CN110757158A - 一种面向精益智造的螺钉精准推送及智能装配工位与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向精益智造的螺钉精准推送及智能装配工位与方法，包括识别装置、抓取装置、智能零件盒、智能电动螺丝刀。产品置于传送带上，在产品适合的地方放置RFID标签，当产品到达识别装置下方时，识别装置通过RFID标签识别产品类型，管理系统自动搜索出与该类产品相关的安装信息，包括需安装的螺钉类型、安装扭矩、安装数量、安装顺序、安装位置等，管理系统根据安装信息对工位的其他部分进行相应的控制来实现螺钉的精准推送、扭矩的智能提取与准确控制等功能。本发明的有益效果包括减轻安装者作业疲劳、避免因安装者个人操作导致的安装扭矩过大或过小现象发生、提高产线装配效率与准确性、降低不合格品率。

Description

一种面向精益智造的螺钉精准推送及智能装配工位与方法

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种面向精益智造的螺钉精准推送及智能装配工位与方法。

背景技术

制造业中，普遍存在一种工位。工位设置于传送带一侧，传送带上可能会运输不同类型的产品到此工位进行螺钉安装，工人的上方张贴有作业指导书，用于指导工人工作。例如，冰箱生产过程中需要在箱体下侧某处安装螺钉以固定压缩机，该工位的作业指导书即注明不同类型的冰箱的螺钉安装方法与安装标准，包括不同类型冰箱应安装螺钉类型、安装数量等，不同类型冰箱应将螺钉安装于何处等等。工人前上方或者工人面前放置有存放着螺钉的零件盒。工人一侧放置有电动螺丝刀。当产品由传送带运输到工人面前时工人开始工作，步骤是首先工人由目视判断出产品的类型；后工人查阅作业指导书，获取该类型产品的相关信息，明确相应螺钉的安装标准；工人从相应零件盒里抓取相应的螺钉；工人找到产品需安装螺钉的地方，用电动螺丝刀安装相应螺钉；工人检查安装结果，并将工具归位，等待下一个产品的到达。传统工位存在以下缺陷：

1.由工人目视判断产品类型不但加重了工人的压力，而且容易发生错误判断，进而导致错误安装，甚至出现返工件。2.工人查阅作业指导书等相关内容较耗费时间，而且很难在短时间内定位所需的相关内容，且可能会因为阅读不仔细而漏掉相关安装要求进而导致螺钉的错误安装。3.工人抓取螺钉时，需要注意力集中，需要一次性抓取多个螺钉时，若抓取数量出错，还需进行二次抓取，造成了动作浪费，耗时增多，而且对工人手指的损伤较大。4.螺钉安装过程中，螺钉的安装时间和安装效果受到工人经验影响较大，电动螺丝刀扭矩固定，若电动螺丝刀扭矩设置偏小，则容易出现安装不到位达不到安装要求的现象，若电动螺丝刀扭矩设置偏大，则容易出现安装力度过大造成产品损伤的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向精益智造的螺钉精准推送及智能装配工位与方法，本发明的有益效果是大大减轻了抓取螺钉对安装者手的损伤，同时可以提高拿螺钉的效率和准确性，避免重复抓取。

本发明一种面向精益智造的螺钉精准推送及智能装配工位所采用的技术方案是包括识别装置、抓取装置、智能零件盒、智能电动螺丝刀；产品置于传送带上，在产品适合的地方放置RFID标签，当产品到达识别装置下方时，识别装置通过RFID标签识别产品类型，同时记录该产品是由本工位完成安装，以使得产品具有可追溯性。该识别装置可以减掉工人目视判断产品类型这一环节，减轻工人负担的同时也减少了错误率。当识别装置识别出该产品类型后，将信息传递给管理系统，管理系统自动搜索出与该类产品相关的信息，管理系统根据信息对工位的其他部分进行相应的控制。在安装者前方设置有智能零件盒，智能零件盒上方设有抓取装置。智能零件盒数量可以自由调整，智能零件盒内有放置螺钉的排列板，螺钉在排列板上规则排列，方便抓取装置抓取。智能零件盒朝向安装者的那一面设置有小型液晶显示屏，记为第一显示屏。当产品被识别装置识别后，在装有所需螺钉的智能零件盒上的第一显示屏会亮起，显示本螺钉的安装信息，安装信息包括螺钉类型、安装扭矩、安装数量、安装顺序、安装位置等，根据所装配产品类型调整内容，在不需要螺钉的智能零件盒外的第一显示屏会熄灭。智能零件盒内螺钉数量不足时管理系统会发出提示声音。

在智能零件盒旁设有一块较大的第二显示屏，用以显示作业指导书中的其他内容，如，作业前准备、作业方法、作业完检查、注意事项等等。当不同类型的产品到达时，第二显示屏会根据到达的产品类型显示相关的作业指导书，作业信息被自动、直观地显示出来，安装者无需查找便能迅速获取作业信息，进而大大降低了误读的机率。显示屏上显示零件盒内剩余螺钉数量，缺料自动提示，方便及时添加螺钉。

抓取装置安装在支撑架的轨道上，整个抓取装置可以前后左右移动改变其工作位置。每个智能零件盒上方都会设有一个抓取装置，抓取装置由伸缩杆和一定数量的触手组成，伸缩杆可以伸长收缩，触手尖端存在一定的磁性，一个触手可以吸取一个螺钉，依次抓取智能零件盒中的螺钉，当抓取完全部螺钉后系统自动复位，同时管理系统提示安装者缺料，发生错误可按下抓取装置上的复位按钮来复位。

管理系统可以根据产品类型自动控制抓取装置伸出不同数量的触手，并控制伸缩杆伸缩。伸缩杆伸长，使得下方的触手与零件盒里的螺钉相互接触，触手上吸附到螺钉，后伸缩杆收缩，将螺钉成功抓取。安装者就可以直接从触手上取下相应数量的螺钉。

智能电动螺丝刀存在控制器与闭环控制系统，控制器与管理系统相互连接并获取数据，智能电动螺丝刀可由管理系统设定扭矩，同时可以反馈信息到管理系统。智能电动螺丝刀包括第三显示屏，可显示当前扭矩、扭矩调节模式、当前安装螺钉类型等信息。在智能电动螺丝刀的手柄后方设置有扭矩设定模式转换按钮和启动按钮，扭矩设定模式转换按钮可以调整自动模式与手动模式。管理系统可自动根据到达产品的类型和安装进度自动控制智能电动螺丝刀变换扭矩，管理系统根据到达产品的类型及其安装信息判断出该产品所需安装螺钉类型及各类型的安装顺序，同时提取各类螺钉的安装扭矩，安装开始前设定为所安装第一类螺钉的对应安装扭矩，该类螺钉安装完毕后，管理系统控制电动螺丝刀设定扭矩为下一安装螺钉的对应安装扭矩。

精准推送及智能装配方法如下：

1.当某一产品到达该工位，识别装置识别产品上的RFID标签。识别完成，将标签信息传输到管理系统。管理系统收到信息，该产品为甲型产品，并标记标签信息，记录该产品由本工位加工，使得产品具有可追溯性。

2.管理系统调取甲型产品相关的作业指导书中的内容。得出甲产品需在本工位安装螺钉A三个，螺钉B两个。指定扭矩分别为3N·m和1N·m。

3.管理系统控制零件盒1外的第一显示屏上显示“数量3，安装顺序1，扭矩3N·m，安装位置主板左上、右上、右下三角”，零件盒2外的第一显示屏上显示“数量2，安装顺序2，扭矩1N·m，安装位置主板中上、中下两处”。其他零件盒外的第一显示屏均熄灭。指导安装者工作为先在三个角分别安装1个螺钉A，再在中上、中下两处分别安装1个螺钉B。同时在右侧第二显示屏上显示较为详细的安装要求：“步骤1作业前准备：1、熟悉智能电动螺丝刀的性能及操作，操作智能电动螺丝刀时应让智能电动螺丝刀凹槽处于右手的虎口位置，用食指控制智能电动螺丝刀开关，开关以点动的方式实现钻头转速控制；2、方向控制开关：FOR为顺时针转，正方向拧紧螺钉(打螺钉)，REV为逆时针旋转，反方向拧紧螺钉(退螺钉)；3、熟悉智能电动螺丝刀显示屏上各部分的信息；4、当出现安装错误时，用拇指按下扭矩手动调整开关，将智能电动螺丝刀的扭矩调节模式调为手动，通过转动扭矩调节圈调节扭矩，管理系统不再自动调整扭矩，安装者可自行纠正错误。步骤2作业方法：1、螺钉要垂直吸附在钻头上；2、对于两个部件孔对不齐的或错位的要用另一只手按住进行校正；3、智能电动螺丝刀要握紧，与被装配孔垂直进行锁付。步骤3作业完检查：1、确认无漏打螺钉、螺钉滑牙、螺钉未锁到位及组装不到位、组装错位、间隙不均等不良安装流到下工序。”

4.管理系统控制抓取装置，1号抓取装置伸出三个触手，2号抓取装置伸出两个触手，两个抓取装置伸缩杆伸长、吸附螺钉、伸缩杆收缩，完成螺钉抓取。同时，管理系统控制智能电动螺丝刀，设置指定扭矩为3N·m。

5.当产品到达安装者面前可操作的位置时，首先安装者目视显示屏上的指导，了解安装要求，然后安装者取下抓取装置上的螺钉A，拿取智能电动螺丝刀，按照安装要求进行安装。

6.在安装者每安装完一个螺钉A时，智能电动螺丝刀会达到指定扭矩(3N·m)一次，管理系统会识别出电动螺丝刀达到了一次指定扭矩，即已完成一个螺钉A的安装，然后在第三显示屏上记录安装进度为1/3，智能电动螺丝刀会在完成三次识别之后，进度变为完成，之后会自动设置指定扭矩为1N·m。安装者在安装螺钉B之前可以在第三显示屏上确认扭矩是否已经更改。

7.安装者拿取抓取装置上的螺钉B，右手持住智能电动螺丝刀，在确认扭矩已成功更改之后，安装螺钉B。

8.安装完毕后，安装者对安装结果进行总体检查。

9.当其他类型的产品到达时，安装过程与该过程类似。

附图说明

图1是智能装配工位系统示意图；

图2是智能零件盒及抓取装置示意图；

图3是智能电动螺丝刀示意图；

图4是产品甲到达后安装流程示意图；

图5是完成螺钉抓取与显示屏显示之后抓取装置和第一、第二显示屏状态。

图中，1.识别装置，2.抓取装置，3.智能零件盒，4.智能电动螺丝刀，5.产品，6.传送带，7.安装者，8.第二显示屏，9.支撑架，201.伸缩杆，202.触手，301.螺钉，302.第一显示屏，401.第三显示屏，402.模式转换按钮，403.启动按钮。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明面向精益智造的螺钉精准推送及智能装配工位如图1所示，包括识别装置1、抓取装置2、智能零件盒3、智能电动螺丝刀4；产品5置于传送带6上，在产品5适合的地方放置RFID标签，当产品5到达识别装置1下方时，识别装置1通过RFID标签识别产品5类型，同时记录该产品5是由本工位完成安装，以使得产品5具有可追溯性。该识别装置1可以减掉工人目视判断产品类型这一环节，减轻工人负担的同时也减少了错误率。当识别装置1识别出该产品类型后，将信息传递给管理系统，管理系统自动搜索出与该类产品相关的信息，管理系统根据信息对工位的其他部分进行相应的控制。

如图2所示，在安装者7前方设置有智能零件盒3，智能零件盒3上方设有抓取装置2。智能零件盒3数量可以自由调整，智能零件盒3内有放置螺钉301的排列板，螺钉301在排列板上规则排列，方便抓取装置2抓取。智能零件盒3朝向安装者的那一面设置有小型液晶显示屏，记为第一显示屏302。当产品5被识别装置1识别后，在需要螺钉的智能零件盒3上的第一显示屏302会亮起，显示本螺钉的安装信息，安装信息包括螺钉类型、安装扭矩、安装数量、安装顺序、安装位置等，根据所装配产品类型调整内容，在不需要螺钉的智能零件盒3外的第一显示屏302会熄灭。智能零件盒3内螺钉数量不足时管理系统会发出提示声音。

在智能零件盒3旁设有一块较大的第二显示屏8，用以显示作业指导书中的其他内容，如，作业前准备、作业方法、作业完检查、注意事项等等。当不同类型的产品到达时，第二显示屏8会根据到达的产品类型显示相关的作业指导书，作业信息被自动、直观地显示出来，安装者7无需查找便能迅速获取作业信息，进而大大降低了误读的机率。显示屏上显示零件盒内剩余螺钉数量，缺料自动提示，方便及时添加螺钉。

抓取装置2安装在支撑架9的轨道上，整个抓取装置2可以前后左右移动改变其工作位置。每个智能零件盒3上方都会设有一个抓取装置2，抓取装置2由伸缩杆201和一定数量的触手202组成，伸缩杆201可以伸长收缩，触手202尖端存在一定的磁性，一个触手202可以吸取一个螺钉301，依次抓取智能零件盒3中的螺钉，当抓取完全部螺钉后系统自动复位，同时管理系统提示安装者7缺料，发生错误可按下抓取装置2上的复位按钮来复位。

管理系统可以根据产品类型自动控制抓取装置伸出不同数量的触手，并控制伸缩杆伸缩。伸缩杆伸长，使得下方的触手与零件盒里的螺钉相互接触，触手上吸附到螺钉，后伸缩杆收缩，将螺钉成功抓取。安装者就可以直接从触手上取下相应数量的螺钉。

如图3所示，智能电动螺丝刀4包括第三显示屏401，可显示当前扭矩、扭矩调节模式、当前安装螺钉类型等信息。在智能电动螺丝刀4的手柄后方设置有扭矩设定模式转换按钮402和启动按钮403，扭矩设定模式转换按钮402可以调整自动模式与手动模式，当发生安装错误时，安装者可以调整为手动模式，管理系统不再自动调整扭矩，安装者7即可自行纠正错误。运用该智能电动螺丝刀4后，管理系统根据产品的类型，搜索到所需安装的螺钉类型和数量，以及安装螺钉所对应的扭矩，后管理系统自动控制智能电动螺丝刀4设置到指定扭矩。通常在某工位需要安装两种或两种以上的螺钉，这就需要在安装完某种螺钉后发生扭矩的改变。通过指定不同种类螺钉的安装顺序、系统识别电动螺丝刀达到指定扭矩等，来实现在安装完某种螺钉后自动更改扭矩。

以笔记本电脑装配线为例，装配流程中间存在某一步骤是为电脑主板上固定螺钉，不同的型号所装螺钉的种类和位置有所差别。假设该生产线存在电脑型号甲、已、丙、丁四种类型。四种类型所需要装配的螺钉如表1所示。

表1

应用该智能工位于生产线上，用以安装上述螺钉。

应用该智能工位所需前期准备：

1.将甲、乙、丙、丁四类产品在该工位的安装信息写入管理系统。安装信息包括：所需安装的螺钉类型，对应螺钉的安装扭矩，对应螺钉的安装数量，对应螺钉的安装顺序，对应螺钉的安装位置等；

2.将四类产品螺钉安装的作业指导书内容写入管理系统；

3.将螺钉A、螺钉B、螺钉C、螺钉D四类螺钉依次存放于零件盒1、2、3、4。并将该信息写入管理系统。

以产品甲为例来说明。产品甲到达后安装流程如图4所示。完成螺钉抓取与显示屏显示之后抓取装置和第一、第二显示屏状态如图5所示。

在使用本智能工位之后，安装者的工作效率大大提高，对安装者手指的损伤减小，安装效果提高，安装出错率也降到最低。安装者无需再阅读、查找作业指导书，节省了时间、提高了信息获取的准确性。安装者的螺钉抓取动作不再需要较多注意力，可以更加仔细专注的阅读作业指导书，抓取动作也变得简洁，对手指的损伤较小。管理系统对智能电动螺丝刀指定扭矩的调节使螺钉安装变得简单，同时可以保证螺钉安装的正确性。安装者也无需再根据感觉判断螺钉是否安装到位，当智能电动螺丝刀达到指定扭矩时，螺钉即安装到位。运用智能电动螺丝刀，安装者可以由第三显示屏上直观的读出电动螺丝刀现有的参数设置。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种面向精益智造的螺钉精准推送及智能装配工位，其特征在于：包括识别装置、抓取装置、智能零件盒、智能电动螺丝刀；产品置于传送带上，在产品适合的地方放置RFID标签，当产品到达识别装置下方时，识别装置通过RFID标签识别产品类型，同时记录该产品是由本工位完成安装，以使得产品具有可追溯性，当识别装置识别出该产品类型后，将信息传递给管理系统，管理系统自动搜索出与该类产品相关的信息，管理系统根据信息对工位的其他部分进行相应的控制；在安装者前方设置有智能零件盒，智能零件盒上方设有抓取装置，智能零件盒内有放置螺钉的排列板，螺钉在排列板上规则排列，智能零件盒朝向安装者的那一面设置有第一显示屏，当产品被识别装置识别后，在需要螺钉的智能零件盒上的第一显示屏会亮起，显示本螺钉的安装信息，安装信息包括螺钉类型、安装扭矩、安装数量、安装顺序、安装位置，根据所装配产品类型调整内容，在不需要螺钉的智能零件盒外的第一显示屏会熄灭，智能零件盒内螺钉数量不足时管理系统会发出提示声音,显示屏上显示零件盒内剩余螺钉数量，缺料自动提示，方便及时添加螺钉；在智能零件盒旁设有一块较大的第二显示屏，用以显示作业指导书中的其他内容，当不同类型的产品到达时，第二显示屏会根据到达的产品类型显示相关的作业指导书；抓取装置安装在支撑架的轨道上，整个抓取装置可以前后左右移动改变其工作位置，每个智能零件盒上方都会设有一个抓取装置，抓取装置由伸缩杆和一定数量的触手组成，伸缩杆可以伸长收缩，触手尖端存在一定的磁性，一个触手可以吸取一个螺钉，依次抓取智能零件盒中的螺钉，当抓取完全部螺钉后系统自动复位，同时管理系统提示安装者缺料，发生错误可按下抓取装置上的复位按钮来复位。

2.按照权利要求1所述一种面向精益智造的螺钉精准推送及智能装配工位，其特征在于：管理系统根据产品类型及其所需螺钉类型和数量自动控制对应零件盒上方的抓取装置伸出相应数量的触手来抓取该产品所需装配的螺钉，并控制伸缩杆伸缩；伸缩杆伸长，使得伸出的触手与零件盒里的螺钉相互接触，触手上吸附到螺钉后，伸缩杆收缩，将螺钉成功抓取，之后安装者可从触手上取下抓取到的螺钉。

3.按照权利要求1所述一种面向精益智造的螺钉精准推送及智能装配工位，其特征在于：智能电动螺丝刀内存在控制器与闭环控制系统，控制器与管理系统相互连接并获取数据，智能电动螺丝刀可由管理系统设定扭矩，同时可以反馈信息到管理系统；所述智能电动螺丝刀包括第三显示屏，可显示当前扭矩、扭矩调节模式、当前安装螺钉类型等信息。在智能电动螺丝刀的手柄后方设置有扭矩设定模式转换按钮和启动按钮，扭矩设定模式转换按钮可以调整自动模式与手动模式；管理系统可自动根据到达产品的类型和安装进度自动控制智能电动螺丝刀变换扭矩，管理系统根据到达产品的类型及其安装信息判断出该产品所需安装螺钉类型及各类型的安装顺序，同时提取各类螺钉的安装扭矩，安装开始前设定为所安装第一类螺钉的对应安装扭矩，该类螺钉安装完毕后，管理系统控制电动螺丝刀设定扭矩为下一安装螺钉的对应安装扭矩。

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