一种用于自动钻铆机器人的对刀装置及其对刀方法与流程

本发明涉及一种对刀装置，具体涉及一种用于自动钻铆机器人的对刀装置及其对刀方法。

背景技术：

在飞机自动化钻铆作业中，由于待加工孔种类多、数量大等特点，自动钻孔系统需要通过更换不同刀具对工件进行钻孔加工。在更换加工刀具之后需要进行对刀，获得当刀具刀尖点到达压力脚平面时电主轴所在的位置，在此基础上设置相应的刀具长度补偿之后才能进行钻孔，由此可见，对刀作为钻孔过程中必不可少的环节，其精度直接影响到孔的加工质量，尤其影响孔的锪窝深度精度，最终影响铆接质量和产品的连接强度。

目前常用对刀方法，例如手动对刀法（试切对刀法）、对刀仪对刀法（机械对刀法）和自动对刀法（光学对刀法）一般都是针对数控机床的。其中对刀仪对刀法因其精度高，是目前数控机床使用最多的对刀方法，由于数控机床自身的重复定位精度足够高，可达2~5μm，采用对刀仪对刀法可以获得很高的对刀精度。在飞机装配自动钻铆机器人中，通常也采用对刀仪对刀法，由于制孔末端执行器空间狭小，对刀仪无法直接安装在制孔末端执行器上面，只能将对刀仪安装在机器人本体之外的位置上，通常安装在刀库本体上。通过示教点位，机器人末端执行器每次对刀时都到达对刀仪前方的同一个位置后将刀具伸出执行对刀操作，同时，使用激光跟踪仪将此位置下压力脚平面与对刀仪平面之间的距离测量出来，才能计算出当刀尖点到达压力脚平面时电主轴所在的位置，但由于机器人的重复定位精度较低，通常为50~80μm，使得对刀仪与机器人末端执行器的相对位置精度没有保证，这就导致对刀精度无法满足要求，另外，对刀仪的对刀面与刀具轴线有严格的垂直度要求，通常机床可以达到所要求的垂直度，而工业机器人难以移动到一个固定位置，刀具轴线与对刀面的垂直度无法保证，同时，使用激光跟踪仪测量距离也会引入误差，这些都直接影响到最终的对刀精度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于自动钻铆机器人的对刀装置及其对刀方法，该对刀装置结构简单、拆装方便，采用柔性结构可以自动保证对刀仪与机器人末端执行器间的相对位置精度和对刀仪的对刀面与刀具轴线间的垂直度，采用限位装置可避免对刀仪移动过后而损坏，对刀前，不需要精准地示教机器人的点位，对工人的操作要求低，使用操作便捷。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种用于自动钻铆机器人的对刀装置，包括对刀仪，对刀仪套接在套筒中，套筒的左右端面平行且套筒的右端面与对刀仪的对刀面齐平，套筒下方安装有气嘴，气体通过气嘴喷向对刀仪的对刀面，套筒的左端面通过柔性结构连接在直角支架的竖板上，直角支架的横板固定在转接板上，对刀装置通过转接板与刀库本体相连接。

进一步地，所述对刀仪套设在套筒中，对刀仪的对刀面与套筒的右端面共面，对刀仪的底座延伸出套筒并通过内六角圆柱头螺钉与套筒左端面锁紧固定。

进一步地，所述气嘴通过十字槽圆柱螺钉配合垫片锁紧固定在套筒下方，所述气嘴内部开设有气道，所述气道入口通过气管接头外接气管，并通过电磁阀控制吹气，所述气道出口垂直向上贴近对刀仪的对刀面，在对刀前，高压气流通过气嘴由气道出口喷出，将对刀仪对刀面表面的灰尘和碎屑等清理干净，避免对对刀精度造成影响。

进一步地，所述套筒底部开设有排屑槽，方便灰尘和碎屑等的排出。

进一步地，所述柔性结构为波纹管联轴器，所述波纹管联轴器左端通过第一销轴固定连接在直角支架的竖板上，所述波纹管联轴器右端通过第二销轴固定连接在套筒的左端面上，所述第一销轴采用内六角紧定螺钉与直角支架紧固，所述第二销轴采用内六角紧定螺钉与套筒紧固。

进一步地，所述波纹管联轴器总共有四个，均布于套筒的左端面圆周上。

进一步地，所述套筒上安装有限位装置，所述限位装置限定对刀仪在随套筒移动过程中始终位于直角支架的竖板右侧。

进一步地，所述限位装置为三个限位螺栓，三个限位螺栓均布于套筒的上半圆周并配合螺母锁紧固定，所述限位螺栓与直角支架竖板之间间距小于对刀仪与直角支架竖板之间间距，避免自动钻铆机器人的压力脚对刀位置过于靠后时对刀仪与直角支架碰撞而损坏。

进一步地，所述直角支架通过内六角圆柱头螺钉与转接板相连接，所述转接板上开设有固定孔，所述转接板通过固定孔配合锁紧件与刀库本体相连接。

本发明还提供了上述用于自动钻铆机器人的对刀装置的对刀方法，包括以下步骤：

s1、将对刀装置和刀库本体通过转接板固定连接，将气嘴的气道入口通过气管接头外接气管，并通过电磁阀控制吹气，检查确保气嘴和相关的信号传输畅通；

s2、对机器人末端执行器进行点位示教：第一个点位为机器人末端执行器移动到对刀仪前方18～22mm处的位置，第二个点位为机器人末端执行器压力脚平面与套筒右端面贴合后再往前进给2～3mm的位置，保证压力脚平面与套筒右端面紧密贴合；

s3、机器人末端执行器更换需要进行对刀的刀具，按照步骤s2中示教过的点位顺序运动；

s4、待第二个示教点位行走完毕之后，打开电磁阀，高压气流通过气嘴由气道出口喷出，将对刀仪的对刀面清理干净；

s5、刀具以50～200mm/min的速度缓慢伸出，当刀具的刀尖点触碰到对刀仪的对刀面时，对刀仪发送信号给系统，此时系统控制刀具停止运动并获取电主轴所在的位置。

本发明具有以下有益效果：

1）本发明的对刀装置结构配置简单，相较于在机床上安装对刀仪，本发明对安装精度的要求低，无需使用激光跟踪仪测量距离，装配简单，易于维护；

2）本发明的对刀装置将对刀仪套接在套筒中且套筒右端面与对刀仪对刀面相齐平，套筒采用柔性结构连接在直角支架上，自动钻铆机器人的压力脚平面压在套筒右端面上时，由于套筒左端安装的柔性结构具有一定弹性，使得套筒右端面能与机器人压力脚平面完全贴合，在整个对刀过程中，由于压力脚平面和套筒右端面紧紧贴合，省去了激光跟踪仪测量压力脚平面与对刀仪平面之间距离，消除激光跟踪仪的测量误差，同时，即使在机器人的重复定位精度很差的情况下，压力脚平面和套筒右端面的紧贴也保证了对刀仪与机器人末端执行器间的相对位置精度和对刀仪的对刀面与刀具轴线间的垂直度，消除了机器人重复定位精度差所带来的影响，提高了钻铆机器人对刀精度和一致性；

3）本发明的对刀装置在套筒上还安装有限位装置，该限位装置限定对刀仪在对刀过程中始终位于直角支架右侧，避免自动钻铆机器人的压力脚对刀位置过于靠后时对刀仪与直角支架碰撞而损坏；

4）本发明的套筒下方设置气嘴，高压气流通过气嘴由气道出口喷出，可将对刀仪对刀面表面的灰尘和碎屑等清理干净，避免对对刀精度造成影响；

5）本发明采用柔性结构可以自动保证对刀仪与机器人末端执行器间的相对位置精度和对刀仪的对刀面与刀具轴线间的垂直度，在对刀之前，不需要精准地示教机器人的点位，对工人的操作要求低，使用操作便捷。

附图说明

图1为本发明的用于自动钻铆机器人的对刀装置结构示意图；

图2为图1的对刀仪与套筒连接示意图；

图3为图2的套筒结构示意图；

图4为本发明的用于自动钻铆机器人的对刀装置剖视图；

图5为本发明的用于自动钻铆机器人的对刀装置的对刀示意图；

图6为实施例2的对刀仪与本发明对刀装置的十次对刀试验折线图，其中，横坐标为对刀试验次数，纵坐标为刀具刀尖点到达机器人末端执行器压力脚平面时电主轴运动到的位置。

其中的附图标记为：对刀仪1、套筒2、排屑槽2-1、气嘴3、柔性结构4、直角支架5、转接板6、内六角圆柱头螺钉7、十字槽圆柱螺钉8、垫片9、第一销轴10、第二销轴11、内六角紧定螺钉12、限位装置13、螺母14、压力脚15、刀具16、电主轴17。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

实施例1

如图1～4所示，一种用于自动钻铆机器人的对刀装置，包括对刀仪1，对刀仪1套接在套筒2中，套筒2的左右端面平行且套筒2的右端面与对刀仪1的对刀面齐平，对刀仪1的底座延伸出套筒2并通过内六角圆柱头螺钉7与套筒2左端面锁紧固定，气嘴3通过十字槽圆柱螺钉8配合垫片9锁紧固定在套筒2下方，气嘴3内部开设有气道，气道入口通过气管接头外接气管，并通过电磁阀控制吹气，气道出口垂直向上贴近对刀仪1的对刀面，在对刀前，高压气流通过气嘴3由气道出口喷出，将对刀仪1对刀面表面的灰尘和碎屑等清理干净，避免对对刀精度造成影响，套筒2底部开设有排屑槽2-1，方便灰尘和碎屑等的排出，套筒2的左端面通过柔性结构4连接在直角支架5的竖板上，柔性结构4采用波纹管联轴器，波纹管联轴器总共有四个，均布于套筒2的左端面圆周上，波纹管联轴器左端通过第一销轴10固定连接在直角支架5的竖板上，波纹管联轴器右端通过第二销轴11固定连接在套筒2的左端面上，其中，第一销轴10采用内六角紧定螺钉12与直角支架5紧固，第二销轴11采用内六角紧定螺钉12与套筒2紧固，安装的四个波纹管联轴器使套筒2具有一定的弹性，在对刀时，自动钻铆机器人的压力脚15平面压在对刀装置的套筒2右端面上时，套筒2右端面可与机器人压力脚15平面完全贴合，消除了机器人重复定位精度差和激光跟踪仪测量误差所带来的影响，直角支架5的横板通过内六角圆柱头螺钉7锁紧固定在转接板6上，转接板6上开设有固定孔，转接板6通过固定孔配合锁紧件与刀库本体相连接，套筒2上还安装有限位装置，该限位装置13采用三个限位螺栓，三个限位螺栓均布于套筒2的上半圆周并配合螺母14锁紧固定，限位螺栓与直角支架5竖板之间间距小于对刀仪1与直角支架5竖板之间间距，可避免自动钻铆机器人的压力脚15对刀位置过于靠后时对刀仪1与直角支架5碰撞而损坏。

实施例2

实施例1所述用于自动钻铆机器人的对刀装置的对刀方法，包括以下步骤：

s1、将对刀装置和刀库本体通过转接板6固定连接，将气嘴3的气道入口通过气管接头外接气管，并通过电磁阀控制吹气，检查确保气嘴3和相关的信号传输畅通；

s2、对机器人末端执行器进行点位示教：第一个点位为机器人末端执行器移动到对刀仪1前方18～22mm处的位置，第二个点位为机器人末端执行器压力脚15平面与套筒2右端面贴合后再往前进给2～3mm的位置，保证压力脚15平面与套筒2右端面紧密贴合；

s3、机器人末端执行器更换需要进行对刀的刀具16，按照步骤s2中示教过的点位顺序运动；

s4、待第二个示教点位行走完毕之后，打开电磁阀，高压气流通过气嘴3由气道出口喷出，将对刀仪1的对刀面清理干净；

s5、刀具16以50～200mm/min的速度缓慢伸出，如图5所示，当刀具16的刀尖点触碰到对刀仪1的对刀面时，对刀仪1发送信号给系统，此时系统控制刀具16停止运动并获取电主轴17所在的位置；

s6、相应的测量数据记录下来，后续钻孔加工之前对刀具16进行相应的刀具长度补偿，工业机器人运行速度为30%，对同一把刀具分别采用现有对刀仪（blumz-nanoir）和本发明的对刀装置进行十次对刀实验，获取当刀具16刀尖点到达机器人末端执行器压力脚15平面时电主轴17运动到的位置；

如表1所示，通过十次对刀实验数据对比，发现本发明对刀装置获得的对刀数据的精确度和一致性均优于对刀仪对刀。

表1对刀仪与用于自动钻铆机器人的对刀装置的对刀试验数据

本实施例中，通过柔性结构4（四个波纹联轴器）使对刀仪1具有良好的柔性，自动钻铆机器人的压力脚15平面可与套筒2右端面完全贴合，不仅保证了对刀仪1与机器人末端执行器间的相对位置精度，也保证了对刀仪1的对刀面与刀具轴线间的垂直度，无需激光跟踪仪测量距离，精度高、速度快；另外，通过在套筒上设置限位装置13，保障了在对刀过程中对刀仪1的安全性，避免对刀仪1与直角支架5碰撞而损坏；安装在套筒2下方的气嘴3，使对刀仪1对刀表面能够保持清洁，且套筒2下方开设的排屑槽2-1有利于灰尘和碎屑的排出，消除其所带来的对刀误差；综上，本发明能够解决由于机器人重复定位精度差等导致的对刀精度差问题，消除了机器人重复定位精度和激光跟踪仪测量误差对刀具16长度补偿精度所带来的影响，保证了自动钻铆机器人的对刀精度和对刀一致性。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。