基于前次偏差的開卷線堆垛小車精度控制方法

王國富 王長勇 劉冬 汪建余 孟魯海

摘 要：開卷線作為汽車制造領(lǐng)域的第一道工序，負(fù)責(zé)將鋼（鋁）卷矯平，并根據(jù)后續(xù)零件大小裁剪板料，堆垛小車用于碼齊堆放裁剪的料片，目前堆垛小車開入設(shè)備時(shí)制動(dòng)點(diǎn)固定，空載、半載、滿載不同狀態(tài)小車開入過程中由于制動(dòng)距離不同導(dǎo)致每次堆垛小車停止位置不同，進(jìn)而影響堆垛精度造成板料質(zhì)量問題，影響后續(xù)生產(chǎn)。本文通過記錄堆垛小車首次開入時(shí)的實(shí)際制動(dòng)距離，反推新制動(dòng)點(diǎn)，令堆垛小車開出一定距離后，基于前次偏差計(jì)算的新制動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行制動(dòng)，做到精準(zhǔn)停車，進(jìn)而消除由于停車偏差帶來的質(zhì)量問題。

關(guān)鍵詞：開卷線;堆垛小車;前次偏差

中圖分類號：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

開卷線作為汽車制造沖壓領(lǐng)域的第一道工序，其主要作用是將鋼廠打包好的鋼（鋁）卷進(jìn)行拆卷、矯平消除應(yīng)力、根據(jù)后續(xù)工位所需板料尺寸進(jìn)行裁剪、最終進(jìn)行堆垛落料，堆垛工位落料過程是否產(chǎn)生錯(cuò)層、拍打變形將質(zhì)量問題將嚴(yán)重影響后續(xù)工位的生產(chǎn)效率及制件質(zhì)量?！堕_卷落料線規(guī)劃設(shè)計(jì)思路淺談》中，介紹了目前開卷落料線目前常用的三種堆垛方式分別是皮帶機(jī)/人工下料，機(jī)器人下料，電磁皮帶堆垛下料[1]，本文涉及的堆垛方式為多工位電磁皮帶堆垛下料，該下料方法節(jié)拍更高，目前最高節(jié)拍可到105SPM，相應(yīng)的節(jié)拍越高，對落料位置要求越準(zhǔn)確[2]。落料位置偏差會導(dǎo)致料片邊緣磕碰變形，文章《首鋼落料線常見質(zhì)量缺陷分析及控制措施》詳細(xì)介紹了開卷落料線可能產(chǎn)生的缺陷類型，提到了在堆垛部分，落料位置偏差導(dǎo)致拍打器怕打變形造成板料邊緣損失[3]。

目前關(guān)于開卷線堆垛質(zhì)量問題解決方式多為通過調(diào)整擋塊位置進(jìn)行緩解，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是見效快，能快速恢復(fù)生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常采用，但是其缺點(diǎn)是不能根據(jù)缺陷產(chǎn)生原因?qū)ΠY下藥，做到最終解決。

本文針對堆垛小車由于每次開入設(shè)備時(shí)停止位置不固定導(dǎo)致的板料質(zhì)量問題進(jìn)入深入研究，通過記錄堆垛小車首次開入時(shí)的實(shí)際制動(dòng)距離，然后令堆垛小車開出一定距離后，基于前次實(shí)際制動(dòng)距離計(jì)算新制動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行制動(dòng)，做到精準(zhǔn)停車，進(jìn)而消除由于小車停車不準(zhǔn)導(dǎo)致的缺陷。

1 原理介紹

本文以一汽-大眾汽車有限公司天津沖壓車間800T開卷線為研究對象。

開卷落料線主要由以下9部分組成，每部分的名稱及作用如下：

1）承卷臺：存放卷料，減少換卷時(shí)間;

2）開卷機(jī)：將卷料從上或從下拉開;

3）引料裝置：將料引入設(shè)備，自動(dòng)裁剪掉料卷最外側(cè);

4）清洗機(jī)：對料帶進(jìn)行清洗;

5）矯直機(jī)：矯正料帶去除應(yīng)力;

6）活套裝置：無間隙空擋的加工作為料帶的儲存器;

7）輥?zhàn)铀土希簩⒘喜乃腿雺簷C(jī);

8）壓機(jī)：裝夾模具對料帶進(jìn)行剪裁;

9）堆垛：對剪裁完的料片進(jìn)行堆垛。

接下來詳細(xì)對堆垛裝置進(jìn)行介紹：

整個(gè)堆垛裝置共有四個(gè)工作位置成為堆垛巢，分別命名為巢1.1，1.2，2.1，2.2，對于進(jìn)距較長的板料如側(cè)圍等需要巢1.1，1.2合并成1個(gè)落料位，對于普通板料1.1，1.2可單獨(dú)落料，提升生產(chǎn)節(jié)拍，每個(gè)巢對應(yīng)6個(gè)擋塊，其中3個(gè)可拍打，3個(gè)固定擋塊，總計(jì)24個(gè)，堆垛區(qū)域有4輛堆垛小車，位于堆垛裝置兩側(cè)，如圖1所示，具體堆垛生產(chǎn)過程詳見下圖2。

2 堆垛問題分析及解決方案

2.1 質(zhì)量原因分析

由堆垛引起的質(zhì)量缺陷主要以下幾種：錯(cuò)層、拍打變形、拍打印。

通過近一年現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)堆垛位置產(chǎn)生的質(zhì)量問題，造成拍打變形和錯(cuò)層的原因中堆垛小車位置錯(cuò)位占了90%以上。而堆垛小車造成錯(cuò)層的原因?yàn)椋簻p速位置固定，當(dāng)堆垛小車空載、負(fù)載、滿載向設(shè)備里開入時(shí)，在同一個(gè)位置開始減速由于小車負(fù)載重量不同，造成停止位置不同，小車停止位置誤差在正負(fù)5 mm，而拍打擋塊精度為1 mm，所以，當(dāng)小車開入出生偏差大于1 mm小于5 mm時(shí)，就會設(shè)備不報(bào)警而擋塊拍打錯(cuò)層、變形等問題。

2.2 方案

通過記錄堆垛小車首次開入時(shí)的實(shí)際制動(dòng)距離x，然后堆垛小車開出一定時(shí)間3 s后，基于前次偏差x計(jì)算新的制動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行制動(dòng)，做到精準(zhǔn)停車方案如圖3所示。

3 效果驗(yàn)證

本方案于2020年5月投入運(yùn)行，至今開卷落料線堆垛區(qū)域由于停車位置偏差導(dǎo)致的質(zhì)量問題得到100%消除，堆垛質(zhì)量如圖4所示，證明了本文方法的有效性。此外本文基于現(xiàn)場實(shí)際考慮到堆垛小車升起后有20 s等待落料時(shí)間，因此利用3 s進(jìn)行反向開出重新制動(dòng)，總用時(shí)比原來多4.7 s，但通過減少等待時(shí)間（等待時(shí)間由20 s減小到15 s）并未影響現(xiàn)場生產(chǎn)效率。

4 總結(jié)展望

本文針對開卷落料堆垛小車在不同負(fù)載狀態(tài)下開入設(shè)備停止位不同導(dǎo)致板料質(zhì)量缺陷的問題利用前次偏差控制，記錄堆垛小車首次開入設(shè)備實(shí)際制動(dòng)距離，反推新減速點(diǎn)，并將小車開出一段距離后再次按照新減速點(diǎn)進(jìn)行減速，做到精準(zhǔn)制動(dòng)，徹底消除由于小車制動(dòng)位置偏差造成的質(zhì)量問題，后續(xù)將考慮通過高級的控制算法例如自適應(yīng)PID，做到自動(dòng)調(diào)整停車距離實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)停車。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾令超，李建強(qiáng)，周渝琨，等.開卷落料線規(guī)劃設(shè)計(jì)思路淺談[J].裝備制造技術(shù)，2019，47（01）：226-231.

[2]張凱，李娜，徐濟(jì)聲，等.自動(dòng)化開卷落料線淺析及碼垛方式對比[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2017，52（01）：11-15.

[3]王占斌.首鋼落料線常見質(zhì)量缺陷分析及控制措施[J].中國冶金，2018，28（07）：65-67.