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摘要：发动机作为汽车上的核心部件，要保证其充分发挥性能，首先就要保证在发动机组装过程中保证发动机缸体和缸盖的清洁性，在此基础上，才能按照相应的工艺要求装配出优秀可靠的发动机。清洗设备作为发动机装配线上必不可少的一部分，在汽车生产商对发动机日益严格的要求下，越来越体现出其重要性。鉴于此，本文对机器人上料自动化在汽车发动机缸盖加工线的应用进行分析，以供参考。
关键词：机器人;自动化;图像识别;发动机加工
0引言
采用有限元法研究了预应力（螺栓预紧力和压力容器）、摩擦系数、介质（液体或者气体）、网格粗糙度对模态分析精度的影响，结果表明：结构模态对较小的预紧力更加敏感;随着摩擦系数的增加，模态频率随之增大，当摩擦系数增加到一定值时，模态频率不再随着摩擦系数发生变化;相同高度液面下，采用虚拟质量法计算的结构模态比采用质量点法计算的结构模态频率低，随着液面高度的降低，差距逐漸缩小。当网格尺寸较小时，模态对网格尺寸不敏感，当网格尺寸较大时，模态频率和振型出现明显变化，当网格尺寸超过一定范围时，会导致模态失真甚至错误。
1方案设计
1.1 工件及收纳形态
本文对象工件为发动机铝合金缸盖毛坯，有两种产品，自行铸造生产，分别层叠摆放在标准仓库笼中。仓库笼尺寸1200×1000×750mm，分别可以收纳40件与32件。毛坯与毛坯、料笼之间均预留间隙，防止收纳、抓取时干涉;同时，间隙不能过于宽松（要小于工件尺寸的一半），防止搬运中工件倾倒，影响抓取。
1.2 设备整体构成及布局
设备外形尺寸（长×宽×高）：6055×5860×2400mm，采用机器人配合定制夹具及相机识别系统，对笼内工件拆垛抓取，放到指定位置，打刻（二维码）后通过自动辊道送往加工设备。为满足多产品生产要求，采用多关节机器人，地面固定式安装，采用1 台机器人对应2 种产品的布局，左右分别是两种不用产品的仓库笼，机器人在中间，分别设计了后备投入辊道对应后备生产。
1.3 台车料笼定位
考虑到料笼在台车上的偏差，为消除料笼的位置偏移造成抓取效率低，在两侧安装上导向及定位条，确保左右偏移量在50mm以内，前端安装一个到位行程开关，确保台车推到合适的位置。要确保左右方向偏移量在100mm以内，前后偏移量在50mm以内，最大程度确保识别及抓取效率，降低风险。
1.4 工件夹取
根据产品特征以及收纳时的状态，夹爪设计成抱夹式，夹取产品中间位置，可有效防止与仓库笼及产品之间的干涉撞机;夹爪行程可调，可满足 2种产品需求;在夹爪中间安装了弹性在位检测机构，防止产品少夹或过夹;为适应产品的轻微倾斜，在机器人与夹爪间设计了浮动单元;考虑到料笼中工件极端状态，在夹爪末端设计了防挂笼装置，防止机器人强制动作导致设备损坏，确保人员安全;夹爪前端安装了缸盖位置识别、校正相机，抓取缸盖前先拍照，根据成像校正缸盖位置后再进行抓取。
2发动机缸体和缸盖清洗前需确认的问题
2.1 确认工厂的工作环境和噪声管理
清洁气缸体和气缸盖时，将使用大量的水和气源，因此有必要确认设备所在的工厂能够提供足够的水源和水源。在清洗过程中，设备内部会有飞扬的灰尘和浮质，因此有必要做好收集和清除装置，并采取措施收集雾气和防止泄漏，以保证设备的准确运行而不污染工厂环境。同时，清洗设备也会产生噪声，因此在保护清洗设备时应考虑添加吸声棉等有效的降噪措施，以免影响设备人员的正常操作。
2.2 确认缸体和缸盖的清洗位置
通常情况下，应根据相应的要求首次清洁发动机气缸体和气缸盖。清洁零件包括气缸体和气缸盖的主要外表面，以及在后续工位要组装的零件，如凸轮轴盖的安装孔、导管和座圈的压装孔等。气缸体和气缸盖的大部分后续装配完成后，应根据相应要求进行二次清洗。清洗零件包括凸轮轴孔、主油道孔、主外表面等。
3电气控制系统描述
3.1 自动/ 半自动工位设备
发动机气缸和气缸盖在清洗过程中主要使用自动/ 半自动装置，尤其是测量、清洗、循环和装货站。这些设备在运行时由独立PLC设备控制，由现场总线网络通信模块控制，包括设备操作逻辑控制、设备操作数据采集、区域设备控制以及相邻两个设备之间的信息流。
3.2 数据采集装置
为了有效地保证清洗数据的采集和设备状态的可靠性，每个工位都配置了射频识别无线读写装置。将气缸体和气缸盖上的二维码/ 条形码匹配准确读取，并将采集到的数据与发动机的ID型号一一对应，并反馈给服务器。整个系统的信息传输主要有两种方式：（1）在检测清洗设备的运行过程时，需要保证设备数据的实时传输。设备运行时，测量数据将直接有效地传输到服务器，包括气体检测检测到的工件状态、水源和气源的流量等。（2）条码扫描数据传输准确，对应正确，零件信息通过扫描传输到设备的服务器，直接影响后续的清洗动作。
3.3 下料工位
本工位主要由输送辊道、举升定位装置、工件到位检测装置、升降吹干装置等组成。此工位的主要功能是柔性机器人夹持工件，将吹干后的工件放置在本工位的举升定位装置上，此时举升装置不动，升降吹干装置驱动喷嘴盒下降，对工件表面及各个功能孔进行二次加强吹干，吹干过程中升降装置往复运动，起到对表面的扫描吹干的作用。吹干结束，举升定位装置落下，将工件放置在输送辊道上面，此位置设有工件到位检测，保证工件位置准确无误。输送辊道驱动，将工件输送出去。本工位不仅仅是柔性机器人的下料工位，亦是工件的第二次吹干工位，这样以确保工件经过清洗后的干燥度。
3.4 水路系统
本系统主要功能是，将清洗液送入清洗工位，通过清洗喷嘴将清洗液喷射到被清洗的工件上，将工件洗净。清洗污水经过滤泵袋过滤器过滤，经清洗泵进入清洗液循环程序。主要是由过滤泵、清洗泵、回液泵、过滤器、液位装置、浮油排除装置、水冷机、水箱、清洗管路等组成。本系统的稳定性对于清洗机起着至关重要的作用。
4结束语
对发动机箱体生产线，除实现加工设备自动化外，对上料工位也要采用自动化上料装置。以前旧箱体加工线采用手工上料，自动化程度低，占地面积大，工件（滚动）噪音大。本装置就是为了提高自动化程度、减少人工成本、降低岗位噪音、改善环境，可实现自动、手动两种功能。
参考文献：
[1] 刘玲，张复懿.汽车发动机缸盖用铝合金的稀土转化工艺与膜层的腐蚀行为研究[J].材料保护，2019，52（08）：121-126.
[2] 暴永明，刘广东，刘心宇，张海波.汽车发动机缸盖气门清洗装置的设计[J].机械工程师，2019（05）：80-82.
[3] 王敏，钱焕江，胡敏军，羊奎，王瑞平.汽车发动机气门挺杆的装配分析[J].机械制造，2019，57（04）：79-80.
[4] 刘安辉，杨磊，于勤勤，刘长森.发动机缸盖开裂原因分析[J].重型汽车，2019（02）：30-31.
[5] 暴永明，刘广东，王百辉.汽车发动机缸盖排气门密封质量检测装置设计[J].机械工程师，2019（11）：122-124+128.
关键词：机器人;自动化;图像识别;发动机加工
0引言
采用有限元法研究了预应力（螺栓预紧力和压力容器）、摩擦系数、介质（液体或者气体）、网格粗糙度对模态分析精度的影响，结果表明：结构模态对较小的预紧力更加敏感;随着摩擦系数的增加，模态频率随之增大，当摩擦系数增加到一定值时，模态频率不再随着摩擦系数发生变化;相同高度液面下，采用虚拟质量法计算的结构模态比采用质量点法计算的结构模态频率低，随着液面高度的降低，差距逐漸缩小。当网格尺寸较小时，模态对网格尺寸不敏感，当网格尺寸较大时，模态频率和振型出现明显变化，当网格尺寸超过一定范围时，会导致模态失真甚至错误。
1方案设计
1.1 工件及收纳形态
本文对象工件为发动机铝合金缸盖毛坯，有两种产品，自行铸造生产，分别层叠摆放在标准仓库笼中。仓库笼尺寸1200×1000×750mm，分别可以收纳40件与32件。毛坯与毛坯、料笼之间均预留间隙，防止收纳、抓取时干涉;同时，间隙不能过于宽松（要小于工件尺寸的一半），防止搬运中工件倾倒，影响抓取。
1.2 设备整体构成及布局
设备外形尺寸（长×宽×高）：6055×5860×2400mm，采用机器人配合定制夹具及相机识别系统，对笼内工件拆垛抓取，放到指定位置，打刻（二维码）后通过自动辊道送往加工设备。为满足多产品生产要求，采用多关节机器人，地面固定式安装，采用1 台机器人对应2 种产品的布局，左右分别是两种不用产品的仓库笼，机器人在中间，分别设计了后备投入辊道对应后备生产。
1.3 台车料笼定位
考虑到料笼在台车上的偏差，为消除料笼的位置偏移造成抓取效率低，在两侧安装上导向及定位条，确保左右偏移量在50mm以内，前端安装一个到位行程开关，确保台车推到合适的位置。要确保左右方向偏移量在100mm以内，前后偏移量在50mm以内，最大程度确保识别及抓取效率，降低风险。
1.4 工件夹取
根据产品特征以及收纳时的状态，夹爪设计成抱夹式，夹取产品中间位置，可有效防止与仓库笼及产品之间的干涉撞机;夹爪行程可调，可满足 2种产品需求;在夹爪中间安装了弹性在位检测机构，防止产品少夹或过夹;为适应产品的轻微倾斜，在机器人与夹爪间设计了浮动单元;考虑到料笼中工件极端状态，在夹爪末端设计了防挂笼装置，防止机器人强制动作导致设备损坏，确保人员安全;夹爪前端安装了缸盖位置识别、校正相机，抓取缸盖前先拍照，根据成像校正缸盖位置后再进行抓取。
2发动机缸体和缸盖清洗前需确认的问题
2.1 确认工厂的工作环境和噪声管理
清洁气缸体和气缸盖时，将使用大量的水和气源，因此有必要确认设备所在的工厂能够提供足够的水源和水源。在清洗过程中，设备内部会有飞扬的灰尘和浮质，因此有必要做好收集和清除装置，并采取措施收集雾气和防止泄漏，以保证设备的准确运行而不污染工厂环境。同时，清洗设备也会产生噪声，因此在保护清洗设备时应考虑添加吸声棉等有效的降噪措施，以免影响设备人员的正常操作。
2.2 确认缸体和缸盖的清洗位置
通常情况下，应根据相应的要求首次清洁发动机气缸体和气缸盖。清洁零件包括气缸体和气缸盖的主要外表面，以及在后续工位要组装的零件，如凸轮轴盖的安装孔、导管和座圈的压装孔等。气缸体和气缸盖的大部分后续装配完成后，应根据相应要求进行二次清洗。清洗零件包括凸轮轴孔、主油道孔、主外表面等。
3电气控制系统描述
3.1 自动/ 半自动工位设备
发动机气缸和气缸盖在清洗过程中主要使用自动/ 半自动装置，尤其是测量、清洗、循环和装货站。这些设备在运行时由独立PLC设备控制，由现场总线网络通信模块控制，包括设备操作逻辑控制、设备操作数据采集、区域设备控制以及相邻两个设备之间的信息流。
3.2 数据采集装置
为了有效地保证清洗数据的采集和设备状态的可靠性，每个工位都配置了射频识别无线读写装置。将气缸体和气缸盖上的二维码/ 条形码匹配准确读取，并将采集到的数据与发动机的ID型号一一对应，并反馈给服务器。整个系统的信息传输主要有两种方式：（1）在检测清洗设备的运行过程时，需要保证设备数据的实时传输。设备运行时，测量数据将直接有效地传输到服务器，包括气体检测检测到的工件状态、水源和气源的流量等。（2）条码扫描数据传输准确，对应正确，零件信息通过扫描传输到设备的服务器，直接影响后续的清洗动作。
3.3 下料工位
本工位主要由输送辊道、举升定位装置、工件到位检测装置、升降吹干装置等组成。此工位的主要功能是柔性机器人夹持工件，将吹干后的工件放置在本工位的举升定位装置上，此时举升装置不动，升降吹干装置驱动喷嘴盒下降，对工件表面及各个功能孔进行二次加强吹干，吹干过程中升降装置往复运动，起到对表面的扫描吹干的作用。吹干结束，举升定位装置落下，将工件放置在输送辊道上面，此位置设有工件到位检测，保证工件位置准确无误。输送辊道驱动，将工件输送出去。本工位不仅仅是柔性机器人的下料工位，亦是工件的第二次吹干工位，这样以确保工件经过清洗后的干燥度。
3.4 水路系统
本系统主要功能是，将清洗液送入清洗工位，通过清洗喷嘴将清洗液喷射到被清洗的工件上，将工件洗净。清洗污水经过滤泵袋过滤器过滤，经清洗泵进入清洗液循环程序。主要是由过滤泵、清洗泵、回液泵、过滤器、液位装置、浮油排除装置、水冷机、水箱、清洗管路等组成。本系统的稳定性对于清洗机起着至关重要的作用。
4结束语
对发动机箱体生产线，除实现加工设备自动化外，对上料工位也要采用自动化上料装置。以前旧箱体加工线采用手工上料，自动化程度低，占地面积大，工件（滚动）噪音大。本装置就是为了提高自动化程度、减少人工成本、降低岗位噪音、改善环境，可实现自动、手动两种功能。
参考文献：
[1] 刘玲，张复懿.汽车发动机缸盖用铝合金的稀土转化工艺与膜层的腐蚀行为研究[J].材料保护，2019，52（08）：121-126.
[2] 暴永明，刘广东，刘心宇，张海波.汽车发动机缸盖气门清洗装置的设计[J].机械工程师，2019（05）：80-82.
[3] 王敏，钱焕江，胡敏军，羊奎，王瑞平.汽车发动机气门挺杆的装配分析[J].机械制造，2019，57（04）：79-80.
[4] 刘安辉，杨磊，于勤勤，刘长森.发动机缸盖开裂原因分析[J].重型汽车，2019（02）：30-31.
[5] 暴永明，刘广东，王百辉.汽车发动机缸盖排气门密封质量检测装置设计[J].机械工程师，2019（11）：122-124+128.