直向下设置，由取卸膜X轴电缸驱动取卸膜气缸沿X轴作往复运动，所述取料盘与取卸膜气缸的输出端连接，由取卸膜气缸驱动在竖直方向上作往复运动，所述取料盘上设置数个气动吸盘及电磁铁，用于吸附托盘及键盘膜。所述卸膜机构还包括磁性开关，所述磁性开关设置在卸膜气缸上。

所述焊接固定台包括两个相对设置的承托台以及位于所述两个承托台之间的焊接支撑柱，所述承托台设置压紧机构，该压紧机构包括压紧升降气缸以及压板，所述压板设置在压紧升降气缸的输出端并由压紧升降气缸驱动在垂直线上的升降运动，所述压紧机构在待机状态时，压紧升降气缸将压板升至最高点，使之高于运膜机构，待运膜机构将托盘运送至焊接工作台承托台的上方，在运膜机构的支撑结构下降将托盘放置承托台上的同时，压紧升降气缸带动压板下降将托盘和键盘膜压紧。所述压紧机构还包括磁性开关，所述磁性开关设置在压紧升降气缸上。

本实用新型还包括卸料托盘架，其设置在运膜机构的一侧并位于取卸膜机构行程内，该卸料托盘架上设置卸料托盘，在焊接结束后，运膜机构带动托盘复位，取卸膜机构的取料盘的吸盘吸起键盘膜，然后送至卸料托盘上，完成卸料操作。

所述自动叠膜装置包括上料装置和叠膜装置，所述上料装置包括用于放置物料的上料架，所述叠膜装置位于上料装置上方，其包括叠膜X轴电缸和取膜机构，所述叠膜X轴电缸安装在驱动装置安装架上且与取膜机构连接，带动取膜机构沿X轴往复运动进行取膜操作并将键盘膜叠放在托盘内。在使用本实用新型的设备进行焊接操作时，先将上键盘膜、隔层键盘膜和下键盘膜排列在上料装置上，取膜X轴电缸驱动取膜机构运动至下键盘膜的位置取膜后再运动至托盘的位置将下键盘膜放置于托盘中，重复上述动作依次获取隔层键盘膜和上键盘膜，完成三层键盘膜的叠膜处理。在叠膜完成后，取卸膜X轴电缸驱动取卸膜机构运动至托盘的位置抓取托盘及键盘膜，然后送至焊接装置进行焊接处理，在焊接完成后，取卸膜X轴电缸再次驱动取卸膜机构抓取托盘及键盘膜完成卸膜操作。

本实用新型中，所述取膜机构包括取膜气缸、爪盘以及设置在爪盘上的数个吸盘，所述取膜气缸通过连接件与叠膜X轴电缸连接，所述爪盘与取膜气缸的输出端连接，由取膜气缸驱动爪盘在竖直线上作直线往复运动，即取膜气缸则降下爪盘进行取膜，然后升起爪盘并提起键盘膜，而后叠膜X轴电缸驱动取膜气缸带动取膜机构运动至托盘的位置上，将键盘膜放置于托盘中。

进一步地，所述上料装置还包括升降机构，所述料架由升降机构驱动在垂直线上做升降运动，料架上升将键盘膜运送至叠膜装置的取膜行程范围内，当上一批键盘膜完成叠膜，料架下降至起始位置进行下一批次的人工装料。作为本实用新型的一个实施例，所述升降装置包括蜗杆电机、减速器和丝杆，所述蜗杆电机通过减速器和丝杆连接，蜗杆电机驱动丝杆作轴向运动，从而带动料架在垂直线上的升降。

进一步地，所述上料装置还包括导向支撑结构，该导向支撑结构通过滑动机构安装在机架上且与料架连接，当料架由升降装置驱动作垂直线上升降运动时，导向支撑结构也随之升降，起到导向和支撑料架的作用。作为一个实施例，所述导向支撑结构包括4根竖向设置的光杆，各光杆通过轴承安装在机架上并受轴承限制只做轴向运动。

所述上料装置还包括保护机构，该保护机构包括设置在料架上方的料架上极限开关以及设置在料架下方的料架下极限开关，所述上极限开关用于检测料架上升高度极限，所述料架下极限开关用于检测料架下降高度极限，当料架上升到一定高度触发料架上极限开关时控制升降装置停止上升；当料架下降到一定高度触发料架下极限开关时控制升降装置停止下降，以达到保护料架的目的。

进一步地，所述取膜机构还包括用于检测键盘薄膜上料情况的检测机构，该检测机构为光纤传感器，其安装在爪盘上。

本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型包括自动叠膜装置和焊接装置，自动叠膜装置可以完成键盘膜的叠膜操作，无需人工叠膜，而在完成叠膜后焊接装置的取卸膜机构将叠好的键盘膜送至焊接机进行焊接，整个过程均由设备自动完成，对工人技艺没有依赖，提高了生产率，也降低了人工成本。

2..本实用新型的焊接装置可以实现自动超声波焊接和卸料，大大提高生产效率，满足工艺需求，整体结构简单、生产制造容易、维护方便。

3.本实用新型的焊接装置在焊接固定台、运膜机构和取卸膜机构均设置磁性开关，通过磁性开关的感应可以保证工序到位以及使得焊接的节拍的完美配合，防止机械机构间发生因节拍不配合产生碰撞或者危险。通过气动吸盘和电磁铁的巧妙设计可以实现对焊接好的三层键盘膜的自动取膜和卸料，通过和超声波焊接机的集中控制可以实现自动超声波焊接。

4.本实用新型的自动叠膜装置可实现对三层键盘膜的自动上料和叠取，大大减免了人工成本和提供生产效率。装置整体结构简单、生产制造容易、维护方便。

5.本实用新型的自动叠膜装置的由光纤传感器构成的检测机构，可以实现自动检测物料的来料情况。

4.本实用新型的自动叠膜装置的上料装置设置保护机构，限制料架上升和下降的极限，以避免料架与取膜装置及升降机构发生碰撞。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：

图1是本实用新型实施例的用于键盘膜超声波焊接的自动化生产设备的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的运膜机构示意图；

图3是本实用新型实施例的取卸膜机构示意图；

图4是本实用新型实施例的用于键盘膜超声波焊接的自动化生产设备的局部结构示意图；

图5是本实用新型实施例的第一承托台的结构示意图；

图6是本实用新型实施例的第二承托台的结构示意图；

图7是本实用新型实施例的自动叠膜装置的取膜机构的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的用于键盘膜超声波焊接的自动化生产设备，包括基座、自动叠膜装置、焊接装置和托盘11，基座设有驱动装置安装架26，该驱动装置安装架下方从右至左依次排列的叠膜工作台24、托盘架25、焊接工作台23和电控柜22。自动叠膜装置设置在叠膜工作台22上，托盘11置于第一托盘架25上，自动叠膜装置将上键盘膜、隔层键盘膜和下键盘膜叠放与托盘11中。焊接装置设置在焊接工作台23上。该焊接装置包括焊接机15、焊接固定台14、运膜机构和取卸膜机构。其中焊接机15安装焊接工作台23上，焊接固定台14安装在焊接机的焊接头34的正下方，运膜机构安装在焊接机下方并位于焊接固定台14的一侧，取卸膜机构安装在运膜机构上方，该取卸膜机构先将托盘11送至运膜机构，再由运膜机构将托盘11送至焊接固定台14由焊接机15对叠好的键盘膜进行焊接处理。

如图1和4～6所示，焊接固定台14包括两个相对设置的承托台以及位于两个承托台之间的焊接支撑柱143，两个承托台和焊接支撑柱143沿Y轴排列。两个承托台分别为第一承托台141和第二承托台142。第一承托台141设置第一压紧机构，第一压紧机构包括第一压紧升降气缸144以及用于将托盘11压紧的第一压板146。第一压板146、设置在第一压紧升降气缸144的输出端由第一压紧升降气缸144驱动在垂直线上的升降运动。第一压紧升降气缸144设置第一压紧磁性开关148，用于检测和判断第一压板146是否将托盘11和键盘膜压紧。第二承托台141设置第二压紧机构，第二压紧机构包括第二压紧升降气缸144以及用于将托盘11压紧的第二压板146。第二压板146、设置在第二压紧升降气缸144的输出端由第二压紧升降气缸144驱动在垂直线上的升降运动。第二压紧升降气缸144设置第二压紧磁性开关148，用于检测和判断第二压板146是否将托盘11和键盘膜压紧。两个压紧机构在初始状态时，即待机时，两个压紧升降气缸分别将两个压板升至最高点，使之高于运膜机构，待运膜机构将托盘11运送至焊接固定台14的两承托台上方，运膜机构的支撑结构下降将托盘11放置两个承托台上的同时，两个压紧升降气缸带动两个压板下降将托盘11和键盘膜压紧。

如图1、2和4所示，运膜机构包括运膜电缸17和支撑结构，运膜电缸17设置在焊接工作台23上并位于焊接固定台14一侧。如图2所示，支撑结构包括第一支撑定位板131、第二支撑定位板132、第一运膜升降气缸135、第二运膜升降气缸136和运膜固定板137。运膜固定板137为U形件，其固定在运膜电缸17上，第一运膜升降气缸131和第二运膜升降气缸132相对安装在运膜固定板137的两竖直边上，而且每个运膜升降气缸均竖直向上安装，第一支撑定位板131和第二支撑定位板132分别安装在第一运膜升降气缸135和第二运膜升降气缸136的输出端上。每个支撑定位板上均设置两个定位销，即第一支撑定位板131上设置两个第一定位销133，第二支撑定位板132上设置两个第二定位销139。托盘11于相对应的位置设置4个定位孔，托盘11的定位孔与定位销133之间为过渡配合，使托盘11稳固放置在支撑定位板上。第一运膜升降气缸135和第二运膜升降气缸136上分别设置第一运膜磁性开关134和第一运膜磁性开关138，用于检测各运膜升降气缸的工作状态，防止运膜机构运动到焊接点时与焊接支撑柱143相碰撞。

取卸膜机构包括取卸膜X轴电缸20、取卸膜气缸18和取料盘19，取卸膜X轴电缸20设置在基座9的驱动装置安装架26上。驱动装置安装架26上在取卸膜X轴电缸20一侧开设沿X轴设置的滑动槽，取卸膜气缸18通过穿过该滑动槽的固定件30与取卸膜X轴电缸20连接，取卸膜气缸18竖直向下设置，取料盘19与取卸膜气缸18的输出端连接，由取卸膜气缸18驱动气在竖直线上作往复运动。取料盘19设置数个气动吸盘28，其下表面还设置4个电磁铁27，用于吸附托盘11及键盘膜。取卸膜气缸18设置取卸膜磁性开关29，用于检测取卸膜气缸18的动作是否到位。

本实施例还包括卸料托盘架16，其设置在运膜机构的一侧并位于取卸膜机构的行程内。在焊接结束后，运膜机构带动托盘11复位，取卸膜机构的取料盘19的气动吸盘28吸起键盘膜并将其送至卸料托盘架16的卸料托盘161上，完成键盘膜取卸料操作。

如图1所示，自动叠膜设备包括上料装置和叠膜装置。在本实施例中，上料装置包括料架4、升降机构、导向支撑机构和料架保护机构(图中未示出)，料架4为平板，其底面与导向支撑机构和升降机构连接。其中，导向支撑结构由4根竖向设置的导向支撑光杆41构成，各导向支撑光杆41通过轴承安装在叠膜工作台的上料平台上且下部穿过上料平台伸向底部，其顶部固定于料架4底面。在升降机构驱动料架4升降时，4根导向支撑光杆41在轴承限制下只做轴向运动，对料架4起到导向以及支撑的作用。升降装置由蜗杆电机1、斜齿减速器2和丝杆3构成，蜗杆电机1通过斜齿减速器2与丝杆3连接，蜗杆电机1驱动丝杆3作轴向运动，从而带动料架4在垂直线上的升降。料架保护机构由设置在料架4上方的料架上极限开关以及设置在料架4下方的料架下极限开关构成，料架上极限开关用于检测料架4上升高度极限，当料架4上升到一定高度触发料架上极限开关时控制升降装置停止上升；料架下极限开关用于检测料架4下降高度极限，当料架4下降到一定高度触发料架下极限开关时控制升降装置停止下降，以达到保护料架的目的。

叠膜装置由叠膜X轴电缸10、叠膜气缸8和取膜机构构成。叠膜X轴电缸10安装在基座1的驱动装置安装架26上，叠膜气缸8则通过气缸安装架与叠膜X轴电缸10连接，由叠膜X轴电缸10驱动沿X轴做往复运动。取膜机构包括爪盘6以及设置在爪盘6上的数个气动吸盘32以及4个电磁铁31，爪盘6与叠膜气缸8的输出端连接，由叠膜气缸8驱动爪盘6在Y轴上作直线往复运动，进行叠膜操作时，先将上键盘膜9、隔层键盘膜7和下键盘膜5沿X轴依次排列在料架4上并位于叠膜X轴电缸10正下方。叠膜X轴电缸10驱动叠膜气缸8运动至下键盘膜5正上方，叠膜气缸8带动爪盘6向下运动，当气动吸盘32与下键盘膜5接触时，气动吸盘32执行抽真空动作，可将下键盘膜5牢牢吸住，随后叠膜气缸8带动爪盘6上升，并由叠膜X轴电缸10带至托盘11处，叠膜气缸8带动爪盘6向下后，停止抽真空动作，将下键盘膜5放入托盘11中，完成放料；随后取膜机构对隔层键盘膜7和上键盘膜9执行同样动作，可将下键盘膜5、隔层键盘膜7和上键盘膜9依次层叠于托盘11上，完成叠膜工序。

本实施例中，取膜机构还包括用于检测键盘薄膜上料情况的检测机构，该检测机构为光纤传感器33，安装在爪盘6上。可以检测料架4物料高度，在物料高度不足以供气动吸盘32抓取时，蜗轮电机1将通过斜齿减速器2和丝杠3带动料架4向上运动，完成自动上料动作。

具体地，使用本实施例的设备进行实际生产时，操作者首先将同样高度的上键盘膜9、隔层键盘膜7和下键盘膜5放置在料架4上固定，操作电控柜22对系统进行复位，然后启动自动模式，进行生产。自动生产过程中，首先光纤传感器33对下键盘膜5的高度进行检测，若不在爪盘6可以接触的高度，则蜗杆电机1启动，带动料架4上升，当高度在可以接触范围内，停止蜗杆电机1，爪盘6上的气动吸盘32开始取下键盘膜5，由叠膜X轴电缸10送至托盘11处，随后依次隔层键盘膜7和上键盘膜9，并送至托盘11处，完成叠膜工序。爪盘6上的电磁铁31通电，吸起托盘11，送至运膜机构的支撑结构处。第一运膜升降气缸135和第二运膜升降气缸136上升，将托盘11举起；然后运膜电缸17驱动支撑结构到达焊接点位置。紧接着，第一运膜升降气缸135、第二运膜升降气缸136下降，使托盘11降落到焊接固定台14的第一承托台141和第二承托台142的表面上，第一压紧气缸144和第二压紧气缸145下降，通过第一磁性开关148和第二磁性开关149的信号判断是否压紧托盘11及键盘膜，压紧后进行焊接。焊接完成后，第一压紧气缸144和第二压紧气缸145上升，第一运膜升降气缸135和第二运膜升降气缸136上升紧接着，运膜电缸17驱动支撑结构复位。取卸膜X轴电缸20驱动取料盘19到达托盘11正上方后，取卸膜气缸18下降驱动取料盘19下降，气动吸盘28将键盘膜吸起，然后取卸膜气缸18上升。随后，取卸膜X轴电缸20驱动取料盘19到达卸料托盘架16的托盘正上方，停止气动吸盘28抽真空动作将键盘膜放至卸料托盘中，完成卸料。

本实用新型不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之中。