CN115625506B - 一种集成点胶与锁紧的微小零件装配装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于微小零件的装配领域，提供了一种集成点胶与锁紧的微小零件装配装置与方法。该装置包括上料平台模块、装配作业模块、上料转台模块、作业工作台模块、上料手臂模块和精密测量及点胶模块。上料平台模块实现零件的上料和下料，装配作业模块实现待装配零件的装配和锁紧，上料转台模块实现待装配零件及装配体的放置和定位，作业工作台模块实现装配过程中装配体和零件的放置和定位，上料手臂模块实现装配体的有序上下料，精密测量及点胶模块实现微小零件的自动点胶和位姿检测。通过上述模块的协同配合，实现微小零件的自动化装配。通过装配体和装配作业模块间的配合实现微小零件的自动锁紧，显著提升装配效率，适用于自动化生产线。

Description

一种集成点胶与锁紧的微小零件装配装置与方法

技术领域

本发明涉及微小零件的装配领域，尤其涉及一种集成点胶与锁紧的微小零件装配装置与方法。

背景技术

精密装配技术已广泛应用于航天、生物、医学、半导体集成电路等诸多领域，随着器件的小型化和集成化，对于微小零件的精密装配，其尺寸、材料、结构不断趋于小型化、多样化和复杂化，对装配效率和自动化程度的要求也越来越高。

精密微小零件装配过程中，点胶和锁紧是重要的连接环节，关系到零件的装配精度和一致性等重要参数，进而提高微小零件的装配效率和自动化程度。

目前微小零件装配过程中为确保点胶过程的可靠性，通常采用人工点胶的方式且并无锁紧功能。该方式存在以下几点不足之处：装配过程中需要人工进行点胶，耗时耗力；装配后由于装配体并未进行锁紧，导致零件的装配精度有所下降，影响微小零件的装配结果。

发明内容

本发明的目的是克服当前微小零件装配过程中存在的自动化程度较低、装配结果不可靠的问题，提供了一种集成点胶与锁紧的微小零件装配装置与方法，应用于微小零件的装配领域。

本发明的技术方案：一种集成点胶与锁紧的微小零件装配装置，包括上料平台模块68、装配作业模块69、上料转台模块70、作业工作台模块71、上料手臂模块72和精密测量及点胶模块73；

上料手臂模块72一端连接装配作业模块69；装配作业模块69安装于地面上，其底端一侧上安装有上料平台模块68，装配作业模块69与上料平台模块68间安装上料转台模块70和作业工作台模块71；

上料手臂模块72实现装配体53的夹取；上料平台模块68实现装配体53的上料和下料；上料转台模块70和作业工作台模块71实现装配过程中锁紧底板75和上料支架74的放置和定位；装配作业模块69实现压紧架76的拾取以及装配体53的装配；精密测量及点胶模块73实现待装配零件a的位姿检测和待装配零件b的自动点胶和位姿检测；

上料平台模块68包括型材49、上料板50、旋钮b51、定位块52、装配体53、上料托盘；上料板50通过型材49固定；各组装配体53安装于上料托盘内，上料托盘包括上料托盘分隔栏54、上料托盘把手55、上料托盘底板56；上料托盘底板56固定于上料板50上，上料托盘间通过上料托盘分隔栏54分隔，上料托盘把手55用于移动各上料托盘；旋钮b51位于上料板50两端，其与上料托盘底板56间固定定位块52，用于上料托盘的定位固定；

上料手臂模块72包括Y向单轴机器人57、上料手臂YZ转接板58、Z向单轴机器人59、X向单轴机器人60、上料手臂XZ转接板61、电爪转接板62、电动夹爪63、读码器连接支架64、读码器65、电爪夹持角座66、电爪夹指67；Y向单轴机器人57、Z向单轴机器人59、X向单轴机器人60间分别通过上料手臂YZ转接板58、上料手臂XZ转接板61两两依次垂直连接；电动夹爪63通过电爪转接板62连接于Y向单轴机器人57上；读码器65通过读码器连接支架64固定于电动夹爪63上方，通过对装配体53上粘贴的二维码进行扫描实现对装配体53信息采集；电爪夹指67通过电爪夹持角座66固定于电动夹爪63一端，电动夹爪63用于夹持装配体53；

上料转台模块70包括Y向滑台c43、转台垫板44、转台b45、转台连接板b46、限位块b47、球头柱塞b48；转台b45通过转台垫板44连接于Y向滑台c43上，转台连接板b46固定于转台b45上；转台连接板b46两端通过球头柱塞b48分别固定限位块b47；当锁紧底板75位于转台连接板b46上时，其沿Y方向移动以及转动；

作业工作台模块71包括Y向滑台b33、X向滑台c34、转台a35、转台连接板a36、限位块a37、球头柱塞a38、背光块39、背光底板40、背光底座41、背光连接板42；X向滑台c34垂直相接于Y向滑台b33上，转台a35相接于X向滑台c34上；转台连接板a36固定于转台a35上，实现其在XY平面内的移动及转动；转台连接板a36两端分别通过球头柱塞a38固定限位块a37，实现上料支架74的定位；背光连接板42固定于X向滑台c34和转台a35间，背光块39通过背光底板40同L型的背光底座41固定于背光连接板42上，背光块39位于转台连接板a36一侧，通过外部光源控制器控制背光块39发光提供辅助光源，提升图像采集质量；

装配作业模块69包括X向滑台a1、Y向滑台a2、Z向滑台a3、作业机械臂安装底板4、作业机械臂左护板5、气路集成块6、弹性柱塞7、作业机械臂上护板8、作业机械臂右护板9、气爪安装板10、微动开关安装板11、微动开关12、压紧气缸13、压紧挡框14、作业机械臂前端15、气缸固定板16、移动定位块17、吸附接头18、针形气缸19、力传感器20；X向滑台a1、Y向滑台a2和Z向滑台3两两依次垂直相接；作业机械臂通过作业机械臂安装底板4安装于Z向滑台3上；作业机械臂包括作业机械臂左护板5、作业机械臂上护板8、作业机械臂右护板9，实现对作业机械臂内部结构的保护和固定作用；气路集成块6固定于机械臂上护板8上方，用于机械臂气路和外部气路的连接；弹性柱塞7和气爪安装板10分别位于机械臂上护板8的两侧，装配过程中机械臂受力超过限值时气爪安装板10向上移动和弹性柱塞7接触，提供向下的作用力用于保护作业机械臂；微动开关12通过微动开关安装板11固定于作业机械臂上护板8下侧，机械臂上移量超出限值时，机械臂接触微动开关12，微动开关12中断机械臂运动，用于控制装配过程中机械臂行程；作业机械臂前端15和力传感器20下端相连接，固定前端集成的零部件；压紧气缸13通过压紧挡框14固定于作业机械臂前端15上方，沿竖直方向运动实现装配过程中压紧压紧架76；针形气缸19分别于作业机械臂两侧通过气缸固定板16固定，针形气缸19端部固定移动定位块17，实现压紧架76的定位；吸附接头18安装于作业机械臂前端15下方，装配过程中和压紧架76上的吸附孔相配合用于吸附待装配零件a；力传感器20位于作业机械臂后端，用于控制装配过程中作业机械臂的下压力；

精密测量及点胶模块73包括环形光源21、相机22、相机模块安装板23、相机连接角铝24、X向滑台b25、Z向滑台b26、气动滑台27、点胶模块28、激光测距仪连接板29、旋钮a30、点胶模块安装块31、激光测距仪32；X向滑台b25和Z向滑台b26垂直连接，相机模块安装板23安装于Z向滑台b26上；相机22和气动滑台27分别固定于相机模块安装板23上；相机22通过相机连接角铝24固定，其一端安装环形光源21，实现图像采集过程中提供光源；气动滑台27与外部气路相连接，其上固定点胶模块28，令点胶模块28运动至指定位置进行点胶；点胶模块28与外部点胶设备相连接实现待装配零件b的自动点胶；激光测距仪32、点胶模块安装块31、旋钮a30、激光测距仪连接板29和点胶模块28依次连接，激光测距仪连接板29用于检测点胶模块28与待装配零件b距离，确保点胶过程的准确性；

装配体53包括上料支架74、锁紧底板75、压紧架76、压紧架固定板77；上料支架74装配前放置于上料平台模块68之上，实现装配体53的定位和待装配零件a的固定，装配过程中通过两侧凹槽和球头柱塞b48配合实现装配体53定位；锁紧底板75放置于上料支架74的凹槽之中，用于固定压紧架固定板77和待装配零件b；压紧架固定板77固定于锁紧底板75之上，两侧结构对称用于装配前后压紧架76的固定；压紧架76通过其中的吸附孔和吸附接头18配合用于装配过程中待装配零件a的吸附以及依靠自身重力实现装配后的锁紧。

所述装配体53设置二十套。

一种集成点胶与锁紧的微小零件装配方法，包括步骤如下；

第一步，上料平台模块68中的装配体53上料，通过上料手臂模块72的电动夹爪63夹持装配体53，分别将锁紧底板75和上料支架74放置于作业工作台模块71和上料转台模块70上；

第二步，装配作业模块69中的作业机械臂运动至装配体53上方，通过压紧气缸13下压和针形气缸19带动移动定位块17前移的方式分别给予压紧架76接触面顶面和侧面方向的作用力，实现压紧架76的锁紧，锁紧后通过外部气路控制吸附接头18和压紧架76中的吸附孔相配合，实现对待装配零件a的真空吸附；

第三步，精密测量及点胶模块73中的相机22对待装配零件b的位姿进行检测，检测完毕后激光测距仪32对点胶模块28和待装配零件b之间的距离进行测量，测量完毕后通过外部点胶设备向点胶模块28加压，实现自动点胶功能；

第四步，精密测量及点胶模块73中的相机22对待装配零件a的位姿进行检测，检测完毕后装配作业模块69运动至待装配零件b上方，相机22对压紧架76所吸附的待装配零件a再次进行位姿检测，检测完毕后装配作业模块69下压进行装配，通过力传感器(20)控制下压力到指定数值后完成零件的装配，通过压紧架76自身重力压住待装配零件a和待装配零件b，实现装配后的锁紧；

第五步，装配体53下料，通过上料手臂模块68的电动夹爪63夹持装配体53，将锁紧底板75放回上料支架74上，将装配体53整体放置于上料平台68上，完成整个装配过程。

本发明的有益效果：通过装配作业模块实现微小零件的装配、通过上料手臂模块实现装配体的上料和下料，通过上料平台模块和上料转台模块实现装配过程中装配体的定位，通过精密测量及点胶模块实现装配过程中的自动点胶和微小零件的位姿检测，通过上料平台模块实现二十套夹具的连续装配，显著提升装配效率，通过装配体和装配作业模块间的配合实现微小零件的自动锁紧。

附图说明

图1为装配作业模块；

图2为精密测量及点胶模块；

图3为作业工作台模块；

图4为上料转台模块；

图5为上料平台模块；

图6为上料手臂模块；

图7为一种集成点胶与锁紧的微小零件装配装置的示意图；

图8为装配体示意图。

图中：1-X向滑台a、2-Y向滑台a、3-Z向滑台a、4-作业机械臂安装底板、作业机械臂左护板、6-气路集成块、7-弹性柱塞、8-作业机械臂上护板、9-作业机械臂右护板、10-气爪安装板、11-微动开关安装板、12-微动开关、13-压紧气缸、14-压紧挡框、15-作业机械臂前端、16-气缸固定板、17-移动定位块、18-吸附接头、19-针形气缸、20-力传感器；21-环形光源、22-相机、23-相机模块安装板、24-相机连接角铝、25-X向滑台b、26-Z向滑台b、27-气动滑台、28-点胶模块、29-激光测距仪连接板、30-旋钮a、31-点胶模块安装块、32-激光测距仪、33-Y向滑台b、34-X向滑台c、35-转台a、36-转台连接板a、37-限位块a、38-球头柱塞a、39-背光块、40-背光底板、41-背光底座、42-背光连接板、43-Y向滑台c、44-转台垫板、45-转台b、46-转台连接板b、47-限位块b、48-球头柱塞b、49-型材、50-上料板、51-旋钮b、52-定位块、53-装配体、54-上料托盘分隔栏、55-上料托盘把手、56-上料托盘底板、57-Y向单轴机器人、58-上料手臂YZ转接板、59-Z向单轴机器人、60-X向单轴机器人、61-上料手臂XZ转接板、62-电爪转接板、63-电动夹爪、64-读码器连接支架、65-读码器、66-电爪夹持角座、67-电爪夹指、68-上料平台模块、69-装配作业模块、70-上料转台模块、71-作业工作台模块、72-上料手臂模块、73-精密测量及点胶模块、74-上料支架、75-锁紧底板、76-压紧架、77-压紧架固定板。

具体实施方式

以下结合附图和实施方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

以基于自动化装配应用的某一微小零件装配过程为例，结合技术方案与附图叙述本发明的具体实施步骤。

第一步，装配体53上料，通过电动夹爪63夹持装配体53分别将将锁紧底板75和上料支架74放置于作业工作台模块和上料转台模块之上。

第二步，装配作业模块69中的作业机械臂运动至装配体53上方，通过压紧气缸13下压和针形气缸19带动移动定位块17前移的方式分别给予压紧架76接触面顶面和侧面方向的作用力，实现压紧架76的锁紧，锁紧后通过外部气路控制吸附接头18和压紧架76中的吸附孔相配合，实现对待装配零件a的真空吸附。

第三步，精密测量及点胶模块73中的相机22对待装配零件b的位姿进行检测，检测完毕后激光测距仪32对点胶模块28和待装配零件b之间的距离进行测量，测量完毕后通过外部点胶设备向点胶模块28加压，实现自动点胶功能。

第四步，精密测量及点胶模块中的相机22对待装配零件a的位姿进行检测，检测完毕后装配作业模块69运动至待装配零件b上方，相机22压紧架76所吸附的待装配零件a再次进行位姿检测，检测完毕后装配作业模块69下压进行装配，通过力传感器20控制下压力到指定数值后完成零件的装配，通过压紧架76自身重力压住待装配零件a和待装配零件b，实现装配后的锁紧。

第五步，装配体53下料，通过电动夹爪63夹持装配体53分别将锁紧底板75放回上料支架74上，将装配体53整体放置于上料平台68上，完成整个装配过程。

Claims (2)

1.一种集成点胶与锁紧的微小零件装配装置，其特征在于，该集成点胶与锁紧的微小零件装配装置包括上料平台模块（68）、装配作业模块（69）、上料转台模块（70）、作业工作台模块（71）、上料手臂模块（72）和精密测量及点胶模块（73）；

上料手臂模块（72）一端连接装配作业模块（69）；装配作业模块（69）安装于地面上，其底端一侧上安装有上料平台模块（68），装配作业模块（69）与上料平台模块（68）间安装上料转台模块（70）和作业工作台模块（71）；

上料手臂模块（72）实现装配体（53）的夹取；上料平台模块（68）实现装配体（53）的上料和下料；上料转台模块（70）和作业工作台模块（71）实现装配过程中锁紧底板（75）和上料支架（74）的放置和定位；装配作业模块（69）实现压紧架（76）的拾取以及装配体（53）的装配；精密测量及点胶模块（73）实现待装配零件a的位姿检测和待装配零件b的自动点胶和位姿检测；

上料平台模块（68）包括型材（49）、上料板（50）、旋钮b（51）、定位块（52）、装配体（53）、上料托盘；上料板（50）通过型材（49）固定；各组装配体（53）安装于上料托盘内，上料托盘包括上料托盘分隔栏（54）、上料托盘把手（55）、上料托盘底板（56）；上料托盘底板（56）固定于上料板（50）上，上料托盘间通过上料托盘分隔栏（54）分隔，上料托盘把手（55）用于移动各上料托盘；旋钮b（51）位于上料板（50）两端，其与上料托盘底板（56）间固定定位块（52），用于上料托盘的定位固定；

上料手臂模块（72）包括Y向单轴机器人（57）、上料手臂YZ转接板（58）、Z向单轴机器人（59）、X向单轴机器人（60）、上料手臂XZ转接板（61）、电爪转接板（62）、电动夹爪（63）、读码器连接支架（64）、读码器（65）、电爪夹持角座（66）、电爪夹指（67）；Y向单轴机器人（57）、Z向单轴机器人（59）、X向单轴机器人（60）间分别通过上料手臂YZ转接板（58）、上料手臂XZ转接板（61）两两依次垂直连接；电动夹爪（63）通过电爪转接板（62）连接于Y向单轴机器人（57）上；读码器（65）通过读码器连接支架（64）固定于电动夹爪（63）上方，通过对装配体（53）上粘贴的二维码进行扫描实现对装配体（53）的信息采集；电爪夹指（67）通过电爪夹持角座（66）固定于电动夹爪（63）一端，电动夹爪（63）用于夹持装配体（53）；

上料转台模块（70）包括Y向滑台c（43）、转台垫板（44）、转台b（45）、转台连接板b（46）、限位块b（47）、球头柱塞b（48）；转台b（45）通过转台垫板（44）连接于Y向滑台c（43）上，转台连接板b（46）固定于转台b（45）上；转台连接板b（46）两端通过球头柱塞b（48）分别固定限位块b（47）；当锁紧底板（75）位于转台连接板b（46）上时，其沿Y方向的移动以及转动；

作业工作台模块（71）包括Y向滑台b（33）、X向滑台c（34）、转台a（35）、转台连接板a（36）、限位块a（37）、球头柱塞a（38）、背光块（39）、背光底板（40）、背光底座（41）、背光连接板（42）；X向滑台c（34）垂直相接于Y向滑台b（33）上，转台a（35）相接于X向滑台c（34）上；转台连接板a（36）固定于转台a（35）上，实现其在XY平面内的移动及转动；转台连接板a（36）两端分别通过球头柱塞a（38）固定限位块a（37），实现上料支架（74）的定位；背光连接板（42）固定于X向滑台c（34）和转台a（35）间，背光块（39）通过背光底板（40）同L型的背光底座（41）固定于背光连接板（42）上，背光块（39）位于转台连接板（36）一侧，通过外部光源控制器控制背光块（39）发光提供辅助光源，提升图像采集质量；

装配作业模块（69）包括X向滑台a（1）、Y向滑台a（2）、Z向滑台a（3）、作业机械臂安装底板（4）、作业机械臂左护板（5）、气路集成块（6）、弹性柱塞（7）、作业机械臂上护板（8）、作业机械臂右护板（9）、气爪安装板（10）、微动开关安装板（11）、微动开关（12）、压紧气缸（13）、压紧挡框（14）、作业机械臂前端（15）、气缸固定板（16）、移动定位块（17）、吸附接头（18）、针形气缸（19）、力传感器（20）；X向滑台a（1）、Y向滑台a（2）和Z向滑台（3）两两依次垂直相接；作业机械臂通过作业机械臂安装底板（4）安装于Z向滑台（3）上；作业机械臂包括作业机械臂左护板（5）、作业机械臂上护板（8）、作业机械臂右护板（9），实现对作业机械臂内部结构的保护和固定作用；气路集成块（6）固定于机械臂上护板（8）上方，用于机械臂气路和外部气路的连接；弹性柱塞（7）和气爪安装板（10）分别位于机械臂上护板（8）的两侧，装配过程中机械臂受力超过限值时气爪安装板（10）向上移动和弹性柱塞（7）接触，提供向下的作用力用于保护作业机械臂；微动开关（12）通过微动开关安装板（11）固定于作业机械臂上护板（8）下侧，机械臂上移量超出限值时，机械臂接触微动开关（12），微动开关（12）中断机械臂运动，用于控制装配过程中机械臂行程；作业机械臂前端（15）和力传感器（20）下端相连接，固定前端集成的零部件；压紧气缸（13）通过压紧挡框（14）固定于作业机械臂前端（15）上方，沿竖直方向运动实现装配过程中压紧压紧架（76）；针形气缸（19）分别于作业机械臂两侧通过气缸固定板（16）固定，针形气缸（19）端部固定移动定位块（17），实现压紧架（76）的定位；吸附接头（18）安装于作业机械臂前端（15）下方，装配过程中和压紧架（76）上的吸附孔相配合用于吸附待装配零件a；力传感器（20）位于作业机械臂后端，用于控制装配过程中作业机械臂的下压力；

精密测量及点胶模块（73）包括环形光源（21）、相机（22）、相机模块安装板（23）、相机连接角铝（24）、X向滑台b（25）、Z向滑台b（26）、气动滑台（27）、点胶模块（28）、激光测距仪连接板（29）、旋钮a（30）、点胶模块安装块（31）、激光测距仪（32）；X向滑台b（25）和Z向滑台b（26）垂直连接，相机模块安装板（23）安装于Z向滑台b（26）上；相机（22）和气动滑台（27）分别固定于相机模块安装板（23）上；相机（22）通过相机连接角铝（24）固定，其一端安装环形光源（21），实现图像采集过程中提供光源；气动滑台（27）与外部气路相连接，其上固定点胶模块（28），令点胶模块（28）运动至指定位置进行点胶；点胶模块（28）与外部点胶设备相连接实现待装配零件b的自动点胶；激光测距仪（32）、点胶模块安装块（31）、旋钮a（30）、激光测距仪连接板（29）和点胶模块（28）依次连接，激光测距仪连接板（29）用于检测点胶模块（28）与待装配零件b距离，确保点胶过程的准确性；

装配体（53）包括上料支架（74）、锁紧底板（75）、压紧架（76）、压紧架固定板（77）；上料支架（74）装配前放置于上料平台模块（68）之上，实现装配体（53）的定位和待装配零件a的固定，装配过程中通过两侧凹槽和球头柱塞b（48）配合实现装配体（53）定位；锁紧底板（75）放置于上料支架（74）的凹槽之中，用于固定压紧架固定板（77）和待装配零件b；压紧架固定板（77）固定于锁紧底板（75）之上，两侧结构对称用于装配前后压紧架（76）的固定；压紧架（76）通过其中的吸附孔和吸附接头（18）配合用于装配过程中待装配零件a的吸附以及依靠自身重力实现装配后的锁紧；

所述的集成点胶与锁紧的微小零件装置的装配方法，包括步骤如下：

第一步，上料平台模块（68）中的装配体（53）上料，通过上料手臂模块（72）的电动夹爪（63）夹持装配体（53），分别将锁紧底板（75）和上料支架（74）放置于作业工作台模块（71）和上料转台模块（70）上；

第二步，装配作业模块（69）中的作业机械臂运动至装配体（53）上方，通过压紧气缸（13）下压和针形气缸（19）带动移动定位块（17）前移的方式分别给予压紧架（76）接触面顶面和侧面方向的作用力，实现压紧架（76）的锁紧，锁紧后通过外部气路控制吸附接头（18）和压紧架（76）中的吸附孔相配合，实现对待装配零件a的真空吸附；

第三步，精密测量及点胶模块（73）中的相机（22）对待装配零件b的位姿进行检测，检测完毕后激光测距仪（32）对点胶模块（28）和待装配零件b之间的距离进行测量，测量完毕后通过外部点胶设备向点胶模块（28）加压，实现自动点胶功能；

第四步，精密测量及点胶模块（73）中的相机（22）对待装配零件a的位姿进行检测，检测完毕后装配作业模块（69）运动至待装配零件b上方，相机（22）对压紧架（76）所吸附的待装配零件a再次进行位姿检测，检测完毕后装配作业模块（69）下压进行装配，通过力传感器（20）控制下压力到指定数值后完成零件的装配，通过压紧架（76）自身重力压住待装配零件a和待装配零件b，实现装配后的锁紧；

第五步，装配体（53）下料，通过上料手臂模块（72）的电动夹爪（63）夹持装配体（53），将锁紧底板（75）放回上料支架（74）上，将装配体（53）整体放置于上料平台模块（68）上，完成整个装配过程。

2.根据权利要求1所述的集成点胶与锁紧的微小零件装配装置，其特征在于，所述装配体（53）设置二十套。