楊文超

上汽通用汽車銷售有限公司 上海 202205

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，汽車產(chǎn)品召回已經(jīng)成為一種成熟的解決汽車產(chǎn)品缺陷的機(jī)制，為保護(hù)消費(fèi)者利益和汽車行業(yè)的健康發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。汽車制造企業(yè)紛紛認(rèn)識到關(guān)鍵件的可追溯性是產(chǎn)品質(zhì)量保證的關(guān)鍵要素。隨著《缺陷汽車產(chǎn)品召回管理規(guī)定》的頒布以及新能源汽車的普及，汽車制造企業(yè)必須積極對待因?yàn)楦黝悊栴}所導(dǎo)致的汽車召回，尤其是安全問題，并在解決問題時(shí)盡量降低成本[2]。

為便于進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量追溯和市場追溯，一般汽車主機(jī)廠需在汽車零部件上刻印產(chǎn)品追溯碼。目前常見的汽車零部件標(biāo)記方式有模具鑄造、電腐蝕標(biāo)記、不干膠、機(jī)械打刻、氣動(dòng)標(biāo)記和激光標(biāo)刻。若采用傳統(tǒng)的機(jī)械劃刻方式，由于工件為高溫合金，強(qiáng)度硬度較高，易造成劃刻頭耗損嚴(yán)重。而激光標(biāo)刻方式，因其獨(dú)特的工作原理，其快速、可編程、非接觸的工藝效果好且持久，通常不受生產(chǎn)過程中所需步驟的影響，具有更環(huán)保、高效的特點(diǎn)，并且應(yīng)用范圍廣，在企業(yè)制造成本控制等方面的優(yōu)勢讓其成為日后市場的主力軍。

激光標(biāo)刻原理

激光標(biāo)刻是利用高能量的激光束使材料瞬間熔化甚至汽化，伴隨振動(dòng)、沖擊等作用，輔以高壓氣吹除熔渣，隨著光束與材料相對高速移動(dòng)，在材料表面產(chǎn)生具有一定深度的凹槽，從而形成精美的文本、圖案、序列號等信息。激光標(biāo)刻核心硬件構(gòu)成如圖1所示。

圖1 激光標(biāo)刻核心硬件

激光標(biāo)刻概述

1.流水線應(yīng)用技術(shù)要求

實(shí)現(xiàn)零部件的批量全自動(dòng)上料、定位、打刻、識別及下料作業(yè)；各類零部件綜合生產(chǎn)節(jié)拍（含上下料及輔助時(shí)間）≤12s/件；生產(chǎn)時(shí)間：1440min/天，產(chǎn)量：5862 件/天，143.64 萬件/年（計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：單機(jī)開動(dòng)率 99%，全年工作日 245 天，整體打刻節(jié)拍≤12s/件）；激光打刻要求字符品質(zhì)測定通過字符品質(zhì)分析軟件連續(xù)測定1000 臺份，A 級以上≥99.9%；激光打刻要求在熱處理前后或切削液附著下表面處理后識別率≥99.9%，掃碼讀取時(shí)間≤1s。

2.激光標(biāo)刻優(yōu)勢

傳統(tǒng)機(jī)械打刻：需要安裝夾具，夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，反作用力大；打刻頭存在磨損，劃刻質(zhì)量不一，且耗材費(fèi)用大；自動(dòng)化生產(chǎn)過程需要對位、夾緊，動(dòng)作繁瑣，影響生產(chǎn)節(jié)拍；材料適應(yīng)性差，接觸加工，無法劃刻高強(qiáng)度鋼。

激光標(biāo)刻：非接觸加工，無需裝夾，僅需定位，無耗材；標(biāo)刻速度快，12個(gè)字符激光標(biāo)刻5s內(nèi)完成；標(biāo)刻字符清晰，標(biāo)刻深度精確可控;材料適應(yīng)性好，柔性高，兼容高強(qiáng)鋼、鋁合金等。

高效率、智能化的激光標(biāo)刻未來將會(huì)應(yīng)用更廣泛。

激光標(biāo)刻方案設(shè)計(jì)

針對5類零部件提供5套全自動(dòng)標(biāo)刻優(yōu)化策略，包括機(jī)器人（伺服移載系統(tǒng)）、視覺識別系統(tǒng)、激光標(biāo)刻系統(tǒng)、OCR字符識別系統(tǒng)及掃碼異常件收集滑道等。提供視覺系統(tǒng)便于產(chǎn)品上下料及轉(zhuǎn)運(yùn)定位（僅內(nèi)接頭、外接頭采用視覺識別定位，其他產(chǎn)線采用機(jī)械定位），提供OCR字符識別系統(tǒng)，便于劃刻后進(jìn)行字符劃刻效果比對。

1）外接頭零件方案組成如圖2所示，包括六軸機(jī)器人（地樁式）、2D 視覺識別系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤、激光標(biāo)刻系統(tǒng)、OCR 字符識別掃描系統(tǒng)及掃碼異常件收集滑道。雙工位轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)可有效提升生產(chǎn)節(jié)拍。

圖2 外接頭零件方案組成

2）內(nèi)接頭零件方案組成如圖3所示，包括六軸機(jī)器人（地樁式）、2D 視覺識別系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤、激光標(biāo)刻系統(tǒng)、OCR 字符識別掃描系統(tǒng)及掃碼異常件收集滑道。雙工位轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)可有效提升生產(chǎn)節(jié)拍。

3）星形套零件方案組成如圖4所示，包括伺服移載機(jī)構(gòu)、2D視覺識別系統(tǒng)、激光標(biāo)刻系統(tǒng)、OCR 字符識別掃描系統(tǒng)及掃碼異常件收集滑道。

圖4 星形套零件方案組成

4）十字軸零件方案組成如圖5所示，包括伺服移載機(jī)構(gòu)、2D視覺識別系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤、激光劃刻系統(tǒng)、OCR 字符識別掃描系統(tǒng)及掃碼異常件收集滑道。

圖5 十字軸零件方案組成

5）驅(qū)動(dòng)軸零件方案組成如圖6所示，驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)入工作位，由提升機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品舉升，將產(chǎn)品上下夾持、端面夾持后，進(jìn)行標(biāo)刻。

圖6 驅(qū)動(dòng)軸零件方案組成

6）異常件放置滑道設(shè)計(jì)如圖7所示。異常件放置滑道由支架、滑道、輥筒、檢測傳感器組成，異常件由滑道異常件放料區(qū)放入，自動(dòng)滑入異常件存放區(qū)，檢測傳感器1用于檢測滑道內(nèi)有無異常件。

圖7 異常件放置滑道

激光標(biāo)刻單元局部設(shè)計(jì)

1）內(nèi)接頭標(biāo)刻示例如圖8所示。

圖8 激光標(biāo)刻單元（內(nèi)球頭標(biāo)刻）

2）外接頭示例如圖9所示。

圖9 激光標(biāo)刻單元（外接頭標(biāo)刻）

激光標(biāo)刻工藝驗(yàn)證

激光標(biāo)刻工藝參數(shù)見表1。方案采用激光平均功率（一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)單位時(shí)間所輸出的激光能量，是脈沖能量和脈沖頻率的乘積，激光功率越高，激光能量越強(qiáng)）80W和20W組合；對應(yīng)激光頻率（每秒鐘激光光斑的個(gè)數(shù),在相同的平均功率下，激光頻率越大，則每個(gè)光斑的能量越大）分別是70kHz和90kHz；掃描速度（掃描速度取決于振鏡X、Y軸的擺動(dòng)速度）分別為2000mm/s和3000mm/s；標(biāo)刻區(qū)域3mm×12mm；標(biāo)刻遍數(shù)（標(biāo)刻遍數(shù)取決于標(biāo)刻深度）分別為6遍和1遍；CT時(shí)間（Cycle time，整個(gè)標(biāo)刻節(jié)拍）統(tǒng)一為4.6s，場鏡型號為F160（160代表場鏡焦距160mm）。

表1 激光標(biāo)刻工藝參數(shù)

五套激光標(biāo)刻系統(tǒng)均采用以上激光標(biāo)刻工藝參數(shù)，先使用80W高功率清理基材表面污染物并加深標(biāo)刻深度，再增加20W低功率標(biāo)刻使得字符表面更清晰，兩次標(biāo)刻總時(shí)長不超過5s，滿足標(biāo)刻節(jié)拍要求。

內(nèi)接頭標(biāo)刻工件外表面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證如圖10所示，效果如圖11和圖12所示。機(jī)器人抓取工件軸部旋轉(zhuǎn)90°臥式置于轉(zhuǎn)盤上料點(diǎn)，2D視覺相機(jī)拍照并反饋工件槽向信息進(jìn)行夾裝定位。雙工位轉(zhuǎn)盤夾緊限位后，旋轉(zhuǎn)至標(biāo)刻點(diǎn)進(jìn)行激光標(biāo)刻。同時(shí)機(jī)器人抓取新工件放置于轉(zhuǎn)盤另一工位進(jìn)行視覺定位并等待標(biāo)刻。OCR掃描系統(tǒng)完成字符掃描識別，并將結(jié)果傳遞給機(jī)器人。若掃描結(jié)果異常，機(jī)器人將NG件放置到異常件收集滑道。

圖10 內(nèi)接頭標(biāo)刻工件外表面

圖11 激光標(biāo)刻效果

圖12 激光標(biāo)刻后OCR字符識別

結(jié)語

本文對激光標(biāo)刻技術(shù)及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析和研究，提供了5套零件的可落地優(yōu)化標(biāo)刻及策略。并且實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，展示效果，大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了企業(yè)成本。

激光刻印的自動(dòng)化程度將來會(huì)更高，可實(shí)現(xiàn)主機(jī)廠和零部件供應(yīng)商標(biāo)記信息數(shù)據(jù)庫的建立和云端無縫鏈接。并且產(chǎn)線上的激光標(biāo)刻應(yīng)用以后同樣會(huì)運(yùn)用到汽車售后市場中，實(shí)現(xiàn)快速標(biāo)刻，全生命周期跟蹤。如發(fā)動(dòng)機(jī)的缸印號，通過手持式激光標(biāo)刻，同時(shí)通過OCR字符識別上傳云端，供車管所等單位調(diào)取，實(shí)現(xiàn)異地變更，不再沿用當(dāng)前新舊發(fā)動(dòng)機(jī)必須同時(shí)到登記地車管所進(jìn)行變更，信息時(shí)代勢必選擇信息化管理更強(qiáng)大的體系來替代落后的體系。