天线单元组件装配装置及其采装测一体化控制系统和方法与流程

本发明涉及天线装配相关技术领域，具体涉及一种天线单元组件装配装置及其采装测一体化控制系统和方法，即面向相控阵雷达天线单元组件装配的采集、装配、测量一体化装置。

背景技术：

天线单元组件是构成相控阵雷达天线的基本结构单元与关键构件，在天线中使用数量巨大。一般由喇叭腔体、波导、法兰、射频连接器、匹配块(含插件合件)等部分组成，其中喇叭腔体呈异型腔体结构，装配过程中需要保证天线阵面上相邻喇叭腔体口沿中心的位置精度要求。

传统人工装配、检测方式难以快速、准确地获取天线单元组件装配的实际位置精度信息，无法在装配前根据已安装的天线单元组件位置偏差实时预测并选择合适的待装天线单元组件，难以进行装配过程中的精度补偿与控制，导致装配过程中经常出现组件间腔体口沿相互挤压的情况，需要反复拆装、调整天线单元组件的位置，费时费力，一次装配成功率低，且装配精度、一致性不高，相邻单元的耦合间隙也不容易达到设计要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有天线单元组件一般采用人工方式进行装配，一次装配成功率低，装配精度和一致性不高，相邻单元的耦合间隙也不容易达到设计要求等，为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供一种天线单元组件装配装置及其采装测一体化控制系统和方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种天线单元组件装配装置，包括装拆气缸、安装支架、拾取或拆卸天线单元组件的外撑组件、相机，所述安装支架上具有相互垂直的第一安装面和第二安装面，所述装拆气缸安装在所述第一安装面上，所述相机安装在所述第二安装面上且其光轴与所述第二安装面垂直，所述装拆气缸的驱动端远离所述第一安装面布置并与所述外撑组件连接以驱动所述外撑组件沿垂直于所述第一安装面的方向往复移动；所述相机用于对天线阵面上装配位置的特征进行图像采集和参数提取；所述装拆气缸能转动至所述装配位置并能驱动所述外撑组件移动完成天线单元组件在天线阵面上的安装或拆卸。

本发明的有益效果是：本发明的天线单元组件装配装置，将装拆气缸和相机集成在相互垂直的两个面上，拆装方便，当安装支架旋转时，能够减少装配过程中的运动调整量；而且本发明还能够与工业机器人或执行机构进行机械和电气的快速安装和切换，而且能够实现非接触式视觉测量方式引导工业机器人或执行机构配合装拆气缸实现天线单元组件的高精确定位与装配，确保装配精度要求。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述安装支架的旋转轴线、所述相机的光轴以及所述装拆气缸的轴线均相交于一点。

采用上述进一步方案的有益效果是：将安装支架的旋转轴线、所述相机的光轴以及所述装拆气缸的轴线均相交于一点，从而使安装支架绕自身轴线旋转180°时，装拆气缸的轴线与相机的轴线重合，可以减少装配过程中运动调整量，相当于坐标换算简化为只有轴向的平移。

进一步，所述安装支架上设有若干用于连接件通过的连接通道，所述安装支架在所述第一安装面和第二安装面交汇的位置为平面且该平面上连接有与所述安装支架同轴的快换接口。

采用上述进一步方案的有益效果是：连接通道的设置，使安装支架呈中空结构，方便设备硬件和电气连接通道，同时减轻重量，提升装置的灵活性。

进一步，所述第一安装面上设有l型装配平台，所述l型装配平台包括相互垂直连接的侧壁一和侧壁二，所述侧壁一贴合并固定在所述第一安装面上，侧壁二垂直于所述第一安装面，所述装拆气缸安装在所述侧壁一和侧壁二之间；所述第二安装面上设有l型相机平台，所述l型装配平台包括侧壁相互垂直连接的侧壁三和侧壁四，所述侧壁三贴合并固定在所述第二安装面上，侧壁四垂直于所述第二安装面，所述相机安装在所述侧壁三和侧壁四之间。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用l型装配平台和l型相机平台，能够方便装拆气缸和相机与安装支架的装配。

进一步，所述装拆气缸通过调节块一安装在所述侧壁二上并通过调节块一调节其在侧壁二上的位置；所述相机通过调节块二安装在侧壁四上并通过调节块二调节其在侧壁四上的位置；

所述调节块一固定在所述装拆气缸上且其上设有多个调节孔一，所述侧壁二上设有多个调节孔二，调整调节块一相对于侧壁二的位置，并利用重合的调节孔一和调节孔二实现调节块一与侧壁二的锁紧固定；

所述调节块二固定在相机上且其上设有多个调节孔三，所述侧壁四上设有多个调节孔四，调整调节块二相对于侧壁四的位置，并利用重合的调节孔三和调节孔四实现调节块二与侧壁四的锁紧固定。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用调节块能够调节装拆气缸和相机在l型平台上的位置。

进一步，所述外撑组件包括安装基座和若干外撑式夹爪气缸组件，所述安装基座垂直固定在所述装拆气缸的驱动端，若干所述外撑式夹爪气缸组件分别安装在所述安装基座背离所述装拆气缸的一侧面上；

所述外撑式夹爪气缸组件包括夹爪一、夹爪二和外撑气缸，所述外撑气缸的驱动方向与所述装拆气缸的驱动方向正交布置，所述夹爪一和夹爪二分别与天线单元组件内沿轮廓适配，所述外撑气缸驱动所述夹爪一相对所述夹爪二移动并以外撑方式拾取天线单元组件。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用外撑方式拾取天线单元组件，避免外撑式夹爪气缸组件与其他天线单元组件之间发生干涉碰撞，而且夹爪与天线单元组件内沿轮廓适配，能够更好的贴合和夹持薄壁型天线单元组件。

进一步，所述外撑式夹爪气缸组件为两套，且分别布置在所述安装基座对角位置；两套外撑式夹爪气缸组件的外撑气缸驱动方向相同或相反。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用对角布置的两套外撑式夹爪气缸组件，使装配力度分布均匀合理。

一种天线单元组件装配的采装测一体化控制系统，包括所述的装配装置和控制装置，所述相机用于对天线阵面上装配位置的特征进行图像采集和参数提取，获取采集信息；所述控制装置根据采集信息控制所述安装支架旋转使所述装拆气缸转动至天线阵面安装位置。

本发明的有益效果是：本发明能够实现天线单元组件自动化装配过程中的装配孔位特征的识别与提取、天线单元组件高精度夹持与装配，以及装配精度的在线检测，能够减少天线单元组件装配过程中经常出现的相邻腔口沿相互挤压的情况，提升装配精度和一致性。

进一步，还包括采点探针，所述采点探针安装在所述外撑组件上并用于采集天线阵面上非共线的至少三点；所述控制装置利用所述采点探针的采点信息确定天线阵面的位姿参数，并根据所述位姿参数调整相机姿态，使相机光轴垂直于天线阵面。

采用上述进一步方案的有益效果是：采点探针用于雷达天线阵面的接触式采点，实现天线阵面的位姿测量。

一种利用上述采装测一体化控制系统装配天线单元组件的方法，包括以下步骤：

s1，利用采点探针在天线阵面上采集非共线的至少三个点，利用三点定位原理确定天线阵面的位姿参数；

s2，根据天线阵面的位姿参数，调整相机姿态，使相机光轴垂直于天线阵面，然后对天线阵面装配位置的特征进行图像采集和参数提取，获取坐标参数；

s3，控制装置控制装拆气缸以及外撑组件拾取天线单元组件，并根据获取的坐标参数使天线单元组件转移至天线阵面的装配位置；

s4，装拆气缸推动外撑组件移动使其上的天线单元组件插装在天线阵面上，依次缩回外撑组件和装拆气缸即完成天线单元组件的装配；

s5，控制装置控制安装支架旋转，使相机光轴对准装配后的天线单元组件，相机对天线阵面上安装有天线单元组件的装配位置进行图像采集和参数提取，获得装配精度参数；

s6，对装配精度参数分析，若装配精度合格，重复s2；若装配精度不合格，控制装置控制安装支架旋转，使装拆气缸对准装配后的天线单元组件，利用装拆气缸和其上的外撑组件对不合格的天线单元组件进行拆卸，拆卸后重复s2。

本发明的有益效果是：本发明能够实现天线单元组件自动化装配过程中的阵面位姿的测量、装配孔位特征的识别与提取、天线单元组件高精度夹持与装配，以及装配精度的在线检测，能够减少天线单元组件装配过程中经常出现的相邻腔体口沿相互挤压的情况，提升装配精度、一致性。

附图说明

图1为本发明天线单元组件结构示意图；

图2为本发明天线单元组件装配装置的立体结构示意图；

图3为本发明安装支架的立体结构示意图；

图4为本发明装拆气缸伸长状态结构示意图；

图5为本发明装拆气缸缩短状态结构示意图；

图6为本发明外撑式夹爪气缸组件的结构示意图；

图7为本发明外撑式夹爪气缸组件打开状态的结构示意图；

图8为本发明外撑式夹爪气缸组件关闭状态的结构示意图；

图9为本发明相机和装拆气缸安装位置示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、装拆气缸；11、安装基座；

2、安装支架；21、第一安装面；22、第二安装面；23、连接通道；24、平面；25、快换接口；

3、天线单元组件；

4、相机；41、工业相机镜头；42、工业光源支架；43、工业光源；

5、l型装配平台；6、l型相机平台；7、调节块一；8、调节块二；

9、外撑式夹爪气缸组件；91、夹爪一；92、夹爪二；93、外撑气缸；10、采点探针。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1-图9所示，本实施例的一种天线单元组件装配装置，包括装拆气缸1、安装支架2、拾取或拆卸天线单元组件的外撑组件、相机4，所述安装支架2上具有相互垂直的第一安装面21和第二安装面22，所述装拆气缸1安装在所述第一安装面21上，所述相机4安装在所述第二安装面22上且其光轴与所述第二安装面22垂直，所述装拆气缸1的驱动端远离所述第一安装面21布置并与所述外撑组件连接以驱动所述外撑组件沿垂直于所述第一安装面21的方向往复移动；所述相机4用于对天线阵面上装配位置的特征进行图像采集和参数提取；所述装拆气缸1能转动至所述装配位置并能驱动所述外撑组件移动完成天线单元组件3在天线阵面上的安装或拆卸。

其中，所述装拆气缸1通过电磁阀通电或断电来控制其内气路流通方向，可以实现装拆气缸1的伸长和缩短运动，模拟天线单元组件3安装与拆卸动作。所述相机4为工业相机并搭载工业相机镜头41和工业光源43用于天线单元组件3装配过程中的非接触式视觉测量与定位。工业光源43通过工业光源支架42安装在工业相机镜头41上，利用工业光源43提供高亮度的照明，用于相机提取装配特征。

本实施例的天线单元组件装配装置，将装拆气缸和相机集成在相互垂直的两个面上，拆装方便，当安装支架旋转时，能够减少装配过程中的运动调整量；而且本发明还能够与工业机器人或执行机构进行机械和电气的快速安装和切换，而且能够实现非接触式视觉测量方式引导工业机器人或执行机构配合装拆气缸实现天线单元组件的高精确定位与装配，确保装配精度要求。

如图9所示，本实施例的一个优选方案为，所述安装支架2的旋转轴线、所述相机4的光轴以及所述装拆气缸1的轴线均相交于一点。其中，优选的，安装支架2的旋转轴线、光轴以及装拆气缸1的轴线这三个轴线位于同一个平面上。将安装支架的旋转轴线、所述相机的光轴以及所述装拆气缸的轴线均相交于一点，从而使安装支架绕自身轴线旋转180°时，装拆气缸的轴线与相机的轴线重合，可以减少装配过程中运动调整量，相当于坐标换算简化为只有轴向的平移。

如图3所示，本实施例的所述安装支架2上设有若干用于连接件通过的连接通道23，所述安装支架2在所述第一安装面21和第二安装面22交汇的位置为平面24且该平面24上连接有与所述安装支架2同轴的快换接口25。连接通道的设置，使安装支架呈中空结构，方便设备硬件和电气连接通道，同时减轻重量，提升装置的灵活性。

如图2-图9所示，本实施例的所述第一安装面21上设有l型装配平台5，所述l型装配平台5包括相互垂直连接的侧壁一和侧壁二，所述侧壁一贴合并固定在所述第一安装面21上，侧壁二垂直于所述第一安装面21，所述装拆气缸1安装在所述侧壁一和侧壁二之间；所述第二安装面22上设有l型相机平台6，所述l型装配平台5包括相互垂直连接的侧壁三和侧壁四，所述侧壁三贴合并固定在所述第二安装面22上，侧壁四垂直于所述第二安装面22，所述相机4安装在所述侧壁三和侧壁四之间。采用l型装配平台和l型相机平台，能够方便装拆气缸和相机与安装支架的装配。以图2中所示的装配装置的方位为例，本实施例的l型装配平台5和l型相机平台6用于安装的一侧均朝下布置，所述平面24位于第一安装面21和第二安装面22的上方。

如图2-图9所示，本实施例的所述装拆气缸1通过调节块一7安装在所述侧壁二上并通过调节块一7调节其在侧壁二上的位置；所述相机4通过调节块二8安装在侧壁四上并通过调节块二8调节其在侧壁四上的位置；所述调节块一7固定在所述装拆气缸1上且其上设有多个调节孔一，所述侧壁二上设有多个调节孔二，调整调节块一7相对于侧壁二的位置，并利用重合的调节孔一和调节孔二实现调节块一7与侧壁二的锁紧固定；所述调节块二8固定在相机4上且其上设有多个调节孔三，所述侧壁四上设有多个调节孔四，调整调节块二8相对于侧壁四的位置，并利用重合的调节孔三和调节孔四实现调节块二8与侧壁四的锁紧固定。采用调节块能够调节装拆气缸和相机在l型平台上的位置。

如图4-图9所示，本实施例的所述外撑组件包括安装基座11和若干外撑式夹爪气缸组件9，所述安装基座11垂直固定在所述装拆气缸1的驱动端，若干所述外撑式夹爪气缸组件9分别安装在所述安装基座11背离所述装拆气缸1的一侧面上；所述外撑式夹爪气缸组件9包括夹爪一91、夹爪二92和外撑气缸93，所述外撑气缸93的驱动方向与所述装拆气缸1的驱动方向正交布置，所述夹爪一91和夹爪二92分别与天线单元组件3内沿轮廓适配，所述外撑气缸93驱动所述夹爪一91相对所述夹爪二92移动并以外撑方式拾取天线单元组件3。采用外撑方式拾取天线单元组件，外撑气缸处于打开状态时，位于对角线布局的夹爪将与天线单元组件内壁紧密接触，实现天线单元组件的可靠夹持，外撑气缸处于关闭状态时，夹爪与天线单元组件脱离，实现天线单元组件的有效释放，避免外撑式夹爪气缸组件与其他天线单元组件之间发生干涉碰撞，而且夹爪与天线单元组件内沿轮廓适配，能够更好的贴合和夹持薄壁型天线单元组件。

其中，如图6-图8所示，本实施例的外撑气缸93包括气缸座和气缸本体，所述气缸座固定在安装基座11上，所述气缸本体安装在所述气缸座上，所述气缸座背离所述安装基座11的一侧面上设有滑轨，所述夹爪一91滑动连接在所述滑轨上，所述夹爪二92固定在所述气缸座上，所述气缸本体的驱动端与所述夹爪一91连接并驱动所述夹爪一91靠近或背离所述夹爪二92。

如图6所示，本实施例的所述外撑式夹爪气缸组件9为两套，且分别布置在所述安装基座11对角位置；两套外撑式夹爪气缸组件9的外撑气缸93驱动方向相同或相反。采用对角布置的两套外撑式夹爪气缸组件，使装配力度分布均匀合理。

本实施例的天线单元组件装配装置，能够与控制装置(可选用工业机器人或执行机构)配合，例如可与工业机器人末端法兰集成，实现天线单元组件自动化装配。通过非接触式视觉测量方式引导工业机器人实现天线单元组件的高精确定位与装配，确保装配精度要求；通过天线单元组件装配过程中腔体轮廓的高精度成像与轮廓线拟合，实现了高精度、快速测量与在线检测，确保产品装配过程质量信息的实时反馈，避免事后反复拆装。借助于本实施例的装配装置可以实现相控阵雷达天线阵面上天线单元组件的自动化装配工艺，首先获取阵面的位姿参数，然后在同工位切换非接触式视觉测量装置实现天线单元组件安装位置的精确定位，再在同工位切换装拆气缸实现薄壁件天线单元组件的外撑式夹持、沿天线单元组件轴线方向的下压式装配；最后切换至非接触式视觉测量装置实现装配精度检测。

实施例2

本实施例的一种天线单元组件装配的采装测一体化控制系统，包括所述的装配装置和控制装置，所述相机4用于对天线阵面上装配位置的特征进行图像采集和参数提取，获取采集信息；所述控制装置根据采集信息控制所述安装支架2旋转使所述装拆气缸1转动至天线阵面安装位置。实际上，本实施例的控制装置可选用工业机器人或执行机构。

其中，本实施例的控制系统还包括采点探针10，所述采点探针10安装在所述外撑组件上并用于采集天线阵面上非共线的至少三点；所述控制装置利用所述采点探针10的采点信息确定天线阵面的位姿参数，并根据所述位姿参数调整相机姿态，使相机4光轴垂直于天线阵面。

本实施例的控制系统，通过采点探针进行天线阵面的三点定位，实现天线阵面的位姿测量；通过外撑式夹爪气缸组件和装拆气缸能够实现薄壁件天线单元组件的内部外撑式夹持与释放、轴线方向的装配与拆卸；通过相机能够实现天线单元组件安装位置的精度定位、装配后的精度测量。本实施例的控制系统可以实现相控阵雷达天线阵面上天线单元组件的自动化装配工艺，首先利用采点探针通过三点定位原理获取阵面的位姿参数，然后在同工位切换非接触式视觉测量装置实现天线单元组件安装位置的精确定位，再在同工位切换装配装置实现薄壁件天线单元组件的夹持、沿组件轴线方向的下压式装配；最后切换至非接触式视觉测量装置实现装配精度检测。本发明专利对于天线单元组件的高精度自动化装配效果明显。本实施例对于天线单元组件的高精度自动化装配效果明显。

本实施例能够实现天线单元组件自动化装配过程中的装配孔位特征的识别与提取、天线单元组件高精度夹持与装配，以及装配精度的在线检测，能够减少天线单元组件装配过程中经常出现的相邻腔口沿相互挤压的情况，提升装配精度和一致性。采点探针用于雷达天线阵面的接触式采点，实现天线阵面的位姿测量。

实施例3

一种利用上述实施例2采装测一体化控制系统装配天线单元组件的方法，包括以下步骤：

s1，利用采点探针10在天线阵面上采集非共线的至少三个点，利用三点定位原理确定天线阵面的位姿参数；

s2，根据天线阵面的位姿参数，调整相机4姿态，使相机4光轴垂直于天线阵面，然后对天线阵面装配位置的特征进行图像采集和参数提取，获取坐标参数；

s3，控制装置控制装拆气缸1以及外撑组件拾取天线单元组件3，并根据获取的坐标参数使天线单元组件3转移至天线阵面的装配位置；

s4，装拆气缸1推动外撑组件移动使其上的天线单元组件3插装在天线阵面上，依次缩回外撑组件和装拆气缸1即完成天线单元组件3的装配；

s5，控制装置控制安装支架2旋转，使相机4光轴对准装配后的天线单元组件3，相机4对天线阵面上安装有天线单元组件3的装配位置进行图像采集和参数提取，获得装配精度参数；

s6，对装配精度参数分析，若装配精度合格，重复s2；若装配精度不合格，控制装置控制安装支架2旋转，使装拆气缸1对准装配后的天线单元组件3，利用装拆气缸1和其上的外撑组件对不合格的天线单元组件3进行拆卸，拆卸后重复s2。

本实施例能够实现天线单元组件自动化装配过程中的阵面位姿的测量、装配孔位特征的识别与提取、天线单元组件高精度夹持与装配，以及装配精度的在线检测，能够减少天线单元组件装配过程中经常出现的相邻腔体口沿相互挤压的情况，提升装配精度、一致性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。