基于視覺識別的發(fā)動機撓性飛輪盤螺紋裝配機器人

趙 猛

（山東中車同力達智能機械有限公司，濟南 250000）

1 項目來源與研究的意義

為滿足轎車、卡車和拖拉機等交通運輸裝備制造業(yè)中關(guān)鍵螺紋裝配工位的高性能、高可靠、高安全和自動化生產(chǎn)的需要，螺紋裝配工業(yè)機器人的研制和開發(fā)己成為市場必需。撓性飛輪盤是汽車發(fā)動機的核心部件之一，作為連接發(fā)動機和變速器的紐帶，可使發(fā)動機輸出的轉(zhuǎn)速、扭矩更加均勻（動能儲存器），起到減小發(fā)動機旋轉(zhuǎn)振動、減輕變速器負荷的作用。

目前，發(fā)動機制造業(yè)、修理業(yè)的撓性飛輪盤螺栓裝配作業(yè)一般采用兩種方式：兩步緊固法和專用擰緊機緊固法。其中，兩步緊固法由人工完成，先用氣扳機預(yù)緊螺栓，再用扭矩扳手依次緊固校核，使力矩達到工藝要求。專用擰緊機緊固法則是依據(jù)實際的發(fā)動機撓性盤螺栓尺寸制作專用擰緊機，用于實現(xiàn)特定機型發(fā)動機撓性盤螺栓的同步緊固。

這兩種方式存在以下弊端：

（1）工作效率較低，雖然可實現(xiàn)多條螺栓同步擰緊，但是擰緊機的前進、升降及進退均需人員參與，耗時耗力。

（2）專機專用，一臺擰緊機只能滿足一種機型發(fā)動機撓性盤的裝配任務(wù)，造成了資源浪費，無法適應(yīng)現(xiàn)代化柔性裝配線。

為了更好地保證發(fā)動機撓性盤的裝配質(zhì)量，降低勞動強度和提高工作效率，項目組確定研發(fā)發(fā)動機撓性飛輪盤螺紋裝配工業(yè)機器人的項目。該項目的實施可以提高發(fā)動機動力輸出的均勻和平穩(wěn)性，一機多用，提高發(fā)動機撓性飛輪盤裝配的自動化和柔性化程度，進而提高裝配質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2 撓性飛輪盤部件螺紋裝配質(zhì)量分析

撓性飛輪盤部件螺紋裝配的松動會破壞往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動機的運行穩(wěn)定性和可靠性，嚴重時會對汽車行車安全構(gòu)成極大威脅。撓性飛輪盤螺栓用于對發(fā)動機動力輸出端、撓性盤的緊固，防止其橫向分離。發(fā)動機處于靜態(tài)時，撓性飛輪盤螺栓為動力輸出端與撓性盤間提供一個夾緊力，此時連接螺栓不承受剪切力；在發(fā)動機運轉(zhuǎn)或制動過程中，發(fā)動機動力輸出端與撓性盤間必然會產(chǎn)生相對位移，此時撓性盤螺栓會承受一個剪切力。如果螺栓的緊固力適當(dāng)，可以使撓性盤部件構(gòu)成一個完整的組件，并使該組件發(fā)揮最佳性能，達到高效平穩(wěn)的動力轉(zhuǎn)換和輸出，并具有較長的使用壽命；如果緊固力過大，當(dāng)撓性盤與發(fā)動機動力輸出端發(fā)生位移時，易使螺栓受拉，超過螺栓彈性極限，造成永久變形，從而造成螺栓松動，影響發(fā)動機自身動平衡和發(fā)動機的動力輸出。

3 項目設(shè)計總體方案

該項目設(shè)計利用智能控制的先進技術(shù)，采用高性能工業(yè)控制計算機、高精度扭矩傳感器，應(yīng)用精密變距機構(gòu)對撓性飛輪盤螺栓進行準確可靠定位，自動化程度高，能滿足螺栓裝配的高標準要求。它的主控系統(tǒng)采用新型工業(yè)控制計算機，應(yīng)用康耐視In-Sight 7000視覺系統(tǒng)，自動識別發(fā)動機型號和定位螺栓位置；采用伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠變距方式，實現(xiàn)中心距的快速準確切換，可覆蓋變距范圍內(nèi)任意一節(jié)圓；采用ABB工業(yè)機器人聯(lián)接擰緊軸單元，配置自動換套筒裝置實現(xiàn)裝配過程的自動化控制，擰緊時兩軸能同時均勻擰緊兩條螺栓，擰緊合格后自動回轉(zhuǎn)再次擰緊剩余螺栓，可實現(xiàn)整個裝配擰緊過程的自動化工作。

4 項目實施的風(fēng)險分析及對策措施

該項目產(chǎn)品符合國家產(chǎn)業(yè)政策，具有一定的科技創(chuàng)新含量，同類產(chǎn)品鑒定達到了國際先進或國內(nèi)領(lǐng)先水平。任何產(chǎn)品的推廣都面臨一定的市場風(fēng)險?？v觀螺紋裝配系統(tǒng)的國內(nèi)、國際市場，存在一定的競爭。該產(chǎn)品推廣的風(fēng)險一方面來自市場的價格壓力，另一方面來自產(chǎn)品的自動化程度和性能的穩(wěn)定性。該產(chǎn)品屬國內(nèi)首創(chuàng)，產(chǎn)品可一機多用，還可避免擰緊設(shè)備重復(fù)購置產(chǎn)生的費用，節(jié)能減排，在市場上的競爭優(yōu)勢明顯。針對財務(wù)風(fēng)險和管理風(fēng)險，在產(chǎn)品樣機試制工作中采用了先進的ERP財務(wù)市場生產(chǎn)成本核算體系，保證產(chǎn)品成本可控，實現(xiàn)了目前產(chǎn)品是國外進口同類產(chǎn)品銷售價格的50%～60%，具有強有力的市場競爭力。針對產(chǎn)品的銷售，該項目產(chǎn)品成立了專門的團隊，實施項目經(jīng)理負責(zé)制。具體地，項目經(jīng)理從市場調(diào)研開始全程參與，以保證項目的順利實施。產(chǎn)品質(zhì)量的控制嚴格按照國家、行業(yè)標準要求驗收，做好現(xiàn)場作業(yè)的模擬試驗，適時做產(chǎn)品的型式試驗，保證產(chǎn)品應(yīng)用的可靠性。

5 樣機試制與鑒定

以公司多年積累的工藝經(jīng)驗為基礎(chǔ)，將先進的工藝攻關(guān)成果和科學(xué)技術(shù)納入工藝中。關(guān)鍵配件利用加工中心的具有先進水平的加工、檢測設(shè)備，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。重要配件利用加工中心加工成型，對于主要零件的每一項精度要求，工藝上都采取了可靠的工藝措施和工藝裝備，確保關(guān)鍵件加工實施最佳方案。關(guān)鍵件加工充分利用成型的工藝流程，縮短了工藝編制和加工生產(chǎn)周期，為精度穩(wěn)定性提供了可靠保證，使加工精度和裝配精度滿足了設(shè)計要求。

樣機完成后，按企業(yè)標準對設(shè)備進行全面調(diào)試，邀請國內(nèi)知名行業(yè)專家驗證設(shè)備的精度和全部性能指標。實驗結(jié)果證明，本設(shè)備設(shè)計合理，精度和性能達到了設(shè)計任務(wù)書和國家標準的要求，加工及裝配工藝合理、適用。