CN110153696A - 一种复合材料管道自动化装配装置 - Google Patents

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许家忠
高健程
尤波
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/10—Aligning parts to be fitted together
    • B23P19/102—Aligning parts to be fitted together using remote centre compliance devices

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明提出了一种复合材料管道自动化装配装置，它包括控制单元、法兰盘调姿单元和管道主体夹持单元。法兰盘调姿单元分为五部分，分别为法兰盘夹持机构、Z轴平移机构、Y轴平移机构、偏航角调姿机构和X轴平移机构。本发明通过五个移动机构的配合驱动法兰盘进行位姿调整，解决了现有管道装配设备在使用过程中管道产生内部应力，装配精度不高的问题。

Description

一种复合材料管道自动化装配装置
技术领域
本发明属于复合材料管道制造及自动控制技术领域，具体是一种复合材料管道自动化装配装置。
背景技术
在复合材料管道制造过程中，管道主体与法兰盘装配是其中重要的一环。传统的复合材料管道装配工作主要依靠人工完成，操作过程为工人采用起吊装置将复合材料管道主体和复合材料法兰盘吊起，通过工人手动调整管道主体和法兰盘的位姿，然后进行对接和涂胶来完成复合材料管道的装配。这种操作方式具有劳动强度大，精度低、效率低等缺点。针对人工操作存在的问题，可以采用专用的调姿装置进行复合材料管道的调姿以及装配工作。
现有的调姿装置有两种形式，第一种是采用三个或三个以上***，通过多个***协同运动驱动复合材料管道主体的方式进行位姿调整，但是由于每个***的运动不能完全同步，调姿精度低，并且会在管道内部产生较大的应力，导致管道主体的损坏，严重影响复合材料管道的使用寿命。
第二种形式是采用三个***，将三个***分为两个位置驱动轴和一个力驱动轴，其中位置驱动轴用于复合材料管道主体的位姿调整，力驱动轴通过安装在***上的力传感器作为反馈来补偿调姿过程中产生的应力。该***存在的问题为：力驱动轴采用力传感器作为反馈，但是力传感器的非线性较为显著，会影响调姿装置的调姿精度并且无法完全消除管道内部应力。
针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调姿精度高，调姿过程中内部应力小的复合材料管道自动化装配装置，保证复合材料管道的生产过程中有较高的良品率，并且在使用过程中有较长的使用寿命。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：将法兰盘作为位姿调整对象，通过测量单元对法兰面与管道主体的相对位姿进行测量，然后通过法兰面调姿单元进行法兰盘位置和姿态调整，法兰盘位姿调整完成后进行对接工作，完成管道装配工作。
一种复合材料管道自动化装配装置，它包括控制单元、法兰盘调姿单元、管道主体夹持单元和测量单元。
法兰盘调姿单元分为五部分，分别为分别为法兰盘夹持机构、Z轴平移机构、Y轴平移机构、偏航角调姿机构和X轴平移机构。
法兰面夹持机构包括法兰盘夹具、驱动滚轮、从动滚轮、滚转角驱动电机、光缸和Z轴连接桥架。其中驱动滚轮和从动滚轮安装在法兰盘夹具上，滚转角驱动电机安装在驱动滚轮上。进行滚转角调姿时滚转角驱动电机旋转，带动驱动滚轮旋转,最终完成法兰盘滚转角调节。
Z轴平移机构包括Z轴平移伺服缸和Z轴安装板。Z轴平移伺服缸与法兰盘夹具底部连接，Z轴平移伺服缸固定在Z轴安装板上。通过Z轴平移伺服缸的驱动可以完成法兰盘Z轴平移调节。
Y轴平移机构包括Y轴平移电机、Y轴平移导轨、Y轴平移滑块、Y轴平移丝杠Y轴安装板和Y轴光电开关。Y轴平移电机与Y轴平移丝杠连接，Y轴平移丝杠通过丝母安装座固定在Z轴安装板上。Y轴平移滑块安装在Z轴安装板底部，Y轴平移滑块与Y轴平移导轨为滑动接触，Y轴平移导轨平行安装在Y轴安装板上。通过Y轴平移电机旋转，带动Y轴平移丝杠进行旋转，由于Y轴平移丝杠与Z轴安装板底部连接，所以法兰盘可以完成Y轴平移调节。
偏航角调姿机构包括法兰型舵机和偏航角安装板。法兰型舵机底部与偏航角安装板固定，顶部与Y轴安装板固定，当法兰型舵机旋转时，可以带动法兰盘进行偏航角调节。
X轴平移机构包括X轴平移电机、X轴平移丝杠、X轴平移滑块、X轴平移导轨、X轴光电开关和设备安装坐。X轴平移电机、X轴平移导轨和X轴光电开关安装在设备安装座上，X轴平移导轨平行安装。X轴平移丝杠通过丝母安装座固定在偏航角安装板底部，X轴平移电机与X轴平移丝杠连接。X轴平移滑块安装在偏航角安装板底部，与X轴平移导轨滑动连接。通过X轴平移电机旋转，带动X轴平移丝杠进行旋转，由于X轴平移丝杠与偏航角安装板底部连接，所以法兰盘可以完成X轴平移调节。X轴光电开关用于设备限位及回参。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明所述的复合材料管道装配装置代替了传统人工操作的工作方式，提高了工作效率及良品率，降低了生产成本；
2.本发明所述的复合材料管道装配装置采用调整法兰盘位姿的方案，不会在调姿过程中产生内部应力；
3.本发明所述的法兰盘调姿单元采用分层结构，可以提升设备的可扩展度；
4.本发明所述的法兰盘调姿单元采用伺服电机驱动滚珠丝杠或滚轮带动法兰盘进行调姿动作的结构，工作过程简单，精度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为一种复合材料管道自动化装配装置的结构示意图；
图2为法兰盘调姿单元的主视图；
图3为法兰盘调姿单元的右视图。
图中：(1)控制单元、(2)法兰盘调姿单元、(3)管道主体夹持单元、(4)测量单元、(1-1)控制柜主体、(1-2)显示器、(1-3)工业键盘、(1-4)设备状态指示灯、(2-1)法兰盘夹具、(2-2)驱动滚轮、(2-3)从动滚轮、(2-4)滚转角驱动电机、(2-5)光缸、(2-6)Z轴连接桥架、(2-7)Z轴平移伺服缸、(2-8)Z轴安装板、(2-9)Y轴平移电机、(2-10)Y轴平移导轨、(2-11)Y轴平移滑块、(2-12)Y轴平移丝杠、(2-13)Y轴安装板、(2-14)Y轴光电开关、(2-15)法兰型舵机、(2-16)偏航角安装板、(2-17)X轴平移电机、(2-18)X轴平移丝杠、(2-19)X轴平移滑块、(2-20)X轴平移导轨、(2-21)X轴光电开关、(2-22)设备安装坐、(3-1)前部夹具、(3-2)后部夹具。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种复合材料自动化装配装置，它包括控制单元(1)、法兰盘调姿单元(2)、管道主体夹持单元(3)和测量单元(4)。
法兰盘调姿单元(2)与管道主体夹持单元(3)设置在同一轴线上。
控制单元(1)包括控制柜主体(1-1)、显示器(1-2)、工业键盘(1-3)和设备状态指示灯(1-4)。
法兰盘调姿单元(2)分为五部分，分别为法兰盘夹持机构、Z轴平移机构、Y轴平移机构、偏航角调姿机构和X轴平移机构。
法兰面夹持机构包括法兰盘夹具(2-1)、驱动滚轮(2-2)、从动滚轮(2-3)、滚转角驱动电机(2-4)、光缸(2-5)和Z轴连接桥架(2-6)。其中驱动滚轮(2-2)和从动滚轮(2-3)安装在法兰盘夹具(2-1)上，滚转角驱动电机(2-4)安装在驱动滚轮(2-2)上。进行滚转角调姿时滚转角驱动电机(2-4)旋转，带动驱动滚轮(2-2)旋转,最终完成法兰盘滚转角调节。
所述Z轴平移机构包括Z轴平移伺服缸(2-7)和Z轴安装板(2-8)。Z轴平移伺服缸与法兰盘夹具(2-1)底部连接，Z轴平移伺服缸(2-7)固定在Z轴安装板(2-8)上。通过Z轴平移伺服缸(2-7)的驱动可以完成法兰盘Z轴平移调节。
所述Y轴平移机构包括Y轴平移电机(2-9)、Y轴平移导轨(2-10)、Y轴平移滑块(2-11)、Y轴平移丝杠(2-12)Y轴安装板(2-13)和Y轴光电开关(2-14)。Y轴平移电机(2-9)与Y轴平移丝杠(2-12)连接，Y轴平移丝杠(2-12)通过丝母安装座固定在Z轴安装板(2-8)上。Y轴平移滑块(2-11)安装在Z轴安装板(2-8)底部，Y轴平移滑块(2-11)与Y轴平移导轨(2-10)为滑动接触，Y轴平移导轨(2-10)平行安装在Y轴安装板(2-13)上。通过Y轴平移电机(2-9)旋转，带动Y轴平移丝杠(2-12)进行旋转，由于Y轴平移丝杠(2-12)与Z轴安装板(2-9)底部连接，所以法兰盘可以完成Y轴平移调节。
所述偏航角调姿机构包括法兰型舵机(2-15)和偏航角安装板(2-16)。法兰型舵机(2-15)底部与偏航角安装板(2-16)固定，顶部与Y轴安装板(2-13)固定，当法兰型舵机(2-14)旋转时，可以带动法兰盘进行偏航角调节。
所述X轴平移机构包括X轴平移电机(2-17)、X轴平移丝杠(2-18)、X轴平移滑块(2-19)、X轴平移导轨(2-20)、X轴光电开关(2-21)和设备安装坐(2-22)。X轴平移电机(2-17)、X轴平移导轨(2-20)和X轴光电开关(2-21)安装在设备安装座(2-22)上，X轴平移导轨(2-20)平行安装。X轴平移丝杠(2-18)通过丝母安装座固定在偏航角安装板(2-16)底部，X轴平移电机(2-17)与X轴平移丝杠(2-18)连接。X轴平移滑块(2-19)安装在偏航角安装板(2-16)底部，与X轴平移导轨(2-20)滑动连接。通过X轴平移电机(2-17)旋转，带动X轴平移丝杠(2-18)进行旋转，由于X轴平移丝杠(2-18)与偏航角安装板(2-16)底部连接，所以法兰盘可以完成X轴平移调节。X轴光电开关(2-21)用于设备限位及回参。
所述管道主体夹持单元(3)包括前部夹具(3-1)和后部夹具(3-2)。前部夹具(3-1)与后部夹具(3-2)平行安装，用于夹持复合材料管道主体。
所述测量单元(4)采用单目摄像头，用于测量法兰盘与管件的相对位姿。
本申请的操作过程如下：分别将复合材料管道主体和法兰盘放置在管道主体夹持单元(3)和法兰盘调姿单元(1)上，通过测量单元(4)对法兰面与管道主体的相对位姿进行测量，然后法兰面调姿单元(2)通过五个调姿机构对法兰面进行位置和姿态调整，调姿结束后测量单元(4)再次对法兰面与管道主体的相对位姿进行测量，判断法兰面与管道主体的相对位姿是否满足对接要求，如果不满足要求则再次进行调姿，如果满足要求则进行法兰面X轴进给，完成管道装配工作。

Claims (6)

1.一种复合材料管道自动化装配装置，其特征在于，它包括控制单元(1)、法兰盘调姿单元、管道主体夹持单元和测量单元。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料管道自动化装配工作站，其特征在于，法兰盘调姿单元分为五部分，分别为分别为法兰盘夹持机构、Z轴平移机构、Y轴平移机构、偏航角调姿机构和X轴平移机构。
3.根据权利要求2所述的法兰盘调姿单元，其特征在于，法兰面夹持机构包括法兰盘夹具、驱动滚轮、从动滚轮、滚转角驱动电机、光缸和Z轴连接桥架。其中驱动滚轮和从动滚轮安装在法兰盘夹具上，滚转角驱动电机安装在驱动滚轮上。
4.根据权利要求2所述的法兰盘调姿单元，其特征在于，Z轴平移机构包括Z轴平移伺服缸和Z轴安装板。Z轴平移伺服缸与法兰盘夹具底部连接，Z轴平移伺服缸固定在Z轴安装板上。
5.根据权利要求2所述的法兰盘调姿单元，其特征在于，偏航角调姿机构包括法兰型舵机和偏航角安装板。法兰型舵机底部与偏航角安装板固定，顶部与Y轴安装板固定。
6.根据权利要求2所述的法兰盘调姿单元，其特征在于，X轴平移机构包括X轴平移电机、X轴平移丝杠、X轴平移滑块、X轴平移导轨、X轴光电开关和设备安装坐。X轴平移电机、X轴平移导轨和X轴光电开关安装在设备安装座上，X轴平移导轨平行安装。X轴平移丝杠通过丝母安装座固定在偏航角安装板底部，X轴平移电机与X轴平移丝杠连接。X轴平移滑块安装在偏航角安装板底部，与X轴平移导轨滑动连接。
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