砂芯自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

賈秀芹，姜亦曉，原秀晶，張梅濤

（濰柴動(dòng)力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261100）

鑄造生產(chǎn)過(guò)程中，表干并冷卻好的整體砂芯，通過(guò)人工或機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)到整體砂芯輸送線(xiàn)，整體砂芯上線(xiàn)后需要識(shí)別品種，并上傳到庫(kù)存和物流管理系統(tǒng)，進(jìn)行產(chǎn)品信息記錄、管理、追蹤和作業(yè)調(diào)度，輸送線(xiàn)接受庫(kù)存和物流管理系統(tǒng)指令輸送整體砂芯至入庫(kù)工位入庫(kù)或輸送至最終下芯工位[1]。隨著生產(chǎn)線(xiàn)上產(chǎn)品不斷增多，識(shí)別整體砂芯的品種成為整個(gè)流程中首當(dāng)其沖需要解決的問(wèn)題，正確快速的確定產(chǎn)品品種才能保證產(chǎn)品在整個(gè)流程的追蹤、管理和流轉(zhuǎn)。本文研究了通過(guò)外形尺寸準(zhǔn)確快速的在線(xiàn)識(shí)別上線(xiàn)的整體砂芯品種，設(shè)計(jì)完成鑄造砂芯品種識(shí)別系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于鑄造砂芯組芯輸送及立庫(kù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多品種混線(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)鑄造生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

1 砂芯品種識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1.1 術(shù)語(yǔ)介紹

整體砂芯：將定位好的多顆砂芯連接為一個(gè)整體芯組。

整體砂芯輸送線(xiàn)：庫(kù)存和物流管理系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，用于將整體砂芯輸送至庫(kù)存和物流管理系統(tǒng)的指令工位。

外形識(shí)別：通過(guò)產(chǎn)品長(zhǎng)、寬、高等外形尺寸識(shí)別產(chǎn)品品種。

在線(xiàn)識(shí)別：產(chǎn)品不需要下線(xiàn)，快速通過(guò)識(shí)別系統(tǒng)時(shí)即可識(shí)別產(chǎn)品品種。

上芯：通過(guò)人工或機(jī)器人將整體砂芯轉(zhuǎn)運(yùn)到輸送線(xiàn)上芯工位的整體砂芯托盤(pán)上。

1.2 目前砂芯識(shí)別現(xiàn)狀介紹

目前砂芯識(shí)別普遍采用人工識(shí)別和稱(chēng)重識(shí)別的技術(shù)方案。

人工識(shí)別，即通過(guò)人工輸入的方式在庫(kù)存和物流管理系統(tǒng)上選擇砂芯品種。一個(gè)品種的砂芯上芯結(jié)束后，人工選擇下一個(gè)品種并開(kāi)始該品種的砂芯上芯。這種識(shí)別方案易出錯(cuò)，對(duì)操作責(zé)任心要求非常高。另外這種識(shí)別方案必須一種產(chǎn)品全部上芯完成后才能開(kāi)始下一個(gè)產(chǎn)品的上芯生產(chǎn)，不能多個(gè)品種混線(xiàn)生產(chǎn)。

稱(chēng)重識(shí)別的方式是在識(shí)別工位安裝稱(chēng)重系統(tǒng)，整體砂芯停在稱(chēng)量識(shí)別工位，通過(guò)稱(chēng)量整體砂芯的重量識(shí)別產(chǎn)品品種。為保證稱(chēng)量準(zhǔn)確和保護(hù)稱(chēng)量系統(tǒng)穩(wěn)定，產(chǎn)品需要在識(shí)別工位慢速停穩(wěn)和慢速駛出識(shí)別工位，所以影響生產(chǎn)效率。相同或相近重量的產(chǎn)品無(wú)法識(shí)別。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

每種整體砂芯在長(zhǎng)度L、寬度W和高度H方向上都與其他產(chǎn)品有顯著區(qū)別，至少在長(zhǎng)、寬、高方向上有一個(gè)尺寸不同于其他品種。即使有外形極其相似的產(chǎn)品，也可以通過(guò)工藝設(shè)計(jì)在特定方向尺寸上進(jìn)行區(qū)別。

圖1所示：沿整體砂芯輸送方向在輥道線(xiàn)③兩側(cè)依次安裝測(cè)寬傳感器④一對(duì)、測(cè)長(zhǎng)光幕⑤一對(duì)和測(cè)高光幕⑥一對(duì)。

測(cè)寬傳感器④專(zhuān)門(mén)檢測(cè)整體砂芯的寬度變化；測(cè)長(zhǎng)光幕⑤專(zhuān)門(mén)檢測(cè)整體砂芯的長(zhǎng)度變化；測(cè)高光幕⑥專(zhuān)門(mén)檢測(cè)整體砂芯的高度變化。

測(cè)寬傳感器④、測(cè)長(zhǎng)光幕⑤[1]分別安裝在各自的支架⑦上，測(cè)寬傳感器④和測(cè)長(zhǎng)光幕⑤能夠在支架上上下調(diào)節(jié)，用于將傳感器調(diào)定到特征最明顯的檢測(cè)高度上。

放置在托盤(pán)①上的整體砂芯②，在輥道③的驅(qū)動(dòng)下依次經(jīng)過(guò)測(cè)寬傳感器④、測(cè)長(zhǎng)光幕⑤、測(cè)高光幕⑥，識(shí)別系統(tǒng)測(cè)量出產(chǎn)品寬、長(zhǎng)、高外形尺寸，通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的產(chǎn)品尺寸比對(duì)識(shí)別出產(chǎn)品品種，并上傳到庫(kù)存和物流管理系統(tǒng)。

圖1 砂芯識(shí)別系統(tǒng)

測(cè)寬測(cè)量原理：測(cè)寬傳感器采用兩個(gè)光學(xué)測(cè)距傳感器，兩個(gè)傳感器之間的距離設(shè)定為W總，整體砂芯經(jīng)過(guò)測(cè)寬傳感器時(shí)，左側(cè)測(cè)距傳感器檢測(cè)到傳感器與整體砂芯左側(cè)檢測(cè)位置的距離為W1，右側(cè)測(cè)距傳感器檢測(cè)到傳感器與整體砂芯右側(cè)檢測(cè)位置的距離為W2，通過(guò)軟件計(jì)算可確定整體砂芯該檢測(cè)位置的寬度為W=W總-W1-W2。測(cè)距傳感器可在支架上上下調(diào)整，用于定位最佳測(cè)量點(diǎn)。

圖2 測(cè)寬測(cè)量示意圖

圖3 測(cè)長(zhǎng)測(cè)量示意圖

圖4 測(cè)高測(cè)量示意圖

測(cè)長(zhǎng)和測(cè)高測(cè)量原理：測(cè)量光幕由發(fā)射器和接收器組成，發(fā)射器發(fā)出的光直射到接收器，形成光幕系統(tǒng)，放置在發(fā)射器和接收器之間的目標(biāo)物體將會(huì)阻擋一部分光線(xiàn)使其不能照射到相應(yīng)的接收器件，被阻擋的光線(xiàn)的長(zhǎng)度即為目標(biāo)物體的長(zhǎng)度。整體砂芯依次經(jīng)過(guò)測(cè)長(zhǎng)光幕和測(cè)高光幕時(shí)，檢測(cè)出整體砂芯的長(zhǎng)度L和高度H。

測(cè)高光幕可在支架上上下調(diào)整，用于定位最佳測(cè)量點(diǎn)。

1.4 砂芯品種自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）識(shí)別精度高，測(cè)量光幕分辨率一般為2.5mm，光學(xué)測(cè)距傳感器分辨率為0.01mm，可以精確地識(shí)別產(chǎn)品品種。

（2）識(shí)別速度快，整體砂芯快速通過(guò)識(shí)別區(qū)即可識(shí)別，不需要停頓停留，因此不會(huì)影響整個(gè)流程的生產(chǎn)效率。

（3）采用本系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品識(shí)別，可實(shí)現(xiàn)多品種混線(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)。

（4）砂芯品種識(shí)別系統(tǒng)還可用于產(chǎn)品品種復(fù)查。首先人工選擇砂芯品種，整體砂芯經(jīng)過(guò)砂芯外形識(shí)別系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行品種核實(shí)，品種一致時(shí)按照庫(kù)存和物流管理系統(tǒng)的指令輸送整體砂芯至目標(biāo)工位，品種不一致時(shí)，輥道驅(qū)動(dòng)整體砂芯至待處理工位并報(bào)警，等待人工處理。

1.5 系統(tǒng)應(yīng)用

圖5 砂芯品種自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

砂芯品種自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)已成功應(yīng)用與鑄鍛公司鑄造二期、三期砂芯庫(kù)存和物流管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了砂芯轉(zhuǎn)運(yùn)、識(shí)別、物料跟蹤的生產(chǎn)自動(dòng)化。

2 總結(jié)

本文研究了砂芯品種識(shí)別系統(tǒng)，通過(guò)從產(chǎn)品寬、長(zhǎng)、高3個(gè)方向上選擇合適的測(cè)量傳感器組成外形識(shí)別系統(tǒng)，根據(jù)產(chǎn)品寬、長(zhǎng)、高方向上的尺寸差異識(shí)別產(chǎn)品品種，具有識(shí)別精度高、識(shí)別速度快、識(shí)別準(zhǔn)確率高的特點(diǎn)。代替人工識(shí)別，降低了人為因素造成的識(shí)別和操作錯(cuò)誤率。與砂芯庫(kù)存和物流管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，從而實(shí)現(xiàn)了多品種混線(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)。節(jié)省了勞動(dòng)力成本，提高了生產(chǎn)效率，大大提升了鑄造生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化水平。