一种表蒙自动定位安装装置及其定位安装方法与流程

1.本发明属于仪表装配技术领域，特别是涉及一种表蒙自动定位安装装置及其定位安装方法。


背景技术：

2.仪表是一种显示各类仪器运行状态参数的装置，被广泛应用于仪器、车辆、船舶、航空航天等大型设备中，其总体使用数量庞大且种类繁多，不仅外形各异、功能不同，仪表显示形式也多种多样，同时对使用环境的要求有较大差异，故仪表需要专业公司来加工制造。
3.现有仪表在结构上大致分为三个部分：表壳组件、表芯组件与底座，其中表壳组件是由表蒙与表壳依靠冲压件组合形成；表芯组件是由表盘和表芯依靠螺钉组装而成，最终再将表壳组件与表芯组件固定在底座上形成一个仪表。如图8所示，表蒙是仪表表壳上透明的盖子，在组装完成的仪表上，表蒙位于仪表表盘上部具有透视、防尘、防水汽的作用，现有表蒙材质多为玻璃材质或者pvc材质且形状多为圆柱形，在实际生产中，有些表蒙为配合仪表显示，通常会在表蒙面上印上数字、图形或遮挡区域等图案，这些图案与表盘上的刻度、单位或螺钉位置有着精确的相对位置关系，以满足配合显示、遮挡仪表光线或零部件的作用，故在仪表安装过程中要保证表蒙与表盘之间的相对位置精度，也就是要保证表蒙与表壳之间的相对位置精度，以满足客户要求。
4.目前，带有图案的圆柱形表蒙与表壳的定位安装精度完全依赖人工目测，在安装表蒙时，首先需要将表芯组件和底座组装在一起放入表壳中，以模拟装配好的状态来观察表蒙与表盘之间的相对位置，若是表蒙上的图案与表盘位置有偏差则需将表芯组件与底座取出，旋转调整表蒙位置后，再重复装配调整，往往需要经过数次调整表蒙位置后，才能将表蒙与表壳冲压在一起即是将表蒙压紧在表壳中，而此过程费时费力效率低，无专用压紧工装、装配精度较差，在反复适配时容易划伤表壳与表盘漆面，导致零件报废，从而提高产品生产成本，因此，现有技术中仍存在缺点和不足之处。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了提供一种表蒙自动定位安装装置及其定位安装方法，解决目前表蒙与表壳的定位安装过程费时费力效率低、无专用压紧工装、装配精度差，产品生产成本高的问题。
6.为了解决上述问题本发明所采取的技术方案：
7.一种表蒙自动定位安装装置，所述工作台内分别设置有控制系统与旋转定位组件，工作台上竖直安装有用于定位表壳位置的套筒座，所述套筒座的水平截面为弧形环状结构，套筒座其中一侧的工作台上设置有支架组件，所述支架组件上安装有竖直设置的伸缩组件，所述伸缩组件位于套筒座正上方，伸缩组件的底端内设置有用于识别表蒙上图案位置的视觉识别装置，所述旋转定位组件包括竖直分布的旋转电机，所述旋转电机为步进
电机，旋转电机底部与工作台的内底面可拆卸固定连接，旋转电机输出轴上套设有套管，所述套管内滑动连接有竖直设置的连接轴，所述连接轴顶端穿过工作台后连接有位于套筒座内且与套筒座同轴线设置的圆盘，所述圆盘与套管之间的连接轴上套设有复位弹簧，圆盘顶面上设置有吸附面朝上的吸盘，所述控制系统分别与视觉识别装置、旋转电机、伸缩组件电连接。
8.进一步的，所述连接轴外壁与套管外壁均由两个相对设置的平面与两个相对设置的弧形面组成，连接轴的平面与套管的平面平行设置，连接轴底部插入套管内且连接轴底部沿连接轴圆周方向开设有切槽，所述切槽上套设有开口挡圈，所述套管两个相对设置的平面上均开设有与套管内连通的槽口，所述开口挡圈与槽口的顶面抵接。
9.进一步的，所述伸缩组件包括竖直设置的压紧气缸，所述压紧气缸与支架组件可拆卸固定连接，压紧气缸的活塞杆上设置有竖直分布的压紧环，所述压紧环为底面开口的筒体结构，压紧环位于套筒座正上方且压紧环外径小于套筒座的弧形内径，压紧环内设置有所述视觉识别装置，所述控制系统与压紧气缸电连接。
10.进一步的，所述支架组件包括竖直设置的支柱，所述支柱底端与工作台固定连接，支柱上由顶到底套设有两个水平设置的支臂，所述支臂一端套设在支柱上且支臂与支柱之间均通过水平设置的第一锁紧螺栓连接，支臂另一端套设在压紧气缸的缸筒上且支臂与压紧气缸之间均通过水平设置的第二锁紧螺栓连接，所述第一锁紧螺栓的螺杆穿过支臂后与支柱抵接，第一锁紧螺栓头部与支臂抵接，所述第二锁紧螺栓的螺杆穿过支臂后与压紧气缸抵接，第二锁紧螺栓头部与支臂抵接。
11.进一步的，所述套筒座顶部的内壁上水平开设有第一螺纹孔，套筒座底部的弧形环状两侧均向外延伸为凸台结构，所述凸台结构与工作台均通过竖直设置的第一螺栓连接。
12.进一步的，上述的一种表蒙自动定位安装装置的定位安装方法，在该定位安装方法中，需预先设定表蒙理论基准位置：首先，以圆柱形表蒙水平截面的圆心点为o点，并以o点为原点建立平面直角坐标系；其次，在表蒙上图案位置的两端点分别标记为a点与b点，a点与b点分别为图案特征点，在平面直角坐标系中，a点与b点之间的连线与平面直角坐标系x轴平行，a点坐标为(x1，y1)、b点坐标为(x2，y2)；将a、b两点连线的中心点标记为c点，在平面直角坐标系中，c点位于平面直角坐标系y轴负半轴上，c点坐标为当c点位于y轴负半轴上时，表蒙为理论基准位置，基于此条件，所述方法包括如下步骤：
13.步骤一：标定基准，首先，根据表蒙与表盘相对位置将表蒙在表壳内压紧组装；其次，将表盘从表壳内取出，再通过套筒座将组装好的表壳组件固定在工作台上；最后，利用视觉识别装置捕捉表蒙图案位置并传输至控制系统将该位置标定为表蒙理论基准位置存储在控制系统内；
14.步骤二：定位零件，首先，利用套筒座定位表壳位置，其次，将待组装的胶圈、表蒙与封圈放入表壳内；最后，轻压表蒙，利用吸盘吸附定位表蒙；
15.步骤三：图像采集与特征识别，利用视觉识别装置捕捉表蒙上图案位置，并提取表蒙圆心点o点及图案特征点a点、b点的像素坐标将其传输至控制系统；
16.步骤四：数据计算，控制系统采用旋转定位计算原理计算角度值，并将角度值转化
为电信号控制旋转电机旋转；
17.步骤五：旋转定位，旋转定位组件带动表蒙旋转至表蒙理论基准位置停止运行，并将停止信号传输至控制系统；
18.步骤六：压紧组装，控制系统控制伸缩组件的压紧气缸带动压紧环在表壳内压紧表蒙完成组装过程，压紧气缸缩回。
19.进一步的，所述步骤四中旋转定位计算原理为控制系统接收到a点与b点的像素坐标后，通过特征点坐标进行数学计算得出a、b两点连线的中心点c点坐标，旋转角度即为o点、c点之间的连线旋转至y轴负半轴的角度记为θ，0
°
≤θ≤180
°
，θ计算公式如下：
20.当c点位于y轴负半轴时，c点旋转至y轴负半轴角度θ＝0
°
；
21.当c点位于第四象限时，c点旋转至y轴负半轴角度
22.当c点位于x轴正半轴时，c点旋转至y轴负半轴角度θ＝90
°
；
23.当c点位于第一象限时，c点旋转至y轴负半轴角度
24.当c点位于y轴正半轴时，c点旋转至y轴负半轴角度θ＝180
°
；
25.当c点位于第二象限时，c点旋转至y轴负半轴角度
26.当c点位于x轴负半轴时，c点旋转至y轴负半轴角度θ＝90
°
；
27.当c点位于第三象限时，c点旋转至y轴负半轴角度
28.采用上述技术方案，本发明的有益效果：
29.本发明通过设置工作台、旋转定位组件、套筒座、伸缩组件、支架组件与视觉识别装置形成表蒙与表壳专用的定位压紧工装，具体的，在装置首次装配后需要进行标定，即是利用视觉识别装置在控制系统内存储中表蒙与表壳理论位置的图形模板，标定结束开始使用时，首先套筒座用于定位表壳位置，然后将胶圈、表蒙和封圈依次放入表壳中，利用吸盘吸附表蒙，随之视觉识别装置捕捉表蒙上图案与表壳的相对位置并将捕捉信号传输至控制系统，控制系统将捕捉图案信号与控制系统内存储的表蒙与表壳理论位置进行比较处理并换算为旋转角度，然后控制系统控制旋转电机带动表蒙旋转相应角度以精确定位表蒙位置，最后，控制系统控制伸缩组件伸出将表蒙压紧在表壳内完成装配，相对于人工压制装配，本发明表蒙与表壳的安装过程可以自动实现一次定位、一次压制成功，省时省力能提高产品生产效率，还能避免多次安装适配，装配精度高、能减少产品零件报废而降低产品生产成本。
附图说明
30.图1为本发明的结构示意图；
31.图2为本发明使用状态下的结构示意图；
32.图3为图2中主视的结构示意图；
33.图4为本发明旋转定位组件的结构示意图；
34.图5为图4中部分结构的主视示意图；
35.图6为图4中部分结构分体状态下的结构示意图；
36.图7为本发明套筒座的结构示意图；
37.图8为现有技术中表壳与表蒙组装后的结构示意图；
38.图9为本发明表蒙理论安装位置的示意图；
39.图10为视觉识别装置捕捉表蒙上图案实际位置的示意图。
40.附图标记：1、旋转定位组件；10、底盘；11、旋转电机；12、套管；13、连接轴；14、圆盘；15、复位弹簧；16、吸盘；17、切槽；18、开口挡圈；19、槽口；2、套筒座；21、第一螺纹孔；22、凸台结构；3、伸缩组件；31、压紧气缸；32、压紧环；4、支架组件；41、支柱；42、支臂；43、第一锁紧螺栓；44、第二锁紧螺栓；5、视觉识别装置；6、工作台；7、控制系统；8、表蒙；9、表壳。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。
42.如图1至图8所示，本发明提供了一种表蒙自动定位安装装置，包括为中空箱体结构的工作台6，工作台6内分别设置有控制系统7与旋转定位组件1，工作台6上竖直安装有用于定位表壳位置的套筒座2，套筒座2的水平截面为弧形环状结构，套筒座2其中一侧的工作台6上设置有支架组件4，支架组件4上安装有竖直设置的伸缩组件3，伸缩组件3位于套筒座2正上方，伸缩组件3的底端内设置有用于识别表蒙上图案位置的视觉识别装置5，具体的，视觉识别装置5可以为摄像头或相机用于捕捉识别表蒙8上的图案位置并提取表蒙8圆心点及图案特征点，旋转定位组件1包括竖直分布的旋转电机11，旋转电机11为步进电机，旋转电机11底部与工作台6的内底面可拆卸固定连接，旋转电机11输出轴上套设有套管12，套管12内滑动连接有竖直设置的连接轴13，连接轴13顶端穿过工作台6后连接有位于套筒座2内且与套筒座2同轴线设置的圆盘14，圆盘14与套管12之间的连接轴13上套设有复位弹簧15，复位弹簧15用于复位圆盘14位置，圆盘14顶面上设置有吸附面朝上的吸盘16，吸盘16用于吸附表蒙8，吸盘16的吸附力吸紧表蒙8即可，控制系统7分别与视觉识别装置5、旋转电机11、伸缩组件3电连接，具体的，控制系统7包括存储单元、信息处理单元，控制中心单元等，存储单元用于存储表蒙8与表壳9理论基准位置的图形模板；信息处理单元用于处理图案信息并换算旋转角度，控制中心单元用于接收、发射控制信号以控制视觉识别装置5、旋转电机11、伸缩组件3运行，通过设置工作台6、旋转定位组件1、套筒座2、伸缩组件3、支架组件4与视觉识别装置5形成表蒙8与表壳9专用的定位压紧工装，具体的，在装置首次装配后需要进行标定，即是利用视觉识别装置5在控制系统7内存储中表蒙与表壳理论位置的图形模板，标定结束开始使用时，首先套筒座2用于定位表壳9位置，然后将胶圈、表蒙8和封圈依次放入表壳9中，利用吸盘16吸附表蒙8，随之视觉识别装置5捕捉表蒙8上图案与表壳9的相对位置并将捕捉信号传输至控制系统7，控制系统7将捕捉图案信号与控制系统7内存储的表蒙8与表壳9理论位置进行比较处理并换算为旋转角度，然后控制系统7控制旋转电机11带动圆盘14上通过吸盘16吸附的表蒙8旋转相应角度以精确定位表蒙8位置，最后，控制系统7控制伸缩组件3伸出将表蒙8压紧在表壳9内完成装配，相对于人工压制装配，本发明表蒙8与表壳9的安装过程可以自动实现一次定位、一次压制成功，省时省力能提高产品生产效
率，还能避免多次安装适配，装配精度高、能减少产品零件报废而降低产品生产成本。
43.进一步的，由于旋转电机11需要带动圆盘14转动，伸缩组件3需要在表壳9内压紧圆盘14上的表蒙8，故圆盘14与旋转电机11输出轴之间的连接方式要同时满足上述需求，即套管12与连接轴13滑动连接的具体方式为：如图1至图6所示，连接轴13外壁与套管12外壁均由两个相对设置的平面与两个相对设置的弧形面组成，连接轴13的平面与套管12的平面平行设置，连接轴13底部插入套管12内且连接轴13底部沿连接轴13圆周方向开设有切槽17，连接轴13与套管12为间隙配合，切槽17上套设有开口挡圈18，套管12两个相对设置的平面上均开设有与套管12内连通的槽口19，开口挡圈18与槽口19的顶面抵接，具体的，当连接轴13插入套管12后，将开口挡圈18从槽口19内穿过套设在切槽17上，此时，由于开口挡圈18与槽口19的顶面抵接，连接轴13的平面与套管12的平面平行设置，当旋转电机11转动时，通过这样的设置方式能防止连接轴13相对于套管12转动，从而能够保证旋转电机11间接带动圆盘14与吸盘16转动而将表蒙8转动至合适位置；当伸缩组件3伸出压紧表蒙8时，在伸缩组件3伸出的过程中开口挡圈18随着连接轴13向下移动不影响伸缩组件3带动圆盘14下降并压缩复位弹簧15直至伸缩组件3压紧表蒙8，此时，可以将开口挡圈18设置为正好抵接槽口19底面。
44.进一步的，套管12与旋转电机11输出轴的连接方式为：套管12套设在旋转电机11输出轴上且套管12与旋转电机11输出轴之间过盈配合；或者套管12与旋转电机11输出轴之间为螺纹连接，无论采用哪种方式均是便于套管12在旋转电机11输出轴上进行拆装。
45.进一步的，如图1至图3所示，伸缩组件3具体的结构如下：伸缩组件3包括竖直设置的压紧气缸31，压紧气缸31与支架组件4可拆卸固定连接，压紧气缸31的活塞杆上设置有竖直分布的压紧环32，压紧环32为底面开口的筒体结构，压紧环32位于套筒座2正上方且压紧环32外径小于套筒座2的弧形内径，压紧环32内设置有所述视觉识别装置5，控制系统7与压紧气缸31电连接，通过这样的设置方式，可以调节压紧气缸31气流量大小，在压紧气缸31活塞杆伸出带动压紧环32压紧表蒙8时能调节压紧力度而避免表蒙8破碎。
46.进一步的，如图1至图3所示，支架组件4具体的结构如下：支架组件4包括竖直设置的支柱41，支柱41底端与工作台6固定连接，支柱41上由顶到底套设有两个水平设置的支臂42，支臂42一端套设在支柱41上且支臂42与支柱41之间均通过水平设置的第一锁紧螺栓43连接，支臂42另一端套设在压紧气缸31的缸筒上且支臂42与压紧气缸31之间均通过水平设置的第二锁紧螺栓44连接，第一锁紧螺栓43的螺杆穿过支臂42后与支柱41抵接，第一锁紧螺栓43头部与支臂42抵接，第二锁紧螺栓44的螺杆穿过支臂42后与压紧气缸31抵接，第二锁紧螺栓44头部与支臂42抵接，通过这样的设置方式，可以调节压紧气缸31在支柱41上的高度位置，从而将压紧环31与表蒙8之间的竖直距离调节至合适高度，保证压紧行程，进一步避免压坏表蒙8而提高产品合格率。
47.进一步的，压紧环32与压紧气缸31的活塞杆为螺纹连接，通过这样的设置方式，便于拆装压紧环32，从而便于在压紧环32内安装视觉识别装置5。
48.进一步的，如图1至图3与图7所示，套筒座2具体的结构如下：套筒座2顶部的内壁上水平开设有第一螺纹孔21，套筒座2底部的弧形环状两侧均向外延伸为凸台结构22，凸台结构22与工作台6均通过竖直设置的第一螺栓连接，第一螺栓在图中未显示，如图8所示，表壳9的顶部侧壁沿表壳9周向开设有三个安装孔，套筒座2定位表壳9位置的具体方式为将任
意一个安装孔对准第一螺纹孔21并采用定位螺钉定位，定位完成后，表壳9位于工作台6上，圆盘14与吸盘16位于表壳9内。
49.进一步的，如图1至图4所示，旋转电机11底部与工作台6内底面可拆卸固定连接的具体方式为：旋转电机11底部固定连接有水平设置的底盘10，底盘10四角与工作台6内底面均通过竖直设置的第二螺栓连接，第二螺栓在图中未显示。
50.进一步的，将本发明装置在标定之后的使用过程进行详细说明：如图1至图7所示，本发明用于压紧气缸31的气管及用于各组件电连接的线缆在图中未显示，首先，将表壳9定位在套筒座2中，从而确定表壳9与工作台6的相对位置，此时，圆盘14与吸盘16均位于表壳9内；其次，将胶圈、表蒙8和封圈依次放入表壳9中，人工将表蒙8轻轻按压在吸盘16上吸附表蒙；然后视觉识别装置5捕捉表蒙8上图案与表壳9的相对位置并将捕捉信号传输至控制系统7，控制系统7将捕捉图案信号与控制系统7内存储的表蒙8与表壳9理论位置进行比较处理并换算为旋转角度，然后控制系统7控制旋转电机11带动圆盘14上通过吸盘16吸附的表蒙8旋转相应角度以精确定位表蒙8位置完成表蒙定位过程；最后，控制系统7控制压紧气缸31的活塞杆伸出带动压紧环32下降抵接表蒙8而间接带动圆盘14下降并压缩复位弹簧15直至将表蒙8压紧在表壳9内完成装配，装配完成后，压紧气缸31缩回，圆盘14在复位弹簧15的作用下复位，然后将装配好的表壳与表蒙即表壳组件取下即可，待后续装配时，将表芯组件和底座组装在一起放入表壳中组件内形成仪表。
51.进一步的，将上述的一种表蒙自动定位安装装置的定位安装方法进行详细说明，在该定位安装方法中，需预先设定表蒙理论基准位置：如图9所示，首先，以圆柱形表蒙水平截面的圆心点为o点，并以o点为原点建立平面直角坐标系；其次，在表蒙上图案位置的两端点分别标记为a点与b点，a点与b点分别为图案特征点，在平面直角坐标系中，a点与b点之间的连线与平面直角坐标系x轴平行，a点坐标为(x1，y1)、b点坐标为(x2，y2)；将a、b两点连线的中心点标记为c点，在平面直角坐标系中，c点位于平面直角坐标系y轴负半轴上，c点坐标为当c点位于y轴负半轴上时，表蒙为理论基准位置，基于此条件，所述方法包括如下步骤：
52.步骤一：标定基准，首先，根据表蒙与表盘相对位置将表蒙在表壳内压紧组装；其次，将表盘从表壳内取出，再通过套筒座2将组装好的表壳组件固定在工作台6上；最后，利用视觉识别装置5捕捉表蒙图案位置并传输至控制系统7将该位置标定为表蒙理论基准位置存储在控制系统7内，标定基准只是在装置首次装配完成或者基准位置发生变化时才进行，标定基准结束后装置进入正常使用；
53.步骤二：定位零件，首先，利用套筒座2定位表壳位置，其次，将待组装的胶圈、表蒙与封圈放入表壳内；最后，轻压表蒙，利用吸盘16吸附定位表蒙；
54.步骤三：图像采集与特征识别，利用视觉识别装置5捕捉表蒙上图案位置，并提取表蒙圆心点o点及图案特征点a点、b点的像素坐标将其传输至控制系统7；
55.步骤四：数据计算，控制系统7采用旋转定位计算原理计算角度值，并将角度值转化为电信号控制旋转电机11旋转；
56.步骤五：旋转定位，旋转定位组件1带动表蒙旋转至表蒙理论基准位置停止运行，并将停止信号传输至控制系统7；
57.步骤六：压紧组装，控制系统7控制伸缩组件3的压紧气缸31带动压紧环32在表壳内压紧表蒙完成组装过程，压紧气缸31缩回。
58.进一步的，如图9与图10所示，所述步骤四中旋转定位计算原理为控制系统7接收到a点与b点的像素坐标后，通过特征点坐标进行数学计算得出a、b两点连线的中心点c点坐标，旋转角度即为o点、c点之间的连线旋转至y轴负半轴的角度记为θ，0
°
≤θ≤180
°
，θ计算公式如下：
59.当c点位于y轴负半轴时，c点旋转至y轴负半轴角度θ＝0
°
；
60.如图10中的图形a所示，当c点位于第四象限时，c点旋转至y轴负半轴角度为顺时针旋转；
61.当c点位于x轴正半轴时，c点旋转至y轴负半轴角度θ＝90
°
，为顺时针旋转；
62.如图10中的图形b所示，当c点位于第一象限时，c点旋转至y轴负半轴角度为顺时针旋转；
63.当c点位于y轴正半轴时，c点旋转至y轴负半轴角度θ＝180
°
，为顺时针旋转；
64.如图10中的图形c所示，当c点位于第二象限时，c点旋转至y轴负半轴角度为逆时针旋转；
65.当c点位于x轴负半轴时，c点旋转至y轴负半轴角度θ＝90
°
，为逆时针旋转；
66.如图10中的图形d所示，当c点位于第三象限时，c点旋转至y轴负半轴角度为逆时针旋转。
67.通过该旋转定位计算原理可以将位于任意位置的圆柱形表蒙图案旋转至理论基准位置。
68.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等同物界定。