CN116551282A - 一种导管柔性装配平台及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种导管柔性装配平台及装配方法,该装配平台包括底座、至少两个设置在底座上的六轴移动单元、连接在六轴移动单元末端用于夹持导管或导管配件的工装、设置在六轴移动单元上方的跟踪系统以及控制台，六轴移动单元、跟踪系统分别与控制台电连接。本发明的导管柔性装配平台和装配方法通过控制台和跟踪系统的配合对六轴移动单元的末端位置进行精确控制，从而为导管的装配提供精确定位，大大提高了导管装配过程的效率和精度。

Description

一种导管柔性装配平台及装配方法

技术领域

本发明涉及导管装配焊接技术领域，具体涉及一种导管柔性装配平台及装配方法。

背景技术

导管作为输送流体介质的通道，在航空航天，船舶，汽车领域都有广泛的应用，导管具有空间形状复杂，加工制造要求精度高等技术难点，在实际制造过程中针对预制类导管的装焊需定制专用工装，导致工装数量庞大，对于取样类导管的制造更为困难，目前管路取样均采用人工现场测量的方式完成，取样回据精度差，管路制造完成后与实物配合误差非常大，需反复锉修，工序繁琐，制造效率和精度都很低，难以满足导管装配制造需求。

发明内容

为了解决目前导管装配制造过程中效率低、精度差的问题，本发明提出了一种导管柔性装配平台，包括底座、至少两个设置在所述底座上的六轴移动单元、连接在所述六轴移动单元末端用于夹持导管或导管配件的工装、设置在所述六轴移动单元上方的跟踪系统以及控制台；所述六轴移动单元、跟踪系统分别与所述控制台电连接。

优选的，所述六轴移动单元为三移动及三转动结构，所述三移动分别为X运动轴、Y运动轴和Z运动轴，且每两组所述六轴移动单元共用一个所述X运动轴。

优选的，所述导管柔性装配平台还包括滑动布置在所述底座上的辅助支撑。

优选的，所述X运动轴包括两条平行的滑轨组件、与两条所述滑轨组件垂直滑动连接的连接轴组件、与所述连接轴组件连接的X轴执行器以及固定在所述底座上且与所述滑轨组件平行设置的光栅尺；所述Y运动轴平行连接在所述连接轴组件的上方，所述X轴执行器和光栅尺分别与所述控制台电连接。

优选的，所述滑轨组件包括固定在所述底座上的X轴滑轨滑块和齿条，所述连接轴组件包括长连接轴、固定连接在所述长连接轴两端的两个支撑座和套设在所述长连接轴上的两个齿轮，所述两个齿轮分别与两个所述齿条啮合连接，所述两个支撑座分别与两个所述X轴滑轨滑块滑动连接；所述光栅尺与其中一个所述支撑座连接。

优选的，所述Y运动轴包括Y轴安装座和与所述Y轴安装座滑动连接的Y轴移动件，所述Y轴安装座连接在所述两个支撑座的上方，所述Z运动轴连接在所述Y轴移动件的上方。

优选的，所述三转动分别为第四轴、第五轴和第六轴；所述第四轴与所述Z运动轴连接；所述第五轴分别与所述第四轴和第六轴连接；所述第六轴与所述工装连接。

优选的，所述第四轴包括与所述Z运动轴连接的转轴、分别与所述转轴连接的四轴角度传感器和四轴执行器；所述四轴执行器和四轴角度传感器分别与所述控制台电连接。

基于同一发明思路，本发明还提出一种采用所述导管柔性装配平台进行导管装配的方法，所述方法包括：

对导管接口的位置数据进行采样，获得导管接口采样数据；

控制台基于所述导管接口采样数据计算所述六轴移动单元的末端位置坐标，并根据所述末端位置坐标控制所述六轴移动单元移动至相应位置上；

由所述跟踪系统对所述六轴移动单元的末端实际位置进行监测，并将监测数据发送至所述控制台；

所述控制台根据所述监测数据将所述六轴移动单元的末端位置调整至准确位置；

将导管安装到所述工装上进行装配。

优选的，将导管安装到所述工装上进行装配包括：将导管的端部固定在所述工装上与其它管段进行点焊；将导管取下进行满焊；将满焊后的导管放至所述工装进行比对，直至全部焊接完成。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的一种导管柔性装配平台,通过控制台控制六轴移动单元的移动，由跟踪系统对六轴移动单元的末端位置进行实时监测，并将监测数据反馈给控制台，从而使六轴移动单元的末端到达预定位置；本发明的导管装配方法采用导管柔性装配平台，利用控制台基于导管接口采样数据计算导管的末端位置坐标，并控制六轴移动单元移动至相应位置，通过跟踪系统对六轴移动单元的末端位置进行实时监测，并将监测数据反馈给控制台，控制台根据监测数据对六轴移动单元的末端位置进行调整，使其到达准确位置，最后固定导管完成装配。本发明的导管柔性装配平台及装配方法通过控制台和跟踪系统的配合对六轴移动单元的末端位置进行精确控制，从而为导管的装配提供精确定位，大大提高了导管装配过程的效率和精度。

附图说明

图1为本发明的导管柔性装配平台的整体结构图；

图2为本发明的导管柔性装配平台的底座与六轴移动单位结构图；

图3为本发明的导管柔性装配平台的X运动轴、Y运动轴和Z运动轴的结构图；

图4为本发明的导管柔性装配平台的第四轴、第五轴、第六轴结构图；

图5为本发明的导管柔性装配平台的底座结构图；

图6为本发明的一种导管柔性装配方法的流程图；

附图标记：1、控制台；2、护栏；3、安全门；4、外踏板；5、内踏板；6、六轴移动单元；7、工装；8、跟踪系统；9、辅助支撑；10、跟踪系统支撑架；11、底座；12、X运动轴；13、Y运动轴；14、Z运动轴；15、第四轴；16、第五轴；17、第六轴；18、X轴滑轨滑块；19、齿条；20、齿轮；21、长连接轴；22、光栅尺；23、X轴执行器；24、X轴执行器连接座；25、安装底板；26、支撑座；27、护板；28、四轴固定座；29、四轴执行器；30、四轴减速器；31、转轴；32、四轴角度传感器；33、U型座；34、五轴执行器；35、旋转座；36、短连接轴；37、五轴角度传感器；38、六轴执行器固定座；39、六轴执行器；40、绝缘板；41、轴承；42、防护隔板。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

如图1和图2所示，本发明提供一种导管柔性装配平台，该平台包括底座11、至少两个设置在底座11上的六轴移动单元6、连接在六轴移动单元6末端用于夹持导管或导管配件的工装7、设置在六轴移动单元6上方的跟踪系统8以及控制台1；六轴移动单元6和跟踪系统8分别与控制台1电连接。

六轴移动单元6为三移动和三转动结构，由三个移动轴和三个转动轴组成，各个移动单元之间相互独立运行。如图2所示，三个移动轴分别为X运动轴12、Y运动轴13和Z运动轴14。本实施例中，六轴移动单元6设有四组，每两组六轴移动单元6共用一套X轴方向移动自由度，且每两组六轴移动单元6在X方向的移动互相独立，系统可根据使用情况在X方向通过增加六轴移动单元6以实现拓展功能。控制台1对六轴移动单元6采用三移动、三转动的控制模式，控制逻辑简单，控制方便，固定连接在六轴移动单元6末端的工装7具备快速拆装的功能，可满足不同规格导管的装焊要求，兼容性非常高。

该导管柔性装配平台的底座11周围还设置有护栏2和跟踪系统支撑架10，控制台1位于护栏2外侧，护栏2的入口处设置有安全门3，并设有安全光幕3，四组六轴移动单元6分别固定于底座11之上，底座11上固定有内踏板5，内踏板5的外围设有外踏板4。跟踪系统支撑架10布置于外踏板4的边缘处，跟踪系统8安装在跟踪系统支撑架10上，用于对工装7的空间位置进行实时跟踪和监控。跟踪系统8包括安装在跟踪系统支撑架10上的多个摄像装置，该导管柔性装配平台还设有防护隔板42，多个摄像装置布置于防护隔板42内。跟踪系统8与六轴移动单元6采用同一个全局坐标系，可实时监测六轴移动单元6的末端位置和姿态，并将监测数据及时反馈至控制台1，控制台1根据监测数据对各个六轴移动单元6的末端位置和姿态进行实时调整，从而使得六轴移动单元6的末端绝对精度高且空间位姿值数据可靠。

该导管柔性装配平台还设有辅助支撑9，用来对导管装配中的某些特殊部位进行辅助支撑，辅助支撑9可以在外踏板4及内踏板5上进行任意位置移动，辅助支撑9可以采用支撑杆、支撑座等。

如图3所示，X运动轴12由两条平行的滑轨组件、与两条滑轨组件垂直滑动连接的连接轴组件、与连接轴组件连接的X轴执行器23以及固定在底座11上且与滑轨组件平行设置的光栅尺22组成。每条滑轨组件均包括固定在底座11上的X轴滑轨滑块18和齿条19，齿条19位于X轴滑轨滑块18一侧，连接轴组件包括长连接轴21、固定连接在长连接轴21两端的两个支撑座26和套设在长连接轴21上的两个齿轮20，两个齿轮20分别与两个齿条19啮合连接，支撑座26的底面设有与X轴滑轨滑块18配合的滑槽，因此支撑座26可在X轴滑轨滑块18上滑动。X轴执行器23连接在长连接轴21的一端，并与控制台1电连接，由控制台1向X轴执行器23发出移动指令，通过齿轮20与齿条19的啮合转动带动支撑座26在X轴滑轨滑块18上直线移动，从而实现六轴移动单元6在X方向的运动。光栅尺22与左侧的支撑座26固定连接，并与控制台1电连接，用于将检测到的六轴移动单元6在X方向的实际位移发送给控制台1。

Y运动轴13平行连接在连接轴组件的上方。Y运动轴13包括连接在两个支撑座26的上方的Y轴安装座、与Y轴安装座滑动连接的Y轴移动件以及与Y轴移动件连接的Y轴执行器，Z运动轴14固定在Y运动轴13的输出端，包括竖直连接在Y轴移动件上方的Z轴安装座、与Z轴安装座滑动连接的Z轴移动件以及与Z轴移动件连接的Z轴执行器。Y轴执行器和Z轴执行器均与控制台1电连接，分别在控制台1的指令作用下实现六轴移动单元6在Y方向和Z方向的移动。Y运动轴13和Z运动轴14均可使用滑轨滑块与丝杆结合的结构。Z运动轴14的外侧周围还可设有带有观察窗口的保护罩板，在提供保护作用的同时便于观察工作运动情况。本实施例中，Y轴安装座为板件制成的长方体，Y轴安装座的安装底板25上方两侧固定有护板27，Y轴执行器位于Y轴安装座的端部一侧，X运动轴12还设有X轴执行器连接座24，支撑座26与X轴执行器连接座24固定在安装底板25的下侧，X轴执行器23固定在X轴执行器连接座24的一端。

如图2所示，六轴移动单元6的三个转动轴分别为第四轴15、第五轴16和第六轴17，第四轴15固定在Z运动轴14的输出端，第六轴17与工装7连接。如图4所示，该导管柔性装配平台还包括用于连接第四轴15、第五轴16和第六轴17的连接件，连接件包括U型座33、旋转座35和短连接轴36。第四轴15主要包括连接在Z轴移动件一端的转轴31以及分别与转轴31连接的四轴角度传感器32和四轴执行器29，四轴执行器29和四轴角度传感器32分别与控制台1电连接。第四轴15还包括固定在Z轴移动件一端的四轴固定座28和连接在四轴执行器29和转轴31之间的四轴减速器30，四轴减速器30一端固定在四轴固定座28上，另一端连接有四轴执行器29，U型座33固定在四轴减速器30的输出端，四轴角度传感器32一端与U型座33连接，另一端与转轴31连接。

第五轴16包括分别固定在U型座33两端的五轴执行器34和五轴角度传感器37，旋转座35一端与五轴执行器34的输出端连接，另一端与短连接轴36相连接，短连接轴36的右端通过轴承41与U型座33连接，轴承41可以是滚动轴承。

第六轴17包括六轴执行器固定座38和固定在六轴执行器固定座38上的六轴执行器39，六轴执行器39的输出端固定有绝缘板40，以避免设备运行时大电流对系统的冲击。四轴执行器29、五轴执行器34、和六轴执行器39分别与控制台1电连接，用于执行控制台1的运动指令，四轴角度传感器32和五轴角度传感器37分别与控制台1电连接，用于将六轴移动单元6的实际旋转角度发送给控制台1。

如图5所示，底座11的背面可采用蜂窝式加强筋结构，在保证强度的同时可以节省材料和重量，且降低材料成本。

该导管柔性装配平台的工作过程如下：

首先由人工根据取样回来的法兰接口的相对位置关系的数据导入控制台1，控制台1对此数据进行求解运算，得出各个六轴移动单元6的末端所应移动到的位置坐标，然后控制台1控制六轴移动单元6的末端移动到相应的坐标位置上。跟踪系统8对各个六轴移动单元6末端的工装7的位置进行跟踪，并将其准确位置反馈给控制台1。

控制台1根据跟踪系统8的反馈数据对各个六轴移动单元6的工装7的位置进行微调，并控制各个工装7最终到达准确位置。其中两个或三个六轴移动单元6末端的工装7可对导管末端法兰进行固定来确定导管的法兰位置，另外的六轴移动单元6代表可夹持固定位。

人工将管端部件固定在相应的六轴移动单元6末端的工装7上，然后依次拿取后续的管段进行点焊。将点焊完的管段拿下来进行满焊，然后再放置到工装7上比对，如此往复直到全部焊接完成，其中辅助支撑杆9用来对某些特殊部位进行辅助支撑。

本发明的导管柔性装配平台操作简单、结构紧凑新颖、自动化程度高，解决了导管在装配焊接过程中效率低、精度差的问题，尤其提高了中大直径导管的装配焊接效率与精度，同时节约了人工成本。平台采用柔性化设计方式，可根据不同导管的焊接装配要求摆出相应的定位姿态替代相应的专用工装，大大降低了导管装焊工装的数量和种类，同时也大幅降低了导管制造成本和制造使用面积，且平台的六轴移动单元可根据实际应用情况进行拓展，填补了导管柔性化定位装配焊接的空白。

实施例2：

一种采用实施例1所述的导管柔性装配平台进行导管装配的方法，如图6所示，该方法包括以下步骤：

对导管接口的位置数据进行采样，获得导管接口采样数据；

控制台1基于所述导管接口采样数据计算出各个六轴移动单元6的末端的位置坐标，并根据所述位置坐标控制所述各个六轴移动单元6移动至相应的位置上；

由所述跟踪系统8对所述六轴移动单元6的末端实际位置进行监测，并将监测数据发送至所述控制台1；

所述控制台1根据所述监测数据对所述六轴移动单元6的末端位置进行调整，控制所述六轴移动单元6移动至准确位置；

将导管安装到所述六轴移动单元6的末端进行焊接装配。

其中，将导管安装到六轴移动单元6的末端进行焊接装配具体为，人工将管端部件固定在相应的移动单元末端工装7上，然后依次拿取后续的管段进行点焊。将点焊完的管段拿下来进行满焊，然后再放置到移动单元末端工装上比对，如此往复指导全部焊接完成，辅助支撑9用来对某些特殊部位进行辅助支撑。

本方法操作简便、自动化程度高，提高了中大直径导管的装配焊接效率与精度，同时节约了人工成本。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种导管柔性装配平台，其特征在于，包括底座(11)、至少两个设置在所述底座(11)上的六轴移动单元(6)、连接在所述六轴移动单元(6)末端用于夹持导管或导管配件的工装(7)、设置在所述六轴移动单元(6)上方的跟踪系统(8)以及控制台(1)；所述六轴移动单元(6)、跟踪系统(8)分别与所述控制台(1)电连接。

2.如权利要求1所述的导管柔性装配平台，其特征在于，所述六轴移动单元(6)为三移动及三转动结构，所述三移动分别为X运动轴(12)、Y运动轴(13)和Z运动轴(14)，且每两组所述六轴移动单元(6)共用一个所述X运动轴(12)。

3.如权利要求1所述的导管柔性装配平台，其特征在于，所述导管柔性装配平台还包括滑动布置在所述底座(11)上的辅助支撑(9)。

4.如权利要求2所述的导管柔性装配平台，其特征在于，所述X运动轴(12)包括两条平行的滑轨组件、与两条所述滑轨组件垂直滑动连接的连接轴组件、与所述连接轴组件连接的X轴执行器(23)以及固定在所述底座(11)上且与所述滑轨组件平行设置的光栅尺(22)；所述Y运动轴(13)平行连接在所述连接轴组件的上方，所述X轴执行器(23)和光栅尺(22)分别与所述控制台(1)电连接。

5.如权利要求4所述的导管柔性装配平台，其特征在于，所述滑轨组件包括固定在所述底座(11)上的X轴滑轨滑块(18)和齿条(19)，所述连接轴组件包括长连接轴(21)、固定连接在所述长连接轴(21)两端的两个支撑座(26)和套设在所述长连接轴(21)上的两个齿轮(20)，所述两个齿轮(20)分别与两个所述齿条(19)啮合连接，所述两个支撑座(26)分别与两个所述X轴滑轨滑块(18)滑动连接；所述光栅尺(22)与其中一个所述支撑座(26)连接。

6.如权利要求5所述的导管柔性装配平台，其特征在于，所述Y运动轴(13)包括Y轴安装座和与所述Y轴安装座滑动连接的Y轴移动件，所述Y轴安装座连接在所述两个支撑座(26)的上方，所述Z运动轴(14)连接在所述Y轴移动件的上方。

7.如权利要求2所述的导管柔性装配平台，其特征在于，所述三转动分别为第四轴(15)、第五轴(16)和第六轴(17)；所述第四轴(15)与所述Z运动轴(14)连接；所述第五轴(16)分别与所述第四轴(15)和第六轴(17)连接；所述第六轴(17)与所述工装(7)连接。

8.如权利要求7所述的导管柔性装配平台，其特征在于，所述第四轴(15)包括与所述Z运动轴(14)连接的转轴(31)、分别与所述转轴(31)连接的四轴角度传感器(32)和四轴执行器(29)；所述四轴执行器(29)和四轴角度传感器(32)分别与所述控制台(1)电连接。

9.一种采用如权利要求1～8任一项所述的导管柔性装配平台进行导管装配的方法，其特征在于，所述方法包括：

对导管接口的位置数据进行采样，获得导管接口采样数据；

所述控制台(1)基于所述导管接口采样数据计算所述六轴移动单元(6)的末端位置坐标，并根据所述末端位置坐标控制所述六轴移动单元(6)移动至相应位置上；

由所述跟踪系统(8)对所述六轴移动单元(6)的末端实际位置进行监测，并将监测数据发送至所述控制台(1)；

所述控制台(1)根据所述监测数据将所述六轴移动单元(6)的末端位置调整至准确位置；

将导管安装到所述工装(7)上进行装配。

10.如权利要求9所述的导管柔性装配平台进行导管装配的方法，其特征在于，将导管安装到所述工装(7)上进行装配包括：将导管的端部固定在所述工装(7)上与其它管段进行点焊；将导管取下进行满焊；将满焊后的导管放至所述工装(7)进行比对，直至全部焊接完成。