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線材自動修卷系統(tǒng)
1 最新技術(shù)
目前，有兩種方法來剪切線材軋機(jī)的線圈。第一種是使用高速剪，一般放置在卷取之前和淬火之后。剪切機(jī)在操作員設(shè)定的工位內(nèi)，在特定材料熱處理淬火工藝定義的算法內(nèi)，自動剪切每個(gè)鋼坯的頭部和尾部。速度超過120m/s時(shí)，精確重復(fù)剪切線材具有挑戰(zhàn)性，需要高科技、高維護(hù)的解決方案，并需要不斷關(guān)注細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)持續(xù)運(yùn)行。
盡管很難保持剪切機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，在線圈送上冷卻輸送機(jī)之前，就要進(jìn)行剪切。在某些后期加工階段，需要進(jìn)行額外的剪切。對于尋求較低成本、較少維護(hù)密集型工藝的工廠，第二種最先進(jìn)方法是手動剪切操作，通常在專用剪切站或位置的線圈處理區(qū)域的下游進(jìn)行。手動剪切單調(diào)和重復(fù)，可能導(dǎo)致勞動傷害，對操作細(xì)節(jié)缺乏關(guān)注。操作員從每個(gè)線圈中剪切的材料過多或過少，都會導(dǎo)致錯(cuò)誤。另一個(gè)問題是安全，因?yàn)楣と耸韬龃笠饣驅(qū)に囘^于熟悉，可能會受到手部傷害、熱線圈燒傷和剪切工具的傷害。
手工修邊工藝的開發(fā)：多年來，軋鋼廠一直采用手工修邊，經(jīng)過多次改進(jìn)優(yōu)化，針對棒磨機(jī)中幾種尺寸和規(guī)格，開發(fā)不同的手動剪切工藝，確定了九步工藝。吊鉤或心軸將線圈運(yùn)到指定的剪切站，操作員準(zhǔn)備好將液壓剪切機(jī)懸掛在平衡器上。當(dāng)線圈停止時(shí)，操作員迅速找到線圈的前端并用手抓住前幾個(gè)圈環(huán)。然后，操作員將這些圈環(huán)拉向吊鉤/心軸的開口端，使圈環(huán)分開。此時(shí)，操作員站到更合適的位置來計(jì)算展開圈環(huán)的數(shù)目。在需剪切圈環(huán)的大致數(shù)量處會產(chǎn)生較大的間隔。然后操作員操縱液壓剪切機(jī)將該圈環(huán)定位到刀片之間的剪切機(jī)中，觸發(fā)液壓剪切機(jī)剪切特定圈環(huán)。剪切后，操作員將手繞著圈環(huán)的圓周移動，以確保線圈被清楚地分開，沒有任何圈環(huán)的交錯(cuò)。如果存在交錯(cuò)或埋入的前端，則需要另外處理。如果線圈中沒有交錯(cuò)或埋入的前端，操作員用手抓起廢圈環(huán)包，并將其運(yùn)送到附近的廢圈環(huán)運(yùn)輸車上。很多時(shí)候，廢圈環(huán)過重，他們要將一包廢圈環(huán)扛在肩上。尾端可以在同一位置進(jìn)行剪切，然后將線圈轉(zhuǎn)移到構(gòu)架上，以去除廢圈環(huán);也可以將線圈傳送到位于第二剪切工位中的構(gòu)架。尾端可以在第二個(gè)剪切工位進(jìn)行剪切，步驟與前面描述的相同。具體選擇取決于線圈之間的可用時(shí)間。理想情況下，自動卷尾剪切系統(tǒng)應(yīng)遵循類似的程序。需注意的是，線圈到達(dá)工位時(shí)，可能溫度很高。剪切線圈末端需注意工人安全。
2 自動剪切系統(tǒng)
為從線圈中精確地去除材料，正在開發(fā)新方案保持成品質(zhì)量。無論采用何種剪切方法，都必須在冷卻輸送機(jī)和材料冶金性能確定之后進(jìn)行。為了從生產(chǎn)的每個(gè)線圈的頭部和尾部剪切出正確數(shù)量的材料，需要系統(tǒng)來檢測和計(jì)數(shù)線圈的圈環(huán)，移動到指定的位置，剪切線圈，并以安全、高效和可重復(fù)的方式清除廢料。數(shù)字化、視覺系統(tǒng)和自動化功能推動的最新發(fā)展，使得視覺系統(tǒng)可以直接連接到自動化操作，從而精確地分配、計(jì)數(shù)、剪切和丟棄廢料，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過操作員或高速剪切機(jī)的精度。
2.1系統(tǒng)組件
線圈末端剪切系統(tǒng)(TrimRob)正在申請專利，該系統(tǒng)由兩個(gè)視覺引導(dǎo)機(jī)器人組成，線圈的每端各一個(gè)。線圈壓實(shí)機(jī)前的線圈處理區(qū)域是此類系統(tǒng)的理想位置，通常在該區(qū)域手動剪切。鋼卷處理系統(tǒng)的類型不同，鋼卷輸送系統(tǒng)和可用的占地面積不同，需為軋機(jī)定制布局方案。
2.2視覺系統(tǒng)
TrimRob的核心是視覺系統(tǒng)。由攝像機(jī)組成，帶有相關(guān)視覺處理軟件。攝像機(jī)可以安裝在一個(gè)獨(dú)立的場所，也可以安裝在現(xiàn)有的線圈處理系統(tǒng)中。它們被密封在一個(gè)特殊的氣候控制箱中，以防受熱、結(jié)垢和灰塵。兩臺攝像機(jī)相隔一定距離安裝，以覆蓋重疊視野。通過校準(zhǔn)過程把攝像機(jī)和機(jī)器人的協(xié)調(diào)系統(tǒng)連接在一起。視覺過程設(shè)計(jì)為從線圈末端開始計(jì)數(shù)圈環(huán)數(shù)，并輸出所需剪切圈環(huán)的(x，y)坐標(biāo)。視覺系統(tǒng)的硬件可以是獨(dú)立的，也可以內(nèi)置在機(jī)器人控制器中。攝像機(jī)在不同的位置拍攝線圈的快照。
2.3 TrimRob工作單元
機(jī)器人工作單元是根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ANSI/RIA 15.06-2012.1設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)的所有組件都被封閉在一個(gè)8英尺高的透明網(wǎng)狀防護(hù)柵欄中。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)器人和移動部件保持了安全距離。線圈進(jìn)出工作單元的運(yùn)動通過智能安全光幕控制。光幕范圍內(nèi)的特定區(qū)域被靜音，以便線圈通過，同時(shí)感應(yīng)操作員進(jìn)入工作單元。根據(jù)觸發(fā)器的類型不同，機(jī)器人會轉(zhuǎn)到一個(gè)安全的位置或立即停止。檢修門配有通道，操作員在維護(hù)或其他需要時(shí)，可以安全地進(jìn)入工作間。
1)機(jī)器人手臂和控制器。剪切使用六軸工業(yè)機(jī)器人手臂。這些機(jī)器人的最大有效載荷超過了末端執(zhí)行器的重量和展開圈環(huán)所需的力。為了增加安全性，運(yùn)動范圍被機(jī)械鎖定，以避免意外移動到所需區(qū)域之外。液壓泵系統(tǒng)可以安裝在軸1殼體上，軟管通過一個(gè)密封套連接到末端執(zhí)行器。液壓閥和控制系統(tǒng)以及線纜包可安裝在機(jī)器人機(jī)械裝置的軸3臂和/或外殼上。每個(gè)機(jī)器人都有一個(gè)單獨(dú)的控制器單元和一個(gè)手持示教器。來自機(jī)器人機(jī)械裝置、視覺系統(tǒng)、人機(jī)接口(HMI)和示教器的電纜接入控制器。這些電纜可通過溝槽或可行走電纜橋架布線，以避免絆倒?？刂破魑挥诜雷o(hù)柵欄外，靠近檢修門的位置。
2)尾端剪切的線圈傳送。無論是垂直還是水平線圈處理系統(tǒng)，線圈都需要傳送到中間夾持結(jié)構(gòu)以剪切尾端。根據(jù)工廠的要求，其他類型的線圈傳輸系統(tǒng)也可以集成到工作單元中。安全光幕是靜音的，以便線圈傳送通過剪切工序。
3)廢料清除系統(tǒng)。機(jī)器人根據(jù)尺寸、等級和客戶要求從線圈兩端剪切特定數(shù)量的圈環(huán)。這些剪切過的廢圈環(huán)需要定期從工作單元中移除。轉(zhuǎn)盤廢料清除系統(tǒng)是其中一種選擇。三個(gè)廢料搬運(yùn)車以120° 角放置在轉(zhuǎn)盤上，由防護(hù)欄隔開。前端和后端機(jī)器人可以獨(dú)立地將廢料存放在搬運(yùn)車上，叉車可以同時(shí)清走廢料。轉(zhuǎn)臺旁邊的低高度擺動門允許叉車更換廢料搬運(yùn)器，而不會干擾整個(gè)TrimRob系統(tǒng)的工作 。這種廢料清除系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在時(shí)序方面最高效。
4)末端執(zhí)行器工具。剪切末端執(zhí)行器工具(TrimTool)安裝在機(jī)器人機(jī)械裝置的手腕上。它由一個(gè)剪切頭、一個(gè)用于樣品剪切的夾送輥組件和一個(gè)用于固定廢圈環(huán)的臂夾組成。所有驅(qū)動功能均由液壓驅(qū)動。這種設(shè)計(jì)經(jīng)過優(yōu)化，將重量保持在最小，同時(shí)將反作用力與機(jī)器人手腕隔離開來。可更換的剪切刀片可剪切直徑達(dá)28mm的產(chǎn)品。TrimTool是通用的，使它可以使用相同的設(shè)計(jì)為前端和尾部剪切。
5)樣品采集系統(tǒng)。棒磨機(jī)通常定期測試產(chǎn)品的物理和機(jī)械性能，以滿足質(zhì)量要求。TrimRob在剪切的同時(shí)，自動收集樣本。例如一種樣品槽，本質(zhì)上是一個(gè)滑道，一端伸入工作單元，另一端用螺栓固定在工作單元外側(cè)的地板上。待采集樣品的長度決定了樣品槽的角度和寬度。
6)人機(jī)接口。該系統(tǒng)有一個(gè)定制的HMI，將軋機(jī)卷處理、卷傳送、廢料清除、機(jī)器人、液壓和安全系統(tǒng)聯(lián)系在一起。HMI有控制整個(gè)TrimRob系統(tǒng)操作的主程序。它也有一個(gè)安全的可編程邏輯控制器(PLC)，監(jiān)控和激活安全相關(guān)的功能。
3 剪切機(jī)工藝
雖然自動剪切的工藝是靈活的，并且可能因軋機(jī)而異，但本節(jié)詳細(xì)介紹了典型的剪切機(jī)工藝。獲取有關(guān)要剪切的圈環(huán)數(shù)的信息是該過程的第一步。有四種可能的方式將此信息傳達(dá)給HMI：
1)手動輸入每次運(yùn)行需要剪切的圈環(huán)數(shù)。
2)通過磨機(jī)PLC將該信息發(fā)送至HMI，方法是計(jì)算進(jìn)入線材后水箱開啟所需的時(shí)間。該時(shí)間測量可確定線材的長度，以及實(shí)際需要剪切的圈環(huán)數(shù)。
3)未按規(guī)范冷卻的圈環(huán)被放置在冷卻輸送機(jī)上時(shí)，數(shù)出這些圈環(huán)的數(shù)量。安裝在輸送機(jī)頂部的視覺攝像頭可以識別未冷卻的圈環(huán)和已冷卻的圈環(huán)之間的色差，并對未冷卻圈環(huán)進(jìn)行計(jì)數(shù)。這些信息可以通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)共享。
4)理想的方法是使用直接安裝在機(jī)器人上的視覺攝像機(jī)來識別冷卻圈環(huán)和非冷卻圈環(huán)的表面質(zhì)量差異。這種方法可能并不適用所有鋼種。
在剪切過程開始時(shí)，機(jī)器人處于初始位置，完成了上一個(gè)剪切循圈環(huán)。一旦新線圈進(jìn)入工作單元，安裝在線圈處理結(jié)構(gòu)上的接近傳感器指示吊鉤處于微調(diào)位置。這會觸發(fā)視覺攝像頭拍攝快照，以識別線圈的端部圈環(huán)。從標(biāo)準(zhǔn)的線定位器視覺快照過程可以看出，每一條線緊密地代表一個(gè)圈環(huán)。機(jī)器人操縱著剪切頭穿透線圈。剪切工具朝鉤子的開口端移動，展開圈環(huán)。視覺攝像機(jī)拍攝快照，并根據(jù)HMI的信息定位要剪切的圈環(huán)。在定位和穿透待剪切圈環(huán)旁的線圈后，后者被導(dǎo)入剪切室。在剪切特定圈環(huán)后，夾具閉合以抓取所有廢圈環(huán)。機(jī)器人操縱從鉤子上取下廢圈環(huán)，并將其帶到樣品槽中。當(dāng)機(jī)器人在運(yùn)動時(shí)，樣品夾送輥旋轉(zhuǎn)穿過預(yù)定長度。主液壓缸第二次點(diǎn)火以切斷樣品線材長度。剪切后的樣品從溜槽滑下，并收集在工作間外的底座上，供操作員拾取。機(jī)器人移動到廢料處理系統(tǒng)，將廢料圈環(huán)放在一個(gè)載體上。然后機(jī)器人返回原位，為下一個(gè)剪切周期做好準(zhǔn)備。一個(gè)剪切周期的整個(gè)持續(xù)時(shí)間約為45s，接近于一般鋼廠生產(chǎn)鋼卷所需的時(shí)間。所有系統(tǒng)動作和功能都是全自動的，不需要人工操作。視覺系統(tǒng)被可以識別重疊的圈環(huán)，然后機(jī)器人使用末端執(zhí)行器執(zhí)行一個(gè)預(yù)設(shè)的程序來移除它們。此外，還預(yù)設(shè)了一個(gè)程序，在線圈形成和微調(diào)過程中處理前端和尾端圈環(huán)。
實(shí)時(shí)匯聚核
心行業(yè)動態(tài)
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實(shí)時(shí)匯聚核心行業(yè)動態(tài)
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