万能手机屏幕自动贴膜机设计

汪大鹏，程鹏，万佳，牛荣阁，王卫卫（江南大学机械工程学院，江苏无锡 214122）

0 引言

手机具有移动性、即时性、互动性、多元性、精准性、扩散性、用户控制性、广泛性、自媒体性、私密性等的特点［1］，使得它的应用越来越广泛。手机独特的传播方式和特点，不仅带动了手机产业的发展，也给整个媒体传播的形式与内容、需求与市场、组织与机制等带来诸多层面的深层变革。根据工信部发布的统计公报，我国手机用户已超过11.12 亿户，每100 人中拥有手机者达到82.6 人，超过全球平均水平［2］。通过手机贴膜，可使手机焕然一新、光亮夺目，不仅可以起到旧机翻新的效果，而且还可以防水、防止灰尘进入键盘、屏幕，起到保护的作用，因而手机的普及也使大众对手机贴膜的需求和要求日渐提高。然而目前市面上已有的手机贴膜机存在着体积过大、操作复杂等问题，很难满足个体经营户和DIY 爱好者的需求。本文主要介绍了一种手机屏幕贴膜机的优化设计。

1 传统手机贴膜机

随着触摸屏手机的普及，手机贴膜已经拥有十分可观的市场，传统的人工手机贴膜费时费力，市场需求促进科技的进步，手机贴膜机应运而生。

1.1 专用手机贴膜机

如PureTek Roll-On，这种手机贴膜机，操作简单，贴膜速度快，手机膜定位精度高，且制造成本相对较低，但是这种手机贴膜机灵活性比较差，只能为某一特定型号的手机贴膜，而现在触屏手机型号多达万种，对手机贴膜商来说，这种手机贴膜机性价比很低。

1.2 一般通用手机贴膜机

这种手机贴膜机由于其良好的通用性，目前在占据了手机贴膜机的大部分市场，很受手机贴膜商的欢迎。手机贴膜分为5 个步骤：固定，揭膜，除尘，定位，贴膜。市场上通用的手机贴膜机的区别就在于这5 个步骤实现方式不同。

由于通用的手机贴膜机的设计难度比专用的手机贴膜机有很大的提高，所以市面上能完整地实现5 个步骤全部自动化的通用手机贴膜机制造成本都比较高，普通贴膜人员难以负担，例如深圳一家机械公司开发的全自动手机贴膜机TP95120AX，价格在万元以上，且体积过大，只适用于一些工厂。一些价格相对较低的通用手机贴膜机，大都不能很好的实现五个步骤全部自动化，例如目前比较流行的Reamx 自动贴膜机，平均价格在100 元以下，但这种贴膜机只能实现手机固定和屏幕除尘功能，其他的功能全部要靠手工完成，效率较低且贴膜效果比全自动的要差。还有一些通用型自动贴膜机，能够实现5 个步骤装置全部参与，且价格相对较低，但这种贴膜机操作过程比较复杂，大多数步骤都必须人在其中辅助，贴膜效果也不太理想。

总之，一款好的手机贴膜机，必须要通用性好，价格适中，自动化程度高，操作过程简单，体积适中，贴膜效果好。而市面上目前几乎没有能全部满足这些要求的手机贴膜机，因此设计一款满足以上需求的自动手机贴膜机，市场前景非常好。

2 贴膜过程介绍

目前市场上的手机贴膜工作主要是手工完成的，仅有的一些"贴膜机"事实上只起到辅助作用，即半机械化。根据所观察的几种手工贴膜及半机械化贴膜的过程可总结为固定、清洁、膜准备、贴膜、最终处理5 个步骤。

2.1 固定

因为贴膜要保证手机与膜的正确对接，所以必须保证手机的位置足够准确且方便操作。为了保证贴膜的质量，屏幕贴膜的部分必须尽可能的水平，手机的固定要可靠且固定要足够精准，防止膜与手机无法配对。现有固定方案主要是由人工简单的按压旋转调整来实现。这样操作起来比较麻烦，且手机定位不稳定，极易滑动。而用机械的方式从两侧夹持固定，虽然简单可靠，但易互相干涉，不利于后续过程。

2.2 清洁

手机屏幕在无保护膜的情况下易吸附灰尘，贴膜时灰尘所在的位置便会出现气泡，使膜面凹凸不平且影响屏幕的使用和美观。一般清洁方案是配清洁剂后用无纺布反复擦拭，这样的操作效率较低且无法完全清除灰尘。

2.3 膜准备

我们计划采用市面上与手机型号配套的手机保护膜，这些成批生产的手机膜，有统一的包装及保护，但由于手机不同，膜的尺寸与外形有差异。但一般的保护膜均为三层，即离型膜（一般标记为1）、保护膜（中间）和外膜（一般标记为2）。膜准备可分为膜定位与揭膜两部分。在揭膜前首先要进行膜定位，选择正确的方向。因为一般手机正面均为中心对称，但手机的麦克风与摄像头会在两端不同的位置，因此一旦方向搞错，势必导致贴膜失败。之后，要将外层的离型膜先揭下来，才能开始贴膜。现有手段都是手工完成，容易揭膜，但贴膜的精确性很难控制。

2.4 贴膜

现有的贴膜方法一般是由手工操作，一点点地平推，让空气充分排出，使膜与屏幕良好接触。但这一操作经常伴有定位不准或灰尘进入，往往不能一次性完成。多数贴膜者需要反复操作才能贴正。效率低且贴膜质量难以保证。

2.5 最终处理

此步骤是为了提高贴膜的质量，在目前的资料中，大多数的贴膜需要反复完成，因为贴膜时的气泡很难消除，所以需要一些后续处理来修正。往往又是人工揭开贴好的膜，将灰尘用胶带粘除，另外把一些多余的边角裁除。

3 自动贴膜机工作原理

3.1 总体工作原理

为使贴膜过程傻瓜化、自动化［3］，在设计过程中努力使贴膜机尽可能便于操作。如图1 所示为本文所设计贴膜机的结构简图［4］。

图1 万能手机屏幕自动贴膜机结构示意图

该机构主要部件包括吸盘杆支座、吸盘杆插销、吸盘杆、转动导轨及滑块（滑块未表示）、导轨支架、舵机支架、舵机和底盘。工作原理如下：1）将手机放置在底盘7 中央（打开吸盘吸附住手机），将与手机匹配的膜与手机对齐并放置其上。2）放下吸盘杆3，吸住手机膜，升上吸盘杆3。3）揭下第一层膜。4）放下吸盘杆3，使贴膜完整与手机贴附。5）揭下第三层膜。6）完成贴膜。

工作过程特点：操作方便，结构简单，实现贴膜机傻瓜化、自动化。

3.2 除尘机构工作原理

为解决手机贴膜过程中除尘难度高的问题，降低除尘操作过程的操作难度，缩短除尘操作的时间，减少人参与除尘的程度，提高除尘效率。本文作者借助机械设备［5］，将除尘胶带的除尘过程实现半自动化，将其中难度最高的操作过程通过机械装置来实现，很大程度地降低了除尘的操作难度，提高了除尘的操作精度。

除尘的功能是由除尘胶带和除尘机构协同完成的，除尘胶带借助除尘机构把除尘胶带贴在屏幕上，达到除尘的目的。如图2，除尘胶带套在不动轴4 上，把除尘胶带已经使用过的一端绕在转动轴5 上，此时，在不动轴4 和转动轴5 之间的一部分除尘胶带是可以除尘的未经使用的。左杆1 和右杆2 可以绕着基座3 部分旋转。通过转动手轮可以带动转动轴5 旋转。棘轮6 和棘爪8［6］可以控制转动轴的单向旋转。整个机构通过基座固定在除尘机的基座3 的特定位置上，对准手机屏幕部分。

首先转动手轮，把除尘胶带使用过的或脏的部分卷在转动轴上，然后转动左右两杆，使除尘胶带正对着手机屏幕，贴在手机屏幕的上面，接着按一下除尘胶带，使除尘胶带充分贴在手机屏幕上面，然后再转动左右两杆，使除尘胶带离开手机屏幕，至此，除尘结束。

图2 除尘机构示意图

3.3 揭膜机构工作原理

目前市场上的手机膜主要为三层式，只有中间一层为实际要贴的膜，前后两层均做保护用，贴膜前要揭掉，因此要实现贴膜自动化，就必须做到揭膜自动化、机动化。但因为手机膜较薄，容易变形，难以固定，并且揭开膜只能借助前后面上的白色胶带（下称开启胶带），难以夹持，且揭掉前膜的运动未知。为解决以上问题，作者提供一种零件机构，在借助人的一个最简单的肢体动作后，即可实现机动揭膜。大大简化人工揭膜的步骤，并为实现全自动或半自动贴膜机制作提供功能支持。

如图3 所示为本文所设计揭膜机构的结构简图，本揭膜机构至少包括：用于固定吸盘的吸盘杆3，支撑吸盘杆的吸盘杆支座1，能固定吸盘杆并且可向吸盘杆输入转矩的吸盘杆插销2，能带动手机膜运动的弹簧夹滑块（图中未表示），用于限定滑块运动的可转动导轨4，用于为吸盘杆和转动导轨提供转矩的舵机7，用于支撑舵机和定位的舵机支架6，用于转动导轨定位的导轨支架5，用于放置手机并实现固定的底盘8。在实际固定手机时，要通过真空吸盘吸附放在底盘上手机，故需要在底盘8 上设置吸盘孔。

整个揭膜过程，包括膜的夹持、开启胶带的夹持、撕拉。在本机构中，膜的夹持选择用真空吸盘，通过真空吸盘吸附来固定手机膜。经实验测定，吸盘固定的方式可靠且控制方便。开启胶带的夹持要保证可靠，力度要大，且因为可接触面积小，所以不能吸附，本机构中用带齿的弹簧夹夹紧，此方法夹持牢固，实现简单，很容易获得零件，并且在实际操作中容易开启。

撕拉过程要借助机构运动，在本方案中用电机来带动弹簧夹滑块（图中未表示）在转动导轨4 中直线运动，运动轨迹平行于手机膜所在平面。膜在吸盘吸附力与夹子的拉力这两个反向作用力下即可分离，完成揭膜。

图3 揭膜机构示意图

4 应用前景

本文所设计的万能手机自动贴膜机主要面向触屏商品的使用者，或者手机美容贴膜店，以及各种规模的手机卖场，贴膜机具有较为宽阔的市场。该市场主要体现在用户需求量大且手机膜为易耗品，触屏产品的操作简易度、普及度、使用度相对较广，贴膜是保护触屏产品的必要措施。该产品附带的贴膜本身成本低廉，本文介绍的手机贴膜机可以方便手机使用者，同时也能为触屏产品的销售者带来利润。

［1］魏丽宏.关于我国手机传媒产业发展的研究［D］.北京：中国社会科学院研究生院，2012.

［2］杜峰.我国手机普及率首超全球水平 质量反降亟需强化监管［N］.通信信息报，2013-02-07.

［3］桂元龙，杨淳.产品设计［M］.北京：中国轻工业出版社，2014.

［4］孙江宏，康志强.Creo Parametric 2.0 机械设计案例教程［J］.北京：中国水利水电出版社，2013.

［5］颜鸿森.机械装置的创造性设计［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［6］张晓玲，沈韶华.实用机构设计与分析［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2010.