技术领域
[0001] 本
发明涉及
风力发电及智能制造技术领域，特别是涉及一种风电机组变桨轴承智能装配方法。
背景技术
[0002] 风电机组变桨轴承装配是风电机组生产过程中必备的关键工序。随着风电机组的不断大型化发展，变桨轴承的尺寸也将越来越大，对于3MW以上机型必须要借助一定高度的梯子才能完成顶部
螺栓拧紧操作。传统的装配方式大都是人工使用液压
扳手进行螺栓拧紧，由于变桨轴承固定螺栓数量多，操作者劳动强度大，工作效率低，操作安全也得不到保证，如不能按照工艺要求交叉对
角拧紧，又存在
质量隐患。
[0003] 基于上述问题，
现有技术中出现了能实现变桨轴承自动装配的风电机组变桨轴承智能装配平台，该智能装配平台通过工业
机器人带动拧紧系统对位于旋转平台上的
轮毂进行螺栓拧紧操作，由于轮毂外周具有三个呈120度的变桨轴承安装端，底部具有一个
主轴安装端，因此，为了实现机械手的精确
定位，需要首先将轮毂的中心与旋转平台圆心对正，在此
基础上，当第一个变桨轴承安装端螺栓拧紧完毕后，旋转平台旋转120度后，相邻的第二个变桨轴承安装端才能精确到位(第一个变桨轴承安装端的
位置)，因此，轮毂的中心定位对于整个智能装配平台至关重要，而现有的智能装配平台的旋转平台，上表面包括三个呈120度的定位装置，上述三个定位装置形成的圆的外径与轮毂的主轴安装端内径相同，轮毂的主轴安装端在下降的过程中，必须保证轮毂的中心与旋转平台的圆心精确匹配才能安装到位，而轮毂是大型装置，由吊车起吊定位，所以定位时经常会出现无法准确定位或需要多次调试后才能准确定位的问题，如无法准确定位，则会出现后期机械手无法准确找准变桨轴承安装端的情况，大大影响整个智能装配平台的工作效率及装配
精度，如需多次调试，也将影响整个智能装配平台的工作效率。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种高效的风电机组变桨轴承智能装配方法，使其可保证在轮毂精确定位的同时对轮毂定位前的安装精度要求较低。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种风电机组变桨轴承智能装配方法，用于风电机组变桨轴承与轮毂装配用螺栓的拧紧，所述装配方法基于风电机组变桨轴承智能装配平台；
[0007] 所述风电机组变桨轴承智能装配平台，包括
工业机器人、机器人行走轴、电动拧紧轴系统、旋转平台、套筒自动换手工作站及控制系统；所述工业机器人安装在机器人行走轴上并可沿机器人行走轴移动；所述电动拧紧轴系统安装在工业机器人的
机械臂末端；电动拧紧轴系统包括末端具有套筒的拧紧部及安装在拧紧部上的视觉导引系统；所述旋转平台的上表面设置有用于固定轮毂的主轴连接端的卡盘机构，所述卡盘机构包括
丝杠驱动的定位装置，所述定位装置设置有弹性翻转定位止口，所述弹性翻转定位止口用于与轮毂的主轴连接端内环面配合定位；所述卡盘机构有三个，沿旋转平台上表面呈120度间隔设置；所述旋转平台及套筒自动换手工作站位于工业机器人的工作范围内；所述套筒自动换手工作站用于提供电动拧紧轴系统的拧紧用套筒；所述控制系统与工业机器人、电动拧紧轴系统、旋转平台、套筒自动换手工作站连接；
[0008] 所述装配方法为：
[0009] 待轮毂被吊装到旋转平台上，轮毂的主轴连接端下压弹性翻转定位止口，在弹性翻转定位止口的引导下，轮毂的主轴连接端安装到位并且弹性翻转定位止口翻转卡紧轮毂的主轴连接端，被卡盘机构卡紧后，旋转平台配合工业机器人的机械臂末端搭载的视觉引导系统自动找正轮毂的第一个工作面，进而自动找到该工作面需要紧固的第一颗螺栓位置；
[0010] 紧固螺栓前，控制系统先判断智能电动拧紧轴系统配套的套筒是否为对应的套筒，否则控制系统通过套筒换手工作站自动更换所需的套筒；
[0011] 套筒更换完毕后或判断为无需更换套筒后由工业机器人搭载的电动拧紧轴系统按预先设定的螺栓拧紧程序进行分步紧固；
[0012] 当一个工作面螺栓紧固完毕后，旋转平台自动旋转120度进行下一个工作面的紧固工作，直到三个工作面的螺栓全部紧固完毕。
[0013] 作为本发明进一步地改进，所述装配平台包括两个装配工位；当第一个工位装配完成后，通过机器人行走轴实现两个工位自动切换，继续完成第二工位的装配。
[0014] 进一步地，在所述轮毂被卡紧定位前，先根据产品类别预先定义好不同轮毂的工作程序；启动控制系统，首先通过扫码枪读取被装配轮毂
工件的二维码，控制系统自动调取针对该轮毂的工作程序，旋转平台上的卡盘机构
自动调节分度圆直径到该轮毂主轴连接端需要的配合尺寸；再将轮毂吊装到旋转平台上通过卡盘机构卡紧。
[0015] 进一步地，所述视觉引导系统按程序设定轨迹对轮毂上的螺栓进行2D测量，然后计算出轮毂上的螺栓与程序设定的基础坐标之间的偏移量，从而调整电动拧紧轴系统的姿势，并移动至第一颗需要紧固的螺栓位置。
[0016] 进一步地，所述电动拧紧轴系统自动设定和调整螺栓
紧固扭矩值，并通过内置于电动拧紧轴系统中的扭矩
传感器测定实际输出的扭矩，反馈给控制系统，自动保存为Excel表格格式。
[0017] 进一步地，所述定位装置包括与丝杠固定连接的固定座及所述的弹性翻转定位止口；所述弹性翻转定位止口包括二层阶梯状定位止口及
弹簧拉杆；所述二层阶梯状定位止口通过
转轴铰接在固定座上；所述弹簧拉杆包括中心拉杆及弹簧，所述中心拉杆穿过固定座上靠旋转平台中心侧的
立板，位于立板一侧的中心拉杆外固定套接所述弹簧，位于立板另一侧的中心拉杆与二层阶梯状定位止口铰接；所述二层阶梯状定位止口的侧面定位面为圆弧面，用于与轮毂的主轴连接端内环面配合。
[0018] 进一步地，在旋转平台上表面三个所述定位装置之间的扇形区域内分别设置有
支撑平台，所述支撑平台的高度稍高于弹性翻转定位止口
水平状态时的高度；所述支撑平台的上表面还设置有多条沿径向设置的塑料保护片。
[0019] 进一步地，所述旋转平台包括平台底座、回转支承、驱动机构、工作平台；所述回转支承固定在平台底座上，所述工作平台固定在回转支承上，所述卡盘机构固定在工作平台上；所述驱动机构包括
伺服电机、减速机、驱动小
齿轮，所述伺服电机、减速机及驱动
小齿轮依次连接；所述回转支承上设置有齿圈；所述齿圈与驱动小齿轮弹性动态
啮合；所述驱动机构通过弹性连接件与平台底座连接；所述弹性连接件包括安装架、
连接杆及弹簧，所述安装架固定连接在驱动机构的驱动小齿轮输出端面上；所述连接杆穿过安装架上的立板，位于立板一侧的连接杆与平台底座固定连接，位于立板另一侧的连接杆外固定套接所述弹簧。
[0020] 进一步地，所述套筒自动换手工作站包括
气动阀站、
机架、盖板、
气缸、套筒；所述机架上设置有套筒容纳腔，套筒容纳腔内容纳所述套筒；套筒容纳腔盖有所述盖板；所述盖板由与
气动阀站连接的气缸驱动开启或关闭；所述气缸、盖板、套筒容纳腔的组合有多套；每个套筒容纳腔内的套筒规格不同；所述每个套筒容纳腔内还设置有检测传感器，在套筒容纳腔
侧壁还设置有气动插销，所述气动插销与气动阀站连通，且所述气动插销用于与套筒的轴肩卡合；所述套筒容纳腔内部还设置有套筒引导锥，所述套筒引导锥用于与套筒的螺栓配合面
接触。
[0021] 进一步地，还包括与控制系统连接的扫码枪，所述被装配轮毂上设置有二维码。
[0022] 采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
[0023] 1、本发明的装配方法基于风电机组变桨轴承智能装配平台，实现了风电机组变桨轴承的精确装配及高效装配，同时实现了不同种类的风电机组变桨轴承全自动装配。
[0024] 2、通过采用弹性翻转定位止口，使得轮毂未安装时，弹性翻转定位止口在弹力作用下呈翻转状态(中心侧低、外侧高)，三个定位止口形成的外径变小，有利于轮毂的主轴安装端进入，进入前无需轮毂的中心与旋转平台的中心精确对准，进入过程中通过弹性翻转定位止口引导调整轮毂中心对准，当轮毂下落到位后，在轮毂的重力作用下弹性翻转定位止口翻转回水平状态，弹性翻转定位止口的侧面与轮毂的主轴连接端内环面精确贴合，实现了轮毂的精确定位，进而实现了智能装配方法的精确装配及高效装配。
[0025] 3、旋转平台采用齿圈与驱动小齿轮弹性动态啮合的驱动方式，替代了常规的齿圈与驱动小齿轮的固定啮合，通过采用上述方式，降低了齿圈与驱动小齿轮的装配精度要求，避免出现两者由于装配不当导致的驱动无法正常有效运转。
[0026] 4、套筒自动换手工作站采用由气缸控制启闭的盖板，可对套筒起到保护隔离作用，通过气动驱动夹持套筒的方式，大大提高了套筒更换的成功率，避免了套筒无法与电动拧紧轴脱离及安装的问题。
附图说明
[0027] 上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0028] 图1是风电机组变桨轴承智能装配平台的俯视图；
[0029] 图2是风电机组变桨轴承智能装配平台的立体图；
[0030] 图3是旋转平台的俯视图；
[0031] 图4是旋转平台的立体图；
[0032] 图5是电动拧紧轴系统的立体图；
[0033] 图6是套筒自动换手工作站的立体图；
[0034] 图7是安全防护系统的立体图；
[0035] 图8是本发明风电机组变桨轴承智能装配方法的
流程图。
具体实施方式
[0036] 以下结合附图对本发明的优选
实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0037] 参见图1及图2，本发明主要包括部件有：工业机器人1、机器人行走轴2、智能电动拧紧轴系统3、旋转平台4、控制系统5、套筒自动换手工作站6、安全防护系统7。
[0038] 工业机器人1安装在机器人行走轴2上，可以沿机器人行走轴2来回移动，以便在不同的工位之间进行切换，以及在加工过程中对横向位置进行调整。
[0039] 由于工业机器人1的横向位置可以沿机器人行走轴2调整，并且工业机器人1本身的机械臂具有一定的长度，在本发明提供的风电机组变桨轴承智能装配平台中，旋转平台4以及套筒自动换手工作站6的空间位置均在工业机器人1的工作范围内。
[0040] 图3和图4分别由不同的空间角度示出了旋转平台的结构。参见图4，旋转平台4主要包括部件有：平台底座41、回转支承42、驱动机构43、工作平台44、卡盘机构45、
编码器47、化学螺栓48。回转支承42、编码器47均固定在平台底座41上。所述工作平台44固定在回转支承42上，所述卡盘机构45固定在工作平台44上表面。
[0041] 工作平台44上的卡盘机构45有三个，沿工作平台44上表面呈120度间隔设置，卡盘机构45可径向调节，径向调节的驱动力为电动，同时可增加手动驱动方式作为备用。工作平台44采用驱动机构43驱动进行水平旋转，来完成对整个轮毂的定位和三个面(变桨轴承安装端)的自动旋转，每次旋转角度为120°。旋转平台4的初始零位由编码器47进行标定。
[0042] 卡盘机构45包括丝杠驱动的定位装置，定位装置包括与丝杠固定连接的固定座451及弹性翻转定位止口，固定座451的靠旋转平台中心侧设置有立板4511，弹性翻转定位止口包括二层阶梯状定位止口452及弹簧拉杆453；二层阶梯状定位止口452通过转轴454铰接在固定座451上；弹簧拉杆453包括中心拉杆及弹簧，中心拉杆穿过固定座451上靠旋转平台中心侧的立板4511，位于立板4511一侧的中心拉杆外固定套接所述弹簧，位于立板4511另一侧的中心拉杆与二层阶梯状定位止口452铰接；二层阶梯状定位止口452的侧面定位面为圆弧面，用于与轮毂的主轴连接端内环面配合。
[0043] 定位装置与轮毂的主轴连接端内环面之间采用弹性翻转定位止口定位，弹性翻转定位止口形成的圆的外径可由程序预先设定，根据扫码枪读取轮毂工件二维码确定。例如，当确定待装配的轮毂的主轴连接端内径为1米，定位装置通过丝杠驱动精确到位(即保证弹性翻转定位止口在呈水平状态时，三个弹性翻转定位止口的圆弧面所形成的圆外径为1米)，定位装置到位后，即可进行轮毂的安装，在轮毂未安装时，二层阶梯状定位止口452在弹力作用下呈翻转状态(中心侧低、外侧高)，三个定位止口形成的外径变小(如小于1米)，有利于轮毂的主轴安装端进入，进入前无需轮毂的中心与旋转平台的中心精确对准，进入过程中通过二层阶梯状定位止口452引导调整轮毂中心对准，当轮毂下落到位后，在轮毂的重力作用下二层阶梯状定位止口452翻转回水平状态(如外径为1米)，二层阶梯状定位止口452的侧面(圆弧面)与轮毂的主轴连接端内环面精确贴合，实现了轮毂的精确定位，进而实现了智能装配平台的精确装配及高效装配。
[0044] 工作平台44为结构
钢件
焊接而成，焊后
退火处理，消除
应力后再加工。
台面为圆形结构，用于固定卡盘机构45。工作平台44固定在回转支承42上，强度设计能保证工件在回转状态下稳定可靠。另外，在工作平台44上表面三个定位装置之间的扇形区域内分别设置有支撑平台441，支撑平台441的高度稍高于弹性翻转定位止口水平状态时的高度。轮毂定位时，支撑平台为轮毂提供支撑力，减小定位装置的受力，延长其使用寿命。
[0045] 在支撑平台441的上表面还设置有多条沿径向设置的塑料保护片442，使轮毂放在旋转平台上时，可有效保护轮毂的主轴安装端不被工作平台表面的钢材质磨损。
[0046] 上述旋转平台是靠驱动机构43驱动旋转，其中，驱动机构43主要包括部件有：伺服电机，减速机，驱动小齿轮431。驱动机构43的驱动小齿轮431与回转支承42的齿圈采用弹性动态啮合，经回转支承42带动工作平台44旋转。上述弹性动态啮合是通过如下方式实现的：驱动机构43通过弹性连接件46与平台底座41连接；弹性连接件46包括安装架461、连接杆
462及弹簧463，安装架461固定连接在驱动机构43的驱动小齿轮431输出端面上；连接杆462穿过安装架461上的立板，位于立板一侧的连接杆与平台底座41固定连接，位于立板另一侧的连接杆外固定套接所述弹簧463。通过上述弹簧的弹性调节，可实现驱动小齿轮431与回转支承42的齿圈的动态啮合，大大降低了两者的装配精度要求，驱动适应性强。
[0047] 平台底座41为设备的基础，采用钢板和型钢焊接而成，具有足够的强度和刚性。机架底座41焊后整体退火，彻底消除焊接应力，使回转台在长期使用过程中不发生
变形。回转支承42及驱动机构43固定在平台底座41上，平台底座41通过化学螺栓48固定在基础地面上。
[0048] 电动拧紧轴系统3配置在工业机器人1的末端，作用在于对需要紧固的螺栓进行拧紧。参见图5，电动拧紧轴系统3主要包括部件有：电动拧紧轴31、反作用
力臂32、套筒33、视觉引导系统34、旋转气缸35、柔性浮动装置36。
[0049] 具体的，参见图5，所述电动拧紧轴系统3的拧紧部包括安装
支架及安装在安装支架上的电动拧紧轴31、旋转气缸35、柔性浮动装置36。所述电动拧紧轴31的末端安装有所述套筒。在套筒与安装支架之间的电动拧紧轴31处套装有大齿轮38，所述大齿轮38上安装有反作用力臂32。所述旋转气缸35一端设置有与大齿轮38啮合的小齿轮37。所述柔性浮动装置36与工业机器人的机械臂内部采用柔性连接。
[0050] 视觉引导系统34按程序设定轨迹对轮毂工件螺栓进行2D测量，然后计算出轮毂工件螺栓与程序设定的基本坐标之间的偏移量，从而调整电动拧紧轴31的姿势，并移动至第一颗需要紧固的螺栓位置。柔性浮动装置36与工业机器人1内部采用柔性连接可以解决机器人轴中心与螺栓中心偏心的问题，使柔性浮动装置36在紧固螺栓的过程中动作平稳。旋转气缸35用于推动电动拧紧轴31反作用力臂32。
[0051] 另外，电动拧紧轴系统3还配置有扭矩传感器。电动拧紧轴系统3可以自动设定和调整螺栓紧固扭矩值，并通过扭矩传感器测定实际输出的扭矩，反馈给控制系统5，自动保存为Exce l表格格式，方便后期数据分析及数据调查。较传统的采用液压扳手的系统,电动拧紧轴系统31具有更高的拧紧精度和效率，并具有数据
可追溯性。
[0052] 图6示出了本发明提供的套筒自动换手工作站的结构。参见图6，套筒自动换手工作站6主要包括部件有：气动阀站61、机架62、调整支架63、盖板65、气缸66、套筒67。
[0053] 套筒自动换手工作站6可包括多种规格的套筒，当工业机器人1移动至对应工位更换套筒时，气缸66推动盖板65开启，工业机器人1拾取对应的套筒，将套筒从工位上取走，盖板65闭合，可对套筒起到保护隔离作用。
[0054] 更为具体的，所述套筒自动换手工作站6包括气动阀站61、机架62、盖板65、气缸66、套筒67。所述机架上设置有套筒容纳腔，套筒容纳腔内容纳所述套筒。套筒容纳腔盖有所述盖板65。所述盖板65由与气动阀站61连接的气缸66驱动开启或关闭。所述气缸66、盖板
67、套筒容纳腔的组合有多套。每个套筒容纳腔内的套筒规格不同。
[0055] 所述每个套筒容纳腔内还设置有检测传感器及套筒引导锥68，在套筒容纳腔侧壁还设置有气动插销64，气动插销64与气动阀站连通(图中未示出)，当工业机器人放置套筒时，气动插销64处于未插合状态，工业机器人将套筒67套在套筒引导锥68上，套筒的螺栓配合面与套筒引导锥68接触，套筒到位后，气动插销64在气动阀站的气源作用下插入套筒容纳腔内，与套筒的轴肩卡合，电动拧紧轴与套筒分开，安装套筒的过程与此相反，不再赘述。通过气动驱动夹持套筒的方式，大大提高了套筒更换的成功率，避免了套筒无法与电动拧紧轴脱离及安装的问题。
[0056] 所述机架62底部还设置有调整支架63，调整支架63的作用在于调整机架62的高度及平衡。
[0057] 图7示出了本发明提供的安全防护系统的结构。参见图7，安全防护系统7主要包括部件有：安全防护栏71、安全光栅72、安全
门73。
[0058] 安全防护系统7可以有效的保证人员安全，保证工业机器人1在工作环境下与人员进行隔离，实现安全生产。
[0059] 安全防护栏71采用的是
铝合金框架结构中间镶嵌钢丝，安全护栏71采用分体式设计，由插拔结构跟地面进行固定，模
块化安装，便于拆卸，升级优化。安全门73采用的是安全门
锁结构，只要某一工位门锁处于开启状态，该工位内整体处于断电状态。安全光栅72主要是隔离两个工位，把两个工位进行分开，避免人员在该区域作业时，另外区域的工业机器人1出现误操作到达人员操作区域，或人员不服从规定，从中间通道到另外一个区域，从而保护人员安全。
[0060] 所述工业机器人1、电动拧紧轴系统3、旋转平台4、套筒自动换手工作站6的组合有两套，通过安全光栅72间隔设置在安全防护栏71内，所述安全门73与安全防护栏71连接，且采用安全门锁结构。
[0061] 图8示出了风电机组变桨轴承智能装配方法的流程图。根据产品类别预先定义好不同轮毂工件的工作程序，启动系统。参见图8，风电机组变桨轴承智能装配方法包括：
[0062] S81，首先通过扫码枪读取被装配轮毂工件的二维码，控制系统自动调取针对该轮毂的工作程序，旋转平台上的卡盘机构自动调节分度圆直径到该轮毂需要的配合尺寸。
[0063] S82，待轮毂被吊装到旋转平台上，轮毂的主轴连接端下压弹性翻转定位止口，在弹性翻转定位止口的引导下，轮毂的主轴连接端安装到位并且弹性翻转定位止口翻转卡紧轮毂的主轴连接端，被卡盘机构卡紧后，旋转平台配合工业机器人的机械臂末端搭载的视觉引导系统自动找正轮毂的第一个工作面，进而自动找到该工作面需要紧固的第一颗螺栓位置。
[0064] S83，紧固螺栓前，控制系统先判断智能电动拧紧轴系统配套的套筒是否为对应的套筒，否则控制系统通过套筒换手工作站自动更换所需的套筒。
[0065] S84，套筒更换完毕后或判断为无需更换套筒后由工业机器人搭载的电动拧紧轴系统按预先设定的螺栓拧紧程序进行分步紧固。
[0066] 所谓分步紧固，就是通过电动拧紧轴系统3中配置的视觉导引系统34逐个发现每个需要被紧固的螺栓，并对发现的每个螺栓进行逐个的紧固。
[0067] S85，当一个工作面螺栓紧固完毕后，旋转平台自动旋转120度进行下一个工作面的紧固工作，直到三个工作面的螺栓全部紧固完毕。
[0068] 在第一工位的螺栓紧固工作完成后，工业机器人1自动移动至第二个工位，完成这一工位的螺栓紧固工作。
[0069] 本发明的装配方法基于风电机组变桨轴承智能装配平台，实现了风电机组变桨轴承的精确装配及高效装配，同时实现了不同种类的风电机组变桨轴承全自动装配。
[0070] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单
修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
