CN101213050A - 用于工件传送机构的量规和夹具组件 - Google Patents

Abstract

一种用于直接测量工件特征的量规和夹具组件。该组件适合于连接到移送机构，例如机械手，并且包括具有夹具和量规的头部。所述夹具适合于利用爪或者其它装置举升和保持工件，所述量规适合于在工件由夹具保持的同时直接测量工件的特征。

Description

用于工件传送机构的量规和夹具组件

技术领域

本发明大体上涉及工件的测量，尤其是涉及上述工件的处理和测量。

背景技术

通常，在工位(“机床站”)上根据材料成型操作，圆柱形工件或者具有圆柱形部分的工件要经过车削、镗孔、铣削、磨削、抛光、挤出或者其它处理以获得要求的直径。在将工件释放以便随后组装到产品中之前，需要对工件进行测量以确定直径(内径或外径)或其它尺寸(例如工件的长度)是否在容许公差的范围之内。

对于此类测量有几种公知的方法。测量可以在“加工过程中”实施，此时正在进行车削、磨削或磨光。可替换的方法包括从机床站上取下工件，将其固定到测量站上。在测量站，量规与工件啮合并测量所需的尺寸。如果工件在容许公差的范围内，则将工件从测量站取下，接受该工件并将其转送到另一个站以执行下一步工作，随后组装到产品中或者进一步转送。另一测量工件的方法包括当工件处于机床站时测量该工件。为了实现此目的，需要暂时停止机加工，读取量规数据。后一种方法的缺点在于：在生产周期内用于执行测量操作的时间长。

考虑到上述情况，很明显，在加工过程中进行测量不够实际或者不太可能，因此需要一种测量组件和方法，它们在执行测量功能的同时能够减少或者最小化测量对整个生产周期的影响。

发明内容

为了满足上述要求，同时为了克服所列举的相关技术的缺陷和其他不足，本发明提供了用于执行测量功能的组件和方法，同时消除了测量步骤对整个生产周期的影响。

为了达到上述目的，应用本发明原理的组件具有量规和夹具组件，共同位于末端执行器内，该末端执行器连接到机械手的腕或其它部分。该机械手本身可以是底座位置固定的类型或者是可移动的龙门架式类型。利用本发明，可以在夹持工件(例如在最初拾取未加工的工件或者从机床站取下加工的工件)与随后在生产过程中的下一站从组件上释放工件之间的任意时刻随时进行测量。在此，在此时间段，工件被定义位输送中。因此，测量可以发生在工件被组件夹持的同时，但是也可以发生在静止时、通过所述组件在站间以恒速移动、以加速移动或以减速移动时。此外，测量为对工件的直接测量。

通过结合附图和权利要求书阅读随后的描述，本发明更进一步的目的、特征和优点对于本领域技术人员而言将变得更加容易和显而易见，其中附图和权利要求书构成该描述的一部分。

附图说明

图1是机械手以及量规和夹具组件的透视图；

图2是机械手上的量规和夹具组件的局部放大图；

图2a和图2b是夹持爪和工具结构的侧视图和透视图；

图3是“跳上”(jump-on)量规的侧视图；

图4是除去了盖子的“跳上”(jump-on)量规的侧视图；

图5是量规与夹具结合的透视图；

图6是量规与夹具结合的侧视图；

图7是量规与夹具结合的端视图；

图8是将盖子从夹具上除去之后而显示量规的图6中的量规和夹具；

图9是内径(ID)量规和夹具的透视图；

图10是ID量规和夹具的侧视图；

图11是在夹持和测量工件之前的ID量规和夹具的局部放大的顶视图；和

图12是在夹持和测量工件同时的ID量规和夹具的局部放大的顶视图。

具体实施方式

现在参见图1，其中显示了包含本发明原理的量规和夹具组件，由10表示。作为其主要构件，量规和夹具组件10包括传送机构12和夹持头14。传送机构可以是如上所述的将工件从一个位置传送到另一个位置的各式各样机构中的任意一种，但如图所示(不意味着对权利要求的限定)，该传送机构12是一种安装在地面上的机械手。该机械手能够利用夹持头14从机床站(未显示)上升举工件16，并且通过围绕底脚18枢转而将工件16输送到下一个加工站(未显示)。可替换的是，传送机构12可以是一种龙门架系统(gantry system)，其中整个机构12可以沿着生产线移动。与机械手不同，龙门架可以线性地和垂直地移动。这允许龙门架利用夹持头14从机床站上垂直地举起工件16并且线性地转移到下一个机床站。本领域技术人员可以理解，机械手和龙门架系统不过是能够将工件16从一个机床站移动到另一个机床站的机构12的两个例子。例如，机械手本身可以安装到龙门架系统中，或者可以采用仅能选择和放置类型的系统。

现在参见图2，其更详细地显示了机构12末端上的夹持头14。作为其主要构件，该夹持头14包括底座20、具有一个或多个夹持爪24的夹具22，和至少一个量规26。底座承载夹具22、夹持爪24和量规26，并且进一步地将夹持头14连接到机械手。夹持爪24(依靠气动、电动、液压或其他方式)启闭以啮合和拾取工件16，并且和机械手一起运动，将工件从第一机床站移动到下一个站。所述下一个站可以包括在工件16或者最终产品的生产过程中所涉及的任意的站。上述的站可以包括但不限于，任意的上述机床站、出料站(合格或不合格)、装配站、传送站或者其它的处理站。

夹持爪24在一个或多个位置啮合工件16，通过操作使工件相对于量规26定位。如在此使用的夹具22，术语“夹具”意味着包括当工件16在站之间传递时啮合和保持工件16的设备的末端机构。作为图示的一种机械式夹具的实施例，包括一对大致相对的夹持爪，但并不意味着本发明由图示的实施例限制。可以理解的是，夹具可以采用多种形式和类型中的任意一种，包括但不限制于：应用机械的、机电的、电的、真空的、磁性的或其它原理的或者其组合的夹持装置。在一些实施例中，夹持爪24可以啮合工件16的中心部分17，如图1和图2所示，或者可替换地啮合工件16的任意其它部分。例如：夹持爪24可以包括两个单独的元件，用于啮合和保持工件16的相对中心部分17横向延伸的末端部分19。因此，夹具22可以夹持工件16的外径、内径、工件的两端或两侧之间，并且依据工件的形状(轴类工件、圆形工件、或壳形(矩形的或其它形状的)工件)测量工件的或者工件一部分的外径、内径、长度或宽度。夹具22及其相关构件以及夹持爪24，可以是本领域普通技术人员熟知的结构。一个具有代表性的所述夹具22显示在图2a和图2b中。

参见图2a和图2b，为了在工件通过夹具22传递的过程中，夹具22能够适当地测量工件，夹具22必须在保持工件时具有高度的可重复性。这种要求一部分由固有的夹具设计来满足，而一部分则必须由合适的夹持爪(工具)设计来满足。通常拾取圆柱形工件的方法是利用夹具22操作两个相对的朝向彼此旋转或滑动的夹持爪24。在这种情况下，夹持爪24末端的工具围绕工件，并且在传送(和测量)工件的时候施加相当的夹持力。在图2a中，显示了所述类型的在一对夹持爪24末端的工具25的设计。特别关注的是这些工具25的几何形状。当夹持爪24接近工件时，仅仅在3、7和11所标明的接触位置沿着工件的一个截面接触该工件。这三个位置有效地限制了工件的该截面。同样地，在通过夹持爪工具25的长度与工件的上述第一个截面在空间上分离开的截面上，接触位置3′、7′和11′限制工件的这个截面。。由此，工件被完全限制。

在这种工具设计的一种形式中，该工具选用的材料是稍微具有弹性的。这允许接触位置3、3′、7、7′、11和11′在夹持过程中能够略微压缩。这些弹性特性的适当选择更有助于确保所有的六个位置3、3′、7、7′、11和11′在工具25的两个末端之间以平衡的力接触工件。由于不要求将各个末端的几何尺寸保持在较高水平的公差范围内，如使用更坚硬的材料那样，因此增强了可制造性。

很明显，针对较长的工件，这种三位置夹持结构可同时用于两个夹具22。在这种情况下，第一夹具可以包括仅类似于图2b中所示工具25左侧的工具，而可以在位置3、7和11处与工件接触。第二夹具可以包括类似于图2b中所示工具25右侧的工具，而可以在位置3′、7′和11′处与工件接触。夹持位置可以沿着工件在空间上间隔开能够适当限制工件所要求的任意的距离。

转到量规26，其可以设置在底座20上作为独立的构件，独立于且区别于所述夹持爪24及其相关构件。此外，在量规和夹具组件14中可以包括一个以上的量规26，其相对于工件16轴向地设置在两组夹持爪24之间，或者夹持爪24的外侧(或者两者兼有)。

量规26可以是具有本领域普通技术人员所公知的构造的任意类型。如图1和图2所示的量规26具有一个或多个接点28，采用在本文中被称之为“跳上(jump-on)”量规26的形式。然而，夹持头14可以具有任意其他类型的量规，例如其它的指型量规、卡规或者弦式量规。量规26通常是直接测量尺寸的上述类型，但也可以使用不同的量规来检定其它特征。例如：可以结合涡流计来检查是否存在裂缝。本领域的技术人员可以理解，在本发明中可以应用其它的多种测量方法，包括(但不限于)气压计、光学(包括激光)量规、电容计等。

图3更详细地显示了量规26。作为其主要构件，该量规26具有一个或多个枢转手指或者臂30，其通过枢轴32连接到量规壳体34。如图4所示，每个枢转臂30分别连接到上部内侧枢转臂36和下部内侧枢转臂38。所述内侧枢转臂36、38再连接到已知类型的位置传感器40，例如具有芯44和线圈46的线性差动变换器(LVDT)。在一个实施例中，上臂36与芯44连接，下臂38与线圈46连接。然后，该传感器40与输出电缆42电连接，将通过传感器40产生的信号发送给一装置，该装置能够将上述信号转换为与芯44相对于线圈46的位移相对应的数值。然后，将上述数值添加到已知的中性距离(neutral distance)48以确定工件16的相应的直径。

在替换的实施例中，如图5、图6和图7所示，量规26与夹具22的结构整合在一起。作为其主要构件，其包括安装臂50用于将夹具22连接到底座20。该夹具22由可替换的爪51、相对的量规/爪52和探测器54组成。在此结构中，探测器54优选位于爪51的通常的移动平面内。该探测器54安装在量规/爪52中，能够相对于量规/爪52移动，并且通常被朝向工件16偏压。除了探测器54，该结构还包括与工件16接触的参照点56。根据探测器54的位移，以及参照点56与工件16接触，可以计算出工件的精确测量值。在其优选结构中，该实施例的量规相应地为弦式类型。

如图8所示，弦式量规本身可以根据量规/爪52构造为″浮动式″，并且根据工件16自我定位。在图示的构造中，量规26可在量规/爪52的凹进部分内移动并且通过适当的装置偏压，例如弹簧60或者其它装置。量规26具有接点61，其结构和方位通常与啮合和保持工件16的量规/爪52的接点部分相对应。从量规26的端部伸出且位于接点61之间的凹部内的是探测器尖端63。在量规26的接点61接触工件16使，工件16移动探测器尖端63。因为接点61的表面之间的角度是已知的，所以通过探测器尖端63的位移量便能够确定工件16的直径。通过偏压装置60，量规26找到工件16并确定其直径，但是不用参与对工件16的实际夹持。

夹持头14的另一个实施例是内径(ID)量规58。该ID量规58(参见图9)主要包括作为如图1所示的夹持头14的相同构件的不同布置。当在中立或初始位置时，夹具22的夹持爪24和量规26的接点28是设置成配合在工件16的内部，如图11所示。为了抓取和保持工件，夹持爪24向外移动(如图10中的箭头所示)，并且啮合于工件16的内部。这是优选的实施例，但ID量规58的其它布置也是可行的，其中夹持爪24从外部(参见图7)保持工件16。

一旦被夹持爪24夹紧，量规26就可以测量工件16的内径。利用上述用于LVDT40的相同的方法，枢转臂30驱使接点28向外移动，直到它们啮合于工件16的内部。然后提取LVDT40的读数，并且计算工件16的内径。图12显示了在测量中的ID量规58，其中夹持爪24和接点28均与工件16啮合。

一旦工件16已经由夹持爪24夹持并且利用量规26测量，则测定值可以与预期值比较。上述的比较通常由控制器、例如数字量规控制器自动地完成。如果测定值与预期值一致，则接受工件16并且将其自动地通过移送机构12移送到下一工位。如果测定值不符合预期值，则工件16被拒绝，举例来说，移送机构12将工件16退回到第一站进行返工或者将其送到报废站。因此，通过使检验过程自动化并且将其结合到将工件16从一个站送到下一个站的步骤中，使得本发明减少了工序并且显著缩短了总的加工时间。根据测量的工件的特征，尺寸控制调整信号可以发送给金属切削机床以进行调整，用于必须的校正、工具的磨损等等。

本领域技术人员将会容易地理解，上面的描述是对本发明的原理进行的例证性说明。这些描述并不是为了限制本发明的范围或者应用，在不背离如所附的权利要求所限定的本发明的精神的前提下，本发明能够容易地进行改进、替换和变化。

Claims (27)

1.一种用于直接测量工件特征的移送机构的量规和夹具组件，该组件包括：

底座，该底座具有将组件连接到移送机构的部分；

由所述底座支承的头部，该头部包括夹具和量规，

所述夹具具有当工件通过移送机构移动时能够动作以保持和固定工件的部分，和

所述量规位于所述头部中，并且构造成当工件被所述夹具保持并移送时能够直接测量工件特征。

2.根据权利要求1所述的量规和夹具组件，其中所述量规适合于测量工件的外径。

3.根据权利要求1所述的量规和夹具组件，其中所述量规适合于测量工件的内径。

4.根据权利要求1所述的量规和夹具组件，其中所述量规适合于测量工件的长度。

5.根据权利要求1所述的量规和夹具组件，其中所述夹具具有至少一个可移动的适合于夹紧和保持工件的爪。

6.根据权利要求1所述的量规和夹具组件，其中所述工件具有中心部分和位于所述中心部分横向的末端部分，并且所述夹具适合于啮合所述工件的中心部分。

7.根据权利要求6所述的量规和夹具组件，其中所述夹具适合于通过所述末端部分啮合工件。

8.根据权利要求6所述的量规和夹具组件，其中所述量规结合到所述至少一个可移动的爪中。

9.根据权利要求6所述的量规和夹具组件，其中所述量规是弦式量规。

10.根据权利要求6所述的量规和夹具组件，其中所述量规安装在所述爪中并且可相对于所述爪移动，并且通常被朝向工件偏压。

11.根据权利要求10所述的偏压和夹具组件，其中所述偏压由弹簧提供。

12.根据权利要求10所述的量规和夹具组件，其中所述量规适合于在工件被夹具夹紧且从第一工作站无加速地移动到第二工作站的同时啮合和测量工件。

13.根据权利要求10所述的量规和夹具组件，其中所述量规适合于在工件被夹具夹紧且从第一工作站加速移动到第二工作站的同时啮合和测量工件。

14.根据权利要求10所述的量规和夹具组件，其中所述量规适合于在工件被夹具夹紧且从第一工作站减速移动到第二工作站的同时啮合和测量工件。

15.一种用于直接测量工件的量规组件，该组件包括支撑件，该支撑件具有构造为接触工件的部分，安装到支撑件上且相对于支撑件可移动的量规；所述量规适合于直接测量工件，并且通过偏压部件在线性方向上相对于所述支撑件被弹性偏压。

16.一种用于测量工件特征的方法，该方法包括：

利用通过移送机构上的底座支撑的量规和夹具组件将工件从第一站举升，并将该工件移动到第二站；

在工件从第一站举升之后通过夹具组件夹持的同时，利用同样由所述量规和夹具组件装载的量规测量该工件的特征。

17.根据权利要求16所述的用于测量工件特征的方法，该方法还包括将测量的特征值与期望的特征值进行比较的步骤。

18.根据权利要求16所述的用于测量工件特征的方法，该方法还包括响应所述比较，在测定值没有与预期值匹配时拒收该工件，在测定值符合预期值时接受该工件。

19.根据权利要求18所述的用于测量工件特征的方法，其中所述拒收工件的步骤包括将工件返工的步骤。

20.根据权利要求18所述的用于测量工件特征的方法，其中所述拒收工件的步骤包括将工件传递到作为报废站的第二站。

21.根据权利要求16所述的用于测量工件特征的方法，该方法还包括通过利用移送机构将工件移动到第二站来接受工件，并且在第二站进一步加工该工件。

22.根据权利要求16所述的用于测量工件特征的方法，其中所述测量步骤发生在工件移动到第二站的过程中。

23.根据权利要求22所述的用于测量工件特征的方法，其中所述测量步骤在工件移动且工件的加速度基本为零的同时执行。

24.根据权利要求22所述的用于测量工件特征的方法，其中所述测量步骤在工件加速移动的同时执行。

25.根据权利要求22所述的用于测量工件特征的方法，其中所述测量步骤在工件减速移动的同时执行。

26.根据权利要求16所述的用于测量工件特征的方法，其中所述测量步骤在工件静止时进行。

27.根据权利要求16所述的用于测量工件特征的方法，该方法还包括根据测量的特征发送尺寸控制调整信号给金属切削机床的步骤。

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