一种面向智能装配的定位系统及其工作方法
【专利摘要】本发明公开一种面向智能装配的定位系统，包括基座、竖直导柱、竖直直线轴承、顶端固定块、平衡器、横架、横向直线轴承、横导柱、夹紧头、装配工具、橡胶固定圈、旋转传感器、磁尺直线位移传感器、旋转传感器固定机构、磁尺直线位移传感器固定机构、机械定位块以及系统控制器。该系统不仅能作为自动化装配过程中手持式装配工具，控制装配工具的输出转矩以及装配的时间，而且能严格确保装配工具垂直于装配面，并确保装配工具只能按工艺要求的装配顺序定位于下一个装配点，有利于孔的装配质量和装配工艺的保证。
【专利说明】
一种面向智能装配的定位系统及其工作方法
技术领域
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[0001]本发明涉及一种面向智能装配的定位系统及其工作方法，其属于自动化装配技术领域。
【背景技术】
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[0002]智能制造首先就要求制造工具具有智能化，对装配而言，对装配定位系统的智能化具有以下要求:首先装配定位系统不仅能精确输出可设置的输出扭矩和装配时间，还要求能按照装配工艺要求对预先定义装配顺序，并且在装配过程中始终控制装配人员严格按预先定义的顺序进行装配。为了确保装配质量，还要求装配过程中保证装配工具和装配面的垂直度，从而确保装配过程中螺钉和孔在装配过程中不出现错牙和受力不均产生装配应力甚至使产品报废。同时装配定位工具还能实时采集装配中所有的数据，进行记录，便于工艺优化和质量追溯。最后要求装配定位系统的使用能更人性化，降低劳动强度。现有的在自动化装配领域内的专利如专利号CN201520586423.6所公开的专利能实现自动拧紧螺丝，对输出扭矩进行控制，而专利号CN201420522514.9所示的专利在实现自动拧紧螺丝、对输出扭矩进行控制同时还能进行自动送料，但两者均无法控制装配节拍，对装配过程进行监控，对多孔装配不能根据工艺要求定义并控制孔的装配顺序，也无法将采集到的信息进行存储和处理，进而实现智能化。
【发明内容】
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[0003]本发明的目的在于根据智能制造的发展要求，针对目前装配系统中的问题，提出了一种面向智能装配的定位系统及其工作方法，该系统可以集装配、定位和检测于一体，其最大的特点在于:(I)可以定义孔装配的先后顺序，即对某些多孔的工件，可以使其按指定的顺序进行装配，以防不恰当的安装顺序导致装配体的受力不均；(2)可以对输出的转矩以及装配时间进行严格的控制，从而保证装配的质量和效率；(3)由于采用横向定位机构，可以保证装配工具垂直于装配面，其优点在于能够避免人工手持装配工具时无法保证装配工具和装配面的垂直，从而导致装配过程中出现螺纹错牙等问题。该方法从技术层面确保了工艺的正确性。同时，由于采用了平衡器，可使装配机构在竖直方向任意位置保持平衡，从而可避免操作者一直手持工具，使整个装配过程中几乎不耗体力。另外，结合传感技术和控制技术，可实时监控装配过程，对不满足要求的装配进行实时报警，进而可减少后期的检测时间同时保证了产品的质量。而且，其系统布局方便，输送线和能源利用率高，是一种智能型的装配定位系统。
[0004]本发明采用如下技术方案:一种面向智能装配的定位系统，包括基座、竖直导柱、竖直直线轴承、顶端固定块、设有引出钢丝的平衡器、横架、横向直线轴承、横导柱、夹紧头、装配工具、橡胶固定圈、旋转传感器、磁尺直线位移传感器、旋转传感器固定机构、磁尺直线位移传感器固定机构、机械定位块，以及系统控制器，所述竖直导柱支撑于基座上，所述顶端固定块连接在竖直导柱的一末端上，旋转传感器连接在顶端固定块上，两个平衡器分别固定在顶端固定块的两侧，所述竖直直线轴承与平衡器通过引出钢丝相连接，所述横架和竖直直线轴承安装固定于一起，竖直直线轴承和竖直导柱相配合，所述橡胶固定圈套设于竖直导柱上，所述横架和横向直线轴承安装固定于一起，所述夹紧头安装固定于横导柱的一末端，用于固定装配工具，所述机械定位块固定于横导柱的另一末端，所述系统控制器与磁尺直线位移传感器、旋转传感器相连，所述磁尺直线位移传感器与横架及横向直线轴承固定在一起，以进行横向位移的测量，所述磁尺直线位移传感器和旋转传感器构成系统的信息采集，并将信息传送给系统控制器，所述平衡器位于顶端固定块和竖直直线轴承之间。
[0005]进一步地，所述横向直线轴承包括两个直线轴承，横向直线轴承中的两个直线轴承与横导柱相配合，构成横向运动。
[0006]进一步地，所述夹紧头由两个通过螺母连接于一起的半圆组成。
[0007]本发明还采用如下技术方案:一种面向智能装配的定位系统的工作方法，包括如下步骤:
[0008](—).根据自动化装配线上的待装配工序和待定位和检测的工序，尤其是一个工位上有几个甚至多个有严格先后顺序装配要求的装配定位过程，此时根据需求，横架和横导柱的相对位移以及竖直导柱和竖直直线轴承的相对转动，从而定位到相应的位置进行装配，并进行检测；
[0009](二).根据采集到的几组数据判断有先后要求的工序是否满足指定的要求，数据的采集由磁尺直线位移传感器和旋转传感器完成，而信息的处理和判断则由和磁尺直线位移传感器、旋转传感器相连的系统控制器完成，整个机械模块和控制模块的配合从而完成装配定位系统的装配、定位和检测过程。
[0010]本发明具有如下有益效果:
[0011]1.相比采用人工手持装配，本发明利用横架，横向直线轴承，横导柱以及竖直导柱，竖直直线轴承和夹紧头，从而确保装配过程中，装配工具垂直于装配面，使得不会出现错牙以及装配过程中由于装配工具不垂直于装配面而造成的受力不均等问题，从技术层面保证了工艺的正确性；
[0012]2.本发明采用面向智能装配的定位系统，和其他装配系统相比，采用了传感技术和控制技术，可以对输出的转矩和装配时间进行严格的控制，确保整个装配过程的规范性和可控性，体现了该系统的智能性，同时由于采用了传感技术可以在装配的同时进行检测监控和实时报警，降低了系统的检测时间；
[0013]3.本发明采用面向智能装配的定位系统，综合采用了定位、装配和检测功能，并且创造性的使用了平衡器，使得整个系统可以处于随动状态，从而降低了工人的劳动强度，同时，该装配定位系统机械结构简单，体积小，由于采用基座固定，使得该系统可以很方便应用于自动化输送线上的任何地方，成功的解决了【背景技术】中的自动化装配整个系统的布局设计不方便、集成度低、输送线和能源利用率低、同时柔性低和调度优化不方便以及造成劳动力浪费和增加了工人的劳动强度等诸多问题；
[0014]4.相比较传统的单一手持式装配工具而言，采用该定位装配系统，可以集多功能任务于一体，而现有的自动化装配线上，对于某一单一功能的作用任务的需求也是越来越少，取而带之的是为了减少整个自动化装配线的长度，尽可能的将诸多功能集合在一起，简化了布局设计，提高了输送效率和资源利用率，极大的提高系统的集成性；
[0015]5.相比较其他单一的定位系统而言，采用该定位装配系统，机械结构简单，连接方便，同时柔性较高，可以根据检查对象的不同随时替换夹紧头上的装配和检测工具，同时由于整个系统安装方便，可以很方便的安装在自动化装配线上的适当位置。
【附图说明】
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[0016]图1为本发明面向智能装配的定位系统的结构图。
[0017]图2为本发明面向智能装配的定位系统的主视图。
[0018]图3为本发明面向智能装配的定位系统的侧视图。
[0019]图4为本发明面向智能装配的定位系统的俯视图。
[0020]其中:
[0021 ] 1-基座，2-竖直导柱，3-竖直直线轴承，4-顶端固定块，5-平衡器，6_横架，7_横向直线轴承，8-横导柱，9-夹紧头，10-装配工具，11-橡胶固定圈，12-旋转传感器，13-磁尺直线位移传感器，14-旋转传感器固定机构，15-磁尺直线位移传感器固定机构、16-机械定位块，17-系统控制器。
【具体实施方式】
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[0022]请参照图1至图4所示，本发明面向智能装配的定位系统包括基座1、竖直导柱2、竖直直线轴承3、顶端固定块4、平衡器5、横架6、横向直线轴承7、横导柱8、夹紧头9、装配工具
10、橡胶固定圈11、旋转传感器12、磁尺直线位移传感器13、旋转传感器固定机构14、磁尺直线位移传感器固定机构15、机械定位块16以及系统控制器17。基座I固定于地面或者其它固定基座(未图示)上，竖直导柱2支撑于基座I上，顶端固定块4连接在竖直导柱2的末端上，旋转传感器12连接在顶端固定块4上，两个平衡器5分别固定在顶端固定块4的两侧，竖直直线轴承3与平衡器5通过平衡器的引出钢丝相连接。横架6和竖直直线轴承3安装固定于一起，进而使得横架6可以随着竖直直线轴承3在竖直方向上做直线运动，竖直直线轴承3和竖直导柱2相配合，构成竖直方向的运动，橡胶固定圈11套设于竖直导柱2上，用于限制竖直方向的行程。横架6和横向直线轴承7安装固定于一起，进而使得横架6可以随着横向直线轴承7在横向方向上做直线运动，同时机械定位块16固定于横导柱8的另一末端以实现在横向起限位的作用。其中横向直线轴承7包括两个直线轴承，横向直线轴承7中的两个直线轴承与横导柱8相配合，构成横向运动。夹紧头9安装固定于横导柱8的一末端，用于固定装配工具10，其中夹紧头9可由两个半圆组成，通过螺母连接，这就使得安装固定于夹紧头9上的装配工具10具有一定的可调性，同时也可以根据装配工具10的不同而应用于不同的装配系统。磁尺直线位移传感器13与横架6及横向直线轴承7固定在一起，进而进行横向位移的测量。磁尺直线位移传感器和旋转传感器构成系统的信息采集，并将信息传送给系统控制器17。平衡器5位于顶端固定块4和竖直直线轴承3之间，平衡器5上的引出钢丝和竖直直线轴承3连接，同时可以根据所挂重量的不同和行程的大小调节平衡器5的阻尼，从而使横架6能够在任意高度保持平衡，不需要额外的手持力。
[0023]本发明面向智能装配的定位系统中，包括极半径方向定位和极角方向定位，其中极半径方向定位包括横向直线轴承7、横导柱8和磁尺直线位移传感器13，极角方向定位包括竖直直线轴承3、竖直导柱2和旋转传感器12。将磁尺直线位移传感器13采集到的极半径方向位移(即直线位移)和旋转传感器12采集到的极角方向位移(即角度位移)数据传输给系统控制器17，可以对装配顺序进行定义，即对自动化装配过程中对装配顺序有严格要求的装配工序进彳丁监控，从而提尚广品的合格率和降低广品的检测时间。
[0024]本发明面向智能装配的定位系统包括如下步骤:
[0025](—).根据自动化装配线上的待装配工序和待定位和检测的工序，尤其是一个工位上有几个甚至多个有严格先后顺序装配要求的装配定位过程，此时根据需求，横架和横导柱的相对位移以及竖直导柱和竖直直线轴承的相对转动，从而定位到相应的位置进行装配，并进行检测；
[0026](二).根据采集到的几组数据判断有先后要求的工序是否满足指定的要求，数据的采集由磁尺直线位移传感器和旋转传感器完成，而信息的处理和判断则由和磁尺直线位移传感器、旋转传感器相连的系统控制器完成，整个机械模块和控制模块的配合从而完成装配定位系统的装配、定位和检测过程。
[0027]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种面向智能装配的定位系统，其特征在于:包括基座(I)、竖直导柱(2)、竖直直线轴承(3)、顶端固定块(4)、设有引出钢丝的平衡器(5)、横架(6)、横向直线轴承(7)、横导柱(8)、夹紧头(9)、装配工具(10)、橡胶固定圈(11)、旋转传感器(12)、磁尺直线位移传感器(13)、旋转传感器固定机构(14)、磁尺直线位移传感器固定机构(15)、机械定位块(16)，以及系统控制器(17)，所述竖直导柱(2)支撑于基座(I)上，所述顶端固定块(4)连接在竖直导柱(2)的一末端上，旋转传感器(12)连接在顶端固定块(4)上，两个平衡器(5)分别固定在顶端固定块(4)的两侧，所述竖直直线轴承(3)与平衡器(5)通过引出钢丝相连接，所述横架(6)和竖直直线轴承(3)安装固定于一起，竖直直线轴承(3)和竖直导柱(2)相配合，所述橡胶固定圈(11)套设于竖直导柱(2)上，所述横架(6)和横向直线轴承(7)安装固定于一起，所述夹紧头(9)安装固定于横导柱(8)的一末端，用于固定装配工具(10)，所述机械定位块(16)固定于横导柱(8)的另一末端，所述系统控制器(17)与磁尺直线位移传感器(13)、旋转传感器(12)相连，所述磁尺直线位移传感器(13)与横架(6)及横向直线轴承(7)固定在一起，以进行横向位移的测量，所述磁尺直线位移传感器(13)和旋转传感器(12)构成系统的信息采集，并将信息传送给系统控制器(17)，所述平衡器(5)位于顶端固定块(4)和竖直直线轴承(3)之间。2.如权利要求1所述的面向智能装配的定位系统，其特征在于:所述横向直线轴承(7)包括两个直线轴承，横向直线轴承(7)中的两个直线轴承与横导柱(8)相配合，构成横向运动。3.如权利要求2所述的面向智能装配的定位系统，其特征在于:所述夹紧头(9)由两个通过螺母连接于一起的半圆组成。4.一种如权利要求1所述的面向智能装配的定位系统的工作方法，其特征在于:包括如下步骤 (一).根据自动化装配线上的待装配工序和待定位和检测的工序，尤其是一个工位上有几个甚至多个有严格先后顺序装配要求的装配定位过程，此时根据需求，横架和横导柱的相对位移以及竖直导柱和竖直直线轴承的相对转动，从而定位到相应的位置进行装配，并进行检测； (二).根据采集到的几组数据判断有先后要求的工序是否满足指定的要求，数据的采集由磁尺直线位移传感器和旋转传感器完成，而信息的处理和判断则由和磁尺直线位移传感器、旋转传感器相连的系统控制器完成，整个机械模块和控制模块的配合从而完成装配定位系统的装配、定位和检测过程。
【文档编号】B23P19/00GK105834708SQ201610319756
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】钱晓明, 楼佩煌, 朱立群, 武星, 屠嘉晨, 孙颖
【申请人】南京航空航天大学