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）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)較為復雜且新技術(shù)、新標準不斷更新，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，市場競爭及其激烈，隨著數(shù)字產(chǎn)業(yè)的不斷推進，輪胎制造行業(yè)開始不斷探索物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應用，旨在實現(xiàn)一切生產(chǎn)要素的數(shù)字化，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在工業(yè)網(wǎng)路和管理網(wǎng)絡的流動，推動傳統(tǒng)輪胎制造方式的轉(zhuǎn)型，實現(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，機器視覺在過去幾年里有著強勁的發(fā)展，給人們帶來越來越多的益處。萬物互聯(lián)時代，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)，該工序的作用是對輪胎的半制品部件進行組裝成型，成型設備的質(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)動下的成型工序建設也是一個吐故納新的過程，傳統(tǒng)成型設備升級改造向智能化的生產(chǎn)過程和全面集成的數(shù)字設計和制造看齊，形成自動化、信息化、智能化的生產(chǎn)線；利用機器視覺、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)胎胚滾壓的精準控制與提前判級。本文所述成型設備的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

如圖1新式全鋼子午線輪胎三鼓成型機與傳統(tǒng)機型相比，主體結(jié)構(gòu)基本不變，分為主機和輔機兩部分，輔機負責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。本文重點介紹新機型的一些重大改變。

圖1 設備整體布局

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)需求可以實現(xiàn)徑向、軸向和旋轉(zhuǎn)運動,進行各位置的壓合，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)速實現(xiàn)成型過程中胎側(cè)的旋拉反包功能。

傳統(tǒng)成型機胎胚的滾壓依靠程序中的后壓輥軸向和徑向坐標參數(shù)執(zhí)行軌跡運動，沒有考慮壓輥氣缸升出后壓輥實際與胎面接觸點的位置與參數(shù)是有偏差的。新成型機把氣缸升出后的這段距離在程序中用函數(shù)進行補償，與輸入程序的胎面厚度，胎肩圓弧角度等計算，不用再輸入各個滾壓位置的軸向和徑向參數(shù)，根據(jù)自動生成的數(shù)據(jù)實時修正胎胚的滾壓軌跡，通過一定數(shù)量的積累和計算，實現(xiàn)規(guī)格輪胎的標準化軌跡輸出。

1.2 胎面供料

傳統(tǒng)機型成型機胎面供料架位于帶束鼓后側(cè)，同時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。工作時存放架被放置在升降平臺上，按存放架層數(shù)，升降平臺由高而下自動升降。該裝置滿料多層存放架進入供料架時，采用滾輪輸送，滾輪帶楔形的擋邊，通過鏈條傳動，可以在輸送的過程中通過楔形擋邊自動調(diào)整，定位多層存放架。滾輪防護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，通過動力輥引出機構(gòu)插入存放架柵格板之間空當，升降平臺下降時動力棒將胎面托起，稍作延時，然后動力輥旋轉(zhuǎn)將胎面引出，逐條傳送到貼合位置進行貼合

1.3 帶束層定長裁斷

胎面前模板裝有輥床機構(gòu)，通過壓輥機構(gòu)將胎面與輸送帶緊密粘合，并將實際檢測長度與鼓周長進行對比，確保接頭精度控制，前模板擺動架采用直線型式便于胎面的導正。貼合張力可以調(diào)節(jié)，胎面長度允許偏差范圍0～5 m?，F(xiàn)有成型機在向全自動無人操作邁進的路程上存在幾個較大的難題需要攻克，其中之一就是胎面自動測長拉伸貼合。胎面實現(xiàn)自動貼合的前提是能精確測量胎面長度，從而計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)有成型機胎面測長裝置，主要原理均為測量胎面頭部與尾部之間的距離，例如采用外部移動測距開關(guān)，測量胎面尾部位置。由于移動測距開關(guān)很大程度上受機械安裝精度影響，測量誤差很大，同時移動測距開關(guān)需要根據(jù)胎面顏色辨別，測距開關(guān)照射胎面尾部的波浪形斷面（如圖2），其不同的檢測位置，測量的結(jié)果相差很大，同時移動測距開關(guān)如果檢測到相近顏色的物體，例如膠漿，誤認為檢測到胎面尾部，測量結(jié)果完全無用。胎面長度實際為斜邊1和斜邊2之間的距離，由于斜邊2位于波浪形斷面下方，普通測長方式無法準確檢測到斜邊2位置，而是通過檢測波浪形斷面估算斜邊2位置，在處理波浪形斷面時常采用補償法進行計算，導致同一條胎面的多次測量結(jié)果最大差值可達到6 cm。

圖2 胎面斷面形狀

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

圖3 胎面貼合方式

表1 胎面測長數(shù)據(jù)

2 數(shù)字化掃描

長期以來，我們對于成型胎胚的質(zhì)量評價主要基于兩個維度：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結(jié)果來反向評價。上述兩個維度的評價基本可以滿足目前的質(zhì)量管控要求，但是隨著市場競爭日益激烈，客戶對于輪胎品質(zhì)以及性價比的要求越來越高，當前質(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，利用機器視覺、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)胎胚滾壓的精準控制與提前判級。

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

滾壓完成后，對胎胚輪廓進行掃描，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，采集數(shù)據(jù)生成的輪廓與計算得到的輪胎標準輪廓進行對比，并以不同顏色進行顯示，測得的數(shù)據(jù)比標準區(qū)間大，將會向紅色進行過度；比標準區(qū)間小，將會向藍色進行過度，并且標準輪廓會根據(jù)采集到的輪廓進行修正，采集的數(shù)據(jù)越多，標準輪廓會越反應平均制造水平。根據(jù)采集到的輪胎表面的數(shù)據(jù)計算RRO，LRO（圖5），中心周長以及兩側(cè)胎肩處的周長，同時可以計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)計算

成型工序的數(shù)字化管控還體現(xiàn)在對制品精度、工藝要素、設備精度及貼合精度的監(jiān)測及評價，制品方面實現(xiàn)全尺寸掃描，對成型前胎面、帶束、胎側(cè)、內(nèi)襯、胎體、鋼包、墊膠的長、寬、厚全尺寸掃描；工藝方面對鼓周長、平面寬、胎體外端點、接頭組合角度，胎面、墊膠長度與供料壓力進行監(jiān)測與自動調(diào)節(jié)，使得接頭平整；設備方面對貼合鼓、輔鼓鼓板全尺寸檢測（跳動、段差、傾斜），同軸度檢測（胎面環(huán)對輔鼓、胎面環(huán)對成型鼓）；貼合精度方面對半制品部件貼合定位精度、接頭質(zhì)量進行實時監(jiān)測及調(diào)節(jié)，最終建立制品精度、工藝要素、設備精度、貼合精度的監(jiān)測及評價體系。

3 云應用

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是新一代全鋼三鼓成型機的亮點，主要是通過云服務器采集成型機的生產(chǎn)及設備數(shù)據(jù)，進行匯總，為生產(chǎn)、設備問題提供快速解決方案。如圖6所示，云平臺數(shù)據(jù)采集范圍主要包括運行狀態(tài)實時監(jiān)控，質(zhì)量數(shù)據(jù)監(jiān)控、設備換料數(shù)據(jù)統(tǒng)計、元器件及故障報警統(tǒng)計、分步序統(tǒng)計等等。

圖6 云平臺數(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，推動輪胎行業(yè)轉(zhuǎn)型升級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不間斷對輪胎智能制造的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)、存儲環(huán)節(jié)等進行有效監(jiān)控，通過電子看板，實時反饋生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)以及突發(fā)狀況。

生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)100%自動采集；過程相關(guān)報表100%自動完成匯總統(tǒng)計以及展示。圖7所示為胎胚成型過程，各分步的節(jié)拍，對每個節(jié)拍進行監(jiān)測，出現(xiàn)異常情況可以第一時間對該節(jié)拍進行檢查，大大節(jié)約設備維護時間。

表2 胎面測長數(shù)據(jù)

圖7 節(jié)拍統(tǒng)計圖

4 小結(jié)

全鋼三鼓成型機設備較傳統(tǒng)機型有了重大改變，新技術(shù)的應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)字化管控及云平臺數(shù)據(jù)的收集，為質(zhì)量監(jiān)管提供了新思路，推動成型工序的發(fā)展。