CN116907366B - 螺丝锁紧度检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺丝锁紧度检测系统，其包括：测距传感器，其为多个且分布于自动打螺丝设备的刀头侧方，用于检测与产品之间的高差值；检测主机，其电连接于测距传感器，且用于电连接自动打螺丝设备；检测主机设置为：各个测距传感器的高差值分别记为h1、h2……；计算各个测距传感器的高差值与预先记录的标准高差H的差值，且分别记为d1、d2……；基于各个测距传感器的空间分布位置以及d1、d2……，于预先设置的三维坐标系中建立产品面；获取自动打螺丝设备对每个产品上螺丝时的扭力检测值；根据螺丝对应的产品面的姿态和位置分析实时的扭力检测值是否达标，并输出结果。本申请具有提高产品的螺丝锁紧效果，改善产品质量的效果。

Description

螺丝锁紧度检测系统

技术领域

本申请涉及紧固检测技术领域，尤其是涉及一种螺丝锁紧度检测系统。

背景技术

传统的，对于打螺丝依赖于手动进行，除了耗费人力较多外，速度也相对较慢。随着自动化产线和设备的普及，目前已经可以利用自动打螺丝设备（如：伺服电批）替代人工，减小人力占用并加快打螺丝效率。

然而，现有的自动打螺丝设备工作过程中，往往会出现螺丝未打紧的情况，以对玩具车底盘打螺丝为例：玩具车翻转，车底朝上放入工装后，自动打螺丝设备的刀头下降进行打螺丝。

在打螺丝过程中，因为玩具车大多可形变，车底盘往往会随着刀头的下压以及螺丝的打入而下沉，甚至另一端翘起，这导致即便自动打螺丝设备有扭力（矩）检测功能，也难以保障螺丝的锁紧度，不时出现螺丝未打紧的产品混入合格品中的情况。

发明内容

为了提高产品的螺丝锁紧效果，改善产品质量，本申请提供一种螺丝锁紧度检测系统。

本申请提供一种螺丝锁紧度检测系统，采用如下的技术方案：

一种螺丝锁紧度检测系统，包括：

测距传感器，其为多个且分布于自动打螺丝设备的刀头侧方，用于检测与产品之间的高差值；以及，检测主机，其电连接于测距传感器，且用于电连接自动打螺丝设备；

其中，所述检测主机设置为：

各个测距传感器的高差值分别记为h1、h2……；

计算各个测距传感器的高差值与预先记录的标准高差H的差值，且分别记为d1、d2……；

基于各个测距传感器的空间分布位置以及d1、d2……，于预先设置的三维坐标系中建立产品面；

获取自动打螺丝设备对每个产品上螺丝时的扭力检测值；

根据螺丝对应的产品面的姿态和位置分析实时的扭力检测值是否达标，并输出结果。

可选的，述检测主机根据螺丝对应的产品面的姿态和位置分析实时的扭力检测值是否达标，其包括：

若扭力检测值在T1时刻符合预设的标准扭力Fn，则获取T1时刻的产品面；

计算当前的产品面与预先记录的标准产品面的相似度，如果相似度低于阈值，则判定为不达标。

可选的，所述检测主机根据螺丝对应的产品面的姿态和位置分析实时的扭力检测值是否达标，其包括：

获取进行螺丝打入产品前的产品面，记为前作业面；

获取螺丝打入产品后的产品面，记为后作业面；

计算前作业面与后作业面的高差，得到数据集S1；

取数据集S1中的最大值，记为沉降量；

将差值在允许范围的沉降量所对应的螺丝的扭力检测值进行比较，如果一致，则基于历史分析结果确定当前螺丝的锁紧分析结果。

可选的，所述检测主机设置为：

根据螺丝孔的位置、开始打螺丝后的产品面与水平面的角度差计算螺丝孔的实时朝向；

计算当前螺丝孔和Z轴的夹角α；

基于夹角α校正标准扭力检测值。

可选的，定义真实扭力检测值为FN，且FN=Kf，其中K为夹角α对扭力检测值的影响比例，f为当前的扭力检测值，k=1-α/90°。

可选的，还包括摄像头，所述摄像头用于拍摄待打螺丝的产品图像；所述检测主机设置为：

对产品图像中的螺丝孔进行识别，得到匹配的螺丝型号一；

对产品图像中的打入的螺丝进行识别，得到螺丝型号二；

判断螺丝型号一与螺丝型号二是否一致，如果不一致，则输出螺丝错误提示。

可选的，所述检测主机设置为：根据螺丝的型号查找预先设置的数据库，得到匹配的打螺丝控制参数；其中，所述打螺丝控制参数包括标准扭力Fn、螺丝牙数和/或打螺丝的转动圈数。

可选的，所述检测主机设置为：

获取自动打螺丝设备对每个产品上螺丝时的电机转速；

判断电机转速是否符合标准转速，如果否，且输出电机转速异常提示。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：不再只是根据固定的扭力检测值来确定螺丝是否锁紧，还考虑了打螺丝过程中被螺丝穿透的面（结构）的姿态、位置变化的对扭力的干扰，可更为精确的检测螺丝上紧程度，及时发现打螺丝不合格的产品。

附图说明

图1是本系统的结构示意图；

图2是本系统计算螺丝孔和Z轴的夹角α的方法示意图。

具体实施方式

以下结合附图1-图2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种螺丝锁紧度检测系统。

参照图1，螺丝锁紧度检测系统包括测距传感器和检测主机，其中，测距传感器可以是激光传感器，其为多个，且多个测距传感器在使用过程中布设于自动打螺丝设备的刀头侧方，可通过支架固定于驱使刀头水平、纵向移动的结构体上；测距传感器的探测落点在产品上，如：玩具车的底盘上，且因为上述安装位置设置始终位于螺丝孔边上。

检测主机包括控制主板以及适配的显示屏，控制主板电连接于各个测距传感器、显示屏以及自动打螺丝设备的控制器，显示屏安装于自动打螺丝设备的架体方便用户观察的位置上即可。

为了能够对螺丝的锁紧度检测，减小未打紧螺丝的产品流出的几率，检测主机设置为：

S11、各个测距传感器的高差值分别记为h1、h2……；

S12、计算各个测距传感器的高差值与预先记录的标准高差H的差值，且分别记为d1、d2……。

其中，标准高差H，即一个玩具车平整放入工装，未接触刀头时所测得的与测距传感器的高差，此时各个测距传感器的高差值理论相同均为H。在本实施例中，当上述h1、h2……非零时，即认为玩具车开始打螺丝。

S13、基于各个测距传感器的空间分布位置以及d1、d2……，于预先设置的三维坐标系中建立产品面。

其中，测距传感器因为事先安装固定，所以在打螺丝的过程中其位置固定，因此各个测距传感器的空间分布位置可以由工作人员预先录入。

可以理解的是，各个测距传感器的位置为（X，Y，Z），而d1、d2……，即为各个点在Z轴方向的差值，由此即可算出测距传感器在玩具车底盘上的落点的位置坐标；多个点相互连接，即可得到一个面，该面可以认为是车底盘上部面，即产品面。

S2、获取自动打螺丝设备对每个产品上螺丝时的扭力检测值。

若自动打螺丝设备不具备扭力检测功能，则可进行下述设置：在驱使刀头转动的电机输出轴安装扭力传感器，扭力传感器的输出轴固定连杆，连杆固定刀头；扭力传感器电连接于检测主机，以便获取扭力检测值。

S3、根据螺丝对应的产品面的姿态和位置分析实时的扭力检测值是否达标，并输出结果。

根据上述可知，本系统不再只是根据固定的扭力检测值来确定螺丝是否锁紧，还考虑了打螺丝过程中被螺丝穿透的面的姿态、位置变化产生的对扭力的干扰，可更为精确的检测螺丝上紧程度，及时发现打螺丝不合格的产品。

上述根据螺丝对应的产品面的姿态和位置分析实时的扭力检测值是否达标，其包括：

若扭力检测值在T1时刻符合预设的标准扭力Fn，则获取T1时刻的产品面；

计算T1时刻的产品面与该螺丝未打入之前的产品面的相似度，如果相似度高于阈值，则判定达标；如果相似度低于阈值，则判定为不达标。

两个面的相似度计算，在本实施例中可以是：组成面的多个坐标点的集合之间的相似度计算。当相似度低于阈值，即认为螺丝打入时，产品面活动（如：玩具车底盘下沉，倾斜）过大，对扭力检测值干扰过多，提前造成扭力达标，打螺丝不合格。

进一步的，根据螺丝对应的产品面的姿态和位置分析实时的扭力检测值是否达标，其还包括：

获取进行螺丝打入产品前的产品面，记为前作业面；

获取螺丝打入产品后的产品面，记为后作业面；

计算前作业面与后作业面的高差，得到数据集S1；

取数据集S1中的最大值，记为沉降量；可以理解的是，每上一个螺丝，该螺丝上完之后如果没有打下一个螺丝，这个螺丝左右的点是位置最低的，即高差是最大的，所以将该位置前后高度比较所得可认为是螺丝孔打之前打之后的沉降量；

将差值在（工作人员设定的）允许范围的沉降量所对应的螺丝的扭力检测值进行比较，如一致，则基于历史分析结果确定当前螺丝的锁紧分析结果。

对于同一款产品，打一样的螺丝，如果沉降量一样，所需的扭力差异是较小的，可以认为一致，所以如果前一次打螺丝是合格的，后一次相同情况打螺丝也是合格的。

上述设置可以减少使系统在遇上相同情况时，不用再进行前述的相似度分析，减小数据处理量，提高分析速度；该设置在玩具车底盘只是发生沉降，没有出现翘起时效果尤为明显。

根据上述本系统可以更为精确的检测出打螺丝效果，但是其无法干涉打螺丝，对阻止不合格产品的出现帮助较少，因此在本系统的另一个实施例中检测主机设置为：

根据螺丝孔的位置、开始打螺丝后的产品面与水平面的角度差计算螺丝孔的实时朝向；

计算当前螺丝孔和Z轴的夹角α；如图2所述，在螺丝孔与产品面垂直的前提下，得到上述角度差，即可利用余角、同角计算原理求得夹角α。

后续，基于夹角α校正标准扭力检测值。自动打螺丝设备根据校正后的扭力检测值来判定什么是否停止刀头旋转，即可修正打螺丝过程。

在本系统的一个实施例中，定义真实扭力检测值为FN，且FN=Kf，其中K为夹角α对扭力检测值的影响比例，f为当前的扭力检测值，k=1-α/90°。

在本系统的另一个实施例中，本系统还包括摄像头，摄像头可以通过支架安装在工装位置的上方，用于拍摄待打螺丝的产品图像。对应的，检测主机设置为：

对产品图像中的螺丝孔进行识别，得到匹配的螺丝型号一；

对产品图像中的打入的螺丝进行识别，得到螺丝型号二；

判断螺丝型号一与螺丝型号二是否一致，如果不一致，则输出螺丝错误提示。

根据上述可知，本系统可以自动识别，判断螺丝和螺丝孔是否匹配，防止因为螺丝错误而对螺丝锁紧分析造成干扰。

进一步的，检测主机设置为：根据螺丝的型号查找预先设置的数据库，得到匹配的打螺丝控制参数；其中，打螺丝控制参数包括标准扭力Fn、螺丝牙数和/或打螺丝的转动圈数。

根据上述设置，本系统在面向不同的产品和螺丝时不需要工作人员手动调整对应的标准数据，可以由系统根据识别结果自动调整，从而使用更为方便。

进一步的，检测主机还设置为：

获取自动打螺丝设备对每个产品上螺丝时的电机转速；

判断电机转速是否符合标准转速，如果否，且输出电机转速异常提示。

根据上述设置，本系统可以减少电机转速异常对扭力检测干扰造成的误判。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种螺丝锁紧度检测系统，其特征在于，包括：

测距传感器，其为多个且分布于自动打螺丝设备的刀头侧方，用于检测与产品之间的高差值；以及，检测主机，其电连接于测距传感器，且用于电连接自动打螺丝设备；

其中，所述检测主机设置为：

各个测距传感器的高差值分别记为h1、h2……；

计算各个测距传感器的高差值与预先记录的标准高差H的差值，且分别记为d1、d2……；

基于各个测距传感器的空间分布位置以及d1、d2……，于预先设置的三维坐标系中建立产品面；

获取自动打螺丝设备对每个产品上螺丝时的扭力检测值；

根据螺丝对应的产品面的姿态和位置分析实时的扭力检测值是否达标，并输出结果；

所述检测主机根据螺丝对应的产品面的姿态和位置分析实时的扭力检测值是否达标，其包括：

若扭力检测值在T1时刻符合预设的标准扭力Fn，则获取T1时刻的产品面；

计算当前的产品面与预先记录的标准产品面的相似度，如果相似度低于阈值，则判定为不达标；

获取进行螺丝打入产品前的产品面，记为前作业面；

获取螺丝打入产品后的产品面，记为后作业面；

计算前作业面与后作业面的高差，得到数据集S1；

取数据集S1中的最大值，记为沉降量；

将差值在允许范围的沉降量所对应的螺丝的扭力检测值进行比较，如果一致，则基于历史分析结果确定当前螺丝的锁紧分析结果。

2.根据权利要求1所述的螺丝锁紧度检测系统，其特征在于：所述检测主机设置为：

根据螺丝孔的位置、开始打螺丝后的产品面与水平面的角度差计算螺丝孔的实时朝向；

计算当前螺丝孔和Z轴的夹角α；

基于夹角α校正标准扭力检测值。

3.根据权利要求2所述的螺丝锁紧度检测系统，其特征在于：定义真实扭力检测值为FN，且FN=Kf，其中K为夹角α对扭力检测值的影响比例，f为当前的扭力检测值，k=1-α/90°。

4.根据权利要求1所述的螺丝锁紧度检测系统，其特征在于，还包括摄像头，所述摄像头用于拍摄待打螺丝的产品图像；所述检测主机设置为：

对产品图像中的螺丝孔进行识别，得到匹配的螺丝型号一；

对产品图像中的打入的螺丝进行识别，得到螺丝型号二；

判断螺丝型号一与螺丝型号二是否一致，如果不一致，则输出螺丝错误提示。

5.根据权利要求4所述的螺丝锁紧度检测系统，其特征在于：所述检测主机设置为：根据螺丝的型号查找预先设置的数据库，得到匹配的打螺丝控制参数；其中，所述打螺丝控制参数包括标准扭力Fn、螺丝牙数和/或打螺丝的转动圈数。

6.根据权利要求1所述的螺丝锁紧度检测系统，其特征在于：所述检测主机设置为：

获取自动打螺丝设备对每个产品上螺丝时的电机转速；

判断电机转速是否符合标准转速，如果否，且输出电机转速异常提示。