螺栓位姿检测仪及螺栓位姿检测拧紧装置的制作方法

本发明涉及轮盘类零件的螺栓装配技术领域，尤其涉及一种螺栓位姿检测仪及螺栓位姿检测拧紧装置。

背景技术：

轮盘类零件的螺栓孔不仅数目众多且常呈现圆周密集非对称分布的特点，现有依靠x/y轴伺服进给拧紧枪在装配轮盘类零件时由于操作难度大而导致装配效率低下。现有的车轮多轴拧紧装置由于结构复杂且各轴之间同步控制要求高，导致该装置不能满足各轴模块化和独立性的需求，装配对象限制在螺栓孔分布对称的轮盘范围内。现有的车轮多轴拧紧装置在线调整轴的灵活性差，通常为了满足一类零件装配，先调整螺栓位置并锁定，待到装配下一类型零件时，重新调整位置。

对于自动拧紧装置而言，很少有对螺栓拧紧的位姿进行在线监测。螺栓的摆放位姿直接影响螺栓的装配质量。由于螺栓上料通常采用人工或机器辅助上料，难以保证螺栓轴线与拧紧轴轴线平行对齐，较小角度的偏差会造成螺栓装配的小倾角歪斜，该质量问题无法通过目前常用的位移-扭矩测量法识别检测，因此造成装配质量风险。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种螺栓位姿检测仪，实现对螺栓拧紧时的位姿进行在线监测和调整，提高螺栓的装配质量。

本发明的另一个目的在于提出一种螺栓位姿检测拧紧装置，实现对螺栓拧紧时的位姿进行在线监测、调整和拧紧，提高螺栓装配质量和装配效率。

根据本发明第一方面实施例的螺栓位姿检测仪，包括：

升降杆，所述升降杆竖向设置且可做升降运动；

可浮动调整头，所述可浮动调整头的上端与所述升降杆的底端球铰连接，以使所述可浮动调整头可沿任意角度方向做旋转运动；

位姿检测片，所述位姿检测片的上表面固定在所述可浮动调整头的底端，所述位姿检测片的下表面上环向均匀布置有多个导电片，每一所述导电片上设有电流计，多个所述导电片按顺序编号。

根据本发明第一方面实施例的螺栓位姿检测仪，在进行螺栓装配时，使螺栓位姿检测仪处在待测螺栓的正上方，升降杆匀速下降，使得位姿检测片的下表面缓慢接触待测螺栓的上表面，由于导电片可以将压力信号转换为电信号，电流计的电流值变化顺序直接反应导电片的接触顺序，利用空间几何关系可以获得螺栓位姿偏离正常位姿的空间角度。可浮动调整头根据空间角度对螺栓的位姿进行灵活调整，使得螺栓调整回正常位姿，从而提高螺栓装配的质量。

根据本发明第一方面的一个实施例，还包括外筒壳，所述外筒壳用于支撑所述升降杆，所述升降杆沿所述外筒壳的轴向方向可升降地安装在所述外筒壳中。

根据本发明第一方面的一个实施例，所述导电片为压敏传感器。

根据本发明的一些实施例，所述螺栓位姿检测仪对螺栓装配位姿检测时，使所述螺栓位姿检测仪位于螺栓的正上方，所述升降杆以速度v匀速下降，待到所述导电片碰触到所述螺栓的螺帽表面，记录第一个显示电流值增大的电流计序号与时刻t1，所述升降杆继续匀速下降，记录最后一个显示电流值增大的电流计序号与时刻t2，所述螺栓的偏转角度按如下公式计算出：

其中，d为螺栓的螺帽直径，θ为螺栓位姿偏转角。

根据本发明第二方面实施例的螺栓位姿检测拧紧装置，包括：

多节旋转体，所述多节旋转体包括中心柱和多个旋转环，多个所述旋转环套设在所述中心柱上且可绕所述中心柱的外周面旋转；

多个伸缩伺服杆，多个所述伸缩伺服杆的一端分别一一对应地固定在多个所述旋转环的外周面上，且多个所述伸缩伺服杆在所述中心柱的径向投影平面上呈辐射状间隔分布；

多个螺栓位姿检测仪和多个拧紧设备，所述螺栓位姿检测仪为如权利要求1-4中任意一项所述的螺栓位姿检测仪，部分所述伸缩伺服杆的另一端分别一一对应地与多个所述螺栓位姿检测仪固定，其余所述伸缩伺服杆的另一端分别一一对应地与多个所述拧紧设备固定，且所述螺栓位姿检测仪和所述拧紧设备在所述中心柱的径向投影平面上交错间隔分布。

根据本发明第二方面实施例的螺栓位姿检测拧紧装置，具有如下的优点：第一、拧紧设备和螺栓位姿检测仪的位置可以灵活地在线调整，能够满足任意轮盘类零件多位置螺栓的同时检测、调整和拧紧，无需人工参与即可自动完成，提高了螺栓装配质量和装配效率。第二、位姿检测仪利用位姿检测片的导电片将螺栓的位置偏差用电流改变衡量，通过空间几何推断方法能够精确地计算微小角度的偏差，提高了位姿检测和调整的精度，从而有利于提高螺栓装配质量。

根据本发明第二方面的一个实施例，所述多节旋转体还包括多个限制定位环，多个所述限制定位环套设固定在所述中心柱的外周面上，且分布在每一所述旋转环的两端端部处，以限制每一所述旋转环沿所述中心柱轴向移动。

根据本发明第二方面进一步的实施例，每一所述限制定位环的外周面上沿环形方向间隔设有两个限制块，以限制位于相邻两个所述限制块之间的所述伸缩伺服杆的旋转运动范围。

根据本发明第二方面再进一步的实施例，每一所述限制块均包括一个径向延伸的连接杆和一个轴向延伸的挡杆，其中，所述连接杆一端固定在所述限制定位环的外周面上，另一端固定在所述挡杆上，所述挡杆的杆长大于所述限制定位环的轴向长度。

根据本发明第二方面的一个实施例，所述伸缩伺服杆包括固定杆筒和伸缩细杆，所述固定杆筒的一端固定在所述旋转环的外周面上，所述伸缩细杆的一端从所述固定杆筒的另一端伸入所述固定杆筒中，且所述伸缩细杆相对于所述固定杆筒可伸出和缩回，所述伸缩细杆的另一端与所述拧紧设备或所述螺栓位姿检测仪固定。

根据本发明第二方面进一步的实施例，所述伸缩细杆的另一端与所述螺栓位姿检测仪的所述外壳筒固定。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明第一方面实施例的螺栓位姿检测仪的结构示意图。

图2是本发明第一方面实施例的螺栓位姿检测仪中的位姿检测片的示意图。

图3是本发明第一方面实施例的螺栓位姿检测仪的工作流程示意。

图4是本发明第一方面实施例的螺栓位姿检测仪的待测螺栓

图5是本发明第二方面实施例的螺栓位姿检测拧紧装置的结构示意图。

图6是本发明第二方面实施例的螺栓位姿检测拧紧装置中多节旋转体和伸缩伺服杆的装配示意图。

图7是本发明第二方面实施例的螺栓位姿检测拧紧装置中限制定位环的结构示意图。

附图标记：

螺栓位姿检测仪100

升降杆1可浮动调整头2位姿检测片3导电片31外筒壳4

螺栓位姿检测拧紧装置200

多节旋转体5中心柱51旋转环52

限制定位环53限制块531连接杆5311挡杆5312

伸缩伺服杆6固定杆筒61伸缩细杆62

拧紧设备7

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1至图4来描述根据本发明第一方面实施例的螺栓位姿检测仪100。

如图1和图2所示，根据本发明第一方面实施例的螺栓位姿检测仪100，包括升降杆1、可浮动调整头2和位姿检测片3。其中，升降杆1竖向设置且可做升降运动；可浮动调整头2的上端与升降杆1的底端球铰连接，以使可浮动调整头2可沿任意角度方向做旋转运动；位姿检测片3的上表面固定在可浮动调整头2的底端，位姿检测片3的下表面上环向均匀布置有多个导电片31，每一导电片31上设有电流计，多个导电片31按顺序编号。

具体而言，升降杆1竖向设置且可做升降运动，由此可以带动可浮动调整头2和导电片31同步升降，有利于实现导电片31检测螺栓装配位置的位姿是否正确，并且有利于可浮动调整头2对螺栓装配位置的位姿进行纠正调整。

可浮动调整头2的上端与升降杆1的底端球铰连接，以使可浮动调整头2可沿任意角度方向做旋转运动。由于可浮动调整头2半球形连接部位旋转范围为90度，配合升降杆的升降运动，可灵活主动地调整螺栓的非正常位姿，使得螺栓调整回正常位姿，提高螺栓装配的质量。

位姿检测片3的上表面固定在可浮动调整头2的底端，位姿检测片3的下表面上环向均匀布置有多个导电片31，每一导电片31上设有电流计，多个导电片31按顺序编号。由此，在进行螺栓装配时，使螺栓位姿检测仪100处在待测螺栓的正上方，升降杆1匀速下降，使得位姿检测片3的下表面缓慢接触待测螺栓的上表面，由于导电片可以将压力信号转换为电信号，电流计的变化顺序可以直接反应导电片31的接触顺序，利用空间几何关系可以获得螺栓位姿偏离正常位姿的空间角度。可浮动调整头2根据空间角度对螺栓的位姿进行灵活调整，使得螺栓调整回正常位姿。

根据本发明第一方面实施例的螺栓位姿检测仪100，在进行螺栓装配时，使螺栓位姿检测仪100处在待测螺栓的正上方，升降杆1匀速下降，使得位姿检测片3的下表面缓慢接触待测螺栓的上表面，由于导电片可以将压力信号转换为电信号，电流计的电流值变化顺序直接反应导电片31的接触顺序，利用空间几何关系可以获得螺栓位姿偏离正常位姿的空间角度。可浮动调整头2根据空间角度对螺栓的位姿进行灵活调整，使得螺栓调整回正常位姿，从而提高螺栓装配的质量。

如图1所示，根据本发明第一方面的一个实施例，还包括外筒壳4，外筒壳4用于支撑升降杆1，升降杆1沿外筒壳4的轴向方向可升降地安装在外筒壳4中。由此，外筒壳4一方面用于支撑升降杆1，通过外壳可以将螺栓位姿检测仪100安装在其他支撑部件上，另一方面，对升降杆1的升降运动起导向作用，有利于升降杆1平稳地升降。

可选的，外筒壳4为圆柱状的外筒壳4。

根据本发明第一方面的一个实施例，导电片31为压敏传感器。当位姿检测片3的下表面缓慢接触待测螺栓的上表面时，利用压敏传感器将压力信号转换成电信号，电信号通过导电片31上的电流计的电流值反应出来。

如图3和图4所示，根据本发明第一方面的一些实施例，螺栓位姿检测仪100对螺栓装配位姿检测时，使螺栓位姿检测仪100位于螺栓的正上方，升降杆1以速度v匀速下降，待到导电片31碰触到螺栓的螺帽表面，记录第一个显示电流值增大的电流计序号与时刻t1，升降杆1继续匀速下降，记录最后一个显示电流值增大的电流计序号与时刻t2，螺栓的偏转角度按如下公式得出：

其中，d为螺栓的螺帽直径，θ为螺栓位姿偏转角。由此，可以精确地检测出螺栓位置偏差，提高螺栓位姿检测和调整的精度。

本发明还提供了一种螺栓位姿检测拧紧装置200，是基于面向轮盘类零件的螺栓位姿检测、调整和螺栓拧紧的自动化装置，可以解决轮盘类零件螺栓孔密集且螺栓摆放不正导致的装配质量和效率问题。

下面参考图1至图7来描述根据本发明第二方面实施例的螺栓位姿检测拧紧装置200。

如1至图7所示，根据本发明第二方面实施例的螺栓位姿检测拧紧装置200，包括多节旋转体5、多个伸缩伺服杆6、多个螺栓位姿检测仪100和多个拧紧设备7。其中，多节旋转体5包括中心柱51和多个旋转环52，多个旋转环52套设在中心柱51上且可绕中心柱51的外周面旋转；多个伸缩伺服杆6的一端分别一一对应的固定在多个旋转环52的外周面上，且多个伸缩伺服杆6在中心柱51的径向投影平面上呈辐射状间隔分布；螺栓位姿检测仪100为本发明第一方面任意一个实施例的螺栓位姿检测仪100，多个伸缩伺服杆6的另一端分别一一对应地与多个螺栓位姿检测仪100或多个拧紧设备7固定，且螺栓位姿检测仪100和拧紧设备7在中心柱51的径向投影平面上交错间隔分布。

具体而言，多节旋转体5包括中心柱51和多个旋转环52，多个旋转环52套设在中心柱51上且可绕中心柱51的外周面旋转。可以理解，中心柱51是螺栓位姿检测拧紧装置200的支撑部件和定位部件，中心柱51应保证与零件加工面始终垂直且位于轮盘类零件的圆心上方，中心柱51可以外接机械手进行轴向的位移。旋转环52可绕绕中心柱51的外周面旋转，可以通过独立的电机控制；也就是说，每一旋转环52的旋转运动都通过独立的电机控制来实现旋转环52绕中心柱51的外周面旋转，并且可以灵活控制。

多个伸缩伺服杆6的一端分别一一对应地固定在多个旋转环52的外周面上，且多个伸缩伺服杆6在中心柱51的径向投影平面上呈辐射状间隔分布；由此，一方面，伸缩伺服杆6一端分别于与旋转环52的外周面固定且另一端与拧紧设备7或螺栓位姿检测仪100固定，当旋转环52旋转时，就会带动伸缩伺服杆6及固定在伸缩伺服杆6上的拧紧设备7或螺栓位姿检测仪100同步旋转，从而可以方便在线控制拧紧设备7或螺栓位姿检测仪100处于待装配螺栓的正上方；伸缩伺服杆6是一种自带伺服电机伸缩伺服杆，可以作伸缩运动来实现伸缩伺服杆6的整体长度调节，从而可以在线调整拧紧设备7或螺栓位姿检测仪100相对于中心柱51径向方向的远近位置，以使拧紧设备7或螺栓位姿检测仪100处于待装配螺栓的正上方；另一方面，伸缩伺服杆6在中心柱51的径向投影平面上呈辐射状间隔分布，有利于避免与多个伸缩伺服杆6相邻的拧紧设备7和螺栓位姿检测仪100在工作过程中不相互干涉。

部分伸缩伺服杆6的另一端分别一一对应地与多个螺栓位姿检测仪100，其余伸缩伺服杆6的另一端分别一一对应地与多个拧紧设备7固定，且螺栓位姿检测仪100和拧紧设备7在中心柱51的径向投影平面上交错间隔分布。由此，通过设置多个伸缩伺服杆6、多个拧紧设备7和多个螺栓位姿检测仪100，可以提高面向轮盘类零件多位置螺栓同时检测、调整和拧紧功能，提高了轮盘类零件多位置螺栓装配的质量和效率。这里说明一下，拧紧设备7采用常用的悬挂立式拧紧设备，拧紧设备3自带的升降装置可以驱动拧紧设备7的拧紧头沿与零件表面垂直方向自由升降。

可选的，参照图1所示，旋转环52有八个，八个旋转环52套设在中心柱51上且可绕中心柱51的外周面旋转；八个旋转环52伸缩伺服杆6有八个，八个伸缩伺服杆6的一端分别与八个旋转环52的外周面固定，且八个伸缩伺服杆6在中心柱51的径向投影平面上等间隔分布，拧紧设备7和螺栓位姿检测仪100各有四个，四个伸缩伺服杆6的另一端分别一一对应地与四个螺栓位姿检测仪100固定，其余四个伸缩伺服杆6的另一端分别一一对应地拧紧设备7固定，且螺栓位姿检测仪100和拧紧设备7在中心柱51的径向投影平面上交错间隔分布。

根据本发明第二方面实施例的螺栓位姿检测拧紧装置200，具有如下的优点：第一、拧紧设备7和螺栓位姿检测仪100的位置可以灵活地在线调整，能够满足任意轮盘类零件多位置螺栓的同时检测、调整和拧紧，无需人工参与即可自动完成，提高了螺栓装配质量和装配效率。第二、位姿检测仪利用位姿检测片3的导电片31将螺栓的位置偏差用电流改变衡量，通过空间几何推断方法能够精确地计算微小角度的偏差，提高了位姿检测和调整的精度，从而有利于提高螺栓装配质量。

根据本发明第二方面的一个实施例，旋转环52内径尺寸与中心柱51的外径尺寸相同，使得旋转环52套设在中心柱51上时旋转环52的内周面与中心柱51的外周面接触，保证旋转环52可平稳旋转。

如图5和图6所示，根据本发明第二方面的一个实施例，多节旋转体5还包括多个限制定位环53，多个限制定位环53套设固定在中心柱51的外周面上，且分布在每一旋转环52的两端端部处，以限制每一旋转环52沿中心柱51轴向移动，有利于旋转环52平稳旋转。

如图5至7所示，根据本发明第二方面进一步的实施例，每一限制定位环53的外周面上沿环形方向间隔设有两个限制块531，以限制位于相邻两个限制块531之间的伸缩伺服杆6的旋转运动范围，确保与多个伸缩伺服杆6相邻的拧紧设备7和螺栓位姿检测仪100在工作过程中不相互干涉。

可选的，每一限制定位环53的外周面上的两个限制块531的间隔角度可以根据实际需要来确定，例如，参看图1所示，间隔角度优选为90度。

如图7所示，根据本发明第二方面再进一步的实施例，每一限制块531均包括一个径向延伸的连接杆5311和一个轴向延伸的挡杆5312，其中，连接杆5311一端固定在限制定位环53的外周面上，另一端固定在挡杆5312上如挡杆5312的中间部位上，挡杆的杆长大于限制定位环53的轴向长度，从而可以确保限制定位环53套固在中心柱51的外周面并抵靠在旋转环52的端部时，挡杆5312的两端部位于与该限制定位环53相邻的旋转环52的外周面的外侧，从而可以限挡伸缩伺服杆6的旋转运动范围，确保与多个伸缩伺服杆6相连的拧紧设备7和螺栓位姿检测仪100在工作工程中不相互干涉。

可选的，限制块531与限制定位环53为一体成型件，装配方便。

如图6所示，根据本发明第二方面的一个实施例，伸缩伺服杆6包括固定杆筒61和伸缩细杆62，固定杆筒61的一端固定在旋转环52的外周面上，伸缩细杆62的一端从固定杆筒61的另一端伸入固定杆筒61中，且伸缩细杆62相对于固定杆筒61可伸出和缩回，伸缩细杆62的另一端与拧紧设备7或螺栓位姿检测仪100固定。由此，通过控制伸缩细杆62的伸出和缩回来控制伸缩伺服杆6的整体长度，从而达到调整拧紧设备7或螺栓位姿检测仪100相对于中心柱51径向方向的远近位置，以利于拧紧设备7或螺栓位姿检测仪100处于待装配螺栓的正上方。

如图5所示，根据本发明第二方面进一步的实施例，螺栓位姿检测仪100通过外壳筒与伸缩细杆62的另一端固定。由此，通过外筒壳4可以将螺栓位姿检测仪100与伸缩细杆62固定，安装方便。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。