基于视觉识别的发动机挠性飞轮盘螺纹装配机器人

赵 猛

（山东中车同力达智能机械有限公司，济南 250000）

1 项目来源与研究的意义

为满足轿车、卡车和拖拉机等交通运输装备制造业中关键螺纹装配工位的高性能、高可靠、高安全和自动化生产的需要，螺纹装配工业机器人的研制和开发己成为市场必需。挠性飞轮盘是汽车发动机的核心部件之一，作为连接发动机和变速器的纽带，可使发动机输出的转速、扭矩更加均匀（动能储存器），起到减小发动机旋转振动、减轻变速器负荷的作用。

目前，发动机制造业、修理业的挠性飞轮盘螺栓装配作业一般采用两种方式：两步紧固法和专用拧紧机紧固法。其中，两步紧固法由人工完成，先用气扳机预紧螺栓，再用扭矩扳手依次紧固校核，使力矩达到工艺要求。专用拧紧机紧固法则是依据实际的发动机挠性盘螺栓尺寸制作专用拧紧机，用于实现特定机型发动机挠性盘螺栓的同步紧固。

这两种方式存在以下弊端：

（1）工作效率较低，虽然可实现多条螺栓同步拧紧，但是拧紧机的前进、升降及进退均需人员参与，耗时耗力。

（2）专机专用，一台拧紧机只能满足一种机型发动机挠性盘的装配任务，造成了资源浪费，无法适应现代化柔性装配线。

为了更好地保证发动机挠性盘的装配质量，降低劳动强度和提高工作效率，项目组确定研发发动机挠性飞轮盘螺纹装配工业机器人的项目。该项目的实施可以提高发动机动力输出的均匀和平稳性，一机多用，提高发动机挠性飞轮盘装配的自动化和柔性化程度，进而提高装配质量和生产效率。

2 挠性飞轮盘部件螺纹装配质量分析

挠性飞轮盘部件螺纹装配的松动会破坏往复活塞式内燃发动机的运行稳定性和可靠性，严重时会对汽车行车安全构成极大威胁。挠性飞轮盘螺栓用于对发动机动力输出端、挠性盘的紧固，防止其横向分离。发动机处于静态时，挠性飞轮盘螺栓为动力输出端与挠性盘间提供一个夹紧力，此时连接螺栓不承受剪切力；在发动机运转或制动过程中，发动机动力输出端与挠性盘间必然会产生相对位移，此时挠性盘螺栓会承受一个剪切力。如果螺栓的紧固力适当，可以使挠性盘部件构成一个完整的组件，并使该组件发挥最佳性能，达到高效平稳的动力转换和输出，并具有较长的使用寿命；如果紧固力过大，当挠性盘与发动机动力输出端发生位移时，易使螺栓受拉，超过螺栓弹性极限，造成永久变形，从而造成螺栓松动，影响发动机自身动平衡和发动机的动力输出。

3 项目设计总体方案

该项目设计利用智能控制的先进技术，采用高性能工业控制计算机、高精度扭矩传感器，应用精密变距机构对挠性飞轮盘螺栓进行准确可靠定位，自动化程度高，能满足螺栓装配的高标准要求。它的主控系统采用新型工业控制计算机，应用康耐视In-Sight 7000视觉系统，自动识别发动机型号和定位螺栓位置；采用伺服电机驱动滚珠丝杠变距方式，实现中心距的快速准确切换，可覆盖变距范围内任意一节圆；采用ABB工业机器人联接拧紧轴单元，配置自动换套筒装置实现装配过程的自动化控制，拧紧时两轴能同时均匀拧紧两条螺栓，拧紧合格后自动回转再次拧紧剩余螺栓，可实现整个装配拧紧过程的自动化工作。

4 项目实施的风险分析及对策措施

该项目产品符合国家产业政策，具有一定的科技创新含量，同类产品鉴定达到了国际先进或国内领先水平。任何产品的推广都面临一定的市场风险。纵观螺纹装配系统的国内、国际市场，存在一定的竞争。该产品推广的风险一方面来自市场的价格压力，另一方面来自产品的自动化程度和性能的稳定性。该产品属国内首创，产品可一机多用，还可避免拧紧设备重复购置产生的费用，节能减排，在市场上的竞争优势明显。针对财务风险和管理风险，在产品样机试制工作中采用了先进的ERP财务市场生产成本核算体系，保证产品成本可控，实现了目前产品是国外进口同类产品销售价格的50%～60%，具有强有力的市场竞争力。针对产品的销售，该项目产品成立了专门的团队，实施项目经理负责制。具体地，项目经理从市场调研开始全程参与，以保证项目的顺利实施。产品质量的控制严格按照国家、行业标准要求验收，做好现场作业的模拟试验，适时做产品的型式试验，保证产品应用的可靠性。

5 样机试制与鉴定

以公司多年积累的工艺经验为基础，将先进的工艺攻关成果和科学技术纳入工艺中。关键配件利用加工中心的具有先进水平的加工、检测设备，以确保产品的质量。重要配件利用加工中心加工成型，对于主要零件的每一项精度要求，工艺上都采取了可靠的工艺措施和工艺装备，确保关键件加工实施最佳方案。关键件加工充分利用成型的工艺流程，缩短了工艺编制和加工生产周期，为精度稳定性提供了可靠保证，使加工精度和装配精度满足了设计要求。

样机完成后，按企业标准对设备进行全面调试，邀请国内知名行业专家验证设备的精度和全部性能指标。实验结果证明，本设备设计合理，精度和性能达到了设计任务书和国家标准的要求，加工及装配工艺合理、适用。