CN113020957A - 一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线及装配方法，属于自动化装配技术领域。包括齿轮箱固定工装，用于放置不同型号的自动拉伸器的拉伸器快换架；用于将拉伸器快换架上的自动拉伸器并运送至齿轮箱上待紧固螺栓的位置的机器人，安装在机器人第六轴末端的法兰盘上用于紧固齿轮箱上的待紧固螺栓的自动拉伸器，用于根据工序的不同为自动拉伸器提供稳定拉伸力的泵站，用于识别齿轮箱上的待紧固螺栓位置并将其坐标值反馈给机器人的视觉引导单元，还包括工控机和总线控制柜。本发明的螺栓紧固自动化拉伸工位实现了整个螺栓拉伸紧固的全自动化，不仅能减轻了工作人员的劳动强度，同时也能减少因误操作带来的安全事故。

Description

一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线及装配方法

技术领域

本发明涉及自动化装配技术领域，具体涉及一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线。

背景技术

大型齿轮箱各零部件的连接存在预紧力大、螺栓尺寸各异、螺栓数量多等特点。目前紧固这些螺栓多采用手动拉伸器和液压泵站配合来实现这些螺栓的拉伸紧固，由于紧固螺栓数量多，人工在操作过程中可能会存在漏打，因而可能会增加复检的成本；紧固这些螺栓还存在噪音大、登高作业频繁、劳动强度大等特点，因此对于操作工人的健康也会带来一定风险；手动紧固螺栓大都没有数据记录，因此可追溯性也较差。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中的大型齿轮箱各零部件的连接装配存在的装配效率低、装配难度大等问题，提出了一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线及装配方法，该装配生产线及装配方法不仅减轻了工作人员的劳动强度，同时也能减少因误操作带来的安全事故，并提高装配效率。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线，其特征在于，包括

齿轮箱固定工装，用于放置待紧固的齿轮箱；

拉伸器快换架，用于放置不同型号的自动拉伸器；

机器人，用于将拉伸器快换架上的自动拉伸器并运送至齿轮箱上待紧固螺栓的位置；

自动拉伸器，安装在机器人第六轴末端的法兰盘上，用于紧固齿轮箱上的待紧固螺栓；

泵站，与所述自动拉伸器连接，用于根据工序的不同为自动拉伸器提供稳定的拉伸力；

视觉引导单元，安装于自动拉伸器上，用于识别齿轮箱上的待紧固螺栓位置并将其坐标值反馈给机器人，使机器人对待紧固螺栓准确定位；

工控机，设置在操作台上，用于运行紧固数据分析处理软件；

总线控制柜，与所述工控机、机器人、自动拉伸器、视觉引导单元与泵站连接，总线控制柜内安装有控制系统硬件并可运行控制系统程序。

进一步的，所述齿轮箱固定工装设置有若干个，且这若干个齿轮箱固定工装在工作台上呈线性间隔设置。

进一步的，还包括一维滑台，所述机器人通过机器人底座滑动连接在所述一维滑台上，所述一维滑台对称布置于若干个齿轮箱固定工装的两侧。

进一步的，还包括安全门、围栏及安全光栅，所述安全门、围栏及安全光栅围设在机器人、一维滑台和齿轮箱固定工装构成的工作区外侧，安全门及安全光栅均与总线控制柜电性连接。

进一步的，所述泵站与自动拉伸器的油缸通过油管相连，泵站出油口布置有压力传感器，所述压力传感器与泵站的电磁阀和油管串联在回路中。

一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线的装配方法，包括如下步骤：

A、操作人员将预组装完成的齿轮箱吊装至齿轮箱固定工装上固定到位；

B、将齿轮箱型号以及对应的紧固工位信息通过操作台上的触摸屏录入工控机，由工控机自动调取响应程序；

C、程序启动后，一维滑台将机器人运送至拉伸器快换架，由连接在机器人末端的快换盘吸取对应型号的自动拉伸器，然后一维滑台继续将机器人运送至需要拉伸紧固的齿轮箱所在工位；

D、机器人到位后，视觉引导单元对待紧固螺栓进行拍照识别并定位其位置，然后将其坐标值反馈给机器人，机器人搬运自动拉伸器对待紧固螺栓进行紧固；

E、待一个型号的螺栓拉伸紧固完成后，一维滑台将机器人运送至拉伸器快换架，更换另一个型号的自动拉伸器，然后机器人重复步骤D的过程，直至齿轮箱上的待紧固螺栓均紧固完成。

进一步的，步骤D中，自动拉伸器的紧固过程包括：

步骤一、自动拉伸器到位后，自动拉伸器上的前端接近开关触发，此时旋电机开始工作，将自动拉伸器的拉杆旋入被拉伸的螺栓中，等待自动拉伸器上的旋入到位传感器触发后，旋电机停止工作；

步骤二、待自动拉伸器的拉杆旋入到位后，泵站启动，泵站给自动拉伸器打压，等待泵站的压力传感器反馈回的压力值达到设定的压力值范围时，泵站保压，自动拉伸器的拨电机启动，将工件螺母旋入至贴合法兰面；

步骤三、泵站泄压完成后，自动拉伸器的旋电机启动，并开始反旋，将自动拉伸器的拉杆旋出已固定好的螺栓，当自动拉伸器的旋出到位传感器触发后，机器人将自动拉伸器搬运至下一颗待紧固的螺栓，进入下一个工作循环。

进一步的，还包括步骤F、待其中一个齿轮箱工位的紧固工作完成后，操作人员输入下一个待紧固的齿轮箱工位，机器人搬运自动拉伸器对下一个工位的齿轮箱进行拉伸紧固；机器人在紧固下一个工位的齿轮箱过程中，工作人员可以用吊车将已紧固完成的齿轮箱从齿轮箱固定工装上调离，然后吊入下一个待紧固的齿轮箱将其装载固定。

本发明的有益效果：

1.本发明所述的齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线实现了整个螺栓拉伸紧固的全自动化，相比于传统手动拉伸紧固齿轮箱的工作过程，不仅能减轻了工作人员的劳动强度，同时也能减少因误操作带来的安全事故，并且大幅提高了齿轮箱上螺栓的装配效率；

2.本发明所述的齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线同时设有三个工位，并且每个工位都配置有安全光栅，因此人工上下料和机器人紧固可以同时进行，极大提高了齿轮箱的装配效率；

3.本发明所述的齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线配有拉伸器快换架，在不需要人为干预的情况下，系统能够根据不同尺寸的螺栓控制机器人快速更换不同型号的自动拉伸器；

4.本发明所述的齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线，操作台安装的工控机中运行有紧固数据分析处理软件，能够对系统紧固的螺栓的预紧力进行自动记录；因此提高了系统的可追溯性，同时配置的可视化界面，提升了系统的参观性。

附图说明

图1为齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线立体结构示意图；

图2为齿轮箱螺栓拉伸工位示意图；

图3为齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线俯视图；

图4为实施例的一种自动拉伸器的结构示意图；

其中，

1、操作台，2、总线控制柜，3、安全门，4、围栏，5、机器人底座，6、安全光栅，7、自动拉伸器，8、机器人，9、泵站，10、一维滑台，11、齿轮箱固定工装，12、齿轮箱，13、拉伸器快换架，14、视觉引导单元，15、拨电机，16、前端接近开关，17、旋电机，18、旋入到位传感器，19、旋出到位传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，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

本实施例为最基本的实施方式。

本实施例提供了一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线，参照说明书附图1至附图4，该生产线主要由自动拉伸器7、视觉引导单元14、机器人8、拉伸器快换架13、机器人底座5、一维滑台10、泵站9、总线控制柜2、操作台1、安全门3、围栏4、齿轮箱固定工装11、齿轮箱12、安全光栅6等硬件组成。其中：

齿轮箱固定工装11用于放置待紧固的齿轮箱12，本实施例中，齿轮箱固定工装11设置有三个且呈线性排列在一条直线上。

自动拉伸器7是实现螺栓紧固的执行器，所述自动拉伸器7通过快换盘安装于机器人8第六轴末端的法兰盘上，所述快换盘为磁吸盘，机器人8接收到启动指令后将拉伸器快换架13上的自动拉伸器7吸起并搬运至齿轮箱12上的待紧固螺栓上方。参照说明书附图4，自动拉伸器7包括旋电机17、拨电机15、前端接近开关16、旋入到位传感器18和旋出到位传感器19。自动拉伸器7可以实现自动拉伸、自动旋转拨圈紧固螺母，旋入到位传感器18和旋出到位传感器19可以实时检测自动拉伸器7的旋入旋出是否到位。

如图3所示，拉伸器快换架13设置在工作台一侧，拉伸器快换架13上根据待紧固螺栓的尺寸放置有不同型号的自动拉伸器7，机器人8在拉伸紧固不同尺寸的螺栓时可以控制机器人8末端的快换盘将自动拉伸器7放在架上快速更换不同型号的拉伸器。当机器人8接收到切换工具指令后，机器人8根据设好的轨迹移动到拉伸器快换架13，机器人8将其末端连接的快换盘断开，将自动拉伸器7放置在空置的拉伸器快换架13位上，然后机器人8移动到需要更换的自动拉伸器7上端，快换盘作用将自动拉伸器7吸起，从而实现了拉伸器的快换。

机器人8通过机器人底座5滑动连接在一维滑台10上，一维滑台10设置有两条且对称设置在三个齿轮箱固定工装11的两侧，一维滑台10可以带动机器人8左右移动，并精确停止在三个齿轮箱12紧固工位以及拉伸器快换架13点位上，能够保证机器人8连续对待紧固螺栓进行拉伸紧固。机器人8采用的是六自由度机器人8，机器人8通过一维滑台10将自动拉伸器7送至待紧固螺栓的所有位置，保证自动拉伸器的底座中心轴与螺栓的中心轴重合，以便于对螺栓进行拉伸紧固。

视觉引导单元14是整个装配生产线的关键，能够识别待紧固螺栓的位置，并且能够将该螺栓的坐标值反馈给机器人8，引导机器人8对待紧固螺栓进行精准定位。视觉引导单元14布置于自动拉伸器7顶部的安装盒中，主要由工业智能相机、光源、POE通信模块构成。本实施例中视觉引导单元14采用康耐视In-Sight 8402工业相机。机器人8到达预定位置后，首先在轴承箱待紧固螺栓中选择一颗作为基准位，然后通过工业相机专用软件对该基准位的螺栓进行标定，之后工业相机对其他待紧固螺栓拍完照后，将当前螺栓的位置和基准位的螺栓位置进行比对，当这两个位置出现偏差后，工业相机将两个螺栓的位置偏差值反馈给机器人8，机器人8根据得到的偏差坐标偏移一定的位置。

泵站9主要是为自动拉伸器7提供稳定的拉伸力，泵站9与自动拉伸器7的油缸通过油管相连，泵站9启动后将液压油通过油管输送到拉伸器油缸，拉伸力的大小通过泵站9输出的液压油压力进行调节，泵站9出油口布置有压力传感器，所述压力传感器与泵站9电磁阀和油管串联在回路中，可以根据不同工序提供不同的泵站9压力。

总线控制柜2是自动化紧固装配生产线的中枢，其中安装有控制系统硬件，运行控制系统程序，融合自动拉伸器7中的旋入到位传感器18、旋出到位传感器19、视觉引导单元14、机器人8控制柜、泵站9、安全光栅6、安全门3等传回的信息，并进行分析判断，最终控制系统的启停、运行、认帽、拉伸、换位等功能。

操作台1安装有工控机，所述工控机运行紧固数据分析处理软件，是系统质量追溯、紧固数据可视化的重要分析、记录、展示模块。

参照说明书附图1，安全门3、围栏4、安全光栅6围设在工作台周围，其作用是为防止人员意外闯入、异物侵入以及机械部件故障超出作业范围而造成的安全事故。安全光栅6安装于三个工位对应的一侧围栏4上，当某一工位上下料时，该处安全光栅不报警，工作工位的安全光栅有人员进入或异物侵入即刻报警。在三个齿轮箱12工位两两之间同时安装光栅，防止操作人员在对其他工位上下料时，误入紧固工位而导致机器人8伤人。

实施例2

本实施例还提供了一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线的装配方法，主要包括如下步骤：

步骤一、操作人员将需要装配的齿轮箱12进行装组，并对齿轮箱12上所有需要紧固的螺栓进行预紧固；

步骤二、将预装完成的齿轮箱12用吊车吊装到齿轮箱固定工装11上固定安装；

步骤三、通过扫码或手动输入的方式，在操作台1的触摸屏上录入齿轮箱12型号以及紧固工位信息，让工控机自动调取响应程序；

步骤四、操作人员按下操作台1上的启动信号，一维滑台10将机器人8运送至拉伸器快换架13，机器人8末端的快换盘夹持起一个型号的自动拉伸器7，然后一维滑台10继续将机器人8运送至需要拉伸紧固的齿轮箱12工位；

步骤五、机器人8到达预定位置后，视觉引导单元14对需要紧固的螺栓进行拍照识别并定位待紧固螺栓位置，并将其坐标值反馈给机器人8，机器人8搬运自动拉伸器7使自动拉伸器7端面与待紧固法兰面贴合；

步骤六、前端接近开关16触发后，自动拉伸器7的旋电机17开始工作，将拉伸器的拉杆旋入被拉伸的螺栓中，待自动拉伸器7的旋入到位传感器18触发后，旋电机17停止工作；待自动拉伸器7的拉杆旋入到位后，泵站9启动，泵站9给自动拉伸器7打压；

步骤七、等待泵站9压力传感器反馈回的压力值达到设定压力值范围内时，泵站9保压，自动拉伸器7的拨电机15启动，将工件螺母旋入至贴合法兰面；

步骤八、当自动拉伸器7的拨电机15反馈的扭矩值达到设定值时，拨电机15停止，泵站9开始泄压；泵站9泄压完成后，自动拉伸器7的旋电机17启动，并开始反旋，将自动拉伸器7的拉杆旋出已经紧固好的螺栓；

步骤九、待自动拉伸器7上的旋出到位传感器19触发后，机器人8将自动拉伸器7搬运至下一颗待紧固的螺栓，进入下一个工作循环；

步骤十、待一个型号的螺栓拉伸紧固完成后，一维滑台10将自动拉伸器7搬运至拉伸器快换架13，机器人8更换另一个型号的自动拉伸器7，然后机器人8重复步骤五到步骤九的过程，直至齿轮箱12的螺栓均紧固完成。

待其中一个齿轮箱12工位的紧固工作完成后，操作人员输入下一个待紧固的齿轮箱12工位，机器人8搬运自动拉伸器7对下一个工位的齿轮箱12进行拉伸紧固；机器人8在紧固下一个工位的齿轮箱12过程中，工作人员可以用吊车将已紧固完成的齿轮箱12从齿轮箱固定工装11上调离，然后吊入下一个待紧固的齿轮箱12将其装载固定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线，其特征在于，包括

齿轮箱固定工装（11），用于放置待紧固的齿轮箱（12）；

拉伸器快换架（13），用于放置不同型号的自动拉伸器（7）；

机器人（8），用于将拉伸器快换架（13）上的自动拉伸器（7）并运送至齿轮箱（12）上待紧固螺栓的位置；

自动拉伸器（7），安装在机器人（8）第六轴末端的法兰盘上，用于紧固齿轮箱（12）上的待紧固螺栓；

泵站（9），与所述自动拉伸器（7）连接，用于根据工序的不同为自动拉伸器（7）提供稳定的拉伸力；

视觉引导单元（14），安装于自动拉伸器（7）上，用于识别齿轮箱（12）上的待紧固螺栓位置并将其坐标值反馈给机器人（8），使机器人（8）对待紧固螺栓准确定位；

工控机，设置在操作台（1）上，用于运行紧固数据分析处理软件；

总线控制柜（2），与所述工控机、机器人（8）、自动拉伸器（7）、视觉引导单元（14）与泵站（9）连接，总线控制柜（2）内安装有控制系统硬件并可运行控制系统程序。

2.根据权利要求1所述的一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线，其特征在于，所述齿轮箱固定工装（11）设置有若干个，且这若干个齿轮箱固定工装（11）在工作台上呈线性间隔设置。

3.根据权利要求2所述的一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线，其特征在于，还包括一维滑台（10），所述机器人（8）通过机器人底座（5）滑动连接在所述一维滑台（10）上，所述一维滑台（10）对称布置于若干个齿轮箱固定工装（11）的两侧。

4.根据权利要求3所述的一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线，其特征在于，还包括安全门（3）、围栏（4）及安全光栅（6），所述安全门（3）、围栏（4）及安全光栅（6）围设在机器人（8）、一维滑台（10）和齿轮箱固定工装（11）构成的工作区外侧，安全门（3）及安全光栅（6）均与总线控制柜（2）电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线，其特征在于，所述泵站（9）与自动拉伸器（7）的油缸通过油管相连，泵站（9）出油口布置有压力传感器，所述压力传感器与泵站（9）的电磁阀和油管串联在回路中。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线的装配方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、操作人员将预组装完成的齿轮箱（12）吊装至齿轮箱固定工装（11）上固定到位；

B、将齿轮箱（12）型号以及对应的紧固工位信息通过操作台（1）上的触摸屏录入工控机，由工控机自动调取响应程序；

C、程序启动后，一维滑台（10）将机器人（8）运送至拉伸器快换架（13），由连接在机器人（8）末端的快换盘吸取对应型号的自动拉伸器（7），然后一维滑台（10）继续将机器人（8）运送至需要拉伸紧固的齿轮箱（12）所在工位；

D、机器人（8）到位后，视觉引导单元（14）对待紧固螺栓进行拍照识别并定位其位置，然后将其坐标值反馈给机器人（8），机器人（8）搬运自动拉伸器（7）对待紧固螺栓进行紧固；

E、待一个型号的螺栓拉伸紧固完成后，一维滑台（10）将机器人（8）运送至拉伸器快换架（13），更换另一个型号的自动拉伸器（7），然后机器人（8）重复步骤D的过程，直至齿轮箱（12）上的待紧固螺栓均紧固完成。

7.根据权利要求6所述的一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线的装配方法，其特征在于，步骤D中，自动拉伸器（7）的紧固过程包括：

步骤一、自动拉伸器（7）到位后，自动拉伸器（7）上的前端接近开关（16）触发，此时旋电机（17）开始工作，将自动拉伸器（7）的拉杆旋入被拉伸的螺栓中，等待自动拉伸器（7）上的旋入到位传感器（18）触发后，旋电机（17）停止工作；

步骤二、待自动拉伸器（7）的拉杆旋入到位后，泵站（9）启动，泵站（9）给自动拉伸器（7）打压，等待泵站（9）的压力传感器反馈回的压力值达到设定的压力值范围时，泵站（9）保压，自动拉伸器（7）的拨电机（15）启动，将工件螺母旋入至贴合法兰面；

步骤三、泵站（9）泄压完成后，自动拉伸器（7）的旋电机（17）启动，并开始反旋，将自动拉伸器（7）的拉杆旋出已固定好的螺栓，当自动拉伸器（7）的旋出到位传感器（19）触发后，机器人（8）将自动拉伸器（7）搬运至下一颗待紧固的螺栓，进入下一个工作循环。

8.根据权利要求6所述的一种大型齿轮箱螺栓紧固自动化装配生产线的装配方法，其特征在于，还包括步骤F、待其中一个齿轮箱（12）工位的紧固工作完成后，操作人员输入下一个待紧固的齿轮箱（12）工位，机器人（8）搬运自动拉伸器（7）对下一个工位的齿轮箱（12）进行拉伸紧固；机器人（8）在紧固下一个工位的齿轮箱（12）过程中，工作人员可以用吊车将已紧固完成的齿轮箱（12）从齿轮箱固定工装（11）上调离，然后吊入下一个待紧固的齿轮箱（12）将其装载固定。

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