一种托板螺母的自动化装配装置及方法与流程

1.本发明属于装配工艺，用于托板螺母的自动输送、定位、制孔/划窝、送钉和铆接。


背景技术：

2.在弹箭体壳体内壁需安装支架/支座，用于为各类仪器、仪表提供安装接口，一般支架上装配若干个游动托板螺母，起到紧固作用，托板螺母配对使用，各孔间尺寸精度要求≤0.3mm。目前支架上托板螺母底孔采用模线样板的方式钻制托板螺母底孔，托板螺母的定位采用施工螺钉，定位后人工透孔、铆接，工艺流程：支架上定位样板
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按样板钻托板螺母底孔
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用施工螺钉定位托板螺母
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按托板螺母上铆钉底孔透支架上铆钉孔
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划窝
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铆接
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拆施工螺钉
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清理多余物。
3.现有装配方式存在以下不足：(1)支架样板占用车间存储面积，且需专人管理，工人借用、装夹样板占用时间，且样板的申请制造需一定周期，不利于快速研制；(2)手工装配托板螺母效率低，工人需定位样板、定位托板螺母，孔中心的找正均耗费时间；(3)装配质量一致性较差，托板螺母均是埋头钉铆接，手工操作极易造成窝划深、支架表面铆接时出现铬伤；(4)铆接装配绿色制造模式缺失。手工气动冲击铆接方式的噪音达110～130db，且φ4铝铆钉的铆接冲击力大约为35kn，且随着直径和材料硬度的增大而增大，对操作人员手腕、胳膊关节冲击较大。因工作环境、铆接噪声大，给操作人员身心健康产生较大影响。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决手工装配托板螺母的质量一致性差、效率低、装配绿色制造模式缺失的缺点，提供一种托板螺母的自动化装配系统及方法，采用5个系统进行自动化装配：支架自动化调姿与输送系统、自动透孔划窝系统、托板螺母预装配及自动拧紧系统、自动送钉铆接系统和施工螺钉自动化拆卸系统，自动化装配过程中无需支架样板，减少了装配与人力成本，省却了车间空间，节省了装配时间，利于支架的快速研制。
5.本发明的技术方案是：一种托板螺母的自动化装配装置，包括为支架自动化调姿与输送系统，自动透孔划窝系统，托板螺母预装配及自动拧紧系统，自动送钉铆接系统，施工螺钉自动化拆卸系统；所述托板螺母预装配及自动拧紧系统、自动透孔划窝系统、自动送钉铆接系统、施工螺钉自动化拆卸系统依次沿直线布置，实现流水线作业；
6.支架自动化调姿与输送系统位于托板螺母预装配及自动拧紧系统、自动透孔划窝系统、自动送钉铆接系统、施工螺钉自动化拆卸系统这四个系统所呈直线的旁边，用于实现支架自动抓取、各工位支架调姿、各工位间支架输送；
7.自动透孔划窝系统用于实现支架上托板螺母底孔钻制、支架上托板螺母铆接孔透孔划窝；
8.托板螺母预装配及自动拧紧系统用于实现托板螺母自动上料、施工螺钉的自动送钉并拧紧；
9.自动送钉铆接系统用于实现自动送铆钉至铆接孔并自动完成铆接；
10.施工螺钉自动化拆卸系统用于实现施工螺钉的自动拧松拆除。
11.所述支架自动化调姿与输送系统包括机器人第七轴、支架抓取执行器、协助机器人和支架物料盒；机器人第七轴固定在地面上，行程满足托板螺母预装配及自动拧紧系统、自动透孔划窝系统、自动送钉铆接系统、施工螺钉自动化拆卸系统这四个系统工作需求；协助机器人通过直线导轨在机器人第七轴上移动，支架抓取执行器固定在协助机器人的末端，支架物料盒放置在机器人第七轴旁边，用于放置支架产品，协助机器人带动支架抓取执行器到支架物料盒处抓取支架；
12.所述自动透孔划窝系统位于托板螺母预装配及自动拧紧系统和自动送钉铆接系统之间，包括视觉系统和数控机床；视觉系统位于数控机床上，用于识别支架外形尺寸及托板螺母上的铆钉底孔；数控钻床固定在地面上，主轴可沿竖直方向上下移动，实现支架底孔钻制、铆接孔透孔划窝。
13.所述托板螺母预装配及自动拧紧系统作为流水线布局的开始，位于自动透孔划窝系统之前，包括托板螺母物料盒、螺钉送钉机、托板螺母自动上料机器人、自动拧紧设备和视觉设备；自动拧紧设备固定在地面上，用于将施工螺钉拧紧在支架上；托板螺母自动上料机器人位于托板螺母物料盒与自动拧紧设备之间，托板螺母自动上料机器人从托板螺母物料盒处抓取托板螺母，将托板螺母固定在支架内表面；螺钉送钉机位于自动拧紧设备旁，用于为自动拧紧设备自动输送施工螺钉，满足托板螺母在支架上的预装配；视觉设备固定在自动拧紧设备上，用于识别支架上的托板螺母底孔。
14.所述自动送钉铆接系统位于自动透孔划窝系统和施工螺钉自动化拆卸系统之间，用于实现支架上铆钉的自动铆接，包括铆钉送钉柜、视觉设备、自动铆接设备和自动送钉设备；自动铆接设备固定在地面上，视觉设备安装在自动铆接设备的铆接末端，铆钉送钉柜放置在自动铆接设备旁边，通过铆钉输送管道与自动送钉设备相连，再由自动送钉设备将铆钉送至支架的托板螺母铆钉孔内；自动送钉设备配合铆钉送钉柜实现铆钉自动送钉，自动铆接设备实现自动铆接，视觉设备实现铆接孔定位；
15.所述施工螺钉自动化拆卸系统位于自动送钉铆接系统的下游，包括自动拧松设备和视觉设备；自动拧松设备固定在地面上，视觉设备安装在自动拧松设备上自动拧松设备实现施工螺钉的自动拧松拆卸，视觉设备实现施工螺钉位置定位。
16.一种托板螺母的自动化装配方法，步骤如下：
17.1)协助机器人带动支架抓取执行器在机器人第七轴上移动至支架物料盒，支架抓取执行器从支架物料盒内抓取支架，使得支架外表面向上；
18.2)协助机器人带动支架移动至自动拧紧设备处，视觉设备识别托板螺母底孔大小及位置尺寸；
19.3)托板螺母自动上料机器人完成托板螺母上料；
20.4)螺钉送钉机根据视觉设备识别的托板螺母底孔的大小自动选择相应规格尺寸的施工螺钉，根据识别的位置配合协助机器人和托板螺母自动上料机器人准确将施工螺钉拧紧在支架上；托板螺母与支架完成预连接；
21.5)协助机器人将支架运输至自动透孔划窝系统处完成铆钉孔的透孔划窝；
22.6)协助机器人在机器人第七轴上移动使得支架运输至自动送钉铆接系统处，视觉
设备识别支架上铆钉底孔的大小和位置，自动送钉设备根据识别的铆钉底孔的大小和位置从铆钉送钉柜内选择合格规格的铆钉送至支架铆钉孔内，自动铆接设备进行铆钉的压铆铆接；托板螺母与支架的铆接连接完成；
23.7)协助机器人在机器人第七轴上移动使得支架运输至施工螺钉自动化拆卸系统处，视觉设备识别施工螺钉的位置，自动拧松设备根据识别的闻之完成施工螺钉的自动拧松拆卸；协助机器人六个关节运动使得支架运至合适位置，抓取执行器松开支架，完成一个支架的自动化铆接装配。
24.所述步骤3)的具体过程为：
25.托板螺母自动上料机器人从托板螺母物料盒内取出托板螺母，根据视觉设备识别的托板螺母底孔位置将托板螺母送至支架内表面，使得托板螺母螺纹孔与支架上的托板螺母底孔同心。
26.所述步骤6)的具体过程为：协助机器人在机器人第七轴上移动使得支架运输至自动透孔划窝系统处，协助机器人六个关节运动使得支架翻身，内表面向上，视觉系统识别托板螺母上的铆钉底孔，根据识别的底孔位置数控机床从托板螺母上向支架透孔；协助机器人六个关节运动使得支架翻身，外表面向上；视觉系统识别支架上的铆钉孔，根据识别的铆钉孔数控机床对支架上的孔划窝。
27.当支架上没有托板螺母底孔时，步骤2)之前还包括协助机器人将支架送至数控钻床钻制托板螺母底孔：协助机器人带动支架抓取执行器及支架在机器人第七轴上移动将支架送至自动透孔划窝系统，视觉系统识别支架外形尺寸，根据托板螺母孔理论尺寸及支架外形尺寸偏差，用数控机床钻制托板螺母底孔。
28.本发明与现有技术相比的优点在于：
29.(1)较于传统装配工艺，该工艺在装配过程无需支架样本，节省车间储存空间，节省人工管理成本，提升装配效率，利于快速研制。
30.(2)较于传统装配工艺，该工艺提升了装配质量与质量一致性，避免了手工装配造成划窝深、铆接时支架表面划伤的现象。
31.(3)较于传统装配工艺，装配过程无需人工参与，消除了手工铆接对操作人员身心健康的影响。
32.(4)本发明通过协作机器人与机器人第七轴实现支架的流转，激光轮廓扫描实现支架信息数字量协调，协作机器人实现支架的智能抓取与调姿。实现了托板螺母的自动输送、定位、制孔/划窝、送钉和铆接，保证装配质量的同时提高装配效率，采用自动化钻孔/压铆方式降低噪音,减少了工人劳动强度，有效支撑了我国型号任务的研制和批产。
附图说明
33.图1为线性工艺布局图；
34.图2为圆形工艺布局图；
35.图3为托板螺母自动装配系统原理图。
36.图4为支架自动化调姿与输送系统原理图。
37.图5为自动透孔划窝系统原理图。
38.图6为托板螺母预装配及自动拧紧系统。
39.图7为支架自动化调姿与输送系统原理图。
40.图8为施工螺钉自动化拆卸系统。
具体实施方式
41.下面结合附图1-8及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
42.本发明装置包括：支架自动化调姿与输送系统1、自动透孔划窝系统2、托板螺母预装配及自动拧紧系统3、自动送钉铆接系统4和施工螺钉自动化拆卸系统5。
43.自动化调姿与输送系统1实现支架自动抓取、各工位支架调姿、各工位间支架输送，自动透孔划窝系统2实现支架上托板螺母底孔钻制、支架上托板螺母铆接孔透孔划窝，托板螺母预装配及自动拧紧系统3实现托板螺母自动上料、施工螺钉的自动送钉并拧紧，自动送钉铆接系统4实现自动送铆钉至铆接孔并自动完成铆接，施工螺钉自动化拆卸系统5实现施工螺钉的自动拧松拆除。
44.支架自动化调姿与输送系统1包括机器人第七轴1.1、支架抓取执行器1.2、协助机器人1.3和支架物料盒1.4；机器人第七轴1.1固定在地面上，行程满足托板螺母预装配及自动拧紧系统3、自动透孔划窝系统2、自动送钉铆接系统4、施工螺钉自动化拆卸系统5这四个系统工作需求；协助机器人1.3通过直线导轨在机器人第七轴1.1上移动，支架抓取执行器1.2固定在协助机器人1.3的末端，支架物料盒1.4放置在机器人第七轴1.1旁边，用于放置支架产品，协助机器人1.3带动支架抓取执行器1.2到支架物料盒1.4处抓取支架；
45.自动透孔划窝系统2位于托板螺母预装配及自动拧紧系统3和自动送钉铆接系统4之间，包括视觉系统2.1和数控机床2.2；视觉系统2.1位于数控机床2.2上，用于识别支架外形尺寸及托板螺母上的铆钉底孔；数控钻床2.2固定在地面上，主轴可沿竖直方向上下移动，实现支架底孔钻制、铆接孔透孔划窝。
46.托板螺母预装配及自动拧紧系统3作为流水线布局的开始，位于自动透孔划窝系统2之前，包括托板螺母物料盒3.1、螺钉送钉机3.2、托板螺母自动上料机器人3.3、自动拧紧设备3.4和视觉设备3.5；自动拧紧设备3.4固定在地面上，用于将施工螺钉拧紧在支架上；托板螺母自动上料机器人3.3位于托板螺母物料盒3.1与自动拧紧设备3.4之间，托板螺母自动上料机器人3.3从托板螺母物料盒3.1处抓取托板螺母，将托板螺母固定在支架内表面；螺钉送钉机3.2位于自动拧紧设备3.4旁，用于为自动拧紧设备3.4自动输送施工螺钉，满足托板螺母在支架上的预装配；视觉设备3.5固定在自动拧紧设备3.4上，用于识别支架上的托板螺母底孔。
47.自动送钉铆接系统4位于自动透孔划窝系统2和施工螺钉自动化拆卸系统5之间，用于实现支架上铆钉的自动铆接，包括铆钉送钉柜4.1、视觉设备4.2、自动铆接设备4.3和自动送钉设备4.4；自动铆接设备4.3固定在地面上，视觉设备4.2安装在自动铆接设备4.3的铆接末端，铆钉送钉柜4.1放置在自动铆接设备4.3旁边，通过铆钉输送管道与自动送钉设备4.4相连，再由自动送钉设备4.4将铆钉送至支架的托板螺母铆钉孔内；自动送钉设备4.4配合铆钉送钉柜4.1实现铆钉自动送钉，自动铆接设备4.3实现自动铆接，视觉设备4.2实现铆接孔定位；
48.施工螺钉自动化拆卸系统5位于自动送钉铆接系统4的下游，包括自动拧松设备5.1和视觉设备5.2；自动拧松设备5.1固定在地面上，视觉设备5.2安装在自动拧松设备5.1
上自动拧松设备5.1实现施工螺钉的自动拧松拆卸，视觉设备5.2实现施工螺钉位置定位。
49.对于支架上没有托板螺母底孔的装配工艺流程为：协助机器人从支架物料盒抓取支架
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协助机器人将支架送至数控钻床钻制托板螺母底孔
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协助机器人将支架送至自动拧紧设备
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托板螺母自动上料机器人完成托板螺母上料
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施工螺钉送钉与拧紧，托板螺母与支架完成预连接
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协助机器人将支架送至数控钻穿完成铆接孔透孔划窝
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协助机器人将支架送至自动送钉铆接设备完成自动送钉与铆接，托板螺母与支架连接完成
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协助机器人将支架送至自动拧松设备完成施工螺钉拆卸
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协助机器人将成品放至成品物料盒。
50.对于支架上有托板螺母底孔的装配工艺流程为：协助机器人从支架物料盒抓取支架
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协助机器人将支架送至自动拧紧设备
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托板螺母自动上料机器人完成托板螺母上料
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施工螺钉送钉与拧紧，托板螺母与支架完成预连接
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协助机器人将支架送至数控钻穿完成铆接孔透孔划窝
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协助机器人将支架送至自动送钉铆接设备完成自动送钉与铆接，托板螺母与支架连接完成
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协助机器人将支架送至自动拧松设备完成施工螺钉拆卸
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协助机器人将成品放至成品物料盒。
51.下面结合附图详细说明工艺流程：
52.1)协助机器人从支架物料盒抓取支架：协助机器人1.3带动支架抓取执行器1.2在机器人第七轴1.1上移动至支架物料盒1.4，支架抓取执行器1.2从支架物料盒1.4内抓取支架，使得支架外表面向上。
53.2)协助机器人将支架送至数控钻床钻制托板螺母底孔：协助机器人1.3带动支架抓取执行器1.2及支架在机器人第七轴1.1上移动将支架送至自动透孔划窝系统2，视觉系统2.1识别支架外形尺寸，根据托板螺母孔理论尺寸及支架外形尺寸偏差，用数控机床2.2钻制托板螺母底孔。
54.3)协助机器人将支架送至自动拧紧设备：协助机器人1.3带动支架移动至自动拧紧设备3.4处，视觉设备3.5识别托板螺母底孔大小及位置尺寸。
55.4)托板螺母自动上料机器人完成托板螺母上料：托板螺母自动上料机器人3.3从托板螺母物料盒3.1内取出托板螺母，根据视觉设备3.5识别的托板螺母底孔位置将托板螺母送至支架内表面，使得托板螺母螺纹孔与支架上的托板螺母底孔同心。
56.5)施工螺钉送钉与拧紧：螺钉送钉机3.2根据视觉设备3.5识别的托板螺母底孔的大小自动选择相应规格尺寸的施工螺钉，根据识别的位置配合协助机器人1.3和托板螺母自动上料机器人3.3准确将施工螺钉拧紧在支架上。托板螺母与支架完成预连接。
57.6)协助机器人将支架运输至自动透孔划窝系统处完成铆钉孔的透孔划窝：协助机器人1.3在机器人第七轴1.1上移动使得支架运输至自动透孔划窝系统2处，协助机器人1.3六个关节运动使得支架翻身，内表面向上，视觉系统2.1识别托板螺母上的铆钉底孔，根据识别的底孔位置数控机床2.2从托板螺母上向支架透孔。协助机器人1.3六个关节运动使得支架翻身，外表面向上。视觉系统2.1识别支架上的铆钉孔，根据识别的铆钉孔数控机床2.2对支架上的孔划窝。
58.7)协助机器人将支架送至自动送钉铆接设备完成自动送钉与铆接：协助机器人1.3在机器人第七轴1.1上移动使得支架运输至自动送钉铆接系统4处，视觉设备4.2识别支架上铆钉底孔的大小和位置，自动送钉设备4.4根据识别的铆钉底孔的大小和位置从铆钉送钉柜内选择合格规格的铆钉送至支架铆钉孔内，自动铆接设备4.3进行铆钉的压铆铆接。
托板螺母与支架的铆接连接完成。
59.8)协助机器人将支架送至自动拧松设备完成施工螺钉拆卸：协助机器人1.3在机器人第七轴1.1上移动使得支架运输至施工螺钉自动化拆卸系统5处，视觉设备5.2识别施工螺钉的位置，自动拧松设备5.1根据识别的闻之完成施工螺钉的自动拧松拆卸。协助机器人1.3六个关节运动使得支架运至合适位置，抓取执行器1.2松开支架，完成一个支架的自动化铆接装配。
60.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。