CN108058146B - 一种空间高精度装配用智能支架 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能装配技术领域，并公开了一种空间高精度装配用智能支架，包括并排设置的两个运动机构，每个所述运动机构均包括旋转式脚架、XY轴移动平台、电动缸和托块。本发明针对大型零部件高精度装配过程中对准困难、定位费时费力，以及可能存在的复杂的现场环境，如船舶轴系的高精度对接装配、航空航天部件的高精度连接等要求，设计出一套可以现场组装的、高精度的空间装配用智能支架，具备根据操作人员的指令，自动实现装配件空间姿态和空间位置的调整功能。本发明可以快速实现高精度装配领域中零部件的支撑、姿态调整、定位安装要求，大大提高装配的工作效率，可以广泛的应用于多种行业的高精度装配场合。

Description

一种空间高精度装配用智能支架

技术领域

本发明属于智能装配技术领域，更具体地，涉及一种空间高精度装配用智能支架。

背景技术

工业4.0和中国制造2025等都提出了先进智能制造理念和两化深度融合要求，将信息技术、控制技术、软件技术、分析技术等融合到硬件设备，使其成为一个灵活的智能装配单元，人与机器，机器与机器，机器内部都可以自由通信和交流信息；信息物理系统(CPS：Cyber Physical System)是一个全新的设备、过程、人员的集成理念，也是智能制造的发展方向。

船舶轴系是船舶动力装置的重要部分，是船舶航行的生命线。现阶段我国船舶企业对船舶轴系的安装过程可以分为两个阶段：粗安装和精确定位。粗安装过程主要是将轴系安装到相应位置，然后再借用龙门吊或液压装置的帮助人工精确定位。现阶段大部分船舶企业将两个过程合二为一，即在粗安装过程就采用人工吊装定位，造成了整个安装移位速度慢，耗时耗力，不利于船舶建造周期的缩短。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种空间高精度装配用智能支架，可以现场组装的、高精度的空间装配用智能支架，具备根据操作人员的指令，自动实现零部件空间姿态和空间位置的调整功能。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种空间高精度装配用智能支架，以用于在不同的现场环境下装配零部件，其包括并排设置的两个运动机构，其特征在于，每个所述运动机构均包括托块、XY轴移动平台、电动缸和旋转式脚架，其中，

所述托块包括第一轴承支座、第一复合轴承和V型块，其中，所述第一轴承支座安装在所述电动缸的输出轴上，所述第一复合轴承竖直设置并且嵌入所述第一轴承支座内，所述V型块水平放置在所述第一复合轴承上并且该V型块的底端面向下延伸有第一连接柱，所述第一连接柱的下端穿过所述第一复合轴承后安装有第一卡簧，以用于限位所述第一连接柱的轴向移动，并且所述第一复合轴承活动穿装在所述第一连接柱上；

所述XY轴移动平台放置在所述旋转圆盘上，并且所述XY轴移动平台承接所述电动缸，以用于带动所述电动缸水平移动；

所述电动缸的输出轴竖直设置并且该输出轴上安装所述托块，以用于带动所述托块上下移动；

所述旋转式脚架包括第二轴承支座、支杆、调整螺杆、第二复合轴承、旋转圆盘和水平仪，所述支杆水平设置有多个并且它们周向布置在所述第二轴承支座上，每个所述支杆上分别竖直安装一所述调整螺杆，以用于共同配合支撑所述第二轴承支座，所述第二复合轴承竖直设置并且其嵌入所述第二轴承支座内，所述旋转圆盘水平放置在所述第二复合轴承上并且该旋转圆盘的底端面向下延伸有第二连接柱，所述第二连接柱的下端穿过所述第二复合轴承后安装有第二卡簧，以用于限位所述第二连接柱的轴向移动，并且所述第二复合轴承活动穿装在所述第二连接柱上，所述水平仪放置在所述旋转圆盘上。

优选地，所述第一轴承支座通过螺纹安装在所述电动缸的输出轴上。

优选地，所述V型块具有两个斜面，每个所述斜面上均设置有滚动轴承，以用于共同配合承接待装配零部件，所述滚动轴承的内圈穿装在固定轴上，所述固定轴通过矩形卡片固定在所述V型块上。

优选地，还包括遥控手柄，所述遥控手柄通过便携式控制箱控制所述XY轴移动平台和电动缸的运动，进而控制所述托块的运动。

优选地，所述第二轴承支座的侧面水平设置有多个用于锁紧第二连接柱的锁紧手轮，所述锁紧手轮穿过所述第二轴承支座后抵靠在所述旋转圆盘上。

优选地，每根所述调整螺杆上均穿装有锁紧螺母，所述锁紧螺母位于所述支杆的上方。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)对于复杂的现场环境有良好的适应性。相比普通的装配用设备而言，可以在更为广泛的环境中进行工作；譬如零部件被不可移动的物件隔档，或者地面起伏过大等等，使用所述智能支架仅仅需要远小于传统方式的安装条件以及测量出两组数据即可正常使用。

2)本发明互换性程度高，对于不同类型的零部件，只需要设计不同类型的自适应托块，在保证精度的前提下，即可进行零部件的装配。鉴于以上优点，本发明可以广泛的应用于多种行业中零部件的装配。

附图说明

图1是本发明装配零部件的结构示意图；

图2是本发明中托块的结构示意图；

图3是本发明中旋转式脚架的结构示意图

图4是本发明中控制系统的结构示意图；

图5是应用本发明的两个运动机构被隔开进行零部件装配时的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图5，一种空间高精度装配用智能支架，以用于在不同的现场环境下装配零部件1，其包括并排设置的两个运动机构，每个所述运动机构均包括托块8、XY轴移动平台、电动缸9和旋转式脚架3，其中，

所述托块8包括第一轴承支座10、第一复合轴承11和V型块12，其中，所述第一轴承支座10安装在所述电动缸9的输出轴上，所述第一复合轴承11竖直设置并且嵌入所述第一轴承支座10内，所述V型块12水平放置在所述第一复合轴承11上并且该V型块12的底端面向下延伸有第一连接柱，所述第一连接柱的下端穿过所述第一复合轴承11后安装有第一卡簧，以用于限位所述第一连接柱的轴向移动，并且所述第一复合轴承11活动穿装在所述第一连接柱上；

所述XY轴移动平台放置在所述旋转圆盘20上，并且所述XY轴移动平台承接所述电动缸9，以用于带动所述电动缸9水平移动；

所述电动缸9的输出轴竖直设置并且该输出轴上安装所述托块8，以用于带动所述托块8上下移动。

进一步，所述旋转式脚架3包括第二轴承支座22、支杆、调整螺杆16、第二复合轴承21、旋转圆盘20和水平仪19，所述支杆水平设置有多个并且它们周向布置在所述第二轴承支座22上，每个所述支杆上分别竖直安装一所述调整螺杆16，以用于共同配合支撑所述第二轴承支座22，所述第二复合轴承21竖直设置并且其嵌入所述第二轴承支座22内，所述旋转圆盘20水平放置在所述第二复合轴承21上并且该旋转圆盘20的底端面向下延伸有第二连接柱，所述第二连接柱的下端穿过所述第二复合轴承21后安装有第二卡簧，以用于限位所述第二连接柱的轴向移动，并且所述第二复合轴承21活动穿装在所述第二连接柱上，所述水平仪19放置在所述旋转圆盘20上。

进一步，所述第一轴承支座10通过螺纹安装在所述电动缸9的输出轴上。

进一步，所述V型块12具有两个斜面，每个所述斜面上均设置有滚动轴承14，以用于共同配合承接待装配零部件1，所述滚动轴承14的内圈穿装在固定轴13上，所述固定轴13通过矩形卡片15固定在所述V型块12上。

进一步，还包括遥控手柄，所述遥控手柄通过便携式控制箱控制所述XY轴移动平台和电动缸9的运动，进而控制所述托块8的运动。

进一步，所述第二轴承支座22的侧面水平设置有多个用于锁紧第二连接柱的锁紧手轮18，所述锁紧手轮18穿过所述第二轴承支座22后抵靠在所述旋转圆盘20上。

进一步，每根所述调整螺杆16上均穿装有锁紧螺母17，所述锁紧螺母17位于所述支杆的上方。

本发明具有一个遥控手柄、一个便携式控制箱、两个相同的运动机构组成；每个所述运动机构可以实现三个自由度的运动，组装在一起后，智能支架可以通过控制运动机构，实现待装配零部件1五个自由度的空间运动。便携式控制箱包括计算机。XY轴移动平台为比较常见的结构，其具有直线导轨4、谐波减速器5、第一伺服电机6、滚珠丝杠机构等，电动缸9也为比较常见的结构，其具有第二伺服电机7和缸体。

其中计算机与所述遥控手柄无线连接；所述计算机有线连接所述六通道伺服驱动器；所述六通道伺服驱动器有线连接所述第一伺服电机6和第二伺服电机7；所述第一伺服电机6通过所述谐波减速器5与所述直线导轨4中的滚珠丝杠联轴器连接；所述第二伺服电机7通过所述谐波减速器5与所述电动缸9中的滚珠丝杠输入轴端的齿轮连接；所述连接在一体的上层直线导轨4通过螺栓与所述电动缸9连接；所述托块8中的轴承支座10通过螺纹与所述电动缸9连接；所述连接在一体的下层直线导轨4通过螺栓与所述旋转式脚架3连接。

本发明配备的直线导轨4上的主要传动件为滚珠丝杠机构，滚珠丝杠机构是工具机械和精密机械上常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。本发明中配备的滚珠丝杠精度等级为4级，重复精度小于等于1微米，保证了本发明中传动装置的精度。本发明配备的电动缸9为防转电动缸，主要的传动装置为滚珠丝杠。本发明配备的谐波减速器5具有高精度、体积小、高承载力等优点。由于多齿啮合，一般情况下，谐波齿轮与相同精度的普通齿轮相比，其运动精度能提高四倍左右，保证了本发明中传动装置的精度；除此之外，使用所述谐波减速器有效的减少了选择驱动装置时功率的要求，使得整个系统使用寿命更长。本发明配备的伺服系统中的第一伺服电机6、第二伺服电机7均带有绝对式编码器，与传统的增量式编码器相比，有着断电记忆当前码值的优势，意味着其每个位置绝对唯一、抗干扰、无需掉电记忆、无累计误差的优势，不仅保证了本发明中驱动装置的精度，而且保证了使用的高效性、可靠性。本发明配备的托块8包括第一轴承支座10、第一复合轴承11、V型块12、轴13、滚动轴承14、矩形卡片15；所述第一复合轴承11放置于所述第一轴承支座10的中心孔内；所述V型块12放置于所述复合轴承11的中心孔内；所述复合轴承11上端面支撑所述V型块12；零部件1放置于所述滚动轴承14的外圆上，用于减小周向旋转的摩擦力；轴13经过矩形卡片15与V型块12连接为一体。所述托块8具备可使零部件1周向旋转的功能，便于零部件1轴线对齐后调节轴的周向位置，以及具备使所述V型块360度自适应旋转的功能，防止如果负载重量过大，姿态角调节过程中可能出现的切向力过大导致的径向攒动的发生，这不仅降低了装配上的误差保证了精度而且保证了整个系统的安全性、可靠性。本发明配备的旋转式脚架3包括调平螺杆16、锁紧螺母17、锁紧手轮18、水平珠19、旋转圆盘20、第二复合轴承21、第二轴承支座22；所述第二复合轴承21放置于所述第二轴承支座22的中心孔内；所述旋转圆盘20放置于所述第二复合轴承21的中心孔内；所述第二复合轴承21上端面支撑所述旋转圆盘20；所述锁紧手轮18通过螺纹锁紧所述旋转圆盘20；所述调平螺杆16拧入所述第二轴承支座22的等分布螺纹孔内；用于调平所述运动机构，所述锁紧螺母17锁紧所述调平螺杆16。所述旋转式脚架3具备旋转、锁紧、调平所述运动机构功能。一方面保证本发明安装、使用、维护的方便性，另一方面保证本发明可以适应多种复杂的现场环境，同时保证了整个系统的精度。基于以上这些特点，共同保证了整个系统的精度。

本发明中的主要执行装置由两个相同的运动机构组成，每个所述的运动机构可以实现三个自由度的运动，按照设定方式组装在一起，智能支架可以实现零部件1五个自由度的空间运动。组装时操作人员需提供两个初始参数，分别为：①位于所述两个运动机构上的所述旋转圆盘20中心孔之间的距离；②位于所述两个运动机构上的所述旋转圆盘20上表面之间的高度差。特别地，本发明给出了所述两个参数的允许误差，在允许误差范围之内，本发明仍能保证0.01mm的控制精度。只要将所述两个初始参数输入到计算机中，本发明就能够自动完成初始化，实现在当前环境下零部件1五个自由度的运动。

参照图5，图中有隔板2，表示两个运动机构可以在中间有阻隔的地点来装配零部件1，譬如在不同的船舱进行装置零部件1；操作人员在具体使用一种空间高精度装配用智能支架时，它包括以下步骤：

1)操作人员选定安装区域，在合适的位置按照要求放置所述运动机构，首先通过观察所述旋转圆盘20上的所述水平珠19，使用所述调平螺杆16对所述运动机构进行调平，调平后拧紧所述锁紧螺母17；再使用所述旋转圆盘20将所述运动机构旋转到合适的位置；最后用所述锁紧手轮18锁紧所述旋转圆盘20；

2)启动程序，操作人员通过测量，提供所述两个参数，参照提示输入到计算机中；

3)将所述V型块12旋转至合适的位置，把需要装配的零部件1放置在所述智能支架上；

4)操作人员使用所述遥控手柄高速粗调到所需装配位置附近，再使用低速精调至对准中心线；

5)操作人员调节零部件1的周向位置，直至法兰孔全部对齐，即可进行后续的装配工作；

6)待装配全部完成后，操作人员使用所述遥控手柄让所述智能支架脱离零部件1，即可进行下一次的工作。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种空间高精度装配用智能支架，以用于在不同的现场环境下装配零部件，其包括并排设置的两个运动机构，其特征在于，每个所述运动机构均包括托块、XY轴移动平台、电动缸和旋转式脚架，其中，

所述托块包括第一轴承支座、第一复合轴承和V型块，其中，所述第一轴承支座安装在所述电动缸的输出轴上，所述第一复合轴承竖直设置并且嵌入所述第一轴承支座内，所述V型块水平放置在所述第一复合轴承上并且该V型块的底端面向下延伸有第一连接柱，所述第一连接柱的下端穿过所述第一复合轴承后安装有第一卡簧，以用于限位所述第一连接柱的轴向移动，并且所述第一复合轴承活动穿装在所述第一连接柱上；

所述XY轴移动平台放置在所述旋转圆盘上，并且所述XY轴移动平台承接所述电动缸，以用于带动所述电动缸水平移动；

所述电动缸的输出轴竖直设置并且该输出轴上安装所述托块，以用于带动所述托块上下移动；

所述旋转式脚架包括第二轴承支座、支杆、调整螺杆、第二复合轴承、旋转圆盘和水平仪，所述支杆水平设置有多个并且它们周向布置在所述第二轴承支座上，每个所述支杆上分别竖直安装一所述调整螺杆，以用于共同配合支撑所述第二轴承支座，所述第二复合轴承竖直设置并且其嵌入所述第二轴承支座内，所述旋转圆盘水平放置在所述第二复合轴承上并且该旋转圆盘的底端面向下延伸有第二连接柱，所述第二连接柱的下端穿过所述第二复合轴承后安装有第二卡簧，以用于限位所述第二连接柱的轴向移动，并且所述第二复合轴承活动穿装在所述第二连接柱上，所述水平仪放置在所述旋转圆盘上。

2.根据权利要求1所述的一种空间高精度装配用智能支架，其特征在于，所述第一轴承支座通过螺纹安装在所述电动缸的输出轴上。

3.根据权利要求1所述的一种空间高精度装配用智能支架，其特征在于，所述V型块具有两个斜面，每个所述斜面上均设置有滚动轴承，以用于共同配合承接待装配零部件，所述滚动轴承的内圈穿装在固定轴上，所述固定轴通过矩形卡片固定在所述V型块上。

4.根据权利要求1所述的一种空间高精度装配用智能支架，其特征在于，还包括遥控手柄，所述遥控手柄通过便携式控制箱控制所述XY轴移动平台和电动缸的运动，进而控制所述托块的运动。

5.根据权利要求1所述的一种空间高精度装配用智能支架，其特征在于，所述第二轴承支座的侧面水平设置有多个用于锁紧第二连接柱的锁紧手轮，所述锁紧手轮穿过所述第二轴承支座后抵靠在所述旋转圆盘上。

6.根据权利要求1所述的一种空间高精度装配用智能支架，其特征在于，每根所述调整螺杆上均穿装有锁紧螺母，所述锁紧螺母位于所述支杆的上方。