本發(fā)明涉及一種自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件的裝置及方法，屬于航空航天制造數(shù)字化、自動(dòng)化裝配領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在飛機(jī)裝配過(guò)程中，無(wú)論是組件類(lèi)裝配，如飛機(jī)機(jī)身壁板與長(zhǎng)桁等連接，還是部件裝配，如飛機(jī)機(jī)翼壁板與肋的連接，都是先采用工裝定位兩個(gè)或兩個(gè)以上的零件，然后疊層制預(yù)連接孔采用臨時(shí)緊固件連接，最后拆卸大批影響制孔空間的定位工裝，進(jìn)行大批量制孔連接。所以臨時(shí)緊固件在飛機(jī)裝配過(guò)程使用量大、定位精度高，對(duì)臨時(shí)緊固件夾緊力是否能精準(zhǔn)的控制，對(duì)后續(xù)飛機(jī)裝配質(zhì)量是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，對(duì)飛機(jī)的壽命具有舉足輕重的作用。

傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配的預(yù)連接緊固方法，采用穿心夾臨時(shí)緊固或普通螺栓緊固，采用這兩種預(yù)連接件方法，具有定位精度差，夾緊力通過(guò)人工判斷無(wú)法精準(zhǔn)控制，難以保證夾緊力的一致性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配，很大程度上影響了飛機(jī)質(zhì)量和裝配效率。針對(duì)飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)相關(guān)設(shè)備的趨勢(shì)發(fā)展來(lái)配套。研究一種自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件的裝置相關(guān)技術(shù)來(lái)配合國(guó)內(nèi)飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)已勢(shì)在必行。

本發(fā)明針對(duì)以上需求，提出了一種自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件的裝置及方法，通過(guò)集成到自動(dòng)設(shè)備（如專(zhuān)用制孔設(shè)備或移動(dòng)機(jī)器人單元）上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化安裝方式，有效的解決了臨時(shí)緊固件安裝過(guò)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，采用集成到自動(dòng)設(shè)備上安裝定位精度高、裝配效率高、夾緊力通過(guò)扭矩傳感器閉環(huán)反饋實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制；人工勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低，不同架次飛機(jī)裝配螺栓或鉚釘受力裝配質(zhì)量一致性好。在飛機(jī)數(shù)字化裝配領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用前景。

專(zhuān)利內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種定位精度高，夾緊力能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，適應(yīng)性好，裝配效率高、一致性好的自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件的裝置及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件的裝置，包括機(jī)械抓手、緩沖彈簧、導(dǎo)向軸承、氣動(dòng)滑臺(tái)、檢測(cè)開(kāi)關(guān)、送釘管、外套筒六角扳手、內(nèi)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(jī)、第一伺服電機(jī)、第二減速機(jī)、 第二伺服電機(jī)、位移傳感器、機(jī)械抓手滑臺(tái)、導(dǎo)軌滑塊、第一氣缸、絲桿軸承座、安裝底座、送釘滑臺(tái)、導(dǎo)軌滑塊、第一聯(lián)軸器、螺母座、進(jìn)給滾珠絲桿副、扭矩傳感器、第二氣缸、第二聯(lián)軸器、導(dǎo)軌滑塊、第二減速機(jī)安裝座、第三聯(lián)軸器、第三伺服電機(jī)、絕對(duì)式光柵尺、線(xiàn)纜拖鏈、檢測(cè)開(kāi)關(guān)；機(jī)械抓手中心與送釘管中心對(duì)齊，通過(guò)緩沖彈簧和導(dǎo)向軸承安裝在氣動(dòng)滑臺(tái)上，在氣動(dòng)滑臺(tái)上安裝檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)機(jī)械抓手的相對(duì)位置，氣動(dòng)滑臺(tái)固定在機(jī)械抓手滑臺(tái)上安裝在導(dǎo)軌滑塊上通過(guò)第一氣缸實(shí)現(xiàn)前進(jìn)或后退；外套筒六角扳手安裝在軸承座上，通過(guò)同步帶輪、同步帶輪、同步帶、第一減速機(jī)、第一伺服電機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；內(nèi)六角扳手套在外套筒六角扳手中空軸內(nèi)部與第一聯(lián)軸器、扭矩傳感器、第二聯(lián)軸器、第二減速機(jī)、第二伺服電機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，通過(guò)安裝在導(dǎo)軌滑塊、第二減速機(jī)安裝座上，利用第二氣缸實(shí)現(xiàn)與外套筒六角扳手相對(duì)移動(dòng)，位移傳感器檢測(cè)并反饋移動(dòng)量；軸承座固定在送釘滑臺(tái)和導(dǎo)軌滑塊上，通過(guò)絲桿軸承座、進(jìn)給滾珠絲桿副、第三聯(lián)軸器、第三伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述外套筒六角扳手的中空軸內(nèi)套有內(nèi)六角扳手，外套筒六角扳手和內(nèi)六角扳手可以獨(dú)立控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)位移。

進(jìn)一步的，所述外套筒六角扳手和內(nèi)六角扳手旋轉(zhuǎn)力矩通過(guò)扭矩傳感器反饋，進(jìn)給位移分別通過(guò)絕對(duì)式光柵尺和位移傳感器檢測(cè)反饋。

進(jìn)一步的 ，所述用于自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件的裝置，臨時(shí)緊固件采用機(jī)械抓手方式從送釘管取出，并通過(guò)氣動(dòng)滑臺(tái)進(jìn)行工位切換送入外套筒六角扳手和內(nèi)六角扳手。

本發(fā)明還提供了一種用于自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件的方法，步驟如下：

1）工作初始準(zhǔn)備狀態(tài)：機(jī)械抓手處于打開(kāi)狀態(tài)，并且機(jī)械抓手中心位置與送釘管中心對(duì)齊；

2）利用外部自動(dòng)化送釘裝置或采用振動(dòng)碗輔助設(shè)備的方式，將臨時(shí)緊固件按一定方向有序排列，并從送釘管的一端手動(dòng)或自動(dòng)放入管道內(nèi)；

3）將送釘管內(nèi)的臨時(shí)緊固件，采用氣壓方式向機(jī)械抓手方向輸送，在送釘管上安裝有檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到臨時(shí)緊固件通過(guò)時(shí)，機(jī)械抓手從打開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到關(guān)閉狀態(tài)，機(jī)械抓手夾緊臨時(shí)緊固件；

4）第一氣缸伸出，使機(jī)械抓手上的臨時(shí)緊固件從送釘管內(nèi)完全拔出，氣動(dòng)滑臺(tái)向下移動(dòng)，使用機(jī)械抓手中心位置與外套筒六角扳手中心對(duì)齊；

5）第一氣缸縮回，使機(jī)械抓手上的臨時(shí)緊固件插入外套筒六角扳手內(nèi)；

6）臨時(shí)緊固件外六角與外套筒六角扳手對(duì)位：如果臨時(shí)緊固件與外套筒六角扳手的六角沒(méi)有對(duì)位完成，緩沖彈簧壓縮，機(jī)械抓手將被頂出檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)動(dòng)作沒(méi)有完成，第一伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)外套筒六角扳手低速反轉(zhuǎn)，當(dāng)臨時(shí)緊固件與外套筒六角扳手的六角對(duì)位，緩沖彈簧復(fù)位，檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)動(dòng)作完成，第一伺服電機(jī)使能保持外套筒六角扳手當(dāng)前狀態(tài)不變；

7）臨時(shí)緊固件內(nèi)六角與內(nèi)六角扳手對(duì)位：第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)六角扳手低速反轉(zhuǎn)，同時(shí)第二氣缸縮回，如果臨時(shí)緊固件與內(nèi)六角扳手的六角沒(méi)有對(duì)位完成，緩沖彈簧壓縮，機(jī)械抓手將被頂出檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)動(dòng)作沒(méi)有完成，第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)六角扳手持續(xù)反轉(zhuǎn)，直至完成對(duì)位；同時(shí)位移傳感器檢測(cè)位置到位；

8）通過(guò)抽真空管道，在外套筒六角扳手和內(nèi)六角扳手之間產(chǎn)生真空負(fù)壓，使臨時(shí)緊固件被穩(wěn)定吸附在外套筒六角扳手上；

9）機(jī)械抓手打開(kāi)，松開(kāi)臨時(shí)緊固件，第一氣缸伸出，機(jī)械抓手脫離臨時(shí)緊固件，氣動(dòng)滑臺(tái)向上移動(dòng)復(fù)位，第一氣缸縮回復(fù)位；

10）通過(guò)絲桿軸承座、進(jìn)給滾珠絲桿副、第三聯(lián)軸器、第三伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)送釘滑臺(tái)進(jìn)給，從而帶動(dòng)外套筒六角扳手和內(nèi)六角扳手上的臨時(shí)緊固件進(jìn)給，直至插入飛機(jī)裝配結(jié)構(gòu)件目標(biāo)預(yù)連接孔內(nèi)，通過(guò)絕對(duì)式光柵尺檢測(cè)臨時(shí)緊固件插入動(dòng)作完成；

11）第一伺服電機(jī)使能繼續(xù)保持外套筒六角扳手當(dāng)前狀態(tài)不變，通過(guò)第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)六角扳手正轉(zhuǎn)，第二伺服電機(jī)達(dá)到設(shè)定扭矩值，扭矩傳感器反饋扭矩實(shí)際值，完成臨時(shí)緊固件的完裝；

12）關(guān)閉抽真空管道的真空，第三伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)送釘滑臺(tái)退回復(fù)位，完成一個(gè)臨時(shí)緊固件的安裝；

13）多個(gè)臨時(shí)緊固件安裝過(guò)程重復(fù)上述步驟1)~ 步驟12）；

14）臨時(shí)緊固件拆卸采用人工手持工具完成操作。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件裝置主視圖；

圖2是本發(fā)明的自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件裝置左視圖；

圖3是本發(fā)明的自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件裝置俯視圖；

圖中：機(jī)械抓手1、緩沖彈簧2、導(dǎo)向軸承3、氣動(dòng)滑臺(tái)4、檢測(cè)開(kāi)關(guān)5、送釘管6、外套筒六角扳手7、內(nèi)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(jī)15、第一伺服電機(jī)16、第二減速機(jī)17、 第二伺服電機(jī)18、位移傳感器19、機(jī)械抓手滑臺(tái)20、導(dǎo)軌滑塊21、第一氣缸22、絲桿軸承座23、安裝底座24、送釘滑臺(tái)25、導(dǎo)軌滑塊26 、第一聯(lián)軸器27、螺母座28、進(jìn)給滾珠絲桿副29、扭矩傳感器30、第二氣缸31、第二聯(lián)軸器32、導(dǎo)軌滑塊34、第二減速機(jī)安裝座33、第三聯(lián)軸器35、第三伺服電機(jī)36、絕對(duì)式光柵尺37、線(xiàn)纜拖鏈38、檢測(cè)開(kāi)關(guān)39。

具體實(shí)施方式

如1、2、3所示，用于自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件的裝置，包括機(jī)械抓手1、緩沖彈簧2、導(dǎo)向軸承3、氣動(dòng)滑臺(tái)4、檢測(cè)開(kāi)關(guān)5、送釘管6、外套筒六角扳手7、內(nèi)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(jī)15、第一伺服電機(jī)16、第二減速機(jī)17、 第二伺服電機(jī)18、位移傳感器19、機(jī)械抓手滑臺(tái)20、導(dǎo)軌滑塊21、第一氣缸22、絲桿軸承座23、安裝底座24、送釘滑臺(tái)25、導(dǎo)軌滑塊26、第一聯(lián)軸器27、螺母座28、進(jìn)給滾珠絲桿副29、扭矩傳感器30、第二氣缸31、第二聯(lián)軸器32、導(dǎo)軌滑塊34、第二減速機(jī)安裝座33、第三聯(lián)軸器35、第三伺服電機(jī)36、絕對(duì)式光柵尺37、線(xiàn)纜拖鏈38、檢測(cè)開(kāi)關(guān)39；機(jī)械抓手1中心與送釘管6中心對(duì)齊，通過(guò)緩沖彈簧2和導(dǎo)向軸承3安裝在氣動(dòng)滑臺(tái)4上，在氣動(dòng)滑臺(tái)4上安裝檢測(cè)開(kāi)關(guān)5檢測(cè)機(jī)械抓手1的相對(duì)位置，氣動(dòng)滑臺(tái)4固定在機(jī)械抓手滑臺(tái)20上安裝在導(dǎo)軌滑塊21上通過(guò)第一氣缸22實(shí)現(xiàn)前進(jìn)或后退；外套筒六角扳手7安裝在軸承座11上，通過(guò)同步帶輪12、同步帶輪13、同步帶14、第一減速機(jī)5、第一伺服電機(jī)16相連，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；內(nèi)六角扳手8套在外套筒六角扳手7中空軸內(nèi)部與第一聯(lián)軸器27、扭矩傳感器30、第二聯(lián)軸器32、第二減速機(jī)17、第二伺服電機(jī)18相連，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，通過(guò)安裝在導(dǎo)軌滑塊34、第二減速機(jī)安裝座33上，利用第二氣缸31實(shí)現(xiàn)與外套筒六角扳手7相對(duì)移動(dòng)，位移傳感器19檢測(cè)并反饋移動(dòng)量；軸承座11固定在送釘滑臺(tái)25和導(dǎo)軌滑塊26上，通過(guò)絲桿軸承座23、進(jìn)給滾珠絲桿副29、第三聯(lián)軸器35、第三伺服電機(jī)36驅(qū)動(dòng)。

用于自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件的裝置，外套筒六角扳手7中空軸套有內(nèi)六角扳手8，外套筒六角扳手7和內(nèi)六角扳手8可以獨(dú)立控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)位移。

用于自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件的裝置，外套筒六角扳手7和內(nèi)六角扳手8旋轉(zhuǎn)力矩通過(guò)扭矩傳感器反饋，進(jìn)給位移分別通過(guò)絕對(duì)式光柵尺37和位移傳感器19檢測(cè)反饋。

用于自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件的裝置，臨時(shí)緊固件采用機(jī)械抓手1方式從送釘管6取出，并通過(guò)氣動(dòng)滑臺(tái)4位置切換送入外套筒六角扳手7和內(nèi)六角扳手8上。

用于自動(dòng)化安裝臨時(shí)緊固件方法，它的方法步驟如下：

1）工作初始準(zhǔn)備狀態(tài)：機(jī)械抓手1處于打開(kāi)狀態(tài)，并且機(jī)械抓手1中心位置與送釘管6中心對(duì)齊；

2）利用外部自動(dòng)化送釘裝置或采用振動(dòng)碗輔助設(shè)備的方式，將臨時(shí)緊固件按一定方向有序排列，并從送釘管6的一端手動(dòng)或自動(dòng)放入管道內(nèi)；

3）將送釘管6內(nèi)的臨時(shí)緊固件，采用氣壓方式向機(jī)械抓手1方向輸送，在送釘管6上安裝有檢測(cè)開(kāi)關(guān)39檢測(cè)到臨時(shí)緊固件通過(guò)時(shí)，機(jī)械抓手1從打開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到關(guān)閉狀態(tài)，機(jī)械抓手1夾緊臨時(shí)緊固件；

4）第一氣缸22伸出，使機(jī)械抓手1上的臨時(shí)緊固件從送釘管6內(nèi)完全拔出，氣動(dòng)滑臺(tái)4向下移動(dòng)，使用機(jī)械抓手1中心位置與外套筒六角扳手7中心對(duì)齊；

5）第一氣缸22縮回，使機(jī)械抓手1上的臨時(shí)緊固件插入外套筒六角扳手7內(nèi)；

6）臨時(shí)緊固件外六角與外套筒六角扳手7對(duì)位：如果臨時(shí)緊固件與外套筒六角扳手7的六角沒(méi)有對(duì)位完成，緩沖彈簧2壓縮，機(jī)械抓手1將被頂出檢測(cè)開(kāi)關(guān)5檢測(cè)動(dòng)作沒(méi)有完成，第一伺服電機(jī)16驅(qū)動(dòng)外套筒六角扳手7低速反轉(zhuǎn)，當(dāng)臨時(shí)緊固件與外套筒六角扳手7的六角對(duì)位，緩沖彈簧2復(fù)位，檢測(cè)開(kāi)關(guān)5檢測(cè)動(dòng)作完成，第一伺服電機(jī)16使能保持外套筒六角扳手7當(dāng)前狀態(tài)不變；

7）臨時(shí)緊固件內(nèi)六角與內(nèi)六角扳手8對(duì)位：第二伺服電機(jī)18驅(qū)動(dòng)內(nèi)六角扳手8低速反轉(zhuǎn)，同時(shí)第二氣缸31縮回，如果臨時(shí)緊固件與內(nèi)六角扳手8的六角沒(méi)有對(duì)位完成，緩沖彈簧2壓縮，機(jī)械抓手1將被頂出檢測(cè)開(kāi)關(guān)5檢測(cè)動(dòng)作沒(méi)有完成，第二伺服電機(jī)18驅(qū)動(dòng)內(nèi)六角扳手8持續(xù)反轉(zhuǎn)，直至完成對(duì)位；同時(shí)位移傳感器19檢測(cè)位置到位。

8）通過(guò)抽真空管道10，在外套筒六角扳手7和內(nèi)六角扳手8之間產(chǎn)生真空負(fù)壓，使臨時(shí)緊固件被穩(wěn)定吸附在外套筒六角扳手7上；

9）機(jī)械抓手1打開(kāi)，松開(kāi)臨時(shí)緊固件，第一氣缸22伸出，機(jī)械抓手1脫離臨時(shí)緊固件，氣動(dòng)滑臺(tái)4向上移動(dòng)復(fù)位，第一氣缸22縮回復(fù)位；

10）通過(guò)絲桿軸承座23、進(jìn)給滾珠絲桿副29、第三聯(lián)軸器35、第三伺服電機(jī)36驅(qū)動(dòng)送釘滑臺(tái)25進(jìn)給，從而帶動(dòng)外套筒六角扳手7和內(nèi)六角扳手8上的臨時(shí)緊固件進(jìn)給，直至插入飛機(jī)裝配結(jié)構(gòu)件目標(biāo)預(yù)連接孔內(nèi)，通過(guò)絕對(duì)式光柵尺37檢測(cè)臨時(shí)緊固件插入動(dòng)作完成；

11）第一伺服電機(jī)16使能繼續(xù)保持外套筒六角扳手7當(dāng)前狀態(tài)不變，通過(guò)第二伺服電機(jī)18驅(qū)動(dòng)內(nèi)六角扳手8正轉(zhuǎn)，第二伺服電機(jī)18達(dá)到設(shè)定扭矩值，扭矩傳感器30反饋扭矩實(shí)際值，完成臨時(shí)緊固件的完裝；

12）關(guān)閉抽真空管道10的真空，第三伺服電機(jī)36驅(qū)動(dòng)送釘滑臺(tái)25退回復(fù)位，完成一個(gè)臨時(shí)緊固件的安裝；

13）多個(gè)臨時(shí)緊固件安裝過(guò)程重復(fù)上述步驟1)~ 步驟12）。