基于前次偏差的开卷线堆垛小车精度控制方法

王国富 王长勇 刘冬 汪建余 孟鲁海

摘 要：开卷线作为汽车制造领域的第一道工序，负责将钢（铝）卷矫平，并根据后续零件大小裁剪板料，堆垛小车用于码齐堆放裁剪的料片，目前堆垛小车开入设备时制动点固定，空载、半载、满载不同状态小车开入过程中由于制动距离不同导致每次堆垛小车停止位置不同，进而影响堆垛精度造成板料质量问题，影响后续生产。本文通过记录堆垛小车首次开入时的实际制动距离，反推新制动点，令堆垛小车开出一定距离后，基于前次偏差计算的新制动点进行制动，做到精准停车，进而消除由于停车偏差带来的质量问题。

关键词：开卷线;堆垛小车;前次偏差

中图分类号：U466 文献标识码：A

0 引言

開卷线作为汽车制造冲压领域的第一道工序，其主要作用是将钢厂打包好的钢（铝）卷进行拆卷、矫平消除应力、根据后续工位所需板料尺寸进行裁剪、最终进行堆垛落料，堆垛工位落料过程是否产生错层、拍打变形将质量问题将严重影响后续工位的生产效率及制件质量。《开卷落料线规划设计思路浅谈》中，介绍了目前开卷落料线目前常用的三种堆垛方式分别是皮带机/人工下料，机器人下料，电磁皮带堆垛下料[1]，本文涉及的堆垛方式为多工位电磁皮带堆垛下料，该下料方法节拍更高，目前最高节拍可到105SPM，相应的节拍越高，对落料位置要求越准确[2]。落料位置偏差会导致料片边缘磕碰变形，文章《首钢落料线常见质量缺陷分析及控制措施》详细介绍了开卷落料线可能产生的缺陷类型，提到了在堆垛部分，落料位置偏差导致拍打器怕打变形造成板料边缘损失[3]。

目前关于开卷线堆垛质量问题解决方式多为通过调整挡块位置进行缓解，这种方式的优点是见效快，能快速恢复生产，在生产过程中经常采用，但是其缺点是不能根据缺陷产生原因对症下药，做到最终解决。

本文针对堆垛小车由于每次开入设备时停止位置不固定导致的板料质量问题进入深入研究，通过记录堆垛小车首次开入时的实际制动距离，然后令堆垛小车开出一定距离后，基于前次实际制动距离计算新制动点进行制动，做到精准停车，进而消除由于小车停车不准导致的缺陷。

1 原理介绍

本文以一汽-大众汽车有限公司天津冲压车间800T开卷线为研究对象。

开卷落料线主要由以下9部分组成，每部分的名称及作用如下：

1）承卷台：存放卷料，减少换卷时间;

2）开卷机：将卷料从上或从下拉开;

3）引料装置：将料引入设备，自动裁剪掉料卷最外侧;

4）清洗机：对料带进行清洗;

5）矫直机：矫正料带去除应力;

6）活套装置：无间隙空挡的加工作为料带的储存器;

7）辊子送料：将料材送入压机;

8）压机：装夹模具对料带进行剪裁;

9）堆垛：对剪裁完的料片进行堆垛。

接下来详细对堆垛装置进行介绍：

整个堆垛装置共有四个工作位置成为堆垛巢，分别命名为巢1.1，1.2，2.1，2.2，对于进距较长的板料如侧围等需要巢1.1，1.2合并成1个落料位，对于普通板料1.1，1.2可单独落料，提升生产节拍，每个巢对应6个挡块，其中3个可拍打，3个固定挡块，总计24个，堆垛区域有4辆堆垛小车，位于堆垛装置两侧，如图1所示，具体堆垛生产过程详见下图2。

2 堆垛问题分析及解决方案

2.1 质量原因分析

由堆垛引起的质量缺陷主要以下几种：错层、拍打变形、拍打印。

通过近一年现场统计堆垛位置产生的质量问题，造成拍打变形和错层的原因中堆垛小车位置错位占了90%以上。而堆垛小车造成错层的原因为：减速位置固定，当堆垛小车空载、负载、满载向设备里开入时，在同一个位置开始减速由于小车负载重量不同，造成停止位置不同，小车停止位置误差在正负5 mm，而拍打挡块精度为1 mm，所以，当小车开入出生偏差大于1 mm小于5 mm时，就会设备不报警而挡块拍打错层、变形等问题。

2.2 方案

通过记录堆垛小车首次开入时的实际制动距离x，然后堆垛小车开出一定时间3 s后，基于前次偏差x计算新的制动点进行制动，做到精准停车方案如图3所示。

3 效果验证

本方案于2020年5月投入运行，至今开卷落料线堆垛区域由于停车位置偏差导致的质量问题得到100%消除，堆垛质量如图4所示，证明了本文方法的有效性。此外本文基于现场实际考虑到堆垛小车升起后有20 s等待落料时间，因此利用3 s进行反向开出重新制动，总用时比原来多4.7 s，但通过减少等待时间（等待时间由20 s减小到15 s）并未影响现场生产效率。

4 总结展望

本文针对开卷落料堆垛小车在不同负载状态下开入设备停止位不同导致板料质量缺陷的问题利用前次偏差控制，记录堆垛小车首次开入设备实际制动距离，反推新减速点，并将小车开出一段距离后再次按照新减速点进行减速，做到精准制动，彻底消除由于小车制动位置偏差造成的质量问题，后续将考虑通过高级的控制算法例如自适应PID，做到自动调整停车距离实现精准停车。

参考文献：

[1]曾令超，李建强，周渝琨，等.开卷落料线规划设计思路浅谈[J].装备制造技术，2019，47（01）：226-231.

[2]张凯，李娜，徐济声，等.自动化开卷落料线浅析及码垛方式对比[J].锻压装备与制造技术，2017，52（01）：11-15.

[3]王占斌.首钢落料线常见质量缺陷分析及控制措施[J].中国冶金，2018，28（07）：65-67.