柔性智能化檢測(cè)技術(shù)助力連桿機(jī)加質(zhì)量提升

陶軍忠 李明峰 郝文睿 金誠茹 劉云鵬

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)連桿柔性智能化檢測(cè)技術(shù)是通過將在線三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、粗糙度儀、激光輪廓測(cè)量?jī)x等多種測(cè)量設(shè)備進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了多種測(cè)量方式的無縫切換。同時(shí)，還包括了協(xié)作機(jī)器人、檢測(cè)夾輔具、自動(dòng)物料輸送系統(tǒng)等輔助設(shè)備的柔性組合，使得測(cè)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(cè)量需求，實(shí)現(xiàn)測(cè)量柔性化自動(dòng)化。檢驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、分析、保存，推動(dòng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)貫通化、管理智能化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)增值。開拓柔性制造創(chuàng)新模式，實(shí)現(xiàn)工序檢驗(yàn)作業(yè)與數(shù)字化深度融合，工序檢驗(yàn)業(yè)務(wù)數(shù)字化孿生100%。

關(guān)鍵詞：連桿；機(jī)加；柔性測(cè)量島；測(cè)量流程；檢測(cè)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(dòng)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(shí)際情況，集中臨近的幾道工序，按照各工序檢測(cè)內(nèi)容配置在線傳統(tǒng)的綜合、專用等人工手動(dòng)檢具，通常產(chǎn)能20萬臺(tái)份的生產(chǎn)線需要配置3～4個(gè)SPC檢測(cè)點(diǎn)，檢驗(yàn)人員根據(jù)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量匹配。頻次抽檢、檢驗(yàn)實(shí)施以及數(shù)據(jù)記錄等工作均由操作者人工完成，對(duì)檢驗(yàn)作業(yè)質(zhì)量的監(jiān)控困難，當(dāng)評(píng)價(jià)工序Cpk或質(zhì)量問題調(diào)查時(shí)，技術(shù)人員需要從紙質(zhì)記錄進(jìn)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(yàn)記錄保留一年，導(dǎo)致在質(zhì)量問題調(diào)查分析時(shí)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(shí)無法編寫工件流水號(hào)，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果與工件無法綁定，無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)追溯。傳統(tǒng)的檢測(cè)方案及配置有如下痛點(diǎn)亟待解決：少人化、檢驗(yàn)漏項(xiàng)、數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存儲(chǔ)、精準(zhǔn)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(cè)規(guī)劃在智能測(cè)量機(jī)中所處的地位至關(guān)重要，它的好壞不僅決定測(cè)量機(jī)智能化的實(shí)現(xiàn)，也是提高檢測(cè)效率的關(guān)鍵所在，本文通過采用柔性智能化檢測(cè)[2]技術(shù)方案后可以實(shí)現(xiàn)所有工序的檢測(cè)內(nèi)容全自動(dòng)檢測(cè)。通過導(dǎo)入連桿產(chǎn)品制造工藝，推動(dòng)測(cè)量設(shè)備與各類輔助設(shè)備柔性組合，網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)按工序安排零件測(cè)量，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)物料搬運(yùn)，通過讀取工件二維碼確認(rèn)工序狀態(tài)并自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)的測(cè)量程序，所有檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至對(duì)應(yīng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢測(cè)、質(zhì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析存儲(chǔ)以及在線質(zhì)量追溯?？呻S時(shí)滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)水平，解決人員、作業(yè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、追溯及無柔性等痛點(diǎn)。

連桿柔性測(cè)量工藝

根據(jù)產(chǎn)品的制造工藝確定被檢測(cè)參數(shù)，結(jié)合檢測(cè)參數(shù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的檢測(cè)方案，選擇對(duì)應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備為：蔡司在線三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、馬爾粗糙度儀、基恩士激光輪廓儀及馬波斯綜合尺寸測(cè)量?jī)x等完成檢測(cè)參數(shù)的檢驗(yàn)工作，共同構(gòu)成連桿柔性測(cè)量島，如圖1所示。

連桿柔性測(cè)量島的工作流程如圖2所示，使用自動(dòng)物料輸送系統(tǒng)AGV小車與協(xié)作機(jī)器人輸送抽檢的零件到上料道上，發(fā)那科上料機(jī)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(cè)參數(shù)，管理軟件自動(dòng)將該工件分配的相應(yīng)的測(cè)量設(shè)備上，測(cè)量設(shè)備通過占位及管理系統(tǒng)信息，自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)的測(cè)量程序并進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果機(jī)器人放入相應(yīng)的下料道內(nèi)，同時(shí)測(cè)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(chǎng)的單元大屏展示信息。

連桿柔性測(cè)量單元測(cè)量信號(hào)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(qǐng)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(shí)別出當(dāng)前碼對(duì)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(shí)別，如圖3所示。

圖3 連桿柔性測(cè)量單元測(cè)量信號(hào)控制流程

2.光學(xué)輪廓、粗糙度的測(cè)量流程

當(dāng)工件只需要測(cè)量光學(xué)輪廓或粗糙度時(shí)，測(cè)量信號(hào)流程如圖4所示。由控制系統(tǒng)選擇光學(xué)測(cè)量程序或粗糙度測(cè)量程序，進(jìn)行程序切換并返回程序切換完成信號(hào)，識(shí)別出對(duì)應(yīng)的工件二維碼信息向PLC返饋二維碼信息、工序編號(hào)和測(cè)量請(qǐng)求，PLC控制協(xié)助機(jī)器人抓取工件放在對(duì)應(yīng)的測(cè)量程序的工件擺放位置，自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。

圖4 光學(xué)輪廓或粗糙度測(cè)量的信號(hào)流程

當(dāng)光學(xué)輪廓和粗糙度都需要測(cè)試時(shí)，測(cè)量信號(hào)流程如圖5所示。由控制系統(tǒng)選擇光學(xué)測(cè)量程序，進(jìn)行程序切換并返回程序切換完成信號(hào)，識(shí)別出對(duì)應(yīng)的工件二維碼信息，向PLC返回二維碼信息、工序編號(hào)和測(cè)量請(qǐng)求，PLC控制協(xié)助機(jī)器人抓取工件放在光學(xué)測(cè)量站點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)束后向控制系統(tǒng)返饋測(cè)量結(jié)果和測(cè)量完成信號(hào)。第⑥步為PLC自動(dòng)控制協(xié)助機(jī)器人從光學(xué)測(cè)量站點(diǎn)抓取工件掃碼，系統(tǒng)判斷光學(xué)測(cè)量結(jié)果，當(dāng)為NG時(shí)，則發(fā)送光學(xué)測(cè)量NG下料信號(hào)給PLC，當(dāng)為OK時(shí)，則執(zhí)行第⑧步，由控制系統(tǒng)選擇粗糙度測(cè)量程序，自動(dòng)進(jìn)行粗糙度測(cè)量。

圖5 光學(xué)輪廓和粗糙度均測(cè)量的信號(hào)流程

測(cè)量完成后，PLC會(huì)自動(dòng)控制協(xié)助機(jī)器人在光學(xué)輪廓測(cè)量或粗糙度測(cè)量工位抓取工件掃碼，掃碼后由系統(tǒng)判定上道工序的測(cè)量結(jié)果。當(dāng)結(jié)果為NG時(shí)，系統(tǒng)給PLC發(fā)送光學(xué)測(cè)量NG下料或者粗糙度測(cè)量NG下料信號(hào)，PLC會(huì)控制協(xié)助機(jī)器人將工件放入NG下料道；當(dāng)測(cè)量結(jié)果為OK時(shí)，會(huì)分為以下兩種情況，一是上道工序測(cè)量結(jié)果為OK，當(dāng)上道工序已經(jīng)為最后一道工序時(shí)，傳光學(xué)測(cè)量OK下料信號(hào)或粗糙度測(cè)量OK下料信號(hào)給PLC，二是上道工序測(cè)量結(jié)果為OK，并還有下道工序，傳掃碼信息、下道工序測(cè)量請(qǐng)求給PLC。

3.M31綜合測(cè)量臺(tái)的測(cè)量流程

進(jìn)行M31綜合測(cè)量臺(tái)測(cè)量的信號(hào)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(hào)和測(cè)量請(qǐng)求，PLC控制M31綜合測(cè)量臺(tái)切換程序名稱，M31綜合測(cè)量臺(tái)向PLC返饋程序切換完成信號(hào)，PLC控制協(xié)助機(jī)器人將工件放在M31綜合測(cè)量臺(tái)站點(diǎn)，測(cè)量完成向系統(tǒng)上傳測(cè)量結(jié)果， PLC自動(dòng)從M31綜合測(cè)量臺(tái)抓取工件，通過與PLC通信知道當(dāng)前工件為NG時(shí)，把工件放到NG下料道，當(dāng)為OK時(shí)，把工件放到OK下料道。

4.在線三坐標(biāo)的測(cè)量流程

進(jìn)行三坐標(biāo)測(cè)量的信號(hào)流程如圖7所示?？刂葡到y(tǒng)切換在線三坐標(biāo)程序并查詢?cè)诰€三坐標(biāo)程序狀態(tài)，向系統(tǒng)返饋程序切換完成信號(hào)。在線三坐標(biāo)向PLC發(fā)送二維碼信息、工序編號(hào)和三坐標(biāo)測(cè)量請(qǐng)求，PLC控制協(xié)助機(jī)器人將工件放在三坐標(biāo)站點(diǎn)專用輔具上，測(cè)量后向系統(tǒng)上傳測(cè)量結(jié)果和測(cè)量完成信號(hào)，系統(tǒng)再將完成信號(hào)傳遞至PLC， PLC自動(dòng)從三坐標(biāo)站點(diǎn)抓取工件下料。下料完成后PLC將信號(hào)返饋給控制系統(tǒng)并掃碼， 系統(tǒng)判斷三坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果，當(dāng)NG時(shí)，發(fā)送三坐標(biāo)NG下料信號(hào)給PLC，當(dāng)OK時(shí)，判斷是否有下道工序，如果沒有下道工序，則發(fā)送三坐標(biāo) OK下料信號(hào)給PLC，如果有下道工序，則傳掃碼信息、下道工序測(cè)量請(qǐng)求給PLC。

連桿柔性測(cè)量單元測(cè)量結(jié)果上傳流程

柔性測(cè)量島內(nèi)M31綜合測(cè)量臺(tái)、在線三坐標(biāo)、光學(xué)測(cè)量?jī)x及粗糙度測(cè)量?jī)x的測(cè)量結(jié)果均上傳至控制系統(tǒng)，與人工檢測(cè)臺(tái)的測(cè)量數(shù)據(jù)合并進(jìn)行整合，將測(cè)量島和人工檢測(cè)臺(tái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一起上傳給MES系統(tǒng)，如圖8所示。

實(shí)施結(jié)果

通過連桿柔性測(cè)量島的應(yīng)用，使機(jī)加工序質(zhì)量監(jiān)控實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，節(jié)省檢驗(yàn)人員2人，節(jié)省投資成本，全自動(dòng)檢測(cè)排除人為因素，降低人為誤差提升生產(chǎn)監(jiān)控精準(zhǔn)性。自動(dòng)化的測(cè)量和數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)鍵尺寸的實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，根據(jù)統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)對(duì)機(jī)加設(shè)備進(jìn)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(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、分析、保存，并顯示在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)顯示屏上，推動(dòng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)貫通化、測(cè)量柔性化、管理智能化，提升檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和追溯性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)增值，開拓柔性制造創(chuàng)新模式，實(shí)現(xiàn)工序檢驗(yàn)作業(yè)與數(shù)字化深度融合，工序檢驗(yàn)業(yè)務(wù)數(shù)字化孿生100%，推動(dòng)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(cè)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(jìn)步，這些檢測(cè)單元將具備更高的精度和更快的反應(yīng)速度，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控生產(chǎn)線的每一個(gè)環(huán)節(jié)，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性一致性。同時(shí)，智能化檢測(cè)設(shè)備還能通過大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)，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(cè)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(qiáng)有力的技術(shù)支持，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

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