一种标准试验发动机自动装配系统及装配方法与流程

本发明属于试验发动机组装设备领域，特别是涉及一种标准试验发动机自动装配系统及装配方法。

背景技术：

标准试验发动机由测压座、发动机本体、连接套、喷管、喷管封盖和垫圈组成，具体结构如图14所示。现有技术是采用人工对其进行装配，具体装配过程中，首先，手工安放垫圈，将装配件全部拧入螺纹，然后两人配合用管钳两端加力拧紧，由于发动机各组件为重复使用件，连接部位经常出现损伤或变形，难以装配，工作量和劳动量较大，生产效率低，每天20台发动机从准备到试验后清理，8个操作人员需要8~10h才能完成。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种标准试验发动机自动装配系统及装配方法，此系统能够用于标准试验发动机的自动装配使用，进而替代传统的人工装配过程，提高了装配效率，降低了作业人员的劳动强度；此外，由于发动机采用带药装配，因此，其借助六自由度机械手实现装配拧紧或拆卸过程中对零部件的抓取与放置，提高了装配的安全性，提高产品的质量和性能。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种标准试验发动机自动装配系统，它包括多个用于放置并搬运待装配的标准试验发动机各个零部件的移动式工装平台，所述移动式工装平台的中间位置固定安装有用于对零部件进行夹取和放置的多自由机械手，所述多自由机械手和移动式工装平台的侧边设置有用于装夹和固定待组装零部件的传输线体，所述传输线体的后侧边设置有用于对待组装的零部件进行拧紧的拧紧装置。

所述多自由机械手包括机械手底座，所述机械手底座的顶部固定安装有多自由度机械臂，所述多自由度机械臂的末端安装有机械手爪，所述机械手爪的末端安装有夹指，所述夹指的内侧壁设置有弧形定位块。

所述多自由度机械臂的末端安装有工业相机安装板，所述工业相机安装板上安装有用于对零部件进行识别的工业相机。

所述移动式工装平台包括平台支架，所述平台支架的顶部平行固定安装有第一工装安装板、第二工装安装板、第三工装安装板、第四工装安装板、第五工装安装板和第六工装安装板，所述第一工装安装板上设置有多个均布的用于放置组装完成之后的标准试验发动机的发动机工装，所述第二工装安装板上设置有多个均布的用于放置喷管及喷管封盖组装件的喷管工装，所述第三工装安装板上设置有多个均布的用于放置连接套的连接套工装，所述第四工装安装板上设置有多个均布的用于放置发动机本体的本体工装，所述第五工装安装板上设置有多个均布的用于放置垫圈的垫圈工装，所述第六工装安装板上设置有多个均布的用于放置测压座的测压座工装。

所述平台支架的底部四角固定安装有支撑脚轮，位于平台支架头部的底端对称设置有平台限位架，位于平台支架尾部的顶端通过把手安装座固定安装有把手；所述垫圈工装的顶部边缘加工有密封圈安装台阶。

所述传输线体包括传输机架，所述传输机架的顶部平行安装有滑轨，所述滑轨上通过滑块支撑安装有托盘，所述托盘的固定安装有两个立式中空卡盘，所述立式中空卡盘的内部安装有用于夹紧待装配零部件的卡爪，所述传输机架的底部四角固定安装有升降支脚结构；所述托盘和传输机架之间安装有用于驱动其沿着滑轨滑动的直线驱动机构。

所述升降支脚结构包括固定在传输机架底部四角的支撑底板，所述支撑底板上安装有升降螺杆，所述升降螺杆与调节螺母构成螺纹传动配合，所述升降螺杆的底端固定安装有支撑脚板；

直线驱动机构包括固定在传输机架上的电机支撑板，所述电机支撑板上固定安装有电机，所述电机的输出轴通过联轴器与丝杆相连，所述丝杆的两端分别支撑在第一丝杆支座和第二丝杆支座之间，所述丝杆与丝杆螺母构成丝杆传动配合，所述丝杆螺母通过螺母安装座与托盘的底端固定相连；

所述传输机架的顶部两端中间部位固定安装有限位档板；

所述滑轨的两个端头固定有滑轨端头限位块。

所述拧紧装置包括立式支撑架体，在立式支撑架体的前侧壁上平行固定安装有竖直滑轨，所述竖直滑轨上通过滑动配合安装有滑移架，所述滑移架的外侧壁上固定安装有拧紧机安装板，所述拧紧机安装板的顶部固定安装有拧紧电机，所述拧紧电机的输出轴通过连接套与拧紧头相连，所述滑移架上连接有平衡重系统以及驱动其沿着竖直滑轨升降的升降动力装置。

所述平衡重系统包括连接在滑移架顶端的牵引绳，所述牵引绳绕过定滑轮组，并在其另一末端安装有平衡重块，所述定滑轮组通过滑轮支架固定在立式支撑架体的顶部；

所述升降动力装置包括固定在立式支撑架体前端侧壁上的竖直丝杆安装座，所述竖直丝杆安装座之间安装有竖直丝杆，所述竖直丝杆上通过丝杆传动配合有螺母套，所述螺母套通过连接板与滑移架固定相连，所述立式支撑架体的顶部固定有用于对滑移架进行限位的顶部限位座。

所述标准试验发动机自动装配系统进行发动机装配的方法，包括以下步骤：

step1：将待组装的喷管和喷管座预先装配之后放置到移动式工装平台的喷管工装上，将连接套、发动机本体、垫圈和测压座分别对应放置到连接套工装、本体工装、垫圈工装和测压座工装上；并放置满两台移动式工装平台；

step2：人工推动载满零部件的移动式工装平台将其推到隔离房，并通过平台限位架定位之后设置在多自由机械手的两侧；

step3：启动多自由机械手，多自由机械手按照装配流程通过其末端的工业相机和机械手爪对零部件进行识别并抓取，再准确放置到传输线体的中空卡盘，并夹紧固定；

step4：再通过多自由机械手将待拧紧的另一个部件送入到拧紧装置的拧紧头；启动拧紧电机，驱动拧紧头，进而将待拧紧的部件拧紧装配到中空卡盘上的零部件上；

step5：在其中一个立式中空卡盘在拧紧作业过程中，通过多自由机械手对另一个立式中空卡盘进行上料；

step6：待其中一个立式中空卡盘上的零部件拧紧装配完成之后，启动传输线体的直线驱动机构，进而将另一个立式中空卡盘移动到拧紧头的正下方，并进行后续的拧紧装配过程；

step7：待整个试验发动机装配之后，通过多自由机械手将其搬运之后自动的存放到移动式工装平台的发动机工装上；

step8：待所有的试验发动机装配完成之后，开启隔离房，将整个移动式工装平台再次推出以便于下一批零部件的装配。

本发明有如下有益效果：

1、通过采用上述结构的自动装配系统能够用于标准试验发动机自动化生产过程中螺纹连接件、螺纹紧固件的连接和拧紧，能够在传输线体以及多自由机械手的配合下完成定力矩自动拧紧，并记录拧紧力矩，拧紧过程在隔离间内进行，由人工在隔离间外实时监控设备自动进行拧紧完成装配过程，可对危险情况进行人工干预操作。

2、通过上述的多自由机械手实现装配拧紧或拆卸过程中对零部件的抓取与放置。所述多自由机械手可以采用六自由度机器人。

3、通过上述的移动式工装平台主要用于待装配零部件的放置，进而方便的配合多自由机械手实现零部件的抓取，从左到右依次放置标准试验发动机成品、喷管、连接套、发动机本体、垫圈和测压座。

4、传输线体用于对工作托盘的自动换位，提高生产效率。在拧紧机工作时，托盘可以在机械手的帮助下完成零件准备工作。线体上的托盘可左右移动，自动定位，与拧紧机配合工作。

5、通过上述的拧紧装置主要是为了实现自动拧紧操作过程，拧紧头为拧紧执行单元，提供拧紧运动及扭矩控制，通过设计防爆外壳对其进行隔爆处理，拧紧输出力矩600nm，控制力矩精度5%，满足系统防爆要求。

6、此设备属于非标防爆设备，具体参数可以根据工艺需要定制。设备可满足某112产品连接螺纹自动拧紧和拆卸的生产需求。生产节拍初步设计为单件装配5min，拆卸10min。操作人员可根据生产需要，在程序控制下进行单件或多件生产处理。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1本发明的主视图。

图2本发明的俯视图。

图3本发明的多自由机械手主视图。

图4本发明的多自由机械手俯视图。

图5本发明的多自由机械手三维图。

图6本发明的移动式工装平台主视图。

图7本发明的移动式工装平台俯视图。

图8本发明的移动式工装平台三维图。

图9本发明的移动式工装平台主视图。

图10本发明的移动式工装平台俯视图。

图11本发明的移动式工装平台左视图。

图12本发明的移动式工装平台三维图。

图13本发明的图10中的a-a视图。

图14本发明的待装配的标准试验发动机结构图。

图中：多自由机械手1、移动式工装平台2、传输线体3、拧紧装置4；

机械手底座101、多自由度机械臂102、机械手爪103、工业相机安装板104、工业相机105、夹指106、弧形定位块107；

平台限位架201、平台支架202、第一工装安装板203、发动机工装204、第二工装安装板205、喷管工装206、第三工装安装板207、连接套工装208、第四工装安装板209、本体工装210、第五工装安装板211、垫圈工装212、第六工装安装板213、测压座工装214、把手215、密封圈安装台阶216、把手安装座217、支撑脚轮218；

传输机架301、限位档板302、第二丝杆支座303、丝杆304、托盘305、立式中空卡盘306、卡爪307、第一丝杆支座308、联轴器309、电机310、滑轨311、滑轨端头限位块312、支撑脚板313、调节螺母314、支撑底板315、升降螺杆316、电机支撑板317；

立式支撑架体401、平衡重块402、滑移架403、拧紧机安装板404、拧紧头405、连接套406、拧紧电机407、竖直滑轨408、竖直丝杆409、牵引绳410、竖直丝杆安装座411、滑轮支架412、定滑轮组413、顶部限位座414。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-4，一种标准试验发动机自动装配系统，它包括多个用于放置并搬运待装配的标准试验发动机各个零部件的移动式工装平台2，所述移动式工装平台2的中间位置固定安装有用于对零部件进行夹取和放置的多自由机械手1，所述多自由机械手1和移动式工装平台2的侧边设置有用于装夹和固定待组装零部件的传输线体3，所述传输线体3的后侧边设置有用于对待组装的零部件进行拧紧的拧紧装置4。通过采用上述结构的自动装配系统能够用于标准试验发动机自动化生产过程中螺纹连接件、螺纹紧固件的连接和拧紧，能够在传输线体3以及多自由机械手1的配合下完成定力矩自动拧紧，并记录拧紧力矩，拧紧过程在隔离间内进行，由人工在隔离间外实时监控设备自动进行拧紧完成装配过程，可对危险情况进行人工干预操作。从而提升生产过程中的本质安全度，减低操作人员的劳动强度，提高产品的质量和性能。

在发明中之所以能够采用自动拧紧装配系统，是因为标准试验发动机除垫圈外的零部件通过螺纹拧紧连接，并且在发动机装配过程中没有紧固件的装配，因此只需一台自动拧紧系统即可实现发动机的装配过程。因为，标准试验发动机是带药装配，从本质安全出发，为了实现装配过程全自动化，配置一台多自由机械手1，用于实现装配拧紧或拆卸过程中对零部件的抓取与放置。同时为了放置零部件和成品以及配合多自由机械手1实现拧紧或拆卸，需要一个移动式工装平台2实现机器人对零部件进行定位，便与机械手抓取。

进一步的，所述多自由机械手1包括机械手底座101，所述机械手底座101的顶部固定安装有多自由度机械臂102，所述多自由度机械臂102的末端安装有机械手爪103，所述机械手爪103的末端安装有夹指106，所述夹指106的内侧壁设置有弧形定位块107。通过上述的多自由机械手1实现装配拧紧或拆卸过程中对零部件的抓取与放置。所述多自由机械手1可以采用六自由度机器人。

进一步的，所述多自由度机械臂102的末端安装有工业相机安装板104，所述工业相机安装板104上安装有用于对零部件进行识别的工业相机105。工业相机105与机械视觉系统相连，可对产品进行识别并对产品的放置方位进行确认，防止由于人工操作失误造成设备工作失误或者损伤零部件。装配拧紧时，由人工按要求码放好待装配的零部件，在隔离房外启动设备，六自由度机器人按装配的顺序对零部件进行抓取上料，装配拧紧完成后机械手将产品码放到指定位置。在拧紧过程中，机械手还可以对托盘上另一工位进行零部件的上料准备工作。

在产品拆卸过程中，机械手将产品抓取到托盘上待拆卸位置，同时对拧紧下的工件进行收集，并放置到工作台指定位置，后续由人工进行处理。

进一步的，所述移动式工装平台2包括平台支架202，所述平台支架202的顶部平行固定安装有第一工装安装板203、第二工装安装板205、第三工装安装板207、第四工装安装板209、第五工装安装板211和第六工装安装板213，所述第一工装安装板203上设置有多个均布的用于放置组装完成之后的标准试验发动机的发动机工装204，所述第二工装安装板205上设置有多个均布的用于放置喷管及喷管封盖组装件的喷管工装206，所述第三工装安装板207上设置有多个均布的用于放置连接套的连接套工装208，所述第四工装安装板209上设置有多个均布的用于放置发动机本体的本体工装210，所述第五工装安装板211上设置有多个均布的用于放置垫圈的垫圈工装212，所述第六工装安装板213上设置有多个均布的用于放置测压座的测压座工装214。通过上述的移动式工装平台2主要用于待装配零部件的放置，进而方便的配合多自由机械手1实现零部件的抓取，从左到右依次放置标准试验发动机成品、喷管、连接套、发动机本体、垫圈和测压座。为了简缩装配流程，喷管和喷管封盖装配比较简单，喷管和喷管座实现已经装配到一起。由于垫圈不利于机械手的抓取，因此设计一种用于放置垫圈的工装，事先将垫圈放于工装上，机械手通过抓取工装来实现垫圈的安装。

进一步的，所述平台支架202的底部四角固定安装有支撑脚轮218，位于平台支架202头部的底端对称设置有平台限位架201，位于平台支架202尾部的顶端通过把手安装座217固定安装有把手215；所述垫圈工装212的顶部边缘加工有密封圈安装台阶216。通过上述的结构能够方便的对零部件进行搬运和整体移动。

进一步的，所述传输线体3包括传输机架301，所述传输机架301的顶部平行安装有滑轨311，所述滑轨311上通过滑块320支撑安装有托盘305，所述托盘305的固定安装有两个立式中空卡盘306，所述立式中空卡盘306的内部安装有用于夹紧待装配零部件的卡爪307，所述传输机架301的底部四角固定安装有升降支脚结构；所述托盘305和传输机架301之间安装有用于驱动其沿着滑轨311滑动的直线驱动机构。传输线体用于对工作托盘的自动换位，提高生产效率。在拧紧机工作时，托盘可以在机械手的帮助下完成零件准备工作。线体上的托盘可左右移动，自动定位，与拧紧机配合工作。传输托盘中有可更换夹具，适用于不同型号的产品或零部件，托盘可同时承载二套产品，承载能力不小于50kg。

进一步的，所述升降支脚结构包括固定在传输机架301底部四角的支撑底板315，所述支撑底板315上安装有升降螺杆316，所述升降螺杆316与调节螺母314构成螺纹传动配合，所述升降螺杆316的底端固定安装有支撑脚板313。通过上述的升降支脚结构能够对传输线体3的高度进行有效的调节。

进一步的，直线驱动机构包括固定在传输机架301上的电机支撑板317，所述电机支撑板317上固定安装有电机310，所述电机310的输出轴通过联轴器309与丝杆304相连，所述丝杆304的两端分别支撑在第一丝杆支座308和第二丝杆支座303之间，所述丝杆304与丝杆螺母318构成丝杆传动配合，所述丝杆螺母318通过螺母安装座319与托盘305的底端固定相连；通过上述的直线驱动机构能够驱动托盘的横向移动，在工作过程中，通过电机310驱动丝杆304，通过丝杆304驱动丝杆螺母318，进而通过丝杆螺母318带动托盘305沿着滑轨移动，实现两个装配工位之间的切换。

进一步的，所述传输机架301的顶部两端中间部位固定安装有限位档板302；通过限位档板302对托盘起到限位的目的，防止其发生过滑动的问题。

进一步的，所述滑轨311的两个端头固定有滑轨端头限位块312。通过上述的滑轨端头限位块312能够对滑块起到限位的目的。

进一步的，所述拧紧装置4包括立式支撑架体401，在立式支撑架体401的前侧壁上平行固定安装有竖直滑轨408，所述竖直滑轨408上通过滑动配合安装有滑移架403，所述滑移架403的外侧壁上固定安装有拧紧机安装板404，所述拧紧机安装板404的顶部固定安装有拧紧电机407，所述拧紧电机407的输出轴通过连接套406与拧紧头405相连，所述滑移架403上连接有平衡重系统以及驱动其沿着竖直滑轨408升降的升降动力装置。通过上述的拧紧装置4主要是为了实现自动拧紧操作过程，拧紧头405为拧紧执行单元，提供拧紧运动及扭矩控制，通过设计防爆外壳对其进行隔爆处理，拧紧输出力矩600nm，控制力矩精度5%，满足系统防爆要求。拧紧头为产品各零部件的拧紧工装，根据各部件的拧紧接口进行设计。拧紧头柔性对中单元用于适应拧紧头与零部件的微小位置偏差。

在拧紧头405设置有弹体夹持单元，弹体夹持单元主要由弹体夹持装置及驱动单元组成，用于对弹体下段转动进行约束，弹体夹持装置为一由伺服电机驱动的增力连杆机构，夹持力可克服摩擦扭矩，夹持装置与弹体接触部位垫有非金属垫层。夹持装置驱动单元用于横向驱动夹持装置在拧紧时到达夹持工位。

进一步的，所述平衡重系统包括连接在滑移架403顶端的牵引绳410，所述牵引绳410绕过定滑轮组413，并在其另一末端安装有平衡重块402，所述定滑轮组413通过滑轮支架412固定在立式支撑架体401的顶部；通过平衡重系统保证了滑移架403能够沿着竖直滑轨408稳定的滑动。减少了其升降过程中所需要的驱动动力。

进一步的，所述升降动力装置包括固定在立式支撑架体401前端侧壁上的竖直丝杆安装座411，所述竖直丝杆安装座411之间安装有竖直丝杆409，所述竖直丝杆409上通过丝杆传动配合有螺母套，所述螺母套通过连接板与滑移架403固定相连，所述立式支撑架体401的顶部固定有用于对滑移架403进行限位的顶部限位座414。通过上述的升降动力装置主要用于提供升降的动力，在工作过程中，通过电机驱动竖直丝杆409，再由竖直丝杆409与螺母套之间的螺纹传动配合来驱动滑移架403的升降动作，最终完成拧紧头405的升降。

进一步的，还包括控制系统，根据生产工艺过程要求，控制系统应用先进的plc集成技术和安全技术，采用成熟的现场总线技术实现多专机、多传感器信息的融合。

系统采用德国西门子公司s7-1200系列的plc作为控制核心，安放在现场防爆控制箱内，实现现场各单元的协同逻辑控制。

拧紧机采用国内成熟品牌的拧紧系统。在生产准备过程中，技术人员通过工业以太网tcp/ip协议，对拧紧轴进行编程，将程序传输至拧紧机控制器内并进行保存。在生产过程中，操作人员通过按钮盒发送指令，专机plc根据指令内容通过profibus总线发送执行指令至拧紧机控制系统，从而实现拧紧轴按预设程序的拧紧、拧松、复位等操作。plc系统通过profibus总线实时监控拧紧机运行状态，拧紧数据通过现场防爆触摸屏进行显示；拧紧结果的合格、不合格、故障等状态通过现场指示灯或触摸屏反馈至操作者。专机配有急停按钮，可快速实现本专机的紧急停车。

进一步的，还包括视频监视系统，为了满足设备生产安全运行的要求，本系统配备了防爆远程监控的功能，可对现场进行视频监视，同时可对监视画面进行保存，保存时间不小于90天。

系统采用液晶显示器作为硬盘录像机的显示终端，以便于操作者进行视频回放、记录保存等功能。

电检测抗爆间内设置防爆监控摄像头2个，采用不少于200万像素的高清数字网络摄像机，其满足1080p视频拍摄需求，进行视频拍摄，以满足测量过程的高清晰视频监视需求。

视频存储单元采用网络高清硬盘录像机，辅以2×2t视频监控专用硬盘，实现监视画面保存时间不少于90天。

线路传输部分采用工业级以太网线；前端电源采用rvv2-1.5电源线缆。

实施例2：

所述标准试验发动机自动装配系统进行发动机装配的方法，包括以下步骤：

step1：将待组装的喷管和喷管座预先装配之后放置到移动式工装平台2的喷管工装206上，将连接套、发动机本体、垫圈和测压座分别对应放置到连接套工装208、本体工装210、垫圈工装212和测压座工装214上；并放置满两台移动式工装平台2；

step2：人工推动载满零部件的移动式工装平台2将其推到隔离房，并通过平台限位架201定位之后设置在多自由机械手1的两侧；

step3：启动多自由机械手1，多自由机械手1按照装配流程通过其末端的工业相机105和机械手爪103对零部件进行识别并抓取，再准确放置到传输线体3的中空卡盘306，并夹紧固定；

step4：再通过多自由机械手1将待拧紧的另一个部件送入到拧紧装置4的拧紧头405；启动拧紧电机407，驱动拧紧头405，进而将待拧紧的部件拧紧装配到中空卡盘306上的零部件上；

step5：在其中一个立式中空卡盘306在拧紧作业过程中，通过多自由机械手1对另一个立式中空卡盘306进行上料；

step6：待其中一个立式中空卡盘306上的零部件拧紧装配完成之后，启动传输线体3的直线驱动机构，进而将另一个立式中空卡盘306移动到拧紧头405的正下方，并进行后续的拧紧装配过程；

step7：待整个试验发动机装配之后，通过多自由机械手1将其搬运之后自动的存放到移动式工装平台2的发动机工装204上；

step8：待所有的试验发动机装配完成之后，开启隔离房，将整个移动式工装平台2再次推出以便于下一批零部件的装配。