CN116532967A - 一种在线柔性自动压装设备 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种在线柔性自动压装设备,该在线柔性自动压装设备,包括顶升定位单元、压装单元、运动压杆单元、压头快换单元、辅助上料机器人、控制系统。该设备部署在生产线上,当工件工装托盘传输至压装位时,通过顶升定位单元使工件托盘离开生产线并实现精确定位,在自动识别产品类型和型号后,控制系统调取产品的压装工艺,运动压杆单元通过压头快换单元更换匹配压头,由辅助上料机器人实现成附件的上料和定位,运动压杆单位移动完成压头的定位,进而通过伺服压装单位完成成附件的压装。该设备柔性很强,能够在线全自动实现不同类型、不同型号或同一产品上不同成附件的压装工序,且设备结构紧凑重量轻,自动化程度高,数字化程度高,装配效率高,能够实现精密压装工艺。
Description
技术领域
本发明是一种在线柔性自动压装设备,属于智能制造技术领域。
背景技术
压装工艺是加工生产中的常见工艺。传统的压装设备为单轴型或四柱式压装机,采用液压或气动为动力源,需要人工将工件工装放入机器,将压装工件定位后,通过按钮启动设备完成压装,过程完全依赖人工且压装力和行程均不可控,无法实现精密压装和自动化、数智化。一些新型的压装设备采用了伺服电缸替代液压缸和气缸,通过集成传感器可以实现压装工艺的精确控制,为了进一步实现自动化,会在压装工位上配备多个压装电缸完成压装,例如一些汽车的自动化生产线采用了这样的方式,但存在的问题是只能够实现自动化,但没有柔性、无法实现快速换产;一些智能生产线为了解决柔性的问题,将压装模块安装在运动模组上实现定位,但由于压装力较大,能够承受1t以上压装力的运动模组非常庞大且定位精度低,造成这些压装设备体积庞大、重量重,且无法很好的实现压头换型,通常只能应用在大型工件的自动化生产线中,且只能完成少量几种压装工艺接近的同类产品的换型;另外一些智能生产线,在机械臂末端安装压装模块实现精确定位,但由于机械臂的载重量一般不大,无法实现1t以上的压装力,因此能够适应的压装场景比较窄。
目前的压装设备的柔性都存在着局限性,无法在线全自动完成不同类型、不同型号或同一产品上不同成附件的压装工序,且一般结构尺寸庞大、重量重,应用场景受限。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在在的不足而设计提供了提供了一种在线柔性自动压装设备,其目的是提高该设置的柔性,使其能够在线全自动实现不同类型、不同型号或同一产品上不同成附件的压装工序,且设备结构紧凑重量轻,自动化程度高,数字化程度高,装配效率高,能够实现精密压装工艺。
本发明的技术解决方案是:
该种在线柔性自动压装设备,该设备包括顶升定位单元1、压装单元2、运动压杆单元3、压头快换单元4、辅助上料机器人5、控制系统6,该设备部署在生产线7上,对接皮带线、倍速链线或滚筒线,其特征在于:
所述的顶升定位单元1安装在位于压装位的底部,包括扫描器11、顶升气缸12、支架13、支撑结构14、导向轴15、定位结构16,扫描器11安装于压装位底部,顶升气缸12通过支架13与压装单元的承力支架24连接,顶升气缸12托举支撑结构14通过导向轴15的导向实现升降,从而将工件工装托盘8顶升离开生产线7,支撑结构14上安装定位结构16,采用销孔式或球窝式具有导向定位功能的结构,实现工件工装托盘8的精确定位;当工件工装托盘8传输至压装位时,通过所述的顶升定位单元1将工件工装托盘8顶升离开生产线7以避免生产线7承受压装载荷,并实现精确定位,同时通过底部安装扫描器11识别产品类型或型号;
所述的压装单元2包括电动缸21、位移传感器22、压力传感器23、压板24、导向轴25、承力支架26,其中:电动缸21采用电动驱动的方式以实现精确定位,内部的位移传感器22配合电动缸21实现±0.02mm的重复定位精度,内部的压力传感器23配合电动缸21实现优于1%F.S的压装力精确控制;承力支架26连接电动缸21和顶升定位单元,采用方形钢组件,承受压装支反力以提供足够的结构刚度;电动缸21的输出轴连接压板24通过导向轴25的导向实现升降,配合运动压杆单元实现精密压装工艺;
所述的运动压杆单元3包括X方向运动模组31、Y方向运动模组32、压杆33、导向滑套支架34、辅助导轨35、压头固定结构36,其中:X方向运动模组31和Y方向运动模组32固定在承力支架26上,驱动电机为步进电机或伺服电机驱动丝杠螺母机构或齿轮齿条机构实现压杆33的精确定位;导向滑套支架34固定在X、Y方向运动模组31、32的末端,压杆33穿过导向滑套支架34并能够上下滑动,辅助导轨35固定在压板24上,确保压杆33在压装过程中保持垂直方向的稳定性,压头固定结构36固定在压杆33末端,采用快换结构的方式连接压头41以配合压头快换单元实现快速换型;所述的运动压杆单元3通过控制系统6调用产品工规,通过X方向运动模组31和Y方向运动模组对压杆33的精确定位,配合压头快换单元4实现压头41的自动更换并配合压装单元2实现自动压装工艺;
所述的压头快换单元4包括多型压头41、固定支架42,固定支架42固定在压装位外侧,用于放置压头41以提供支撑力并约束住压头41的轴向;快速换型时,X方向运动模组31和Y方向运动模组对压杆33首先带动压杆33移动到压头快换单元上方,压装单元2带动压头41放入固定支架42的槽内,然后水平移动使压头固定结构36滑出,移动到压装需要的压头41的旁边,通过水平运动利用固定支架42的轴向约束力使压头固定结构36滑入并固定,最后在压装单元2的带动下上升,将压头41取出,实现压头的快速换型;
所述的辅助上料机器人5安装在工站侧面,包括机械臂51、手抓快换机构52、手抓53和视觉定位装置54,其中:机械臂51固定在设备旁的支架上,手抓快换机构52能够实现不同型号成附件抓取需求的手抓53的快速高精度更换定位和电气能源的快速连接,以适应不同尺寸外形压装成附件的抓取需求,视觉定位装置54安装在机械臂51的末端,成附件放置在辅助上料机器人旁边并通过料车、料架或振动盘上料;辅助上料机器人5先通过视觉定位装置54对压装成附件进行识别和定位,再通过手抓53抓取压装成附件,在机械臂51带动下将压装成附件精确定位放置到工件的压装孔或轴上。
实施时,所述生产线7为连续输送型或脉动输送型。
实施时,所述扫码器11为二维码扫码器。
实施时,所述电动缸21的输出压装力≮1t。
实施时,所述位移传感器22为拉杆式传感器,其形式是光电式、电位计式或电感式。
实施时,所述的压力传感器23为载重压力传感器,其形式是压阻型、压电型、电磁型或电容式。
实施时,所述的机械臂51为6轴机械臂、4轴机械臂或SCARA机械臂,定位精度达到0.05mm。
实施时,所述的手抓53为电动手指型、气动手指型或气动柔性型。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
采用压装单元配合运动压杆单元完成压头的精确定位的方案,而不采用运动机构带动压装单元实现定位的方案,能够保证运动模组不承受压装力,是的设备兼顾了压头高精度定位、压装力≮1t、设备结构紧凑重量轻几项重要技术需求,从而实现几乎所有智能产线应用场景的,在线全自动不同类型、不同型号或同一产品上不同成附件的精密压装;
通过压头快换单元实现了压头的在线快速换模,可进一步提升设备的柔性,适应不同产品、成附件的压装需求;
采用辅助上料机械手完成压装成附件的精确定位,可进一步提升设备压装工艺的柔性,适应不同的压装成附件的抓取定位需求。
附图说明
图1本发明一种在线柔性自动压装设备外观总图;
图2本发明顶升定位单元部装图;
图3本发明压装单元部装图;
图4本发明运动压杆单元部装图;
图5本发明压头固定结构细节图;
图6本发明压头快换单元部装图;
图7本发明辅助上料机器人部装图;
具体实施方式
为了更好的理解本申请的技术方案,下面具体实施例并结合附图对本发明进行详细描述。
在本发明实施例中提供了一种在线柔性自动压装设备,它的柔性很强,能够在线全自动实现不同类型、不同型号或同一产品上不同成附件的压装工序,且设备结构紧凑重量轻,自动化程度高,数字化程度高,装配效率高,能够实现精密压装工艺,请参考图1至图7所示。
如图1所示,该种在线柔性自动压装设备,本实施例的设备安装在倍速链生产线上,包括顶升定位单元1、压装单元2、运动压杆单元3、压头快换单元4、辅助上料机器人5、控制系统6。
如图2所示,顶升定位单元1安装在位于压装位的底部,包括扫描器11、顶升气缸12、支架13、支撑结构14、导向轴15、定位结构16。本实施例的扫码器11为二维码扫码器,安装于压装位底部,通过触发扫描工件工装托盘8底部的二维码信息,对应的产品类型或型号进行自动识别。顶升气缸12通过支架与压装单元的承力支架13连接。顶升气缸12托举支撑结构14通过导向轴15的导向实现升降,从而将工件工装托盘8顶升离开生产线7。支撑结构14上安装定位结构,本实施例采用球窝式结构,具有导向定位功能的结构,实现工件工装托盘的精确定位。
如图3所示,压装单元2包括电动缸21、位移传感器22、压力传感器23、压板24、导向轴25、承力支架26。本实施例电动缸21采用丝杠螺母运动机构和伺服电机,能够实现输出轴运动的精确定位,输出压装力≮1t。本实施例的位移传感器22采用光电拉杆式传感器,配合电动缸21可以实现±0.02mm的重复定位精度。本实施例的压力传感器23采压电型压力传感器,配合配合电动缸21可以实现优于1%F.S的压装力精确控制。承力支架26连接电动缸21和顶升定位单元1,采用方形钢组件,承受压装支反力,提供足够的结构刚度。电动缸21的输出轴连接压板24,通过4根导向轴25的导向实现升降,配合运动压杆单元3实现自动压装工艺。
如图4所示,运动压杆单元3包括X方向运动模组31、Y方向运动模组32、压杆33、导向滑套支架34、辅助导轨35、压头固定结构36。本实施例的X、Y方向运动模组31、32,采用伺服电机驱动的滚珠丝杠机构,可实现±0.02mm的重复定位精度,实现压杆33的精确定位。导向滑套支架34固定在X、Y方向运动模组31、32的末端,压杆33穿过导向滑套支架34,在压装单元的带动下实现上下滑动。辅助导轨35固定在压板24上,确保压杆33在压装过程中保持垂直方向的稳定性。压头固定结构36固定在压杆33末端,本实施例采用T型槽的快换结构连接压头41,如图5所示,配合压头快换单元4实现压头快速换型。
如图6所示,压头快换单元4包括多型压头41、固定支架42。其中,固定支架42安装在压装位外侧,用于放置多型压头41,除了提供支撑力外还约束住压头41的轴向方向,以便配合运动压杆单元实现压头的快速换型。
如图7所示,辅助上料机器人包括机械臂51,手抓快换机构52、手抓53、视觉定位装置54。机械臂51固定在设备旁的支架上,本实施例采用6轴式机械臂,定位精度达到0.05mm。手抓快换机构52可以实现不同型号手抓53的快速高精度更换定位,同时实现电气能源的快速连接,从而适应不同尺寸外形压装成附件的抓取需求。本实施例的手抓53选用电动手指型手抓,能够调节抓取尺寸,在一定范围内适应不同的成附件抓取需求。视觉定位装置54安装在机械臂51的末端,实现对料车上的压装成附件进行识别和定位,配合手抓53的抓取动作。
下面对本具体实施例的作业流程进行描述:
第1步,当工件工装托盘8通过生产线传输至一种在线柔性自动压装设备时,顶升气缸12托举支撑结构14抬升,将工件工装托盘8顶升离开生产线7,避免生产线7在压装过程承受压装载荷,并通过定位结构15对工件工装托盘8实现导向和精确定位。然后,扫码器11扫描工件工装托盘8底部的二维码,对该工件工装托盘8对应的产品类型或型号进行自动识别,并上传至控制系统6,控制系统6根据上传的产品类型或型号调出对应的工艺工规。
第2步,控制系统6根据当前待待压装产品的工艺工规,控制X、Y方向运动模组31、32,带动压杆33移动到压头快换单元4上方。在压装单元2的带动下将压头41放入固定支架42的槽内,然后水平移动利用固定支架42的轴向约束力使压头固定结构36滑出,接着再移动到压装需要的压头41的旁边,通过水平运动利用固定支架42的轴向约束力使压头的压头固定结构36滑入定位,最后再通过压装单元2的带动上升,将压头41取出,实现压头的快速换型。
第3步,控制系统6根据当前待待压装产品的工艺工规,控制机械臂51通过手抓快换机构52,完成适配手抓53的更换。通过视觉定位装置54对料车上的压装成附件进行识别和定位,通过手抓53抓取压装成附件,然后在机械臂51带动下,将压装成附件精确定位放置到待压装产品的压装孔或轴上。
第4步,控制系统6根据当前待待压装产品的工艺工规,控制X、Y方向运动模组31、32,将压杆33精确移动定位到压装成附件的上方。控制电动缸21伸长,通过压板24→辅助导轨35→压杆33→压头固定结构36→压头41的方式,将压装力传递至压装成附件和产品上,同时通过位移传感器22和压力传感器23对压装行程和压装力进行闭环反馈控制,从而实现精密压装。
重复第2步至第4步,直至完成所有的压装工艺。
第5步,顶升定位单元1下降,将工件工装托盘8重新放回生产线7上继续传送到下一个工站。
Claims (8)
1.一种在线柔性自动压装设备,该设备包括顶升定位单元(1)、压装单元(2)、运动压杆单元(3)、压头快换单元(4)、辅助上料机器人(5)、控制系统(6),该设备部署在生产线(7)上,对接皮带线、倍速链线或滚筒线,其特征在于:
所述的顶升定位单元(1)安装在位于压装位的底部,包括扫描器(11)、顶升气缸(12)、支架(13)、支撑结构(14)、导向轴(15)、定位结构(16),扫描器(11)安装于压装位底部,顶升气缸(12)通过支架(13)与压装单元的承力支架(24)连接,顶升气缸(12)托举支撑结构(14)通过导向轴(15)的导向实现升降,从而将工件工装托盘(8)顶升离开生产线(7),支撑结构(14)上安装定位结构(16),采用销孔式或球窝式具有导向定位功能的结构,实现工件工装托盘(8)的精确定位;当工件工装托盘(8)传输至压装位时,通过所述的顶升定位单元(1)将工件工装托盘(8)顶升离开生产线(7)以避免生产线(7)承受压装载荷,并实现精确定位,同时通过底部安装扫描器(11)识别产品类型或型号;
所述的压装单元(2)包括电动缸(21)、位移传感器(22)、压力传感器(23)、压板(24)、导向轴(25)、承力支架(26),其中:电动缸(21)采用电动驱动的方式以实现精确定位,内部的位移传感器(22)配合电动缸(21)实现±0.02mm的重复定位精度,内部的压力传感器(23)配合电动缸(21)实现优于1%F.S的压装力精确控制;承力支架(26)连接电动缸(21)和顶升定位单元,采用方形钢组件,承受压装支反力以提供足够的结构刚度;电动缸(21)的输出轴连接压板(24)通过导向轴(25)的导向实现升降,配合运动压杆单元实现精密压装工艺;
所述的运动压杆单元(3)包括X方向运动模组(31)、Y方向运动模组(32)、压杆(33)、导向滑套支架(34)、辅助导轨(35)、压头固定结构(36),其中:X方向运动模组(31)和Y方向运动模组(32)固定在承力支架(26)上,驱动电机为步进电机或伺服电机驱动丝杠螺母机构或齿轮齿条机构实现压杆(33)的精确定位;导向滑套支架(34)固定在X、Y方向运动模组(31、32)的末端,压杆(33)穿过导向滑套支架(34)并能够上下滑动,辅助导轨(35)固定在压板(24)上,确保压杆(33)在压装过程中保持垂直方向的稳定性,压头固定结构(36)固定在压杆(33)末端,采用快换结构的方式连接压头(41)以配合压头快换单元实现快速换型;所述的运动压杆单元(3)通过控制系统(6)调用产品工规,通过X方向运动模组(31)和Y方向运动模组对压杆(33)的精确定位,配合压头快换单元(4)实现压头(41)的自动更换并配合压装单元(2)实现自动压装工艺;
所述的压头快换单元(4)包括多型压头(41)、固定支架(42),固定支架(42)固定在压装位外侧,用于放置压头(41)以提供支撑力并约束住压头(41)的轴向;快速换型时,X方向运动模组(31)和Y方向运动模组对压杆(33)首先带动压杆(33)移动到压头快换单元上方,压装单元(2)带动压头(41)放入固定支架(42)的槽内,然后水平移动使压头固定结构(36)滑出,移动到压装需要的压头(41)的旁边,通过水平运动利用固定支架(42)的轴向约束力使压头固定结构(36)滑入并固定,最后在压装单元(2)的带动下上升,将压头(41)取出,实现压头的快速换型;
所述的辅助上料机器人(5)安装在工站侧面,包括机械臂(51)、手抓快换机构(52)、手抓(53)和视觉定位装置(54),其中:机械臂(51)固定在设备旁的支架上,手抓快换机构(52)能够实现不同型号成附件抓取需求的手抓(53)的快速高精度更换定位和电气能源的快速连接,以适应不同尺寸外形压装成附件的抓取需求,视觉定位装置(54)安装在机械臂(51)的末端,成附件放置在辅助上料机器人旁边并通过料车、料架或振动盘上料;辅助上料机器人(5)先通过视觉定位装置(54)对压装成附件进行识别和定位,再通过手抓(53)抓取压装成附件,在机械臂(51)带动下将压装成附件精确定位放置到工件的压装孔或轴上。
2.根据权利要求1所述的在线柔性自动压装设备,其特征在于:所述生产线(7)为连续输送型或脉动输送型。
3.根据权利要求1所述的在线柔性自动压装设备,其特征在于:所述扫码器(11)为二维码扫码器。
4.根据权利要求1所述的在线柔性自动压装设备,其特征在于:所述电动缸(21)的输出压装力≮1t。
5.根据权利要求1所述的在线柔性自动压装设备,其特征在于:所述位移传感器(22)为拉杆式传感器,其形式是光电式、电位计式或电感式。
6.根据权利要求1所述的在线柔性自动压装设备,其特征在于:所述的压力传感器(23)为载重压力传感器,其形式是压阻型、压电型、电磁型或电容式。
7.根据权利要求1所述的在线柔性自动压装设备,其特征在于:所述的机械臂(51)为6轴机械臂、4轴机械臂或SCARA机械臂,定位精度达到0.05mm。
8.根据权利要求1所述的在线柔性自动压装设备,其特征在于:所述的手抓(53)为电动手指型、气动手指型或气动柔性型。
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2023
- 2023-04-27 CN CN202310470656.9A patent/CN116532967A/zh active Pending
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