CN102773819B - 一种薄壁圆柱筒形零件的内壁手动夹持装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄壁(10-200微米)圆柱筒形零件内壁手动夹持装置和方法。所述装置包括底座1,左固定座2,硅胶垫3,微力传感器4,移动夹持端5,固定夹持端6,右固定座7,差动测微头固定座8,差动测微头9,支撑轴A10,支撑轴B11和顶柱12。本发明基于显微视觉图像和夹持反馈力信息,通过差动测微头完成零件夹持动作。夹持过程中显微视觉摄像头安装在移动夹持端和固定夹持端上方,根据显微视觉图像控制移动夹持端靠近零件,当移动夹持端和被夹持零件内壁接触后通过微力传感器感知作用力,根据作用力调整移动夹持端运动,以实现零件无损夹持的目的。

Description

一种薄壁圆柱筒形零件的内壁手动夹持装置和方法
技术领域
本发明涉及精密装配技术领域,尤其是一种薄壁圆柱筒形零件的内壁手动夹持装置和方法。
背景技术
精密装配领域中存在一类薄壁圆柱筒形零件,装配时零件外壁需要和其它零件接触,因此需要夹持装置从内壁夹持零件;零件装配完成后,夹持装置应该能从零件中顺利取出。由于此类零件属于薄壁类(通常壁厚10-1000微米),传统的夹持装置或方法在夹持位移和夹持力控制方面无法满足精密装配要求,夹持过程中极易损坏零件,因此亟需一种新型的基于显微视觉和力觉控制的夹持装置和方法来实现零件的无损夹持。
发明内容
本发明针对薄壁圆柱筒形零件夹持方面的不足,提出一种基于显微视觉和力觉信息的零件内壁手动夹持装置和方法,以实现零件的无损夹持,提高零件夹持的可靠性。
为达到上述目的,根据本发明的一方面,提出一种薄壁圆柱筒形零件内壁夹持装置,其特征在于,该装置包括左固定座2,硅胶垫3,微力传感器4,移动夹持端5,固定夹持端6,右固定座7,差动测微头固定座8,差动测微头9,支撑轴A10,支撑轴B11,顶柱12,其中:
所述左固定座2和右固定座7上分别开设有多个螺纹孔,用于安装顶丝15,所述顶丝15用于固定支撑轴A10和支撑轴B11;
硅胶垫3安装在左固定座2和微力传感器4之间,用于利用其自身的弹性使得移动夹持端5与固定夹持端6紧密接触;
微力传感器4安装在硅胶垫3与移动夹持端5之间,用于检测零件夹持过程中移动夹持端5对微力传感器4的挤压作用力;
移动夹持端5用于沿支撑轴A10和支撑轴B11移动时夹持薄壁圆柱筒形零件的内壁并移动所述薄壁圆柱筒形零件;
所述移动夹持端5上开有两个通孔,用于安装轴套A16和轴套B18,相应形成支撑孔A17和支撑孔B19;所述固定夹持端6通过螺钉固定在右固定座7上,所述固定夹持端6上开有两个通孔,用于安装轴套C22和轴套D25,相应形成支撑孔C23和支撑孔D26;所述支撑轴A10依次插入移动夹持端5的支撑孔A17和固定夹持端6的支撑孔C23,支撑轴B11依次插入移动夹持端5的支撑孔B19和固定夹持端6的支撑孔D26,并通过四个顶丝15将支撑轴A10和支撑轴B11相对于左固定座2和右固定座7固定;
移动夹持端5上位于轴套A16和轴套B18之间开设有顶柱安装孔21,用于安装顶柱12,固定夹持端6上位于轴套C22和轴套D25之间开设有光孔24,所述顶柱12穿过光孔24;
差动测微头固定座8用于安装差动测微头9,其通过螺钉与右固定座7相连;差动测微头9用于推动移动夹持端5沿着支撑轴A10和支撑轴B11运动,为夹持装置提供动力,其通过手动转动对零件进行夹持,其通过螺钉安装在差动测微头固定座8上。
根据本发明的另一方面,提出一种一种使用所述夹持装置夹持薄壁圆柱筒形零件内壁的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤1,在所述夹持装置的上方固定显微视觉摄像头,将摄像头对准移动夹持端和固定夹持端的顶部;
步骤2,将被夹持零件放置在移动夹持端和固定夹持端顶部组成的圆柱上,通过显微视觉摄像头采集移动夹持端和固定夹持端的顶部图像,并根据所述图像分别提取移动夹持端和固定夹持端顶部夹持部位半圆柱的圆弧轮廓;
步骤3,根据所述步骤2提取到的移动夹持端和固定夹持端夹持部位的外侧圆弧和被夹持零件的内径尺寸,计算移动夹持端和被夹持零件之间的间隙,作为移动夹持端需要移动的位移量;
步骤4,将所述步骤3确定的移动夹持端需要移动的位移量作为目标值,手动转动差动测微头,通过顶柱将差动测微头的移动传递到移动夹持端,使移动夹持端顶部的半圆柱结构逐渐靠近所述薄壁圆柱筒形零件的内壁;
步骤5,通过移动夹持端顶部布置的显微视觉摄像头采集的图像确定移动夹持端移动的位移量,当移动的位移量达到目标值时即判定移动夹持端顶部的半圆柱结构接触到所述薄壁圆柱筒形零件的内壁,然后通过微力传感器实时检测移动夹持端对微力传感器的挤压作用力,当所述挤压作用力达到某一特定值后停止差动测微头的进给;
步骤6,移动所述夹持装置以操控被夹持零件进行精密装配,完成装配后,反向转动差动测微头以放松移动夹持端对被夹持零件的夹持;同时硅胶垫提供的弹性力使得移动夹持端沿着支撑轴反向运动,由此将所述夹持装置的移动夹持端和固定夹持端从所述薄壁圆柱筒形零件内取出。
本发明采用显微视觉摄像头采集夹持过程中的图像,以确定夹持运动的位移量;采用手动转动差动测微头推进移动夹持端沿支撑轴运动,实现对薄壁圆柱筒形零件的夹持;实时检测移动夹持端对微力传感器的挤压作用力,以确保对零件的无损夹持。
附图说明
图1为本发明薄壁圆柱筒形零件内壁夹持装置主视图;
图2为本发明薄壁圆柱筒形零件内壁夹持装置俯视图;
图3为本发明薄壁圆柱筒形零件内壁夹持装置左视图;
图4为本发明夹持装置中移动夹持端的三维视图;
图5为本发明夹持装置中固定夹持端的三维视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
图1为本发明薄壁圆柱筒形零件内壁夹持装置主视图,图2为本发明薄壁圆柱筒形零件内壁夹持装置俯视图,如图1、2所示,本发明的夹持装置主要包括:底座1,左固定座2,硅胶垫3,微力传感器4,移动夹持端5,固定夹持端6,右固定座7,差动测微头固定座8,差动测微头9,支撑轴A10,支撑轴B11,顶柱12,螺钉13、14,顶丝15,轴套A16,轴套B18,轴套C22,轴套D25。
所述底座1用于所述夹持装置的固定,其通过螺钉14与放置所述夹持装置的隔振平台相连;所述左固定座2通过螺钉13与底座1相连,所述左固定座2上开设有多个螺纹孔,用于安装顶丝15,顶丝15用于固定支撑轴A10和支撑轴B11;硅胶垫3安装在底座1、左固定座2和微力传感器4之间,用于利用其自身的弹性使得移动夹持端5与固定夹持端6紧密接触,另外,硅胶垫3还为夹持操作完成后移动夹持端5的退回提供弹性力,硅胶垫3利用其弹性将移动夹持端5沿支撑轴A10和支撑轴B11推出,使得移动夹持端5放松对零件的夹持。
微力传感器4安装在硅胶垫3与移动夹持端5之间,用于检测零件夹持过程中(即移动夹持端5沿着支撑轴A10和支撑轴B11运动的过程)移动夹持端5对微力传感器4的挤压作用力。
图3为本发明薄壁圆柱筒形零件内壁夹持装置左视图,图4为本发明夹持装置中移动夹持端的三维视图,图5为本发明夹持装置中固定夹持端的三维视图,如图3、4、5所示。移动夹持端5顶部用于夹持零件的部位20设计为半圆柱结构,夹持零件时将半圆柱结构插入薄壁圆柱筒形零件内部;当移动夹持端5沿支撑轴A10和支撑轴B11移动时实现对薄壁圆柱筒形零件的内壁夹持移动;移动夹持端5上开有两个通孔,用于安装轴套A16和轴套B18,相应形成支撑孔A17和支撑孔B19。固定夹持端6顶部用于夹持零件的部位27设计为半圆柱结构,夹持零件时将半圆柱结构插入薄壁圆柱筒形零件内部,也就是说,移动夹持端5和固定夹持端6顶部组成一圆柱,该圆柱的直径小于被夹持零件的内径,夹持零件时该圆柱插入薄壁圆柱筒形零件内部;固定夹持端6上开有两个通孔,用于安装轴套C22和轴套D25,相应形成支撑孔C23和支撑孔D26;支撑轴A10依次插入移动夹持端5的支撑孔A17和固定夹持端6的支撑孔C23,支撑轴B11依次插入移动夹持端5的支撑孔B19和固定夹持端6的支撑孔D26,并通过四个顶丝15实现支撑轴A10和支撑轴B11相对于左固定座2和右固定座7的固定。移动夹持端5上位于轴套A16和轴套B18之间开设有顶柱安装孔21,用于安装顶柱12,固定夹持端6上位于轴套C22和轴套D25之间开设有光孔24,所述顶柱12穿过光孔24;如图4、5所示。所述固定夹持端6通过螺钉固定在右固定座7和底座1上,如图1、5所示。
右固定座7上开设有多个螺纹孔,用于安装顶丝15,顶丝15用于固定支撑轴A10和支撑轴B11,右固定座7通过螺钉13与底座1相连;差动测微头固定座8用于差动测微头9的安装,其通过螺钉与右固定座7和底座1相连,如图1、2所示。
差动测微头9用于推动移动夹持端5沿着支撑轴A10和支撑轴B11运动,为夹持装置提供动力,其通过手动转动实现对零件的夹持,其通过螺钉安装在差动测微头固定座8上,如图1、2所示。
顶柱12一端插入移动夹持端5的顶柱安装孔21内,顶柱12与顶柱安装孔21之间为间隙配合,另一端和差动测微头9的顶端相接触,用于将差动测微头9的进给传递给移动夹持端5,如图2、4所示。
本发明同时还提出一种使用所述夹持装置对薄壁圆柱筒形零件内壁进行手动夹持的方法,该方法包括以下步骤:
步骤1,在所述夹持装置的上方固定显微视觉摄像头,将摄像头对准移动夹持端和固定夹持端的顶部;
步骤2,将被夹持零件放置在移动夹持端和固定夹持端顶部组成的圆柱上,通过显微视觉摄像头采集移动夹持端和固定夹持端的顶部图像,并根据所述图像分别提取移动夹持端和固定夹持端顶部夹持部位半圆柱的圆弧轮廓;
步骤3,根据所述步骤2提取到的移动夹持端和固定夹持端夹持部位的外侧圆弧和被夹持零件的内径尺寸,计算移动夹持端和被夹持零件之间的间隙,此间隙就是移动夹持端需要移动的位移量;
步骤4,将所述步骤3确定的移动夹持端需要移动的位移量作为目标值,手动转动差动测微头,通过顶柱将差动测微头的移动传递到移动夹持端,使移动夹持端顶部的半圆柱结构逐渐靠近所述薄壁圆柱筒形零件的内壁;
步骤5,通过移动夹持端顶部布置的显微视觉摄像头采集的图像确定移动夹持端移动的位移量,当移动的位移量达到目标值时即判定移动夹持端顶部的半圆柱结构接触到所述薄壁圆柱筒形零件的内壁,然后通过微力传感器实时检测移动夹持端对微力传感器的挤压作用力,当所述挤压作用力达到某一特定值,比如50毫牛后停止差动测微头的进给;
也就是说,当移动夹持端与被夹持零件未接触时,根据步骤3提取的移动夹持端和被夹持零件之间的间隙手动转动差动测微头;当移动夹持端与被夹持零件发生接触时,根据步骤5中微力传感器检测的移动夹持端对微力传感器的挤压作用力信号停止差动测微头的转动,实现对所述零件内壁的无损夹持。
步骤6,移动所述夹持装置以操控被夹持零件进行精密装配,完成装配后,反向转动差动测微头以放松移动夹持端对被夹持零件的夹持;同时硅胶垫提供的弹性力使得移动夹持端沿着支撑轴反向运动,由此将所述夹持装置的移动夹持端和固定夹持端从所述薄壁圆柱筒形零件内取出。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种薄壁圆柱筒形零件内壁夹持装置,其特征在于,该装置包括左固定座(2),硅胶垫(3),微力传感器(4),移动夹持端(5),固定夹持端(6),右固定座(7),差动测微头固定座(8),差动测微头(9),支撑轴A(10),支撑轴B(11),顶柱(12),其中:
所述左固定座(2)和右固定座(7)上分别开设有多个螺纹孔,用于安装顶丝(15),所述顶丝(15)用于固定支撑轴A(10)和支撑轴B(11);
硅胶垫(3)安装在左固定座(2)和微力传感器(4)之间,用于利用其自身的弹性使得移动夹持端(5)与固定夹持端(6)紧密接触;
微力传感器(4)安装在硅胶垫(3)与移动夹持端(5)之间,用于检测零件夹持过程中移动夹持端(5)对微力传感器(4)的挤压作用力;
移动夹持端(5)用于沿支撑轴A(10)和支撑轴B(11)移动时夹持薄壁圆柱筒形零件的内壁并移动所述薄壁圆柱筒形零件;
所述移动夹持端(5)上开有两个通孔,用于安装轴套A(16)和轴套B(18),相应形成支撑孔A(17)和支撑孔B(19);所述固定夹持端(6)通过螺钉固定在右固定座(7)上,所述固定夹持端(6)上开有两个通孔,用于安装轴套C(22)和轴套D(25),相应形成支撑孔C(23)和支撑孔D(26);所述支撑轴A(10)依次插入移动夹持端(5)的支撑孔A(17)和固定夹持端(6)的支撑孔C(23),支撑轴B(11)依次插入移动夹持端(5)的支撑孔B(19)和固定夹持端(6)的支撑孔D(26),并通过四个顶丝(15)将支撑轴A(10)和支撑轴B(11)相对于左固定座(2)和右固定座(7)固定;
移动夹持端(5)上位于轴套A(16)和轴套B(18)之间开设有顶柱安装孔(21),用于安装顶柱(12),固定夹持端(6)上位于轴套C(22)和轴套D(25)之间开设有光孔(24),所述顶柱(12)穿过光孔(24);
差动测微头固定座(8)用于安装差动测微头(9),其通过螺钉与右固定座(7)相连;差动测微头(9)用于推动移动夹持端(5)沿着支撑轴A(10)和支撑轴B(11)运动,为夹持装置提供动力,其通过手动转动对零件进行夹持,其通过螺钉安装在差动测微头固定座(8)上。
2.根据权利要求1所述的夹持装置,其特征在于,所述夹持装置还包括底座(1),所述底座(1)通过螺钉(14)与放置所述夹持装置的隔振平台相连,用于固定所述夹持装置。
3.根据权利要求2所述的夹持装置,其特征在于,所述左固定座(2)和右固定座(7)均通过螺钉(13)与底座(1)相连。
4.根据权利要求2所述的夹持装置,其特征在于,所述固定夹持端(6)和所述差动测微头固定座(8)还通过螺钉固定在底座(1)上。
5.根据权利要求1所述的夹持装置,其特征在于,所述移动夹持端(5)和固定夹持端(6)顶部用于夹持零件的部位(20)均为半圆柱,两个半圆柱结构的顶部组成一圆柱。
6.根据权利要求5所述的夹持装置,其特征在于,所述圆柱的直径小于被夹持零件的内径,以在夹持零件时该圆柱插入薄壁圆柱筒形零件的内部。
7.根据权利要求1所述的夹持装置,其特征在于,所述顶柱(12)一端插入移动夹持端(5)的顶柱安装孔(21)内,另一端和差动测微头(9)的顶端相接触,用于将差动测微头(9)的进给传递给移动夹持端(5)。
8.根据权利要求7所述的夹持装置,其特征在于,所述顶柱(12)与顶柱安装孔(21)之间为间隙配合。
9.根据权利要求1所述的夹持装置,其特征在于,所述硅胶垫(3)进一步为夹持操作完成后移动夹持端(5)的退回提供弹性力,硅胶垫(3)利用其弹性将移动夹持端(5)沿支撑轴A(10)和支撑轴B(11)推出,使得移动夹持端(5)放松对零件的夹持。
10.一种使用权利要求1所述的夹持装置夹持薄壁圆柱筒形零件内壁的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤1,在所述夹持装置的上方固定显微视觉摄像头,将摄像头对准移动夹持端和固定夹持端的顶部;
步骤2,将被夹持零件放置在移动夹持端和固定夹持端顶部组成的圆柱上,通过显微视觉摄像头采集移动夹持端和固定夹持端的顶部图像,并根据所述图像分别提取移动夹持端和固定夹持端顶部夹持部位半圆柱的圆弧轮廓;
步骤3,根据所述步骤2提取到的移动夹持端和固定夹持端夹持部位的外侧圆弧和被夹持零件的内径尺寸,计算移动夹持端和被夹持零件之间的间隙,作为移动夹持端需要移动的位移量;
步骤4,将所述步骤3确定的移动夹持端需要移动的位移量作为目标值,手动转动差动测微头,通过顶柱将差动测微头的移动传递到移动夹持端,使移动夹持端顶部的半圆柱结构逐渐靠近所述薄壁圆柱筒形零件的内壁;
步骤5,通过移动夹持端顶部布置的显微视觉摄像头采集的图像确定移动夹持端移动的位移量,当移动的位移量达到目标值时即判定移动夹持端顶部的半圆柱结构接触到所述薄壁圆柱筒形零件的内壁,然后通过微力传感器实时检测移动夹持端对微力传感器的挤压作用力,当所述挤压作用力达到某一特定值后停止差动测微头的进给;
步骤6,移动所述夹持装置以操控被夹持零件进行精密装配,完成装配后,反向转动差动测微头以放松移动夹持端对被夹持零件的夹持;同时硅胶垫提供的弹性力使得移动夹持端沿着支撑轴反向运动,由此将所述夹持装置的移动夹持端和固定夹持端从所述薄壁圆柱筒形零件内取出。
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