CN106392603B - 一种自动化安装临时紧固件的装置及方法 - Google Patents

一种自动化安装临时紧固件的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动化安装临时紧固件的装置及方法。它包括机械抓手、缓冲弹簧、导向轴承、气动滑台、检测开关、送钉管、外套筒六角扳手、内六角扳手、同步带轮、同步带轮、同步带等，其中外套筒六角扳手的中空轴内套有内六角扳手，外套筒六角扳手和内六角扳手可以独立控制旋转运动和相对位移，旋转扭矩通过扭矩传感器反馈闭环控制，进给位移分别通过绝对式光栅尺和位移传感器检测反馈闭环控制，本发明通过集成到自动设备（如专用制孔设备或移动机器人单元）上实现自动化安装临时紧固件方式，解决了临时紧固件安装过程中，定位精度差，夹紧力不能精确控制等不足，降动工人的劳动强度，降低了对工人的劳动技能要求。

Description

一种自动化安装临时紧固件的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种自动化安装临时紧固件的装置及方法，属于航空航天制造数字化、自动化装配领域。
背景技术
在飞机装配过程中，无论是组件类装配，如飞机机身壁板与长桁等连接，还是部件装配，如飞机机翼壁板与肋的连接，都是先采用工装定位两个或两个以上的零件，然后叠层制预连接孔采用临时紧固件连接，最后拆卸大批影响制孔空间的定位工装，进行大批量制孔连接。所以临时紧固件在飞机装配过程使用量大、定位精度高，对临时紧固件夹紧力是否能精准的控制，对后续飞机装配质量是至关重要的环节，对飞机的寿命具有举足轻重的作用。
传统的飞机装配的预连接紧固方法，采用穿心夹临时紧固或普通螺栓紧固，采用这两种预连接件方法，具有定位精度差，夹紧力通过人工判断无法精准控制，难以保证夹紧力的一致性，无法实现自动化装配，很大程度上影响了飞机质量和装配效率。针对飞机数字化装配技术相关设备的趋势发展来配套。研究一种自动化安装临时紧固件的装置相关技术来配合国内飞机数字化装配技术已势在必行。
本发明针对以上需求，提出了一种自动化安装临时紧固件的装置及方法，通过集成到自动设备(如专用制孔设备或移动机器人单元)上实现自动化安装方式，有效的解决了临时紧固件安装过程中，定位精度差，夹紧力大小不可控以及夹紧力不一致等缺陷，采用集成到自动设备上安装定位精度高、装配效率高、夹紧力通过扭矩传感器闭环反馈实现精准控制；人工劳动强度显著降低，不同架次飞机装配螺栓或铆钉受力装配质量一致性好。在飞机数字化装配领域中具有广泛应用前景。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种定位精度高，夹紧力能实现精准控制，适应性好，装配效率高、一致性好的自动化安装临时紧固件的装置及方法。
一种自动化安装临时紧固件的装置，其特征在于包括机械抓手、缓冲弹簧、导向轴承、气动滑台、检测开关、送钉管、外套筒六角扳手、内六角扳手、支撑轴承、抽真空管道、轴承座、同步带轮、同步带轮、同步带、第一减速机、第一伺服电机、第二减速机、第二伺服电机、位移传感器、机械抓手滑台、导轨滑块、第一气缸、丝杆轴承座、安装底座、送钉滑台、导轨滑块、第一联轴器、螺母座、进给滚珠丝杆副、扭矩传感器、第二气缸、第二联轴器、导轨滑块、第二减速机安装座、第三联轴器、第三伺服电机、绝对式光栅尺、线缆拖链、检测开关；机械抓手中心与送钉管中心对齐，通过缓冲弹簧和导向轴承安装在气动滑台上，在气动滑台上安装检测开关检测机械抓手的相对位置，气动滑台固定在机械抓手滑台上安装在导轨滑块上通过第一气缸实现前进或后退；外套筒六角扳手安装在轴承座上，通过同步带轮、同步带轮、同步带、第一减速机、第一伺服电机相连，实现正反转；内六角扳手套在外套筒六角扳手中空轴内部与第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器、第二减速机、第二伺服电机相连，实现正反转，通过安装在导轨滑块、第二减速机安装座上，利用第二气缸实现与外套筒六角扳手相对移动，位移传感器检测并反馈移动量；轴承座固定在送钉滑台和导轨滑块上，通过丝杆轴承座、进给滚珠丝杆副、第三联轴器、第三伺服电机驱动。
用于自动化安装临时紧固件的装置，外套筒六角扳手的中空轴内套有内六角扳手，外套筒六角扳手和内六角扳手可以独立控制旋转运动和相对位移。
用于自动化安装临时紧固件的装置，外套筒六角扳手和内六角扳手旋转力矩通过扭矩传感器反馈，进给位移分别通过绝对式光栅尺和位移传感器检测反馈。
用于自动化安装临时紧固件的装置，临时紧固件采用机械抓手方式从送钉管取出，并通过气动滑台进行工位切换送入外套筒六角扳手和内六角扳手。
用于自动化安装临时紧固件的方法步骤如下：
1)工作初始准备状态：机械抓手处于打开状态，并且机械抓手中心位置与送钉管中心对齐；
2)利用外部自动化送钉装置或采用振动碗辅助设备的方式，将临时紧固件按一定方向有序排列，并从送钉管的一端手动或自动放入管道内；
3)将送钉管内的临时紧固件，采用气压方式向机械抓手方向输送，在送钉管上安装有检测开关检测到临时紧固件通过时，机械抓手从打开状态转换到关闭状态，机械抓手夹紧临时紧固件；
4)第一气缸伸出，使机械抓手上的临时紧固件从送钉管内完全拔出，气动滑台向下移动，使用机械抓手中心位置与外套筒六角扳手中心对齐；
5)第一气缸缩回，使机械抓手上的临时紧固件插入外套筒六角扳手内；
6)临时紧固件外六角与外套筒六角扳手对位：如果临时紧固件与外套筒六角扳手的六角没有对位完成，缓冲弹簧压缩，机械抓手将被顶出检测开关检测动作没有完成，第一伺服电机驱动外套筒六角扳手低速反转，当临时紧固件与外套筒六角扳手的六角对位，缓冲弹簧复位，检测开关检测动作完成，第一伺服电机使能保持外套筒六角扳手当前状态不变；
7)临时紧固件内六角与内六角扳手对位：第二伺服电机驱动内六角扳手低速反转，同时第二气缸缩回，如果临时紧固件与内六角扳手的六角没有对位完成，缓冲弹簧压缩，机械抓手将被顶出检测开关检测动作没有完成，第二伺服电机驱动内六角扳手持续反转，直至完成对位；同时位移传感器检测位置到位。
8)通过抽真空管道，在外套筒六角扳手和内六角扳手之间产生真空负压，使临时紧固件被稳定吸附在外套筒六角扳手上；
9)机械抓手打开，松开临时紧固件，第一气缸伸出，机械抓手脱离临时紧固件，气动滑台向上移动复位，第一气缸缩回复位；
10)通过丝杆轴承座、进给滚珠丝杆副、第三联轴器、第三伺服电机驱动送钉滑台进给，从而带动外套筒六角扳手和内六角扳手上的临时紧固件进给，直至插入飞机装配结构件目标预连接孔内，通过绝对式光栅尺检测临时紧固件插入动作完成；
11)第一伺服电机使能继续保持外套筒六角扳手当前状态不变，通过第二伺服电机驱动内六角扳手正转，第二伺服电机达到设定扭矩值，扭矩传感器反馈扭矩实际值，完成临时紧固件的完装；
12)关闭抽真空管道的真空，第三伺服电机驱动送钉滑台退回复位，完成一个临时紧固件的安装；
13)多个临时紧固件安装过程重复上述步骤1)～步骤12)；
14)临时紧固件拆卸采用人工手持工具完成操作。
附图说明
图1是本发明的自动化安装临时紧固件装置主视图；
图2是本发明的自动化安装临时紧固件装置左视图；
图3是本发明的自动化安装临时紧固件装置俯视图；
图中：机械抓手1、缓冲弹簧2、导向轴承3、气动滑台4、第一检测开关5、送钉管6、外套筒六角扳手7、内六角扳手8、支撑轴承9、抽真空管道10、轴承座11、第一同步带轮12、第二同步带轮13、同步带14、第一减速机15、第一伺服电机16、第二减速机17、第二伺服电机18、位移传感器19、机械抓手滑台20、第一导轨滑块21、第一气缸22、丝杆轴承座23、安装底座24、送钉滑台25、第二导轨滑块26、第一联轴器27、螺母座28、进给滚珠丝杆副29、扭矩传感器30、第二气缸31、第二联轴器32、第三导轨滑块34、第二减速机安装座33、第三联轴器35、第三伺服电机36、绝对式光栅尺37、线缆拖链38、第二检测开关39。
具体实施方式
如1、2、3所示，用于自动化安装临时紧固件的装置，包括机械抓手1、缓冲弹簧2、导向轴承3、气动滑台4、第一检测开关5、送钉管6、外套筒六角扳手7、内六角扳手8、支撑轴承9、抽真空管道10、轴承座11、第一同步带轮12、第二同步带轮13、同步带14、第一减速机15、第一伺服电机16、第二减速机17、第二伺服电机18、位移传感器19、机械抓手滑台20、第一导轨滑块21、第一气缸22、丝杆轴承座23、安装底座24、送钉滑台25、第二导轨滑块26、第一联轴器27、螺母座28、进给滚珠丝杆副29、扭矩传感器30、第二气缸31、第二联轴器32、第三导轨滑块34、第二减速机安装座33、第三联轴器35、第三伺服电机36、绝对式光栅尺37、线缆拖链38、第二检测开关39；机械抓手1中心与送钉管6中心对齐，通过缓冲弹簧2和导向轴承3安装在气动滑台4上，在气动滑台4上安装第一检测开关5检测机械抓手1的相对位置，气动滑台4固定在机械抓手滑台20上安装在第一导轨滑块21上通过第一气缸22实现前进或后退；外套筒六角扳手7安装在轴承座11上，通过第一同步带轮12、第二同步带轮13、同步带14、第一减速机5、第一伺服电机16相连，实现正反转；内六角扳手8套在外套筒六角扳手7中空轴内部与第一联轴器27、扭矩传感器30、第二联轴器32、第二减速机17、第二伺服电机18相连，实现正反转，通过安装在第三导轨滑块34、第二减速机安装座33上，利用第二气缸31实现与外套筒六角扳手7相对移动，位移传感器19检测并反馈移动量；轴承座11固定在送钉滑台25和第二导轨滑块26上，通过丝杆轴承座23、进给滚珠丝杆副29、第三联轴器35、第三伺服电机36驱动。
用于自动化安装临时紧固件的装置，外套筒六角扳手7中空轴套有内六角扳手8，外套筒六角扳手7和内六角扳手8可以独立控制旋转运动和相对位移。
用于自动化安装临时紧固件的装置，外套筒六角扳手7和内六角扳手8旋转力矩通过扭矩传感器反馈，进给位移分别通过绝对式光栅尺37和位移传感器19检测反馈。
用于自动化安装临时紧固件的装置，临时紧固件采用机械抓手1方式从送钉管6取出，并通过气动滑台4位置切换送入外套筒六角扳手7和内六角扳手8上。
用于自动化安装临时紧固件方法，它的方法步骤如下：
1)工作初始准备状态：机械抓手1处于打开状态，并且机械抓手1中心位置与送钉管6中心对齐；
2)利用外部自动化送钉装置或采用振动碗辅助设备的方式，将临时紧固件按一定方向有序排列，并从送钉管6的一端手动或自动放入管道内；
3)将送钉管6内的临时紧固件，采用气压方式向机械抓手1方向输送，在送钉管6上安装有第二检测开关39检测到临时紧固件通过时，机械抓手1从打开状态转换到关闭状态，机械抓手1夹紧临时紧固件；
4)第一气缸22伸出，使机械抓手1上的临时紧固件从送钉管6内完全拔出，气动滑台4向下移动，使用机械抓手1中心位置与外套筒六角扳手7中心对齐；
5)第一气缸22缩回，使机械抓手1上的临时紧固件插入外套筒六角扳手7内；
6)临时紧固件外六角与外套筒六角扳手7对位：如果临时紧固件与外套筒六角扳手7的六角没有对位完成，缓冲弹簧2压缩，机械抓手1将被顶出第一检测开关5检测动作没有完成，第一伺服电机16驱动外套筒六角扳手7低速反转，当临时紧固件与外套筒六角扳手7的六角对位，缓冲弹簧2复位，第一检测开关5检测动作完成，第一伺服电机16使能保持外套筒六角扳手7当前状态不变；
7)临时紧固件内六角与内六角扳手8对位：第二伺服电机18驱动内六角扳手8低速反转，同时第二气缸31缩回，如果临时紧固件与内六角扳手8的六角没有对位完成，缓冲弹簧2压缩，机械抓手1将被顶出第一检测开关5检测动作没有完成，第二伺服电机18驱动内六角扳手8持续反转，直至完成对位；同时位移传感器19检测位置到位。
8)通过抽真空管道10，在外套筒六角扳手7和内六角扳手8之间产生真空负压，使临时紧固件被稳定吸附在外套筒六角扳手7上；
9)机械抓手1打开，松开临时紧固件，第一气缸22伸出，机械抓手1脱离临时紧固件，气动滑台4向上移动复位，第一气缸22缩回复位；
10)通过丝杆轴承座23、进给滚珠丝杆副29、第三联轴器35、第三伺服电机36驱动送钉滑台25进给，从而带动外套筒六角扳手7和内六角扳手8上的临时紧固件进给，直至插入飞机装配结构件目标预连接孔内，通过绝对式光栅尺37检测临时紧固件插入动作完成；
11)第一伺服电机16使能继续保持外套筒六角扳手7当前状态不变，通过第二伺服电机18驱动内六角扳手8正转，第二伺服电机18达到设定扭矩值，扭矩传感器30反馈扭矩实际值，完成临时紧固件的完装；
12)关闭抽真空管道10的真空，第三伺服电机36驱动送钉滑台25退回复位，完成一个临时紧固件的安装；
13)多个临时紧固件安装过程重复上述步骤1)～步骤12)。

Claims (5)

1.一种自动化安装临时紧固件的装置，其特征在于包括机械抓手(1)、缓冲弹簧(2)、导向轴承(3)、气动滑台(4)、第一检测开关(5)、送钉管(6)、外套筒六角扳手(7)、内六角扳手(8)、支撑轴承(9)、抽真空管道(10)、轴承座(11)、第一同步带轮(12)、第二同步带轮(13)、同步带(14)、第一减速机(15)、第一伺服电机(16)、第二减速机(17)、第二伺服电机(18)、位移传感器(19)、机械抓手滑台(20)、第一导轨滑块(21)、第一气缸(22)、丝杆轴承座(23)、安装底座(24)、送钉滑台(25)、第二导轨滑块(26)、第一联轴器(27)、螺母座(28)、进给滚珠丝杆副(29)、扭矩传感器(30)、第二气缸(31)、第二联轴器(32)、第三导轨滑块(34)、第二减速机安装座(33)、第三联轴器(35)、第三伺服电机(36)、绝对式光栅尺(37)、线缆拖链(38)、第二检测开关(39)；机械抓手(1)中心与送钉管(6)中心对齐，通过缓冲弹簧(2)和导向轴承(3)安装在气动滑台(4)上，在气动滑台(4)上安装第一检测开关(5)检测机械抓手(1)的相对位置，气动滑台(4)固定在机械抓手滑台(20)上安装在第一导轨滑块(21)上通过第一气缸(22)实现前进或后退；外套筒六角扳手(7)安装在轴承座(11)上，通过第一同步带轮(12)、第二同步带轮(13)、同步带(14)、第一减速机(15)、第一伺服电机(16)相连，实现正反转；内六角扳手(8)套在外套筒六角扳手(7)中空轴内部与第一联轴器(27)、扭矩传感器(30)、第二联轴器(32)、第二减速机(17)、第二伺服电机(18)相连，实现正反转，通过安装在第三导轨滑块(34)、第二减速机安装座(33)上，利用第二气缸(31)实现与外套筒六角扳手(7)相对移动，位移传感器(19)检测并反馈移动量；轴承座(11)固定在送钉滑台(25)和第二导轨滑块(26)上，通过丝杆轴承座(23)、进给滚珠丝杆副(29)、第三联轴器(35)、第三伺服电机(36)驱动。
2.根据权利要求1所述的一种自动化安装临时紧固件的装置，其特征在于所述的外套筒六角扳手(7)的中空轴内套有内六角扳手(8)，外套筒六角扳手(7)和内六角扳手(8)可以独立控制旋转运动和相对位移。
3.根据权利要求1所述的一种自动化安装临时紧固件的装置，其特征在于所述的外套筒六角扳手(7)和内六角扳手(8)旋转力矩通过扭矩传感器反馈，进给位移分别通过绝对式光栅尺(37)和位移传感器(19)检测反馈。
4.根据权利要求1所述的一种自动化安装临时紧固件的装置，其特征在于所述的临时紧固件采用机械抓手(1)方式从送钉管(6)取出，并通过气动滑台(4)进行工位切换送入外套筒六角扳手(7)和内六角扳手(8)。
5.根据权利要求1所述的一种自动化安装临时紧固件方法，其特征在于，它的方法步骤如下：
1)工作初始准备状态：机械抓手(1)处于打开状态，并且机械抓手(1)中心位置与送钉管(6)中心对齐；
2)利用外部自动化送钉装置或采用振动碗辅助设备的方式，将临时紧固件按一定方向有序排列，并从送钉管(6)的一端手动或自动放入管道内；
3)将送钉管(6)内的临时紧固件，采用气压方式向机械抓手(1)方向输送，在送钉管(6)上安装有第二检测开关(39)检测到临时紧固件通过时，机械抓手(1)从打开状态转换到关闭状态，机械抓手(1)夹紧临时紧固件；
4)第一气缸(22)伸出，使机械抓手(1)上的临时紧固件从送钉管(6)内完全拔出，气动滑台(4)向下移动，使用机械抓手(1)中心位置与外套筒六角扳手(7)中心对齐；
5)第一气缸(22)缩回，使机械抓手(1)上的临时紧固件插入外套筒六角扳手(7)内；
6)临时紧固件外六角与外套筒六角扳手(7)对位：如果临时紧固件与外套筒六角扳手(7)的六角没有对位完成，缓冲弹簧(2)压缩，机械抓手(1)将被顶出第一检测开关(5)检测动作没有完成，第一伺服电机(16)驱动外套筒六角扳手(7)低速反转，当临时紧固件与外套筒六角扳手(7)的六角对位完成，缓冲弹簧(2)复位，第一检测开关(5)检测动作完成，第一伺服电机(16)使能保持外套筒六角扳手(7)当前状态不变；
7)临时紧固件内六角与内六角扳手(8)对位：第二伺服电机(18)驱动内六角扳手(8)低速反转，同时第二气缸(31)缩回，如果临时紧固件与内六角扳手(8)的六角没有对位完成，缓冲弹簧(2)压缩，机械抓手(1)将被顶出第一检测开关(5)检测动作没有完成，第二伺服电机(18)驱动内六角扳手(8)持续反转，直至完成对位；同时位移传感器(19)检测位置到位；
8)通过抽真空管道(10)，在外套筒六角扳手(7)和内六角扳手(8)之间产生真空负压，使临时紧固件被稳定吸附在外套筒六角扳手(7)上；
9)机械抓手(1)打开，松开临时紧固件，第一气缸(22)伸出，机械抓手(1)脱离临时紧固件，气动滑台(4)向上移动复位，第一气缸(22)缩回复位；
10)通过丝杆轴承座(23)、进给滚珠丝杆副(29)、第三联轴器(35)、第三伺服电机(36)驱动送钉滑台(25)进给，从而带动外套筒六角扳手(7)和内六角扳手(8)上的临时紧固件进给，直至插入飞机装配结构件目标预连接孔内，通过绝对式光栅尺(37)检测临时紧固件插入动作完成；
11)第一伺服电机(16)使能继续保持外套筒六角扳手(7)当前状态不变，通过第二伺服电机(18)驱动内六角扳手(8)正转，第二伺服电机(18)达到设定扭矩值，扭矩传感器(30)反馈扭矩实际值，完成临时紧固件的完装；
12)关闭抽真空管道(10)的真空，第三伺服电机(36)驱动送钉滑台(25)退回复位，完成一个临时紧固件的安装；
13)多个临时紧固件安装过程重复上述步骤1)～步骤12)；
14)临时紧固件拆卸采用人工手持工具完成操作。
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