CN111687367A - 一种单面抽钉装配装置及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单面抽钉装配装置，包括前外壳，前外壳的一端开有开口，前外壳的另一端固接有后外壳，后外壳与前外壳相连通，后外壳内固接有二级气缸，二级气缸位于远离前外壳处，二级气缸电接有PLC控制器，如图所示，二级气缸上配设有活塞，活塞上固接有活塞套筒，前外壳内对称配设有若干两半装置，两半装置的前端设有压力脚，压力脚的一端位于前外壳的开口内，两半装置的另一端位于活塞套筒内，前外壳上开有进钉口，进钉口上连通有输钉管，后外壳上固接有连接板，连接板远离后外壳的一侧固接移动机构，移动机构上固接有法兰，法兰能连接机器人，本发明还公开了一种单面抽钉装配装置的装配方法，解决了现有技术中存在的无法进行法向测量的问题。

Description

一种单面抽钉装配装置及其装配方法

技术领域

本发明属于抽钉装配技术领域，涉及一种单面抽钉装配装置，还涉及上述一种单面抽钉装配装置的装配方法。

背景技术

随着经济与社会的发展，机械工业对产品的装配质量和效率提出了更高的要求。单面抽钉作为一种可实现单面连接的新型紧固件，特别适合于空间开敞性较差、必须在产品的单面进行装配连接操作的场合，以及对装配连接质量要求较高的纤维增强复合材料装配领域，其连接质量直接影响产品的强度和疲劳寿命。

随着单面抽钉技术的日益成熟，其在飞机、火箭、火车、汽车、船舶等产品上的应用越来越广泛。由于单面抽钉结构和工艺的特殊性，其安装必须使用专用的拉铆枪进行连接。然而，目前国内对于单面抽钉的装配仍然主要采用的是手动或者半自动的拉铆枪进行，其动力包括手动、电动、气动以及液压。连接时，工人手动将单面抽钉放入连接孔中，然后由拉铆枪顶住钉帽，同时拉动钉芯，使衬套膨胀，将零件固定连接到一起。传统的装配连接技术，人工找正孔位和法向，人工或半自动送钉，随机性高，位置和法向精度差，对工人技术要求高，工作条件较差，劳动强度高，装配效率低，连接质量不稳定，容易引起连接损伤，影响结构强度和寿命，因此，传统装配连接工艺装备与现代化的智能制造趋势不相适应，亟需解决单面抽钉的自动装配工艺与装备技术。

专利CN 106903260A公开了一种手动连续拉铆枪，左右手柄控制铆钉盒的位置实现铆钉的安装，通过活动口和内外套筒的相对运动实现铆钉的连接，其结构紧凑、出力强劲，但其需要工人人力搬动手柄和对准连接孔，精度、效率较低。专利CN 109926537A公开了一种用于机器人自动钻铆装置的抽芯铆钉气动送钉机构，供料系统将铆钉送入送钉头机构的铆钉输送管，顶推装置在气缸作用下，沿送钉头机构的导轨推送铆钉到预设位置。但是，其只能完成抽芯铆钉的送钉操作，无铆钉拉断功能；专利CN 110142371A提供了一种用于机器人的液压铆接工具，以液压缸作为动力源，实现铆钉的安装和装配，中空的活塞杆设计，缓冲轴向和径向的冲击，但是其体积和质量较大，加重了机器人的负担，不适于小空间的装配，而且无孔位和法向测量装置，精度有限。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种单面抽钉装配装置，解决了现有技术中存在的无法进行法向测量的问题；

本发明的第二目的是提供上述一种单面抽钉装配装置的装配方法。

本发明所采用的技术方案是，一种单面抽钉装配装置，包括前外壳，前外壳的一端开有开口，前外壳的另一端固接有后外壳，后外壳与前外壳相连通，后外壳内固接有二级气缸，二级气缸位于远离前外壳处，二级气缸电接有PLC控制器，二级气缸上配设有活塞，活塞上固接有活塞套筒，前外壳内对称配设有若干两半装置，两半装置的前端设有压力脚，压力脚的一端位于前外壳的开口内，两半装置的另一端位于活塞套筒内，前外壳上开有进钉口，进钉口上连通有输钉管，后外壳上固接有连接板，连接板远离后外壳的一侧固接移动机构，移动机构上固接有法兰，法兰能连接机器人。

本发明的特点还在于：

两半装置的侧壁上设有开槽，开槽贯穿两半装置，开槽内配设有卡爪，活塞套筒上固接有拉爪，拉爪位于靠近前外壳处，拉爪与卡爪相匹配，卡爪上设有凸起，凸起与两半装置之间配设有复位弹簧。

相邻两个两半装置之间配设有环形弹簧。

移动机构包括移动板，移动板的底面滑槽，滑槽活动卡接连接板，连接板上配设有电缸，电缸信号连接PLC控制器，移动板的顶面上固接有法兰固定板，法兰固定板固接法兰。

前后外壳上固接有视觉相机，视觉相机信号连接有上位机，视觉相机信号连接PLC控制器，PLC控制器信号连接上位机，任一两半装置的内壁上依次配设有行程开关和传感器，行程开关信号连接PLC控制器，传感器信号连接PLC控制器，前外壳上配设有若干个法向传感器，法向传感器均位于靠近开口处，法向传感器均信号连接PLC控制器。

一种单面抽钉装配装置的装配方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，PLC控制机器人通过法兰带动单面抽钉装配装置运动到孔位，通过视觉相机检测的孔径大小，输送相应规格的单面抽钉。

步骤2，当传感器检测到单面抽钉时，PLC控制器控制二级气缸使活塞向前推动单面抽钉；

步骤3，传感器检测到钉子的顶帽通过前外壳的两半装置时，PLC控制器控制二级气缸停止；

步骤4，PLC控制器控制二级气缸停止后，PCL控制器控制电缸带动移动板运动，从而使压力脚向工件方向运动；

步骤5，当单面抽钉装配装置运动至工件表面并压紧工件，PLC控制二级气缸带动活塞向后运动，活塞带动活塞套筒和拉爪向后运动，拉爪使卡爪向缩小，从而夹紧单面抽钉，PLC控制二级气缸带动活塞继续向后运动，卡爪夹紧钉子一起向后运动，从而拉断钉芯，完成抽钉的装配。

步骤1具体为，PLC控制机器人通过法兰带动单面抽钉装配装置运动到孔位，以视觉相机为工具，其轴心为中心，测量孔位和孔径，使视觉相机中心与孔中心误差小于±0.1mm，使前外壳中心与孔位对齐，通过法向传感器测量法向距离，通过PLC控制机器人偏转，使法向误差小于±0.5°。

步骤2具体为，当传感器检测到单面抽钉时，PLC控制器控制二级气缸使活塞向前推动单面抽钉，当活塞触发行程开关时，证明单面抽钉可顺利的推到两半装置，则持续推动抽钉向前；当行程开关始终不检测不到活塞，单面抽钉可能由于倾斜卡死，无法正常推出前外壳，PLC控制器控制二级气缸带动活塞运动，活塞带动活塞套筒和拉爪向后运动，从而使卡爪径向收缩，扶正单面抽钉。

步骤5具体为，两半装置运动至压紧工件，PLC控制二级气缸带动活塞向后运动，活塞带动活塞套筒和拉爪向后运动，拉爪使卡爪向缩小，从而夹紧单面抽钉，PLC控制二级气缸带动活塞继续向后运动，卡爪23夹紧钉子一起向后运动，从而拉断钉芯，拉断钉芯后，PLC控制器控制机器人带动单面抽钉装配装置远离工件，PLC控制器控制二级气缸带动活塞运动，活塞将钉芯的尾料从两半装置推出装置，完成抽钉的装配。

本发明的有益效果是：本发明一种单面抽钉装配装置，解决了现有技术中存在的无法进行法向测量的问题；能够精准、快速地完成单面抽钉的送入和连接。采用视觉相机测量孔位直径和坐标，保证单面抽钉的正确规格和安装精度；通过法向传感器测量，保证单面抽钉的垂直度；进而实现薄壁类以及复合材料产品的精准、快速、高质量连接装配；通过视觉相机多次测定孔的实际位置和孔径大小，保证了装置的位置精度；三个法向传感器传感器，通过测定三个传感器到工件表面的距离来确保孔与钉同轴心，从而保证了装置的法向精度，避免钉与孔轴心不重合引起的钉的变形或工件表面的损伤。

附图说明

图1是本发明一种单面抽钉装配装置的结构示意图图；

图2是本发明一种单面抽钉装配装置的剖视图；

图3是本发明一种单面抽钉装配装置的工作流程图；

图4是本发明一种单面抽钉装配装置中视觉相机的工作流程图。

图中，1.后外壳，2.前外壳，3.二级气缸，4.两半装置，5.压力脚，6.活塞套筒，7.活塞，8.输钉管，9.连接板，10.法兰，11.拉爪，12.卡爪，13.复位弹簧，14.环形弹簧，15.移动板，16.法兰固定板，17.行程开关，18.传感器，19.法向传感器，20.视觉相机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种单面抽钉装配装置，如图1所示，包括前外壳2，前外壳2的一端开有开口，前外壳2的另一端固接有后外壳1，后外壳1与前外壳2相连通，后外壳1内固接有二级气缸3，二级气缸3位于远离前外壳2处，二级气缸3电接有PLC控制器，如图2所示，二级气缸3上配设有活塞7，活塞7上固接有活塞套筒6，前外壳2内对称配设有若干两半装置4，两半装置4的前端设有压力脚5，压力脚5的一端位于前外壳2的开口内，两半装置4的另一端位于活塞套筒6内，前外壳2上开有进钉口，进钉口上连通有输钉管8，后外壳1上固接有连接板9，连接板9远离后外壳1的一侧固接移动机构，移动机构上固接有法兰10，法兰10能连接机器人。

两半装置4的侧壁上设有开槽，开槽贯穿两半装置4，开槽内配设有卡爪12，活塞套筒6上固接有拉爪11，拉爪11位于靠近前外壳2处，拉爪11与卡爪12相匹配，卡爪12上设有凸起，凸起与两半装置4之间配设有复位弹簧13。

相邻两个两半装置4之间配设有环形弹簧14。

移动机构包括移动板15，移动板15的底面滑槽，滑槽活动卡接连接板9，连接板9上配设有电缸，电缸信号连接PLC控制器，移动板15的顶面上固接有法兰固定板16，法兰固定板16固接法兰10。

前后外壳1上固接有视觉相机20，视觉相机20信号连接有上位机，视觉相机20信号连接PLC控制器，PLC控制器信号连接上位机，任一两半装置4的内壁上依次配设有行程开关17和传感器18，行程开关17信号连接PLC控制器，传感器18信号连接PLC控制器，前外壳2上配设有若干个法向传感器19，法向传感器19均位于靠近开口处，法向传感器19均信号连接PLC控制器。

本发明一种单面抽钉装配装中，视觉相机用于测量孔的实际位置和孔径，将信息传递给PLC控制器，视觉相机还可以将信息传递给上位机，通过上位机控制PLC控制器，通过机器人臂的移动确保装置的位置精度；法向传感器安装在送钉装置前外壳输出端，和控制单元的配合，控制机器人的偏转，保证装置的法向精度。为了扩大适用范围，缩小装置检测面面积，法向传感器分别安装在前外壳上，边线与断钉装置外壳前端面平齐；输钉管的弯角比较大，可以保证单面抽钉可以畅通无阻的进入装置；环形弹簧安装在两半装置尾部，利用环形弹簧可弹性变形的特性，可以实现单面抽钉的定心和多种规格的单面抽钉的装配；传感器对称安装在壳体内表面，用于检测单面抽钉是否到位；行程开关用于检测单面抽钉是否可以正常推出装置，检测到单面抽钉卡死在装置内时，通过卡爪扶正单面抽钉，保证装置的正常运行，压力脚将单面抽钉的钉头贴紧工件；结束装配后，移动板带动装置离开装配表面，继续后续结尾工作。PLC控制器通过控制二级缸进气的气压，控制装置推力和拉力的大小，确保装置在不损伤单面抽钉的前提下可以正常工作。

本发明一种单面抽钉装配装中，机器人可选用库卡KR210 R2700机器人。

本发明一种单面抽钉装配装置的装配方法，如图3所示，具体按照以下步骤实施：

步骤1，PLC控制机器人通过法兰10带动单面抽钉装配装置运动到孔位，通过视觉相机20检测的孔径大小，输送相应规格的单面抽钉。

如图4所示，步骤1具体为，PLC控制机器人通过法兰10带动单面抽钉装配装置运动到孔位，以视觉相机20为工具，其轴心为中心，测量孔位和孔径，使视觉相机20中心与孔中心误差小于±0.1mm，使前外壳2中心与孔位对齐，通过法向传感器19测量法向距离，通过PLC控制机器人偏转，使法向误差小于±0.5°。

步骤2，当传感器18检测到单面抽钉时，PLC控制器控制二级气缸3使活塞7向前推动单面抽钉；

步骤2具体为，当传感器18检测到单面抽钉时，PLC控制器控制二级气缸3使活塞7向前推动单面抽钉，当活塞7触发行程开关17时，证明单面抽钉可顺利的推到两半装置4，则持续推动抽钉向前；当行程开关17始终不检测不到活塞7，单面抽钉可能由于倾斜卡死，无法正常推出前外壳2，PLC控制器控制二级气缸3带动活塞7运动，活塞7带动活塞套筒6和拉爪14向后运动，从而使卡爪12径向收缩，扶正单面抽钉。

步骤3，传感器16检测到钉子的顶帽通过前外壳2的两半装置4时，PLC控制器控制二级气缸3停止；

步骤4，PLC控制器控制二级气缸6停止后，PCL控制器控制电缸带动移动板13运动，从而使压力脚4向工件方向运动；

步骤5，当单面抽钉装配装置运动至工件表面并压紧工件，PLC控制二级气缸3带动活塞7向后运动，活塞7带动活塞套筒6和拉爪11向后运动，拉爪11使卡爪12向缩小，从而夹紧单面抽钉，PLC控制二级气缸3带动活塞7继续向后运动，卡爪12夹紧钉子一起向后运动，从而拉断钉芯，完成抽钉的装配。

步骤5具体为，两半装置4运动至压紧工件，PLC控制二级气缸3带动活塞7向后运动，活塞7带动活塞套筒6和拉爪11向后运动，拉爪11使卡爪12向缩小，从而夹紧单面抽钉，PLC控制二级气缸3带动活塞7继续向后运动，卡爪23夹紧钉子一起向后运动，从而拉断钉芯，拉断钉芯后，PLC控制器控制机器人带动单面抽钉装配装置远离工件，PLC控制器控制二级气缸3带动活塞7运动，活塞7将钉芯的尾料从两半装置4推出装置，完成抽钉的装配。

本发明一种单面抽钉装配装置，解决了现有技术中存在的无法进行法向测量的问题；能够精准、快速地完成单面抽钉的送入和连接。采用视觉相机测量孔位直径和坐标，保证单面抽钉的正确规格和安装精度；通过法向传感器测量，保证单面抽钉的垂直度；进而实现薄壁类以及复合材料产品的精准、快速、高质量连接装配；通过视觉相机多次测定孔的实际位置和孔径大小，保证了装置的位置精度；三个法向传感器传感器，通过测定三个传感器到工件表面的距离来确保孔与钉同轴心，从而保证了装置的法向精度，避免钉与孔轴心不重合引起的钉的变形或工件表面的损伤。

Claims (9)

1.一种单面抽钉装配装置，其特征在于，包括前外壳(2)，所述前外壳(2)的一端开有开口，所述前外壳(2)的另一端固接有后外壳(1)，所述后外壳(1)与前外壳(2)相连通，所述后外壳(1)内固接有二级气缸(3)，所述二级气缸(3)位于远离前外壳(2)处，所述二级气缸(3)电接有PLC控制器，所述二级气缸(3)上配设有活塞(7)，所述活塞(7)上固接有活塞套筒(6)，所述前外壳(2)内对称配设有若干两半装置(4)，所述两半装置(4)的前端设有压力脚(5)，所述压力脚(5)的一端位于前外壳(2)的开口内，所述两半装置(4)的另一端位于活塞套筒(6)内，所述前外壳(2)上开有进钉口，所述进钉口上连通有输钉管(8)，所述后外壳(1)上固接有连接板(9)，所述连接板(9)远离后外壳(1)的一侧固接移动机构，所述移动机构上固接有法兰(10)，所述法兰(10)能连接机器人。

2.如权利要求1所述的一种单面抽钉装配装置，其特征在于，所述两半装置(4)的侧壁上设有开槽，所述开槽贯穿两半装置(4)，所述开槽内配设有卡爪(12)，所述活塞套筒(6)上固接有拉爪(11)，所述拉爪(11)位于靠近前外壳(2)处，所述拉爪(11)与卡爪(12)相匹配，所述卡爪(12)上设有凸起，所述凸起与两半装置(4)之间配设有复位弹簧(13)。

3.如权利要求1所述的一种单面抽钉装配装置，其特征在于，相邻两个所述两半装置(4)之间配设有环形弹簧(14)。

4.如权利要求1所述的一种单面抽钉装配装置，其特征在于，所述移动机构包括移动板(15)，所述移动板(15)的底面滑槽，所述滑槽活动卡接连接板(9)，所述连接板(9)上配设有电缸，所述电缸信号连接PLC控制器，所述移动板(15)的顶面上固接有法兰固定板(16)，所述法兰固定板(16)固接法兰(10)。

5.如权利要求1所述的一种单面抽钉装配装置，其特征在于，所述前后外壳(1)上固接有视觉相机(20)，所述视觉相机(20)信号连接有上位机，所述视觉相机(20)信号连接PLC控制器，所述PLC控制器信号连接上位机，任一所述两半装置(4)的内壁上依次配设有行程开关(17)和传感器(18)，所述行程开关(17)信号连接PLC控制器，所述传感器(18)信号连接PLC控制器，所述前外壳(2)上配设有若干个法向传感器(19)，所述法向传感器(19)均位于靠近开口处，所述法向传感器(19)均信号连接PLC控制器。

6.一种单面抽钉装配装置的装配方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，PLC控制机器人通过法兰(10)带动单面抽钉装配装置运动到孔位，通过视觉相机(20)检测的孔径大小，输送相应规格的单面抽钉。

步骤2，当传感器(18)检测到单面抽钉时，PLC控制器控制二级气缸(3)使活塞(7)向前推动单面抽钉；

步骤3，传感器(16)检测到钉子的顶帽通过前外壳(2)的两半装置(4)时，PLC控制器控制二级气缸(3)停止；

步骤4，PLC控制器控制二级气缸(6)停止后，PCL控制器控制电缸带动移动板(13)运动，从而使压力脚(4)向工件方向运动；

步骤5，当单面抽钉装配装置运动至工件表面并压紧工件，PLC控制二级气缸(3)带动活塞(7)向后运动，活塞(7)带动活塞套筒(6)和拉爪(11)向后运动，拉爪(11)使卡爪(12)向缩小，从而夹紧单面抽钉，PLC控制二级气缸(3)带动活塞(7)继续向后运动，卡爪(12)夹紧钉子一起向后运动，从而拉断钉芯，完成抽钉的装配。

7.如权利要求6所述的一种单面抽钉装配装置的装配方法，其特征在于，所述步骤1具体为，PLC控制机器人通过法兰(10)带动单面抽钉装配装置运动到孔位，以视觉相机(20)为工具，其轴心为中心，测量孔位和孔径，使视觉相机(20)中心与孔中心误差小于±0.1mm，使前外壳(2)中心与孔位对齐，通过法向传感器(19)测量法向距离，通过PLC控制机器人偏转，使法向误差小于±0.5°。

8.如权利要求6所述的一种单面抽钉装配装置的装配方法，其特征在于，所述步骤2具体为，当传感器(18)检测到单面抽钉时，PLC控制器控制二级气缸(3)使活塞(7)向前推动单面抽钉，当活塞(7)触发行程开关(17)时，证明单面抽钉可顺利的推到两半装置(4)，则持续推动抽钉向前；当行程开关(17)始终不检测不到活塞(7)，单面抽钉可能由于倾斜卡死，无法正常推出前外壳(2)，PLC控制器控制二级气缸(3)带动活塞(7)运动，活塞(7)带动活塞套筒(6)和拉爪(14)向后运动，从而使卡爪(12)径向收缩，扶正单面抽钉。

9.如权利要求6所述的一种单面抽钉装配装置的装配方法，其特征在于，所述步骤5具体为，两半装置(4)运动至压紧工件，PLC控制二级气缸(3)带动活塞(7)向后运动，活塞(7)带动活塞套筒(6)和拉爪(11)向后运动，拉爪(11)使卡爪(12)向缩小，从而夹紧单面抽钉，PLC控制二级气缸(3)带动活塞(7)继续向后运动，卡爪23夹紧钉子一起向后运动，从而拉断钉芯，拉断钉芯后，PLC控制器控制机器人带动单面抽钉装配装置远离工件，PLC控制器控制二级气缸(3)带动活塞(7)运动，活塞(7)将钉芯的尾料从两半装置(4)推出装置，完成抽钉的装配。

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