CN111098144A - 一种多功能制孔螺钉安装装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能制孔螺钉安装装置，包括安装座、制孔锪窝组件、螺钉安装组件、压紧组件及法向测量组件，压紧组件位于安装座一侧，用于固位待加工件，法向测量组件用于测量并定位出设于压紧组件上的待加工件的制孔位及螺钉安装位的法向，在工作过程中，通过制孔锪窝组件的进给，实现制孔锪窝功能，待制孔锪窝完毕后，安装座上的螺钉安装组件与制孔锪窝组件进行工位转换，通过螺钉安装组件完成对待加工件的螺钉安装，该多功能加工装置集成了制孔锪窝及螺钉安装等，集成度高，可适应不同曲率的舱段及口盖部件的自动制孔、锪窝及螺钉拧紧等作业，自动化高，且法向测量组件替代人工判断加工位，提高安装精度。

Description

一种多功能制孔螺钉安装装置

技术领域

本发明涉及航天自动化装配的技术领域，尤其涉及一种多功能制孔螺钉安装装置。

背景技术

航天产品装配中，舱段及口盖部件的制孔及螺钉拧紧是一项非常重要的环境，制孔和螺钉拧紧精度、质量直接影响航天产品的性能和质量。

目前，舱段及口盖的制孔与螺钉安装，主要采用人工方式，手工制孔锪窝，而舱段和口盖曲率较大，人工目测年容易发生法向偏差，无法保证精度，且采用手工拧紧螺钉的方式，拧紧的扭矩和位置都难以精确位置，无法满足航天产品高精度高质量的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能自动完成舱段及口盖的制孔、锪窝及螺钉拧紧的多功能制孔螺钉安装装置。

一种多功能制孔螺钉安装装置，包括：

安装座；

制孔锪窝组件，装设于所述安装座上；

螺钉安装组件，装设于所述安装座上；

压紧组件，用于固位待加工件，所述压紧组件位于所述安装座一侧，并相对所述安装座活动设置；及

法向测量组件，装设于所述安装座上，用于测量并定位出设于所述压紧组件上的所述待加工件的制孔位及螺钉安装位的法向。

在其中一个实施例中，所述制孔锪窝组件包括刀具、刀柄、主轴、主轴安装导向组件及主轴驱动组件，所述刀具通过所述刀柄装设于所述主轴的输出端，所述主轴可滑动地装设于所述主轴安装导向组件上，所述主轴驱动组件用于驱动所述主轴往复移动，所述主轴驱动组件与所述主轴安装导向组件均装设于所述安装座上。

在其中一个实施例中，所述主轴安装导向组件包括主轴支座、主轴移动平台、主轴进给滑块及主轴进给导轨，所述主轴支座套设于所述主轴上，并装设于所述主轴移动平台上，所述主轴进给滑块与所述主轴移动平台的底部连接，并滑设于所述主轴进给导轨上，所述主轴驱动组件的输出端与所述主轴移动平台连接，所述主轴进给导轨装设于所述安装座上。

在其中一个实施例中，所述主轴驱动组件包括主轴进给电机、减速器及主轴驱动支座，所述主轴进给电机的输出端通过所述减速器与所述主轴移动平台连接，所述主轴进给电机及所述减速器均设于所述主轴驱动支座上，所述主轴驱动支座装设于所述安装座上。

在其中一个实施例中，所述螺钉安装组件包括吸钉组件、拧钉进给组件、螺钉拧紧组件、螺钉安装组件导轨、螺钉安装底座及至少两个螺钉安装组件滑块，所述螺钉安装组件滑块滑设于所述螺钉安装组件导轨上，所述螺钉安装组件导轨设于所述螺钉安装底座上，所述螺钉安装底座设于安装座上，所述吸钉组件与所述拧钉进给组件分别安装于对应的所述螺钉安装组件滑块上，所述螺钉拧紧组件设于所述拧钉进给组件上。

在其中一个实施例中，所述吸钉组件包括吸钉进给气缸、吸钉支座、气阀接头及吸钉套筒，所述吸钉进给气缸装设于所述螺钉安装底座上，所述吸钉支座装设于一所述螺钉安装组件滑块上，所述吸钉支座一侧与所述吸钉进给气缸的输出端连接，所述吸钉套筒设于所述吸钉支座的另一侧，所述气阀接头设于所述吸钉支座上并与所述吸钉套筒连通。

在其中一个实施例中，所述拧钉进给组件包括拧钉进给气缸及拧钉支座，所述拧钉支座装设于另一所述螺钉安装组件滑块上，所述拧钉进给气缸装设于所述螺钉安装底座上，所述螺钉拧紧组件设于所述拧钉支座上，并与所述拧钉进给气缸的输出端连接。

在其中一个实施例中，所述螺钉拧紧组件包括螺钉拧紧电机、旋转机构及螺丝刀，所述螺钉拧紧电机用于驱动所述旋转机构带动所述螺丝刀旋转，所述旋转机构的输出端与所述螺丝刀连接，所述吸钉支座上开设有通孔，所述吸钉套筒与所述通孔连通，所述螺丝刀穿设于所述通孔及所述吸钉套筒。

在其中一个实施例中，所述螺钉安装组件还包括用于测量螺钉拧紧长度的长度测量组件，所述长度测量组件设于所述拧钉支座上，所述螺钉拧紧组件包括进给测量导杆、进给压缩弹簧及进给导杆套，所述拧钉支座套设于所述旋转机构上，所述进给测量导杆装设于所述旋转机构上，并可活动地穿设于所述拧钉支座，所述进给导杆套设于所述进给测量导杆远离所述拧钉支座的一端，所述进给压缩弹簧一端抵触于所述拧钉支座外壁，另一端抵触于所述进给导杆套，所述长度测量组件包括长度测量接触杆及长度测量单元，所述长度测量接触杆与所述进给测量导杆连接，所述长度测量单元与所述长度测量接触杆连接。

在其中一个实施例中，所述法向测量组件包括3D视觉测量组件及辅助测量组件，所述辅助测量组件设于安装座上，所述3D视觉测量组件设于所述辅助测量组件上。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

本实施例中的多功能制孔加工装置，将待加工件压紧于压紧组件上，通过法向测量组件测量待加工件上的制孔位及螺钉安装位的法向，以便调整压紧组件相对安装座的位置，使制孔锪窝组件的加工位置与待加工件的制孔锪窝位置重合，或者在螺钉拧紧工序时，使螺钉安装组件的加工位置与待加工件的螺钉安装位置重合。在工作过程中，通过制孔锪窝组件的进给，实现制孔锪窝功能，待制孔锪窝完毕后，安装座上的螺钉安装组件与制孔锪窝组件进行工位转换，通过螺钉安装组件完成对待加工件的螺钉安装，该多功能加工装置集成了制孔锪窝及螺钉安装等，集成度高，可适应不同曲率的舱段及口盖部件的自动制孔、锪窝及螺钉拧紧等作业，自动化高，且法向测量组件替代人工判断加工位，提高安装精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为多功能制孔加工装置的结构示意图；

图2为多功能制孔加工装置的制孔锪窝组件的结构示意图；

图3为多功能制孔加工装置的螺钉安装组件的结构示意图；

图4为多功能制孔加工装置的螺钉拧紧组件的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以容许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图4，一种多功能制孔加工装置，包括安装座10、制孔锪窝组件20、螺钉安装组件30、压紧组件40及法向测量组件50，制孔锪窝组件20、螺钉安装组件30及法向测量组件50均设于安装坐上，压紧组件40位于安装座10一侧，用于固位待加工件，法向测量组件50用于测量并定位出设于压紧组件40上的待加工件的制孔位及螺钉安装位的法向。

将待加工件压紧于压紧组件40上，通过法向测量组件50测量待加工件上的制孔位及螺钉安装位的法向，以便调整压紧组件40相对安装座10的位置，使制孔锪窝组件20的加工位置与待加工件的制孔锪窝位置重合，或者在螺钉拧紧工序时，使螺钉安装组件30的加工位置与待加工件的螺钉安装位置重合。在工作过程中，通过制孔锪窝组件20的进给，实现制孔锪窝功能，待制孔锪窝完毕后，安装座10上的螺钉安装组件30与制孔锪窝组件20进行工位转换，通过螺钉安装组件30完成对待加工件的螺钉安装，该多功能加工装置集成了制孔锪窝及螺钉安装等，集成度高，可适应不同曲率的舱段及口盖部件的自动制孔、锪窝及螺钉拧紧等作业，自动化高，且法向测量组件50替代人工判断加工位，提高安装精度。

制孔锪窝组件20与螺钉安装组件30并排设于安装座10上，且加工位置位于安装座10同侧并朝向压紧组件40，法向测量组件50设于所述制孔锪窝组件20及螺钉安装组件30的上方，布局合理，空间利用率高。

在其中一个实施例中，制孔锪窝组件20包括刀具21、刀柄22、主轴23、主轴安装导向组件24及主轴驱动组件25，刀具21通过刀柄22装设于主轴23的输出端，主轴23可滑动地装设于主轴安装导向组件24上，主轴驱动组件25用于驱动主轴23往复移动，主轴驱动组件25与主轴安装导向组件24均装设于安装座10上。如此，根据法向测量组件50对压紧组件40上的待加工件的法向测量结果，调整压紧组件40的姿态使主轴23轴向与待加工件法向平行，主轴驱动组件25驱动主轴23沿主轴安装导向组件24滑动，带动刀具21对位至待加工件的制孔位，主轴驱动组件25驱动主轴23旋转进给，进而刀具21对待加工件完成制孔锪窝，操作简便，灵活。

具体地，主轴安装导向组件24包括主轴支座240、主轴移动平台241、主轴进给滑块242及主轴进给导轨243，主轴支座240套设于主轴23上，并装设于主轴移动平台241上，主轴进给滑块242与主轴移动平台241的底部连接，并滑设于主轴进给导轨243上，主轴驱动组件25的输出端与主轴移动平台241连接，主轴进给导轨243装设于安装座10上。

主轴驱动组件25包括主轴进给电机250、减速器251及主轴驱动支座252，主轴进给电机250的输出端通过减速器251与主轴移动平台241连接，主轴进给电机250及减速器251均设于主轴驱动支座252上，主轴驱动支座252装设于安装座10上。

制孔锪窝组件20工作时，主轴进给电机250、减速器251驱动主轴移动平台241沿着主轴进给导轨243移动，主轴23跟随主轴移动平台241移动，且主轴23旋转，并通过刀柄22带动刀具21旋转，进而在主轴移动平台241移动过程中完成对待加工件的制孔、锪窝工作。

进一步地，主轴安装导向组件24还包括进给丝杠244、进给丝杠支撑座245及导轨压块246，进给丝杠244设于进给丝杠支撑座245上，并位于主轴移动平台241底部，导轨压块246与丝杠支撑座连接，并压设主轴进给导轨243边缘，如此，进一步提高了主轴23往复移动加工过程中的各制孔锪窝相关部件的稳定性，保证制孔锪窝精度。

在其中一个实施例中，螺钉安装组件30包括吸钉组件31、拧钉进给组件32、螺钉拧紧组件33、螺钉安装组件导轨34、螺钉安装底座35及至少两个螺钉安装组件滑块36，螺钉安装组件滑块36滑设于螺钉安装组件导轨34上，螺钉安装组件导轨34设于螺钉安装底座35上，螺钉安装底座35设于安装座10上，吸钉组件31与拧钉进给组件32分别安装于对应的螺钉安装组件滑块36上，螺钉拧紧组件33设于拧钉进给组件32上。如此，吸钉组件31先吸取螺钉，再利用拧钉进给组件32带动螺钉拧紧组件33至螺钉拧紧位，螺钉拧紧组件33工作以将螺钉拧紧至待加工件上，操作简便。

在其中一个实施例中，吸钉组件31包括吸钉进给气缸310、吸钉支座311、气阀接头312及吸钉套筒313，吸钉进给气缸310装设于螺钉安装底座35上，吸钉支座311装设于一螺钉安装组件滑块36上，吸钉支座311一侧与吸钉进给气缸310的输出端连接，吸钉套筒313设于吸钉支座311的另一侧，气阀接头312设于吸钉支座311上并与吸钉套筒313连通。

拧钉进给组件32包括拧钉进给气缸320及拧钉支座321，拧钉支座321装设于另一螺钉安装组件滑块36上，拧钉进给气缸320装设于螺钉安装底座35上，螺钉拧紧组件33设于拧钉支座321上，并与拧钉进给气缸320的输出端连接。

螺钉拧紧组件33包括螺钉拧紧电机330、旋转机构331及螺丝刀332，螺钉拧紧电机330用于驱动旋转机构331带动螺丝刀332旋转，旋转机构331的输出端与螺丝刀332连接，吸钉支座311上开设有通孔，吸钉套筒313与通孔连通，螺丝刀332穿设于通孔及吸钉套筒313。

螺钉安装组件30工作时，气阀接头312与外部真空发生器连接，首先进行吸钉作业，吸钉进给气缸310推动吸钉支座311滑沿螺钉安装组件导轨34滑行，直至吸钉套筒313接触螺钉钉帽，气阀接头312产生负压，将螺钉吸附在吸钉套筒313内，吸钉进给气缸310退回，完成取钉，接下来进行拧钉作业，通过外部移动设备驱动安装座10，将整个螺钉安装组件30对准待加工件的螺钉安装孔，法向测量组件50测量确保螺钉安装孔的法向与螺丝刀332的轴向平行，拧钉进给气缸320将安装在拧钉支座321上的螺钉拧紧组件33推出，螺丝刀332穿过吸钉支座311上的通孔及吸钉套筒313，并带动吸钉套筒313吸取的螺钉抵达待加工件的螺钉拧紧位，螺钉拧紧组件33的螺钉拧紧电机330驱动旋转机构331作业，带动螺丝刀332保持旋转状态，直至螺钉拧入待加工件的螺钉安装孔，待螺钉拧入到位后，拧钉进给气缸320收回，完成螺钉安装。

进一步地，为保证螺钉拧入精度，还设有用于测量螺钉拧紧长度点的长度测量组件37，以便对螺钉安装深度进行检测，确保拧紧扭矩和位置准确度，提高和保证螺钉安装精度。

具体地，螺钉安装组件30还包括用于测量螺钉拧紧长度的长度测量组件37，长度测量组件37设于拧钉支座321上，螺钉拧紧组件33包括进给测量导杆333、进给压缩弹簧334及进给导杆套335，拧钉支座321套设于旋转机构331上，进给测量导杆333装设于旋转机构331上，并可活动地穿设于拧钉支座321，进给导杆套335设于进给测量导杆333远离拧钉支座321的一端，进给压缩弹簧334一端抵触于拧钉支座321外壁，另一端抵触于进给导杆套335，长度测量组件37包括长度测量接触杆371及长度测量单元372，长度测量接触杆371与进给测量导杆333连接，长度测量单元372与长度测量接触杆371连接。

进给测量导杆333可在拧钉支座321中做直线运动，拧钉进给气缸320驱动螺钉安装组件30前行过程中，套设于旋转机构331上的拧钉支座321一并往前运动，待到螺钉安装工位时，进给测量导杆333端部的进给导杆套335与吸钉支座311的端面接触，此时拧钉支座321继续向前运动同时螺丝刀332旋转作业，而进给测量导杆333则带动长度测量接触杆371向前相对进给导杆套335运动，并通过长度测量单元372测量在螺钉安装工位后进给测量导杆333前行的距离即为螺钉安装深度，保证螺钉安装工精度，测量简便。

在其中一个实施例中，法向测量组件50包括3D视觉测量组件51及辅助测量组件52，通过3D视觉扫描方式，实现大曲率或变曲率的待加工件的孔位和法向的精准定位，保证制孔加工位置与法向的精度。

具体到本实施例中，在工作过程中，制孔螺钉安装循环开始前，通过辅助测量组件52，对固位有待加工件的压紧组件40与3D视觉测量组件51进行标定，确定压紧组件40与3D视觉测量组件51的几何位置关系，开始制孔及螺钉安装循环时，将压紧组件40移动至理论的基准位置处，通过3D视觉测量组件51确定实际基准的位置，调整压紧组件40位置，使制孔锪窝组件20的刀具21末端位置与待加工件的制孔位置重合。通过3D视觉测量组件51测量待加工件制孔位置的法向，调整压紧组件40使制孔锪窝组件20的主轴23轴向与待加工件的法向平行，通过制孔锪窝组件20的进给，从而实现制孔锪窝功能，待制孔锪窝完毕后，制孔锪窝组件20退回，由机器人或多坐标平台实现制孔锪窝组件20与螺钉安装组件30的工位转换，将螺钉安装组件30移动至工作工位，通过螺钉安装组件30的吸钉组件31实现自动吸钉，通过拧钉进给组件32的进给和螺钉拧紧组件33的旋转，将螺钉插入待加工件的制孔位内并进行安装作业，螺钉安装过程中，通过长度测量组件37，检测螺钉拧紧的深度，完成螺钉安装后，螺钉安装组件30退回，由机器人或多坐标平台实现螺钉安装组件30与制孔锪窝组件20的转换，进行下一制孔及锪窝安装循环。

该多功能制孔加工装置，至少具有如下效果：

(1)集成了制孔锪窝及螺钉安装等，集成度高，结构紧凑，可完成大曲率、变曲率的舱段、口盖等部件的自动制孔、锪窝及螺钉拧紧等作业；

(2)通过3D视觉扫描的方式，实现待加工件的孔位和法向定位，保证制孔位置和法向精度；

(3)螺钉安装组件30采用负压吸附的方式吸取螺钉，采用双气缸进给和电机驱动螺丝刀332旋转的方式实现精确插钉及螺钉拧紧；

(4)长度测量组件37的设置，可对螺钉安装深度进行检测，提高和保证了螺钉安装精度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多功能制孔螺钉安装装置，其特征在于，包括：

安装座；

制孔锪窝组件，装设于所述安装座上；

螺钉安装组件，装设于所述安装座上；

压紧组件，用于固位待加工件，所述压紧组件位于所述安装座一侧，并相对所述安装座活动设置；及

法向测量组件，装设于所述安装座上，用于测量并定位出设于所述压紧组件上的所述待加工件的制孔位及螺钉安装位的法向。

2.根据权利要求1所述的多功能制孔螺钉安装装置，其特征在于，所述制孔锪窝组件包括刀具、刀柄、主轴、主轴安装导向组件及主轴驱动组件，所述刀具通过所述刀柄装设于所述主轴的输出端，所述主轴可滑动地装设于所述主轴安装导向组件上，所述主轴驱动组件用于驱动所述主轴往复移动，所述主轴驱动组件与所述主轴安装导向组件均装设于所述安装座上。

3.根据权利要求2所述的多功能制孔螺钉安装装置，其特征在于，所述主轴安装导向组件包括主轴支座、主轴移动平台、主轴进给滑块及主轴进给导轨，所述主轴支座套设于所述主轴上，并装设于所述主轴移动平台上，所述主轴进给滑块与所述主轴移动平台的底部连接，并滑设于所述主轴进给导轨上，所述主轴驱动组件的输出端与所述主轴移动平台连接，所述主轴进给导轨装设于所述安装座上。

4.根据权利要求3所述的多功能制孔螺钉安装装置，其特征在于，所述主轴驱动组件包括主轴进给电机、减速器及主轴驱动支座，所述主轴进给电机的输出端通过所述减速器与所述主轴移动平台连接，所述主轴进给电机及所述减速器均设于所述主轴驱动支座上，所述主轴驱动支座装设于所述安装座上。

5.根据权利要求1所述的多功能制孔螺钉安装装置，其特征在于，所述螺钉安装组件包括吸钉组件、拧钉进给组件、螺钉拧紧组件、螺钉安装组件导轨、螺钉安装底座及至少两个螺钉安装组件滑块，所述螺钉安装组件滑块滑设于所述螺钉安装组件导轨上，所述螺钉安装组件导轨设于所述螺钉安装底座上，所述螺钉安装底座设于安装座上，所述吸钉组件与所述拧钉进给组件分别安装于对应的所述螺钉安装组件滑块上，所述螺钉拧紧组件设于所述拧钉进给组件上。

6.根据利要求5所述的多功能制孔螺钉安装装置，其特征在于，所述吸钉组件包括吸钉进给气缸、吸钉支座、气阀接头及吸钉套筒，所述吸钉进给气缸装设于所述螺钉安装底座上，所述吸钉支座装设于一所述螺钉安装组件滑块上，所述吸钉支座一侧与所述吸钉进给气缸的输出端连接，所述吸钉套筒设于所述吸钉支座的另一侧，所述气阀接头设于所述吸钉支座上并与所述吸钉套筒连通。

7.根据权利要求6所述的多功能制孔螺钉安装装置，其特征在于，所述拧钉进给组件包括拧钉进给气缸及拧钉支座，所述拧钉支座装设于另一所述螺钉安装组件滑块上，所述拧钉进给气缸装设于所述螺钉安装底座上，所述螺钉拧紧组件设于所述拧钉支座上，并与所述拧钉进给气缸的输出端连接。

8.根据权利要求7所述的多功能制孔螺钉安装装置，其特征在于，所述螺钉拧紧组件包括螺钉拧紧电机、旋转机构及螺丝刀，所述螺钉拧紧电机用于驱动所述旋转机构带动所述螺丝刀旋转，所述旋转机构的输出端与所述螺丝刀连接，所述吸钉支座上开设有通孔，所述吸钉套筒与所述通孔连通，所述螺丝刀穿设于所述通孔及所述吸钉套筒。

9.根据权利要求8所述的多功能制孔螺钉安装装置，其特征在于，所述螺钉安装组件还包括用于测量螺钉拧紧长度的长度测量组件，所述长度测量组件设于所述拧钉支座上，所述螺钉拧紧组件包括进给测量导杆、进给压缩弹簧及进给导杆套，所述拧钉支座套设于所述旋转机构上，所述进给测量导杆装设于所述旋转机构上，并可活动地穿设于所述拧钉支座，所述进给导杆套设于所述进给测量导杆远离所述拧钉支座的一端，所述进给压缩弹簧一端抵触于所述拧钉支座外壁，另一端抵触于所述进给导杆套，所述长度测量组件包括长度测量接触杆及长度测量单元，所述长度测量接触杆与所述进给测量导杆连接，所述长度测量单元与所述长度测量接触杆连接。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的多功能制孔螺钉安装装置，其特征在于，所述法向测量组件包括3D视觉测量组件及辅助测量组件，所述辅助测量组件设于安装座上，所述3D视觉测量组件设于所述辅助测量组件上。

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