冲压模具ID和感应器离线检测装置的设计

冲压模具ID和感应器离线检测装置的设计

发布时间: 2019.10,08 发布人：四川模协

原创：文/姬胜利锻造与冲压 2019.10.8

本文通过对上汽通用五菱重庆分公司冲压车间的模具保养进行改进实践，开发出模具ID和感应器离线检测装置。冲压模具ID和感应器离线检测装置是在模具保养管理ID和感应器检测上的一种创新改进，通过新的模具ID和感应器检测装置，实现了模具ID和感应器离线检测，降低了模具ID和感应器之间的故障问题，提高工作效率，降低了在线维修时间。

冲压车间的模具保养

根据保养经验，冲压车间每生产5000～10000冲次需进行一次保养，以确保模具生产正常。模具保养主要是对模具表面拉伤进行处理、模具刀口间隙调整研配、模具ID检测确认、感应器检测确认、螺栓紧固、模具导板/导套的润滑等工作，每周模具工程师会根据模具的上次保养冲次间隔、模具的零件生产状态，制定模具PM计划，根据模具PM计划开展模具的保养维修工作。每次保养工作，都有标准化文件做指导，标准化文件规定了每次保养要做哪些工作、工作具体如何开展、工作的要点及未做某项工作可能造成的后果，员工根据标准化文件和模具工程师下达的PM计划开展工作，由此确保模具保持良好的状态。

标准化工作包含了所有线下可以完成的必须工作，部分无法在线下完成的保养工作，需要在生产线上完成，比如说感应器检测和修复、ID线松动检测与修复，这两项工作由于条件限制，线下无手段可以探测，无法在线下完成，检查内容必须上压机后才能检测，未纳入标准化工作，但在线完成检测和修复，又会占用生产线宝贵的生产时间，生产效率低下，造成生产线产能损失。

模具ID检测技术

如图1所示，模具感应器是感应零件的位置，一般每序模具有2个感应器，一模双件的模具一般有4个感应器，即每张板料需要2个感应器，感应器布置在板料对角位置，作用是感应板料放置到位。感应器是压机的眼睛，当零件放置到位后，告诉压力机可以进行冲压，如果感应器感应不到零件，则压机会停止冲压，这样就避免因零件放置不到位造成不合格品的出现。

图1 试模压机ID检测

而模具ID盒是模具“身份证”，压机通过模具ID盒来识别模具。模具ID盒采用二进制24V高电平有效电路，压机PLC通过对模具ID盒线路高低电平运算，识别出模具ID，从而与生产线加载的生产参数配方模具ID进行对比，如果不一致则不能进行生产，以确保每副模具上机后，都能够调用正确的生产参数，从而生产出合格的零件。每副模具都有一个ID盒，模具ID盒通过二进制接线法进行编码，当由于线松动或者磨损时，会造成生产线识别错误从而导致生产线无法生产。

冲压车间模具ID线原检测方法只能通过在线检测，在生产线上出问题时，通过排查每一位接线来进行问题解决。

而当前现有技术主要面临以下问题：

(1)离线PM无法直接读取模具ID号码，需通过打开ID盒人工识别，如果出现问题，不能有效识别；

(2)感应器无法离线检查确认无故障，该项有需求的PM工作因无检测方法造成缺失，从而出现故障只能在线处理，影响模具在线生产时间；

(3)在线排查问题线路时间较久，发现模具线ID编号不正确后，只能通过手工计算，将模具ID转化为二进制，再通过生产线PLC检测，确定问题线路，问题判断耗时较久，占用生产线生产时间。

模具ID和感应器检测盒

为了解决现有技术存在的问题，通过现场需求调研，模具ID检测盒需满足以下功能需求：

(1)实现模具ID离线检测，消除上压机检测吊运和安装时间的浪费；

(2)实现二进制对比功能，通过单片机运算，快速直接将问题线路显示出来，缩减ID问题查找时间；

(3)可实现模具感应器的故障检查确认。

经过分析，采用以下方案实现：

(1)模具检测线经过单片机进行运算，计算出模具ID号，并用发光二极管用二进制的方式进行显示，当发现单片机计算出来的号码不正确时，通过键盘输入正确的ID号并用发光二极管进行二进制显示，通过对比两排发光二极管，快速确定出问题的线号；

(2)实现对感应器检测，由于模具感应器采用的是24V供电，通过变压器对电池进行升压，然后通过1号和2号线对感应器进行供电，感应器导通就用数码管发光表示，从而实现感应器的好坏检测。

实施方案

原理确定后，实施方案如图2所示。

图2 模具ID检测装置PCB板

(1)设计显示面板设计上下双数码管十进制和双组发光二极管二进制显示，二进制发光二极管上下对应排列，便于直观对比显示故障ID电路。数码管采用双74HC595芯片驱动，高速动态扫描，占用单片机3个引脚；

(2)为了实现实时检测对比功能，该专利采用双单片机机制，一个负责实时检测，一个负责对比输出；

(3)单片机使用5V低电平有效，模具ID感应器采用的是24V高电平有效检测，信号传递采用光耦实现光线隔离传递，并利用反向电路，实现高低电平反向，高低电平光隔离，有效避免单片机高压引脚损坏问题，并实现单片机正确探测。

实施难点

(1)由于模具感应器采用24V供电，因此为了实现模具感应器检测，输出电源必须用24V，而单片机使用的是5V电源，高低电压信号转换隔离问题必须处理好，否则会造成单片机I/O损毁；

(2)模具ID编码采用高电平有效，而单片机默认高电平，需要将ID编码24V高电平转化为单片机5V低电平，24V低电平转化为单片机5V高电平，需要设计转换电路；

为了解决以上两个技术难点，可采用高低电平光耦隔离方案，高电平光耦导通；低压端利用10k电阻默认高电平，导通后低电平拉低，从而实现高低电平反向。通过以上电路设计，顺利解决高低电平转换及高低压安全隔离问题。

模具ID检测盒介绍

如图3所示，PCB板设计介绍：

图3 PCB板功能区介绍

1为ID检测结果十进制显示区，2为ID检测二进制显示区，3为输入对比二进制显示区，4为输入对比十进制显示区，5为输入键盘区。

功能举例介绍：

在进行模具检测时，如模具ID号检测结果为6，则在1处数码管会显示6，2处第2和第3发光二极管会点亮，实际上模具ID号为7，在键盘上输入7，在4处会显示7，在3处会点亮第1，第2，第3号发光二极管，通过上下对比，可知道第1号线路存在问题。

模具ID检测装置外观数模图与实物图如图4、图5所示。

图4 模具ID检测装置外观数模图

图5 模具ID检测装置实物图

模具ID感应器检测盒

模具ID感应器检测盒实现了以下功能：

(1)手持便携，实现模具ID号离线直接读取，提高模具问题检测速度，提高模具线下PM检查有效性；

(2)通过单片机运算，直接将问题线路显示出来，缩减ID问题查找时间，单次问题查找判断时间缩短为原来的1/9；

(3)可实现所有24V高电平有效二进制ID的离线检测和24V感应器的故障检查确认。

模具ID盒带来的收益

如图6所示。

(1)采用该装置进行模具ID和感应器检测，直接消除了模具上下压机吊装作业和压机安装拆卸工作，单次节约3人36分钟，每年按保养400序模具，直接节约时间706小时，约2.6个人的人工成本；

(2)采用该装置进行离线模具ID和感应器检测，减少行车使用200小时和试模压机384小时使用，让行车和试模压机有更多的空余时间做其他工作；

(3)减少现场行车作业内容，有效地降低了现场行车作业和压机模具安装作业安全风险，减轻员工劳动强度；

图6 使用模具ID盒前后人工用时对比

(4)1个人完成作业，减少现场作业人员和作业间的相互配合工作，减少作业干涉和等待问题；

(5)该装置可直接识别故障ID线路，排查问题时间缩短为原来的1/9，提高工作效率；

(6)把离线模具ID和感应器检测由不可能变成可能，提高模具运行的稳定性，减少生产线停线，提高了生产线生产效率。

综合以上，此模具ID和感应器检测装置在降低模修人工成本、提高设备利用率、降低安全隐患、提升工作效率、提高模具运行的稳定性等方面效果显著。

结束语

通过现场的改进实践，完成了对单片机PCB板AD软件设计、单片机C程序编写keil软件使用、solidworks数模设计等，完成该产品设计后，冲压车间实现了离线检测、线路故障直接判定、感应器离线检测等功能，将模具ID、感应器检测离线PM实施从不可能变为现实，有效的降低模具ID和感应器在线故障率，有效降低模具ID线路问题在线处理时间，提高冲压模具线生产效率，该设备适用于所有24V高电平有效的二进制ID检测。

作者简介

姬胜利，冲压车间生产经理，工程师，主要从事汽车外覆盖件的冲压生产管理工作、模具管理工作，拥有2项专利，1项著作权。

—— 来源：《锻造与冲压》2019年第16期

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