[发明专利]基于视觉定位的螺纹拧紧装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉定位的螺纹拧紧装置及控制方法，该装置包括：机器人、控制系统、上料机构、视觉测量模块、拧紧工具，其中，控制系统分别与机器人、拧紧工具通信连接，上料机构包括机架、传送带、料盘、物料挡板、阻拦气缸、夹紧气缸和光电传感器，传送带安装于机架上，料盘放置于传送带上，物料挡板安装于传送带的两侧，阻拦气缸和夹紧气缸安装于物料挡板的同侧，光电传感器安装于阻拦气缸的对侧；视觉测量模块安装于机架上，拧紧工具安装于机器人第六轴的法兰上，且视觉测量模块位于拧紧作业区的上方。本发明可针对多个螺栓位置快速定位，并编程控制拧紧扭矩大小，提高了螺纹拧紧控制精度，使得螺纹联接能达到预期的拧紧效果。

技术领域

本发明涉及螺纹拧紧装配技术领域，特别涉及一种基于视觉定位的螺纹 拧紧装置及控制方法。

背景技术

目前，大部分生产企业仍采用手持式电动或气动工具对螺纹紧固件进行 装配工作，或使用专用的锁螺丝机实现半自动化螺丝拧紧功能，少部分采用 工装夹具+机器人的方式对螺纹紧固件进行装配，即通过工装夹具对待装配工 件进行初步定位，然后再利用搭载拧紧工具的机器人通过示教学习的方式来控制运动轨迹及定位，完成螺丝装配拧紧过程，如肖海的《机器人螺栓拧紧 技术在发动机装配的应用》一文中先通过顶升机构中的导向销插入到发动机 托盘相应定位孔里，从而实现对发动机的定位；再通过压紧机构对发动机进 行处理，使各螺栓孔处于同一水平面，最后再设置规划机器人路径程序实现 对目标螺栓的定位以及拧紧处理。此外，还有少数采用机器视觉+机器人的方式对螺纹紧固件进行联接处理，即通过视觉实现对螺栓的定位，再引导机器 人搭载拧紧工具对紧固件进行螺纹联接处理，如童震的《基于机器视觉的螺 丝锁付SCARA机器人关键技术研究》一文中通过设计夹具使视觉系统和拧紧 工具能够同时安装在SCARA机器人末端，并设计规划机器人的运动轨迹实现 对不同位置的螺纹孔进行拍照处理，最后引导机器人对LED平板灯产品进行螺纹联接与装配。

随着人工成本的不断提高，采用手持式工具对紧固件进行螺纹装配生产 成本高，拧紧精度受人为因素的影响较大；采用专用的锁螺丝机设备一般不 能灵活调整拧紧位置，也不能根据需要灵活设定或改变拧紧力矩，以获得更 高的拧紧控制精度；使用机器人示教方式对紧固件进行螺纹装配存在工装夹 具设计复杂以及对机器人重复定位精度要求较高的缺点，调整灵活性较差；使用SCARA机器人视觉定位引导的方式进行螺纹拧紧只允许搭载重量较轻的 小型拧紧工具，而且拧紧作业一般应分布在一个平面上，不能适应多方位或姿态的螺纹装配需求。

同时，机器人拧紧过程中，一般搭载市面上普遍使用的拧紧工具——电 批，它一般只能设定某一个确定的扭矩上限阈值，达到扭矩阈值就停止旋转， 这样一方面扭矩控制精度很低，另一方面也不能针对不同螺纹紧固件来设置 不同的拧紧扭矩值，并规划更合适的拧紧工艺流程以获得最佳的装配效果。 同时，这种拧紧工具普遍没有拧紧过程数据反馈功能，无法直接判断和警示拧紧工艺过程的异常情况，也不能对拧紧数据进行进一步的溯源追踪和处理 保存。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种基于视觉定位的螺纹拧紧装置及控制方 法，旨在适应多种螺纹装配位置和灵活设置拧紧力矩，提高螺纹拧紧控制精 度，获得更好的装配拧紧效果。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于视觉定位的螺纹拧紧装置，包 括：机器人、控制系统、用于输送待拧紧模块的上料机构、用于对所述待拧 紧模块进行拍照定位的视觉测量模块、用于根据视觉测量模块的拍摄结果对 所述待拧紧模块进行拧紧操作的拧紧工具，其中，所述控制系统分别与所述 机器人、拧紧工具通信连接，所述上料机构包括机架、传送带、料盘、物料挡板、阻拦气缸、夹紧气缸和光电传感器，所述传送带安装于所述机架上， 所述料盘放置于所述传送带上，所述物料挡板安装于所述传送带的两侧，所 述阻拦气缸和夹紧气缸安装于所述物料挡板的同侧，且沿所述传送带的运行 方向前后依次设置，所述光电传感器安装于所述阻拦气缸的对侧，位于所述 传送带的运行方向稍靠后的位置；所述视觉测量模块安装于所述机架上，所 述拧紧工具安装于所述机器人上，且所述视觉测量模块位于所述拧紧作业区的上方。