機器人上料自動化在汽車發動機缸蓋加工線的應用

張天陽 侯佳男

摘要：發動機作為汽車上的核心部件，要保證其充分發揮性能，首先就要保證在發動機組裝過程中保證發動機缸體和缸蓋的清潔性，在此基礎上，才能按照相應的工藝要求裝配出優秀可靠的發動機。清洗設備作為發動機裝配線上必不可少的一部分，在汽車生產商對發動機日益嚴格的要求下，越來越體現出其重要性。鑒于此，本文對機器人上料自動化在汽車發動機缸蓋加工線的應用進行分析，以供參考。

關鍵詞：機器人;自動化;圖像識別;發動機加工

0引言

采用有限元法研究了預應力（螺栓預緊力和壓力容器）、摩擦系數、介質（液體或者氣體）、網格粗糙度對模態分析精度的影響，結果表明：結構模態對較小的預緊力更加敏感;隨著摩擦系數的增加，模態頻率隨之增大，當摩擦系數增加到一定值時，模態頻率不再隨著摩擦系數發生變化;相同高度液面下，采用虛擬質量法計算的結構模態比采用質量點法計算的結構模態頻率低，隨著液面高度的降低，差距逐漸縮小。當網格尺寸較小時，模態對網格尺寸不敏感，當網格尺寸較大時，模態頻率和振型出現明顯變化，當網格尺寸超過一定范圍時，會導致模態失真甚至錯誤。

1方案設計

1.1? 工件及收納形態

本文對象工件為發動機鋁合金缸蓋毛坯，有兩種產品，自行鑄造生產，分別層疊擺放在標準倉庫籠中。倉庫籠尺寸1200×1000×750mm，分別可以收納40件與32件。毛坯與毛坯、料籠之間均預留間隙，防止收納、抓取時干涉;同時，間隙不能過于寬松（要小于工件尺寸的一半），防止搬運中工件傾倒，影響抓取。

1.2? 設備整體構成及布局

設備外形尺寸（長×寬×高）：6055×5860×2400mm，采用機器人配合定制夾具及相機識別系統，對籠內工件拆垛抓取，放到指定位置，打刻（二維碼）后通過自動輥道送往加工設備。為滿足多產品生產要求，采用多關節機器人，地面固定式安裝，采用1 臺機器人對應2 種產品的布局，左右分別是兩種不用產品的倉庫籠，機器人在中間，分別設計了后備投入輥道對應后備生產。

1.3? 臺車料籠定位

考慮到料籠在臺車上的偏差，為消除料籠的位置偏移造成抓取效率低，在兩側安裝上導向及定位條，確保左右偏移量在50mm以內，前端安裝一個到位行程開關，確保臺車推到合適的位置。要確保左右方向偏移量在100mm以內，前后偏移量在50mm以內，最大程度確保識別及抓取效率，降低風險。

1.4? 工件夾取

根據產品特征以及收納時的狀態，夾爪設計成抱夾式，夾取產品中間位置，可有效防止與倉庫籠及產品之間的干涉撞機;夾爪行程可調，可滿足 2種產品需求;在夾爪中間安裝了彈性在位檢測機構，防止產品少夾或過夾;為適應產品的輕微傾斜，在機器人與夾爪間設計了浮動單元;考慮到料籠中工件極端狀態，在夾爪末端設計了防掛籠裝置，防止機器人強制動作導致設備損壞，確保人員安全;夾爪前端安裝了缸蓋位置識別、校正相機，抓取缸蓋前先拍照，根據成像校正缸蓋位置后再進行抓取。

2發動機缸體和缸蓋清洗前需確認的問題

2.1? 確認工廠的工作環境和噪聲管理

清潔氣缸體和氣缸蓋時，將使用大量的水和氣源，因此有必要確認設備所在的工廠能夠提供足夠的水源和水源。在清洗過程中，設備內部會有飛揚的灰塵和浮質，因此有必要做好收集和清除裝置，并采取措施收集霧氣和防止泄漏，以保證設備的準確運行而不污染工廠環境。同時，清洗設備也會產生噪聲，因此在保護清洗設備時應考慮添加吸聲棉等有效的降噪措施，以免影響設備人員的正常操作。

2.2? 確認缸體和缸蓋的清洗位置

通常情況下，應根據相應的要求首次清潔發動機氣缸體和氣缸蓋。清潔零件包括氣缸體和氣缸蓋的主要外表面，以及在后續工位要組裝的零件，如凸輪軸蓋的安裝孔、導管和座圈的壓裝孔等。氣缸體和氣缸蓋的大部分后續裝配完成后，應根據相應要求進行二次清洗。清洗零件包括凸輪軸孔、主油道孔、主外表面等。

3電氣控制系統描述

3.1? 自動/ 半自動工位設備

發動機氣缸和氣缸蓋在清洗過程中主要使用自動/ 半自動裝置，尤其是測量、清洗、循環和裝貨站。這些設備在運行時由獨立PLC設備控制，由現場總線網絡通信模塊控制，包括設備操作邏輯控制、設備操作數據采集、區域設備控制以及相鄰兩個設備之間的信息流。

3.2? 數據采集裝置

為了有效地保證清洗數據的采集和設備狀態的可靠性，每個工位都配置了射頻識別無線讀寫裝置。將氣缸體和氣缸蓋上的二維碼/ 條形碼匹配準確讀取，并將采集到的數據與發動機的ID型號一一對應，并反饋給服務器。整個系統的信息傳輸主要有兩種方式：（1）在檢測清洗設備的運行過程時，需要保證設備數據的實時傳輸。設備運行時，測量數據將直接有效地傳輸到服務器，包括氣體檢測檢測到的工件狀態、水源和氣源的流量等。（2）條碼掃描數據傳輸準確，對應正確，零件信息通過掃描傳輸到設備的服務器，直接影響后續的清洗動作。

3.3? 下料工位

本工位主要由輸送輥道、舉升定位裝置、工件到位檢測裝置、升降吹干裝置等組成。此工位的主要功能是柔性機器人夾持工件，將吹干后的工件放置在本工位的舉升定位裝置上，此時舉升裝置不動，升降吹干裝置驅動噴嘴盒下降，對工件表面及各個功能孔進行二次加強吹干，吹干過程中升降裝置往復運動，起到對表面的掃描吹干的作用。吹干結束，舉升定位裝置落下，將工件放置在輸送輥道上面，此位置設有工件到位檢測，保證工件位置準確無誤。輸送輥道驅動，將工件輸送出去。本工位不僅僅是柔性機器人的下料工位，亦是工件的第二次吹干工位，這樣以確保工件經過清洗后的干燥度。

3.4? 水路系統

本系統主要功能是，將清洗液送入清洗工位，通過清洗噴嘴將清洗液噴射到被清洗的工件上，將工件洗凈。清洗污水經過濾泵袋過濾器過濾，經清洗泵進入清洗液循環程序。主要是由過濾泵、清洗泵、回液泵、過濾器、液位裝置、浮油排除裝置、水冷機、水箱、清洗管路等組成。本系統的穩定性對于清洗機起著至關重要的作用。

4結束語

對發動機箱體生產線，除實現加工設備自動化外，對上料工位也要采用自動化上料裝置。以前舊箱體加工線采用手工上料，自動化程度低，占地面積大，工件（滾動）噪音大。本裝置就是為了提高自動化程度、減少人工成本、降低崗位噪音、改善環境，可實現自動、手動兩種功能。

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