CN112935761A - 智能飞机制动片自动装配设备 - Google Patents

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Abstract

一种智能飞机制动片自动装配设备，包括：制动片装配机构、垫片装配机构、旋铆机构、带有制动片模具的回转工作台、下料机构和控制机构，其中：制动片装配机构、垫片装配机构、旋铆机构和下料机构依次分别设置于回转工作台的一侧，控制机构分别与其余各机构及回转工作台连接。本发明通过三个工位的衔接实现飞机用制动片的分步加工互不影响，使制动片加工一体化，紧凑的加工台架大大缩短了飞机用制动片的加工时间，提高了飞机制动片的加工效率以及加工精度，降低了生产成本，可靠性及装配精度得到保障。

Description

智能飞机制动片自动装配设备
技术领域
本发明涉及的是一种设备装配领域的技术，具体是一种智能飞机制动片自动装配设备。
背景技术
飞机中的制动组件由刹车和控制两部分组成，刹车的实现是通过摩擦盘的摩擦将机体动能转换为热能进行制动，这样必然会导致刹车片的磨损，所以必须进行定期精确可靠的刹车片的更换，以确保制动的及时性和安全性。当前采用的飞机制动片装配装置控制精度较低，自动化程度亟待提高。目前现有的制动片自动装配设备都依靠分布工序完成，即一道工序对应一个设备，而部件频繁装卸易发生磨损、装配效率低且关键步骤还需人工监看。具体工序中校准多借助固定移距，对于具体零件实际位置考虑欠缺，易发生装配不劳，导致所配工件安全系数下降。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种智能飞机制动片自动装配设备，采用多任务序整合工作台，运用三坐标测量机(Coordinate Measuring Machining，CMM)，能够多任务位衔接实现飞机用制动片分步并行装配。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种智能飞机制动片自动装配设备，包括：制动片装配机构、垫片装配机构、旋铆机构、带有制动片模具的回转工作台、下料机构和控制机构，其中：制动片装配机构、垫片装配机构、旋铆机构和下料机构依次分别设置于回转工作台的一侧，控制机构分别与其余各机构及回转工作台连接。
所述的制动片装配机构包括：三坐标模组装置、制动片上料组件、制动片压杆和制动片压紧枪，其中：制动片上料组件设置于操作台总回转圆盘的左侧，制动片下底片装配工位的上方。
所述的三坐标模组装置包括：三坐标模组制动片上料装置、三坐标模组空心垫片上料装置、三坐标模组实心垫片上料装置和三坐标模组铆钉上料装置。
所述的垫片装配机构包括：对称设置的实心垫片装配装置和空心垫片装配装置。
所述的旋铆机构包括：铆钉上料组件、压铆推杆和旋铆压机。
所述的制动片上料组件包括：并列设置的制动片上底片工作台和制动片下底片工作台，其中：制动片上底片工作台与实心垫片上料组件相邻。
所述的下料机构包括：下料撑杆和与之相连的机械手爪，其中：下料撑杆设置于制动片装配机构和旋铆机构的外侧。
所述的控制机构包括：至少两台视觉相机、压力传感器和图像判断模块，其中：视觉相机分别设置于旋铆压机的两侧以检测旋铆设备铆钉装配情况及旋铆情况，压力传感器设置于旋铆压机的一侧，图像判断模块分别与视觉相机和压力传感器连接。
所述的图像判断模块通过基于铆钉装配圆度偏移及旋铆边缘检测间距的误差扩散算法判断来自视觉相机的铆钉头的图像以判断偏移程度及是否有裂纹情况。
所述的基于铆钉装配圆度偏移及旋铆边缘检测间距的误差扩散算法，通过双相机分别拍摄铆钉装配图像及旋铆图像后，从中提取铆钉装配图像与标准装配图像进行像素对比，判断铆钉是否正常装配，再提取旋铆铆钉头部图像，进行圆度偏移及开裂情况像素比对，判断旋铆情况，具体步骤包括：
1、基于所摄铆钉装配及旋铆图像的图像强度的一阶和二阶导数，考虑到导数的计算对误差很敏感，故采用滤波器来优化与误差有关的铆钉装配间距检测性能。
2、提高辨识度：通过所摄图像的滤波处理，采用计算梯度幅值从而来增强边缘铆钉间距的基础，优化选取图像各点邻域强度的变化值。
3、铆钉装配及旋铆检测：在所摄铆钉装配及旋铆照片中有许多点的梯度幅值比较大，但是考虑到所摄图像的差异性，这些区域未必都是边缘，算法采用梯度幅值阈值判据来确定铆钉边缘间距点。
4、工件精准定位：旋铆过程要求确定边缘间距位置，可在子像素分辨率上来确定边缘的位置及边缘的方位。其中铆钉装配及旋铆图像中灰度发生急剧变化的区域边界即是铆钉装配及旋铆工件的边缘改变临界点，通过图像灰度的变化情况来判断，其可用图像灰度分布的梯度来反映，通过对铆钉装配及旋铆照片中像素的某小邻域构造边缘间距检测算子来达到检测旋铆边缘，通过与标准旋铆间距比较进行调整，从而达到精确旋铆装配目的。
技术效果
本发明整体解决了现有技术的部件频繁装卸易发生磨损、装配效率低且关键步骤还需人工监看。具体工序中校准多借助固定移距，对于具体零件实际位置考虑欠缺，易发生装配不劳，导致所配工件安全系数下降；
与现有技术相比，本发明采用多任务序(上料、零件装配、旋铆)整合工作台，运用三坐标测量机(Coordinate Measuring Machining.CMM)，在压力传感器的基础上结合视觉误差算法，能够多任务位衔接实现飞机用制动片分步并行装配。
附图说明
图1为本实施例的结构示意图；
图2为本实施例的结构示意图；
图3为本实施例的俯视图；
图4为本实施例的侧视图；
图5和图6为三工位回转工作台示意图；
图中：空心垫片上料枪1、三坐标模组空心垫片上料装置2、空心垫片压紧枪3、第二工位4、三工位回转工作台5、第三工位6、第一工位7、下料撑杆8、托盘9、下料工作台10、制动片装配机构11、骨架上料装置12、空心垫片上料振动盘13、实心垫片上料振动盘14、底层工作台15、制动片上料组件16、制动片上料移栽台17、成品移栽小车18、实心垫片上料工作台19、空心垫片上料工作台20、三坐标模组实心垫片上料装置21、实心垫片及制动片上底片压紧枪22、旋铆设备操作台23、回转轴24、坐标轴固定装置25、制动片上底片上料工作台26、垫片装配机构27、(下料)竖直升降杆28、旋铆压机29、制动片下底片上料工作台30、成品下料圆盘31、铆钉上料振动盘32、装卸杆33、实心垫片装配装置34、空心垫片装配装置35、制动片下底片压紧枪36、三坐标模组铆钉上料装置37、铆钉上料工作台38、伺服电机39、旋转齿轮40、机械手爪41、压铆推杆42、空心垫片压杆43、实心垫片及制动上底片压杆44、制动片下底片压杆45、视觉相机46、控制机构(底部控制柜)47、实心垫片上料枪48、三坐标模组制动片上料装置49。
具体实施方式
如图1至图4所示，为本实施例涉及的一种智能飞机制动片自动装配设备，包括：设置于底层工作台15上的制动片装配机构11、垫片装配机构27、旋铆机构23、三工位回转工作台5、下料机构10和控制机构47，其中：制动片装配机构11、垫片装配机构27、旋铆机构23和下料机构10依次分别设置于三工位回转工作台5的一侧，控制机构47分别与其余各机构及三工位回转工作台5连接。
所述的三工位，包括第一工位、第二工位和第三工位，分别对应制动片上料装配工序、零件如垫片上料装配工序和旋铆工序。
所述的制动片装配机构11包括：制动片上料组件16、制动片上底片上料工作台26和制动片下底片上料工作台30，以及制动片上料组件16、制动片下底片压杆45和制动片下底片压紧枪36，其中：制动片上底片上料工作台26和制动片下底片上料工作台30并列设置，制动片上料组件16设置于制动片上底片上料工作台26和制动片下底片上料工作台30的外侧。
所述的制动片上料组件16设置于俯视图中总回转圆盘左侧，制动片下底片安装盘上方，与制动片压紧枪并排布置。
所述的制动片上料组件16的下方设有制动片上料移栽台17。
所述的垫片装配机构27包括：对称设置的实心垫片装配装置34和空心垫片装配装置35，其中：实心垫片装配装置34于制动片上底片上料工作台26相邻。
所述的实心垫片装配装置34包括：三坐标模组实心垫片上料装置21、实心垫片及制动上底片压杆44和实心垫片及制动片上底片压紧枪22，以及实心垫片上料枪48、实心垫片上料振动盘14和实心垫片上料工作台19，其中：实心垫片上料枪48与三坐标模组实心垫片上料装置21相连，实心垫片上料振动盘14设置于实心垫片上料工作台19的上方，实心垫片上料工作台19位于三坐标模组实心垫片上料装置21的外侧。
所述的空心垫片装配装置35包括：三坐标模组空心垫片上料装置2、空心垫片压杆43和空心垫片压紧枪3，以及空心垫片上料枪1、空心垫片上料振动盘13和空心垫片上料工作台20，其中：第二工位中的空心垫片上料枪1与三坐标模组空心垫片上料装置2相连，空心垫片上料振动盘13设置于空心垫片上料工作台20的上方，空心垫片上料工作台20位于三坐标模组空心垫片上料装置2的外侧。
所述的旋铆机构23包括：三坐标模组铆钉上料装置37、压铆推杆42和旋铆压机29，以及铆钉上料工作台38和铆钉上料振动盘32，其中：铆钉上料振动盘32设置于铆钉上料工作台38上，铆钉上料工作台38位于三坐标模组铆钉上料装置37的外侧，用于压紧铆钉及制动片的压铆推杆42设置于旋铆压机中部，用于旋接铆钉及工件的旋铆压机29设置于第三工位6上方。
所述的旋铆压机29包括：压头、旋铆头、旋铆机、伺服电机39、旋转齿轮40、滑块和导轨。
所述的下料机构10包括：下料撑杆28、装卸杆33、机械手爪41、成品下料圆盘31和成品移栽小车18，其中：下料撑杆28、装卸杆33和机械手爪41依次连接并设置于成品移栽小车18的旁侧，成品下料圆盘31置于成品移栽小车18上。
所述的下料撑杆28包括：三个依次连接的水平横杆和竖直升降杆，其中：水平横杆于竖直升降杆垂直，竖直升降杆的底部连有装卸杆33。
所述的机械手爪41为气动四爪平衡机械手爪。
所述的机械手爪41的下方设有托盘9以放置成品。
所述的成品下料圆盘31的旁侧设有骨架上料装置12。
所述的控制机构47包括：两台视觉相机46、压力传感器和操作台，其中：两台视觉相机46分别设置于旋铆压机29的两侧，压力传感器设置于旋铆压机29的一侧，操作台分别与视觉相机46和压力传感器连接。
所述的两台视觉相机46分别实时监测铆钉上料位置角度状态，以及旋铆过程中铆钉头圆度以及是否开裂的状况，当发生圆度偏移或开裂，则打上标记待机械手爪41取下。
如图5所示，所述的三工位回转工作台5为均布有三个工位的旋转工作台，即相邻两工位的中心与三工位回转工作台5的回转轴24连线的夹角呈120°，其中：制动片上料组件的制动片下底片工作台30对应第一工位7，制动片上底片工作台26及实心垫片装配装置34对应第二工位4，空心垫片装配装置35对应第三工位6。
如图5、6所示，所述的三个工位均为带有制动片模具的装配圆盘；所述的三个工位下方均设有驱动齿轮，该驱动齿轮与装配圆盘的外侧啮合以驱动装配圆盘。起到三工位同时运转的效果，极大地提高了制动片装配的效率。驱动齿轮以120°为一个旋转周期，进行工位的灵活切换。
所述的压杆的外表面设有螺纹。
所述的三坐标模组的底部均设有坐标轴固定装置25以将其于底层工作台15固定连接。
本实施例涉及上述装置的智能飞机制动片自动装配设备方法，通过三坐标模组空心垫片上料装置2、制动片上料组件16、三坐标模组实心垫片上料装置21和三坐标模组铆钉上料装置37分别为对应的机构上料；第一工位7通过制动片上料组件16精准完成将制动片下底片装配于制动片模具中的工作，三工位回转工作台5旋转120°，第二工位4完成依次将制动片上底片、空心垫片和实心垫片装配于安装好制动片下底片的制动片模具中的工作，三工位回转工作台5旋转120°，第三工位6通过视觉相机及压力传感器配合完成制动片的旋铆；最后，控制机构47的视觉相机46通过视觉检测判断成品是否合格，合格品通过机械手爪41装入成品移栽小车18，不合格产品通过视觉相机46判断打印标记，之后通过机械手爪41移入托盘9，操作台控制各工序的启停及急停。
经过制动片装配实验，在制动片连续装配的环境设置下，运行三工位回转台，能够得到的实验结果是：操作台能够高效率连续运行，旋铆操作能够正常进行，打标签的不合格产品能够及时剔除。
与现有技术相比，本装置采用多工位组合模式(上料、上下底片及垫片装配、旋铆连接)，在压力传感器的基础上联立相机视觉算法进行自动控制，极大地提升工件装配效率，压力传感器基础引入的视觉算法可以使制动片装配更加精确可靠，使得装配效率极大提升，制动片上下料及装配协同一体，极大地减少了不必要的设备拆卸磨损。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种智能飞机制动片自动装配设备，其特征在于，包括：制动片装配机构、垫片装配机构、旋铆机构、带有制动片模具的回转工作台、下料机构和控制机构，其中：制动片装配机构、垫片装配机构、旋铆机构和下料机构依次分别设置于回转工作台的一侧，控制机构分别与其余各机构及回转工作台连接；
所述的制动片装配机构包括：三坐标模组装置、制动片上料组件、制动片压杆和制动片压紧枪，其中：制动片上料组件设置于操作台总回转圆盘的左侧，制动片下底片装配工位的上方。
2.根据权利要求1所述的智能飞机制动片自动装配设备，其特征是，所述的三坐标模组装置包括：三坐标模组制动片上料装置、三坐标模组空心垫片上料装置、三坐标模组实心垫片上料装置和三坐标模组铆钉上料装置。
3.根据权利要求1所述的智能飞机制动片自动装配设备，其特征是，所述的垫片装配机构包括：对称设置的实心垫片装配装置和空心垫片装配装置。
4.根据权利要求1所述的智能飞机制动片自动装配设备，其特征是，所述的旋铆机构包括：铆钉上料组件、压铆推杆和旋铆压机。
5.根据权利要求1所述的智能飞机制动片自动装配设备，其特征是，所述的制动片上料组件包括：并列设置的制动片上底片工作台和制动片下底片工作台，其中：制动片上底片工作台与实心垫片上料组件相邻。
6.根据权利要求1所述的智能飞机制动片自动装配设备，其特征是，所述的下料机构包括：下料撑杆和与之相连的机械手爪，其中：下料撑杆设置于制动片装配机构和旋铆机构的外侧。
7.根据权利要求1所述的智能飞机制动片自动装配设备，其特征是，所述的控制机构包括：至少两台视觉相机、压力传感器和图像判断模块，其中：视觉相机分别设置于旋铆压机的两侧以检测旋铆设备铆钉装配情况及旋铆情况，压力传感器设置于旋铆压机的一侧，图像判断模块分别与视觉相机和压力传感器连接。
8.根据权利要求1所述的智能飞机制动片自动装配设备，其特征是，所述的图像判断模块通过基于铆钉装配圆度偏移及旋铆边缘检测间距的误差扩散算法判断来自视觉相机的铆钉头的图像以判断偏移程度及是否有裂纹情况。
9.根据权利要求1所述的智能飞机制动片自动装配设备，其特征是，所述的基于铆钉装配圆度偏移及旋铆边缘检测间距的误差扩散算法，通过双相机分别拍摄铆钉装配图像及旋铆图像后，从中提取铆钉装配图像与标准装配图像进行像素对比，判断铆钉是否正常装配，再提取旋铆铆钉头部图像，进行圆度偏移及开裂情况像素比对，判断旋铆情况。
10.根据权利要求1或9所述的智能飞机制动片自动装配设备，其特征是，所述的基于铆钉装配圆度偏移及旋铆边缘检测间距的误差扩散算法，具体包括：
步骤1)基于所摄铆钉装配及旋铆图像的图像强度的一阶和二阶导数，考虑到导数的计算对误差很敏感，故采用滤波器来优化与误差有关的铆钉装配间距检测性能；
步骤2)提高辨识度：通过所摄图像的滤波处理，采用计算梯度幅值从而来增强边缘铆钉间距的基础，优化选取图像各点邻域强度的变化值；
步骤3)铆钉装配及旋铆检测：在所摄铆钉装配及旋铆照片中有许多点的梯度幅值比较大，但是考虑到所摄图像的差异性，这些区域未必都是边缘，算法采用梯度幅值阈值判据来确定铆钉边缘间距点；
步骤4)工件精准定位：旋铆过程要求确定边缘间距位置，可在子像素分辨率上来确定边缘的位置及边缘的方位；其中铆钉装配及旋铆图像中灰度发生急剧变化的区域边界即是铆钉装配及旋铆工件的边缘改变临界点，通过图像灰度的变化情况来判断，其可用图像灰度分布的梯度来反映，通过对铆钉装配及旋铆照片中像素的某小邻域构造边缘间距检测算子来达到检测旋铆边缘，通过与标准旋铆间距比较进行调整，从而达到精确旋铆装配目的。
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