广州市威恒电子有限公司WEF-R-MHZ2-20A-10-2N旋转电动夹爪在电子行业螺丝锁付、镜头旋入的应用案例

一、行业背景与客户介绍

1.1 电子制造行业现状

近年来，随着消费电子产品的持续迭代升级，3C电子制造行业正经历着前所未有的变革。智能手机、平板电脑、可穿戴设备等产品不断向“轻薄化、集成化、精密化”方向发展，对生产装配工艺提出了严苛要求。以智能手机为例，其内部元器件密度逐年攀升，螺丝孔位直径通常小于1.5毫米，扭矩控制需精确到0.01牛米级别，任何微小的装配偏差都可能导致产品功能异常或使用寿命缩短。

1.2 客户企业概况

本次案例的应用客户为东莞聚力电子科技有限公司，是一家专注于中高端智能手机摄像头模组与精密结构件组装的国家级高新技术企业。公司成立于2015年，坐落于东莞松山湖高新技术产业开发区，现有员工800余人，其中研发技术人员占比15%。作为OPPO、vivo等头部手机品牌的二级供应商，聚力电子在摄像头模组装配领域积累了深厚的技术经验，2024年实现营收3.2亿元，在华南地区精密电子组装领域占据重要市场地位。

二、设备困境与问题分析

2.1 原有设备配置与工艺

聚力电子的摄像头模组装配产线中，螺丝锁付和镜头旋入工序长期采用“气动夹爪+独立旋转台”的分离式方案。具体设备配置为：日本SMC MHZ2系列气动平行夹爪负责夹持工件，配合外部旋转平台完成角度调整，整套机构安装在爱普生SCARA机器人末端。在螺丝锁付环节，需先将摄像头模组外壳夹持固定，再由旋转平台调整至预设角度，最后由独立螺丝刀完成锁付。

2.2 三大核心痛点

这套传统方案在实际运行中暴露出日益严重的缺陷：

第一，空间布局严重受限。 摄像头模组装配区域十分狭小，但气动夹爪与旋转平台的组合体高度超过120mm，占用了机器人末端宝贵的操作空间。在加工某型号折叠屏手机的潜望式摄像头模组时，由于结构干涉，机器人无法以最优姿态接近工件，导致部分工位不得不采用“先夹持后调整”的分步操作，单件节拍增加1.2秒。

第二，力控精度存在先天缺陷。 气动夹爪的夹持力依赖气压调节，实际输出力波动范围达±1.5N，在夹持直径仅8mm的镜头座时，常出现“过紧压伤螺纹”或“过松滑牙”的情况。据统计，该产线因夹持力不稳定导致的镜头旋入不良率达3.2%，远高于行业2%的合格线。

第三，故障频发且排查困难。 由于气动系统包含电磁阀、气管、调压阀、旋转接头等多个部件，任何一个环节出现密封老化或气路堵塞都会导致夹持力异常。更棘手的是，气动夹爪无法实时反馈夹持状态，故障往往要等到产品组装完成后通过检测才能发现，造成批量返工。

2.3 损失量化分析

上述问题给聚力电子带来了显著的经济损失：

1.良率损失：摄像头模组装配线月产能约30万套，3.2%的不良率意味着每月近1万套产品需要返工或报废。以单套模组成本80元计算，月损失达80万元，年损失近千万元。

2.效率损失：气动系统响应速度慢，单工位锁付节拍约8秒，整线理论产能仅450套/小时，远低于客户要求的600套/小时交付标准。

3.维护成本：气动部件需定期更换密封圈、清洗过滤器，每条产线每月维护工时约16小时，年维护成本超20万元。

4.客户信任危机：2024年第三季度，因某批次产品螺丝锁付扭矩超差导致整机异响投诉，聚力电子被品牌方扣除5%的供货份额，直接损失订单价值超300万元。

2.4 寻找新方案的紧迫性

面对日益严苛的客户要求和同行竞争压力，聚力电子迫切需要一种能够同时解决空间适配、力控精度、状态反馈三大痛点的新型末端执行器。传统方案已触及技术天花板，唯有引入集成化、智能化的新产品，才能实现产线效率与良率的双重突破。

三、威恒电子旋转电动夹爪产品介绍

3.1 产品基本信息

产品名称：步进电机旋转电动夹爪

型号：WEF-R-MHZ2-20A-10-2N

专利号：ZL 2019 1 1023529.4

详细参数：

行程：10MM

夹持力范围： 30N

旋转扭矩： 2.5 Nm

旋转角度： 360度无限旋转

控制方式： IO、脉冲（Pulse/Dir）

防护等级： IP40（可定制IP65）

供电电压： DC24V ±10%

3.2 产品原理与核心技术

工作原理：

威恒电子WEF-R-MHZ2-20A-10-2N旋转电动夹爪采用驱动-传动-控制一体化设计，将步进电机、精密减速器、夹持机构、角度编码器高度集成于单一壳体。其核心工作流程为：

夹持动作：控制器发出指令→步进电机驱动精密丝杠旋转→丝杠螺母带动夹爪指平行开合→内置力传感器实时监测接触压力→闭环调节电机电流使夹持力稳定在设定值。

旋转动作：控制器发出角度指令→步进电机通过减速机构增扭→驱动整个夹爪本体（含夹持工件）旋转→光电编码器反馈位置→PID算法修正偏差至目标角度。

六大核心技术特点：

1.自适应行程：通过电流检测自动识别工件尺寸，无需人工调节夹爪开度，换型时仅需调用预设参数，2分钟即可完成不同规格镜头座的适配。

2.夹持到位反馈信号：内置高灵敏度力传感器，夹持力达到设定阈值时自动输出到位信号，上位机可实时获取夹爪状态，彻底解决气动方案“盲操作”的痛点。

3.替代气动方案：无需空压机、气管、电磁阀等气动附件，能耗较气动系统降低70%，且无油雾污染，符合电子制造洁净车间要求。

4.驱动一体集成：将步进电机驱动器与控制器集成于夹爪本体，仅需一根24V电源线和两根信号线即可工作，较传统分体式设计减少60%的安装空间。

5.断电自锁：内置楔形自锁机构，意外断电时能在0.1秒内锁死传动丝杠，保持夹持力不衰减，防止工件坠落损坏。

6.IO脉冲控制+360°无限旋转：支持标准IO脉冲控制，可直接接入PLC系统；采用电气滑环结构实现360°连续无限旋转，彻底解决线缆缠绕问题

四、应用实施过程

4.1 客户具体要求

聚力电子对本次改造提出明确的技术指标：

4.2 选型匹配分析

聚力电子技术团队最终选择威恒电子WEF-R-MHZ2-20A-10-2N，主要基于以下考量：

行程适配：10mm夹持行程完美覆盖5-12mm直径的摄像头模组和镜头座，余量适中，既保证夹持范围又不会造成体积冗余。

紧凑结构：集成化设计使夹爪整体高度仅68mm，比原有气动夹爪+旋转台方案缩短42%，彻底解决空间干涉问题。

材质适配：夹爪指采用防静电铝合金材质，表面电阻＜10⁶Ω，满足电子行业ESD防护要求；接触面贴附硅胶垫，防止划伤镜头镀膜层。

环境适应性：产品通过RoHS认证，无铅汞等有害物质，符合电子制造环保要求；IP40防护等级足以应对洁净车间环境，无需额外防护。

4.3 现场结构与安装

改造后的摄像头模组装配工位结构如下：

机器人：爱普生G6-451S SCARA机器人，负载6kg，臂长450mm

末端执行器：威恒电子WEF-R-MHZ2-20A-10-2N旋转电动夹爪

视觉系统：基恩士CV-X系列智能相机，用于螺丝孔位定位

供料器：定制振动盘+直线送料器，提供M1.4-M2.0规格螺丝

安装方式采用ISO9409-1-50-4-M6标准法兰接口，与机器人末端实现即插即用。

4.4 接线与配套电路

产品接线方案极为简洁：

电源线：DC24V（红）/0V（黑），线径0.5mm²

控制信号：夹持信号（黄）、旋转脉冲（蓝）、到位反馈（白）

通讯接口：RS485预留（用于参数配置）

控制电路采用PLC脉冲输出直接驱动，无需中间继电器。具体接线：PLC的Y0脉冲输出接夹爪旋转脉冲输入，Y1接夹持指令，X0接收夹持到位反馈。24V电源由开关电源独立供电，与PLC电源隔离以防止干扰。

4.5 操作使用说明

参数预置：通过RS485接口连接电脑，使用威恒电子配置软件设置夹持力1.2N、旋转速度180°/s、加减速时间50ms。

程序编写：在PLC中编写控制程序，顺序为：机器人移动到取料位→输出夹持指令→等待到位信号→机器人移载至装配位→输出设定数量脉冲（如3600脉冲对应360°）→等待旋转完成→机器人返回。

零点校准：每运行1000次，夹爪自动执行一次零点校准，通过光电开关找原点，消除累积误差。

日常维护：每周清洁夹爪指接触面，每月检查滑环接触电阻，每半年更换一次润滑脂

五、应用效果与效益分析

5.1 使用情况描述

威恒电子WEF-R-MHZ2-20A-10-2N旋转电动夹爪自2025年1月在聚力电子1号摄像头模组产线投入使用以来，已连续稳定运行6个月，累计完成约18万套模组的装配作业。设备运行平稳，故障率为零，各项指标均达到或超过预期目标。

5.2 前后对比优势

六、经验总结与场景拓展

6.1 成功经验总结

本案例的成功实施，验证了以下关键经验：

选型精准是前提：旋转电动夹爪的选型需综合考虑行程、力控范围、安装尺寸、通信接口等因素，留有余量但不冗余。

参数调优是关键：夹持力和旋转速度需根据工件特性反复调试，避免因参数不当造成工件损伤或效率损失。本案例中夹持力设为1.2N而非最大值2N，就是为了保护镜头镀膜。

集成设计是趋势：驱动一体化的旋转电动夹爪大幅简化了电气设计和现场布线，故障点减少，可靠性提升，是未来末端执行器的发展方向。

七、威恒电子公司介绍：

威恒电子电动夹爪通过其精确的力控能力和智能化反馈，完美解决了食品行业软质、易变形物件的自动化抓取难题。其一体化、电气化的设计代表了工业自动化执行器的发展方向，是替代传统气动方案的理想选择。

特长与实力：在微型伺服驱动、运动控制算法、精密机械设计等领域拥有深厚的技术积累和多项核心专利。具备从核心部件到整体解决方案的全链条研发能力。

供稿人：威恒电子自动化事业部，高级应用工程师 - 余工

索要技术资料：如需了解更多关于WEF-MHZ2系列电动夹爪的详细技术参数、3D模型及手册，请联系我司销售人员或访问官网。

联系人：余工 （13825159505）

个人微创新：在本案例中，为客户定制化开发了轻触模式，将初始闭合速度加快以提升效率，在接近预设力值时自动切换为低速柔顺模式，进一步优化了抓取的成功率和体验。

本案例证明，通过技术创新，一个核心部件的升级，能够为整个自动化设备带来质的飞跃。威恒电子，致力于成为您最可靠的自动化核心部件伙伴。