智能化檢測在自動(dòng)化柴油機(jī)加工生產(chǎn)線的高效應(yīng)用

0引言

工業(yè)4.0時(shí)代已經(jīng)到來,傳統(tǒng)的生產(chǎn)線正逐步被自動(dòng)化生產(chǎn)線所替代^[1—2]。自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了高效、高質(zhì)量、少人化生產(chǎn),但同時(shí)也帶來了一定的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)^[3—4]。因此,單純的 自動(dòng)化生產(chǎn)線已無法達(dá)到工業(yè)4.0的要求,而高度智能化生產(chǎn)線一定具備兩個(gè)流—實(shí)物流和數(shù)據(jù)流,高度智能的數(shù)據(jù)流對當(dāng)前生產(chǎn)線建設(shè)非常重要。

1 P系列柴油機(jī)自動(dòng)化加工線介紹

該生產(chǎn)線是一條自動(dòng)化、信息化黑燈生產(chǎn)線,共15個(gè)工序,18臺(tái)設(shè)備,設(shè)計(jì)產(chǎn)能10萬臺(tái)/年。計(jì)劃員使用企業(yè)資源計(jì)劃(EnterpriseResourcePlanning,ERP)下達(dá)生產(chǎn)任務(wù) ,數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸至制造執(zhí)行系統(tǒng)(ManufacturingExecutionSystem,MES)(圖1),激光打刻機(jī)接收MES計(jì)劃,根據(jù)任務(wù)號(hào)辨別半成品件號(hào)是否符合生產(chǎn)計(jì)劃,若符合,則該工件由桁架機(jī)械手抓取,向后流轉(zhuǎn),若不符合,則由機(jī)械手抓取到剔料工位,向后流轉(zhuǎn)的機(jī)械手全程的流動(dòng)均通過桁架機(jī)械手、關(guān)節(jié)機(jī)械手、輥道等自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行,各工序的加工設(shè)備均是自動(dòng)化加工設(shè)備,機(jī)加工設(shè)備采用進(jìn)口設(shè)備,輔機(jī)采用國內(nèi)知名廠家產(chǎn)品,各工序配備了視覺檢測、壓力位移檢測、在線測量測頭及柔性在線測量設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了全過程、全尺寸100%在線檢測,其中在線測量測頭具備補(bǔ)償功能,主要補(bǔ)償加工位置及其他相關(guān)尺寸。

2加工中心柔性化檢測

2.1加工程序選擇智能自動(dòng)化

P系列發(fā)動(dòng)機(jī)匹配客戶比較多,涉及重卡、船機(jī)、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械、客車等領(lǐng)域,配套多必然造成件號(hào)較多, 目前工件件號(hào)達(dá)到54個(gè)。該生產(chǎn)線前5道工序?yàn)闄C(jī)加工工序,使用加工中心加工,以往都是人工通過肉眼檢查工件件號(hào),然后通過紙質(zhì)加工程序匹配表查找該機(jī)型應(yīng)該用的加工程序,再通過人工在加工中心選擇加工程序,該過程存在極大風(fēng)險(xiǎn),肉眼看件號(hào)、匹配加工程序、選擇加工程序這三個(gè)過程容 易看錯(cuò)、記錯(cuò)、選錯(cuò),造成工件報(bào)廢。該生產(chǎn)線通過加裝二維碼自動(dòng)掃描儀,并將掃描儀與加工中心連接,實(shí)現(xiàn)了將掃描儀讀取的信息傳遞到加工中心可編程邏輯控制器(ProgrammaBleLogicController,PLC),再由PLC傳遞至數(shù)字控制 (NumericalControl,NC),將讀取的信息最終自動(dòng)轉(zhuǎn)化成所需要的加工程序(圖2)。該過程全程無人工參與,杜絕了人為原因造成的加工質(zhì)量問題,節(jié)省了換型時(shí)間,提高了加工效率。

2.2加工刀具斷刀檢測自動(dòng)化

刀具在加工過程中由于加工硬點(diǎn)、刀具自身質(zhì)量、工件硬度變化等原因,經(jīng)常會(huì)發(fā)生斷刀問題,由于生產(chǎn)線無人化,該問題一旦發(fā)生,將會(huì)形成批量質(zhì)量問題。為解決該問題,對加工中心進(jìn)行了改造,加裝了刀具在線檢測設(shè)備(圖3),該設(shè)備與機(jī)床互聯(lián)互通,通過監(jiān)控主軸力矩,監(jiān)測刀具是否有斷刀、蹦刃等問題,一旦力矩變化趨勢不良或有突發(fā)變化情況,機(jī)床將針對監(jiān)測設(shè)備提供的信息,發(fā)出警報(bào)或直接停機(jī)。該設(shè)備能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)斷刀及不良加工行為,不僅能夠防止質(zhì)量問題,同時(shí)也替代了原有的人工強(qiáng)制換刀管理方式,延長了刀具壽命,減少了換刀時(shí)間,提高了加工效率,降低了生產(chǎn)成本。

2.3在線測量測頭在加工中心的應(yīng)用

為提高加工效率,本產(chǎn)線加工中心采用雙托盤模式。雙托盤加工精度不如單托盤穩(wěn)定,以往為了保證加工精度,每臺(tái)機(jī)床均要送檢三坐標(biāo),用以檢查工件位置尺寸的加工穩(wěn)定性,并進(jìn)行人工調(diào)整。該檢測方式雖然檢測精度高,但也存在以下兩個(gè)問題:首先,時(shí)效性差,受檢測資源的限制,每臺(tái)機(jī)床每個(gè)托盤每周僅能送檢一次,一旦位置尺寸偏差大,將形成批量質(zhì)量問題;其次,一旦位置尺寸靠近公差上限或下限,需人工調(diào)整機(jī)床加工程序,調(diào)整過程中,人工易調(diào)反方向或輸錯(cuò)數(shù)值,導(dǎo)致位置尺寸偏出公差,從而造成批量質(zhì)量問題。為解決這兩個(gè)問題,生產(chǎn)線引進(jìn)在線測量測頭系統(tǒng)(圖4),每臺(tái)工件加工前,都對托盤進(jìn)行檢測,實(shí)時(shí)獲得托盤的實(shí)際位置,并將測得的數(shù)據(jù)寫進(jìn)NC中,機(jī)床自動(dòng)計(jì)算,更改加工程序參數(shù),確保工件位置尺寸始終保持在中間公差。該檢測方式實(shí)現(xiàn)了工件位置尺寸100%在線測量,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)補(bǔ)償,保證了產(chǎn)品質(zhì)量,杜絕了人工參與造成的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 柔性在線測量設(shè)備在加工線的應(yīng)用

以往加工尺寸的測量全部由人工靠測量檢具檢測,每天測量約10件左右,測量比例較低,不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,并且在檢測過程中操作者容易看錯(cuò)表,導(dǎo)致出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)無法發(fā)現(xiàn)。為解決該問題,生產(chǎn)線根據(jù)加工尺寸,設(shè)計(jì)了在線測量機(jī)(圖5),對加工尺寸進(jìn)行100%檢測。該設(shè)備使用關(guān)節(jié)機(jī)器人抓取測量檢具,工件舉升定位,測量前使用空氣清理設(shè)備清理工件鐵屑,工件編碼與測量數(shù)據(jù)綁定,測得的數(shù)據(jù)上傳至MES及質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析專家 (Quality—DataAdvanced System,Q—DAS)。MES用于儲(chǔ)存測量數(shù)據(jù),作為追溯使用,Q—DAS則對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過程控制(Statisticalprocesscontrol,Spc)分析,用于研究生產(chǎn)線過程能力,通過對數(shù)據(jù)的研究,可及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)床、夾具、刀具問題,采用相應(yīng)措施及時(shí)規(guī)避問題的發(fā)生,通過對過程的不斷改進(jìn),提升過程能力。當(dāng)前,該線機(jī)加工過程能力(complexprocesscapability,cpk)指數(shù)已經(jīng)由原來的1.2提升至1.53,提升比例達(dá)到了28%,產(chǎn)品合格率達(dá)到了99.98%。

3輔機(jī)智能化檢測

3.1視覺檢測技術(shù)

為實(shí)時(shí)監(jiān)督生產(chǎn)過程質(zhì)量,在生產(chǎn)線8個(gè)工序中配備視覺檢測(圖6),實(shí)現(xiàn)過程質(zhì)量100%監(jiān)控,當(dāng)視覺檢測發(fā)現(xiàn)異常時(shí),機(jī)床自動(dòng)報(bào)警停機(jī),需要人為進(jìn)行確認(rèn)。視覺檢測內(nèi)容有:碗形塞底孔自動(dòng)涂膠后是 否斷膠、噴油器孔密封圈是否裝配到位、裝配用結(jié)合面有無異物、零部件是否漏裝、工件有無多/漏加工等。同時(shí),建立視覺檢測有效性驗(yàn)證管理辦法,每周對各個(gè)視覺檢測工序進(jìn)行有效性驗(yàn)證,確保檢測結(jié)果真實(shí)有效。

3.2 光學(xué)檢測技術(shù)

對于工件倒角角度、倒角大小等不便測量項(xiàng)目,生產(chǎn)線配備兩臺(tái)光學(xué)檢測設(shè)備(圖7),并與生產(chǎn)線串聯(lián),分別檢測缸體缸孔倒角和缸蓋閥座孔倒角,能夠?qū)崟r(shí)檢測倒角角度和倒角大小,并可清晰直觀地查看所計(jì)算的統(tǒng)計(jì)數(shù)值,然后根據(jù)設(shè)計(jì)條件自動(dòng)判別控制圖有無異常,便于質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.3壓力位移檢測技術(shù)

p系列發(fā)動(dòng)機(jī)有大量壓裝尺寸需要控制,例如碗形塞、氣門導(dǎo)管、氣門閥座、凸輪軸襯套等均采用電缸壓裝,位移壓裝尺寸均使用機(jī)械限位控制,但隨著機(jī)械限位工裝的磨損,該類壓裝尺寸會(huì)發(fā)生變化,直至不合格,并且不易發(fā)現(xiàn)。為解決該問題,P系列發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線所有壓裝尺寸均采用壓力位移法控制(圖8),該方法可精準(zhǔn)控制壓裝尺寸,一旦壓裝不正常,設(shè)備會(huì)報(bào)警停機(jī),避免出現(xiàn)質(zhì)量問題。該方法的應(yīng)用大大降低了操作者測量強(qiáng)度,同時(shí)規(guī)避了壓裝尺寸超差的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)束語

發(fā)動(dòng)機(jī)的加工是一個(gè)復(fù)雜的工藝系統(tǒng),各項(xiàng)加工指標(biāo)都較難控制,因此一條高度自動(dòng)化、信息化、智能化的生產(chǎn)線非常重要。本文所述生產(chǎn)線能在解決工藝難題的同時(shí),解決加工尺寸檢測自動(dòng)化、智能化的問題,可為本行業(yè)或其他行業(yè)零部件生產(chǎn)線建設(shè)提供參考。

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2024年第11期第6篇