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鑄鋼件“冒口”采用機器人進行切割處理的智能系統(tǒng)搭建及設置意見(討論稿)
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四川智能創(chuàng)新鑄造有限公司
2022年7月
目 錄
6.2改善傳統(tǒng)切割環(huán)境 保障職業(yè)健康
6.3推動鑄造行業(yè)智能化發(fā)展,邁向產業(yè)智能化升級之路
本文以基本機器人智能切割工作站的配置進行介紹,并補充說明可提供的擴展服務。
冒口切割鑄鋼件清理過程中的重要工序,現(xiàn)階段其幾乎全部采用人工手持氣體割槍進行切割。設定300mm(直徑或厚度)的切割厚度可以滿足大部分鑄鋼件(約60-70%鑄鋼件)冒口的切割需要。冒口切割工序工作量大,操作環(huán)境惡劣、安全風險高、人工切割質量差,且“用工難”等困境已極大的限制了鑄造行業(yè)的發(fā)展。運用自動化、智能化技術設備代替人工作業(yè)已是鑄造行業(yè)的發(fā)展方向之一。
通用機器人視覺智能火焰切割工作站適用于中大型鑄鋼件的300直徑(或厚度)以內冒口的切割作業(yè),適用工作范圍如下表1:
標準火焰切割工作站 | 適用范圍 |
冒口直徑(厚度) mm | ≤300mm 常溫下切割,熱態(tài)切割需加防護措施 |
切割部位預處理 | 切割線周圍30mm范圍內殘砂和殘渣必須清理干凈 |
切割鑄鋼件材質 | 鑄造碳鋼、鑄造低、中合金鋼 |
切割工作范圍 | 機器人前部約2500×1800mm矩形區(qū)域 |
切割面的質量水平 | 切割面平整,不影響機械加工,冒口根留高一致性好,留高3-10mm |
切割速度 | 60-120mm/分鐘 |
表1 機器人火焰切割適用范圍參數(shù)表
切割工作范圍可通過擴展變位機,增加切割機器人等方式提高。詳細布置見3.4擴展服務。
場地及外部能源需求:
需求項 | 內容 |
場地尺寸 | 5000mm×5000mm |
電源要求 | 380V三相交流電 50HZ |
水源要求 | 常用自來水 |
氣源要求 | 燃氣(丙烷、天然氣)壓力≥0.3MPa,氧氣壓力≥1MPa; |
環(huán)保措施 | 粉塵處理 污廢處理 |
吊裝設備 | 滿足工件吊裝擺放需求 |
通風及照明設備 | 滿足現(xiàn)場需求 |
表2 機器人火焰切割外部需求明細表
1. 降低澆冒口切割工序中人工工作量,保障操作者職業(yè)健康安全。
2. 控制系統(tǒng)人機交互智能化,操作方便。
3. 切割面平整留高一致,方便機械加工和打磨。
4. 切割質量遠高于人工,切割效率基本與人工一致,對鑄件擺放無嚴格要求。
5. 利用遠程數(shù)據(jù)平臺,進行生產數(shù)據(jù)處理,并監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)。
6. 切割工藝參數(shù)可設置,適用多種鑄鋼件冒口切割工藝的優(yōu)化,切割消耗低于人工。
7. 提升鑄造冒口切割工序自動化,智能化水平。
8. 切割系統(tǒng)符合鑄造廠區(qū)環(huán)保規(guī)定。
9. 整體設備穩(wěn)定可靠,可在2-3年內收回投資。
鑄鋼件冒口視覺火焰切割工作站主要由:主體部分、視覺部分、軟件控制部分等構成,總體效果圖如下圖所示:
圖1 大中鑄鋼件視覺火焰切割工作站示意效果圖
主要具有以下三點優(yōu)勢:
(1)擺放定位方面:本工作站采用高精度視覺相機對鑄件(冒口)進行定位,鑄件只需擺放至預先設定范圍內,不需嚴格確定擺放位置。但鑄件需姿態(tài)調整,使鑄件形成一定的氣割角度≥45°。
(2)程序設計方面:操作者確認鑄件切割冒口起點和終點,系統(tǒng)自動識別并生成切割軌跡程序。
(3)切割質量和效率方面:機器人切割的坡口光潔度好,外形美觀,切割效率高。
主體部分主要由品牌工業(yè)機器人、專用割槍、鑄件切割區(qū)域構成。
為保證火焰切割工作的正常進行,需配套有工業(yè)機器人,可以采用Fanuc(發(fā)那科)、ABB、KUKA(庫卡)、Yaskawa(安川)等知名品牌的機器人。要求機器人負載50kg以上,臂展2500~3000mm。
根據(jù)用戶的使用場景,本工作站推薦使用梅賽爾的MS932原裝射吸式割槍,其燃氣類型可以使用乙炔、丙烷、天然氣、液化氣等,本工作站主要使用丙烷,其主要優(yōu)勢如下:
① 更高的切割速度,提升約30%-40%;
② 更低的氧氣消耗,降低30%-40%;
③ 更長的割嘴使用壽命,提高大約4-5倍;
④ 更換方便,可以實現(xiàn)快速更換;
⑤ 更低的熱變形,更小的割縫,減小割縫10-15%。
圖2 MS932原裝射吸式割槍
選取氣割(火焰切割)工藝,具有切割鋼鐵速度快、尺寸公差低、經濟實惠、設備費用低、設備便攜、操作簡便、可手動可自動等優(yōu)點。需配套煙氣控制和排風設施。
氣割(火焰切割)工藝參數(shù) | 數(shù)值范圍 |
切割氧氣壓力 | 0.5~1.0 MPa 受切割點參數(shù)影響 |
切割天燃氣壓力 | 0.2~0.3 MPa 受切割點參數(shù)影響 |
割槍移動速度 | 1~2mm/s 受切割點參數(shù)影響 |
表3 火焰切割工藝參數(shù)
采用3D工業(yè)相機獲得加工鑄件表面的點云圖像及坐標數(shù)據(jù),在交互界面選取切割冒口區(qū)域。自動編程生成出機器人切割軌跡程序,具有使用靈活、采樣精度高、對鑄件適應性強的優(yōu)點。
機器人智能自動化切割軟件部分主要包括總控制程序,視覺視覺定位算法,切割路徑自動生成算法,本地數(shù)據(jù)采集及傳輸算法,云端數(shù)據(jù)處理軟件。
模塊 | 模塊功能 |
總控制程序 | C#編寫控制交互界面,上位機通過以太網控制于PLC、機器人、視覺進行聯(lián)動控制 |
視覺識別定位算法 | 通過視覺相機拍攝圖像,編寫圖像擬合程序:生成高精度圖像數(shù)據(jù):識別工件尺寸、工件位置、工件類型 |
切割軌跡自生成算法 | 根據(jù)視覺識別定位生成的圖像數(shù)據(jù),自動生成切割運動軌跡 |
本地數(shù)據(jù)采集 | 通過ACCESS數(shù)據(jù)庫采集生產過程中的設備參數(shù)、切割工件參數(shù)、切割工藝參數(shù)、成本消耗、工作量信息等 |
云端數(shù)據(jù)處理 | 通過數(shù)據(jù)遠程傳輸至云端服務器,并配置生產數(shù)據(jù)管理軟件,生成多項報表,可監(jiān)控監(jiān)控生產設備的運行狀態(tài). |
表4 控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)模塊及功能
1.清理干凈鑄件冒口切割線附近50mm左右部位的殘砂、粘砂等;將鑄件擺放到指定作業(yè)范圍內(約2500×1500),并形成一定的氣割角度≥45°,切割面偏離機器人。
2.打開電源,登錄系統(tǒng),輸入鑄件相關參數(shù)。
3.啟動掃描系統(tǒng),視覺相機調整為拍照姿態(tài)后開始掃描,對鑄件表面進行掃描同時完成定位。
4.人工在操作界面確認切割冒口的起點和終點位置,系統(tǒng)自動形成切割程序。
5.進入切割流程,打開丙烷(或天然氣)及氧氣開關,預先進行切割槍校準點火,逐個冒口進行切割作業(yè),直至選取的冒口全部切割完成。需要切割該鑄件