基于視覺識別的發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中關鍵螺紋裝配工位的高性能、高可靠、高安全和自動化生產的需要，螺紋裝配工業機器人的研制和開發己成為市場必需。撓性飛輪盤是汽車發動機的核心部件之一，作為連接發動機和變速器的紐帶，可使發動機輸出的轉速、扭矩更加均勻（動能儲存器），起到減小發動機旋轉振動、減輕變速器負荷的作用。

目前，發動機制造業、修理業的撓性飛輪盤螺栓裝配作業一般采用兩種方式：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實際的發動機撓性盤螺栓尺寸制作專用擰緊機，用于實現特定機型發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動機撓性盤的裝配任務，造成了資源浪費，無法適應現代化柔性裝配線。

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

2 撓性飛輪盤部件螺紋裝配質量分析

撓性飛輪盤部件螺紋裝配的松動會破壞往復活塞式內燃發動機的運行穩定性和可靠性，嚴重時會對汽車行車安全構成極大威脅。撓性飛輪盤螺栓用于對發動機動力輸出端、撓性盤的緊固，防止其橫向分離。發動機處于靜態時，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；在發動機運轉或制動過程中，發動機動力輸出端與撓性盤間必然會產生相對位移，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，可以使撓性盤部件構成一個完整的組件，并使該組件發揮最佳性能，達到高效平穩的動力轉換和輸出，并具有較長的使用壽命；如果緊固力過大，當撓性盤與發動機動力輸出端發生位移時，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，影響發動機自身動平衡和發動機的動力輸出。

3 項目設計總體方案

該項目設計利用智能控制的先進技術，采用高性能工業控制計算機、高精度扭矩傳感器，應用精密變距機構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。它的主控系統采用新型工業控制計算機，應用康耐視In-Sight 7000視覺系統，自動識別發動機型號和定位螺栓位置；采用伺服電機驅動滾珠絲杠變距方式，實現中心距的快速準確切換，可覆蓋變距范圍內任意一節圓；采用ABB工業機器人聯接擰緊軸單元，配置自動換套筒裝置實現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再次擰緊剩余螺栓，可實現整個裝配擰緊過程的自動化工作。

4 項目實施的風險分析及對策措施

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

5 樣機試制與鑒定

以公司多年積累的工藝經驗為基礎，將先進的工藝攻關成果和科學技術納入工藝中。關鍵配件利用加工中心的具有先進水平的加工、檢測設備，以確保產品的質量。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，確保關鍵件加工實施最佳方案。關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周期，為精度穩定性提供了可靠保證，使加工精度和裝配精度滿足了設計要求。

樣機完成后，按企業標準對設備進行全面調試，邀請國內知名行業專家驗證設備的精度和全部性能指標。實驗結果證明，本設備設計合理，精度和性能達到了設計任務書和國家標準的要求，加工及裝配工藝合理、適用。