CN103203618A - 一种直驱节能在线检测及高效装配设备 - Google Patents

Abstract

一种直驱节能在线检测及高效装配设备，属高精度自动化检测设备技术领域。盘经L形座与Y轴平台连接，Y轴平台放置于X轴平台上，X轴平台和Y轴平台均由U型直线电机驱动，实现吸盘在X轴和Y轴方向上的两个位移自由度，吸盘在Z轴方向的位移由气动滑台带动，摆台旋转实现吸盘绕Y轴的角度调整。直线电机、摆台、气动滑台、工件、CCD摄像头及工控机组成位置闭环反馈系统。工件台随着力矩转台的旋转，实现工件台角度方位的准确调整。本发明实现了与吸盘吸合的上工件四自由度的精确定位和调整，以及工件台上下工件角度方位根据需要准确调整，有效提高了能源利用率，适合于高精度、高响应、自动化检测装配的场合。

Description

一种直驱节能在线检测及高效装配设备

技术领域

本发明属于高精度自动化检测设备技术领域，具体涉及一种直驱节能在线检测及高效装配设备。

背景技术

三维测量技术被广泛应用于自动化控制加工、工业自动检测、产品质量控制等，尤其是机器视觉领域。CN102785073A公开了一种CCD检测压合结构，用于检测产品组装后是否合格，其CCD摄像头的位置通过旋钮调整，定位精度不高且自动化程度低，其次移动范围局限于CCD滑动板的腰形孔内，检测效率较低。CN102267274A公开了一种微米精度三层平面工件对位机器人系统，其X轴位移台、Y轴位移台、Z轴位移台和水平旋转台，都采用开式控制的步进电机驱动。由于是开式控制，环境的干扰引起的系统定位误差无法补偿，因此该机器人系统定位精度有限。其次，步进电机存在转速和转矩低的问题，所以该对位机器人系统，响应速度较低。第三，步进电机体积重量大，并且能源利用率低，这必然引起该机器人系统体积重量庞大，以及功耗较大的问题。

随着自动化和材料技术的发展，直线电机技术渐趋成熟。直线电机技术，无中间转换机构，结构简单，机械效率高；其次直线电机速度、加速度特性好，响应快，定位精度高，因此直线电机技术与三维测量技术的结合是，高精度检测设备的发展趋势。

发明内容

针对现有高精度检测设备响应速度低、抗环境干扰性差、体积重量大以及功耗大的问题，本发明提出一种直驱节能在线检测及高效装配设备，有效解决了上述不足。

一种直驱节能在线检测及高效装配设备包括直线电机平台、气动系统和控制系统，控制系统的输出端与直线电机平台连接和气动系统连接。所述直线电机平台包括X轴平台1、Y轴平台9、工件台12、力矩转台13、U型直线电机Ⅰ4、U形直线电机Ⅱ8、U型直线电机Ⅲ10、U型直线电机Ⅳ15、导轨Ⅰ2、导轨Ⅱ3、导轨Ⅲ14、导轨Ⅳ19、L形座21、主基座11和钢架机座7；U型直线电机Ⅰ4和U型直线电机Ⅱ8的定子部分、导轨Ⅰ2和导轨Ⅱ3放置于X轴平台1上，U型直线电机Ⅰ4和U型直线电机Ⅱ8的动子部分与Y轴平台9连接；Y轴平台9在U型直线电机Ⅰ4和U型直线电机Ⅱ8的驱动下，沿着导轨Ⅰ2和导轨Ⅱ3来回运动；导轨Ⅲ14和导轨Ⅳ19安装于主基座11上，U型直线电机Ⅲ10和U型直线电机Ⅳ15的定子部分固定在主基座11的两侧，U型直线电机Ⅲ10和U型直线电机Ⅳ15的动子部分与X轴平台1连接，X轴平台1在U型直线电机Ⅲ10和U型直线电机Ⅳ15的组合带动下，沿着导轨Ⅲ14和导轨Ⅳ19往复运动；导轨Ⅰ2和导轨Ⅱ3的长度方向与导轨Ⅲ14和导轨Ⅳ19的长度方向在水平面内的投影互相垂直；力矩转台13的定子固定在主基座11的中心位置，工件台12位于力矩转台13的动子上，放置于工件台12上的下工件6在力矩转台13的转动下，实现角度方位的调整；主基座11位于钢架机座7上方；

所述气动系统包括气动滑台22、摆台23、吸盘架16和数个吸盘18；

所述控制系统包括工控机31、控制器、驱动器、连接电路、CCD摄像头Ⅰ17和CCD摄像头Ⅱ20；CCD摄像头Ⅰ17、CCD摄像头Ⅱ20和数个吸盘18安装于吸盘架16上，吸盘架16与可变角度的摆台23连接，摆台23与气动滑台22固接，气动滑台22经L形座21与Y轴平台9连接；摆台23随着气动滑台22沿着L形座21在竖直方向上升或下降；摆台23在控制系统的操控下，调整吸盘架16、CCD摄像头Ⅰ17、CCD摄像头Ⅱ20、吸盘18及其吸合的上工件5的角度方位；摆台23位于力矩转台13的上方，使得位于力矩转台13上的下工件6能够与位于吸盘18上的上工件5配合装配；

工控机31控制所述直线电机平台、气动系统和CCD摄像头，上工件5与气动系统的吸盘18吸合，下工件6固定于所述直线电机平台的力矩转台13上，所述气动系统的摆台23与所述直线电机平台的L形座21连接，CCD摄像头Ⅰ15和CCD摄像头Ⅱ20实时检测上工件5和下工件6的位置关系，并将位置信号反馈到工控机31上，实现闭环控制。整机结构紧凑，运动部件少，以及直线电机优良的速度特性和节能特性，因此该检测设备响应速度快、节能效果明显。其次与吸盘18吸合的上工件5具有四个自由度，下工件6在力矩转台13带动下，也可以角度调整，因此，该设备动作灵活、可操控性好。

为了提高该设备的对位精度和抗环境干扰性，权利要求2的发明是U型直线电机Ⅰ4、U型直线电机Ⅱ8、U型直线电机Ⅲ10和U型直线电机Ⅳ15、气动滑台22、摆台23、CCD摄像头Ⅰ17、CCD摄像头Ⅱ20与所述控制系统组成所述位置闭环反馈系统，CCD摄像头Ⅰ17和CCD摄像头Ⅱ20拍摄下工件6的方位，控制系统根据下工件6的方位计算确定X轴平台1、Y轴平台9和气动滑台22的位移量，以及摆台23的角度位移量，控制X轴平台1、Y轴平台9、气动滑台22和摆台23精确定位，从而使吸盘18抓取的上工件5在X轴即X轴平台1的运行方向、Y轴即Y轴平台9运行方向、Z轴即气动滑台13沿L形座12的运行方向和绕Y轴旋转的四个自由度均精确定位，定位精度达到微米级；力矩转台13、工件台12和工控机31组成所述位置闭环反馈系统，使工件台12及下工件6的角度方位精确调整，因此上工件5与下工件6的对位安装精度达到微米级，并且对位安装的可靠性高。

权利要求3的发明是设备显示面板30上布置有工控机31，显示面板30、顶板24、前门上28和前门下32以有机玻璃制成，简洁可视；电控柜25放置在设备后方，并与左侧板26和右侧板29连接；左侧板26和右侧板29中部均开作业槽27，方便流水线作业。

本发明可以获得如下有益效果：

上工件5在直线电机平台和气动系统的带动下，可以实现四自由度精确定位，放置于力矩转台13的下工件6的角度方位也可以准确调整，因此该设备动作灵活、可操控性好。

固定于吸盘架16上的CCD摄像头Ⅰ17和CCD摄像头Ⅱ20，与吸盘18吸合的上工件5同步运动，实时检测上工件5和下工件6的位置关系，所述控制系统在线控制所述直线电机平台和气动滑台22的位移量，以及摆台23的角度位移量，使上工件5、下工件6能快速、准确对位。由于CCD摄像头扫描精度高，并能实时反馈到控制系统，因此该设备对位精度高，达微米级，并且抗干扰性好，可靠性高。

该设备整机结构紧凑，运动部件少，设备主体采用直线电机驱动，响应快、定位精度高、节能效果明显，适合于PCB、液晶平板等电子产品的高精度、快速响应地检测及对位安装场合。

附图说明：

图1一种直驱节能在线检测及高效装配设备（不含柜体）结构图

图2一种直驱节能在线检测及高效装配设备（不含柜体和工件）主视图

图3一种直驱节能在线检测及高效装配设备柜体

图4一种直驱节能在线检测及高效装配设备原理简图

图中：1.X轴平台；2.导轨Ⅰ；3.导轨Ⅱ；4.U型直线电机Ⅰ；5.上工件；6.下工件；7.钢架机座；8.U型直线电机Ⅱ；9.Y轴平台；10.U型直线电机Ⅲ；11.主基座；12.工件台；13.力矩转台；14.导轨Ⅲ；15.U型直线电机Ⅳ；16.吸盘架；17.CCD摄像头Ⅰ；18.吸盘；19.导轨Ⅳ；20.CCD摄像头Ⅱ；21.L形座；22.气动滑台；23.摆台；24.顶板；25.电控柜；26.左侧板；27.作业槽；28.前门上；29.右侧板；30.显示面板；31.工控机；32.前门下。

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明的具体实施例。

上工件5放置于工件台12上之后，如果吸盘18的吸合面与上工件5的吸合面有角度错位，力矩转台13旋转，带动工件台12及上工件5转动，可以实现上工件5角度方位与吸盘18的工作面一致。

随之，吸盘架16和吸盘18在摆台23的驱动下，使吸盘18的吸合面与上工件5吸合面平行。

接着气动滑台22下放，带动吸盘18与上工件5吸合。吸盘18与上工件5吸合之后，气动滑台22上升，将上工件5提升一定距离。摆台23改变角度，使上工件5与工件台12呈现一定角度，以方便对上工件5的工作面进行吹扫去尘。

接下来将进行两个匹配工件的定位安装。首先在工控机31上设置上工件5和下工件6的目标位置和角度关系。通过U型直线电机Ⅰ4、U型直线电机Ⅱ8、U型直线电机Ⅲ10、U型直线电机Ⅳ15、摆台23、CCD摄像头Ⅰ17、Ⅱ20和工控机31组成的位置闭环反馈系统，检测上工件5、下工件6间在X轴即X轴平台1的运行方向、Y轴即Y轴平台9运行方向、Z轴即气动滑台22沿L形座21的运行方向和绕Y轴旋转角度方位上的实际位置和角度关系。吸盘18先将放置工件台12的上工件5吸合，提升一定距离，上工件5的X轴和Y轴方位也可以经直线电机根据需要调整，再将下工件6固定于工件台12上。然后，启动直线电机和力矩转台13，使上工件5和下工件6的角度方位大体一致。所述位置闭环反馈系统带动X轴平台1、Y轴平台9、摆台23和气动滑台22以及力矩转台13运动，并对实时位置关系反馈到所述控制系统，实现上工件5和下工件6的位置匹配。随后，气动滑台22下降，将上工件5精确安装于下工件6上。吸盘18与上工件5脱离吸合，两个匹配工件的精确定位安装工序即告完成。

重复上述操作，可进行多个工件的快速、准确地对位装配。

Claims (3)

1.一种直驱节能在线检测及高效装配设备，其特征在于：包括直线电机平台、气动系统和控制系统，控制系统的输出端与直线电机平台连接和气动系统连接；

所述直线电机平台包括X轴平台（1）、Y轴平台（9）、工件台（12）、力矩转台（13）、U型直线电机Ⅰ（4）、U形直线电机Ⅱ（8）、U型直线电机Ⅲ（10）、U型直线电机Ⅳ（15）、导轨Ⅰ（2）、导轨Ⅱ（3）、导轨Ⅲ（14）、导轨Ⅳ（19）、L形座（21）、主基座（11）和钢架机座（7）；U型直线电机Ⅰ（4）和U型直线电机Ⅱ（8）的定子部分、导轨Ⅰ（2）和导轨Ⅱ（3）放置于X轴平台（1）上，U型直线电机Ⅰ（4）和U型直线电机Ⅱ（8）的动子部分与Y轴平台（9）连接；Y轴平台（9）在U型直线电机Ⅰ（4）和U型直线电机Ⅱ（8）的驱动下，沿着导轨Ⅰ（2）和导轨Ⅱ（3）来回运动；导轨Ⅲ（14）和导轨Ⅳ（19）安装于主基座（11）上，U型直线电机Ⅲ（10）和U型直线电机Ⅳ（15）的定子部分固定在主基座（11）的两侧，U型直线电机Ⅲ（10）和U型直线电机Ⅳ（15）的动子部分与X轴平台（1）连接，X轴平台（1）在U型直线电机Ⅲ（10）和U型直线电机Ⅳ（15）的组合带动下，沿着导轨Ⅲ（14）和导轨Ⅳ（19）往复运动；导轨Ⅰ（2）和导轨Ⅱ（3）的长度方向与导轨Ⅲ（14）和导轨Ⅳ（19）的长度方向在水平面内的投影互相垂直；力矩转台（13）的定子固定在主基座（11）的中心位置，工件台（12）位于力矩转台（13）的动子上，放置于工件台（12）上的下工件（6）在力矩转台（13）的转动下，实现角度方位的调整；主基座（11）位于钢架机座（7）上方；

所述气动系统包括气动滑台（22）、摆台（23）、吸盘架（16）和数个吸盘（18）；

所述控制系统包括工控机（31）、控制器、驱动器、连接电路、CCD摄像头Ⅰ（17）和CCD摄像头Ⅱ（20）；CCD摄像头Ⅰ（17）、CCD摄像头Ⅱ（20）和数个吸盘（18）安装于吸盘架（16）上，吸盘架（16）与可变角度的摆台（23）连接，摆台（23）与气动滑台（22）固接，气动滑台（22）经L形座（21）与Y轴平台（9）连接；摆台（23）随着气动滑台（22）沿着L形座（21）在竖直方向上升或下降；摆台（23）在控制系统的操控下，调整吸盘架（16）、CCD摄像头Ⅰ（17）、CCD摄像头Ⅱ（20）、吸盘（18）及其吸合的上工件（5）的角度方位；摆台（23）位于力矩转台（13）的上方，使得位于力矩转台（13）上的下工件（6）能够与位于吸盘（18）上的上工件（5）配合装配；

工控机（31）控制所述直线电机平台、气动系统和CCD摄像头，上工件（5）与气动系统的吸盘（18）吸合，下工件（6）固定于所述直线电机平台的力矩转台（13）上，所述气动系统的摆台（23）与所述直线电机平台的L形座（21）连接，CCD摄像头Ⅰ（15）和CCD摄像头Ⅱ（20）实时检测上工件（5）和下工件（6）的位置关系，并将位置信号反馈到工控机（31）上，实现闭环控制。

2.根据权利要求1所述的一种直驱节能在线检测及高效装配设备，其特征在于：U型直线电机Ⅰ（4）、U型直线电机Ⅱ（8）、U型直线电机Ⅲ（10）和U型直线电机Ⅳ（15）、气动滑台（22）、摆台（23）、CCD摄像头Ⅰ（17）、CCD摄像头Ⅱ（20）与控制系统组成位置闭环反馈系统，CCD摄像头Ⅰ（17）和CCD摄像头Ⅱ（20）拍摄工件的方位，控制系统根据下工件（6）的方位计算确定X轴平台（1）、Y轴平台（9）和气动滑台（22）的位移量，以及摆台（23）的角度位移量，控制X轴平台（1）、Y轴平台（9）、气动滑台（22）和摆台（23）精确定位，从而使吸盘（18）抓取的上工件（5）在X轴即X轴平台（1）的运行方向、Y轴即Y轴平台（9）运行方向、Z轴即气动滑台（13）沿L形座（12）的运行方向和绕Y轴旋转的四个自由度均精确定位，定位精度达到微米级；力矩转台（13）、工件台（12）和工控机（31）组成位置闭环反馈系统，使工件台（12）及下工件（6）的角度方位精确调整。

3.根据权利要求1所述的一种直驱节能在线检测及高效装配设备，其特征在于：设备显示面板（30）上布置有工控机（31），显示面板（30）、顶板（24）、前门上（28）和前门下（32）以有机玻璃制成，简洁可视；电控柜（25）放置在设备后方，并与左侧板（26）和右侧板（29）连接；左侧板（26）和右侧板（29）中部均开作业槽（27），方便流水线作业。

Images