燃氣表上殼體二維碼多功能自動刻印裝置

邢茂德，徐 術(shù)，張 慶

（1.深圳市燃氣集團股份有限公司，廣東深圳 518000；2.重慶前衛(wèi)科技集團有限公司，重慶 401121；3.深圳市睿荔科技有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

目前，對于追溯概念、理論、系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，已經(jīng)在各行各業(yè)中廣泛展開，生產(chǎn)制造行業(yè)對追溯功能也產(chǎn)生很大需求[1]。燃氣公司出于對安全管理的需要，要求燃氣表生產(chǎn)企業(yè)對關(guān)鍵零部件進行溯源，這就需要在零件上進行標記。一般情況下，對于非關(guān)鍵零部件，需標注批次編碼；對于關(guān)鍵零部件，需標注唯一編碼。燃氣表上殼體作為關(guān)鍵零部件，每件上殼體需具備唯一編碼。隨著二維碼技術(shù)的發(fā)展，其信息容量大、容錯能力強、占用空間小的優(yōu)點成為燃氣表上殼體標記的最佳選擇。

在燃氣表上殼體的生產(chǎn)過程中，大多數(shù)采用激光刻印的方式標注二維碼。但是，目前生產(chǎn)中大多數(shù)采用人工查看型號+激光刻印設(shè)備+人工掃碼確認的半自動操作模式，因此造成上殼體在二維碼刻印及效果檢驗過程中，耗費操作人員過多的精力與時間。因此，提出并設(shè)計一種能適應(yīng)自動化生產(chǎn)線的、集上殼體表型識別、二維碼刻印以及效果檢驗于一體的多功能自動化刻印裝置。

1 需要解決的問題

要實現(xiàn)本自動刻印裝置，需要解決以下3 個主要問題：①依據(jù)編碼規(guī)則，二維碼信息中需要記錄上殼體規(guī)格表型信息，在刻印前必須對表型自動識別；②生產(chǎn)過程中整套裝置單工位所需最長時間要與生產(chǎn)線節(jié)拍相適應(yīng)，時間控制在8 s 以內(nèi)；③對刻印好的二維碼需要進行可識別性和準確性的檢驗，保證二維碼合格。

2 自動刻印裝置

2.1 結(jié)構(gòu)組成及功能原理

自動刻印裝置結(jié)構(gòu)組成見圖1。輸送線（含框架）用于上殼體在生產(chǎn)線上的流轉(zhuǎn)；定位裝置用于上殼體的精確定位；特征識別模塊用于對上殼體表型的識別；二維碼生成及刻印模塊用于自動生成并刻印二維碼；掃碼槍用于讀取二維碼，并傳輸給PLC；控制系統(tǒng)用于對整套裝置進行自動化控制。

圖1 自動刻印裝置結(jié)構(gòu)組成

2.2 控制原理

該自動刻印裝置按功能分類，主要由以下模塊組成：上殼體輸送及定位模塊、視覺特征識別模塊、二維碼自動生成模塊、激光刻印模塊、二維碼比對檢驗?zāi)K以及控制模塊。自動刻印裝置控制原理見圖2。圖中解釋文字中，首位數(shù)字代表步驟號，步驟號相同的代表同時工作。箭頭方向代表信息傳輸路徑。

圖2 自動刻印裝置控制原理

2.2.1 上殼體輸送及定位模塊

上殼體輸送及定位模塊由輸送線、工裝板、定位裝置組成，分為兩個工位，每個工位都可通過工裝板對上殼體實現(xiàn)精確定位。工位1 進行視覺識別，從而判斷表型信息。工位2 進行二維碼刻印及效果檢驗。

2.2.2 視覺特征識別模塊

視覺識別模塊安裝在工位1 正上方，采用基恩士IV-G500ma 圖像識別傳感器，對燃氣表上蓋邊緣弧線特征進行識別，并給出相應(yīng)的結(jié)果——A 表型或B 表型，其中A 表型用數(shù)字0 表示、B 表型用數(shù)字1 表示。同時對燃氣表上蓋中間的箭頭方向進行識別，并給出相應(yīng)結(jié)果——正向表或反向表，其中正向表用數(shù)字0表示，反向表用數(shù)字1 表示。最終組合成4 種表型（表1）。規(guī)定表型代號在高位，方向代號在低位。視覺特征識別效果見圖3。經(jīng)過識別后的結(jié)果，以ASCⅡ碼的形式發(fā)送給二維碼自動生成模塊和PLC。

表1 燃氣表上殼體表型

圖3 視覺特征識別效果

2.2.3 二維碼自動生成模塊

二維碼自動生成模塊是一款軟件，安裝在激光刻印模塊的計算機上。該軟件在接收到視覺識別模塊發(fā)送的表型信息之后，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則生成對應(yīng)的二維碼，并同時發(fā)送給激光刻印模塊和二維碼比對檢驗?zāi)K。二維碼編制規(guī)則見圖4，其中，生產(chǎn)年、月、日分別用兩位數(shù)字表示，表型和方向用表1 中對應(yīng)的數(shù)字表示，產(chǎn)品流水號6 位，從000000 開始計數(shù)，當(dāng)生產(chǎn)至999999 后清零重新計數(shù)（由于日產(chǎn)能遠遠低于流水號最大值，清零重新計數(shù)后整條編碼不會重復(fù)，保證編碼唯一性）。生成的二維碼以ASCⅡ碼形式發(fā)送給激光刻印模塊及PLC。

圖4 二維碼編制規(guī)則

2.2.4 激光刻印模塊

激光刻印模塊由激光刻印機和控制系統(tǒng)構(gòu)成。其中，激光刻印機分為鏡頭和激光發(fā)生器主機，鏡頭安裝于工位2 的正上方，激光發(fā)生器主機放置于線體旁邊；控制系統(tǒng)分為硬件和軟件，硬件是一臺計算機，軟件安裝于計算機上。在接收到二維碼自動生成模塊發(fā)送的二維碼且上殼體完成定位之后，激光刻印模塊將該二維碼刻印至燃氣表上蓋指定位置。

2.2.5 二維碼比對檢驗?zāi)K

二維碼比對檢驗?zāi)K由掃碼器和控制程序組成，主要功能是讀取已刻印好的二維碼，并與正確的二維碼進行比對。讀取設(shè)備采用基恩士SR1000 條碼二維碼掃碼器，掃碼器安裝于工位2 正上方，緊靠在激光刻印鏡頭旁邊。首先由基恩士SR1000 掃碼器對上殼體上的二維碼進行讀取，并將結(jié)果以ASCⅡ碼形式發(fā)送至PLC，PLC 將該信息與預(yù)先收到的由二維碼自動生成模塊發(fā)送的信息進行比對。比對的核心是一段PLC 程序，使用比較指令，輸出比對結(jié)果：結(jié)果一致，則判定此碼合格，輸出1；若不一致或超過時間仍無法識別，則判定為不合格，輸出0，同時系統(tǒng)暫停，并給出報警提示。

2.3 工作流程

（1）工位1：工作時，燃氣表上殼體正向放置于工裝板上，該工裝板可在輸送線上移動。當(dāng)工裝板運動至工位1 時，阻擋氣缸擋停工裝板，接近開關(guān)檢測到工裝板到位，將頂升氣缸升起，工裝板連同上殼體停止移動，通過定位銷實現(xiàn)精確定位。待停穩(wěn)后，基恩士IV-G500ma 圖像識別傳感器進行圖像識別，檢測出上殼體的邊緣特征和箭頭方向，按預(yù)設(shè)的規(guī)則確定表型，并將此表型信息發(fā)送至二維碼自動生成模塊，二維碼自動生成模塊立即根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則生成二維碼。完成后發(fā)送成功信號給PLC，PLC 接收到信息后轉(zhuǎn)譯成ASCⅡ碼并暫存，同時控制頂升氣缸和阻擋氣缸下降，工裝板連同上殼體在輸送線上繼續(xù)移動。

（2）工位2：當(dāng)工裝板移動至工位2 時，阻擋氣缸擋停工裝板，接近開關(guān)將工裝板到位信號發(fā)送至PLC，PLC 控制頂升氣缸動作，對工裝板進行定位。定位完成后，首先由激光刻印機將已經(jīng)生成的二維碼刻印在上殼體中間箭頭附近預(yù)設(shè)的位置?？逃⊥瓿珊螅魇縎R1000 條碼二維碼掃碼器立即進行掃碼，識別該二維碼。并生成相應(yīng)的ASCⅡ碼發(fā)送至PLC。PLC 將接收到的ASCⅡ碼信息與預(yù)先收到并轉(zhuǎn)碼的信息進行比對，如果一致，則判定此碼合格，工裝板放行；若不一致或超過時間仍無法識別，則判定為不合格，系統(tǒng)暫停并給出報警提示。

3 實施效果及不足之處

3.1 實施效果

該自動刻印裝置能夠自動識別燃氣表上殼體表型、根據(jù)表型信息按預(yù)設(shè)規(guī)則自動生成相應(yīng)的二維碼并進行激光刻印，且能夠?qū)逃∈欠窈细襁M行檢驗。單工位整體用時平均值小于6 s，經(jīng)過現(xiàn)場測試，時間上完全滿足現(xiàn)場生產(chǎn)節(jié)拍的需要。

該自動刻印裝置部署在生產(chǎn)現(xiàn)場后，使用部門反饋使用效果良好，上殼體二維碼刻印效果見圖5，表型信息及二維碼檢驗結(jié)果反饋見圖6。

圖5 二維碼刻印效果

圖6 表型信息及二維碼檢驗結(jié)果反饋

3.2 不足之處及改進措施

該裝置實施一段時間后，使用部門反饋不足之處主要體現(xiàn)在對不合格上殼體的處理方式上。目前的處理方式為：檢測到不合格，設(shè)備暫停并報警，然后等待人工處理并復(fù)位后繼續(xù)工作。改進措施為：可增加自動下線裝置，同時對程序進行優(yōu)化，實現(xiàn)不合格上殼體的自動處理。

4 結(jié)束語

自動刻印裝置的提出、設(shè)計及實施，解決了燃氣表上殼體在自動化生產(chǎn)線上對于刻印二維碼的綜合應(yīng)用，滿足了自動生產(chǎn)線的實際需求，并為企業(yè)更加科學(xué)有效地實現(xiàn)上殼體的生產(chǎn)追溯和質(zhì)量追溯提供保障。