周衛(wèi)民，張 宏，袁惠祥

(1.浙江科技學院 工程訓練中心，杭州 310023；2.杭州華安醫(yī)療保健用品有限公司，杭州 310023)

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電子體溫計電池自動安裝設備的研發(fā)

周衛(wèi)民1，張 宏2，袁惠祥1

(1.浙江科技學院 工程訓練中心，杭州 310023；2.杭州華安醫(yī)療保健用品有限公司，杭州 310023)

針對電子體溫計電池人工安裝效率低、勞動強度大問題，通過對裝配紐扣電池壓力-變形的分析，提出了基于PLC控制的自動化裝配方案，并通過試驗作對比與調(diào)整，完成電子體溫計電池的自動輸送、定位、夾緊設計和裝配，最終完成了電池自動安裝設備的研發(fā)，實現(xiàn)了電子體溫計電池安裝的自動化，提高了安裝效率。

電子體溫計；紐扣電池；自動裝配；可編程邏輯控制器；一體化

電子體溫計具有讀數(shù)方便、測量時間短、測量精度高等優(yōu)點，且不含水銀，對人體及周圍環(huán)境無害，特別適合于家庭、醫(yī)院等場合使用[1-2]。電子體溫計由溫度傳感器、液晶顯示器、紐扣電池、專用集成電路及其他電子元器件組成。電子體溫計裝配過程主要靠人工進行，屬勞動密集型工作。其中，把紐扣電池裝入支架板這一工序靠操作者機械重復地進行來完成。目前，人工安裝速度一般為30個/min(按8 h計算，30×60×8=1.44萬個/d)，遠遠低于生產(chǎn)進度(2萬個/d)。研發(fā)電子體溫計電池自動安裝設備，使紐扣電池能自動輸送到安裝位置，自動安裝到支架板上，并使安裝速度提高到60個/min左右，以降低工人的勞動強度、提高生產(chǎn)效率、提高安裝精度和可靠性，有較好的經(jīng)濟效益和迫切性。

關于電子體溫計的相關論文與報道比較多，如葉長青等[3]研究了電子體溫計外殼與電池蓋的結構參數(shù)設計，但沒有涉及其產(chǎn)品裝配過程的內(nèi)容；王俊杰、雷霆等[4-5]研究了電動汽車電池裝箱方法，以提高生產(chǎn)效率、降低故障率、減輕勞動強度；Bates等[6]研究了燃料電池的裝配壓力問題。電子體溫計裝配過程中的自動化問題，屬于產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的工藝設備范疇。這一工藝設備往往因企業(yè)不同而各異，且一般屬企業(yè)生產(chǎn)機密，鮮于公開，故很難了解到國內(nèi)外同類研究工作的現(xiàn)狀，關于這一方面的文章和專利亦未見報道。

杭州華安醫(yī)療保健用品有限公司電子體溫計年產(chǎn)量達1 000萬支。課題組在深入分析研究的基礎上，通過樣機的設計、制造，解決了電子體溫計裝配過程中用自動化設備代替人工完成安裝的問題，以點帶面，促進整個裝配過程的自動化，從而加快企業(yè)的技術改造。

1 裝配機系統(tǒng)設計

在現(xiàn)有的電子體溫計裝配流水線上，把紐扣電池裝入支架板這一工序靠操作者機械重復地進行來完成，其勞動強度大、效率低，因此,有必要對該工序進行自動化改造。

1.1 裝配紐扣電池壓力-變形分析

裝配紐扣電池的壓力對電池系統(tǒng)的壽命有很大影響。隨著裝配壓力的改變和不對稱性的逐漸增加，上下極板接觸面積不斷減小而接觸處壓強卻逐漸增大，從而導致變形量的增大。電子體溫計內(nèi)部用于安裝紐扣電池的支架板在電池安裝前已固定在外殼上，使用過程中不會出現(xiàn)接觸不良，不會因為使用過程中發(fā)生的各種情況而出現(xiàn)變形、松動、掉落等。為減少裝配變形，設計了專用電池夾，見圖1。圖2為裝配壓力與變形的關系，從中可以看出，沒有電池夾時變形較大。

圖1 電池夾Fig.1 Fixture of battery

圖2 裝配壓力-變形關系Fig.2 Curve of deformation-compressive loading

1.2 系統(tǒng)結構

1—電池放置板移動機構;2—電池放置板;3—電池壓入機構;4—電池推進機構；5—工作臺圖3 裝配機結構Fig.3 Automatic assembly machine

電子體溫計電池自動安裝設備主要包括紐扣電池自動排列輸送設備(采用振動排列輸送到電池放置板上)，定位及其檢測裝置(靠夾具定位，采用光電檢測電池與支架板是否到達安裝的正確位置)，自動裝入設備(采用氣動系統(tǒng)，類似超聲波焊機的運動方式把電池頂入支架板中)等。其中自動裝入設備的機械結構設計如圖3所示。

1.3 電池安裝流程

裝配機工作流程如下：

1)將按列順序排好電池的放置板，依次放在電池放置板移動機構上。

2)通過移動機構，把最先安裝的電池列移到單個電池推進機構前。

3)在推進機構把第一顆電池推到待安裝位置的同時，送料機構也把待裝電池的體溫計放在相應的準確位置上。

4)在電池壓入機構的作用下，電池被裝入體溫計的支架板上。

5)移出裝好電池的體溫計，待裝的體溫計迅速入位，同時待裝的電池也進入相應的位置準備安裝。

圖4為自動裝入設備的原理圖，該設備實現(xiàn)了電池裝配的低成本、高效率，保障產(chǎn)品設計質(zhì)量，提高了裝配機的柔性。

圖4 自動裝入設備的原理圖Fig.4 Schematic diagram of assembly machine

整個裝配過程由若干工作臺完成，每個工作臺上包括1～3個子裝配系統(tǒng)。電池自動化送料系統(tǒng)將電池準確送達、裝配，按照工序的裝配工藝要求準確定位裝夾電池，系統(tǒng)對電池位置進行在線檢測[7]。

2 控制系統(tǒng)設計

2.1 控制系統(tǒng)設計特點

2.1.1 系統(tǒng)柔性化

將剛性系統(tǒng)進行柔性化，以應對多品種不同批量的生產(chǎn)綱領的需求。

2.1.2 結構模塊化

定位夾緊裝備的功能單元以模塊方式、通過接口組成系統(tǒng)，易于實現(xiàn)裝備系列化、標準化，同時在生產(chǎn)線上可方便、快捷地完成設備維修。

2.1.3 操作智能化

以增強市場競爭和簡化工人的勞動強度為目標，克服目前設備多鍵操作、多參數(shù)設置對工人要求高的缺點，實現(xiàn)操作過程 “傻瓜化”。

2.2 控制系統(tǒng)流程

控制系統(tǒng)流程如圖5所示。

電子體溫計電池自動安裝設備見圖6。在高生產(chǎn)節(jié)拍要求下，課題組通過對上位機、PLC、智能儀表，以及由它們組成的電氣系統(tǒng)的實驗研究與分析，針對電池裝備功能要求研發(fā)的電子體溫計電池自動安裝設備，實現(xiàn)了多變量集成控制[8]。

圖5 控制系統(tǒng)流程Fig.5 Flow of control system

2.3 裝配機實驗效果對比

該裝配機主要解決電子體溫計裝配過程中的自動化問題。在產(chǎn)品組裝中，手動把電池(紐扣電池型號為LR/SR-41)撳入體溫計殼體的支架板電池夾，與用電池自動安裝設備裝配進行比較，實驗效果對比見表1，其中MTBF(mean time between failure)表示平均無故障時間。

表1 裝配機實驗效果對比

3 結 語

在杭州華安醫(yī)療保健用品有限公司的電子體溫計裝配流水線上，電子體溫計電池自動安裝設備改變了把紐扣電池裝入支架板工序的人工操作過程，實現(xiàn)了紐扣電池的自動化裝配。自動安裝速度達到65個/min以上，生產(chǎn)率提高近2倍，并且降低了操作者的勞動強度，平均無故障時間MTBF 超過800 h，達到了企業(yè)實際生產(chǎn)要求。該設備實現(xiàn)了電子體溫計裝配過程中機器換人問題，通過樣機設計制造和理論分析，該技術可以推廣到現(xiàn)有設備的機器換人改造中。

[1] 王靜敏.淺析醫(yī)用電子體溫計[J].計量與測試技術，2015(7):17.

[2] 李凡，莫然龍，姜猛,等.智能基礎體溫計的設計與實現(xiàn)[J].電子世界，2015(21):19.

[3] 葉長青，許文全，皮杰.電子體溫計外殼與電池蓋的結構參數(shù)設計[J].模具工程，2011(4)：83.

[4] 王俊杰，張偉，金杰峰，等.電動汽車電池裝箱生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設計[J].組合機床與自動化加工技術，2016(2): 122.

[5] 雷霆，周華，鄭元喜.汽車鋰電池系統(tǒng)總裝配生產(chǎn)線的模塊化應用[J].制造業(yè)自動化，2015，37(18)：153.

[6] BATES A, MUKHERJEE A, HWANG S, et al. Simulation and experimental analysis of the clamping pressure distribution in a PEM fuel cell stack [J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2013, 15(38):6481.

[7] 徐景紅.基于PLC的電子體溫計在線檢定系統(tǒng)設計[J].工業(yè)控制計算機，2013，26(11):99.

[8] 宋德玉，袁斌，吳瑞明.可編程序控制原理及應用系統(tǒng)設計技術[M].3版.北京：金工業(yè)出版社，2014:40.

Automatic battery assembly machine for electronic digital thermometers

ZHOU Weiming1, ZHANG Hong2，YUAN Huixiang1

(1.Center of Engineering Training, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023, China； 2.Hangzhou Huaan Medical & Health Instruments Co.,Ltd， Hangzhou 310023, China)

In the process of manual assembling for buton battery of the electronic digital thermometers, the assembly efficiency is low and the labor intensity is high. To solve these problems, and through the optimization of 3D modeling design, the automatic assembly scheme based on PLC control system was introduced. The battery automatic assembly machine was developed. Feeding, fixing, clamping and assembling were integrated in this equipment. The equipment improves the efficiency of electronic digital thermometers assembly.

electronic digital thermometers; button battery; automatic assembling; PLC(programmable logic controller); integrated design

10.3969/j.issn.1671-8798.2016.05.004

2016-07-01

浙江省教育廳科研計劃項目(Y201224288)

周衛(wèi)民(1966— )，男，浙江省臨海人，工程師，主要從事機械實踐教學管理和科研工作。

TH776.1

A

1671-8798(2016)05-0357-04