CN112170764A - 一种空心铆钉的自动化铆接机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种空心铆钉的自动化铆接机构，属于自动化铆接设备技术领域，用于解决现有人工铆接工作效率低、铆接质量差的技术问题。包括机械臂、铆接机构和用于连接工件的空心铆钉，铆接机构呈直线安装在机械臂的端部，机械臂的末端设置有CCD摄像机，铆接机构包括安装座、固定座和铆接座，固定座与安装座通过销轴连接，铆接座与固定座的下端滑动连接，铆接座与固定座之间均布有若干气缸，固定座的下端设置有实心的定位圆柱，铆接座的下端设置有与定位圆柱相配合的冲压凸台，定位圆柱从冲压凸台中部穿过，定位圆柱的直径小于空心铆钉的内径.本空心铆钉的自动化铆接机构既能实现对空心铆钉的精确定位，又可以高效高精度的完成铆接任务。
Description
技术领域
本发明属于自动化铆接设备技术领域，涉及一种自动化铆接机构，特别是一种空心铆钉的自动化铆接机构。
背景技术
目前汽车、航天和精密工件制造行业大量使用空心铆钉铆接技术，因此空心铆钉铆接机构的需求量也日益增加。现有的空心铆钉铆接装置一般包括底座和与底座转动连接的转柱，作业者可以根据需求向外翻转转轴来进行铆接。
但是，这种作业需要消耗大量的人力和精力，由于操作者精力有限容易发生漏铆，且操作过程中使用的力的大小由操作者根据自身经验而定，不能够保证一定的铆接质量，继而可能造成工件损坏甚至可能造成安全事故。
因此，就需要一种用于空心铆钉的自动化铆接装置，提高铆接速度和铆接质量，以便可以简单高效完成铆接工作，提高工作效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种空心铆钉的自动化铆接机构，该装置要解决的技术问题是：如何实现空心铆钉的自动化铆接工作。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种空心铆钉的自动化铆接机构，包括机械臂、铆接机构和用于连接工件的空心铆钉，铆接机构呈直线安装在机械臂的端部，机械臂的末端设置有CCD摄像机，CCD摄像机和机械臂的末端保持平行；所述铆接机构包括安装座、固定座和铆接座，安装座与机械臂的端部可拆连接，固定座与安装座通过销轴连接，铆接座与固定座的下端滑动连接，铆接座与固定座之间均布有若干气缸，气缸内设置有伸缩杆，伸缩杆的端部与铆接座的上端面连接，固定座的下端设置有实心的定位圆柱，铆接座的下端设置有与定位圆柱相配合的冲压凸台，定位圆柱从冲压凸台中部穿过，定位圆柱的直径小于空心铆钉的内径。
本发明的工作原理是：铆接机构通过安装座固定在机械臂的端部，机械臂上设置有CCD摄像机，CCD摄像机和机械臂的末端保持平行，在机械臂的运动过程中，CCD摄像机随着末端保持同步移动，通过机械臂的移动使得铆接机构到达铆接工件台处对工件进行铆接操作；当CCD摄像机采集到图像信息后，会对图像进行数据的提取和处理，将得到的图像坐标传到视觉控制器和期望的图像特征进行作差运算，来以误差作为图像特征传给视觉控制器，最后传给运动控制器，运动控制器采用一定的控制算法，来使机器臂能够进行精准的定位和作业；将安装有空心铆钉的工件放置在铆接工件台上，机械臂带动铆接机构到达工件上方一定高度后，垂直将定位圆柱插入空心铆钉的内一定距离后，气缸运行带动伸缩杆向下运动，伸缩杆推动铆接座向下移动，铆接座下端的冲压凸台下压空芯铆钉，经过冲压冲压凸台的冲压施力，使得空芯铆钉的上端向外翻边来完成铆接，当该工位翻边顺利完成之后，机械臂带动铆接机构垂直向外运动，使定位圆柱从空心铆钉中移出，继续进行下一个铆钉孔的定位铆接，来完成整个工件的铆接。
所述机械臂优选为ABB六关节机械臂，采用伺服电机来控制，其控制器包括主电源、计算机供电单元、计算机控制模块（计算机主体部分）、输入和输出板（I/O板）、用户连接端口、示教器接线端（Flexpendant）接口、各轴计算机板、各轴伺服电机的驱动单元等组成；机械臂采用ABB六关节机械臂，具有多个自由度，操作方便，定位精准，配合安装在其末端的CCD摄像机，CCD摄像机采集到图像信息后，会对图像进行数据的提取和处理，将得到的图像坐标传到视觉控制器和期望的图像特征进行作差运算，来以误差作为图像特征传给视觉控制器，最后传给运动控制器，运动控制器采用一定的控制算法，来使机器臂能够对工件上的空芯铆钉进行精准的定位，并进行铆接作业。
所述安装座的上端设置有若干用于与机械臂连接的螺栓孔，安装座与机械臂的端部通过螺栓连接，螺栓安装在螺栓孔中，安装座的下部开设有销轴孔，销轴安装在销轴孔中；铆接机构与机械臂通过螺栓连接，拆装方便。
所述固定座包括连接柱、连接座和滑动基座，连接柱位于连接座的上方，滑动基座位于连接座的下方，连接柱与插入到安装座中且通过销轴进行固定连接，气缸固定在连接座的下方，连接座上开设有若干与气缸相对应的进气孔。
采用以上结构，固定座与安装座可通过销轴可拆连接，连接座上设置的进气孔，通过进气孔向气缸输气，气缸带动其内部结构推动伸缩杆向下运动，连接方便。
所述气缸在连接座下方呈圆周阵列分布，气缸的数量设置有四个。
采用以上结构，四个气缸同步运行，圆周均布在连接座下方，使铆接座受力均匀，保证工作的协调性。
所述定位圆柱设置在滑动基座的下端，滑动基座的下端设置锥形过度，所述安装座、固定座和铆接座均采用铝合金材料制成。
所述铆接座的内侧圆周阵列设置有若干限位块，限位块的数量优选设置为四个，铆接座套设在滑动基座的外部且与滑动基座滑动连接，滑动基座外侧开设有与限位块相配合的限位槽。
采用以上结构，通过限位块和限位槽配合，可以限制铆接座和滑动基座之间的相对转动，使铆接座在滑动基座上始终保持直线方向上的位移移动，有助于铆接效率。
所述冲压凸台的截面呈弧形。
采用以上结构，冲压凸台采用弧形设计保证铆接座冲压空芯铆钉进行铆接工作时能够快速将空心铆钉上端的空心圆柱进行向外翻边，提高铆接质量。
所述工件包括第一铆接件和第二铆接件，第一铆接件位于第二铆接件的上方，第一铆接件和第二铆接件之间通过若干个空心铆钉进行连接，第一铆接件上开设有若干与空芯铆钉配合的铆接孔，空芯铆钉的上端从铆接孔中穿过。
工件是由第一铆接件和第二铆接件通过人工合在一起构成，将其合好的工件放在铆接工件台上，通过机械臂带动铆接机构对工件进行铆接。
所述空心铆钉呈空心圆柱状，工件铆接前，空心铆钉的下端焊接固定在第二铆接件上设定位置处，第一铆接件上开设的铆接孔与空心铆钉的焊接位置相对应，工件装配简单，铆接质量高，连接稳定性强。
与现有技术相比，本空心铆钉的自动化铆接机构具有以下优点：
1、通过机械臂和CCD摄像机配合驱动铆接机构对工件进行铆接作业，即在机械臂上搭载视觉系统进行精准定位和作业，不需要人工的参与，一定程度上提高了生产效率、降低了生产成本，并且合理的作业方式，避免了在作业过程中出现安全事故。
2、铆接机构能够自动实现对空芯铆钉的铆接操作，传动稳定，控制方便，便于维护，铆接质量好，效率高，实现自动化作业。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中铆接机构的爆炸结构示意图；
图3是本发明中铆接机构正常状态的结构示意图；
图4是本发明中铆接机构冲压状态的结构示意图；
图5是本发明中铆接机构的主视结构示意图；
图6是图5中A截面的结构示意图；
图7是本发明中工件的结构示意图；
图8是本发明中工件的组成结构示意图；
图中：1-机械臂、2-CCD摄像机、3-铆接机构、31-安装座、311-螺栓孔、312-销轴孔、32-固定座、321-连接柱、322-连接座、323-进气孔、324-气缸、325-滑动基座、326-限位槽、327-定位圆柱、328-伸缩杆、33-铆接座、331-限位块、332-冲压凸台、4-工件、41-第一铆接件、42-第二铆接件、5-空心铆钉。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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专利和简化描述，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专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
请参阅图1-8，本实施例提供了一种空心铆钉的自动化铆接机构，包括机械臂1、铆接机构3和用于连接工件4的空心铆钉5，铆接机构3呈直线安装在机械臂1的端部，机械臂1的末端设置有CCD摄像机2，CCD摄像机2和机械臂1的末端保持平行；所述铆接机构3包括安装座31、固定座32和铆接座33，安装座31与机械臂1的端部可拆连接，固定座32与安装座31通过销轴连接，铆接座33与固定座32的下端滑动连接，铆接座33与固定座32之间均布有若干气缸324，气缸324内设置有伸缩杆328，伸缩杆328的端部与铆接座33的上端面连接，固定座32的下端设置有实心的定位圆柱327，铆接座33的下端设置有与定位圆柱327相配合的冲压凸台332，定位圆柱327从冲压凸台332中部穿过，定位圆柱327的直径小于空心铆钉5的内径。
铆接机构3通过安装座31固定在机械臂1的端部，机械臂1上设置有CCD摄像机2，CCD摄像机2和机械臂1的末端保持平行，在机械臂1的运动过程中，CCD摄像机2随着末端保持同步移动，通过机械臂1的移动使得铆接机构3到达铆接工件台处对工件进行铆接操作；当CCD摄像机2采集到图像信息后，会对图像进行数据的提取和处理，将得到的图像坐标传到视觉控制器和期望的图像特征进行作差运算，来以误差作为图像特征传给视觉控制器，最后传给运动控制器，运动控制器采用一定的控制算法，来使机器臂能够进行精准的定位和作业；将安装有空心铆钉5的工件4放置在铆接工件台上，机械臂1带动铆接机构到达工件4上方一定高度后，垂直将定位圆柱327插入空心铆钉5的内一定距离后，气缸324运行带动伸缩杆328向下运动，伸缩杆328推动铆接座33向下移动，铆接座33下端的冲压凸台332下压空芯铆钉5，经过冲压冲压凸台332的冲压施力，使得空芯铆钉5的上端向外翻边来完成铆接，当该工位翻边顺利完成之后，机械臂1带动铆接机构3垂直向外运动，使定位圆柱327从空心铆钉5中移出，继续进行下一个铆钉孔的定位铆接，来完成整个工件4的铆接。
机械臂1优选为ABB六关节机械臂，采用伺服电机来控制，其控制器包括主电源、计算机供电单元、计算机控制模块（计算机主体部分）、输入和输出板（I/O板）、用户连接端口、示教器接线端（Flexpendant）接口、各轴计算机板、各轴伺服电机的驱动单元等组成；机械臂1采用ABB六关节机械臂，具有多个自由度，操作方便，定位精准，配合安装在其末端的CCD摄像机2，CCD摄像机2采集到图像信息后，会对图像进行数据的提取和处理，将得到的图像坐标传到视觉控制器和期望的图像特征进行作差运算，来以误差作为图像特征传给视觉控制器，最后传给运动控制器，运动控制器采用一定的控制算法，来使机器臂能够对工件4上的空芯铆钉5进行精准的定位，并进行铆接作业。
安装座31的上端设置有若干用于与机械臂1连接的螺栓孔311，安装座31与机械臂1的端部通过螺栓连接，螺栓安装在螺栓孔311中，安装座31的下部开设有销轴孔312，销轴安装在销轴孔312中；铆接机构3与机械臂1通过螺栓连接，拆装方便。
固定座32包括连接柱321、连接座322和滑动基座325，连接柱321位于连接座322的上方，滑动基座325位于连接座322的下方，连接柱321与插入到安装座31中且通过销轴进行固定连接，气缸324固定在连接座322的下方，连接座322上开设有若干与气缸324相对应的进气孔323；固定座32与安装座31可通过销轴可拆连接，连接座322上设置的进气孔323，通过进气孔32向气缸33输气，气缸324带动其内部结构推动伸缩杆328向下运动，连接方便。
气缸324在连接座322下方呈圆周阵列分布，气缸324的数量设置有四个；四个气缸323同步运行，圆周均布在连接座322下方，使铆接座33受力均匀，保证工作的协调性。
定位圆柱327设置在滑动基座325的下端，滑动基座325的下端设置锥形过度，所述安装座31、固定座32和铆接座33均采用铝合金材料制成。
铆接座33的内侧圆周阵列设置有若干限位块331，本实施例中，限位块331的数量设置为四个，铆接座33套设在滑动基座325的外部且与滑动基座325滑动连接，滑动基座325外侧开设有与限位块331相配合的限位槽326；通过限位块331和限位槽326配合，可以限制铆接座33和滑动基座325之间的相对转动，使铆接座33在滑动基座325上始终保持直线方向上的位移移动，有助于铆接效率。
冲压凸台332的截面呈弧形；冲压凸台332采用弧形设计保证铆接座33冲压空芯铆钉5进行铆接工作时能够快速将空心铆钉5上端的空心圆柱进行向外翻边，提高铆接质量。
工件4包括第一铆接件41和第二铆接件42，第一铆接件41位于第二铆接件42的上方，第一铆接件41和第二铆接件42之间通过若干个空心铆钉5进行连接，第一铆接件41上开设有若干与空芯铆钉5配合的铆接孔，空芯铆钉5的上端从铆接孔中穿过；工件4是由第一铆接件41和第二铆接件42通过人工合在一起构成，将其合好的工件4放在铆接工件台上，通过机械臂1带动铆接机构3对工件4进行铆接。
空心铆钉5呈空心圆柱状，工件铆接前，空心铆钉5的下端焊接固定在第二铆接件42上设定位置处，第一铆接件41上开设的铆接孔与空心铆钉5的焊接位置相对应，工件装配简单，铆接质量高，连接稳定性强。
本发明的工作原理：
在铆接工作前，将铆接机构3的安装座通过螺栓固定在机械臂1的端部，调整CCD摄像机2使其与机械臂1的末端保持平行，在机械臂1的运动过程中，CCD摄像机2随着末端保持同步移动，通过机械臂1的移动使得铆接机构3到达铆接工件台处对工件进行铆接操作，当CCD摄像机2采集到图像信息后，会对图像进行数据的提取和处理，将得到的图像坐标传到视觉控制器和期望的图像特征进行作差运算，来以误差作为图像特征传给视觉控制器，最后传给运动控制器，运动控制器采用一定的控制算法，使机器臂1能够识别并空精准的定位芯铆钉5的位置，驱动铆接机构3进行铆接作业；
在铆接作业时，将预先焊接有空心铆钉5的第二铆接件42与第一铆接件41人工合在一起构成工件4，将工件4放置在铆接工件台上，通过CCD摄像机2的识别功能，运动控制器控制机械臂1带动铆接机构3到达工件4上方一定高度后，垂直将定位圆柱327插入空心铆钉5的内一定距离后，气缸324运行带动伸缩杆328向下运动，伸缩杆328推动铆接座33向下移动，铆接座33下端的冲压凸台332下压空芯铆钉5，冲压凸台332采用弧形设计，经过冲压冲压凸台332的冲压施力，能够快速将空心铆钉5上端的空心圆柱进行向外翻边来完成铆接，当该工位的空心铆钉5翻边顺利完成之后，机械臂1带动铆接机构3垂直向外运动，使定位圆柱327从空心铆钉5中移出，继续进行下一个铆钉孔的定位铆接，来完成整个工件4的铆接，第一铆接件41和第二铆接件42被铆接在一起，连接稳定，铆接效率高。
本发明提供的一种空心铆钉的自动化铆接机构，机械臂1和CCD摄像机2配合驱动铆接机构3对工件4进行铆接作业，即在机械臂1上搭载视觉系统进行精准定位和作业，不需要人工的参与，一定程度上提高了生产效率、降低了生产成本，并且合理的作业方式，避免了在作业过程中出现安全事故；铆接机构3能够自动实现对空芯铆钉5的铆接操作，传动稳定，控制方便，便于维护，铆接质量好，效率高，实现自动化作业。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (9)
1.一种空心铆钉的自动化铆接机构，包括机械臂（1）、铆接机构（3）和用于连接工件（4）的空心铆钉（5），其特征在于，所述铆接机构（3）呈直线安装在机械臂（1）的端部，机械臂（1）的末端设置有CCD摄像机（2），CCD摄像机（2）和机械臂（1）的末端保持平行；所述铆接机构（3）包括安装座（31）、固定座（32）和铆接座（33），安装座（31）与机械臂（1）的端部可拆连接，固定座（32）与安装座（31）通过销轴连接，铆接座（33）与固定座（32）的下端滑动连接，铆接座（33）与固定座（32）之间均布有若干气缸（324），气缸（324）内设置有伸缩杆（328），伸缩杆（328）的端部与铆接座（33）的上端面连接，固定座（32）的下端设置有实心的定位圆柱（327），铆接座（33）的下端设置有与定位圆柱（327）相配合的冲压凸台（332），定位圆柱（327）从冲压凸台（332）中部穿过，定位圆柱（327）的直径小于空心铆钉（5）的内径。
2.根据权利要求1所述的一种空心铆钉的自动化铆接机构，其特征在于，所述安装座（31）的上端设置有若干用于与机械臂（1）连接的螺栓孔（311），安装座（31）与机械臂（1）的端部通过螺栓连接，螺栓安装在螺栓孔（311）中，安装座（31）的下部开设有销轴孔（312），销轴安装在销轴孔（312）中。
3.根据权利要求2所述的一种空心铆钉的自动化铆接机构，其特征在于，所述固定座（32）包括连接柱（321）、连接座（322）和滑动基座（325），连接柱（321）位于连接座（322）的上方，滑动基座（325）位于连接座（322）的下方，连接柱（321）与插入到安装座（31）中且通过销轴进行固定连接，气缸（324）固定在连接座（322）的下方，连接座（322）上开设有若干与气缸（324）相对应的进气孔（323）。
4.根据权利要求3所述的一种空心铆钉的自动化铆接机构，其特征在于，所述气缸（324）在连接座（322）下方呈圆周阵列分布，气缸（324）的数量设置有四个。
5.根据权利要求3所述的一种空心铆钉的自动化铆接机构，其特征在于，所述定位圆柱（327）设置在滑动基座（325）的下端，滑动基座（325）的下端设置锥形过度，所述安装座（31）、固定座（32）和铆接座（33）均采用铝合金材料制成。
6.根据权利要求5所述的一种空心铆钉的自动化铆接机构，其特征在于，所述铆接座（33）的内侧圆周阵列设置有四个限位块（331），铆接座（33）套设在滑动基座（325）的外部且与滑动基座（325）滑动连接，滑动基座（325）外侧开设有与限位块（331）相配合的限位槽（326）。
7.根据权利要求1所述的一种空心铆钉的自动化铆接机构，其特征在于，所述冲压凸台（332）的截面呈弧形。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种空心铆钉的自动化铆接机构，其特征在于，所述工件（4）包括第一铆接件（41）和第二铆接件（42），第一铆接件（41）位于第二铆接件（42）的上方，第一铆接件（41）和第二铆接件（42）之间通过若干个空心铆钉（5）进行连接，第一铆接件（41）上开设有若干与空芯铆钉（5）配合的铆接孔，空芯铆钉（5）的上端从铆接孔中穿过。
9.根据权利要求8所述的一种空心铆钉的自动化铆接机构，其特征在于，所述空心铆钉（5）呈空心圆柱状，空心铆钉（5）的下端焊接固定在第二铆接件（42）上，第一铆接件（41）上开设的铆接孔与空心铆钉（5）的焊接位置相对应。
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