高貴麟 蘇廣川 邰偉彬 楊詠 宋欣哲 孫立亞
(中國(guó)第一汽車集團(tuán)有限公司,長(zhǎng)春130012)
隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展,用戶對(duì)汽車鈑金質(zhì)量要求越來(lái)越高,產(chǎn)品的可追溯成為質(zhì)量控制環(huán)節(jié)中的一個(gè)關(guān)鍵要素。沖壓件質(zhì)量可追溯問(wèn)題也一直是沖壓行業(yè)探討的重要課題,沖壓件打碼是實(shí)現(xiàn)沖壓件質(zhì)量可追溯的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。整車出廠時(shí),鈑金打碼標(biāo)識(shí)隨整車一起流通,產(chǎn)品使用中所出現(xiàn)的問(wèn)題能及時(shí)反饋給主機(jī)廠,是質(zhì)量改進(jìn)的重要依據(jù)。單件打碼是未來(lái)質(zhì)量可追溯的趨勢(shì)。
目前,國(guó)內(nèi)沖壓件普遍采用機(jī)械打碼,即將機(jī)械打碼裝置集成在模具上,隨模具對(duì)沖壓件施加壓力,完成零件打碼。機(jī)械打碼結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化,分為可拆卸式批次打碼機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)刻印打碼機(jī)構(gòu)及自動(dòng)計(jì)數(shù)型打碼機(jī)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)從批次到單件打碼,但仍然受制于模具的安裝空間不能滿足所有沖壓件的打碼需求,還存在因故障修理、批次更換占用整線生產(chǎn)時(shí)間的缺點(diǎn)。詳細(xì)介紹了在沖壓線線尾集成的激光打碼技術(shù),并與射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification,RFID)、二維碼、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)、通信及整線同步控制等綜合集成,規(guī)避了機(jī)械打碼的弊端,實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)從原材料到成品件的全過(guò)程身份識(shí)別及追溯。
機(jī)械打碼工作原理:打碼機(jī)構(gòu)通過(guò)螺釘安裝在沖壓模具上模,打碼標(biāo)識(shí)高于模具型面0.3~0.5 mm,沖壓件生產(chǎn)時(shí),模具閉合到底,打碼結(jié)構(gòu)的凸出部分通過(guò)擠壓沖壓鈑金零件表面產(chǎn)生塑性變形,完成生產(chǎn)日期打碼。
常用的機(jī)械打碼機(jī)構(gòu)有拆卸式批次打碼機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)式打碼機(jī)構(gòu)。
2.1.1 結(jié)構(gòu)形式
拆卸式打碼機(jī)構(gòu)由安裝座、凸模、墊片、螺釘、銷釘組成,如圖1 所示。
圖1 拆卸式打碼機(jī)
2.1.2 生產(chǎn)信息標(biāo)記
生產(chǎn)信息使用4 位數(shù)字表示,前2 位為年,后2位為周。如“2036”表示2020 年第36 周生產(chǎn)。2.1.3 周標(biāo)更換方法
在零件生產(chǎn)前,模具上下模打開(kāi),生產(chǎn)人員將打碼裝置整體取下,再拆下固定墊板的螺栓,以彈簧銷為支點(diǎn),旋轉(zhuǎn)墊板,取出和更換帶有數(shù)字的凸模,重新安裝到模具上,如圖2 所示。
圖2 周標(biāo)凸模更換
該周標(biāo)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,占用安裝空間?。ɑ境叽缛鐖D3 所示),成本較低。
圖3 拆卸式打碼機(jī)構(gòu)基本尺寸
該周標(biāo)缺點(diǎn)如下。
a. 打碼標(biāo)識(shí)需要人工操作和在線更換,占用生產(chǎn)時(shí)間5 min/個(gè),一模四件的產(chǎn)品需要更換4 個(gè)打碼標(biāo)識(shí),雙人操作需要停線約10 min,且打碼機(jī)構(gòu)中的螺釘和字頭較小,更換過(guò)程中容易掉落丟失。
b. 打碼標(biāo)識(shí)設(shè)置在產(chǎn)品的非功能結(jié)構(gòu)面上,裝車后不能外露,發(fā)罩外板、四門外板等零件通常無(wú)法打碼。
c.追溯時(shí)間精度只能到周。
2.2.1 結(jié)構(gòu)形式
旋轉(zhuǎn)刻印打碼機(jī)構(gòu)由字輪、止鎖按鈕、主軸、安裝座、墊片、螺釘?shù)冉M成,如圖4 所示。
2.2.2 生產(chǎn)信息標(biāo)記
生產(chǎn)信息使用4 位數(shù)字表示,前2 位為年,后2位為周,與拆卸式打碼機(jī)構(gòu)含義相同。
2.2.3 周標(biāo)更換方法
在零件生產(chǎn)前,模具上下模打開(kāi),生產(chǎn)人員需雙手同時(shí)按下止鎖按鈕,然后撥動(dòng)輪片調(diào)整到當(dāng)前生產(chǎn)日期,再雙手按下止鎖按鈕,鎖住輪片。
該周標(biāo)更換操作簡(jiǎn)單,不需要拆卸,在線調(diào)整生產(chǎn)日期時(shí)間不超過(guò)1 min,減少了生產(chǎn)線停機(jī)。
該周標(biāo)缺點(diǎn)如下:
a.占用空間大,如圖5 所示。由于翼子板等零件模具安裝空間不足,無(wú)法使用該結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件;
b.字輪為易耗品,損壞時(shí)需要整片更換,更換成本高;
c. 打碼標(biāo)識(shí)設(shè)置在產(chǎn)品的非功能結(jié)構(gòu)面上,裝車后不能外露,發(fā)罩外板、四門外板等零件通常無(wú)法打碼;
d.追溯時(shí)間精度只能到周。
2.3.1 結(jié)構(gòu)形式及工作原理
旋轉(zhuǎn)刻印打碼機(jī)構(gòu)由刻印組件(字輪、主軸、安裝座)、撥動(dòng)組件(棘爪、驅(qū)動(dòng)彈簧、襯套、撥動(dòng)轉(zhuǎn)軸)、底座組件(復(fù)位彈簧、底板、墊片、護(hù)板、螺釘)3 部分組成,如圖6 所示。零件生產(chǎn)時(shí),打碼機(jī)構(gòu)隨模具上模向下運(yùn)動(dòng),支架頂端首先接觸下模,帶動(dòng)棘爪移動(dòng),壓縮到底后,刻印組件完成刻印,同時(shí)棘爪移動(dòng)到字輪側(cè)面下一個(gè)分度槽中。模具上模向上運(yùn)動(dòng),打碼結(jié)構(gòu)上復(fù)位彈簧推動(dòng)撥動(dòng)組件恢復(fù)壓縮前狀態(tài),撥動(dòng)組件撥動(dòng)字輪旋轉(zhuǎn)至少一個(gè)刻印分度,完成自動(dòng)生產(chǎn)計(jì)數(shù)。
圖6 自動(dòng)計(jì)數(shù)型打碼機(jī)構(gòu)
2.3.2 生產(chǎn)信息標(biāo)記
生產(chǎn)信息使用7 位數(shù)字表示,前2 位為周,后5位為生產(chǎn)數(shù)量。如“3614586”表示36 周生產(chǎn)的第14 586 個(gè)零件。
2.3.3 周標(biāo)更換方法
在零件生產(chǎn)前,模具上下模打開(kāi),生產(chǎn)人員手動(dòng)調(diào)整第1、2 片字輪至當(dāng)前生產(chǎn)日期,后5 位字輪自動(dòng)計(jì)數(shù)不需要調(diào)整。其優(yōu)點(diǎn)如下。
a. 周標(biāo)更換操作簡(jiǎn)單,不需要拆卸,在線更換時(shí)間低于1 min,減少了生產(chǎn)線停機(jī);
b.追溯時(shí)間可精確打碼到零件。
該周標(biāo)缺點(diǎn)如下:
c.占用空間大,如圖7 所示。由于翼子板等多種零件模具安裝空間不足,無(wú)法使用該結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件;
圖7 自動(dòng)計(jì)數(shù)型打碼機(jī)構(gòu)基本尺寸
d.打碼機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高;
e. 打碼標(biāo)識(shí)設(shè)置在產(chǎn)品的非功能結(jié)構(gòu)面上,裝車后不能外露,發(fā)罩外板、四門外板等零件通常無(wú)法打碼。
高速?zèng)_壓線激光打碼技術(shù)是集成激光技術(shù)、RFID、二維碼、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)、通信及整線同步控制的綜合技術(shù),可實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)從原材料到成品件的全過(guò)程識(shí)別及追溯。不同制件的打碼信息伴隨模具信息自動(dòng)匹配并與生產(chǎn)線聯(lián)動(dòng),消除了模具打碼換標(biāo)的在線或離線等待時(shí)間,打碼追溯時(shí)間可以精確到零件且打碼范圍更廣,同時(shí)滿足不同時(shí)期、不同車型制件的唯一性標(biāo)志需求。
激光打碼機(jī)構(gòu)包括沖壓線的下件機(jī)器人、穿梭車、分揀機(jī)器人和線尾皮帶,還包括待打碼的沖壓件、機(jī)械臂和激光打碼器[1],如圖8 所示。首先打碼系統(tǒng)提取沖壓線生產(chǎn)信息計(jì)算機(jī)器人打碼位置,然后根據(jù)運(yùn)算出二維碼信息在用戶所有鈑金產(chǎn)品下表面用激光打碼機(jī)打刻二維碼;同時(shí)智能視覺(jué)系統(tǒng)掃描前一步驟打刻的二維碼,讀取信息并與源數(shù)據(jù)對(duì)比確認(rèn)信息準(zhǔn)確性;二維碼讀碼完畢后打碼系統(tǒng)向沖壓線反饋完成信號(hào),工件可進(jìn)入下一道工序,同時(shí)將讀取的二維碼信息回傳至制造運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)(Manufacturing Operation Man?agement,MOM),與采集的沖壓生產(chǎn)數(shù)據(jù)綁定。
圖8 沖壓件在線激光打碼裝備及布置
3.2.1 二維碼信息內(nèi)容
二維碼信息包括沖壓車間、配方號(hào)、生產(chǎn)日期、批次號(hào),由打碼系統(tǒng)生成,打刻矩陣式二維碼(Data Matrix,DM),各信息位數(shù)及二維碼內(nèi)容示例如下。
A-001-20200309-0123:A 為確定值,指某工廠沖壓車間;001 為沖壓線當(dāng)前生產(chǎn)配方號(hào),由打碼設(shè)備自沖壓線提取,同時(shí)打碼機(jī)器人根據(jù)此配方號(hào)自動(dòng)調(diào)整已設(shè)定好的角度、距離;20200309 為生產(chǎn)時(shí)間;0123 為生產(chǎn)順序號(hào))。
3.2.2 二維碼大小
打碼系統(tǒng)需滿足以下3種大小的二維碼打刻要求:9.6 mm×9.6 mm;15 mm×15 mm;20 mm×20 mm,如圖9 所示。
圖9 沖壓件激光二維碼
身份識(shí)別系統(tǒng)主要組件采用KUKA 6 軸工業(yè)機(jī)器人,光纖激光打碼機(jī)采用Videojet 7510,二維碼識(shí)別裝置采用MV 系列工業(yè)智能相機(jī),識(shí)別系統(tǒng)采用ID5000 智能讀碼器。
二維碼打刻打刻時(shí)間控制要求小于800 ms,其它可通過(guò)機(jī)器人軌跡設(shè)定及優(yōu)化滿足沖壓線15 次/min 節(jié)拍要求。
由于激光打碼成熟可靠性且具有掃碼確認(rèn)功能,可確保掃碼質(zhì)量的閉環(huán)管理。
激光打碼應(yīng)用范圍可覆蓋汽車主機(jī)廠內(nèi)制沖壓件,包括側(cè)圍、翼子板、門內(nèi)/外板、發(fā)罩、后蓋、頂蓋等。
激光打碼系統(tǒng)維修簡(jiǎn)單方便。通過(guò)針對(duì)電柜、打碼系統(tǒng)的檢測(cè)和執(zhí)行元件的接線情況、電氣柜內(nèi)潔凈狀態(tài)、電纜有無(wú)損壞等實(shí)施定期常規(guī)性點(diǎn)檢即可保證裝置的正常運(yùn)行。
沖壓件質(zhì)量可追溯信息向上游可以和板料信息綁定,向下游可以通過(guò)焊接時(shí)掃碼綁定,進(jìn)而與整車信息綁定,達(dá)成全鏈條身份信息的唯一性跟蹤管理。
通過(guò)針對(duì)沖壓件機(jī)械打碼和激光打碼的結(jié)構(gòu)、原理及實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題總結(jié)分析,可以實(shí)現(xiàn)沖壓?jiǎn)渭虼a,并通過(guò)與焊接白車身掃碼信息進(jìn)一步綁定,打通信息傳遞通道,保證打碼信息的唯一性,從而實(shí)現(xiàn)針對(duì)沖壓?jiǎn)渭|(zhì)量問(wèn)題可追溯。同時(shí)通過(guò)把質(zhì)量可追溯相關(guān)信息與沖壓領(lǐng)域中控系統(tǒng)相關(guān)聯(lián),形成制件全生命周期的質(zhì)量檔案信息庫(kù),為持續(xù)改善及標(biāo)準(zhǔn)建立提供數(shù)據(jù)支持。