陶軍忠 李明峰 郝文睿 金誠茹 劉云鵬

摘要：發(fā)動機連桿柔性智能化檢測技術是通過將在線三坐標測量儀、粗糙度儀、激光輪廓測量儀等多種測量設備進行集成，實現了多種測量方式的無縫切換。同時，還包括了協(xié)作機器人、檢測夾輔具、自動物料輸送系統(tǒng)等輔助設備的柔性組合，使得測量單元具備了多樣化的功能，能夠適應不同工序的關鍵尺寸測量需求，實現測量柔性化自動化。檢驗數據自動采集、分析、保存，推動生產數據貫通化、管理智能化，實現數據資產增值。開拓柔性制造創(chuàng)新模式，實現工序檢驗作業(yè)與數字化深度融合，工序檢驗業(yè)務數字化孿生100%。

關鍵詞：連桿；機加；柔性測量島；測量流程；檢測技術；質量控制

連桿組由連桿體、連桿大頭蓋、連桿小頭襯套、連桿大頭軸瓦和連桿螺栓等組成，連桿組承受活塞銷傳來的氣體作用力及其本身擺動和活塞組往復慣性力的作用[1]。傳統(tǒng)連桿生產線一般依據產線布局的實際情況，集中臨近的幾道工序，按照各工序檢測內容配置在線傳統(tǒng)的綜合、專用等人工手動檢具，通常產能20萬臺份的生產線需要配置3～4個SPC檢測點，檢驗人員根據檢測點數量匹配。頻次抽檢、檢驗實施以及數據記錄等工作均由操作者人工完成，對檢驗作業(yè)質量的監(jiān)控困難，當評價工序Cpk或質量問題調查時，技術人員需要從紙質記錄進行數據收集和整理，效率低，因大部分使用紙質記錄的過程檢驗記錄保留一年，導致在質量問題調查分析時缺乏歷史數據的支撐。由于連桿自身形狀的特性，在上線加工時無法編寫工件流水號，導致檢測結果與工件無法綁定，無法實現精準追溯。傳統(tǒng)的檢測方案及配置有如下痛點亟待解決：少人化、檢驗漏項、數據長期存儲、精準追溯困難、數據可人為修改及量檢具大多為專用且無柔性。

檢測規(guī)劃在智能測量機中所處的地位至關重要，它的好壞不僅決定測量機智能化的實現，也是提高檢測效率的關鍵所在，本文通過采用柔性智能化檢測[2]技術方案后可以實現所有工序的檢測內容全自動檢測。通過導入連桿產品制造工藝，推動測量設備與各類輔助設備柔性組合，網絡自動按工序安排零件測量，實現機器人自動物料搬運，通過讀取工件二維碼確認工序狀態(tài)并自動調用相應的測量程序，所有檢測數據自動上傳至對應產品數據庫，實現全自動檢測、質量數據實時分析存儲以及在線質量追溯?？呻S時滿足生產現場以及MES、ERP等上層管理軟件的各種數據分析及追溯需求，為制造工藝的改善提供大數據基礎，提升智能化檢測水平，解決人員、作業(yè)、數據存儲、追溯及無柔性等痛點。

連桿柔性測量工藝

根據產品的制造工藝確定被檢測參數，結合檢測參數設計相應的檢測方案，選擇對應的檢測設備為：蔡司在線三坐標測量機、馬爾粗糙度儀、基恩士激光輪廓儀及馬波斯綜合尺寸測量儀等完成檢測參數的檢驗工作，共同構成連桿柔性測量島，如圖1所示。

連桿柔性測量島的工作流程如圖2所示，使用自動物料輸送系統(tǒng)AGV小車與協(xié)作機器人輸送抽檢的零件到上料道上，發(fā)那科上料機器人通過掃描工件的二維碼從MES系統(tǒng)獲得該工件信息，信息包括工序及被測參數，管理軟件自動將該工件分配的相應的測量設備上，測量設備通過占位及管理系統(tǒng)信息，自動調用相應的測量程序并進行測量，根據測量結果機器人放入相應的下料道內，同時測量數據都與工件二維碼綁定上傳至數據庫保存并通過現場的單元大屏展示信息。

連桿柔性測量單元測量信號控制流程

1.工件信息提取流程

通過可編程控制器（PLC）向控制系統(tǒng)提交掃碼請求，控制系統(tǒng)打開掃碼槍掃碼后，將掃碼結果返回給控制系統(tǒng)由MES系統(tǒng)識別出當前碼對應的工件的工序信息，返饋給控制系統(tǒng)以完成工件的識別，如圖3所示。

圖3 連桿柔性測量單元測量信號控制流程

2.光學輪廓、粗糙度的測量流程

當工件只需要測量光學輪廓或粗糙度時，測量信號流程如圖4所示。由控制系統(tǒng)選擇光學測量程序或粗糙度測量程序，進行程序切換并返回程序切換完成信號，識別出對應的工件二維碼信息向PLC返饋二維碼信息、工序編號和測量請求，PLC控制協(xié)助機器人抓取工件放在對應的測量程序的工件擺放位置，自動進行測量。

圖4 光學輪廓或粗糙度測量的信號流程

當光學輪廓和粗糙度都需要測試時，測量信號流程如圖5所示。由控制系統(tǒng)選擇光學測量程序，進行程序切換并返回程序切換完成信號，識別出對應的工件二維碼信息，向PLC返回二維碼信息、工序編號和測量請求，PLC控制協(xié)助機器人抓取工件放在光學測量站點自動進行測量，結束后向控制系統(tǒng)返饋測量結果和測量完成信號。第⑥步為PLC自動控制協(xié)助機器人從光學測量站點抓取工件掃碼，系統(tǒng)判斷光學測量結果，當為NG時，則發(fā)送光學測量NG下料信號給PLC，當為OK時，則執(zhí)行第⑧步，由控制系統(tǒng)選擇粗糙度測量程序，自動進行粗糙度測量。

圖5 光學輪廓和粗糙度均測量的信號流程

測量完成后，PLC會自動控制協(xié)助機器人在光學輪廓測量或粗糙度測量工位抓取工件掃碼，掃碼后由系統(tǒng)判定上道工序的測量結果。當結果為NG時，系統(tǒng)給PLC發(fā)送光學測量NG下料或者粗糙度測量NG下料信號，PLC會控制協(xié)助機器人將工件放入NG下料道；當測量結果為OK時，會分為以下兩種情況，一是上道工序測量結果為OK，當上道工序已經為最后一道工序時，傳光學測量OK下料信號或粗糙度測量OK下料信號給PLC，二是上道工序測量結果為OK，并還有下道工序，傳掃碼信息、下道工序測量請求給PLC。

3.M31綜合測量臺的測量流程

進行M31綜合測量臺測量的信號流程如圖6所示?？刂葡到y(tǒng)向PLC發(fā)送二維碼信息、工序編號和測量請求，PLC控制M31綜合測量臺切換程序名稱，M31綜合測量臺向PLC返饋程序切換完成信號，PLC控制協(xié)助機器人將工件放在M31綜合測量臺站點，測量完成向系統(tǒng)上傳測量結果， PLC自動從M31綜合測量臺抓取工件，通過與PLC通信知道當前工件為NG時，把工件放到NG下料道，當為OK時，把工件放到OK下料道。

4.在線三坐標的測量流程

進行三坐標測量的信號流程如圖7所示?？刂葡到y(tǒng)切換在線三坐標程序并查詢在線三坐標程序狀態(tài)，向系統(tǒng)返饋程序切換完成信號。在線三坐標向PLC發(fā)送二維碼信息、工序編號和三坐標測量請求，PLC控制協(xié)助機器人將工件放在三坐標站點專用輔具上，測量后向系統(tǒng)上傳測量結果和測量完成信號，系統(tǒng)再將完成信號傳遞至PLC， PLC自動從三坐標站點抓取工件下料。下料完成后PLC將信號返饋給控制系統(tǒng)并掃碼， 系統(tǒng)判斷三坐標測量結果，當NG時，發(fā)送三坐標NG下料信號給PLC，當OK時，判斷是否有下道工序，如果沒有下道工序，則發(fā)送三坐標 OK下料信號給PLC，如果有下道工序，則傳掃碼信息、下道工序測量請求給PLC。

連桿柔性測量單元測量結果上傳流程

柔性測量島內M31綜合測量臺、在線三坐標、光學測量儀及粗糙度測量儀的測量結果均上傳至控制系統(tǒng)，與人工檢測臺的測量數據合并進行整合，將測量島和人工檢測臺的監(jiān)測數據一起上傳給MES系統(tǒng)，如圖8所示。

實施結果

通過連桿柔性測量島的應用，使機加工序質量監(jiān)控實現自動化，節(jié)省檢驗人員2人，節(jié)省投資成本，全自動檢測排除人為因素，降低人為誤差提升生產監(jiān)控精準性。自動化的測量和數據管理，實現了對關鍵尺寸的實時監(jiān)控和記錄，根據統(tǒng)計趨勢對機加設備進行調整，提高了產品質量的穩(wěn)定性。如圖9所示，所有檢驗數據自動采集、分析、保存，并顯示在生產現場顯示屏上，推動生產數據貫通化、測量柔性化、管理智能化，提升檢驗數據的實時性和追溯性，實現數據資產增值，開拓柔性制造創(chuàng)新模式，實現工序檢驗作業(yè)與數字化深度融合，工序檢驗業(yè)務數字化孿生100%，推動工廠數智化建設，提升生產工作效率，降低質量成本。

結語

智能化檢測單元在工業(yè)生產質量監(jiān)控中將發(fā)揮日益重要的作用。隨著技術的不斷進步，這些檢測單元將具備更高的精度和更快的反應速度，能夠實時監(jiān)控生產線的每一個環(huán)節(jié)，確保產品質量穩(wěn)定性一致性。同時，智能化檢測設備還能通過大數據分析和機器學習，不斷優(yōu)化生產流程提高生產效率。未來，我們可以期待智能化檢測設備在工業(yè)生產中的應用將更加廣泛，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供強有力的技術支持，推動工業(yè)生產的轉型升級。

參考文獻：

[1] 蔣海勇.發(fā)動機連桿材料及工藝[J].內燃機與配件，2013（10）：23-26.

[2] Phuyal， S.，Bista， D.，Bista， R..Challenges，opportunities and future directions of smart manufacturing： a state of art review[J]. Sustainable Futures，2020 （2）：1-15.