CN110170829A - 自动装配机 - Google Patents

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龚清萍
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Abstract

本发明公开了一种自动装配机，包含：螺钉上料机(1)，用于为垂直锁丝模块(2)、侧向锁丝模块(3)提供螺钉；螺纹点胶模块(4)，用于为垂直锁丝模块(2)、侧向锁丝模块(3)提供螺纹胶；垂直锁丝模块(2)，用于从螺钉上料机(1)取走螺钉，带动螺钉在螺纹点胶模块(4)上点胶后再锁入待装配部件的垂直面上的锁孔位，完成锁丝；侧向锁丝模块(3)，用于从螺钉上料机(1)取走螺钉，带动螺钉在螺纹点胶模块(4)上点胶后再锁入待装配部件的侧面上的锁孔位，完成锁丝；推料移位模块(5)，用于将待装配部件推到工装位置上进行固定，并根据需要旋转将待装配部件。本发明能自动完成螺钉点胶和锁丝操作。

Description

自动装配机
技术领域
本发明涉及产品生产制造领域，特别涉及一种能够自动完成不同规格螺钉的排列和上料、自动完成螺钉点胶和锁丝操作的装配机。
背景技术
目前，自动化装配技术在国内外的发展和应用已非常广泛，在机械制造、电子等行业已经设计和制造出大量的类型各异的自动化生产设备。各种技术不断成熟，先进的非标设备或货架产品不断涌现。这些自动化设备的使用，在提高劳动效率和产品的质量、改善工人劳动条件、降低能源消耗、节约材料等方面均取得了显著的成效。但在航电产品整机装配领域对自动化技术的应用非常少见。航电产品的整机装配以人工操作为主，其主要原因可总结为三个方面：首先，产品复杂度高，其内部线缆排布复杂，装配工艺繁琐，很多工序应用自动化设备难以实现；其次，产品批量小，节拍化生产难以实现，自动化装配效果不明显；最后，航电产品品种多，产品差异大，自动化设备难以完成多种型号的装配。随着现代航空电子技术的发展，航电产品的可装配性不断增强，结构设计不断优化，复杂的线缆排布被可插拔式线排取代，模块设计更加标准和统一，这对整机装配提出了更高的要求，也为自动化装配技术的应用提供了契机。
通过工艺分析和装配现场跟产，螺钉上料与锁丝是最影响效率和装配质量的工序，其总用时占装配总工时数的80％以上。人工进行螺钉装配的主要困难表现在：1)螺钉和垫片很小，手工不容易保证抓取的稳定性；2)产品复杂，手动锁丝容易出现漏装、扭矩不到位等情况，甚至也可能因为疏漏在机箱内形成多余物；3)手动锁丝效率低，相比自动化作业，手动锁丝耗时多2-3倍；4)点胶量不容易控制，手动涂胶量难以有效控制，导致装配质量和一致性难以保证。
发明内容
针对上述困难，本发明的发明目的在于提出了一种自动装配机，能够自动完成不同规格螺钉的排列和上料，自动完成螺钉点胶和锁丝操作，同时具备装配过程检测和追溯功能，保证装配质量。本发明不仅可适用于航空电子产品，也可以适用于其它领域的产品中。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种自动装配机，包含螺钉上料机1、垂直锁丝模块2、侧向锁丝模块3、螺纹点胶模块4、推料移位模块5、装配机工作台7，其中：
装配机工作台7上设有框架；
螺钉上料机1安装于框架的一个侧面，用于为垂直锁丝模块2、侧向锁丝模块3提供螺钉；
螺纹点胶模块4安装于框架的底部，用于为垂直锁丝模块2、侧向锁丝模块3提供螺纹胶；
垂直锁丝模块2安装于框架上方并垂直于装配机工作台7，用于从螺钉上料机1取走螺钉，带动螺钉在螺纹点胶模块4上点胶后再锁入待装配部件的垂直面上的锁孔位，完成锁丝；
侧向锁丝模块3安装于框架的一个侧面，用于从螺钉上料机1取走螺钉，带动螺钉在螺纹点胶模块4上点胶后再锁入待装配部件的侧面上的锁孔位，完成锁丝；
推料移位模块5安装于框架的底部，用于将待装配部件推到工装位置上进行固定，并根据需要旋转待装配部件。
优选地，垂直锁丝模块2包含第一螺丝锁付机构9、第一X方向运动机构10、第一Y方向运动机构11和第一Z方向运动机构12；第一Y方向运动机构11安装在第一X方向运动机构10上，第一Z方向运动机构12安装在第一Y方向运动机构11上，第一螺丝锁付机构9安装于第一Z方向运动机构12上。
优选地，第一螺丝锁付机构9采用吸附式电批头。
优选地，第一X方向运动机构10、第一Y方向运动机构11和第一Z方向运动机构12均包含伺服电机、导轨丝杠和编码器，伺服电机驱动导轨丝杠运动，编码器完成位置记录和标定。
优选地，侧向锁丝模块3包含第二螺丝锁付机构13、第二X方向运动机构14、第二Y方向运动机构15和第二Z方向运动机构16，第二Y方向运动机构15安装在第二X方向运动机构14上，第二Z方向运动机构16安装在第二Y方向运动机构15上，第二螺丝锁付机构13安装于第二Z方向运动机构16上。
优选地，第二螺丝锁付机构13采用吹气式电批头。
优选地，第二X方向运动机构14、第二Y方向运动机构15和第二Z方向运动机构16均包含伺服电机、导轨丝杠和编码器，伺服电机驱动导轨丝杠运动，编码器完成位置记录和标定。
优选地，推料移位模块5包含直线运动机构20、转台机构21和夹持工装22，直线运动机构20采用伺服电机和导轨丝杠控制直线运动；转台机构21安装于直线运动机构20上方，采用电机和换向器实现转台绕竖直方向的转动；夹持工装22安装在转台机构21上，用于将待装配部件固定在转台上。
优选地，螺纹点胶模块4包含垂直点胶器23、水平点胶器24和点胶器基座25，垂直点胶器23与水平点胶器24相互垂直并安装在点胶器基座25上；垂直点胶器23通过活塞产生气压，利用压力挤出螺纹胶供垂直锁丝模块2使用；水平点胶器24通过活塞产生气压，利用压力挤出螺纹胶供侧向锁丝模块3使用。
优选地，自动装配机还包含装配检测模块6，装配检测模块6包括工业相机26和相机座27，工业相机26安装于相机座27上，相机座27安装于框架上，工业相机26被配置为获取装配图像并发送给后端***进行分析。
本发明的有益效果在于：
1)自动完成不同规格螺钉的排列和上料功能；
2)自动完成螺钉点胶和锁丝操作功能；
3)实现装配过程可追溯，装配数据自动保存；
4)装配过程检测功能，保证装配质量。
附图说明
图1为自动装配机的结构示意图。
图2为垂直锁丝模块的结构示意图。
图3为侧向锁丝模块的结构示意图。
图4为推料移位模块5的结构示意图。
图5为螺纹点胶模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本实施例所示的一种自动装配机，如图1所示，包括螺钉上料机1、垂直锁丝模块2、侧向锁丝模块3、螺纹点胶模块4、推料移位模块5、装配检测模块6、装配机工作台7。
装配机工作台7上设有框架，用于安装螺钉上料机1、垂直锁丝模块2、侧向锁丝模块3、螺纹点胶模块4、推料移位模块5、装配检测模块6。
螺钉上料机1安装于框架的一个侧面，用于为垂直锁丝模块2、侧向锁丝模块3提供螺钉。螺钉上料机1采用吸附式上料方案，完成螺丝输送、检测、排列工序，采用吸附式上料的优势在于可适应多种螺丝规格。吸附式上料常用的给料模式分为振动盘式给料和叶片式给料两种。叶片式给料利用旋转的叶片将物料推移和排列，具有占用空间小、噪音小等特点，同时也适用于一系列规格型号的螺钉，适应性强。叶片式螺丝排列机具有自动补料、不重复送料、自动计数、自动排异等功能。
垂直锁丝模块安装于框架上方并垂直于装配机工作台7，用于从螺钉上料机1取走螺钉，带动螺钉在螺纹点胶模块4上点胶后再锁入待装配部件的垂直面上的锁孔位，完成锁丝。垂直锁丝模块适用于所有模块和部分框架的装配工作，参见图2所示，包含第一螺丝锁付机构9、第一X方向运动机构10、第一Y方向运动机构11和第一Z方向运动机构12；第一Y方向运动机构11安装在第一X方向运动机构10上，第一Z方向运动机构12安装在第一Y方向运动机构11上，第一螺丝锁付机构9安装于第一Z方向运动机构12上。第一X方向运动机构10、第一Y方向运动机构11和第一Z方向运动机构12均包含伺服电机、导轨丝杠和编码器，伺服电机驱动导轨丝杠运动，编码器完成位置记录和标定。第一螺丝锁付机构9采用吸附式电批头。垂直锁丝模块的工作原理为：螺钉通过吸附式电批头的压缩空气产生吸附力，从螺钉上料机1取走螺钉，再在第一X方向运动机构10、第一Y方向运动机构11和第一Z方向运动机构12带动下到螺纹点胶模块4上取螺纹胶，最后定位到产品孔位上方，吸附式电批头下行自动锁进孔位，锁丝效率2秒/个左右。
侧向锁丝模块安装在框架的一个侧面，用于从螺钉上料机1取走螺钉，带动螺钉在螺纹点胶模块4上点胶后再锁入待装配部件的侧面上的锁孔位，完成锁丝。侧向锁丝模块适用于盖板、显示单元的装配工作，参见图3所示，包括第二螺丝锁付机构13、第二X方向运动机构14、第二Y方向运动机构15和第二Z方向运动机构16，第二X方向运动机构14与台面一侧平行，第二Y方向运动机构15安装在第二X方向运动机构14上，第二Z方向运动机构16安装在第二Y方向运动机构15上，第二螺丝锁付机构13安装于第二Z方向运动机构16上。第二X方向运动机构14、第二Y方向运动机构15和第二Z方向运动机构16均包含伺服电机、导轨丝杠和编码器，伺服电机驱动导轨丝杠运动，编码器完成位置记录和标定。但由于侧向锁丝模块无法从螺钉上料机中取料，因此第二螺丝锁付机构采用气吹式电批头，螺钉在空气压力下由料盒通过气管吹到批嘴下方，气吹式电批头电批下行进行自动锁螺丝操作，这种锁丝模式效率可达1秒/个。侧向锁丝模块的工作原理与垂直锁丝模块相似。
推料移位模块安装于框架的底部，是产品零部件的定位载体，用于将待装配部件推到工装位置上进行固定，并根据需要旋转待装配部件。参见图4所示，推料移位模块5包括直线运动机构20、转台机构21和夹持工装22。直线运动机构20采用伺服电机和导轨丝杠控制直线运动，实现物料从手工工位到自动化工位的移动；转台机构21安装于直线运动机构上方，采用电机和换向器实现绕竖直方向的转动，配合侧向锁丝模块利用旋转运动实现机箱四个侧面方向的锁螺丝操作；夹持工装22安装在转台上，利用气缸将待装配部件固定在转台上。
螺纹点胶模块安装于框架的底部，用于为垂直锁丝模块2、侧向锁丝模块3提供螺纹胶。参见图5所示，螺纹点胶模块包括垂直点胶器23、水平点胶器24和点胶器基座25。垂直点胶器23、水平点胶器24通过活塞产生气压，压缩气体通过塑管(同时联接气缸和注射器)进入装有粘胶的注射器中，利用压力进行点胶作业，挤出的胶量由活塞移动的距离决定，活塞移动的距离由传感器进行控制。
装配检测模块6包括工业相机26和相机座27，工业相机26安装于相机座27上，相机座27安装于装配机工作台7的框架上。
自动装配机具体操作流程如下：
1)零部件定位：推料移位模块5的直线运动机构20带动转台机构21和夹持机构22从自动装配工位到人工工位；夹持机构22松开，操作人员将待装配零部件放置于夹持机构22上，夹持机构22夹紧待装配零部件；直线运动机构20带动转台机构21从人工工位到自动装配工位，完成零部件定位。
2)垂直方向锁螺丝：垂直锁丝模块2通过第一X方向运动机构10、第一Y方向运动机构11和第一Z方向运动机构12带动第一螺丝锁付机构9运动至螺钉上料机1处，第一螺丝锁付机构9吸取螺钉上料机1的螺钉；垂直锁丝模块2通过第一X方向运动机构10、第一Y方向运动机构11和第一Z方向运动机构12带动螺丝锁付机构9运动至螺纹点胶模块4的垂直点胶器23处，通过第一Z方向运动机构12上下运动完成螺钉点胶；垂直锁丝模块2通过第一X方向运动机构10、第一Y方向运动机构11和第一Z方向运动机构12带动第一螺丝锁付机构9运动至待装配产品的孔位处的，通过第一Z方向运动机构12上下运动和旋转锁丝运动完成螺钉锁丝操作；重复执行取螺钉、点胶和锁丝操作，直至完成所有螺钉锁丝任务。
3)侧向锁螺丝：侧向锁丝模块3的吹气式电批头将螺钉吹出，通过第二X方向运动机构14、第二Y方向运动机构15和第二Z方向运动机构16带动第二螺丝锁付机构13运动至螺纹点胶模块4的水平点胶器24处，通过第二Z方向运动机构16水平直线运动完成螺钉点胶；推料移位模块5通过转台机构21的旋转，将待锁丝平面转动至与第二Z方向运动机构16垂直的位置；侧向锁丝模块3通过第二X方向运动机构14、第二Y方向运动机构15和第二Z方向运动机构16带动第二螺丝锁付机构13运动完成螺钉锁丝操作；重复执行点胶、锁丝、旋转操作，直至完成所有侧面的所有螺钉锁丝任务。
4)装配检测：装配完成后，直线运动机构20带动转台机构21从自动装配工位到人工工位；位于零部件上方的工业相机26对装配结果进行检测并留存检测数据。检测无误后人工拆卸零部件，完成装配操作。
本发明为保证自动锁螺丝过程的可靠性，设计多重保护和检测保证螺钉锁付精准。首先，螺钉自动上料机1具有计数功能，并通过特定的通信端口与上位软件连接，自动核准锁丝数量；其次，所有电批配置有扭矩传感器和滑牙、浮锁、漏锁等检测，智能控制螺丝锁付质量，对锁丝异常报警；最后，工业相机26对装配结果进行检测并留存检测数据，保证装配准确度及可追溯性。
本发明涉及的自动装配机可完成五个方向螺钉的自动上料、点胶、锁丝操作，具有结构简单、空间占用少、操作方便的特点。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动装配机，包含螺钉上料机(1)、垂直锁丝模块(2)、侧向锁丝模块(3)、螺纹点胶模块(4)、推料移位模块(5)、装配机工作台(7)，其特征在于：
装配机工作台(7)上设有框架；
螺钉上料机(1)安装于框架的一个侧面，用于为垂直锁丝模块(2)、侧向锁丝模块(3)提供螺钉；
螺纹点胶模块(4)安装于框架的底部，用于为垂直锁丝模块(2)、侧向锁丝模块(3)提供螺纹胶；
垂直锁丝模块(2)安装于框架上方并垂直于装配机工作台(7)，用于从螺钉上料机(1)取走螺钉，带动螺钉在螺纹点胶模块(4)上点胶后再锁入待装配部件的垂直面上的锁孔位，完成锁丝；
侧向锁丝模块(3)安装于框架的一个侧面，用于从螺钉上料机(1)取走螺钉，带动螺钉在螺纹点胶模块(4)上点胶后再锁入待装配部件的侧面上的锁孔位，完成锁丝；
推料移位模块(5)安装于框架的底部，用于将待装配部件推到工装位置上进行固定，并根据需要旋转待装配部件。
2.根据权利要求1所述的一种自动装配机，其特征在于垂直锁丝模块(2)包含第一螺丝锁付机构(9)、第一X方向运动机构(10)、第一Y方向运动机构(11)和第一Z方向运动机构(12)；第一Y方向运动机构(11)安装在第一X方向运动机构(10)上，第一Z方向运动机构(12)安装在第一Y方向运动机构(11)上，第一螺丝锁付机构(9)安装于第一Z方向运动机构(12)上。
3.根据权利要求2所述的一种自动装配机，其特征在于第一螺丝锁付机构(9)采用吸附式电批头。
4.根据权利要求2所述的一种自动装配机，其特征在于第一X方向运动机构(10)、第一Y方向运动机构(11)和第一Z方向运动机构(12)均包含伺服电机、导轨丝杠和编码器，伺服电机驱动导轨丝杠运动，编码器完成位置记录和标定。
5.根据权利要求1所述的一种自动装配机，其特征在于侧向锁丝模块(3)包含第二螺丝锁付机构(13)、第二X方向运动机构(14)、第二Y方向运动机构(15)和第二Z方向运动机构(16)，第二Y方向运动机构(15)安装在第二X方向运动机构(14)上，第二Z方向运动机构(16)安装在第二Y方向运动机构(15)上，第二螺丝锁付机构(13)安装在第二Z方向运动机构(16)上。
6.根据权利要求5所述的一种自动装配机，其特征在于第二螺丝锁付机构(13)采用吹气式电批头。
7.根据权利要求5所述的一种自动装配机，其特征在于第二X方向运动机构(14)、第二Y方向运动机构(15)和第二Z方向运动机构(16)均包含伺服电机、导轨丝杠和编码器，伺服电机驱动导轨丝杠运动，编码器完成位置记录和标定。
8.根据权利要求1所述的一种自动装配机，其特征在于推料移位模块(5)包含直线运动机构(20)、转台机构(21)和夹持工装(22)，直线运动机构(20)采用伺服电机和导轨丝杠控制直线运动；转台机构(21)安装于直线运动机构(20)上方，采用电机和换向器实现转台绕竖直方向的转动；夹持工装(22)安装在转台机构(21)上，用于将待装配部件固定在转台上。
9.根据权利要求1所述的一种自动装配机，其特征在于螺纹点胶模块(4)包含垂直点胶器(23)、水平点胶器(24)和点胶器基座(25)，垂直点胶器(23)与水平点胶器(24)相互垂直并安装在点胶器基座(25)上；垂直点胶器(23)通过活塞产生气压，利用压力挤出螺纹胶供垂直锁丝模块(2)使用；水平点胶器(24)通过活塞产生气压，利用压力挤出螺纹胶供侧向锁丝模块(3)使用。
10.根据权利要求1所述的一种自动装配机，其特征在于还包含装配检测模块(6)，装配检测模块(6)包括工业相机(26)和相机座(27)，工业相机(26)安装于相机座(27)上，相机座(27)安装于框架上，工业相机(26)被配置为获取装配图像并发送给后端***进行分析。
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