用于螺纹紧固件的自动拧紧的系统的制作方法

本说明书总体上涉及用于自动拧紧的系统，更具体地，涉及用于螺纹紧固件的拧紧的系统。

背景技术：

1、已知用于螺纹紧固件的拧紧的动力工具被用于各种行业。这种动力工具例如可以是电动的或气动的。为了提高生产率，已经开发了自动拧紧系统。这些系统可以将动力工具以及向动力工具供应螺纹紧固件（例如螺钉）的送料装置或机构相结合，从而在各种工业应用中实现自动拧紧。

2、可以获得各种类型的自动或半自动螺钉安装系统。一些应用涉及配备有工具和紧固件分拣机和/或送料机的机器人（robot），所述分拣机和/或送料机在螺钉被机器人拾取和安装之前对螺钉进行定向。这些送料机可以根据不同的原理运行。例如，一些送料系统使用振动矩阵板，螺钉落入指定的开口以实现正确的定向，从而允许工具或机器人将其拾取。其它送料系统包括对齐和输送螺钉的轨道，或有助于送料过程的旋转盘或鼓。然后，机器人可以移动工具来拾取螺钉，随后定位工具以安装螺钉。

3、这些操作可能很复杂，因为必须向机器人提供有关拾取位置和螺钉状态的精确信息。例如，如果螺钉在被递送和/或被工具拾取时没有正确地进行定向，那么这些系统的性能和效率可能会受到严重阻碍。错位的螺钉可能导致延迟并降低自动或半自动螺钉安装过程的整体效率，从而导致潜在的停机时间和运行成本增加。

4、此外，可能出现其它问题，例如递送类型错误的螺钉或损坏的螺钉。这些问题可能会使过程进一步复杂化，从而导致额外的延迟和对设备或最终产品的潜在损坏。

5、此外，在一些装配应用中，会使用特别小而短的螺钉。此类应用的示例包括小型电子装置生产中的装配。许多分拣机和/或送料机依赖于包括相对较长的杆的螺钉，该杆防止螺钉被错误地定位，但这种操作原理不适用于小而短的螺钉，特别是杆的长度与头部直径之比很小的螺钉，这些螺钉不能始终被可靠地输送。因此，递送错误定向的螺钉的风险增加。

6、因此，需要一种可以解决或至少减轻上述问题的改进的自动拧紧系统。

技术实现思路

1、因此，期望提供一种能够更有效地处理螺钉（包括小而短的螺钉）的用于自动拧紧的系统。特别地，期望提供这样一种系统，该系统可以可靠地确定螺钉的状态，从而确保平稳且高效的操作。为了更好地解决这些问题的一个或更多个，提供了一种如独立权利要求中限定的用于自动拧紧的系统和成像系统。优选实施方案在从属权利要求中限定。

2、根据第一方面，提供一种用于螺纹紧固件的自动拧紧的系统，该系统包括拧紧工具、布置为向拧紧工具的工具尖端递送紧固件的零件送料机以及承载所述拧紧工具和零件送料机的机械臂，其中所述系统进一步包括成像系统和控制装置，所述成像系统配置为在紧固件位于工具尖端时提供（关于）紧固件的图像信息，所述控制装置配置为基于图像信息确定紧固件和/或工具尖端的至少一个状态，其中所述成像系统是由机械臂承载的机载成像系统。

3、根据第一方面，该系统通过结合了成像系统和控制装置以基于成像数据确定紧固件状态的设计，为上述问题提供了创造性的解决方案。更具体地，成像系统是由机械臂承载（或布置于机械臂上）的机载成像系统，从而确保以及时且有效的方式提供位于工具尖端的螺钉的准确成像信息。

4、通过直接布置或安装于机械臂上，成像系统可以捕获螺钉状态的精确和实时的数据，从而降低出错的可能性。此外，成像系统靠近工具尖端，允许在装配过程中或装配前及时提供成像信息和/或确定状态，从而通过消除将螺钉额外搬运或转移到例如远离安装位置的单独检查站的需要来最大限度地减少停机时间并加快装配过程。因此，机载成像系统提供了更高的精度和更高的效率，结果，可以最大限度地减少生产干扰，从而提高整体产量并提高生产率。此外，由机械臂承载所述机载成像系统能够实现更紧凑的设计。

5、系统可以进一步包括机器人。机器人例如可以包括机器人基座，机械臂可以连接到机器人基座以相对于机器人基座可移动。动力工具例如可以是电动、液压或气动的动力工具。

6、零件送料机可以是任何类型的零件送料机，例如利用振动矩阵板的零件送料系统、使用对齐和输送螺钉的轨道或有助于送料过程的旋转盘或鼓的零件送料系统。零件送料机可以布置为例如通过可选的递送器在工具尖端处将紧固件一个接一个地供给到工具，该递送器布置为将紧固件递送到工具。

7、根据一个实施方案，图像信息在工具尖端从零件送料机拾取螺钉之后立即被捕获，例如在螺钉从零件送料机的递送器上被提起之后。因此，在进行任何进一步的装配步骤之前，可以确保螺钉例如被正确地定位和/或定向。这也允许及时进行任何必要的调整，从而最大限度地减少停机时间。可替代地或另外地，图像信息可以由控制装置在装配期间连续地（即以预定频率）捕获和/或分析。在一个实施方案中，成像系统布置为与工具尖端相邻，或至少靠近该工具尖端。

8、根据一个实施方案，图像信息包括从第一方向示出紧固件的第一图像信息和从第二方向示出紧固件的第二图像信息。这种双视图成像方法提供了对紧固件的定向和状况的全面分析，从而确保及时检测到任何差异或错位。

9、通过从多个角度捕获图像，系统可以更精确地验证紧固件的正确定向，从而实现更可靠且一致的装配操作。

10、在一个实施方案中，第一方向和/或第二方向是横向方向，即从侧面显示螺钉的方向，例如，从侧面头朝上显示螺钉的侧视图。这是螺钉的纵向轴线延伸穿过图像平面的观察方向，即观察螺钉轮廓而不是沿着其轴线观察的视角，从而使观察者能够感知螺钉的侧面、螺纹轮廓和竖向定向，而不是沿着螺钉长度俯视的视角。因此，可以提供螺钉竖向对齐的有利视图以及螺纹的视图。这种方向也可以描述为（基本上）垂直于螺钉的轴向方向的方向。

11、可以想到图像信息包括从其它方向显示螺钉的附加图像信息（例如从第三方向显示的第三图像信息）的实施方案。

12、根据一个实施方案，所述第一方向和所述第二方向基本正交。两个垂直的方向允许看到整个螺纹紧固件的完整视图。在其它实施方案中，第一方向和第二方向可以间隔小于90°。

13、根据一个实施方案，所述成像系统包括至少一个摄像头，其中所述图像信息是由摄像头捕获的图像。例如，图像信息可以是/包括由摄像头捕获的图像的视频序列，从而允许连续的实时监控。可替代地（或作为补充），图像信息可以是/包括单个（静止）图像。摄像头可以布置为与工具尖端相邻，或至少靠近该工具尖端。

14、根据一个实施方案，所述成像系统包括单个摄像头以及第一反射镜和第二反射镜，使得第一图像信息经由第一反射镜传递到所述单个摄像头并且第二图像信息经由第二反射镜传递到所述单个摄像头。反射镜的使用确保系统可以在不需要多个摄像头的情况下获得全面的成像数据，从而简化设计并降低维护要求。这种设置还允许通过利用单个摄像头捕获多个视角来实现特别紧凑的解决方案。在一些实施方案中，第一图像信息和第二图像信息是由摄像头捕获的同一图像的不同部分，从而进一步提高成像过程的效率和准确性。

15、根据一个实施方案，所述成像系统包括两个摄像头，使得第一图像信息由第一摄像头捕获并且第二图像信息由第二摄像头捕获。

16、根据一个实施方案，所述图像是剪影图像。剪影图像可以提供紧固件的清晰且确切的轮廓，从而使其更容易检测到任何错位和/或缺陷。此外，剪影成像可以被快速处理，从而有助于提高系统的整体效率和速度。

17、根据一个实施方案，系统包括用于提供背光的光源。背光可以被提供以用于从后方（即，从相对于摄像头的相反侧）照亮螺钉。通过从后方照亮紧固件，背光在更亮的背景下形成紧固件/螺钉的高对比度轮廓，从而便于成像系统捕获清晰且确切的轮廓并且因此准确地评估螺钉的状态。

18、根据一个实施方案，系统包括单个光源和一个或更多个反射器。因此，可以以紧凑且高效的方式从多个方向对螺钉进行照明。通过使用反射器，系统还可以实现均匀的照明。在其它实施方案中，系统包括两个或更多个光源，用于从多个方向照亮紧固件。

19、在一些实施方案中，光源包括遮罩元件，该遮罩元件为光创建两个或更多个通道，从而防止光源直接照射紧固件。这种设计确保只有从反射器反射的光到达紧固件，从而产生精确的剪影图像。

20、在一些实施方案中，系统可以包括两个（或更多个）光源和一个或更多个反射器，从而进一步增加灵活性。

21、在一些实施方案中，光源设计为发射特定波长范围内的光，例如蓝光。这种配置在图像处理期间如果需要滤除环境光时可以是有益的。

22、在一些实施方案中，成像系统可以包括细长的框架或壳体结构，其中可以布置有摄像头、光源以及可选的反射镜和反射器，例如布置在诸如框架结构的内腔的内部空间中。

23、框架可以进一步包括开口或槽，当向工具（尖端）递送螺钉时，该开口或槽允许零件送料机的递送器穿过其移动。递送器例如可以沿垂直于框架结构的轴向延伸的方向轴向穿过开口移动。

24、工具可以定位在框架或壳体结构上方，使得工具尖端可以定位（降低）到框架的腔体中，以便拾取螺钉。

25、光源可以位于框架结构的第二端，从而例如便于提供背光。在一些实施方案中，摄像头和光源可以描述为是对齐的。

26、摄像头可以位于框架结构的第二端，与工具（尖端）拾取螺钉和/或布置递送器的第一端相对。这有助于捕获图像信息，例如在工具尖端（提升器）从递送器拾取紧固件f时和/或至少在紧接着该紧固件已经被拾取之后捕获。因此，摄像头可以描述为布置成从横向（即从侧面显示螺钉的方向）捕获显示螺钉f的图像。光源可以位于端部50a。

27、反射镜和/或反射器可以以适当的角度布置，以向例如设置于框架结构的端部的开口中的摄像头提供或传递图像信息，工具尖端在该开口处拾取螺钉和/或递送器布置于该开口。开口例如可以是大致矩形的，反射镜和/或反射器可以位于开口的拐角。框架结构例如可以包括两个相对的开口，反射镜和反射器可以放置于开口（的拐角）。开口可以进一步布置为允许递送器移动，以便到达工具尖端处（下方）的位置。

28、根据一个实施方案，由控制装置确定的至少一个状态是以下至少一者：紧固件位置、紧固件定向、紧固件倾斜度、紧固件类型、紧固件尺寸、紧固件螺纹状况、紧固件涂层状况（紧固件涂层的示例包括螺纹锁固剂）、工具尖端尺寸、工具尖端类型、工具尖端状况、工具尖端磨损。

29、在一些实施方案中，工具尖端包括钻头，并且由控制装置确定的至少一个状态是以下至少一者：钻头类型、钻头质量、钻头磨损。

30、根据一个实施方案，所述控制装置进一步配置为基于所确定的状态发出通知。示例包括紧固件定向错误、工具尖端过度磨损或检测到损坏的紧固件的通知或警报。在一些实施方案中，通知可以是对操作者的指示，例如是诸如光信号或警报声的视觉、听觉或触觉指示。

31、在一些实施方案中，所述控制装置配置为基于所确定的状态发出指示。例如，此类指示可以发送到中央控制系统。

32、在一些实施方案中，控制装置进一步配置为与机械臂、零件送料机和/或拧紧工具进行信号通信并且可以进一步配置为控制其操作。在一些实施方案中，所述控制装置进一步配置为基于所确定的状态来控制送料机和/或工具。控制装置例如可以配置为控制送料机和/或工具松开和/或丢弃螺钉、递送新的螺钉、调整工具位置。

33、根据一个实施方案，控制装置包括在成像系统中。在其它实施方案中，控制装置是单独的/远程控制装置和/或形成中央控制系统的一部分。

34、根据另一方面，提供一种成像系统，所述成像系统在由机械臂承载的用于螺纹紧固件的自动拧紧的系统中使用，其中该系统配置为在位于工具尖端时提供紧固件的图像信息，并且其中该成像系统是适于由机械臂承载的机载系统。

35、根据另一方面，提供一种由用于螺纹紧固件的自动拧紧的系统中的机载成像系统执行的方法，该方法包括：提供（关于）工具尖端和/或位于工具尖端的紧固件的图像信息，以及基于图像信息确定紧固件和/或工具尖端的状态。

36、通过参考本发明的第一方面和第二方面的上述讨论，会容易地理解本发明的其它方面的范围内可以想到的目的、优点和特征。

37、当阅读下面的详细公开内容、附图和所附权利要求时，本发明的其它目的、特征和优点也将变得显而易见。本领域技术人员理解，本发明的不同特征可以组合以创建除了下面描述的实施方案之外的实施方案。