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(shù)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(shè)備進行集成，實現(xiàn)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(shè)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(yīng)不同工序的關(guān)鍵尺寸測量需求，實現(xiàn)測量柔性化自動化。檢驗數(shù)據(jù)自動采集、分析、保存，推動生產(chǎn)數(shù)據(jù)貫通化、管理智能化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)增值。開拓柔性制造創(chuàng)新模式，實現(xiàn)工序檢驗作業(yè)與數(shù)字化深度融合，工序檢驗業(yè)務(wù)數(shù)字化孿生100%。

關(guān)鍵詞：連桿；機加；柔性測量島；測量流程；檢測技術(shù)；質(zhì)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(fù)慣性力的作用[1]。傳統(tǒng)連桿生產(chǎn)線一般依據(jù)產(chǎn)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(nèi)容配置在線傳統(tǒng)的綜合、專用等人工手動檢具，通常產(chǎn)能20萬臺份的生產(chǎn)線需要配置3～4個SPC檢測點，檢驗人員根據(jù)檢測點數(shù)量匹配。頻次抽檢、檢驗實施以及數(shù)據(jù)記錄等工作均由操作者人工完成，對檢驗作業(yè)質(zhì)量的監(jiān)控困難，當評價工序Cpk或質(zhì)量問題調(diào)查時，技術(shù)人員需要從紙質(zhì)記錄進行數(shù)據(jù)收集和整理，效率低，因大部分使用紙質(zhì)記錄的過程檢驗記錄保留一年，導致在質(zhì)量問題調(diào)查分析時缺乏歷史數(shù)據(jù)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(jié)果與工件無法綁定，無法實現(xiàn)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(shù)據(jù)長期存儲、精準追溯困難、數(shù)據(jù)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(guān)重要，它的好壞不僅決定測量機智能化的實現(xiàn)，也是提高檢測效率的關(guān)鍵所在，本文通過采用柔性智能化檢測[2]技術(shù)方案后可以實現(xiàn)所有工序的檢測內(nèi)容全自動檢測。通過導入連桿產(chǎn)品制造工藝，推動測量設(shè)備與各類輔助設(shè)備柔性組合，網(wǎng)絡(luò)自動按工序安排零件測量，實現(xiàn)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(diào)用相應(yīng)的測量程序，所有檢測數(shù)據(jù)自動上傳至對應(yīng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)全自動檢測、質(zhì)量數(shù)據(jù)實時分析存儲以及在線質(zhì)量追溯?？呻S時滿足生產(chǎn)現(xiàn)場以及MES、ERP等上層管理軟件的各種數(shù)據(jù)分析及追溯需求，為制造工藝的改善提供大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提升智能化檢測水平，解決人員、作業(yè)、數(shù)據(jù)存儲、追溯及無柔性等痛點。

連桿柔性測量工藝

根據(jù)產(chǎn)品的制造工藝確定被檢測參數(shù)，結(jié)合檢測參數(shù)設(shè)計相應(yīng)的檢測方案，選擇對應(yīng)的檢測設(shè)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(shù)的檢驗工作，共同構(gòu)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(shù)，管理軟件自動將該工件分配的相應(yīng)的測量設(shè)備上，測量設(shè)備通過占位及管理系統(tǒng)信息，自動調(diào)用相應(yīng)的測量程序并進行測量，根據(jù)測量結(jié)果機器人放入相應(yīng)的下料道內(nèi)，同時測量數(shù)據(jù)都與工件二維碼綁定上傳至數(shù)據(jù)庫保存并通過現(xiàn)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(jié)果返回給控制系統(tǒng)由MES系統(tǒng)識別出當前碼對應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jié)束后向控制系統(tǒng)返饋測量結(jié)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(jié)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(jié)果。當結(jié)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(jié)果為OK時，會分為以下兩種情況，一是上道工序測量結(jié)果為OK，當上道工序已經(jīng)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(jié)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。控制系統(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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)果上傳流程

柔性測量島內(nèi)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(jié)果均上傳至控制系統(tǒng)，與人工檢測臺的測量數(shù)據(jù)合并進行整合，將測量島和人工檢測臺的監(jiān)測數(shù)據(jù)一起上傳給MES系統(tǒng)，如圖8所示。

實施結(jié)果

通過連桿柔性測量島的應(yīng)用，使機加工序質(zhì)量監(jiān)控實現(xiàn)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(chǎn)監(jiān)控精準性。自動化的測量和數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)了對關(guān)鍵尺寸的實時監(jiān)控和記錄，根據(jù)統(tǒng)計趨勢對機加設(shè)備進行調(diào)整，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。如圖9所示，所有檢驗數(shù)據(jù)自動采集、分析、保存，并顯示在生產(chǎn)現(xiàn)場顯示屏上，推動生產(chǎn)數(shù)據(jù)貫通化、測量柔性化、管理智能化，提升檢驗數(shù)據(jù)的實時性和追溯性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)增值，開拓柔性制造創(chuàng)新模式，實現(xiàn)工序檢驗作業(yè)與數(shù)字化深度融合，工序檢驗業(yè)務(wù)數(shù)字化孿生100%，推動工廠數(shù)智化建設(shè)，提升生產(chǎn)工作效率，降低質(zhì)量成本。

結(jié)語

智能化檢測單元在工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控中將發(fā)揮日益重要的作用。隨著技術(shù)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(yīng)速度，能夠?qū)崟r監(jiān)控生產(chǎn)線的每一個環(huán)節(jié)，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性一致性。同時，智能化檢測設(shè)備還能通過大數(shù)據(jù)分析和機器學習，不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程提高生產(chǎn)效率。未來，我們可以期待智能化檢測設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)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(shù)支持，推動工業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型升級。

參考文獻：

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