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的制作方法
【技术领域】
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[0001]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】
[0002]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。
[0003]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；?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。
[0004]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】
[0005]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。
[0006]I)自动化成套设备工装机构设计及分析计算
[0007]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；
[0008]2)视觉的机器人精确定位、检测关键技术研发
[0009]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；
[0010]3)控制系统研发
[0011]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；
[0012]4)样机集成与性能验证
[0013]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。
[0014]—种基于视觉技术的发动机油封装配、检测自动化成套装备，其特征在于，包括:自动上料机构、基于视觉的精确定位和检测机构、控制机构。
[0015]进一步地，所述自动上料机构采用振动盘对油封进行自动排列，再输送至上料导轨上；和/或当缸盖由辊道传送至预设位置，采用顶升机构将缸盖从辊道上顶出，通过安装在顶升机构上的缸盖定位工装，实现缸盖的精确定位；和/或所述自动上料机构采用机械手运送油封，并进行夹持力的计算和接触计算，设计有利于自动化操作的灵巧工装，实现油封的有效夹持，避免与缸盖结构的干涉，保证油封均匀受力，防止油封发生变形。
[0016]进一步地，所述基于视觉的精确定位和检测机构采用适用于强反射、表面复杂工件装配与检测的组合照明光源系统。
[0017]进一步地，所述基于视觉的精确定位和检测机构通过控制系统控制光源的闪光，并在机械手处于某一位置时向视频捕捉卡发出触发脉冲，视觉系统拍下当前特定位置的油封图像；和/或所述基于视觉的精确定位和检测机构还包括图像处理与分析模块，采用改进的阈值分割法来分离目标和背景，即:工件阈值采用两次大津阈值分割法分别求出；所述基于视觉的精确定位和检测机构还包括图像检测模块，通过CCD对油封及缸盖进行现场拍摄后，在物理空间中找出油封的位置和姿态，并判断该油封是否与模型匹配。
[0018]进一步地，所述两次大津阈值分割法是指:首先，计算出工件分割阈值，从而分割出工件图像，求得工件的尺寸信息，进而求得工件光圈的大小；然后，对工件图像进行去光圈处理，再利用大津阈值分割法求取油封的分割阈值。
[0019]进一步地，采用两次大津阈值分割法求取油封的分割阈值时，计算工件的灰度直方图，为了排除背景信息的干扰，先判断像素点是工件信息还是背景信息，只有属于工件部分的像素才统计其灰度值。
[0020]进一步地，所述控制机构包括运动控制单元，采用交流伺服电机，PMAC运动控制卡和基于PC-104总线的嵌入式PC搭配的方式实现装配机器人的控制功能。
[0021]进一步地，所述运动控制单元采用双微机分级控制方式，即上级嵌入式PC负责系统管理、路径规划，下级PMAC运动控制器实现对各个关节的伺服控制；和/或采用关节误差反馈信息的多层、递阶式修正柔顺控制算法，实现机器人良好的运动性能。
[0022]进一步地，装配机器人控制软件采用模块化设计，分为上位机功能模块和下位机运动计算模块部分，上位机功能模块采用Visual C++6.0进行开发，通过PMAC的PTALK控件进行通讯，主要用于轨迹规划，参数设置、修改，装配机器人手动操作，下位机软件利用PMAC自身语言开发，利用其高速计算功能实现装配机器人运动学计算、轨迹插补、运动伺服计算控制等。
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施的油封自动装配及检测工作台；
[0024]图2为本发明实施的油封自动装配及检测流程示意图；
[0025]图3为本发明实施的图像处理与分析过程；
[0026]图4为本发明实施的机器人控制系统总体结构示意图；
[0027]图5为本发明实施的控制系统硬件构成框图；
[0028]图6为本发明实施的机器人运动控制软件模块图。
【具体实施方式】
[0029]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例附图对本发明作进一步详细的说明。
[0030]I)基于视觉技术的发动机油封装配、检测自动化成套装备整体方案油封自动装配及检测过程中的动作按先后顺序依次为:6轴机械手运动到取料点一一打开真空栗一一吸取油封一一运动到油封装配点处一一纠正坐标值，机械手下降并打开气阀一一关真空(吹气)一一装配油封一一将不合格油封抛掉一一运动到取料点开