CN113941838B - 圆形配件精准安装设备及其校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆形配件精准安装设备，它包括机架及工控机，所述机架底部设有控制台，在控制台上设有装配台，所述装配台包括位移角度微调台以及设置在位移角度微调台上的目标物夹具，在机架上还设有配件运送平台、配件供给平台及角度检测平台，所述配件供给平台及角度检测平台分别设置在升降机构的两侧，所述配件运送平台位于装配台上方，其校准方法包括同心度校准及安装角度校准。本发明得到的圆形配件精准安装设备及其校准方法，校准方便、能够满足小批量生产要求，且相比现有CCD设备，降低了成本。

Description

圆形配件精准安装设备及其校准方法
技术领域
本发明涉及一种加工设备，特别是一种圆形配件精准安装设备及其校准方法。
背景技术
在现有技术中，加工手机等电子设备时，会遇到需要对圆形配件进行贴装的工艺需要，尤其是对配件和被贴合目标配件的同心度要求较高，市场上目前主要采用CCD技术实现自动化贴合，然而在小批量试制、生产中，CCD自动化生产设备存在成本高、维护难的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种既能满足安装精度要求、且适用于小批量生产的圆形配件精准安装设备及其校准方法。
为了实现上述目的，本发明所设计的圆形配件精准安装设备，它包括机架及工控机，所述机架底部设有控制台，在控制台上设有装配台，所述装配台包括位移角度微调台以及设置在位移角度微调台上的目标物夹具；
在机架上还设有配件运送平台、配件供给平台及角度检测平台，所述配件供给平台及角度检测平台分别设置在升降机构的两侧，所述配件运送平台位于装配台上方，
该配件运送平台包括Z轴升降机构、调角步进电机以及真空吸嘴，调角步进电机的外壳与Z轴升降机构连接，调角步进电机的电机轴与真空吸嘴连接，所述真空吸嘴连接有真空发生器；
所述配件供给平台包括安装在机架上的第一位移微调平台、设置在第一位移微调平台上的第一运送气缸、设置在第一运送气缸上的配件治具；
所述角度检测平台包括安装在机架上的第二位移微调平台、设置在第二位移微调平台上的第二运送气缸、设置第二运送气缸上的传感器座，在传感器座上设有光电传感器；
所述工控机与Z轴升降机构、调角步进电机、真空发生器、光电传感器电连接。
为了方便配件的放置和运送，保证加工精度，所述配件治具包括与第一运送气缸传动连接的载物台、设置在载物台上的夹紧气缸以及连接在载物台朝向配件运送平台一侧的治具本体，在治具本体上开有配件安装槽，所述治具本体朝向夹紧气缸一侧设有连通配件安装槽的缺口，所述缺口内设有滑块，所述滑块与夹紧气缸的输出端连接。
为了保证夹紧时的精度，所述配件安装槽呈四边形，所述缺口开设在四边形的一角，所述滑块端部设有弧形槽。
为了方便机电控制，所述Z轴升降机构包括与机架连接的升降导轨、设置在升降导轨顶部的升降电机、与升降电机传动连接的丝杠、以及与丝杠传动连接同时升降导轨滑动连接的丝杠螺母，所述丝杠螺母连接有电机座，调角步进电机外壳固定在电机座上。
为了保证调整精度，所述位移角度微调台为带有旋转滑台的、第一位移微调平台、第二位移微调平台均为交叉导轨形千分尺微调台。
为了方便光电传感器检测，所述光电传感器为对射型，光电传感器包括一个呈匚字形的支架，光电传感器的发射器和接收器分别设置在支架的上下两侧。
本发明所设计的圆形配件精准安装设备的校准方法，利用前述圆形配件精准安装设备，并包括同心度校准及安装角度校准两部分，具体实施方法为：
a.同心度校准，包括：
a-1.在配件治具中放入设有中心孔且轮廓形状与实际配件一致的校准片，并使配件治具将校准片夹住；
a-2.操作员控制第一运送气缸将带有校准片的配件治具运送至真空吸嘴下方,并控制Z轴升降机构驱动真空吸嘴下降；
a-3.通过调节第一微调平台，调整配件治具的水平位置，使真空吸嘴最终能够插入校准片的中心孔内；
a-4.控制真空吸嘴升起，同时控制第一运送气缸带动配件治具退开，并在目标物夹具上放置目标物、在目标物的安装位上放置校准片；
a-5.等配件治具完全退开后，控制Z轴升降机构驱动真空吸嘴下降；
a-6.通过调节位移角度微调台，调整目标物夹具的位置，最终使真空吸嘴能够插入校准片的中心孔内，再控制Z轴升降机构使真空吸嘴上升复位，并取出所有校准片，从而完成配件治具与目标物夹具的同心度校准；
b.安装角度校准：
b-1.在配件治具内放入一形状尺寸与配件完全一致的样片；
b-2.控制第一运送气缸将带有样片的配件治具运送至真空吸嘴下方，并控制Z轴升降机构驱动真空吸嘴下降，真空吸嘴与样片接触后，控制真空发生器动作，使真空吸嘴吸住样片，再控制Z轴升降机构升起真空吸嘴；
b-3.样片被吸起后，配件治具退开，第二运送气缸推动传感器座，将光电传感器移动至样片处，使光电传感器的发射器发射的光穿过样片上的透光孔；
b-4.调角步进电机经真空吸嘴带动样片转动，转动起始时，光电传感器的光穿过透光孔，光电传感器无动作，当样片持续转动至透光孔边沿挡住光电传感器的光时，光电传感器发出信号，使工控机对调角步进电机的脉冲计数归零，同时控制调角步进电机反向运转，并对调角步进电机脉冲数重新计数，直至光电传感器发射的光再次被样片遮挡，此时工控机控制调角步进电机停转，并将当前的脉冲数计数值记为a，然后控制调角步进电机再次改变方向旋转，旋转的脉冲数为a/2；
b-5.完成上述旋转后，光电传感器在第二运送气缸的带动下退开，Z轴升降机构带动样片下降，将样片放入目标位的安装位中，在目标物的安装物上设有与透光孔对应的通孔，当样片被放入安装位后，真空发生器动作使真空吸嘴与样片脱离，此时观察透光孔与通孔是否对齐，如果存在偏离，则调节第二位移微调平台，调整传感器座的水平位置，并重复步骤b-1至b-5，直至样片放入安装位后其透光孔与通孔对齐。
本发明得到的圆形配件精准安装设备及其校准方法，校准方便、能够满足小批量生产要求，且相比现有CCD设备，降低了成本。
附图说明
图1是本发明圆形配件精准安装设备的主视图；
图2是本发明圆形配件精准安装设备中配件治具的俯视图；
图3是本发明圆形配件精准安装设备校准时样片与光电传感器的配合示意图；
图4是本发明圆形配件精准安装设备的校准方法中目标物通孔和样片透光孔对准时的状态示意图。
图中：机架1、控制台2、位移角度微调台3、目标物夹具4、Z轴升降机构5、真空吸嘴7、第一位移微调平台8、第一运送气缸9、配件治具10、第二位移微调平台11、第二运送气缸12、传感器座13、光电传感器14、校准片15、样片16、目标物17、升降导轨50、升降电机51、电机座52、载物台100、夹紧气缸101、治具本体102、配件安装槽103、缺口104、滑块105、弧形槽106、支架140、透光孔160、通孔170。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1：
本实施例描述的圆形配件精准安装设备，如图1所示，它包括机架1及工控机(图中未示出)，所述机架1底部设有控制台2，在控制台2上设有装配台，所述装配台包括位移角度微调台3以及设置在位移角度微调台3上的目标物夹具4；在机架1上还设有配件运送平台、配件供给平台及角度检测平台，所述配件供给平台及角度检测平台分别设置在升降机构的两侧，所述配件运送平台位于装配台上方，此时装配台、配件运送平台、配件供给平台及角度检测平台在机架上近似十字布置，该配件运送平台包括Z轴升降机构5、调角步进电机6以及真空吸嘴7，调角步进电机6的外壳与Z轴升降机构5连接，调角步进电机6的电机轴与真空吸嘴7连接，所述真空吸嘴7连接有真空发生器(图中未示出)；所述配件供给平台包括安装在机架1上的第一位移微调平台8、设置在第一位移微调平台8上的第一运送气缸9、设置在第一运送气缸9上的配件治具10；所述角度检测平台包括安装在机架1上的第二位移微调平台11、设置在第二位移微调平台11上的第二运送气缸12、设置第二运送气缸12上的传感器座13，在传感器座13上设有光电传感器14；所述工控机与Z轴升降机构5、调角步进电机6、真空发生器、光电传感器14电连接。
为了方便配件的放置和运送，保证加工精度，如图2所示，所述配件治具10包括与第一运送气缸9传动连接的载物台100、设置在载物台100上的夹紧气缸101以及连接在载物台100朝向配件运送平台一侧的治具本体102，在治具本体102上开有配件安装槽103，所述治具本体102朝向夹紧气缸101一侧设有连通配件安装槽103的缺口104，所述缺口104内设有滑块105，所述滑块105与夹紧气缸101的输出端连接。
为了保证夹紧时的精度，如图2所示，所述配件安装槽103呈四边形，所述缺口104开设在四边形的一角，所述滑块105端部设有弧形槽106，该形状的配件安装槽103，在滑块105推挤配件、样片16或校准片15等圆片时，能够起到对圆片自动定心的作用，保证圆片在被夹住时的中心不发生变动，从而保证校准后加工中的同心度。
为了方便机电控制，如图1所示，所述Z轴升降机构5包括与机架1连接的升降导轨50、设置在升降导轨50顶部的升降电机51、与升降电机51传动连接的丝杠(图中未示出)、以及与丝杠传动连接同时升降导轨50滑动连接的丝杠螺母(图中未示出)，所述丝杠螺母连接有电机座52，调角步进电机6外壳固定在电机座52上。
为了保证调整精度，所述位移角度微调台3为带有旋转滑台的、第一位移微调平台8、第二位移微调平台11均为交叉导轨形千分尺微调台。
为了方便光电传感器14检测，所述光电传感器14为对射型，光电传感器14包括一个呈匚字形的支架140，光电传感器14的发射器和接收器分别设置在支架140的上下两侧。
本实施例描述的圆形配件精准安装设备的校准方法，利用前述圆形配件精准安装设备，并包括同心度校准及安装角度校准两部分，具体实施方法为：
a.同心度校准，包括：
a-1.在配件治具10中放入设有中心孔且轮廓形状与实际配件一致的校准片15，并使配件治具10将校准片15夹住；于本实施例而言，由于配件治具10采用了夹紧气缸101，将校准片15放在配件治具10上之后，由夹紧气缸101推动滑块105将校准片15夹住，以下步骤中的样片16以及实际加工中的圆形配件均以相同方式实现在配件治具10上的固定以及校准和实际加工中配件治具10上配件圆心的统一；
a-2.操作员控制第一运送气缸9将带有校准片15的配件治具10运送至真空吸嘴7下方,并控制Z轴升降机构5驱动真空吸嘴7下降；本实施例中，采用的升降电机51可以是伺服电机或步进电机，在实际操作中，可以先将真空吸嘴7下降至与校准片15接近的位置后停止，而后再进行步骤a-3；
a-3.通过调节第一微调平台，调整配件治具10的水平位置，使真空吸嘴7最终能够插入校准片15的中心孔内；在实际操作中，该步骤中对配件治具10水平位置的调节可以结合真空吸嘴7的升降完成，即可以调节后先将真空吸嘴7下降试着插入中心孔内，如果不行，则在升起真空吸嘴7后重新调节，以下步骤a-6中对目标物夹具4位置的调节操作也可以这样进行；
a-4.控制真空吸嘴7升起，同时控制第一运送气缸9带动配件治具10退开，并在目标物夹具4上放置目标物17、在目标物17的安装位上放置校准片15；
a-5.等配件治具10完全退开后，控制Z轴升降机构5驱动真空吸嘴7下降；
a-6.通过调节位移角度微调台3，调整目标物夹具4的位置，最终使真空吸嘴7能够插入校准片15的中心孔内，再控制Z轴升降机构5使真空吸嘴7上升复位，并取出所有校准片15，从而完成配件治具10与目标物夹具4的同心度校准；
b.安装角度校准：
b-1.在配件治具10内放入一形状尺寸与配件完全一致的样片16；
b-2.控制第一运送气缸9将带有样片16的配件治具10运送至真空吸嘴7下方，并控制Z轴升降机构5驱动真空吸嘴7下降，真空吸嘴7与样片16接触后，控制真空发生器动作，使真空吸嘴7吸住样片16，再控制Z轴升降机构5升起真空吸嘴7；
b-3.样片16被吸起后，配件治具10退开，第二运送气缸12推动传感器座13，将光电传感器14移动至样片16处如图3所示，使光电传感器14的发射器发射的光穿过样片16上的透光孔160，对于本实施例而言，采用对射型光电传感器14，发射器发射的光信号由透光孔160另一侧的接收器接收以起到检测作用，但同样的，如采用反射型光电传感器14，只要在透光孔160一侧同时设置发射器和接收器，而在另一侧设置反射面，也可以起到等效的检测作用；
b-4.调角步进电机6经真空吸嘴7带动样片16转动，转动起始时，光电传感器14的光穿过透光孔160，光电传感器14无动作，当样片16持续转动至透光孔160边沿挡住光电传感器14的光时，光电传感器14发出信号，使工控机对调角步进电机6的脉冲计数归零，同时控制调角步进电机6反向运转，并对调角步进电机6脉冲数重新计数，直至光电传感器14发射的光再次被样片16遮挡，此时工控机控制调角步进电机6停转，并将当前的脉冲数计数值记为a，然后控制调角步进电机6再次改变方向旋转，旋转的脉冲数为a/2；
b-5.完成上述旋转后，光电传感器14在第二运送气缸12的带动下退开，Z轴升降机构5带动样片16下降，将样片16放入目标位的安装位中，在目标物17的安装物上设有与透光孔160对应的通孔170，当样片16被放入安装位后，真空发生器动作使真空吸嘴7与样片16脱离，此时观察透光孔160与通孔170是否对齐，如果存在偏离，则调节第二位移微调平台11，调整传感器座13的水平位置，并重复步骤b-1至b-5，直至样片16放入安装位后其透光孔160与通孔170对齐，如图4所示。
在调节第二位移微调平台11时，校准操作人员可以先测量透光孔160与通孔170之间在水平面上的Y轴方向的距离，再根据该距离调整传感器座13的位置。
在实际工作过程中，完成校准后，加工时，启动设备，并将配件放入配件治具10中，并由工控机自动控制，由真空吸嘴7吸取配件，并由光电传感器14调整配件的角度后，再由Z轴升降机构5带着配件下降，直至将配件装入安装在目标物夹具4上的目标物17的安装位中即可完成安装工作，此时可以圆形配件与目标物17安装位的同心度在10丝以内，透光孔160和安装位上通孔170的同心度通常也小于0.1mm。
本实施例提供的圆形配件精准安装设备及其校准方法，校准方便、能够满足小批量生产要求，且相比现有CCD设备，降低了成本。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种圆形配件精准安装设备，它的特征是包括机架 (1)及工控机，所述机架 (1)底部设有控制台 (2)，在控制台 (2)上设有装配台，所述装配台包括位移角度微调台 (3)以及设置在位移角度微调台 (3)上的目标物夹具 (4)；
在机架(1)上还设有配件运送平台、配件供给平台及角度检测平台，所述配件供给平台及角度检测平台分别设置在升降机构的两侧，所述配件运送平台位于装配台上方，
该配件运送平台包括Z轴升降机构(5)、调角步进电机(6)以及真空吸嘴(7)，调角步进电机(6)的外壳与Z轴升降机构(5)连接，调角步进电机(6)的电机轴与真空吸嘴(7)连接，所述真空吸嘴(7)连接有真空发生器；
所述配件供给平台包括安装在机架(1)上的第一位移微调平台(8)、设置在第一位移微调平台(8)上的第一运送气缸(9)、设置在第一运送气缸(9)上的配件治具(10)；
所述角度检测平台包括安装在机架(1)上的第二位移微调平台(11)、设置在第二位移微调平台(11)上的第二运送气缸(12)、设置第二运送气缸(12)上的传感器座(13)，在传感器座(13)上设有光电传感器(14)；
所述工控机与 Z 轴升降机构 (5)、调角步进电机 (6)、真空发生器、光电传感器 (14)电连接；
所述配件治具 (10)包括与第一运送气缸 (9)传动连接的载物台 (100)、设置在载物台 (100)上的夹紧气缸 (101)以及连接在载物台 (100)朝向配件运送平台一侧的治具本体 (102)，在治具本体 (102)上开有配件安装槽 (103)，所述治具本体 (102)朝向夹紧气缸 (101)一侧设有连通配件安装槽 (103)的缺口 (104)，所述缺口 (104)内设有滑块(105)，所述滑块 (105) 与夹紧气缸 (101)的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的圆形配件精准安装设备，其特征是所述 Z 轴升降机构 (5)包括与机架 (1)连接的升降导轨 (50)、设置在升降导轨 (50)顶部的升降电机 (51)、与升降电机 (51)传动连接的丝杠、以及与丝杠传动连接同时升降导轨 (50)滑动连接的丝杠螺母，所述丝杠螺母连接有电机座 (52)，调角步进电机 (6)外壳固定在电机座 (52)上。
3.根据权利要求1所述的圆形配件精准安装设备，其特征是所述位移角度微调台(3)为带有旋转滑台的、第一位移微调平台(8)、第二位移微调平台(11)均为交叉导轨形千分尺微调台。
4.根据权利要求1所述的圆形配件精准安装设备，其特征是所述光电传感器(14)为对射型，光电传感器(14)包括一个呈匚字形的支架(140)，光电传感器(14)的发射器和接收器分别设置在支架(140)的上下两侧。
5.根据权利要求 1所述的圆形配件精准安装设备，其特征是所述配件安装槽 (103)呈四边形，所述缺口 (104)开设在四边形的一角，所述滑块 (105)端部设有弧形槽 (106)。
6.一种圆形配件精准安装设备的校准方法，其特征是利用如权利要求1所述的圆形配件精准安装设备，并包括同心度校准及安装角度校准两部分，具体实施方法为：
a.同心度校准，包括：
a-1.在配件治具(10)中放入设有中心孔且轮廓形状与实际配件一致的校准片(15)，并使配件治具(10)将校准片(15)夹住；
a-2.操作员控制第一运送气缸(9)将带有校准片(15)的配件治具(10)运送至真空吸嘴(7)下方,并控制Z轴升降机构(5)驱动真空吸嘴(7)下降；
a-3.通过调节第一微调平台，调整配件治具(10)的水平位置，使真空吸嘴(7)最终能够插入校准片(15)的中心孔内；
a-4.控制真空吸嘴(7)升起，同时控制第一运送气缸(9)带动配件治具(10)退开，并在目标物夹具(4)上放置目标物(17)、在目标物(17)的安装位上放置校准片(15)；
a-5.等配件治具(10)完全退开后，控制Z轴升降机构(5)驱动真空吸嘴(7)下降；
a-6.通过调节位移角度微调台(3)，调整目标物夹具(4)的位置，最终使真空吸嘴(7)能够插入校准片(15)的中心孔内，再控制Z轴升降机构(5)使真空吸嘴(7)上升复位，并取出所有校准片(15)，从而完成配件治具(10)与目标物夹具(4)的同心度校准；
b.安装角度校准：
b-1.在配件治具(10)内放入一形状尺寸与配件完全一致的样片(16)；
b-2.控制第一运送气缸(9)将带有样片(16)的配件治具(10)运送至真空吸嘴(7)下方，并控制Z轴升降机构(5)驱动真空吸嘴(7)下降，真空吸嘴(7)与样片(16)接触后，控制真空发生器动作，使真空吸嘴(7)吸住样片(16)，再控制Z轴升降机构(5)升起真空吸嘴(7)；
b-3.样片(16)被吸起后，配件治具(10)退开，第二运送气缸(12)推动传感器座(13)，将光电传感器(14)移动至样片(16)处，使光电传感器(14)的发射器发射的光穿过样片(16)上的透光孔(160)；
b-4.调角步进电机(6)经真空吸嘴(7)带动样片(16)转动，转动起始时，光电传感器(14)的光穿过透光孔(160)，光电传感器(14)无动作，当样片(16)持续转动至透光孔(160)边沿挡住光电传感器(14)的光时，光电传感器(14)发出信号，使工控机对调角步进电机(6)的脉冲计数归零，同时控制调角步进电机(6)反向运转，并对调角步进电机(6) 脉冲数重新计数，直至光电传感器(14)发射的光再次被样片(16)遮挡，此时工控机控制调角步进电机(6)停转，并将当前的脉冲数计数值记为a，然后控制调角步进电机(6)再次改变方向旋转，旋转的脉冲数为a/2；
b-5.完成上述旋转后，光电传感器(14)在第二运送气缸(12)的带动下退开，Z轴升降机构(5)带动样片(16)下降，将样片(16)放入目标位的安装位中，在目标物(17)的安装物上设有与透光孔(160)对应的通孔(170)，当样片(16)被放入安装位后，真空发生器动作使真空吸嘴(7)与样片(16)脱离，此时观察透光孔(160)与通孔(170)是否对齐，如果存在偏离，则调节第二位移微调平台(11)，调整传感器座(13)的水平位置，并重复步骤b-1至b-5，直至样片(16)放入安装位后其透光孔(160)与通孔(170)对齐。
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