一、 项目背景与挑战

在汽车发动机制造过程中，为实现精准的质量追溯和生命周期管理，为每个活塞顶部激光刻印唯一的序列号（或二维码、DataMatrix码）已成为行业标准。然而，活塞作为发动机的核心运动部件，其工作环境极其恶劣，对打标和后续的读码追溯提出了严峻挑战：

1. 高温环境： 活塞在发动机运行时长期处于数百摄氏度的高温环境下，普通油墨或浅层标记会因高温而氧化、脱落或变得模糊不清。

2. 油污与清洁剂： 活塞在装配线和后续使用中会接触机油、润滑脂、清洗剂等化学物质，标记必须能抵抗腐蚀和污染。

3. 高反光表面： 活塞顶部通常为铝合金材质，经过机加工后表面光洁度高，对打标和视觉识别的光源设计提出了高要求，极易产生反光干扰。

4. 空间限制与动态打标： 生产线节拍快，需要在狭小的空间内实现快速、精准的定位、打标和验证，且序列号需为动态可变信息。

5. 永久性与可读性： 标记必须是永久性的，确保在整个活塞生命周期内（包括维修、报废阶段）清晰可读。

二、 解决方案概述

本方案提供一套集成了高功率光纤激光打标系统、耐环境工业视觉系统以及专用图像处理算法的自动化解决方案。该系统能够在发动机装配线的指定工位，自动完成对活塞顶部的序列号打标，并立即进行视觉识别与验证，确保100%的可读性和准确性，完全适应高温、油污的生产环境。

三、 核心系统构成与关键技术

1. 激光打标单元

激光器选型： 采用20W-30W脉冲光纤激光器。光纤激光具有电光转换效率高、光束质量好、体积小巧、免维护等优点。其“冷加工”特性适合在金属表面进行精细刻印，通过控制激光参数（功率、速度、频率），可在铝合金活塞顶部产生对比度高、边缘清晰的“深雕”或“浅雕”标记，标记深度通常为20-50微米，足以耐受高温氧化和物理磨损。

打标头与场镜： 选用高质量的打标头和适合小范围精细打标的场镜，确保打标精度达到0.05mm以上，满足微小字符和二维码的刻印需求。

集成与控制： 激光打标系统通过工业以太网（如Profinet、Ethernet/IP）或标准IO与上位PLC集成，接收来自MES（制造执行系统）的序列号信息，实现动态打标。

2. 机器视觉识别单元

这是确保在恶劣环境下可靠读码的关键。

工业相机： 选用高分辨率（500万像素以上）的全局快门黑白相机。黑白相机对对比度更敏感，能更好地捕捉激光打标产生的凹凸形貌。

工业镜头： 使用远心镜头或高质量定焦镜头，以减少透视误差，确保图像边缘和中心的一致性，提高读码稳定性。

专用照明系统： 这是克服活塞顶部高反光挑战的核心。采用低角度环形光或同轴光。

低角度环形光： 从侧面照射，使激光标记的凹槽产生阴影，形成明暗对比，而平坦的基体表面反射的光线不进入镜头，从而极大抑制反光，凸显标记。

同轴光： 光线通过分光镜与相机光路平行，特别适合检测光滑表面的划痕或凹凸，能均匀地照亮标记，减少镜面反射干扰。

防护措施： 相机、镜头和光源均需安装在IP67等级的防护罩内，防止油污、水汽和粉尘的侵入。镜头前加装耐磨的防护玻璃。

3. 图像处理与读码软件

鲁棒性算法： 视觉软件（如Cognex VisionPro, Halcon或国产优秀软件）内置强大的图像预处理工具（如滤波、形态学操作）和先进的读码算法（如Cognex Hotbars II, DPM读码算法）。这些算法专门用于处理因高温、油污轻微残留导致的标记对比度下降、模糊等状况，确保极高的首读率和识别率。

自动校验与反?。?打标完成后，视觉系统立即触发拍照，进行OCR（字符识别）或条码读取。系统将读取到的信息与MES下发的序列号进行比对：

成功： 信号反馈给PLC，活塞流入下一工序。

失败/无法识别： 系统报警，并可根据预设策略进行重试（如重新清洁、调整光源后再次拍照）或将该工件剔出至返修站。

4. 机械结构与环境适应性设计

整个打标工位采用封闭或半封闭设计，配备抽风除尘装置，及时吸走打标产生的金属烟尘，?；す庋г途换ぷ骰肪?。

设备结构坚固，能抵抗生产线振动。

四、 工作流程

1. 上料定位： 活塞由传送带或机器人运至打标工位，精确定位夹具将其固定。

2. 信息接收： 上位PLC从MES系统获取该活塞的唯一序列号，并下发至激光打标系统。

3. 激光打标： 激光器根据预设参数，在活塞顶部刻印序列号/二维码。

4. 视觉识别： 打标完成瞬间，视觉系统触发拍照，采集标记图像。

5. 图像处理与校验： 视觉软件对图像进行处理、识别，并将结果与原始信息比对。

6. 结果反?。?将校验结果（OK/NG）发送给PLC。OK件放行，NG件报警处理。

7. 数据上传： 将打标成功的信息（活塞SN、时间、工位号等）上传至MES数据库，完成数据绑定。

五、 方案总结

本方案通过耐用的激光打标技术、针对性的光学设计和智能的图像处理算法三位一体，有效解决了活塞在高温油污环境下永久性标识与可靠识别的行业难题。它不仅保证了产品质量追溯的完整性和可靠性，还实现了生产过程的自动化与智能化，大大提升了生产效率和质量管理水平，是现代化发动机智能制造生产线中不可或缺的关键环节。