CN108857354A - 一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统及其方法，涉及风机轮毂叶片轴承安装技术领域。本发明一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统，包括机器人(1)，自动液压拉伸器(2)，轮毂转台(3)，控制系统(4)及安全辅助系统通过机电连接方式组成。通过机器人的自动装配生产系统与自动液压拉伸器的结合，解决了机器人的精准定位和拉伸器的精准操作及安全问题等关键技术。实现在没有人工介入条件下对风机轮毂的叶片轴承面的螺栓进行螺栓螺母紧固，并自动校正为不同型号产品提供符合其工艺需要的预紧力调节，提高劳动生产率，降低操作工人的劳动强度及安全风险，为进一步实现风电生产作业模式的自动化提供坚实的技术物质基础。

Description

一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统及其方法

技术领域

本发明涉及风机轮毂叶片轴承安装技术领域，具体指一种基于机器人的风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统及其方法。

背景技术

目前风电设备生产企业，在风力发电设备的生产过程普遍采用人工装配模式，在生产过程中工人通过拉伸器，不断地重复紧固叶片轴承上的螺栓，这样无法实现高效低本的自动化生产。此外工人还要站在压力大于100MPa的液压缸和液压软管前面的工作，一旦发生泄露故障将对工作者将会产生巨大的伤害。根据调查分析国内外，包括世界最大的风电设备供应商丹麦的维斯卡斯，曾经设计过类似的采用2D传感器视觉系统机器人，因无法适应风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固装配环节中存在公差链长，公差大，定位难等高精度的问题和要求，比如螺栓紧固时，需要使用拉伸器，从安装拉伸器，到拉伸器工作后将螺栓拉长，再拧紧螺母后泄压取下拉伸器，在这个过程中，螺纹套筒和螺栓之间的配合间隙控制在0.2-0.3mm，即使转台精度做到了0.1度也会因为轮毂半径巨大而在作业面产生2毫米的直线偏差，这种情况在拉伸器使用中是绝对不允许的。因此，如何实现机器人的精准定位和拉伸器的精准操作及安全问题成为本技术领域的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足，提出一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统及其方法。

本发明一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统，包括机器人、自动液压拉伸器、轮毂转台、控制系统及安全辅助系统通过机电连接组成。

所述机器人包含6轴工业机器人，六维力传感器，三维激光视觉系统。

所述自动液压拉伸器包含自动拉伸器，机器人法兰连接板、在Z轴方向上的机械浮动装置，以实现机械进给。其中，自动拉伸器通过2个伺服电机实现″自动旋拉芯″和″自动紧螺母″，通过改造液压泵站实现″自动拉螺栓″。整个控制则由PLC来实现。

螺母套筒由6角形状改为12角梅花形状，以更利于套筒和螺母对准。

拉芯和螺母套筒由伺服电机控制，利用扭矩控制来防止拉芯旋入时可能出现的卡壳，利用位置控制来监控拉芯的旋入量。如果拉芯旋入螺栓过浅，在拉伸的时候会造成安全问题。

所述轮毂转台包括转台构架，回转支承，齿轮箱以及回转控制系统，实现轮毂自动换面，避免了反复吊装。

控制系统采用PLC为主控核心，各设备之间信号交互采用总线方式，安全信号一律采用硬线方式连接，并设计独立的安全回路确保系统运行的安全性及系统设立一套人机界面对各设备的操作进行统一调度和管理。

所述机械浮动装置，为一配合自动液压拉伸器在螺栓有一定的偏差情况下依旧可以正常导入的自复位弹簧机件。

其中，浮球最大张角为3-5度，在浮球接头的4周安装了4组弹簧，使拉伸器具备自复位性。

进一步，本发明采用的是3D传感器，因为2D传感器只能在平面维度上进行位置补偿，3D传感器可以保证拉伸器和作业面的垂直度。并按先3D传感器后2D传感器的定位方式，即采用3D传感器通过3个点找到轮毂平面，由于加工和装配原因，所有的螺栓和理论上的位置都会有正负1mm的偏差，再借助2D传感器对每一颗螺栓进行补正。

本发明一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统方法，包括如下操作步骤：

1)准备工作，回攻清洗螺栓孔、安装叶片轴承、手动装配60颗螺栓以及配套螺母；

2)由操作人员利用行车对轮毂进行起吊作业，将其轮毂固定安置在转台上，利用转台上的工装引导轮毂定位；

3)机器人利用视觉系统对轮毂基面进行定位，定位预计选取3-4个特征点，找出轮毂在水平和垂直方向的旋转角度，通过视觉系统运算以及机器人运动补偿，以此确保机器人在后续工作时6轴法兰和轮毂面相互平行；

4)机器人移动到轮毂近点利用视觉系统对螺栓进行精细定位；

5)机器人利用3)和4)得到的反馈数据，将液压拉伸器靠在轮毂面上；

6)自动液压拉伸器工作；

7)移动到下一个螺栓，即当前螺栓的对角线位置；

7)重复4)至6)的过程直到所有的螺栓都紧固完毕，机器人返回原点。

所述自动液压拉伸器工作操作步骤：

1)机器人自检诊断；

2)机器人测试程序；

3)机器人回原点；

4)机器人运转准备完成；

5)确保轮毂和机器人都在安全位置；

6)工装锁定轮毂并定位；

7)机器人移动至轮毂；

8)视觉系统照相&运算分析；

9)视觉系统给出螺栓中轴线的位置偏移量；

10)机器人对中补偿，使得拉伸器和螺栓中轴线同轴；

11)移动拉伸器到工作点；

12)驱动螺栓套筒旋紧螺栓；

13)螺栓套筒持续旋转直到检测到20牛米反馈时停止旋紧；

14)驱动螺栓套筒反转1/4圈；

15)驱动拉伸器的液压缸，开始拉伸螺栓；

16)保持压力；

17)驱动螺母套筒，在弹簧机构的作用下，使其套入螺母，并旋紧；

18)释放液压；

19)重复15-18步；

20)确认拉伸器的液压缸在初始位置；

21)驱动螺栓套筒松开螺栓；

22)机器人移出；

23)机器人移动至一下颗螺栓；

24)当所有工作结束后机器人返回原点。

综上所述，本发明一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统，其基于机器人的自动装配生产系统，结合自动液压拉伸器，实现在没有人工介入条件下对风机轮毂的三个叶片轴承面上的螺栓进行螺栓螺母紧固，以替代传统的人工作业，系统可以自动校正并适应不同型号产品的生产，为不同产品提供符合其工艺需要的预紧力调节，降低操作工人的工作劳动强度及安全风险。

附图说明

图1为本发明一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统连接示意框图；

图2为本发明实施例机器人J6轴整合效果图；

图3为本发明实施例自动液压拉伸器示图；

图4为本发明实施例控制系统连接框图；

图5为本发明实施例机械浮动机构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述

本发明一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统(如附图1所示)，包括机器人1，自动液压拉伸器2，轮毂转台3，控制系统4及安全辅助系统通过机电连接方式组成。

实施例(如附图2所示)，采用Fanuc机器人配合ITH的自动拉伸器对叶片轴承的60颗M36螺栓进行拉伸紧固。其中，

机器人1采用Fanuc R2000iC-165F，臂长2655mm，负载165kg。

视觉系统采用Fanuc 3DL，16mm镜头，2D模式具有130万像素捕捉能力。

所述自动液压拉伸器2(如附图3所示)包括采用ITH自动拉伸器，机器人法兰连接板、机械浮动装置。

所述轮毂转台3包括转台构架，回转支承，齿轮箱以及回转控制系统。

控制系统4采用西门子S7-300PLC为主控核心(如附图4所示)，各设备之间信号交互采用Profibus总线方式，安全信号采用硬线方式连接，并设计独立的安全回路确保系统运行的安全性及系统设立一套人机界面对各设备的操作进行统一调度和管理。

所述机械浮动装置(如附图5所示)，为一配合自动液压拉伸器2在螺栓有一定的偏差情况下依旧可以正常导入的自复位弹簧机件。

其中，浮球最大张角为3-5度，在浮球接头的4周安装了4组弹簧，使拉伸器具备自复位性。

安全方面采用围栏配合门开关和安全光幕组成的Sil 4级系统，确保人机隔离。

本发明一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统方法，包括如下操作步骤：

1)准备工作，回攻清洗螺栓孔、安装叶片轴承、手动装配60颗螺栓以及配套螺母；

2)由操作人员利用行车对轮毂进行起吊作业，将其轮毂固定安置在转台上，利用转台上的工装引导轮毂定位；

3)机器人利用视觉系统对轮毂基面进行定位，定位预计选取3-4个特征点，找出轮毂在水平和垂直方向的旋转角度，通过视觉系统运算以及机器人运动补偿，以此确保机器人在后续工作时6轴法兰和轮毂面相互平行；

4)机器人移动到轮毂近点利用视觉系统对螺栓进行精细定位；

5)机器人利用3)和4)得到的反馈数据，将液压拉伸器靠在轮毂面上；

6)自动液压拉伸器工作；

7)移动到下一个螺栓，即当前螺栓的对角线位置；

7)重复4)至6)的过程直到所有的螺栓都紧固完毕，机器人返回原点。

进一步，所述自动液压拉伸器工作操作包括如下步骤：

1)机器人自检诊断；

2)机器人测试程序；

3)机器人回原点；

4)机器人运转准备完成；

5)确保轮毂和机器人都在安全位置；

6)工装锁定轮毂并定位；

7)机器人移动至轮毂；

8)视觉系统照相&运算分析；

9)视觉系统给出螺栓中轴线的位置偏移量；

10)机器人对中补偿，使得拉伸器和螺栓中轴线同轴；

11)移动拉伸器到工作点；

12)驱动螺栓套筒旋紧螺栓；

13)螺栓套筒持续旋转直到检测到20牛米反馈时停止旋紧；

14)驱动螺栓套筒反转1/4圈；

15)驱动拉伸器的液压缸，开始拉伸螺栓；

16)保持压力；

17)驱动螺母套筒，在弹簧机构的作用下，使其套入螺母，并旋紧；

18)释放液压；

19)重复15-18步；

20)确认拉伸器的液压缸在初始位置；

21)驱动螺栓套筒松开螺栓；

22)机器人移出；

23)机器人移动至一下颗螺栓；

24)当所有工作结束后机器人返回原点。

综上所述，本发明一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统，通过机器人的自动装配生产系统与自动液压拉伸器的结合，解决了机器人的精准定位和拉伸器的精准操作及安全问题等关键技术。实现在没有人工介入条件下对风机轮毂的叶片轴承面的螺栓进行螺栓螺母紧固，并自动校正为不同型号产品提供符合其工艺需要的预紧力调节，提高劳动生产率，降低操作工人的劳动强度及安全风险，为进一步实现风电生产作业模式的自动化提供坚实的技术物质基础。

Claims (4)

1.一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统，其特征在于，包括机器人(1)，自动液压拉伸器(2)，轮毂转台(3)，控制系统(4)及安全辅助系统通过机电连接组成；

所述机器人(1)包含6轴工业机器人，六维力传感器，三维激光视觉系统；

所述自动液压拉伸器(2)包含自动拉伸器，机器人法兰连接板、机械浮动装置；

所述轮毂转台(3)包含转台构架，回转支承，齿轮箱以及回转控制系统；

控制系统(4)采用PLC为主控核心，各设备之间信号交互采用总线方式，安全信号采用硬线方式连接，并设计独立的安全回路确保系统运行的安全性及系统设立一套人机界面对各设备的操作进行统一调度和管理。

2.如权利要求1所述的一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统，其特征在于，所述机械浮动装置，为一配合自动液压拉伸器(2)在螺栓有一定的偏差情况下依旧可以正常导入的自复位弹簧机件；

其中，浮球最大张角为3-5度，在浮球接头的4周安装了4组弹簧，使拉伸器具备自复位性。

3.如权利要求1所述的一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统方法，其特征在于，包括如下操作步骤：

1)准备工作，回攻清洗螺栓孔、安装叶片轴承、手动装配60颗螺栓以及配套螺母；

2)由操作人员利用行车对轮毂进行起吊作业，将其轮毂固定安置在转台上，利用转台上的工装引导轮毂定位；

3)机器人利用视觉系统对轮毂基面进行定位，定位预计选取3-4个特征点，找出轮毂在水平和垂直方向的旋转角度，通过视觉系统运算以及机器人运动补偿，以此确保机器人在后续工作时6轴法兰和轮毂面相互平行；

4)机器人移动到轮毂近点利用视觉系统对螺栓进行精细定位；

5)机器人利用3)和4)得到的反馈数据，将液压拉伸器靠在轮毂面上；

6)自动液压拉伸器工作；

7)移动到下一个螺栓，即当前螺栓的对角线位置；

7)重复4)至6)的过程直到所有的螺栓都紧固完毕，机器人返回原点。

4.如权利要求3所述的一种风机轮毂叶片轴承面的螺栓螺母紧固系统方法，其特征在于，所述6)自动液压拉伸器工作操作包括如下步骤：

1)机器人自检诊断；

2)机器人测试程序；

3)机器人回原点；

4)机器人运转准备完成；

5)确保轮毂和机器人都在安全位置；

6)工装锁定轮毂并定位；

7)机器人移动至轮毂；

8)视觉系统照相&运算分析；

9)视觉系统给出螺栓中轴线的位置偏移量；

10)机器人对中补偿，使得拉伸器和螺栓中轴线同轴；

11)移动拉伸器到工作点；

12)驱动螺栓套筒旋紧螺栓；

13)螺栓套筒持续旋转直到检测到20牛米反馈时停止旋紧；

14)驱动螺栓套筒反转1/4圈；

15)驱动拉伸器的液压缸，开始拉伸螺栓；

16)保持压力；

17)驱动螺母套筒，在弹簧机构的作用下，使其套入螺母，并旋紧；

18)释放液压；

19)重复15-18步；

20)确认拉伸器的液压缸在初始位置；

21)驱动螺栓套筒松开螺栓；

22)机器人移出；

23)机器人移动至一下颗螺栓；

24)当所有工作结束后机器人返回原点。