一种用于喷注管自动上料装夹及液试的一体化装置的制作方法

1.本发明属于微小流量液流试验技术领域，涉及喷注管产品的自动上料、装夹和液流试验，具体涉及一种用于喷注管自动上料装夹及液试的一体化装置。


背景技术：

2.喷注管产品是姿轨控发动机产品中的重要零件，喷注管产品的液流试验是保证该产品质量的重要试验，该试验技术的现状如下：首先，当前行业内并没有针对该种空心薄壁圆柱件产品的自动上料方法或装置，在本行业中，人工手动从试验箱中逐根抓取喷注管产品并插入试验工装的方法仍为当前主流，但随着喷注管产品数量的日益增加，这种手动上料方法依赖人工操作熟练程度，原始上料方式使得试验效率受限，已然无法满足试验需求。其次，当前姿控发动机液流试验工装均采用人工手动安装和拆卸，人工安装拆卸时间占产品总试验时间的比例较大，严重影响了产品试验效率。最后，该试验中通常采用人工手动调节阀门获取微小流量的工艺参数的背景，使得该项试验无法离开人工，工人的个人经验直接影响试验结果的准确性和试验效率。
3.其他行业中无该类产品自动装夹液试需求，对该类产品的自动装置研究较少。有类似自动化装置的均是具备一定刚性的空心规则圆柱件，可直接以料盘形式码放产品，对本发明所述喷注管产品的自动能力提升并无较大参考价值，这是因为喷注管产品有长有短，刚度不足，喷注管产品随长度增加刚性降低，不具备稳定放置于料盘中的能力，不易被准确抓取。现有方式试验效率低下，人工劳动强度大，单调的动作循环容易造成试验过程中的数据记录误差等，不适用于姿轨控发动机产品中的喷注管产品。针对这种情况，亟需设计一种用于喷注管的自动上料、装夹及试验的装置，以提高试验效率，同时减少对人工的依赖程度。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于，提供一种用于喷注管自动上料装夹及液试的一体化装置。
5.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：
6.一种用于喷注管自动上料装夹及液试的一体化装置，包括柜体和工艺系统，还包括自动装夹平台、液试工装和自动上料装置；其中：所述柜体内安装有水箱和工艺系统，所述液试工装安装在柜体上，且液试工装连接水箱和工艺系统，所述自动装夹平台安装在柜体侧面；
7.所述自动装夹平台包括支撑箱体和安装在其上的六轴机器人；所述支撑箱体上方安装有第一安装板，所述第一安装板上安装有其上设置多对导向限位条，所述导向限位条上安装有检测传感器；
8.所述自动上料装置包括升降机构、料仓、推送机构、底板、第二安装板和振动机构；其中，所述底板固定在自动装夹平台的第一安装板上，所述第二安装板通过振动机构安装
在底板上；所述升降机构的定子结构固定在第二安装板上，其动子结构上安装固定挡板，所述快换挡板安装在固定挡板上且作为料仓的一个侧面，快换挡板上开有可容纳单根喷注管的水平方向的条形槽；所述推送机构的定子结构固定在第二安装板上，其动子结构上安装有推送板，能够在推送机构的作用下沿料仓中喷注管的长度方向运动。
9.进一步的，所述工艺系统包括柱塞泵、脉动衰减器、球阀和流量计，其中，所述柱塞泵入口与水箱连接，所述柱塞泵出口管道上安装脉动衰减器、球阀和流量计。
10.进一步的，所述液试工装包括圆柱状的密封气囊以及中空的固定工装和活动工装，其中，所述固定工装安装在柜体上且一端与水箱相连，其另一端与活动工装活动连接且两者之间形成空腔，所述空腔中放置密封气囊；所述固定工装与水箱相连的一端端面在轴心处开有通孔，所述活动工装的另一端的端面以及密封气囊的两个端面上均开有相同大小的通孔；当固定工装和活动工装将密封气囊封闭在内时，它们的通孔连成一条完整的针状空隙；在所述密封气囊侧壁上设有通气管，所述活动工装上设有缺口使通气管伸出。
11.进一步的，所述密封气囊有多种规格。
12.进一步的，所述六轴机器人末端安装有t型转接板，该t型转接板上安装有爪夹和激光位移传感器，其中，所述爪夹采用气驱两指动力气缸。
13.进一步的，所述导向限位条为l型；每对导向限位条的料盘入口处为锥形，每对导向限位条侧壁上均布多个轴承；在每对所述导向限位条之间安装有流利条；每对导向限位条之间还安装有光电传感器和rfid系统。
14.进一步的，所述料仓包括第一挡板、第二挡板和第三挡板，所述第一挡板和第二挡板相互垂直固定在第二安装板上，所述第三挡板平行于第一挡板可拆卸地安装在第二挡板上，三者之间围成底部倾斜的空腔；所述快换挡板在宽度方向上位于第一挡板和第三挡板之间，在第二安装板上安装有导向定位板，所述导向定位板下端面比快换挡板的条形槽上端高出一个喷注管半径的高度。
15.进一步的，所述推送板末端设有比快换挡板的条形槽直径小的凸条，所述凸条的高度与快换挡板中条形槽的高度一致。
16.进一步的，所述第二安装板上通过传感器支撑板上安装一光电传感器，所述光电传感器发出激光打在条形槽的端口上。
17.进一步的，所述振动机构包括安装在底板上的振动气缸以及对称安装在底板上的左导轨滑块机构、右导轨滑块机构，其中，所述第二安装板安装在左导轨滑块机构、右导轨滑块机构上，且第二安装板连接振动气缸，能够在振动气缸的作用下沿左导轨滑块机构、右导轨滑块机构的滑轨移动。
18.相较于现有技术，本发明的技术效果如下：
19.1、本发明通过自动上料装置实现喷注管产品的自动有序上料，并采用自动装夹平台的六轴机器人进行产品的自动装夹，使得本发明的装置能够适用于喷注管产品并实现自动化作业模式，完成自动上料、装夹及液流试验，从而大大提高试验效率，提高试验结果的准确性，同时实现无人值守模式，有效减少对人工的依赖程度。
20.2、液试工装由固定工装、密封气囊和活动工装组成，采用密封气囊充气夹紧密封的方式，保证试验过程中不出现泄露或密封不紧的情况。
21.3、根据喷注管产品的尺寸规格，装置中的密封气囊和快换挡板均可人工快速更
换，提高试验效率和普适性。
22.4、在自动上料装置中，通过设置升降机构实现快换挡板的升降运动，快换挡板的条形凹槽拾取单根喷注管带出料仓，继而通过推送机构将其推出便于抓取，从而实现喷注管产品的逐根自动上料，有效提高了上料效率，并实现无人值守。
23.5、为了准确检测喷注管是否从条形槽向外移出，在自动上料装置的安装板上通过传感器支撑板上安装一光电传感器，能够实时检测到喷注管，提高了整体装置的自动性和工作效率。
24.6、自动上料装置中，由于料仓的空腔底端为倾斜的尖角设计，使得底部仅能容纳一根喷注管，料仓底部的喷注管在倾斜底面及其上喷注管的重力压迫作用下，更容易进入快换挡板的条形槽，快换挡板上的条形凹槽每次从低于产品高度开始上升直至将产品推至与推送板平等高度，保证即使是最后一根喷注管也能顺利拾取。
25.7、安装板通过振动机构安装在底板上，振动机构通过快速往复运动能够将料仓内重叠堆放或垂直堆放的喷注管有序排列，防止喷注管因水或其他介质粘连在一起无法靠重力掉落，从而排列整齐的喷注管更加容易进入快换挡板的条形槽。
26.8、底板上方安装有防护外罩，能够有效防护运动过程中的各项动作安全。
27.9、工艺系统中采用柱塞泵的泵压原理实现10g/s及以下的微小流量工艺参数的自动调节，并实现稳定工况控制，提高试验结果的准确性。
附图说明
28.图1为本发明的用于喷注管自动装夹及液试的一体化装置的立体示意图；
29.图2为图1的主视图；
30.图3为图1的俯视图；
31.图4为图1的左视图；
32.图5为图1的右视图；
33.图6为液试工装的放大图；
34.图7为料盘的局部放大图；
35.图8为图1增加防护箱体后的示意图；
36.图9为自动上料装置立体结构示意图；
37.图10为自动上料装置增加防护外罩后的示意图；
38.图11为仰视立体结构和推送板的结构示意图，其中，(a)为仰视立体结构和推送板的示意图，(b)为局部放大图；
39.图12为料仓和快换挡板的结构示意图，其中，(a)为料仓和快换挡板的示意图，(b)为局部放大图；
40.图13为振动机构的结构示意图，其中，(a)为振动机构的示意图，(b) 为局部放大图；
41.图14为导向定位板安装架的安装示意图。
42.图中的标记分别表示：
43.1、柜体，101、显示界面，102、键盘位，103、水箱，104、l型地脚， 105、液试工装，106、柱塞泵，107、流量计，108、脉动衰减器，109、球阀， 110、固定工装，111、密封气囊，112
活动工装；
44.2、自动装夹平台，201、支撑箱体，202、六轴机器人，203、爪夹，204、激光位移传感器，205、喷注管，207、导向限位条，208、流利条，209、检测传感器，210、料盘，211、第一安装板，212、支撑地脚，213、把手，214、防护箱体，215、轴承；
45.3、自动上料装置，301、升降机构，302、料仓，303、推送板，304、推送机构，305、左导轨滑块机构，306、右导轨滑块机构，307、底板，308、第二安装板，309、喷注管，310、固定挡板，311、快换挡板，312、导向定位板，313、光电传感器，314、上限位块，315、下限位块，316、第一限位挡块，317、左限位块，318、右限位块，319、第二限位挡块，320、振动气缸，321、防护外罩，322、传感器支撑板，323、导向定位板安装架，324、第一挡板，325、第二挡板，326、第三挡板。
46.以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。
具体实施方式
47.如图1-图6所示，本发明给出的用于喷注管自动上料装夹及液试的一体化装置，包括柜体1、工艺系统、自动装夹平台2、液试工装和自动上料装置 3。其中：
48.柜体1采用不锈钢板折弯焊接成型，具有结构稳固、不易变形的优点，柜体1内安装电气设备、和工艺系统；优选的，工艺系统包括柱塞泵106、脉动衰减器108、球阀109和流量计107，其中，柱塞泵106入口与水箱103 连接，柱塞泵106出口管道上安装脉动衰减器108、球阀109和流量计107，其中，柱塞泵106用于将水源泵入工艺系统入口，脉动衰减器108用于减小柱塞泵106的振动影响，球阀109用于实现开关通断作用，流量计107用于测量工艺系统实时流量数据；综上，工艺系统采用泵压原理实现10g/s以内微小流量工艺参数的自动调节和试验水介质的循环使用，泵压驱动选择柱塞泵，提供恒流模式或恒压模式工作，两种工作模式可任意切换，通过上位机调节水泵转速实现试验工况的自动调节。工艺系统连接上位机。
49.另外，柜体1内部安装有水箱103，用于实现试验水介质的循环使用；柜体1侧面安装有与上位机连接的显示界面101和键盘位102；柜体1上方安装有用于对产品进行试验的液试工装105，柜体1通过l型地脚104固定在地面；优选的，如图6所示，液试工装105包括圆柱状的密封气囊111以及中空的固定工装110和活动工装112，其中，固定工装110安装在柜体1 上且一端与水箱相连，其另一端与活动工装112螺接且两者之间形成空腔，该空腔中放置密封气囊111(材质优选软体橡胶，大小以填满空腔为准)；固定工装110与水箱相连的一端端面在轴心处开有通孔，活动工装的另一端的端面以及密封气囊111的两个端面上均开有相同大小的通孔；当固定工装110 和活动工装112将密封气囊111封闭在内时，它们的通孔连成一条完整的针状空隙，用于插入喷注管产品；在密封气囊111侧壁上设有通气管，活动工装112上设有缺口使通气管伸出，通气管用于由外部向密封气囊111通气。在上述结构下，当固定工装110和活动工装112连接后，将喷注管产品插入液试工装，向密封气囊111通入足够的压缩空气使其膨胀并与固定工装110 和活动工装112内壁完全贴合，以此隔绝水介质，达到密封防护功能；然后，水介质经固定工装110通入喷注管产品的空腔并由活动工装112的通孔排出，实现通水试验操作。优选的，根据喷注管产品的直径规格不同配置有多个通孔规格相匹配的密封气囊111，且固定工装110和活动工装112上的通孔直径均大于本
发明涉及的喷注管产品中最大直径。针对不同规格的喷注管产品，能够快速打开卸掉活动工装112更换密封气囊111，提高了试验的效率。
50.自动装夹平台2包括支撑箱体201和安装在其上的六轴机器人202；其中，优选的，支撑箱体201采用方管焊接成型，具有强度高、稳固牢靠的优点，其底部通过l型地脚104和支撑地脚212安装于在地面，l型地脚104 为安全冗余设计，有效均匀分散重量；六轴机器人202具有精度高、自由度高的优点，六轴机器人202末端安装有t型转接板，该t型转接板上安装有爪夹203和激光位移传感器204，其中，爪夹203采用气驱两指动力气缸，通过爪夹的开合实现对喷注管205产品的抓取和松开，激光位移传感器204 用于检测喷注管205产品是否到位，上位机通过激光位移传感器216采集的数据拟合目标点偏移数据，通过六轴机器人203实时补偿，保证高精度到位目标。
51.支撑箱体201上方安装有第一安装板211，第一安装板211用于设置六轴机器人工作范围内的各部件；第一安装板211上安装有其上设置多对导向限位条207，每对导向限位条207之间的区域用于放置一个料盘210(如上料料盘，合格产品下料料盘、不合格产品的下料料盘)，导向限位条207上安装有检测传感器209(优选光电感应式传感器)，用于检测当前位置料盘210中是否为空。
52.优选的，导向限位条207为l型，用于实现料盘210沿l型的长边推送至导向限位条207短边时即可到位并停止。优选的，每对导向限位条的料盘入口处为锥形，便于料盘210进入；同时，如图7所示，每对导向限位条207 侧壁上均布多个轴承215，以减小料盘210推拉过程中的摩擦阻力；在两根导向限位条207之间的安装板上安装有流利条213，用于减小与料盘210底部之间的摩擦阻力；同时，每对导向限位条207之间还安装有光电传感器、 rfid系统，分别用于检测料盘210是否到位以便向上位机反馈，以及检测料盘210信息(如产品编号、日期)；
53.优选的，料盘210为工程塑料材质，能够有效防止损伤产品，用于完成液流试验后的下料收纳，根据喷注管产品直径将料盘210上表面开有不同规格的凹槽，用于插放喷注管产品并下料；同时，料盘210上设置有把手213，便于料盘210的抓取和移动；
54.优选的，第一安装板211上安装有多个孔径不一的防水接头，用于台面上线缆的有序归纳和维护同时具有防水能力。优选的，自动装夹平台2外围通过防护箱体214进行整体一体式防护。
55.自动上料装置3包括升降机构301、料仓302、推送机构304、底板307、第二安装板308和振动机构。其中：
56.底板307固定于自动装夹平台2的第一安装板211上，第二安装板308 平行安装在底板307的上方。
57.升降机构301采用高精度无杆气缸或电缸，升降机构301垂直穿过第二安装板308中部的孔，该孔为升降机构301在竖直方向上提供有效运动空间；升降机构301的定子结构与第二安装板308固连，动子机构上固定安装有固定挡板310和第一限位块316，快换挡板311可拆卸地平行安装在固定挡板 310上；同时，定子机构上安装有上限位块314和下限位块315，用于限定第一限位挡块316在两者之间运动，从而限制升降机构301的动子机构的运动行程。
58.料仓302用于装载喷注管309。如图12所示，料仓302包括第一挡板324、第二挡板
325和第三挡板326，第一挡板324和第二挡板325相互垂直固定在第二安装板308上，第三挡板326平行于第一挡板324可拆卸地安装在第二挡板325上，三者之间围成底部倾斜的空腔(空腔竖剖面优选三角形或直角梯形)；快换挡板311在宽度方向上位于第一挡板324和第三挡板326之间，快换挡板311上开有可容纳单根喷注管的水平方向的条形槽，料仓302内喷注管309的摆放方向与快换挡板311上的条形槽方向一致，条形槽直径和长度与具体喷注管309的直径匹配，可根据料仓302中喷注管309的直径规格选择安装对应的快换挡板311；在第二安装板308上通过导向定位板安装架 323安装有导向定位板312，导向定位板312下端面比快换挡板311的条形槽上端高出一个喷注管309半径的高度，用于对快换挡板311向上移动的限定高度进行标识。
59.在上述结构中，随着升降机构301的动子结构沿竖直方向移动，快换挡板311上的条形槽先下降至第二挡板325底端位置，动子结构再带动快换挡板311向上运动经过料仓302底端的单根喷注管309，此时喷注管309嵌入条形槽中，动子结构继续向上移动出料仓302直至条形槽到达导向定位板312 的下端的限定高度。
60.优选的，由于料仓302的空腔底端为倾斜的尖角设计，使得底部仅能容纳一根喷注管，料仓302底部的喷注管309在倾斜底面及其上喷注管的重力压迫作用下，更容易进入快换挡板311的条形槽，快换挡板上的条形凹槽每次从低于产品高度开始上升直至将产品推至与推送板平等高度，保证即使是最后一根喷注管也能顺利拾取。优选的，第二挡板325上开有两个条形孔，当每次根据料仓302内喷注管309的规格安装好匹配的快换挡板311之后，可手持第三挡板326使其沿条形孔方向调整至与快换挡板311侧壁贴合后固定。
61.如图9、图11和图13所示，推送机构304为高精度无杆气缸或电缸，推送机构304的定子结构固定在第二安装板308上，动子结构上设置有l型的推送板303，推送板303能够在推送机构304的作用下沿料仓302中喷注管309的长度方向(x向)运动，推送板303末端设有比快换挡板311的条形槽直径小的凸条，凸条的高度与快换挡板311中条形槽的高度一致，在该结构设计下，推送板303将条形槽中的喷注管309沿导向定位板312下端面 (x向)推出一定距离，使得喷注管309的一端从条形槽中伸出，以便操作人员或者机器人拿取。
62.优选的，为了准确检测喷注管309是否从条形槽向外移出，在第二安装板308上通过传感器支撑板322上安装一光电传感器313，光电传感器313 发出激光打在条形槽的端口上；当喷注管309伸出部分被光电传感器313检测到时，其发出信号给上位机，上位机接收信号并发出提示声音，等待人工或机器人将该喷注管309取走，依次循环。
63.优选的，为了使料仓302内的喷注管排列整齐便于进入快换挡板311的条形槽，第二安装板308通过振动机构安装在底板307上。如图9、图13所示，振动机构包括安装在底板307上的振动气缸320以及对称安装在底板307 上的左导轨滑块机构305、右导轨滑块机构306，其中，第二安装板308安装在左导轨滑块机构305、右导轨滑块机构306上，能够相对底板307进行定向运动，同时，振动气缸320为短行程气动或电动导向顶升动力缸，第二安装板308连接振动机构，在振动气缸320的作用下沿左导轨滑块机构305、右导轨滑块机构306的滑轨移动。该结构设计下，振动气缸320的快速推拉动作使得第二安装板308快速运动，从而带动安装于其上的料仓302快速振动，使其内的大量喷注管309从乱序到排列整齐。
64.优选的，振动气缸320的动子结构上安装有第二限位挡块319，定子结构的两端分别安装有左限位块317和右限位块318，第二限位挡块319用于在左限位块317和右限位块
318之间移动，用以限制振动气缸320的运动行程；左限位块317和右限位块318安装在振动机构的定子结构中的位移上下限处。
65.优选的，底板307上方安装有防护外罩321，用以防护运动过程中的各项动作安全。
66.本发明的用于喷注管的自动上料装置的上料方法包括如下步骤：
67.步1，人工确认喷注管309产品的直径规格，手动更换与之规格匹配的快换挡板311并安装到固定挡板310上，同时调节第三挡板326，使之与快换挡板311一侧贴合；
68.步2，人工抓取一定数量的喷注管309产品放于料仓302中，放置时保证喷注管309长度方向与快换挡板311的条形槽方向一致；
69.步3，振动气缸320工作产生推拉动作，使得第二安装板308沿左导轨滑块机构305和右导轨滑块机构306方向来回运动，从而将料仓302中的喷注管309有序排列；
70.步4，升降机构301工作，即高精度无杆气缸或电缸的动子结构带动固定挡板310上的快换挡板311从低于料仓302底部高度竖直(z向)上升，经过料仓302底部尖角时，通过快换挡板311上的条形槽，以一次一根的形式将喷注管309升举至与导向定位板312的下端面限定高度位置；
71.步5，推送机构304工作，即高精度无杆气缸或电缸的动子结构带动推送板303沿快换挡板311的x方向推送喷注管309一段距离，使其一端从条形槽中伸出；
72.步6，光电传感器313的激光线束检测喷注管309产品的有无信息，并将信号传送给上位机，等待上位机发送下一步动作指令将产品取走；
73.步7，以上完成一根喷注管产品的自动上料，依次循环完成料仓中喷注管产品的上料工作。
74.步8，六轴机器人接收指令后夹取喷注管产品，并放将产品插入液试工装，向密封气囊充气将产品夹紧并与液试工装实现完全密封，通水后进行液流试验；
75.步9，试验完成后六轴机器人夹取气囊夹头上的喷注管产品，并将其摆放至下料料盘内，记录试验数据，每盘下料料盘中的产品对应一组试验数据，便于比对；
76.步10、当下料料盒放满产品时，人工将满料料盘取走并放入空料盘。