CN113909846A

CN113909846A - 一种多自由度斜插式自动锁螺丝机

Info

Publication number: CN113909846A
Application number: CN202111317695.2A
Authority: CN
Inventors: 陈秋明; 王金星
Original assignee: Suzhou Fangpu Intelligent Equipment Co ltd
Current assignee: Suzhou Fangpu Intelligent Equipment Co ltd
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2022-01-11

Abstract

本发明公开了一种多自由度斜插式自动锁螺丝机，包括：机台、流水线单元、贴装单元、第二上CCD单元、螺丝供料单元、锁螺丝单元、不良螺丝回收盒、第一上CCD单元、上下料单元以及下视觉CCD单元。通过上述方式，本发明一种多自由度斜插式自动锁螺丝机，大大提高了产能，缓解了作业人员的工作负荷，保证了连续工作的可靠性。

Description

一种多自由度斜插式自动锁螺丝机

技术领域

本发明涉及非标自动化设备领域，特别是涉及一种多自由度斜插式自动锁螺丝机。

背景技术

如图1所示，目前，在组装第一产品1（以下简称产品1）和第二产品2（以下简称产品2）时，是人工将产品1倾斜插入产品2缝隙中，然后借助工装，将产品定位，压头压付，手持电批吸取螺丝，将产品1和2紧紧锁附在一起。

但是，这种人工组装还存在很多缺陷和不足：

1、人工将产品1插入产品2中必须是以一定的倾斜角度去插入才可以插入，由于人为因素，由此会有卡住产品、刮伤产品、一次插入不到位2次返工等问题；

2、动作繁琐，时间节拍长，产能低迷。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种多自由度斜插式自动锁螺丝机，通过气动方式实现刀架的锁紧和松开，通过伺服电机和同步带轮实现刀架的准确换刀，具有可靠性能高、定位精确、结构紧凑、转位速度快、噪音小，价格低廉等优点，同时在小型数控机床的应用及普及上有着广泛的市场前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

提供一种多自由度斜插式自动锁螺丝机，其包括：用于输送产品的流水线单元、贴装单元、用于引导定位贴装单元取料装配的第二上CCD单元、锁螺丝单元、第一上CCD单元、上下料单元以及用于检测锁螺丝单元状态的下视觉CCD单元；

贴装单元包括贴装X轴移动模组、贴装Y轴移动模组、贴装Z轴移动模组、取料单元、贴装固定架、第一旋转驱动机构、第二旋转驱动机构，贴装X轴移动模组、贴装Y轴移动模组、贴装Z轴移动模组依次连接，以实现取料单元在XYZ轴三个方向上的直线运动，贴装固定架与贴装Z轴移动模组相连接，第二旋转驱动机构设置于贴装固定架上，并带动第一旋转驱动机构在贴装固定架上旋转，以调整取料单元的取料角度，第一旋转驱动机构带动取料单元旋转，以将产品斜插入待组装产品中；

取料单元包括吸嘴、吸盘、第一吸附通路、第二吸附通路，第一吸附通路和第二吸附通路设置于吸嘴内，吸盘设置于吸嘴的底面，并与第一吸附通路相连通，第二吸附通路的末端吸附口设置于吸嘴的底面。

在本发明一个较佳实施例中，还包括用于螺丝供料和存储的螺丝供料单元。

在本发明一个较佳实施例中，锁螺丝单元包括锁螺丝X轴移动模组、锁螺丝Y轴移动模组、锁螺丝Z轴移动模组、电批，锁螺丝Z轴移动模组与电批相连接，并带动其升降运动，锁螺丝Y轴移动模组带动锁螺丝Z轴移动模组沿Y轴方向来回运动，锁螺丝X轴移动模组通过支架设置于机台上，并带动锁螺丝Y轴移动模组沿X轴方向来回运动，以实现电批在螺丝供料单元与贴装工位之间的空间移动。

在本发明一个较佳实施例中，上下料单元包括上下料架、进料仓、出料仓、定位柱、托板、顶升机构、上层搬运机构，进料仓和出料仓滑动设置于上层搬运机构下方的上下料架上，定位柱设置于进料仓和出料仓上，以围成放置料盘的定位区，顶升机构带动托板上下运动，使得托板带动料仓中的料盘上下运动，

上层搬运机构包括搬运框架、夹紧气缸、夹紧托架，所述搬运框架与上下料架顶部的导轨滑动连接，搬运驱动机构带动搬运框架在上下料架上来回运动，所述搬运框架上设置有容许料盘通过的开口，所述夹紧气缸设置于所述搬运框架上，并带动夹紧托架前后运动，以夹紧或松开料盘。

在本发明一个较佳实施例中，所述托板通过活动导柱与上下料架滑动连接。

在本发明一个较佳实施例中，进料仓和出料仓的底面设置有容许托板穿过的通槽。

本发明的有益效果是：大大提高了产能，缓解了作业人员的工作负荷，保证了连续工作的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明的一种多自由度斜插式自动锁螺丝机中第一产品和第二产品的结构示意图；

图2是本发明的一种多自由度斜插式自动锁螺丝机一较佳实施例的整体结构示意图；

图3是本发明的一种多自由度斜插式自动锁螺丝机一较佳实施例的贴装单元结构示意图；

图4是本发明的一种多自由度斜插式自动锁螺丝机一较佳实施例的取料单元结构示意图；

图5是本发明的一种多自由度斜插式自动锁螺丝机一较佳实施例的吸嘴结构示意图；

图6是本发明的一种多自由度斜插式自动锁螺丝机一较佳实施例的上下料单元结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2-6，本发明实施例包括：

一种多自由度斜插式自动锁螺丝机，其结构包括：机台、流水线单元18、贴装单元20、第二上CCD单元21、螺丝供料单元22、锁螺丝单元23、不良螺丝回收盒19、第一上CCD单元24、上下料单元28以及下视觉CCD单元27。

流水线单元、贴装单元20、螺丝供料单元、锁螺丝单元、不良螺丝回收盒、用于输送产品1的上下料单元设置于机台上，第二上CCD单元设置于贴装单元上，第一上CCD单元设置于锁螺丝单元上。

流水线单元用于输送产品2并实现产品定位，以便斜插组装和锁附螺丝。其中，产品定位可以通过CCD单元或者传感器等设备进行检测定位。

贴装单元20用于吸取产品1，通过第二上CCD单元21引导定位，抓取产品1并斜插入产品2的缝隙中。

贴装单元包括贴装X轴移动模组30、贴装Y轴移动模组31、贴装Z轴移动模组32、取料单元、贴装固定架33、第一旋转驱动机构（可以采用旋转滑台等）10、第二旋转驱动机构（可以采用气动旋转滑台等）11，贴装X轴移动模组、贴装Y轴移动模组、贴装Z轴移动模组依次连接，以实现XYZ轴三个方向上的直线运动，贴装固定架与贴装Z轴移动模组相连接，第二旋转驱动机构设置于贴装固定架上，并与第一旋转驱动机构相连接，以带动第一旋转驱动机构在贴装固定架上实现Z轴方向的一定角度的旋转，从而调整取料单元的取料角度，方便取料，第一旋转驱动机构与取料单元相连接，以带动取料单元实现在X轴方向上的转动，从而将产品斜插入产品2中。

其中，由于本申请设备空间小动作多，且吸塑盘对产品的定位是有要求的，即摆放角度必须在正负7度以内，所以第二旋转驱动机构可以选择只有调节正负7度能力的旋转电动滑台即可。

产品1来料源头是吸塑盘，即产品1分布在吸塑盘中的一个个穴位中。由于吸塑盘具有公差大的特点，所以取产品1需要一个Z方向旋转的自由度；然后产品1需要斜着插入产品2缝隙中，所以斜插需要一个X方向旋转的自由度；最后从取产品1到将产品1斜插完成需要XYZ移动的自由度；所以一共5个自由度。对于4个以上自由度的动作，一般会采用6轴机械手的方式去完成，但是本次只采用3个移动模组配合2个旋转电动滑台的方式，这样做有以下3个优点：

第一：满足工业自动化的定位精度要求的6轴机械手价格非常高昂，而采用5个轴搭建的方式，大大节省了成本，提高了产品的市场竞争力。

第二：一般采用电机配合减速机的方式来实现高精度的斜插旋转，而选用一款特别精巧的旋转滑台10（内部机构采用涡轮螺杆），机构精致小巧，节省空间，对于动作复杂机构，可以避免由于避让机械结构而产生的节拍浪费，提高设备生产产能能力。

第三：六轴机械手在狭小空间，轴关节姿态多，电控复位，程序判定机械手当前位置难道大，容易导致其他模块的运动机构与机械手装机。采用模组时，运动状态程序编写容易，只要将X轴退至安全位置即可，操作简单。

取料单元包括吸嘴15、吸盘16、第一吸附通路3、第二吸附通路4，第一吸附通路和第二吸附通路设置于吸嘴内，吸盘设置于吸嘴的底面，并与第一吸附通路相连通，第二吸附通路的末端吸附口设置于吸嘴的底面。

采用2路气路在不同时间段吸附斜插产品；如果只有一路气去吸附产品，产品1在斜插动作时产品受到3个方面的受力，一个是受到吸嘴15上安装的吸盘16的吸引力F，一个是受到产品本身的重力G作用，很显然2个力不在一条直线上，因为吸盘是软的，所以产品会出现倾斜。所以本申请采用2路进行吸附，原理如下：吸嘴15从吸塑盘吸取产品1，此时吸嘴15是竖直吸取产品1的，第一吸附通路通过吸盘16将产品吸附，由于吸盘16是软材质，在吸力F作用下，产品1贴付在吸嘴上，然后第二吸附通路开始真空吸附产品1，吸附面变成了吸盘16+吸嘴15底面的吸附口，这样在斜插产品1的过程中，在吸附面会产生一个斜向上的摩擦力f，使得产品1受力是动态平衡，始终产品1和吸盘吸取面保持位置空间的相对静止，从而保证了斜插动作的可靠性和稳定性。

螺丝供料单元22用于存储螺丝，并分出单枚螺栓。其可以采用现有的螺丝供料器、振动盘等设备。

锁螺丝单元23包括锁螺丝X轴移动模组、锁螺丝Y轴移动模组、锁螺丝Z轴移动模组、高精度螺丝电批，锁螺丝Z轴移动模组与高精度螺丝电批相连接，并带动其升降运动，锁螺丝Y轴移动模组带动锁螺丝Z轴移动模组沿Y轴方向来回运动，锁螺丝X轴移动模组通过支架设置于机台上，螺丝X轴移动模组带动锁螺丝Y轴移动模组沿X轴方向来回运动，通过三轴驱动实现电批在螺丝供料单元与贴装工位之间的空间移动。

在生产过程中，电批先在三轴驱动作用下靠近螺丝供料单元22并吸取单枚螺丝，然后移动到贴装工位，以便将螺栓嵌入孔内并拧紧。因此，工人仅需保证螺丝的持续供应，后续过程锁螺丝单元会按照预设的程序自动运行，实现自动拾取螺丝，自动完成螺丝与工件（孔）的之间的定位，并自动完成拧紧，进而实现简化工人的操作的效果。

另外，为了提高加工效率和精度，利用下视觉CCD单元27检测锁螺丝单元23中电批吸取的螺丝是否倾斜。如果倾斜超过一定角度之后，在锁螺丝单元三轴驱动作用下，锁螺丝单元23将倾斜螺丝丢送至不良螺丝回收盒19之中，工作人员只需要定期将不良螺丝回收盒19中的螺丝取出，然后空盒子再放置到初始位置。

上下料单元包括上下料架40、进料仓41、出料仓42、定位柱43、托板44、顶升机构、上层搬运机构，上层搬运机构与上下料架顶部的导轨滑动连接，搬运驱动机构带动上层搬运机构沿导轨来回运动，进料仓和出料仓通过导轨和滑块滑动设置于上层搬运机构下方的上下料架上，定位柱设置于进料仓和出料仓上，以围成可以定位放用于置产品1料盘（吸塑盘）的定位区，顶升机构带动托板上下运动，使得托板带动料仓中的料盘上下运动。

为了进一步提高托板运动的稳定性和精准性，所述托板通过活动导柱与上下料架滑动连接，顶升机构（气缸、步进电机等）可以通过推动活动导柱来带动托板运动，也可以直接与托板相连接。

进料仓和出料仓的底面设置有容许托板穿过的通槽，搬运驱动机构可以包括电机、传送带，上层搬运机构的两侧可以固定在传送带上，电机通过传送带带动上层搬运机构在上下料架上来回运动，以实现料盘在上下料工位上的转移搬运。

上层搬运机构包括搬运框架46、夹紧气缸47、夹紧托架48，所述搬运框架与上下料架顶部的导轨滑动连接，所述搬运框架上设置有容许料盘通过的开口，所述夹紧气缸设置于所述搬运框架上，并带动夹紧托架前后运动，以夹紧或松开料盘。

在上下料单元工作时，其具体步骤包括：

（1）作业人员将进料仓抽出，将20盘满料吸塑盘放置于进料仓的定位区内后，将进料仓推回至待升降位置。

（2）步进电机启动，在活动导柱的导向作用下，托板将一摞吸塑盘一起上升至一定高度。

（3）当最上面的一个料盘进入搬运框架的开口中时，一路气分成4股，使得4个夹紧气缸同步伸出，夹紧托架插入最上面两个料盘之间，以将最上层一层吸塑盘分离并夹紧定位。

（4）上层搬运模块将一个吸塑盘搬至产品1的吸附位置。

（5）当料盘中的产品1用完后，位于出料仓下方的托板带动空料盘下降至出料仓上，以便取出。

本单元使用1000mm*500mm的空间进行不停机上下料，上料模块一次堆放20盘吸塑盘进行上料，下料模块堆满20盘信号报警，人工取出成品料，实现连续作业。

一种多自由度斜插式自动锁螺丝机，其工作步骤包括：

1、作业人员抽拉进料仓把手将20盘吸塑盘放置进料仓；

2、20盘吸塑盘在顶升机构作用下来到上层搬运模块；

3、上层搬运模块将最上层一盘吸塑盘夹紧定位移送到右边贴装单元的预定位置；

4、第二上CCD单元对吸塑盘中的产品1拍照，旋转电动滑台11根据视觉反馈调整角度，视觉引导吸嘴去取产品1；

5、第二上CCD单元21引导贴装单元20的吸嘴吸取产品1；

6、下视觉CCD单元27对产品1螺纹孔拍照定位；

7、第二上CCD单元21对产品1组装位进行拍照；

8、取料单元带动产品1倾斜一定角度以插入产品2细缝内，使得产品1与产品2定位；

9、第一上CCD单元24对螺丝供料器拍照判断有无螺丝；

10、螺丝批头吸取螺丝；

11、下视觉CCD单元27对螺纹拍照判断螺丝是否倾斜；

12、电批取螺丝至贴装工位，并用螺丝将产品1与产品2锁紧。

本发明一种多自由度斜插式自动锁螺丝机的有益效果是：

（1）实现了小空间功能全的集成,不停机上下料，减少宕机时间，大大提高产能（UPH高），换料周期长，不需要占用作业人员大量时间去上下料，缓解了作业人员的工作负荷。

（2）可以根据产品的特性和客户具体要求调节进行调节，包括但不限于组装方式、锁螺丝方式、供料方式、批头的规格、位置、进料方式等。

（3）可以对漏锁、浮锁、滑牙等进行自动检测，防止人工操作可能引起的以上不良，保证24小时连续工作的可靠性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种多自由度斜插式自动锁螺丝机，其特征在于，包括：用于输送产品的流水线单元、贴装单元、用于引导定位贴装单元取料装配的第二上CCD单元、锁螺丝单元、第一上CCD单元、上下料单元以及用于检测锁螺丝单元状态的下视觉CCD单元；

2.根据权利要求1所述的一种多自由度斜插式自动锁螺丝机，其特征在于，还包括用于螺丝供料和存储的螺丝供料单元。

3.根据权利要求1所述的一种多自由度斜插式自动锁螺丝机，其特征在于，锁螺丝单元包括锁螺丝X轴移动模组、锁螺丝Y轴移动模组、锁螺丝Z轴移动模组、电批，锁螺丝Z轴移动模组与电批相连接，并带动其升降运动，锁螺丝Y轴移动模组带动锁螺丝Z轴移动模组沿Y轴方向来回运动，锁螺丝X轴移动模组通过支架设置于机台上，并带动锁螺丝Y轴移动模组沿X轴方向来回运动，以实现电批在螺丝供料单元与贴装工位之间的空间移动。

4.根据权利要求1所述的一种多自由度斜插式自动锁螺丝机，其特征在于，上下料单元包括上下料架、进料仓、出料仓、定位柱、托板、顶升机构、上层搬运机构，进料仓和出料仓滑动设置于上层搬运机构下方的上下料架上，定位柱设置于进料仓和出料仓上，以围成放置料盘的定位区，顶升机构带动托板上下运动，使得托板带动料仓中的料盘上下运动，

5.根据权利要求4所述的一种多自由度斜插式自动锁螺丝机，其特征在于，所述托板通过活动导柱与上下料架滑动连接。

6.根据权利要求4所述的一种多自由度斜插式自动锁螺丝机，其特征在于，进料仓和出料仓的底面设置有容许托板穿过的通槽。