全鋼三鼓成型機(jī)創(chuàng)新介紹

洪育仙，潘挺，張宏，蔣躍

(1.杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018；2.中策橡膠（泰國(guó)）有限公司，浙江 杭州 310018；3.中策橡膠（建德）有限公司，浙江 建德 311600)

輪胎制造技術(shù)較為復(fù)雜且新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)不斷更新，輪胎行業(yè)的技術(shù)壁壘及環(huán)保要求較高，加之世界輪胎企業(yè)數(shù)量眾多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)及其激烈，隨著數(shù)字產(chǎn)業(yè)的不斷推進(jìn)，輪胎制造行業(yè)開始不斷探索物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應(yīng)用，旨在實(shí)現(xiàn)一切生產(chǎn)要素的數(shù)字化，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在工業(yè)網(wǎng)路和管理網(wǎng)絡(luò)的流動(dòng)，推動(dòng)傳統(tǒng)輪胎制造方式的轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)輪胎智能制造和綠色制造。在眾多高科技發(fā)展方向中，人工智能，機(jī)器視覺在過去幾年里有著強(qiáng)勁的發(fā)展，給人們帶來越來越多的益處。萬物互聯(lián)時(shí)代，人與人的連接將轉(zhuǎn)變?yōu)槿伺c物、物與物的連接，數(shù)據(jù)全面云化。

1 成型機(jī)主體結(jié)構(gòu)

胎胚成型是輪胎生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，該工序的作用是對(duì)輪胎的半制品部件進(jìn)行組裝成型，成型設(shè)備的質(zhì)量在很大程度上影響著輪胎的最終質(zhì)量。

數(shù)字化驅(qū)動(dòng)下的成型工序建設(shè)也是一個(gè)吐故納新的過程，傳統(tǒng)成型設(shè)備升級(jí)改造向智能化的生產(chǎn)過程和全面集成的數(shù)字設(shè)計(jì)和制造看齊，形成自動(dòng)化、信息化、智能化的生產(chǎn)線；利用機(jī)器視覺、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)胎胚滾壓的精準(zhǔn)控制與提前判級(jí)。本文所述成型設(shè)備的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

如圖1新式全鋼子午線輪胎三鼓成型機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)型相比，主體結(jié)構(gòu)基本不變，分為主機(jī)和輔機(jī)兩部分，輔機(jī)負(fù)責(zé)將組成輪胎胎胚的內(nèi)襯層、胎側(cè)、胎體簾布、帶束層、胎面、冠帶條輸送并貼合到鼓上去，其機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由主供料架、帶束層供料架、胎面供料架三大模塊組成，胎體和帶束層分別在不同貼合鼓上完成貼合。本文重點(diǎn)介紹新機(jī)型的一些重大改變。

圖1 設(shè)備整體布局

1.1 后壓輥

后壓輥是一組組合形式的壓輥裝置，由五組壓輥組成，包含：胎側(cè)壓輥裝置、胎面中心輥裝置、肩部壓輥裝置、胎面分合壓輥裝置及旋拉反包壓輥組成，不同的壓輥根據(jù)需求可以實(shí)現(xiàn)徑向、軸向和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),進(jìn)行各位置的壓合，共同配合完成胎側(cè)、三角膠，胎面及胎肩壓合，旋拉反包壓輥由左右兩套壓輥組成，可配合膠囊鼓的高轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)成型過程中胎側(cè)的旋拉反包功能。

傳統(tǒng)成型機(jī)胎胚的滾壓依靠程序中的后壓輥軸向和徑向坐標(biāo)參數(shù)執(zhí)行軌跡運(yùn)動(dòng)，沒有考慮壓輥氣缸升出后壓輥實(shí)際與胎面接觸點(diǎn)的位置與參數(shù)是有偏差的。新成型機(jī)把氣缸升出后的這段距離在程序中用函數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，與輸入程序的胎面厚度，胎肩圓弧角度等計(jì)算，不用再輸入各個(gè)滾壓位置的軸向和徑向參數(shù)，根據(jù)自動(dòng)生成的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)修正胎胚的滾壓軌跡，通過一定數(shù)量的積累和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)規(guī)格輪胎的標(biāo)準(zhǔn)化軌跡輸出。

1.2 胎面供料

傳統(tǒng)機(jī)型成型機(jī)胎面供料架位于帶束鼓后側(cè)，同時(shí)由百葉車提供胎面制品，占用較大空間，新式胎面供料架位于帶束層供料架側(cè)，由胎面存放架、動(dòng)力輥引出結(jié)構(gòu)及胎面供料模板組成。胎面存放架共有15層結(jié)構(gòu)，每層由柵格板支撐。工作時(shí)存放架被放置在升降平臺(tái)上，按存放架層數(shù)，升降平臺(tái)由高而下自動(dòng)升降。該裝置滿料多層存放架進(jìn)入供料架時(shí)，采用滾輪輸送，滾輪帶楔形的擋邊，通過鏈條傳動(dòng)，可以在輸送的過程中通過楔形擋邊自動(dòng)調(diào)整，定位多層存放架。滾輪防護(hù)罩安裝略低與水平地面，中間地面與車間地面無縫連接。將胎面引出時(shí)，通過動(dòng)力輥引出機(jī)構(gòu)插入存放架柵格板之間空當(dāng)，升降平臺(tái)下降時(shí)動(dòng)力棒將胎面托起，稍作延時(shí)，然后動(dòng)力輥旋轉(zhuǎn)將胎面引出，逐條傳送到貼合位置進(jìn)行貼合

1.3 帶束層定長(zhǎng)裁斷

胎面前模板裝有輥床機(jī)構(gòu)，通過壓輥機(jī)構(gòu)將胎面與輸送帶緊密粘合，并將實(shí)際檢測(cè)長(zhǎng)度與鼓周長(zhǎng)進(jìn)行對(duì)比，確保接頭精度控制，前模板擺動(dòng)架采用直線型式便于胎面的導(dǎo)正。貼合張力可以調(diào)節(jié)，胎面長(zhǎng)度允許偏差范圍0～5 m。現(xiàn)有成型機(jī)在向全自動(dòng)無人操作邁進(jìn)的路程上存在幾個(gè)較大的難題需要攻克，其中之一就是胎面自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)拉伸貼合。胎面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)貼合的前提是能精確測(cè)量胎面長(zhǎng)度，從而計(jì)算得到合適的拉伸率。

胎面具有一定的切面，且胎面尾部有不規(guī)則波浪形斷面，現(xiàn)有成型機(jī)胎面測(cè)長(zhǎng)裝置，主要原理均為測(cè)量胎面頭部與尾部之間的距離，例如采用外部移動(dòng)測(cè)距開關(guān)，測(cè)量胎面尾部位置。由于移動(dòng)測(cè)距開關(guān)很大程度上受機(jī)械安裝精度影響，測(cè)量誤差很大，同時(shí)移動(dòng)測(cè)距開關(guān)需要根據(jù)胎面顏色辨別，測(cè)距開關(guān)照射胎面尾部的波浪形斷面（如圖2），其不同的檢測(cè)位置，測(cè)量的結(jié)果相差很大，同時(shí)移動(dòng)測(cè)距開關(guān)如果檢測(cè)到相近顏色的物體，例如膠漿，誤認(rèn)為檢測(cè)到胎面尾部，測(cè)量結(jié)果完全無用。胎面長(zhǎng)度實(shí)際為斜邊1和斜邊2之間的距離，由于斜邊2位于波浪形斷面下方，普通測(cè)長(zhǎng)方式無法準(zhǔn)確檢測(cè)到斜邊2位置，而是通過檢測(cè)波浪形斷面估算斜邊2位置，在處理波浪形斷面時(shí)常采用補(bǔ)償法進(jìn)行計(jì)算，導(dǎo)致同一條胎面的多次測(cè)量結(jié)果最大差值可達(dá)到6 cm。

圖2 胎面斷面形狀

本文在胎面料架下方安裝一個(gè)斜向上的漫反射開關(guān)（圖3），直接檢測(cè)斜邊2的位置，避免了補(bǔ)償法帶來的誤差。如表1所示，該方法測(cè)量重復(fù)性誤差可以縮小至5 mm。

圖3 胎面貼合方式

表1 胎面測(cè)長(zhǎng)數(shù)據(jù)

2 數(shù)字化掃描

長(zhǎng)期以來，我們對(duì)于成型胎胚的質(zhì)量評(píng)價(jià)主要基于兩個(gè)維度：一是外觀表象質(zhì)量，例如制品拼接質(zhì)量、胎胚反包情況等；二是通過成品輪胎的檢測(cè)結(jié)果來反向評(píng)價(jià)。上述兩個(gè)維度的評(píng)價(jià)基本可以滿足目前的質(zhì)量管控要求，但是隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，客戶對(duì)于輪胎品質(zhì)以及性價(jià)比的要求越來越高，當(dāng)前質(zhì)量管控的表面化與遲滯現(xiàn)象逐一暴露出來，而基于在線掃描和數(shù)字滾壓的成型工序智能滾壓模式為我們提供了新的質(zhì)量管理思維，利用機(jī)器視覺、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)胎胚滾壓的精準(zhǔn)控制與提前判級(jí)。

胎胚判級(jí)主要通過對(duì)滾壓 后的胎面輪廓進(jìn)行分段評(píng)分，評(píng)分原則為與標(biāo)準(zhǔn)輪廓模型擬合度越高，得分越高。胎面和胎胚成型時(shí)，如果胎面在旋轉(zhuǎn)成型過程中圓度不足，成橢圓狀時(shí)，制造出來的輪胎也是不良品，所以需要實(shí)時(shí)檢測(cè)胎胚在成型過程中的周向、徑向跳動(dòng)以及紋路等特征，結(jié)合點(diǎn)位重要程度加權(quán)得出綜合得分，以綜合得分逆向推動(dòng)滾壓過程管控，促進(jìn)產(chǎn)品一致性。

滾壓完成后，對(duì)胎胚輪廓進(jìn)行掃描，圖4所示是輪廓掃描圖形模式下顯示出來的圖形。根據(jù)大數(shù)據(jù)累計(jì)，采集數(shù)據(jù)生成的輪廓與計(jì)算得到的輪胎標(biāo)準(zhǔn)輪廓進(jìn)行對(duì)比，并以不同顏色進(jìn)行顯示，測(cè)得的數(shù)據(jù)比標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間大，將會(huì)向紅色進(jìn)行過度；比標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間小，將會(huì)向藍(lán)色進(jìn)行過度，并且標(biāo)準(zhǔn)輪廓會(huì)根據(jù)采集到的輪廓進(jìn)行修正，采集的數(shù)據(jù)越多，標(biāo)準(zhǔn)輪廓會(huì)越反應(yīng)平均制造水平。根據(jù)采集到的輪胎表面的數(shù)據(jù)計(jì)算RRO，LRO（圖5），中心周長(zhǎng)以及兩側(cè)胎肩處的周長(zhǎng)，同時(shí)可以計(jì)算出胎面接頭的落差位置，胎肩寬度。

圖4 胎胚掃描圖

圖5 數(shù)據(jù)計(jì)算

成型工序的數(shù)字化管控還體現(xiàn)在對(duì)制品精度、工藝要素、設(shè)備精度及貼合精度的監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)，制品方面實(shí)現(xiàn)全尺寸掃描，對(duì)成型前胎面、帶束、胎側(cè)、內(nèi)襯、胎體、鋼包、墊膠的長(zhǎng)、寬、厚全尺寸掃描；工藝方面對(duì)鼓周長(zhǎng)、平面寬、胎體外端點(diǎn)、接頭組合角度，胎面、墊膠長(zhǎng)度與供料壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)與自動(dòng)調(diào)節(jié)，使得接頭平整；設(shè)備方面對(duì)貼合鼓、輔鼓鼓板全尺寸檢測(cè)（跳動(dòng)、段差、傾斜），同軸度檢測(cè)（胎面環(huán)對(duì)輔鼓、胎面環(huán)對(duì)成型鼓）；貼合精度方面對(duì)半制品部件貼合定位精度、接頭質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及調(diào)節(jié)，最終建立制品精度、工藝要素、設(shè)備精度、貼合精度的監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)體系。

3 云應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是新一代全鋼三鼓成型機(jī)的亮點(diǎn)，主要是通過云服務(wù)器采集成型機(jī)的生產(chǎn)及設(shè)備數(shù)據(jù)，進(jìn)行匯總，為生產(chǎn)、設(shè)備問題提供快速解決方案。如圖6所示，云平臺(tái)數(shù)據(jù)采集范圍主要包括運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，質(zhì)量數(shù)據(jù)監(jiān)控、設(shè)備換料數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、元器件及故障報(bào)警統(tǒng)計(jì)、分步序統(tǒng)計(jì)等等。

圖6 云平臺(tái)數(shù)據(jù)采集范圍

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在助力輪胎行業(yè)智能制造，推動(dòng)輪胎行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的過程中起到不可或缺的作用，通過物聯(lián)網(wǎng)，在橡膠工業(yè)智能制造的各個(gè)環(huán)節(jié)建立監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以通過在信息采集的區(qū)域安裝高清陣列紅外視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以保證24 h不間斷對(duì)輪胎智能制造的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)、存儲(chǔ)環(huán)節(jié)等進(jìn)行有效監(jiān)控，通過電子看板，實(shí)時(shí)反饋生產(chǎn)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)以及突發(fā)狀況。

生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)100%自動(dòng)采集；過程相關(guān)報(bào)表100%自動(dòng)完成匯總統(tǒng)計(jì)以及展示。圖7所示為胎胚成型過程，各分步的節(jié)拍，對(duì)每個(gè)節(jié)拍進(jìn)行監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)異常情況可以第一時(shí)間對(duì)該節(jié)拍進(jìn)行檢查，大大節(jié)約設(shè)備維護(hù)時(shí)間。

表2 胎面測(cè)長(zhǎng)數(shù)據(jù)

圖7 節(jié)拍統(tǒng)計(jì)圖

4 小結(jié)

全鋼三鼓成型機(jī)設(shè)備較傳統(tǒng)機(jī)型有了重大改變，新技術(shù)的應(yīng)用使得成型工序向減員，提產(chǎn)，提效的道路上邁出了重要的一大步。數(shù)字化管控及云平臺(tái)數(shù)據(jù)的收集，為質(zhì)量監(jiān)管提供了新思路，推動(dòng)成型工序的發(fā)展。