CN110294295A - 一种筛漏式供料方法及供料器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种筛漏式供料方法及供料器，采用漏斗形的盛料盘和顶杆实现，特别地，该顶杆端部设有落料孔，落料孔的内径匹配单个待供料的螺钉杆段外径且小于螺钉帽端外径，将顶杆的落料孔朝上自盛料盘最底端的漏孔穿入，在落料孔与漏孔平齐或低于漏孔和落料孔超出敞口端面的行程范围内，盛料盘与顶杆进行周期性轴向位移，顶杆承载落料孔中的螺钉向外供料。应用本发明该螺钉供料的技术解决方案，装置结构简单，通过轴向相对运动可靠地实现了在一堆朝向各异的螺钉中逐颗分离、完成竖直方向上螺钉轴向和水平方向上螺钉径向精确定位，以便螺钉被准确取料；解放人力作业、保障安全的同时提高了螺钉供料的效率，有利于各种工业装配产线的推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种装配自动化设备，尤其涉及一种应用于装配产线的螺钉供料方法及实施该方法的供料器。
背景技术
随着工业生产水平及科学技术水平的提高，生产线的自动化和智能化程度也日新月异，而在生产过程中，螺钉装配是一种有着悠久历史的工序，在各类成品器件、设备上广泛存在且数量可观。
为适应产能效率大幅提升的自动化产线和工业机器人，传统依靠人力及简陋的辅助工具进行供料是无法满足该效率的，而且杂乱堆放的螺钉在供料时需要整齐排列，螺钉尖头易戳伤手指，人力劳动强度大且易疲劳。技术进步的同时，市场上也有提出了多种针对螺钉的自动供料装置，但大都结构复杂，运行能耗大。如前所述，杂乱堆放的螺钉在倾倒入自动供料装置后通常需要通过振动盘和螺钉引导架等实现相对复杂的整理过程，方能得到整齐排列的螺钉，并应用于后道的自动装配中去。而该振动盘和螺钉引导架等一般都是体积巨大，占据了产线有限的空间及能源消耗，不符合节能减排的规模化生产要求。
由此可见，螺钉的自动高精度供料的需求迫在眉睫，并且根据装配产品的应用不同，需要一次多个供料来满足生产效率，以满足市场的需求。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的旨在提出一种筛漏式供料方法及其供料器，以满足规模化装配产线对螺钉供料精度及效率提升的需求。
本发明实现上述第一个目的的技术解决方案是，一种筛漏式供料方法，采用漏斗形的盛料盘和顶杆实现，其特征在于：在所述顶杆端部形成落料孔，所述落料孔的内径匹配单个待供料的螺钉杆段外径且小于螺钉帽端外径，将顶杆的落料孔朝上自盛料盘最底端的漏孔穿入，在落料孔与漏孔平齐或低于漏孔及落料孔超出敞口端面的行程范围内，盛料盘与顶杆进行周期性轴向相对位移，顶杆承载落料孔中的螺钉完成螺钉轴向和径向定位，以备取料。
进一步地，所述盛料盘和顶杆之一固定设置，相对非固定的盛料盘或顶杆受控轴向位移。
进一步地，所述行程范围内，盛料盘和顶杆形成螺钉落位、排它直送及顶出三个状态工位。
更进一步地，螺钉落位的状态工位下，所述顶杆的落料孔与盛料盘的漏孔平齐或低于漏孔，流动状待供料的螺钉之一的杆段觅得并插接定位于落料孔中。
再进一步地，所述螺钉未正常落位且落料孔被螺钉遮挡状态下，由探入盛料盘的活动件辅助螺钉落位。
更进一步地，排它直送的状态工位下，所述顶杆的落料孔向上穿出于盛料盘的漏孔，落料孔被已落位的一颗螺钉占满封闭，顶杆携带已落位的一颗螺钉顶推外排余下的螺钉。
更进一步地，顶出的状态工位下，所述顶杆的落料孔超出盛料盘的敞口端面，在落料孔中轴向定位的螺钉帽端朝上，并与外部螺刀工具的刀头直面相对。
本发明实现上述第二个目的的一种技术解决方案是，一种筛漏式供料器，包括外壳和匹配盖合的盖体，其特征在于：所述外壳内自下而上依次装接有驱动单元、顶杆、漏斗形的盛料盘和扫平单元，其中顶杆和盛料盘成对同轴设置，顶杆端部设有轴向内凹的落料孔，且落料孔的内径匹配单个待供料的螺钉杆段外径且小于螺钉帽端直径，所述盛料盘的轴向底端设有漏孔，盛料盘内装填有螺钉且敞口正对扫平单元，顶杆的落料孔朝上穿设于盛料盘，顶杆和盛料盘之一固定设置，相对非固定的盛料盘或顶杆在驱动单元的导杆传动下轴向相对位移，位移的行程范围介于落料孔与漏孔平齐或低于漏孔和落料孔超出敞口端面，且螺钉落位的状态工位下盛料盘内螺钉之一落位于落料孔中；
并且所述盖体设有对位顶杆向外连通的透孔。
进一步地，所述外壳内装配设有两对以上的盛料盘和顶杆，且各对盛料盘和顶杆在驱动单元的导杆传动下同步轴向位移或异步轴向位移。
本发明实现上述第二个目的的另一种技术解决方案是，一种筛漏式供料器，包括外壳和匹配盖合的盖体，其特征在于：所述外壳内自下而上依次装接有驱动单元、顶杆、盛料盘和扫平单元，其中盛料盘为平底碗状结构且平底的面积小于盛料盘面积占幅的一半，平底分布设有的两个以上漏孔，盛料盘内装填有螺钉且敞口正对扫平单元；顶杆对应漏孔数量且同轴设置，顶杆端部设有落料孔，且落料孔的内径匹配单个待供料的螺钉杆段外径且小于螺钉帽端直径，顶杆的落料孔朝上穿设于盛料盘；顶杆和盛料盘之一固定设置，相对非固定的盛料盘或顶杆在驱动单元的导杆传动下轴向相对位移，位移的行程范围介于落料孔与漏孔平齐或低于漏孔和落料孔超出敞口端面，且顶杆位于行程下限状态下，扫平单元在驱动单元的指令驱动下作用于盛料盘内的螺钉在所有落料孔中落位；
并且所述盖体设有对位顶杆向外连通的透孔。
应用本发明该供料的技术解决方案，具备突出的实质性特点和显著进步性，具体地说：该方法实现螺钉供料的装置结构简单，通过轴向相对运动可靠地实现了在一堆朝向各异的螺钉中逐颗分离、完成竖直方向上螺钉轴向和水平方向上螺钉径向精确定位，以便螺钉被准确取料；解放人力作业、保障安全的同时提高了螺钉供料的效率，有利于各种工业装配产线的推广应用。
附图说明
图1是本发明螺钉供料方法的过程状态示意图。
图2是本发明筛漏式供料器一优选实施例的立体结构示意图。
图3是图2的剖视结构示意图。
图4是待供料的螺钉放大示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。
本发明设计者针对现有技术螺钉人工供料和已有自动供料设备在实际应用场景下多方面的不足进行了综合分析，结合自身经验和创造性劳动，致力于满足现代化工业装配产线对螺钉高精度供料稳定、可靠、安全，且设备成本优化、节能减排的需求，创新提出了一种筛漏式供料方法及供料器。
为更直观地理解本发明筛漏式供料方法的创新特征，请结合图1所示的螺钉供料方法的过程状态可以理解。该供料方法主要通过采用漏斗形的盛料盘1和顶杆2实现。作为本申请要求保护的设计重点，从结构和方法过程两方面概述如下。
图示可见，该盛料盘1与传统漏斗相似，虽然外形结构适于设备的整体装配而可以是各种形状，但上表面向下凹设为倒锥状或碗状的托盘结构，且轴向中心设有一个漏孔11。该漏孔的内径规格与顶杆配合设置，且当顶杆穿接于漏孔中时两者间的缝隙远小于螺钉的杆段外径。而该顶杆2为线性实心杆，顶杆底端可以连接底座固定，也可以连接驱动器件轴向传递作用力；顶杆顶端设有一个与单个待供料的螺钉3匹配相容的落料孔21，如图4所示的螺钉放大示意图特写可见，该螺钉3具有一体成型的杆段31、帽端32两部分。该落料孔的内径匹配螺钉杆段31外径且小于螺钉帽端32外径，且落料孔的深度也满足杆段完全没入其中。除图示实施例外，该顶杆也可以直接为空心杆，则落料孔即为空腔顶部一段。
虽然落料孔的匹配螺钉的外形规格，使落位其中的螺钉能够达到竖直方向上螺钉轴向和水平方向上螺钉径向的定位。但为使得螺钉易于落位，落料孔与所落位的螺钉之间客观存在细微的缝隙，因此为提高螺钉落位后的定位精度和稳定性，该顶杆还可选择地设计在落料孔还可以外联负压单元或内壁设有气动夹钳，负压单元或气动夹钳受控在螺钉落位后启动、在螺钉取料后关闭，且对螺钉的施加外力均小于刀头面向螺钉取料吸附力的一半。
在以上盛料盘和顶杆的结构基础上，将顶杆的落料孔朝上自盛料盘最底端的漏孔穿入，而后在盛料盘中堆放朝向各异杂乱的螺钉，在落料孔21与漏孔11平齐和落料孔超出敞口端面12的行程范围内，盛料盘与顶杆进行周期性轴向位移，顶杆承载落料孔中的螺钉，备取料。图示实施方案中，上述顶杆2固定在底座之上，为固定设置，因此发生轴向位移相对运动的是盛料盘，在所述行程范围内，盛料盘抬升则保持两孔平齐，从而易于螺钉在落料孔中插接定位，而当落料完成后盛料盘缓缓下降，则落料孔所承载的螺钉将相对盛料盘及其中剩余的螺钉向上分离，且保持适于螺刀工具之刀头取料的朝向。当然，该盛料盘和顶杆的相对运动也可以互换角色，即盛料盘固定设置，发生轴向位移相对运动的是顶杆。
为更具体地理解，图1所示可以视为在上述行程范围内一个周期的相对运动过程，主要包括螺钉落位、排它直送及顶出三个状态工位。更具体地来看，螺钉落位的状态工位下（图1左侧Ⅰ所示），该落料孔21与漏孔11平齐，盛料盘中的螺钉是杂乱堆放的，待供料的螺钉中的一个便会在顶杆2和盛料盘1相向运动时自动钻入落料孔，插接定位其中完成落料；而略显静态的螺钉在盛料盘与顶杆的相对运动过程中，可能出现非正常落位的情况，此时可以补充一个动作，即由探入盛料盘的活动件扫平落料孔，使螺钉呈流动状，活动件的具体形式和动作方式后面详述。该些流动状待供料的螺钉中的一个便会在自身杆段划过落料孔的一刻自动钻入落料孔，确保完成落料。
排它直送的状态工位下（图1右侧Ⅱ所示），由于盛料盘与顶杆的相对运动，且落料孔被已落位的一颗螺钉占满封闭，落料孔21向上穿出于漏孔11，上升过程中不再有额外的螺钉能够插接定位于落料孔之中、已落位的螺钉朝向也不变，由此顶杆携带已落位的一颗螺钉上升同时将余下的螺钉顶推外排。
顶出的状态工位下（图1右侧Ⅲ所示），直到上升过程到达上述行程范围的终点，即顶杆的落料孔21超出盛料盘的敞口端面12，在落料孔中轴向定位的螺钉帽端朝上，并与外部螺刀工具的刀头直面相对。待刀头取料后，外露空荡状态的落料孔，设为供料周期的切换点（图1左侧Ⅳ所示）。
可见，在盛料盘中螺钉能够得到及时补充的前提下，上述顶杆和盛料盘周期性的相对运动，能够实现盛料盘中螺钉被朝向精确定位、可靠地已备取料，运动过程简单，供料速率在一定效率保障下可以灵活调节。
从接入工业化装配产线的角度来看，上述筛漏式供料需要一台相对独立的供料器，并使得供料顶出的螺钉帽端与产线机器人手臂所装载的螺刀工具的刀头相对。通常情况下，刀头接螺钉均为自上而下的吸取，因此本创作所设计的筛漏式供料方案更易于精确地对接应用。
如图2和图3所示，是本发明筛漏式供料器一优选实施例的立体结构示意图及其内部剖视图。从图示可以看到，该筛漏式供料器作为产线上辅助功能的独立器件，其包括外壳4和匹配盖合的盖体5是必要的基础结构，在设备维护时便于模块化换装。从更细节的结构特征来看，该外壳1内自下而上依次装接有驱动单元6、顶杆2、漏斗形的盛料盘1和扫平单元7。其中顶杆2和盛料盘1成对同轴设置，而且本实施例为了提高供料效率，设计了六对顶杆和盛料盘呈正六边形或圆形分布同步供料的器件。从任一对顶杆和盛料盘的结构来看，该顶杆2端部设有轴向内凹的落料孔21，且落料孔21的内径匹配单个待供料的螺钉杆段外径且小于螺钉帽端直径，这样能够确保仅单颗螺钉落位其中、供料准备妥善。该盛料盘1的轴向底端设有漏孔11，盛料盘内装填有螺钉且敞口正对扫平单元7，顶杆的落料孔朝上穿设于盛料盘。盛料盘与顶杆在驱动单元的导杆传动下轴向相对位移，位移的行程范围介于落料孔与漏孔平齐和落料孔超出敞口端面，且在落料孔与漏孔平齐状态下，扫平单元在驱动单元的指令驱动下受驱作用于盛料盘内的螺钉落位。
此外，上述扫平单元即为所述的活动件，可以是轴向转动或平移滑动的毛刷或柔性片，所施力满足扫平落料孔表面非正常落位的螺钉，并使杂乱的螺钉呈流动状。上述盖体5设有对位顶杆向外连通的透孔51，以便于螺刀工具的刀头探入供料器之中、吸取螺钉。
从上述组成部分的供料过程来看，顶杆与盛料盘受驱相对运动，由此落料孔沿漏孔相对升降运动。通常情况下盛料盘中螺钉堆放具有一定高度，当落料孔中的螺钉被刀头取料空出后，相对漏孔下降过程中盛料盘中待供料的螺钉会自动觅得落料孔而完成落位，而当漏孔和落料孔平齐或落料孔低于漏孔时，落料孔被杂乱的螺钉遮挡而依旧未正常落位，则扫平单元动作朝向盛料盘中螺钉施加扰动力，一方面扫平空出落料孔，另一方面使螺钉呈流动状，这样使得螺钉能够找到落料孔并插接定位其中。当完成螺钉落料后，驱动单元传动盛料盘向下移动或顶杆向上顶起，该过程中顶杆途径向的剩余螺钉将被排开。直至顶杆上升达到行程终点，外露单独一个帽端朝上且稳固落座定位的螺钉，完成一个周期的供料。同时，当落料孔空出后顶杆回缩，准备下一个周期的供料。
不难发现，单个周期的供料过程中，顶杆、搅拌单元的运动变化幅度较小且方向单一。因此对该筛漏式供料器提升供料速率和精度而言，以满足高效的应用。
另外，图示可见，该供料器在外壳内还设有螺钉储料仓8，且螺钉储料仓8面向盛料盘1设有螺钉补料通道（未图示）。当盛料盘中的螺钉随着周期性供料的进行而逐渐减少时，可以及时补充螺钉。这种情况下，盛料盘底部还可以增设重力传感器，当盛料盘中螺钉小于预设的总重阀值后，即可驱动自动补料。当然，该螺钉出料仓也可以外联接入供料器的外壳之中。
除上述优选实施例外，该筛漏式供料器中顶杆和盛料盘的成对设置数量及分布方式可以多元化，并不限于上述实施例及其图示。例如，可以是单对设置成供料器，也可以是两对以上线性排列设置成供料器组件。而且，对于多对设置的供料器，各对供料单元可以如优选实施例的同步供料，也可以是分别受控驱动的异步供料或周期性轮流供料。
作为又一拓展实施例，上述盛料盘可以设为平底碗状结构且平底的面积小于盛料盘面积占幅的一半，平底设有多个均匀分布的漏孔，而顶杆与漏孔数量相配设置，以同步供料为代表性实施说明，当所有顶杆均下降至与漏孔平齐或略低于漏孔，扫平单元受驱动作后所有顶杆均完成螺钉落位，而后所有顶杆再由驱动单元同步传动顶起，从而亦可实现批量供料。
综上本发明筛漏式供料方法及供料器结合图示的实施例详细介绍，不难理解其具备实质性特点和进步性：该方法实现螺钉供料的装置结构简单，通过轴向相对运动可靠地实现了在一堆朝向各异的螺钉中逐颗分离、完成竖直方向上螺钉轴向和水平方向上螺钉径向精确定位，以便螺钉被准确取料；解放人力作业、保障安全的同时提高了螺钉供料的效率，有利于各种工业装配产线的推广应用。
以上详细描述了本发明的优选实施例，但是本发明的技术创新并不局限于上述特定实施方式。本领域技术人员可以在权利要求的范围内进行修改或者等同变换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种筛漏式供料方法，采用漏斗形的盛料盘和顶杆实现，其特征在于：在所述顶杆端部形成落料孔，所述落料孔的内径匹配单个待供料的螺钉杆段外径且小于螺钉帽端外径，将顶杆的落料孔朝上自盛料盘最底端的漏孔穿入，在落料孔与漏孔平齐或低于漏孔及落料孔超出敞口端面的行程范围内，盛料盘与顶杆进行周期性轴向相对位移，顶杆承载落料孔中的螺钉完成螺钉轴向和径向定位，以备取料。
2.根据权利要求1所述筛漏式供料方法，其特征在于：所述盛料盘和顶杆之一固定设置，相对非固定的盛料盘或顶杆受控轴向位移。
3.根据权利要求1所述筛漏式供料方法，其特征在于：所述行程范围内，盛料盘和顶杆形成螺钉落位、排它直送及顶出三个状态工位。
4.根据权利要求3所述筛漏式供料方法，其特征在于：螺钉落位的状态工位下，所述顶杆的落料孔与盛料盘的漏孔平齐或低于漏孔，流动状待供料的螺钉之一的杆段觅得并插接定位于落料孔中。
5.根据权利要求4所述筛漏式连续供料方法，其特征在于：所述螺钉未正常落位且落料孔被螺钉遮挡状态下，由探入盛料盘的活动件辅助螺钉落位。
6.根据权利要求3所述筛漏式供料方法，其特征在于：排它直送的状态工位下，所述顶杆的落料孔向上穿出于盛料盘的漏孔，落料孔被已落位的一颗螺钉占满封闭，顶杆携带已落位的一颗螺钉顶推外排余下的螺钉。
7.根据权利要求3所述筛漏式供料方法，其特征在于：顶出的状态工位下，所述顶杆的落料孔超出盛料盘的敞口端面，在落料孔中轴向定位的螺钉帽端朝上，并与外部螺刀工具的刀头直面相对。
8.一种筛漏式供料器，包括外壳和匹配盖合的盖体，其特征在于：所述外壳内自下而上依次装接有驱动单元、顶杆、漏斗形的盛料盘和扫平单元，其中顶杆和盛料盘成对同轴设置，顶杆端部设有轴向内凹的落料孔，且落料孔的内径匹配单个待供料的螺钉杆段外径且小于螺钉帽端直径，所述盛料盘的轴向底端设有漏孔，盛料盘内装填有螺钉且敞口正对扫平单元，顶杆的落料孔朝上穿设于盛料盘，顶杆和盛料盘之一固定设置，相对非固定的盛料盘或顶杆在驱动单元的导杆传动下轴向相对位移，位移的行程范围介于落料孔与漏孔平齐或低于漏孔和落料孔超出敞口端面，且螺钉落位的状态工位下盛料盘内螺钉之一落位于落料孔中；
并且所述盖体设有对位顶杆向外连通的透孔。
9.根据权利要求8所述筛漏式供料器，其特征在于：所述外壳内装配设有两对以上的盛料盘和顶杆，且各对盛料盘和顶杆在驱动单元的导杆传动下同步轴向位移或异步轴向位移。
10.一种筛漏式供料器，包括外壳和匹配盖合的盖体，其特征在于：所述外壳内自下而上依次装接有驱动单元、顶杆、盛料盘和扫平单元，其中盛料盘为平底碗状结构且平底的面积小于盛料盘面积占幅的一半，平底分布设有的两个以上漏孔，盛料盘内装填有螺钉且敞口正对扫平单元；顶杆对应漏孔数量且同轴设置，顶杆端部设有落料孔，且落料孔的内径匹配单个待供料的螺钉杆段外径且小于螺钉帽端直径，顶杆的落料孔朝上穿设于盛料盘；顶杆和盛料盘之一固定设置，相对非固定的盛料盘或顶杆在驱动单元的导杆传动下轴向相对位移，位移的行程范围介于落料孔与漏孔平齐或低于漏孔和落料孔超出敞口端面，且顶杆位于行程下限状态下，扫平单元在驱动单元的指令驱动下作用于盛料盘内的螺钉在所有落料孔中落位；并且所述盖体设有对位顶杆向外连通的透孔。
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