一种汽车发动机气门组装配过程的防错监控系统及方法

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一种汽车发动机气门组装配过程的防错监控系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种汽车发动机生产装配流水线上的装配设备，特别是一种汽车发动机气门组装配过程的防错监控系统及方法。\n背景技术\n[0002] 现如今，随着人们生活水平的提高以及市场经济的日渐完善，汽车的需求量直线增加，并且新车品种也层出不穷。伴随着巨大的汽车产量，对其生产最关键部分——发动机的自动化生产及装配也提出了严峻的挑战。快速的生产节奏加上快捷的交货速度，并且很多生产线上还经常会出现单线多品种发动机的制造过程，种种的原因致使发动机在自动化装配线上总是存在一系列潜在的安装问题。在这之中，属气门组装配出现错误的风险最大。\n气门组中的锁块属于极小型零件，在装配过程中经常会出现漏装、缺装、装反和安装错误等问题，因而造成发动机零件返修、报废等情况，从而极大的增加了发动机的制造成本。\n[0003] 在发动机制造厂中，发动机的生产都必须要对气缸盖上气门组的装配进行防错检测工作，国内气门组检测方面的技术大多是针对未装配的气门组单个零件而进行的质量检测，或对某单一气门组零件的装配正确性给予判断，然而却没有一套完整的针对汽车发动机气门组装配过程的计算机防错监控技术的综合实例研究，即对整个气门组的最终装配情况给出类型归类并判断装配结果。国内绝大多数的工厂还仍然以传统的人工检测为主，致使准确率不高且受诸多因素所限，既浪费人力资源同时也达不到当今生产全程自动化的要求，这很难与当今的高效生产相匹配，更跟不上国际先进防错技术的脚步。因此，一种全自动化气门组装配结果防错监控设备的出现势在必行，市场上对此种产品的需求很迫切。\n发明内容\n[0004] 为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可提高准确率、同时也满足当今生产全程自动化要求的汽车发动机气门组装配过程的防错监控系统及方法。\n[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：\n[0006] 一种汽车发动机气门组装配过程的防错监控系统，包括检测台、控制系统和人机信息交流面板；\n[0007] 所述的检测台包括一号辊道传送台、二号辊道传送台、阻止器a、阻止器b、阻止器c、顶起装置、条码扫描枪、激光测距传感器、单轴机器人和四脚金属框架，所述的一号辊道传送台和二号辊道传送台顺序安装，二号辊道传送台在一号辊道传送台的右侧，紧密相贴；\n阻止器a安装于一号辊道传送台长度方向中心线偏右位置，在一号辊道的正下方，固定于一号辊道金属支架上；阻止器b安装于二号辊道传送台长度方向正中位置，阻止器c安装于二号辊道传送台长度方向中心线的右侧，靠近二号辊道尾部，阻止器b和阻止器c均在二号辊道的正下方，固定于二号辊道金属支架上；顶起装置安装于二号辊道正下方，在阻止器b左侧；四脚金属框架安装于二号辊道传送台长度方向中心线位置，其四个金属支脚固定于二号辊道传送台的两边；单轴机器人安装于四脚金属框架的上部，固定于四脚金属框架的顶部铁板上；激光测距传感器安装于单轴机器人的运动滑块之上；条码扫描枪安装于四脚金属框架的左侧面板上；\n[0008] 所述的控制系统包括单轴机器人编程控制器、可编程控制器、数据采集卡、工控机和接近开关；所述的数据采集卡安装于工控机中；工控机、单轴机器人编程控制器、可编程控制器均安装于电气控制柜之中；三个接近开关分别安装于三个阻止器a、阻止器b、阻止器c三处，两个接近开关分别安装于顶起装置气缸的上限和下限处；所述的电气控制柜紧贴检测台放置；\n[0009] 所述的人机信息交流面板包括显示器、触摸屏和声光报警器，所述的显示器、触摸屏和声光报警器集成安装于长方形铁箱内，长方形铁箱安放于四脚金属框架的顶部；\n[0010] 所述的工控机通过数据分别与数据采集卡、可编程控制器、显示器、激光测距传感器和条码扫描枪连接，所述的可编程控制器还通过数据线分别与接近开关、触摸屏、声光报警器、单轴机器人编程控制器、阻止器a、阻止器b、阻止器c、顶起装置、一号辊道传送台和二号辊道传送台连接，所述的单轴机器人编程控制器还通过数据线与单轴机器人连接。\n[0011] 一种汽车发动机气门组装配过程的防错监控系统的方法，包括以下步骤：\n[0012] A、通电启动后，在触摸屏上将运行模式设为自动运行模式，两个电机分别带动一号辊道传送台和二号辊道传送台运行，被检气缸盖在一号辊道传送台的带动下被运送到二号辊道上，并在二号辊道传送台上被阻止器b阻挡；与此同时，待检气缸盖在一号辊道传送台上被阻止器a阻止行进，等待其前一个被检气缸盖的检测完毕；\n[0013] B、被检气缸盖到达阻止器b处的检测位置，条码扫描枪扫描被检气缸盖上的二维条码即该缸盖的ID信息完毕后，可编程控制器控制顶起装置将被检气缸盖顶起几毫米，以保证被检气缸盖里气门组检测时的水平精度；与此同时，可编程控制器发送信息给单轴机器人编程控制器，令其执行事先存储的程序；\n[0014] C、单轴机器人编程控制器收到信号后，则检测开始。单轴机器人的滑块带动其上固定的激光测距传感器进行有规律的直线变速移动，即：滑块在气门组上方时缓速行进，使激光束能够详细的扫描被检气缸盖里每个气门组上端面高低起伏状况，在气门组范围以外不需要检测的地方，滑块带动传感器迅速掠过；在检测每个气门组时，其开始位置与结束位置，单轴机器人都向可编程控制器发送位置信息，工控机通过自由口Modbus通讯协议与可编程控制器通讯读取此信息并作记录，当所有气门组均被扫描后，由工控机进行检测结束确认，之后向可编程控制器发送确认信息，若检测完毕则可编程控制器控制落下被检气缸盖、缩回阻止器b，被检气缸盖在二号辊道传送台的带动下，继续向前运行；此时，如若被检气缸盖无装配错误，则阻止器c落下，其运行出二号辊道传送台，进行被检气缸盖中气门组装配后的后续发动机装配，同时放行被阻止在一号辊道传送台上的待检气缸盖，继续检测，并在一号辊道传送台上利用阻止器a再次阻止后续的待检气缸盖；如若当前的被检气缸盖上气门组出现漏装或装错问题时，工控机识别后给可编程控制器发送相应信息，使之阻止一号辊道传送台上待检气缸盖的行进，同时，该有问题的被检气缸盖在二号辊道传送台上行进一段距离后被阻止器c阻止，声光报警器发出声光报警提示人员查看；若是由于某种原因检测失误，则操作人员点击触摸屏上的“返回检测”按键，在二号辊道传送台反向运行的带动下，被检气缸盖再次回到检测位置，重新检测，如若还不合格，点击触屏上的“强制放行”按键，检测继续；若是被检气缸盖确实有问题，则不必返回检测，直接点击触屏上的“强制放行”，并同时拿走损坏的被检气缸盖进行维修，防止该被检气缸盖气门组装配过程产生的问题继续影响到后续的发动机装配过程，达到发动机装配的防错检测目的；\n[0015] D、在检测的同时，工控机上装载的LabVIEW软件通过显示屏显示气门组所在被检气缸盖的二维条码号，以及每一个气门组上端面检测到的波形情况，通过工控机强大的运算处理能力以及上位机软件的计算分析，每个被检气缸盖上所有气门组检测完毕的同时都显示其装配的对错情况，Access数据库将所有信息存储，以作备份；\n[0016] E、一个被检气缸盖检测完后，图像保留在显屏上一段时间，直到下一个被检气缸盖到位时，图像数据清除复位。\n[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：\n[0018] 1、本发明是对汽车发动机气缸盖上气门组装配过程的系统性的防错检测，即气门组装配完成后，对其装配情况马上给出正误结果，并对错误的装配结果进行错误类别划分，对维修者给予维修提示。且本发明安置于发动机装配流水线上的一段，其工作模式使之只允许装配正确的气缸盖通过检测进入后续的发动机继续装配过程之中，这样便达到了防错的目的，保证了成品发动机不会出现因气门组装配错误而出现的整机报废。\n[0019] 2、本发明运用可编程控制器、单轴机器人以及触摸屏这类先进控制设备，更借助工控机强大的实时性分析处理能力，使整个气门组装配防错监控系统科技含量高、技术复杂、应用简单、适应性强。\n[0020] 3、本发明自动化程度高，启动运行后无需人员持久看管，只有在气门组装配出现问题时通过声光报警来提示专门人员进行相应操作。\n[0021] 4、本发明是流水线上自动化的检测设备，与传统人工检测相比，克服人工肉眼检测的马虎大意和不认真的隐患，且电子设备精确度远远高于肉眼，使得检测的准确率大大提升。\n[0022] 5、本发明可对各种类型发动机上气门组的装配实现防错监控目的，消除气门组安装错误及错误传递到后续装配过程中去的可能性，保证气门组装配的正确率、发动机成品的合格率。\n附图说明\n[0023] 本发明共有附图2张，其中：\n[0024] 图1是本发明检测台的结构示意图。\n[0025] 图2是本发明通信线路连接示意图。\n[0026] 图中：1、一号辊道传送台，2、二号辊道传送台，3、阻止器a，4、阻止器b，5、阻止器c，6、顶起装置，7、条码扫描枪，8、激光测距传感器，9、单轴机器人，10、被检气缸盖，11、待检气缸盖，12、单轴机器人编程控制器，13、触摸屏，14、接近开关，15、可编程控制器，16、数据采集卡，17、工控机，18、显示器，19、声光报警器，20、四脚金属框架。\n具体实施方式\n[0027] 下面结合附图对本发明作进一步地说明。如图1-2所示，一种汽车发动机气门组装配过程的防错监控系统，包括检测台、控制系统和人机信息交流面板；\n[0028] 所述的检测台包括一号辊道传送台1、二号辊道传送台2、阻止器a3、阻止器b4、阻止器c5、顶起装置6、条码扫描枪7、激光测距传感器8、单轴机器人9和四脚金属框架20，所述的一号辊道传送台1和二号辊道传送台2顺序安装，二号辊道传送台2在一号辊道传送台1的右侧，紧密相贴；阻止器a3安装于一号辊道传送台1长度方向中心线偏右位置，在一号辊道的正下方，固定于一号辊道金属支架上；阻止器b4安装于二号辊道传送台2长度方向正中位置，阻止器c5安装于二号辊道传送台2长度方向中心线的右侧，靠近二号辊道尾部，阻止器b4和阻止器c5均在二号辊道的正下方，固定于二号辊道金属支架上；顶起装置\n6安装于二号辊道正下方，在阻止器b4左侧；四脚金属框架20安装于二号辊道传送台2长度方向中心线位置，其四个金属支脚固定于二号辊道传送台2的两边；单轴机器人9安装于四脚金属框架20的上部，固定于四脚金属框架20的顶部铁板上；激光测距传感器8安装于单轴机器人9的运动滑块之上；条码扫描枪7安装于四脚金属框架20的左侧面板上；\n[0029] 所述的控制系统包括单轴机器人编程控制器12、可编程控制器15、数据采集卡\n16、工控机17和接近开关14；所述的数据采集卡16安装于工控机17中；工控机17、单轴机器人编程控制器12、可编程控制器15均安装于电气控制柜之中；三个接近开关14分别安装于三个阻止器a3、阻止器b4、阻止器c5三处，两个接近开关14分别安装于顶起装置6气缸的上限和下限处；所述的电气控制柜紧贴检测台放置；\n[0030] 所述的人机信息交流面板包括显示器18、触摸屏13和声光报警器19，所述的显示器18、触摸屏13和声光报警器19集成安装于长方形铁箱内，长方形铁箱安放于四脚金属框架20的顶部；\n[0031] 所述的工控机17通过数据分别与数据采集卡16、可编程控制器15、显示器18、激光测距传感器8和条码扫描枪7连接，所述的可编程控制器15还通过数据线分别与接近开关14、触摸屏13、声光报警器19、单轴机器人编程控制器12、阻止器a3、阻止器b4、阻止器c5、顶起装置6、一号辊道传送台1和二号辊道传送台2连接，所述的单轴机器人编程控制器\n12还通过数据线与单轴机器人9连接。\n[0032] 一种汽车发动机气门组装配过程的防错监控系统的方法，包括以下步骤：\n[0033] A、通电启动后，在触摸屏13上将运行模式设为自动运行模式，两个电机分别带动一号辊道传送台1和二号辊道传送台2运行，被检气缸盖10在一号辊道传送台1的带动下被运送到二号辊道上，并在二号辊道传送台2上被阻止器b4阻挡；与此同时，待检气缸盖\n11在一号辊道传送台1上被阻止器a3阻止行进，等待其前一个被检气缸盖10的检测完毕；\n[0034] B、被检气缸盖10到达阻止器b4处的检测位置，条码扫描枪7扫描被检气缸盖10上的二维条码即该缸盖的ID信息完毕后，可编程控制器15控制顶起装置6将被检气缸盖\n10顶起几毫米，以保证被检气缸盖10里气门组检测时的水平精度；与此同时，可编程控制器15发送信息给单轴机器人编程控制器12，令其执行事先存储的程序；\n[0035] C、单轴机器人编程控制器12收到信号后，则检测开始。单轴机器人9的滑块带动其上固定的激光测距传感器8进行有规律的直线变速移动，即：滑块在气门组上方时缓速行进，使激光束能够详细的扫描被检气缸盖10里每个气门组上端面高低起伏状况，在气门组范围以外不需要检测的地方，滑块带动传感器迅速掠过；在检测每个气门组时，其开始位置与结束位置，单轴机器人9都向可编程控制器15发送位置信息，工控机17通过自由口Modbus通讯协议与可编程控制器15通讯读取此信息并作记录，当所有气门组均被扫描后，由工控机17进行检测结束确认，之后向可编程控制器15发送确认信息，若检测完毕则可编程控制器15控制落下被检气缸盖10、缩回阻止器b4，被检气缸盖10在二号辊道传送台2的带动下，继续向前运行；此时，如若被检气缸盖10无装配错误，则阻止器c5落下，其运行出二号辊道传送台2，进行被检气缸盖10中气门组装配后的后续发动机装配，同时放行被阻止在一号辊道传送台1上的待检气缸盖11，继续检测，并在一号辊道传送台1上利用阻止器a3再次阻止后续的待检气缸盖11；如若当前的被检气缸盖10上气门组出现漏装或装错问题时，工控机17识别后给可编程控制器15发送相应信息，使之阻止一号辊道传送台1上待检气缸盖11的行进，同时，该有问题的被检气缸盖10在二号辊道传送台2上行进一段距离后被阻止器c5阻止，声光报警器19发出声光报警提示人员查看；若是由于某种原因检测失误，则操作人员点击触摸屏13上的“返回检测”按键，在二号辊道传送台2反向运行的带动下，被检气缸盖10再次回到检测位置，重新检测，如若还不合格，点击触屏上的“强制放行”按键，检测继续；若是被检气缸盖10确实有问题，则不必返回检测，直接点击触屏上的“强制放行”，并同时拿走损坏的被检气缸盖10进行维修，防止该被检气缸盖10气门组装配过程产生的问题继续影响到后续的发动机装配过程，达到发动机装配的防错检测目的；\n[0036] D、在检测的同时，工控机17上装载的LabVIEW软件通过显示屏显示气门组所在被检气缸盖10的二维条码号，以及每一个气门组上端面检测到的波形情况，通过工控机17强大的运算处理能力以及上位机软件的计算分析，每个被检气缸盖10上所有气门组检测完毕的同时都显示其装配的对错情况，Access数据库将所有信息存储，以作备份；\n[0037] E、一个被检气缸盖10检测完后，图像保留在显屏上一段时间，直到下一个被检气缸盖10到位时，图像数据清除复位。\n[0038] 下面对本发明各主要器件的功能作进一步地描述。\n[0039] 1、可编程控制器15\n[0040] 本发明选用可编程控制器15代替传统的继电器，能够简化电路，节省资金。可编程控制器15是本发明电气部分的灵魂，通过事先编辑的程序，支配着各种机械动作的复杂运行。\n[0041] 通讯方式：可编程控制器15与触摸屏13间采用串行PPI协议进行连接通讯；接近开关14连接到可编程控制器15的输入过程映像寄存器，可编程控制器15接收开关量输入；一号辊道传送台1、二号辊道传送台2、阻止器a3、阻止器b4、阻止器c5和顶起装置6分别连接到可编程控制器15的输出过程映像寄存器，可编程控制器15控制开关量输出；可编程控制器15与工控机17间采用串行自由口通讯，借助Modbus通讯协议传输数据。\n[0042] 2、单轴机器人9单元\n[0043] 单轴机器人9由编程控制器和单轴机器人9组成。编程控制器为控制源，存储事先编写的程序，控制单轴机器人9执行滑块变速直线运行。根据绝大多数气缸盖上进排气门组的排列方式，本发明采用两个激光测距传感器8同时检测的方法，每个传感器检测一条直线上即一类的气门组。因此，将两个激光传感器全部固定在单轴机器人9运动滑块之上，激光点分别对准所要检测的每列气门组的正上方，机器人滑块带动传感器做变速直线运动，进行气门组数据的无损扫描。\n[0044] 通讯方式：单轴机器人编程控制器12与单轴机器人9为整套设备，按说明书连接；\n与可编程控制器15间采用并行连接通讯方式。\n[0045] 3、可编程控制器15与单轴机器人9间的并行通讯\n[0046] 可编程控制器15与单轴机器人9，两者在运行中需要进行较频繁的实时性数据通讯。可编程控制器15对单轴机器人9的控制器发送一系列的控制命令，控制器同样也要向可编程控制器15返回各种数据。本发明在两者间采用并行数据传输的方式。\n[0047] 本发明选取机器人控制器的五个数字量输出端作为滑块位置信息表述的载体，五个数字量输出端分别连接可编程控制器15的五个数字量输入端，这五根线共同作为并行通讯用信号线，传输检测位置信息。除此之外还有一些作为命令应答用的单根信号线参与两者间的连接。\n[0048] 4、触摸屏13\n[0049] 本发明选取触摸屏13作为人机交流界面。触摸屏13与本发明中可编程控制器15直接相连接，之间的通讯采用PPI协议，物理接口均为RS485。通过可编程控制器15内部的编程，可以实现在触摸屏13上的输入转化为直接对可编程控制器15的命令控制输入，可编程控制器15的一些输出也能在触摸屏13上进行状态显示。根据操作需求，触摸屏13共设计三个界面窗口，分别为主界面、电机伺服界面和气缸控制界面。\n[0050] 5、工控机17\n[0051] 本发明的工控机17主要负责数据计算，其承载着本发明的运算核心—LabVIEW软件。该软件安装在工控机17上，通过对其编程可以得到气门组检测所得数据的分析处理结果，并通过LabVIEW软件帮助将最终的处理结果输出显示在显示器18上供人员查看。\n[0052] 通讯方式：借助数据采集卡16模数转化的帮助，激光测距传感器8首先连接数据采集卡16，数据采集卡16再与工控机17连接，实现激光测距传感器8与工控机17的通讯；\n工控机17与条码扫描枪7间采用串行口直接连接通讯。\n[0053] 6、工控机17与可编程控制器15间的Modbus串行通讯\n[0054] 在本发明中，工控机17需要与可编程控制器15进行数据通讯，这里选用串行自由口通讯方式，采用Modbus通讯协议，使用RTU方式，每8位字节作为两个十六进制字符进行发送。\n[0055] 本发明所用的西门子S7-200可编程控制器15支持Modbus协议，因此将工控机\n17作为通讯主站，唯一的可编程控制器15作为从站，两者约定好相同的通讯波特率、奇偶校验位、数据位等初始化信息。无论工控机17读写可编程控制器15，均是先发送命令帧报文，表明主站对某一可编程控制器15从站特定区域的读写意图，从站接收后，对命令做出反应，并返回相应数据帧报文给工控机17主站。\n[0056] 7、工控机17与激光测距传感器8间的通讯\n[0057] 气门组装配正误检测的数据来源需要激光测距传感器8提供，并最终将数据送入工控机17分析处理。本发明选取的激光测距传感器8输出模拟量信号，由于工控机17无法直接读取模拟量信号，因此，在工控机17上添加PCI功能扩展卡—研华数据采集卡\n16PCL-818L，并配套使用研华PCLD-8115接线端子板。数据采集卡16将模拟量信号变为相应的数字量信号发送给工控机17，工控机17经转换处理后即可对气门组装配后的特征数据进行分析与计算。\n[0058] 8、工控机17与条码扫描枪7间的通讯\n[0059] 本发明运行时，所检测的每个气缸盖都贴有唯一的二维条码表明其自身的确定唯一性，因此本发明在检测气门组的同时，还要对这个二维条码进行数据记录，方便本发明及运营者的数据管理。本发明选用Honeywell公司生产的二维条码扫描枪7，安装驱动后可以通过其自身RS232接口直接与工控机17串口相连接进行通讯，无需通讯信号方式的转换。\n因此，工控机17与二维条码扫描枪7间为串行通讯，扫描枪扫描二维条码后将其转换成串行数据通过接口向外发送，工控机17借助LabVIEW软件中Mscomm控件的强大串口功能，在本发明运行指定时刻采用中断式串口通信技术对数据进行读取，最终实现工控机17通过条码扫描枪7对二维条码信息的读取及记录。\n[0060] 9、数据信息的分析与处理\n[0061] 在本发明中，工控机17主要负责气门组装配后对其采集来的数据进行分析与处理工作，通过对数据的计算，完成对气门组装配结果的判断。激光测距传感器8采集到工控机17中的气门组数据首先需要进行一系列的数据预处理操作，分别为：检测区域分类、采集数据区域归类、数据插值、数据滤波。然后再根据被检气门组上每个检测区域上的数据特征，与各已知装配类型的数据特征做对比，最终完成装配结果的分类。\n[0062] 10、数据信息的存储\n[0063] 本发明可以对检测过的气缸盖上的相关信息做记录，相关信息包括气缸盖二维条码号、检测时间、整体检测结果以及各个气门组检测结果等。本发明采用工控机17内部安装的Access数据库作为信息存储载体。运用SQL语言进行信息的存储及查找工作。\n[0064] 上面结合本发明中的各个组成部分，对本发明进行了清楚、完整地描述。显然，所描述的是气门组装配过程激光无损检测为主要手段的防错监控系统中的技术思想及基本硬件配套和连接，而不是涉及本发明的全部可行方案。因此，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他与本发明类似的技术方案，都属于本发明保护的范围。\n[0065] 最后应说明的是：以上设计仅用以说明本发明的技术思想及可行方案，而非对其限制。本领域的技术人员依然可以对技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术思想及方案的精神和范围。