传感器技术在发动机装配线防错系统中的应用_苏立国.pdf

2 0 2 3年第9期传感器技术在发动机装配线防错系统中的应用苏立国,李 涛(沈阳新松机器人自动化股份有限公司,辽宁 沈阳 1 1 0 1 6 9)摘 要:防错系统在汽车发动机装配线中的作用非常重要。本文基于我国某汽车发动机生产企业在泰国投资建设的发动机装配线项目,分析了发动机装配过程中容易发生“错误”的种类,详细介绍了传感器技术在该发动机装配线防错系统中的典型应用及发挥的作用,为类似行业传感器技术应用提供参考。关键词:传感器技术;发动机装配;防错系统 中图分类号:U 4 6 6 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-9 5 7 X(2 0 2 3)0 9-0 0 5 8-0 3A p p l i c a t i o no fS e n s o rT e c h n o l o g y i nE r r o rP r o o f i n gS y s t e mo fE n g i n eA s s e m b l yL i n eS uL i-g u o,L iT a o(S h e n y a n gS I A S UNR o b o t&A u t o m a t i o nC o.,L t d.L i a o n i n gS h e n y a n g1 1 0 1 6 9)A b s t r a c t:E r r o r-p r o o f i n gs y s t e mp l a y s av e r y i m p o r t a n t r o l e i na u t o m o b i l e e n g i n e a s s e m b l y l i n e.B a s e do n t h ee n g i n ea s s e m b l y l i n ep r o j e c tb u i l tb yaC h i n e s ea u t o m o b i l ee n g i n em a n u f a c t u r e r i nT h a i l a n d,t h i sp a p e ra n a l y z e st h e t y p e so f e r r o r s t h a ta r ep r o n e t oo c c u r i nt h ee n g i n ea s s e m b l yp r o c e s s,a n d i n t r o d u c e s i nd e t a i l t h et y p i c a la p p l i c a t i o n sa n df u n c t i o n so f s e n s o r t e c h n o l o g y i nt h ee n g i n ea s s e m b l y l i n ee r r o r-p r o o f i n gs y s t e m.P r o v i d ear e f-e r e n c e f o rs e n s o r t e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n s i ns i m i l a r i n d u s t r i e s.K e yw o r d s:S e n s o r t e c h n o l o g y;E n g i n ea s s e m b l y;E r r o rp r o o f i n gs y s t e m作者简介:苏立国(1 9 8 7),男,满族,工学硕士,工程师,主要从事机器人、自动化生产线方向研究。1 前言发动机作为影响汽车性能的最主要的零部件之一,其产品质量一直受到特别关注1。我国某发动机生产企业在泰国罗勇府工业区建设的一条M型号发动机装配线,受到市场前景不明朗和疫情双重影响,该企业在装配线上投资谨慎,因此该装配线自动化水平不是很高,除了关键工位采用全自动设备以外,其他工位采取人工装配的办法。为了保证发动机装配质量,该产线规划了严格的生产工艺流程,设计了广义的发动机装配线防错系统,利用传感器技术,将发动机所有的零部件安装工艺过程实现数字化,消除了人为因素对发动机装配质量的干扰。2 发动机装配线发生错误的类型发动机装配是一个复杂的生产工艺过程,装配环节容易出现错误从而影响产品质量,特别是人员参与操作的工位,更容易因为操作者的主观性导致发生装配错误2-3。根据M型号发动机装配线产品结构特性和装配流程,其发生错误的原因类型可以总结为四个方面:(1)零部件错装或工具错误使用。错误的将相似的零部件装配到发动机上或者使用了错误的工具去完成某些工艺过程。(2)零部件漏装或者工具漏使用。发动机装配过程中忘记了某些不易察觉的零部件的装配,或者忘记了使用某些工具、工装等。(3)零部件多装。因为人为因素,多装了某些不易区分数量或者不易察觉的零部件。(4)产品装配不到位或者质量不合格。某些关键工位,具有严格的装配参数要求,因此在装配过程中需要设计防错措施,保证装配质量。3 传感器技术在防错系统中的应用3.1 传感器技术传感器主要指的是可以检测某些特定的被测量,同时依照一定规律将检测结果有效的转换为可用输出信号的相应器件或者装置的总称4。根据被测物的结构、属性不同,所使用的的传感器转换技术原理也不同。3.2 传感器技术应用M型号发动机装配线基于其自动化水平低的特点,在操作过程中容易发生“工艺错误”,从而影响产品质量。对此,在该装配线中,根据容易发生错误的类型、零部件结构特点和装配工艺要求等,设置了大量传感器来直接的或者间接的“防错”。防错清单详见表1.表1 M型号发动机装配线防错系统统计表序号防错内容数量典型案例1防止零部件错装或者工具错误使用1 8轴瓦、连杆瓦、活塞环、定位套等零部件;活塞环安装工装、正时调整工装、前油封安装工装等;2防止零部件漏装或者工具漏使用3 2止推片、轴瓦、缸体定位销等零部件;油壶、手动涂胶枪、斜油孔检测工装等;3防止零部件多装1 4缸盖密封垫、缸孔润滑油、缸盖螺栓垫片等部件;4产品装配质量不合格1 1壳体涂胶质量、活塞连杆销压装质量、曲轴链轮压装质量、曲轴回转力矩检测、爆震传感器检测工装等;85DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.09.036内燃机与配件 w w w.n r j p j.c n3.2.1 接近传感器接近传感器是一种具有感知物体接近能力的器件,它利用对物体一定距离内具有敏感特性来识别物体的接近,然后通过处理器将检测对象的移动和存在信息转化成电信号5。在发动机装配线中,接近传感器主要被用于零部件漏装和工具漏使用的防错。在使用时,将传感器直接检测零部件或者工具。如图1所示为发动机主轴下瓦辅助安装工装结构图,在轴瓦底座内设置一个接近传感器,用来检测主轴承盖内是否已经安装轴瓦,如果已经安装,则接近传感器可以将检测到的信息转换成电信号传递给P L C,如果没有安装轴瓦,则接近传感器检测不到信息,防错系统会自动报警。工具漏使用的防错原理是一样的,工具会一直处在接近传感器的检测范围内,当使用了该工具后,工具会发生一次脱离检测范围并回归,则传感器发送一个电信号;如果漏使用该工具,则在既定工艺流程内,接近传感器不会发送电信号,以此来防止工具漏使用。图1 主轴下瓦安装工装图3.3.2 光电传感器光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。发动机装配线中使用最多的是光电对射传感器,来实现零部件漏装或者工具漏使用的防错。光电传感器与接近传感器使用方法基本相同,只是使用范围更大,区别于接近传感器近距离的检测被测物的某一点或者一个局部,光电对射传感器可以检测比较大的一个范围,或者封锁被测物需要通过的一个路径。图2为曲轴止推片放置工装图,在止推片放置工装两侧设置一组光电对射传感器,用来实现止推片漏安装防错。光电对射传感器一端为发射端,另一端为接收端,当操作者取止推片时,手掌会阻挡传感器接收端接收自发射端发射的光信号,从而触发传感器形成一个电信号;如果操作者没有取止推片,则无法形成电信号,从而实现防止漏装的作用。该类防错方法在装配线中应用很多,比如防止保持清洁的擦拭工装漏使用、防止滴油油壶漏使用等。图2 止推片放置工装图3.3.3 限位开关限位开关是一种常用的小电流主令电器。利用被测物的运动碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路,输出可控的电信号,达到一定的控制目的6。该类传感器在装配线防错系统中用于工具漏使用防错。M型号发动机装配线在安装正时系统端盖时需要局部涂胶,涂胶方式为人工手动涂胶,为了防止操作者忘记使用胶枪涂胶,在胶管处连接一个限位开关,如图3所示,当操作者拉动胶枪时,触发限位开关,传感器发出一个电信号;如果操作者忘记使用胶枪,则传感器不发出电信号。图3 胶枪漏使用防错工装图3.3.4 视觉相机视觉相机系统是指图像摄取装置将被摄取目标转换成图像信息,通过图像处理系统,最终将图像信号转换为电信号的装置7。M型号发动机装配线防错系统中使用的是2 D相机,主要用在工件表面涂胶效果检测。发动机装配线中很多零部件在装配前需要涂密封胶,比如正时罩盖、凸轮轴盖和油底壳等,因为涂胶质量影响产品气密性,涂胶质量不合格的话,会造成后面气密性测试不合格,从而产生不合格发动机,所以在涂胶工位需要设置2 D相机来检测涂胶质量,图4为M型号发动机装配线应用的2 D视觉相机检测胶线。当涂胶执行机构带动涂胶枪按照既定程序完成涂胶,2 D相机会对胶线拍照,然后通过处理器处理胶线照片,判断出胶线是否合格,从而实现涂胶防错。图4 涂胶工作站2 D相机工装图3.3.5 取料光幕取料光幕也称为检选传感器,通过一个投光器和一个受光器之间形成一个光幕来隔离防错物和操作者,当有物体处于投光器和受光器之间遮挡光幕时,传感器形成一个电信号,同时该类取料光幕还有亮灯提示功能。图5所示为发动机装配线主轴瓦智能料架,M型号发动机主轴瓦一共有1 2种规格,智能料架设有1 2个格子,每个格子放置一种轴瓦,格子前端设有一组取料光幕。当发动机缸体和曲轴信息录入系统后,系统自动计算轴瓦的参数,正确轴瓦对应格子的取料光幕亮绿灯,提醒操作者到该格子里面取一组轴瓦;当操作者正确取轴瓦时,触发取料光幕,取料光幕发射一个电信号;如果操作者没有取到正确的轴瓦,则系统报警,从而起到防错的作用。952 0 2 3年第9期图5 主轴瓦智能料架工装图3.3.6 位移传感器位移传感器又称为线性传感器,是一种可以把被测量的直线机械位移量转换为电信号的传感器。发动机装配线中常用的位移传感器为接触式位移传感器,通常用在压装工作站,用来检测压装距离或者与距离相关的参数。图6为发动机装配线活塞连杆销压装机构图,为了保证压装质量,在压头下方设置了一个位移传感器,如图所示。当压头机构下行时,压装机构首先接触位移传感器,然后压头接触到活塞连杆销,随着压装的持续,位移传感器检测压装深度,直至压装到死点,此时位移传感器将深度参数反馈给P L C。该深度值如果符合压装工艺要求,则完成一次压装;如果深度值不符合压装工艺要求,则报警提示,从而实现压装防错功能。图6 活塞连杆销压装机构图3.3.7 温度传感器发动机装配线中使用的温度传感器也就是红外测温传感器,用来测量被加热零部件装配时的温度。图7为发动机曲轴链轮压装工作站的测温传感器应用。M型号发动机装配线中,曲轴链轮为热套压装,链轮在被压入曲轴轴颈前,需要按照工艺要求通过磁感加热到一定温度,然后迅速上料到压机压头上完成压装。因为链轮的压装质量对温度要求非常严格,所以在压装工位设置一个红外测温传感器用来检测链轮温度,防止温度不符合要求的工件完成压装,造成不合格产品。图7 曲轴链轮压装工作站4 结论综上所述,传感器技术在汽车发动机装配中得到广泛应用,特别是在低自动化、高柔性、高产品质量要求的装配线中,对保证发动机装配质量发挥着巨大作用。M型号发动机装配线的广义传感器技术防错系统的应用,提高了产品装配质量,降低了产品质量风险。本文基于成功实施的M型