本發(fā)明屬于自動(dòng)化裝配領(lǐng)域,具體地說是一種可應(yīng)用于航天發(fā)動(dòng)機(jī)某零部件六角形螺釘自動(dòng)認(rèn)帽、緊固的控制方法。
背景技術(shù):
1、隨著國(guó)內(nèi)航天事業(yè)的發(fā)展,航天配套產(chǎn)品需求大大增加,航天產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)越來越重視對(duì)產(chǎn)品裝配質(zhì)量和效率的提高。
2、附圖1中是某型號(hào)航天發(fā)動(dòng)機(jī)零部件俯視圖。該零部件的裝配涉及到3個(gè)六角形螺釘?shù)木o固任務(wù),螺釘?shù)纳媳砻鏋檎呅巍鹘y(tǒng)的緊固手段是人工采用定扭開口扳手實(shí)現(xiàn)對(duì)螺釘?shù)木o固過程。由于3個(gè)螺釘分別有一側(cè)緊靠零部件的中心圓柱凸起部分,因此在人工緊固的過程中,旋擰一個(gè)角度后,需要將扳手脫開螺釘逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)后,再次對(duì)接螺釘進(jìn)行緊固。每完成一次緊固任務(wù)需要反復(fù)執(zhí)行約6-8次該過程。而每臺(tái)航天發(fā)動(dòng)機(jī)在裝配過程中有幾十個(gè)該零部件,則待擰緊的該六角形螺釘有上百個(gè),就是說每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)需要人工完成上百次的緊固。由于人工疲勞操作,部分螺釘表面經(jīng)常被劃傷,影響整機(jī)質(zhì)量,故急需自動(dòng)化控制方法減少人員投入,提高裝配質(zhì)量。
3、在一些自動(dòng)化的擰緊應(yīng)用中,通過工業(yè)機(jī)器人定位電動(dòng)擰緊軸,既可減少人員的投入,又保證了螺栓的裝配質(zhì)量。加入視覺技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)螺栓位置信息的獲取,可引導(dǎo)機(jī)器人完成對(duì)螺釘?shù)木_定位。雖然有視覺引導(dǎo)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)擰緊過程,但套筒與螺釘?shù)恼J(rèn)帽緊固過程都發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。而在該裝配工藝中則不允許擰緊過程螺釘與套筒產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),以免破壞螺釘上表面涂漆層進(jìn)而影響產(chǎn)品的性能。由于待緊固螺釘在零部件中的相對(duì)位置比較特殊,應(yīng)用普通的六角型套筒會(huì)與零部件的其它位置干涉。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了提高以上航天發(fā)動(dòng)某零部件螺釘緊固質(zhì)量,本發(fā)明提出一種六角型螺釘緊固工藝自動(dòng)化裝配的控制方法。
2、本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種零部件六角形螺釘自動(dòng)認(rèn)帽緊固的控制方法,包括以下步驟:
3、1)采用棋盤格標(biāo)定板完成相機(jī)內(nèi)參和外參的標(biāo)定;
4、2)設(shè)定相機(jī)坐標(biāo)系為c,機(jī)器人末端執(zhí)行坐標(biāo)系e,求解出這兩個(gè)坐標(biāo)系之間變換矩陣
5、3)通過l形標(biāo)定板初步標(biāo)定擰緊工具的徑向基準(zhǔn)位姿;
6、4)通過工裝檢測(cè)初步標(biāo)定擰緊工具的徑向基準(zhǔn)位姿是否合格;當(dāng)合格時(shí),執(zhí)行下一步驟;
7、5)通過激光傳感器和反光板確定擰緊工具周向基準(zhǔn)位置;
8、6)通過工業(yè)相機(jī)檢測(cè)基準(zhǔn)螺釘?shù)倪呇靥卣鞑⒃O(shè)定任意相鄰兩邊沿構(gòu)成的邊沿角度α、基準(zhǔn)螺釘中心的位置(x,y);
9、7)通過示教機(jī)器人使得基準(zhǔn)螺釘嵌入完成徑向和周向基準(zhǔn)位置標(biāo)定的擰緊工具的劈頭內(nèi),保存機(jī)器人此時(shí)的位姿并設(shè)定該位姿為機(jī)器人擰緊螺釘?shù)幕A(chǔ)位姿;
10、8)通過工業(yè)相機(jī)檢測(cè)任意螺釘邊沿特征并確定邊沿特征角度α′及基準(zhǔn)螺釘中心的位置(x′,′);
11、9)計(jì)算出在機(jī)器人基坐標(biāo)系下任意螺釘與基準(zhǔn)螺釘位置的角度差δα和位置偏移量(δx,δy0;
12、10)根據(jù)所述任意螺釘與基準(zhǔn)螺釘位置偏移量和角度差,機(jī)器人對(duì)擰緊工具的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整并完成對(duì)螺釘?shù)恼J(rèn)帽對(duì)接;
13、11)電動(dòng)擰緊機(jī)帶動(dòng)擰緊工具開始緊固螺釘,通過旋擰力矩和角度檢測(cè)約束條件判斷緊固過程是否結(jié)束。
14、步驟1)為:將棋盤格標(biāo)定板放置在裝配平面上,通過移動(dòng)機(jī)器人帶動(dòng)相機(jī)從3個(gè)不同位置角度拍攝標(biāo)定板獲取圖像,每次獲取棋盤格標(biāo)定板平面上4組角點(diǎn)的位置信息。
15、步驟2)中,求出相機(jī)坐標(biāo)系與機(jī)器人末端執(zhí)行坐標(biāo)系變換矩陣的方法為:解算步驟1)中的3個(gè)不同位置角度拍攝棋盤格標(biāo)定板獲取圖像的相機(jī)內(nèi)外參矩陣,獲取并記錄這3個(gè)圖像的機(jī)器人末端坐標(biāo)系tcp0的位姿參數(shù)。
16、步驟3)通過標(biāo)定板初步設(shè)定擰緊工具的徑向基準(zhǔn)位姿位置,過程如下:
17、3.1)首先機(jī)器人帶動(dòng)擰緊工具從l形標(biāo)定板開放側(cè)低于設(shè)定速度靠入90度轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè),使得擰緊工具側(cè)面與標(biāo)定板兩端相切,工具下端接觸裝配平面;
18、3.2)然后旋擰劈頭并觀察劈頭軸線是否平行于標(biāo)定板;如果認(rèn)為平行度符合設(shè)定標(biāo)準(zhǔn),則擰緊工具的徑向基準(zhǔn)位姿初步標(biāo)定完成;否則,通過機(jī)器人繼續(xù)調(diào)整劈頭的位姿,返回步驟3.1)。
19、步驟4)具體為:通過工裝檢測(cè)處于基準(zhǔn)位姿擰緊工具的軸線是否垂直于擰緊平面,包括以下步驟:
20、先將工裝垂直放置于裝配臺(tái)上,使其軸線垂直于裝配平面,再令機(jī)器人帶動(dòng)完成初步基準(zhǔn)位置標(biāo)定的擰緊工具通過笛卡爾坐標(biāo)系的x、y、z軸移動(dòng)到檢測(cè)工裝附近,使得工裝剛好能嵌入擰緊工具劈頭內(nèi);
21、然后令機(jī)器人在z+方向垂直抬起擰緊工具,最后以該位置為周向基準(zhǔn)分別旋轉(zhuǎn)機(jī)器人的第六軸的末端至±60°、±120°和±180°方向并觀察不旋轉(zhuǎn)工裝的狀態(tài)下、工裝在這6個(gè)位置能否嵌入擰緊劈頭內(nèi);
22、如果均能嵌入,則認(rèn)為擰緊工具軸線垂直于裝配平面,即基準(zhǔn)位置校驗(yàn)合格;否則重新執(zhí)行步驟3)操作。
23、步驟5)具體為:首先通過擰緊機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)擰緊工具,當(dāng)激光傳感器檢測(cè)到反光板反射的光束時(shí),立即停止轉(zhuǎn)動(dòng),然后逆時(shí)針低于設(shè)定速度轉(zhuǎn)動(dòng)擰緊工具,當(dāng)激光傳感器發(fā)出的光束剛好脫離反光板時(shí),立即停止轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)的位置為擰緊工具周向的基準(zhǔn)位置。
24、步驟6)中,所述基準(zhǔn)螺釘設(shè)定規(guī)則為:先手動(dòng)旋擰螺釘使其處于著座狀態(tài)并確認(rèn)螺釘軸線垂直于裝配平面,然后調(diào)整螺釘?shù)慕嵌仁蛊渲幸粭l邊沿與工件中心凸起的圓柱邊沿相切,再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)螺釘設(shè)定角度,最終確認(rèn)此時(shí)的擰緊劈頭與螺釘對(duì)接剛好不與工件中心凸起部分邊緣干涉后,將其設(shè)定為基準(zhǔn)螺釘?shù)臓顟B(tài);
25、所述通過工業(yè)相機(jī)檢測(cè)基準(zhǔn)螺釘?shù)倪呇靥卣骷叭我庀噜弮蛇呇貥?gòu)成的邊沿角度α,基準(zhǔn)螺釘中心的位置(x,y),具體如下:
26、通過機(jī)器人對(duì)工業(yè)相機(jī)定位使基準(zhǔn)螺釘成像處于相機(jī)視野的中央,再調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)使相機(jī)檢測(cè)平面與裝配平面處于平行狀態(tài),記錄并保存此時(shí)機(jī)器人對(duì)相機(jī)定位的位姿數(shù)據(jù),然后對(duì)螺釘邊沿特征進(jìn)行識(shí)別,最后計(jì)算出其邊沿的角度α及其中心位置在相機(jī)坐標(biāo)系下坐標(biāo)(x,y)。
27、步驟7)中,具體如下:通過示教機(jī)器人在笛卡爾坐標(biāo)系的x、y、z軸方向移動(dòng)并配合機(jī)器人末端的tcp0的z方向旋轉(zhuǎn)自由度使得基準(zhǔn)螺釘嵌入完成徑向和周向基準(zhǔn)位置標(biāo)定的擰緊工具的劈頭內(nèi),保存機(jī)器人此時(shí)的位姿并設(shè)定該位姿為機(jī)器人擰緊螺釘?shù)幕A(chǔ)位姿。
28、步驟11)中,具體如下:為防止在擰緊過程中工具與工件發(fā)生干涉,設(shè)置在電動(dòng)機(jī)擰緊機(jī)中的緊固程序除了對(duì)設(shè)置緊固的目標(biāo)扭矩外,還根據(jù)實(shí)際螺釘與基準(zhǔn)螺釘角度偏差對(duì)每次執(zhí)行旋擰的角度上限進(jìn)行設(shè)置;當(dāng)?shù)竭_(dá)緊固的目標(biāo)扭矩時(shí),緊固結(jié)束;當(dāng)?shù)竭_(dá)旋擰角度上限但并未目標(biāo)扭矩時(shí),機(jī)器人返回初始位置后重新依次執(zhí)行步驟3)、5)、8)、9)、10)和11),繼續(xù)完成自動(dòng)認(rèn)帽緊固過程。
29、一種零部件六角形螺釘自動(dòng)認(rèn)帽緊固的控制系統(tǒng),包括:
30、機(jī)器人,用于對(duì)擰緊工具調(diào)姿定位;
31、電動(dòng)擰緊機(jī),固定于機(jī)器人第六軸末端,用于以設(shè)定目標(biāo)力矩和角度限制為條件緊固螺釘;
32、工業(yè)相機(jī),固定于電動(dòng)擰緊機(jī)一側(cè),用于檢測(cè)螺釘位置和角度;
33、劈頭,為開口六角擰緊劈頭,插接于電動(dòng)擰緊機(jī)的末端,用于與螺釘邊沿進(jìn)行認(rèn)帽對(duì)接;
34、標(biāo)定板,截面成l型,由兩塊成90度角平板構(gòu)成,整體垂直于裝配平面固定于裝配操作臺(tái)上,用于標(biāo)定時(shí)設(shè)定擰緊工具徑向基準(zhǔn);
35、檢測(cè)工裝,由上部、中部和下端依次連接構(gòu)成;上部為一長(zhǎng)方體,端面為長(zhǎng)方形,所述長(zhǎng)方形的長(zhǎng)為六角型螺釘兩條對(duì)邊的距離、寬為六角型螺釘一條邊的長(zhǎng)度,當(dāng)檢測(cè)工裝旋轉(zhuǎn)到某角度時(shí),可使上部嵌入至六角型劈頭中;中部為圓臺(tái),用于連接上部與下端;下端為圓柱形底座,用于放置于裝配臺(tái)上與之匹配的凹槽內(nèi);
36、激光傳感器,通過支架固定于電動(dòng)擰緊機(jī)上,反光板固定于擰緊工具上,二者用于擰緊工具周向基準(zhǔn)位置的設(shè)定。
37、本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
38、1.本發(fā)明旨在為企業(yè)研發(fā)一套適用于某航天發(fā)動(dòng)機(jī)某零部件裝配流水線上,擰緊工具與螺釘對(duì)接、緊固的自動(dòng)化控制方法。
39、2.本發(fā)明的應(yīng)用可減少某型號(hào)航天發(fā)動(dòng)機(jī)某零部件裝配過程中人員的使用,提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。