燃氣表上殼體二維碼多功能自動刻印裝置

邢茂德，徐 術，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、系統的研究與應用，已經在各行各業中廣泛展開，生產制造行業對追溯功能也產生很大需求[1]。燃氣公司出于對安全管理的需要，要求燃氣表生產企業對關鍵零部件進行溯源，這就需要在零件上進行標記。一般情況下，對于非關鍵零部件，需標注批次編碼；對于關鍵零部件，需標注唯一編碼。燃氣表上殼體作為關鍵零部件，每件上殼體需具備唯一編碼。隨著二維碼技術的發展，其信息容量大、容錯能力強、占用空間小的優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過程中，大多數采用激光刻印的方式標注二維碼。但是，目前生產中大多數采用人工查看型號+激光刻印設備+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，提出并設計一種能適應自動化生產線的、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

要實現本自動刻印裝置，需要解決以下3 個主要問題：①依據編碼規則，二維碼信息中需要記錄上殼體規格表型信息，在刻印前必須對表型自動識別；②生產過程中整套裝置單工位所需最長時間要與生產線節拍相適應，時間控制在8 s 以內；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 結構組成及功能原理

自動刻印裝置結構組成見圖1。輸送線（含框架）用于上殼體在生產線上的流轉；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；控制系統用于對整套裝置進行自動化控制。

圖1 自動刻印裝置結構組成

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、二維碼比對檢驗模塊以及控制模塊。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，并給出相應的結果——A 表型或B 表型，其中A 表型用數字0 表示、B 表型用數字1 表示。同時對燃氣表上蓋中間的箭頭方向進行識別，并給出相應結果——正向表或反向表，其中正向表用數字0表示，反向表用數字1 表示。最終組合成4 種表型（表1）。規定表型代號在高位，方向代號在低位。視覺特征識別效果見圖3。經過識別后的結果，以ASCⅡ碼的形式發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送的表型信息之后，根據預先設定的規則生成對應的二維碼，并同時發送給激光刻印模塊和二維碼比對檢驗模塊。二維碼編制規則見圖4，其中，生產年、月、日分別用兩位數字表示，表型和方向用表1 中對應的數字表示，產品流水號6 位，從000000 開始計數，當生產至999999 后清零重新計數（由于日產能遠遠低于流水號最大值，清零重新計數后整條編碼不會重復，保證編碼唯一性）。生成的二維碼以ASCⅡ碼形式發送給激光刻印模塊及PLC。

圖4 二維碼編制規則

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構成。其中，激光刻印機分為鏡頭和激光發生器主機，鏡頭安裝于工位2 的正上方，激光發生器主機放置于線體旁邊；控制系統分為硬件和軟件，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 二維碼比對檢驗模塊

二維碼比對檢驗模塊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，并將結果以ASCⅡ碼形式發送至PLC，PLC 將該信息與預先收到的由二維碼自動生成模塊發送的信息進行比對。比對的核心是一段PLC 程序，使用比較指令，輸出比對結果：結果一致，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。當工裝板運動至工位1 時，阻擋氣缸擋停工裝板，接近開關檢測到工裝板到位，將頂升氣缸升起，工裝板連同上殼體停止移動，通過定位銷實現精確定位。待停穩后，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，按預設的規則確定表型，并將此表型信息發送至二維碼自動生成模塊，二維碼自動生成模塊立即根據預設規則生成二維碼。完成后發送成功信號給PLC，PLC 接收到信息后轉譯成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移動。

（2）工位2：當工裝板移動至工位2 時，阻擋氣缸擋停工裝板，接近開關將工裝板到位信號發送至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生成的二維碼刻印在上殼體中間箭頭附近預設的位置。刻印完成后，基恩士SR1000 條碼二維碼掃碼器立即進行掃碼，識別該二維碼。并生成相應的ASCⅡ碼發送至PLC。PLC 將接收到的ASCⅡ碼信息與預先收到并轉碼的信息進行比對，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、根據表型信息按預設規則自動生成相應的二維碼并進行激光刻印，且能夠對刻印是否合格進行檢驗。單工位整體用時平均值小于6 s，經過現場測試，時間上完全滿足現場生產節拍的需要。

該自動刻印裝置部署在生產現場后，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，設備暫停并報警，然后等待人工處理并復位后繼續工作。改進措施為：可增加自動下線裝置，同時對程序進行優化，實現不合格上殼體的自動處理。

4 結束語

自動刻印裝置的提出、設計及實施，解決了燃氣表上殼體在自動化生產線上對于刻印二維碼的綜合應用，滿足了自動生產線的實際需求，并為企業更加科學有效地實現上殼體的生產追溯和質量追溯提供保障。