馬華杰，袁永軍，潘 歡

(1.寧夏大學 物理與電子電氣工程學院，銀川 750021；2.寧夏小巨人機床有限公司，銀川 750002)

0 引言

汽車零部件是構(gòu)成汽車整體的各單元及服務(wù)于汽車的產(chǎn)品統(tǒng)稱，它的質(zhì)量直接關(guān)系到汽車的使用安全和壽命周期[1]。隨著國內(nèi)外汽車行業(yè)的飛速發(fā)展,對零部件加工生產(chǎn)線的智能化要求也越來越高,其中產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控和追溯尤為重要。二維碼由于具有高數(shù)據(jù)容量、高讀取率、編碼范圍廣、糾錯能力強、成本低、可靠性好和可實現(xiàn)金屬表面直接打碼等特性，逐步應(yīng)用于汽車核心零部件的加工自動化生產(chǎn)線，成為汽車零部件制造行業(yè)標準的產(chǎn)品質(zhì)量追蹤手段[2-3]。汽車零部件統(tǒng)一編碼與標識新修訂的標準規(guī)定，關(guān)鍵重要零部件的本體標識，規(guī)定采用二維碼進行標識。近年來，激光打標廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)并且逐漸取代傳統(tǒng)的標記技術(shù)，市場份額持續(xù)增大[4-5]。本文將二維碼技術(shù)成功應(yīng)用于汽車發(fā)動機缸蓋加工自動化生產(chǎn)線，為產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控和追溯提供了可靠的依據(jù)。

1 自動化生產(chǎn)線控制方案

汽車發(fā)動機缸蓋加工自動化生產(chǎn)線由桁架機械手、機床、上下料料道、抽檢臺、激光打標機、Q系列PLC系統(tǒng)、以太網(wǎng)交換機等組成，總控方案如圖1所示。單向箭頭表示工件的工藝流向，雙向箭頭表示信號的連接方式。桁架機械手用于工件的搬運。首先桁架機械手從上料道抓取毛坯件放入打標臺，激光打標機根據(jù)總控PLC的信號自動為毛坯件打標，打標完成后讀取二維碼信息；接著總控PLC將二維碼信息發(fā)送給桁架機械手；最后桁架機械手抓取零件，放入機床進行加工。二維碼信息隨著零件加工工序的變化而進行邏輯動態(tài)跟蹤并顯示在監(jiān)控界面上。信號的交互和處理采用CC-Link通信方式。掃碼槍和下料道PLC之間的通信采用RS232串口通訊方式。

根據(jù)客戶對產(chǎn)能和節(jié)拍的要求，該自動化生產(chǎn)線設(shè)計為A線和B線，缸蓋的加工共有三個工序。機床OP10A、OP20A和OP30A為A線加工單元；機床OP10B、OP20B和OP30B為B線加工單元。

圖1 自動化生產(chǎn)線控制方案圖

2 二維碼碼制和標刻技術(shù)的選擇

目前常用的二維碼碼制有：PDF417、Data Matrix、QR Code、Code 49、Code 16K和Code One等[2,4]。其中Data Matrix矩陣式二維碼具有以下主要特點：編碼容量大且密度高，在同等精度和數(shù)據(jù)內(nèi)容下，Data Matrix實現(xiàn)編碼占用的面積幾乎是最小的；具有先進的編碼錯誤檢測和強大的糾錯算法；對于圖像符號的光學反差要求較低，全向可讀；只需要讀取資料的20%即可精確辨讀，適合應(yīng)用于條碼容易受損的場所[4,6]?；贒ata Matrix二維碼的上述優(yōu)點，本文選用Data Matrix碼制進行標刻。

圖2 發(fā)動機缸蓋Data Matrix碼標識

打標識是將編碼好的二維碼印刷在紙張、塑料，或顯示在顯示器上，也可直接打印在零件本體上。直接打印在零件本體上的二維碼技術(shù)稱為直接零件標識(Direct Part Marking，DMP))[7-8]。DPM可以用針式打標機、激光打標機、噴碼機和化學蝕刻等[9]。利用激光打標機直接在物體表面刻蝕符號，標記清晰，分辨率高，適用于自動化生產(chǎn)線[10]。因此本文采用激光打標機直接在毛坯件表面標刻Data Matrix碼。圖2為發(fā)動機缸蓋毛坯面上激光標刻的二維碼。

3 二維碼信息處理PLC程序

二維碼信息的寄存、傳遞、比對等均通過PLC邏輯程序?qū)崿F(xiàn)。本文使用MELSOFT GX Works2軟件編寫了PLC控制程序。

3.1 打標臺取件讀碼PLC程序

當毛坯件被打標掃碼后，總控PLC將當前零件二維碼信息寄存到緩存寄存器D7400,PLC程序如圖3所示。當機械手爪2抓取零件時，寄存到D7400的二維碼信息傳輸給手爪2寄存器D7200，PLC程序如圖4所示。

3.2 機床上下料二維碼信息傳遞PLC程序

以O(shè)P10A機床為例，機械手將零件從OP10A機床搬入和搬出的二維碼信息傳遞PLC程序如圖5和圖6所示。當機械手爪1從機床OP10A搬出已加工零件時，將當前零件的二維碼信息傳遞給手爪1寄存器D7100；當機械手爪2搬入待加工零件時，將當前零件的二維碼信息傳遞給機床寄存器D7700。

3.3 零件抽檢流程和PLC程序

對于A線，桁架機械手將打標讀碼完成后的毛坯件送入機床OP10A進行第一道工序的加工，加工完成后，如果OP10A沒有抽檢信號，零件由桁架機械手送入機床OP20A,繼續(xù)進行第二道工序的加工；如果有抽檢信號，桁架機械手把零件送入抽檢臺。以A線OP10A工序抽檢為例，零件抽檢流程圖如圖7所示。

圖7 零件抽檢流程圖

3.3.1 機床抽檢二維碼信息傳遞PLC程序

當機床OP10A有抽檢請求時，抽檢臺將當前零件二維碼信息暫存到寄存器D8500，當零件放置抽檢臺時，將二維碼信息存入OP10A抽檢記錄寄存器D6100，PLC程序如圖8所示。

3.3.2 抽檢臺掃碼比對PLC程序

零件抽檢完成后，手持掃碼槍掃描當前零件二維碼，當掃碼成功時，將掃碼信息寄存到寄存器D150，用比對指令“BKCMP”進行二維碼信息比對。PLC程序如圖9和圖10所示，比對判斷PLC程序如圖11所示。

3.3.3 抽檢合格返回二維碼信息傳輸PLC程序

抽檢合格返回二維碼信息傳輸PLC程序如圖12所示。料道PLC將手持掃碼槍的掃碼數(shù)據(jù)傳輸給總控PLC寄存器D6900。當機械手爪1從抽檢臺搬出零件時，將二維碼信息傳遞給手爪1寄存器D7100；當機械手爪2從抽檢臺搬出零件時，將二維碼信息傳遞給手爪2寄存器D7200。

4 生產(chǎn)線二維碼信息動態(tài)監(jiān)控

使用MELSOFT GT Designer3軟件開發(fā)了該條自動化生產(chǎn)線監(jiān)控界面，該界面可以實時顯示各工序零件二維碼的信息，如圖13和14所示。根據(jù)客戶產(chǎn)能的需要，A線正常加工，B線為預(yù)留生產(chǎn)線處于離線狀態(tài)。

圖13 抽檢返回零件信息與抽檢記錄信息一致界面

圖14 抽檢返回零件信息與抽檢記錄信息不匹配界面

由圖13可以看出抽檢返回零件的掃碼信息和OP20A工序抽檢記錄的二維碼信息一致，機械手將搬運該零件進入OP30A工序繼續(xù)加工。由圖14可以看出抽檢返回零件的掃碼信息和三個工序抽檢記錄的二維碼信息均不匹配，說明此零件不屬于該條生產(chǎn)線抽檢的零件，控制系統(tǒng)將報警，需要采取人工干預(yù)確認該零件來源。

5 結(jié)束語

二維碼技術(shù)在制造業(yè)中的不斷應(yīng)用，反映了制造業(yè)水平的不斷提升，同時也是制造業(yè)發(fā)展的趨勢。本文將二維碼技術(shù)成功應(yīng)用于汽車發(fā)動機缸蓋加工自動化生產(chǎn)線，實現(xiàn)了零件在加工過程中信息的動態(tài)跟蹤和質(zhì)量監(jiān)控。產(chǎn)品出廠后，掃描缸蓋上二維碼信息，就可以顯示當前零件的供應(yīng)來源和生產(chǎn)批次，使后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量的跟蹤和追溯更為簡單、高效。