文/李濤，廖端，尹志勇，黃永普，陳亮·廣汽乘用車有限公司宜昌分公司

為了提高沖壓落料線的成材率及生產(chǎn)效率，降低原材工藝報(bào)廢。我司與鋼廠共同推進(jìn)提升單卷交付重量，促進(jìn)成材率提升課題。通過行業(yè)內(nèi)交流，得知目前各主機(jī)廠提升平均卷重的最優(yōu)對(duì)策為：卷料局部問題區(qū)域標(biāo)記，帶缺陷交付。帶缺陷卷料交付后，主機(jī)廠在使用過程中需對(duì)缺陷部位進(jìn)行識(shí)別、挑選、處理，通過調(diào)研分析，目前采用智能相機(jī)在開卷落料線進(jìn)行缺陷標(biāo)記識(shí)別，然后進(jìn)行缺陷材料自動(dòng)拋料處理，提升落料線生產(chǎn)效率和成材率，同時(shí)消除缺陷材料對(duì)沖壓生產(chǎn)線帶來的品質(zhì)不良或設(shè)備損傷。

2023 年消費(fèi)恢復(fù)形勢(shì)未達(dá)市場(chǎng)預(yù)期，汽車消費(fèi)低迷。開年以來乘用車整體市場(chǎng)持續(xù)下行，3 月份競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入白熱化階段，部分車企發(fā)起了力度空前的價(jià)格戰(zhàn)，這場(chǎng)血拼異常慘烈，艱苦卓絕。面對(duì)這場(chǎng)殘酷的攻堅(jiān)戰(zhàn)，沖壓車間積極響應(yīng)降本增效戰(zhàn)略，通過調(diào)研及行業(yè)對(duì)比分析論證，材料報(bào)廢及開卷線生產(chǎn)效率提升最為棘手，沖壓聯(lián)合各鋼廠共同提出材料鋼卷大卷帶缺陷交付課題，旨在提高沖壓落料線的成材率及生產(chǎn)效率，降低原材工藝報(bào)廢，降低制造成本、提升利潤空間。

沖壓開卷落料工藝流程及成材率

根據(jù)企業(yè)與鋼廠的采購協(xié)議，將卷重8 噸及以上的鋼卷稱為大卷，小于8 噸的鋼卷統(tǒng)稱為小卷。由于卷料受生產(chǎn)工藝限制，生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生如亮點(diǎn)、黑點(diǎn)、劃痕等7 種缺陷，過往為保證卷料生產(chǎn)品質(zhì)，鋼廠會(huì)對(duì)生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的異常部分進(jìn)行分切，造成交付卷重較小，鋼卷數(shù)量變多，生產(chǎn)同樣多的板材需要進(jìn)行多次穿卷、切除料頭、料尾的卷料，導(dǎo)致材料報(bào)廢，生產(chǎn)效率低下。開卷落料線的生產(chǎn)工藝流程如圖1 所示。

圖1 開卷落料線生產(chǎn)工藝流程圖

從鋼廠運(yùn)輸過來的鋼卷需要通過起重機(jī)吊運(yùn)至承卷臺(tái)上，由芯軸實(shí)現(xiàn)穿料，保證鋼卷固定，同時(shí)能轉(zhuǎn)動(dòng)開卷成為鋼帶，為保證生產(chǎn)材料潔凈度，鋼卷外圈需要切除，防止異物通過設(shè)備帶入粘附在生產(chǎn)的板材上，導(dǎo)致品質(zhì)異常，切除卷料外圈的鋼帶首先通過清洗機(jī)進(jìn)行清洗，然后進(jìn)入矯直機(jī)進(jìn)行矯平，消除鋼卷的彎曲應(yīng)力，保證板材平整，再通過輸送機(jī)送至壓機(jī)，按照需要的板材大小、形狀進(jìn)行剪裁，品質(zhì)確認(rèn)無異常后，進(jìn)行正常落料，最后通過皮帶輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸，高精度伺服拍檔器進(jìn)行堆垛，達(dá)到設(shè)定數(shù)量后通過叉車叉運(yùn)材料入庫。

結(jié)合開卷落料線生產(chǎn)工藝，梳理出材料成材率示意圖如圖2 所示，得出成材率的計(jì)算公式：成材率≈X/(a+X+b)，通過公式可得卷料越大，單卷落料長度越大，成材率越高。

圖2 開卷落料線材料成材率示意圖

通過對(duì)比同種零件生產(chǎn)同樣數(shù)量的板料，10 噸的大卷相對(duì)于6 噸的小卷的生產(chǎn)時(shí)間及材料報(bào)廢，見表1，可得大卷相對(duì)于小卷可以節(jié)省穿卷時(shí)間27min，效率提升33.33%，料頭料尾報(bào)廢損失減少119kg，報(bào)廢率降低29.82%，成材率提升0.8%。

表1 開卷落料線材料成材率

開卷落料線材料缺陷識(shí)別處理方案

為了提高沖壓落料線的成材率及生產(chǎn)效率，降低原材工藝報(bào)廢。宜昌分公司沖壓科及采購科聯(lián)合各鋼廠，共同推進(jìn)提升單卷交付重量，促進(jìn)成材率提升的課題。通過對(duì)比分析及溝通交流，得知目前各主機(jī)廠提升平均卷重的最優(yōu)對(duì)策為：卷料局部問題區(qū)域標(biāo)記，帶缺陷交付。帶缺陷卷料交付后，主機(jī)廠在使用過程中需對(duì)缺陷部位進(jìn)行識(shí)別、挑選、處理。

材料缺陷部位識(shí)別處理方法示意圖(圖3)，主要有兩種方式：方式一，在開卷落料線識(shí)別缺陷并進(jìn)行處理，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)停線排查，生產(chǎn)效率損失；方案二，在沖壓線識(shí)別缺陷并進(jìn)行處理，但存在異常流出的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 材料缺陷識(shí)別處理方法示意圖

針對(duì)上述兩種缺陷處理方式，分別制定了兩種大卷廢料段在線檢測(cè)處理方案，如圖4 所示。方案一，采用最新線掃相機(jī)技術(shù)，需要配套光源、編碼器等，成本高，拋料邏輯實(shí)現(xiàn)難度較大，采用高速相機(jī)識(shí)別的準(zhǔn)確性需驗(yàn)證；方案二，采用普通的視覺相機(jī)，A/B 線各需要配套1 個(gè)智能相機(jī)，難點(diǎn)是拍照點(diǎn)受機(jī)械手動(dòng)作影響，拍照時(shí)序，以及拍照視野需要探討。

圖4 大卷廢料段在線檢測(cè)處理方案

兩家廠商的面型相機(jī)均可滿足方案一，兩家的線掃相機(jī)均可滿足兩種方案，但需要增加配套光源和編碼器，報(bào)價(jià)均高于25 萬元，基恩士的新款高速面型相機(jī)20ms 的處理時(shí)間，理論上可滿足方案一現(xiàn)場(chǎng)的視覺檢測(cè)需求；通過經(jīng)濟(jì)性、安裝調(diào)試周期等多方面的對(duì)比考量，最終選擇采用基恩士的面掃相機(jī)在開卷落料線進(jìn)行材料缺陷識(shí)別、處理。

開卷落料線大卷材料缺陷在線檢測(cè)處理系統(tǒng)

創(chuàng)新前的情況

改善前主要存在的問題：為了防止大卷中的缺陷流入生產(chǎn)線，一是采用將缺陷切除，小卷交付；二是對(duì)大卷中缺陷人工標(biāo)記，直接落料，主線生產(chǎn)為零件后再選別。

改善對(duì)策實(shí)施

⑴通過視覺相機(jī)識(shí)別材料缺陷標(biāo)記。通過分析調(diào)研及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，對(duì)生產(chǎn)線體工藝流程進(jìn)行對(duì)比論證，將視覺相機(jī)安裝在開卷落料線進(jìn)給輥之前最為合適，既能保證視覺拍照空間和拍照效果，又能提供拋料反應(yīng)時(shí)間，確保精準(zhǔn)拋料，具體安裝位置如圖5所示。

圖5 視覺相機(jī)安裝位置

⑵視覺模板制作。由于設(shè)備工藝等原因，各鋼廠采用了不同的畫線形式，但都對(duì)顏色進(jìn)行了統(tǒng)一。標(biāo)記最重要的要求為易發(fā)現(xiàn)，主要標(biāo)記方式有兩種如圖6 所示。

圖6 兩種標(biāo)記方式

通過可實(shí)施性及經(jīng)濟(jì)性的對(duì)比分析，與鋼廠達(dá)成統(tǒng)一意見：選擇方案一的標(biāo)記形式作為本次改善的標(biāo)識(shí)樣式；結(jié)合視覺標(biāo)識(shí)，制作視覺模板，由于視覺拍照區(qū)域在拍攝的照片中，搜索區(qū)域里面有標(biāo)記的線條則認(rèn)定為該處材料為缺陷材料，通過研究對(duì)比基恩士視覺系統(tǒng)各種工具的應(yīng)用用途，最終選用“防止錯(cuò)位”工具，調(diào)整拍攝亮度及曝光時(shí)間，改善拍照效果，保證在搜索區(qū)標(biāo)記顏色的線條能被識(shí)別到，通過設(shè)定相似度的分值來判斷識(shí)別是否NG，同時(shí)輸出信號(hào)傳遞給PLC，通知系統(tǒng)識(shí)別到材料標(biāo)記，按照對(duì)應(yīng)的處理方式對(duì)缺陷材料進(jìn)行處理。

⑶自動(dòng)拋料功能優(yōu)化。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)控制邏輯，制定自動(dòng)拋料方案(圖7)，編寫自動(dòng)拋料程序，視覺相機(jī)在識(shí)別到材料缺陷標(biāo)記時(shí)，輸出信號(hào)給PLC，PLC根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)零件的送料長度自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前缺陷所在拋料張數(shù)。當(dāng)落料模具沖壓到該缺陷材料時(shí)，會(huì)直接將缺陷段板料拋料，然后繼續(xù)恢復(fù)生產(chǎn)。

圖7 自動(dòng)拋料方案

⑷HMI 控制面板新增拋料零件跟蹤顯示。為了充分展示識(shí)別到的零件與拋料零件準(zhǔn)確性，在HMI 控制面板增加零件拋料跟蹤示意圖。當(dāng)識(shí)別到缺陷材料后，屏幕顯示識(shí)別位置，同步根據(jù)零件送料情況，顯示需要拋料的零件距離及所在張數(shù)，方便人員跟進(jìn)拋料零件是否正確。

創(chuàng)新改善驗(yàn)證

通過測(cè)試驗(yàn)證，視覺相機(jī)識(shí)別功能正常，自動(dòng)拋料程序正常，結(jié)果見表2。能自動(dòng)識(shí)別材料缺陷并自動(dòng)處理，不影響正常生產(chǎn)，為整體的生產(chǎn)效率和成材率提升創(chuàng)造條件。

表2 測(cè)試結(jié)果

結(jié)束語

本文創(chuàng)新提出了一種開卷落料線自動(dòng)識(shí)別拋料系統(tǒng)。該系統(tǒng)的投入使用，讓帶品質(zhì)缺陷的大卷交付能夠順利實(shí)施，通過本次改善，同樣卷重的大卷可節(jié)省落料線換卷時(shí)間27min，減少材料報(bào)廢119kg；鋼廠加工成本預(yù)計(jì)可節(jié)約22.3 萬元/年。