专利名称：螺栓装配顺序控制方法
技术领域：
本发明涉及一种装配过程的质量控制方法，具体是一种机械部件装配过程的螺栓装配顺序控制方法。用于机械装配技术领域。
背景技术：
发动机、油泵是汽车工业中的重要部件。在发动机的气缸盖、油泵的轴盖板(或前壳)的装配过程中，对重要螺栓、螺母的拧紧扭矩都有明确的规定范围，同时，对拧紧过程的拧紧顺序也有严格要求。在装配生产过程中，对重要螺栓、螺母拧紧时的扭矩和拧紧顺序的精确控制，是保证产品性能和装配质量的关键。
经对现有技术文献的检索中，尚未发现与本发明主题相同或者类似的文献报道。目前，螺栓(或螺母)的拧紧扭矩控制是通过定扭矩的电动或气动拧紧工具实现，对于有多个螺栓(或螺母)并要求按照一定装配拧紧顺序的螺栓手工装配过程，螺栓装配顺序的控制方法是在装配工艺中严格规定了具体的拧紧顺序，由装配人员按照这个顺序来依次完成，这种方法虽然简便，但拧紧顺序完全由装配人员人为控制，难免会出现错、漏现象，无法实现过程质量控制，不适应现代工业化批量生产的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种螺栓装配顺序控制方法，使其对部件装配过程的螺栓拧紧顺序进行直接控制，可实现完全自动控制装配过程中螺栓的拧紧顺序和拧紧扭矩，整个拧紧过程独立于操作者的主观操作，达到客观、准确、快速的效果；无需复杂机构或设备。具有螺栓位置的确认和顺序控制重复精度高、生产效率高、经济实用等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用两个装在各自旋转关节上的角度位移传感器和一个装在伸缩杆上的线位移传感器，当三个传感器随各自与之相连的机械机构移动时产生各自的位移量，根据该产生的位移量，从而得到某一空间点的X-Y-Z坐标值，依据某一产品多个螺栓的空间坐标系中各自坐标点，按照装配工艺要求设定装配顺序，比照螺栓的空间坐标值而达到螺栓装配的顺序控制目的。
所述的两个角度位移传感器可以采用角位移传感器，也可以采用线位移精密电位器作为螺栓空间位置确认的信号传感元件。
对于多个螺栓且有螺栓拧紧顺序要求的装配过程，根据工艺要求规定不同的螺栓拧紧顺序。本发明对螺栓拧紧顺序的控制是以螺栓拧紧空间位置的确认来保证的，拧紧扭矩则通过拧紧工具自身的扭矩设定装置与控制器的通讯来实现控制。具体如下1)拧紧顺序的设置通过空间位置确认和测定系统以示教方式，按照工艺要求来设定，并通过程序实现控制。在某一产品螺栓装配第一件时，将由上述三个传感器组成的设备移至产品上方，按所设计的装配顺序要求，分别对产品上所有螺栓对应的空间坐标值进行确认，再将各确认值储存在程序控制软件中，从第二件装配时，其装配顺序则自动按所储存的控制顺序进行。
2)一旦螺栓装配顺序确认，当完成第一螺栓装配后，控制程序自动提示下一个螺栓的空间坐标位置，如果出现以下情况中的任意一种，①不按照所提示的空间坐标位置进行螺栓装配，②拧紧扭矩未能达到工艺要求所设定的规定扭矩，③同一位置重复操作等情况时，程序控制系统会报警，提示出错，并锁定设备不能进行后续的螺栓装配工作直至完成规定的工艺要求。
3)螺栓装配在正确完成控制程序中所规定的所有装配工作，拧紧位置、拧紧顺序和拧紧扭矩全部符合装配工艺要求后，控制程序系统会提示装配完成，并允许产品移出本装配工位。
当螺栓拧紧工具的工作位置处于第一个工作点时，由螺栓拧紧空间位置确认和测定系统判定，若符合工艺规定的位置，拧紧工具自动在螺栓上方3～5mm时开始工作，当拧紧扭矩达到工艺要求后，拧紧工具自动停止工作，并提示继续下一个工作点的拧紧操作。
本发明具有显著的优点，(1)机械结构简单，可根据拧紧工作点的分布和精度要求选择不同精度的传感器，保证良好的性价比。(2)根据不同的作业面采用相应的回转臂和支杆结构，扩大操作范围；对于较分散的螺栓拧紧位置，无须站地面积较大的设备即可实现拧紧工作。(3)整个拧紧过程可靠、准确，独立于操作者的主观操作，最大限度地避免了因人为误操作造成装配质量问题出现的可能性。(4)操作简便迅速，适合于生产线大批量生产过程质量控制。
图1本发明实施例设备结构示意2油泵壳体的螺栓装配顺序控制方法示意3齿轮箱盖板螺栓装配顺序控制方法示意图具体实施方式
结合本发明方法的内容，以及附图1、2、3提供本发明的具体实施例，实施例使用的设备如附图1所示，主要部分包括回转支架11、回转接头10、回转臂9和角度位移传感器1组成的回转机构；铰接头7、角度位移传感器2组成的铰接转动机构；支杆5、活塞缸4、线位移传感器3、螺栓拧紧工具6组成的垂直上下运动机械机构。
1)在回转机构中，回转臂9通过一个销轴与设备支架上的回转臂9的销孔连接实现螺栓拧紧工具沿X-Y平面上第一级转动，与回转臂9连接的销轴上装有一个凸出转动臂销孔上方的齿轮，通过一根同步带8连动装在角度位移传感器1上的齿轮，角度位移传感器在转动臂上。当销轴转动时，角度位移传感器1的传感信号亦相应变化，从而可以获得第一级X-Y平面任一点的空间坐标值。
2)在铰接自动机构中，铰接头7通过一个销轴与回转臂9的销孔连接，实现螺栓拧紧工具沿X-Y平面上第二级转动。与铰接头7连接的销轴上装有一个凸出铰接头上方的齿轮，通过一根同步带8连动装在角度位移传感器2轴上的齿轮，角度位移传感器2装在回转臂的臂杆上。当销轴转动时，角度位移传感器2的传感信号亦相应变化，从而可以获得转动范围内的第二级X-Y平面任一点的空间坐标值。
3)在上下垂直运动机构中，拧紧工具6夹紧块通过两个支杆与铰接机构销轴连接，并成平行四边形；在两个支杆5中间装有一个活塞缸4，活塞缸4一端与平行四边形支杆结构一端的销轴连接，随支杆5运动而同步运动，活塞缸4另一端与支杆5连接一个线性位移传感器3，该线性传感器另一端与支杆结构另一端的销轴连接，随拧紧工具上下运动而同步运动。当拧紧工具6作上下运动时，带动线性位移传感器3作伸缩运动，从而可以获得上下范围内拧紧工具Z方向上的空间坐标值。
4)由角度位移传感器、线性位移传感器组成的螺栓拧紧位置确认系统，由于每一个姿态时得到的相对与绝对坐标系的位移向量是唯一的，因而可实现三维空间的工作点位置的确认和测定。平行四边形的支杆结构保证拧紧工具始终与工作平面相垂直。活塞缸可以是汽缸组成，当拧紧工具移至上下范围内任一点时，汽缸内气压作用可以保证拧紧工具处于平衡停止状态。
以下为本发明具体实施例内容实施例1如图2所示，油泵壳体与油泵泵体有8个螺栓需要按工艺要求顺序拧紧1)示教设定在产品的螺栓装配第一件时，将油泵泵体放置在专用工装上，将油泵壳体(待拧紧工件)按要求装配在油泵泵体上，手工将8个螺栓预旋进螺栓孔内3～5个齿。依据装配工艺的螺栓拧紧顺序要求，依次设定螺栓拧紧顺序的空间位置和设定工艺要求的扭矩状态，示教设定程序储存在控制程序中。
2)螺栓拧紧顺序控制在完成示教设定后，从第二件开始，可以按要求进行顺序控制，将拧紧工具依次移至各工作点，拧紧工具自动在各符合要求的工作点开始工作，必须按照如图中1→2→3→4→5→6→7→8→9的顺序方可完成所有8个工作点的操作，系统提示整个拧紧工作完成。
实施例2图3中的齿轮箱箱体与齿轮箱盖板有5个螺栓需要按工艺要求顺序拧紧1)示教设定在产品的螺栓装配第一件时，将齿轮箱箱体放置在专用工装上，将齿轮箱盖板(待拧紧工件)按要求装配在油泵泵体上，手工将5个螺栓预旋进螺栓孔内3～5个齿。依据装配工艺的螺栓拧紧顺序要求，依次设定螺栓拧紧顺序的空间位置和设定工艺要求的扭矩状态，示教设定程序储存在控制程序中。
2)螺栓拧紧顺序控制在完成示教设定后，从第二件开始，可以按要求进行顺序控制，将需要拧紧的齿轮箱箱体与装配好的齿轮箱盖板移至拧紧工位，将拧紧工具依次移至各工作点，拧紧工具自动在各符合要求的工作点开始工作，必须按照如图中1→2→3→4→5→6的顺序方可完成所有5个工作点的操作，系统提示整个拧紧工作完成。
实施所用的机械结构简单，对于较分散的螺栓拧紧位置，无须站地面积较大的设备即可实现拧紧工作，整个拧紧过程可靠、准确，独立于操作者的主观操作，操作简便迅速，适合于生产线大批量生产过程质量控制。
权利要求
1.一种螺栓装配顺序控制方法，其特征在于，采用两个装在各自旋转关节上的角度位移传感器和一个装在伸缩杆上的线位移传感器，当三个传感器随各自与之相连的机械机构移动时产生各自的位移量，根据该产生的位移量得到某一空间点的X-Y-Z坐标值，依据某一产品多个螺栓的空间坐标系中各自坐标点，按照装配工艺要求设定装配顺序，比照螺栓的空间坐标值而达到螺栓装配的顺序控制目的。
2.如权利要求1所述的螺栓装配顺序控制方法，其特征是，所述的两个角度位移传感器或者采用线位移精密电位器作为螺栓空间位置确认的信号传感元件。
3.如权利要求1所述的螺栓装配顺序控制方法，其特征是，对于多个螺栓且有螺栓拧紧顺序要求的装配过程，螺栓拧紧顺序的控制通过空间位置确认和测定系统以示教方式，按照工艺要求来设定，拧紧扭矩则通过拧紧工具自身的扭矩设定装置与控制器的通讯来实现控制。
4.如权利要求3所述的螺栓装配顺序控制方法，其特征是，所述的螺栓拧紧顺序的控制和拧紧扭矩的控制，具体如下1)在某一产品螺栓装配第一件时，将由上述三个传感器组成的设备移至产品上方，按所设计的装配顺序要求，分别对产品上所有螺栓对应的空间坐标值进行确认，再将各确认值储存在程序控制软件中，从第二件装配时，其装配顺序则自动按所储存的控制顺序进行；2)一旦螺栓装配顺序确认，当完成第一螺栓装配后，控制程序自动提示下一个螺栓的空间坐标位置，如果不按照所提示的空间坐标位置进行螺栓装配，则程序控制系统会报警，并锁定设备不能进行后续的螺栓装配工作；3)螺栓装配在正确完成控制程序中所规定的所有装配工作，拧紧位置、拧紧顺序和拧紧扭矩全部符合装配工艺要求后，控制程序系统会提示装配完成，并允许产品移出本装配工位。
5.如权利要求4所述的螺栓装配顺序控制方法，其特征是，当螺栓拧紧工具的工作位置处于第一个工作点时，由螺栓拧紧空间位置确认和测定系统判定，若符合工艺规定的位置，拧紧工具自动在螺栓上方3～5mm时开始工作，当拧紧扭矩达到工艺要求后，拧紧工具自动停止工作，并提示继续下一个工作点的拧紧操作。
6.如权利要求4所述的螺栓装配顺序控制方法，其特征是，所述的不按照所提示的空间坐标位置进行螺栓装配，具体是指出现以下情况中的任意一种，①不按照所提示的空间坐标位置进行螺栓装配，②拧紧扭矩未能达到工艺要求所设定的规定扭矩，③同一位置重复操作时。
全文摘要
一种机械装配技术领域的螺栓装配顺序控制方法，采用两个装在各自旋转关节上的角度位移传感器和一个装在伸缩杆上的线位移传感器，当三个传感器随各自的机械机构移动时产生位移量，从而得到某一空间点的X－Y－Z坐标值，依据某一产品多个螺栓的空间坐标系中各自坐标点，按照装配工艺要求设定装配顺序，比照螺栓的空间坐标值而达到螺栓装配的顺序控制目的。对于多个螺栓且有螺栓拧紧顺序要求的装配过程，螺栓拧紧顺序的控制通过空间位置确认和测定系统以示教方式设定，拧紧扭矩通过拧紧工具的扭矩设定装置与控制器的通讯来实现控制。本发明机械结构简单，适用性广泛，整个拧紧控制过程可靠、准确，操作简便迅速，适合于生产线大批量生产过程质量控制。
文档编号B25B23/00GK1632704SQ20041008926
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月9日 优先权日2004年12月9日
发明者孔谅, 俞海良, 毛敏, 黄奇伟, 杨建夫, 徐政 申请人:上海交通大学, 上海电装燃油喷射有限公司, 上海九段精密机电科技有限公司