CN111055098A - 一种用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于精密装配技术领域，提出一种用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置及方法。中空式设计避免了换接装置中心轴线与视觉系统光轴的偏置，使整体结构更加紧凑。该装置包括换接本体与工具侧，换接本体上均布有失电型电磁铁，通过控制其失、得电完成工具侧的拾取与释放，具备断电保护作用。工具侧可根据微小零件特点配置不同形式的工具头，从而实现不同微小零件的装配。换接装置可实现电路、气路模块的自动换接，为工具头提供必要的能源供给。电路模块采用pogopin连接器，可按需配置；气路模块包括自动调心单元和密封单元，可实现正、负压气体的传递。本发明极大提高了系统的柔性，适用于多品种、小批量微小零件的精密装配。

Description

一种用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置及方法
技术领域
本发明属于精密装配技术领域，涉及一种用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置及方法。
背景技术
应用于航空、航天领域的某类微小惯性器件，其生产具有多品种、小批量装配特点，微小型零件具有不同的尺寸、形状、材料及表面特性，通常情况下，开发一套具有专用夹钳的装配系统来操作某种微小零件，因此需要开发多套装配系统来满足不同微小零件的装配需求，这必然会造成硬件和时间成本的浪费，不利于工艺生产的连续性和完整性。而采用具有可换接夹钳的换接装置是一种不错的选择，目前对于这种换接装置，现有的成品主要依靠气源作为动力进行换接，且机器人侧与工具侧均为实心装置，这使得视觉系统无法在换接装置正上方对微小零件进行位姿检测，如果采用这种实心装置，视觉系统光轴与换接装置的中心轴线就会存在偏置，这势必会损失一部分装配空间。因此采用一种具有中空设计的换接装置，同时可实现电路、气路的可靠换接对于实现不同微小零件的自动装配、节约制造成本及提高系统的柔性具有重要意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置及方法。
本发明的技术方案如下：
一种用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置，包括换接本体和工具侧；
换接本体包括测力装置、失电型电磁铁、电路模块公座单元、气路模块自动调心单元和工具侧释放装置；所述测力装置包括中空的力传感器连接板、测力传感器、中空的换接本体连接圆环，测力装置用于装配过程中的接触力控制；沿圆周均布至少两个失电型电磁铁固定在换接本体连接圆环上；电路模块公座单元固定在换接本体连接圆环上；至少两个气路模块自动调心单元沿圆周对称固定在换接本体连接圆环上；至少两个工具侧释放装置沿圆周对称固定在换接本体连接圆环上，所述的工具侧释放装置包括针型气缸、推杆垫块，针型气缸固定在换接本体连接圆环上，推杆垫块安装在气缸活塞杆的末端；当释放工具侧时，用于克服气路模块换接铜管在拔出气路模块密封单元过程中的摩擦阻力，实现工具侧的顺利释放；
所述工具侧包括与电路模块公座单元对应的电路模块母座单元、与气路模块自动调心单元对应的气路模块密封单元、工具侧本体、定位销孔；气路模块密封单元包括气路连接座、气路密封组件，气路连接座固定在工具侧本体上，气路密封组件通过过盈配合安装在气路连接座的阶梯孔中；定位销孔与定位销配合用于工具侧的定位，不同形式的工具头连接在工具侧底部，用于不同微小零件的精密装配。
进一步地，所述气路模块自动调心单元包括气路调整安装块、换接铜管、弹簧；气路调整安装块通过螺纹连接固定在换接本体连接圆环上，气路调整安装块内设有阶梯孔，弹簧的一端通过过盈配合固定在气路调整安装块的阶梯孔内，弹簧的另一端通过过盈配合固定在换接铜管的阶梯轴上，换接铜管的阶梯轴与换接本体连接圆环的阶梯孔属于间隙配合，换接铜管在XYZ方向均具有移动量，当拾取工具侧时能够保证换接铜管顺利对准气路模块的密封单元，释放工具侧时，换接铜管被拔出，由于弹簧具有一定的刚度，换接铜管在弹簧刚度的作用下自动对中换接本体连接圆环的阶梯孔，提高了气路模块换接的重复定位精度。
进一步地，上述电路模块公座单元包括公座支撑板、电路公座，电路公座固定在公座支撑板上，公座支撑板固定在换接本体连接圆环上。
进一步地，上述所述的电路模块母座单元包括电路母座、母座支撑板、螺柱，电路母座固定在母座支撑板上，母座支撑板固定在工具侧本体上。
进一步地，上述失电型电磁铁的轴向长度，保证当换接本体对工具侧进行拾取时，失电型电磁铁接触到工具侧本体的上表面，电路公座的弹簧顶针不超出压缩量程。
进一步地，上述换接铜管为阶梯轴，底端加工有圆角，内部设有气体通道，用于正或负压气体传递，当拾取完工具侧，换接铜管底端面插入气路密封组件并伸出，实现气路模块的可靠换接。
进一步地，上述工具侧材料为易于磁化和退磁的软磁材料，工具头材料为隔磁材料。
采用中空式换接装置的方法，包括如下步骤：
步骤1：工具侧拾取：换接本体先运动至工具侧正上方位置，然后沿Z轴快速下降至距工具侧上表面指定距离的位置，控制失电型电磁铁得电，电磁铁磁力消失，同时开启测力传感器，实时检测接触力，换接本体转为低速运动，换接铜管的下端圆弧面先进入气路连接座的阶梯孔内，由于换接铜管的中心与气路密封组件的中心不一致，在换接本体缓慢下降过程中，换接铜管会受到气路密封组件的阻力，由于弹簧一端固定在换接铜管的阶梯轴上，另一端固定在气路调整安装块的阶梯孔内部，换接铜管会在被顶起的过程中在间隙范围内摆动，自动对准气路密封组件的中心孔，随着换接本体的下降，在换接铜管插入气路密封组件的中心孔的过程中，阻力较大，在Z轴移动相应位移量后，换接铜管阶梯轴的上端面会逐渐接触到气路调整安装块的下端面，此时转变为刚性插入气路密封组件中心孔；随后电路公座连接器的弹簧顶针与电路母座接触，弹簧顶针被压缩，直至失电型电磁铁下端面与工具侧本体上表面接触，此时根据测力传感器读数判断接触力大小，直至达到预设值，换接本体停止下降，控制失电型电磁铁失电，完成换接本体对工具侧的拾取，此时电路模块与气路模块接通完毕；
步骤2：工具侧释放：换接装置运动至定位销正上方位置，沿Z轴快速下降至定位销附近，转为低速下降，同时开启测力传感器，实时检测接触力，当接触力达到预设值，控制失电型电磁铁得电，电磁力消失，此时接通控制针型气缸的电磁阀，气缸活塞杆伸出，推杆垫块对工具侧施加向下的压力，同时换接本体沿Z轴缓慢上抬，失电型电磁铁下表面先脱离工具侧本体上表面，电路公座连接器的弹簧顶针也逐渐脱离电路母座，电路模块断开后，换接铜管的下端面逐渐由气路密封组件的中心孔内拔出，待换接铜管拔出气路密封组件后，换接本体沿Z轴快速上抬，至控制失电型电磁铁失电，电磁力恢复，同时断开控制针型气缸的电磁阀，气缸活塞杆缩回，换接铜管在弹簧自身刚度的作用下自动与换接本体连接圆环的阶梯孔对中，此时完成换接本体对工具侧的释放。
本发明的有益效果在于，提出了一种用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置及方法，中空式结构设计避免了视觉系统光轴与换接装置中心轴线的偏置，使系统整体结构更加紧凑，节省装配空间；通过控制失电型电磁铁失、得电实现对工具侧的拾取与释放，控制方便，由于电磁铁是在失电情况下完成工具侧的拾取，因此具备断电保护作用；电路模块与气路模块的自动换接可为工具侧底部工具头的设计提供了必要的电能及气源，工具头根据微小零件的特点可设计为不同形式，用于完成不同微小零件的自动装配，本发明极大的提升了系统的柔性，适用于多品种，小批量微小零件的精密装配。
附图说明
图1中空式换接装置换接本体示意图，(a)主视图，(b)俯视图,(c)总体示意图。
图2气路模块(包括自动调心单元与密封单元)剖视图。
图3中空式换接装置工具侧。
图4换接本体与工具侧配合(拾取)。
图中：1力传感器连接板；2测力传感器；3针型气缸；4换接本体连接圆环；5推杆垫块；6失电型电磁铁；7公座支撑板；8电路公座；9气路调整安装块；10换接铜管；11弹簧；12气路连接座；13气路密封组件；14工具侧本体；15螺柱；16母座支撑板；17电路母座；18定位销孔。
具体实施方式
一种用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置的方法，以下结合技术方案和说明书附图详细叙述本发明的具体实施方式：
第一步：换接装置的换接本体安装在具有3-DOF的精密位移平台上，工具侧被固定在装配区域的某个位置，其底部连接有操作某种微小零件的工具头，工具侧本体14通过两个定位销实现平面内定位。
第二步：换接本体先运动至装配件正上方位置，通过换接本体连接圆环4正上方的视觉系统对装配件进行位姿测量。
第三步：换接本体运动至工具侧正上方位置，然后沿Z轴快速下降至指定位置P1,控制失电型电磁铁6得电(电磁铁磁力消失)，同时开启测力传感器2，换接本体转为低速运动，实时检测接触力大小，当测力传感器2读数达到预设值，换接本体停止下降，此时失电型电磁铁6下端面与工具侧本体14上表面完全接触，控制失电型电磁铁6失电(电磁铁磁力恢复)，电路模块与气路模块接通完毕，此时完成换接本体对工具侧的拾取。
第四步：配备工具头的换接装置拾取待装配件、通过换接本体连接圆环4正上方的视觉系统完成待装配件的位姿检测，然后与装配件进行自动装配。
第五步：换接装置运动至定位销正上方位置，沿Z轴快速下降至定位销附近位置，然后转为低速运动，同时开启测力传感器2，实时检测接触力，当接触力达到预设值，控制失电型电磁铁6得电(电磁力消失)，此时接通控制针型气缸3的电磁阀，气缸活塞杆伸出，推杆垫块5对工具侧本体14施加向下的压力，同时换接本体沿Z轴缓慢上抬，失电型电磁铁6下表面先脱离工具侧本体14上表面，电路公座8pogopin连接器的弹簧顶针逐渐脱离电路母座17，电路模块断开后，换接铜管10的下端面逐渐由气路密封组件13的中心孔内拔出，待换接铜管10拔出气路密封组件13后，换接本体沿Z轴快速上抬至一定高度，控制失电型电磁铁6失电(电磁力恢复)，同时断开控制针型气缸3的电磁阀，气缸活塞杆缩回，换接铜管10在弹簧11自身刚度的作用下自动与换接本体连接圆环4的阶梯孔对中，此时完成换接本体对工具侧的释放。

Claims (7)

1.一种用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置，其特征在于，包括换接本体和工具侧；
换接本体包括测力装置、失电型电磁铁(6)、电路模块公座单元、气路模块自动调心单元和工具侧释放装置；所述测力装置包括中空的力传感器连接板(1)、测力传感器(2)、中空的换接本体连接圆环(4)，测力装置用于装配过程中的接触力控制；沿圆周均布至少两个失电型电磁铁(6)固定在换接本体连接圆环(4)上；电路模块公座单元固定在换接本体连接圆环(4)上；至少两个气路模块自动调心单元沿圆周对称固定在换接本体连接圆环(4)上；至少两个工具侧释放装置沿圆周对称固定在换接本体连接圆环(4)上，所述的工具侧释放装置包括针型气缸(3)、推杆垫块(5)，针型气缸(3)固定在换接本体连接圆环(4)上，推杆垫块(5)安装在气缸活塞杆的末端；
所述工具侧包括与电路模块公座单元对应的电路模块母座单元、与气路模块自动调心单元对应的气路模块密封单元、工具侧本体(14)、定位销孔(18)；气路模块密封单元包括气路连接座(12)、气路密封组件(13)，气路连接座(12)固定在工具侧本体(14)上，气路密封组件(13)通过过盈配合安装在气路连接座(12)的阶梯孔中；定位销孔(18)与定位销配合用于工具侧的定位，不同形式的工具头连接在工具侧底部，用于不同微小零件的精密装配。
2.根据权利要求1所述的用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置，其特征在于，气路模块自动调心单元包括气路调整安装块(9)、换接铜管(10)、弹簧(11)；气路调整安装块(9)通过螺纹连接固定在换接本体连接圆环(4)上，气路调整安装块(9)内设有阶梯孔，弹簧(11)的一端通过过盈配合固定在气路调整安装块(9)的阶梯孔内，弹簧(11)的另一端通过过盈配合固定在换接铜管(10)的阶梯轴上，换接铜管(10)的阶梯轴与换接本体连接圆环(4)的阶梯孔属于间隙配合，换接铜管(10)在XYZ方向均具有移动量，当拾取工具侧时能够保证换接铜管(10)顺利对准气路模块的密封单元，释放工具侧时，换接铜管(10)被拔出，由于弹簧(11)具有一定的刚度，换接铜管(10)在弹簧刚度的作用下自动对中换接本体连接圆环(4)的阶梯孔，提高了气路模块换接的重复定位精度。
3.根据权利要求1所述的用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置，其特征在于，电路模块公座单元包括公座支撑板(7)、电路公座(8)，电路公座(8)固定在公座支撑板(7)上，公座支撑板(7)固定在换接本体连接圆环(4)上。
4.根据权利要求1所述的用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置，其特征在于，所述的电路模块母座单元包括电路母座(17)、母座支撑板(16)、螺柱(15)，电路母座(17)固定在母座支撑板(16)上，母座支撑板(16)固定在工具侧本体(14)上。
5.根据权利要求3所述的用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置，其特征在于，所述失电型电磁铁(6)的轴向长度，保证当换接本体对工具侧进行拾取时，失电型电磁铁(6)接触到工具侧本体的上表面，电路公座(8)的弹簧顶针不超出压缩量程。
6.根据权利要求1所述的用于不同微小零件自动装配的中空式换接装置，其特征在于，换接铜管(10)为阶梯轴，底端加工有圆角，内部设有气体通道，用于正或负压气体传递，当拾取完工具侧，换接铜管(10)底端面插入气路密封组件(13)并伸出，实现气路模块的可靠换接。
7.采用权利要求2-6任一所述的中空式换接装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：工具侧拾取：换接本体先运动至工具侧正上方位置，然后沿Z轴快速下降至距工具侧上表面指定距离的位置，控制失电型电磁铁(6)得电，电磁铁磁力消失，同时开启测力传感器(2)，实时检测接触力，换接本体转为低速运动，换接铜管(10)的下端圆弧面先进入气路连接座(12)的阶梯孔内，由于换接铜管的中心与气路密封组件的中心不一致，在换接本体缓慢下降过程中，换接铜管会受到气路密封组件的阻力，由于弹簧一端固定在换接铜管的阶梯轴上，另一端固定在气路调整安装块的阶梯孔内部，换接铜管会在被顶起的过程中在间隙范围内摆动，自动对准气路密封组件的中心孔，随着换接本体的下降，在换接铜管插入气路密封组件的中心孔的过程中，阻力较大，在Z轴移动相应位移量后，换接铜管阶梯轴的上端面会逐渐接触到气路调整安装块(9)的下端面，此时转变为刚性插入气路密封组件(13)中心孔；随后电路公座(8)连接器的弹簧顶针与电路母座(17)接触，弹簧顶针被压缩，直至失电型电磁铁下端面与工具侧本体上表面接触，此时根据测力传感器读数判断接触力大小，直至达到预设值，换接本体停止下降，控制失电型电磁铁失电，完成换接本体对工具侧的拾取，此时电路模块与气路模块接通完毕；
步骤2：工具侧释放：换接装置运动至定位销正上方位置，沿Z轴快速下降至定位销附近，转为低速下降，同时开启测力传感器(2)，实时检测接触力，当接触力达到预设值，控制失电型电磁铁(6)得电，电磁力消失，此时接通控制针型气缸(3)的电磁阀，气缸活塞杆伸出，推杆垫块(5)对工具侧施加向下的压力，同时换接本体沿Z轴缓慢上抬，失电型电磁铁(6)下表面先脱离工具侧本体上表面，电路公座(8)连接器的弹簧顶针也逐渐脱离电路母座(17)，电路模块断开后，换接铜管的下端面逐渐由气路密封组件(13)的中心孔内拔出，待换接铜管拔出气路密封组件后，换接本体沿Z轴快速上抬，至控制失电型电磁铁失电，电磁力恢复，同时断开控制针型气缸的电磁阀，气缸活塞杆缩回，换接铜管(10)在弹簧(11)自身刚度的作用下自动与换接本体连接圆环的阶梯孔对中，此时完成换接本体对工具侧的释放。
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