二维码技术在汽车零部件加工生产线中的应用*

马华杰，袁永军，潘 欢

(1.宁夏大学 物理与电子电气工程学院，银川 750021；2.宁夏小巨人机床有限公司，银川 750002)

0 引言

汽车零部件是构成汽车整体的各单元及服务于汽车的产品统称，它的质量直接关系到汽车的使用安全和寿命周期[1]。随着国内外汽车行业的飞速发展,对零部件加工生产线的智能化要求也越来越高,其中产品质量的监控和追溯尤为重要。二维码由于具有高数据容量、高读取率、编码范围广、纠错能力强、成本低、可靠性好和可实现金属表面直接打码等特性，逐步应用于汽车核心零部件的加工自动化生产线，成为汽车零部件制造行业标准的产品质量追踪手段[2-3]。汽车零部件统一编码与标识新修订的标准规定，关键重要零部件的本体标识，规定采用二维码进行标识。近年来，激光打标广泛应用于汽车行业并且逐渐取代传统的标记技术，市场份额持续增大[4-5]。本文将二维码技术成功应用于汽车发动机缸盖加工自动化生产线，为产品质量的监控和追溯提供了可靠的依据。

1 自动化生产线控制方案

汽车发动机缸盖加工自动化生产线由桁架机械手、机床、上下料料道、抽检台、激光打标机、Q系列PLC系统、以太网交换机等组成，总控方案如图1所示。单向箭头表示工件的工艺流向，双向箭头表示信号的连接方式。桁架机械手用于工件的搬运。首先桁架机械手从上料道抓取毛坯件放入打标台，激光打标机根据总控PLC的信号自动为毛坯件打标，打标完成后读取二维码信息；接着总控PLC将二维码信息发送给桁架机械手；最后桁架机械手抓取零件，放入机床进行加工。二维码信息随着零件加工工序的变化而进行逻辑动态跟踪并显示在监控界面上。信号的交互和处理采用CC-Link通信方式。扫码枪和下料道PLC之间的通信采用RS232串口通讯方式。

根据客户对产能和节拍的要求，该自动化生产线设计为A线和B线，缸盖的加工共有三个工序。机床OP10A、OP20A和OP30A为A线加工单元；机床OP10B、OP20B和OP30B为B线加工单元。

图1 自动化生产线控制方案图

2 二维码码制和标刻技术的选择

目前常用的二维码码制有：PDF417、Data Matrix、QR Code、Code 49、Code 16K和Code One等[2,4]。其中Data Matrix矩阵式二维码具有以下主要特点：编码容量大且密度高，在同等精度和数据内容下，Data Matrix实现编码占用的面积几乎是最小的；具有先进的编码错误检测和强大的纠错算法；对于图像符号的光学反差要求较低，全向可读；只需要读取资料的20%即可精确辨读，适合应用于条码容易受损的场所[4,6]。基于Data Matrix二维码的上述优点，本文选用Data Matrix码制进行标刻。

图2 发动机缸盖Data Matrix码标识

打标识是将编码好的二维码印刷在纸张、塑料，或显示在显示器上，也可直接打印在零件本体上。直接打印在零件本体上的二维码技术称为直接零件标识(Direct Part Marking，DMP))[7-8]。DPM可以用针式打标机、激光打标机、喷码机和化学蚀刻等[9]。利用激光打标机直接在物体表面刻蚀符号，标记清晰，分辨率高，适用于自动化生产线[10]。因此本文采用激光打标机直接在毛坯件表面标刻Data Matrix码。图2为发动机缸盖毛坯面上激光标刻的二维码。

3 二维码信息处理PLC程序

二维码信息的寄存、传递、比对等均通过PLC逻辑程序实现。本文使用MELSOFT GX Works2软件编写了PLC控制程序。

3.1 打标台取件读码PLC程序

当毛坯件被打标扫码后，总控PLC将当前零件二维码信息寄存到缓存寄存器D7400,PLC程序如图3所示。当机械手爪2抓取零件时，寄存到D7400的二维码信息传输给手爪2寄存器D7200，PLC程序如图4所示。

3.2 机床上下料二维码信息传递PLC程序

以OP10A机床为例，机械手将零件从OP10A机床搬入和搬出的二维码信息传递PLC程序如图5和图6所示。当机械手爪1从机床OP10A搬出已加工零件时，将当前零件的二维码信息传递给手爪1寄存器D7100；当机械手爪2搬入待加工零件时，将当前零件的二维码信息传递给机床寄存器D7700。

3.3 零件抽检流程和PLC程序

对于A线，桁架机械手将打标读码完成后的毛坯件送入机床OP10A进行第一道工序的加工，加工完成后，如果OP10A没有抽检信号，零件由桁架机械手送入机床OP20A,继续进行第二道工序的加工；如果有抽检信号，桁架机械手把零件送入抽检台。以A线OP10A工序抽检为例，零件抽检流程图如图7所示。

图7 零件抽检流程图

3.3.1 机床抽检二维码信息传递PLC程序

当机床OP10A有抽检请求时，抽检台将当前零件二维码信息暂存到寄存器D8500，当零件放置抽检台时，将二维码信息存入OP10A抽检记录寄存器D6100，PLC程序如图8所示。

3.3.2 抽检台扫码比对PLC程序

零件抽检完成后，手持扫码枪扫描当前零件二维码，当扫码成功时，将扫码信息寄存到寄存器D150，用比对指令“BKCMP”进行二维码信息比对。PLC程序如图9和图10所示，比对判断PLC程序如图11所示。

3.3.3 抽检合格返回二维码信息传输PLC程序

抽检合格返回二维码信息传输PLC程序如图12所示。料道PLC将手持扫码枪的扫码数据传输给总控PLC寄存器D6900。当机械手爪1从抽检台搬出零件时，将二维码信息传递给手爪1寄存器D7100；当机械手爪2从抽检台搬出零件时，将二维码信息传递给手爪2寄存器D7200。

4 生产线二维码信息动态监控

使用MELSOFT GT Designer3软件开发了该条自动化生产线监控界面，该界面可以实时显示各工序零件二维码的信息，如图13和14所示。根据客户产能的需要，A线正常加工，B线为预留生产线处于离线状态。

图13 抽检返回零件信息与抽检记录信息一致界面

图14 抽检返回零件信息与抽检记录信息不匹配界面

由图13可以看出抽检返回零件的扫码信息和OP20A工序抽检记录的二维码信息一致，机械手将搬运该零件进入OP30A工序继续加工。由图14可以看出抽检返回零件的扫码信息和三个工序抽检记录的二维码信息均不匹配，说明此零件不属于该条生产线抽检的零件，控制系统将报警，需要采取人工干预确认该零件来源。

5 结束语

二维码技术在制造业中的不断应用，反映了制造业水平的不断提升，同时也是制造业发展的趋势。本文将二维码技术成功应用于汽车发动机缸盖加工自动化生产线，实现了零件在加工过程中信息的动态跟踪和质量监控。产品出厂后，扫描缸盖上二维码信息，就可以显示当前零件的供应来源和生产批次，使后续产品质量的跟踪和追溯更为简单、高效。