[发明专利]一种基于视觉技术的发动机油封装配、检测自动化成套装备

说明书

技术领域：

本发明涉及一种自动化成套装备，更具体地，涉及一种基于视觉技术的发动机油封装配、检测自动化成套装备。

背景技术

汽车发动机油封的自动装配与检测技术是困扰汽车的难题之一。油封是汽车发动机总成上的关键部件，其油封质量是影响发动机寿命的重要因素。我国在油封研究方面起步较晚，尽管近十几年来有了长足的进展，但与国际水平相比，在产品的自动装配与检测、结构设计、橡胶配合技术、质量控制手段上还有很大的差距。

目前，我国装配发动机油封一般采用手工操作：先把发动机油封套入气门，利用专门的套筒用手压入或用橡胶锤敲到底。该方法存在以下弊端：①压入力不均和用力方向不能保证；②气门油封装配到位与否不能保证；③装配气门油封到底时极易受损坏；④不能适应大批量流水线生产；⑤员工的劳动强度大。油封装配装置设备简陋、自动化程度低，油封质量不能得到保证，会导致以下问题：①导致长期渗漏油，不仅影响产品的外观，造成因缺油而引起的磨损，提高了使用成本，而且对环境造成污染；②影响发动机的气密性。气密性是发动机压缩系统工作性能好坏的综合指标：气密性越好，转速也就越高，扭矩也会越大。气密性差的发动机不仅功率小，而且还会因吸油性能差等原因造成工作不稳定，出现难以调整以及容易停车等现象。

落后的装配与检测工艺，加之思想上对油封的高技术含量与高精密性缺乏足够的认识，在技术上对性能要求的复杂性和工艺装配的严格性估计不足，加上资金的投入力度不足，导致我国油封装配设备质量差、密封性能不可靠、使用寿命短等问题。大部分生产厂家的生产水平仅停留在国外五六十年代的水平。另一方面，由于油封的质量不高，也影响了我国机械产品在国际市场上的竞争力。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明采用多自由度串联型机械臂；建立基于机器视觉的智能检测系统，实现装配前对缸盖及油封位置的自动检测、装配后油封装配质量的自动检测；基于机器人的运动学与动力学模型，构建柔顺控制系统模型，实现基于视觉信息反馈的精确运动轨迹规划，突破灵巧工装设计、机器视觉、智能控制算法、运动学建模、精确路径规划等关键技术，实现基于机器视觉的发动机油封装配、检测自动化成套装备的实用化和商品化。

1)自动化成套设备工装机构设计及分析计算

研制专用的顶升机构，通过安装在顶升机上的缸盖定位工装，实现缸盖的精确定位。通过实验技术，研究气门油封的最佳压装力，建立不同规格气门油封和缸盖的最佳压装力数据库。研制压装力可控的末端执行器，提升发动机油封装配、检测自动化成套装备的通用性。进行机器人的奇异性分析、工作空间分析，建立机器人运动学、动力学模型；构建力反馈柔顺控制模型，研究机器人基本运动轨迹，设计机器人轨迹规划算法，进行高速、高精度取料和油封压装的最优轨迹规划；

2)视觉的机器人精确定位、检测关键技术研发

针对本发明系统中发动机油封金属镀层工件的强反射特性，充分考虑了照明技术对强反射、表面复杂工件装配与检测的影响，研究多种照明方式的检测效果，最终设计出适用于强反射、表面复杂工件装配与检测的组合照明光源系统；研究边缘精确定位算法，进而实现强反射、表面复杂工件的自动检测；对获取的目标图像，研究图像分割方法，实现强噪声干扰下的目标与背景分离，为目标识别提供技术基础；对面向强反射、表面复杂工件的高精度机器视觉识别系统进行软硬件联合调试，发现系统性能改进的因素，提高系统稳定性。将视觉技术集成在发动机油封装配、检测自动化成套装备上，研制出油封装配与检测自动化装备；

3)控制系统研发

控制器软件体系架构研究，基于源代码开放的实时多任务操作系统Linux或Wince，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性；研究机器人控制系统的控制流程、运动误差分析、控制策略及其误差补偿，建立传递函数模型，基于高性能多轴运动控制器、伺服单元等搭建机器人控制系统，采用多层、递阶式修正柔顺控制方法，实现装配机器人良好的作业性能；

4)样机集成与性能验证

通过先进的系统集成技术，构建一种简洁高效自动化成套设备架构。在各个分系统内部以结构、动力、运动、传感和感知组成要素为基础，制定标准协议和接口，对机器人各组成单元及其间的信息处理、接口耦合、人机交互进行深入研究，减少系统集成时接口故障，在提高其稳定性和可靠性的同时，使得自动化设备系统有机集成。采用三维坐标动态系统，标定机器人重复定位精度，并测试机器人D-H参数，进行机器人定位精度校核。根据锻压实际作业要求，编制相应的运动程序，进行机器人实际作业性能试验，以进一步改进和提高样机性能。