CN111843454A - 具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,螺丝锁紧治具领域,具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,拧紧治具包括安装在机械臂上的支架,支架的底端固定连接有机械爪主体,支架上安装有壳体,壳体内安装有控制系统,壳体的底端固定连接有套筒,套筒的外壁上固定连接有一对电动推杆,电动推杆的外壳上固定连接有步进电机,步进电机的动力输出端上连接有折叠臂,减速器的输出端上卡接有一对卡环,卡环上套接有与折叠臂相连的半圆套环,可以实现快速对螺丝进行拧紧,拧紧过程实时检测和高精度控制拧紧扭矩值,螺丝拧紧时可根据检测到的扭矩及时控制执行机构停止,减少执行机构损伤。
Description
技术领域
本发明涉及螺丝锁紧治具领域,更具体地说,涉及具有扭矩和转角监测 控制功能的合模用螺丝锁紧治具。
背景技术
目前,市场上的产品由各零部件装配成产品时,通常使用螺丝对各零部 件进行锁紧加固组合,例如模具合膜。传统的螺丝锁紧作业一般采用人工操 作方式,操作人员利用螺丝刀将一个个的螺丝对各零部件进行锁紧使之装配 成所要生产的产品,然而,采用人工操作方式进行螺丝锁紧作业,使得产品 生产效率不够理想。
目前的自动螺丝锁紧治具大多通过机械臂机器人将自动螺丝锁紧治具移 动至螺丝处,然后通过自动螺丝锁紧治具对螺丝进行锁紧,虽然现在的机械 臂机器人可以通过机械视觉技术对螺丝位置进行很好的定位,保证锁紧螺丝 时不易发生错位,单目前的自动螺丝锁紧时,自动螺丝锁紧治具不易对螺丝 锁紧程度进行判定,当螺丝锁紧到位时自动螺丝锁紧治具有时会继续工作, 使其刀头受到螺丝的反作用力,从而使刀头受到损伤,甚至导致刀头断裂或 自动螺丝锁紧治具损伤,而目前的自动螺丝锁紧治具大多不具备扭矩和转角 监测,使螺丝锁紧到位后装置不能及时停止,目前的螺丝锁紧治具大多也不 能判断螺丝是否拧紧合格。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供具有扭矩和转角监 测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,它可以实现快速对螺丝进行拧紧,拧紧 过程实时检测和高精度控制拧紧扭矩值,螺丝拧紧时可根据检测到的扭矩及 时控制执行机构停止,减少执行机构损伤。
2.技术方案
为解决上述问题,本发明采用如下的技术方案。
具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,所述拧紧治具包 括安装在机械臂上的支架,所述支架的底端固定连接有机械爪主体,所述支 架上安装有壳体,所述壳体内安装有控制系统,所述壳体的底端安装有执行 机构执行机构,所述执行机构执行机构包括交流伺服电机,所述交流伺服电 机内安装有角度传感器,所述交流伺服电机的动力输出端上固定连接有减速 器,所述减速器上安装有扭矩传感器,所述壳体的底端固定连接有套筒,且 套筒位于执行机构的外侧,所述套筒的外壁上固定连接有一对电动推杆,所述电动推杆的外壳上固定连接有步进电机,所述步进电机的动力输出端上连 接有折叠臂,所述电动推杆的动力输出端上与折叠臂的前端铰接,所述减速 器的输出端上卡接有一对卡环,两个所述卡环的外壁上均套接有半圆套环, 所述半圆套环的外壁与折叠臂铰接,所述卡环的下侧设有安装座,一对所述 卡环均滑动连接在安装座的顶端,所述安装座的底端卡接有螺丝刀刀头,可 以实现快速对螺丝进行拧紧,螺丝拧紧时可及时控制执行机构停止,减少执 行机构损伤。
进一步的,所述壳体内安装有与执行机构相匹配的控制系统,所述控制 系统包括控制器,所述监控单元上连接有监控单元和轴控单元,一对所述电 动推杆均与控制器信号连接,所述角度传感器和扭矩传感器均与监控单元信 号连接,所述交流伺服电机与轴控单元信号连接,拧紧过程由控制器系统高 速控制,实时检测和高精度控制拧紧扭矩值,且具有扭矩控制和转角监测功 能。
进一步的,所述套筒的内壁上铺设有电磁屏蔽层,所述电磁屏蔽层由钢 制金属丝编制制成,防止外部的电磁干扰。
进一步的,所述交流伺服电机和步进电机均为高精度电机,所有传动零 部件均选用高强度合金钢材料,使装置具有较高的精度和强度。
进一步的,所述壳体内安装有拧紧数据采集器,所述拧紧数据采集器与 角度传感器和扭矩传感器均信号连接,在拧紧过程实时检测和高精度控制拧 紧扭矩值合过程时间。
进一步的,所述半圆套环的内壁上铺设有刹车片,使半圆套环压紧卡环 时使对减速器输出端抱死,使螺丝刀刀头和快速停止转动。
进一步的,所述螺丝刀刀头的上下两端均包覆有磁铁层,所述安装座的 底端开凿有与螺丝刀刀头相匹配的卡槽,所述卡槽内铺设有与磁铁层相匹配 的铁片,使螺丝刀刀头可卡紧在安装座内。
具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,其使用方法为:
S1,技术人员通过控制机械臂将拧紧治具整体移动至需要拧紧的螺丝处, 先通过驱动机械爪主体将工件夹紧,使螺丝刀刀头与螺丝位置匹配;
S2,通过使用控制系统控制一对电动推杆工作,电动推杆推动折叠臂的 前端,使折叠臂带的半圆套环向下运动,从而使安装座带的螺丝刀刀头向下 运动,使螺丝刀刀头可压紧螺丝,使螺丝刀刀头可持续给予螺丝压力,防止 螺丝向下运动时松动;
S3,当螺丝拧紧到位时,螺丝给予螺丝刀刀头反作用力,反作用力传递 至的交流伺服电机的输出轴上,通过扭矩传感器检测交流伺服电机输出轴所 受的扭矩,检测到的扭矩数据发送给控制器,当检测到扭矩大于设定值时, 控制器控制轴控单元关闭交流伺服电机,并驱动一对电动推杆收缩,使电动 推杆驱动折叠臂的前端收缩,使卡环带动螺丝刀刀头向上运动,使螺丝刀刀 头与螺丝分离,当检测到扭矩未到设定值时控制器将检测数据与标准螺丝拧 紧的扭矩数据对比,判断该螺丝是否拧紧合格。
3.有益效果
相比于现有技术,本发明的优点在于:
(1)本方案可以实现快速对螺丝进行拧紧,拧紧过程实时检测和高精度 控制拧紧扭矩值,螺丝拧紧时可根据检测到的扭矩及时控制执行机构停止, 执行机构停止过程中,通过驱动电动推杆收缩,使折叠臂收起来使螺丝刀刀 头与螺丝分离,减少螺丝锁紧到位后对装置的反作用力。
(2)拧紧过程由控制器系统高速控制,实时检测和高精度控制拧紧扭矩 值、过程时间、是否合格等。实时输出拧紧过程数据,由拧紧数据采集器采 集、存储,采集量和存储量没有限制。系统具有扭矩控制和转角监测功能。
(3)本方案的半圆套环的内壁上铺设有刹车片,半圆套环与电动推杆之 间连接有折叠臂,需要装置停工时,可通过控制步进电机和电动推杆工作, 使折叠臂对半圆套环施加水平方向的压力,使半圆套环对卡环施加压力,从 而使一对半圆套环内壁上的刹车片将一对卡环抱死,实现对减速器输出轴进 行辅助抱死,使螺丝刀刀头可快速停转。
附图说明
图1为本发明的立体图;
图2为本发明图1中A处的结构示意图;
图3为本发明的去套筒结构示意图;
图4为本发明的正面剖视图;
图5为图4中B处的结构示意图;
图6为本发明的电路原理图。
1支架、2机械爪主体、3壳体、4套筒、5电动推杆、6折叠臂、7安装 座、8半圆套环、9卡环、10步进电机、11控制系统、1101控制器、1102监 控单元、1103轴控单元、12执行机构、1201交流伺服电机、1202减速器、 1203角度传感器、1204扭矩传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图;对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述;显然;所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例;而 不是全部的实施例,基于本发明中的实施例;本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例;都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”、 “顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅 是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的 限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示 或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语 “安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等,应做广义理解,例如“连 接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械 连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连, 可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情 况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1:请参阅图1-2,具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁 紧治具,拧紧治具包括安装在机械臂上的支架1,支架1的底端固定连接有机 械爪主体2,支架1上安装有壳体3,壳体3内安装有控制系统11,壳体3的 底端安装有执行机构执行机构12,执行机构执行机构12包括交流伺服电机 1201,交流伺服电机1201内安装有角度传感器,交流伺服电机1201的动力 输出端上固定连接有减速器1202,减速器1202上安装有扭矩传感器1204。
请参阅图2-5,壳体3的底端固定连接有套筒4,且套筒4位于执行机构 12的外侧,套筒4的内壁上铺设有电磁屏蔽层,电磁屏蔽层由钢制金属丝编 制制成,防止外部的电磁干扰,套筒4的外壁上固定连接有一对电动推杆5, 电动推杆5的外壳上固定连接有步进电机10,步进电机10的动力输出端上连 接有折叠臂6,电动推杆5的动力输出端上与折叠臂6的前端铰接,减速器 1202的输出端上卡接有一对卡环9,两个卡环9的外壁上均套接有半圆套环8, 半圆套环8的外壁与折叠臂6铰接,卡环9的下侧设有安装座7,一对卡环9 均滑动连接在安装座7的顶端,半圆套环8的内壁上铺设有刹车片,使半圆 套环8压紧卡环9时使对减速器1202输出端抱死,使螺丝刀刀头可快速停止 转动,安装座7的底端卡接有螺丝刀刀头,螺丝刀刀头的上下两端均包覆有 磁铁层,安装座7的底端开凿有与螺丝刀刀头相匹配的卡槽,卡槽内铺设有 与磁铁层相匹配的铁片,使螺丝刀刀头可卡紧在安装座内。
请参阅图6,壳体3内安装有与执行机构12相匹配的控制系统11,控制 系统11包括控制器1101,监控单元1102上连接有监控单元1102和轴控单元 1103,技术人员可通过设置角度值来控制执行机构12中电机的旋转角度,一 对电动推杆5均与控制器1101信号连接,角度传感器1203和扭矩传感器1204 均与监控单元1102信号连接,交流伺服电机1201与轴控单元1103信号连接, 拧紧过程由控制器系统11高速控制,实时检测和高精度控制拧紧扭矩值,且 具有扭矩控制和转角监测功能,交流伺服电机1201和步进电机10均为高精 度电机,所有传动零部件均选用高强度合金钢材料,使装置具有较高的精度 和强度,壳体3内安装有拧紧数据采集器,拧紧数据采集器与角度传感器1203 和扭矩传感器1204均信号连接,在拧紧过程实时检测拧紧扭矩值和过程时间, 根据拧紧扭矩值判断拧紧是否合格。
拧紧过程由控制系统11高速控制,通过控制系统11中监控单元1102实 时检测,通过轴控单元1103高精度控制拧紧扭矩值,实时输出拧紧过程数据, 由拧紧数据采集器采集和存储,拧紧数据采集器存储量没有限制。系统具有 扭矩控制和转角监测功能。
具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,其使用方法为:
S1,技术人员通过控制机械臂将拧紧治具整体移动至需要拧紧的螺丝处, 先通过驱动机械爪主体2将工件夹紧,使螺丝刀刀头与螺丝位置匹配;
S2,通过使用控制系统11控制一对电动推杆5工作,电动推杆5推动折 叠臂6的前端,使折叠臂6带的半圆套环8向下运动,从而使安装座7带的 螺丝刀刀头向下运动,使螺丝刀刀头可压紧螺丝,使螺丝刀刀头可持续给予 螺丝压力,防止螺丝向下运动时松动;
S3,当螺丝拧紧到位时,螺丝给予螺丝刀刀头反作用力,反作用力传递 至的交流伺服电机1201的输出轴上,通过扭矩传感器1204检测交流伺服电 机1201输出轴所受的扭矩,检测到的扭矩数据发送给控制器1101,当检测到 扭矩大于设定值时,控制器1101控制轴控单元1103关闭交流伺服电机1201, 并驱动一对电动推杆5收缩,使电动推杆5驱动折叠臂6的前端收缩,使卡 环9带动螺丝刀刀头向上运动,使螺丝刀刀头与螺丝分离,当检测到扭矩未 到设定值时控制器将检测数据与标准螺丝拧紧的扭矩数据对比,判断该螺丝 是否拧紧合格。
本方案可以实现快速对螺丝进行拧紧,拧紧过程实时检测和高精度控制 拧紧扭矩值,螺丝拧紧时可根据检测到的扭矩及时控制执行机构12停止,执 行机构12停止过程中,通过驱动电动推杆5收缩,使折叠臂6收起来使螺丝 刀刀头与螺丝分离,减少螺丝锁紧到位后对装置的反作用力,螺丝拧紧后根 据检测到的扭矩值与预设的扭矩值对比来判断螺丝是否拧紧合格(预设扭矩 值为标准螺丝拧紧后所检测的到扭矩值,判断误差范围为±1%至±3%)。
本方案的半圆套环8的内壁上铺设有刹车片,半圆套环8与电动推杆5 之间连接有折叠臂6,需要装置停工时,可通过控制步进电机10和电动推杆5工作,使折叠臂6对半圆套环8施加水平方向的压力,使半圆套环8对卡环 施加压力,从而使一对半圆套环8内壁上的刹车片将一对卡环9抱死,实现 对减速器1202输出轴进行辅助抱死,减速器1202输出轴被抱死后使螺丝刀 刀头停转。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式;但本发明的保护范围并不 局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根 据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明 的保护范围内。
Claims (8)
1.具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,所述拧紧治具包括安装在机械臂上的支架(1),所述支架(1)的底端固定连接有机械爪主体(2),其特征在于:所述支架(1)上安装有壳体(3),所述壳体(3)内安装有控制系统(11),所述壳体(3)的底端安装有执行机构执行机构(12),所述执行机构执行机构(12)包括交流伺服电机(1201),所述交流伺服电机(1201)内安装有角度传感器,所述交流伺服电机(1201)的动力输出端上固定连接有减速器(1202),所述减速器(1202)上安装有扭矩传感器(1204),所述壳体(3)的底端固定连接有套筒(4),且套筒(4)位于执行机构(12)的外侧,所述套筒(4)的外壁上固定连接有一对电动推杆(5),所述电动推杆(5)的外壳上固定连接有步进电机(10),所述步进电机(10)的动力输出端上连接有折叠臂(6),所述电动推杆(5)的动力输出端上与折叠臂(6)的前端铰接,所述减速器(1202)的输出端上卡接有一对卡环(9),两个所述卡环(9)的外壁上均套接有半圆套环(8),所述半圆套环(8)的外壁与折叠臂(6)铰接,所述卡环(9)的下侧设有安装座(7),一对所述卡环(9)均滑动连接在安装座(7)的顶端,所述安装座(7)的底端卡接有螺丝刀刀头。
2.根据权利要求1所述的具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,其特征在于:所述壳体(3)内安装有与执行机构(12)相匹配的控制系统(11),所述控制系统(11)包括控制器(1101),所述监控单元(1102)上连接有监控单元(1102)和轴控单元(1103),一对所述电动推杆(5)均与控制器(1101)信号连接,所述角度传感器(1203)和扭矩传感器(1204)均与监控单元(1102)信号连接,所述交流伺服电机(1201)与轴控单元(1103)信号连接。
3.根据权利要求1所述的具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,其特征在于:所述套筒(4)的内壁上铺设有电磁屏蔽层,所述电磁屏蔽层由钢制金属丝编制制成。
4.根据权利要求1所述的具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,其特征在于:所述交流伺服电机(1201)和步进电机(10)均为高精度电机,所有传动零部件均选用高强度合金钢材料。
5.根据权利要求1所述的具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,其特征在于:所述壳体(3)内安装有拧紧数据采集器,所述拧紧数据采集器与角度传感器(1203)和扭矩传感器(1204)均信号连接。
6.根据权利要求1所述的具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,其特征在于:所述半圆套环(8)的内壁上铺设有刹车片。
7.根据权利要求1所述的具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,其特征在于:所述螺丝刀刀头的上下两端均包覆有磁铁层,所述安装座(7)的底端开凿有与螺丝刀刀头相匹配的卡槽,所述卡槽内铺设有与磁铁层相匹配的铁片。
8.根据权利要求1所述的具有扭矩和转角监测控制功能的合模用螺丝锁紧治具,其特征在于:其使用方法为:
S1技术人员通过控制机械臂将拧紧治具整体移动至需要拧紧的螺丝处,先通过驱动机械爪主体(2)将工件夹紧,使螺丝刀刀头与螺丝位置匹配;
S2,通过使用控制系统(11)控制一对电动推杆(5)工作,电动推杆(5)推动折叠臂(6)的前端,使折叠臂(6)带的半圆套环(8)向下运动,从而使安装座(7)带的螺丝刀刀头向下运动,使螺丝刀刀头可压紧螺丝,使螺丝刀刀头可持续给予螺丝压力,防止螺丝向下运动时松动;
S3,当螺丝拧紧到位时,螺丝给予螺丝刀刀头反作用力,反作用力传递至的交流伺服电机(1201)的输出轴上,通过扭矩传感器(1204)检测交流伺服电机(1201)输出轴所受的扭矩,检测到的扭矩数据发送给控制器(1101),当检测到扭矩大于设定值时,控制器(1101)控制轴控单元(1103)关闭交流伺服电机(1201),并驱动一对电动推杆(5)收缩,使电动推杆(5)驱动折叠臂(6)的前端收缩,使卡环(9)带动螺丝刀刀头向上运动,使螺丝刀刀头与螺丝分离,当检测到扭矩未到设定值时控制器将检测数据与标准螺丝拧紧的扭矩数据对比,判断该螺丝是否拧紧合格。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20201030 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |