砂芯自動識別系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

賈秀芹，姜亦曉，原秀晶，張梅濤

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261100）

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

1 砂芯品種識別系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

1.1 術(shù)語介紹

整體砂芯：將定位好的多顆砂芯連接為一個整體芯組。

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

外形識別：通過產(chǎn)品長、寬、高等外形尺寸識別產(chǎn)品品種。

在線識別：產(chǎn)品不需要下線，快速通過識別系統(tǒng)時即可識別產(chǎn)品品種。

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

1.2 目前砂芯識別現(xiàn)狀介紹

目前砂芯識別普遍采用人工識別和稱重識別的技術(shù)方案。

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

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

1.3 系統(tǒng)設(shè)計

每種整體砂芯在長度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、寬、高方向上有一個尺寸不同于其他品種。即使有外形極其相似的產(chǎn)品，也可以通過工藝設(shè)計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③兩側(cè)依次安裝測寬傳感器④一對、測長光幕⑤一對和測高光幕⑥一對。

測寬傳感器④專門檢測整體砂芯的寬度變化；測長光幕⑤專門檢測整體砂芯的長度變化；測高光幕⑥專門檢測整體砂芯的高度變化。

測寬傳感器④、測長光幕⑤[1]分別安裝在各自的支架⑦上，測寬傳感器④和測長光幕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高度上。

放置在托盤①上的整體砂芯②，在輥道③的驅(qū)動下依次經(jīng)過測寬傳感器④、測長光幕⑤、測高光幕⑥，識別系統(tǒng)測量出產(chǎn)品寬、長、高外形尺寸，通過與數(shù)據(jù)庫中的產(chǎn)品尺寸比對識別出產(chǎn)品品種，并上傳到庫存和物流管理系統(tǒng)。

圖1 砂芯識別系統(tǒng)

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

圖2 測寬測量示意圖

圖3 測長測量示意圖

圖4 測高測量示意圖

測長和測高測量原理：測量光幕由發(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)物體將會阻擋一部分光線使其不能照射到相應(yīng)的接收器件，被阻擋的光線的長度即為目標(biāo)物體的長度。整體砂芯依次經(jīng)過測長光幕和測高光幕時，檢測出整體砂芯的長度L和高度H。

測高光幕可在支架上上下調(diào)整，用于定位最佳測量點(diǎn)。

1.4 砂芯品種自動識別系統(tǒng)特點(diǎn)

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

（2）識別速度快，整體砂芯快速通過識別區(qū)即可識別，不需要停頓停留，因此不會影響整個流程的生產(chǎn)效率。

（3）采用本系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品識別，可實現(xiàn)多品種混線自動生產(chǎn)。

（4）砂芯品種識別系統(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)過砂芯外形識別系統(tǒng)時進(jìn)行品種核實，品種一致時按照庫存和物流管理系統(tǒng)的指令輸送整體砂芯至目標(biāo)工位，品種不一致時，輥道驅(qū)動整體砂芯至待處理工位并報警，等待人工處理。

1.5 系統(tǒng)應(yīng)用

圖5 砂芯品種自動識別系統(tǒng)

砂芯品種自動識別系統(tǒng)已成功應(yīng)用與鑄鍛公司鑄造二期、三期砂芯庫存和物流管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了砂芯轉(zhuǎn)運(yùn)、識別、物料跟蹤的生產(chǎn)自動化。

2 總結(jié)

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