具有可重配置模块化特征的自动微装配装置制造方法

文档序号:5270952阅读:116来源:国知局
具有可重配置模块化特征的自动微装配装置制造方法
【专利摘要】本发明属于机械制造【技术领域】,具体涉及一种模块化的装配装置。具有可重配置模块化特征的自动微装配装置,其技术方案是:它包括:自主式装配单元(1)、装配线辅助单元(2)以及上下料单元(3);自主式装配单元(1)包括:搬运机械手(5)、微夹持器组件(6)、同轴对位检测组件(7)、微动平台组件(8)、支撑架(9)以及支撑立柱(14);装配线辅助单元(2)包括:输送线模块(10)以及基础单元(11);上下料单元(3)包括:自动送料机构(12)以及搬运机器人(13);本发明整个装配系统设置了上料、装配、检测、点胶、封装以及下料工序,可以完成非硅MEMS零件的批量化高精度装配,也可以实现单件小批量微小型结构件的装配。
【专利说明】具有可重配置模块化特征的自动微装配装置
【技术领域】
[0001]本发明属于机械制造【技术领域】,具体涉及一种模块化的装配装置。
【背景技术】
[0002]非硅MEMS器件结构图形复杂,大都由处于微米到毫米量级的中间尺度零部件组装而成,由于没有专门的装配设备,所研制的非硅MEMS器件装配只能在显微镜下手工进行,其装配精度一般要求微米级且装配过程极易损伤。在显微镜下的手工装配存在以下难以克服的问题:
[0003](I)无法满足非硅MEMS器件装配的精度要求;人的眼睛目测很难分辨微米级的位置差别,当与手相配合进行装配操作时其位置定位能力更差,所以要达到微米级装配对位精度是不现实的,装配后一致性也很难保证;
[0004](2)难以满足无损伤可靠装配的需求;由于人眼和手相配合时位置定位能力差,装配时很难保证被装配件之间不发生碰撞和划伤,而对微小型器件来说,特别是微小型引信等弹用器件,细微的损伤就有可能使器件在工作时失效,而这又是弹用器件必须要尽力避免的问题;此外,手工装配过程中的过失误差是弹用器件可靠性问题的主要来源之一;
[0005](3)手工装配效率极为低下;由于手工装配非硅MEMS引信等微小型器件须在显微镜下进行,其夹持、对位等操作需要眼手密切配合才能完成,所以比起较大结构器件装配效率更低,无法满足非硅MEMS器件研制和批量试制生产需求;
[0006]目前国内外针对微装配系统的开发要么是针对单项技术进行突破,尚未形成可以实现批量生产的微装配系统,要么是装配精度较低难以满足目前非硅MEMS的装配精度要求,抑或是系统缺乏柔性,当产品改型时,很难以较低成本、较快速度实现装配系统的升级改造。因此,急需要研发针对非硅MEMS批量化生产且具备单件小批量装配能力的柔性自动化微装配系统。

【发明内容】

[0007]本发明的目的是:提供一种面向非硅MEMS批量化生产的高精度微装配装置,且该系统可根据装配需求进行可重配置;
[0008]本发明的技术方案是:具有可重配置模块化特征的自动微装配装置,它包括:自主式装配单元、装配线辅助单元以及上下料单元;
[0009]自主式装配单元包括:搬运机械手、微夹持器组件、同轴对位检测组件、微动平台组件、支撑架以及支撑立柱;
[0010]搬运机械手具备垂向与水平两个调整自由度;
[0011]微夹持器组件包括:本体、连接法兰以及安装在本体四周的真空吸附头、两指式夹持器、气囊式夹持器以及点胶机;真空吸附头上设有力传感器;两指式夹持器包括:驱动电机、应变式弹簧片、静止挡片;驱动电机与静止挡片通过转接板安装于本体上,应变式弹簧片安装于驱动电机上,在应变式弹簧片贴有应变片;气囊式夹持器包括:中空式转接器与气囊;中空式转接器连接气囊与本体;中空式转接器上设有气管转接头;连接本体上安装连接法兰;
[0012]同轴对位检测组件包括:棱镜单元、相机调整机构、相机组件、棱镜调整机构以及棱镜进出机构;棱镜单7Π包括:分光棱镜、光源以及棱镜支撑架;分光棱镜安装在棱镜支撑架上,其上下设置有光源;相机调整机构能够进行俯仰调节与方位调节;棱镜调整机构具有三个调整自由度;棱镜进出机构包括:无杆气缸、液压缓冲器、锥销定位机构;液压缓冲器的数量有两个,分别安装于无杆气缸的两端;锥销定位机构安装于无杆气缸的滑块上,与支撑立柱上的销孔相配合;棱镜单元安装于棱镜调整机构上,棱镜调整机构安装于棱镜进出机构的无杆气缸上,相机组件安装于相机调整机构上;
[0013]微动平台组件包括:微动平台以及安装在其上的辅助结构;微动平台两个一维运动平台以及一个微动转台;辅助结构包括:包括四个阶梯式螺钉、气缸A、U型顶块以及气缸支撑架;气缸A安装于气缸支撑架上,U型顶块安装于气缸A的推杆上,四个阶梯式螺钉安装于气缸支撑架上;
[0014]自主式装配单元整体连接关系为:支撑立柱安装于支撑架上,搬运机械手安装于支撑立柱上,微夹持器组件通过其连接法兰安装于搬运机械手的前端;同轴对位检测组件中的棱镜进出机构安装于支撑立柱上,同轴对位检测组件中的相机调整机构、安装于支撑架上;微动平台组件安装于支撑架箱体结构内部;
[0015]装配线辅助单元包括:输送线模块以及基础单元;
[0016]输送线模块包括:推杆、推杆支撑单元、大行程气缸、导轨、随行夹具以及限位机构;
[0017]推杆上设有弹簧式伸缩结构;推杆支撑单元包括:滚轮以及滚轮的固定架;导轨上设有凹形油槽、橡胶滚轮以及防尘盖板;随行夹具包括:夹具本体以及安装于夹具本体下表面的润滑带;推杆与大行程气缸连接,推杆支撑单元与导轨安装于自主式装配单元的支撑架上,推杆由滚轮所支撑;随行夹具通过其润滑带与导轨接触;推杆通过其弹簧式伸缩结构推动随行夹具;限位机构安装于导轨的防尘盖板上;
[0018]基础单元包括:台面为大理石的装配线支撑台;
[0019]上下料单元包括:自动送料机构以及搬运机器人;
[0020]自动送料机构为上料单元,它包括:震动送料盘、直线送料器以及直线导轨;直线导轨与震动送料盘的出料口连接,直线送料器配置于直线导轨的下方用于驱动直线导轨上工件的移动;
[0021]搬运机器人为下料单元;
[0022]自主式装配单元、上下料单元配置于装配线辅助单元的大理石台面上。
[0023]本发明的有益效果是:(I)本发明可根据装配需求进行可重配置,以较低成本、较快速度适应产品的改型需求。该微装配系统综合装配对位精度可以达到3 μ m,装配节拍30秒/件,整个装配过程无需人工参与;
[0024](2)本发明包括自主式装配单元、装配线辅助单元、上下料单元,整个装配系统设置了上料、装配、检测、点胶、封装以及下料工序,可以完成非硅MEMS零件的批量化高精度装配,也可以实现单件小批量微小型结构件的装配;
[0025](3)根据装配节拍要求以及装配对象零件数目的不同可对自主式装配单元进行可重配置,柔性组合成满足功能效率需求的微装配系统。
【专利附图】

【附图说明】
[0026]图1是本发明的结构俯视图;
[0027]图2是本发明的结构组成框图;
[0028]图3是本发明自主式装配单元的结构示意图;
[0029]图4是本发明自主式装配单元中微夹持器组件的结构示意图;
[0030]图5是本发明自主式装配单元中同轴对位检测组件的结构示意图;
[0031]图6是本发明自主式装配单元中微动平台组件的结构示意图;
[0032]图7是本发明装配线辅助单元的结构示意图;
[0033]图8是本发明装配线辅助单元中推杆支撑单元的结构示意图;
[0034]图9是本发明装配线辅助单元中导轨的结构示意图;
[0035]图10是本发明装配线辅助单元中随行夹具的结构示意图;
[0036]图11是本发明装配线辅助单元中基础单元的结构示意图;
[0037]图12是本发明上下料单元中自动送料机构的结构示意图;
[0038]其中,1-自主式装配单元、2-装配线辅助单元、3-上下料单元、5-搬运机械手、
6-微夹持器组件、6-1本体、6-2连接法兰、6-3真空吸附头、6-3-1力传感器、6_4两指式夹持器、6-4-1驱动电机、6-4-2应变式弹簧片、6-4-3静止挡片、6_5气囊式夹持器、6_5_1中空式转接器、6-5-2气囊、6-5-3气管转接头、6-6点胶机、7-同轴对位检测组件、7_1棱镜单元、7-1-1分光棱镜、7-1-2光源、7-1-3棱镜支撑架、7_2相机调整机构、7_3相机组件、7_4棱镜调整机构、7-5棱镜进出机构、7-5-1无杆气缸、7-5-2液压缓冲器、7_5_3锥销定位机构、8-微动平台组件、8-1微动平台、8-2辅助结构、8-2-1阶梯式螺钉、8-2-2气缸A、8-2-3U型顶块、8-2-4气缸支撑架、9-支撑架、10-输送线模块、10-1推杆、10-2推杆支撑单元、10-2-1滚轮、10-2-2固定架、10-3大行程气缸、10-4导轨、10-4-1凹形油槽、10-4-2橡胶滚轮、10-4-3防尘盖板、10-5随行夹具、10-6限位机构、11-基础单元、11_1大理石、11_2装配线支撑台、12-自动送料机构、12-1震动送料盘、12-2直线送料器、12-3直线导轨、13-搬运机器人、14-支撑立柱。
【具体实施方式】
[0039]参见附图1、2,具有可重配置模块化特征的自动微装配装置,整个装配系统设置了上料、装配、检测、点胶、封装以及下料工序,可以完成非硅MEMS零件的批量化高精度装配,也可以实现单件小批量微小型结构件的装配;
[0040]整个装配系统包括单元级别的:自主式装配单元1、装配线辅助单元2以及上下料单元3 ;每个单元又由多个模块化的组件构成;根据装配节拍要求以及装配对象零件数目的不同可对自主式装配单元I进行可重配置,柔性组合成满足功能效率需求的微装配系统;
[0041]以下对自主式装配单元1、装配线辅助单元2以及上下料单元3内模块化的组件做进一步介绍;
[0042]参见附图3,自主式装配单元I包括:搬运机械手5、微夹持器组件6、同轴对位检测组件7、微动平台组件8、支撑架9以及支撑立柱14 ;
[0043]搬运机械手5具备垂向与水平两个调整自由度;
[0044]参见附图4,微夹持器组件6包括:本体6-1、连接法兰6-2以及安装在本体6_1四周的真空吸附头6-3、两指式夹持器6-4、气囊式夹持器6-5以及点胶机6-6 ;真空吸附头6-3上设有力传感器6-3-1 ;两指式夹持器6-4包括:驱动电机6-4-1、应变式弹簧片6-4-2、静止挡片6-4-3 ;驱动电机6-4-1与静止挡片6-4-3通过转接板安装于本体6_1上,应变式弹簧片6-4-2安装于驱动电机6-4-1上,在应变式弹簧片6-4-2贴有应变片;气囊式夹持器6-5包括:中空式转接器6-5-1与气囊6-5-2 ;中空式转接器6_5_1连接气囊6_5_2与本体
6-1;中空式转接器6-5-1上还设有气管转接头6-5-3 ;连接本体上安装连接法兰6_2 ;
[0045]参见附图5,同轴对位检测组件7包括:棱镜单元7-1、相机调整机构7-2、相机组件7-3、棱镜调整机构7-4以及棱镜进出机构7-5 ;棱镜单元7-1包括:分光棱镜7_1_1、光源7-1-2以及棱镜支撑架7-1-3 ;分光棱镜7-1-1安装在棱镜支撑架7_1_3上,其上下设置有光源7-1-2 ;相机调整机构7-2具有俯仰调节与方位调节功能;棱镜调整机构7-4具有三个调整自由度;棱镜进出机构7-5包括:无杆气缸7-5-1、液压缓冲器7-5-2、锥销定位机构
7-5-3;液压缓冲器7-5-2的数量有两个,分别安装于无杆气缸7-5-1的两端;锥销定位机构7-5-3安装于无杆气缸7-5-1的滑块上,与支撑立柱14上的销孔相配合;棱镜单元7-1安装于棱镜调整机构7-4上,棱镜调整机构7-4安装于棱镜进出机构7-5的无杆气缸7-5-1上,相机组件7-3安装于相机调整机构7-2上;
[0046]参见附图6,微动平台组件8包括:微动平台8-1以及安装在其上的辅助结构8-2 ;微动平台8-1两个一维运动平台以及一个微动转台;辅助结构8-2包括:包括四个阶梯式螺钉8-2-1、气缸A8-2-2、U型顶块8_2_3以及气缸支撑架8_2_4 ;气缸A8-2-2安装于气缸支撑架8-2-4上,U型顶块8-2-3安装于气缸A8-2-2的推杆上,四个阶梯式螺钉8_2_1安装于气缸支撑架8-2-4上;
[0047]自主式装配单元I整体连接关系为:支撑立柱14安装于支撑架9上,搬运机械手5安装于支撑立柱14上,微夹持器组件6通过其连接法兰6-2安装于搬运机械手5的前端;同轴对位检测组件7中的棱镜进出机构7-5安装于支撑立柱14上,同轴对位检测组件7中的相机调整机构7-2、安装于支撑架9上;微动平台组件8安装于支撑架9箱体结构内部;
[0048]参见附图7,装配线辅助单元2包括:输送线模块10以及基础单元11 ;
[0049]输送线模块10包括:推杆10-1、推杆支撑单元10-2、大行程气缸10_3、导轨10_4、随行夹具10-5以及限位机构10-6 ;
[0050]参见附图8、9、10,推杆10-1上设有弹簧式伸缩结构;推杆支撑单元10_2包括:滚轮10-2-1以及滚轮10-2-1的固定架10-2-2 ;导轨10_4上设有凹形油槽10_4_1、橡胶滚轮10-4-2以及防尘盖板10-4-3 ;随行夹具10-5包括:夹具本体10_5_1以及安装于夹具本体下表面的润滑带10-5-2 ;推杆10-1与大行程气缸10-3连接,推杆支撑单元10-2与导轨10-4安装于自主式装配单元I的支撑架9上,推杆10-1由滚轮10-2-1所支撑;随行夹具10-5通过其润滑带10-5-2与导轨10-4接触;推杆10_1通过其弹簧式伸缩结构推动随行夹具10-5 ;限位机构10-6安装于导轨10-4的防尘盖板10-4-3上;推杆10_1采用多节结构,每节结构间采用销钉连接;推杆10-1的节数与自主式装配单元I的数量相对应;限位机构10-6采用气缸B ;[0051]参见附图11,基础单元11包括:台面为大理石ll-ι的装配线支撑台11-2 ;
[0052]参见附图12,上下料单元3包括:自动送料机构12以及搬运机器人13 ;
[0053]自动送料机构12为上料单元,它包括:震动送料盘12-1、直线送料器12-2以及直线导轨12-3 ;直线导轨12-3与震动送料盘12-1的出料口连接,直线送料器12_2配置于直线导轨12-3的下方用于驱动直线导轨12-3上工件的移动;
[0054]搬运机器人13为下料单元;
[0055]整体连接关系为:自主式装配单元1、上下料单元3配置于装配线辅助单元2的大理石11-1台面上。
[0056]使用时:装配线辅助单元2中的随行夹具10-5在推杆10-1与大行程气缸10_3的驱动下进行运动,直至被限位机构10-6所限位,随行夹具10-5夹持基体零件到达装配区;微动平台组件8中的辅助结构8-2通过气缸A8-2-2及U型顶块8_2_3将随行夹具10_5顶起,使得四个阶梯式螺钉8-2-1的上端卡入随行夹具10-5下表面的T形槽,实现微动平台组件8与随行夹具10-5的连接;与此同时,上下料单元3中的自动送料机构12将待装配件按照一定姿态摆放在震动送料盘12-1的出料口,搬运机械手5移动至震动送料盘12-1的出料口并通过微夹持器组件6夹持待装配件,随后移动至装配区;
[0057]同轴对位检测组件7中的棱镜单元7-1在棱镜进出机构7-5的驱动作用下移动至待装配件与基体零件之间,并通过其锥销定位机构7-5-3实现棱镜单元7-1的精确定位;打开上方的光源7-1-2,通过相机组件7-3采集待装配件的图像信息;关闭上方的光源7-1-2,打开下方的光源7-1-2采集基体零件的图像信息,根据基体零件与待装配件的图像信息进行位置偏差检测,将偏差信息输送至微动平台组件8,微动平台组件8带动随行夹具实现基体零件的精确位姿调整;棱镜单元7-1在棱镜进出机构7-5的驱动作用下移出;搬运机械手5以及微夹持器组件6向下移动,完成装配;
[0058]具有可重配置模块化特征的自动微装配装置配有多个同时工作的自主式装配单元1,每个自主式装配单元I完成1-2个装配工序,根据设定选用真空吸附头6-3、两指式夹持器6-4、气囊式夹持器6-5以及点胶机6-6,实现吸附、夹持或点胶的装配工序;该处的装配工序完成后,该处的装配线辅助单元2中的随行夹具10-5将基体零件输送到下一个自主式装配单元I处继续进行装配,直至装配工作全部完成;
[0059]随行夹具10-5将装配成品运输到下料工位,由搬运机器人13进行下料储存。
[0060]上述方案中的,搬运机器人13采用ABB IRB120 ;真空吸附头6_3采用气力可公司的PAT-02 ;点胶机6-6采用AXXON D-510 ;相机组件7-3中的相机采用POINT GREYFL2G-50S5M/C,镜头采用 NAVITAR 12*Z00M ;力传感器 6-3-1 的型号为 WM-5N。
【权利要求】
1.具有可重配置模块化特征的自动微装配装置,其特征在于:它包括:自主式装配单元(1)、装配线辅助单元(2)以及上下料单元(3); 自主式装配单元(1)包括:搬运机械手(5)、微夹持器组件(6)、同轴对位检测组件(7)、微动平台组件(8)、支撑架(9)以及支撑立柱(14); 搬运机械手(5)具备垂向与水平两个调整自由度; 微夹持器组件(6)包括:本体(6-1)、连接法兰(6-2)以及安装在本体(6-1)四周的真空吸附头(6-3)、两指式夹持器(6-4)、气囊式夹持器(6-5)以及点胶机(6-6);真空吸附头(6-3)上设有力传感器(6-3-1);两指式夹持器(6-4)包括:驱动电机(6-4-1)、应变式弹簧片(6-4-2 )、静止挡片(6-4-3 );驱动电机(6-4-1)与静止挡片(6-4-3 )通过转接板安装于本体(6-1)上,应变式弹簧片(6-4-2)安装于驱动电机(6-4-1)上,在应变式弹簧片(6-4-2)贴有应变片;气囊式夹持器(6-5)包括:中空式转接器(6-5-1)与气囊(6-5-2);中空式转接器(6-5-1)连接气囊(6-5-2)与本体(6-1);中空式转接器(6-5-1)上设有气管转接头(6-5-3);连接本体上安装连接法兰(6-2); 同轴对位检测组件(7)包括:棱镜单元(7-1 )、相机调整机构(7-2)、相机组件(7-3)、棱镜调整机构(7-4)以及棱镜进出机构(7-5);棱镜单元(7-1)包括:分光棱镜(7-1-1)、光源(7-1-2 )以及棱镜支撑架(7-1-3 );分光棱镜(7-1-1)安装在棱镜支撑架(7-1-3 )上,其上下设置有光源(7-1-2);相机调整机构(7-2)能够进行俯仰调节与方位调节;棱镜调整机构(7-4)具有三个调整自由度;棱镜进出机构(7-5)包括:无杆气缸(7-5-1)、液压缓冲器(7-5-2)、锥销定位机构(7-5-3);液压缓冲器(7-5-2)的数量有两个,分别安装于无杆气缸(7-5-1)的两端;锥销定位机构(7-5-3)安装于无杆气缸(7-5-1)的滑块上,与支撑立柱(14)上的销孔相配合;棱镜单元(7-1)安装于棱镜调整机构(7-4)上,棱镜调整机构(7-4)安装于棱镜进出机构(7-5)的无杆气缸(7-5-1)上,相机组件(7-3)安装于相机调整机构(7-2)上; 微动平台组件(8)包括:微动平台(8-1)以及安装在其上的辅助结构(8-2);微动平台(8-1)两个一维运动平台以及一个微动转台;辅助结构(8-2)包括:包括四个阶梯式螺钉(8-2-1)、气缸A (8-2-2)、U型顶块(8-2-3)以及气缸支撑架(8-2-4);气缸A (8_2_2)安装于气缸支撑架(8-2-4)上,U型顶块(8-2-3)安装于气缸A (8-2-2)的推杆上,四个阶梯式螺钉(8-2-1)安装于气缸支撑架(8-2-4)上; 自主式装配单元(I)整体连接关系为:支撑立柱(14)安装于支撑架(9)上,搬运机械手(5)安装于支撑立柱(14)上,微夹持器组件(6)通过其连接法兰(6-2)安装于搬运机械手(5 )的前端;同轴对位检测组件(7 )中的棱镜进出机构(7-5 )安装于支撑立柱(14 )上,同轴对位检测组件(7)中的相机调整机构(7-2)、安装于支撑架(9)上;微动平台组件(8)安装于支撑架(9)箱体结构内部; 装配线辅助单元(2)包括:输送线模块(10)以及基础单元(11); 输送线模块(10)包括:推杆(10-1)、推杆支撑单元(10-2)、大行程气缸(10-3)、导轨(10-4)、随行夹具(10-5)以及限位机构(10-6); 推杆(10-1)上设有弹簧式伸缩结构;推杆支撑单元(10-2)包括:滚轮(10-2-1)以及滚轮(10-2-1)的固定架(10-2-2);导轨(10-4)上设有凹形油槽(10-4-1)、橡胶滚轮(10-4-2)以及防尘盖板(10-4-3);随行夹具(10-5)包括:夹具本体(10-5-1)以及安装于夹具本体下表面的润滑带(10-5-2);推杆(10-1)与大行程气缸(10-3)连接,推杆支撑单元(10-2)与导轨(10-4)安装于自主式装配单元(I)的支撑架(9)上,推杆(10-1)由滚轮(10-2-1)所支撑;随行夹具(10-5)通过其润滑带(10-5-2)与导轨(10-4)接触;推杆(10-1)通过其弹簧式伸缩结构推动随行夹具(10-5);限位机构(10-6)安装于导轨(10-4)的防尘盖板(10-4-3)上; 基础单元(11)包括:台面为大理石(11-1)的装配线支撑台(11-2); 上下料单元(3)包括:自动送料机构(12)以及搬运机器人(13); 自动送料机构(12)为上料单元,它包括:震动送料盘(12-1)、直线送料器(12-2)以及直线导轨(12-3);直线导轨(12-3)与震动送料盘(12-1)的出料口连接,直线送料器(12-2)配置于直线导轨(12-3)的下方用于驱动直线导轨(12-3)上工件的移动; 搬运机器人(13)为下料单元; 自主式装配单元(I )、上下料单元(3)配置于装配线辅助单元(2)的大理石(11-1)台面上。
2.如权利要求1所述的具有可重配置模块化特征的自动微装配装置,其特征在于:所述推杆(10-1)采用多节结构,每节结构间采用销钉连接;所述推杆(10-1)的节数与所述自主式装配单元(I)的数量相对应。
3.如权利要求1或2所述的具有可重配置模块化特征的自动微装配装置,其特征在于:所述限位机构(10-6)采用气缸B。
【文档编号】B81C3/00GK103787269SQ201410012368
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】张之敬, 金鑫, 张晓峰, 叶鑫, 叶志鹏, 郭涛, 李燕, 唐永龙 申请人:北京理工大学
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