一種自動化安裝臨時緊固件的裝置及方法與流程

2023-07-14 07:21:12 5

本發明涉及一種自動化安裝臨時緊固件的裝置及方法，屬於航空航天製造數位化、自動化裝配領域。

背景技術：

在飛機裝配過程中，無論是組件類裝配，如飛機機身壁板與長桁等連接，還是部件裝配，如飛機機翼壁板與肋的連接，都是先採用工裝定位兩個或兩個以上的零件，然後疊層制預連接孔採用臨時緊固件連接，最後拆卸大批影響制孔空間的定位工裝，進行大批量制孔連接。所以臨時緊固件在飛機裝配過程使用量大、定位精度高，對臨時緊固件夾緊力是否能精準的控制，對後續飛機裝配質量是至關重要的環節，對飛機的壽命具有舉足輕重的作用。

傳統的飛機裝配的預連接緊固方法，採用穿心夾臨時緊固或普通螺栓緊固，採用這兩種預連接件方法，具有定位精度差，夾緊力通過人工判斷無法精準控制，難以保證夾緊力的一致性，無法實現自動化裝配，很大程度上影響了飛機質量和裝配效率。針對飛機數位化裝配技術相關設備的趨勢發展來配套。研究一種自動化安裝臨時緊固件的裝置相關技術來配合國內飛機數位化裝配技術已勢在必行。

本發明針對以上需求，提出了一種自動化安裝臨時緊固件的裝置及方法，通過集成到自動設備（如專用制孔設備或移動機器人單元）上實現自動化安裝方式，有效的解決了臨時緊固件安裝過程中，定位精度差，夾緊力大小不可控以及夾緊力不一致等缺陷，採用集成到自動設備上安裝定位精度高、裝配效率高、夾緊力通過扭矩傳感器閉環反饋實現精準控制；人工勞動強度顯著降低，不同架次飛機裝配螺栓或鉚釘受力裝配質量一致性好。在飛機數位化裝配領域中具有廣泛應用前景。

專利內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種定位精度高，夾緊力能實現精準控制，適應性好，裝配效率高、一致性好的自動化安裝臨時緊固件的裝置及方法。

本發明的技術方案是：一種自動化安裝臨時緊固件的裝置，包括機械抓手、緩衝彈簧、導向軸承、氣動滑臺、檢測開關、送釘管、外套筒六角扳手、內六角扳手、支撐軸承、抽真空管道、軸承座、同步帶輪、同步帶輪、同步帶、第一減速機、第一伺服電機、第二減速機、 第二伺服電機、位移傳感器、機械抓手滑臺、導軌滑塊、第一氣缸、絲杆軸承座、安裝底座、送釘滑臺、導軌滑塊、第一聯軸器、螺母座、進給滾珠絲杆副、扭矩傳感器、第二氣缸、第二聯軸器、導軌滑塊、第二減速機安裝座、第三聯軸器、第三伺服電機、絕對式光柵尺、線纜拖鏈、檢測開關；機械抓手中心與送釘管中心對齊，通過緩衝彈簧和導向軸承安裝在氣動滑臺上，在氣動滑臺上安裝檢測開關檢測機械抓手的相對位置，氣動滑臺固定在機械抓手滑臺上安裝在導軌滑塊上通過第一氣缸實現前進或後退；外套筒六角扳手安裝在軸承座上，通過同步帶輪、同步帶輪、同步帶、第一減速機、第一伺服電機相連，實現正反轉；內六角扳手套在外套筒六角扳手中空軸內部與第一聯軸器、扭矩傳感器、第二聯軸器、第二減速機、第二伺服電機相連，實現正反轉，通過安裝在導軌滑塊、第二減速機安裝座上，利用第二氣缸實現與外套筒六角扳手相對移動，位移傳感器檢測並反饋移動量；軸承座固定在送釘滑臺和導軌滑塊上，通過絲杆軸承座、進給滾珠絲杆副、第三聯軸器、第三伺服電機驅動。

進一步的，所述外套筒六角扳手的中空軸內套有內六角扳手，外套筒六角扳手和內六角扳手可以獨立控制旋轉運動和相對位移。

進一步的，所述外套筒六角扳手和內六角扳手旋轉力矩通過扭矩傳感器反饋，進給位移分別通過絕對式光柵尺和位移傳感器檢測反饋。

進一步的 ，所述用於自動化安裝臨時緊固件的裝置，臨時緊固件採用機械抓手方式從送釘管取出，並通過氣動滑臺進行工位切換送入外套筒六角扳手和內六角扳手。

本發明還提供了一種用於自動化安裝臨時緊固件的方法，步驟如下：

1）工作初始準備狀態：機械抓手處於打開狀態，並且機械抓手中心位置與送釘管中心對齊；

2）利用外部自動化送釘裝置或採用振動碗輔助設備的方式，將臨時緊固件按一定方向有序排列，並從送釘管的一端手動或自動放入管道內；

3）將送釘管內的臨時緊固件，採用氣壓方式向機械抓手方向輸送，在送釘管上安裝有檢測開關檢測到臨時緊固件通過時，機械抓手從打開狀態轉換到關閉狀態，機械抓手夾緊臨時緊固件；

4）第一氣缸伸出，使機械抓手上的臨時緊固件從送釘管內完全拔出，氣動滑臺向下移動，使用機械抓手中心位置與外套筒六角扳手中心對齊；

5）第一氣缸縮回，使機械抓手上的臨時緊固件插入外套筒六角扳手內；

6）臨時緊固件外六角與外套筒六角扳手對位：如果臨時緊固件與外套筒六角扳手的六角沒有對位完成，緩衝彈簧壓縮，機械抓手將被頂出檢測開關檢測動作沒有完成，第一伺服電機驅動外套筒六角扳手低速反轉，當臨時緊固件與外套筒六角扳手的六角對位，緩衝彈簧復位，檢測開關檢測動作完成，第一伺服電機使能保持外套筒六角扳手當前狀態不變；

7）臨時緊固件內六角與內六角扳手對位：第二伺服電機驅動內六角扳手低速反轉，同時第二氣缸縮回，如果臨時緊固件與內六角扳手的六角沒有對位完成，緩衝彈簧壓縮，機械抓手將被頂出檢測開關檢測動作沒有完成，第二伺服電機驅動內六角扳手持續反轉，直至完成對位；同時位移傳感器檢測位置到位；

8）通過抽真空管道，在外套筒六角扳手和內六角扳手之間產生真空負壓，使臨時緊固件被穩定吸附在外套筒六角扳手上；

9）機械抓手打開，鬆開臨時緊固件，第一氣缸伸出，機械抓手脫離臨時緊固件，氣動滑臺向上移動復位，第一氣缸縮回復位；

10）通過絲杆軸承座、進給滾珠絲杆副、第三聯軸器、第三伺服電機驅動送釘滑臺進給，從而帶動外套筒六角扳手和內六角扳手上的臨時緊固件進給，直至插入飛機裝配結構件目標預連接孔內，通過絕對式光柵尺檢測臨時緊固件插入動作完成；

11）第一伺服電機使能繼續保持外套筒六角扳手當前狀態不變，通過第二伺服電機驅動內六角扳手正轉，第二伺服電機達到設定扭矩值，扭矩傳感器反饋扭矩實際值，完成臨時緊固件的完裝；

12）關閉抽真空管道的真空，第三伺服電機驅動送釘滑臺退回復位，完成一個臨時緊固件的安裝；

13）多個臨時緊固件安裝過程重複上述步驟1)~ 步驟12）；

14）臨時緊固件拆卸採用人工手持工具完成操作。

附圖說明

圖1是本發明的自動化安裝臨時緊固件裝置主視圖；

圖2是本發明的自動化安裝臨時緊固件裝置左視圖；

圖3是本發明的自動化安裝臨時緊固件裝置俯視圖；

圖中：機械抓手1、緩衝彈簧2、導向軸承3、氣動滑臺4、檢測開關5、送釘管6、外套筒六角扳手7、內六角扳手8、支撐軸承9、抽真空管道10、軸承座11、同步帶輪12、同步帶輪13、同步帶14、第一減速機15、第一伺服電機16、第二減速機17、 第二伺服電機18、位移傳感器19、機械抓手滑臺20、導軌滑塊21、第一氣缸22、絲杆軸承座23、安裝底座24、送釘滑臺25、導軌滑塊26 、第一聯軸器27、螺母座28、進給滾珠絲杆副29、扭矩傳感器30、第二氣缸31、第二聯軸器32、導軌滑塊34、第二減速機安裝座33、第三聯軸器35、第三伺服電機36、絕對式光柵尺37、線纜拖鏈38、檢測開關39。

具體實施方式

如1、2、3所示，用於自動化安裝臨時緊固件的裝置，包括機械抓手1、緩衝彈簧2、導向軸承3、氣動滑臺4、檢測開關5、送釘管6、外套筒六角扳手7、內六角扳手8、支撐軸承9、抽真空管道10、軸承座11、同步帶輪12、同步帶輪13、同步帶14、第一減速機15、第一伺服電機16、第二減速機17、 第二伺服電機18、位移傳感器19、機械抓手滑臺20、導軌滑塊21、第一氣缸22、絲杆軸承座23、安裝底座24、送釘滑臺25、導軌滑塊26、第一聯軸器27、螺母座28、進給滾珠絲杆副29、扭矩傳感器30、第二氣缸31、第二聯軸器32、導軌滑塊34、第二減速機安裝座33、第三聯軸器35、第三伺服電機36、絕對式光柵尺37、線纜拖鏈38、檢測開關39；機械抓手1中心與送釘管6中心對齊，通過緩衝彈簧2和導向軸承3安裝在氣動滑臺4上，在氣動滑臺4上安裝檢測開關5檢測機械抓手1的相對位置，氣動滑臺4固定在機械抓手滑臺20上安裝在導軌滑塊21上通過第一氣缸22實現前進或後退；外套筒六角扳手7安裝在軸承座11上，通過同步帶輪12、同步帶輪13、同步帶14、第一減速機5、第一伺服電機16相連，實現正反轉；內六角扳手8套在外套筒六角扳手7中空軸內部與第一聯軸器27、扭矩傳感器30、第二聯軸器32、第二減速機17、第二伺服電機18相連，實現正反轉，通過安裝在導軌滑塊34、第二減速機安裝座33上，利用第二氣缸31實現與外套筒六角扳手7相對移動，位移傳感器19檢測並反饋移動量；軸承座11固定在送釘滑臺25和導軌滑塊26上，通過絲杆軸承座23、進給滾珠絲杆副29、第三聯軸器35、第三伺服電機36驅動。

用於自動化安裝臨時緊固件的裝置，外套筒六角扳手7中空軸套有內六角扳手8，外套筒六角扳手7和內六角扳手8可以獨立控制旋轉運動和相對位移。

用於自動化安裝臨時緊固件的裝置，外套筒六角扳手7和內六角扳手8旋轉力矩通過扭矩傳感器反饋，進給位移分別通過絕對式光柵尺37和位移傳感器19檢測反饋。

用於自動化安裝臨時緊固件的裝置，臨時緊固件採用機械抓手1方式從送釘管6取出，並通過氣動滑臺4位置切換送入外套筒六角扳手7和內六角扳手8上。

用於自動化安裝臨時緊固件方法，它的方法步驟如下：

1）工作初始準備狀態：機械抓手1處於打開狀態，並且機械抓手1中心位置與送釘管6中心對齊；

2）利用外部自動化送釘裝置或採用振動碗輔助設備的方式，將臨時緊固件按一定方向有序排列，並從送釘管6的一端手動或自動放入管道內；

3）將送釘管6內的臨時緊固件，採用氣壓方式向機械抓手1方向輸送，在送釘管6上安裝有檢測開關39檢測到臨時緊固件通過時，機械抓手1從打開狀態轉換到關閉狀態，機械抓手1夾緊臨時緊固件；

4）第一氣缸22伸出，使機械抓手1上的臨時緊固件從送釘管6內完全拔出，氣動滑臺4向下移動，使用機械抓手1中心位置與外套筒六角扳手7中心對齊；

5）第一氣缸22縮回，使機械抓手1上的臨時緊固件插入外套筒六角扳手7內；

6）臨時緊固件外六角與外套筒六角扳手7對位：如果臨時緊固件與外套筒六角扳手7的六角沒有對位完成，緩衝彈簧2壓縮，機械抓手1將被頂出檢測開關5檢測動作沒有完成，第一伺服電機16驅動外套筒六角扳手7低速反轉，當臨時緊固件與外套筒六角扳手7的六角對位，緩衝彈簧2復位，檢測開關5檢測動作完成，第一伺服電機16使能保持外套筒六角扳手7當前狀態不變；

7）臨時緊固件內六角與內六角扳手8對位：第二伺服電機18驅動內六角扳手8低速反轉，同時第二氣缸31縮回，如果臨時緊固件與內六角扳手8的六角沒有對位完成，緩衝彈簧2壓縮，機械抓手1將被頂出檢測開關5檢測動作沒有完成，第二伺服電機18驅動內六角扳手8持續反轉，直至完成對位；同時位移傳感器19檢測位置到位。

8）通過抽真空管道10，在外套筒六角扳手7和內六角扳手8之間產生真空負壓，使臨時緊固件被穩定吸附在外套筒六角扳手7上；

9）機械抓手1打開，鬆開臨時緊固件，第一氣缸22伸出，機械抓手1脫離臨時緊固件，氣動滑臺4向上移動復位，第一氣缸22縮回復位；

10）通過絲杆軸承座23、進給滾珠絲杆副29、第三聯軸器35、第三伺服電機36驅動送釘滑臺25進給，從而帶動外套筒六角扳手7和內六角扳手8上的臨時緊固件進給，直至插入飛機裝配結構件目標預連接孔內，通過絕對式光柵尺37檢測臨時緊固件插入動作完成；

11）第一伺服電機16使能繼續保持外套筒六角扳手7當前狀態不變，通過第二伺服電機18驅動內六角扳手8正轉，第二伺服電機18達到設定扭矩值，扭矩傳感器30反饋扭矩實際值，完成臨時緊固件的完裝；

12）關閉抽真空管道10的真空，第三伺服電機36驅動送釘滑臺25退回復位，完成一個臨時緊固件的安裝；

13）多個臨時緊固件安裝過程重複上述步驟1)~ 步驟12）。