一种开卷落料线卷料缺陷自动识别抛料系统

2023-08-25李涛廖端尹志勇黄永普陈亮广汽乘用车有限公司宜昌分公司

锻造与冲压 2023年16期

文/李涛，廖端，尹志勇，黄永普，陈亮·广汽乘用车有限公司宜昌分公司

为了提高冲压落料线的成材率及生产效率，降低原材工艺报废。我司与钢厂共同推进提升单卷交付重量，促进成材率提升课题。通过行业内交流，得知目前各主机厂提升平均卷重的最优对策为：卷料局部问题区域标记，带缺陷交付。带缺陷卷料交付后，主机厂在使用过程中需对缺陷部位进行识别、挑选、处理，通过调研分析，目前采用智能相机在开卷落料线进行缺陷标记识别，然后进行缺陷材料自动抛料处理，提升落料线生产效率和成材率，同时消除缺陷材料对冲压生产线带来的品质不良或设备损伤。

2023 年消费恢复形势未达市场预期，汽车消费低迷。开年以来乘用车整体市场持续下行，3 月份竞争进入白热化阶段，部分车企发起了力度空前的价格战，这场血拼异常惨烈，艰苦卓绝。面对这场残酷的攻坚战，冲压车间积极响应降本增效战略，通过调研及行业对比分析论证，材料报废及开卷线生产效率提升最为棘手，冲压联合各钢厂共同提出材料钢卷大卷带缺陷交付课题，旨在提高冲压落料线的成材率及生产效率，降低原材工艺报废，降低制造成本、提升利润空间。

冲压开卷落料工艺流程及成材率

根据企业与钢厂的采购协议，将卷重8 吨及以上的钢卷称为大卷，小于8 吨的钢卷统称为小卷。由于卷料受生产工艺限制，生产过程中会产生如亮点、黑点、划痕等7 种缺陷，过往为保证卷料生产品质，钢厂会对生产中发现的异常部分进行分切，造成交付卷重较小，钢卷数量变多，生产同样多的板材需要进行多次穿卷、切除料头、料尾的卷料，导致材料报废，生产效率低下。开卷落料线的生产工艺流程如图1 所示。

图1 开卷落料线生产工艺流程图

从钢厂运输过来的钢卷需要通过起重机吊运至承卷台上，由芯轴实现穿料，保证钢卷固定，同时能转动开卷成为钢带，为保证生产材料洁净度，钢卷外圈需要切除，防止异物通过设备带入粘附在生产的板材上，导致品质异常，切除卷料外圈的钢带首先通过清洗机进行清洗，然后进入矫直机进行矫平，消除钢卷的弯曲应力，保证板材平整，再通过输送机送至压机，按照需要的板材大小、形状进行剪裁，品质确认无异常后，进行正常落料，最后通过皮带输送机进行运输，高精度伺服拍档器进行堆垛，达到设定数量后通过叉车叉运材料入库。

结合开卷落料线生产工艺，梳理出材料成材率示意图如图2 所示，得出成材率的计算公式：成材率≈X/(a+X+b)，通过公式可得卷料越大，单卷落料长度越大，成材率越高。

图2 开卷落料线材料成材率示意图

通过对比同种零件生产同样数量的板料，10 吨的大卷相对于6 吨的小卷的生产时间及材料报废，见表1，可得大卷相对于小卷可以节省穿卷时间27min，效率提升33.33%，料头料尾报废损失减少119kg，报废率降低29.82%，成材率提升0.8%。

表1 开卷落料线材料成材率

开卷落料线材料缺陷识别处理方案

为了提高冲压落料线的成材率及生产效率，降低原材工艺报废。宜昌分公司冲压科及采购科联合各钢厂，共同推进提升单卷交付重量，促进成材率提升的课题。通过对比分析及沟通交流，得知目前各主机厂提升平均卷重的最优对策为：卷料局部问题区域标记，带缺陷交付。带缺陷卷料交付后，主机厂在使用过程中需对缺陷部位进行识别、挑选、处理。

材料缺陷部位识别处理方法示意图(图3)，主要有两种方式：方式一，在开卷落料线识别缺陷并进行处理，会导致生产停线排查，生产效率损失；方案二，在冲压线识别缺陷并进行处理，但存在异常流出的风险。

图3 材料缺陷识别处理方法示意图

针对上述两种缺陷处理方式，分别制定了两种大卷废料段在线检测处理方案，如图4 所示。方案一，采用最新线扫相机技术，需要配套光源、编码器等，成本高，抛料逻辑实现难度较大，采用高速相机识别的准确性需验证；方案二，采用普通的视觉相机，A/B 线各需要配套1 个智能相机，难点是拍照点受机械手动作影响，拍照时序，以及拍照视野需要探讨。

图4 大卷废料段在线检测处理方案

两家厂商的面型相机均可满足方案一，两家的线扫相机均可满足两种方案，但需要增加配套光源和编码器，报价均高于25 万元，基恩士的新款高速面型相机20ms 的处理时间，理论上可满足方案一现场的视觉检测需求；通过经济性、安装调试周期等多方面的对比考量，最终选择采用基恩士的面扫相机在开卷落料线进行材料缺陷识别、处理。

开卷落料线大卷材料缺陷在线检测处理系统

创新前的情况

改善前主要存在的问题：为了防止大卷中的缺陷流入生产线，一是采用将缺陷切除，小卷交付；二是对大卷中缺陷人工标记，直接落料，主线生产为零件后再选别。

改善对策实施

⑴通过视觉相机识别材料缺陷标记。通过分析调研及现场实地考察，对生产线体工艺流程进行对比论证，将视觉相机安装在开卷落料线进给辊之前最为合适，既能保证视觉拍照空间和拍照效果，又能提供抛料反应时间，确保精准抛料，具体安装位置如图5所示。

图5 视觉相机安装位置

⑵视觉模板制作。由于设备工艺等原因，各钢厂采用了不同的画线形式，但都对颜色进行了统一。标记最重要的要求为易发现，主要标记方式有两种如图6 所示。

图6 两种标记方式

通过可实施性及经济性的对比分析，与钢厂达成统一意见：选择方案一的标记形式作为本次改善的标识样式；结合视觉标识，制作视觉模板，由于视觉拍照区域在拍摄的照片中，搜索区域里面有标记的线条则认定为该处材料为缺陷材料，通过研究对比基恩士视觉系统各种工具的应用用途，最终选用“防止错位”工具，调整拍摄亮度及曝光时间，改善拍照效果，保证在搜索区标记颜色的线条能被识别到，通过设定相似度的分值来判断识别是否NG，同时输出信号传递给PLC，通知系统识别到材料标记，按照对应的处理方式对缺陷材料进行处理。

⑶自动抛料功能优化。结合现场控制逻辑，制定自动抛料方案(图7)，编写自动抛料程序，视觉相机在识别到材料缺陷标记时，输出信号给PLC，PLC根据当前生产零件的送料长度自动计算当前缺陷所在抛料张数。当落料模具冲压到该缺陷材料时，会直接将缺陷段板料抛料，然后继续恢复生产。