CN219633068U - 螺栓视觉定位工装及螺栓拧紧设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械装配工具，具体公开了一种螺栓视觉定位工装及螺栓拧紧设备，该螺栓视觉定位工装包括支架，所述支架上可移动地安装有拍照识别待拧紧螺栓的特征点中心位置的相机，所述支架上沿着所述相机的拍照方向安装有改变光线偏转方向的光线投射装置，以能够将所述待拧紧螺栓的特征点中心位置通过所述光线投射装置的反射给所述相机进行拍照定位。本实用新型螺栓视觉定位工装能够在在较小的安装空间内，实现螺栓的精确拧紧，节省了大量的操作空间，提高了生产的便捷性。

Description

螺栓视觉定位工装及螺栓拧紧设备

技术领域

本实用新型涉及机械装配工具，具体地，涉及一种螺栓视觉定位工装及螺栓拧紧设备。

背景技术

在机械领域，涉及很多零部件的装配，而螺栓作为重要的紧固件的一种，大量用于各个零件装配工序，将各个部件之间稳定连接，以往一般通过人工将螺栓安装在零件内，或者使用电动拧紧设备进行螺栓的装配，随着机械化的普及，机器代替人工进行螺栓装配成为了一种趋势。

在回转支承结构类产品工件的装配过程中，螺栓的定位很重要，传统地，一般采用视觉检测方式对螺栓进行定位，视觉检测方式传统的需要较大的安装空间，具体地，工业智能相机及光源与回转支承结构类产品被拍摄特征点之间具有一定的距离要求，需要足够的安装空间，但是，回转支承结构类产品工件可用空间相对较小，因此，在狭窄空间内往往在待拧紧螺栓特征点同一方向上安装工业智能相机及光源比较困难，在一些特殊的场合，甚至会出现无法安装的现象，导致螺栓无法精确的拧紧，影响正常的生产。

有鉴于此，需要提供一种螺栓视觉定位工装，以解决或缓解上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型一方面所要解决的技术问题是提供一种螺栓视觉定位工装，该视觉定位工装能够在较小的安装空间操作内，实现螺栓的精确拧紧，提高了生产的便捷性。

本实用新型另一方面所要解决的技术问题是提供一种螺栓拧紧设备，该螺栓拧紧设备能够在较小的安装空间操作内，实现螺栓的精确拧紧，提高了生产的便捷性。

为了解决上述技术问题，本实用新型一方面提供一种螺栓视觉定位工装，包括支架，所述支架上可移动地安装有拍照识别待拧紧螺栓的特征点中心位置的相机，所述支架上沿着所述相机的拍照方向安装有改变光线偏转方向的光线投射装置，以能够将所述待拧紧螺栓的特征点中心位置通过所述光线投射装置的反射给所述相机进行拍照定位。

优选地，所述光线投射装置为棱镜、反射镜或投射透镜组。

优选地，所述支架上安装有调整所述相机拍照时光线亮度的光源。

优选地，所述支架上安装有导轨滑块机构和气缸，所述气缸的伸缩件和所述导轨滑块机构的滑块连接，以能够通过所述气缸的伸缩驱动所述导轨滑块机构的滑块沿着导轨滑动，所述相机、所述光源以及所述光线投射装置安装在所述滑块上。

优选地，所述导轨滑块机构上还设置有限制所述滑块脱离所述导轨的限位块。

优选地，还包括用于对所述相机拍摄到所述待拧紧螺栓特征点中心位置进行计算并获取偏差值的图像处理模块。

优选地，还包括控制器，所述控制器与所述图像处理模块和所述气缸信号连接。

优选地，所述光源和所述相机的中心同轴布置。

优选地，所述光线投射装置安装有防尘装置。

本实用新型另一方面提供一种螺栓拧紧设备，包括上述技术方案中任一项所述的螺栓视觉定位工装。

优选地，所述支架安装在螺栓拧紧工装上，以能够通过所述螺栓拧紧工装的升降带动所述相机以及所述光线投射装置上下移动。

通过上述技术方案，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型螺栓视觉定位工装，包括支架，支架上可移动地安装有拍照识别待拧紧螺栓的特征点中心位置的相机，支架上沿着相机的拍照方向安装有改变光线偏转方向的光线投射装置，光线投射装置能够对光线偏转一定的角度，相机可以拍摄到不在同一方向上安装的待拧紧螺栓的特征点中心位置，如此，即使具有回转支承结构的工件空间较为狭小，也能够实现对待拧紧螺栓的定位，保证了螺栓拧紧质量的同时也提高了生产的便捷性。

附图说明

图1是本实用新型螺栓视觉定位工装的结构示意图；

图2是本实用新型螺栓视觉定位工装的俯视结构示意图；

图3是本实用新型螺栓视觉定位工装安装在螺栓拧紧工装上的结构示意图；

图4是本实用新型螺栓视觉定位工装待拧紧螺栓以及螺栓视觉相机拍照定位编号的示意图。

附图标记说明

1、支架；2、光源；3、相机；4、待拧紧螺栓；5、光线投射装置；6、导轨滑块机构；7、视觉基准点中心线；8、待拧紧螺栓拍照中心线；9、套筒；10、特殊头；11、螺栓拧紧工装；12、回转支承结构工件；13、螺栓拧紧补偿工装。14、螺栓拧紧旋转工装。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

首先需要说明的是，在下文的描述中为清楚地说明本实用新型的技术方案而涉及的一些方位词，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量，因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或更多个所述特征。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。

本实用新型提供了一种螺栓视觉定位工装，参见图1至图4所示，包括支架1，支架1上可移动地安装有拍照识别待拧紧螺栓4的特征点中心位置的相机3，支架1上沿着相机3的拍照方向安装有改变光线偏转方向的光线投射装置5，以能够将待拧紧螺栓4的特征点中心位置通过光线投射装置5的反射给相机3进行拍照定位。

需要说明的是，本实用新型螺栓视觉定位工装可以应用在具体的螺栓拧紧设备上，相机3可移动地安装在支架1上，用于识别待拧紧螺栓4的特征点位置，在沿着相机3的拍照方向安装有改变光线偏转方向的光线投射装置5，这里，光线投射装置5可以为棱镜、反射镜或投射透镜组，棱镜通常使用反射的原理将待拧紧螺栓4的特征点中心位置信息反射一定的角度反馈给相机3进行拍照；反射镜的通常使用电子束射到待拧紧螺栓4的表面，待拧紧螺栓4的表面会发生电子反射，散射和透射现象，将待拧紧螺栓4的特征点中心位置信息反馈给相机3；投射透镜组利用光的折射原理将待拧紧螺栓4的特征点中心位置信息反馈给相机3，如设置多个透镜，组成一种投射透镜组，通过多个透镜依次对光线的传播方向进行折射并逐步改变光线的传播方向，使得能够将待拧紧螺栓4的特征点中心位置信息反馈给相机3，光线投射装置5优选为棱镜，光线投射装置5可以通过卡扣卡设在支架1上，也可以通过螺栓固定在支架1上，利用反射或折射原理，光线投射装置5将待拧紧螺栓4的特征点中心位置信息偏转90°后反馈给相机3进行拍照定位，缩减了螺栓视觉定位工装的安装空间，如图2所示，为了方便描述，建立坐标系，设定沿回转支承结构的径向的方向为X方向，在水平面内，垂直于回转支承结构的径向的方向为Y方向；在相机3对待拧紧螺栓4的特征点中心位置进行拍照后，得到视觉基准点中心线7与待拧紧螺栓拍照中心线8之间沿径向方向的偏差值△x以及视觉基准点中心线7与待拧紧螺栓拍照中心线8之间垂直于径向方向的偏差值△y，将△x和△y代入公式f(△x，△y)，计算得到螺栓拧紧补偿工装13移动的补偿值S，在本实用新型中，以待拧紧螺栓为20颗为例进行说明，参照图4，其中，α表示相邻待拧紧螺栓的等分角度，a1-a10表示待拧紧螺栓编号，b1-b10表示待拧紧螺栓相机拍照定位编号，拍照及拧紧螺栓的顺序为；(b1，a1)，(b2，a2)…(b10，a10)，以待拧紧螺栓a1为例，其补偿值为Sa1，Sa1＝f(△Y/sinφ-△Y/tanφ+△X+△x1，△y1)，其中，△X表示视觉定位工装原点与套筒中心基准点沿径向方向初始固定偏差值；△Y表示视觉定位工装原点与套筒中心基准点沿垂直于径向方向固定偏差值；△x1表示视觉基准点中心线7与待拧紧螺栓a1拍照中心线8之间沿径向方向的偏差值；△y1视觉基准点中心线7与待拧紧螺栓a1拍照中心线8之间垂直于径向方向的偏差值；φ表示视觉定位工装原点与套筒中心基准点相对设备回转圆心固定偏差角度值，当完成待拧紧螺栓a1的拧紧后，依次再进行待拧紧螺栓a2-a10的拧紧，视觉定位工装原点是指视觉基准点中心线7落在光线投射装置5倾斜面上的交点，套筒中心基准点是指图2所示的套筒的中心点。然后，螺栓拧紧补偿工装13根据计算得到的补偿值S进行相应的移动，在螺栓拧紧旋转工装14的作用下，螺栓拧紧补偿工装13先绕螺栓拧紧旋转工装14的旋转轴线，旋转到螺栓视觉定位工装之前所在位置，然后，根据△Y/sinφ-△Y/tanφ+△X+△x的计算结果，沿X方向移动对应的距离，再根据△y值，沿Y方向移动对应的距离，从而使特殊头10上安装的套筒9的轴线方向与待拧紧螺栓4的轴线方向对齐，接着，朝着待拧紧螺栓4方向运动，使套筒9套在待拧紧螺栓4，施加一定的扭矩将待拧紧螺栓4紧固在回转支承结构工件12上，如此，保证了螺栓拧紧质量的同时也提高了生产的便捷性。由于套筒9的内部形状和待拧紧的外形相匹配，一定程度上，在扭矩传递过程中，可以起到防止螺栓打滑的作用，保证待拧紧螺栓4的正常装配，当完成其中一对螺栓的拧紧后，拧紧旋转工装旋转一定的角度，进行另一对螺栓的拧紧。

进一步地，支架1上安装有调整相机3拍照时光线亮度的光源2。需要说明的是，光源2可以为市场上常用的发光装置，在发光装置的外壳上设置有遮光罩，遮光罩保证了发光的集中性，光源2在相机3需要拍照时，可以给拍摄区域打光，如果没有光源2，相机3从下往上进行拍照时，光线相对较暗，相机3拍照不清楚，影响待拧紧螺栓4的特征点中心位置的判断，优选地，光源2为蓝光，可以规避环境光的影响，相机3和光源2的安装位置相对固定，在安装前，需要先进行调试，保证在光源2的照射下，相机3可以拍到清晰的待拧紧螺栓4的特征点中心位置数据信息。优选地，光源2和相机3的中心同轴布置，这样能够在最大程度上保证拍照的精确度。

进一步地，支架1上安装有导轨滑块机构6和气缸，气缸的伸缩件和导轨滑块机构6的滑块连接，以能够通过气缸的伸缩驱动导轨滑块机构6的滑块沿着导轨滑动，相机3和光源2安装在滑块上。需要说明的是，支架1由型钢制备而成，具有足够的刚度和稳定性，为了保证气缸工作的可靠性，一般通过螺栓连接或者焊接的方式将气缸固定在支架1上，为了保证具有足够的驱动力，气缸的数量可以为2个或者多个，气缸的伸缩件和导轨滑块机构6的滑块连接，滑块安装在导轨上，各导轨之间的相对位置应平行，以保证相机3在横向的拍照精度，作为导轨滑块机构6的一种实施例，可以通过螺栓将导轨固定在支架1上，导轨内开有设凹槽，滑块在导轨内的凹槽内滑动，相机3和光源2可以通过螺栓连接或者卡扣连接在滑块上，工作中，需要实时监控相机3和光源2的运行情况，需要强调的是，导轨滑块机构6上还设置有限制滑块脱离导轨的限位块，限位块通过螺栓安装在导轨的两侧端部，起到防止滑块脱离导轨的作用，当滑块长时间运行时，导轨内会积聚有灰尘或者杂物，此时，需要将限位块拆卸，对导轨内的灰尘或者杂物进行清理。

进一步地，螺栓视觉定位工装还包括用于对相机3拍摄到待拧紧螺栓4特征点中心位置进行计算并获取偏差值的图像处理模块。需要说明的是，相机3在拍照得到待拧紧螺栓4的特征点中心位置后，将特征点中心位置数据反馈给图形处理模块，得到△x和△y，由于图形处理模块与控制器和气缸信号连接，当视觉定位工装得到△x和△y后，气缸驱动滑块上的相机3收缩，然后，螺栓拧紧旋转工装14旋转一定的角度S1，S1的计算公式为：S1＝π(△Y/tanφ-△X)φ/180°，接着，将△x和△y代入公式S＝f(△Y/sinφ-△Y/tanφ+△X+△x，△y)，计算得到螺栓拧紧补偿工装13沿X方向和Y方向移动的补偿值S，螺栓拧紧补偿工装13根据计算得到的补偿值S进行相应的运动，使特殊头10上安装的套筒9的轴线方向与待拧紧螺栓4的轴线方向对齐，套筒9按照一定的扭矩将待拧紧螺栓4紧固在回转支承结构工件12内。

进一步地，光线投射装置5上安装有防尘装置。需要说明的是，光线投射装置5在长期的使用过程中，其镜片表面容易粘附灰尘或者杂物，将直接影响视觉基准点中心线7与待拧紧螺栓拍照中心线8之间的偏差值△x和△y的计算精度，在光线投射装置5上加一个防尘装置可以起到防止灰尘粘附的作用，优选地，防尘装置可以为防尘罩，视觉定位工装不工作的时候，将防尘罩覆盖在光线投射装置5上，在防尘装置上还可以设置有吹气嘴，吹气嘴和气管连接，在视觉定位工装使用前，启动气泵，通过气管和吹气嘴对光线投射装置5表面的灰尘进行清理，保证其表面的清洁度。

作为本实用新型的一个相对优选的实施方式，参照图1-4，提供一种视觉定位工装，包括支架1，支架1上通过螺栓安装有导轨滑块机构6和气缸，气缸的伸缩件和导轨滑块机构6的滑块连接，滑块上安装有拍照识别待拧紧螺栓4的特征点中心位置的相机3和调整相机3拍照时光线亮度的光源2，光源2和相机3的中心同轴布置，导轨滑块机构6沿着相机3的拍照方向的两侧的端部设置有限制滑块脱离导轨的限位块，在支架1沿着相机3的拍照方向安装有改变光线偏转方向的光线投射装置5，光线投射装置5上安装有防尘装置，视觉定位工装还包括对待拧紧螺栓4特征点中心位置进行计算并获取偏差值的图像处理模块，图像处理模块和控制器信号连接。

工作时，通过气缸伸缩件的伸缩驱动滑块沿着导轨运动，运动到适当的距离后，打开光源2，相机3利用光线投射装置5将待拧紧螺栓4的特征点中心位置信息偏转90°进行拍照定位，相机3将拍摄到的待拧紧螺栓4的特征点中心位置信息反馈给图形处理模块，图形处理模块利用其内部的算法计算得到视觉基准点中心线7与待拧紧螺栓拍照中心线8间的位置偏差值△x和△y，然后，螺栓拧紧旋转工装14旋转一定的角度S1，接着将△x和△y代入公式f(△x，△y)，得到螺栓拧紧补偿工装13沿X方向和Y方向的补偿值S，螺栓拧紧补偿工装13根据计算得到的补偿值S进行相应的运动，使特殊头10上安装的套筒9的轴线方向与待拧紧螺栓4的轴线方向对齐，套筒9按照一定的扭矩将待拧紧螺栓4紧固在回转支承结构工件12内，由于光线投射装置5可以将待拧紧螺栓4的特征点中心位置信息偏转90°后输送给相机3，因此，缩减了螺栓视觉定位工装的安装空间，保证了螺栓拧紧质量的同时也提高了生产的便捷性。

此外，在实用新型一种螺栓视觉定位工装的基础上，本实用新型还提供了一种螺栓拧紧设备，该拧紧设备包括支架1，支架1上安装有导轨滑块机构6和气缸，气缸的伸缩件和导轨滑块机构6的滑块连接，滑块上安装有相机3和调整相机3拍照时光线亮度的光源2，支架1沿着相机3的拍照方向安装有改变光线偏转方向的光线投射装置5，这样，通过气缸伸缩件的伸缩驱动滑块沿着导轨运动，运动到适当的距离后，打开光源2，相机3利用光线投射装置5将待拧紧螺栓4的特征点中心位置信息偏转90°进行拍照定位，优选地，支架1移动安装在螺栓拧紧工装11上，螺栓拧紧工装11上下升降可以带动相机3以及光线投射装置5上下移动，从而实现从不同的高度对待拧紧螺栓4进行拍照定位。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (11)

1.一种螺栓视觉定位工装，其特征在于，包括支架(1)，所述支架(1)上可移动地安装有拍照识别待拧紧螺栓(4)的特征点中心位置的相机(3)，所述支架(1)上沿着所述相机(3)的拍照方向安装有改变光线偏转方向的光线投射装置(5)，以能够将所述待拧紧螺栓(4)的特征点中心位置通过所述光线投射装置(5)的反射给所述相机(3)进行拍照定位。

2.根据权利要求1所述的螺栓视觉定位工装，其特征在于，所述光线投射装置(5)为棱镜、反射镜或投射透镜组。

3.根据权利要求1所述的螺栓视觉定位工装，其特征在于，所述支架(1)上安装有调整所述相机(3)拍照时光线亮度的光源(2)。

4.根据权利要求3所述的螺栓视觉定位工装，其特征在于，所述支架(1)上安装有导轨滑块机构(6)和气缸，所述气缸的伸缩件和所述导轨滑块机构(6)的滑块连接，以能够通过所述气缸的伸缩驱动所述导轨滑块机构(6)的滑块沿着导轨滑动，所述相机(3)、所述光源(2)以及所述光线投射装置(5)安装在所述滑块上。

5.根据权利要求4所述的螺栓视觉定位工装，其特征在于，所述导轨滑块机构(6)上还设置有限制所述滑块脱离所述导轨的限位块。

6.根据权利要求4所述的螺栓视觉定位工装，其特征在于，还包括用于对所述相机(3)拍摄到所述待拧紧螺栓(4)特征点中心位置进行计算并获取偏差值的图像处理模块。

7.根据权利要求6所述的螺栓视觉定位工装，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述图像处理模块和所述气缸信号连接。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的螺栓视觉定位工装，其特征在于，所述光源(2)和所述相机(3)的中心同轴布置。

9.根据权利要求2至7中任一项所述的螺栓视觉定位工装，其特征在于，所述光线投射装置(5)上安装有防尘装置。

10.一种螺栓拧紧设备，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的螺栓视觉定位工装。

11.根据权利要求10所述的螺栓拧紧设备，其特征在于，所述支架(1)安装在螺栓拧紧工装(11)上，以能够通过所述螺栓拧紧工装(11)的升降带动所述相机(3)以及所述光线投射装置(5)上下移动。