一种插头多部件协同全自动组装及在线检测生产线及方法与流程

本发明涉及自动化精密装配，具体涉及一种插头多部件协同全自动组装及在线检测生产线及方法。

背景技术：

1、在服务器水冷系统、工业连接器等领域，插头作为关键的流体连接部件，其装配质量直接影响系统的密封可靠性和使用寿命。典型的插头产品由插头外壳、滑杆、多个密封圈、弹簧、垫圈以及开口卡簧等零件组成，需在狭窄的中空腔体内完成多道精密装配工序，并满足极高的气密性要求。传统装配工艺通常采用单机分步作业模式，即由多台独立设备分别完成外壳上料、密封圈套装、滑杆压装、弹簧及卡簧压装等工序，设备之间通过人工或简易输送带连接。此种模式存在以下突出问题。

2、第一，密封圈装配损伤。插头产品通常包含位于外壳外周的外密封圈和位于滑杆上的滑杆密封圈两种弹性密封圈。目前自动化装配中普遍采用多瓣撑开爪对密封圈进行撑开，撑开爪由数个沿圆周分布的爪片组成。然而，爪片之间存在构造间隙，密封圈在间隙处得不到支撑而局部悬空，撑开时形成非圆形轮廓，爪片与密封圈内壁的接触为线接触甚至点接触，受力集中极易导致密封圈扭曲、变形甚至表面划伤。脱模步骤同样存在缺陷：传统做法是将撑开爪收缩，依靠密封圈自身的弹性回缩使其从爪片上脱开并包覆于工件上。收缩过程中各爪片与密封圈内壁之间的摩擦力方向、大小不一致，密封圈在弹性回缩时极易发生偏位、翻转或弹跳，无法精准落入狭窄的台阶状安装位置。

3、第二，弹簧腔体内卡簧压装偏斜。插头外壳的中空腔体内需先放入弹簧，再在弹簧上方依次装入垫圈和开口卡簧，由卡簧嵌入腔体内壁的环形卡槽后压紧弹簧和垫圈。由于弹簧在受压过程中产生不均匀的反向作用力，垫圈在压入过程中极易发生倾斜，导致其与腔体内壁的同心度丧失；后续卡簧压入时，卡簧的开口端与已偏斜的垫圈表面产生非均匀接触，进一步加剧偏斜，最终导致卡簧无法精准卡入内壁卡槽，出现卡滞、弹飞或虚卡等装配缺陷。部分工艺尝试在壳体下方设置可穿入腔体的固定芯轴作为定位导向，但芯轴与弹簧内壁产生摩擦和干涉，容易导致弹簧扭曲变形，且退出时可能带出弹簧造成装配失败。

4、第三，缺乏全流程质量闭环。传统单机作业模式下，各工序的检测数据分散于各独立设备，无法形成以单个产品为索引的全流程质量追溯链。密封圈装配损伤和卡簧虚卡等隐性缺陷往往只能在终端气密性检测时才被发现，而此时已产生了大量无效加工成本。

5、因此，亟需一种能够在同一装配系统内系统性地解决密封圈装配损伤和弹簧反力导致卡簧压装偏斜两大核心问题，并实现全流程质量数据追溯的精密装配方案。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种插头多部件协同全自动组装及在线检测生产线，以解决现有技术中密封圈装配损伤和弹簧腔体内卡簧压装偏斜的技术问题。本发明还提供一种使用该系统的插头精密装配方法。本发明提供如下技术方案。

2、一种插头多部件协同全自动组装及在线检测生产线，包括：第一装配单元，配置有壳体外周密封圈自适应压装装置，该装置包括：多个第一圆弧块，在扩张状态下拼合成第一无缝圆柱外壁面；第一推料套筒，同轴套装于所述第一圆弧块的外围；第一轴向驱动件，驱动所述第一推料套筒沿轴向滑移，以在所述第一圆弧块保持扩张状态不变的情况下将撑开的密封圈从所述第一无缝圆柱外壁面上推离。

3、第二装配单元，配置有滑杆类密封圈导向式自动组装机构，该机构包括：两个对称设置的第二圆弧块，拼接端面设有相互配合的导向结构，在扩张状态下通过所述导向结构引导拼接端面无缝贴合，形成第二无缝圆柱外壁面；第二推料套筒，同轴套装于所述第二圆弧块的外围；推料驱动装置，与驱动所述第二圆弧块扩张的驱动机构相互独立，所述推料驱动装置驱动所述第二推料套筒沿轴向滑移，以在所述第二圆弧块保持扩张状态不变的情况下将撑开的密封圈从所述第二无缝圆柱外壁面上推离。

4、第三装配单元，配置有卡簧垫圈空中组合及双阶引导压入装置，该装置包括：双阶同轴压头组件，由中心前导轴和外围压入筒同轴固定连接构成，所述中心前导轴的下端向下突出于所述外围压入筒的下端面，所述中心前导轴靠近下端的外周面设有卡簧限位凹槽，所述中心前导轴的外径和所述外围压入筒的外径均小于待装配壳体的中空腔体的内径；垫圈保持装置，将垫圈保持于所述待装配壳体的中空腔体的正上方，且被保持的所述垫圈的中轴线与所述中空腔体的中轴线重合，所述中心前导轴被配置为可间隙配合地穿过所述垫圈的内孔；驱动装置，驱动所述双阶同轴压头组件执行压入动作，压入时，所述中心前导轴先插入所述中空腔体进行定心导向，随后所述外围压入筒下行将所述垫圈和嵌入于所述卡簧限位凹槽内的开口卡簧同步推入所述中空腔体。

5、进一步地，所述第一装配单元、所述第二装配单元和所述第三装配单元依序布置，各装配单元之间通过分段式输送线连接，工件由治具承载并在各装配单元间流转。

6、进一步地，还包括设置于所述第二装配单元和所述第三装配单元之间的滑杆压装单元，用于将已装配密封圈的滑杆压入所述待装配壳体。

7、进一步地，所述第二装配单元的所述滑杆类密封圈导向式自动组装机构还包括快换模块，所述两个对称设置的第二圆弧块和所述第二推料套筒集成于所述快换模块内；所述快换模块通过可拆卸对接接口与驱动其升降的垂直升降模组可拆卸连接，所述可拆卸对接接口具有端面定位结构和多路气路快插接头。

8、进一步地，所述第一装配单元的所述第一圆弧块为四个独立的四分之一圆弧块，在扩张状态下相邻圆弧块的侧边拼合接触，形成无间隙的所述第一无缝圆柱外壁面；所述第二装配单元的所述第二圆弧块为两个对称设置的半圆弧块。

9、进一步地，所述第二装配单元的所述驱动机构为同步楔形联动机构，包括楔形块和与所述楔形块连接的动力气缸，所述楔形块的两个斜面分别与两个所述第二圆弧块的内侧斜面滑动接触，将所述动力气缸的轴向运动转化为两个所述第二圆弧块的同步径向运动。

10、进一步地，所述第三装配单元的所述卡簧垫圈空中组合及双阶引导压入装置还包括压力传感器和判定模块；所述压力传感器串联于所述驱动装置的施力端与所述双阶同轴压头组件之间，用于在压入过程中实时检测反力并生成位移-压力曲线；所述判定模块被配置为根据所述位移-压力曲线中所述开口卡簧入槽瞬间产生的特征波动拐点判定装配合格与否。需要说明的是，本发明所述“特征波动拐点”指在位移-压力曲线上，由开口卡簧入槽瞬间引起的压力值短暂下降、随后陡升的这一特定局部曲线波动形态。

11、进一步地，所述第三装配单元的所述垫圈保持装置包括具有可开合夹爪的接料气缸，所述夹爪合拢时围成一用于夹持所述垫圈的定位孔，压入时，所述外围压入筒下行接触并推开所述夹爪，使所述夹爪让位释放所述垫圈。

12、进一步地，还包括设置于所述第三装配单元之后的回弹力检测单元，用于对所述待装配壳体内弹簧的压缩回弹力进行检测；和/或还包括气密性检测单元，用于对成品进行气密性检测。

13、本发明还提供一种插头多部件精密装配方法，使用上述任一项所述的插头多部件协同全自动组装及在线检测生产线，包括以下步骤：步骤s1，在第一装配单元，将插头外壳定位，第一圆弧块扩张拼合成第一无缝圆柱外壁面撑开外周密封圈，第一推料套筒在所述第一圆弧块保持扩张状态下将所述外周密封圈推离并套入所述插头外壳的台阶槽；步骤s2，在第二装配单元，将滑杆定位，第二圆弧块扩张并通过导向结构引导拼接端面贴合形成第二无缝圆柱外壁面撑开滑杆密封圈，第二推料套筒在所述第二圆弧块保持扩张状态下将所述滑杆密封圈推离并套入所述滑杆；步骤s3，将已装配所述滑杆密封圈的所述滑杆压入所述插头外壳的中空腔体；步骤s4，在第三装配单元，中心前导轴拾取开口卡簧使其嵌入卡簧限位凹槽，将所述中心前导轴与由垫圈保持装置保持的垫圈及所述插头外壳的中空腔体进行同轴对位；驱动双阶同轴压头组件下行，所述中心前导轴先插入所述中空腔体进行定心导向并抵抗内部弹簧反力，随后外围压入筒下行将所述垫圈和所述开口卡簧同步推入所述中空腔体，使所述开口卡簧卡入内壁卡槽。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

15、第一，消除密封圈撑开损伤。通过多个第一圆弧块或两个第二圆弧块拼合形成的无缝圆柱外壁面替代传统的多爪离散支撑，密封圈内圈在撑开状态下受到全周连续的均匀径向支撑力，从机理上消除了因爪间间隙导致的局部应力集中、扭曲和拉伸变形。本领域技术人员在申请日前无法预见：以圆弧块拼合形成无缝圆柱面的方式能够从根本上解决密封圈撑开损伤问题，因为传统认知中普遍认为多爪撑开是行业标准方案，瓣数增加仅能改善而非根除撑开不均。

16、第二，杜绝脱模刮擦损伤。通过独立驱动的推料套筒在圆弧块保持扩张状态不变的情况下沿轴向将密封圈推离，撑开部件全程不收缩，从机理上杜绝了传统收缩脱模过程中撑开部件与密封圈内壁之间的摩擦刮擦，以及因摩擦力方向不一致导致的密封圈偏位、翻转和弹跳。本领域技术人员在申请日前无法预见：在撑开部件保持扩张状态下执行脱模能够实现密封圈的可靠脱离和精准落位，因为本领域长期存在撑开状态下无法实现脱模，必须先收缩撑开部件方可让位的技术偏见，研发方向普遍集中于优化收缩参数和表面处理以减轻刮擦，而非彻底规避收缩动作本身。

17、第三，克服弹簧反力导致的卡簧压装偏斜。通过中心前导轴先于垫圈和开口卡簧插入待装配壳体的中空腔体，建立起贯穿全部零件的径向定位基准，弹簧向上的不均匀反作用力被中心前导轴与腔体内壁之间的间隙配合所吸收和抵消，不再作用于零件的径向方向，从根本上消除了偏斜力矩的产生。随后外围压入筒沿中心前导轴下行，将垫圈和开口卡簧同步推入腔体，零件在被推入的全过程中始终受到中心前导轴的径向约束，确保了垫圈与卡簧在狭窄腔体内的绝对同心压装。本领域技术人员在申请日前无法预见：弹簧反力这一传统认知中的不利因素，在中心前导轴插入后实际上转变为将垫圈和卡簧压向外围压入筒下端面的稳定力，这一将不利转化为有利的认知突破了本领域的固有思维。

18、第四，双瓣最少接缝的撑开连续性优势。第二装配单元采用仅两个半圆弧块拼接形成无缝圆柱面，将接缝数量降至理论最小值，以最少的拼接接缝实现了最大程度的圆柱面连续性。每一道拼接接缝都是圆柱面连续性的潜在破坏点，增加圆弧块数量虽然可减小单个接缝的尺寸，但接缝总数增加，密封圈在接缝处的微量悬空区域累积增多。双瓣方案在保证撑开功能的前提下最大化圆柱面的连续支撑面积，这一技术效果是采用三个或四个以上圆弧块的多瓣方案所无法达到的。本领域技术人员在申请日前无法预见：以最少瓣数实现最优撑开均匀性的这一选择，突破了瓣数越多撑开越均匀的固有思维。

19、第五，快换模块实现高效换型。当进一步包括可拆卸对接接口时，通过将第二圆弧块与第二推料套筒集成为标准化的快换模块，并配合端面定位结构和多路气路快插接头，换型操作简化为模块级整体更换，换型时间显著缩短，且端面定位结构保证了重复安装精度，无需重新校准。本领域技术人员在申请日前无法预见：将精密撑开和脱模组件集成为标准化的快换模块并配合气电一体化快插接口，能够实现数分钟级别的快速换型。

20、第六，在线无损全检。当进一步包括压力传感器和判定模块时，通过实时记录压入全程的位移-压力曲线，利用开口卡簧入槽瞬间阻力突降-弹性复位陡升产生的特征波动拐点判定装配合格与否，无需额外检测工位即可实现每一件产品的无损在线全检。本领域技术人员在申请日前无法预见：在弹簧持续增大的背景反力中，卡簧入槽的微小力学特征信号能够被有效识别和分离，这一发现突破了弹簧反力会淹没卡簧入槽信号的技术偏见。

21、第七，三单元协同产生的系统级效果。第一装配单元装配的外周密封圈质量影响终端气密性；第二装配单元装配的滑杆密封圈质量影响滑杆压装后的密封可靠性；第三装配单元的卡簧压装质量通过在线判定前置拦截不良品，避免其流入后续工序造成无效加工。三个装配单元的装配质量相互耦合，全流程检测数据的汇聚形成以单一产品为索引的全生命周期质量追溯链。这一系统级协同效果超出了各装配单元单独使用的效果加和，产生了超出预期的综合良率提升。