CN112519251B - 膜片自动化装配线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种膜片自动化装配线，其特征是：包括膜片组件输送用线体和膜片组件放置座；在膜片组件输送用线体的移动面上平放设置有多个膜片组件放置座；每个膜片组件放置座具有放置用凹槽；还包括膜片组件取装系统，该膜片组件取装系统包括膜片组件取装用机械臂、膜片组件取装用工装和组装用工作台；膜片组件取装用机械臂的手部固定安装有膜片组件取装用工装；组装用工作台用于承载待安装膜片组件的机芯体；膜片组件取装用工装随膜片组件取装用机械臂动作，并用于从膜片组件放置座上取出膜片组件和组装至组装用工作台上的机芯体上。本发明膜片自动化装配线能够自动化上料和组装，节省人力成本；帮助实现24小时不停生产，大幅提升产量。

Description

膜片自动化装配线
技术领域
本发明属于膜式燃气表领域，具体涉及一种膜片自动化装配线。
背景技术
膜式燃气表是一种常见的燃气计量仪器。膜式燃气表的工作原理是：
当流动的气体经过燃气表时，受到管道摩擦及机构的阻挡，内部的燃气会在燃气表进出口两端产生压力差，通过这个压力差推动膜式燃气表的膜片在计量室内运动，并且带动配气机构进行协调配气，使得膜片的运动能够连续往复的进行。膜式燃气表通过内部的机械结构，把直线往复运动转变成圆周运动，再通过圆周运动带动机械滚轮计数器转动；膜片每往复一次，就排出一定量气体，最终滚轮转过一个计数单元，实现滚轮旋转计量显示效果。
但是，膜片采用柔性橡胶材料制得，膜片的厚度仅有0.2mm且较为柔软，装配难度大，膜片的自动化装配是膜式燃气表行业公认的自动化装配难题，一直未能得到有效解决。膜片自动化装配是机芯组自动化装配的工序之一，也是制约机芯线建设的重要瓶颈之一。
基于此，如何实现膜片的自动化装配是亟需考虑解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够实现膜片的自动化装配的膜片自动化装配线。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
膜片自动化装配线，其特征在于：
包括膜片组件输送用线体和膜片组件放置座；
在所述膜片组件输送用线体的移动面上平放设置有多个所述膜片组件放置座；每个膜片组件放置座具有放置用凹槽，所述放置用凹槽的槽底设置有供膜片组件中内夹膜板完全落入并定位的内夹膜板用凹槽，所述放置用凹槽的槽底面和槽侧壁与膜片组件中膜片的外型面相适配并贴合接触，所述放置用凹槽的槽口周围具有一圈供膜片四周边缘搭放接触的搭放面；
还包括膜片组件取装系统，该膜片组件取装系统包括膜片组件取装用机械臂、膜片组件取装用工装和组装用工作台；
所述膜片组件取装用机械臂的手部固定安装有所述膜片组件取装用工装；所述组装用工作台用于承载待安装膜片组件的机芯体；所述膜片组件取装用工装随所述膜片组件取装用机械臂动作，并用于从膜片组件放置座上取出膜片组件和组装至所述组装用工作台上的机芯体上。
本发明膜片自动化装配线具有的优点是：
膜片组件能够持续及时有序的上料，膜片组件取装用机械臂能够自行完成从膜片组件放置座取料以及将膜片组件装入组装用工作台的机芯体上，从而能够实现膜片组件的自动化上料和组装，节省人力成本；帮助实现24小时不停生产，大幅提升产量。
附图说明
图1为本发明膜片自动化装配线的结构示意图。
图2为本发明膜片自动化装配线中的膜片组件放置座的结构示意图。
图3为本发明膜片自动化装配线中的膜片组件取装用工装、膜片组件和机芯体的立体结构示意图。
图4为本发明膜片自动化装配线中的膜片组件取装用工装、膜片组件和机芯体的正视图。
图5为本发明膜片自动化装配线中的膜片组件取装用工装和膜片组件的结构示意图。
图中标记为：
10膜片组件输送用线体；
20膜片组件放置座：201放置用凹槽，202内夹膜板用凹槽，203搭放面；
30膜片组件取装用机械臂；
40膜片组件取装用工装：401取装头(4011连接型面，4012吸附孔)，膜片四角张拉结构(4021安装块，4022导轨，4023滑块，4024插柱用驱动气缸，4025手指气缸，4026插柱)，403固定支架(4031连接板，4032连接柱)，推脱结构(4041推脱用气缸，4042导向定位柱，4043导向套筒)；
50组装用工作台：501旋转工作台，502机芯体上线工位，503膜片装配工位，504计量壳上线工位，505压封机，506机芯体取出工位；
60立轴驱动机构：601气动夹爪，602立轴驱动用电机；
70内夹膜板上线机；
80膜片上线机；
90外夹膜板上线机；
100超声波铆接机；
110膜片组件：1101膜片，1102内夹膜板，1103外夹膜板；
120机芯体；
130折板；
140立轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
具体实施时：如图1至图5所示，
膜片自动化装配线，包括膜片组件输送用线体10和膜片组件放置座20；
在所述膜片组件输送用线体10的移动面上平放设置有多个所述膜片组件放置座20；每个膜片组件放置座20具有放置用凹槽201，所述放置用凹槽201的槽底设置有供膜片组件中内夹膜板完全落入并定位的内夹膜板用凹槽202，所述放置用凹槽201的槽底面和槽侧壁与膜片组件中膜片的外型面相适配并贴合接触，所述放置用凹槽201的槽口周围具有一圈供膜片四周边缘搭放接触的搭放面203；
还包括膜片组件取装系统，该膜片组件取装系统包括膜片组件取装用机械臂30、膜片组件取装用工装40和组装用工作台50；
所述膜片组件取装用机械臂30的手部固定安装有所述膜片组件取装用工装40；所述组装用工作台50用于承载待安装膜片组件的机芯体；所述膜片组件取装用工装40随所述膜片组件取装用机械臂30动作，并用于从膜片组件放置座20上取出膜片组件和组装至所述组装用工作台50上的机芯体上。
本技术方案中，膜片组件由膜片、内夹膜板和外夹膜板构成。
本发明膜片自动化装配线具有的优点是：
膜片组件能够持续及时有序的上料，膜片组件取装用机械臂30能够自行完成从膜片组件放置座20取料以及将膜片组件装入组装用工作台50的机芯体上，从而能够实现膜片组件的自动化上料和组装，节省人力成本；帮助实现24小时不停生产，大幅提升产量。
其中，膜片组件取装用工装40包括取装头401，所述取装头401整体用于固定安装在膜片组件取装用机械臂30的手部，所述取装头401整体呈下凸状且下表面具有与膜片组件的凹面和凹面顶部四周边缘贴合连接的连接型面4011，所述连接型面4011能够通过可控的吸附力与膜片贴合连接或分离。
膜片组件输送用线体10的移动面上平放设置有多个膜片组件放置座20，在每个膜片组件放置座20内放置有一套膜片组件。
采用上述取装头401后，即可通过可控的吸附力来从膜片组件放置座20取走膜片组件，并能够通过取装头401上的连接型面4011与膜片组件的型面配合来保持好膜片组件转移和组装过程中的姿态，从而利于帮助实现可靠的取走、转移和组装的操作。
实施时，所述可控的吸附力可采用静电吸附力或真空吸附力，其中静电吸附系统由静电吸附控制器、静电吸附单元及组成，静电吸附系统为现有技术，在此不作赘述。静电吸附具有结构精简、耗能低，能适应有孔表面吸附的优点。
其中，所述可控的吸附力为由真空吸附系统产生的真空吸附力，所述取装头401上竖向贯穿设置有多个吸附孔4012，多个吸附孔4012分布于在所述取装头401的连接型面4011、与膜片组件的膜片顶部四周边缘贴合的位置和所述取装头401的下凸状的四周外侧壁和底壁所在的位置，各个吸附孔4012上远离所述连接型面4011的另一端与真空吸附系统中的真空泵的吸气口相连接。
采用上述通过真空吸附力来吸取膜片组件的取装头401，具有以下优点：
能够使得膜片组件的各个部位与取装头401的下凸型面之间贴合得更为紧密，从而使得吸取、转移和组装过程中年膜片组件能够获得更好的姿态保持效果，为膜片组件的自动化装配做好基础。
其中，膜片组件取装用工装40还包括膜片四角张拉结构；
所述膜片四角张拉结构包括安装块4021、拉张驱动结构和四个拉张件；
所述安装块4021设置于所述取装头401的上方且通过固定支架403与膜片组件取装用机械臂30的手部固定连接，所述取装头401的矩形结构的四个内角处设置有所述四个拉张件，且所述四个拉张件处在在取装头401的矩形结构的对角线上，所述四个拉张件用于拉张膜片的顶部的四个角；
所述拉张驱动结构用于驱动所述四个拉张件沿着取装头401的矩形结构的对角线并共同实现收拢或扩张。
因为，膜片为弹性且较软的橡胶膜结构，故在未受力的自然状态下，膜片四角处的各个组装孔是难以与机芯体上用于插入膜片的四个组装孔的四个膜片组装用凸柱一一对应并顺利完成组装的。
所以，在设置上述膜片四角张拉结构后，即可通过四个拉张件来拉住膜片的四角，随后，通过拉张驱动结构来驱动四个拉张件动作并实现扩张，进而能够帮助机芯体上的四个膜片组装用凸柱一一对应插入膜片的四角处的组装孔内，顺利完成装配。
实施时，每个所述拉张件可采用一对可控的夹压块来夹持住膜片的四角。
其中，所述固定支架403包括连接板4031和连接柱4032，所述连接板4031设置有用于膜片组件取装用机械臂30的手部固定连接用的安装孔；所述连接板4031的四周具有下凸状且与固定连接在所述安装块4021上表面的多个所述连接柱4032。
采用上述固定支架403结构，具有结构精简和紧凑的优点，能够帮助降低膜片组件取装用工装40的载荷与能耗。
其中，膜片组件取装用工装40还包括推脱结构，所述推脱结构包括推脱用气缸4041、导向定位柱4042和导向套筒4043；
所述安装块4021整体呈平板块型结构，所述推脱用气缸4041整体固定安装在所述安装块4021上，且所述推脱用气缸4041的推杆朝下且下端与所述取装头401固定相连；
所述取装头401的上表面固定安装有所述导向定位柱4042，且所述安装块4021上安装有供所述导向定位柱4042插入并实现滑动配合连接的所述导向套筒4043。
采用上述推脱结构后，即可在膜片组件保持可组装的姿态的同时，通过推脱结构来推动取装头401下移，并使得膜片组件整体下移直至：膜片组件上膜片四角的组装孔内供机芯体上四个膜片组装用凸柱一一对应且准确插入，更好确保膜片的顺利组装。
其中，所述拉张件驱动结构为与四个所述拉张件配套设置的四套，且四套所述拉张件驱动结构均包括导轨4022、滑块4023和插柱4026用驱动气缸4024，四套所述拉张件驱动结构中的导轨4022顺着取装头401的矩形结构的对角线排布且安装在所述安装块4021的下表面；每个导轨4022上滑动设置有一个所述滑块4023，同一套拉张件驱动结构中的所述插柱4026用驱动气缸4024固定安装在所述安装块4021的下表面且推杆与对应的所述滑块4023驱动连接；
每个所述拉张件均为竖向贯穿所述取装头401各个内角处的插柱4026，且所述取装头401上供插柱4026贯穿的孔为沿着取装头401的矩形结构的对角线延伸的条形腰孔；
每个所述滑块4023上安装有所述插柱4026。
采用上述拉张件驱动结构和拉张件后，不仅能够充分的利用好取装头401和安装块4021之间的间隔空间；更重要的是，采用上述插柱4026作为拉张件，四个插柱4026插入膜片的四个组装孔能够更好实现对四个组装孔的拉持与拉张后(与四个膜片组装用凸柱)的对位(因为四个插柱4026的移动量易于调节)。
与此同时，上述结构能够在与以上推脱结构的共同作用下，能够更为顺利的供机芯体上四个膜片组装用凸柱一一对应且准确插入膜片的四个组装孔，实现精准装配。
其中，所述取装头401设置的各个所述条形腰孔在沿着取装头401的矩形结构的对角线方向上的内侧端和外侧端构成供贯穿其中的所述插柱4026移动行程的起始端点和终止端点。
上述条形腰孔结构能够帮助实现插柱4026更好的定位，更好的保证实现插柱4026在膜片自然状态下插入膜片上的组装孔内后，再沿着条形腰孔向外扩张实现对膜片的拉张以及与机芯体上四个膜片组装用凸柱的轴心线对准，为自动化可靠组装做好基础。
其中，每个滑块4023上固定安装有一个竖向的手指气缸4025，所述手指气缸4025的各个指块朝下；且各个所述指块上固定安装有弧形块，各个弧形块为沿自身轴向延伸的长条状且横截面为圆弧形；各个弧形块共同围成所述插柱4026，并使得该插柱4026能够实现在插柱4026的径向上实现扩大或缩小。
采用上述可扩缩的插柱4026结构，具有的优点是：
首先，能够在缩小时更迅捷的对应插入膜片的四个组装孔内，提升插入的效率和准确性高；
随后，在插柱4026扩大(撑开)后能够可靠的插接在膜片的四个组装孔内，避免膜片四个组装孔所在的膜片四角处出现下掉的情形，从而更好的保持正确的组装姿态。
最后，因为不同的机芯体的上四个膜片组装用凸柱难以高精度的保持位置的一致性(与机芯体的制造技术和制造精度有关；且很难保持不同机芯体及其四个膜片组装用凸柱具有高精度的一致性(从单个凸柱的粗细和相邻两个凸柱之前的间距来看))，故扩大后的插柱4026能够更为方便准确套入具有不同间距或粗细度的四个膜片组装用凸柱上，从而大幅提升组装的容错率，帮助大幅提升膜片自动化装配的合格率。
其中，扩大后的插柱4026的内侧面与机芯体上膜片组装用凸柱的外直径之间具有间隙，缩小后的插柱4026的外侧面直径小于等于膜片的组装孔的孔径。
上述尺寸插柱4026的顺利插入膜片四个组装孔和顺利套住机芯体的上四个膜片组装用凸柱的效果更优。
其中，每个所述手指气缸4025的指块移动至外端止点时，插柱4026的内直径大于机芯体上膜片组装用凸柱的外直径1-3毫米。
上述尺寸的插柱4026在更好保证功能实现的同时，能够保证结构的紧凑性和轻量化。
其中，所述手指气缸4025为三爪结构。
三爪结构能够在撑开后更好的保持插柱4026的圆周度，避免对膜片的四个组装孔在单一径向上的过度撑拉开并使得组装孔出现撕扯坏或变形的情形，从而能够更好的保护好膜片的质量。
现有的膜片自动化装配线装配的合格率只有60％左右，无法满足稳定装配的需求。现有的膜片自动化装配线，每班需辅以视觉识别系统在线监测，并配备至少两名操作工修正不良品，不仅费时费力还增加了安全隐患。
采用本技术方案中的上述膜片组件取装用工装40后，膜片自动化装配工序合格率能够提高至99.6％，使得申请人成为国内首家实现燃气表膜片全自动化装配的厂家，为膜片和燃气仪表的自动化装配技术作出了重要贡献。
其中，膜片自动化装配线，还包括膜片组件组装系统，所述膜片组件组装系统包括沿膜片组件输送用线体10前后方向依次设置有内夹膜板上线机70、膜片上线机80、外夹膜板上线机90和超声波铆接机100。
这样一来，本膜片自动化装配线不仅能够完成膜片组件(简称：膜片)在机芯体上的组装，还能够完成膜片组件各个配件的组装，从而进一步提升自动化装配的智能化程度和效率。
实施时，内夹膜板上线机70和外夹膜板上线机90各自均包括振动盘自动上料和上料用机械臂。膜片上线机80包括利用真空吸附的取装头401和机械臂。
其中，所述组装用工作台50为旋转工作台501，在所述旋转工作台501上且沿着该旋转工作台501的圆周方向由前往后依次设置有机芯体上线工位502、膜片装配工位503、计量壳上线工位504、计量壳压封工位和机芯体取出工位506，所述旋转工作台501上表面在圆周方向均匀间隔固定安装有至少5个机芯体装载座。
这样一来，即可在充分利用旋转工作台501并合理的完成机芯体膜片和计量壳的组装，为后续其它配件的自动化装配做好基础。
实施时，机芯体上线工位502、机芯体取出工位506和计量壳上线工位504均各自配置有一个机械臂；计量壳压封工位配置有一个压封机505。
其中，在所述膜片装配工位503的外部固定安装有立轴驱动机构60，所述立轴驱动机构60包括气动夹爪601和立轴驱动用电机602，所述立轴驱动用电机602通过支架固定在所述旋转工作台501外部，且所述立轴驱动用电机602的转轴上同轴固定有所述气动夹爪601，所述气动夹爪601用于夹持机芯体上的立轴并带动折板转动。
采用上述立轴驱动机构60后，能够在膜片自动化组装过程中，在膜片即将组装至机芯体之前转动立轴使得折板上翘，这样一来即可使得上翘的折板能够顺利卡入膜片组件中内夹膜板下侧面的滑槽内，顺利完成折板与内夹膜板之间的组装。
以上仅是本发明优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，作出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。

Claims (7)

1.膜片自动化装配线，其特征在于：
包括膜片组件输送用线体和膜片组件放置座；
在所述膜片组件输送用线体的移动面上平放设置有多个所述膜片组件放置座；每个膜片组件放置座具有放置用凹槽，所述放置用凹槽的槽底设置有供膜片组件中内夹膜板完全落入并定位的内夹膜板用凹槽，所述放置用凹槽的槽底面和槽侧壁与膜片组件中膜片的外型面相适配并贴合接触，所述放置用凹槽的槽口周围具有一圈供膜片四周边缘搭放接触的搭放面；
还包括膜片组件取装系统，该膜片组件取装系统包括膜片组件取装用机械臂、膜片组件取装用工装和组装用工作台；
所述膜片组件取装用机械臂的手部固定安装有所述膜片组件取装用工装；所述组装用工作台用于承载待安装膜片组件的机芯体；所述膜片组件取装用工装随所述膜片组件取装用机械臂动作，并用于从膜片组件放置座上取出膜片组件和组装至所述组装用工作台上的机芯体上；
膜片组件取装用工装包括取装头，所述取装头整体用于固定安装在膜片组件取装用机械臂的手部，所述取装头整体呈下凸状且下表面具有与膜片组件的凹面和凹面顶部四周边缘贴合连接的连接型面，所述连接型面能够通过可控的吸附力与膜片贴合连接或分离；
膜片组件取装用工装还包括膜片四角张拉结构；
所述膜片四角张拉结构包括安装块、拉张驱动结构和四个拉张件；
所述安装块设置于所述取装头的上方且通过固定支架与膜片组件取装用机械臂的手部固定连接，所述取装头的矩形结构的四个内角处设置有所述四个拉张件，且所述四个拉张件处在取装头的矩形结构的对角线上，所述四个拉张件用于拉张膜片的顶部的四个角；
所述拉张驱动结构用于驱动所述四个拉张件沿着取装头的矩形结构的对角线并共同实现收拢或扩张；
与四个所述拉张件配套设置有四套所述拉张件驱动结构，且四套所述拉张件驱动结构均包括导轨、滑块和插柱用驱动气缸，四套所述拉张件驱动结构中的导轨顺着取装头的矩形结构的对角线排布且安装在所述安装块的下表面；每个导轨上滑动设置有一个所述滑块，同一套拉张件驱动结构中的所述插柱用驱动气缸固定安装在所述安装块的下表面且推杆与对应的所述滑块驱动连接；
每个所述拉张件均为竖向贯穿所述取装头各个内角处的插柱，且所述取装头上供插柱贯穿的孔为沿着取装头的矩形结构的对角线延伸的条形腰孔；
每个所述滑块上安装有所述插柱；
每个滑块上固定安装有一个竖向的手指气缸，所述手指气缸的各个指块朝下；且各个所述指块上固定安装有弧形块，各个弧形块为沿自身轴向延伸的长条状且横截面为圆弧形；各个弧形块共同围成所述插柱，并使得该插柱能够实现在插柱的径向上实现扩大或缩小。
2.根据权利要求1所述的膜片自动化装配线，其特征在于：所述可控的吸附力为由真空吸附系统产生的真空吸附力，所述取装头上竖向贯穿设置有多个吸附孔，多个吸附孔分布于在所述取装头的连接型面、与膜片组件的膜片顶部四周边缘贴合的位置和所述取装头的下凸状的四周外侧壁和底壁所在的位置，各个吸附孔上远离所述连接型面的另一端与真空吸附系统中的真空泵的吸气口相连接。
3.根据权利要求1所述的膜片自动化装配线，其特征在于：所述固定支架包括连接板和连接柱，所述连接板设置有用于膜片组件取装用机械臂的手部固定连接用的安装孔；所述连接板的四周具有下凸状且与固定连接在所述安装块上表面的多个所述连接柱。
4.根据权利要求1所述的膜片自动化装配线，其特征在于：膜片组件取装用工装还包括推脱结构，所述推脱结构包括推脱用气缸、导向定位柱和导向套筒；
所述安装块整体呈平板块型结构，所述推脱用气缸整体固定安装在所述安装块上，且所述推脱用气缸的推杆朝下且下端与所述取装头固定相连；
所述取装头的上表面固定安装有所述导向定位柱，且所述安装块上安装有供所述导向定位柱插入并实现滑动配合连接的所述导向套筒。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的膜片自动化装配线，其特征在于：还包括膜片组件组装系统，所述膜片组件组装系统包括沿膜片组件输送用线体前后方向依次设置有内夹膜板上线机、膜片上线机、外夹膜板上线机和超声波铆接机。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的膜片自动化装配线，其特征在于：所述组装用工作台为旋转工作台，在所述旋转工作台上且沿着该旋转工作台的圆周方向由前往后依次设置有机芯体上线工位、膜片装配工位、计量壳上线工位、计量壳压封工位和机芯体取出工位，所述旋转工作台上表面在圆周方向均匀间隔固定安装有至少5个机芯体装载座。
7.根据权利要求6所述的膜片自动化装配线，其特征在于：在所述膜片装配工位的外部固定安装有立轴驱动机构，所述立轴驱动机构包括气动夹爪和立轴驱动用电机，所述立轴驱动用电机通过支架固定在所述旋转工作台外部，且所述立轴驱动用电机的转轴上同轴固定有所述气动夹爪，所述气动夹爪用于夹持机芯体上的立轴并带动折板转动。
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