CN102070040A - 一种冲孔机的自动机械手装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲孔机的自动机械手装置，包括基座、安装在基座上的Y轴移动机构、X轴移动机构和用以驱动Y轴移动机构的Y轴驱动源以及用以驱动X轴移动机构的X轴驱动源，X轴移动机构安装在受Y轴移动机构驱动而能沿Y轴方向移动的滑动横梁上，滑动横梁下方设有受X轴移动机构驱动而能沿X轴方向移动的座体，座体下方设用以固定待冲板材的托盘，座体和托盘之间设有两端分别与座体、托盘相固连的弹簧，托盘上设有一与托盘固定连接的衔铁，座体内设有对该衔铁保持吸合或释放状态的电磁铁。采用上述结构后，能将待冲板材快速、准确地输送到指定位置，并且能很好地满足冲孔机冲孔过程中的动作需求，从而可提高生产效率，降低用工成本。

Description

一种冲孔机的自动机械手装置

技术领域

本发明涉及一种机械进给装置，具体是一种为冲孔机配套使用的自动机械手装置。

背景技术

在柔性线路板和薄膜印刷行业中，对线路板和印刷薄膜的基准定位孔一般都采用机械加工方法来实现。现有传统的加工方法一般采用半自动定位孔冲孔机，即首先需要操作工人用手移动加工板材，使待冲靶子进入冲孔机的摄像方位，冲孔机根据摄入靶子视频图像计算靶心位置，进行图像识别，然后根据图像识别的结果拖动板材，使靶心对准冲孔位置，进行高精确的冲孔。如专利号为CN02136287.4(公告号为CN1143763)的中国发明专利公开了一种图像自动找准数控冲孔机，它包括机体、冲孔气缸、冲孔杠杆及其动力装置、冲头导向滑块、冲头运动系统、杠杆式浮动支点调节机构、图像摄取系统、斜向运动的散光系统。该发明的工作过程如下：初始状态时电源和气源接通，图像自动找准的数控冲孔机处于摄像工作状态；当工件放到工件面板上后，光源通过散光片均匀地透过工件靶心，光通过二块反光片的反射，进入图像摄制系统，并成像在显示器上；操作工人用手移动工件将靶心移入显示器规定的范围内后，踩脚踏开关并通过一个特殊机构使工件与台面牢牢吸住，与此同时，电脑自动识别出靶心误差，并将误差信号转换X、Y二个坐标的进给信号送给步进电机执行，即实现工件面板与工件一起做X、Y二个坐标的进给运动，并将工件自动纠正到正确位置，实现工件的精确定位。本发明的优点在于通过对粗定位后的工件进行靶心误差图像识别，进而实现精确冲孔，冲制精度较高。

但在上述冲孔过程中，由于是通过操作工人手动的方式输送工件，因此这样的工作模式不但费时费力，造成工作效率低，用工成本高；而且不能快速准确地将工件运送到位，使得冲孔机的粗定位误差大，导致后续精确定位时板材移动距离过大，最终降低了冲孔机的冲孔速度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术，提供一种能将待冲板材快速、精确地输送到指定位置，而能提高冲孔效率的冲孔机的自动机械手装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该冲孔机的自动机械手装置包括基座、安装在该基座上的Y轴移动机构、X轴移动机构和用以驱动Y轴移动机构的Y轴驱动源以及用以驱动X轴移动机构的X轴驱动源，其特征在于：所述的X轴移动机构安装在受所述Y轴移动机构驱动而能沿Y轴方向移动的滑动横梁上，在所述的滑动横梁下方则设有受所述X轴移动机构驱动而能沿X轴方向移动的座体，在该座体下方布置有用以固定待冲板材的托盘，在所述的座体和托盘之间设有两端分别与座体、托盘相固连的弹簧，所述托盘上设有与托盘固定连接的衔铁，所述座体内设有对所述衔铁保持吸合或释放状态的电磁铁。冲孔前，电磁铁与衔铁吸合，保证待冲板材靶心能快速准确运动到位，避免待冲板材在移动过程中出现抖动，冲孔时，电磁铁释放，冲孔机进一步将靶心移动更精确的位置，冲孔完毕后，弹簧复位，电磁铁重新对衔铁保持吸合状态，准备下一次冲孔。这样既实现了板材的快速精确定位又获得了较高的冲孔精度。

进一步地，所述的基座设计成U形，所述的Y轴移动机构有两个，分别安装在该基座的两侧壁上。这样，一方面使基座两侧的Y轴移动机构对滑动横梁有较好的支撑，从而更为平稳地带动滑动横梁沿Y轴方向移动。另一方面，能使冲孔机坐落在该基座内，即基座包围在冲孔机的外侧面，使基座与冲孔机之间得到较好的配合，以方便机械手装置输送工件。

作为上述方案的进一步改进，所述的基座上方还设有与基座相匹配能罩设住所述Y轴移动机构的U形机盖。U形机盖既可避免Y轴移动机构暴露在外，防止灰尘等污物的粘接，还可在其上面设置液晶触摸屏等人机界面和指示按钮等部件，以方便人机对话操作。

更进一步地，所述U形机盖的两端部与所述基座的两端部相铰接。这样，U形机盖可轻易向上掀起，方便对基座内部的部件进行维护、修理。

作为优选，所述的Y轴移动机构包括铺设在所述基座侧臂上的Y轴直线导轨、位于Y轴直线导轨两端的Y轴主动同步带轮、Y轴从动同步带轮和套设在上述Y轴主动同步带轮、Y轴从动同步带轮上的Y轴同步带，另设有一沿所述Y轴直线导轨滑动的Y轴滑块与所述Y轴同步带相固连，上述滑动横梁的两端则分别与对应侧的Y轴滑块相固定；所述的Y轴驱动源为Y轴步进电机，该Y轴步进电机则通过一传动机构与所述的Y轴主动同步带轮相联动。

所述的传动机构可以采用齿轮组等多种传动方式，优选地，所述的传动机构由安装在Y轴步进电机输出轴上的第一同步带轮、与Y轴主动同步带轮同轴设置的第二同步带轮和套设在第一同步带轮、第二同步带轮上的主同步带组成。

作为上述任一方案的优选，所述的X轴驱动源为X轴步进电机，所述的X轴移动机构包括安装在所述滑动横梁侧面的X轴直线导轨、位于X轴直线导轨两端的X轴主动同步带轮和X轴从动同步带轮以及X轴同步带，其中X轴主动同步带轮固定在所述X轴步进电机的输出轴上，所述X轴同步带套设在X轴主动同步带轮和X轴从动同步带轮上，所述X轴直线导轨上设有与所述X轴同步带固定连接的X轴滑块，该X轴滑块还通过一连接块与所述的座体相固定。这样，X轴步进电机带动X轴同步带移动，X轴同步带带动与其固定的X轴滑块移动，进而带动与X轴滑块固定连接的座体作同方向移动。又放置待冲板材的托盘与座体固定在一起，所以，最终带动了待冲板材沿着X轴方向移动。与Y轴移动机构一样，这种采用步进电机和同步带的传动方式传动较为平顺且传动精度较高，便于对待冲板材进行精确定位。

进一步地，所述座体上设有能容置所述电磁铁的凹腔。作为优选，所述的凹腔为两个，分别设于座体两端的内侧，对应地，所述的衔铁也为两个，分别设于凹腔的下方。这样，可保证电磁铁对衔铁有足够的吸合力。

更进一步地，所述的弹簧有四个，分别俩俩分布在所述座体的两端，并且各弹簧分别坐落在设置于所述座体上的安装孔中，弹簧的两端分别通过螺钉与座体和托盘相固定。这样，弹簧稍作形变，托盘就可相对于座体作细微移动，有利于待冲板材的精确定位，待冲孔完毕后，弹簧可以快速复位。

优选地，所述的托盘的中部开有减轻孔，减轻孔可减轻托盘的重量；托盘的前端两侧分别具有延伸臂，在该两延伸臂之间设有用以粘接待冲板材的粘接纸，待冲板材放置在延伸臂之间的粘接纸上，有利于在整个待冲板材上完成冲孔，且成本低，固定待冲板材方便、快速。当然也可以通过夹子等其它方式固定待冲板材，只是此时的夹子部位无法实现冲孔。

与现有技术相比，本发明的优点在于：可以通过控制X轴驱动源、Y轴驱动源，经X轴移动机构、Y轴移动机构按需要移动托盘，将托盘上的待冲板材快速、准确地输送到指定位置；同时借助于弹簧、电磁铁与衔铁的配合，来很好地满足冲孔机冲孔过程中的动作需求，因而本发明与人工操作相比，不仅移动速度得到了明显地提高，而且，待冲板材的靶心每次均能精确地移动到冲孔位置，从而减少了冲孔机拖动板材的距离，使整个冲孔速度提高了一半左右，并且使用本发明后，可以减小操作工人的劳动强度和用工数量，在减少用工成本的同时，大大提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1的另一视角的结构示意图；

图3为图2中加上U形机盖后的结构示意图；

图4为图1去除基座后的结构示意图；

图5为图4去除Y轴移动机构后的结构示意图；

图6为图5的立体分解图；

图7为图5中在弹簧、电磁铁处的横截面立体剖视图；

图8为本发明实施例的控制方框图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图3所示，该冲孔机的自动机械手装置的基座1呈U形，基座1的左右两侧壁上分别安装有Y轴移动机构2，X轴移动机构3与基座1的前侧壁相对应设置，基座1上方设有与基座1相匹配并能罩设住Y轴移动机构2的U形机盖17，U形机盖17的两端部则分别与基座1的两端部相铰接，需要时可方便地将U形机盖17掀起，液晶触摸屏等人机界面和指示按钮等可设于U形机盖17上。作为与该自动机械手装置配套使用的冲孔机位于基座1内部，冲孔装置则伸出于基座1的上方，Y轴移动机构2和X轴移动机构3可将待冲板材准确地输送到冲孔装置的冲头下方。

如图4至图7所示，Y轴移动机构2包括铺设在基座1侧臂上的Y轴直线导轨2h、位于Y轴直线导轨2h两端的Y轴主动同步带轮2e、Y轴从动同步带轮2f和套设在上述Y轴主动同步带轮2e、Y轴从动同步带轮2f上的Y轴同步带2g；另有与该Y轴同步带2g相固定连接的Y轴滑块2i可沿着Y轴直线导轨2h滑动，X轴方向上设有一滑动横梁4，该滑动横梁4为方形铝管，两端分别与对应侧的Y轴滑块2i相固定，Y轴滑块2i沿Y轴直线导轨2h滑动能带动该滑动横梁4同步沿着Y轴方向移动。本实施例中，优选采用Y轴步进电机2a作为Y轴驱动源来驱动Y轴移动机构2运行，Y轴步进电机2a的输出轴上安装有第一同步带轮2b，与第一同步带轮2b配套的第二同步带轮2c与Y轴主动同步带轮2e同轴设置，第一同步带轮2b和第二同步带轮2c上套设主同步带2d，这样，Y轴步进电机2a通过驱动第一同步带轮2b和第二同步带轮2c转动来驱动与第二同步带轮2c同轴设置的Y轴主动同步带轮2e转动，进而驱动固定在Y轴同步带2g上的Y轴滑块2i沿Y轴方向移动，达到驱动滑动横梁4沿Y轴方向移动的目的。

如图4至图7所示，X轴移动机构3包括安装在滑动横梁4侧面的X轴直线导轨3e、位于X轴直线导轨3e两端的X轴主动同步带轮3b和X轴从动同步带轮3c以及X轴同步带3d。本实施例中，优选采用X轴步进电机3a作为X轴驱动源以驱动X轴移动机构3运行，X轴步进电机3a安装在滑动横梁4的一端，X轴步进电机3a的输出轴上安装有X轴主动同步带轮3b，X轴从动同步带轮3c安装在滑动横梁4的另一端，X轴同步带3d套设在X轴主动同步带轮3b和X轴从动同步带轮3c上。在X轴直线导轨3e上设有两块可在其上面滑动的X轴滑块3f，X轴滑块3f与X轴同步带3d固定连接。此外，X轴滑块3f还通过连接块3g与座体5固定连接。这样，X轴步进电机3a驱动X轴同步带3d移动以带动固定在其上面的X轴滑块3f滑动，进而带动与X轴滑块3f固定连接的座体5沿着X轴方向移动。又由于放置待冲板材的托盘8与座体5连接在一起，所以X轴步进电机3a最终可驱动待冲板材沿着X轴方向来回移动。与Y轴移动机构2的驱动方式相同，采用这种步进电机和同步带的传动方式可保证运动的顺畅，并能实现较高的传动精度，便于对待冲板材进行精确定位。

如图6和图7所示，座体5位于滑动横梁4的下方，在座体5的两端分别设有两个安装孔7，弹簧6设置在安装孔7内，托盘8的两端也分别设有与安装孔7对应的两个通孔11，弹簧6的两端均通过紧固螺钉12分别与座体5和托盘8相固定，使托盘8和座体5可同时沿着X轴方向移动。在座体5两端安装孔7的内侧设置有两个凹腔13，凹腔13内放置有电磁铁10，托盘8上还安装有两个衔铁9，且衔铁9位于凹腔13的下方，在机械手装置的主控制器的控制下，电磁铁10对衔铁9可保持吸合或释放状态。本实施例的托盘8采用不锈钢材质，此外，为减轻托盘8的重量，在托盘8的中部开有减轻孔14，为方便冲孔，在托盘8的前端侧分别具有延伸臂15，在延伸臂15之间则设有用于粘接待冲板材的粘接纸(图中未示)。

本实施例可应用于柔性线路板行业和薄膜印刷行业的定位孔打孔，和柔性线路板、印刷薄膜的定位孔的冲孔机配套使用，图8给出了本实施例与冲孔机配套使用时的控制原理图，主控制器采用常规的单片机，它与靶心坐标数据库、液晶触摸屏、冲孔机中的相应设备相电连接，其具体的工作过程如下：

首先，把待冲板材上待冲靶心位置的二维坐标数据预先输入到靶心坐标数据库中。然后，待冲板材粘连在托盘8上的粘接纸上，按启动按钮，本实施例的主控制器开始工作，主控制器发出控制信号，使座体5内的电磁铁10与托盘8上的衔铁9相吸合。最后，主控制器驱动Y轴步进电机2a和X轴步进电机3a同步运行，输送固定在托盘8上的待冲板材，使待冲靶心移动到冲孔位置上。在上述待冲板材的输送过程中，电磁铁10与衔铁9始终保持在吸合状态，这样可保证待冲板材能快速准确运动到位，避免在运动过程中出现抖动。当待冲板材输送到位后，冲孔机上的压板将待冲板材压住，此时，主控制器发出控制信号，释放电磁铁10，主控制器对冲孔机发出冲孔信号，冲孔开始。冲孔机接收到冲孔信号，根据摄入靶子视频图像计算靶心位置，进行图像识别，然后根据图像识别的结果拖动板材，使靶心对准冲孔位置。由于托盘8通过弹簧6与座体5相连接，所以，弹簧6稍作形变便可实现托盘8相对于座体5的细微移动。当待冲靶心移动到更精确的位置后，冲孔机驱动冲头进行冲孔。冲孔完毕后，弹簧6复位，主控制器发出控制信号使电磁铁10与衔铁9重新吸合，准备开始第二次的冲孔过程。整个工作过程中，操作工人可通过液晶触摸屏与主控制器进行人机对话，以实现对冲孔过程的操控，同时，液晶触摸屏也可用来显示当前的工作状态。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理前提下，还可以做出多种变形和改进，如将Y轴驱动源、X轴驱动源采用气缸的形式，通过气缸的活塞杆推动相应的滑块在直线导轨上滑动；或者将X轴移动机构、Y轴移动机构采用丝杆螺母的结构。采用这样的驱动、传动方式，也应该视为本发明的保护范围。同时凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冲孔机的自动机械手装置，包括基座(1)、安装在该基座(1)上的Y轴移动机构(2)、X轴移动机构(3)和用以驱动Y轴移动机构(2)的Y轴驱动源以及用以驱动X轴移动机构(3)的X轴驱动源，其特征在于：所述的X轴移动机构(3)安装在受所述Y轴移动机构(2)驱动而能沿Y轴方向移动的滑动横梁(4)上，在所述的滑动横梁(4)下方则设有受所述X轴移动机构(3)驱动而能沿X轴方向移动的座体(5)，在该座体(5)下方布置有用以固定待冲板材的托盘(8)，在所述的座体(5)和托盘(8)之间设有两端分别与座体(5)、托盘(8)相固连的弹簧(6)，所述托盘(8)上设有与托盘(8)固定连接的衔铁(9)，所述座体(5)内设有对所述衔铁(9)保持吸合或释放状态的电磁铁(10)。

2.根据权利要求1所述的冲孔机的自动机械手装置，其特征在于：所述基座(1)的设计成U型，所述的Y轴移动机构(2)有两个，分别安装在该基座(1)的两侧臂上。

3.根据权利要求2所述的冲孔机的自动机械手装置，其特征在于：所述的基座(1)上方还设有与基座(1)相匹配能罩设住所述Y轴移动机构(2)的U形机盖(17)。

4.根据权利要求3所述的冲孔机的自动机械手装置，其特征在于：所述U形机盖(17)的两端部与所述基座(1)的两端部相铰接。

5.根据权利要求2所述的冲孔机的自动机械手装置，其特征在于：所述的Y轴移动机构(2)包括铺设在所述基座(1)侧臂上的Y轴直线导轨(2h)、位于Y轴直线导轨(2h)两端的Y轴主动同步带轮(2e)、Y轴从动同步带轮(2f)和套设在上述Y轴主动同步带轮(2e)、Y轴从动同步带轮(2f)上的Y轴同步带(2g)，另设有一沿所述Y轴直线导轨(2h)滑动的Y轴滑块(2i)与所述Y轴同步带(2g)相固连，上述滑动横梁(4)的两端则分别与对应侧的Y轴滑块(2i)相固定；所述的Y轴驱动源为Y轴步进电机(2a)，该Y轴步进电机(2a)则通过一传动机构与所述的Y轴主动同步带轮(2e)相联动。

6.根据权利要求5所述的冲孔机的自动机械手装置，其特征在于：所述的传动机构由安装在Y轴步进电机(2a)输出轴上的第一同步带轮(2b)、与Y轴主动同步带轮(2e)同轴设置的第二同步带轮(2c)和套设在第一同步带轮(2b)、第二同步带轮(2c)上的主同步带(2d)组成。

7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的冲孔机的自动机械手装置，其特征在于：所述的X轴驱动源为X轴步进电机(3a)，所述的X轴移动机构(3)包括安装在所述滑动横梁(4)侧面的X轴直线导轨(3e)、位于X轴直线导轨(3e)两端的X轴主动同步带轮(3b)和X轴从动同步带轮(3c)以及X轴同步带(3d)，其中X轴主动同步带轮(3b)固定在所述X轴步进电机(3a)的输出轴上，所述X轴同步带(3d)套设在X轴主动同步带轮(3b)和X轴从动同步带轮(3c)上，所述X轴直线导轨(3e)上设有与所述X轴同步带(3d)固定连接的X轴滑块(3f)，该X轴滑块(3f)还通过一连接块(3g)与所述的座体(5)相固定。

8.根据权利要求7所述的冲孔机的自动机械手装置，其特征在于：所述座体(5)上设有能容置所述电磁铁(10)的凹腔(13)。

9.根据权利要求7所述的冲孔机的自动机械手装置，其特征在于：所述的弹簧(6)有四个，分别俩俩分布在所述座体(5)的两端，并且各弹簧(6)分别坐落在设置于所述座体(5)上的安装孔(7)中。

10.根据权利要求1至6任一权利要求所述的冲孔机的自动机械手装置，其特征在于：所述的托盘(8)的中部开有减轻孔(14)，前端两侧分别具有延伸臂(15)，在该两延伸臂(15)之间设有用以粘接待冲板材的粘接纸。

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