CN113043007A - 螺栓拧紧轴和螺栓自动拧紧装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆零部件装配领域，公开了一种螺栓拧紧轴，包括传动轴和拧紧电机，传动轴外套置有护套，传动轴的上部通过第一连接销连有连接块，连接块的上部通过第二连接销连有套筒，套筒内镶嵌有环形磁铁，环形磁铁内部镶嵌有铜套，铜套内镶嵌有第一工件检测开关，连接块内部设有与第一工件检测开关配合的引脚插座，引脚插座包含内接电线，内接电线与固定在传动轴上的碳刷一一接通，护套上固定有环形导电极，碳刷在环形导电极上滑动，环形导电极连有外接电线。本发明还公开了一种螺栓自动拧紧装置及其控制方法。本发明螺栓拧紧轴和螺栓自动拧紧装置及其控制方法，可以在恶劣环境中完成螺栓自动拧紧，并具有定位功能，效率高，故障少。

Description

螺栓拧紧轴和螺栓自动拧紧装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆零部件装配领域，具体涉及一种螺栓拧紧轴和螺栓自动拧紧装置及其控制方法。

背景技术

现有车辆盖物铰链都是通过人工使用手动安装夹具将铰链与盖物对正固定后，再使用气动扳手将螺栓拧紧，然后再使用定扭扳手进行手动扭力校正。对于部分涉及特殊的盖物，需要在锁扣处安装螺栓进行加固的，又需要另外增加要员和设备对应。不仅效率低，还增加人员劳动强度，提高公司经营成本。由于盖物铰链安装不仅仅包含螺栓拧紧和扭力校正，还涉及盖物与铰链定位工艺、不同部品的装配工艺，同时安装螺栓要求13秒内完成不同位置8颗螺栓安装、定扭，工作环境粉尘多，焊接飞溅大，现有螺栓自动拧紧设备即使经过改造后也无法满足盖物铰链安装工程，并且经常发生螺栓拧断、滑丝、拧紧超时等拧紧不良，导致无法满足现场生产。

中国专利(公开日：2019年06月28日、公开号：CN 109940372A)公开了一种发动机缸盖螺丝自动拧紧机，体涉及一种发动机缸盖螺丝自动拧紧机，包括所述横向支撑轨道，横向支撑轨道的下方设有纵向支撑轨道，横向支撑轨道与纵向支撑轨道之间设有横向移动滑轮组，纵向支撑轨道下方设有平衡支撑装置，纵向支撑轨道与平衡支撑装置之间设有纵向移动滑轮组，平衡支撑装置下方设有气缸固定板，气缸固定板与平衡支撑装置相连接，气缸固定板上竖直固定设有伸缩气缸，气缸固定板的下方设有螺丝拧紧装置，所述螺丝拧紧装置包括支撑壳体，支撑壳体的下方设有套筒固定板，套筒固定板相应螺丝拧紧电机开设有电机套孔，该电机套孔套装在螺丝拧紧电机上，套筒固定板的侧壁上设有夹紧螺栓，螺丝拧紧电机通过该夹紧螺栓夹紧固定在套筒固定板上。其控制方法是操作快速按钮使得螺丝拧紧电机的降下，使其对准待拧紧的待拧紧的螺丝；然后，操作快速按钮启动螺丝拧紧电机，使得其拧紧螺丝；再然后操作快速按钮使得螺丝拧紧电机的升上，完成加工需要；另外，拧紧后检查其拧紧是否完成，未完成拧紧，控制快速按钮反转螺丝拧紧电机的旋转，使得其拧松螺丝，并重新进行加工。但由于该发明提出的拧紧设备只是简单定扭机构组合，因此该设备只能安装已经放在发动机上的螺丝，无法完成零件定位、装配过程，并且整个拧紧过程需要人为判断操作，不利于品质保证以及效率提升；

中国专利(公开日：2016年09月07日、公开号：CN 105921989A)公开了一种自动拧紧装置，包括支撑臂，该支撑臂前部设有自动扳手，该自动扳手的工作部上设有浮动枪头，靠近该浮动枪头的支撑臂上设有视觉定位装置，所述浮动枪头包括安装筒，该安装筒内设有限位筒，该限位筒通过轴承安装在所述安装筒内，在所述限位筒内轴向活动穿设有浮动旋转轴，在所述限位筒的筒壁上轴向设有至少一个浮动滑槽，所述浮动旋转轴上设有滑动件，该滑动件位于所述浮动滑槽内并沿其滑动，所述浮动旋转轴的前端连接有刀头，所述浮动旋转轴尾端的限位筒内设有浮动复位弹簧，所述限位筒与所述自动扳手的输出轴轴向同心连接。但该发明提出的拧紧设备结构会造成刀头晃动量大，无法准确确认螺栓安装位置，因此增加了CCD视觉定位装置，造成每次只能安装一个螺栓，并且视觉定位装置价格昂贵、视觉判断位置所需时间较长、环境要求苛刻；视觉检测及控制方法效率低，影响生产；同时该自动拧紧装置没有拧紧不良的对应方法，以及无法完成零件定位装配过程，只能盲目拧紧螺栓，即使进行改造也无法满足盖物铰链安装工程。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种螺栓拧紧轴和螺栓自动拧紧装置及其控制方法，可以在恶劣环境中完成螺栓自动拧紧，并具有定位功能，效率高，故障少。

为实现上述目的，本发明所设计的螺栓拧紧轴，包括传动轴和位于所述传动轴下部带动所述传动轴旋转的拧紧电机，所述传动轴外套置有护套，所述传动轴的上部通过第一连接销连有连接块，所述连接块的上部通过第二连接销连有套筒，所述第一连接销与第二连接销垂直，所述套筒内镶嵌有环形磁铁，所述环形磁铁内部镶嵌有铜套，所述铜套内镶嵌有检测螺栓是否安装到所述螺栓拧紧轴上的第一工件检测开关，所述连接块内部设有与所述第一工件检测开关配合的引脚插座，所述引脚插座包含至少连有电源正极线、电源负极线和信号线的内接电线，所述内接电线内的电源正极线、电源负极线和信号线与固定在所述传动轴上的碳刷一一接通，所述护套上固定有环形导电极，所述碳刷在所述环形导电极上滑动并传递电源及信号，所述环形导电极连有至少包含电源正极线、电源负极线和信号线的外接电线。

优选地，所述传动轴中空，其内部装有弹簧，所述弹簧的上部顶在所述连接块的下方，所述弹簧的下部顶在所述拧紧电机的旋转轴上，所述套筒的顶部开口为需拧紧螺栓边数的最小公倍数，且所述套筒顶部开口的顶角均匀分布，所述传动轴位于所述护套内的上部与所述护套之间垫有平面轴承，所述碳刷在所述环形导电极上滑动范围的长度大于所述传动轴在所述护套内的压缩长度，所述传动轴在所述护套内的压缩长度大于被拧紧的螺栓的长度，所述环形磁铁、铜套均通过第三螺栓固定安装，所述第三螺栓均匀分布，拧紧深入均匀使所述套筒的旋转惯量在其中心轴上，所述传动轴在位于所述护套内的上部周圈分布有至少3个滚珠。

一种螺栓自动拧紧装置，包括固定的基座，所述基座上安装有可以沿所述基座前后滑动的驱动滑台，所述驱动滑台的中部安装有拧紧盖物锁扣加固螺栓的中部拧紧机构，所述驱动滑台位于所述中部拧紧机构的两侧设有拧紧铰链安装螺栓的铰链拧紧机构，所述铰链拧紧机构上还设有铰链定位机构，所述中部拧紧机构和铰链拧紧机构上均设有若干个所述螺栓拧紧轴。

优选地，还包括卸载工位和上件工位，在所述卸载工位上设有卸载夹具，所述卸载夹具上设有声光报警器，所述声光报警器的位置和数量与所述螺栓自动拧紧装置拧紧的螺栓位置和数量一一对应，所述上件工位上设有拧紧机控制器，所述拧紧机控制器与所述驱动滑台、中部拧紧机构、铰链拧紧机构和铰链定位机构电连，进行信号和指令传输，所述拧紧机控制器上设有显示器，用来显示参数。

优选地，所述基座包括底板，所述底板为横竖交叉焊接的矩形框架，所述底板下部安装有若干个地脚，所述底板上安装有平行的滑轨和齿条，所述驱动滑台通过所述滑轨和齿条滑动，所述底板前部安装有锁止所述驱动滑台的滑台锁及对所述驱动滑台进行限位的第一止动块，所述驱动滑台包括滑板，所述滑板为横竖交叉焊接的矩形框架，所述滑板的下部安装有若干个分别与所述滑轨匹配的滑块，且所述滑板的两侧安装有承接电缆的坦克链，所述滑板的上部安装有中部拧紧机构和铰链拧紧机构，所述滑板的后部安装有与所述齿条匹配的驱动齿轮，所述驱动齿轮由减速电机进行驱动。

优选地，所述中部拧紧机构包括中部机构面板，所述中部机构面板上通过凸起块铰接安装有一个L型的连接板，所述连接板的中部折弯处铰接在所述凸起块上，所述连接板的尾部连有中部拧紧轴切换气缸，所述连接板的前部安装有拧紧轴组，每个所述拧紧轴组内均匀设有若干个螺栓拧紧轴，所述拧紧轴组在所述中部拧紧轴切换气缸的推动下以所述凸起块为圆心转动，所述中部机构面板上还设有第二止动块，所述第二止动块连有止动块切换气缸，所述止动块切换气缸带动所述第二止动块在所述中部机构面板上滑动，所述第二止动块的滑动路径与所述拧紧轴组的旋转面垂直。

优选地，所述中部机构面板上设有限制所述第二止动块滑动的滑动限位槽，当所述滑动限位槽抵住所述第二止动块时，所述第二止动块位于所述拧紧轴组的旋转面上，所述第二止动块上设有缓冲器，所述连接板的前部下压时，与所述缓冲器接触，所述第二止动块上还设有U型槽，所述连接板的前部下方设有与所述U型槽配合的U型凸起，所述连接板的前部下压时，所述U型凸起进入所述U型槽内。

优选地，两个所述铰链拧紧机构左右对称，所述铰链拧紧机构包括安装在所述驱动滑台上的支架，所述支架上设有拧紧轴承接板，所述拧紧轴承接板上设有供限位滑块滑动的滑轨，所述拧紧轴承接板的下部安装有铰链拧紧切换气缸，所述铰链拧紧切换气缸的活塞杆与所述限位滑块的下部连接，所述限位滑块的上部安装有拧紧轴组，每个所述拧紧轴组内均匀设有若干个螺栓拧紧轴，所述限位滑块的上部还设有限位块，当所述铰链拧紧切换气缸推动所述限位滑块上升至所述限位块接触拧紧轴承接板时即所述拧紧轴组到达上止点，所述螺栓拧紧轴到达上止点时，所述螺栓拧紧轴端部放置的螺栓的法兰面与铰链部品贴合，且使所述螺栓与所述铰链部品垂直，所述支架上还设有插拔件库承接板，所述插拔件库承接板上设有用来安装定位插拔件的定位插拔件库和用来安装夹紧插拔件的夹紧插拔件库，所述插拔件库承接板上还设有夹紧气缸，所述夹紧气缸与所述夹紧插拔件库尾部连接，当所述夹紧气缸伸缩时，带动所述夹紧插拔件对铰链部品进行夹紧、释放。

优选地，所述定位插拔件库上还装有用来识别车型的插拔件机种识别检测工具，所述定位插拔件上还装有用来告知车型的插拔件机种识别编码螺栓，所述铰链定位机构包括用来检测铰链部品是否安装的第二工件检测开关、定位铰链部品上部的上部定位销、定位铰链部品下部的下部定位销和防止铰链部品掉落的磁铁。

一种所述螺栓自动拧紧装置的控制方法，包括如下步骤：

A)车型导入时对该车型机器人进行示教、存储程序，设定相关参数、阀值；

B)要员输入马上生产的代码，同时切换插拔件形式的铰链定位机构，车型切换完成后通过各个气缸电磁阀控制气缸动作从而使螺栓自动拧紧装置达到预设的初始状态；

C)车型切换完成，通过各个气缸的开、闭检测检测螺栓自动拧紧装置是否达到预设的初始状态，判断刚刚更换的铰链定位机构是否为马上生产的车型，如果不是则报警，提醒操作要员进行检查确认、修正；

D)车型切换成功后，操作要员向螺栓自动拧紧装置上安装铰链部品、螺栓，完成安装；

E)铰链部品被夹紧，驱动滑台向后移动，同时中部拧紧机构达到盖物锁扣处加固螺栓安装状态，将安装左右铰链部品的螺栓顶升穿过铰链部品并与其垂直；

F)驱动滑台到位后，确认此时各个气缸转台是否是对的，如果不是对的则可能发生严重的碰撞事故，需要停机并向要员报警确认，如果是正确的则持续运行程序；

G)判断左侧是否有铰链部品和螺栓，如果没有则跳过左铰链部品安装，如果有则控制机器人将盖物搬运到左铰链位，由于螺栓是与铰链部品垂直的，因此机器人控制盖物使盖物的螺母孔与螺栓对正，并沿螺栓轴向运动将螺栓先端插入螺母，同时压迫螺栓直到盖物与铰链部品贴合，此时机器人到达指定位置，螺栓拧紧轴开始旋转对螺栓进行拧紧；

H)拧紧初期为认口阶段，转速低，当超过设定时间并且未达到扭力设定时，增加拧紧转速到达加速阶段，当扭力到达预设值时，降低拧紧转速进入精确扭矩阶段，在规定时间内最终使螺栓达到设定扭力值，本次拧紧结束；当螺栓在认口阶段就达到设定扭力时，则是产生了拧紧NG，需要停止相应螺栓拧紧轴号码拧紧并予以记录相应螺栓拧紧轴号码；当螺栓在规定时间内没有达到设定扭力时，则是产生了拧紧NG，需要停止本次拧紧并予以记录相应螺栓拧紧轴号码；该拧紧NG在卸载时进行报警提示指示；

I)拧紧完成后释放铰链部品，同时螺栓拧紧轴下降，准备下次铰链部品安装，机器人检测右侧是否有铰链部品和螺栓，检测中部拧紧机构是否有螺栓；如果有则重复步骤G)和H)；

J)完成左右铰链部品及螺栓安装后，机器人搬运安装后铰链部品及螺栓的盖物到卸载夹具处，如果卸载夹具没有部品，则将搬运的盖物卸载，如果有则等待；与此同时驱动滑台向前移动，中部拧紧机构恢复上件状态；

K)以上完成一个工作循环。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、在套筒内增加第一工件检测开关，并且不受周围信号干涉，同时可以常规进行更换；

2、解决了高速旋转机构信号传输问题及信号稳定问题；

3、通过设置滚珠，解决了外接设备对扭力精度影响问题；

4、通过第一连接销和第二连接销保证了认口精度，并使螺栓旋转过程中不脱出；

5、通过插拔形式解决了专用设备通用化问题和插拔件与电气程序识别问题；

6、基于信号识别，解决了设备空运行问题；

7、通过电气程序控制螺栓拧紧轴动作顺序，依靠部品将螺栓强制垂直，解决了装配时故障率高的问题；

8、满足了带有装配工艺的螺栓自动拧紧、扭力校正，并通过工件检测开关判断以及算法优化，使得生产方式更智能，效率更高，速度更快，容错范围更大，同时在仅仅更改插件的情况下就可以水平展开到其他车型上，达到通用化兼顾专用。

附图说明

图1为本发明螺栓拧紧轴的结构示意图；

图2为图1中A-A的示意图

图3本发明螺栓自动拧紧装置在上件状态的结构示意图；

图4本发明机器人卸载状态及声光报警器的结构示意图；

图5本发明螺栓自动拧紧装置在等待拧紧状态的结构示意图；

图6本发明螺栓自动拧紧装置中中部拧紧机构的三种状态结构示意图；

图7本发明螺栓自动拧紧装置中铰链拧紧机构的结构示意图；

图8本发明螺栓自动拧紧装置中铰链定位机构的结构示意图。

图中各部件标号如下：

传动轴1、拧紧电机2、护套3、第一连接销4、连接块5、第二连接销6、套筒7、环形磁铁8、铜套9、螺栓10、螺栓拧紧轴11、第一工件检测开关12、内接电线14、碳刷15、环形导电极16、外接电线17、弹簧18、平面轴承19、第三螺栓20、滚珠21、基座22、驱动滑台23、中部拧紧机构24、铰链拧紧机构25、铰链定位机构26、卸载夹具27、声光报警器28、底板29、地脚30、滑轨31、齿条32、滑台锁33、第一止动块34、滑板35、滑块36、坦克链37、驱动齿轮38、减速电机39、中部机构面板40、凸起块41、连接板42、中部拧紧轴切换气缸43、拧紧轴组44、第二止动块45、止动块切换气缸46、缓冲器47、U型槽48、U型凸起49、支架50、拧紧轴承接板51、限位滑块52、铰链拧紧切换气缸53、插拔件库承接板54、定位插拔件55、定位插拔件库56、夹紧插拔件57、夹紧插拔件库58、夹紧气缸59、插拔件机种识别编码螺栓60、第二工件检测开关61、上部定位销62、下部定位销63、磁铁64、插拔件机种识别检测工具65、限位块66。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1及图2所示，本发明一种螺栓拧紧轴，包括传动轴1和位于传动轴1下部带动传动轴1旋转的拧紧电机2，传动轴1外套置有护套3，传动轴1的上部通过若干个第一连接销4连有连接块5，连接块5的上部通过若干个第二连接销6连有套筒7，第一连接销4与第二连接销6垂直，套筒7内镶嵌有环形磁铁8，环形磁铁8内部镶嵌有铜套9，铜套9内镶嵌有检测螺栓10是否安装到螺栓拧紧轴11上的第一工件检测开关12，铜套9可以保证第一工件检测开关12不受周围金属的影响导致误检测，连接块5内部设有与第一工件检测开关12配合的引脚插座，引脚插座包含至少连有电源正极线、电源负极线和信号线的内接电线14，内接电线14内的电源正极线、电源负极线和信号线与固定在传动轴1上的碳刷15一一接通，护套3上固定有环形导电极16，碳刷15在环形导电极16上滑动并传递电源及信号，环形导电极16连有至少包含电源正极线、电源负极线和信号线的外接电线17。

其中，传动轴1中空，其内部装有弹簧18，弹簧18的上部顶在连接块5的下方，弹簧18的下部顶在拧紧电机2的旋转轴上，保证传动轴1及套筒7被压缩后可以恢复原状，套筒7的顶部开口为需拧紧螺栓10边数的最小公倍数，且套筒7顶部开口的顶角均匀分布，方便要员安装螺栓10，传动轴1位于护套3内的上部与护套3之间垫有平面轴承19，保证传动轴1旋转同轴度，也保证传动轴1上部与护套3接触时不会产生扭力偏差影响扭矩精度，碳刷15在环形导电极16上滑动范围的长度大于传动轴1在护套3内的压缩长度，传动轴1在护套3内的压缩长度大于被拧紧的螺栓10的长度，保证传动轴1无论在压缩还是未压缩状态都能保证第一工件检测开关12处于检测状态并能将检测结果有效输出，环形磁铁8、铜套9均通过第三螺栓20固定安装，第三螺栓20均匀分布，拧紧深入均匀使套筒7的旋转惯量在其中心轴上，传动轴1在位于护套3内的上部周圈分布有至少3个滚珠21，防止旋转过程中与周边干涉，影响扭力精度，加速设备磨损。

如图3、图5及图6所示，一种螺栓自动拧紧装置，包括固定的基座22，基座22上安装有可以沿基座22前后滑动的驱动滑台23，驱动滑台23的中部安装有拧紧盖物锁扣加固螺栓的中部拧紧机构24，驱动滑台23位于中部拧紧机构24的两侧设有拧紧铰链安装螺栓的铰链拧紧机构25，铰链拧紧机构25上还设有铰链定位机构26，中部拧紧机构24和铰链拧紧机构25上均设有若干个螺栓拧紧轴11。

其中，还包括卸载工位和上件工位，结合图4所示，在卸载工位上设有卸载夹具27，卸载夹具27上设有声光报警器28，声光报警器28的位置和数量与螺栓自动拧紧装置拧紧的螺栓10位置和数量一一对应，上件工位上设有拧紧机控制器，拧紧机控制器与驱动滑台23、中部拧紧机构24、铰链拧紧机构25和铰链定位机构26电连，拧紧机控制器上设有显示器。

如图5所示，基座22包括底板29，底板29为横竖交叉焊接的矩形框架，底板29下部安装有若干个地脚30，使底板29与地面固定并保证驱动滑台23在滑动过程中没有震动，底板29上安装有平行的滑轨31和齿条32，其中滑轨31与齿条32贯穿底板29，驱动滑台23通过滑轨31和齿条32滑动，底板29前部安装有锁止驱动滑台23的滑台锁33及对驱动滑台23进行限位的第一止动块34，且不影响驱动滑台23沿滑轨31及齿条32滑动，本实施例中，滑轨31至少有两根，均匀分布在底板29左右侧并与齿条32平行，保证驱动滑台23在上面滑动顺畅，没有倾覆的趋势，驱动滑台23滑动到底板29前部时，即达到上件工位时，驱动滑台23刚好与第一止动块34接触，同时滑台锁33气缸伸出，将驱动滑台23锁止，防止要员上件时设备异动造成人员伤害，驱动滑台23包括滑板35，滑板35为横竖交叉焊接的矩形框架，滑板35的下部安装有若干个分别与滑轨31匹配的滑块36，且滑板35的两侧安装有承接电缆的坦克链37，滑板35的上部安装有中部拧紧机构24和铰链拧紧机构25，滑板35的后部安装有与齿条32匹配的驱动齿轮38，驱动齿轮38由减速电机39进行驱动。

结合图6所示，中部拧紧机构24包括中部机构面板40，中部机构面板40上通过凸起块41铰接安装有一个L型的连接板42，连接板42的中部折弯处铰接在凸起块41上，连接板42的尾部连有中部拧紧轴切换气缸43，连接板42的前部安装有拧紧轴组44，每个拧紧轴组44内均匀设有若干个螺栓拧紧轴11，拧紧轴组44在中部拧紧轴切换气缸43的推动下以凸起块41为圆心转动，中部机构面板40上还设有第二止动块45，第二止动块45连有止动块切换气缸46，止动块切换气缸46带动第二止动块45在中部机构面板40上滑动，第二止动块45的滑动路径与拧紧轴组44的旋转面垂直，当中部拧紧轴切换气缸43伸出时，螺栓拧紧轴11下探进行干涉避让和盖物锁扣处加固螺栓的安装，当中部拧紧轴切换气缸43缩回时，螺栓拧紧轴11上扬到达上件状态，方便要员安装螺栓10。

中部机构面板40上设有限制第二止动块45滑动的滑动限位槽，当滑动限位槽抵住第二止动块45时，第二止动块45位于拧紧轴组44的旋转面上，第二止动块45上设有缓冲器47，连接板42的前部下压时，与缓冲器47接触，第二止动块45上还设有U型槽48，连接板42的前部下方设有与U型槽48配合的U型凸起49，连接板42的前部下压时，U型凸起49进入U型槽48内。

当第二止动块45介入时，连接板42带动螺栓拧紧轴11进行下探被缓冲器47起到缓冲作用，防止机构剧烈震荡导致螺栓10脱落，同时U型凸起49和U型槽48可以限制连接板42及螺栓拧紧轴11左右位置，保证下探位置重复精度的同时也使螺栓拧紧轴11到达盖物锁扣处加固螺栓安装状态，当第二止动块45未介入时，连接板42带动螺栓拧紧轴11进行下探则到达干涉避让状态，即螺栓拧紧轴11存在三种状态：上件状态、盖物锁扣处加固螺栓安装状态、干涉避让状态。

结合图5、图7及图8所示，两个铰链拧紧机构25左右对称，铰链拧紧机构25包括安装在驱动滑台23上的支架50，支架50上设有拧紧轴承接板51，拧紧轴承接板51上设有供限位滑块52滑动的滑轨，拧紧轴承接板51的下部安装有铰链拧紧切换气缸53，铰链拧紧切换气缸53的活塞杆与限位滑块52的下部连接，限位滑块52的上部安装有拧紧轴组44，每个拧紧轴组44内均匀设有若干个螺栓拧紧轴11，限位滑块52的上部还设有限位块66，当铰链拧紧切换气缸53推动限位滑块52上升至限位块66接触拧紧轴承接板51时即拧紧轴组44到达上止点，螺栓拧紧轴11到达上止点时，螺栓拧紧轴11端部放置的螺栓10的法兰面与铰链部品贴合，且使螺栓10与铰链部品垂直，保证铰链部品不会被顶出，可以保证每次螺栓10的位置一致性，保证盖物上的螺母都可以套住螺栓10，提高拧紧效率，降低故障率，支架50上还设有插拔件库承接板54，插拔件库承接板54上设有用来安装定位插拔件55的定位插拔件库56和用来安装夹紧插拔件57的夹紧插拔件库58，插拔件库承接板58上还设有夹紧气缸59，夹紧气缸59与夹紧插拔件库58尾部连接，当夹紧气缸59伸缩时，带动夹紧插拔件57对铰链部品进行夹紧、释放。

定位插拔件库56上还装有用来识别车型的插拔件机种识别检测工具65，识别车型最大数量由插拔件机种识别检测工具65上面的检测开关数量n决定，具体的数量为

定位插拔件55上还装有用来告知车型的插拔件机种识别编码螺栓60，本实施例中，定位插拔件库56和夹紧插拔件库58为通用机构，当对应不同车型生产时，可以通过更换定位插拔件55、夹紧插拔件57来满足该车型的生产。铰链定位机构26包括用来检测铰链部品是否安装的第二工件检测开关61、定位铰链部品上部的上部定位销62、定位铰链部品下部的下部定位销63和防止铰链部品掉落的磁铁64。

本实施例中，驱动滑台23到达基座22前部时为要员上件状态，驱动滑台23到达基座22后部时为螺栓自动安装状态。

本实施例中，拧紧机控制器及显示器直接控制所有的螺栓拧紧轴11，其控制螺栓拧紧轴11拧紧过程分为三个阶段：认口阶段、加速阶段、精确扭矩阶段，并且可以通过设定螺栓拧紧轴11各个阶段的拧紧速度、扭力标准，同时设定拧紧时间和拧紧圈数阀值来判断是否拧紧OK；当螺栓拧紧轴11超出设定的拧紧圈数阀值或超出拧紧时间时还未达到拧紧扭力时则判断拧紧不良。当发生拧紧不良时，线体不会马上停线，而是会将产生拧紧不良的螺栓拧紧轴11编号进行记录，当盖物卸载时对应的声光报警器28进行报警提醒操作人员查看确认，既防止要员遗漏拧紧不良的检测，又防止不良螺栓拧紧轴11编号检测错误造成漏检。同时，第二工件检测开关61以及第一工件检测开关12会检测铰链部品以及螺栓10是否有安装，当检查某侧没有工件时但要员仍启动线体则默认为特殊加工，对应的螺栓拧紧轴11不动作，程序自动跳过该部品安装，节约时间，提高效率。

本实施例螺栓自动拧紧装置的控制方法，包括如下步骤：

A)车型导入时对该车型机器人进行示教、存储程序，设定相关参数、阀值；

B)要员输入马上生产的代码，同时切换插拔件形式的铰链定位机构26，车型切换完成后通过各个气缸电磁阀控制气缸动作从而使螺栓自动拧紧装置达到预设的初始状态；

C)车型切换完成，通过各个气缸的开、闭检测检测螺栓自动拧紧装置是否达到预设的初始状态，判断刚刚更换的铰链定位机构26是否为马上生产的车型，如果不是则报警，提醒操作要员进行检查确认、修正；

D)车型切换成功后，操作要员向螺栓自动拧紧装置上安装铰链部品、螺栓，完成安装；

E)铰链部品被夹紧，驱动滑台23向后移动，同时中部拧紧机构24达到盖物锁扣处加固螺栓安装状态，将安装左右铰链部品的螺栓顶升穿过铰链部品并与其垂直；

F)驱动滑台23到位后，确认此时各个气缸转台是否是对的，如果不是对的则可能发生严重的碰撞事故，需要停机并向要员报警确认，如果是正确的则持续运行程序；

G)判断左侧是否有铰链部品和螺栓，如果没有则跳过左铰链部品安装，如果有则控制机器人将盖物搬运到左铰链位，由于螺栓是与铰链部品垂直的，因此机器人控制盖物使盖物的螺母孔与螺栓对正，并沿螺栓轴向运动将螺栓先端插入螺母，同时压迫螺栓直到盖物与铰链部品贴合，此时机器人到达指定位置，螺栓拧紧轴11开始旋转对螺栓进行拧紧；

H)拧紧初期为认口阶段，转速低，当超过设定时间并且未达到扭力设定时，增加拧紧转速到达加速阶段，当扭力到达预设值时，降低拧紧转速进入精确扭矩阶段，在规定时间内最终使螺栓达到设定扭力值，本次拧紧结束；当螺栓在认口阶段就达到设定扭力时，则是产生了拧紧NG，需要停止相应螺栓拧紧轴11号码拧紧并予以记录相应螺栓拧紧轴11号码；当螺栓在规定时间内没有达到设定扭力时，则是产生了拧紧NG，需要停止本次拧紧并予以记录相应螺栓拧紧轴11号码；该拧紧NG在卸载时进行报警提示指示；

I)拧紧完成后释放铰链部品，同时螺栓拧紧轴11下降，准备下次铰链部品安装，机器人检测右侧是否有铰链部品和螺栓，检测中部拧紧机构24是否有螺栓；如果有则重复步骤G)和H)；

J)完成左右铰链部品及螺栓安装后，机器人搬运安装后铰链部品及螺栓的盖物到卸载夹具27处，如果卸载夹具27没有部品，则将搬运的盖物卸载，如果有则等待；与此同时驱动滑台23向前移动，中部拧紧机构24恢复上件状态；

K)以上完成一个工作循环。

本发明螺栓拧紧轴和螺栓自动拧紧装置及其控制方法，在套筒7内增加第一工件检测开关12，并且不受周围信号干涉，同时可以常规进行更换；解决了高速旋转机构信号传输问题及信号稳定问题；通过设置滚珠21，解决了外接设备对扭力精度影响问题；通过第一连接销4和第二连接销6保证了认口精度，并使螺栓10旋转过程中不脱出；通过插拔形式解决了专用设备通用化问题和插拔件与电气程序识别问题；基于信号识别，解决了设备空运行问题；通过电气程序控制螺栓拧紧轴11动作顺序，依靠部品将螺栓强制垂直，解决了装配时故障率高的问题；满足了带有装配工艺的螺栓自动拧紧、扭力校正，并通过工件检测开关判断以及算法优化，使得生产方式更智能，效率更高，速度更快，容错范围更大，同时在仅仅更改插件的情况下就可以水平展开到其他车型上，达到通用化兼顾专用。

Claims (10)

1.一种螺栓拧紧轴，包括传动轴(1)和位于所述传动轴(1)下部带动所述传动轴(1)旋转的拧紧电机(2)，所述传动轴(1)外套置有护套(3)，其特征在于：所述传动轴(1)的上部通过第一连接销(4)连有连接块(5)，所述连接块(5)的上部通过第二连接销(6)连有套筒(7)，所述第一连接销(4)与第二连接销(6)垂直，所述套筒(7)内镶嵌有环形磁铁(8)，所述环形磁铁(8)内部镶嵌有铜套(9)，所述铜套(9)内镶嵌有检测螺栓(10)是否安装到所述螺栓拧紧轴(11)上的第一工件检测开关(12)，所述连接块(5)内部设有与所述第一工件检测开关(12)配合的引脚插座，所述引脚插座包含至少连有电源正极线、电源负极线和信号线的内接电线(14)，所述内接电线(14)内的电源正极线、电源负极线和信号线与固定在所述传动轴(1)上的碳刷(15)一一接通，所述护套(3)上固定有环形导电极(16)，所述碳刷(15)在所述环形导电极(16)上滑动并传递电源及信号，所述环形导电极(16)连有至少包含电源正极线、电源负极线和信号线的外接电线(17)。

2.根据权利要求1所述螺栓拧紧轴，其特征在于：所述传动轴(1)中空，其内部装有弹簧(18)，所述弹簧(18)的上部顶在所述连接块(5)的下方，所述弹簧(18)的下部顶在所述拧紧电机(2)的旋转轴上，所述套筒(7)的顶部开口为需拧紧螺栓(10)边数的最小公倍数，且所述套筒(7)顶部开口的顶角均匀分布，所述传动轴(1)位于所述护套(3)内的上部与所述护套(3)之间垫有平面轴承(19)，所述碳刷(15)在所述环形导电极(16)上滑动范围的长度大于所述传动轴(1)在所述护套(3)内的压缩长度，所述传动轴(1)在所述护套(3)内的压缩长度大于被拧紧的螺栓(10)的长度，所述环形磁铁(8)、铜套(9)均通过第三螺栓(20)固定安装，所述第三螺栓(20)均匀分布，拧紧深入均匀使所述套筒(7)的旋转惯量在其中心轴上，所述传动轴(1)在位于所述护套(3)内的上部周圈分布有至少3个滚珠(21)。

3.一种螺栓自动拧紧装置，包括固定的基座(22)，其特征在于：所述基座(22)上安装有可以沿所述基座(22)前后滑动的驱动滑台(23)，所述驱动滑台(23)的中部安装有拧紧盖物锁扣加固螺栓的中部拧紧机构(24)，所述驱动滑台(23)位于所述中部拧紧机构(24)的两侧设有拧紧铰链安装螺栓的铰链拧紧机构(25)，所述铰链拧紧机构(25)上还设有铰链定位机构(26)，所述中部拧紧机构(24)和铰链拧紧机构(25)上均设有若干个如权利要求1～2中任一项所述螺栓拧紧轴(11)。

4.根据权利要求3所述螺栓自动拧紧装置，其特征在于：还包括卸载工位和上件工位，在所述卸载工位上设有卸载夹具(27)，所述卸载夹具(27)上设有声光报警器(28)，所述声光报警器(28)的位置和数量与所述螺栓自动拧紧装置拧紧的螺栓(10)位置和数量一一对应，所述上件工位上设有拧紧机控制器，所述拧紧机控制器与所述驱动滑台(23)、中部拧紧机构(24)、铰链拧紧机构(25)和铰链定位机构(26)电连，所述拧紧机控制器上设有显示器。

5.根据权利要求3所述螺栓自动拧紧装置，其特征在于：所述基座(22)包括底板(29)，所述底板(29)为横竖交叉焊接的矩形框架，所述底板(29)下部安装有若干个地脚(30)，所述底板(29)上安装有平行的滑轨(31)和齿条(32)，所述驱动滑台(23)通过所述滑轨(31)和齿条(32)滑动，所述底板(29)前部安装有锁止所述驱动滑台(23)的滑台锁(33)及对所述驱动滑台(23)进行限位的第一止动块(34)，所述驱动滑台(23)包括滑板(35)，所述滑板(35)为横竖交叉焊接的矩形框架，所述滑板(35)的下部安装有若干个分别与所述滑轨(31)匹配的滑块(36)，且所述滑板(35)的两侧安装有承接电缆的坦克链(37)，所述滑板(35)的上部安装有中部拧紧机构(24)和铰链拧紧机构(25)，所述滑板(35)的后部安装有与所述齿条(32)匹配的驱动齿轮(38)，所述驱动齿轮(38)由减速电机(39)进行驱动。

6.根据权利要求3所述螺栓自动拧紧装置，其特征在于：所述中部拧紧机构(24)包括中部机构面板(40)，所述中部机构面板(40)上通过凸起块(41)铰接安装有一个L型的连接板(42)，所述连接板(42)的中部折弯处铰接在所述凸起块(41)上，所述连接板(42)的尾部连有中部拧紧轴切换气缸(43)，所述连接板(42)的前部安装有拧紧轴组(44)，每个所述拧紧轴组(44)内均匀设有若干个螺栓拧紧轴(11)，所述拧紧轴组(44)在所述中部拧紧轴切换气缸(43)的推动下以所述凸起块(41)为圆心转动，所述中部机构面板(40)上还设有第二止动块(45)，所述第二止动块(45)连有止动块切换气缸(46)，所述止动块切换气缸(46)带动所述第二止动块(45)在所述中部机构面板(40)上滑动，所述第二止动块(45)的滑动路径与所述拧紧轴组(44)的旋转面垂直。

7.根据权利要求6所述螺栓自动拧紧装置，其特征在于：所述中部机构面板(40)上设有限制所述第二止动块(45)滑动的滑动限位槽，当所述滑动限位槽抵住所述第二止动块(45)时，所述第二止动块(45)位于所述拧紧轴组(44)的旋转面上，所述第二止动块(45)上设有缓冲器(47)，所述连接板(42)的前部下压时，与所述缓冲器(47)接触，所述第二止动块(45)上还设有U型槽(48)，所述连接板(42)的前部下方设有与所述U型槽(48)配合的U型凸起(49)，所述连接板(42)的前部下压时，所述U型凸起(49)进入所述U型槽(48)内。

8.根据权利要求3所述螺栓自动拧紧装置，其特征在于：两个所述铰链拧紧机构(25)左右对称，所述铰链拧紧机构(25)包括安装在所述驱动滑台(23)上的支架(50)，所述支架(50)上设有拧紧轴承接板(51)，所述拧紧轴承接板(51)上设有供限位滑块(52)滑动的滑轨，所述拧紧轴承接板(51)的下部安装有铰链拧紧切换气缸(53)，所述铰链拧紧切换气缸(53)的活塞杆与所述限位滑块(52)的下部连接，所述限位滑块(52)的上部安装有拧紧轴组(44)，每个所述拧紧轴组(44)内均匀设有若干个螺栓拧紧轴(11)，所述限位滑块(52)的上部还设有限位块(66)，当所述铰链拧紧切换气缸(53)推动所述限位滑块(52)上升至所述限位块(66)接触拧紧轴承接板(51)时即所述拧紧轴组(44)到达上止点，所述螺栓拧紧轴(11)到达上止点时，所述螺栓拧紧轴(11)端部放置的螺栓(10)的法兰面与铰链部品贴合，且使所述螺栓(10)与所述铰链部品垂直，所述支架(50)上还设有插拔件库承接板(54)，所述插拔件库承接板(54)上设有用来安装定位插拔件(55)的定位插拔件库(56)和用来安装夹紧插拔件(57)的夹紧插拔件库(58)，所述插拔件库承接板(58)上还设有夹紧气缸(59)，所述夹紧气缸(59)与所述夹紧插拔件库(58)尾部连接，当所述夹紧气缸(59)伸缩时，带动所述夹紧插拔件(57)对铰链部品进行夹紧、释放。

9.根据权利要求8所述螺栓自动拧紧装置，其特征在于：所述定位插拔件库(56)上还装有用来识别车型的插拔件机种识别检测工具(65)，所述定位插拔件(55)上还装有用来告知车型的插拔件机种识别编码螺栓(60)，所述铰链定位机构(26)包括用来检测铰链部品是否安装的第二工件检测开关(61)、定位铰链部品上部的上部定位销(62)、定位铰链部品下部的下部定位销(63)和防止铰链部品掉落的磁铁(64)。

10.一种如权利要求3～9任一项所述螺栓自动拧紧装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

A)车型导入时对该车型机器人进行示教、存储程序，设定相关参数、阀值；

B)要员输入马上生产的代码，同时切换插拔件形式的铰链定位机构(26)，车型切换完成后通过各个气缸电磁阀控制气缸动作从而使螺栓自动拧紧装置达到预设的初始状态；

C)车型切换完成，通过各个气缸的开、闭检测检测螺栓自动拧紧装置是否达到预设的初始状态，判断刚刚更换的铰链定位机构(26)是否为马上生产的车型，如果不是则报警，提醒操作要员进行检查确认、修正；

D)车型切换成功后，操作要员向螺栓自动拧紧装置上安装铰链部品、螺栓，完成安装；

E)铰链部品被夹紧，驱动滑台(23)向后移动，同时中部拧紧机构(24)达到盖物锁扣处加固螺栓安装状态，将安装左右铰链部品的螺栓顶升穿过铰链部品并与其垂直；

F)驱动滑台(23)到位后，确认此时各个气缸转台是否是对的，如果不是对的则可能发生严重的碰撞事故，需要停机并向要员报警确认，如果是正确的则持续运行程序；

G)判断左侧是否有铰链部品和螺栓，如果没有则跳过左铰链部品安装，如果有则控制机器人将盖物搬运到左铰链位，由于螺栓是与铰链部品垂直的，因此机器人控制盖物使盖物的螺母孔与螺栓对正，并沿螺栓轴向运动将螺栓先端插入螺母，同时压迫螺栓直到盖物与铰链部品贴合，此时机器人到达指定位置，螺栓拧紧轴(11)开始旋转对螺栓进行拧紧；

H)拧紧初期为认口阶段，转速低，当超过设定时间并且未达到扭力设定时，增加拧紧转速到达加速阶段，当扭力到达预设值时，降低拧紧转速进入精确扭矩阶段，在规定时间内最终使螺栓达到设定扭力值，本次拧紧结束；当螺栓在认口阶段就达到设定扭力时，则是产生了拧紧NG，需要停止相应螺栓拧紧轴(11)号码拧紧并予以记录相应螺栓拧紧轴(11)号码；当螺栓在规定时间内没有达到设定扭力时，则是产生了拧紧NG，需要停止本次拧紧并予以记录相应螺栓拧紧轴(11)号码；该拧紧NG在卸载时进行报警提示指示；

I)拧紧完成后释放铰链部品，同时螺栓拧紧轴(11)下降，准备下次铰链部品安装，机器人检测右侧是否有铰链部品和螺栓，检测中部拧紧机构(24)是否有螺栓；如果有则重复步骤G)和H)；

J)完成左右铰链部品及螺栓安装后，机器人搬运安装后铰链部品及螺栓的盖物到卸载夹具(27)处，如果卸载夹具(27)没有部品，则将搬运的盖物卸载，如果有则等待；与此同时驱动滑台(23)向前移动，中部拧紧机构(24)恢复上件状态；

K)以上完成一个工作循环。

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